史嫒嫒，王自布，王凤阳，林 军

（桂林医学院 生物技术学院，广西 桂林 541199）

“系统生物学与生物信息学”是从系统生物学角度出发，在生命科学研究中以计算机为工具对生物信息进行存储、检索和分析的科学，其中包括数学、统计、生物、计算机等知识的综合应用，致力于数据分析以解决生命科学或生物医学问题。除了强调对基础知识的掌握，更加注重对学生自主学习与创新思维能力的培养，通过该课程的学习，使学生能够综合应用生物信息学方法，灵活应用到生命科学问题研究当中。传统的教学依托课堂，以教师通过板书或PPT讲授为主，不利于学生学习时间的灵活安排和学习的主动性，教师也无法精准掌握学生学习情况以优化教学过程［1］。

成果导向教育（Outcome-Based Education,OBE）理念于1981年由Spady等人提出，强调“以学生为本”，关注学生受教育后获得什么能力及能够做什么。这种教育模式需要立足于五点：（1）构建学习目标，即要求学生学习什么；（2）明确学习需求，即要学生学习这些内容的原因；（3）设计学习过程，即如何完成教学来达到预期目标；（4）建立学习评价，即有效评估学生学习结果；（5）优化教学过程，即循环保障学习进程。OBE立足于学生，强调知识的创新性和实践性，注重对学生学习情况的及时反馈，并能不断优化调整课堂教学进程［2］。

雨课堂教学平台于2016年6月，由学堂在线发布。该平台通过现代化信息技术融入PPT和微信，将课前、课中、课后的教学实现无缝连接，能够支撑教师与学生之间高效、便捷的互动，教师能够通过学情分及时调整教学策略，从而针对传统课堂教学存在的问题，注入新的活力［3］。“系统生物学与生物信息学”因其强交叉性和实践性，需要在教学中进行及时、有效的学情分析，使学生在掌握关键理论知识的基础上，夯实实践能力［4］。

一、雨课堂在“系统生物学与生物信息学”教学中的应用

（一）课前预习阶段

在该阶段，教师发布预习任务（见图1）。通过后台统计数据，分析学生预习参与情况，得到学生对于知识点理解程度的反馈。正式上课前，针对预习内容，设置几道题目发送给学生作答。综合学生作答和预习内容参与情况，教师进行点评并督促学生重视每次发布的预习内容，养成主动学习的良好习惯。在讲解非编码RNA与复杂疾病专题前，要求学生根据自己的研究课题或者查阅转录组学研究相关文献，提前了解相关领域研究思路。同时要求学生做好汇报准备，主要回答三个问题：（1）基于什么类型的数据。（2）用什么分析方法。（3）解决什么问题。汇报时间限定在5～10分钟。在上课前，关于预习内容先发布几个问题，要求学生通过投票的方式选择选项，针对学生作答情况，请学生就作答情况说说自己的理解，教师再做进一步的引导与点评，最后做归纳总结。

图1 雨课堂学情分析应用模式

（二）课中授课阶段

课前评估学生知识点掌握程度，教师根据情况做出调整。课中针对关键知识点设置作业或讨论环节，对学生学习情况及时反馈。主要通过以下三种方式实现。

1.弹幕互动。针对比较枯燥的教学部分，教师开启弹幕，学生针对教师提问发送个人回答或建议。在开展非编码RNA一些概念性知识点介绍前，以“列举出你知道的RNA分子”为问题，学生通过弹幕形式来参与到课堂教学当中。教师通过弹幕中学生作答情况，了解学生对这部分要讲解内容的掌握程度。

2.随机点名。针对知识点繁杂或者课程教学进行到一半的教学部分，教师通过随机点名的方式，让学生回答问题。在课堂教学进行到开始介绍一类研究的热点非编码RNA——miRNA时，包括miRNA的概念、发现、生物合成、一般特点和作用机制，设置问题“之前是否学习过miRNA相关的内容”进行随机提问；在介绍miRNA生物合成内容前，以“经典分子生物学中心法则内容”“简单描述mRNA的生物合成过程”为问题，通过随机点名作答的方式使得学生进入课程内容教学当中；在最后介绍miRNA作用机制后，要求学生结合已有知识系统，就miRNA在复杂疾病（癌症）中的功能研究设计初步方案，随后进行点名提问，提升学生对于课堂知识的实际应用能力，培养科研思维。教师通过两到三轮的随机点名，一方面了解学生学习情况，另一方面可以调动学生参与学习的积极性，提高学生的学习效率。

3.发送题目。在整个教学过程当中，特别是针对一些教学重点和难点，教师发送提前设置好的包括选择题、主观题等类型题目，要求学生在规定的时间内上传答案。教师通过这种方式，针对学生的学习情况，再做出强化练习等教学调整。在正式讲解非编码RNA与复杂疾病专题过程中，要学生以图片的形式提交课前准备的汇报内容，包括研究题目、解决问题、分析方法和数据类型。教师通过随机点名的方式，要求学生面向全班同学讲解，其他同学进行点评：（1）选题科学性和原创性。（2）汇报清晰明了程度。（3）回答问题准确性。（4）研究拓展性思考。结合学生汇报情况及学生的点评，教师再做总体点评与引导。借助于雨课堂，通过生生互动、师生互动的方式，让学生参与到教学中，在加深知识理解的同时，培养学生主动思考的能力，为创新思维的形成奠定基础。

（三）课后加强阶段

在课程收尾阶段，结合学生上课表现和互动情况，布置课后思考和拓展学习资料。课后思考结合下次教学内容进行设置，拓展学习主要是针对本次授课内容所设置的延伸性学习资料。在讲解完成非编码RNA与复杂疾病专题后，要求学生阅读文献、搜集材料对相关研究可进行的后续工作进行设计与思考，或者结合自身研究课题进行拓展设计，将内容整理到PPT中，在下次课进行研讨与点评。

二、“系统生物学与生物信息学”教学改革效果分析

（一）学生参与课程教学主动性提升

课程教学改革前，教师采用的教学方式一般都是“灌输”教学，单向输出知识点。学生在整个教学过程中被动接受知识，对老师过度依赖，课前没有预习的习惯，课中只是聆听讲解，很容易进入游离状态，课后也没有进一步学习的习惯。这些不利于学生创新思维的培养和知识应用能力的提高，同时也不利于教师及时掌握学生学习情况。借助于雨课堂学情分析的实施，使得学生参与到课程教学整个过程中：学生需要提前准备学习资料，课中要集中注意力跟着教师的节奏进行互动，课后还要准备学习资料完成课后作业。在弹幕回答“列举出你知道的RNA分子”问题当中，学生的答案包括：翻译成蛋白质的信使RNA（mRNA）、常见的非编码RNA、参与翻译过程的核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA）。在随机提问“之前是否学习过miRNA相关的内容？”当中，学生的答案包括：“没有”“学过概念一类进化上保守的内源性的非编码RNA，长度约22个核苷酸，在转录后层面调控基因的表达”“学过miRNA生物合成，包括三种形式：pri-miRNA、pre-miRNA、miRNA；三步加工：一步转录，两步剪切（核内，细胞质）”；在随机点名提问“经典分子生物学中心法则内容是什么？”“简单描述mRNA的生物合成过程”中，学生都做出了相应的回答：“根据分子生物学中心法则，DNA转录成mRNA，然后进一步翻译成蛋白质。其被认为是从编码遗传信息的DNA到行使具体分子功能的蛋白质之间的桥梁”“蛋白编码基因在RNA聚合酶的作用下，转录生成mRNA前体，进一步修饰、剪切生成mRNA”；在最后要求学生“就miRNA在复杂疾病中的功能研究提出初步思路”中，同学答道：“结合miRNA靶向调控的基因，反推其生物学功能。”在整个环节中，教师通过设置问题、发送题目，学生以弹幕形式、随机作答、雨课堂作答等多种形式参与到课堂的教学当中。学生的理论知识得以内化，收集和评价信息、综合应用知识及分析问题、解决问题的能力得到培养。学生不再是知识的搬运工，自主学习的能力将得到大幅度提升。

（二）学生科研思维提升

传统课堂教学采用课本式“灌输”方式，学生长期以来形成了被动接受教学的习惯。教师把教材上的知识或者自身科学研究的一些理论知识“灌输”给学生，最终学生在期末考试阶段通过做题或背诵知识点的方式，最终以理论考试结束课程的学习。而研究生作为国家科学研究的新生代后备力量，特别需要在平时课程教学中潜移默化激发他们对于科研的兴趣，使他们感受到科学研究是一项很伟大的工作。在进行非编码RNA与复杂疾病专题讲解中，借助于雨课堂，学生需要课前查询、阅读、整理相关文献内容，课中面向全班学生讲解解决的问题、分析的数据、用到的方法等内容，再加上学生与学生、教师与学生的点评互动，在内化知识点的同时，能够有效提升学生知识综合应用的能力及对科学研究思路的理解。课后要求学生进行拓展学习，对于相关研究能够提出进一步工作设想。在整个过程中，学生需要阅读大量的文献，搜集相关材料，同时结合已有的知识系统进行消化与吸收，同时通过与教师和其他学生的互动，能够大幅度提升学生的综合能力与科研思维。

（三）教师教学素质提高

基于雨课堂学情分析的实施，需要教师提前设计好整个课程教学实施的环节：课前预习内容的设置、课中问题的设置及与学生的互动（包括教学效果的评估）、课后作业的布置等。在设计生生互动、师生互动中，教师需要考虑以一种什么样的方式进行才能够保障有效互动。在互相点评的过程中，教师需要从学生的角度考虑针对哪些方面评价更为合理。在课程设计中，教师需要不断地结合授课内容进展情况，适时地以开启弹幕、点名提问、发送题目等操作，借助雨课堂让学生回答预先设计好的题目，通过多种途径参与到课堂内容教学当中，与教师、学生形成良好的互动。教师精心的设计、自身创新思维和创新能力的提升，成为教学质量提高的必要保障。教师教学水平的不断提高，教学改革的不断深化，有效促进了课程师资队伍的建设。

三、雨课堂学情分析教学实施的意义

随着成果导向教育（OBE）理念的渗透，师生互动在教学中发挥了重要的作用，伴随信息化技术在生活中的广泛应用，多种现代化教育手段为传统课堂注入了新活力。雨课堂为学情分析和师生互动提供了高效的实施平台，在促进学生主动学习的同时，也能够助力教师教学策略的及时调整，课程教学成为动态而不是静态的过程。“系统生物学与生物信息学”作为一门学科交叉性和实践性很强的课程，更加需要学生参与到课堂教学当中，教师需要实时掌握学生学习状态，注重培养学生应用知识和动手操作综合能力，激发与培养科研兴趣。在课程教学中采用雨课堂学情分析教学方式，能够很好地契合OBE教学理念，贯穿学生学习目标的构建、学习需求的确立、学习过程的设计、学习评价的建立和教学过程的优化，能够立足于教学知识点，从学生的角度出发，将教师的教学输出和学生的学习反馈有效融合起来。相比于“灌输”教学，采用雨课堂学情分析教学方式能够更好地激发学生主动学习的兴趣，学生不再是通过死记硬背知识点来应付考试，而是通过平时学习过程中运用所学知识解决一些问题的方式，在巩固知识的同时，锻炼了独立思考并解决问题的能力，提升了自身的科学素养。