农林院校生物技术软件操作课程建设探索
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作者:杨璞 冯佰利
【摘 要】论文以西北农林科技大学农学院《常用生物技术软件操作》课程的内容、教学方法、教学环节、考核体系等方面存在的问题为案例进行剖析，分析了建设该课程的必要性。结合课程教学实际，确立了课程建设目标与建设思路。具体包括从更新完善教学内容、建设网络教学平台、建立课程教学方法体系、建立教学效果评价体系、建立辅导答疑制度、建立和完善素材库等六方面提出了改革和建设思路。通过课程改革，旨在建设一门具有综合应用型课程，通过课程学习使学生的科学、系统思维能力和综合应用知识能力得到提高，并为其它综合应用型课程的建设提供理论参考。
【关键词】生物技术软件;课程建设;课程网络教学平台;素材库
【基金项目】西北农林科技大学教学改革项目（JY1703004）。
【中图分类号】G43 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）19-000-02
《常用生物技术软件操作》是在遗传学、基因组学、生物信息学等学科基础上发展起来的一门新型综合应用课程。目的是培养学生综合应用知识的能力。通过课程的学习，激励学生学习的主动性和创新性，提高学生分析和解决问题的能力。将基因组学和生物信息学等相关学科结合极大促进了作物学研究。目前，国内作物学发展水平较高的单位均在基因组学研究领域取得了重大进展或突破，其中基因组学、生物信息学、遗传学多学科知识的综合应用功不可没。目前，在农学类学生的实际科研中，也需要将多门学科知识进行综合应用，对学生数据分析能力和软件操作水平都提出了较高的要求。但是，农学院各专业开设的与生物技术有关的课程多偏向于理论学习，缺少实践环节。开设常用生物技术软件操作课程能在一定程度上改善这种状况，为将理论知识应用于实践提供了纽带。鉴于此，西北农林科技大学农学院从2014年开始筹建《常用生物技术软件操作》课程，目前已建设完成并完成多次教学任务。
一、目前农林院校生物技术软件操作类课程现状和问题
（一）学生综合能力对影响课程学习效果
常用生物技术软件操作是一门综合应用型实验课程，要想取得较好的学习效果，需要学生有较强的专业基础知识和较强的英语学习能力。
1.深厚的专业基础知识
常用生物技术软件操作高度强调学生的数据分析能力和结果解读能力，要求学生深入掌握前置课程。只有这样，学生才能知道上课的内容“是什么”，相关软件“做什么”和自己该“怎么做”。然而课程理论学习时间只有8-10学时，内容却涵盖遗传学、基因组学、蛋白组学和生物信息学等。绝大多数学生此前没有深入学习过相关内容，会对后期的实验课造成一定影响。如何在有限的课时内提升学生数据分析和结果解读能力，是本课程需要解决的一项关键问题。
2.需要较强的专业英语应用能力
生物技术软件的手册和文献多用英语表述，需要学习者有较强的专业英文阅读能力，否则很难成功自主学习。多数学生前期缺乏系统训练，短期内大幅提升专业英文资料的理解应用能力，是一项艰巨的挑战。因此，在教学中采取何种方式引领学生提高自学能力，是本课程需要探究的又一关键问题。
（二）缺少与授课内容贴合的教材
常用生物技术软件操作课程的基本形式是讲授关键节点的理论知识及其实际应用。学生通过完整的课程学习，能够对解决常用农业生物技术软件的操作有较为完整的把握。然而，通过系统调研，国内未见有同类课程开设，也未见有相应教材出版。本课程的前置课程教材的数量和类型均十分丰富，然而均为系统讲授理论知识，实践环节少，与本课程相关的内容不突出，而且没有很好结合农学学科特色。鉴于此，在课程建立之初，学院便组织相关教师查阅文献、反复讨论，结合科研实际制定了课程标准和教学大纲。为了保证教学效果，任课教师需依据课程标准和教学大纲，结合各自科研经验和学科进展来把握教学内容。
（三）课程内容体系需不断完善
到目前为止，课程已顺利运行2年，各位授课教师结合实际教学问题不断完善教学内容和授课形式，目前课程的内容体系已建立完成，能够满足大部分学生实际科研需要。但该门课程仍存在两个重要问题：
1.课程内容体系需与时俱进
课程具有应用属性，为学生科研能力的培养服务。课程前置学科内容的更新直接影响到本课程内容。比如，CRISPR-Cas9技术是在2012年以后才迅速崛起的技术，但在课程建立之初，该技术不成熟。目前该技术已渐趋稳定，使用该技术的科研人员也越来越多，有必要将其加入到课程内容中。高通量测序数据的分析也是类似情况。相反，对于使用人数逐渐减少或过时的内容需要即使更新或淘汰。
2.实验项目需不断调整优化
常用生物技术软件操作课程是立足于众多前置课程，这些前置课程不断发展、完善促进生物技术学科越来越完善。比如，针对遗传连锁分析，先后开发了Mapmaker、Joinmap、QTL ICIMapping等软件。在课程教学过程中，在新软件出现后需要对课程内容进行相应调整，以淘汰旧知识，引进新技术。如何对常用生物技术软件操作的教学内容进行完善和补充，在实际教学中能更好地培养学生的思维能力的和数据分析能力是课程教学过程中需要持续关注的内容。
（四）缺少教学和学习素材
与缺少合适教材相对应，常用生物技术软件操作课程缺少必要的教学和学习素材。课件、视频、参考资料、软件、示例数据、习题作业等网络素材资源等均需从头开始建设。
（五）缺少针对该课程的教学辅导方法
常用生物学软件操作过程要建立在对相关概念深度理解的基础上进行。僅仅能熟练掌握软件操作已属不易，如果还需对操作之外的问题进行分析解决。凭借短短几个学时的训练很难达到目的，需要学生反复练习。在学生自学和复习的过程中如果有辅导和答疑环节将大大促进学习效果。目前，主动联系老师咨询问题的学生，但数量较少。辅导答疑环节不足，制约了学习效果，需要老师和学生共同努力，完善答疑环节。 （六）学习内容多与课时数不足之间存在矛盾
按照现行课程标准，本课程包含了8个领域常用软件的使用，每一章均涉及到常用的软件1-2种，学时分配为：8学时理论课和32学时实验课。实际上，这较难保证学生学会全部课程内容。同时，随着新软件的不断更新推出，课程内容必须不断扩展更新，教学要求提升与课时不足的矛盾逐渐突出。
二、课程建设的难处及建设内容
（一）课程建设采取的思路
1.教学硬件平台的建设
由于是新开课程且性质特殊，课程建设任务繁重。首先须完善课程基本要素建设，具体包括：建设和完善课程内容，壮大教学队伍，对课程介绍、教学大纲、教学日历、重点难点及参考资料目录等教学活动必需资源进行系统整理、汇编。完善课件、参考资料、软件、示例数据素材、习题作业等素材资源，建设网上学习系统。探索网络教学模式，改进教学效果、提升学生数据分析能力。
2.教学软件平台的建设
（1）坚持理论讲授与实践操作结合：课程内容按软件的功能划分模块，按模块讲授理论知识，然后让学生动手操作。使学生在理论知识上实现“讲中学”，学生理论学习的基础上实践操作，教师针对学生的相关问题重点讲解，实现“学中讲”。
（2）课堂讲授与课后自学相结合：由于课时有限，在内容讲授上需抓大放小，课堂上讲授基本软件和基本操作，学生课下再举一反三，在网上扩展学习同类软件和功能。
（3）完善教学环节：学生在课堂上进行理论学习和实践操作，在课下进行网络自学，在此基础上，设置辅导答疑环节，保证学生能够真正掌握知识。
（二）课程建设措施及內容
课程建设由西北农林科技大学农学院牵头发起，由多位骨干教师参与，积极探索、多方努力，积极听取专家意见，紧扣课程建设目标，严抓课程建设质量，目前已完成了课程各环节的必需要素。
1.建设完善教学内容
依托教学大纲并不断修改和完善，目前课程内容共40学时（8学时理论+32学时实验）。理论课程8章，实验项目9项，涵盖了遗传连锁图构建、数量性状基因定位、关联分析、序列分析、基因预测、蛋白质特征结构域分析、跨膜结构域分析、系统进化分析主要软件的操作。针对部分软件版本和算法不断更新、部分新出现的学科和软件以及部分过时和需淘汰的软件，课程组的策略是定期修改课程标准，以保证课程的活力，能赶上科研发展的需要。目前课程组正在将课程相关素材进行整理完善，拟编写出版教材。
2.建设完善网络教学平台
网络学习是学生学习的重要环节，网络学习平台是本课程不可或缺的重要阵地。团队从课程介绍、教学大纲、教学日历、重点难点、教学课件、电子教案、案例素材、参考资料目录、网上答疑等9个方面建设网上学习平台。具体措施如下：按照《国家级精品资源共享课建设技术要求》撰写课程介绍、教学大纲和教学日历。按照课程结构和知识体系整合完善教学内容，确定课程重点和难点，并制作教学课件和电子教案。结合农学具体科学问题，录制软件操作微视频。编写重要软件的中文说明，内含软件的详细操作步骤和案例分析。
3.探索建立教学方法体系
常用生物技术软件操作大部分实验都是综合性的，为了保障教学效果，我们从多个维度上对教学方法进行设计和优化，保证学生的学习效果。首先，在教学团队上，坚持术业有专攻，选择有操作经验的教师授课。在教学形式上：坚持“理论结合实际”、“课上结合课下”，通过理论课的学习知道“为什么”，通过操作课的学习知道“怎么做”，通过课堂学习掌握基本能力，然后通过网络学习进行巩固提升。在组织形式上：避免零敲碎打，授课教师在教学内容的设计上整体把握，注意章节之间的衔接和内容的逻辑性。上课时以某一农作物的具体问题入手，借助一个大的研究流程，将不同章节研究内容对应到不同科研环节，使学生在学习之初便对相关知识间的关系有一个明确的认识。在教学环节上：除了课堂教学、网络教学和答疑环节之外还增加了实践环节。具体做法是将学生根据兴趣分成不同的组，分配给相关授课教师，授课教师指导学生进行证实实验数据分析，促进学生科学研究能力的形成。
4.建设完善学习效果评价体系
由于生物技术软件操作课程涵盖范围广、涉及软件多、参数多、模型多、需要的基础知识多，课程应用属性强，通过闭卷考试无法全面反映学生的学习效果。需要建立灵活、多元化的评价体系才能客观展示学生的学习效果。目前课程考核采用的方式是：平时考核和期末考查相结合。平时考核项目包括：（1）课堂出勤情况;（2）对学生进行随堂测试并打分;（3）对学生在实践环节的表现打分。期末考查主要是根据课程理论知识设定几个大范围，学生选择自己感兴趣的内容拟定具体题目，查阅文献，撰写研究报告，，教师对学生撰写论文的命题、写作、格式、规范性等方面综合考评并打分。本课程采用的评价方案淡化了理论知识的记忆，强化了对理论知识的应用和实际动手能力，与课程设置的初衷相对应。
5.建立辅导答疑制度
本课程授课教师均设置了教师答疑邮箱和手机，学生课后可以与老师联系。QQ群和微信群也被用来作为答疑途径。此外，网络教学平台也有答疑功能，教师和学生可以同时在线交流，相关信息选课学生均可见。教师还可以通过网络平台及时发布任何与教学有关的信息更新、课件和资料上传、作业发布等信息。通过以上所列的所有途径，保证学生在课后及时与老师交流，解决问题，提高学习效率，强化学习效果。
6.更新完善素材库
常用生物技术软件操作课程，涉及到的软件类型多，形式多样。课程不断完善课程教学素材库。对于重要软件，对每个知识单元录制一段5-25分钟的短视频，展示软件操作过程，涵盖关键的软件操作步骤。网上现有的视频也被引入数据（下转第页）（上接第页）库中，最终实现视频资料对教学内容的全覆盖。目前绝大多数生物技术软件，和其操作手册均为英文展示，不便于学生学习，课程建设过程中对每一个软件均编写中文手册，并附加操作结果和对结果的解读。此外，还广泛收集了研究案例数据，为学生自学提供素材。通过对案例数据的分析，进一步保证学生学习能力的提高。
三、展望
常用生物技术软件操作课程的设立是一种新的尝试和探索，力求将学生学习的科学知识和科研实际结合起来，提高学生对知识的实际运用能力，以适应农业生产方面的科研、开发和管理等工作的需要。同时，通过课程学习能提高学生自学能力，提高学生的科学、系统的思维能力，使学生综合能力得到提高。课程建设以内容建设为基础，教学方法体系和教学效果考核体系建设为核心，网络教学平台建设为辅助，多种措施齐头并举。探索激发学生学习主动性、创造性和提高学习效果的方法。目前课程建设已初具成效，形成了一套适合农学专业发展的培养学生综合应用能力的课程教学方法，相关结果能够为其它课程的建设提供经验。
参考文献
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通讯作者：杨璞，男，博士，讲师，西北农林科技大学农学院。
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