結合產業發展探索“生物信息學”課程教學改革

李映紅

（重慶郵電大學 生物信息學院，重慶 400065）

“生物信息學”課程在生物專業人才培養中發揮著重要作用，是生命科學最前沿的學科之一，具有實踐性強、知識結構復雜的特點。其在生物產業的發展上也發揮了巨大作用，與生物信息學相關的健康檢測產品發展得越來越成熟，例如無創產前診斷和癌癥早篩[1-2]?；诋a業發展，對高?！吧镄畔W”教學提出了新的要求，如何構建以生物產業為導向的“生物信息學”教學模式成為高校教師必須解決的問題。

1 “生物信息學”課程教學存在的問題

生物信息學是生命科學、計算機科學和數學等融合形成的交叉學科，主要任務是基于生物大數據進行算法設計和工具開發，應用于生命健康問題的計算與分析，包括生物數據的采集、處理、存儲、分析和解釋等。經過多年發展，雖然“生物信息學”課程的教學工作取得了巨大成效，但隨著產業技術的不斷發展，也暴露出當前“生物信息學”教學工作存在的諸多問題。

1.1 對先修課程的高要求導致學生學習難度加大

作為生命科學、數學和計算機科學形成的交叉學科，對于“生物信息學”的學習，一方面，要求學生先修“普通生物學”“生物化學”“細胞生物學”“遺傳學”等生物學專業基礎課程；另一方面，又對學習者的數學知識和計算機知識有較高的要求，尤其要求具備一定的計算機編程技能或背景知識。其他先修基礎課程的知識掌握情況，將直接影響本課程的學習效果。因此，“生物信息學”是專業課程中數理邏輯最強、對計算機和數學依賴性最強的課程，尤其對于數理類課程相對薄弱的學生而言，是最有難度的課程之一。

1.2 理論知識與實踐操作的結合相對薄弱

學生需要通過親身實踐，熟練掌握生物信息學的分析方法和軟件的使用。只有通過生物信息學方法和技術的實踐操作，學生才能從眾多分散的生物學觀測數據或高通量組學數據中詳細和系統地理解生命活動分子機制。但實際情況是，在當前的教學內容體系框架下，教學中的理論與實踐結合仍然不足。雖然“生物信息學”課程包含16學時的實驗課，但由于需要實踐操作的內容較多，16學時無法完全覆蓋需要實踐教學的內容。因此，“生物信息學”課程的實踐性教學仍然是一個相對薄弱的環節。

1.3 教學內容與產業應用跨度較大

縱觀我國生物產業的發展，基于生物信息學的生物產業技術得到了廣泛的運用。例如腫瘤早篩技術的發展，要求相關人員具有綜合性的知識結構。但是，對比校內教學課程可以清晰地看到，“生物信息學”課程的教學內容與產業應用還存在較大的跨度：一是教材中的諸多內容落后于生物產業的發展要求，導致學生所接觸的知識難以滿足生物產業發展的要求；二是教學內容缺乏對行業最新技術知識的融入。信息產業技術的發展速度較快，但是就高?！吧镄畔W”課程的教學內容來看，更多地集中在傳統的理論教學上，缺乏對新技術、新產業的介紹，導致學生所掌握的知識難以適應生物產業發展的要求；三是生物產業的發展要求高校教學內容要更豐富、更全面，但是目前在“生物信息學”教學中，仍然缺乏通識教育的融合[3]。

2 “生物信息學”課程教學改革的具體方案

2.1 “生物信息學”課程教學改革的思路

為了解決目前教學中存在的理論知識與實踐結合較少的問題，應構建完善的“生物信息學”課程教學模式。高?！吧镄畔W”課程教學改革思路：以產業發展和應用為導向，緊密結合生物醫學大數據等相關領域的科研工作，將適合的科研成果引入課堂教學，開展基于實踐的問題式教學和案例式教學研究，促進學生理論與實踐兩方面同時進步。將所構建的問題式教學和案例式教學的具體內容整合到團隊開發的在線數據分析系統中，方便課堂演示與課后練習。通過問題式教學和案例式教學，將提高生物信息學專業的升學率與就業質量。

2.2 “生物信息學”課程教學改革的實施方案

2.2.1 深入剖析教材，把握教學難點與重點

在“生物信息學”課程教學中，教師要深入分析“生物信息學”的教材內容，根據行業發展趨勢，對教材內容進行模塊化設計。首先，教師要結合多年的教學經驗，深入生物信息學領域，了解當前企業對學生崗位知識能力的要求，綜合多種因素，對教材內容進行優化設計。例如針對教材中的部分內容知識老舊、講義內容不夠鮮活的問題，教師要及時將最新的行業技術知識引入課堂教學中，增強學生對生物信息技術的掌握能力；其次，教師要準確判斷教學的難點與重點，結合用人單位反饋的信息、平時的教學經驗積累等，對教學內容進行劃分，為學生提供強有力的教學指導。由于“生物信息學”課程所涉及的內容比較煩瑣，學生在學習的過程中不知道哪里是重點，缺乏有針對性的學習。因此，教師要加強對教學知識的分類，以便為學生提供精準的學習指導。

2.2.2 結合科研成果，引入教學案例

為了有效調動學生的課堂參與感，解決“生物信息學”課程內容枯燥單一的問題，教師在教學中要結合學生的學情開展案例式教學：首先，在教學前，教師需要結合教學大綱要求選擇適合學生學情的案例?！吧镄畔W”課程具有較強的實踐性，但是，每個學生的學情不同，他們對相應知識的理解程度也不同。所以，教師在引入案例項目時，必須注重與學生學情的對接，既要保證引入的案例符合課程知識，也要調動學生的課堂參與性；其次，教師要發揮網絡教學平臺的優勢，在案例教學前，可以先將案例項目發送給學生，讓學生做好預習，熟悉案例，便于教師在課堂中深入地分析案例并講解核心知識；最后，教師所引入的案例項目必須要貼近學生的生活和行業發展趨勢。針對“生物信息學”課程枯燥的問題，教師要選擇貼近學生實際的案例項目。例如教師可以將自己參與的科研項目納入課堂教學中，這樣可以達到事半功倍的效果。比如在生物信息學算法（支持向量機、K緊鄰和神經網絡）等內容教學的過程中，學生普遍反映比較難懂，因此，筆者將自己研究開發的蛋白質功能預測工具SVM-Prot作為教學案例，讓學生通過該案例能夠更為直觀地了解“生物信息學”的算法知識，提高教學質量[4]。

2.2.3 結合產業發展與應用，引入相關案例

“生物信息學”教學必須要結合產業發展與應用，對照行業發展趨勢，開展教學工作，以此培養社會實用型專業人才。在具體的教學中，教師要將產業經典案例引入課堂教學中。案例教學不是簡單地將案例融入課堂教學中，而是要發揮案例教學的發散性思維：一是高校教師要在教學過程中引入生物產業的最新科研成果，通過對科研成果的介紹等，融入課本專業知識，加強學生對專業知識的理解；二是要在教學中融入經典案例，單獨依靠課堂教學，學生難以消化。因此，教師可以組織學生在課后進行探討，讓學生對課堂知識進行梳理，以此加深印象，提升教學質量[5]；三是要合理布置作業。“生物信息學”課程要求學生在業余時間多參加實踐訓練，因此，教師可以結合課堂教學知識，為學生布置一些實踐性較強的任務作業，改變傳統的側重于理論知識的作業模式。例如教師可以為學生布置一些關于基因組合計算的實踐性作業，鼓勵學生積極參與實驗操作。

2.2.4 實施問題導向式教學，活躍課堂氛圍

針對“生物信息學”教學中師生互動少、實踐操作課時安排不合理的問題，教師可以采取問題導向式的教學模式，以此調動學生參與課堂的積極性。在教學過程中，教師可以先向學生提出某些問題，讓學生以小組合作等方式探討和分析教師提出的問題，然后教師結合學生的觀點進行有針對性的教學，激發學生的課堂參與積極性。當然在問題的設置上，教師要多觀察，以調動學生參與積極性的熱點問題作為切入點。例如在講解分子進化的知識點時，教師以新冠病毒可能的起源為引，讓學生深入學習分子進化與系統發育，分析新冠病毒可能的起源。另外，在“生物信息學”教學中，也要拓展專業知識。教師在教學中，要大力弘揚生物信息學領域嚴謹求實的科學精神，對于新冠病毒，病毒的蛋白質是國內科研機構重點研究的內容之一，病毒產生的蛋白中，S蛋白是重點需要攻克的蛋白之一。從生物信息學的角度來看，可以通過對接的方法，篩選可能對S蛋白有抑制作用的一些藥物小分子。例如中科院藥物研究所在很短的時間內就篩選出了幾十個對該蛋白可能有抑制作用的小分子，此精神值得學生學習[6]。

3 結語

“生物信息學”是培養高素質生物人才的重要課程，基于高校人才培養與行業崗位要求的差距問題，高校必須不斷優化教學模式，以生物產業為導向，依托高校科研項目資源優勢，構建完善的教學體系，調動學生學習的積極性，提高課堂教學效率。