基于移动互联网平台的生命科学课堂教学的探索

吴晓敏, 张孝春, 宋运贤, 黄卓然, 张兴旺, 张 强, 张海军

(1. 淮北师范大学 生命科学学院， 淮北 235000; 2. 淮北师范大学 信息学院， 淮北 235000)

随着移动互联网技术的迅速发展和普及，校园无线网络覆盖建设日趋普遍；以及移动智能手机校园内外的普及，使得我们随时随地获取互联网的大数据信息日益便捷。然而目前高校课堂教学方法与模式多数依然局限于传统教学方法手段。近年来，各大高校都在积极创新教学理念与方法，调整过去单一建设网络精品课程、重点课程的思路。在过去移动互联网普及率不高的情形下，很多学生只能通过电脑(PC)端登录学习课程。这种传统的网络精品课程适合在课堂外进行自主预习复习，这对于学生课外课程的巩固与提高具有重要的作用[1-4]。然而课堂上教师主动讲授与学生被动接受的传统教学模式并未改变，课堂教学效果只能通过平时作业出勤情况和期末考试来考查。因此，近年来为了提高高校课堂教学效率，结合网络教学平台，提出了混合式教学模式、翻转式课堂教学、慕课等多种教学理念与方法，大大提高了课堂教学效果，丰富了课堂教学资源[3, 5]。然而在移动互联网与移动智能终端普及时代，课堂上学生往往被互联网上海量信息所吸引，影响学生对课程的关注度。如何合理利用网络教学资源到课堂教学活动中，转移学生注意力到课程教学相关内容上，对于提高课堂教学效果具有至关重要的作用[5-6]。我们积极利用网络教学平台加强通用网络混合教学课程的设计与建设，基于移动网络技术媒介完成教学课程的设计、实施与考核，提高学生课堂内容的充分吸收和综合应用能力，促进学生真正掌握课程内容，达到人才培养方案的要求。

1 基于移动互联网平台的课程内容资源建设

相比传统的多媒体教学来讲，基于移动互联网平台的课程内容资源建设要更为复杂，课程资源建设分为3个模块：课前课程资源建设、课中内容建设、课后资源建设。首先，课前课程资源建设包括课前教材内容梳理，形成各章节单元独立课件，各章节课件重点难点在线导学等方面；其次，课中内容建设包含电子教案文档、相关实验实践操作视频文件、课程内容延伸案例视频文件，以及课程训练库等多项内容；最后课后内容建设包括学生自测练习题库与期末考试试题库。通过3个课程模块资源的建设，使课程内容形式丰富，改变传统课堂上教材与多媒体课件的单一模式，真正实现课前预习掌握基本内容，课堂疑难讨论案例分析巩固内容，课下操作实践训练。

我们以计算机辅助药物设计课程为例，通过超星学习通网络教学平台同步建设完善该课程的线上资源信息。为了形成任务问题导向驱动学生课前自学，促进学生能快速入门并把握整门课程内容结构框架和各部分内容提纲，首先在课前课程内容建设方面，我们结合课程教学大纲学时与内容的分配情况，对教材内容进行梳理，制作课程教学目录，并在相应目录下面建立相应各章节单元教学内容的课件，并对各个课件内容中教学重点与难点进行标注，并将相应目录与对应的多媒体课件通过网络教学系统PC端共享到云端(如图1所示)，让学生可以通过手机客户端下载APP轻松实现课程线上线下了解与学习，梳理凝练后的在线目录让学生轻松了解本门课程整个学期的教学内容与相应进度，各项目录自动链接的相应课件内容为学生提供在线导学，方便学生在课前把握计算机辅助药物设计的基本原理、作用、意义以及具体内容的重点难点，为课堂上互动、疑难问题讨论以及后期案例分析打下一定的基础。

注：左图为PC端界面；右图为手机APP端界面

图1基于超星学习通网络教学平台计算机辅助药物设计课程的构建

Fig 1 The online course construction of Computational-aided drug design
on the network teaching platform of superstar-learning
application produced by Chaoxing company

在课中内容建设方面，我们首先将计算机辅助药物设计课程教材与教案的电子版通过超星学习通网络平台的PC端上传到资源库中，其次将计算机辅助药物设计成功的药物案例(如以神经氨酸苷酶为靶点设计的扎那米韦、以HIV蛋白水解酶为靶点设计的沙奎那韦等)相关影音文件添加在课程概论中作为补充辅助教学材料，一方面促进学生对本门课程在生物制药研究领域的应用实践情况的了解，提高学生对课程的兴趣度。另一方面通过药物与受体靶点相互作用的模拟动画影像视频，如朊病毒的发生作用机制、HIV病毒侵染过程(如图2所示)，形象直观地将药物分子发生作用的机理展示出来，提高学生对课程的理解力[7-10]。其次，我们构建随堂测试习题训练库和课堂上机操作训练文件库用以检验学生对理论知识理解把握程度以及学生上机操作实践效果。尤其是在学生上机操作训练文件库中，由于本门课程所有上机实践软件如Discovery Studio、Pymol、VMD、Gromacs等均为全英文操作界面，且操作系统也为Linux操作系统，鉴于此，我们在训练库文件中提供了上机操作简明中英文教程，降低学生上机操作实践难度所引起的抵触情绪。在训练库内容构建中，我们遵循由浅入深的原则，便于操作实施以及课堂教学效果的提高。

图2 HIV病毒侵染过程及其药物治疗的动画模拟过程

为了课程教学目标的实现，课后内容建设主要围绕学生自测练习题库的构建进行，我们根据各个章节内容基本概念、基本原理以及教学重点与难点展开，分别构建学生自测练习题库。每章节课程内容教学完成后，一方面学生在章节测试考试前进行自测题库的练习，复习巩固课堂内容；另一方面也可用于考察课程教学效果，测试成绩作为学生平时成绩的重要组成部分。

2 基于移动网络技术媒介课程教学的实施

在课程内容资源设计与建设的基础上，丰富教学培养形式促进多维教学互动方法才能真正将课前课中课后的教学资源落实给学生。因此，我们将基于移动手机的交互阅读模式纳入教学全过程，通过课前学生自主预习掌握基本内容、课堂讲授讨论疑难案例巩固内容、课下指导操作实践训练，形成多维混合互动的教学模式，促进学生对基础知识储备的系统形成，进而提高学生创新与实践应用操作能力。

首先，在课程讲授之前，我们一方面建立好班级群组，积极与学生进行交流互动，掌握学生在课程中的要求；另一方面要求学生课前将学习通APP安装在手机端，通过学号姓名实名注册并扫描加入到课程群组中，确保课程教学活动顺利开展。尤其是在课前内容预习过程中，通过积极引导学生课下利用手机APP端查看本门课程目录以及课程相关内容，让学生在课程开展前就掌握计算机辅助药物设计基本原理，了解各种常用药物设计模拟计算软件及其相关上机操作实验问题，为后期进入案例课程分析打下基础。通过对相关内容的梳理分析，形成任务问题导向，充分发挥学生学习的主动性与积极性，提高学生课外课程接收的容易度，为学生高效利用课堂时间深入课程重点难点学习奠定一定基础。与此同时，学生的课前是否进行自习以及预习情况可以通过学习通平台PC端或者APP端对每个学生访问时间和次数进行记录统计，一方面可以对学生课前自习过程进行有效监督，另一方面有助于教师及时掌握学生的预习情况及时调整课堂教学内容进度。通过这种移动网络技术媒介课程教学的实施，不但充分发挥网络教学的即时便捷性、拓展课堂教学过程过短的局限性，而且也为课堂教学目标实现提供技术保障。

在课堂教学过程中，首先根据学生在课前的预习情况基础上，对多媒体课件及时进行调整，课堂上直接进行疑难问题讨论，围绕学生存在的疑难问题重点讲解，通过案例分析，达到巩固课程内容、消化课程难点重点。其次，充分发挥学习通APP客户端的交互性与开放性，完成课堂签到、话题讨论、提问、问卷调查、作业等课程活动。尽管教材及课程教学内容是有限的，但是最新案例内容却是层出不穷，课堂上还需充分将教学内容与最新科研案例充分融合。一方面课堂上直接以案例形式渗透教学内容；另一方面通过多媒体视频动画等形式展示应用经典案例以及积极引导学生通过微信手机端关注更多相关微信公众号平台，随时通过移动学习资源获取最新科研进展与相关成功案例。这对于课程内容延伸阅读巩固都发挥了积极的作用，学生通过在课后自学与生活中不断丰富课堂内容，充实相关知识，极大提高了课堂教学效果。

理论知识的真正把握仅仅通过课堂讲解案例分析是不够的，还需调动学生实践操作的积极性，鼓励学生亲自动手实践探索，将所掌握的理论知识应用到上机实验中达到巩固课程内容消化课程难点重点的教学效果。因此，在实践操作教学过程中，将课程所需的所有软件制作成虚拟机让学生在课堂上机实验和课外学生PC端都能灵活使用，并且通过学习通群组平台进行师生互动探讨，贯穿实验操作视频与软件教程同行、案例课题模拟实验与学生上机指导等多种方式。由于计算机辅助药物设计相关软件安装平台与硬件要求较高，普通的PC机运算时间会比较长，对机器性能与稳定性要求比较高，我们积极尝试新的一些计算机辅助药物设计的计算方法，通过多次算法改进，提出一种新的模拟算法，可有效降低模拟计算空间和时间尺度，进而提高模拟计算实验的效率，促进学生实验的有效开展。实践过程对理论知识的检验有助于学生发现不足，鼓励学生在课后可以通过学习通APP进入构建好的习题训练库进行练习巩固课程理论与上机时间操作内容。教师可以通过学习通PC端后台掌握学生的练习情况。与此同时，在学习通班级群组中，学生可以随时将学习中遇到的困惑疑问进行询问讨论。

3 基于移动网络技术媒介的课程教学效果

为了研究基于移动网络技术媒介的课程教学效果以及学生对课程教学过程的反馈情况。在2016—2017年第二学期教学活动过程中，本人分别对2014级生物工程专业两个平行班的该门全部课程采用两种教学模式进行授课，前者按照传统教学模式(TTM)，后者采用基于移动互联网技术平台的教学模式(ITM)。通过问卷星网站进行问卷设计，对该门课程教学效果的满意度、课程建设内容、授课形式、课堂互动形式及课程组织与实施过程等方面进行了问卷调查，两个班级的学生通过手机微信端进行问卷填写，有效问卷分别为31份与69份。

图3 课程整体教学效果评价的满意率(a)及课程教学各个方面的满意率(b)

结果显示，两个班级学生对课程整体教学效果评价的满意率存在一定差异，通过基于移动互联网平台的课堂教学模式(ITM)的非常满意率比传统教学模式(TTM)提升了28.52%(图3)，且学生对基于移动互联网技术平台建设的课程内容、授课形式、课堂互动模式以及课程组织与实施方面的非常满意率都分别增长到67.85%、71.43%、67.86%和60.71%。另外，通过问卷调查结果显示，学生对课程的预期目标实现与新理念新知识新技能的获取满意情况都比传统教学模式(TTM)增长了10.24%和10.92%。基于传统教学模式(TTM)和移动互联网平台教学模式(ITM)的考试成绩优良率分别为76.04%和83.3%。通过问卷结果以及考试成绩分析，基于移动互联网平台课程建设与课堂组织设计，学生对课程的实践应用意愿度也有所增强，从过去的43.48%增长到64.29%，这可能由于课程教学形式的改变，充分利用了学生对手机客户端的青睐，一定程度上提高了学生对本门课程的兴趣与钻研程度。

4 结语

移动智能终端硬件与软件的快速发展以及未来网络通讯技术条件的优化，对于高校课堂教学改革提供了良好的互动平台。我们未来重点工作会将计算机辅助药物设计的核心实践软件从PC端的虚拟机形式转移推广到移动手机APP端，建立该门课程完整的移动学习资源。充分将学生课前预习课后实践巩固与教师课堂教学互动融合一体，通过不断教学实践与逐步优化过程，最终实现教学质量的提高。