生物信息學(xué)課程教學(xué)改革初探

楊敏 趙杏利 范丙友 侯典云

摘要：生物信息學(xué)作為一門操作性很強(qiáng)的新興學(xué)科，只有將理論知識和實(shí)踐緊密結(jié)合才能達(dá)到理想的教學(xué)效果。基于學(xué)科特點(diǎn)及河南科技大學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，對生物信息學(xué)的理論教學(xué)、雙語教學(xué)、實(shí)踐操作、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及考核等方面進(jìn)行了課程教學(xué)改革和探索。通過生物信息學(xué)教學(xué)改革和探索，極大增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和信心，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用生物信息學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到了很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；河南科技大學(xué)；改革與探索

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0140-02

生物信息學(xué)（Bioinformatics）是以計(jì)算機(jī)為工具對生物信息進(jìn)行儲存、檢索和分析的科學(xué)，是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域之一。近年來，隨著基因組計(jì)劃的不斷進(jìn)行和完善，生物信息學(xué)的重要性凸顯出來，國內(nèi)外對生物信息學(xué)方面的人才需求量急劇增加[1]。河南科技大學(xué)本著“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、強(qiáng)化能力、提高素質(zhì)”人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，針對生物科學(xué)及生物技術(shù)兩個本科專業(yè)開設(shè)了生物信息學(xué)課程，目的是使學(xué)生在后基因時代，跟上時代的發(fā)展，具備初步的生物信息學(xué)分析技能和實(shí)踐操作能力，為日后的工作和學(xué)習(xí)提供幫助。

生物信息學(xué)作為一門新的學(xué)科領(lǐng)域，它的研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在基因組學(xué)（Genomics）和蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）兩個方面，具體說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列為起點(diǎn)，分析序列中表達(dá)的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。而這些序列首先由全世界各個實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)驗(yàn)獲得，之后提交到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中[2]，即生物信息學(xué)的內(nèi)容是日新月異，不斷發(fā)展的。基于生物信息學(xué)這門課程的前沿性、交叉性和實(shí)踐性特點(diǎn)，在教學(xué)中，既要強(qiáng)調(diào)基本理論、基本知識的講授，更要加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以我們在理論教學(xué)、雙語教學(xué)、實(shí)踐操作、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及考核方式等方面進(jìn)行了改革和探索，目前獲得了較好的教學(xué)效果。

一、在理論教學(xué)方面循序漸進(jìn)、由易入難，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

由于生物信息學(xué)課程涉及的新知識點(diǎn)、新技術(shù)及各學(xué)科交叉點(diǎn)較多，并且各種生物信息學(xué)軟件及分析平臺均為英文界面，所以學(xué)好生物信息學(xué)就要求學(xué)生必須具備良好的計(jì)算機(jī)知識、數(shù)學(xué)知識和生物學(xué)等知識。基于這種學(xué)科特點(diǎn)，我們在整個授課過程中，采取循序漸進(jìn)、由易入難的教學(xué)方式：前期主要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)的、簡單的生物信息學(xué)理論知識、分析方法和專業(yè)英語知識，同時補(bǔ)充學(xué)生在生物學(xué)，如分子生物學(xué)等方面欠缺的基礎(chǔ)知識，建立學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的信心。在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)逐步增加課程內(nèi)容，講授更多的生物信息學(xué)英文網(wǎng)站，更多的生物信息學(xué)專業(yè)英語詞匯和更多的生物信息學(xué)分析軟件，最終圓滿完成教學(xué)大綱內(nèi)容。相應(yīng)的，在上述循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的生物信息學(xué)知識、英語閱讀能力也得到了極大提高，并學(xué)會了利用這些知識解決在實(shí)際專業(yè)學(xué)習(xí)中遇到的生物信息學(xué)問題，使學(xué)習(xí)過程變得輕松起來，即逐步打消學(xué)生的畏難情緒，極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣和信心。

二、利用雙語教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

基于生物信息學(xué)學(xué)科的前沿性和交叉性，使得生物信息學(xué)課程比較適宜開展較高水平的雙語教學(xué)[3]。我們首先對生物信息學(xué)英文原版教材進(jìn)行了篩選，最終確定《Bioinformatics For Dummies》英文原版教材為學(xué)生用教材，該教材通俗易懂、實(shí)踐操作性強(qiáng)，特別適合入門的生物信息學(xué)初學(xué)者選用。通過對教材仔細(xì)研讀，結(jié)合生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個專業(yè)的特點(diǎn)，我們對該教材內(nèi)容進(jìn)行了更新和優(yōu)化，將重點(diǎn)集中于應(yīng)用性較強(qiáng)的生物信息學(xué)實(shí)踐分析技能和離線單機(jī)版生物信息學(xué)軟件的使用上，實(shí)踐分析技能包括核酸及蛋白序列數(shù)據(jù)庫的查詢、核酸及蛋白序列的相似性搜索、系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建、核酸和蛋白序列比對、蛋白理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的預(yù)測等；軟件包括Primer Premier 5.0、DNAMAN 6.0、MEGA 5.0等。基于這些優(yōu)化后的內(nèi)容，我們制作了生物信息學(xué)雙語教學(xué)計(jì)劃和英文PPT教學(xué)課件。在整個授課過程中，采用全英文講解。在此過程中，我們要求在前期引導(dǎo)學(xué)生時，特別注意放慢講解速度，等學(xué)生適應(yīng)后，逐步加快，直至學(xué)生完全適應(yīng)全英文雙語教學(xué)。教研組已分別于2014—2015學(xué)年和2015—2016學(xué)年第2學(xué)期成功應(yīng)用英漢雙語完成了生物信息學(xué)課程的雙語教學(xué)任務(wù)，教學(xué)效果良好。

三、利用課堂實(shí)時演示與學(xué)生互動，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐操作能力

基于網(wǎng)絡(luò)安全問題，我校在教室內(nèi)僅能登陸校園網(wǎng)而不能登陸校外網(wǎng)。在生物信息學(xué)教學(xué)過程中，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，我們首先利用能夠接收無線網(wǎng)絡(luò)信號的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)上課時教室內(nèi)有網(wǎng)絡(luò)，這樣在授課過程中就可以進(jìn)行實(shí)時在線的生物信息學(xué)分析，特別是在講解數(shù)據(jù)庫查詢、序列提交、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析、蛋白理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預(yù)測等重要內(nèi)容時，通過實(shí)時演示連貫教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生得到了更加直觀的實(shí)踐體驗(yàn)，加深了對各種分析方法的學(xué)習(xí)和理解。另一方面，為了使學(xué)生更快地掌握實(shí)踐操作，我們在講授演示完畢后，通過設(shè)計(jì)與講授內(nèi)容相關(guān)的案例提問學(xué)生親自操作，適當(dāng)增加課堂緊張感，加強(qiáng)與學(xué)生的互動，活躍課堂氛圍，進(jìn)一步加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解。通過以上兩個方面的改進(jìn)，使學(xué)生更快更好地掌握實(shí)踐操作知識，目前獲得了很好的效果。

四、以學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心為平臺，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)和使用與網(wǎng)路的使用緊密相關(guān)，由于課程學(xué)時（僅24學(xué)時）的限制，學(xué)生們不可能完全依賴課堂時間很好的掌握該課程，更多地是要求學(xué)生進(jìn)行課下的自學(xué)和復(fù)習(xí)。為了給學(xué)生提供更好的課后學(xué)習(xí)環(huán)境，我們除了在課堂教授方面進(jìn)行改進(jìn)之外，還以河南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中心為平臺，開設(shè)了生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程，課程內(nèi)容包括生物信息學(xué)英語原版教材、雙語多媒體課件、生物信息學(xué)軟件、教學(xué)視頻、生物信息學(xué)在線分析工具網(wǎng)址匯編、生物信息學(xué)相關(guān)英文視頻等內(nèi)容，涵蓋課堂教學(xué)內(nèi)容的同時還進(jìn)行了擴(kuò)充，非常全面詳細(xì)，這些資源每位學(xué)生都可以隨時自行免費(fèi)下載，可以根據(jù)自己的時間和學(xué)習(xí)情況，有重點(diǎn)、有目的、有計(jì)劃的進(jìn)行自學(xué)和補(bǔ)充，非常有效的擴(kuò)大了學(xué)生的自學(xué)空間，最終達(dá)到熟練掌握的效果。根據(jù)生物信息學(xué)課程問卷調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)生反映很好。

五、考核辦法改革

生物信息學(xué)是一門實(shí)用性、操作性很強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)習(xí)該學(xué)科的主要目的是使學(xué)生在掌握理論知識的同時，綜合運(yùn)用這些知識分析和解決實(shí)際遇到的生物學(xué)問題，所以我們對生物信息學(xué)的考核方式進(jìn)行了改革，其中重要的改革內(nèi)容之一就是不再進(jìn)行閉卷考試，而是采用課后大作業(yè)的方式進(jìn)行考核，即在課程結(jié)束后，給同學(xué)們留有兩周左右的復(fù)習(xí)時間，之后教師給學(xué)生每人一題，這些題目涉及綜合利用所學(xué)的生物信息學(xué)技能對蛋白序列數(shù)據(jù)庫查詢、對核酸及蛋白序列的相似性進(jìn)行搜索、構(gòu)建分子系統(tǒng)進(jìn)化樹、PCR擴(kuò)增引物的設(shè)計(jì)、核酸及蛋白序列比對、蛋白質(zhì)理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預(yù)測等內(nèi)容，這一部分的成績占總成績的70%。除此之外，學(xué)生的最終考試成績還要結(jié)合平時的出勤率和課堂表現(xiàn)，其中考勤占總成績的10%，隨堂表現(xiàn)占20%。這一改革一方面節(jié)省了學(xué)生為應(yīng)付閉卷考試死記硬背而花費(fèi)的大量時間，更重要的是提高了學(xué)生主動深入學(xué)習(xí)、理解專業(yè)知識、利用專業(yè)知識進(jìn)行實(shí)踐操作的主動性和積極性，非常有效的達(dá)到了生物信息學(xué)的教學(xué)目的，同時這一改革也正與河南科技大學(xué)所提倡的提高本科教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)有素質(zhì)有能力的優(yōu)秀本科生的思想相符。

總之，教研組通過理論教學(xué)、雙語教學(xué)、實(shí)踐操作、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及考核方式等方面的改革與探索，極大地提高了河南科技大學(xué)生物信息學(xué)的本科教學(xué)質(zhì)量，并獲得了很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳穎健.生物信息學(xué)：融合生物科學(xué)與計(jì)算機(jī)科技的新學(xué)科[J].求是，2003，（7）：17-19.

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

[3]范丙友，楊敏，賈小平，胥華偉，郭麗麗，史國安.《生物信息學(xué)》雙語教學(xué)改革及實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2015，（46）：125-126.