《生物信息學》雙語教學改革及實踐

范丙友 楊敏 賈小平 胥華偉 郭麗麗 史國安

摘要：由于生物信息學學科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學》課程適宜于開展較高水平的雙語教學。基于課程特點，我們開展了《生物信息學》雙語教學的改革及實踐。在激發學生學習興趣的基礎上，選用英文原版教材，不斷更新優化教學內容;在注重生物信息學實踐操作的同時，適當講解生物信息學理論算法;應用英文PPT課件，采用中英文授課方式，通過實時演示在線生物信息學分析方法，加深學生的直觀實踐體驗;依托于網絡資源平臺，拓寬學生知識面;堅持教學和科研互動，實現科研于教學相長;改閉卷考試為大作業，提高學生綜合利用生物信息學的分析技能。這些改革措施調動了學生學習生物信息學的積極性和主動性，提高了學生的實踐分析技能和創新能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：生物信息學;雙語教學;改革及實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）46-0125-02

生物信息學是生物學、計算機科學及應用數學等學科相互交叉而形成的一門新興學科。它以DNA和蛋白質為研究對象，通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、檢索與分析，進而達到揭示實驗數據所蘊含的生物學意義的目的[1]。基于“加強基礎、拓寬專業、強化能力、提高素質”的人才培養指導思想，河南科技大學生物科學及生物技術本科專業開設了《生物信息學》課程，以便讓學生理解并掌握生物信息學領域的基本概念和基本理論，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力，從而適應今后工作和學習的需要。

生物信息學的研究對象為各種分子生物學數據，是在全世界各個實驗室中產生的，然后再提交到相應的數據庫中[2]。目前，這些大型分子生物學數據庫在存儲、檢索和可視化上，都是英文界面;《生物信息學》課程中講授的生物信息學軟件也均以英文為界面[3]。由于生物信息學學科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學》課程的教學有其特殊性，其中一點就是適宜于開展較高水平的雙語教學。通過雙語教學，可使學生盡快掌握以英文為界面的生物信息學網絡資源及相關生物信息學分析軟件的使用，提高本科生生物信息學基本的分析技能，繼而培養其創新能力。根據《生物信息學》的課程特點，我們開展了雙語教學的改革和實踐，獲得了較好的教學效果。

一、激發學生學習興趣

《生物信息學》課程涉及的知識點較多，在線生物信息學分析平臺均為英文界面，多數學生因而存在一定的畏難情緒。因此，在授課的過程中，首先引導學生加強生物信息學基本分析方法及專業英語的學習。學生通過瀏覽英文網站，英文閱讀能力得到了很大提高;同時也開拓了視野，提升了知識面。總之，通過激發學生的學習興趣，幫助學生逐步建立起學習的興趣和自信心，為開展《生物信息學》雙語教學打下了堅實的基礎。

二、選用英文原版教材

目前，適宜于本科生《生物信息學》雙語教學的英文原版教材較為欠缺[4]。其原因有兩點：一方面，部分《生物信息學》原版英文教材非常昂貴，因成本原因不適宜于本科生選用;另一方面，通俗易懂、適合入門的《生物信息學》英文教材又少之又少。項目組最終篩選到了一本適宜于我校生物科學和生物技術專業本科生選用的英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，該教材淺顯易懂，實踐操作性強，適宜于生物信息學初學者選用;另一方面，打印或復印該教材的成本較低，學生易于接受。

三、更新優化教學內容

基于英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，適當更新并優化了教學內容，重點傳授了應用性較強的生物信息學實踐分析技能。如核酸及蛋白序列數據庫的查詢、核酸及蛋白序列的相似性搜索、序列比對、分子系統進化樹構建、蛋白物理特性及3D結構的預測等分析技能。另外還講授了離線單機版生物信息學軟件如DNAMAN 6.0、Primer Premier 5.0、MEGA 5.0的使用方法。

四、適當講解理論算法

在注重傳授生物信息學實踐分析技能的同時，適當講解生物信息學理論算法。由于生物信息學涉及的算法多數都較為枯燥，在授課過程中側重于分析方法的講解和應用。如在講授Needleman-Wunsch全局比對和Smith-Waterman局部比對及分子系統發育樹構建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權算術平均組隊法）等算法時，在多媒體教學的基礎上，結合互動式“提問”及“板書”等方法輔助學生理解算法的基本原理及分析方法;同時布置課后計算題作業，要求學生獨立完成后上交，從而促進學生鞏固基本理論和基本知識[5]。

五、采用雙語多媒體授課

為了更好地執行《生物信息學》課程的雙語教學任務，我們首先制定了《生物信息學》課程雙語教學計劃。即選用英文教材，制作英文PPT教學課件，采用中英文相結合的授課方式。隨著學生生物信息學分析能力及專業英語水平的不斷提高，逐步在授課過程中由少到多地加大英文授課的比例。項目組已于2014-2015學年第2學期成功應用英漢雙語完成了《生物信息學》課程的雙語教學任務，教學效果良好。

六、實時演示在線分析過程

我校基于網絡安全的考慮，在教室內僅能登陸校園網而不能登陸外網。在以往的《生物信息學》教學過程中，只能采用網頁抓圖的靜態教學方式，造成學生對生物信息學分析方法的體驗不夠強烈。為了達到更好的教學效果，項目組購置了能夠接收無線網絡信號的設備，在教室內可實時在線進行生物信息學分析，在講解數據庫查詢、BLAST分析、Bankit序列提交、蛋白質結構域分析、蛋白質物理特性及3D結構預測等內容時，學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對生物信息學分析方法的印象，從而更加容易掌握這些實踐操作。

七、網絡教學資源建設

由于受學時的限制，《生物信息學》課堂教學的內容非常有限。為了讓學生更好地利用生物信息學豐富的網絡資源，我們基于學校開發的網絡教學綜合平臺，構建了《生物信息學》課程網絡平臺。平臺不僅提供雙語多媒體課件、教學視頻、作業及相關要求等教學資料;還提供了Primer Premier、DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BioEdit軟件安裝程序和使用手冊、生物信息學英文文獻及常用的在線生物信息學分析工具的鏈接等內容。

八、科研與教學相長

在生物信息學課程的雙語教學過程中，我們堅持教學和科研互動，實現科研與教學相長。一方面，主講教師將科研中積累到的涉及到生物信息學的研究成果應用于《生物信息學》教學過程中，豐富了教學內容。如在講授Bankit在線序列提交序列時，我們以提交至國際核酸序列數據庫GenBank的芍藥（Paeonia lactiflora）乙烯受體ETR1（JX406435）、ETR2（KP265307）、ERS1（KP265307）、EIN4（KP265308）基因序列為例;在講授基因外顯子和內含子結構預測時，以芍藥ACO（KJ719260）和ACS（KP265309）基因組DNA序列為例;在講授Primer Premier軟件時，以芍藥ACO基因為例，分別設計用于半定量RT-PCR、CDS擴增及原核表達載體構建所需的PCR引物。通過把科研思路帶入教學中，從而有效培養了學生的科研能力及創新能力。另一方面，教學實踐也有利于教師全面了解生物信息學和相關學科的最新進展，不斷為科研提供新思路。

九、考試方式改革

《生物信息學》課程教學的目的是提高學生利用信息技術解決生物學問題的能力。因此，考試主要考查學生綜合利用所學知識分析問題和解決問題的能力。項目組對考試方式進行了改革，改閉卷考試為大作業。要求學生一人一題，綜合應用所學的生物信息學分析技能對所研究的核酸及其編碼的蛋白序列進行序列查詢、序列同源性搜索，PCR引物的設計，分子系統進化樹的構建，蛋白的物理性質及3D結構預測等分析，占考核成績的70%。采用這種考試方式，一方面促使學生在學習過程中不必花大量工夫去死記硬背，而把重點放在了基本理論、基本知識的鞏固及實踐操作技能的提高上，有效地提高了學生的實踐操作能力和創新能力;另一方面，也促使教師在教學過程中，注重從能力培養的角度進行教學課堂設計，提升教學質量和水平。

參考文獻：

[1]賀林.解碼生命——人類基因組計劃和后基因組計劃[M].北京：科學出版社，2000

[2]周到，黃敏.生物信息學雙語教學探討[J].科教文匯旬刊，2013，（231）：48-49.

[3]戴凌燕，姜述君，高亞梅.《生物信息學》課程教學方法探索與實踐[J].生物信息學，2009，7（4）：311-313.

[4]雷蓓蕾.生物信息學本科教學初探[J].黑龍江科技信息，2014，（26）：22.

[5]范丙友，賈小平，胥華偉，等.生物信息學課程教學改革與探索[J].大學教育，2013，（16）：61-62.