導師定制的個性化生物信息學課程教學研究

徐鑫

摘要 生物信息學是生命科學領域重要的研究工具，但在非生物信息學專業研究生的課程教學中存在實用性等方面的問題。針對上述問題，開展了導師定制的個性化生物信息學課程教學，有效提高了生物信息學的教學質量，能更好地為研究生后繼的課題研究及論文寫作發表服務，適用于農林、醫藥等相關生命科學領域。

關鍵詞 導師定制;生物信息學;研究生課程教學

中圖分類號 S-01文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）15-0274-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.076

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract Bioinformatics is an important research tool in the field of life sciences， but there are practical problems in the teaching of nonbioinformatics major postgraduates. In order to solve the above problems， this research carried out the teaching of personalized bioinformatics courses customized by the supervisor， which effectively improved the teaching quality of bioinformatics and better served the research and thesis work. The research results were applicable to life sciences related majors， such as agriculture， forestry， medicine and pharmacy， etc.

Key words Supervisor customization;Bioinformatics;Postgraduate course teaching

基金項目 中南民族大學研究生教育教學改革基金項目（yjsjg201707）。

作者簡介 徐鑫（1978—），男，河南南陽人，副教授，博士，從事植物分子遺傳學研究。

收稿日期 2019-03-15

生物信息學是一門發展迅速的新興學科，涵蓋了生物信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等各個方面，綜合運用數學、計算機科學和生物學的各種工具來闡明和理解大量數據所包含的生物學意義。近年來，基礎和應用生命科學領域內生物信息學的應用已經大大改變了知識研究和開發的體系及方式[1]。生物信息學已成為一種重要且不可替代的生物學研究工具，涵蓋了生命科學的各個領域及研究方向。在研究的早期階段，生物信息學可以幫助確定研究內容并闡明研究計劃，從而降低研究結果的不確定性;在研究中，可以簡化實驗數據的分析過程，從而縮短研究時間，提高研究成功率;對于研究結果，可以探索內在聯系和相關性，以提高研究結果的分析深度。

基于生物信息學的重要性，幾乎所有生命科學相關高等院校及專業的研究生課程均開設了生物信息學課程[2-3]。然而，在實際教學過程中，“供”與“需”之間存在矛盾，導致教學效果不理想[4]。筆者分析了目前非生物信息學專業研究生的生物信息學課程教學中存在的主要問題，開展了導師定制的個性化生物信息學課程教學，以期提高生物信息學的教學質量，服務于研究生后繼的課題研究及論文工作。

1 非生物信息學專業研究生的生物信息學課程教學中存在的問題

（1）生物信息學學科迅速發展，其涵蓋內容的深度和廣度不斷擴大，課程教學內容要適應 “大數據”時代帶來的新方法、新資源和新思路[5]。然而，對于非生物信息學專業學生而言，生物信息學主要作為一種必不可少的研究輔助工具，運用生物信息學的方法來解決生物研究中遇到的問題，不需要掌握生物信息學算法或軟件編程細節。此外，對于一些不屬于生物信息學定義所規定范疇的計算機和網絡技術及方法（例如文獻檢索、管理和學術報告的制作等），也有很大的需求。

（2）對于非生物信息學專業的研究生而言，雖然主要教學目的是要求學生掌握一些基本軟件的應用及相關數據庫的使用，但在原理的理解以及最重要的結果判斷分析上需要學生具有扎實的生物化學、分子生物學、遺傳學及細胞生物學知識。由于學生的生源學校及專業不同，學生在上述課程上的基礎存在巨大差異。同樣的情況，生物信息學課程基礎也有顯著差異。在本科階段，有完全沒有學習或者接觸過生物信息學的同學;在學過生物信息學的學生中，對生物信息學的掌握程度也存在較大差異，有的同學只有理論學習，有的同學掌握了部分相關實踐操作，部分同學利用生物信息學進行過相關工作。以上先導課程和生物信息學課程2個基礎的差異造成了教學過程難以做到兼顧。

（3）我國高校碩士研究生教育的課程學習大多集中在一年級，多數學生尚未進入課題研究階段。由于對自己研究內容的不了解，無法把握研究中的生物信息學需求，從而進行選擇性地重點吸收。另外，目前面向研究生的生物信息學課程是多個專業的合班課程，缺少專業及研究針對性，學生學到的是非本專業、非本研究方向的是一般性原則。不同學生的研究方向或者內容對生物信息學的需求程度不同，需求程度及需求內容存在顯著區別，這又造成生物信息學的學習目的不同。這導致在課堂上掌握的內容在研究中可能用不上，研究中用得上的內容在課堂上又沒有掌握，在課題研究時仍無法將學到的知識運用到具體研究實踐中。

2 導師定制的個性化生物信息學課程教學

2.1 導師在個性化生物信息學課程教學中的作用

研究生導師長期從事研究工作，對于該研究領域的研究發展趨勢有更清晰的了解。這不僅對于科學研究中基該的計算機和網絡技術有直觀的認知，而且對于該研究領域需要掌握的基本生物信息學軟件、方法和流程有較清楚的思路，要更加關注研究對象針對性的生物信息學分析。因此，開課之前，將較為詳細的章節內容發給學生，包含各章節的主要內容和將要講解的相關軟件及網站的使用方法，要求他們在導師的指導下進行生物信息學的選擇性學習。

第一，導師通過與學生的交流，掌握學生在先導課程和生物信息學課程的程度，生源學校、專業、學習程度等差異都可以在交流的過程中，根據該學生的實際情況，給出更為準確的參考意見來彌補上述差異或者不足，更好地進入生物信息學的學習。

第二，導師可根據研究方向和研究內容，把握后繼課題研究及論文寫作中應用到的生物信息學相關內容，讓學生選擇需要重點掌握的章節，在很大程度上避免了學生對生物信息學學習的盲目性。雖然生物信息學選課學生的專業基本都是生命科學領域的，但研究對象可以是動物、植物、微生物或者僅僅是細胞、分子層面的，研究內容也偏向生態、生理生化、分子生物學和蛋白質等方面。比如，中南民族大學水生生物學研究方向的學生研究內容主要集中在生態和生化層面，分子生物學層面的研究較少，那么他們可以不必在測序解讀、蛋白互作及信號通路分析等章節花費過多的精力投入，掌握一般的框架和基本操作即可。發育生物學和細胞生物學專業的學生因為研究內容在以上幾個章節涉及較多，則需要進行更為深入的學習及應用。通過導師對研究內容的把握，可以在日益豐富龐大的生物信息學課程內容學習上“有所取舍”[6]。

第三，導師可在具體的生物信息學網站或者軟件上根據具體研究內容做出“偏向性”指導。由于該課程是多個專業的合班課程，生物信息學授課講解中的實例多是來自模式生物中的個例，缺少專業及研究針對性，學生學到的是非本專業、非本研究方向的一般性原則。這種情況下的課程即使完成了生物信息學課程學習，但在自己課題中仍然與專業研究實踐有一定偏差。例如，一般性的序列查找都是通過NCBI（National Center for Biotechnology Information，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）網站進行，但其并不是包羅萬象的，在相對有限的課程教學上也無法大量拓展延伸。有些研究較為深入的模式或者非模式物種有自己專用的網站，包含的相關信息更集中、更豐富，通過導師的推薦指導，更好地利用專業類網站對于研究有更大幫助。另外，例如A軟件雖然較為普遍和常見，但不具有該類型軟件的全部功能，導師可能在實際研究中更多地使用B軟件，以追求其特殊的應用。即使C軟件比較好，也有使用偏好性的問題，例如操作界面的熟悉度、易用性以及結果的展示度等問題，也會選擇D軟件。通過導師的這種“偏向性”指導，可以彌補課程教學上一般性原則的適用性問題。

第四，導師有專業的研究背景，熟悉完整的研究過程及相關學術活動。除了生物信息學定義所規定的范疇，其他相關的計算機和網絡技術及方法在科學研究所發揮的作用方面可以給學生更好的建議及指導。例如，研究中專用儀器的專用軟件的使用、科學論文寫作過程中使用的文獻管理軟件、繪圖及圖片編輯、學術展示報告制作時的技巧等，可以通過交流對學生掌握的情況有所了解，提早進行針對性訓練及培訓，對于普遍存在的問題可以納入到生物信息學的課程教學中，例如提交作業時要求以學術展示報告的形式，必須達到較好的美觀度和展示度等。

2.2 個性化生物信息學課程教學的實施

（1）在開課之前，由導師的指導下完成生物信息學的“個人專屬”教學大綱。包括3個主要部分：①生物信息學課程各個章節的授課內容及該章節需要學習掌握的網站或者軟件操作等，由導師在后邊標注是否為重點學習內容;②導師根據具體研究內容按照章節推薦相關的網站或者軟件;③在這些章節之外，導師根據具體研究內容或者過程推薦的計算機和網絡技術及方法等。導師定制的個性化教學大綱既包含了生物信息學一般性原則課程的學習內容，也體現了導師對于該研究方向及研究內容的在生物信息學上的要求，對于學生有的放矢進行學習有很大的指導作用。

（2）教學中，按照學生的課題需求，由其導師“量身定制”部分特色內容，作為個性化課程學習的組成部分[7]。例如，廣泛征集導師們的實際研究內容，在得到授權的情況下，在相關授課章節或者環節，直接應用導師提供的內容作為教學實例。同樣地，課后習題的內容及形式也盡量以上述導師們的研究實例為載體。雖然課堂上講授的是普通性原則及做法，例如某個習題是利用A網站和B軟件完成，在實際操作中，鼓勵學生們通過C網站和D軟件完成，達到殊途同歸的目的，更貼近導師們或者研究方向的實際操作。

（3）在成績考核上，注重平時操作成績，占考試總評成績的50%。期末考試時向導師征集研究實例，盡量覆蓋多個專業出題，根據其側重點，按照滿分的1.5～2.0倍題量，要求學生按照導師定制的個性化教學大綱進行必選題和自選題的答題，成績占總評成績的50%[8]。

3 結語

通過導師們的參與和指導，開展了導師定制的個性化生物信息學課程教學，雖然給導師增加了一定的負擔，在實踐操作上也存在一些復雜性問題，但導師們從前期的認可度、教學中的參與度及教學后的反饋效果來看，生物信息學課程教學的實用性都大大增強。生物信息學作為生命科學領域的常見工具學科，該研究成果適用于生命科學學院、醫學院、藥學院、資源與環境學院、農學院等相關課程的改進及推廣[9-10]。

參考文獻

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[3]陳志雄，王少奎，李亞娟.科研導向的農學類專業生物信息學教學內容改革[J].安徽農業科學， 2018，46（32）：234-236.

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[5]郝愛平，國會艷，薛巨坤，等.大數據時代提高生物專業研究生科研創新實踐能力教學改革探索：以《生物信息學》課程為例[J].安徽農學通報，2017，23（17）：140-141.

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[7]王小蘭，汪珍春，陳瓊華.個性化習題及QQ群對生物信息學教學實踐的促進[J].教育教學論壇，2016（48）：171-172.

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[10]韓長志，祝友朋.林業院?！吧镄畔W”研究生課程教學改革初探[J].西南林業大學學報（社會科學），2018，2（4）：104-106.