大数据背景下农林院校研究生化学信息基础课程教学改革探索与实践

朱树华，尹洪宗，黄丹丹，孟庆喜，张丽丽，张瑞霞

(山东农业大学 化学与材料科学学院，山东 泰安 271018)

计算机化学，是由化学与计算机学科相结合形成的。经过多年的飞速发展，计算机已经成为多种信息资源的重要传递介质。"化学信息学"作为一个崭新的学科，随着计算机化学的迅速发展和网络化化学信息的不断更新换代，正在以一个活跃并且进展势头迅猛的新型交叉领域出现[1]。

在目前社会的大数据背景下，传统的化学信息类课程教学存在诸多的譬如课堂教学与上机教学分离等问题，这些问题导致课程教学碎片化，不利于学生学习与知识掌握。针对这一问题，郑梦菲等[2]和Pence等[3]针对当前大数据背景提出了将数据管理融入到本科生课程中去的必要性和思路。胡斌等人[4]借助网络教学平台替代掉传统教学，单独的上机教学被保留下来，重点优化了考核方式。钟登杰[5]等人对课程进行教学模式改革，将上课、实验和测试全部安排在学校计算机中心实验室进行。在这一模式下，课堂讲授与上机实践紧密结合在一起，通过多媒体教学软件，授课老师在教师机上讲授演示。当授课教师在教师机上讲授演示一段时间后，立刻让学生跟踪操作，这大大提高了学生的学习兴趣，进而使上课和教学质量有明显提高。但由于学生人数多但密度低，机房空间较大，因而课堂管理难度比较大，上课时学生容易出现多种不认真听讲现象。袁斌芳[6]等人提出通过改革对高效信息资源获取方式及计算机软件学习来培养学生化学信息素养以及自主创新能力。Scalfani等[7]尝试用化学研究素养课程来替代传统的研究生文献研讨会，用2周时间介绍化学信息资源，用3周时间引导学生对文献进行关键分析，用2周时间教学生进行科技写作，并用1周时间让学生进行科技报告。学生反应良好。Juhela等[8]针对尚未系统学习信息学的学生建立了以问题为基础的学生信息素养提升的排泄系统章节学习方法。Baykoucheva等[9]将EndNote软件融入到小班教学和大班教学中，并让学生通过Google Scholar、PubMed、Scopus、SciFinder、Web of Science等查找管理文献和了解化合物的性质，取得了较好的效果。Currano[10]也尝试将化学信息学引入研究生课程中，有效帮助研究生提高了化学信息学素养。

国内同行在研究生化学信息基础课程建设方面则未见报道。与本科生相比，研究生对于化学信息学技能有着更加迫切的需求。现阶段，我国高等农林院校研究生生源方面质量亟待提高、学科专业分配无法兼顾均衡与对口等问题。因此，加强农林院校研究生的化学信息学素养的培养，对于提升农林院校研究生的科研能力和就业竞争力等具有积极作用。

1 《化学信息学》课程的特点与问题

化学信息学是最近几年迅速崛起的新的化学领域的分支，作为一门基于计算机技术和计算机网络技术的学科，化学信息学对海量的化学信息有着管理，分析，模拟以及传播等多项功能，借此能够实现多种化学信息的迅速提取，信息之间的互相转化与共享。借助计算机平台和网络技术为主要研究手段。化学信息学包含了利用计算机和计算机网络技术管理、表示、分析、模拟化学信息等功能。

化学信息学课程教学主要具备以下几个特点：①计算机命令的量比较大，命令执行之后获得大量结果需要进行具体详细的描述；②大量网络工具的使用方法需要进行详细解释；③说明问题的方式更多地需要采用彩色图形甚至动画。因此，传统的单纯讲述及板书说明的教学方式将由此面临两个主要问题：(1)关于软件和数据库的描述占据主要部分，较为宽泛的讲述使得每款软件和数据库的讲述时间在1.5～2小时，每款软件和数据库只能依靠讲述的方式展示最基础的内容。(2)讲述内容较为单一，目前的讲述内容均关于软件的使用和数据库搜索，但学生对目前这些软件和数据库的使用实例的认识并不十分清晰；因此在教学过程中也难以进行清楚地表达，教学效果比较差。

2 《化学信息学》教学模式的改革

由于化学信息学课程的特点，传统的纯粹理论讲授较为枯燥，导致学生学习积极性低，教学效果不理想。因而，采用理论讲授与上机实践相结合的教授方式，对研究生实施小班教学，根据不同专业研究生的需求和专业特点进行特色教学，重点突出专业软件的使用。要求研究生自带笔记本电脑到课堂上，在上课时，教师讲解和学生操作将同步进行。

化学信息学是一门具有很强应用性和实践性的课程，如果仅仅依靠课堂上的时间，学生的信息收集与处理能力不能得到大幅度提高。为解决这一问题，在教学过程中，根据学生人数以及专业情况，将学生分为小组，通过课后小组任务与课堂小组讨论的形式达到教学目标。课堂结束时，以每一个小组为一个单位，由小组成员共同完成一份当堂实践报告并交给授课教师。新课开始时，在任课教师的引导下进行简短的的小组间交流。

3 《化学信息学》教学内容的改革

在大数据背景下，化学相关的信息资源更新极快，传统教材明显滞后，书籍印刷时的网址及软件更新换代致使教材内容无法跟上时代的信息背景，更无法满足教学要求。因此，我们参照多种教材以及网络最新版软件的使用方法精心制订课程内容。在完成传统基础知识和基础软件使用方法的目的下向学生介绍化学信息学发展背景，在Google Scholar、PubMed、Scopus、SciFinder、Web of Science等数据库基础上，针对农林院校专业特点和研究生特点，指导研究生拓展获取专业文献的渠道，尤其专业特种文献的获取；进而引导研究生进行专业文献(尤其英文文献)阅读，在此基础上对研究生进行研究论文尤其英文论文等的写作训练。具体的途径主要有：(1)充分利用本校的图书馆资源，熟练使用中、英文数据库及多种免费资源；(2)充分利用Google学术、谷粉搜搜、Sci-hub、维基百科等网络资源查询系统进行有效信息检索；(3)掌握小木虫、丁香园等学术资源论坛网站进行文献资源求助的方法；(4)与他校同学好友进行文献信息互助共享。

此外，教师会借助多媒体技术向学生演示EndNote、NoteExpress等文献管理软件以及ChemOffice、Origin、Matlab等绘图软件。如今软件更新速度日益加快，这就要求教师及时更新并学习多种软件的最新版本，掌握新版本的多种增删功能，由此熟练指导学生学会并熟练使用多类软件，如数据处理软件SPSS、Origin、化学专业绘图软件Chemdraw、以及多种文献管理软件。此外，还会通过课堂实践及课后小组任务进而巩固和提高学生扎实掌握多种化学软件综合运用的能力。

4 更新考核方式

革除传统笔试考核这种较为死板的课程认定方式，选择上机考核这种更为准确客观的成绩认定方式对学生的分析和解决问题能力进行判定。考核范围划为文献检索以及多种软件的熟练使用。主要考核学生灵活使用多种软件协同完成同一任务的能力及思维的发散程度。考核成绩也由传统的笔试成绩+平时成绩更新为小组任务成绩+平时成绩+文献检索成绩+软件操作成绩。平时成绩由课堂回答的次数及准确率、当堂练习共同构成。在这种考核方式的督促下，学生上课的自主性及积极性被有效提高。

5 结语

大数据背景下，从海量数据中“提纯”出有用的信息，对研究生科研能力而言是巨大的挑战。化学信息学作为一门应用性极强的新型前沿学科，对于提高农林院校研究生的综合素质具有积极意义。因此，本文以进一步扩大农林院校研究生的文献检索和获取途径，提升研究生英语文献阅读分析能力和写作能力，掌握专业软件的使用，为今后的科研工作和就业等创造良好的条件为目标，进一步对化学信息基础课程教学内容、方法和考核方式进行多方面改革，有助于扩展大数据背景下农林院校研究生的视野，对于提升农林院校研究生的竞争力有积极作用，可以供全国农林院校研究生借鉴。