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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
�。兾鲙煼洞髮W(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，如何在生物信息學(xué)教學(xué)中更好地實施探究式教學(xué)，是目前探究式教學(xué)模式在實踐環(huán)節(jié)面臨的重要問題。本文就如何在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實踐中應(yīng)用“微課”教學(xué)手段提高探究性教學(xué)效果進行了探討。
關(guān)鍵詞：微課；探究式教學(xué)；生物信息學(xué)
基金項目：2014年國家自然科學(xué)基金項目（31370329）；中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費（GK201403004）
作者簡介：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)和移動終端的快速發(fā)展，我們已進入“微信”、“微博”、“微電影”和“微課”的“微時代”。“微課”是指在5~10分鐘的時間內(nèi)，以視頻為主要載體，記錄教師在教學(xué)過程中圍繞某個知識點而開展的可視化、數(shù)字化的教學(xué)活動。由于微課可以通過智能手機、平板電腦等多種移動終端來制作、展現(xiàn)和學(xué)習(xí)交流，它已經(jīng)被越來越多的學(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，如何在教學(xué)中更好地實施探究式教學(xué)，是目前生物信息學(xué)探究式教學(xué)模式在實踐環(huán)節(jié)面臨的重要問題。本文就如何在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實踐中應(yīng)用“微課”教學(xué)手段提高探究性教學(xué)效果進行了探討。
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，通過體驗、發(fā)現(xiàn)、探索、協(xié)作等方式主動獲取知識、解決問題的一種教學(xué)模式。區(qū)別于以教師為中心、以知識掌握為本、以知識結(jié)構(gòu)為驅(qū)動的傳統(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，以問題或任務(wù)為驅(qū)動開展教學(xué)活動。
1. 探究性教學(xué)是生物信息學(xué)教學(xué)改革的必然趨勢�！秶抑虚L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，《國家中長期生物技術(shù)人才發(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》指出，我國生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用總體水平與世界先進水平還有較大差距，在支撐我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中缺乏高層次創(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發(fā)投入，完善人才發(fā)展體制。綜合上述兩個綱要可以看出，未來迫切需要具有創(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”為主要特點的探究式教學(xué)，符合國家教育教學(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。
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)、計算機科學(xué)等學(xué)科交叉形成的前沿學(xué)科，主要通過研發(fā)并應(yīng)用計算機技術(shù)及數(shù)學(xué)與統(tǒng)計方法，對生物數(shù)據(jù)進行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學(xué)問題，闡明新的生物學(xué)規(guī)律，獲得傳統(tǒng)生物學(xué)手段無法獲得的創(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)實踐中，當(dāng)提出某一生物學(xué)問題時，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)中存在的主要問題
目前生物信息學(xué)探究性教學(xué)應(yīng)用于教學(xué)實踐的時間不長，雖然取得了一定的成果，但在實踐環(huán)節(jié)還存在以下主要問題。
1.學(xué)生的基礎(chǔ)知識不扎實，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)與計算機等學(xué)科形成的交叉學(xué)科，在進行探究性的教學(xué)過程中，涉及到數(shù)學(xué)與計算機方面的知識和技術(shù)比較多，而生物背景的學(xué)生在這方面的知識比較欠缺或者不強，所以在探究性問題的自主探究時，表現(xiàn)出參與的興趣不高、設(shè)計的方案較為單一、小組協(xié)作的效率較低等實際問題，從而導(dǎo)致探究性教學(xué)效果不好。
2.學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新能力不強，導(dǎo)致探究性教學(xué)沒有落到實處。在按照自主設(shè)計的探究方案進行上機實踐時，大部分學(xué)生的自主設(shè)計方案不能在上機時間內(nèi)完成。除過設(shè)計較為復(fù)雜的情況外，大部分原因是由于學(xué)生自身對計算機的linux操作系統(tǒng)、perl編程語言以及相關(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)計中沒有考慮到，所以總會碰到很多超乎其想象的問題。本來這些問題在課外時間學(xué)生可以繼續(xù)解決，但由于學(xué)生的學(xué)習(xí)科目很多，上機沒有完成的內(nèi)容很少有學(xué)生在課外繼續(xù)探究，導(dǎo)致探究性的上機實踐活動沒有落到實處。
3.教師的授課時間和水平限制，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，適于進行探究性的問題是探究性教學(xué)能否取得成功的關(guān)鍵所在。但是由于課時和教學(xué)內(nèi)容的限制，很多提出的問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)生并沒有根據(jù)自身的知識結(jié)構(gòu)從多種途徑進行探索。
三、微課為生物信息學(xué)探究性教學(xué)的有效實施提供了新的思路和方法
微課是指以視頻為主要載體，記錄教師圍繞某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)開展的簡短、完整的教學(xué)活動。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、微點評、微反饋等輔助性教學(xué)資源。
微課的特點有三點：首先微課短小精悍，通過多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行教學(xué)內(nèi)容傳播，有利于學(xué)生利用碎片化時間進行學(xué)習(xí)；其次，微課的教學(xué)容量小，主題突出，內(nèi)容獨立精練，有利于學(xué)生查缺補漏，各取所需，能夠?qū)崿F(xiàn)教與學(xué)的個性化選擇。最后，微課的時間一般很短，通常限制在5~10分鐘之間。
為在短時間內(nèi)達到良好的學(xué)習(xí)效果，微課常采用問題式的、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)者進行思考，這與探究式教學(xué)模式所主張的體驗式學(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，可以針對生物信息學(xué)探究性教學(xué)中的某一具體問題進行微課授課，微課為生物信息學(xué)探究性教學(xué)的有效實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)計和計算機知識，然而對于生物背景的大學(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)新知識所需的數(shù)理知識設(shè)計制作具有針對性的微課，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)新課時根據(jù)自己的實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)。例如在講到序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（Blast）一節(jié)內(nèi)容時，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)計學(xué)p值的顯著性檢驗等知識做成微課，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)實踐中，教師應(yīng)該積極去引導(dǎo)和促進學(xué)生進行探究，過多使用微課的形式可能會讓學(xué)生失去探究的動力，形成對微課的依賴，所以在利用微課進行教學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有所選擇，應(yīng)該主要針對教學(xué)中的重點和難點內(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，還可以利用課外時間進行觀看和探究。例如在講到“序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（Blast）”一節(jié)內(nèi)容時，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blast結(jié)果的影響，或者探究不同的E值對blast結(jié)果的影響。
3.微課在課后拓展中的應(yīng)用。由于學(xué)生自身的知識結(jié)構(gòu)和理解能力的差異，他們對同一知識和操作的理解和掌握程度會有所不同，而課堂教學(xué)不可能針對每一個學(xué)生進行探究式教學(xué)，因此，教師可以根據(jù)課堂教學(xué)的實施狀況和學(xué)生的實際能力，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)計制作成微課程，以滿足學(xué)有余力的學(xué)生利用課外時間繼續(xù)進行探究性學(xué)習(xí)。例如“序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（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，并分析其進化趨勢。
五、結(jié)語
在生物信息學(xué)探究性教學(xué)實踐過程中運用微課，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)實踐中的廣泛應(yīng)用，必將促進生物信息學(xué)教學(xué)的改革和學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。
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