【生物信息学本科课程的教学实践与探索】什么是生物信息学

生物信息学本科课程的教学实践与探索

关键词：生物信息学；
教学方法；
实践 中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2096-000X（2016） 20-0166-02 Abstract：Combinedwiththecharacteristicsofbioinformaticscourse， thispaperexploresandpracticemethodstoimprovetheteachingqualityandperfecttheteachi ngeffectivenessfromtheperspectiveoftheteachingcontents， teachingmethodsandassessmentmethodsofundergraduatebioinformaticscourse. Keywords：bioinformatics；
teachingmethods；
practice 21世纪是生命科学和信息技术迅猛发展的时期，随着人类基因组计划 的实施，生物信息学已经成为生命科学重要的前沿领域之一。因此，国内外许多 高等院校相继开设了生物信息学课程，并设立了生物信息学本科专业，与此同时 高等院校和研究机构也相继设立了相应的硕士、博士学位授予点[1，2]。多学科 交叉是当代科技发展的重要趋势，也是高校科研和学科建设的重要方向，培养复 合型人才，是自主创新的突破口和重要途径，也是建设创新型社会和高等教育改 革的重要方向[3]。因此，对生物工程专业高年级学生开设这门选修课程十分必 要，它不仅为已具有一定生物学知识基础的学生传授有关生物信息学的知识，同 时也使学生了解如何利用生物信息学的内容和方法来解决生物学问题，从而为今 后的工作和学习奠定基础[4]。

一、生物信息学课程的特点 生物信息学作为一门新兴发展中的学科，它所提供的生物信息资源和 研究工具对生物学发展至关重要，目前基因组和后基因组信息学资源已经成为全 人类的共同财富，如何获取和利用基因组和后基因组学提供的大量信息，已经成 为生命科学学生必须掌握的基本技术和知识以及必须具有的初步能力[5]。作为 一门本科教学课程，生物信息学课程的特点主要具有以下几个方面：
（一）课程内容生物信息学是一门覆盖面很广的综合性学科，不仅在基础研究方面， 在蛋白质结构功能的预测、药物设计以及人类疾病诊断等应用研究方面也有着十 分重要的作用[4]。而目前的生物信息学在基因组生物信息学，蛋白质组生物信 息学，代谢组生物信息学和药物生物信息学等方面都具有各自的研究内容和对应 的分析技术。因此，在教学过程中可结合各自的特点进行讲解，避免教学内容上 的重复。

（二）教学模式 生物信息学课程作为一门选修课，学生对课程的重视程度远不如必修 课程，学习的积极性也更多地依赖于学习兴趣。因此，在教学过程中，可以通过 激发学生的学习兴趣，启发学生思维等方法来改变学生被动听课的状况，从而提 高生物信息学课程的教学效果[6]。生物信息学是一门由计算机科学、数学、生 物学、医学等多学科综合交叉组成的学科，对于课程的学习，可以结合学术上的 科研亮点进行讲授，同时鼓励学生在掌握与生物信息学相关的基本原理和技术方 法的同时，还应进一步掌握数学、计算机程序设计等相关技术和知識，从而达到 培养复合型和交叉型人才的目的[5]。

（三）理论与实践结合 生物信息学是一门理论性和实践性都很强的课程，实践操作主要在网 络环境中运行，生物学研究人员所需要的生物信息资源，都可以通过网络获得[7]。

通过网络可以实现数据的存储、检索和分析，在大多数情况下，我们都可以从网 络上获得所需要的生物分子信息，同时也可以将需要处理的生物分子信息直接发 送到相应的网络服务器上，经过网络服务器的处理后获取所需要的信息。因此， 对于生物信息学的教学要加强课程教学内容的实用性，以如何获取和利用生物信 息资源为侧重点，培养学生分析问题和解决问题的能力。

二、生物信息学课程的教学实践与探索 （一）建立合适的教学大纲激发学习兴趣 由于生物信息学是一门新兴发展中的学科，它的方法、内容以及应用 尚在不断地完善与更新中，因此大多高等院校把生物信息学作为一门选修课程。

对于本校生物工程专业开设的生物信息学课程，我们制定的教学大纲是，要求学 生理解掌握生物信息学的基本内容和主要方法，培养学生利用网络资源解决生物信息学问题的基本能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，进而提高学生的 综合素质。另外，生物信息学课程中接触的网页多为英文页面，很多学生存在抵 触情绪。因此授课时采用循序渐进的方式，使学生掌握常用的英文词汇，由少到 多地浏览英文网站，从而提高学习的兴趣和信心。通过对英文网站的不断浏览， 可以使学生开阔视野，拓宽知识面，并帮助学生逐步建立起学习生物信息学的兴 趣和自信心，为学好生物信息学这门课程打下基础。

（二）采用多媒体教学技术丰富教学内容 随着生命科学领域的发展，互联网上存在着丰富的生物信息学教学资 源，因此，在教学过程中，可以合理利用网上的教学资源，丰富教学内容，开阔 学生视野，从而取得较好的教学效果。另外，在讲解一些教学中的难点以及抽象 的概念和分析过程时，可以使用动画展示，使教学内容变得直观、形象和生动， 例如在讲解数据库查询、序列分析和序列提交等使用方法时，可以利用多媒体动 画文件，让学生直观地观看课件，使学生得到直观体验，从而更加容易掌握这些 实践操作，也能够达到激发学生学习兴趣、使教学内容易于理解和掌握的目的。

生物信息学涉及较多数学算法，例如序列比对算法及分子系统发育树构建等算法， 在讲解这些算法时，可以在多媒体教学的基础上，结合板书、通过提问等互动式 方法帮助学生理解，从而促进学生掌握教学内容。

（三）加强上机操作提高实践操作能力 实践教学相对于理论教学具有直观性的特点，而生物信息学对于网络 工具又具有高度依赖性，为了提高学生应用网络工具的操作能力，我们安排了多 个上机操作实验，例如：了解GenBank核酸序列的格式和主要字段的含义，向 GenBank提交新序列的方法以及Entrez查询工具的使用方法，掌握BLAST数据库 序列比对的使用方法，掌握利用软件进行核酸及蛋白质的多序列比较和构建分子 系统进化树的方法和步骤；
综合设计性实验，利用数据库资源，自选感兴趣的核 酸和蛋白质序列，分析核酸序列的碱基组成比例，蛋白质序列的理、化特性等， 同时利用所学软件构建分子系统发育树。通过这些上机实验，可以使学生在有限 的学时内更好地掌握生物信息学的基本理论、分析方法等内容，并提高学生实践 操作能力。

（四）科研教学相长激发学生的创新思维和创新意识 在生物信息学的教学过程中，授课教师融入个人的科研工作经验，把科研思路带入教学中，有效培养学生的科研能力和创新能力。同时，利用本校的 科研资源，邀请相关教师来到教室，为学生讲解生物信息学在科研中的实际应用 和意义。另外，在授课过程中也可以通过让学生了解生物信息学的发展现状和现 有技术的局限性，引导他们发现问题，进而激发学生的创新性。比如目前的基因 组和转录组测序分析中，存在着不同的分析方法，而每种分析方法都有其各自的 特点，如何获取需要的数据，并有效地利用数据来分析问题，这些问题在教学过 程中提出，引导学生结合他们已知的生物信息学知识来思考解决办法。这些实例 不仅可以开阔学生的眼界，锻炼他们的思考能力，激发他们的创新意识，并且可 以使学生对教学内容能有更好的理解。

（五）构建多元化考评方式提高学习效果 生物信息学作为现代生物学的组成部分，其实操性是非常强的。因此， 对于生物信息学的考核，通过平时作业和期末考试两方面结合综合考查学生对生 物信息学的原理和方法的掌握程度。重点考察学生对生物信息学分析方法的掌握 程度，利用所学知识分析问题和解决问题的能力以及对分析结果的解释能力。平 时作业通过上机答题，考核学生的实际操作能力，例如利用数据库查找核酸序列， 并对查找结果进行进一步的序列分析和结果比对。而期末考试则主要对基础理论 和知识应用等方面进行考核，使学生能灵活地应用课堂中学到的知识点进行解答， 并进一步考察学生的实践能力和思考能力。通过这种考核方式，一方面，促使学 生在学习过程中，把重点放在基本理论、基本知识的巩固以及实操水平的提高上， 从而更好地提高学生的实操能力和创新能力；
另一方面，也促使教师在教学过程 中，侧重于从能力培养的角度进行课堂教学，从而提升教学质量和水平[7]。

三、结束语 通过在教学过程中激发学习兴趣，丰富教学内容，加强上机操作，利 用科研资源以及多元化的考核方式，提高了学生利用生物信息學的内容和方法解 决生物学问题的能力，培养了解决实际问题的综合应用能力，对培养复合型人才， 提高学生综合素质具有积极意义。在今后的工作中，随着教学经验的积累，将在 生物信息学的教学方式和方法上进一步深入的探索和研究，以取得更好的教学效 果。