醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)生物信息學(xué)教學(xué)探索與改革

王文銳+楊清玲+梁猛+席珺+陳昌杰

（蚌埠醫(yī)學(xué)院 1.生物科學(xué)系生物技術(shù)教研室；2.生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，安徽 蚌埠 233400）

摘要：為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的生物信息學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握和軟件的應(yīng)用能力，結(jié)合近年該課程的教育教學(xué)改革實(shí)踐，不斷探索科學(xué)完善的教學(xué)體系和教學(xué)模式。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和實(shí)踐能力培養(yǎng)等幾個(gè)方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐。使學(xué)生在生物大數(shù)據(jù)時(shí)代，具備初步的生物信息學(xué)分析技能和實(shí)踐操作能力。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；生物科學(xué)；生物技術(shù)；教學(xué)模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0145-02

一、開設(shè)生物信息學(xué)課程的必要性

生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展迅速，不斷與其他學(xué)科相互滲透，而醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生主要從事生命科學(xué)相關(guān)的研發(fā)和技術(shù)，涉及生物、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。掌握生物信息學(xué)這門工具，為今后走上工作崗位，提供新的研究手段和途徑是十分必要的。因此，在醫(yī)學(xué)院校部分專業(yè)（如生物科學(xué)，生物技術(shù)等）開設(shè)生物信息學(xué)必選課程具有重要意義。

二、目前存在的問題

1.教學(xué)內(nèi)容陳舊和教學(xué)資源缺乏。我國高等院校開設(shè)生物信息學(xué)時(shí)間相對較晚，在教材選擇中首先調(diào)研了其他院校和目前出版的教材內(nèi)容情況。發(fā)現(xiàn)大部分生物信息學(xué)教材都包括生物大分子（核酸和蛋白質(zhì)）的信息資源，基因組分析信息資源，數(shù)據(jù)庫搜索軟件，核酸序列分析和多序列比對等軟件的核心內(nèi)容，除了共性的章節(jié)外，不同的教材內(nèi)容和重點(diǎn)各不相同。但是生物信息學(xué)發(fā)展迅速，除了基礎(chǔ)內(nèi)容外，大部分內(nèi)容都在快速地更新，比如引物設(shè)計(jì)軟件的使用等。而目前，生物信息學(xué)教學(xué)資源較匱乏，完善的生物信息學(xué)課程的教學(xué)大綱、教案、教學(xué)視頻、多媒體課件和習(xí)題等教學(xué)資源稀少。

2.課程內(nèi)容與教學(xué)課時(shí)不匹配，教學(xué)進(jìn)程安排不夠合理。首先，由于生物信息學(xué)是一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科，生物信息學(xué)課程學(xué)習(xí)前需要理解和掌握一些生命科學(xué)相關(guān)知識背景，如基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等，深刻理解一些生物學(xué)基本概念，如基因序列、蛋白質(zhì)序列、非編碼區(qū)、啟動子等，并初步了解一些重要的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫。因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費(fèi)一定的時(shí)間介紹相關(guān)背景知識。然而由于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學(xué)安排足夠多的課時(shí)。目前我校教學(xué)大綱規(guī)定的授課僅為20學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾就顯得非常突出。教師需要在有限的教學(xué)時(shí)數(shù)下灌輸大量內(nèi)容，因此無法深入講解每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，降低了教學(xué)質(zhì)量。

其次，教學(xué)進(jìn)程安排不夠合理。以我校生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生為例，本科二年級第一學(xué)期學(xué)習(xí)生物信息學(xué)課程。此階段學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了一年多的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，但是專業(yè)基礎(chǔ)知識較為薄弱，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等相關(guān)實(shí)踐較少，缺乏對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的理解與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的整體把握。而生物信息學(xué)課程是一門實(shí)踐性學(xué)科，所以有必要在生物信息學(xué)課程的教學(xué)中滲透實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念，課程學(xué)習(xí)中靈活運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識，達(dá)到學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識與生物信息學(xué)的知識與不脫節(jié)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

3.教學(xué)模式單一，理論與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。對于醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，本課程培養(yǎng)的主要目標(biāo)是：如何在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中查找想要的信息，如何通過在線程序或利用現(xiàn)有的分析軟件，處理相關(guān)數(shù)據(jù)，解決生物學(xué)問題。學(xué)生需要通過親身實(shí)踐，才能熟練掌握生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)庫、分析方法、軟件。但是很多醫(yī)學(xué)院校教學(xué)條件有限，沒有相應(yīng)的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室，配套軟件也相對匱乏，教師在授課過程中根據(jù)課件照本宣科，并不能結(jié)合具體實(shí)例邊講解邊示范操作，同時(shí)，多數(shù)高校開設(shè)的生物信息學(xué)課程以理論教學(xué)為主，缺乏實(shí)踐教學(xué)課時(shí)。然而，生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)，如數(shù)據(jù)庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應(yīng)用、引物設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用等都需要學(xué)生在實(shí)踐課中進(jìn)行驗(yàn)證或操作，理論知識與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴(yán)重，從而影響了學(xué)生對課程的理解和掌握。

三、生物信息學(xué)教學(xué)模式改革探索

1.修改理論教學(xué)大綱，精選教學(xué)內(nèi)容。由于生物信息學(xué)內(nèi)容繁多，應(yīng)針對不同專業(yè)特點(diǎn)精心挑選授課內(nèi)容，在有限的課時(shí)中讓學(xué)生學(xué)到最基本且重要的生物信息學(xué)理論知識。目前我們選用的是浙江大學(xué)出版社第一版的生物信息學(xué)，結(jié)合生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的特點(diǎn)，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫了教學(xué)大綱，對教材內(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，具體內(nèi)容包括核酸及蛋白序列數(shù)據(jù)庫、序列的相似性搜索、序列比對、系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與預(yù)測和引物設(shè)計(jì)等基本內(nèi)容。同時(shí)考慮生物信息學(xué)學(xué)科的前沿性和交叉性，我們又增加了蛋白質(zhì)組學(xué)和非編碼RNA，基因芯片、qPCR、深度測序等操作原理及流程預(yù)測等內(nèi)容。為了適應(yīng)生物信息學(xué)快速發(fā)展的要求，擴(kuò)大學(xué)生的知識面，推薦了包括DavidW .Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和國家“十一五”規(guī)劃教材李霞主編的生物信息學(xué)等幾種不同類型的參考教材供同學(xué)課外閱讀。

2.創(chuàng)新教學(xué)方式，推行靈活多樣的教學(xué)模式。生物信息學(xué)的課程學(xué)習(xí)和軟件使用與網(wǎng)絡(luò)的使用緊密相關(guān)，一方面，為克服學(xué)生多，無法使每位學(xué)生實(shí)時(shí)進(jìn)行電腦操作的弊端，我們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(shí)教室內(nèi)有網(wǎng)絡(luò)，這樣在授課過程中就可以實(shí)時(shí)在線帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行生物信息學(xué)分析，如數(shù)據(jù)庫查詢、序列提交過程、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，通過實(shí)時(shí)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[1]。另一方面，由于課程學(xué)時(shí)（僅20學(xué)時(shí)）的限制，學(xué)生們不可能完全依賴課堂時(shí)間很好的掌握該課程，除了采取集中授課方式之外，本團(tuán)隊(duì)利用搭建的“分子生物學(xué)”省級精品資源共享課程網(wǎng)絡(luò)平臺，開辟了“生物信息學(xué)”專欄，提供相關(guān)文獻(xiàn)、相關(guān)分析軟件及其使用步驟等信息；并聘請校內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜议_展專題講座，組織相關(guān)領(lǐng)域青年教師開展專題研討等形式，從而加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。

3.緊密聯(lián)系科研，開展基于實(shí)踐的問題式教學(xué)。針對生物信息學(xué)課程的特點(diǎn)，打破應(yīng)試考核方式，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)注重理論結(jié)合實(shí)踐的問題式教學(xué)方式引導(dǎo)。一方面，各專業(yè)課程中增加實(shí)踐教學(xué)課程比例，根據(jù)生命科學(xué)的發(fā)展，不斷充實(shí)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，從而將生物信息學(xué)技術(shù)滲入日常教學(xué)環(huán)節(jié)中；另一方面，面向全校招募相關(guān)領(lǐng)域青年教師，鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參與青年教師科研項(xiàng)目，并積極申報(bào)國家級和省級大學(xué)生科研項(xiàng)目。目前創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)全面覆蓋生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)全體學(xué)生，學(xué)生在解決科研問題時(shí)逐步學(xué)會運(yùn)用生物信息學(xué)知識，如文獻(xiàn)查閱、目的基因序列的獲取、基因序列的分析方法等，提高了學(xué)生生物信息學(xué)知識和技術(shù)的實(shí)踐能力和理論理解力。

四、結(jié)語

生物信息學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域研究的重要的工具和載體[2]，針對生物信息學(xué)課程的特點(diǎn)，醫(yī)學(xué)院校生物信息課程的改革可進(jìn)一步加強(qiáng)理論教學(xué)的系統(tǒng)性、規(guī)范性和針對性，提高學(xué)生對生物信息學(xué)知識的應(yīng)用能力。在課程體系建設(shè)基礎(chǔ)上，大膽嘗試新的教學(xué)方法和手段，突出醫(yī)學(xué)特色，培養(yǎng)適用于現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)療的創(chuàng)新型生物學(xué)專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊敏，趙杏利，范丙友，等.生物信息學(xué)課程教學(xué)改革初探[J].教育教學(xué)論壇，2016，（48）：140-141.

[2]馬軍，林熾賢，李麒麟.生物信息學(xué)在高校生物科學(xué)專業(yè)中課程教學(xué)模式的探索[J].中國校外教育：美術(shù)，2013，（3）：125-126.