重构生物信息学专业基础课教学内容 培养学生创新能力——以“数据结构”课程为例.pdf
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1、2023.9黑龙江教育 理论与实践一、引言随着基因组、转录组、蛋白质组及代谢组等多组学检测技术的不断发展,已经产生了海量的生物医学数据1,生物信息学应运而生。生物信息学是一门前沿的交叉学科,它综合了生物医学、计算机科学、数学、信息科学等学科的技术和方法2,不仅为解决复杂的生物医学问题提供新的思路和方法,而且为生物医药学科及其产业的发展产生巨大的推动作用3。2022 年 5 月,国家发展和改革委员会印发的 “十四五”生物经济发展规划 中指出,“要培养壮大生物信息产业”4。培养富有卓越创新能力的专业人才,是中国高等教育重要任务之一5。生物信息学创新人才的培养对于我国占据国际生命科学的制高点至关重要
2、。课程是人才培养的核心,是影响学生发展的直接因素之一,课程的质量直接决定人才培养的质量。生物信息学专业基础课,大多具有理论性较强、内容抽象、记忆和理解较困难的特点,影响了教学效果,也影响了学生的学习兴趣。学生专业基础课薄弱对于后续专业课的学习、实践及就业都极为不利6。如何提高学生的学习兴趣和创新意识,培养学生的创新能力,进而培养生物信息学创新人才是生物信息学专业基础课进行教学改革的重要目标。“数据结构”是生物信息学专业的基础课,是学生掌握专业知识及技能的重要课程。其主要研究计算机加工的数据结构的特性,以便为生物信息学专业应用所涉及的生物医学大数据选择适当的逻辑结构、存储结构及其相应的操作算法。
3、文章以“数据结构”课程为例,通过重构教学内容、改进教学模式、培养学生的创新人格来培养学生的创新能力。二、影响学生创新能力培养的主要因素香港城市大学的岳晓东教授指出,影响学生创新能力培养的主要因素有两个:一是思维标准化,二是知识无活力化7。思维标准化主要指思维、方法、技能的规范化,思维缺少灵活性、独创性。应试教育是思维标准化的原因之一。据统计,在我国,一个学生从小学入学到高中结束,2023 年第 9 期(总第 1437 期)No.9,2023Serial No.1437黑龙江教育(理论与实践)HEILONGJIANG EDUCATION(Theory&Practice)收稿日期:2023-04-
4、12修回日期:2023-05-31作者简介:石洪波(1981),女,黑龙江齐齐哈尔人,哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院副教授,硕士研究生导师,博士,研究方向为生物信息学。基金项目:2023 年度黑龙江省教育科学“十四五”规划重点课题“以创新人才培养为导向的生物信息学专业基础课与专业课对接模式研究”(GJB1423205);黑龙江省高等教育教学改革一般项目“新医科背景下统计遗传学金课建设探索与实践”(SJGY20210534);2021 年度黑龙江省教育科学“十四五”规划重点课题“医工结合背景下医学教育体系的研究与实践”(GJB1421258)摘要:“数据结构”是生物信息学的专业基础课程,因
5、具有理论性较强、内容抽象、记忆和理解较困难等特点,严重影响了学生的学习兴趣及创新意识。为了培养学生的创新能力,文章以“数据结构”课程为例对专业基础课进行教学改革:重构教学内容,使知识活力化,体现专业特色与学科前沿;设计问题链,改进教学模式,培养学生的创新思维;培养学生的创新人格。通过上述策略培养生物信息学专业学生的创新能力,为专业基础课的教学改革提供参考。关键词:生物信息学;“数据结构”课程;专业基础课;创新能力中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1002-4107(2023)09-0049-03重构生物信息学专业基础课教学内容培养学生创新能力以“数据结构”课程为例石洪波,张明明,赵文
6、媛(哈尔滨医科大学,黑龙江 哈尔滨 150081)课程创新荫49黑龙江教育 理论与实践2023.9重构生物信息学专业基础课教学内容 培养学生创新能力以“数据结构”课程为例平均要经历上千次的测验与考试,过度追求标准答案,重视“一题一解”,容易导致学生思维的单一化和视角的狭隘。知识无活力化主要体现为“死学知识”,重视知识的理论学习,而忽视了知识在实际中的应用。“死学知识”的危害主要有两个方面:一方面,学生很少去思考知识之间的内在联系,使得学生在解决实际问题时很难进行发散思维,将所学知识综合运用、融会贯通;另一方面,很少有学生对所学知识能够做到学以致用,因而造成“高分低能”型学生的出现。学习过的知识
7、没有应用于实践,知识就没有活力,学生容易忘记,最终影响学生的创新能力。宋代著名诗人陆游在 冬夜读书示子聿 中写到“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。习近平总书记也指出“广大青年要如饥似渴、孜孜不倦学习,既多读有字之书,也多读无字之书,注重学习人生经验和社会知识”。这些都强调了知识的活力化及知识用于实践的重要性。思维标准化和知识无活力化这两个问题在专业基础课学习中尤为突出,因此,文章提出了重构生物信息学专业基础课以培养学生创新能力的策略。对于知识点,引导学生提出问题、分析问题、解决问题,培养学生思维的灵活性。同时增加与知识点对应的应用,让学生体会到知识源于实践,又服务于实践,将有利于学生创新能力
8、的培养。三、重构专业基础课教学内容,培养学生创新能力的策略(一)重构教学内容重构教学内容是将各知识点穿线,体现不断创新的过程;同时使知识活力化,对于每个知识点,加入对应的实际应用,尤其注重增加与生物信息学专业及学科前沿紧密相关的应用案例。以“数据结构”课程为例,对于每个章节,进行深入分析,明晰创新点,重构教学内容,旨在课堂教学过程中针对创新点发散学生的思维。例如,在学习线性表的存储结构时,先引入常见的顺序存储,再引导学生分析线性表的顺序存储的优缺点,进而引入线性表的链式存储(单链表);进一步探讨其优缺点,引入双向链表和循环单链表;最后分析二者的优缺点,引入双向循环链表(图 1)。再如,树的存储
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