《生物信息學》課程教學初探

摘 要：隨著計算機科學和生物科學的迅猛發展，生物信息學成為一門獨立學科，它將會成為21 世紀生命科學中的重要研究領域之一。本文對生物信息學在本科教學中的教學方法、實驗教學、考核辦法以及如何與現代教育技術相結合進行了初步的探索，并對如何提高教學效果培養跨學科的生物信息學人才做了深入思考。

關鍵詞：生物信息學 課堂教學 實驗教學 現代教育技術

前言

生物信息學(Bioinformatics)是一門新興的交叉學科。廣義地說，生物信息學從事對生物信息的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋，并綜合運用數學、計算機科學和生物學工具，以達到理解數據中的生物學含義的目標［１］。其含義是雙重的:一是對海量數據的收集、整理與服務，即管理好這些數據;二是從中發現新的規律，也就是使用好這些數據。以1987年出現Bioinformatics這一詞匯為標志，生物學已不再是僅僅基于試驗觀察的科學。伴隨著21世紀的到來，生物學的重點和潛在的突破點已經由20世紀的試驗分析和數據積累，轉移到數據分析及其指導下的試驗驗證上來。生物信息學作為一門學科被廣泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具對生物學發展至關重要，因此成為生命科學研究型人才必須掌握的現代知識。今天的實驗生物學家，只有利用計算生物學的成果，才能跳出實驗技師的框架，作出真正創新的研究?，F在基因組信息學和后基因組信息學資源已經成了地球上全人類的共同財富。如何獲取和利用基因組和后基因組學提供的大量信息，如何具有享用全人類共有的資源的初步能力，成了當今世紀生命科學學生必須掌握的基本技術和知識以及必須具有的初步能力［２］。

生物信息學以互聯網為媒介，數據庫為載體，利用數學知識、各種計算模型，并以計算機為工具，進行各種生物信息分析，以理解海量分子數據中的生物學含義。區別于其他生命科學課程，其在教學過程中要求有發達的互聯網和計算機作為必備條件。調查顯示國內高校都已建立校園網，其中擁有1000M主干帶寬的高校已占調查總數的64.9%，2005年一些綜合類大學和理工類院校已率先升級到萬兆校園網［３］，這些都為生物信息學課程在高校開設提供了良好的物質基礎。該門課程與現代網絡和信息技術密不可分，在教學工作中充分利用現代教育技術較其他課程更具優勢。另外，該門課程尚未完全形成成熟的課程體系，為教師學習借鑒先進的教育思想與教學實踐經驗，在各方面嘗試教學改革提供了廣闊的空間。

1 課堂教學

生物信息學主要以介紹原理、方法為主，深入淺出，注重知識更新。課堂講授以介紹生物信息學的相關算法、原理、方法為主，而這也是教學的重點和難點。在教學中對于這部分內容應遵循深入淺出、避繁就簡的原則，結合具體實例分析算法，避免空洞復雜的算法講解，以免學生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產生畏懼心理，望而生畏;注重講解算法的思想和來龍去脈，讓學生真正掌握解決問題的思路，培養其科學思維能力，并采用探討式教學鼓勵學生思考，通過討論與研究的方式循序漸進地掌握復雜的內容，介紹相關的教學和物理學知識，使學生充分體會到生物信息學與其他學科的關系及其他學科的思想方法對于生物科學的重要性，培養其自覺地將其他學科的方法和思想應用于解決生物學問題的科學素質。在教學工作中教師必須能夠緊跟學科發展方向，隨時進行知識更新，了解最新的前沿動態，掌握新方法，將最新的知識和方法教給學生。同時，也要在教學中鼓勵學生通過各種途徑自覺地關注學科發展動態，拓寬知識面，培養其自學能力和創新意識。

2 充分利用現代化教育技術，采用啟發式教學

目前，高等院校在教室內配備的多媒體投影播放系統促進了多媒體教學的廣泛應用。生物信息學采用多媒體教學是適應學科特點、提高教學效果和充分利用現代化教育技術的一項基本要求。作為生物信息學教學的基本模式，多媒體教學使講解的內容更加直觀形象，尤其是對于具體數據庫的介紹以及數據庫檢索、數據庫相似性搜索、序列分析和蛋白質結構預測等內容涉及的具體方法和工具的講解，可以激發學生的學習興趣，加深學生對知識的理解和掌握，提高學生理論與實踐相結合的能力。同時，由于生物信息學依賴于網絡資源和互聯網上的分析工具和軟件，教室內的多媒體計算機連接到互聯網，極大地提高了教學效果。但在實際教學中發現，多媒體教室也有局限性，學生主要以聽講為主，不能及時實踐，教師講解與學生實踐相脫節，如果將生物信息學課程安排在計算機房內進行，并采用多媒體電子教室的教學方式，就可以解決上述問題。在教學中采用啟發式教學，可為學生建立教學情景，學生通過與教師、同學的協商討論、參與操作，能夠發現知識、理解知識并掌握知識。

3 采用講、練做一體化的教學模式，注重學生實踐能力的培養

生物信息學課堂教學應積極學習借鑒職業培訓和計算機課程教學中講、練、做一體化的教學模式，在理論教學中增加實訓內容，在實踐教學中結合理論講授，改變傳統的以教師為中心、以教材和講授為中心的教學方式。根據教學內容和學生的認知規律，應靈活地采用先理論后實踐或先實踐后理論或邊理論邊實踐的方法，融生物信息學理論教學與實踐操作為一體，使學生的知識和能力得到同步、協調、綜合的發展。

通?？刹捎孟戎v后練的方法，即首先介紹原理、方法，之后設計相關的實訓內容讓學生上機實踐。對于操作性內容和生物信息分析的方法和工具的講解可采取進行實際演示的方法，教師邊講解邊示范，學生在聽課時邊聽講、邊練習，或者教師講解結束后學生再進行練習。理論與實踐高度結合，可充分發揮課堂教學的生動性、直觀性，加深學生對知識的理解，培養和提高學生的實踐操作能力。

4 優化生物信息學實驗教學內容，發揮網絡教學優勢

生物信息學實驗教學主要是針對海量生物數據處理與分析的實際需要，培養學生綜合運用生物信息學知識和方法進行生物信息提取、儲存、處理、分析的能力，提高學生應用理論知識解決問題的能力和獨立思考、綜合分析的能力。

生物信息學實驗教學內容的選擇與安排應按照循序漸進的原則，針對特定的典型性的生物信息學問題設計，以綜合性、設計性實驗內容為主，明確目的要求，突出重點，充分發揮學生的主觀能動性和探索精神，以激發學生學習的主動性和創造性為出發點，加強學生創新精神和實驗能力的培養。生物信息學實驗教學以互聯網為媒介、計算機為工具，全部在計算機網絡實驗室內完成。在教學中，充分利用網絡的交互特點實現信息技術與課程的結合。教師通過電子郵件將實驗教學內容、實驗序列、工具等傳遞給學生，學生同樣通過電子郵件將實驗報告、作業、問題和意見等反饋給教師，教師在網上批改實驗報告后將成績和評語發送給學生，讓學生及時了解自己的學習情況。教師可以通過網上論壇、聊天室和及時通訊工具QQ、MSN等對學生的實驗進行指導，與其討論問題等。網絡環境下的生物信息學實驗教學不僅能提高學生的學習興趣，給學生的學習和師生的互動帶來極大的方便，提高教師的工作效率，而且可以及時了解掌握學生的學習情況，有利于教師不斷調整教學方案，達到更好的教學效果。

5 生物信息學采用無紙化考試，加強實踐能力考核

生物信息學主要是學習利用互聯網、計算機和應用軟件進行生物信息分析的基本理論和基本方法。考試重點是考查學生對生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和對結果的分析解釋能力。因此，在生物信息學考試中可嘗試引入實踐技能考試，通過上機實踐操作重點考核學生知識應用能力。實踐技能考試采用無紙化考試方式，學生在互聯網環境下，對序列進行生物信息分析并對結果進行解釋，不僅可考查學生對基本知識和基本原理的掌握，而且可考查學生進行生物信息分析的實際能力和分析思考能力。通過實踐技能考試，淡化理論考試，克服傳統的死記硬背，可促進學生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時可更有效地提高學生計算機應用能力。學生成績評定大部分是以學生的考試成績為主，難以對學生的學習情況和學習過程作全面地評價。因此，除采用實踐技能考試并將其作為學生成績的主要部分外，還應加強對學生平時學習態度、學習能力、創新思維等方面的考查。

總之，生物信息學教學是網絡環境下生物教學的全新內容。上述教學措施提高了學生的學習積極性、實踐操作能力、解決實際問題的綜合應用能力及創新能力，收到了良好的教學效果，得到了學生的普遍歡迎，具有較強的可操作性和實踐性。在今后的教學實踐中，教師自身素質的提高和進一步的教學改革，將會不斷完善生物信息學教學，培養具有跨越生命科學、信息科學、數理科學等不同領域的“大科學”素質和意識的生物信息學人才。

參考文獻:

[1]趙國屏等.生物信息學[M].科學出版社，2002.

[2]鐘楊，張亮，趙瓊.簡明生物信息學[M].北京:高等教育出版社，2001.

[3]教育部科技發展中心對大學校園網建設應用狀況調查結果顯示.千兆已成主流，應用全面透[J].中國教育網絡，2005，(5):36-39.