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1、应用信息新技术促进“基因组学”课程教学改革伍国羽（广东药科大学临床药学院，广东广州510006）“基因组学”课程是临床药学和整合药学专业的重要课程之一，是一 门主要介绍基因组学基本概念、基本原理和基础知识的学科基因组学在药学基本理论研究和临床实践中的作用越来越突出，在基 因、药物和疾病之间架起了一座桥梁3。通过基因检测分析对临床 病人个性化用药的指导作用尤其突出，已经逐渐成为了临床精准用药 实践强有力的工具4-7。基因组学的发展同时还驱动了药物研发新 纪元的到来，传统临床试验中90%的药物都因为安全性或者有效性不 足而无法使用，导致药物研发失败的很重要的一个原因就是在药物开 发过程中忽视了病人
2、基因型在药物有效性和安全性中的影响，以特定 基因型或者基因突变为靶标的药物开发已经成为了目前药物开发的 新趋势8。因此，具备基因组学知识并且能够有效实践应用，是新 时代背景下对药学类专业人才的基本要求。“基因组学”课程系统地介绍了基因组学研究的基本内容及相关进 展，使学生了解基因组学发展的历史沿革、重要研究领域、发展趋势 以及国内外研究现状与进展。学生需要全面掌握基因组遗传图和物理 图绘制的原理和方法、全基因组测序的策略、路线和方法、基因表达 与调控、基因组进化的分子机制、基因型与疾病发生的关系以及基因 突变对药物敏感性的影响等，对学生的综合能力要求很高。而目前 “基因组学”的授课现状是用老方
3、法传授新知识。在传统教学模式中, 存在教学内容结构陈旧、单一灌输式授课模式、学生实践能力不强等 问题，教学课堂氛围沉闷，学生的兴趣和积极性都不强，实操能力得 不到锻炼和提高，不利于学生紧跟时代、充分理解知识点和提高综合 能力。因此，如何创新教学方式以提升教学效果，是值得思考的问题。 21世纪信息技术迅猛发展，极大地改变了人们的生产生活方式，有 效利用现代科技新方法新手段，整合信息技术手段和专业课知识内容, 已经成为了高校教育教学改革的新趋势，对于“基因组学”这种本身 就与信息学有交叉的新兴学科，更应当有效利用现代科技手段辅助教 学9-10。如何利用好信息技术所能提供的自主研究、共享资源、交 互
4、合作等学习环境，将其作为充分促进学生自主学习的工具，充分调 动学生主观能动性，使学生的实操能力和创新思维都能得到有效提升, 是新时代培养高素质人才的关键。基于此，针对“基因组学”课程教学中存在的问题并结合该课程的特 点，在前人的经验基础上积极探索如何充分利用现代信息技术提升该 课程的教学效果，以期为“基因组学”的教学改革提供参考。1信息技术在“基因组学”课程教学改革中的重要意义1给教师教学带来挑战与机遇要在课程教学中灵活运用信息技术，对教师的教学方式、教学使命、 教学权威和教学氛围等多方面都是一个挑战。在信息技术的助力下， 教学方式从传统的讲授法变成多元化、多方位教学法，由灌输式教学 转变为启
5、发式教学；教学使命从传统的传授科学知识变成鼓励学生自 主探索，从“授之以鱼”转变成“授之以渔”；教学权威从传统的教 师陈述为准转变为与学生共同研究讨论；教学氛围从传统教条性转为 师生之间协商对话、包容互动，教学氛围愈发平等民主。信息技术的高速发展给课程教学带来变革，对教师来说也是很好的机 遇。为教师的终身学习提供了动力和途径，提供了海量的教学资源数 据库，打破了教师教学孤岛的局面；为教师的教学提供了强有力的支 撑，实现信息共享、成效考察、线上答疑、师生交流和考核监督等功 能，为教师的个性化发展提供了充足的空间，让教师组织课程方面更 能展示个人特色，给教师的多元化、个性化发展提供了绝佳机遇。1.
6、2 给学生学习带来帮助和提升信息技术给课程教学注入了新活力，也转变了学生的学习模式。灵活 运用信息技术，能够让枯燥的知识变得生动起来，激发其学习兴趣; 有效利用网络资源和公共数据库，使自主的理论分析和实践操作都成 为可能，实现探索性、合作式、讨论式学习，多方位提升了学生的学 习质量；使学习环境发生了改变，可以随时随地查询和获取知识资源, 有利于书本知识向生活场景的延伸；使学生的学习身份发生了改变， 有机会从被动接受信息转变成为主动汲取知识。1.3 实现从“学科教学”到“学科育人”的提升好的课堂不仅仅是传授科学知识，更重要的是培养人才。利用信息新 技术改革和提升“基因组学”的课程教学，可让课程的
7、教学内容紧跟 时代要求，也是国家课程现代化、前沿化的进步体现，可增强学生民 族自尊心和自信心。在教学理念紧跟时代潮流、教学内容与国际科研 前沿接轨、教学形式丰富多样、教学设备先进的环境中成长起来的学 生，自然而然有发自内心对祖国强大实力的认同感与自豪感，有助于 树立起崇高的理想信念和正确的价值观、人生观、世界观，从而有效 促进从“学科教学”到“学科育人”的教学高度的提升。2信息技术在“基因组学”课程教学改革中的应用与实践云端资料让“基因组学”教学教材实现实时更新教学的改革，首先应当从教材改革开始。教材老旧落伍、与时代脱节， 已经成为了当今高校教材的通病。基因组学是随着人类基因组计划的 完成而发
8、展起来的一门新兴学科，虽然教材内容相对一些传统学科比 较新，但由于该学科涉及到生物学与信息学的交叉融通，是当今社会 的热门学科，发展的速度仍然远远高于教材书本的再编再版，教材改 革不容松懈。例如，基因测序技术，课本上还主要讲授一代测序（Sanger 测序）和二代测序（Next generation sequencing）,但三 代测序（单分子测序技术）已经成为了近几年的热点技术，在现行的 教材上却鲜有详细介绍11-12。因此，教材的实时更新需要新技术 的引入。采用实体书本与在线资料相结合的方式，能够有效、实时扩充教学内 容。内容不在多而在于精。尽管网络课程和网络资源丰富，但是存在 内容质量参差
9、不齐、信息渠道繁杂冗余等问题，仅靠任课教师准备相 关资料不仅受到个人知识水平和偏好的限制，还大大增加了备课难度。 目前，云端资料存储与共享技术已经非常成熟，已有一些学校内部打 造有云平台，如沈阳医学院计算机教研室建立的知行医苑混合式教学 平台，组织教师团队编写精品教程供一线教师使用，包含文字材料 30多万字、高清图片200多张、思维导图10多张等；也有以市区为 单位的云平台建设，如深圳市教育局的智慧教育建设工程推出的“深 圳教育空中课堂”，集中优秀教师共同努力，构建优质备课资源分享 给多校使用。这些云平台的出现指引了今后教学资料的发展方向，打 造多校联合、课程专属的官方在线数据资料库势在必行。
10、要依靠专业 团队、多方合作，依托课本章节内容精炼出该领域的前沿知识，每年 定期更新在线教材资料供一线教学教师使用，让教学内容紧跟时代步 伐，让学生在教学活动中学到最新的知识。2.1 多媒体新技术有效提升课堂教学质量多媒体手段是最早在课堂上引入的信息技术手段之一，大多数教师已 经能够熟练运用传统的多媒体技术（如PPT）,整合文字、图片、音 频和视频等内容，给学生带来直观立体的学习体验。但是教师应用各 种多媒体新技术的水平参差不齐，有的只是将传统的板书形式变成了 电子版，并未真正发挥多媒体技术的优势，这种局面急需改变。（1）善于利用现有的多媒体素材库，能够快速提升PPT的美感。多 个网络平台有精心
11、制作的PPT模板和科学知识点讲解视频，可以成为 教师授课的参考素材，充分利用这这些素材，能够让课程讲解逻辑清 晰，生动展示知识要点。（2）应当扩大多媒体新技术的应用范围，如 3D投影技术、AR技术和新媒体交互等，使虚拟技术结合现实情景， 让基因组这一无法让学生直观看到的内容，在多媒体教室中出现。譬 如，基因组的3D折叠结构比较复杂，光靠讲解和平面图示难以让学 生直接观察、快速全面掌握13；而利用多媒体新技术，就可以把基 因组的结构做成全息投影，让学生能够从多个角度观察基因组结构, 直观细致地了解细胞核中DNA环的形成、解体和各式各样的3D折叠， 加深学生印象。2.2 互联网资源互动增强学生分析
12、解决问题的能力以往的教学过程仅局限于课本内容，理论多实践少，学生依靠死记硬 背应对考试，实践能力提升较慢。创新教学应当引导学生自主探索, 利用课堂知识理解和解决生活中遇到的问题，学以致用，既能够提升 学生的综合能力，也能够激发学生的学习兴趣。互联网资源丰富，尤其能加深课堂内容与日常生活的联系，让知识融 入生活，增添课程教学的活力。基因组学作为一门研究人类全基因组 的学科，相关知识在日常生活中常有应用，教师可布置值得思考的问 题，比如亲子鉴定、遗传病筛查等，让学生课后通过互联网搜索，明 晰生活中一些疾病或检测手段背后的科学原理14。让课本知识贴近 生活，能够使学生直观地感受到学有所用，提高其对基
13、因组学知识的 应用和实践能力。2.3 公共数据库实战演练提升综合素质“基因组学”传统授课以理论讲授为主，实操部分不足。课程实践内 容的设置对于提升学生自主探索学习能力、课程参与度、解决问题的 能力等意义重大，需要加强重视。技术实战的模拟练习，可以基于公共数据库资源，如国家生物技术信 息中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI) 15、癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA) 16、 京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, K
14、EGG) 17等进行实战演练，教师应帮助学生学习如何根 据自己的兴趣去搜索需要的数据，并进行分析和展示18。例如，在 讲授“基因的转录调控”这一节课后，可布置作业列出数个参考题目 供选，如研究MCF7细胞在经过Doxorubicin处理之后，哪些基因的 转录发生了变化及会影响细胞的哪些功能。让学生分成68人为一 组，自主选题，通过课堂讲授、演示的方法，在公共数据库中搜索资 源，并使用软件进行数据分析，采取口头汇报或者科普论文的方式展 示小组学习成果。这一实践环节不仅考验了学生对课程知识点的掌握、 对公共数据库的使用、对分析软件的操作能力，培养了学生深入学习、 团队合作、口头展示等能力，还是今后
15、课题研究的小型模拟，为学生 未来的学习和工作夯实基础。2.4 网络课堂助力教师快速准确进行学情分析因材施教是教学中非常重要的教学方法和原则，如何快速掌握学生的 学习情况，以学生为中心调整教学方案，是传统课堂面临的难题之一。 以往通过课堂小测、课堂提问等方法，可以阶段性地掌握学生的情况， 并以此为基础进行学情分析，但该方法有一定的局限性，如课堂小测 需要教师评卷阅卷，耗费大量的精力；学生学习情况以教师的感觉为 主，很少做统计量化评估，不够准确；课堂提问仅仅抽查个别学生， 难以把握整个班级的情况。网络课堂的出现，极大地改善了学情分析难的局面。如广东药科大学 的超星网络教学平台，就给教师的教学带来了
16、极大的便利。利用网络 教学平台，教师可以网上发布随堂练习和章节测验，能够一键统计所 有学生的完成情况，很快掌握学生的成绩分布，还能够对比多次测验 情况，观察教学方案调整之后学生的接收情况是否有所改善。其中， 教学预警环节能让教师及时关注到练习或者测验完成率低和综合成 绩低的学生，帮助学生查漏补缺，让每一个学生都能学有所得。网络 学堂发布调查问卷也非常方便，并且统计结果清晰明确，能有效增强 师生之间的互动，助力教师根据学生具体情况施教。3结语21世纪，社会信息化步伐加快，人才培养也应当以适应时代发展和 社会的需求为准则。基因组学知识在药理研究、精准用药、新药研发 等方面有重要的推动作用，掌握前沿基因组学知识，是新时代对药学 类专业人才的基本要求。高效、合理地运用信息技术对于“基因组学” 的教学有深远的积极影响，借助信息技术优化改革教学过程，不仅能 够有效丰富教学手段、提升课程质量、增强教学的深度，还能够全面 提高学生的综合素质，帮助学生树立起崇高的理想信念，是当今高校 教育教学改革的趋势和潮流。