翻转课堂在生物信息软件的教学实践

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摘要：生物信息软件方法是一门实践性强的多学科交叉融合的课程，传统的教学模式难以满足信息化时代的教学需求，亟需推动教学理念和教学中心的有效转变，基于此，提出基于项目式教学法的翻转课堂教学模式，以大学生创新创业项目为契机，充分发挥线上教学平台和线下教学资源的优势，全方位提升实践应用型课程的教学质量和教学水平。

关键词：翻转课堂；PBL；生物信息；软件方法

生物信息学是在融合了生物学、计算机科学和数学的相关知识的基础上，应用计算机和程序设计工具来获取、加工、存储、分类、检索与分析生物学数据，以达到理解其生物学意义，并应用于生物医学研究、人类健康事业、现代农业等领域的新兴交叉学科。生物信息软件是方法，是学科中侧重实践性和应用性的专业课程，传统“水漫式”授课方式，不能满足信息多元化时代背景下学生的学习需求，尤其是在软件方法课程中，学生在项目进行中遇到的问题呈现明显的个体差异，导致课堂完成度低，学习效果差。翻转课堂起源于2000年美国，随着互联网的发展和普及，翻转课堂的方法逐渐在全世界教育行业流行开来[1]。项目式学习（Project-basedlearning，PBL）是一种以学生为中心的教学方法，改变了以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式[2]。我们根据教学过程中存在的主要问题，总结出一套基于项目式教学法的翻转课堂教学模式，并应用于实践教学中，挖掘学生的共性与个性，培养学生的实践技能，激发学生的探索精神，取得了显著的教学效果。

一、课程现状及存在问题

生物信息软件方法课程呈现模块化的特点，内容涉及生物数据分析处理的主要方面，是进行比较基因组学分析的主要手段。通过本课程的学习，使学生掌握主流生物信息软件和工具的基本原理、使用方法和操作流程，理解高通量生物数据所包含的生物学意义。传统的教学模式是“以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心。”重视系统知识的传输和授课计划的完成，教学方式相对单一，以讲授法和提问法为主，学生处于一种被动学习的状态，缺乏应用知识的机会和能力，忽视了对学生创新能力和实际操作能力的培养[3]。这与实践应用型课程的教学目标严重不符，同时，信息化时代背景下，学生获取知识的来源也相对多元化，枯燥的课本知识难以维持学生学习的原始动力和兴趣。沉闷的课堂氛围，要求我们必须转变教师角色，相信学生潜力，积极探索“以学生为中心”的教学模式，注重学生综合素质的培养。

二、教学模式探索

教育的本质不是灌输，而是一种激发与唤醒。素质的提升不是技能的相加，更不是知识量的简单积累。教育的目的是为人的全面发展，教师要尊重每一个学生个体，要注重知识的融会贯通和知识的再创造，要共同营造民主、和谐、平等、自由的课堂氛围。教师应更多地关注学生身、心、灵的整体健康成长和综合素质的稳步提升。我们以大学生创新创业项目为契机，项目式教学模式能够以最快的速度将理论知识应用于实践，同时，又帮助学生加深对理论知识的理解。在教学实践中，PBL教学法虽然对教师和学生具有一定的挑战性，但是借助于翻转课堂，我们将知识的学习由课堂转变为课前，知识的巩固与提升由课下转为课堂，同时，使得学习效果的评价方式也变得多元化。基于项目式教学法的翻转课堂实施的优势：（1）理论实践相结合。将生物信息学专业必备的知识与技能和大学生创新创业项目有机结合，不仅能够将系统知识融合于项目实践当中，而且能够将更多的项目经验带入到课堂中，真正做到了“从实践中来，到实践中去”。（2）随时随地学习。翻转课堂将学生学习的时间地点灵活化，突破了项目式教学的壁垒，同时，大学生创新创业项目为学生提供了激发学生兴趣的项目主题，保证了翻转课堂的顺利实施。（3）多元化评价机制。翻转课堂教学模式为学生提供了多元化评价机制，借助于线上教学平台，在课堂的演讲、讨论和互动中，完成师生与生生互评，为过程化考核提供了素材。

三、基于PBL的翻转课堂在生物信息软件方法的实践

项目式教学与翻转课堂相结合的教学模式，是对“以学生为中心”教学理论的积极探索，能够有效地拓展学习时间，解决课时压缩的问题，学生能够更加自由地发挥主观能动性，从关注知识的记忆到能力和素质的提升，鼓励探索与思考，关注交流与互动，师生与生生也能够获得更多的尊重与爱护。（1）课前。教师在课前整理近三年本专业大学生创新创业项目，项目任务，学生可自由结组，每组人数不超过5人。教师将与任务点相关的课件、微课、翻转任务书、电子书及其他在线教学资源在网络教学平台上。学生根据项目任务，有针对性地选择合适的教学资源，教师在线提供相关咨询与指导。以基因家族的生物信息学分析项目为例，学生可以自主选择蛋白质结构分析、序列比对、分子进化分析等知识要点进行深入学习，这样就可以有效地扩展课堂教学时间。很多学生为了使项目取得积极进展，主动查阅最新的科技文献，形成有价值的思考，进而指导实践工作顺利开展，有效地拓展了学习的广度与深度。（2）课中。以项目小组为单位，进行项目的展示和报告，为学生提供展示自我的平台和机会。教师与学生，组内与组间就项目技术路线、项目实施过程中存在的问题，进行深度讨论，发现问题并提出解决方案。在项目分享结束之前，教师会对项目中涉及的知识点和项目方案进行统一梳理，从宏观角度给出专业的参考意见。以分子进化分析为例，当输入序列数目较多，且亲缘关系较远时，需要采用不同的序列比对方法进行多序列比对，进而选择不止一种系统发育分析工具得到最接近真实进化情况的拓扑结构。通过课上对项目的演练和思维的碰撞，为项目推进提出新思路和新方法，帮助学生树立自信心以及培养合作意识。（3）课后。教师根据翻转课堂任务书、课堂讨论情况和项目实施情况，有针对性和延展性的主题讨论，将知识的学习拓展至最新的科研前沿。同时相关任务点作业，升华学生对难点和重点问题的理解。另外，通过问卷调查，及时获取学生对课堂的评价反馈。教师系统整合有效意见和整理教学材料，用于指导下一次的教学实践。

四、结束语

针对生物信息软件方法的课程特点和学生学习行为特点，采用基于PBL的翻转课堂教学模式，很好地解决了目前教学中遇到的学时吃紧、学生积极性不高，实操结果得不到及时评价等问题。课前，学生通过项目驱动和微课学习，将知识点学习和项目实施有机结合；课中，通过项目展示和小组讨论，完成知识点的内化和深化，加速重难点突破和化解，培养学生的思辨能力、自主学习能力和团队协作能力；课后，通过线上线下师生互动，真正完成教学过程的闭环控制。基于PBL的翻转课堂模式，体现了“以项目为主线、以学生为主体，教师为主导”的教育教学理念，在提高教学质量的同时，不仅能够帮助学生构建多元化的知识结构，而且有助于提升学生解决实际问题的实践能力和创新能力。同时，为生物信息课程建设、考试改革、专业建设等提供相应的参考。

参考文献：

[1]LageMJ,PlattGJ,TregliaM.InvertingtheClassroom:AGatewaytoCreatinganInclusiveLearningEnvironment[J].TheJournalofEconomicEducation,2000,31(1):30-43.

[2]胡庆芳．优化课堂教学:方法与实践[M].北京:中国人民大学出版社,2014.

[3]刘宏生,郑方亮,艾海新,等.强化生物信息学实践教学的探索与成果[J].生物信息学2010,8(4):368-370,377.

作者：张岚 王金朋 葛伟娜 张家琦 王莉 潘玉欣 单位：华北理工大学生命科学学院