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生物信息編程語言教學(xué)方法

2020-04-06 04:06武巍峰謝永芳
教育·教學(xué)科研 2020年12期
關(guān)鍵詞:編程語言教學(xué)改革

武巍峰 謝永芳

摘要:隨著生命科學(xué)的蓬勃發(fā)展,生物信息學(xué)等專攻生物數(shù)據(jù)處理、生物大數(shù)據(jù)分析的學(xué)科進(jìn)入一個(gè)新的階段。培養(yǎng)符合生物信息學(xué)的高水平技術(shù)人才、全面提高學(xué)生的學(xué)術(shù)水平是保障生命科學(xué)發(fā)展的一個(gè)必要條件。生命科學(xué)研究中,海量的大數(shù)據(jù)的積累,迫切需要生物信息學(xué)的分析技能的提高,這需要生命科學(xué)的教師充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段,定制合適的教學(xué)方法,從而形成符合生命科學(xué)專業(yè)特色的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞:生物信息;編程語言;教學(xué)改革

生物信息學(xué)是研究生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲(chǔ)、加工、挖掘等各方面內(nèi)容的學(xué)科。它是當(dāng)前前沿學(xué)科之一,是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一。近年來,隨著大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展,生物信息學(xué)迎來了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇,同時(shí)對(duì)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)也是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。生物信息學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)決定了不能照搬計(jì)算機(jī)專業(yè)的信息技術(shù)類課程的教學(xué)理念、教學(xué)大綱和教學(xué)方式,需要更加凸顯信息技術(shù)在生物信息中解決問題的優(yōu)勢(shì)。在教學(xué)中,采用基于目標(biāo)問題的項(xiàng)目導(dǎo)向式教學(xué)理念更加適合生物信息專業(yè)學(xué)生,在教學(xué)中多通過案例教學(xué)方式不僅僅可以讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生以問題為導(dǎo)向,利用所學(xué)的信息技術(shù)解決在生物學(xué)習(xí)中遇到的問題,這種方式的運(yùn)用大大增強(qiáng)了生物信息專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心,促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,從被動(dòng)的知識(shí)接收者,轉(zhuǎn)變成為能夠發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并主動(dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)探索者,教師在該過程中除了承擔(dān)講授者的角色外,更多的是引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生從多角度看待問題,并靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題。

在教學(xué)方式中,生物信息學(xué)的教學(xué)要多借鑒信息專業(yè)的教學(xué)方式,并形成適合本專業(yè)發(fā)展的教學(xué)方式。

多媒體技術(shù)豐富教學(xué)

現(xiàn)代多媒體技術(shù)使得教學(xué)中已經(jīng)不僅僅局限于幻燈片播放演示。充分利用多媒體視頻、動(dòng)畫、聲音等媒體方法可以在短時(shí)間加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,直觀地查看編程語言實(shí)際解決問題的方式。例如,在講述DNA序列比對(duì)算法的過程中,采用Html5等技術(shù)制作相應(yīng)的流程動(dòng)畫,并對(duì)其關(guān)鍵步驟的分析,顯示出相應(yīng)的代碼以及其處理過程,并追蹤數(shù)據(jù)在不同程序的傳遞過程,加深學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的理解。這種直接的流程演示,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,將知識(shí)點(diǎn)等信息很自然的融入學(xué)生的思維中,為學(xué)生建立起編程語言處理過程的直觀感念,這是傳統(tǒng)教學(xué)方式所不能展現(xiàn)的。

構(gòu)建基于Web的交互式平臺(tái)

根據(jù)生物信息學(xué)學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較薄弱的特點(diǎn),構(gòu)建基于web的交互式學(xué)習(xí)平臺(tái)可提供更為豐富的教學(xué)資源。學(xué)生在登錄該平臺(tái)后,系統(tǒng)會(huì)按照學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的次序給出一定量的習(xí)題,引導(dǎo)學(xué)生逐層深入地練習(xí)編程開發(fā)技術(shù),同時(shí)為學(xué)生提供良好的正負(fù)反饋,提示學(xué)生的問題的同時(shí)促進(jìn)學(xué)生有更高的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以提交自己的代碼腳本,執(zhí)行并查看執(zhí)行結(jié)果。通過后臺(tái)腳本對(duì)學(xué)生代碼進(jìn)行分析,該平臺(tái)可指明學(xué)生代碼的錯(cuò)誤以及關(guān)鍵性代碼提示,如果學(xué)生還是未能完成代碼,則可點(diǎn)擊“答疑”按鈕,平臺(tái)則會(huì)顯示該習(xí)題的詳細(xì)講解過程;如果對(duì)內(nèi)容仍不理解,則可以通過“求助”按鈕向后臺(tái)提交請(qǐng)求,再由教師一對(duì)一答疑。

數(shù)據(jù)處理及代碼開發(fā)過程

在學(xué)習(xí)編程語言過程中,穿插介紹計(jì)算機(jī)專業(yè)等相關(guān)學(xué)科的關(guān)鍵點(diǎn)以及教師在實(shí)際項(xiàng)目中獲得的經(jīng)驗(yàn),以完整的項(xiàng)目介紹讓學(xué)生了解代碼開發(fā)的流程,即需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、軟件交付、驗(yàn)收、維護(hù)。結(jié)合生物數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn),針對(duì)性地向?qū)W生傳授成功的經(jīng)驗(yàn)及開發(fā)中常見的錯(cuò)誤和誤區(qū),使學(xué)生在學(xué)習(xí)初始階段就形成良好的開發(fā)概念,養(yǎng)成較好的開發(fā)習(xí)慣,從而在自己開發(fā)相關(guān)代碼的過程中,能夠合理地總體規(guī)劃、更好地進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作等。

分組進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)

在學(xué)生掌握了編程語言基礎(chǔ)部分的內(nèi)容后,通過分組合作的形式,將具體的任務(wù)布置給學(xué)生開發(fā)團(tuán)隊(duì),以提高學(xué)生分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)和能力。例如,用Python開發(fā)蛋白信息的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),需要學(xué)生來負(fù)責(zé)GUI開發(fā)、數(shù)據(jù)抓取處理、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及維護(hù)等不同的部分,學(xué)生需自行討論任務(wù)分配、代碼接口、數(shù)據(jù)組織等,并分別開發(fā)相關(guān)模塊,從而促使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐的過程中得到充分鍛煉,達(dá)到掌握知識(shí)的目的。

生命科學(xué)的迅猛發(fā)展,離不開高水平的復(fù)合型人才。生物信息專業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生的過程中,需要根據(jù)自己的專業(yè)特色、學(xué)生的特點(diǎn),以實(shí)際需求出發(fā),以培養(yǎng)高水平人才為目標(biāo),運(yùn)用多種教學(xué)方法,提高學(xué)生與教師的互動(dòng),促使生命科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)水平的發(fā)展,培養(yǎng)更多更好的實(shí)用性人才。

【本文系重慶郵電大學(xué)教育教學(xué)改革課題《生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)》(課題編號(hào):XFZX1907)及《乙肝疫苗的制備及乙肝預(yù)防》(課題編號(hào):XJKXN2020-05)研究成果之一】

參考文獻(xiàn)

[1]陳前軍,劉杰,胡昀.云環(huán)境下“生物信息學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程改革探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2020(23).

[2]王順才,王弋博.基于MOOC的混合式生物信息學(xué)教學(xué)模式應(yīng)用研究[J].西北民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020(3).

[3]李楊.生物信息學(xué)在教學(xué)研究課程中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].冶金管理,2020(15).

(作者單位:重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院)

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