徐鑫

摘要 生物信息學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域重要的研究工具，但在非生物信息學(xué)專業(yè)研究生的課程教學(xué)中存在實(shí)用性等方面的問題。針對(duì)上述問題，開展了導(dǎo)師定制的個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)，有效提高了生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，能更好地為研究生后繼的課題研究及論文寫作發(fā)表服務(wù)，適用于農(nóng)林、醫(yī)藥等相關(guān)生命科學(xué)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 導(dǎo)師定制;生物信息學(xué);研究生課程教學(xué)

中圖分類號(hào) S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）15-0274-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.076

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract Bioinformatics is an important research tool in the field of life sciences， but there are practical problems in the teaching of nonbioinformatics major postgraduates. In order to solve the above problems， this research carried out the teaching of personalized bioinformatics courses customized by the supervisor， which effectively improved the teaching quality of bioinformatics and better served the research and thesis work. The research results were applicable to life sciences related majors， such as agriculture， forestry， medicine and pharmacy， etc.

Key words Supervisor customization;Bioinformatics;Postgraduate course teaching

基金項(xiàng)目 中南民族大學(xué)研究生教育教學(xué)改革基金項(xiàng)目（yjsjg201707）。

作者簡(jiǎn)介 徐鑫（1978—），男，河南南陽人，副教授，博士，從事植物分子遺傳學(xué)研究。

收稿日期 2019-03-15

生物信息學(xué)是一門發(fā)展迅速的新興學(xué)科，涵蓋了生物信息的獲取、加工、存儲(chǔ)、分配、分析、解釋等各個(gè)方面，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具來闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。近年來，基礎(chǔ)和應(yīng)用生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)生物信息學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)大大改變了知識(shí)研究和開發(fā)的體系及方式[1]。生物信息學(xué)已成為一種重要且不可替代的生物學(xué)研究工具，涵蓋了生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域及研究方向。在研究的早期階段，生物信息學(xué)可以幫助確定研究?jī)?nèi)容并闡明研究計(jì)劃，從而降低研究結(jié)果的不確定性;在研究中，可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析過程，從而縮短研究時(shí)間，提高研究成功率;對(duì)于研究結(jié)果，可以探索內(nèi)在聯(lián)系和相關(guān)性，以提高研究結(jié)果的分析深度。

基于生物信息學(xué)的重要性，幾乎所有生命科學(xué)相關(guān)高等院校及專業(yè)的研究生課程均開設(shè)了生物信息學(xué)課程[2-3]。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，“供”與“需”之間存在矛盾，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想[4]。筆者分析了目前非生物信息學(xué)專業(yè)研究生的生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問題，開展了導(dǎo)師定制的個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)，以期提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，服務(wù)于研究生后繼的課題研究及論文工作。

1 非生物信息學(xué)專業(yè)研究生的生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題

（1）生物信息學(xué)學(xué)科迅速發(fā)展，其涵蓋內(nèi)容的深度和廣度不斷擴(kuò)大，課程教學(xué)內(nèi)容要適應(yīng) “大數(shù)據(jù)”時(shí)代帶來的新方法、新資源和新思路[5]。然而，對(duì)于非生物信息學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，生物信息學(xué)主要作為一種必不可少的研究輔助工具，運(yùn)用生物信息學(xué)的方法來解決生物研究中遇到的問題，不需要掌握生物信息學(xué)算法或軟件編程細(xì)節(jié)。此外，對(duì)于一些不屬于生物信息學(xué)定義所規(guī)定范疇的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及方法（例如文獻(xiàn)檢索、管理和學(xué)術(shù)報(bào)告的制作等），也有很大的需求。

（2）對(duì)于非生物信息學(xué)專業(yè)的研究生而言，雖然主要教學(xué)目的是要求學(xué)生掌握一些基本軟件的應(yīng)用及相關(guān)數(shù)據(jù)庫的使用，但在原理的理解以及最重要的結(jié)果判斷分析上需要學(xué)生具有扎實(shí)的生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)。由于學(xué)生的生源學(xué)校及專業(yè)不同，學(xué)生在上述課程上的基礎(chǔ)存在巨大差異。同樣的情況，生物信息學(xué)課程基礎(chǔ)也有顯著差異。在本科階段，有完全沒有學(xué)習(xí)或者接觸過生物信息學(xué)的同學(xué);在學(xué)過生物信息學(xué)的學(xué)生中，對(duì)生物信息學(xué)的掌握程度也存在較大差異，有的同學(xué)只有理論學(xué)習(xí)，有的同學(xué)掌握了部分相關(guān)實(shí)踐操作，部分同學(xué)利用生物信息學(xué)進(jìn)行過相關(guān)工作。以上先導(dǎo)課程和生物信息學(xué)課程2個(gè)基礎(chǔ)的差異造成了教學(xué)過程難以做到兼顧。

（3）我國高校碩士研究生教育的課程學(xué)習(xí)大多集中在一年級(jí)，多數(shù)學(xué)生尚未進(jìn)入課題研究階段。由于對(duì)自己研究?jī)?nèi)容的不了解，無法把握研究中的生物信息學(xué)需求，從而進(jìn)行選擇性地重點(diǎn)吸收。另外，目前面向研究生的生物信息學(xué)課程是多個(gè)專業(yè)的合班課程，缺少專業(yè)及研究針對(duì)性，學(xué)生學(xué)到的是非本專業(yè)、非本研究方向的是一般性原則。不同學(xué)生的研究方向或者內(nèi)容對(duì)生物信息學(xué)的需求程度不同，需求程度及需求內(nèi)容存在顯著區(qū)別，這又造成生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)目的不同。這導(dǎo)致在課堂上掌握的內(nèi)容在研究中可能用不上，研究中用得上的內(nèi)容在課堂上又沒有掌握，在課題研究時(shí)仍無法將學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到具體研究實(shí)踐中。

2 導(dǎo)師定制的個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)

2.1 導(dǎo)師在個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)中的作用

研究生導(dǎo)師長(zhǎng)期從事研究工作，對(duì)于該研究領(lǐng)域的研究發(fā)展趨勢(shì)有更清晰的了解。這不僅對(duì)于科學(xué)研究中基該的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有直觀的認(rèn)知，而且對(duì)于該研究領(lǐng)域需要掌握的基本生物信息學(xué)軟件、方法和流程有較清楚的思路，要更加關(guān)注研究對(duì)象針對(duì)性的生物信息學(xué)分析。因此，開課之前，將較為詳細(xì)的章節(jié)內(nèi)容發(fā)給學(xué)生，包含各章節(jié)的主要內(nèi)容和將要講解的相關(guān)軟件及網(wǎng)站的使用方法，要求他們?cè)趯?dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行生物信息學(xué)的選擇性學(xué)習(xí)。

第一，導(dǎo)師通過與學(xué)生的交流，掌握學(xué)生在先導(dǎo)課程和生物信息學(xué)課程的程度，生源學(xué)校、專業(yè)、學(xué)習(xí)程度等差異都可以在交流的過程中，根據(jù)該學(xué)生的實(shí)際情況，給出更為準(zhǔn)確的參考意見來彌補(bǔ)上述差異或者不足，更好地進(jìn)入生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)。

第二，導(dǎo)師可根據(jù)研究方向和研究?jī)?nèi)容，把握后繼課題研究及論文寫作中應(yīng)用到的生物信息學(xué)相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生選擇需要重點(diǎn)掌握的章節(jié)，在很大程度上避免了學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)學(xué)習(xí)的盲目性。雖然生物信息學(xué)選課學(xué)生的專業(yè)基本都是生命科學(xué)領(lǐng)域的，但研究對(duì)象可以是動(dòng)物、植物、微生物或者僅僅是細(xì)胞、分子層面的，研究?jī)?nèi)容也偏向生態(tài)、生理生化、分子生物學(xué)和蛋白質(zhì)等方面。比如，中南民族大學(xué)水生生物學(xué)研究方向的學(xué)生研究?jī)?nèi)容主要集中在生態(tài)和生化層面，分子生物學(xué)層面的研究較少，那么他們可以不必在測(cè)序解讀、蛋白互作及信號(hào)通路分析等章節(jié)花費(fèi)過多的精力投入，掌握一般的框架和基本操作即可。發(fā)育生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生因?yàn)檠芯績(jī)?nèi)容在以上幾個(gè)章節(jié)涉及較多，則需要進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí)及應(yīng)用。通過導(dǎo)師對(duì)研究?jī)?nèi)容的把握，可以在日益豐富龐大的生物信息學(xué)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)上“有所取舍”[6]。

第三，導(dǎo)師可在具體的生物信息學(xué)網(wǎng)站或者軟件上根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容做出“偏向性”指導(dǎo)。由于該課程是多個(gè)專業(yè)的合班課程，生物信息學(xué)授課講解中的實(shí)例多是來自模式生物中的個(gè)例，缺少專業(yè)及研究針對(duì)性，學(xué)生學(xué)到的是非本專業(yè)、非本研究方向的一般性原則。這種情況下的課程即使完成了生物信息學(xué)課程學(xué)習(xí)，但在自己課題中仍然與專業(yè)研究實(shí)踐有一定偏差。例如，一般性的序列查找都是通過NCBI（National Center for Biotechnology Information，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）網(wǎng)站進(jìn)行，但其并不是包羅萬象的，在相對(duì)有限的課程教學(xué)上也無法大量拓展延伸。有些研究較為深入的模式或者非模式物種有自己專用的網(wǎng)站，包含的相關(guān)信息更集中、更豐富，通過導(dǎo)師的推薦指導(dǎo)，更好地利用專業(yè)類網(wǎng)站對(duì)于研究有更大幫助。另外，例如A軟件雖然較為普遍和常見，但不具有該類型軟件的全部功能，導(dǎo)師可能在實(shí)際研究中更多地使用B軟件，以追求其特殊的應(yīng)用。即使C軟件比較好，也有使用偏好性的問題，例如操作界面的熟悉度、易用性以及結(jié)果的展示度等問題，也會(huì)選擇D軟件。通過導(dǎo)師的這種“偏向性”指導(dǎo)，可以彌補(bǔ)課程教學(xué)上一般性原則的適用性問題。

第四，導(dǎo)師有專業(yè)的研究背景，熟悉完整的研究過程及相關(guān)學(xué)術(shù)活動(dòng)。除了生物信息學(xué)定義所規(guī)定的范疇，其他相關(guān)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及方法在科學(xué)研究所發(fā)揮的作用方面可以給學(xué)生更好的建議及指導(dǎo)。例如，研究中專用儀器的專用軟件的使用、科學(xué)論文寫作過程中使用的文獻(xiàn)管理軟件、繪圖及圖片編輯、學(xué)術(shù)展示報(bào)告制作時(shí)的技巧等，可以通過交流對(duì)學(xué)生掌握的情況有所了解，提早進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練及培訓(xùn)，對(duì)于普遍存在的問題可以納入到生物信息學(xué)的課程教學(xué)中，例如提交作業(yè)時(shí)要求以學(xué)術(shù)展示報(bào)告的形式，必須達(dá)到較好的美觀度和展示度等。

2.2 個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)的實(shí)施

（1）在開課之前，由導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成生物信息學(xué)的“個(gè)人專屬”教學(xué)大綱。包括3個(gè)主要部分：①生物信息學(xué)課程各個(gè)章節(jié)的授課內(nèi)容及該章節(jié)需要學(xué)習(xí)掌握的網(wǎng)站或者軟件操作等，由導(dǎo)師在后邊標(biāo)注是否為重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容;②導(dǎo)師根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容按照章節(jié)推薦相關(guān)的網(wǎng)站或者軟件;③在這些章節(jié)之外，導(dǎo)師根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容或者過程推薦的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及方法等。導(dǎo)師定制的個(gè)性化教學(xué)大綱既包含了生物信息學(xué)一般性原則課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，也體現(xiàn)了導(dǎo)師對(duì)于該研究方向及研究?jī)?nèi)容的在生物信息學(xué)上的要求，對(duì)于學(xué)生有的放矢進(jìn)行學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)作用。

（2）教學(xué)中，按照學(xué)生的課題需求，由其導(dǎo)師“量身定制”部分特色內(nèi)容，作為個(gè)性化課程學(xué)習(xí)的組成部分[7]。例如，廣泛征集導(dǎo)師們的實(shí)際研究?jī)?nèi)容，在得到授權(quán)的情況下，在相關(guān)授課章節(jié)或者環(huán)節(jié)，直接應(yīng)用導(dǎo)師提供的內(nèi)容作為教學(xué)實(shí)例。同樣地，課后習(xí)題的內(nèi)容及形式也盡量以上述導(dǎo)師們的研究實(shí)例為載體。雖然課堂上講授的是普通性原則及做法，例如某個(gè)習(xí)題是利用A網(wǎng)站和B軟件完成，在實(shí)際操作中，鼓勵(lì)學(xué)生們通過C網(wǎng)站和D軟件完成，達(dá)到殊途同歸的目的，更貼近導(dǎo)師們或者研究方向的實(shí)際操作。

（3）在成績(jī)考核上，注重平時(shí)操作成績(jī)，占考試總評(píng)成績(jī)的50%。期末考試時(shí)向?qū)熣骷芯繉?shí)例，盡量覆蓋多個(gè)專業(yè)出題，根據(jù)其側(cè)重點(diǎn)，按照滿分的1.5～2.0倍題量，要求學(xué)生按照導(dǎo)師定制的個(gè)性化教學(xué)大綱進(jìn)行必選題和自選題的答題，成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的50%[8]。

3 結(jié)語

通過導(dǎo)師們的參與和指導(dǎo)，開展了導(dǎo)師定制的個(gè)性化生物信息學(xué)課程教學(xué)，雖然給導(dǎo)師增加了一定的負(fù)擔(dān)，在實(shí)踐操作上也存在一些復(fù)雜性問題，但導(dǎo)師們從前期的認(rèn)可度、教學(xué)中的參與度及教學(xué)后的反饋效果來看，生物信息學(xué)課程教學(xué)的實(shí)用性都大大增強(qiáng)。生物信息學(xué)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的常見工具學(xué)科，該研究成果適用于生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、藥學(xué)院、資源與環(huán)境學(xué)院、農(nóng)學(xué)院等相關(guān)課程的改進(jìn)及推廣[9-10]。

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