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微课在生物信息学探究性教学中的探索和应用
微课在生物信息学探究性教学中的探索和应用
李广林
（陕西师范大学生命科学学院，陕西西安710119）
摘要：探究式教学是适应高等教育改革和发展的必然趋势，如何在生物信息学教学中更好地实施探究式教学，是目前探究式教学模式在实践环节面临的重要问题。本文就如何在生物信息学探究性教学实践中应用“微课”教学手段提高探究性教学效果进行了探讨。
关键词：微课；探究式教学；生物信息学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）28-0127-02
基金项目：2014年国家自然科学基金项目（31370329）；中央高校基本科研业务费（GK201403004）
作者简介：李广林（1973-），男（汉族），陕西宝鸡人，博士，副教授，研究方向：生物信息学与功能基因组。
随着网络技术、信息技术和移动终端的快速发展，我们已进入“微信”、“微博”、“微电影”和“微课”的“微时代”。“微课”是指在5~10分钟的时间内，以视频为主要载体，记录教师在教学过程中围绕某个知识点而开展的可视化、数字化的教学活动。由于微课可以通过智能手机、平板电脑等多种移动终端来制作、展现和学习交流，它已经被越来越多的学生和教师接受。探究式教学是适应高等教育改革和发展的必然趋势，如何在教学中更好地实施探究式教学，是目前生物信息学探究式教学模式在实践环节面临的重要问题。本文就如何在生物信息学探究性教学实践中应用“微课”教学手段提高探究性教学效果进行了探讨。
一、探究性教学是生物信息学教学的发展方向
探究式教学模式是指学生在教师的指导下，根据自身先前认知结构中的相关经验，通过体验、发现、探索、协作等方式主动获取知识、解决问题的一种教学模式。区别于以教师为中心、以知识掌握为本、以知识结构为驱动的传统教学，探究性教学以学生为中心，以能力发展为本，以问题或任务为驱动开展教学活动。
1. 探究性教学是生物信息学教学改革的必然趋势。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出，要“遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面”。同时，《国家中长期生物技术人才发展规划（2010—2020年）》指出，我国生物技术的开发应用总体水平与世界先进水平还有较大差距，在支撑我国生物产业发展的过程中缺乏高层次创新型人才和优秀创业型人才，需要增加人才资源开发投入，完善人才发展体制。综合上述两个纲要可以看出，未来迫切需要具有创新能力和素质的生物专业人才，而创新人才培养的关键在教育。所以，以“自主、探究、合作”为主要特点的探究式教学，符合国家教育教学改革和生物人才的发展规划，是生物信息学教学改革的必然趋势。
2.探究性教学模式适于生物信息学交叉学科的教学。生物信息学是由生物学与数学、计算机科学等学科交叉形成的前沿学科，主要通过研发并应用计算机技术及数学与统计方法，对生物数据进行管理、整合、分析、建模，从而解决重要的生物学问题，阐明新的生物学规律，获得传统生物学手段无法获得的创新发现。生物信息学人才培养的主要目标是具有创新能力和素质的生物信息学专业人才，这就要求在生物信息学实践中，当提出某一生物学问题时，可以借鉴和利用不同学科的思路和方法去探究。只要有利于揭示生物学规律的结果都可以保留，而不必拘泥于不同探究结果的同一性。这与探究性教学中以培养学生的能力发展为目标是一致的。
二、生物信息学探究性教学中存在的主要问题
目前生物信息学探究性教学应用于教学实践的时间不长，虽然取得了一定的成果，但在实践环节还存在以下主要问题。
1.学生的基础知识不扎实，导致探究性教学效果不好。生物信息学是生物、数学与计算机等学科形成的交叉学科，在进行探究性的教学过程中，涉及到数学与计算机方面的知识和技术比较多，而生物背景的学生在这方面的知识比较欠缺或者不强，所以在探究性问题的自主探究时，表现出参与的兴趣不高、设计的方案较为单一、小组协作的效率较低等实际问题，从而导致探究性教学效果不好。
2.学生的动手实践和创新能力不强，导致探究性教学没有落到实处。在按照自主设计的探究方案进行上机实践时，大部分学生的自主设计方案不能在上机时间内完成。除过设计较为复杂的情况外，大部分原因是由于学生自身对计算机的linux操作系统、perl编程语言以及相关的操作技术不熟造成的，有些细节在他们的自主设计中没有考虑到，所以总会碰到很多超乎其想象的问题。本来这些问题在课外时间学生可以继续解决，但由于学生的学习科目很多，上机没有完成的内容很少有学生在课外继续探究，导致探究性的上机实践活动没有落到实处。
3.教师的授课时间和水平限制，导致探究性教学的教师导向作用不明显。教师能否提出启发性的，适于进行探究性的问题是探究性教学能否取得成功的关键所在。但是由于课时和教学内容的限制，很多提出的问题还是以教师为中心，学生沿着教师的思路向统一的结果或者答案靠拢，学生并没有根据自身的知识结构从多种途径进行探索。
三、微课为生物信息学探究性教学的有效实施提供了新的思路和方法
微课是指以视频为主要载体，记录教师围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动。其核心组成内容包括微教学视频以及与该教学主题相关的微教案、微课件、微练习、微反思、微点评、微反馈等辅助性教学资源。
微课的特点有三点：首先微课短小精悍，通过多媒体和网络技术进行教学内容传播，有利于学生利用碎片化时间进行学习；其次，微课的教学容量小，主题突出，内容独立精练，有利于学生查缺补漏，各取所需，能够实现教与学的个性化选择。最后，微课的时间一般很短，通常限制在5~10分钟之间。
为在短时间内达到良好的学习效果，微课常采用问题式的、案例化的教学方法，微课有助于激发学习者的学习兴趣，启迪学习者进行思考，这与探究式教学模式所主张的体验式学习、自主学习的思想是一致的。所以在探究性教学中可以使用微课。另外，微课有很大的灵活性，可以针对生物信息学探究性教学中的某一具体问题进行微课授课，微课为生物信息学探究性教学的有效实施提供了新的思路和方法。
四、微课在生物信息学探究性教学实践中的应用
按照生物信息学探究性教学的主要环节，微课可以分为课前预习类、课堂教学类、课后复习和拓展类。下面结合案例谈谈微课在生物信息学探究性教学实践中的应用。
1.微课在课前预习中的应用。生物信息学探究性教学授课内容大多涉及一些数理统计和计算机知识，然而对于生物背景的大学生在这方面基础较弱。所以，教师可以根据学生学习新知识所需的数理知识设计制作具有针对性的微课，让学生在预习新课时根据自己的实际情况选择性地观看微课，为后续新课的探究性学习打好基础。例如在讲到序列对数据库的检索（Blast）一节内容时，可以将Blast一节授课内容中用到的正态分布、极值分布、统计学p值的显著性检验等知识做成微课，供学生在课前预习。
2.微课在课堂教学中的应用。在生物信息学探究性教学的课堂教学实践中，教师应该积极去引导和促进学生进行探究，过多使用微课的形式可能会让学生失去探究的动力，形成对微课的依赖，所以在利用微课进行教学时，教学内容应该有所选择，应该主要针对教学中的重点和难点内容制作微课，并上传到相应的课程学习网站上，以便学生在课堂学习外，还可以利用课外时间进行观看和探究。例如在讲到“序列对数据库的检索（Blast）”一节内容时，在课堂教学中可以利用微课探究不同核酸或者蛋白打分矩阵的选择对blast结果的影响，或者探究不同的E值对blast结果的影响。
3.微课在课后拓展中的应用。由于学生自身的知识结构和理解能力的差异，他们对同一知识和操作的理解和掌握程度会有所不同，而课堂教学不可能针对每一个学生进行探究式教学，因此，教师可以根据课堂教学的实施状况和学生的实际能力，将具有拓展性的学习辅助材料（教学视频、辅助性文档等）设计制作成微课程，以满足学有余力的学生利用课外时间继续进行探究性学习。例如“序列对数据库的检索（Blast）”一节课的教学结束后，可以在课后拓展内容中利用微课引入近年发生的“中东呼吸综合征（MERS）”，然后引导学生利用blast工具探究引起“中东呼吸综合征”的冠状病毒（MERS-CoV）序列特征，并分析其进化趋势。
五、结语
在生物信息学探究性教学实践过程中运用微课，有助于学生自主学习和创新能力的培养，不仅提高了探究性教学在课堂中的教学效果，而且可以使学生的探究性学习延伸到课外。微课作为一种新型的教学技术，随着其在生物信息学探究性教学实践中的广泛应用，必将促进生物信息学教学的改革和学生创新能力的发展。
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