基因組學教學內容與方式改革探索

周倩 張永生 王運生 唐前君

【摘要】基因組學是伴隨人類基因組計劃成功實施而誕生的一門年青學科，其內容涉及當今生命科學研究的前沿與熱點。學習基因組學對于豐富和完善生物科學類學生的知識體系、培養學生的創新意識和能力有著深遠影響。經過幾年基因組學的教學實踐，從教學內容、教學手段和方法等方面進行了合理的改進，以期全面提高教學質量，努力培養高素質的專業人才。

【關鍵詞】基因組學 教學 改革

【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students knowledge system and cultivating students innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.

【Key words】Genomics； education； innovation

【基金項目】湖南農業大學課程質量標準建設遴選項目《基因組學》和湖南農業大學教改項目B2015021資助。

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0233-02

伴隨人類基因組計劃，一門新興的生命科學前沿學科基因組學（ Genomics）應運而生。不同于以往的分子遺傳學以“單個”基因為研究對象的思路，基因組學從物種的整個基因組入手來研究基因的結構、功能和進化[1]。經過近20年的迅速發展，基礎基因組學研究已經形成了結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三個不同的領域[1-3]，還衍生出了轉錄物組、蛋白質組、代謝組、甲基化組等一系列組學研究的分支，引發了生物科學研究的系統觀熱潮[2]。

目前，基因組學已成為高校生物學課程體系中的重要組成部分，越來越多的高校都將其設為生物學相關專業的必修課或選修課。課程的開設不僅有利于學生了解生命科學發展的前沿，還能為學生研究生階段開展相關課題提供研究思路和背景知識。然而，基因組學發展迅速，如何使教學緊跟學科發展的步伐，讓學生在有限的課堂教學中既能掌握基因組學的基礎知識，又能及時了解最新的基因組學發展技術，成為教學中的難點。因此，教師需要不斷更新教學內容，緊跟學科發展的步伐，以增強學生的學習興趣，提高學習的主動性。此外，基因組學與其他學科具有很強的交叉性，教師授課過程中既要避免內容的重復，又要能深入淺出地把內容抽象、過程復雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學生。針對基因組學課程的上述特點以及這幾年的教學實踐，筆者從基因組學教學內容和教學手段進行了調整和優化，探索了適合本門課程的教學方法和模式，以期提高基因組學的教學效果，以適應新形勢下素質教育的需要。

一、選擇合適的教材

我國許多高校的生物信息、生物技術等相關專業課程設置中都將基因組學設為專業課或選修課，如華中科技大學、暨南大學、揚州大學等。我校也在學生先修遺傳學、分子生物學和生物信息學的基礎上，開設基因組學課程作為生物信息學的一門專業課，共設置40課時。經過了解，國內廣泛使用的基因組學教材主要有兩本，即國內復旦大學楊金水教授編著的《基因組學》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英國曼徹斯特大學理工學院TA.Brown教授編著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根據課程需要和課時數，我校自2005年生物信息學專業開設以來一直選擇結構體系比較完整、內容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學》系列版本為主要教材。同時選用袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組》及其英文版原著作為參考，補充楊金水編著的《基因組學》，部分內容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時，每隔數年就會補充基因組學研究領域的新成果和新技術然后再版，便于跟蹤學科前沿，掌握最新研究動態。參考書中英文對應，可方便學生對專業名詞的理解和把握，也有助于學生提高對英文文獻的閱讀能力。

二、構建系統的教學內容

基因組學教學內容與遺傳學、分組生物學和生物信息學課程的內容相互聯系、相互滲透。因此課程內容既要避免與現行課程中重復的部分，又突出本學科的特有內容，為此我們在與其他相關課程教師充分溝通的情況下進行了授課內容的安排。基因組學的知識結構可以分為結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三部分。結構基因組學是基因組研究的前提，是功能基因組學和比較基因組學內容理解和掌握的基礎，其主要目標是通過基因組測序獲得基因組序列。而基因組測序的前提是對基因組的基本結構和組成進行了解，然后在此基礎上進行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作，最后進行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學課程重點學習的內容，安排20個課時，主要涉及選用教材的前四章內容[4]。功能基因組學，被稱為后基因組學，它利用結構基因組學研究所提供的信息和產物，發展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統水平上全面分析基因的功能。這部分內容是目前發展最快的研究重點[5]，涉及很多關于研究基因功能的實驗方法，因此也是課程的難點。研究內容包括基因組序列中基因功能的發現、單個基因功能的確定、基因表達分析及突變檢測和基因與基因之間的相互作用。本門課程中安排12課時學習該部分內容，主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章關于基因組的復制與轉錄調控的內容，分子生物學中有過講述，在基因組學的課程中不再重復。第八章和第九章關于轉錄組和蛋白組的內容另開設有相關的課程，也不在基因組學課程的講述范圍內。比較基因組學是基于結構基因組的基礎上，對已知的基因和基因組結構進行比較，來了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。通過對不同親緣關系物種的基因組序列進行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼調控序列及給定物種獨有的序列。而基因組范圍之內的序列比對，可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關系和基因順序方面的異同，進而得到基因分析預測與定位、生物系統發生進化關系等方面的信息。這部分內容安排6課時，主要涉及教材的第十二至十四章的內容。這樣合理安排授課內容，使學生在頭腦中建立起一個從結構基因組學研究到功能基因組學研究再到比較基因組學研究的完善的知識體系。

此外，基因組學發展迅速，除了三大部分基本內容外還在課堂上及時補充和完善一些最新的研究成果。比如可以通過查詢Science、Nature 和Cell等頂級期刊，了解基因組學的最新研究進展和方法，使學生及時把握學科發展脈絡和方向，把基因組學課程真正建設成為一門開闊學生視野的課程。另外，課堂上可以討論一些社會上的熱點話題或者普及一些與生活息息相關的知識，如精準醫療等。還可以講述一些相關的故事，如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關知識的應用，比如如何利用分子標記進行親子鑒定及法醫鑒定等也可以再課堂上適時的插入。這些內容可以極大地激發學生的興趣，拓寬學生的視野，提高學生學習的積極性。

三、多媒體與板書相結合教學

多媒體教學具有圖文并茂的效果，可以把抽象、微觀、枯燥、復雜的內容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快，如果學生的思維無法跟上，則會大大地降低教學效果。傳統的板書教學則可以將知識更加系統地呈現給學生，更利于師生間的交流[6]。但板書教學比較耗時，尤其對于高等教育中較多的授課內容，完全采用板書會影響教學進度。此外，對于圖像和圖形的呈現，板書教學也無法勝任。因此，可采用“多媒體+板書”相結合的授課方式。授課提綱板書在黑板上，使學生整堂課都可以看見，讓學生對學習內容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題，及時用板書補充。重點難點內容，也要結合板書詳細講解，同時借助多媒體手段將所需要的圖片、動畫和視頻插入課件，按照課程的需要播放，提高課堂教學效果。

四、組織學生參與科學研究

基因組學課程內容涉及許多研究方法和技術，部分經典的實驗技術在分子生物學與遺傳學中有過介紹，但一些新發展起來的技術上述課程學習的過程中沒有涉及。有些技術原理深奧、抽象，難以理解，最好的方法是讓學生親自參與實驗[7-9]。教師可組建基因組學科研興趣小組，讓學生利用課外時間參與老師的科研課題。學生通過親自參與基因組學相關實驗，可以深刻理解這些技術的原理，并掌握具體操作技術，將理論知識與實踐相結合，在幫助教師完成科研工作的同時培養了學生對科研工作的熱情，為學生進一步考研深造打下基礎。

五、應用靈活多樣的考核方式

科學、合理的考核方式有助于提高教學質量、培養創新型和應用型人才。傳統的考核方式主要是閉卷考試，容易使學生把考試當成最終的學習目標，不利于培養學生利用所學知識解決實際問題的能力。因此，改革教學考核方式的非常重要。考核除了對學生進行基本理論知識考試外，在成績評定標準上適當加大對學生動手能力和綜合技能的考核比重，增加平時成績的考核，條件允許的話還可以設置一些小實驗在實驗課的課堂上讓學生進行計算機模擬分析，充分激發學生的學習興趣。此外，還可以把科研過程中的一些小項目交給學生，讓學生查閱資料后根據所學內容進行試驗設計，教師進行指導修改后再反饋給學生。學生的平時成績最終按30%的比例計入最終成績。科學合理地應用上述方法可以很大程度改變學生的學習目標和學習方式，培養學生的創新能力和實踐能力。

經過幾年的實踐，我們的教學改革獲得了大多數學生的好評與認可。在今后的教學中，隨著教師教學經驗的積累和教學水平的進一步提高，將會不斷完善基因組學教學工作。基因組學發展迅速，如今已經滲透到生命科學研究的各個領域，尤其是近幾年基因組學研究領域的重大成果層出不窮，對生命科學的發展產生了極大的推動作用。針對基因組學教學過程中存在的主要問題[10，11]，在構建系統課程內容體系的同時，還應根據農林院校的專業特點，不斷改革和探索課程的教學方法，加強教師隊伍建設，不斷完善理論與實踐相結合的教學模式，為推進和實現高素質的創新型和應用型人才培養目標奠定基礎。

參考文獻：

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