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打破时空壁垒的“云课堂” ——记《微生物高通量测序与数据分析》在线教学实践
2022-04-28  

(教学督导推荐案例)

 

根据辽宁省教育厅关于新冠肺炎疫情防控期间教学工作的部署和要求,辽宁大学把“停课不停教、停课不停学”的要求落到实处,已于2022年2月28日正式开展本学期线上授课。新冠肺炎疫情形势下,网络课堂变身为主要教学阵地,作为一线教师,应通过多种方式学习和探索线上教学的内容、方法和技术,努力提高线上教学实效,促进学生成长与发展。辽宁大学生命科学院教师响应学校线上教学的号召,以坚定的抗疫信心和饱满的工作热情科学、有序地开展线上教学活动。

《微生物高通量测序与数据分析》课程是面向生物技术专业三年级学生开设的专业选修课程,使用自编讲义和课件,从原理、技术、实操的角度出发,以真实问题为驱动,与生物案例相结合,重点讲授微生物高通量测序是什么、做什么和怎么做的问题。近年来,随着高通量测序技术的快速发展,如何通过合适的计算工具挖掘生物大数据所蕴含的生物学问题及如何将这些大数据进行可视化,是高校生物技术专业应用型人才培养所必须注重的能力之一。高通量测序数据的处理和分析主要依托于R语言进行,作为一种实用性语言和编程环境,使得该课程具有很强的实操性。为保证学生线上学习效果和实现“以学生的能力培养和成果导向为目标”的核心理念,付琳副教授结合课程特点,充分利用雨课堂、腾讯会议和微信群教学平台,深度融合生物案例真实问题,采用三段互动式教学模式(课前预习+课中教学+课后复习),针对《微生物高通量测序与数据分析》的线上教学进行了探索与实践(图1)。

 

图1  线上课程设计整体框架

 

一、课前——资源优化,激发学习动力

以成果为导向的教育理念(Outcome-based Education,OBE)首先要考虑的是以学生为中心,加之线上授课的特殊性,在课前的准备过程中更加要考虑学生在课堂当中的角色,而不是成为知识的被动接收人。通过建立微信群和雨课堂班级,课前提前发布学习任务,包括必要的教学资料如教学大纲、案例分析数据、R包安装指导等。还包括辅助的教学资料:如文献拓展、操作视频等。整合各种教学资源,采用信息化的教学手段,充分激发学生学习的兴趣,增强学生自主学习能力。

    

图2  课前发布预习任务

二、课中——实时互动,构建多彩课堂

1、课程选择腾讯会议进行直播教学、雨课堂平台进行互动以及直播辅助、RStudio进行代码实操演示,开展线上互动教学。从教学情况来看,腾讯会议直播教学流畅,视频音质效果好;雨课堂课程活动设置丰富,数据记录分析完整;RStudio提供真实代码演练场景,互动性强。三平台同步相结合进行实时授课,能够保证线上教学课堂平稳流畅(图3)。

2、以真实问题为导向,搜集本专业相关领域在R语言中的应用实例,有效组织课堂案例教学。通过对真实案例解决思路和代码算法的学习,让学生切身体会到如何把课本中的理论知识转化成解决实际问题的工具,提高教学内容的吸引度,调动学生学习积极性。另外,讲到某些实操环节时,将线上课堂搬到真实场景中去,通过在RStudio中实景教学及代码操作演示(图4),开展知识传授和编码技能训练,加深学生对教学内容的理解,培养学生综合思考与解决实际问题的能力。

3、利用雨课堂和腾讯会议与学生进行实时互动,保持线上学习专注度,提升在线学习效果。通过雨课堂签到、弹幕、随机点名和课堂测验,掌握学生听课状态和检验学习效果,让学生一直跟随老师的引导,处于课堂状态(图5)。另外,利用在线直播,在课堂上充分开放评论区,通过在线聊天功能学生实时对课堂上遇到的问题进行提问和反馈,并及时对学生提出的问题进行点拨与指引(图6),营造积极向上的学习氛围,使学生成为课堂的主导者。

通过上述教学内容与方法的实践,将课堂讲解、习题练习、讲解答疑、案例应用融为一体,把智慧课堂活动和直播活动有机结合,互动率高,交互性强。另,重视在过程当中塑造学生的学习成果,利用雨课堂与腾讯会议对教学全过程数据的留存和分析功能,完成对学生的过程化考核,方便教学管理。

 

 

图3  腾讯会议+雨课堂开展线上互动教学

 

图4  利用RStudio进行线上代码实操和演示

   

图5  利用雨课堂进行随堂测验和随机点名

    

图6  学生对课堂上遇到的问题进行实时提问和反馈

三、课后——答疑反馈,提升教学质量

利用微信群平台即时通信功能,加强师生课后的线上互动答疑与交流。将课上讲解的分析思路、算法原理和R代码,发送到课程微信群,使同学们进行课后反思、整理、总结,并对学生的疑问进一步答疑解惑,提升学生线下的自我调控学习,确保在线教学质量(图7)。另,课后发布课堂反馈,对教学过程中的问题进行总结和改进,进一步提升在线课堂效能和教学效果。

     

图7  课后微信群发送学习材料和答疑

 

四、学生对课程的教学反馈意见

姓名:李晴(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师讲授的这门《微生物高通量测序与数据分析》课非常注重理论和实践的结合,在为我们普及测序技术与数据分析方法的同时,也锻炼了我们对于R以及RStudio软件的应用,旨在培养我们的动手能力和严谨性。作为一个喜爱电脑编程的人来说,我非常沉醉其中。通过一些抽象的代码将形象的图案展现出来,让我觉得非常奇妙。同时,当我们遇到问题时,老师也会及时耐心地为我们解答,让我醍醐灌顶,受益匪浅。

姓名:刘星辰(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师的《微生物高通量测序与数据分析》课程让我有了很多的收获。老师的教学重点非常突出醒目,授课的条理性很强,语调自然亲切,亲自用电脑演示每一个要点的做法,并给我们自己练习的时间,鼓励学生充分发挥主体性,学生可以把不会的问题拍照上传到腾讯会议,老师都会帮忙解决,最大程度还原线下教学体验,调动了我们的学习兴趣,让我们有很高的课堂参与度。此外,老师的教学步骤设计合理,由浅入深,一步一步地进行,比如先教我们画最简单的表格,然后一步一步的增加难度,完善表格的各个步骤,便于我们接受理解。老师上课非常认真,知识讲解准确,教学设计合理,始终以学生为主体,设置课堂讨论思考环节,锻炼自主学习能力。总之,付琳老师的《微生物高通量测序与数据分析》深受同学们的喜爱,也真正提升了大家的专业本领。

姓名:远超(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师的《微生物高通量测序与数据分析》让我收获颇丰,虽然之前浅学过R语言的课程,但由于长时间没有进行运用也遗忘了很多。然而通过老师的课程,我不光重新拾起了那些早已遗忘的知识,还学到了许多新的知识点,特别是当我打出一行行代码并成功运行时,实在欣喜万分。而且通过“腾讯会议直播”+“雨课堂”的方式,可以更方便、更快速的向老师反映遇到的问题,老师也能很快找出错误,帮助同学解决。并且老师的教学设计十分合理,每次都会在讲完后留给我们一定的时间进行实操练习,这让我们更好的理解了所学内容。

姓名:张家阳(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师的线上授课轻松有趣,在我们上网课期间,不仅推荐了相关课程的书籍,还为我们撰写了自编教案。使原本枯燥无味的知识点讲授变得灵动而鲜活起来。课前,老师会传送上节课的课件供我们复习和思考。课上,老师会边传授知识,边督促我们进行实际操作,这使我们对知识点的掌握非常牢固,课堂秩序也张弛有度。每当同学有疑问,付琳老师都会立刻予以解答,即使是课下,遇到令人头痛的问题,请教过付琳老师都会迎刃而解。课下,付琳老师会把上课的重难点和相关材料传到微信群里,再次地巩固了课上所学。付琳老师轻松愉悦的课堂受到了很多同学的喜爱。

姓名:赵志勇(2019级生物技术专业)

反馈:课程接近尾声,付琳老师的《微生物高通量测序与数据分析》使我印象深刻。课程中付老师有着非常好的教学节奏,并注重学生的知识技能掌握程度。课程刚开始时,付老师了解了同学们的R语言学习情况,然后深入浅出地、一步步地引导我们进行课程的学习。课程中,老师通过“腾讯会议+雨课堂”的形式来讲授课程,从测序的基本原理入手,再将课程中所遇到的复杂难懂的代码一步步地拆解分析,讲的十分透彻清晰,便于我们学生掌握。而且在课程中,付老师使用R语言对数据进行各式各样的绘图,这种教学方法让我充分感受到了学习这门课程的魅力所在,而且加深了我对知识的掌握和理解。老师在课程中还会不断了解学生遇到的困难并加以解决,同时也设置了一定的练习来加强我们对知识的掌握。这提高了知识的掌握程度,学习效率和质量也得到了有效地提高。

姓名:曲连壬(2019级生物技术专业)

反馈:伴随着再次兴起的疫情,本该如约而至的线下课程不得已转战线上,而线上课程据实施以来的所暴露出的问题也一如既往地存在,那就是师生之间的课堂互动性大打折扣,这不论是对学习课程的学生还是教授课程的讲师来说都是一个巨大的挑战。

尽管面临着巨大挑战,付琳老师在《微生物高通量测序和数据分析》课程中所展现出的独有教学体系对克服该困难起到了毋庸置疑的效果。在线上课程进行过程中,付琳老师通过结合课程PPT和自身经历,拉近和同学之间的距离,以一个过来人的身份讲解学术课程无疑使课程权威性所带来的压迫感大大减少,调动了学习的积极性;其次,通过和同学们进行实践性的互动,并对在实践过程中所产生的问题进行逐一解惑,争取在课堂上完成更多的教学目标以减少同学们的课业压力,对课堂中的互动性产生了质的飞跃;再者,在课程关键部分增加学术知识普及,确保学生在不经意间可以收获更多知识,对学生的学术水平的提高起到了积极作用;最后,在课后能够随时地为同学解答学生在课程中所面临的一系列问题,为学生的知识的巩固和印象的加深起到了不可磨灭的作用。凡此种种,付琳老师在该课程中展现出来的认真负责的态度和较高的授课水平给我留下了深刻的印象。

姓名:梁田竺(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师的《微生物高通量测序与数据分析》让我收获颇丰,在该课程中有大量的R语言内容,让我们对以前对R语言的学习进行了深刻的复习以及拓展。课堂上,付老师在她对课程的熟练以及课前准备的基础上,对我们进行生动有趣地授课,并对实操有问题的同学进行耐心地讲解。课下,对于内容理解不好同学的问题也会耐心地回答。

姓名:崔迪(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师的课程不仅让我对高通量测序有了进一步的了解,同时还学到更多的实用的R语言知识,以便之后的科研数据处理与作图等。课程重点突出,层次分明,能够让人很好的理解,老师讲课从理论知识延伸到练习,并且会根据我们练习的结果来调整时间和课程结构,以保证我们能够在课堂上充分练习学到的知识。

建议老师之后把课上练习的代码直接放到PPT上,之后课下完成练习也方便,后续对着理论知识读懂代码、复习也更直接更方便。

姓名:郑小倩(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师学识丰富、治学严谨。课程讲授过程中也很好的照顾到像我一样没学过R语言的同学,课程循序渐进,条理分离,让我们颇有顾恺之吃甘蔗之感。遇到实际操作有问题的同学,付琳老师也总是耐心回答。课前会提前告知需要下载的软件之类。上课时积极与我们互动,根据我们的实际情况调整进度。课件内容详实,重点突出。课后也会发送相应脚本,利于我们复习巩固和供去做核酸检测的同学课后参考学习。

姓名:杨丽影(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师于本学期主讲《微生物高通量测序与数据分析》,她的课件制作精细用心,授课思路清晰明了,所授内容能够让我容易吸收。付老师讲到不好消化的知识时,会先把知识点拆解讲授一遍,然后再播放一个小视频帮助我们理解;付老师进行软件教学时,会详细解释代码含义,并给我们预留出时间进行软件操作,以及对我们操作中出现的问题给予及时地纠正和指导。在教学中,我能感受到付老师对生物领域的热爱,对我起到了积极的引领作用,同时也培养了我们踏实努力、不骄不躁的人生态度。

姓名:张新宇(2019级生物技术专业)

反馈:付琳老师讲授的《微生物高通量测序与数据分析》,我印象最深的就是在将DNA测序时,由于内容较多并相对难理解,老师每讲解完一个知识点后都会播放相关视频帮助我们巩固和理解。而且老师非常注重我们实际操作,在讲解完理论知识后会留出部分时间让我们在电脑上自己操作练习,当我们遇到问题询问时,老师也会及时耐心地解答。课下还会将代码发到微信群里供大家练习,并询问同学课上的内容是否理解,非常注重学生是否有所收获。通过这门课让我了解到R语言强大的绘图功能,使我更想学好R语言并且能灵活运用其绘图,激发了我的学习兴趣并且收获良多。

 

 

2022年4月28日

                               韩阳

 

付琳副教授简介

 

付琳,辽宁大学生命科学院,副教授,硕士研究生导师。主要从事微生物分子生态、生物防治、生物信息分析等相关研究工作。目前主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项,参与国家自然科学基金项目两项、辽宁省科技厅民生科技计划项目一项。以第一作者发表SCI论文5篇,其中校A+论文一篇。担任国际期刊《Frontiers in Plant Science》和《Frontiers in Microbiology》Review Editor。2020年荣获沈阳市高级人才称号。出版专著一部。目前主讲本科课程《微生物学》、《微生物应用技术实验》、《微生物高通量测序与数据分析》、《R语言的生物学应用实验》、《揭秘微生物与人类健康》。参与教育部产学合作协同育人项目3项、辽宁省普通高等教育本科教学改革研究优质教学资源建设与共享项目2项。荣获辽宁大学本科教学成果奖一等奖、生命科学院“青年教师教学基本功大赛”一等奖。

 



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