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基于整合互联网优势资源的基因组学课程教学新模式

  • 教育论文
  • 2021-06-05

张擎 郑凌伶

[摘 要]提高和加强基因组学教学质量是教学改革的出发点和归宿,但影响教学质量的因素在变,只有与时共进,才能保证质量。教学形式与内容是影响教学质量的两个方面,且形式的影响越来越重要。在基因组学教学中,我们通过课堂教学和信息化教学结合方式,把基因组学这门课程引入集成和重构基于互联网资源的新的教学体系,实现相互结合和整体化,完成教与学的实时相互促进。这样的教学新模式有助于激发学生学习兴趣,提高学生的自由探索和自主学习能力,达到培养创新性人才的目的。

[关键词]基因组学;信息化教学;教学体系

[基金项目]2018年中山大学本科教学质量工程类项目“教育信息化背景下的基因组学教学方式改革研究与实践”;2019年广东省教育厅项目“广东省联合培养研究生示范基地”(33000-18842214)

[作者简介]张 擎(1966—),男,内蒙古包头人,博士,中山大学生命科学学院副教授,博士生导师,主要从事细胞和分子生物学的研究;郑凌伶(1983—),女,黑龙江哈尔滨人,博士,中山大学生命科学学院副教授,博士生导师,主要从事生物信息学和功能基因组学的研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324(2020)46-0-03[收稿日期] 2020-10-03

一、引言

基因组学是研究生物基因组和如何利用基因的一门学科。生命科学正从基因组学这一全新的研究视野探讨生物的生长与发育、结构与功能以及健康与疾病等重要的问题的分子机制。基因组研究主要包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学两方面的内容。结构基因组学以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。同时,科学地分析和解释生物基因组测序项目的完成的高通量数据,功能基因组学则是利用结构基因组所提供的信息和产物,发展和应用新的科学思想和系统集成的实验技术,使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。其次,基因组学也涉及表达调控、物种进化和蛋白质组学的研究。基因组学所研究的内容涉及生命学科各个领域,对生命科学的未来发展将产生重大影响。

基因组学课程涉及许多当代前沿基因组理论和技术,为了加深对理论课和技术的理解和运用,也作为新的教学模式的补充探讨,提高教学质量和效果,除了基因组学基本的理论和技术外,与时共进地对课堂内容应该及时调整、更新和活化,这是因为在教育信息化背景下教学出现了一系列新的情况[1],如网络上海量的各种信息和资讯等导致学生获取知识的渠道多;学生的学习不再仅仅依赖课堂和任课老师;学生学习方式也出现了多元化的需要。为了适应基因组学蓬勃发展的现状,及时反映基因组学领域近年来所取得的重要成果与重大进展,前瞻性的基因组学的改革内容应该包括三个主要方面的建设:利用数据挖掘更新迭代基因组新的理论和技术,及时整合到基因组的授课内容之中;进行基因组相关网路课程(MOOCs,Coursera和網易公开课等)的重新编辑和展示,完成网络的多媒体即时展示;基于移动终端嵌入的APP,进行老师和学生即时和交互性在线沟通,更好地提高学习效果和效率。

二、课程建设的目的

目前,基因组学已成为高等院校生命科学专业中重要的基础课程之一。学习基因组学对于丰富和完善生物科学类学生的知识体系、培养学生的创新意识和能力有着深远影响。该课程不仅利于学生了解生命科学发展的前沿,而且能为学生进行科学研究提供基础知识和新思路。基因组学课程的建设应包括教材内容的发展、教学方法与教学手段的探索及三者的有机结合。其课程体系应根据基因组学理论和技术飞速发展,对该领域的热点和难点问题进行快速迭代,选择性地进行多种教学内容、教学方式与方法有益的探讨和组织[2]。同时,教学改革需要目标明确、切实可行;教学团队组织人员合理、优势互补,打破师生根深蒂固的机械的教学路径依赖,才能够建设基于互联网资源和移动终端的研究性教学模式和体系。

三、课程建设的特色和创新之处

基因组学是伴随人类基因组计划成功实施而诞生的一门年青学科,其内容不仅涉及当今生命科学研究的前沿与热点,而且内容和难点多。我们需要从构建完整的教学内容、灵活运用多种教学方法及网络教学等多方面探讨基因组学与蛋白质学课程的教学改革。

1.创建网络教学环境培养学生的学习自主性和课堂互动性,这些需要突破传统的以教师讲授为主的教学方式方法[3]。通过网络教学、数据挖掘、导入探究型求知模式,不仅使学习内容和国际前沿接轨[4],而且学生体验加深,学习效果得到提高。开展研究性教学实践将会有助于形成鲜明特色的基因组学课程教学新范式。

2.现今,MOOC等开放性课程的蓬勃发展让人们十分期待它光明的未来,学习视频是其灵魂的体现[5]。以电影剪辑方式整合和再加工网上公开课,形成喜闻乐见的课程内容和故事体系。老师创建教学视频,学生在课内外借助视频学习,回到课堂与老师面对面交流。避免传统的课堂讲授容易使学生掉进不思进取的舒适区,不能成就有真正学习能力的人的误区。

3.智能手机的广泛应用是技术与网络高速发展的结果[6]。手机定时进课堂,重新构建学习流程。课前完成信息传递;课堂进行吸收和消化;课后应用互动强化。尤其是相应的手机软件问世以来,向着传统的课堂教学模式发起挑战,将信息化教学手段引进课堂,改变了传统的课堂教学模式[7]。集多功能为一体的一个智能终端在基因组教学中的应用,对促进教学改革和提升教学质量较为有利[8]。

四、课程建设的内容

首先,利用参考数据库进行基因组相关进展的内容建设。基因组数据库是分子生物信息数据库的重要组成部分。基因组数据库内容丰富,包括各种公共综合数据库和专业数据库。其中主要通过免费生物医学数据库Pubmed(http://www.ncbi.nlm.nil.gov/pubmed)和中山大学图书馆已购买版权的电子资源/数据库Elsevier(全球最大学术信息解决方案的提供商)ScienceDirect(www.sciencedirect.com)获取与研究基因组主题相关的文献。利用Web of Science(https://apps.webofknowledge.com)来了解新的理论和技术进展的应用趋势,检索阅读综述性文献,掌握研究领域现状和热点。这样通过不同数据库和不同文献的检索,可让学生对基因组中的科学思想和技术方法的认识形成不同的视角和观点,同时熟悉该观点目前有哪些新的应用,基于该理论的最新发展是什么。对于有关基因组学科内容的选择,引导学生快速定位基因组研究领域中高影响力的论文;准确找到基因组研究领域中的综述性文献;从检索结果中找到基因组学科的相关论文;查找与基因组课题最相关的课题组网站及研究者博客。通过这些活动可以促进学生对学科发展的原创性的、理智的或创造性的贡献和理解。另一方面,生物信息学数据库具有高度网络化,可以实现个人计算机平台上的自由访问,而且大部分数据免费获得等优点[9]。基因组数据库可以聚合一个物种的所有基因组信息,收集和共享数据。关心该物种的师生可以通过访问网站了解物种信息、科研进展、做生物信息学等的分析和整理,能够更好地搭建基因组课程的精品内容。

其次,進行公共学习资源的丰富和发展。把基因组相关网络课程(MOOCs,Coursera和网易公开课等)重新编辑;同时,将课堂教学通过录屏的方式做成综合集成视频。这样改进和重构培养方案和内容建设不仅使学生学习方式多元化,而且在教学方式上也能够让学生自主学习,完成认知能力的训练和迅速迭代。其可改变以往的教师只注重知识的传授,缺乏让学生自己去感受、体验的环节[10]。通过教学内容解构和重新组合,因材施教因人施教,提高了教学质量,实现了教学和学习的相互促进。

最后,基于移动社交化设计的嵌入APP在线教学平台,师生在课堂、课外利用手机可以非常方便地互动和即时沟通、分享,利用手机开展讨论答疑、投票、问卷、头脑风暴的体验,使其成为解决手机危害课堂的利器。同时,保持与学生的密切沟通,关注他们的学习感受。创造更多的师生互动机会,提高课程学习的兴趣和能力。例如在课堂上利用QQ群的“上墙”功能开展课堂讨论和全天候答疑;利用问卷星(www.sojump.com,免费的调查问卷平台)开展随堂在线测验;设置问题进行奖励分数的积累,作为成绩的主要参照。目前我们在教材的建设中,已通过Windows App Studio创建了一个Windows应用,可以查看与基因组学相关的最新研究论文、最新突破性新闻及Nature,Science,Cell等最新Papers & News等(实时更新)。在教学内容的组织上,强调了复合型知识的建构,改变了以往教与学的“单项流程”,代之以主动学习和兴趣学习的良好的互动,潜移默化地形成学生自己新的知识结构体系。

五、结语

基因组学是现代生命科学“组学”理论体系和研究方法中的核心,是生命科学的前沿学科和交叉学科,已成为高校生命科学专业主干课程。为提高基因组学课程的教学质量,在基因组学教学中,我们应该善于在多媒体技术和网络技术背景下获取知识的更新,建设强大的教辅资源,这也是基因组学比传统生物课程显现的高速发展特性所要求的。在现代教学环境中,互联网资源、数据库和移动资讯等资源整合有益于学生自主学习与研究型学习环境的形成。这种富有基因组学特色的现代教学环境将在广度和深度上更新原有的认知方式,从而完成基因组学课程的建构及催生新的教学模式。

参考文献

[1]毛齐明,杨青松.基于网络课堂的研究性教学模式探析—以大学“公共教育学基础”为例[J].现代大学教育,2012(1):81-88.

[2]周倩,张永生,王运生,等.基因组学教学内容与方式改革探索[J].课程教育研究,2016(16):233-234.

[3]李亚妮.利用网络资源进行信息技术教学[J].中国教育研究论丛,2006(2): 619-620.

[4]莫甲凤.麻省理工学院经济系人才培养模式:特点与启示[J].高等教育评论,2017(1):63-74.

[5]门敏敏,张亚珍,邓安远.学习者视角下MOOC视频的设计与实践[J].数字教育,2016(6):21-25.

[6]施晓雪,顾雨萌,但佳琪,等.智能手机进课堂调研[J].教育教学论坛,2018(23):56-57.

[7]刘献君.《大学之思与大学之建》[M].武汉:华中科技大学出版社,2013.

[8]凌云,邵留,彭自然等.手机进课堂的疏与堵—以全英文课程《环境科学导论》为例[J].2018(25):181-182.

[9]黄科,曹家树,吴秋云等.生物信息学[J].情报学报,2002(4): 491-496.

[10]祁爱萍.蓝墨云班课在教学过程中的应用探讨[J].信息与电脑(理论版),2016(19):207-208.

Abstract: Improving and strengthening the teaching quality of the Genomics course is the starting point and destination of teaching reform. However, the factors affecting the teaching quality are changing and only by advancing with the times can the teaching quality be guaranteed. Teaching model and content are equally important, which are two aspects affecting teaching quality, and the influence of teaching model is becoming more and more important. Through the combination of classroom teaching and information-based teaching, the course of Genomics is introduced into a new teaching system based on integration and reconstruction of Internet resources to achieve mutual integration, and complete the real-time mutual promotion of teaching and learning. This new teaching model is conducive to stimulating students' interest in learning, improving students' ability of free exploration and independent learning, and achieving the goal of cultivating innovative talents.

Key words: genomics; information teaching; teaching system

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