新時期《基因組學與蛋白質組學》的微課建設

劉欣然 黃昆

隨著網絡信息技術的發展，代表現代教育的“互聯網+”新教學模式應運而生。為適應新時期高等教育改革的要求，醫學院校教師應充分發揮互聯網的獨特優勢，改革教學模式，不斷提升課程教學效果和自身教學水平。微課即微型視頻網絡課程，通過網絡視頻技術實現教學內容精細化、情景化及個性化[1]。微課由于其傳播便捷、方式靈活等特點，突破傳統線下教學的限制，而受到廣大師生的歡迎。在華中科技大學教學改革項目支持下，本研究基于藥學本科專業課程《基因組學與蛋白質組學》建設微課，探索基于互聯網技術的多元化教學模式改革。微課的應用既能滿足學生個性化的學習需求，也可提高其學習的成績和效率，為新時期醫科教學改革提供思路。

1 《基因組學與蛋白質組學》現行教學問題

隨著現代生命科學技術的發展，藥學各方面都已廣泛涉及組學及其相關應用。生物藥學是綜合藥學、生命科學的理論和方法而發展起來的前沿交叉學科，通過運用生物學及工程技術手段研究和解決醫學和生命科學，特別是藥學中的有關問題。隨著國家及行業對生物藥學專業人才的需求與日俱增，對相關專業技能要求也越來越高?！痘蚪M學與蛋白質組學》是本校生物藥學專業必修課程，是以分子生物學、生物化學、細胞生物學為基礎，介紹組學手段研究基因和蛋白質結構與功能的綜合性課程，與生物藥學專業后續《藥學生物技術》等課程直接相關。

《基因組學與蛋白質組學》課程原采用傳統教學模式。由于本課程概念內容較多而理論性強，受限于學時數，教師只能課堂統一教學并配合答疑和學生課上討論，同時布置課后習題輔助學生加強學習效果。然而傳統的統一教學仍然存在許多不足，如忽略了學生思維方式和基礎水平的差異，學生個性化的學習習慣和學習需求得不到滿足，同時由于缺少生動形象的感性認識而導致教學效果不佳，如知識掌握不牢、學習積極性不高等。與此同時，由于目前教學所使用的教材中思政素材較少，教師在課堂中展示相關思政內容時更多依靠口頭講述，和藥學專業特色結合不夠，且模式較為生硬，學生接受程度有待提高。

2 微課的特點與優勢

隨著網絡普及和信息技術的迅猛發展，利用互聯網和多媒體技術進行碎片化教學的微課已成為現代教學模式發展的熱點。教師通過網絡視頻的方式將課程知識點進行提煉和分解，把重點、難點及實驗操作等教學內容具體而生動地向學生進行展示，同時簡短的視頻也方便學生自我掌控學習進程[2]。相較于傳統的45 min 課時教學，微課多為5 ～10 min 的短媒體視頻，網絡和移動設備使得學生能隨時隨地進行預習、學習及復習，提高學習效率[3-4]。相較于整體化的長視頻，微課“顆?；钡亩桃曨l能較好幫助學生掌握課程的重點和難點知識，使學生產生一種“學習聚焦”的良好體驗，顯著提高其學習興趣和積極性[5-6]。微課的特點和優勢較好契合互聯網時代對便捷和高效率的追求，滿足學生個性化和選擇性自主學習的需求。通過與傳統教學相結合，微課能充分發揮自身優勢，教學效果超過單一地課堂教學模式[7]。

另一方面，通過在線教學平臺精心設計含有課程思政內容素材的微課及視頻，多角度孕育學生無私奉獻的高尚醫德，樹立良好的社會主義核心價值觀。在素材選擇、話語使用等方面堅持中國特色社會主義教育發展道路和方向為指引，以微課、小視頻等學生喜聞樂見的形式展示生物醫藥先進人員的事跡及診療案例，通過頭腦風暴等活動讓學生理解藥學研究者的責任與擔當，以榜樣的力量引導學生樹立遠大的理想抱負，通過多種形式的教學活動培養醫學生的使命感、增強自身的綜合素養。

3 微課在《基因組學與蛋白質組學》教學中的應用

本課程所使用教材為高等教育出版社《基因組學》（楊金水主編）及中國林業出版社《簡明蛋白質組學》（何華勤主編）。授課對象為大三年級生物藥學專業本科生（國家基地班），共32 個學時。課程分為基因組學和蛋白質組學兩大部分，共涵蓋10 章教學內容，以講解基因組的結構和功能，介紹以研究功能基因組學為目的蛋白質組學前沿技術為主線，交叉介紹人類基因組計劃、后基因組計劃的技術原理及應用。教學計劃要求學生掌握基本知識點30 個，教學重點8 個，教學難點5 個。為將知識體系進行碎片化，方便知識點學習，本研究根據每章節教學重難點，設計微課短視頻共計12 部分（每部分微課包含3 段視頻，分別供學生課前、課上和課后使用），并進行拍攝錄制。

3.1 課前預習

教師搭建手機微信學習平臺，提前1 周將供預習使用的微課推送給學生。學生在課前觀看微課視頻，自主預習教學內容，將學習過程中尚不能完全理解之處通過學習群及時反饋教師。教師通過分析了解學生的預習情況，在課堂上合理調整講課內容的重點和側重，有效和有針對性地提高教學效率。除預習相關教學內容外，教師也會在課前微課視頻中插入蘊含思政素材的教學內容，充分發揮網絡和新媒體的育人優勢，達到“潤物細無聲”的教育效果。

以第1 章“緒論”為例，通過預習反饋，教師了解到同學們對于結構異常的基因類型通常不太容易理解，特別是“假基因”中的不同種類，一些容易混淆的概念，如“重疊基因”“基因內基因”和“多基因家族”“超基因家族”等學生往往容易混淆，教師的課堂教學便側重介紹各個概念之間的區別。而“微課”借助動畫短視頻的形式，也能夠生動形象地展示不同的基因結構類型之間的區別與聯系，進一步幫助學生理解和掌握教學難點。另如第5 章“基因組的進化模式”中“系統發生樹”是教學重點，如何通過基因的進化來繪制系統發生樹的拓撲結構是教學難點。筆者通過“微課”視頻，動畫模擬在物種進化過程中基因組的突變與進化的時序，幫助學生提前理解基因進化與物種進化之間的關系，從而了解系統發生樹拓撲結構的繪制以及新物種的形成與起源。學生通過課前觀看視頻課件進行自主預習，并將學習過程中尚不能完全理解之處通過學習群及時反饋給教師。教師通過分析，了解學生的預習情況，在課堂上合理調整講課內容的重點和側重，幫助學生更好地學習知識掌握相關理論。

課前微課除預習教學內容外，筆者也精心設置具有教育意義的視頻，力爭在教學中有機、有效地融入思政教育，以最大限度地發揮專業課的育人作用。如在講授第2 章“基因工程”內容前，教師通過學習平臺提前1 周安排供預習使用的含有思政素材的微課和視頻要求學生觀看和思考。預習的課件和素材先以《中華人民共和國生物安全法》等介紹分子生物學領域（如基因編輯技術、人類遺傳資源等）相關新問題的法律法規的更新和頒布開篇，隨后根據相關課程安排和教學內容引導學生對科學探索和科學道德底線之間的關系進行思考。在課堂講授部分，教師在向學生講解分子生物學技術，如聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）、測序技術、基因工程藥物、疫苗及基因編輯等在疾病“預防、診斷與治療”中的應用時，會介紹這些技術不僅能夠促進醫學的快速進步，也不可避免地帶來社會關注的熱點問題，進一步強化學生對科學精神和科學道德的教育與約束，并引導和培養學生形成良好的底線思維能力。

3.2 課堂教學

由于《基因組學與蛋白質》自身的特點，課堂講授更多偏向于理論，抽象和生澀的概念性內容較多，導致在沒有接觸具體實例的情況下，學生的課堂學習效率不高。另外，受限于學時數，教師課堂教學中容易忽略學生之間的差異，導致學生的學習興趣下降，學習效果欠佳。在課堂上引入微課既契合學生個性化自主學習的需求，又彌補了枯燥的理論課堂授課模式的不足。教師根據教學需要，在課堂上統一播放教學微課視頻，并在課后發送，供學生課后復習使用。

以第3 章“結構基因組學”為例，基因組遺傳作圖是本章的教學重點，也是學生學習過程中的難點。由于涉及遺傳學的三大經典定律，學生對于基因組遺傳作圖的理論基礎和連鎖分析、重組率的計算、遺傳標志物的類型和特點等較抽象的理論概念內容難以理解。課堂教學時通過播放微課視頻，以動畫形式直觀地講解每一個概念的內涵及在遺傳圖譜繪制中的實際應用，學生通過觀看視頻結合教師充分講解，加深理解并牢固掌握相關理論。另外，基因組序列的組裝也是本章節的教學重點，以往傳統教學課堂中，學生對利用“圖位法”“鳥槍法”繪制基因組圖譜的優點和區別，特別是兩種方法“自上而下”和“自下而上”的策略應用，難以清晰的理解和掌握。課堂上教師通過播放“秀麗線蟲的基因組測序過程”以及“流感嗜血桿菌的測序過程” 微課視頻，分別向學生展示“自上而下”和“自下而上”的基因組序列組裝策略，幫助學生進一步明確不同物種中基因組圖譜的繪制。

3.3 課后答疑

課堂教學后，教師會根據需要布置課后習題，學生答題結束后，教師會將習題中的易錯題和難題的講解制作成微課發送給學生。通過這種方法促使學習能力較弱的學生課后對“微課”進行復習，進一步對知識點進行消化，同時由于微課中包含對習題清晰的講解，可大幅減少學生的疑問，也可以較好解決學生學習能力差異性問題，避免針對同一道習題進行多次講解。

以第8 章“蛋白質的折疊與相互作用”為例，學生容易對蛋白質的組裝過程及能量變化的判定出錯，課后教師可以通過“微課”生動具體地繪畫出蛋白質不同折疊過程和模式中能量曲線的變化類型和曲線走勢，使學生鞏固對蛋白質折疊過程的記憶；特別是涉及共價鍵生成，如二硫鍵形成時的蛋白質折疊過程，在完成相關習題時，學生難以理解二級結構的形成及生成共價鍵與微環境之間的聯系，這類易出錯的習題往往需要教師進行多次細心的講解，學生才能真正理解。借助“微課”視頻，能直觀地演示蛋白質從線性肽段折疊成天然構象的每個步驟及相應的能量變化，顯著提高學生對易錯習題的理解，進一步加深其對“蛋白質的折疊”知識點的掌握。除此以外，在講授“基因編輯”等相關內容時，教師在課后還將通過微課視頻介紹CRISPR 基因編輯專利之爭（商業價值）、國家對復合型人才的需求（國家導向）等事件，向學生展示以人民健康為著眼點，以分子生物學相關前沿技術為依托的生物藥學全新發展，不僅有賴于醫學和生物學等學科的發展，同樣急需具有相關知識背景的復合型人才，所以需要進一步培養學生的愛國情懷、社會責任和文化自信。

4 結論

目前，傳統課堂授課模式仍是我國醫科教育的主要方式[8]。國內醫學院校教師多采用以書本和課堂為中心，向學生直接展示知識內容的 “老師教- 學生聽”的模式。傳統的課堂授課方式決定了教師在教學中處于主導地位，但相對忽視學生學習的主體作用，往往形成教師灌輸而學生單向地接受和被動的局面?！痘蚪M學與蛋白質組學》作為涉及大量理論知識的藥學專業課程，重點、難點較多，且知識體系繁雜，傳統課堂講授教學模式下，僅靠教師向學生灌輸書本理論很難使其完全理解，遑論靈活運用，從而影響學生的學習效果及其對知識的應用[9]。

通過建設《基因組學與蛋白質組學》微課，將課程中抽象的概念和知識點直觀生動地向學生展示，學生不僅提高課前、課上和課后對課程學習的效率，加深對組學基本理論的理解，同時也激發學生學習組學知識的興趣，促進科學思維的形成與發展，并顯著提高學習成績。經過統計，微課的引入使學生課程的考試成績優秀率從20.83%提高到43.48%，不及格率從16.67%降至0%。

除此以外，本研究也通過線上教學平臺建設和課程思政微課的設計，在微課內容中設置含有思政教育的素材，將課程思政要素有機、有效地融入課程教學之中，凸顯本課程的“專業育人”效果，發揮專業課的育人作用[10-11]。

值得注意的是微課也并非完美無缺，潛在問題包括：可能導致學生過于依賴微課視頻而忽視課堂學習；由于微課突出某些知識點可能導致整個課程的連貫性以及系統性不足，因而導致學生對整體知識體系的學習存在缺陷等。因此在教學應用中，應該避免盲目夸大微課教學的優勢，應將微課與傳統課堂教學相結合，取長補短，從而充分發揮微課自身的特點，讓教學內容“點面結合”全覆蓋，最終達到教學質量不斷提升，教學效果持續增強的教學改革的目的。