生物信息學課程研討式教學

論文摘要：研討式教學模式將研究與討論貫穿於教學的全過程，有助於調動學生的積極性、加深對知識的理解、增進學習效果。通過確立授課目標、精心設計和組織授課內容、在實踐中不斷總結經驗，在“生物信息學”的授課過程中對研討式教學模式進行了探索和實踐。

論文關鍵詞：生物信息學；課堂研討；案例分析

21世紀是生命科學的世紀，生物技術飛速發展，生物學數據大量積累。而生物信息學正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學科，旨在用信息學方法解決生物學問題。為了培養複合型人才，大力發展交叉學科，國防科技大學（以下簡稱“我校”）近年來面向全校理工科研究生開設了“生物信息學”選修課程。

“生物信息學”作為新興的交叉學科，具有融合性、發展性和開放性的特點。融合性是指生物信息學涉及的生物、計算機、數學等多個學科的交叉與融合。從20世紀90年代到現在，該學科發展非常迅速，研究熱點發生了數次改變。開放性是指該學科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點一方面為課堂教學提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經過認真分析，選定研討式教學作為該課程的主要授課方式。研討式教學即研究討論式教學，是將研究與討論貫穿於教學的全過程。在教師的具體指導下，充分發揮學生的主體作用，通過自我學習、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養。通過確立教學目標，精心設計和組織教學內容，在實踐中貫徹研討式教學理念和方法，在生物信息學課程中對研討式教學模式進行了理論探索和實踐創新。

一、教學目標的確立

合理的課程目標與定位是決定課程建設成敗和教學效果的基礎，其主要依據是人才培養需求和授課對象的實際情況。首先，教學對象是研究生，已具備一定的自主學習和創新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學生具備獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學生，以後從事的工作可能涉及很多學科方向，展現如何針對一門新的學科方向進行研究的整體思路顯得很有意義。最後，考慮到學生不同的知識背景，對於各部分內容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業方向，讓每個學生都能有所收穫。因此，確立教學目標為：介紹生物信息學的基本概念和方法，通過案例分析展現科學研究的基本方法和實踐過程。

二、教學內容的設計和組織

1.教學內容的總體設計

確定了教學目標之後，需要對課程的教學內容進行總體設計。參考國內外多所高校的相關課程設置，如北京大學的“生物信息學導論”、中科大的“生物信息學”、中科院的“生物信息學與系統生物學”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發現這些課程主要是針對生物專業的學生開設，側重於方法學介紹。而我校學生大部分是工科背景，對於統計和機器學習方法有一定基礎，重點是瞭解相關的生物學問題，並應用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨着生物信息學的快速發展，研究領域不斷擴大，有必要展現該學科的最新進展。

因此，課程內容總體設計上以生物學問題為主線，結合最新的研究成果，對各種計算方法的應用過程進行深入和細緻的講解。在介紹生物信息學的研究現狀和生物學基礎知識之後，分多個專題詳述生物信息學最新的研究進展，各專題在內容上相互銜接，由淺入深，以便學生理解和接受。以問題為導向的課程設計對於啟發學生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。

進一步，為了突出部分重點專題及其分析方法，採用案例分析課的形式，針對一些重要問題進行深入探討。鼓勵學生應用所學知識，結合自身的專業背景，通過積極地思考和討論提出相應的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助於學生更多地參與課堂研討，對於知識的綜合應用和科學研究過程產生切身體會。

2.教學內容的組織

研討式教學的關鍵是調動學生的積極性，鼓勵學生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學習和吸取老教師的成功經驗，總結調動學生積極性的基本要素，對授課內容進行了認真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當。由於生物信息學涵蓋內容非常豐富，有必要對課程內容進行取捨，在保證知識面的基礎上，突出授課的重點。減少或刪除重要性較低的部分，採用圖片和動畫等形式對重要的知識點加以強調，以深化學生的理解。只有學生對重點內容理解透徹，才能激發出濃厚的學習興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。

（2）新穎有趣，實例豐富。在課程內容上應充分體現知識性和趣味性，以豐富的實例展現生物信息學中基本的概念和方法。學生往往關注與日常生活休慼相關的內容，期望能用所學知識解釋常見現象，因此實例選擇應貼近生活體驗。課件中準備了大量的實例，例如，在講完構建進化樹之後，舉例説明為什麼人類的祖先是從非洲走出來的；在生物代謝一章，通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性；在蛋白質結構部分，討論為什麼濕着頭髮睡覺，頭髮容易變翹。通過實例分析，增加學生對於所學知識的理解和參與課堂研討的積極性。

（3）設置思考題，留出想象空間。針對重要的.知識點，預先設置思考題，以啟發和擴展學生思路。生物信息學作為一門新興學科，存在大量沒有確定結論的開放性問題，有待深入探究。例如“人類與小鼠的基因組差別很小，為什麼形態上有那麼大的差別”，“生物系統模擬中，是否越複雜的模型越好”。針對這些問題適時地開展課堂研討，有助於激發學生的學習興趣，開闊其視野。"

三、研討式教學的開展

在授課過程中，教師應努力營造活躍的課堂氣氛，密切觀察學生的動向，及時溝通存在的問題，選擇合適的時機開展課堂研討。不斷地積累經驗，使課堂討論達到更好的效果。在開展課堂研討時，尤其應注意以下幾點：

1.因材施教

在“生物信息學”課程中，學生的專業背景不盡相同，少部分學生來自生物專業，其他大部分是工科背景，如自動化、計算機仿真和認知科學等。因此，在主題的選擇和研討環節的設計上，應充分考慮到學生的需求和背景知識，發掘大家共同的興趣點。實踐證明，不同的學科背景可以有效地促進交流，提供對於同一問題的不同視角。例如，生物專業的學生可以解釋有關生物技術的問題，而仿真專業的學生對於系統的建模方法有深入的理解。有效的課堂討論，能夠促進各種思路的融合，碰撞出靈感的火花。

2.及時溝通

研討式教學需要教師對授課整體情況有較好的把握。例如，有一章的內容是生物學基礎，教師針對這部分內容進行了充分準備，包括大量的圖片和動畫，並穿插了很多科學家的故事。但授課效果不盡理想，到了預設問題的環節，只有一兩個學生參與討論，大部分學生都一臉茫然。通過及時溝通，發現了兩個問題。一是背景知識不夠，學生對於預設問題了解不多；二是重要性認識不足，學生認為生物學的基礎知識與本課程的學習關係不大。考慮到學生的疑問，對授課內容進行及時調整，進一步強調所學知識對於生物信息學的意義，並通過具體實例激發學生的學習興趣。在實例的啟發下，學生開展了積極的討論，加深了對於所學知識的認識。開展研討式教學，應以學生為主體，及時地溝通發現課堂中存在的問題，並相應地調整授課內容。即使教師講得天花亂墜，如果學生知其然，不知其所以然，也不可能達到好的授課效果。

3.審時度勢

課堂研討開展的時機很重要。例如，當講到生物信息學概況時，學生反應不是很強烈。而當教師結合自身經驗談研究體會時，學生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時，可以組織學生交流學習目的、預期和存在的疑問，以便教師進行有針對性地授課。研討式教學一方面強調學生的主體地位，一方面要求教師發揮主導作用，密切注意學生動向，發現學生的興趣點，引導討論的逐步展開和深入。

4.自主提問

如果教師能夠營造出一種輕鬆愉悦的課堂氛圍，學生往往能夠主動發問，提出不同觀點，而不拘泥於預先設置的問題。實踐證明，通過學生自主提問展開的課堂研討，往往效果更好。在前期鋪墊時，啟發學生自主思考並積極討論，分析該領域可能存在的問題和發展方向。當講到後續內容時，學生有了一定的心理預期，很想了解該領域的研究現狀和發展趨勢，以驗證與預期是否一致。同時，自主提問對於生物信息學研究有很好的推動作用，學生經常能夠獨闢蹊徑，提出全新的思路，拓展研究內容的廣度和深度。

5.課堂報告

在授課過程中，鼓勵學生結合所學知識選擇感興趣的專題，閲讀相關文獻並進行課堂報告。由於學生的選題更接近彼此的思維方式，能夠反映一些共性的問題，對於擴展思路很有幫助。在報告過程中，教師可適時點評，穿插課堂討論，以深化學生對問題的理解。課堂報告可以全面地鍛鍊學生的表達能力、寫作能力和創新思維能力，提高學生的綜合素質。

四、研討式教學效果

在“生物信息學”課程中，針對研討式教學的理念和方法進行了不斷地探索和實踐。課堂研討約佔總學時的三分之一，由教師根據每堂課的具體內容和學生的反應情況進行實時調整。尤其是案例分析課，課堂研討所佔比例較高，通過逐步討論，較好地再現科學研究的一般過程。學生普遍反映採用研討式教學模式，課堂氣氛活躍，對於知識的理解更加深入，具有良好的教學效果。