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微課在生物信息學(xué)探究性教學(xué)中的探索和應(yīng)用
微課在生物信息學(xué)探究性教學(xué)中的探索和應(yīng)用
李廣林
（陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西西安710119）
摘要：探究式教學(xué)是適應(yīng)高等教育改革和發(fā)展的必然趨勢(shì)，如何在生物信息學(xué)教學(xué)中更好地實(shí)施探究式教學(xué)，是目前探究式教學(xué)模式在實(shí)踐環(huán)節(jié)面臨的重要問(wèn)題。本文就如何在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用“微課”教學(xué)手段提高探究性教學(xué)效果進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：微課；探究式教學(xué)；生物信息學(xué)
基金項(xiàng)目：2014年國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31370329）；中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（GK201403004）
作者簡(jiǎn)介：李廣林（1973-），男（漢族），陜西寶雞人，博士，副教授，研究方向：生物信息學(xué)與功能基因組。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和移動(dòng)終端的快速發(fā)展，我們已進(jìn)入“微信”、“微博”、“微電影”和“微課”的“微時(shí)代”。“微課”是指在5~10分鐘的時(shí)間內(nèi)，以視頻為主要載體，記錄教師在教學(xué)過(guò)程中圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)而開(kāi)展的可視化、數(shù)字化的教學(xué)活動(dòng)。由于微課可以通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦等多種移動(dòng)終端來(lái)制作、展現(xiàn)和學(xué)習(xí)交流，它已經(jīng)被越來(lái)越多的學(xué)生和教師接受。探究式教學(xué)是適應(yīng)高等教育改革和發(fā)展的必然趨勢(shì)，如何在教學(xué)中更好地實(shí)施探究式教學(xué)，是目前生物信息學(xué)探究式教學(xué)模式在實(shí)踐環(huán)節(jié)面臨的重要問(wèn)題。本文就如何在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用“微課”教學(xué)手段提高探究性教學(xué)效果進(jìn)行了探討。
一、探究性教學(xué)是生物信息學(xué)教學(xué)的發(fā)展方向
探究式教學(xué)模式是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)自身先前認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)、探索、協(xié)作等方式主動(dòng)獲取知識(shí)、解決問(wèn)題的一種教學(xué)模式。區(qū)別于以教師為中心、以知識(shí)掌握為本、以知識(shí)結(jié)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)教學(xué)，探究性教學(xué)以學(xué)生為中心，以能力發(fā)展為本，以問(wèn)題或任務(wù)為驅(qū)動(dòng)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。
1. 探究性教學(xué)是生物信息學(xué)教學(xué)改革的必然趨勢(shì)�！秶�(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出，要“遵循教育規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，深化教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面”。同時(shí)，《國(guó)家中長(zhǎng)期生物技術(shù)人才發(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》指出，我國(guó)生物技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用總體水平與世界先進(jìn)水平還有較大差距，在支撐我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中缺乏高層次創(chuàng)新型人才和優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)型人才，需要增加人才資源開(kāi)發(fā)投入，完善人才發(fā)展體制。綜合上述兩個(gè)綱要可以看出，未來(lái)迫切需要具有創(chuàng)新能力和素質(zhì)的生物專業(yè)人才，而創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在教育。所以，以“自主、探究、合作”為主要特點(diǎn)的探究式教學(xué)，符合國(guó)家教育教學(xué)改革和生物人才的發(fā)展規(guī)劃，是生物信息學(xué)教學(xué)改革的必然趨勢(shì)。
2.探究性教學(xué)模式適于生物信息學(xué)交叉學(xué)科的教學(xué)。生物信息學(xué)是由生物學(xué)與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科交叉形成的前沿學(xué)科，主要通過(guò)研發(fā)并應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)生物數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學(xué)問(wèn)題，闡明新的生物學(xué)規(guī)律，獲得傳統(tǒng)生物學(xué)手段無(wú)法獲得的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。生物信息學(xué)人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)是具有創(chuàng)新能力和素質(zhì)的生物信息學(xué)專業(yè)人才，這就要求在生物信息學(xué)實(shí)踐中，當(dāng)提出某一生物學(xué)問(wèn)題時(shí)，可以借鑒和利用不同學(xué)科的思路和方法去探究。只要有利于揭示生物學(xué)規(guī)律的結(jié)果都可以保留，而不必拘泥于不同探究結(jié)果的同一性。這與探究性教學(xué)中以培養(yǎng)學(xué)生的能力發(fā)展為目標(biāo)是一致的。
二、生物信息學(xué)探究性教學(xué)中存在的主要問(wèn)題
目前生物信息學(xué)探究性教學(xué)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的時(shí)間不長(zhǎng)，雖然取得了一定的成果，但在實(shí)踐環(huán)節(jié)還存在以下主要問(wèn)題。
1.學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，導(dǎo)致探究性教學(xué)效果不好。生物信息學(xué)是生物、數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)等學(xué)科形成的交叉學(xué)科，在進(jìn)行探究性的教學(xué)過(guò)程中，涉及到數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)和技術(shù)比較多，而生物背景的學(xué)生在這方面的知識(shí)比較欠缺或者不強(qiáng)，所以在探究性問(wèn)題的自主探究時(shí)，表現(xiàn)出參與的興趣不高、設(shè)計(jì)的方案較為單一、小組協(xié)作的效率較低等實(shí)際問(wèn)題，從而導(dǎo)致探究性教學(xué)效果不好。
2.學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力不強(qiáng)，導(dǎo)致探究性教學(xué)沒(méi)有落到實(shí)處。在按照自主設(shè)計(jì)的探究方案進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐時(shí)，大部分學(xué)生的自主設(shè)計(jì)方案不能在上機(jī)時(shí)間內(nèi)完成。除過(guò)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的情況外，大部分原因是由于學(xué)生自身對(duì)計(jì)算機(jī)的linux操作系統(tǒng)、perl編程語(yǔ)言以及相關(guān)的操作技術(shù)不熟造成的，有些細(xì)節(jié)在他們的自主設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到，所以總會(huì)碰到很多超乎其想象的問(wèn)題。本來(lái)這些問(wèn)題在課外時(shí)間學(xué)生可以繼續(xù)解決，但由于學(xué)生的學(xué)習(xí)科目很多，上機(jī)沒(méi)有完成的內(nèi)容很少有學(xué)生在課外繼續(xù)探究，導(dǎo)致探究性的上機(jī)實(shí)踐活動(dòng)沒(méi)有落到實(shí)處。
3.教師的授課時(shí)間和水平限制，導(dǎo)致探究性教學(xué)的教師導(dǎo)向作用不明顯。教師能否提出啟發(fā)性的，適于進(jìn)行探究性的問(wèn)題是探究性教學(xué)能否取得成功的關(guān)鍵所在。但是由于課時(shí)和教學(xué)內(nèi)容的限制，很多提出的問(wèn)題還是以教師為中心，學(xué)生沿著教師的思路向統(tǒng)一的結(jié)果或者答案靠攏，學(xué)生并沒(méi)有根據(jù)自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)從多種途徑進(jìn)行探索。
三、微課為生物信息學(xué)探究性教學(xué)的有效實(shí)施提供了新的思路和方法
微課是指以視頻為主要載體，記錄教師圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)展的簡(jiǎn)短、完整的教學(xué)活動(dòng)。其核心組成內(nèi)容包括微教學(xué)視頻以及與該教學(xué)主題相關(guān)的微教案、微課件、微練習(xí)、微反思、微點(diǎn)評(píng)、微反饋等輔助性教學(xué)資源。
微課的特點(diǎn)有三點(diǎn)：首先微課短小精悍，通過(guò)多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容傳播，有利于學(xué)生利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)；其次，微課的教學(xué)容量小，主題突出，內(nèi)容獨(dú)立精練，有利于學(xué)生查缺補(bǔ)漏，各取所需，能夠?qū)崿F(xiàn)教與學(xué)的個(gè)性化選擇。最后，微課的時(shí)間一般很短，通常限制在5~10分鐘之間。
為在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果，微課常采用問(wèn)題式的、案例化的教學(xué)方法，微課有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)習(xí)者進(jìn)行思考，這與探究式教學(xué)模式所主張的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的思想是一致的。所以在探究性教學(xué)中可以使用微課。另外，微課有很大的靈活性，可以針對(duì)生物信息學(xué)探究性教學(xué)中的某一具體問(wèn)題進(jìn)行微課授課，微課為生物信息學(xué)探究性教學(xué)的有效實(shí)施提供了新的思路和方法。
四、微課在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用
按照生物信息學(xué)探究性教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，微課可以分為課前預(yù)習(xí)類、課堂教學(xué)類、課后復(fù)習(xí)和拓展類。下面結(jié)合案例談?wù)勎⒄n在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。
1.微課在課前預(yù)習(xí)中的應(yīng)用。生物信息學(xué)探究性教學(xué)授課內(nèi)容大多涉及一些數(shù)理統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，然而對(duì)于生物背景的大學(xué)生在這方面基礎(chǔ)較弱。所以，教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)所需的數(shù)理知識(shí)設(shè)計(jì)制作具有針對(duì)性的微課，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)新課時(shí)根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇性地觀看微課，為后續(xù)新課的探究性學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。例如在講到序列對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索（Blast）一節(jié)內(nèi)容時(shí)，可以將Blast一節(jié)授課內(nèi)容中用到的正態(tài)分布、極值分布、統(tǒng)計(jì)學(xué)p值的顯著性檢驗(yàn)等知識(shí)做成微課，供學(xué)生在課前預(yù)習(xí)。
2.微課在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。在生物信息學(xué)探究性教學(xué)的課堂教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)該積極去引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行探究，過(guò)多使用微課的形式可能會(huì)讓學(xué)生失去探究的動(dòng)力，形成對(duì)微課的依賴，所以在利用微課進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有所選擇，應(yīng)該主要針對(duì)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容制作微課，并上傳到相應(yīng)的課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站上，以便學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)外，還可以利用課外時(shí)間進(jìn)行觀看和探究。例如在講到“序列對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索（Blast）”一節(jié)內(nèi)容時(shí)，在課堂教學(xué)中可以利用微課探究不同核酸或者蛋白打分矩陣的選擇對(duì)blast結(jié)果的影響，或者探究不同的E值對(duì)blast結(jié)果的影響。
3.微課在課后拓展中的應(yīng)用。由于學(xué)生自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和理解能力的差異，他們對(duì)同一知識(shí)和操作的理解和掌握程度會(huì)有所不同，而課堂教學(xué)不可能針對(duì)每一個(gè)學(xué)生進(jìn)行探究式教學(xué)，因此，教師可以根據(jù)課堂教學(xué)的實(shí)施狀況和學(xué)生的實(shí)際能力，將具有拓展性的學(xué)習(xí)輔助材料（教學(xué)視頻、輔助性文檔等）設(shè)計(jì)制作成微課程，以滿足學(xué)有余力的學(xué)生利用課外時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。例如“序列對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索（Blast）”一節(jié)課的教學(xué)結(jié)束后，可以在課后拓展內(nèi)容中利用微課引入近年發(fā)生的“中東呼吸綜合征（MERS）”，然后引導(dǎo)學(xué)生利用blast工具探究引起“中東呼吸綜合征”的冠狀病毒（MERS-CoV）序列特征，并分析其進(jìn)化趨勢(shì)。
五、結(jié)語(yǔ)
在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中運(yùn)用微課，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不僅提高了探究性教學(xué)在課堂中的教學(xué)效果，而且可以使學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)延伸到課外。微課作為一種新型的教學(xué)技術(shù)，隨著其在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，必將促進(jìn)生物信息學(xué)教學(xué)的改革和學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。
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