案例教學(xué)法在《生物信息學(xué)》本科教學(xué)中的應(yīng)用

劉念

摘 要： 生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，滲透融入生物學(xué)研究各個領(lǐng)域。掌握生物信息學(xué)相關(guān)技術(shù)及分析能力已成為許多高校生物專業(yè)本科生的必須要求。由于該學(xué)科綜合性及學(xué)科本身迅猛發(fā)展，生物信息學(xué)本科教學(xué)仍然處于探索階段。本文根據(jù)生物信息學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，提倡在該課程教學(xué)過程中使用案例教學(xué)法，并在實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行一定嘗試。

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué) 案例教學(xué)法 實(shí)踐教學(xué)

1.生物信息學(xué)學(xué)科特點(diǎn)

生物信息學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，是一門交叉學(xué)科，包含生命過程中各種信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內(nèi)的所有方面，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)等方法與技術(shù)，闡明和理解大量數(shù)據(jù)包含的生物學(xué)意義[1]。隨著20世紀(jì)80年代人類基因組計劃的實(shí)施，生物信息學(xué)蓬勃發(fā)展，并滲透到生物學(xué)研究的各個領(lǐng)域。掌握生物信息學(xué)相關(guān)技術(shù)及分析能力已成為生物專業(yè)本科畢業(yè)生的必要要求[2]。因此，做好生物信息學(xué)教學(xué)工作對提高生物信息學(xué)研究水平具有重要的理論和實(shí)踐意義[3]。然而由于學(xué)科的綜合性和學(xué)科本身的迅猛發(fā)展，生物信息學(xué)課程教學(xué)仍然處于探索階段，目前還沒有成熟的生物信息學(xué)教學(xué)模式，各高校尚處于摸索探討階段。

2.案例教學(xué)法概述

案例教學(xué)法（Case-Based Learning），指在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的，通過呈現(xiàn)案例材料，組織學(xué)生以團(tuán)體和小組討論、角色扮演等方式對案例進(jìn)行調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動；經(jīng)過分析討論，將課本中的理論與案例材料結(jié)合起來，并利用理論分析說明復(fù)雜的案例內(nèi)容。案例教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識，加深對理論的認(rèn)識，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際生物學(xué)問題[4]。

不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式注重“知識的傳授”，案例教學(xué)法更注重“能力培養(yǎng)”。案例教學(xué)法不直接給學(xué)生提供解決案例問題的標(biāo)準(zhǔn)答案或者具體方法，而通過教師引導(dǎo)學(xué)生積極討論得出問題的解決方法，側(cè)重于理論應(yīng)用，是一種“以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方法”。

案例教學(xué)可劃分為講解定義型、綜合分析型和操作技能型三種類型。（1）講解定義型，引入案例，對基本概念和原理進(jìn)行講解；（2）綜合分析型，提出問題，學(xué)生通過討論給出解決案例問題的方案或者對已有方案進(jìn)行評價；（3）操作技能型，引入案例，使學(xué)生掌握相關(guān)理論課程的基本應(yīng)用技能。案例教學(xué)還可以綜合其他教學(xué)方法，如以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法共同改善課堂教學(xué)效果[5]。

案例教學(xué)法基本環(huán)節(jié)包括：教師根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)提出案例；引導(dǎo)學(xué)生辯論交流、提出解決方案；完成與解決案例；教師評價與總結(jié)[4]，[6]，[7]。案例教學(xué)過程中，首先教師把握整體教學(xué)進(jìn)度，選用與本專業(yè)課程有關(guān)的案例，案例選擇要具體、易于學(xué)習(xí)和理解，能夠引起學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性；其次，將案例分解，從子案例中提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生對案例進(jìn)行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例；最后，引導(dǎo)學(xué)生完成和解決案例，分析點(diǎn)評整個案例教學(xué)過程及結(jié)果[4]。

3.案例教學(xué)法應(yīng)用于生物信息學(xué)本科教學(xué)的意義

生物信息學(xué)課堂講授以介紹生物信息學(xué)的相關(guān)算法、原理、方法為主，這也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)“知識傳授”型講課方式容易讓學(xué)生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產(chǎn)生畏懼心理[8]。運(yùn)用案例教學(xué)法，能夠幫助學(xué)生更深入理解算法的思想，真正掌握解決問題的思路，培養(yǎng)科學(xué)的思維能力。

另外，生物信息學(xué)是一門實(shí)用性較強(qiáng)的學(xué)科，大學(xué)本科階段開設(shè)生物信息學(xué)課程主要目的不是開發(fā)新的數(shù)據(jù)庫和發(fā)展新的生物數(shù)據(jù)分析方法，而是如何利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫資源查找特定數(shù)據(jù)，并根據(jù)科研實(shí)踐需要分析整合數(shù)據(jù)資源，為后續(xù)科研奠定基礎(chǔ)，具有極強(qiáng)的實(shí)踐意義。要達(dá)到實(shí)踐目的，除了讓學(xué)生掌握生物信息學(xué)的基本理論和方法、數(shù)據(jù)庫和軟件的原理外，更重要的是讓學(xué)生親身實(shí)踐，在實(shí)踐中對所學(xué)理論進(jìn)行驗(yàn)證、對數(shù)據(jù)和軟件的使用加以熟悉[9]。但生物信息學(xué)涉及專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)容廣泛，學(xué)生不可能做到完全親身實(shí)踐，因此，案例教學(xué)法能替代親身實(shí)踐，吸取前人經(jīng)驗(yàn)，是理論聯(lián)系實(shí)踐的一個便捷通道，是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的好方法[7]。

4.案例教學(xué)法在生物信息學(xué)本科教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 案例選擇

筆者針對生物信息學(xué)本科的教學(xué)大綱和知識體系，以及多年從事昆蟲線粒體基因組分析的科研工作情況，精心選擇了一系列分析案例，其中以鱗翅目灰蝶科線粒體基因組[10]數(shù)據(jù)分析為例說明。

4.2 教學(xué)過程

4.2.1學(xué)生分組。根據(jù)學(xué)生專業(yè)、興趣分組，每組6人，統(tǒng)一采用同一案例。

4.2.2案例背景介紹。讓學(xué)生了解該論文的目的、操作過程及意義。學(xué)生查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納總結(jié)知識背景。

4.2.3案例分解。將整個案例分為若干個子案例：①序列數(shù)據(jù)來源；②序列比對分析③計算遺傳距離；④分子系統(tǒng)發(fā)育重建；⑤蛋白質(zhì)家族和基序與結(jié)構(gòu)域分析；⑥蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)分類分析。對每一個子案例完成的關(guān)鍵步驟提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生對案例進(jìn)行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例。每個子案例的順利完成都需要特定的生物信息知識作為基礎(chǔ)，對應(yīng)于教學(xué)大綱中完整的知識體系。

4.2.4評價考核。引導(dǎo)學(xué)生完成案例，教師歸納學(xué)生在整個案例教學(xué)過程中出現(xiàn)的普遍性問題并進(jìn)一步講解，對于個別小組在解決案例過程中展現(xiàn)出來的創(chuàng)造性解決方案進(jìn)行分享學(xué)習(xí)。采用PPT成果展示、提交每一個子案例生物信息分析結(jié)果和解釋報告，考查學(xué)生對案例設(shè)計的相關(guān)生物信息學(xué)理論知識和操作技能的掌握情況。

案例教學(xué)法作為一種具有啟發(fā)性和實(shí)踐性的教學(xué)方法，有效提高學(xué)生利用生物信息學(xué)工具獲取相關(guān)知識解決生物學(xué)問題的學(xué)習(xí)興趣和能力，增強(qiáng)教學(xué)效果。然而實(shí)踐過程中還存在一些問題，例如：如何選擇合適的案例既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又反映生物信息學(xué)教學(xué)大綱的知識體系內(nèi)容、如何有效把握課堂討論的節(jié)奏和方向及與其他教學(xué)方法的融合，在今后教學(xué)工作中還需要不斷改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)模式，豐富教學(xué)案例庫，在實(shí)踐中不斷探索案例教學(xué)法在生物信息學(xué)本科教學(xué)中的適用性和有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]石生林，韓艷君，劉彥群等.非專業(yè)研究生生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題及對策[J].生物信息學(xué)，2009，7（2）：125-127.

[2]袁道軍，楊細(xì)燕.農(nóng)學(xué)專業(yè)生物信息學(xué)概論本科教學(xué)實(shí)踐探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（13）：304-305.

[3]李廣林.大數(shù)據(jù)背景下的生物信息學(xué)教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2015，（29）：210-211.

[4]張林，柴惠.CM教學(xué)法和PBL教學(xué)法的結(jié)合應(yīng)用研究——以醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)為平臺[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2012（8）：116-117.

[5]武亞軍，孫軼.中國情境下的哈佛案例教學(xué)法：多案例比較研究[J].管理案例研究與評論，2010，3（1）：12-25.

[6]吳東，王福成，孫暢等.案例教學(xué)法在計算機(jī)繪圖課程中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（1）：145-146.

[7]胡珊珊，劉興起.案例教學(xué)法在水文學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，37（2）：93-95.

[8]高亞梅，韓毅強(qiáng).《生物信息學(xué)》本科教學(xué)初探[J].生物信息學(xué)，2007，5（1）：46-48.

[9]郭艷芳，李金明.PBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2011，13（11）：1007-1008.

[10]Yang，L.，Wei Z.J.，HongG.Y.，et al.The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome of Phthonandria atrilineata （Lepidoptera： Geometridae）[J].Mol Biol Rep，2009， 36：1441-1449.

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（項(xiàng)目號：GK201503042）