地方性院校生物信息學(xué)教學(xué)改革初探

葉建平　劉少龍

【摘要】生物信息學(xué)是一門應(yīng)用廣泛集奪門學(xué)科知識于一身的新興學(xué)科。本文對生物信息學(xué)做了簡單概念性介紹，探究了生物信息學(xué)在多種學(xué)科里的應(yīng)用情況，最后我們針對目前生物信息學(xué)課程建設(shè)中存在的一些問題，從教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐三個方面進(jìn)行改革和探究，并對未來生物信息學(xué)課程建設(shè)的發(fā)展方向進(jìn)行了初步探討

【關(guān)鍵詞】生物信息學(xué)；教學(xué)改革；地方性

21世紀(jì)是生物技術(shù)和信息技術(shù)的時代。生物信息學(xué)是一門由生物學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、信息管理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)等多門學(xué)科相互交叉而形成的學(xué)科，利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，以數(shù)據(jù)庫為載體，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識和計(jì)算模型，研究生物信息數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、檢索與分析，進(jìn)而揭示數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義。

一、生物信息學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀

生物信息學(xué)可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)，基因組的研究等，同時也需要豐富的計(jì)算機(jī)知識，下面是Excel對生物信息學(xué)的應(yīng)用。

（一）Excel函數(shù)和生物信息

（1）冗雜信息的去除

在大學(xué)課堂里大家都了解到基因的信息量是非常大的，就像一個巨大的圖書館，而里面的書就是我們需要的基因，這時我們就會對書本進(jìn)行編號檢索，這就遺傳信息的編號一樣。如果數(shù)據(jù)量小，可以用人工方式逐個復(fù)制登錄號，但如果有幾百個甚至數(shù)千條數(shù)據(jù)，逐個提取的方式顯然行不通。在課堂中引入這一Excel函數(shù)后，學(xué)生對大批量處理此類數(shù)據(jù)的興趣增加還能靈活地應(yīng)用這一函數(shù)解決類似“難題”。

（2）GC含量的計(jì)算

核酸里的GC的含量是生物信息學(xué)分析的一個常用指標(biāo)。利用在Excel中的幾個函數(shù)，還可以達(dá)到同時計(jì)算多條序列GC含量的目的。比如LEN和SUBSTlTURE函數(shù)，在計(jì)算結(jié)果的過程中可提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力。

（3）基因芯片數(shù)據(jù)提取

在Excel中VLOOKUP查找函數(shù)可在特定表格里查找指定對象，并返回指定對象所在列的值。在信息量巨大的基因芯片中可以快速準(zhǔn)確的找到目的基因，可大大減少數(shù)據(jù)整理的時間，提高工作效率。學(xué)生在處理基因芯片數(shù)據(jù)時，采用VLOOKUP函數(shù)可輕松實(shí)現(xiàn)芯片數(shù)據(jù)的提取。

（4）批量插入字符串和分離特定序列

基因數(shù)據(jù)整理過程中，我們對海量的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行命名就需要利用Excel函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一命名?？梢酝ㄟ^批量插入字符串的方式實(shí)現(xiàn)，常用的函數(shù)為REPLACE。

（二）組合數(shù)學(xué)和生物信息學(xué)

在生物信息中，序列比對是研究核酸或者蛋白質(zhì)的符合序列的排列順序的問題，主要是比較兩個或兩個以上符號序列的相似性或不相似性，從而可以推斷序列間功能、結(jié)構(gòu)或進(jìn)化間的關(guān)系。

（三）基因組與生物信息學(xué)

基因組是研究基因的學(xué)科并獲得大量相關(guān)數(shù)據(jù)，生物信息學(xué)是利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)對生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理、檢索、分析和解釋，來揭示生物學(xué)意義，所以兩者是相輔相成的。

二、生物信息學(xué)教學(xué)改革

（一）生物信息學(xué)教學(xué)模式改革

（1）以知識為中心，探究教學(xué)為輔

生物信息學(xué)既有較深的理論性知識，又有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能，它涉及多門學(xué)科的知識。因此教師要有針對性的教，在教學(xué)內(nèi)容上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，不同的內(nèi)容采用不同的方法，比如理論概念性的就用講解法，實(shí)驗(yàn)技能性的就可以讓學(xué)生自行操作，以教學(xué)活動的真正對象知識定位為中心。生物信息學(xué)需要較廣的知識面，學(xué)生的自學(xué)難度較大所以教師可以引導(dǎo)學(xué)生一邊探究一邊講授。

（2）整合理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)

在使用生物數(shù)據(jù)庫的過程中提高學(xué)生處理生物信息的能力，開發(fā)序列比對軟件增強(qiáng)學(xué)生使用生物信息處理軟件的能力，在探究自學(xué)的過程中提高學(xué)生獲取信息的能力。

（3）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢

生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要學(xué)生利用大量的數(shù)據(jù)并處理分析，提高學(xué)生應(yīng)用理論知識解決問題的能力和獨(dú)立思考、綜合分析的能力。生物信息學(xué)主要是學(xué)習(xí)利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)和應(yīng)用軟件進(jìn)行生物信息分析的基本理論和基本方法。

（二）生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐改革

（1）理論教學(xué)隨時更新，與時俱進(jìn)

在飛速發(fā)展的社會中知識更新也是飛快的，在教學(xué)工作中教師要掌握學(xué)科發(fā)展方向及時補(bǔ)充自己的知識體系，將最新的知識傳授給學(xué)生。同時，也要激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓他們自覺拓寬知識面。

（2）利用多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，邊學(xué)邊練

多媒體教學(xué)理論教學(xué)突破了傳統(tǒng)的粉筆和黑板的教學(xué)模式，結(jié)束了學(xué)生抽象地、艱難地接受教師填鴨式教學(xué)內(nèi)容的窘境。教師在講解重難點(diǎn)是可以直接連接到網(wǎng)絡(luò)或打開相應(yīng)軟件演示給學(xué)生，讓學(xué)生一目了然。比如，在給學(xué)生講解蛋白質(zhì)的抽象空間構(gòu)想時，當(dāng)堂使用了三維圖像軟件遠(yuǎn)比教師口述效果好，使學(xué)生輕松地、深刻地認(rèn)識生物大分子。這樣的教學(xué)方式簡明扼要，節(jié)約了課堂時間，學(xué)生又容易理解掌握，教學(xué)效果明顯。

（三）生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革

（1）電子圖書閱讀及中國期刊網(wǎng)要進(jìn)行生物信息學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究，首先應(yīng)該快速、有效地獲得所需要的信息，擁有大量的信息之后，才能為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與研究奠定基礎(chǔ)。

（2）學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸以及分析

計(jì)算機(jī)可以安裝各種系統(tǒng)，其中Linux是我們要掌握的操作系統(tǒng)，在我們收集到數(shù)據(jù)后要傳輸數(shù)據(jù)再接下來需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)分析，再對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合處理。SPSS軟件是一個很好的數(shù)據(jù)分析軟件，再借助origin的線性擬合對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在掌握操作系統(tǒng)和軟件后可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法對大量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和研究。

（3）分子繪圖和編輯

在收集數(shù)據(jù)或者涉及分子的三維結(jié)構(gòu)分析是需要用圖繪的形式展示，所以我們就要學(xué)會用計(jì)算機(jī)軟件繪圖，這里要掌握分辨率等相關(guān)概念，如輸入分辨率、輸出分辨率及顯示分辨率，這些都決定文件的大小和質(zhì)量。

（4）文字編輯及演示文稿

在信息分析、處理并根據(jù)處理的結(jié)果做出分子作圖之后，就可以將所得的結(jié)果記錄下來，可以以文檔的形式也可以用演示文稿來展示你的成果。

三、結(jié)語

在經(jīng)過論文分析及調(diào)查之后我們對生物信息學(xué)有了更深入的了解，實(shí)踐證明，對生物信息學(xué)是求學(xué)過程中不可少的學(xué)科，但教學(xué)上的改革也是相當(dāng)重要的。