新时期《基因组学与蛋白质组学》的微课建设

刘欣然 黄昆

随着网络信息技术的发展，代表现代教育的“互联网+”新教学模式应运而生。为适应新时期高等教育改革的要求，医学院校教师应充分发挥互联网的独特优势，改革教学模式，不断提升课程教学效果和自身教学水平。微课即微型视频网络课程，通过网络视频技术实现教学内容精细化、情景化及个性化[1]。微课由于其传播便捷、方式灵活等特点，突破传统线下教学的限制，而受到广大师生的欢迎。在华中科技大学教学改革项目支持下，本研究基于药学本科专业课程《基因组学与蛋白质组学》建设微课，探索基于互联网技术的多元化教学模式改革。微课的应用既能满足学生个性化的学习需求，也可提高其学习的成绩和效率，为新时期医科教学改革提供思路。

1 《基因组学与蛋白质组学》现行教学问题

随着现代生命科学技术的发展，药学各方面都已广泛涉及组学及其相关应用。生物药学是综合药学、生命科学的理论和方法而发展起来的前沿交叉学科，通过运用生物学及工程技术手段研究和解决医学和生命科学，特别是药学中的有关问题。随着国家及行业对生物药学专业人才的需求与日俱增，对相关专业技能要求也越来越高。《基因组学与蛋白质组学》是本校生物药学专业必修课程，是以分子生物学、生物化学、细胞生物学为基础，介绍组学手段研究基因和蛋白质结构与功能的综合性课程，与生物药学专业后续《药学生物技术》等课程直接相关。

《基因组学与蛋白质组学》课程原采用传统教学模式。由于本课程概念内容较多而理论性强，受限于学时数，教师只能课堂统一教学并配合答疑和学生课上讨论，同时布置课后习题辅助学生加强学习效果。然而传统的统一教学仍然存在许多不足，如忽略了学生思维方式和基础水平的差异，学生个性化的学习习惯和学习需求得不到满足，同时由于缺少生动形象的感性认识而导致教学效果不佳，如知识掌握不牢、学习积极性不高等。与此同时，由于目前教学所使用的教材中思政素材较少，教师在课堂中展示相关思政内容时更多依靠口头讲述，和药学专业特色结合不够，且模式较为生硬，学生接受程度有待提高。

2 微课的特点与优势

随着网络普及和信息技术的迅猛发展，利用互联网和多媒体技术进行碎片化教学的微课已成为现代教学模式发展的热点。教师通过网络视频的方式将课程知识点进行提炼和分解，把重点、难点及实验操作等教学内容具体而生动地向学生进行展示，同时简短的视频也方便学生自我掌控学习进程[2]。相较于传统的45 min 课时教学，微课多为5 ～10 min 的短媒体视频，网络和移动设备使得学生能随时随地进行预习、学习及复习，提高学习效率[3-4]。相较于整体化的长视频，微课“颗粒化”的短视频能较好帮助学生掌握课程的重点和难点知识，使学生产生一种“学习聚焦”的良好体验，显著提高其学习兴趣和积极性[5-6]。微课的特点和优势较好契合互联网时代对便捷和高效率的追求，满足学生个性化和选择性自主学习的需求。通过与传统教学相结合，微课能充分发挥自身优势，教学效果超过单一地课堂教学模式[7]。

另一方面，通过在线教学平台精心设计含有课程思政内容素材的微课及视频，多角度孕育学生无私奉献的高尚医德，树立良好的社会主义核心价值观。在素材选择、话语使用等方面坚持中国特色社会主义教育发展道路和方向为指引，以微课、小视频等学生喜闻乐见的形式展示生物医药先进人员的事迹及诊疗案例，通过头脑风暴等活动让学生理解药学研究者的责任与担当，以榜样的力量引导学生树立远大的理想抱负，通过多种形式的教学活动培养医学生的使命感、增强自身的综合素养。

3 微课在《基因组学与蛋白质组学》教学中的应用

本课程所使用教材为高等教育出版社《基因组学》（杨金水主编）及中国林业出版社《简明蛋白质组学》（何华勤主编）。授课对象为大三年级生物药学专业本科生（国家基地班），共32 个学时。课程分为基因组学和蛋白质组学两大部分，共涵盖10 章教学内容，以讲解基因组的结构和功能，介绍以研究功能基因组学为目的蛋白质组学前沿技术为主线，交叉介绍人类基因组计划、后基因组计划的技术原理及应用。教学计划要求学生掌握基本知识点30 个，教学重点8 个，教学难点5 个。为将知识体系进行碎片化，方便知识点学习，本研究根据每章节教学重难点，设计微课短视频共计12 部分（每部分微课包含3 段视频，分别供学生课前、课上和课后使用），并进行拍摄录制。

3.1 课前预习

教师搭建手机微信学习平台，提前1 周将供预习使用的微课推送给学生。学生在课前观看微课视频，自主预习教学内容，将学习过程中尚不能完全理解之处通过学习群及时反馈教师。教师通过分析了解学生的预习情况，在课堂上合理调整讲课内容的重点和侧重，有效和有针对性地提高教学效率。除预习相关教学内容外，教师也会在课前微课视频中插入蕴含思政素材的教学内容，充分发挥网络和新媒体的育人优势，达到“润物细无声”的教育效果。

以第1 章“绪论”为例，通过预习反馈，教师了解到同学们对于结构异常的基因类型通常不太容易理解，特别是“假基因”中的不同种类，一些容易混淆的概念，如“重叠基因”“基因内基因”和“多基因家族”“超基因家族”等学生往往容易混淆，教师的课堂教学便侧重介绍各个概念之间的区别。而“微课”借助动画短视频的形式，也能够生动形象地展示不同的基因结构类型之间的区别与联系，进一步帮助学生理解和掌握教学难点。另如第5 章“基因组的进化模式”中“系统发生树”是教学重点，如何通过基因的进化来绘制系统发生树的拓扑结构是教学难点。笔者通过“微课”视频，动画模拟在物种进化过程中基因组的突变与进化的时序，帮助学生提前理解基因进化与物种进化之间的关系，从而了解系统发生树拓扑结构的绘制以及新物种的形成与起源。学生通过课前观看视频课件进行自主预习，并将学习过程中尚不能完全理解之处通过学习群及时反馈给教师。教师通过分析，了解学生的预习情况，在课堂上合理调整讲课内容的重点和侧重，帮助学生更好地学习知识掌握相关理论。

课前微课除预习教学内容外，笔者也精心设置具有教育意义的视频，力争在教学中有机、有效地融入思政教育，以最大限度地发挥专业课的育人作用。如在讲授第2 章“基因工程”内容前，教师通过学习平台提前1 周安排供预习使用的含有思政素材的微课和视频要求学生观看和思考。预习的课件和素材先以《中华人民共和国生物安全法》等介绍分子生物学领域（如基因编辑技术、人类遗传资源等）相关新问题的法律法规的更新和颁布开篇，随后根据相关课程安排和教学内容引导学生对科学探索和科学道德底线之间的关系进行思考。在课堂讲授部分，教师在向学生讲解分子生物学技术，如聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）、测序技术、基因工程药物、疫苗及基因编辑等在疾病“预防、诊断与治疗”中的应用时，会介绍这些技术不仅能够促进医学的快速进步，也不可避免地带来社会关注的热点问题，进一步强化学生对科学精神和科学道德的教育与约束，并引导和培养学生形成良好的底线思维能力。

3.2 课堂教学

由于《基因组学与蛋白质》自身的特点，课堂讲授更多偏向于理论，抽象和生涩的概念性内容较多，导致在没有接触具体实例的情况下，学生的课堂学习效率不高。另外，受限于学时数，教师课堂教学中容易忽略学生之间的差异，导致学生的学习兴趣下降，学习效果欠佳。在课堂上引入微课既契合学生个性化自主学习的需求，又弥补了枯燥的理论课堂授课模式的不足。教师根据教学需要，在课堂上统一播放教学微课视频，并在课后发送，供学生课后复习使用。

以第3 章“结构基因组学”为例，基因组遗传作图是本章的教学重点，也是学生学习过程中的难点。由于涉及遗传学的三大经典定律，学生对于基因组遗传作图的理论基础和连锁分析、重组率的计算、遗传标志物的类型和特点等较抽象的理论概念内容难以理解。课堂教学时通过播放微课视频，以动画形式直观地讲解每一个概念的内涵及在遗传图谱绘制中的实际应用，学生通过观看视频结合教师充分讲解，加深理解并牢固掌握相关理论。另外，基因组序列的组装也是本章节的教学重点，以往传统教学课堂中，学生对利用“图位法”“鸟枪法”绘制基因组图谱的优点和区别，特别是两种方法“自上而下”和“自下而上”的策略应用，难以清晰的理解和掌握。课堂上教师通过播放“秀丽线虫的基因组测序过程”以及“流感嗜血杆菌的测序过程” 微课视频，分别向学生展示“自上而下”和“自下而上”的基因组序列组装策略，帮助学生进一步明确不同物种中基因组图谱的绘制。

3.3 课后答疑

课堂教学后，教师会根据需要布置课后习题，学生答题结束后，教师会将习题中的易错题和难题的讲解制作成微课发送给学生。通过这种方法促使学习能力较弱的学生课后对“微课”进行复习，进一步对知识点进行消化，同时由于微课中包含对习题清晰的讲解，可大幅减少学生的疑问，也可以较好解决学生学习能力差异性问题，避免针对同一道习题进行多次讲解。

以第8 章“蛋白质的折叠与相互作用”为例，学生容易对蛋白质的组装过程及能量变化的判定出错，课后教师可以通过“微课”生动具体地绘画出蛋白质不同折叠过程和模式中能量曲线的变化类型和曲线走势，使学生巩固对蛋白质折叠过程的记忆；特别是涉及共价键生成，如二硫键形成时的蛋白质折叠过程，在完成相关习题时，学生难以理解二级结构的形成及生成共价键与微环境之间的联系，这类易出错的习题往往需要教师进行多次细心的讲解，学生才能真正理解。借助“微课”视频，能直观地演示蛋白质从线性肽段折叠成天然构象的每个步骤及相应的能量变化，显著提高学生对易错习题的理解，进一步加深其对“蛋白质的折叠”知识点的掌握。除此以外，在讲授“基因编辑”等相关内容时，教师在课后还将通过微课视频介绍CRISPR 基因编辑专利之争（商业价值）、国家对复合型人才的需求（国家导向）等事件，向学生展示以人民健康为着眼点，以分子生物学相关前沿技术为依托的生物药学全新发展，不仅有赖于医学和生物学等学科的发展，同样急需具有相关知识背景的复合型人才，所以需要进一步培养学生的爱国情怀、社会责任和文化自信。

4 结论

目前，传统课堂授课模式仍是我国医科教育的主要方式[8]。国内医学院校教师多采用以书本和课堂为中心，向学生直接展示知识内容的 “老师教- 学生听”的模式。传统的课堂授课方式决定了教师在教学中处于主导地位，但相对忽视学生学习的主体作用，往往形成教师灌输而学生单向地接受和被动的局面。《基因组学与蛋白质组学》作为涉及大量理论知识的药学专业课程，重点、难点较多，且知识体系繁杂，传统课堂讲授教学模式下，仅靠教师向学生灌输书本理论很难使其完全理解，遑论灵活运用，从而影响学生的学习效果及其对知识的应用[9]。

通过建设《基因组学与蛋白质组学》微课，将课程中抽象的概念和知识点直观生动地向学生展示，学生不仅提高课前、课上和课后对课程学习的效率，加深对组学基本理论的理解，同时也激发学生学习组学知识的兴趣，促进科学思维的形成与发展，并显著提高学习成绩。经过统计，微课的引入使学生课程的考试成绩优秀率从20.83%提高到43.48%，不及格率从16.67%降至0%。

除此以外，本研究也通过线上教学平台建设和课程思政微课的设计，在微课内容中设置含有思政教育的素材，将课程思政要素有机、有效地融入课程教学之中，凸显本课程的“专业育人”效果，发挥专业课的育人作用[10-11]。

值得注意的是微课也并非完美无缺，潜在问题包括：可能导致学生过于依赖微课视频而忽视课堂学习；由于微课突出某些知识点可能导致整个课程的连贯性以及系统性不足，因而导致学生对整体知识体系的学习存在缺陷等。因此在教学应用中，应该避免盲目夸大微课教学的优势，应将微课与传统课堂教学相结合，取长补短，从而充分发挥微课自身的特点，让教学内容“点面结合”全覆盖，最终达到教学质量不断提升，教学效果持续增强的教学改革的目的。