應(yīng)用信息新技術(shù)促進(jìn)“基因組學(xué)”課程教學(xué)改革

伍國羽

（廣東藥科大學(xué) 臨床藥學(xué)院，廣東廣州 510006）

“基因組學(xué)”課程是臨床藥學(xué)和整合藥學(xué)專業(yè)的重要課程之一，是一門主要介紹基因組學(xué)基本概念、基本原理和基礎(chǔ)知識的學(xué)科[1-2]?；蚪M學(xué)在藥學(xué)基本理論研究和臨床實踐中的作用越來越突出，在基因、藥物和疾病之間架起了一座橋梁[3]。通過基因檢測分析對臨床病人個性化用藥的指導(dǎo)作用尤其突出，已經(jīng)逐漸成為了臨床精準(zhǔn)用藥實踐強(qiáng)有力的工具[4-7]?；蚪M學(xué)的發(fā)展同時還驅(qū)動了藥物研發(fā)新紀(jì)元的到來，傳統(tǒng)臨床試驗中90%的藥物都因為安全性或者有效性不足而無法使用，導(dǎo)致藥物研發(fā)失敗的很重要的一個原因就是在藥物開發(fā)過程中忽視了病人基因型在藥物有效性和安全性中的影響，以特定基因型或者基因突變?yōu)榘袠?biāo)的藥物開發(fā)已經(jīng)成為了目前藥物開發(fā)的新趨勢[8]。因此，具備基因組學(xué)知識并且能夠有效實踐應(yīng)用，是新時代背景下對藥學(xué)類專業(yè)人才的基本要求。

“基因組學(xué)”課程系統(tǒng)地介紹了基因組學(xué)研究的基本內(nèi)容及相關(guān)進(jìn)展，使學(xué)生了解基因組學(xué)發(fā)展的歷史沿革、重要研究領(lǐng)域、發(fā)展趨勢以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展。學(xué)生需要全面掌握基因組遺傳圖和物理圖繪制的原理和方法、全基因組測序的策略、路線和方法、基因表達(dá)與調(diào)控、基因組進(jìn)化的分子機(jī)制、基因型與疾病發(fā)生的關(guān)系以及基因突變對藥物敏感性的影響等，對學(xué)生的綜合能力要求很高。而目前“基因組學(xué)”的授課現(xiàn)狀是用老方法傳授新知識。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，存在教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)陳舊、單一灌輸式授課模式、學(xué)生實踐能力不強(qiáng)等問題，教學(xué)課堂氛圍沉悶，學(xué)生的興趣和積極性都不強(qiáng)，實操能力得不到鍛煉和提高，不利于學(xué)生緊跟時代、充分理解知識點和提高綜合能力。因此，如何創(chuàng)新教學(xué)方式以提升教學(xué)效果，是值得思考的問題。

21世紀(jì)信息技術(shù)迅猛發(fā)展，極大地改變了人們的生產(chǎn)生活方式，有效利用現(xiàn)代科技新方法新手段，整合信息技術(shù)手段和專業(yè)課知識內(nèi)容，已經(jīng)成為了高校教育教學(xué)改革的新趨勢，對于“基因組學(xué)”這種本身就與信息學(xué)有交叉的新興學(xué)科，更應(yīng)當(dāng)有效利用現(xiàn)代科技手段輔助教學(xué)[9-10]。如何利用好信息技術(shù)所能提供的自主研究、共享資源、交互合作等學(xué)習(xí)環(huán)境，將其作為充分促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工具，充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性，使學(xué)生的實操能力和創(chuàng)新思維都能得到有效提升，是新時代培養(yǎng)高素質(zhì)人才的關(guān)鍵。

基于此，針對“基因組學(xué)”課程教學(xué)中存在的問題并結(jié)合該課程的特點，在前人的經(jīng)驗基礎(chǔ)上積極探索如何充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)提升該課程的教學(xué)效果，以期為“基因組學(xué)”的教學(xué)改革提供參考。

1 信息技術(shù)在“基因組學(xué)”課程教學(xué)改革中的重要意義

1.1 給教師教學(xué)帶來挑戰(zhàn)與機(jī)遇

要在課程教學(xué)中靈活運用信息技術(shù)，對教師的教學(xué)方式、教學(xué)使命、教學(xué)權(quán)威和教學(xué)氛圍等多方面都是一個挑戰(zhàn)。在信息技術(shù)的助力下，教學(xué)方式從傳統(tǒng)的講授法變成多元化、多方位教學(xué)法，由灌輸式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式教學(xué)；教學(xué)使命從傳統(tǒng)的傳授科學(xué)知識變成鼓勵學(xué)生自主探索，從“授之以魚”轉(zhuǎn)變成“授之以漁”；教學(xué)權(quán)威從傳統(tǒng)的教師陳述為準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c學(xué)生共同研究討論；教學(xué)氛圍從傳統(tǒng)教條性轉(zhuǎn)為師生之間協(xié)商對話、包容互動，教學(xué)氛圍愈發(fā)平等民主。

信息技術(shù)的高速發(fā)展給課程教學(xué)帶來變革，對教師來說也是很好的機(jī)遇。為教師的終身學(xué)習(xí)提供了動力和途徑，提供了海量的教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，打破了教師教學(xué)孤島的局面；為教師的教學(xué)提供了強(qiáng)有力的支撐，實現(xiàn)信息共享、成效考察、線上答疑、師生交流和考核監(jiān)督等功能，為教師的個性化發(fā)展提供了充足的空間，讓教師組織課程方面更能展示個人特色，給教師的多元化、個性化發(fā)展提供了絕佳機(jī)遇。

1.2 給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來幫助和提升

信息技術(shù)給課程教學(xué)注入了新活力，也轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)模式。靈活運用信息技術(shù)，能夠讓枯燥的知識變得生動起來，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣；有效利用網(wǎng)絡(luò)資源和公共數(shù)據(jù)庫，使自主的理論分析和實踐操作都成為可能，實現(xiàn)探索性、合作式、討論式學(xué)習(xí)，多方位提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量；使學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生了改變，可以隨時隨地查詢和獲取知識資源，有利于書本知識向生活場景的延伸；使學(xué)生的學(xué)習(xí)身份發(fā)生了改變，有機(jī)會從被動接受信息轉(zhuǎn)變成為主動汲取知識。

1.3 實現(xiàn)從“學(xué)科教學(xué)”到“學(xué)科育人”的提升

好的課堂不僅僅是傳授科學(xué)知識，更重要的是培養(yǎng)人才。利用信息新技術(shù)改革和提升“基因組學(xué)”的課程教學(xué)，可讓課程的教學(xué)內(nèi)容緊跟時代要求，也是國家課程現(xiàn)代化、前沿化的進(jìn)步體現(xiàn)，可增強(qiáng)學(xué)生民族自尊心和自信心。在教學(xué)理念緊跟時代潮流、教學(xué)內(nèi)容與國際科研前沿接軌、教學(xué)形式豐富多樣、教學(xué)設(shè)備先進(jìn)的環(huán)境中成長起來的學(xué)生，自然而然有發(fā)自內(nèi)心對祖國強(qiáng)大實力的認(rèn)同感與自豪感，有助于樹立起崇高的理想信念和正確的價值觀、人生觀、世界觀，從而有效促進(jìn)從“學(xué)科教學(xué)”到“學(xué)科育人”的教學(xué)高度的提升。

2 信息技術(shù)在“基因組學(xué)”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用與實踐

2.1 云端資料讓“基因組學(xué)”教學(xué)教材實現(xiàn)實時更新

教學(xué)的改革，首先應(yīng)當(dāng)從教材改革開始。教材老舊落伍、與時代脫節(jié)，已經(jīng)成為了當(dāng)今高校教材的通病?；蚪M學(xué)是隨著人類基因組計劃的完成而發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，雖然教材內(nèi)容相對一些傳統(tǒng)學(xué)科比較新，但由于該學(xué)科涉及到生物學(xué)與信息學(xué)的交叉融通，是當(dāng)今社會的熱門學(xué)科，發(fā)展的速度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于教材書本的再編再版，教材改革不容松懈。例如，基因測序技術(shù)，課本上還主要講授一代測序（Sanger測序）和二代測序（Next generation sequencing），但三代測序（單分子測序技術(shù)）已經(jīng)成為了近幾年的熱點技術(shù)，在現(xiàn)行的教材上卻鮮有詳細(xì)介紹[11-12]。因此，教材的實時更新需要新技術(shù)的引入。

采用實體書本與在線資料相結(jié)合的方式，能夠有效、實時擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容。內(nèi)容不在多而在于精。盡管網(wǎng)絡(luò)課程和網(wǎng)絡(luò)資源豐富，但是存在內(nèi)容質(zhì)量參差不齊、信息渠道繁雜冗余等問題，僅靠任課教師準(zhǔn)備相關(guān)資料不僅受到個人知識水平和偏好的限制，還大大增加了備課難度。目前，云端資料存儲與共享技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已有一些學(xué)校內(nèi)部打造有云平臺，如沈陽醫(yī)學(xué)院計算機(jī)教研室建立的知行醫(yī)苑混合式教學(xué)平臺，組織教師團(tuán)隊編寫精品教程供一線教師使用，包含文字材料30多萬字、高清圖片200多張、思維導(dǎo)圖10多張等；也有以市區(qū)為單位的云平臺建設(shè)，如深圳市教育局的智慧教育建設(shè)工程推出的“深圳教育空中課堂”，集中優(yōu)秀教師共同努力，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)備課資源分享給多校使用。這些云平臺的出現(xiàn)指引了今后教學(xué)資料的發(fā)展方向，打造多校聯(lián)合、課程專屬的官方在線數(shù)據(jù)資料庫勢在必行。要依靠專業(yè)團(tuán)隊、多方合作，依托課本章節(jié)內(nèi)容精煉出該領(lǐng)域的前沿知識，每年定期更新在線教材資料供一線教學(xué)教師使用，讓教學(xué)內(nèi)容緊跟時代步伐，讓學(xué)生在教學(xué)活動中學(xué)到最新的知識。

2.2 多媒體新技術(shù)有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量

多媒體手段是最早在課堂上引入的信息技術(shù)手段之一，大多數(shù)教師已經(jīng)能夠熟練運用傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)（如PPT），整合文字、圖片、音頻和視頻等內(nèi)容，給學(xué)生帶來直觀立體的學(xué)習(xí)體驗。但是教師應(yīng)用各種多媒體新技術(shù)的水平參差不齊，有的只是將傳統(tǒng)的板書形式變成了電子版，并未真正發(fā)揮多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，這種局面急需改變。

（1）善于利用現(xiàn)有的多媒體素材庫，能夠快速提升PPT的美感。多個網(wǎng)絡(luò)平臺有精心制作的PPT模板和科學(xué)知識點講解視頻，可以成為教師授課的參考素材，充分利用這這些素材，能夠讓課程講解邏輯清晰，生動展示知識要點。（2）應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大多媒體新技術(shù)的應(yīng)用范圍，如3D投影技術(shù)、AR技術(shù)和新媒體交互等，使虛擬技術(shù)結(jié)合現(xiàn)實情景，讓基因組這一無法讓學(xué)生直觀看到的內(nèi)容，在多媒體教室中出現(xiàn)。譬如，基因組的3D折疊結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，光靠講解和平面圖示難以讓學(xué)生直接觀察、快速全面掌握[13]；而利用多媒體新技術(shù)，就可以把基因組的結(jié)構(gòu)做成全息投影，讓學(xué)生能夠從多個角度觀察基因組結(jié)構(gòu)，直觀細(xì)致地了解細(xì)胞核中DNA環(huán)的形成、解體和各式各樣的3D折疊，加深學(xué)生印象。

2.3 互聯(lián)網(wǎng)資源互動增強(qiáng)學(xué)生分析解決問題的能力

以往的教學(xué)過程僅局限于課本內(nèi)容，理論多實踐少，學(xué)生依靠死記硬背應(yīng)對考試，實踐能力提升較慢。創(chuàng)新教學(xué)應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生自主探索，利用課堂知識理解和解決生活中遇到的問題，學(xué)以致用，既能夠提升學(xué)生的綜合能力，也能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

互聯(lián)網(wǎng)資源豐富，尤其能加深課堂內(nèi)容與日常生活的聯(lián)系，讓知識融入生活，增添課程教學(xué)的活力?；蚪M學(xué)作為一門研究人類全基因組的學(xué)科，相關(guān)知識在日常生活中常有應(yīng)用，教師可布置值得思考的問題，比如親子鑒定、遺傳病篩查等，讓學(xué)生課后通過互聯(lián)網(wǎng)搜索，明晰生活中一些疾病或檢測手段背后的科學(xué)原理[14]。讓課本知識貼近生活，能夠使學(xué)生直觀地感受到學(xué)有所用，提高其對基因組學(xué)知識的應(yīng)用和實踐能力。

2.4 公共數(shù)據(jù)庫實戰(zhàn)演練提升綜合素質(zhì)

“基因組學(xué)”傳統(tǒng)授課以理論講授為主，實操部分不足。課程實踐內(nèi)容的設(shè)置對于提升學(xué)生自主探索學(xué)習(xí)能力、課程參與度、解決問題的能力等意義重大，需要加強(qiáng)重視。

技術(shù)實戰(zhàn)的模擬練習(xí)，可以基于公共數(shù)據(jù)庫資源，如國家生物技術(shù)信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）[15]、癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）[16]、京都基因和基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）[17]等進(jìn)行實戰(zhàn)演練，教師應(yīng)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)如何根據(jù)自己的興趣去搜索需要的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和展示[18]。例如，在講授“基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控”這一節(jié)課后，可布置作業(yè)列出數(shù)個參考題目供選，如研究MCF7細(xì)胞在經(jīng)過Doxorubicin處理之后，哪些基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生了變化及會影響細(xì)胞的哪些功能。讓學(xué)生分成6～8人為一組，自主選題，通過課堂講授、演示的方法，在公共數(shù)據(jù)庫中搜索資源，并使用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采取口頭匯報或者科普論文的方式展示小組學(xué)習(xí)成果。這一實踐環(huán)節(jié)不僅考驗了學(xué)生對課程知識點的掌握、對公共數(shù)據(jù)庫的使用、對分析軟件的操作能力，培養(yǎng)了學(xué)生深入學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作、口頭展示等能力，還是今后課題研究的小型模擬，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和工作夯實基礎(chǔ)。

2.5 網(wǎng)絡(luò)課堂助力教師快速準(zhǔn)確進(jìn)行學(xué)情分析

因材施教是教學(xué)中非常重要的教學(xué)方法和原則，如何快速掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以學(xué)生為中心調(diào)整教學(xué)方案，是傳統(tǒng)課堂面臨的難題之一。以往通過課堂小測、課堂提問等方法，可以階段性地掌握學(xué)生的情況，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行學(xué)情分析，但該方法有一定的局限性，如課堂小測需要教師評卷閱卷，耗費大量的精力；學(xué)生學(xué)習(xí)情況以教師的感覺為主，很少做統(tǒng)計量化評估，不夠準(zhǔn)確；課堂提問僅僅抽查個別學(xué)生，難以把握整個班級的情況。

網(wǎng)絡(luò)課堂的出現(xiàn)，極大地改善了學(xué)情分析難的局面。如廣東藥科大學(xué)的超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，就給教師的教學(xué)帶來了極大的便利。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師可以網(wǎng)上發(fā)布隨堂練習(xí)和章節(jié)測驗，能夠一鍵統(tǒng)計所有學(xué)生的完成情況，很快掌握學(xué)生的成績分布，還能夠?qū)Ρ榷啻螠y驗情況，觀察教學(xué)方案調(diào)整之后學(xué)生的接收情況是否有所改善。其中，教學(xué)預(yù)警環(huán)節(jié)能讓教師及時關(guān)注到練習(xí)或者測驗完成率低和綜合成績低的學(xué)生，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺，讓每一個學(xué)生都能學(xué)有所得。網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂發(fā)布調(diào)查問卷也非常方便，并且統(tǒng)計結(jié)果清晰明確，能有效增強(qiáng)師生之間的互動，助力教師根據(jù)學(xué)生具體情況施教。

3 結(jié)語

21世紀(jì)，社會信息化步伐加快，人才培養(yǎng)也應(yīng)當(dāng)以適應(yīng)時代發(fā)展和社會的需求為準(zhǔn)則。基因組學(xué)知識在藥理研究、精準(zhǔn)用藥、新藥研發(fā)等方面有重要的推動作用，掌握前沿基因組學(xué)知識，是新時代對藥學(xué)類專業(yè)人才的基本要求。高效、合理地運用信息技術(shù)對于“基因組學(xué)”的教學(xué)有深遠(yuǎn)的積極影響，借助信息技術(shù)優(yōu)化改革教學(xué)過程，不僅能夠有效豐富教學(xué)手段、提升課程質(zhì)量、增強(qiáng)教學(xué)的深度，還能夠全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，幫助學(xué)生樹立起崇高的理想信念，是當(dāng)今高校教育教學(xué)改革的趨勢和潮流。