《生物信息學》課程科研教學一體化模式的研究與實踐

韓俊偉 李春權 王宏 徐良德 李霞

摘 要：生物信息學（bioinformatics）是一門新興學科，由生物學、醫學、計算機學、信息管理學、應用數學以及統計學等多門學科交叉所形成，它極大地推動了諸如生命科學、醫學等相關學科的發展。隨著新一代測序技術和計算機技術的進步， 生物信息學在許多領域取得了很大進步，如發現與識別人類疾病基因，研究基因與蛋白質的表達和功能，闡明疾病發生的遺傳背景和分子機制，提出相應的復雜疾病的預防措施及開發新的治療藥物等。然而，在我國當前的《生物信息學》課程的教學中，仍然存在教學內容較為落后、教學方法相對單一、科研成果轉化教學有待深化等問題。該文提出《生物信息學》課程科研教學一體化教學模式，期望通過該模式完善教學內容，改進教學方法，有效融合教學與科研，進而提高教學質量，增強學生應用理論知識解決實際生物學問題的能力。

關鍵詞：生物信息學 改進教學 內容與方法 科研與教學 融合

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0151-02

隨著新一代測序技術和計算機技術的進步，與疾病相關的人類DNA序列和蛋白質結構數據呈指數增長。面對新一代測序技術所產生的龐大的生物學分子序列數據， 生物信息學的重要性愈加突出，這必然會為生命科學和醫學的發展帶來變革。當前，國內外對這方面人才的需求激增。在我國， 不少科研院所和生物技術產業界正缺乏這類人才，與發達國家相比，具有不小的差距。我國科研機構和高等院校，尤其是傳統的生物研究機構，通過各種形式的教學，系統地培養新的復合型研究人才，成了當務之急。國內綜合性大學以及醫科大學都相繼開設了《生物信息學》課程，并在不斷地創新和改革教學內容與方法。然而，目前教學中，還存在內容相對落后、方法有待提高、科研成果轉化教學有待深化等問題。

1 當前研究現狀分析

1.1 教學內容相對落后

目前，《生物信息學》課程的教學內容嚴重落后于生物信息學科的發展。隨著生物學實驗技術的高速發展，產生了大量可應用的生物學數據，并激發了科研人員從事生物信息學研究的熱情，產生了大量生物信息學新技術、新方法。然而該課程的教學內容更新過于遲緩，仍然以傳統的理論知識為基礎，內容只有陳舊機器學習方法和簡單相關軟件的應用。可想而知，其中涵蓋的知識點是十分少的，這必然會限制學生的發展，大大不利于其對生物信息知識的運用，從而制約了《生物信息學》教學的發展和進步。

1.2 教學方法有待提高

目前，《生物信息學》課程的教學仍然遵循傳統方法，以教師和教材為中心，絲毫不重視對學生科研創新性思維能力和素質的培養。相對于該學科的復雜性來說，學生對具體分析方法的認識和理解嚴重不足。雖然現有課程也有少量科研實踐內容，但課時太少，內容簡單，無系統化和完整性可言。

1.3 科研成果轉化教學有待深化

隨著科學技術的高速發展，生物信息學在發現與識別人類疾病基因，研究基因與蛋白質的表達和功能，闡明疾病發生的遺傳背景和分子機制等方面取得了巨大的科研成果。如何將這些科研成果轉化到教學中仍然是《生物信息學》教學所面臨的一項挑戰。目前，《生物信息學》課程的教學內容與科研應用內容嚴重脫節，缺乏理論教學與科研實踐的有效整合，導致學生不能講所學理論知識快速應用于科研實踐。

因此，在《生物信息學》課程教學中，全面實施科學研究性教學，及時進行知識更新，了解前沿動態，掌握新方法，保持內容的先進性，激發學生學習的積極性與創新思維至關重要。

2 科研教學一體化模式的方法與實踐

當前我國高校的人才培養模式已轉變為培養學生創新思維能力為主。因此，《生物信息學》科研教學一體化模式應該考慮以下內容：如何將科研成果融入到教學實踐中，及時補充更新教學內容，實現基礎與前沿、傳統與現代的銜接，實現教學內容與現代科技的同步發展，從而提高學生理論和科研實踐應用相結合的能力。

2.1 科研成果與教學內容密切結合

教師在開展生物信息學教學時，首先，不僅要緊跟學科發展方向，隨時對知識體系進行補充和完善，還要通過了解國際前沿動態，掌握新方法、新工具，來幫助學生確定研究課題，明確研究方案，簡化數據分析，縮短研究時間，加強分析深度，從而達到提高研究的可靠性和成功率的目的。還可以避免學生少走彎路，重復前人研究。其次，要及時調整教學內容，將新知識傳授給學生。同時，也要在教學中激發學生的科研興趣，鼓勵學生通過各種途徑自覺地關注生物信息學發展動態，拓寬自己的知識面。最后，要改變傳統的以教材為中心的生物信息學教學模式，將科研成果穿插于主線內容介紹中，及時補充更新教學內容，實現基礎與前沿、傳統與現代的銜接，使教學內容與現代科技同步發展。

在課程教學中，除了生物學基礎知識、算法等內容外，還需要增加閱讀最新文獻、加強教師與學生互動、復現最新科研案例等內容。同時，教師將與教學內容相關的科研實踐問題貫穿于主要教學內容中，并圍繞科研實踐布置作業和安排考核。通過不斷的科研案例分析與實踐，將基本能力的培養貫穿于課堂教學中，并在授課對象的課程研究實踐報告中加以集中體現。學生更容易對應用性強的內容產生興趣，這將十分有助于學生創新思維能力和科研實踐能力的培養。

2.2 科研成果應用到教學實踐

哈爾濱醫科大學生物信息科學與技術學院成立于2003年，是國內最早開設《生物信息學》課程的單位之一。自我院成立來，在校領導和院領導帶領下，我院在科研方面取得了長足的進步，在國際SCI檢索的多個雜志發表高水平文章，如《bioinformatics》《Nucleic Acids Res》《plos one》《BMC bioinformatics》《BMC system biology》《Briefing in bioinformatics》《Genomics》《Gene》、《FEBS letter》等，取得了國內外的一致好評。這些科研成果為生物信息學科研轉化教學提供了大量科研案例。本課程主要由我院骨干教師承擔，每位教師都有自己的科研成果。教師將自身的科研工作經驗和科研成果按照提出問題、選題、數據、方法、結果解釋給學生講解，指導學生自己實踐，加強學生的能動性，培養學生積極性，進而提高學生的創新思維能力。通過這種教學方法，使學生熟練掌握應用互聯網、計算機和應用軟件對生物學數據進行分析與實踐：如讓學生牢掌握借助搜索工具查找核算數據庫的方法，利用序列比對軟件對基因序列相似性進行比較，預測蛋白質結構和功能信息，識別復雜疾病相關基因及通路等相關問題。

因此，在《生物信息學》課程教學中，隨時進行知識更新，掌握最新的前沿動態，保持教學內容的先進性與科學性，實現科研教學一體化模式在《生物信息學》課程改革中至關重要。通過科研教學一體化模式的教學方法，提高學生學習的積極性和主動性，培養和提高學生的創新意識和能力，為今后走向工作崗位打下堅實的基礎。

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