課程思政下的《生物信息學》“線上線下”混合教學模式應用研究*

王君瑞 許 劍 姜明國

(廣西民族大學海洋與生物技術學院 廣西南寧 530006)

一、《生物信息學》課程教學目標與思路

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨和高通量生物技術的蓬勃發(fā)展，生物信息學這門新興學科也已取得了迅速地進展，特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情的影響下，生物信息學的作用和地位尤顯重要。本課程具有很強的交融性、實踐性和多學科的高度綜合性，對本科學生的生物綜合基礎知識、數(shù)學、統(tǒng)計學以及計算機能力具有較高的要求，同時這也為本科生物信息學課程創(chuàng)造了新的機遇與挑戰(zhàn)。學生通過對這門課程的系統(tǒng)學習，不僅能夠拓展其知識體系的豐富度，培養(yǎng)知識應用和創(chuàng)新思維的能力，同時在大量課程實踐的過程中學會利用相關知識來解決實際問題，即在理論與實踐結(jié)合的基礎上，更加注重實踐性。

《生物信息學》課程的主要教學目標旨在使學生理解該課程的基本理論和框架，對相關分析工具的基本原理和使用進行熟練掌握，并對分析所得的結(jié)果進行合理闡釋，理解其生物學含義。同時還要對本學科的發(fā)展方向和國際學術研究前沿進行一定的了解，并具備運用所學理論和方法以及相關學科知識解決生命科學研究中實際問題的能力。因此，結(jié)合思政教育，本門課程的教學目標包括以下三個方面：1建立知識目標：理解生物信息學的概念，掌握生物信息學專業(yè)術語和專業(yè)知識，了解生物信息學發(fā)展方向和學術前沿；2培養(yǎng)能力目標：培養(yǎng)學生結(jié)合理論知識，能夠借助計算機、互聯(lián)網(wǎng)及相關軟件解決生命科學研究中實際問題的能力；3滲透教育目標：在獲取知識和能力的基礎上，增加知識講授的豐富性，拓寬學生的視野，培養(yǎng)學生的民族自豪感，樹立正確的價值取向、高尚的理想信念，并加強其社會責任感的培養(yǎng)，做新時代的高質(zhì)量人才。

二、結(jié)合《生物信息學》課程特色，挖掘思政教育元素

結(jié)合教育部提出全面推進課程思政建設，把課程思政作為高校立德樹人、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措[1]。同時經(jīng)過本人兩年在《生物信息學》教學中對課程思政的思考與實踐，緊密結(jié)合該課程的特色，利用“線上線下”結(jié)合的混合模式在教學內(nèi)容和環(huán)節(jié)實施等方面挖掘和融入了思政元素，以期達到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

1.以生物信息學發(fā)展前沿領域的介紹為結(jié)合點，結(jié)合我國在國際科研舞臺的貢獻為例，融入國家發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)學生的愛國情懷和民族責任感。

作為新時代的大學生，更是需要抱有家國情懷，自覺將個人前途與國家命運緊密連接。在授課的過程中，在多章節(jié)中結(jié)合生物信息學的主題，都可以自然導入我國在生物學領域和計算機領域的科研歷程及所作貢獻，讓學生充分感受我國科技水平日新月異的變化以及在國際上愈來愈重要的地位，激發(fā)其民族自豪感。例如，在講到基因組學及測序技術這一章節(jié)時，詳細講述中國參與“人類基因組計劃”項目中的具體工作和科研成果，并強調(diào)中國是參與這一研究計劃的唯一發(fā)展中國家。在當時的條件下，我們國家抓住機會在為人類基因組計劃貢獻自己力量的同時，也培養(yǎng)了第一批自己的生物信息學和基因組學方面的人才，并因此帶動了本國的基因組學的發(fā)展。這向全世界證明：只要敢于抓住機遇，目標集中，措施有力，中國科學家有熱情參與國際重大科技合作研究，有能力躋身于國際生命科學前沿，并作出重要的貢獻。

特別是自2020年新冠肺炎爆發(fā)以來，在病毒檢測和病毒溯源方面生物信息學都發(fā)揮了其極其重要的作用，在向?qū)W生具體講述相關技術和事件的時候，比如在病毒檢測方面運用了高通量測序的技術，在理解溯源方面結(jié)合了分子進化與系統(tǒng)發(fā)育等知識點，強調(diào)中國在全球抗擊肺炎過程中的勇于擔當以及毫無保留地開展各項國際合作，展現(xiàn)出大國風范，為全人類共同抗擊肺炎作出了巨大的貢獻，加強培養(yǎng)學生的民族認同感和自豪感。

2.以生物信息學基本理論為結(jié)合點，在計算機的實踐操作中讓學生加強理解自然科學的本質(zhì)，融入崇尚科學的觀念，激發(fā)探索精神，注重科學思維能力的培養(yǎng)。

例如，在講到構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹這一章節(jié)時，將人類起源的研究進展以科普故事的形式進行講述，在糾正同學們對人類起源的誤解之外，讓大家認識到我們智人（人類）是如何通過巨大的生存壓力才走到了今天這一步，我們中國人的古老歷史和漫長進化歷程也是何等不易，但凡有一絲偏差，就沒有今天我們的存在，培養(yǎng)學生用辯證思維方式分析和解決問題，培養(yǎng)學生的科學思維能力，引導學生逐步形成科學的世界觀和方法論[2]。讓同學們在知識擴展的同時，也激發(fā)他們樹立奮斗目標、培養(yǎng)奮斗精神的品質(zhì)。在完成這一章節(jié)的理論學習之后，在生物信息學實操課中，主要采取的是教師通過上機實驗集中對學生進行教授和指導，讓學生自行下載他們認知中的與人類近/遠緣物種的相關基因序列進行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，并在得到結(jié)果之后進行分析闡釋，深刻理解人類進化歷程。在實際操作過程中也可以激發(fā)學生不斷探索的能力，同時也可以進行團隊合作分析任務，培養(yǎng)學生的團隊意識。

講述三大最早生物數(shù)據(jù)庫的誕生過程，即日本、美國、歐洲最先創(chuàng)立的數(shù)據(jù)庫、后來大家最常提起的還是NCBI等，直到近代我國也有自己建立的模式植物水稻數(shù)據(jù)庫，微生物國家數(shù)據(jù)庫等[3]。數(shù)據(jù)庫的建立和維護是需要許許多多科研工作者發(fā)表、上傳、分享自己的科研數(shù)據(jù)的，同時也需要相關部門和人員投入大量的財力、人力進行長期的維護和更新，是一代代科研工作者累積出來的成果。教師要向?qū)W生們傳達，無論是實驗室中的科學實驗還是實驗之后的數(shù)據(jù)，都是要能經(jīng)過時間的檢驗的，要上傳到公共平臺跟別人分享的，一定不能造假！另外，科學的發(fā)展是需要各方面的科研人員共同努力的，有實驗室做實驗的技術人員，有維護軟件、平臺的計算機技術人員，因此無論在生活中還是工作中找準自己的定位，找到自己適合做的，發(fā)揮出自己最大的價值和能量才是我們每個人應該去思考的問題。而且讓學生們意識到我國的科研發(fā)展是日新月異的發(fā)展的，對有志于投入科研的同學們進行鼓勵和激勵。

3.以生物信息學學科發(fā)展歷程為契合點，感受科學家的奮斗精神。教師要以榜樣為引領，培養(yǎng)學生吃苦耐勞、腳踏實地的奮斗精神。總的來說，在授課過程中加入愛國主義和抗挫精神的思政元素，能夠潛移默化地影響同學們，使同學們在心理上更容易接受，讓他們正確認識挫折，勇于面對困難，這更有利于學生以后生活、工作的發(fā)展。另外，生物信息學這門課程本身有著鮮明的學科交叉性等特點，可以給學生講授的內(nèi)容非常豐富，結(jié)合歷代各國科學家的艱辛科研奮斗經(jīng)歷以及早年間中國參與國際科研項目的艱難歷程，培養(yǎng)學生們要具有正確面對困難的態(tài)度，讓同學們認識到我們的國家已走在科研的前列，幫助學生們建立民族自信，培養(yǎng)他們作為新一代的接班人，要有責任感，要有為祖國繼續(xù)奮斗的精神和意識。

4.另外，在新型教學的導向下，還要注重將“美育教育”融入課堂教學，啟發(fā)學生對科學魅力的感受，引導學生在美的氛圍中思考，從而激發(fā)起學生強烈的求知欲與創(chuàng)造欲[4]。例如，引導學生思考生物信息學之所以順應時代發(fā)展應運而生，計算機科學的高速發(fā)展是必備條件之一。隨后幫助學生打開思維，闡釋計算機的簡潔美、速度美和思維美，鼓勵學生大膽設想，勇于創(chuàng)新，用科技改變世界、改變未來[5]。再如，教師可在序列比對的章節(jié)中向?qū)W生介紹序列比對有著嚴格的操作方法以及哪怕得到一定的結(jié)果，我們下結(jié)論的時候也要審慎，用思辨的態(tài)度對待。在科學研究中，下結(jié)論要基于夯實的研究基礎和反復試驗的實驗結(jié)果，對于不同的結(jié)果要有探索變化的好奇心和端正的科學態(tài)度。同時結(jié)合計算機實操過程，我們發(fā)現(xiàn)哪怕修改一個小小的參數(shù)，結(jié)果就會有著很大的不同，第一要細致入微，理解每一個參數(shù)背后的意義；第二要認真謹慎，思考不同結(jié)果的含義，體會序列比對的整齊邏輯之美。只有擁有合理的科學手段，才能做好科學研究，以后的人才不可以只是會在實驗室做實驗，向?qū)W生們傳達要全面發(fā)展的意識。

三、《生物信息學》線上線下混合教學體系的構(gòu)建——課程思政實施方案

生物信息學課程作為連接理論與實踐的典型課程，高校傳統(tǒng)模式難以適應新時代對于人才的要求，在以往的教學中，教師大都臨場或隨機地進行思政教學，缺乏完整的思政體系。為了更好地解決這一問題，教師應堅持知識傳授與價值引領相結(jié)合，深入挖掘課程中的思政元素，結(jié)合“線上線下”混合模式的教學方式，構(gòu)建混合教學體系，充分調(diào)動學生的探究能力和積極性，全面提升學生的專業(yè)自信心、培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實際解決問題的能力，以及激發(fā)他們的社會責任感和民族自豪感等。

1.前期學情分析

由于教學對象并非生物信息學專業(yè)的學生，而是本校生物專業(yè)的本科生及碩士研究生，因此教授該課程的理論不涉及過于深層次的知識，而是更注重培養(yǎng)學生利用所學解決實際科研難題的能力。因此，開課前，教師需要充分調(diào)研學生的學習需求、對國家生物科學發(fā)展史的了解程度、對計算機語言的掌握程度、對混合式教學模式的態(tài)度、環(huán)境及相關軟件的熟悉程度（如學習通等的安裝與使用）等，以此為依據(jù)整合和設計學習資源。

2.混合式教學活動設計和實施

混合式教學的靈魂是深度融合，教師應依據(jù)生物信息學是新興熱門交叉學科的學科特點和規(guī)律，將課堂與網(wǎng)絡結(jié)合，將理論與實踐結(jié)合。

（1）線上推送課程相關背景知識激發(fā)學生興趣

在每次授課前通過雨課堂軟件給同學們推送下節(jié)課相關知識的背景故事，例如中國參與國際科研項目（如基因組計劃等），“人類起源謎題”的主題內(nèi)容以及科學家科研生活中的故事等等，先引發(fā)同學們對生物信息學每一章節(jié)的興趣，構(gòu)建“以學生為中心，注重實踐與創(chuàng)新”的教育理念。

（2）線下分配小組作業(yè)討論，培養(yǎng)學生團隊意識

在生物信息學上機實踐課中，按照每節(jié)課的主題分配小組作業(yè)，促進組員之間的交流和討論以及共同合作，引導學生要善于與他人合作，懂得從他人身上汲取長處，共同進步。

（3）線下展開課題匯報，問題互助研討會

這門課開課時學生已經(jīng)確定了自己的畢業(yè)論文以及碩士課題，通過展開課題分享會，引導學生對自己的科研任務進行剖析，思考這一過程中運用到的生物信息學難題，以及怎樣解決這樣的問題，這樣在拓展學生知識的同時，能夠提高他們分析問題、解決問題的能力，同時也要明白遇到任何問題的時候，可以適時恰當?shù)叵騽e人求助，不要過分給自己太大的壓力，保持健康的情緒和心理。

3.教學評價

通過對學生們進行問卷調(diào)查，了解同學們對“線上線下”混合思政教學的接受情況和認可程度，從學生的角度了解該教學模式是否對同學們的學習以及平時的生活提供了幫助，為下一步進行教學改革打下基礎。

結(jié)語

總之，作為一門學科交叉的課程，《生物信息學》高度綜合性、涉獵廣泛性的學科特色是“課程思政”教學的典型課程范例，可以融合的思政元素非常之多，但它并不是將“課程”與“思政”簡單、機械地組合，而是需要深入思考、挖掘，并且在教學實踐環(huán)節(jié)中創(chuàng)新教學理念，運用網(wǎng)絡與課堂的結(jié)合，將知識傳授、實踐技能與理想信念有機結(jié)合起來。因此，在新時代背景下，教師更應為黨育人，為國育才，做學生為學、為事、為人的示范，促進學生成為新時代背景下的新青年。