導(dǎo)語：“生物信息學(xué)”教學(xué)模式探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著自然科學(xué)、生命科學(xué)研究進(jìn)入迅猛發(fā)展階段，開設(shè)生物技術(shù)專業(yè)的地方農(nóng)業(yè)高校逐步增多，而“生物信息學(xué)”是吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)的核心課程，是生命科學(xué)與大數(shù)據(jù)信息發(fā)展過程中的重要課程。本文針對吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)的生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，分析和總結(jié)了教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，嘗試從教材的選用、教學(xué)方法及教學(xué)改進(jìn)三個方面對生物信息學(xué)教學(xué)體系的改革提出建議，希望對生命科學(xué)體系的教學(xué)改革提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù)專業(yè)；生物信息學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

生物信息學(xué)（Bioinformatics）是隨著人類基因組計劃完成，越來越多物種的全基因組測序計劃開啟。生物信息學(xué)又是一門集數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)于一體的綜合性學(xué)科，是從海量生物學(xué)數(shù)據(jù)信息中獲取、處理、存儲、解析和闡述等，并利用數(shù)學(xué)和計算科學(xué)來解析生命科學(xué)奧秘的交叉學(xué)科。它是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一，也是21世紀(jì)生物技術(shù)的核心領(lǐng)域，具有前沿性新、交叉性廣、實踐性強(qiáng)等特點[1]。因此，地方農(nóng)業(yè)研究型高校開設(shè)的生物技術(shù)專業(yè)會將生物信息學(xué)課程作為人才培養(yǎng)方案中的核心課程，以滿足生物技術(shù)行業(yè)對人才的迫切需要。在生物技術(shù)專業(yè)的課程中，生物信息學(xué)是生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)核心課，是基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的紐帶與橋梁課程，是成為生物技術(shù)專業(yè)教師開展科研工作的重要工具，也是生物專業(yè)本科生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識提升專業(yè)技能途徑。生物信息學(xué)要學(xué)好，本科學(xué)生要有扎實的植物學(xué)、動物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等基礎(chǔ)生物學(xué)知識，但由于地方農(nóng)業(yè)院校基礎(chǔ)課程教學(xué)相對薄弱，學(xué)生的基礎(chǔ)知識較為匱乏，同時教師多以傳統(tǒng)的“講解式”和“啟發(fā)式”教學(xué)方法為主，教學(xué)內(nèi)容緊湊且進(jìn)度快，實驗操作較少，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)“生物信息學(xué)”課程時聽不懂、記不住、學(xué)不好，直接影響并降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本文針對吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)的生物信息學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，分析和總結(jié)了教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，從教學(xué)方法、課程內(nèi)容和考核方式等幾個角度進(jìn)行教學(xué)模式的探討，以期在今后的教學(xué)環(huán)節(jié)取得更好的教學(xué)效果，提升學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。

1地方農(nóng)業(yè)高校生物信息學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題

生物信息學(xué)是一門集多學(xué)科知識體系綜合交叉性強(qiáng)的前沿學(xué)科，對該課程的專業(yè)教師要求儲備較強(qiáng)的生物科學(xué)知識和計算科學(xué)知識，還要將科學(xué)前沿知識與課程教育相融合，更要建立系統(tǒng)的完善的生物信息學(xué)知識板塊，這些都導(dǎo)致地方農(nóng)業(yè)高校缺乏生物信息學(xué)師資隊伍，并影響我國農(nóng)業(yè)生物信息學(xué)教育快速發(fā)展。1.1教學(xué)資源匱乏，教學(xué)內(nèi)容過于陳舊。近些年，生物信息學(xué)發(fā)展速度較快，但地方農(nóng)業(yè)高等院校開設(shè)時間相對較晚，課程設(shè)置內(nèi)容單一、課程的建設(shè)方面投入較少。生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，學(xué)科發(fā)展時間較短，缺少豐富的多媒體資源、教學(xué)視頻、精品課等重要的教學(xué)資源，使其教學(xué)資源稀缺匱乏。同時，使用的教材和教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，不能滿足學(xué)科的快速發(fā)展，更不能及時進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新。1.2學(xué)生專業(yè)知識基礎(chǔ)差，理論功底不扎實。地方農(nóng)業(yè)院校的學(xué)生在知識儲備和數(shù)據(jù)分析能力上與綜合性大學(xué)理工科學(xué)生存在差距。生物信息學(xué)課程理論性較強(qiáng)，地方農(nóng)業(yè)高校學(xué)生在數(shù)學(xué)、計算機(jī)和專業(yè)英語等基礎(chǔ)知識方面不夠扎實，對生物信息學(xué)涉及的核心原理、應(yīng)用算法等內(nèi)容難以理解和消化，這些因素導(dǎo)致地方農(nóng)業(yè)高校學(xué)生接受生物信息學(xué)課程的重要知識點存在較大困難，從而使部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較差，不能靈活運用所學(xué)。1.3教學(xué)模式單一，學(xué)時少。目前，國內(nèi)的生物信息學(xué)依舊是講授式的傳統(tǒng)教學(xué)模式，以理論講授為主體，實驗操作為輔助，以課堂為中心進(jìn)行“滿堂灌”式教育，從而導(dǎo)致缺乏突出生物信息學(xué)課程特點的新式教學(xué)模式。以一般地方農(nóng)業(yè)高校的生物信息學(xué)課程總學(xué)時32學(xué)時，理論教學(xué)為24學(xué)時，實驗學(xué)時僅為8學(xué)時，學(xué)時數(shù)較少，理論基礎(chǔ)講解不透徹，實驗操作內(nèi)容簡單，對學(xué)生感興趣和具有實際應(yīng)用價值的軟件無法進(jìn)一步操作和實踐應(yīng)用。

2地方農(nóng)業(yè)高校生物信息學(xué)教學(xué)模式的改革建議

2.1權(quán)威優(yōu)質(zhì)教材的選用。優(yōu)質(zhì)的教材是一門課程有序延伸的基礎(chǔ)。生物信息學(xué)起源于國外，早期的課程教材均以翻譯本為主，近幾年我國生命科學(xué)發(fā)展較快，國內(nèi)學(xué)者編著的教材越來越多，后期的教材均以國產(chǎn)教材為主，翻譯教材為輔。但教材的數(shù)目繁多，2018年，曾有學(xué)者對我國這門學(xué)科教材進(jìn)行評價，主要將其分為兩大類，一類以生物信息學(xué)基本理論知識的講解為主，主要介紹生物信息學(xué)發(fā)展史，與生物信息學(xué)相關(guān)的生物學(xué)理論，例如，遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)以及代謝組學(xué)等。與生物信息學(xué)相關(guān)的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和計算機(jī)理論。例如，計算生物學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模型以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等，這類教材相對系統(tǒng)全面地介紹了生物信息學(xué)的基本概念和研究內(nèi)容。另一類則以生物信息學(xué)技術(shù)和方法的應(yīng)用為主，著重介紹各種數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)分析軟件、工具的使用方法和技巧，這類教材在生物信息學(xué)相關(guān)理論方面涉及較少，重點在于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。在我國現(xiàn)有的生物信息學(xué)教材中，陳銘主編的《生物信息學(xué)》（第3版）是國家規(guī)定的“十三五”規(guī)劃教材，權(quán)威性較高。從內(nèi)容也可以看出，《生物信息學(xué)》（第3版）的核心內(nèi)容是生物信息學(xué)的理論和方法，基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，是理論教學(xué)的首選參考書。而吳祖建等主編的《生物信息學(xué)分析實踐》是一本以實用性為主的教材，主要內(nèi)容為介紹各項試驗、數(shù)據(jù)庫、及分析軟件的操作方法，同時會用一些實例來介紹各項操作和技術(shù)，通俗易懂，是實驗和實踐教學(xué)教材的首要選擇。針對地方農(nóng)業(yè)高校出現(xiàn)的學(xué)生理論基礎(chǔ)較差，動手能力不強(qiáng)的現(xiàn)象，選擇將《生物信息學(xué)》（第3版）作為基礎(chǔ)理論教材，配合《生物信息學(xué)分析實踐》作為實驗和實踐教材，既可以增強(qiáng)學(xué)生的理論知識功底，又可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，有利于培養(yǎng)專業(yè)實踐型人才。2.2教學(xué)方法的選擇。隨著教學(xué)技術(shù)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，教育方法也不斷發(fā)展，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)也逐漸普及。生物信息學(xué)是在生物學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)上建立起來的，因此，生物信息學(xué)教學(xué)課程一般安排在學(xué)生學(xué)習(xí)過生物學(xué)基礎(chǔ)課程、數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)后進(jìn)行。前期的生物學(xué)教學(xué)基礎(chǔ)包括遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和基因組學(xué)等課程。以吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)為例，將該門課程設(shè)置在第六學(xué)期開設(shè)，包括上機(jī)實習(xí)在內(nèi)共40學(xué)時，理論內(nèi)容占20學(xué)時，實驗和實踐內(nèi)容占20學(xué)時（由5個專題實驗組成）。與此同時要督促學(xué)生進(jìn)行自學(xué)，生物信息學(xué)的大部分內(nèi)容是數(shù)據(jù)資料庫及相應(yīng)的分析軟件，均可在線操作。課堂上的多媒體不能完全保障學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的情況下，可以讓學(xué)生自己進(jìn)行操作學(xué)習(xí)，加深記憶，并掌握操作方法。2.3教學(xué)方式的改進(jìn)。2.3.1實行“以點帶面”的教學(xué)方式。生物信息學(xué)的理論教學(xué)內(nèi)容為數(shù)據(jù)庫的使用及實驗分析軟件工具的使用。生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)庫琳瑯滿目，數(shù)量龐大，其中，以隸屬于美國國立醫(yī)學(xué)圖書館的國立生物技術(shù)信息中心NCBI數(shù)據(jù)庫、隸屬于歐洲生物信息研究所EMBL數(shù)據(jù)庫、瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的SWISS-PROT蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PDB等為主要代表。以上幾個數(shù)據(jù)庫較為著名，而且屬于綜合性數(shù)據(jù)庫，可以將NCBI、EMBL、SWISS-PROT、PDB等常用核酸、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，以及這些數(shù)據(jù)庫中的重要功能，如BLAST、Pubmed、OMIM、EXAPASY等進(jìn)行重點介紹，以其他數(shù)據(jù)庫進(jìn)行特點補(bǔ)充，“以點帶面”進(jìn)行教學(xué)，既能使學(xué)生了解常規(guī)的數(shù)據(jù)信息，又可以根據(jù)自身的興趣挑選其他數(shù)據(jù)庫進(jìn)行應(yīng)用。同時，生物信息分析的軟件工具種類也較多，在實際教學(xué)中可以先選擇最常用的核酸、蛋白質(zhì)分析軟件，如：DNAMAN、Primer5.0、BioEdit、ClustalW、MEGAX等軟件為突破口，讓學(xué)生掌握其基本操作，同時引入其他軟件的優(yōu)缺點，讓學(xué)生了解其優(yōu)勢功能，起到“以點帶面”的作用。實驗和實踐教學(xué)內(nèi)容可以采用仿真模擬操作，并操作方法流程圖教學(xué)的方法。嘗試為學(xué)生提供幾個基因或蛋白質(zhì)名稱，通過數(shù)據(jù)庫查詢獲得基因，然后，進(jìn)行Blast搜索比對，結(jié)構(gòu)和序列分析等操作，使學(xué)生對基因或蛋白質(zhì)的性質(zhì)、功能等有著深刻的了解，并在教師指導(dǎo)下深入解讀，同時可以將部分內(nèi)容通過實驗課、項目研究及大學(xué)生競賽等形式進(jìn)行論證，既能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能使學(xué)生清晰了解如何使用數(shù)據(jù)庫和軟件分析。科研及實踐相結(jié)合的教學(xué)方式還會提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，增強(qiáng)科研思維意識，為以后的進(jìn)一步深造和熟練應(yīng)用技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。2.3.2重視英語教學(xué)當(dāng)前著名的綜合型數(shù)據(jù)庫和主流分析。軟件都來源于國外，因此，界面為英文，而且有大量的專業(yè)詞匯都是用英文表示，英文水平相對較弱的學(xué)生應(yīng)用起來較為吃力。針對這種情況，可以在授課中先介紹相關(guān)英文概念，等待學(xué)生熟悉后再進(jìn)行操作上教學(xué)，以免學(xué)生在操作時發(fā)生錯誤，從而產(chǎn)生抗拒情緒。引導(dǎo)注重英語單詞的教授不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還可以提升教師的素質(zhì)，在不斷的提高和完善中，實現(xiàn)培養(yǎng)高層次人才的目標(biāo)。

3結(jié)語

生物信息學(xué)教學(xué)是生物科學(xué)教學(xué)的全新內(nèi)容之一，本文通過對教材的選用、教學(xué)方法的選擇、教學(xué)方式的改進(jìn)三個方面進(jìn)行系統(tǒng)的分析，提出了選用權(quán)威教材、合理分配理論學(xué)習(xí)和上機(jī)實踐的課時、以點帶面的教學(xué)方式以及英語教學(xué)的應(yīng)對策略。希望在經(jīng)濟(jì)和科技高速發(fā)展的新形勢下，通過以上幾個方面的教學(xué)體系改革，能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，以及實踐動手能力，滿足當(dāng)前地方農(nóng)業(yè)高校教育和就業(yè)的雙重需求。同時，在今后的教學(xué)實踐中，隨著生物信息學(xué)專業(yè)教師自身素質(zhì)的提高，生物信息學(xué)課程教學(xué)模式也將不斷完善，以進(jìn)一步提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

作者:王康宇 單位:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院