談?wù)剟?dòng)植物檢驗(yàn)檢疫本科專業(yè)生物信息學(xué)課堂實(shí)踐教學(xué)

[摘 要]生物信息學(xué)與檢驗(yàn)檢疫都是應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科。針對(duì)動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫專業(yè)開(kāi)設(shè)生物信息學(xué)課程的本科教學(xué)現(xiàn)狀，主要從實(shí)踐教學(xué)模式、教學(xué)方法與技術(shù)手段來(lái)探討針對(duì)該專業(yè)學(xué)生生物信息學(xué)綜合能力與素質(zhì)培養(yǎng)的重要性。教學(xué)方法重點(diǎn)做到上課把握前沿，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，以解決問(wèn)題為核心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

[關(guān)鍵詞]生物信息學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 檢驗(yàn)檢疫 生物教育

[中圖分類號(hào)] G642.421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2013）03-0123-02

生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，在生命科學(xué)研究的諸多方面發(fā)揮著重要的作用，掌握生物信息學(xué)的基本理論和方法應(yīng)用對(duì)生物學(xué)專業(yè)學(xué)生尤為重要。[1]生物信息學(xué)是綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物科學(xué)知識(shí)和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的理論與方法來(lái)研究生物信息，包括生物學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存檔、處理與模擬，處理的數(shù)據(jù)一般為核酸與蛋白質(zhì)等分子生物學(xué)信息。它的最大特點(diǎn)是在生物學(xué)各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域具有很強(qiáng)的交叉應(yīng)用性。比如說(shuō)在疾病的分子診斷，醫(yī)學(xué)藥耙的搜尋等方面有廣泛的應(yīng)用。

動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫要求學(xué)生具有多方面的綜合知識(shí)與應(yīng)用能力。它要求畢業(yè)生應(yīng)掌握對(duì)有害生物進(jìn)行快速分類鑒定的方法，然后進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，這些都離不開(kāi)對(duì)生物信息的處理。生物DNA條形碼的出現(xiàn)，更將這一應(yīng)用推向更加快速、準(zhǔn)確的渠道。幾乎現(xiàn)代所有涉及核酸與蛋白質(zhì)的研究與應(yīng)用領(lǐng)域都離不開(kāi)生物信息學(xué)的一些統(tǒng)計(jì)研究方法與思想。

本文旨在對(duì)建立具有動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫應(yīng)用特色的生物信息學(xué)上機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)體系進(jìn)行思考。以此拋磚引玉，為生物學(xué)或其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生檢驗(yàn)檢疫綜合能力培養(yǎng)所需的課程實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)方法研究作出貢獻(xiàn)。

一、課程實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)、存在的問(wèn)題與教學(xué)現(xiàn)狀

（一）生物信息學(xué)以往教學(xué)存在的問(wèn)題

生物信息學(xué)因其具有顯著的交叉學(xué)科的應(yīng)用特點(diǎn)， 已成為從事生物學(xué)研究和學(xué)習(xí)的科研人員、教師和學(xué)生需要探究的一門學(xué)科。[2]以往在生物信息學(xué)教學(xué)中存在一些問(wèn)題：課堂教學(xué)講授過(guò)重，學(xué)生實(shí)踐太少，很多講授與實(shí)踐不同步，學(xué)生沒(méi)能真正體會(huì)到生物信息學(xué)的交叉研究與應(yīng)用的前景。學(xué)生沒(méi)有通過(guò)實(shí)踐充分認(rèn)識(shí)到該學(xué)科的應(yīng)用能力，這會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)生生物學(xué)綜合能力與素質(zhì)的提升。

（二）動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫專業(yè)生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫專業(yè)開(kāi)設(shè)生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容在國(guó)內(nèi)具有鮮明特色，據(jù)查沒(méi)有重復(fù)或相似的內(nèi)容報(bào)道信息。其重要原因可能是：1.動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫專業(yè)培養(yǎng)歷史較短，屬新設(shè)置專業(yè)，國(guó)內(nèi)有相關(guān)專業(yè)的高校或研究機(jī)構(gòu)甚少；2.生物信息學(xué)又是一門新興學(xué)科，成立的時(shí)間很短，在各行業(yè)中雖然廣泛應(yīng)用，但其還缺少與動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫從課程培養(yǎng)內(nèi)容角度有效結(jié)合的公開(kāi)報(bào)道。相比之下，國(guó)外無(wú)論是在檢驗(yàn)檢疫還是在生物信息學(xué)科與課程的發(fā)展起步都比我國(guó)早，而且學(xué)生培養(yǎng)的能力與素質(zhì)要求普遍比我國(guó)高。與動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫專業(yè)有關(guān)的眾多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法的建立均來(lái)源于國(guó)外。此外，在國(guó)內(nèi)僅有部分高校與相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)專業(yè)和課程，與該培養(yǎng)專業(yè)相關(guān)的一些教學(xué)研究?jī)?nèi)容需要改善與發(fā)展的空間還很大。

二、實(shí)踐教學(xué)方法的探索

（一）借助現(xiàn)代教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建實(shí)訓(xùn)模型或?qū)嶒?yàn)方案

計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)是生物信息學(xué)研究與應(yīng)用的一個(gè)重要載體，其教學(xué)也應(yīng)該和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合，這與其他生物學(xué)課程教學(xué)模式顯著不同。課堂教學(xué)最好能做到學(xué)生人人有電腦并連接網(wǎng)絡(luò)，這樣教師可把多數(shù)教學(xué)內(nèi)容安排在上機(jī)實(shí)踐課完成。對(duì)于非生物信息專業(yè)的生物學(xué)本科生，有選擇地淡化一些繁瑣的理論與數(shù)學(xué)模型的教學(xué)內(nèi)容，這樣更能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。[3][4][5]我們結(jié)合已有的生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合“動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫”專業(yè)應(yīng)用特色，在BB教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)生物信息學(xué)動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫綜合上機(jī)實(shí)訓(xùn)體系，使學(xué)生能夠通過(guò)該平臺(tái)熟練的應(yīng)用DNA條形碼，在線對(duì)核酸與蛋白質(zhì)序列進(jìn)行同源性搜索，達(dá)到快速的分子遺傳分析鑒定教學(xué)應(yīng)用效果。同時(shí)使學(xué)生能夠熟練使用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、核酸與蛋白質(zhì)序列分析和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等。整合教材外一些科研實(shí)踐與分析素材進(jìn)入實(shí)訓(xùn)與實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)尤為重要，學(xué)生通過(guò)實(shí)訓(xùn)，就能將其掌握的分析能力應(yīng)用到解決動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫、生物工程具體研究與應(yīng)用的實(shí)際問(wèn)題上去。

（二）實(shí)訓(xùn)方案的實(shí)施

1.應(yīng)用現(xiàn)代化教育網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)

生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展很快，其課堂教學(xué)主要注重知識(shí)更新。生物信息學(xué)教學(xué)面臨的統(tǒng)計(jì)學(xué)算法、原理是教學(xué)中相對(duì)繁瑣的內(nèi)容，在教學(xué)中應(yīng)遵循深入淺出、避繁就簡(jiǎn)的原則， 切不可面面俱到。同時(shí)還應(yīng)該與學(xué)生的專業(yè)背景與知識(shí)掌握程度緊密結(jié)合，避免復(fù)雜的算法講解讓學(xué)生覺(jué)得枯燥乏味。總之，要讓學(xué)生真正掌握生物信息學(xué)具體應(yīng)用與研究的手段，同時(shí)為實(shí)訓(xùn)教學(xué)做好鋪墊。實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)應(yīng)該是生物學(xué)本科生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的最重要的內(nèi)容之一。在教學(xué)工作中教師必須緊跟學(xué)科發(fā)展方向，注意生物信息學(xué)知識(shí)的更新，緊跟生物信息學(xué)知識(shí)與應(yīng)用工具更新的步伐，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)各種途徑關(guān)注學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)其自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

采用多媒體教學(xué)是現(xiàn)代化教育技術(shù)的一項(xiàng)基本要求，現(xiàn)今絕大部分大學(xué)課堂教學(xué)都能做到這點(diǎn)。多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對(duì)生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)來(lái)說(shuō)必不可少， 如數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、序列分析和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等內(nèi)容涉及的具體方法和工具的講解都離不開(kāi)多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。如果條件允許，教學(xué)還可以在計(jì)算機(jī)房進(jìn)行，在教學(xué)過(guò)程中做到講、做視頻監(jiān)控。這樣可以加快學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的速度，學(xué)生掌握后也不易遺忘。教學(xué)采用“講、練、做”一體化模式，在提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的同時(shí)提高了實(shí)際教學(xué)效果。

在理論教學(xué)中應(yīng)改變傳統(tǒng)的以教師、教材和講授為中心的教學(xué)方式。[6]可以采取實(shí)例分析模式，融生物信息學(xué)理論教學(xué)與實(shí)踐操作為一體。以上闡述的通常可采用緊密連接的先講后練或者邊講邊練的方法。對(duì)于操作性很強(qiáng)的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容和生物信息軟件與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)分析方法的講解，可在計(jì)算機(jī)房里進(jìn)行。采用窗口即時(shí)可控演示，講解與學(xué)生課堂操作同步進(jìn)行。實(shí)踐表明，這種教學(xué)效果比PPT演示后操作要好得多。這種方式可充分發(fā)揮課堂教學(xué)中師生間的學(xué)習(xí)與互動(dòng)，提高教學(xué)的生動(dòng)性、直觀性和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握與應(yīng)用能力。

3.先進(jìn)教學(xué)理念的引入

PBL （Problem based learning）是以學(xué)生為中心的開(kāi)放式教學(xué)模式， 它強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，輔以教師的引導(dǎo)，使學(xué)生充分利用各種學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)與之相關(guān)的知識(shí)， 最終達(dá)到解決問(wèn)題的目的。[7]在PBL 教學(xué)模式中， 教師在學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的作用是指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知學(xué)習(xí)技巧， 教師的責(zé)任是提供學(xué)習(xí)材料與一些學(xué)習(xí)方法， 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)， 組織問(wèn)題討論， 監(jiān)控整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程， 保證學(xué)習(xí)計(jì)劃順利地進(jìn)行。PBL以問(wèn)題為起點(diǎn)， 將學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際問(wèn)題掛鉤，在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)小組的合作和自主探究學(xué)習(xí)來(lái)提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力， 并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的深層次理解和應(yīng)用。生物信息學(xué)的實(shí)踐教學(xué)還可以參考PBL的學(xué)習(xí)模式，讓實(shí)訓(xùn)題目設(shè)計(jì)得更綜合，更傾向于解決實(shí)際問(wèn)題，而不是一些傳統(tǒng)經(jīng)典的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)際要解決的問(wèn)題，采取啟發(fā)式教學(xué)， 輔以教師引導(dǎo)，建立教學(xué)情景。還可以將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有意向地引導(dǎo)到教師的實(shí)際研究工作中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受到科研的氛圍，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。與啟發(fā)式教育不同的是，PBL在實(shí)施過(guò)程中更強(qiáng)調(diào)以問(wèn)題為中心， 教師對(duì)問(wèn)題的設(shè)計(jì)支持與引導(dǎo)至關(guān)重要，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生多種學(xué)習(xí)途徑相結(jié)合， 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程中的協(xié)作交流作用等。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：陳 明]