新農科建設和“雙創”背景下生物信息學課程混合式“金課”改革探索

摘 要：傳統的教學模式以教師為中心，存在諸多弊端。基于此，開展了生物信息學混合式“金課”教改探索，主講教師通過“在學中做、在做中學、在做中教”，不斷提升信息化教育教學技能；重構課程內容并組建課程線上資源；基于OBE教學理念，結合課程教學目標，以學生為中心，設計了課前、課中、課后以及實踐操作等教學活動；線下采用BOPPPS教學方法，將科研成果案例和課程思政元素融入教學中，引導學生進行個性化學習；教師將課內“第一課堂”與課外“第二課堂”深度結合，致力于培養學生的分析、評價和創新等高階能力；在考核方式上，采用過程性考核、上機實踐操作、期末個性化大作業或個性化機考相結合的方式；經過五輪的線上線下混合式教改探索，形成了鮮明的課程特色；主講教師的教學水平顯著提升，在教育教學信息化成果、教育教學改革成果、學生雙創和學科競賽、省級和校級課程質量工程等方面取得了顯著成效。

關鍵詞：新農科；雙創；生物信息學；混合式“金課”；個性化學習

2015年5月，國務院辦公廳印發《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》；2018年6月新時代全國高等學校本科教育工作會議在成都召開，會議號召高等學校要堅持“以本為本”，推進“四個回歸”，加快建設高水平本科教育、全面提高人才培養能力；2019年6月，全國涉農高校的百余位書記校長和農林教育專家齊聚浙江安吉，發布了《安吉共識——中國新農科建設宣言》，開辟了中國高等農林教育的新紀元；2019年9月，全國50余所涉農高校的專家代表齊聚黑龍江七星農場，提出了新農科建設“北大倉行動”，對新農科建設作出全面安排；2019年12月，新農科建設北京指南工作研討會在北京召開，會議研究了新農科建設發展舉措，提出了新農科改革實踐方案，推出了新農科建設“北京指南”。教育部吳巖副部長強調，“課程是人才培養的核心要素，學生從大學里受益的最直接、最核心、最顯效的是課程”。以上構成了生物信息學課程混合式“金課”改革探索的政策背景。

生物信息學作為一門融合現代生物科技和信息科技的學科，為改造和提升傳統農科提供了新可能，為培養新農科“雙創”人才提供了支撐。尤其在新農科建設和“雙創”背景下，課題組針對生物信息學課程傳統教學模式存在的問題，積極開展混合式“金課”教改探索。

一、生物信息學課程傳統教學模式存在的問題

生物信息學作為一門多學科交叉的新興學科，以DNA和蛋白質為研究對象，通過獲取、加工、存儲、檢索與分析生物學實驗數據，從而揭示實驗數據背后的生物學奧秘。生物信息學是一門面向大三學生開設的農學、種子科學與工程、生物技術和生物科學等專業的選修課程。在早期的生物信息學教學中，采用傳統的以教師為中心的教學模式，學生依賴教師的講授，被動學習。期末考核偏向于結果性考核，注重檢驗學生對知識的記憶和理解等低階能力，缺乏對學生分析、創新和評價等高階能力的考核。雖然學生此前已經學習了生物化學和分子生物學等基礎課程，具備了一定的核酸和蛋白質等生化及分子理論知識基礎，但通過問卷調查發現，學生在學習本課程時仍面臨以下兩大難點，一是“生物信息學分析英文界面”閱讀困難，二是“生信分析結果的生物學含義”解讀存在障礙，使部分學生產生畏難情緒，影響了學習效果。

二、生物信息學混合式“金課”教學改革舉措

（一）加強課程團隊建設

教育部副部長吳巖指出，專業是人才培養的基本單元，課程是人才培養的核心要素，教師是人才培養的決定性力量。課程團隊建設是課程建設的基礎和保障。生物信息學課程自2006年開課以來，團隊成員的職稱、學緣、年齡及學科背景多元均衡、科學合理。其中，團隊成員共計主持7項國家自然科學基金項目，獲得河南省科學技術進步獎一等獎2項、二等獎1項。這些高水平科研項目為生物信息學課程教學提供了案例支撐。

（二）提升教師教學水平

教師是課程建設的主體。主講教師高度重視科研與教學的融合，曾先后赴荷蘭、新西蘭等國外高校以及北京大學等國內高校進行研修，不斷提升科研能力。近五年，主講教師參加各類教育教學技能培訓和研討活動，如精品在線開放課程、混合式課程、課程思政、創新課堂等。通過“在學中做、在做中學、在做中教”，提升了信息化教學技能，為混合式課程教改探索提供了有力支撐。

（三）集聚課程教學資源

在英文原版教材《Bioinformatics》和浙江大學陳銘教授主編的《生物信息學》教材基礎上，主講教師重構教學內容并將最新科研成果案例融入教學過程，教學內容涵蓋了生物分子數據庫、數據庫查詢和搜索、核酸序列分析、序列比對、分子系統發育分析、蛋白質物理化學性質及結構預測等。同時，還開發了生物信息學課程線上資源，包括視頻、講義PPT、在線測驗題、主題討論、上機實踐作業、PBL任務、專業英語詞匯文件和英文文獻等，并逐年對教學資源進行更新和完善。自2019年起，生物信息學課程慕課已在中國大學MOOC平臺和校內超星泛雅平臺上線。

（四）科學設計教學活動

主講教師基于OBE教學理念，以學生為中心，圍繞“知識、能力、情感”三個維度設置生物信息學課程教學目標，并設計科學合理的課前、課中、課后及實踐操作環節，旨在培養學生的分析、評價和創新等高階能力。在生物信息學課程教學設置方面，線上學習共計8個學時。課前：教師在布置學習任務前，先安排組長帶領小組成員開展線上集中學習，包括視頻觀看、實踐操作以及線上測驗等；課中：小組成員合作完成PBL學習總結并提交到線上學習平臺；課后：由組長繼續帶領小組成員進行小組研討，確保作業提交以及組織拓展訓練。線下學習共計16個學時，在智慧教室進行，學生自備筆記本電腦并自主完成生物信息分析；教師在教學過程中采用BOPPPS教學方法，引導學生開展個性化實踐操作、深入研討以及成果分享等。實踐操作環節共計8個學時，學生在教師的指導下完成個性化上機實踐任務。通過課前、課中、課后以及生物信息學實踐操作等教學環節，顯著提升了學生的分析及創新能力。

（五）有機融入課程思政

主講教師在授課時將思政元素融入教學過程中，如講授“人類基因組計劃”時，教師通過講述中國科學家的杰出貢獻，有機融入道路自信等思政元素；在設計“PCR引物以構建原核表達載體”教學任務時，引入科學思維能力培養等思政元素；在講授“大農學”作物組學分析案例時，強調“學農、知農、愛農”的重要性。

（六）強化過程性評價

生物信息學課程考核方式分為過程性考核、上機實踐操作、期末個性化大作業或個性化機考。其中，過程性考核占40%，上機實踐操作占30%，期末大作業或個性化機考占30%。過程性考核成績由5部分組成，分別是課程活動積分（如投票、問卷、搶答、討論、隨堂練習等）占比20%，簽到占比20%，音視頻學習占比20%，討論表現占比20%，章節學習次數占比20%。教師依托超星“一平三端”網絡教學平臺，實時記錄學生的在線學習、線上測驗、線上討論、課堂測驗、課堂互動等情況，確保過程性考核有據可依、有據可查。上機實踐操作安排4次，每次2個學時，每次均會布置個性化的上機實踐作業。在期末個性化大作業考核中，學生可選擇一條核酸序列進行生物信息學分析，包括序列下載、BLAST分析、多序列比對、分子系統進化樹構建、蛋白質物理化學性質及結構預測、PCR引物設計等；個性化機考則通過“抽簽助手”小程序隨機抽取核酸序列號，讓學生登錄NCBI數據庫查詢并下載隨機抽取的核酸序列號所對應的核酸序列，運用所學生物信息學實踐操作技能進行生物信息學分析。

（七）打通“第一課堂”與“第二課堂”

生物信息學課程將“教研結合”和“寓學于研”貫穿教學全過程，引導學生以課題為載體，開展“項目式”的科學研究和探索。在“雙創”導師和專業導師的共同指導下，將課內的專業知識教育與課外的創新創業教育相結合，引導學生參加“全國生命科學競賽”、挑戰杯以及“互聯網+”等創新創業競賽，提升學生的創新創業能力，也為培養更多“知農、愛農、興農”的新型農科人才奠定基礎。

三、生物信息學混合式“金課”課程特色

（一）螺旋式提升課程的“高階性”

根據生物信息學課程的難點和學生學情，以學生為中心，緊密圍繞生物信息學“三維”教學目標，基于OBE教學理念，采用BOPPPS教學方法，開展了混合式、小班化和雙語教學改革與實踐，旨在培養學生的分析、評價和創新等高階能力，不斷提升課程的“高階性”。

（二）迭代式提升課程的“創新性”

主講教師將“第一課堂”與“第二課堂”相結合，將科研成果案例和課程思政元素融入教學，學生在“全國生命科學競賽”及“雙創”省級競賽中取得優異成績；依托“學習通”和“雨課堂”等智慧教學工具，實現教育教學與信息技術的深度融合，省級和校級教學成果豐碩，教育教學信息化和創新課堂競賽成果優異，不斷提升課程的“創新性”。

（三）遞進式提升課程的“挑戰度”

鼓勵學生組成線上小組集中學習，提升學生的自主學習能力；通過翻轉課堂、小組交流和合作，提升學生的協作及交流能力。同時，引導學生關注學科最新發展動態和研究成果，激發學生的探索精神，設置個性化上機操作、個性化作業和個性化機考，不斷提升課程的“挑戰度”。

四、生物信息學混合式課程教學改革成效

（一）教育教學與信息技術深度融合

主講教師通過“學中做、做中學、做中教”及參加國家級和省級教育信息化交流活動和信息化成果競賽，將教育教學與信息技術深度融合。團隊教師獲得了2018年度國家教育教學信息化交流活動三等獎，河南省教育教學信息化交流活動二等獎2次、三等獎1次；獲得了河南省教育信息化成果一等獎2次、二等獎1次。

（二）主講教師教學水平不斷提升

通過混合式課程教學改革，主講教師的教學水平不斷提升。課程負責人在2016—2017學年獲得校級教學質量三等獎，在2017—2018學年獲得校級教學質量二等獎，在2018—2019學年獲得校級教學質量特等獎；參加2022年度校級課程思政教學比賽并獲得二等獎；連續三年參加校級教師課堂創新大賽并獲得特等獎2次、一等獎1次；參加第三屆、第四屆河南省本科高校教師課堂創新大賽分別獲得二等獎和一等獎。

（三）教改成果豐碩

自課程開課以來，主講教師先后主持完成了“生物信息學課程體系建設與實踐”“生物信息學雙語教學改革及課程網絡資源建設”“‘雙創’背景下高等院校涉農專業青年教師教學信息化技能提升的探索與實踐”“地方高校農林類專業面向‘雙創’能力培養的線上線下混合式“金課”建設與實踐”“‘新農科’和‘雙創’背景下生物信息學課程‘混合式’教學改革與實踐”等5項校級教改項目。同時，獲得校級教研成果特等獎、一等獎和二等獎各1項，團隊成員還獲得河南省教改成果一等獎1項、二等獎1項。

（四）學生“雙創”及學科競賽取得突破

主講教師將課內“第一課堂”與課外“第二課堂”深度結合，學生“雙創”能力及學科競賽能力不斷取得突破。其中，2023年度指導的本科生“雙創”項目獲得國家級立項。近年，團隊教師指導的學生獲得國家生命科學競賽一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項，省賽特等獎、一等獎、二等獎和三等獎若干；指導的學生獲得第七屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽銀獎，“挑戰杯”河南省省賽金獎2項、銀獎1項，“互聯網+”河南省省賽二等獎和三等獎各1項。

（五）課程建設質量提級晉檔

通過持續的課程改革，生物信息學課程先后榮獲河南科技大學雙語教學示范課程、課程思政樣板課、“專創融合”特色示范課程、精品在線開放課程、線上線下混合式一流本科課程及河南省精品在線開放課程和河南省線上線下混合式一流本科課程。

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