遗传学网络课程平台的建设与实践

2017-04-11樊连梅刘更森薛仁镐杨国锋

安徽农学通报 2017年6期

樊连梅++刘更森++薛仁镐++杨国锋

摘要：随着网络技术的发展，教学手段和教学方法日益丰富。在传统的教学基础上，网络技术为教学过程搭建了新的平台，网络教学平台的建设和有效利用直接影响教学效果。应用网络平台进行遗传学教学，不仅提高教学效率，而且也便于学生自主和延展性学习。经多年实践与探索表明，网络教学是遗传学教学有效的辅助手段之一，具有传统教学无法比拟的优势，它实现了“教与学”信息的电子化和网络化，强化了教学资源的共享，促进了师生互动。该文就遗传学网络教学平台的设计原则、内容框架和应用维护等进行了探讨，为遗传学理论教学的创新模式探索提供了新的思路。

关键词：遗传学；网络；教学平台；建设；实践

中图分类号 Q3；G642 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）06-0175-05

Construction and Practice of Network Teaching Platform of Genetics

Fan Lianmei1，2 et al.

（1College of Life Sciences/Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong，Qingdao 266109，China；2College of Horticulture/Qingdao Key Lab of Modern Agriculture Quality and Safety Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China ）

Abstract：With the development of network technology，teaching means and teaching methods had become more and more abundant.On the basis of traditional teaching，network technology had built a new platform for the teaching process.The construction and effective use of network teaching platform directly influenced teaching effects.Using the network platform to carry on the genetics teaching not only improved the teaching efficiency，but also contributed to study independently and extensively for students.Many years of practice and exploration shows that network teaching was one of the more useful methods of genetics teaching and had obvious advantages than traditional teaching.It could make teaching and learning information electron and network，strengthened the sharing of teaching resources and promoted the interaction between teachers and students.This paper discussed the design principles，content framework，application and maintenance of genetic network teaching platform，which provided a new way to explore the innovation mode of genetic theory teaching.

Key words：Genetics；Network；Teaching platform；Construction；Practice

遺传学是研究生物的遗传和变异规律及其机理的科学，它的分支几乎扩展到生物学的所有领域，是农学、园艺、植物保护、生物技术和植物科学等专业的专业基础课。通过本课程的学习，使学生较全面地掌握遗传学的基本概念、基本理论和基本研究方法，并力求对本学科中的一些主要问题，从个体水平、细胞水平和分子水平的结合上有较好的理解，以期对遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传信息的表达有较为完整的认识，为进一步学习遗传育种、分子生物学、分子遗传学、基因工程等后续课程奠定基础[1-3]。在教学过程中，如何整合教学资源，采用先进的教学手段和方法实现上述教学目标，一直以来是任课教师不懈努力的方向[4-7]。

在遗传学教学实践中，开展立体互动的空间教育教学，是教育理念的创新和发展，也是实现信息技术与教育教学深度融合的一个重要课题[8]。我们以省级精品课程建设为契机，开发了基于ASP.NET的遗传学网络课程平台。该教学平台吸纳了众多的积极要素，充分体现“以人为本”的原则，尽最大可能满足不同学习者的要求。该课程的建设促进了遗传学教学改革，实现了3个基本转变：即以教为主转变成以学为主，以课堂教学为主转变成以课内外结合为主和以结果评价为主转变为结果和过程相结合为主。从而使传统媒体教学由单向播放转变为信息反馈，由单一功能转变为集成互动。加强了课堂容量和教学内容延伸，节约了教学资源。同时，兼备网络课程交互式特点，促进了师生互动，节约了教学成本，提高了教学效果。实践证明，遗传学网络课程建设与应用极大地调动了学生学习的主动性，锻炼并培养了学生自觉学习、勇于探索的精神，提高了学生自主分析问题和解决问题的能力。

1 遗传学网络课程的基本特征和建设的必要性

1.1 遗传学网络课程的基本特征遗传学网络课程就是通过网络表现该门学科的教学内容及实施教学活动的总和，它包括按一定的教学目标、教学策略组织起来的遗传学教学内容和网络教学支撑环境。其中网络教学支撑环境特指支持网络教学的软件工具、教学资源以及在网络教学平台上实施的教学活动。遗传学网络课程具有交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等基本特征，其内涵与形式在特征描述时有较大的差异，但在建设时可抽象出网络课程的核心构成要素。这些核心构成要素体现在网络课程设计、资源开发模式与质量保证措施等方面。其中网络课程设计成功与否不仅取决于脚本语言的质量，而且必须遵循网络课程种类特点和教学的本质要求。

1.2 遗传学网络课程建设的必要性遗传学经历了100多年的发展，已经从生命个体向群体、细胞、染色体、基因等宏观和微观层次纵深发展，形成了许多诸如群体遗传学、细胞遗传学、分子遗传学、数量遗传学、基因组学和生物信息学等学科分支，其内涵发生了很大变化。从内容上讲，遗传学容易得到学生的关注，也容易引起学生的兴趣。但是，遗传学具有很强的逻辑性，且内容具有一定的深度，所以学生在学习中很容易产生畏难情绪[9-10]。因此，对教学内容进行有机整合，在课堂教学的基础上，充分利用网络教学手段，加强教学的直观性和生动性，可以最大化地吸引学生的注意力，促进学生学习的主动性，达到提高教学效果的目的。此外，遗传学网络课程建设必须要考虑内容延展性，并在交错的知识网络中首要突出遗传学教学内容和基本特征。

2 遗传学网络课程的设计原则

遗传学网络课程在建设之前，必须充分了解教学目标、学习者特征、教学策略选择与设计、学习情境创设、教学媒体选择与教學资源的集成设计、教学评价与反馈等内容；必须考虑学生的主体参与性，网络课程内容的价值性、交互控制性及其教育实践性；根据网络教育的资源共享、时空不限和多向互动等基本特点，以教育改革为宗旨，以异步学习为基础，以多元载体为环境进而制定课程的设计策略。

2.1 实用性原则遗传学网络课程使用者主要是任课教师和学生，网络课程开发的首要原则是其实用性，所以朴实的界面、快捷的链接以及丰富的教学资源是必不可少的。大量研究表明，学生用在学习任务上的时间是影响在线教学质量的核心因素[11]。如何吸引学生参与网络学习过程，一直是网络课程设计的核心问题。在界面设计和课件制作上，不能过于“花哨”，否则不但不会起到提示的作用，还会极大分散学生的注意力，最终影响教学效果；在内容上，遗传学课件需要根据开课专业、教学大纲和教学思路精心准备，切忌全搬套用网上现有的课件内容，这样任课教师授课时才能得心应手，提高教学效率；对学生而言，才能保证所授知识的系统性和流畅性。在课程开发之前，教师应采取多种方式收集相关动画、视频及图片素材，如原核细胞和真核细胞的结构、DNA和RNA的自我复制过程、蛋白质的合成、细菌4种拟有性生殖方式（转化、接合、性导和转导）的区别、有丝分裂和减数分裂过程各时期主要特点等。这些资料的有效利用，很大程度提高了网络课程的新颖性、艺术性和实用性。

2.2 以学生为主体的原则目前，一些高校精品课程网站的建设为了响应国家政策，缺乏利用精品课程网络资源的内在动力。虽然一直在进行网站开发，但未能真正投入课堂教学。那么，遗传学网络课程的建设要充分考虑其在教学过程中的适用性，以学生为主体进行开发设计，以多元化形式向学生提供与学习内容相关的现象、观点、数据和资料，适当地留出空间让学习发挥自由思维活动，才能调动学习者的积极性，并减少网络学习给学习者可能带来的情感缺失问题，从而提高学生协作学习的动力和成效。遗传学网络课程的设计要避免以教为主，忽视学生的自主学习的动力，更有利于激发学生发挥自身的主动性和创造性。在实际应用过程中，学生可以进入遗传学网络课程网站，浏览相关公告，学习相关的视频课程和下载学习资料。这种模式可突出学生异步学习的优势，有助于学生自学，很大程度弥补同步学习的缺憾与不足。网络课程设计的过程中要充分考虑学习时间成本，尽量为学习者创造便利的学习条件。例如，瞩目的导航菜单，简单有效的链接和交互界面的差异可使学生很方便地找到需要的信息；在内容上，形成基础知识与拓展知识相结合，层层深入的风格；在PPT课件设计时，首先利用幻灯片母版对版面风格进行定义，不仅提高制作效率，而且能保证课件的一致性和连贯性。在制作时，把所搜集整理的有丝分裂、减数分裂、植物双受精、DNA和RNA的分子结构、DNA复制、转录和翻译等图片和动画资源精美地穿插在页面和课件中，使复杂的遗传学问题更加直观生动，有助于学生对遗传学知识的理解和掌握。

2.3 开放性原则遗传学网络课程应有多个学习起点和多条学习路径，在教学内容、教学资源和教学活动等方面都是开放的。学生可及时了解课程的更新状况和遗传学最新资讯，下载教学资料，也便于学生进行同步和异步学习。学习者对课程内容的了解或对知识的掌握应从多层次、多角度入手。考虑到学习者归属感和成就感，激发其积极参与课程建设的兴趣，在设计时还要为其创建一个开放性的学习氛围。一是通过嵌入电子公告牌系统（Bulletin Board System，BBS），任课教师既可及时发布公告，学生也可适时反馈对课程的建议和要求。二是通过网上答疑模块，学生可在线或离线与教师提进行交流和咨询。学生学习和提问不受时间和地域限制，既在虚拟课堂上拉近了师生距离，也提高了网络运行的时效性，使问题及时得到处理，极大地提高了学习效率[12]。

2.4 情境性原则遗传学网络课程的目的要给学生搭建一个学习家园，为学生提供和显示与其生活相类似的或真实的情境，它可以没有固定的教室、教师、黑板和粉笔，学生可在虚拟的教室环境中去发现问题、探索问题和解决问题。遗传学教学可以发生在面对面、网络同步和网络异步等多种交互场景中，特别是网络课程平台的建设彻底改变了教学必须发生在教室里的一位教授和一组学生之间的基本假设。通过高质量的遗传学网络课程建设，学生经过注册参与师生互动，并养成课堂之外利用该平台进行自主和高效学习的习惯。

3 遗传学网络课程的基本构架

我校遗传学经过校级多媒体课程和省级精品课程立项逐步得到完善。在课程设计时就对教学目标及教学内容进行剖析，注重了情境的创设和各类教学资源的整合，强调了以教师为主导、以学生为主体的设计思路，明确了课程使用对象和属性。课程主要服务于教学和学生自主学习，既不能开发成大型综合网站，又要突出网络课程基本特点。

在主体结构方面，遗传学网络课程分为教师主导区和师生互动区两大部分。教师主导区主要包括：课程简介、教学大纲、授课计划、PPT课件、媒体资料、参考资料、课程导航等模块。师生互动区则包括：通知公告、网上答疑、讨论区、模拟习题和在线作业等。教学内容通过文本、图片、Flash动画、PPT和媒体视频等呈现，并有序地编排在各主要模块中（图1A、B）。

在课程的维护和应用方面，遗传学网络课程又分为若干基本模块，分别为管理员和用户所有，并赋予不同的职责与功能（图2）。例如，服务管理模块，主要为用户提供应用指南，包括网络课程开发应用环境和站点地图；安全管理模块主要防止SQL注入和登录口令盗取，者采用字符过滤模式，后者采用MD5加密。

在教学策略方面，遗传学网络课程又可划分教学内容模块组和教学活动模块组。教学内容模块组用来显示具体课程相关信息与课程内容，包括课程简介、教学大纲、教学计划、教学目标、电子教材、网络课件、授课教案、课堂录像和教师介绍9个功能模块。教学活动模块组包括实验指导、作业习题、在线测试、评价反馈、教学博客、分组讨论、实时交流、学生空间、成果展示、相关资源和联系我们等11个功能模块。例如，在相关资源中，可为学生提供遗传学相关的国内外网站。如介绍遗传学各知识点的孟德尔网站（http：//www.mendelweb.org）、在线人类孟德尔遗传数据库（http：//www.ncbi.nlm.gov/omim/）、DNA数据库网站http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/Genbank（美国）和http：///www.embl-heidelberg.de/EMBL（欧洲）以及国内外相关研究机构的网站等。

在授课内容方面，遗传学网络课程必须以清晰的主线进行搜集、整理和分类。遗传学是一门具有百余年发展历史的经典学科，过去的研究和发展积累了丰富的理论，其内容的信息量较为庞大。随着生命科学研究的最新发展，知识点不断更新，内容日益增加，教材越来越厚。课堂教学应该以遗传的染色体理论结合遗传学三大规律为主线，为学生勾画一个完整的知识网络体系，让学生理解遗传学的内涵和外延，使其课后能利用各种教学资源来进行主动性学习[13]。为适应遗传学学科发展，遗传学网络课程的内容设计必须以清晰的脉络展现给学生。遗传学主要包括遗传信息的传递、遗传信息的储存、遗传信息的读取和复制、遗传信息的变异与进化4个模块。在教学资源整理时按照上述模块涵盖内容进行分类和应用，也可以按照章节顺次整理应用。

4 遗传学网络课程开发程序及脚本语言的准备

4.1 遗传学网络课程开发程序使用ASP.NET 2.0 作为程序实现的主轴开发的遗传学网络课程，需要借助SQL Server 2005作为后台数据库。开发环境为Visual Studio 2005。使用Dreamweaver、Photoshop以及Flash做后期的页面美化工作。遗传学网络课程核心管理系统以三层架构设计，包括数据访问层、业务逻辑层和表示层，各自实现并相互调用。数据访问类文件放在DAL文件夹下，类中包括查询方法、插入方法、删除方法和更新方法[14]；业务逻辑类文件放在BLL文件夹下，对每个表建立一个业务逻辑类，其中可通过调用数据访问方法来实现对应功能；表示层设计可根据学生需要自由发挥，核心技术是调用业务逻辑层中的类，实现相应功能。与传统静态网络课程一个显著的不同点是开发者不必在乎服务器的远近，只要在主页以管理员身份登录就可以从后台进行维护、管理和更新，并且在开发过程中借助IIS服务器在本机进行运行和调试。

4.2 脚本语言的准备基于ASP.NET程序的动态网络课程的开发离不开HTML、CSS、JavaScript脚本语言的结合使用，也包括程序自带的控件，如GridView、DetailsView、TreeView、Wizard在功能模块中的应用。例如，传统网络课程下拉菜单用Framwork制作，采用热区方法实现超级链接，代码非常冗余，而用CSS则只需在页面与嵌入一段代码（图3），并在与之间用

6 结语

20世纪末以来，以数字化为核心的信息技术的高度发展，带动了信息化教育的进步，也营造了信息时代培养创新人才的崭新教学环境。实现信息技术与课程整合（即信息技术与学科教学相整合）通常有2种途径：一种是通过多媒体课件，另一种是通过网络课程。比较而言，后者根据教学设计要求能承载丰富的信息，凭借其强大的交互性，如人机交互、师生交互、生生交互等多重交互手段，为学习者提供更优质的服务[15]。遗传学网络课程根据“学教并重”新型教学设计，借助于现代信息技术使学生不受时间和空间的限制，随时随地从该网络课堂获得大量学习资料，及时与教师沟通和交流，对学生预习、学习和复习起到重要的作用。我校遗传学网络课程平台运行以来，教学效果获得了很大的提升，学生评教指数提高5.32%。遗传学网络课程避免了教材、教案、课程实录以及其他教学资料的简单上传和罗列，而是充分体现任课教师和学生的实际需要，把遗传学知识信息进行更深层次的加工及应用；该课程以提升质量为基点，以提高教学效率为目标，面向授课对象，尊重不同学习者的学习风格，满足不同层次学习者的需求进行开发设计。

作为辅助教学手段，遗传学网络课程在实际应用中还需要不断更新和完善，并与多种教学模式和教学方法进行融合，充分发挥教师的引领作用，才能更好地促进遗传学教学效果的提高[16]。只有加强维护和更新，才能保持课程的生命力，使课程的使用效益得到充分发挥，使教学平台的运用得到优化。网络课程建设的核心目标是应用，课程的流畅运行、教学资源的及时更新和网站建设的优劣将直接关系到其最终目标的实现。而网络课程建设是一项需要不断优化完善的系统工程，经过统筹管理、整合资源、学生积极参与、师生共建等多种途径来提高网络教学质量。只有在建设和应用中不断实践，努力改革和尝试，并积极借鉴和吸纳国内外优秀课程的教学资源和基本经验，才能不断提升网络课程的品质、内涵与实用性，才能发挥网络课程最大的作用，进而达到提升教学质量的目的。

参考文献

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