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1、生物信息學(xué)本科課程的教學(xué)實踐與探索
摘要：結(jié)合本科生物信息學(xué)課程的特點，從本科生物信息學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面對提高教學(xué)質(zhì)量和改善教學(xué)效果進行了初步探索與實踐。
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；教學(xué)方法；實踐
中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2096-000X（2016）20-0166-02
Abstract：Combinedwiththecharacteristicsofbioinformaticscourse，thispaperexploresandpracticemethodstoimprovetheteachingqualityan
2、dperfecttheteachingeffectivenessfromtheperspectiveoftheteachingcontents，teachingmethodsandassessmentmethodsofundergraduatebioinformaticscourse.
Keywords：bioinformatics；teachingmethods；practice
21世紀是生命科學(xué)和信息技術(shù)迅猛發(fā)展的時期，隨著人類基因組計劃的實施，生物信息學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)重要的前沿領(lǐng)域之一。因此，國內(nèi)外許多高等院校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程，并設(shè)立了生物信息學(xué)本科專業(yè)，
3、與此同時高等院校和研究機構(gòu)也相繼設(shè)立了相應(yīng)的碩士、博士學(xué)位授予點[1，2]。多學(xué)科交叉是當代科技發(fā)展的重要趨勢，也是高?？蒲泻蛯W(xué)科建設(shè)的重要方向，培養(yǎng)復(fù)合型人才，是自主創(chuàng)新的突破口和重要途徑，也是建設(shè)創(chuàng)新型社會和高等教育改革的重要方向[3]。因此，對生物工程專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)這門選修課程十分必要，它不僅為已具有一定生物學(xué)知識基礎(chǔ)的學(xué)生傳授有關(guān)生物信息學(xué)的知識，同時也使學(xué)生了解如何利用生物信息學(xué)的內(nèi)容和方法來解決生物學(xué)問題，從而為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[4]。
一、生物信息學(xué)課程的特點
生物信息學(xué)作為一門新興發(fā)展中的學(xué)科，它所提供的生物信息資源和研究工具對生物學(xué)發(fā)展至關(guān)重要
4、，目前基因組和后基因組信息學(xué)資源已經(jīng)成為全人類的共同財富，如何獲取和利用基因組和后基因組學(xué)提供的大量信息，已經(jīng)成為生命科學(xué)學(xué)生必須掌握的基本技術(shù)和知識以及必須具有的初步能力[5]。作為一門本科教學(xué)課程，生物信息學(xué)課程的特點主要具有以下幾個方面：
（一）課程內(nèi)容
生物信息學(xué)是一門覆蓋面很廣的綜合性學(xué)科，不僅在基礎(chǔ)研究方面，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的預(yù)測、藥物設(shè)計以及人類疾病診斷等應(yīng)用研究方面也有著十分重要的作用[4]。而目前的生物信息學(xué)在基因組生物信息學(xué)，蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)，代謝組生物信息學(xué)和藥物生物信息學(xué)等方面都具有各自的研究內(nèi)容和對應(yīng)的分析技術(shù)。因此，在教學(xué)過程中可結(jié)合各自的特點
5、進行講解，避免教學(xué)內(nèi)容上的重復(fù)。
（二）教學(xué)模式
生物信息學(xué)課程作為一門選修課，學(xué)生對課程的重視程度遠不如必修課程，學(xué)習(xí)的積極性也更多地依賴于學(xué)習(xí)興趣。因此，在教學(xué)過程中，可以通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思維等方法來改變學(xué)生被動聽課的狀況，從而提高生物信息學(xué)課程的教學(xué)效果[6]。生物信息學(xué)是一門由計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科綜合交叉組成的學(xué)科，對于課程的學(xué)習(xí)，可以結(jié)合學(xué)術(shù)上的科研亮點進行講授，同時鼓勵學(xué)生在掌握與生物信息學(xué)相關(guān)的基本原理和技術(shù)方法的同時，還應(yīng)進一步掌握數(shù)學(xué)、計算機程序設(shè)計等相關(guān)技術(shù)和知識，從而達到培養(yǎng)復(fù)合型和交叉型人才的目的[5]。
6、（三）理論與實踐結(jié)合
生物信息學(xué)是一門理論性和實踐性都很強的課程，實踐操作主要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運行，生物學(xué)研究人員所需要的生物信息資源，都可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得[7]。通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、檢索和分析，在大多數(shù)情況下，我們都可以從網(wǎng)絡(luò)上獲得所需要的生物分子信息，同時也可以將需要處理的生物分子信息直接發(fā)送到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的處理后獲取所需要的信息。因此，對于生物信息學(xué)的教學(xué)要加強課程教學(xué)內(nèi)容的實用性，以如何獲取和利用生物信息資源為側(cè)重點，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
二、生物信息學(xué)課程的教學(xué)實踐與探索
?。ㄒ唬┙⒑线m的教學(xué)大綱激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
7、 由于生物信息學(xué)是一門新興發(fā)展中的學(xué)科，它的方法、內(nèi)容以及應(yīng)用尚在不斷地完善與更新中，因此大多高等院校把生物信息學(xué)作為一門選修課程。對于本校生物工程專業(yè)開設(shè)的生物信息學(xué)課程，我們制定的教學(xué)大綱是，要求學(xué)生理解掌握生物信息學(xué)的基本內(nèi)容和主要方法，培養(yǎng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源解決生物信息學(xué)問題的基本能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，進而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。另外，生物信息學(xué)課程中接觸的網(wǎng)頁多為英文頁面，很多學(xué)生存在抵觸情緒。因此授課時采用循序漸進的方式，使學(xué)生掌握常用的英文詞匯，由少到多地瀏覽英文網(wǎng)站，從而提高學(xué)習(xí)的興趣和信心。通過對英文網(wǎng)站的不斷瀏覽，可以使學(xué)生開闊視野，拓寬知識面，并幫助學(xué)生逐步
8、建立起學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣和自信心，為學(xué)好生物信息學(xué)這門課程打下基礎(chǔ)。
（二）采用多媒體教學(xué)技術(shù)豐富教學(xué)內(nèi)容
隨著生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上存在著豐富的生物信息學(xué)教學(xué)資源，因此，在教學(xué)過程中，可以合理利用網(wǎng)上的教學(xué)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生視野，從而取得較好的教學(xué)效果。另外，在講解一些教學(xué)中的難點以及抽象的概念和分析過程時，可以使用動畫展示，使教學(xué)內(nèi)容變得直觀、形象和生動，例如在講解數(shù)據(jù)庫查詢、序列分析和序列提交等使用方法時，可以利用多媒體動畫文件，讓學(xué)生直觀地觀看課件，使學(xué)生得到直觀體驗，從而更加容易掌握這些實踐操作，也能夠達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、使教學(xué)內(nèi)容易于理解和掌
9、握的目的。生物信息學(xué)涉及較多數(shù)學(xué)算法，例如序列比對算法及分子系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建等算法，在講解這些算法時，可以在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合板書、通過提問等互動式方法幫助學(xué)生理解，從而促進學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容。
?。ㄈ┘訌娚蠙C操作提高實踐操作能力
實踐教學(xué)相對于理論教學(xué)具有直觀性的特點，而生物信息學(xué)對于網(wǎng)絡(luò)工具又具有高度依賴性，為了提高學(xué)生應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)工具的操作能力，我們安排了多個上機操作實驗，例如：了解GenBank核酸序列的格式和主要字段的含義，向GenBank提交新序列的方法以及Entrez查詢工具的使用方法，掌握BLAST數(shù)據(jù)庫序列比對的使用方法，掌握利用軟件進行核酸及蛋白質(zhì)的多序列
10、比較和構(gòu)建分子系統(tǒng)進化樹的方法和步驟；綜合設(shè)計性實驗，利用數(shù)據(jù)庫資源，自選感興趣的核酸和蛋白質(zhì)序列，分析核酸序列的堿基組成比例，蛋白質(zhì)序列的理、化特性等，同時利用所學(xué)軟件構(gòu)建分子系統(tǒng)發(fā)育樹。通過這些上機實驗，可以使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)更好地掌握生物信息學(xué)的基本理論、分析方法等內(nèi)容，并提高學(xué)生實踐操作能力。
?。ㄋ模┛蒲薪虒W(xué)相長激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識
在生物信息學(xué)的教學(xué)過程中，授課教師融入個人的科研工作經(jīng)驗，把科研思路帶入教學(xué)中，有效培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。同時，利用本校的科研資源，邀請相關(guān)教師來到教室，為學(xué)生講解生物信息學(xué)在科研中的實際應(yīng)用和意義。另外，在授課過程中
11、也可以通過讓學(xué)生了解生物信息學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)有技術(shù)的局限性，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題，進而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性。比如目前的基因組和轉(zhuǎn)錄組測序分析中，存在著不同的分析方法，而每種分析方法都有其各自的特點，如何獲取需要的數(shù)據(jù)，并有效地利用數(shù)據(jù)來分析問題，這些問題在教學(xué)過程中提出，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合他們已知的生物信息學(xué)知識來思考解決辦法。這些實例不僅可以開闊學(xué)生的眼界，鍛煉他們的思考能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，并且可以使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容能有更好的理解。
?。ㄎ澹?gòu)建多元化考評方式提高學(xué)習(xí)效果
生物信息學(xué)作為現(xiàn)代生物學(xué)的組成部分，其實操性是非常強的。因此，對于生物信息學(xué)的考核，通過平時作業(yè)和期末考試兩方面
12、結(jié)合綜合考查學(xué)生對生物信息學(xué)的原理和方法的掌握程度。重點考察學(xué)生對生物信息學(xué)分析方法的掌握程度，利用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力以及對分析結(jié)果的解釋能力。平時作業(yè)通過上機答題，考核學(xué)生的實際操作能力，例如利用數(shù)據(jù)庫查找核酸序列，并對查找結(jié)果進行進一步的序列分析和結(jié)果比對。而期末考試則主要對基礎(chǔ)理論和知識應(yīng)用等方面進行考核，使學(xué)生能靈活地應(yīng)用課堂中學(xué)到的知識點進行解答，并進一步考察學(xué)生的實踐能力和思考能力。通過這種考核方式，一方面，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，把重點放在基本理論、基本知識的鞏固以及實操水平的提高上，從而更好地提高學(xué)生的實操能力和創(chuàng)新能力；另一方面，也促使教師在教學(xué)過程中，側(cè)重于從能
13、力培養(yǎng)的角度進行課堂教學(xué)，從而提升教學(xué)質(zhì)量和水平[7]。
三、結(jié)束語
通過在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，豐富教學(xué)內(nèi)容，加強上機操作，利用科研資源以及多元化的考核方式，提高了學(xué)生利用生物信息學(xué)的內(nèi)容和方法解決生物學(xué)問題的能力，培養(yǎng)了解決實際問題的綜合應(yīng)用能力，對培養(yǎng)復(fù)合型人才，提高學(xué)生綜合素質(zhì)具有積極意義。在今后的工作中，隨著教學(xué)經(jīng)驗的積累，將在生物信息學(xué)的教學(xué)方式和方法上進一步深入的探索和研究，以取得更好的教學(xué)效果。
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生物信息學(xué)本科課程的教學(xué)實踐與探索
