摘要：“分子生物學(xué)”作為藥科大學(xué)生物技術(shù)、生物科學(xué)、生物制藥、生物工程等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課程之一，致力于提升本科生的學(xué)習(xí)能力，以更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在課程中引入了生物信息學(xué)技術(shù)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)采用課前預(yù)習(xí)、課堂講解、課后設(shè)計(jì)等三個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠主動(dòng)吸收和接納專(zhuān)業(yè)知識(shí)，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，以提高基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)的效果。本文所述的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他基礎(chǔ)理論教學(xué)課程具有良好的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；生物信息學(xué)技術(shù)；理論與實(shí)踐；教學(xué)改革

1概述

生物學(xué)進(jìn)入21世紀(jì)后將成為引導(dǎo)自然科學(xué)向物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，從理論到實(shí)踐過(guò)程中的最高層次突破的帶頭學(xué)科。作為現(xiàn)代生命科學(xué)最具活力和引領(lǐng)性的學(xué)科，分子生物學(xué)已深入到生物學(xué)各專(zhuān)業(yè)分支，它致力于從分子水平闡明生命的現(xiàn)象、本質(zhì)、活動(dòng)及其規(guī)律的科學(xué)［1］。

“分子生物學(xué)”作為藥科大學(xué)生物技術(shù)、生物科學(xué)、生物工程等專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)業(yè)主干課，它的設(shè)立旨在培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生，使其具備較強(qiáng)的邏輯思維和科學(xué)實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科研素質(zhì)，為其將來(lái)在生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域獨(dú)立從事基礎(chǔ)研究、實(shí)踐研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“分子生物學(xué)”具有理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合緊密、動(dòng)手操作能力強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求高、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)消耗大等特點(diǎn)［23］，課程內(nèi)容涵蓋核酸、蛋白質(zhì)等大分子功能和形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，以及中心法則之間的信息傳遞等內(nèi)容，是作為生物工程、海洋藥學(xué)等專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須要掌握的技能。然而目前存在教學(xué)模式單一、學(xué)生興趣不高和缺乏參與性、自主學(xué)習(xí)能力等問(wèn)題，無(wú)法激發(fā)學(xué)生科研創(chuàng)新思維。隨著后基因組時(shí)代如互聯(lián)網(wǎng)的普及和ChatGPT、AI等新技術(shù)的應(yīng)用，能否利用互聯(lián)網(wǎng)上豐富的生物信息數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，已成為新醫(yī)科背景下生物類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的新要求。

為了提高“分子生物學(xué)”理論課程的教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)，我們采用以小型科研項(xiàng)目為核心的教學(xué)模式，并結(jié)合“課前—課中—課后”三維聯(lián)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)模式。首先，在這一框架下，將生物信息學(xué)技術(shù)/大數(shù)據(jù)分析融合至“分子生物學(xué)”課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)思維，使其掌握生物分析技術(shù)，從而激發(fā)學(xué)生數(shù)據(jù)挖掘思維、生物信息分析思維、整合思維。其次，將數(shù)據(jù)挖掘和生物信息學(xué)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題和開(kāi)展科研創(chuàng)新的能力。我們的最終目標(biāo)是讓學(xué)生不僅具備分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，還能掌握生物信息學(xué)分析和挖掘的技能，從而填補(bǔ)當(dāng)前目前市場(chǎng)上的人才缺口，為人類(lèi)健康事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

2生物信息學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

生物信息學(xué)是基于生物學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)背景知識(shí)為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)軟件包和公共數(shù)據(jù)庫(kù)的一門(mén)學(xué)科，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到生命科學(xué)各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中，成為生命科學(xué)研究重要工具之一［46］。隨著后基因組時(shí)代如人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成以及多種模式生物三代測(cè)序的完成，相應(yīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的生物信息學(xué)在線軟件眾多，涵蓋了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)序列、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、穩(wěn)定性等進(jìn)行科學(xué)模擬和預(yù)測(cè)。

3生物信息學(xué)技術(shù)在“分子生物學(xué)”中的應(yīng)用與拓展

3.1課前預(yù)習(xí)

分子生物學(xué)的主要內(nèi)容涵蓋緒論、生物信息傳遞、基因表達(dá)調(diào)控、分子生物學(xué)研究方法和分子生物學(xué)專(zhuān)題五大模塊。生物信息學(xué)技術(shù)可用于解析基因組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，這包括基因的序列分析、基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究，以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的預(yù)測(cè)。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)板塊，我們可以利用生物信息學(xué)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，包括基因數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、DNAman序列比對(duì)、ImageJ7等系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)構(gòu)建、SWISSMODEL蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)預(yù)測(cè)、常用生物軟件或網(wǎng)站、基因組結(jié)構(gòu)注釋如silkwormdatabase3.0等內(nèi)容。如在基因表達(dá)調(diào)控這一章節(jié)，可告訴學(xué)生利用對(duì)應(yīng)的在線網(wǎng)站（如http：//gepia2.cancerpku.cn/#index）進(jìn)行課前預(yù)習(xí)（圖1），包含基因在不同腫瘤的表達(dá)情況、主成分分析、基因相關(guān)分析等，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的臨床模塊聯(lián)系臨床特征數(shù)據(jù)，多角度地從基因組學(xué)層面介紹基因與癌癥的相互作用，加深學(xué)習(xí)印象，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)能力。

3.2課堂講解

分子生物學(xué)課程主要圍繞核酸的分子生物學(xué)內(nèi)容［7］，分為五大教學(xué)內(nèi)容：第一部分，主要介紹分子生物學(xué)的概念、主要研究?jī)?nèi)容及發(fā)展史；第二部分，主要闡述染色體與DNA的結(jié)構(gòu)、生物信息的傳遞過(guò)程；第三部分，主要介紹原核生物和真核生物基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制；第四部分，主要介紹分子生物學(xué)研究方法的原理和應(yīng)用；第五部分，分子生物學(xué)專(zhuān)題，簡(jiǎn)要介紹分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)、發(fā)育學(xué)、基因組學(xué)及其他領(lǐng)域的應(yīng)用（見(jiàn)下表）。課堂中可通過(guò)PPT、動(dòng)畫(huà)、視頻等教學(xué)方式梳理重難點(diǎn)。用互聯(lián)網(wǎng)思維—課程思政—?jiǎng)?chuàng)新意識(shí)—?jiǎng)?chuàng)新精神—?jiǎng)?chuàng)新思維—?jiǎng)?chuàng)新能力將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，對(duì)知識(shí)模塊進(jìn)行重組、廣度和深度進(jìn)行延伸。將生物信息學(xué)技術(shù)融入“分子生物學(xué)”教學(xué)中，例如生物信息學(xué)技術(shù)在分析基因表達(dá)、蛋白質(zhì)互作和代謝途徑方面提供了強(qiáng)大的工具，學(xué)生通過(guò)“分子生物學(xué)”課程學(xué)得的知識(shí)，能夠運(yùn)用生物信息學(xué)技術(shù)來(lái)診斷疾病、預(yù)測(cè)患者的病程發(fā)展，并為治療方案提供更精準(zhǔn)的指導(dǎo)。此外，生物信息學(xué)技術(shù)在藥物研發(fā)中扮演著重要角色，通過(guò)分析分子相互作用、生物通路等信息，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以加速新藥的發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)“分子生物學(xué)”課程可以學(xué)到如何運(yùn)用生物信息學(xué)工具來(lái)優(yōu)化藥物研發(fā)過(guò)程，提高新藥的成功率。將生物信息學(xué)作為一門(mén)技術(shù)，串聯(lián)加入每個(gè)教學(xué)內(nèi)容中，深度挖掘提煉專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵，有助于培養(yǎng)學(xué)生在新醫(yī)科背景下運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)解決醫(yī)學(xué)和生物學(xué)問(wèn)題的能力。

3.3課后設(shè)計(jì)

學(xué)生可以根據(jù)課堂講解的內(nèi)容，了解課程中相關(guān)的研究過(guò)程、結(jié)果等，并從中獲得啟發(fā)，選擇自己感興趣的內(nèi)容自主進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這包括課題實(shí)施的必要條件、選擇適用的實(shí)驗(yàn)方法和步驟、安排時(shí)刻表以及預(yù)期結(jié)果等內(nèi)容。每個(gè)課題小組由6～8名成員組成，其中包括1名隊(duì)長(zhǎng)，負(fù)責(zé)制定本課題小組的目標(biāo)、組織小組討論以及執(zhí)行各項(xiàng)考察任務(wù)。各小組通過(guò)收集查閱資料、自主交流學(xué)習(xí)，針對(duì)教學(xué)大綱確定的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究、分析、評(píng)估，找出不同教學(xué)內(nèi)容之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，隨后，按照這些內(nèi)在關(guān)聯(lián)將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)歸類(lèi)，并依照類(lèi)別設(shè)計(jì)課題。每個(gè)類(lèi)別下設(shè)計(jì)一個(gè)課題，并排定各個(gè)課題之間以及課題內(nèi)各個(gè)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施順序。在完成各小組項(xiàng)目成果后，學(xué)生有機(jī)會(huì)參與各類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)科競(jìng)賽，如全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽、廣東省生物化學(xué)技能大賽、“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生藥苑論壇、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目等，通過(guò)這些競(jìng)賽，學(xué)生在實(shí)踐中將專(zhuān)業(yè)知識(shí)積累轉(zhuǎn)化為專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力，促使其完成從知識(shí)獲取到實(shí)踐訓(xùn)練的過(guò)渡。這一過(guò)程旨在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高其實(shí)際問(wèn)題分析和解決的能力，培養(yǎng)他們?nèi)姘l(fā)展的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

4生物信息學(xué)技術(shù)在“分子生物學(xué)”教學(xué)應(yīng)用中的困境

根據(jù)人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，“分子生物學(xué)”理論課學(xué)時(shí)從以前的72課時(shí)被壓縮成54學(xué)時(shí)。由于課時(shí)的限制，關(guān)于生物信息學(xué)技術(shù)相關(guān)資料的查詢(xún)、檢索、對(duì)比、設(shè)計(jì)和作圖等過(guò)程都需要學(xué)生課后完成，課中只是給學(xué)生進(jìn)行講解，安排學(xué)生動(dòng)手操作課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，這就需要學(xué)生課后能夠自主學(xué)習(xí)，對(duì)所學(xué)的知識(shí)舉一反三，融會(huì)貫通，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類(lèi)比賽中，提升運(yùn)用理論知識(shí)分析問(wèn)題的能力。再加上學(xué)生在生物信息學(xué)技術(shù)方面的背景和技能水平可能會(huì)有很大的差異，一些學(xué)生可能已經(jīng)具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)，而其他學(xué)生可能需要額外的支持和培訓(xùn)，這種差異可能導(dǎo)致在教學(xué)中難以滿足所有學(xué)生的需求。此外，目前教學(xué)人數(shù)限制了生物信息學(xué)技術(shù)在“分子生物學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用。每個(gè)課程的設(shè)計(jì)都需要指導(dǎo)教師在課題實(shí)施前向小組介紹項(xiàng)目的具體實(shí)施安排、可能存在的缺陷問(wèn)題等，另外加上有些項(xiàng)目需要連續(xù)幾天時(shí)間來(lái)完成，因此在教學(xué)上需要更加靈活地安排教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)人數(shù)不宜超過(guò)30人，否則不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和動(dòng)手能力。最后，設(shè)備和軟件資源也限制了其發(fā)展，生物信息學(xué)涉及大量的數(shù)據(jù)處理和分析，通常需要高性能計(jì)算資源和專(zhuān)業(yè)軟件。學(xué)?？赡苄枰顿Y更多的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)這些設(shè)備和軟件，這可能會(huì)成為一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。克服這些困境需要學(xué)校、教育機(jī)構(gòu)以及相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士共同努力，提供更好的培訓(xùn)、資源和支持，以促進(jìn)生物信息學(xué)技術(shù)在“_{rgBHXslprEQjnXgtA4hxHQ==}分子生物學(xué)”教學(xué)中的有效應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

生物信息學(xué)技術(shù)在基因序列分析、結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)挖掘和蛋白功能預(yù)測(cè)等方面得到了全面快速的發(fā)展［8］，這些技術(shù)的發(fā)展為深化“分子生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容提供了廣闊的空間。生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展拓展了“分子生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容，使課程更加豐富和前沿，學(xué)生有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)并應(yīng)用最新的技術(shù)來(lái)理解生物學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜性。隨著后基因組時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)、ChatGPT、AI等工具的發(fā)展，使得生物信息學(xué)技術(shù)更加普及，這給“分子生物學(xué)”教學(xué)提供了更多的工具和資源。生物信息學(xué)技術(shù)的引入不僅僅吸引了生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，還能夠吸引計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等非生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，豐富了學(xué)科之間的交叉合作。引入生物信息學(xué)技術(shù)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生有機(jī)會(huì)通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用這些技術(shù)，提高他們?cè)讵?dú)立學(xué)習(xí)和研究方面的能力，使他們更好地適應(yīng)未來(lái)科研和實(shí)踐的要求。總體而言，將生物信息學(xué)技術(shù)融入“分子生物學(xué)”教學(xué)中不僅符合科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，也為學(xué)生提供了更豐富、更有趣的HGKUIwfWj3ybBO29xoqkqFMICQyJtzhfCP5NqNQ0Fjg=學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)有助于他們更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)醫(yī)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］湯海峰，崔銀秋，姜大志，等.一流課程視角下分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容體系和教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.生物工程學(xué)報(bào)，2022，38（4）：16401648.

［2］田生禮，宋國(guó)麗，李輝，等.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的多樣性探索［J］.教育教學(xué)論壇，2011（15）：221222.

［3］熊宏齊，戴玉蓉，鄭家茂.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008（10）：14+8.

［4］胡瑞峰，邢小燕，孫桂波，等.大數(shù)據(jù)時(shí)代下生物信息技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用前景［J］.藥學(xué)學(xué)報(bào)，2014，49：15121519.

［5］馬明月，曾垂省，解增言，等.生物信息學(xué)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.生物化工，2018，4：103105+108.

［6］李廣林.大數(shù)據(jù)背景下的生物信息學(xué)教學(xué)探索［J］.教育教學(xué)論壇，2015（29）：210211.

［7］連超群，唐王剛，夏俊，等.新醫(yī)科背景下生物化學(xué)與分子生物學(xué)課程融入生物信息學(xué)元素探究［J］.河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，39（06）：5457.

［8］楊靜.生物信息學(xué)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐［J］.高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2018，8（06）：1316.

基金項(xiàng)目：基于生物信息技術(shù)環(huán)境下《分子生物學(xué)》教學(xué)改革探討——廣東藥科大學(xué)2023年度本科高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目;基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《分子生物學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐——廣東藥科大學(xué)2021年度本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：吳文梅（1991—），男，漢族，安徽安慶人，博士，廣東藥科大學(xué)生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院講師，從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究。