目标导向驱动的生物信息学的课程设计实践

李杰

摘要：生物信息学不仅是一门科学学科，更是一种重要的研究开发平台与工具，特别是在此次特殊环境的防控中发挥了重要的作用。冠状病毒基因组组装、基因注释、病毒溯源、细胞受体确定、潜在药物发现等过程中，生物信息学都可以发挥重要作用。本论文通过将学生需要学习的生物信息学知识，有机融入冠状病毒相关的研究背景中去，希望激发学生学习兴趣，使学生主动投入到服务社会、报效祖国的行动中去，在担当中历练，在尽责中成长。

关键词：生物信息学;在线课堂;云战疫

生物信息学可以通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，达到揭示数据所蕴含的生物学意义从而解读生命活动规律的目的。生物信息学不仅是一门科学学科，更是一种重要的研究开发平台与工具。它是今后进行几乎所有生命科学探索，包括生物医药研究开发所必需的重要推手，只有基于生物信息学对大量已有数据资料的分析处理所提供的理论指导，我们才能选择正确的研发方向;同时，只有选择正確的生物信息学分析方法和手段，我们才能正确处理和评价新的实验数据并得到准确的结论。

生物信息学课程一般具有网络资源的依赖性、学科的前沿交叉性及较强的动手操作和实验设计性，这对特殊环境下的在线学习提出了新的挑战和更高的要求。本论文通过将生物信息学知识按照从浅入深，由易到难进行梳理，同时兼顾中心法则和最新的冠状病毒的相关研究内容，对本课程教学内容进行了有一定创新性的设计和编排。

一、目标导向的内涵及其综述

目标导向理论大多与我国近些年的教育改革实践中提到的模式有着很大的关联性。主要是指在泰勒教学模式以及行为主义哲学的基础上对教育目标进行确定。在高校各个学科之中，目标导向法已经成为学者们尤为关注的重要内容。美国学者马里兰大学管理学兼心理学教师艾德文通过一系列的研究，将人的认为划分成为目标导向行为、目标行为以及见解行为三种。这种理论已经被世界各国企业所运用，尤其是在员工激励方面有着较为显著的效果，极大地提升了企业管理的效率以及员工的工作积极性。目前，对于两种目标导向的解释主要是有两种。在教育学科之中，目标导向最多可以追溯到20世纪。在这场运动中，泰勒对于学校所讲解的课程进行研究，然后对教育目标进行确定，并对学生、社会以及相关学科的专家进行研究，从而收集相关的资料以及成果，并且由教育哲学以及学习理论两个方向进行筛选。在教育学家布鲁纳看来，目标还可以针对三大领域来谈，即认知、情感以及动作技能。这三个领域又可以细化成为不同的阶段。在管理学理念下，高效管理需要在明确目标的前提下，保证行动的协调性以及一致性，进而是组织成员的思想、行动实现统一。

由此看来，无论是在何种学科之中，目标导向理论都需要包含前提、方向、主体等内容。具体来讲，目标导向中的目标主要是针对计划实施来提的，它是行动过程中的重要指引方向。

二、目标导向的具体分类

根据教育需求的不同，目标导向也可以划分成为不同的种类。其中比较常见的主要有以下几种。首先是课程目标导向。课程是教育的核心。我国教育的目的是为了培养学生的创新精神以及实践能力，因此在制定课程的时候，更应贴近生活、生产的实际。在教学过程中除了让学生掌握基本的技能以外，还需要培养他们健全的人格，从而适应社会未来的变化。其次，是教学目标导向。教学目标导向主要是围绕三个内容展开的，即培养什么样的人才、为谁培养、如何培养。这三个问题直接贯穿于整个教育阶段。因此，教学目标是教育开展的重要航标。然后是评价目标打破想。这里面谈到的评价是指较为综合的一种判断以及测量，它涉及的内容很多，比如评定、评估提及考评。因此教学活动存在着多样化的特点，所以评价的主体比较复杂。最后是激励目标导向。激励目标是保证教育改革的重要因素之一。激励目标是建立在学生需要的基础上，激发他们学习的积极性。

三、生物信息学的重要性

在生物学之中，对于并对的研究是一大热门，这不仅仅是生物学方面的事情，更是人类身体健康以及医疗水平进步的重要方式。在病毒研究中各界科研工作者努力践行“科技报国”的使命，纷纷投身病毒科研攻关工作。在这场科技攻关战中，其中生物信息学分析扮演着重要角色。生物信息技术是分析冠状病毒的生物特性、遗传和变异分子机理的重要手段，也可以为疫苗的研发提供预测和筛选的计算支持。在病毒诊断方面，目前还是以测序诊断为主，生物信息技术需要将病毒的序列信息识别出来，并进一步分析其是否存在功能性变异。在疫苗研制方面，需要筛选出真正具有免疫原性的病毒抗原核酸序列，利用核酸序列来表达位于病毒表面上的蛋白以及该蛋白上识别人体细胞受体的一段区域，诱导宿主产生免疫应答，产生病毒中和抗体，以达到预防的目的。总的来说，冠状病毒基因组组装、基因注释、病毒溯源、细胞受体确定、潜在药物发现等过程中，生物信息学都发挥了重要作用。

四、目标导向课程设计的必要性

本课程全名为《生物信息学与生物数据挖掘》课程，是生物制药、生物工程专业选修课程，共3学分，其中理论32学时，实验16学时。本课程的教学对象为生物工程专业大一学生、生物制药专业大二学生，他们刚完成了对大学生活的初步适应，从一开始的懵懵懂懂到现在开始接触有一定难度的专业课程，需要做好引导，既要讲好课让学生学会应该掌握的知识技能，也要保护好学生的求知欲和上进心。特别是当下比较流行的网上授课，对学生的自律提出很大挑战，部分学生容易产生懈怠心理，降低对自身的要求。

通过前期对学生的了解，绝大部分学生都有一定的计算机操作基础，但是只有极少部分同学有一定的编程经验，统计学和分子生物学等相关的背景知识较弱，这就对教学内容提出了一定的要求，既要满足学生的学习欲望，又要合理设定课程难易度，使学生能顺利完成课程目标。

五、目标导向的课程设计方案

（一）课程目标设计

本课程分别设立了三个课程目标，分别对应分析工具的掌握、生物信息学内涵的理解以及培养实际问题的解决能力。课程目标1：通晓计算机相关Linux/Unix操作系统，了解R语言等计算机编程语言;课程目标2：理解生物信息学的内涵，对于生物数据的产生有一定了解，能够熟练运用生物信息分析软件和数据库;课程目标3：掌握数据建模、统计和算法分析能力的生物学和计算机复合应用型专业技能。

（二）课程教学内容设计

如图1所示，我们将生物信息学知识按照从浅入深，由易到难，同时兼顾中心法则和冠状病毒的相关研究内容，对本课程教学内容进行了有一定创新性的设计和编排。将课程教学内容划分为九个模块，每个模块安排2-6个理论学时，同时基本每个模块安排一次实验，实现理论和实践能力的同步提高。为了使学生学有所用，学有所思，学有所得，我们设计了以下八个综合性实验训练项目：NCBI生物数据库的使用、R语言编程入门、病毒基因序列的氨基酸组成分析、双序列比对与非同义突变位点分析、病毒基因结构注释与基因序列分析、多重序列比对与系统进化树构建、病毒基因组组装、病毒与宿主相互作用的基因表达数据分析。

（三）考核方案设计

本课程的学生成绩由平时成绩和期末成绩两部分组成，其中平时成绩占总成绩的70%，期末成绩占总成绩的30%。平时成绩由实验评估（30%）、作业（30%）和课堂表现（10%）综合评定。

（四）教学组织形式

利用腾讯课堂直播、蓝墨云、QQ群等网络工具相结合的综合性在线课堂教学手段，结合线下教学进行讲课和实验演示，以蓝墨云和QQ群为辅，主要用于答疑、作业和实验报告的上传与批改。

（五）教学材料设计

教学内容紧密围绕最新的冠状病毒相关研究展开，采用大量已发表的SCI论文和在微信公众号发表过的有价值的科普文章。本课程提供了PPT、相关论文、公众号文章以及可参考的R语言编程代码等材料，数量充足，质量较高，能有效帮助学生达成学习目标和拓展学习。

当前社会发展以及经济进步最为关键的便是科学技术，尤其是在当前国内外形势紧张的背景下，很多生物信息研究人员积极投身科研攻关任务，将生物信息学的作用发挥得淋漓尽致。通过目标导向的课程设计方式，希望能加深同学们对生物信息学数据分析相关科研工作重要性的体会，提高学生爱国敬业的热情，以及对自身专业的认可和归属感。

参考文献：

[1]任斐，申姗姗.生物信息学网络课程设计初探[J].河南科技学院学报，2021（06）：83-84.