地方性院校生物信息學教學改革初探

葉建平　劉少龍

【摘要】生物信息學是一門應用廣泛集奪門學科知識于一身的新興學科。本文對生物信息學做了簡單概念性介紹，探究了生物信息學在多種學科里的應用情況，最后我們針對目前生物信息學課程建設中存在的一些問題，從教學模式，教學內容和教學實踐三個方面進行改革和探究，并對未來生物信息學課程建設的發展方向進行了初步探討

【關鍵詞】生物信息學；教學改革；地方性

21世紀是生物技術和信息技術的時代。生物信息學是一門由生物學、計算機學、信息管理學、應用數學以及統計學等多門學科相互交叉而形成的學科，利用計算機和互聯網，以數據庫為載體，運用數學知識和計算模型，研究生物信息數據的采集、處理、存儲、檢索與分析，進而揭示數據所蘊含的生物學意義。

一、生物信息學的應用現狀

生物信息學可以應用在很多領域，如醫學，基因組的研究等，同時也需要豐富的計算機知識，下面是Excel對生物信息學的應用。

（一）Excel函數和生物信息

（1）冗雜信息的去除

在大學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行編號檢索，這就遺傳信息的編號一樣。如果數據量小，可以用人工方式逐個復制登錄號，但如果有幾百個甚至數千條數據，逐個提取的方式顯然行不通。在課堂中引入這一Excel函數后，學生對大批量處理此類數據的興趣增加還能靈活地應用這一函數解決類似“難題”。

（2）GC含量的計算

核酸里的GC的含量是生物信息學分析的一個常用指標。利用在Excel中的幾個函數，還可以達到同時計算多條序列GC含量的目的。比如LEN和SUBSTlTURE函數，在計算結果的過程中可提高學生處理數據的能力。

（3）基因芯片數據提取

在Excel中VLOOKUP查找函數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確的找到目的基因，可大大減少數據整理的時間，提高工作效率。學生在處理基因芯片數據時，采用VLOOKUP函數可輕松實現芯片數據的提取。

（4）批量插入字符串和分離特定序列

基因數據整理過程中，我們對海量的信息數據進行命名就需要利用Excel函數進行統一命名。可以通過批量插入字符串的方式實現，常用的函數為REPLACE。

（二）組合數學和生物信息學

在生物信息中，序列比對是研究核酸或者蛋白質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、結構或進化間的關系。

（三）基因組與生物信息學

基因組是研究基因的學科并獲得大量相關數據，生物信息學是利用計算機和數學對生物學數據進行存儲、管理、檢索、分析和解釋，來揭示生物學意義，所以兩者是相輔相成的。

二、生物信息學教學改革

（一）生物信息學教學模式改革

（1）以知識為中心，探究教學為輔

生物信息學既有較深的理論性知識，又有較強的實驗技能，它涉及多門學科的知識。因此教師要有針對性的教，在教學內容上做適當的調整，不同的內容采用不同的方法，比如理論概念性的就用講解法，實驗技能性的就可以讓學生自行操作，以教學活動的真正對象知識定位為中心。生物信息學需要較廣的知識面，學生的自學難度較大所以教師可以引導學生一邊探究一邊講授。

（2）整合理論教學與實驗教學，提高學生綜合素質

在使用生物數據庫的過程中提高學生處理生物信息的能力，開發序列比對軟件增強學生使用生物信息處理軟件的能力，在探究自學的過程中提高學生獲取信息的能力。

（3）優化實驗教學內容，發揮網絡教學優勢

生物信息學實驗教學需要學生利用大量的數據并處理分析，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。

（二）生物信息學教學實踐改革

（1）理論教學隨時更新，與時俱進

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

（2）利用多媒體網絡教學，邊學邊練

多媒體教學理論教學突破了傳統的粉筆和黑板的教學模式，結束了學生抽象地、艱難地接受教師填鴨式教學內容的窘境。教師在講解重難點是可以直接連接到網絡或打開相應軟件演示給學生，讓學生一目了然。比如，在給學生講解蛋白質的抽象空間構想時，當堂使用了三維圖像軟件遠比教師口述效果好，使學生輕松地、深刻地認識生物大分子。這樣的教學方式簡明扼要，節約了課堂時間，學生又容易理解掌握，教學效果明顯。

（三）生物信息學教學內容改革

（1）電子圖書閱讀及中國期刊網要進行生物信息學方面的學習與研究，首先應該快速、有效地獲得所需要的信息，擁有大量的信息之后，才能為進一步的學習與研究奠定基礎。

（2）學習Linux操作系統和數據傳輸以及分析

計算機可以安裝各種系統，其中Linux是我們要掌握的操作系統，在我們收集到數據后要傳輸數據再接下來需要對數據進行初步的統計分析，再對得出的數據進行線性擬合處理。SPSS軟件是一個很好的數據分析軟件，再借助origin的線性擬合對數據進行進一步的處理。在掌握操作系統和軟件后可以應用統計方法對大量的觀測數據進行整理、分析和研究。

（3）分子繪圖和編輯

在收集數據或者涉及分子的三維結構分析是需要用圖繪的形式展示，所以我們就要學會用計算機軟件繪圖，這里要掌握分辨率等相關概念，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量。

（4）文字編輯及演示文稿

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

三、結語

在經過論文分析及調查之后我們對生物信息學有了更深入的了解，實踐證明，對生物信息學是求學過程中不可少的學科，但教學上的改革也是相當重要的。