高校课程翻转课堂学习平台建设及应用实践

解增言 浦丹 袁帅

[摘 要] 课程平台是课程实施翻转课堂的有力保证，目前的公共慕课平台并不能完全满足课程的个性化需求。专门为生物信息处理技术课程搭建的课程平台包含课程所需的文字材料、课件、教学视频等资料，并提供过关游戏式的练习、测试等功能，在该课程翻转课堂的实施过程中发挥了重要作用。

[关键词] 生物信息学;翻转课堂;学习平台

[基金项目] 2017年度重庆邮电大学教改项目（XJG1715）;2019年度重庆市教改项目（193103）;2020年度重庆邮电大学“金课”课程建设项目（XJKXX2020-06）

[作者简介] 解增言（1976—），男，山东临沂人，博士，重庆邮电大学生物信息学院讲师，主要从事生物信息学、进化基因组学研究;

浦 丹（1987—），女，云南宣威人，博士，重庆邮电大学生物信息学院副教授，主要从事生物信息学研究;袁 帅（1976—），男（土家族），湖南永顺人，博士，重庆邮电大学生物信息学院教授，主要从事生物信息学研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0199-02    [收稿日期] 2020-07-12

一、引言

生物信息学是伴随着人类基因组计划的实施而兴起的一门交叉学科，其研究内容包含了生物学、计算機和数学等领域[1]。大量的基因组测序计划及转录组、蛋白质组、代谢组等组学研究产生了海量的生物学数据，如何处理和分析这些数据成为生物信息学领域的核心任务。生物信息学研究中常用的编程语言有Perl和Python，数据分析语言有R语言等。由于大部分生物学数据是文本数据，而Linux命令可以方便、高效地处理这些文本数据，同时Linux还可以利用Shell脚本整合上述编程语言，因此Linux操作系统成为生物信息学数据处理的核心平台。目前几乎所有的生物信息学工具和软件都有Linux版本，Linux成为生物信息学专业学生必须掌握的专业基础技术。因此，重庆邮电大学生物信息学院为该院的生物信息学专业设立了“生物信息处理技术”课程。该课程是一门技术性、实践性很强的课程，要求学生通过大量的练习熟练掌握常用的Linux命令和基本的Shell脚本编程技术，以及如何利用这些技术处理大量的生物学数据。由于学生对课程内容接受能力存在差异，经典的大水漫灌式的课堂教学方法并不能满足所有学生的需求。所以从2016-2017年第二学期开始，该课程实施教学方式改革，采用了翻转课堂教学方法[2]。为了更好地实施翻转课堂教学，我们专门为该课程开发了一个学习平台，该平台不但包括课程所有知识点的文本资料、课件、教学视频，还有包含近600道题目的题库，以及针对每个知识点的过关游戏式的练习。平台的建设，为课程翻转课堂教学的实施提供了有力的保障。

二、课程学习平台设计及开发

根据课程内容特点和实施翻转课堂的要求，平台从前端和后端两方面进行了详细的设计，并利用最流行的Linux+Apache+MySQL+PHP平台和网站架构开发。

1.平台设计。（1）前端设计。网站页面的整体包括横幅图片（banner）、菜单（menu）、内容（content）和底部信息栏（footer）四部分。不同的页面，只有内容部分不一样，其它三部分保持一致。另外，在横幅图片上还包括用户免费注册和登录的入口。网站的菜单是用户浏览信息的主要入口，平台的菜单项包括：首页、生物信息学、Linux、动手实验、资料下载、扩展学习和帮助等栏目。网站首页的内容是整个平台的内容核心和主要入口，包括三个部分：我要学习，链接到学习内容页面，学习内容包括绪论、Linux常用命令、VI编辑器、Shell脚本编程基础和应用实例五个部分;我要练习，链接到练习页面，每个练习包括数目不等的关卡，上一关通过了才出现下一关的题目;我要测试，链接到自主测试页面，学生可以自主测试学过的内容，也可以由老师发起考试。其中的我要练习和我要测试需要注册登录后才能打开链接。生物信息学页面介绍生物信息学的概念、研究内容和常用技术等。Linux页面介绍Linux的特点、常见发行版和主要应用领域。动手实验页面包括课程8个实验的实验目的、实验环境、实验原理、实验内容实验报告要求等部分。资料下载页面包括课件、实验指导、实验报告模板和课程相关软件的下载链接。扩展学习页面的内容为需要学生了解的、与课程相关但在教材中没有详细介绍的资料，如tree命令、字符编码等。帮助页面的内容为网站介绍、系统要求、使用方法、版权说明及站内查询等。平台用户有三种类型：系统管理员、教师和学生。不同用户登录后在用户中心分别显示不同的内容：管理员可以添加教师和部分网站内容;教师可以查看学生信息、添加授课计划、往题库添加题目、自主组卷、发起在线考试、查看学生考试成绩;学生可以查看学习内容、登录后练习和自主测试、参加在线考试、查看考试成绩以及查看学习和练习的进度。其中的学生用户可以免费自由注册。这样的用户分类设计既保证了系统的安全，又满足了每类用户不同的功能需求。（2）后端设计。后端设计是实现前端设计的基础和保障。后端设计主要包括两部分：网站文件组织和数据库设计。网站文件组织：网站的主要文件包括前端每个菜单项对应的文件，以及每个网页中的链接对应的文件，如每个知识点的网页文件。另外，根据模块化设计原则，网页的头部（包括横幅图片及菜单）和尾部（底部信息栏）设计为独立的文件，然后在每个网页中加以引用，避免代码重复。用户登录、注册功能也有对应的网页文件。根据内容与格式分离的原则，网站的格式设置包含在一个CSS文件中，并在网站头文件中加以引用。所有图片包含在一个目录中。下载文件集中存放在一个目录中，并按不同类型分类存放。数据库设计：数据库共包括24个表，分别为学习内容、练习内容、练习命令、学习进程、练习进程、单选题、多选题、填空题、判断题、调查、教师、教学计划列表、教学计划内容、考试内容、考试结果、题目回答情况统计和用户信息等，每个表根据实际需求确定字段类型和主键、外键。

2.平台开发实现。平台后端用PHP语言开发，数据库用MySQL实现，前端用HTML+CSS开发，其中学生的学习进度、练习进度及成绩查询等页面用JavaScript及JQuery和ECharts库实现数据可视化。所有开发均在Linux下进行，网站服务器用Apache搭建[3]。

三、学习平台应用

平台包括124个知识点的超文本文字材料、课件和教学视频，99个游戏过关式练习题以及由591道单项选择题、不定项选择题、填空题和判断题组成的题库。课程后台记录的学生练习和测试情况，为教师了解学生对每个知识点的掌握情况提供了翔实的数据，从而可以在课堂上有针对性地讲解课程的重点和难点。平台自2017年上线起，已在教学中使用3个学期，目前平台上已有近500名注册用户。在教学过程中，教师共组织在线考试12次。该系统目前已从校内平台迁移到阿里云服务器（网址www.linuxstudio.cn），并对所有用户开放，可以为用户提供更好的使用體验。课程在外网上线后，校内外用户都可以注册使用，为校外用户使用该平台提供了便利。生物信息处理技术课程目前还在学银在线慕课平台上线，但本平台提供的游戏过关式练习等功能更受学生欢迎，是公共慕课平台有益的补充。

四、结语

目前已有学堂在线、中国大学MOOC、智慧树、超星尔雅等公共慕课平台，提供大量的在线课程供选择学习。但这些平台提供的测试和练习功能使用不便，并缺乏趣味性，教师对于新功能的需求也很难得到满足。本平台的建设，为个性化课程平台开发提供了一次有益的探索和尝试。在以后的课程中，我们还会根据课程需要和学生的反馈持续更新平台内容，添加简答题等新的题型，完善平台功能，将其打造成一个学习Linux和生物信息学数据处理技术的公共平台。

（课题组成员：马明月，李映红）

参考文献

[1]张春霆.生物信息学的现状与展望[J].世界科技研究与发展，2000（6）：17-20.

[2]解增言，马明月，曾垂省，等.生物信息学专业的Linux课程翻转课堂教学实践[J].教育信息化论坛，2019（6）：137-138.

[3]李杨.构建基于Linux、Apache、MySQL、PHP平台的网站[J].电子技术与软件工程，2015（4）：20.

The Construction and Application Practice of Flipped Classroom Learning Platform in College Courses

XIE Zeng-yan，PU Dan，YUAN Shuai

（School of Bioinformatics，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

Abstract：A course platform ensures the implementation of a flipped classroom.While public MOOC platforms cannot fulfil all the requirements of a class.The platform specially built for Bioinformatics Data Processing Technique course provides users with PPTs，teaching videos，game-like exercises，tests and other materials.It plays an crucial role in the teaching of this course.

Key words：Bioinformatics;flipped classroom;learning platform