顧龍江 徐莉 江海洋

摘要? ? 生物信息學(xué)作為一門專業(yè)核心課程，已在國內(nèi)各高校相繼開設(shè)，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。針對安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，本文從優(yōu)化生物信息學(xué)理論課的知識結(jié)構(gòu)、精心組織課堂教學(xué)過程改以提升學(xué)效果、開設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目提升學(xué)生獨立分析問題能力等方面進(jìn)行了初步探索，以期提升教學(xué)效果、培育創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞? ? 農(nóng)林院校;生物信息學(xué);創(chuàng)新型人才培養(yǎng);教學(xué)改革

中圖分類號? ? G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）21-0250-01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，多種生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累，而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科，可以為解決重要的生物學(xué)問題提供新的思路和方法[1]。因此，自人類基因組草圖發(fā)布時起，國內(nèi)眾多高校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)本科生和研究生課程[2]。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)是一所以農(nóng)林生命學(xué)科為優(yōu)勢的省屬高等院校，也緊跟時代步伐，于2008年開設(shè)了生物信息學(xué)課程。由于第二代測序技術(shù)的迅猛發(fā)展和第三代測序技術(shù)的不斷成熟，生物信息學(xué)知識體系發(fā)展迅速，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大[3]，而師資條件、實驗條件等限制性因素進(jìn)一步導(dǎo)致生物信息學(xué)課程無法及時更新[4]?；谠撜n程主要存在的問題，提出了相應(yīng)教學(xué)改革措施。

1? ? 存在的問題

1.1? ? 教學(xué)內(nèi)容陳舊

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，部分陳舊的內(nèi)容已不能反映出最新的科研結(jié)果，因而只有及時更新并追蹤生物信息學(xué)的學(xué)科發(fā)展前沿，才能培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代化社會以及滿足未來社會發(fā)展需要的專業(yè)人才[5]。

1.2? ? 教學(xué)方法單調(diào)

在生物信息學(xué)教學(xué)過程中最大的問題是缺乏有效互動。由于生物信息學(xué)課程中理論學(xué)習(xí)比重較大且內(nèi)容晦澀難懂，導(dǎo)致學(xué)生的課堂參與度較低，極大地降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。

1.3? ? 課后實踐匱乏

通過課后實踐學(xué)習(xí)能將課程的理論學(xué)習(xí)與科學(xué)實踐有機(jī)結(jié)合起來，對學(xué)生更為深刻理解生物信息學(xué)具有重要作用。鼓勵大學(xué)生參與科學(xué)研究，可以有效激發(fā)其學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的主動性和積極性。

2? ? 教學(xué)改革措施

針對以上可能存在的問題，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊以改善教學(xué)效果、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為最終目的，對生物信息學(xué)課程總體設(shè)計進(jìn)行了修訂，提出了若干措施改善教學(xué)效果，對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有一定的參考價值和理論意義。

2.1? ? 優(yōu)化課程總體設(shè)計

前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外眾多高校的生物信息學(xué)課程主要側(cè)重于方法學(xué)介紹，比如全局比對算法、局部比對算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等，需要較強(qiáng)的計算機(jī)編程能力才能完全理解。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為農(nóng)林類院校，要求學(xué)生掌握較好的計算機(jī)基礎(chǔ)知識收效甚微。因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計上應(yīng)以如何利用已有的數(shù)據(jù)、軟件、數(shù)據(jù)庫來解決不同的生物學(xué)問題為主線，教師應(yīng)結(jié)合最新的研究成果進(jìn)行深入和細(xì)致的講解。課程的重點應(yīng)該由理解算法原理、開發(fā)算法、開發(fā)軟件轉(zhuǎn)向如何利用生物信息學(xué)方法解決重要的生物學(xué)問題。

在介紹完生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀后，課程重點介紹常用的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，如NCBI、PDB以及Uniprot等數(shù)據(jù)庫，還應(yīng)介紹如何精確地檢索相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。在掌握這些必備基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進(jìn)展，如基因組的測序、組裝的基本原理、比較基因組學(xué)、真核生物的基因結(jié)構(gòu)注釋、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其預(yù)測;在基因的表達(dá)方面，著重介紹RNA-seq的相關(guān)知識;此外，采用生物信息學(xué)手段解析表觀遺傳學(xué)的生物學(xué)問題，如組蛋白H3K27的甲基化修飾，不同堿基的甲基化修飾，如6mA、5mC是如何影響生長發(fā)育的。本課程設(shè)計的專題在內(nèi)容上相互銜接、由淺入深，中間貫穿著多種生物信息學(xué)方法和軟件的使用，以便學(xué)生能夠潛移默化地學(xué)到生物信息學(xué)知識。此外，以重要的生物學(xué)問題為中心進(jìn)行的課程設(shè)計，有利于啟發(fā)學(xué)生思考，同時也能夠幫助學(xué)生了解科學(xué)前沿、擴(kuò)展視野。

2.2? ? 提升教學(xué)效果

由于生物信息學(xué)課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容晦澀難懂，所以傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽”教學(xué)模式使得學(xué)生課堂參與度較低，極大地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并最終導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)無法達(dá)到預(yù)期效果。很多研究證實，研討式教學(xué)能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使其踴躍地參與課堂討論、活躍課堂氛圍，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2.2.1? ? 掌握重點，攻克難點。由于生物信息學(xué)研究范圍越來越廣，因而課程沒必要面面俱到，但一定要突出重點。在保證知識面的基礎(chǔ)上，將重要性較低的部分以課后作業(yè)的方式讓學(xué)生自己主動查閱資料;而對于重點內(nèi)容，為了便于學(xué)生理解，可以采用多種手段相結(jié)合。比如，在講解二代測序原理時，可以將不同的平臺進(jìn)行比較，并且用動畫或者視頻的方式進(jìn)行形象而生動地展示，非常有助于學(xué)生理解重要知識點。學(xué)生只有對重點內(nèi)容理解透徹，才能進(jìn)一步激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.2? ? 講授生動有趣實例，拉近知識與現(xiàn)實的距離。傳統(tǒng)的生物信息學(xué)課程內(nèi)容較為呆板，如果授課教師能以生動有趣的實例進(jìn)行講解，則會大大增加知識的趣味性。例如，在講完構(gòu)建進(jìn)化樹之后，舉例說明如何利用系統(tǒng)發(fā)育樹揭示 SA-RS病毒的傳播途徑;在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，討論“為什么濕著頭發(fā)睡覺，頭發(fā)容易變翹”;猜測以后會進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療時代，可能個人的基因組信息就像自己的血型一樣出現(xiàn)在病例上。將這些生動有趣的實例融入生物信息學(xué)，能夠拉近教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實的距離，引導(dǎo)學(xué)生如何解決科學(xué)問題。

2.2.3? ? 增加課堂討論，引發(fā)學(xué)生思考。利用所學(xué)的生物信息學(xué)知識嘗試解釋生物學(xué)現(xiàn)象，例如“什么原因?qū)е铝朔N優(yōu)勢現(xiàn)象”“為什么基因組的大小與生物的復(fù)雜程度不是直接的正相關(guān)？也就是為什么會存在C值悖論”“一個個體所必需的最少基因有多少個？”“蛋白質(zhì)折疊為什么不是隨機(jī)的？”等。針對這些問題適時地開展課堂研討，有助于活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生思考。

2.2.4? ? 課堂報告，全面鍛煉學(xué)生能力。鼓勵學(xué)生選擇感興趣的生物學(xué)問題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行課堂報告。讓學(xué)生進(jìn)行講解，教師適時點評，引發(fā)其他學(xué)生討論，更有助于學(xué)生對重難點知識的理解。此外，學(xué)生課堂報告不僅更有助于教師從不同的角度去觀察學(xué)生所思所想，還可以較好地鍛煉學(xué)生收集和查閱文獻(xiàn)的能力、表達(dá)能力以及創(chuàng)新思維能力。

2.3? ? 開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，鍛煉創(chuàng)新能力

對于生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅要掌握一定的理論知識，還要學(xué)會如何應(yīng)用所學(xué)的理論知識解決實際科學(xué)問題。對生物信息學(xué)感興趣的學(xué)生，3～5人一組，由1名教師進(jìn)行全方位指導(dǎo)，包括課題選題、選擇實驗材料、分析實驗數(shù)據(jù)以及規(guī)范地寫作實驗報告或者科學(xué)論文等。通過課題的順利實施，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣和創(chuàng)新能力。

3? ? 結(jié)語

由于生物信息學(xué)發(fā)展迅速，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，如何更新生物信息學(xué)理論課的知識結(jié)構(gòu)，改善課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，讓學(xué)生能夠了解生物信息學(xué)研究的最前沿進(jìn)展，使其在課堂教學(xué)過程中也能在一定程度上體驗到科學(xué)研究的樂趣和成就，是每一位生物信息學(xué)課程教學(xué)工作者所需要思考的問題。本研究依據(jù)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科建設(shè)特征和人才培養(yǎng)方案，借助不同的教學(xué)手段調(diào)整教學(xué)形式、更新教學(xué)內(nèi)容，并建立完善的成績評定體系，形成具有鮮明特色的理論教學(xué)體系，旨在為促進(jìn)高校人才培養(yǎng)和精品課建設(shè)提供參考。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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