農(nóng)學(xué)類專業(yè)《生物信息學(xué)》課程教學(xué)改革探討

穆平　王春華

摘 要：《生物信息學(xué)》作為采用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)研究生命科學(xué)中各種生物信息采集、儲(chǔ)存、傳遞、檢索、分析和解讀等的一門(mén)學(xué)科，是現(xiàn)代生命科學(xué)與信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科相互滲透和高度交叉形成的新興邊緣學(xué)科。在《生物信息學(xué)》教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)向?qū)W生講授生物信息學(xué)的新進(jìn)展和國(guó)內(nèi)外生物信息學(xué)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。該文從生物信息學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對(duì)生物信息學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：生物信息；基因組；教學(xué)方法

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）20-124-02

生物信息學(xué)是在生物學(xué)相關(guān)信息量的革命性爆炸背景下發(fā)展起來(lái)的綜合運(yùn)用生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的理論方法的一門(mén)嶄新的交叉學(xué)科。它以計(jì)算機(jī)為工具，利用各種由數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)建立的算法和模型，對(duì)生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、處理和分析來(lái)闡明大量生物數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。具體而言，生物信息學(xué)是把基因組DNA序列信息分析作為源頭，找到基因組序列中代表蛋白質(zhì)和RNA基因的編碼區(qū)，闡明非編碼區(qū)的信息實(shí)質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語(yǔ)文規(guī)律；同時(shí)歸納整理與基因組遺傳語(yǔ)文信息釋放及其調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜數(shù)據(jù)，從而認(rèn)識(shí)生物代謝、發(fā)育、分化、進(jìn)化的規(guī)律。通過(guò)對(duì)基因信息和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等規(guī)律的認(rèn)識(shí)，發(fā)展相應(yīng)的算法和軟件，進(jìn)行分子藥物設(shè)計(jì)以及藥物基因組研究。

作為一門(mén)正在迅速發(fā)展的學(xué)科，生物信息學(xué)參透到了生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，隨著生命科學(xué)的研究的深入，將會(huì)有更多的相關(guān)學(xué)科融入到生物信息學(xué)中去，使其成為一門(mén)集眾多學(xué)科而成的交叉學(xué)科。隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，我國(guó)許多高校和研究機(jī)構(gòu)都設(shè)立了生物信息學(xué)專業(yè)，開(kāi)展生物信息學(xué)的科研和人才培養(yǎng)工作。因此，在《生物信息學(xué)》教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)向?qū)W生講授生物信息學(xué)的新進(jìn)展和國(guó)內(nèi)外生物信息學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)，以促進(jìn)農(nóng)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和科研工作。

1 根據(jù)專業(yè)需求調(diào)整教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：使學(xué)生掌握如何挖掘因特網(wǎng)生物資源，并運(yùn)用到自己的學(xué)習(xí)和科研中去；建立并管理生物文獻(xiàn)，學(xué)會(huì)有效閱讀科技論文，并能對(duì)某一課題進(jìn)行綜述寫(xiě)作；掌握重要的生物大分子數(shù)據(jù)庫(kù)的文件格式和檢索方法，掌握生物信息學(xué)分析的基本工具使用方法。

2 不斷豐富教學(xué)內(nèi)容

生物信息學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要包括生物信息學(xué)的內(nèi)涵，生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)及其查詢，序列比對(duì)，數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的預(yù)測(cè)分析，基因組信息等，分子進(jìn)化、分子藥物設(shè)計(jì)等內(nèi)容。我校已經(jīng)建立了較為完善的多媒體課件和內(nèi)容全面的講稿，教案等教學(xué)基本材料。課堂教學(xué)以多媒體教學(xué)為主，上機(jī)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生熟悉常用的生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)，熟練掌握數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，數(shù)據(jù)庫(kù)搜索等基本功能。并且掌握利用生物信息學(xué)工具分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

2.1 根據(jù)學(xué)科發(fā)展不斷豐富教學(xué)內(nèi)容 由于生物信息學(xué)是一門(mén)不斷發(fā)展的學(xué)科，國(guó)內(nèi)各個(gè)學(xué)校開(kāi)設(shè)課程的內(nèi)容有較大差別。在了解其他學(xué)校教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校專業(yè)特點(diǎn)重點(diǎn)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面內(nèi)容的教學(xué)：（1）生物信息學(xué)資源方面，針對(duì)農(nóng)學(xué)類專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，在生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)及其查詢部分加強(qiáng)基因組數(shù)據(jù)庫(kù)、禾本科數(shù)據(jù)庫(kù)（Gramene、MaizeGDB）等數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)習(xí)。（2）對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)查詢部分，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力。序列比對(duì)和數(shù)據(jù)庫(kù)搜索部分要求學(xué)生掌握雙序列比對(duì)和多序列比對(duì)的原理以及對(duì)比對(duì)結(jié)果的解釋的能力，核酸、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)、基因組分析、分子進(jìn)化、分子藥物設(shè)計(jì)等內(nèi)容重點(diǎn)要求學(xué)生掌握一些重要軟件的應(yīng)用能力。

2.2 根據(jù)學(xué)生需要及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容 由于生物信息學(xué)發(fā)展日新月異，教學(xué)內(nèi)容也要及時(shí)更新。因此，每上完一個(gè)年級(jí)的課程要做好以下2個(gè)方面的工作。一是根據(jù)生物信息學(xué)的發(fā)展，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。比如，在生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、生物信息學(xué)軟件的應(yīng)用等方面，做到每學(xué)期更新一次，在生物信息學(xué)基本理論、算法方面，及時(shí)掌握最新研究進(jìn)展，及時(shí)向?qū)W生介紹這方面的最新動(dòng)向。二是課程結(jié)束后，及時(shí)向?qū)W生征求意見(jiàn)，根據(jù)學(xué)生反饋意見(jiàn)不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

3 不斷完善教學(xué)方法

生物信息學(xué)課堂教學(xué)的主要任務(wù)是使學(xué)生理解生物信息學(xué)的基本原理、方法和生物信息學(xué)的分析方法。課堂教學(xué)主要采用多媒體授課，幾年來(lái)筆者根據(jù)課程改革要求，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，自制了多媒體課件。在生物信息學(xué)基本知識(shí)、基本理論的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)高質(zhì)量的多媒體課件演示，使學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)知識(shí)有了比較形象的了解，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在生物信息學(xué)資源、生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)方面，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和互聯(lián)網(wǎng)上的分析工具和資源，通過(guò)課堂演示和學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力。

3.1 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合 由于生物信息學(xué)是一門(mén)集數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、分子生物學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科，對(duì)于農(nóng)學(xué)類專業(yè)的學(xué)生，其主要任務(wù)是理解生物信息學(xué)中的數(shù)學(xué)原理，應(yīng)用于解決生物學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理、信息分析、功能預(yù)測(cè)等任務(wù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)資源，培養(yǎng)學(xué)生利用生物信息學(xué)資源和常用軟件進(jìn)行生物信息分析的能力。要求學(xué)生通過(guò)上機(jī)實(shí)習(xí)，掌握常用的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、數(shù)據(jù)庫(kù)搜索的能力，熟練掌握網(wǎng)上進(jìn)行核酸和蛋白質(zhì)序列比隊(duì)的方法和對(duì)比對(duì)結(jié)果的分析的能力。基本掌握了常用的聚類分析、基因組分析、QTL作圖等常用分子生物學(xué)軟件的能力。

3.2 課程學(xué)習(xí)與科研訓(xùn)練相結(jié)合 在教學(xué)過(guò)程中，注重把課程內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生利用生物信息學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，在課程進(jìn)程中有意識(shí)把生物信息資源和數(shù)據(jù)庫(kù)這部分內(nèi)容與學(xué)生的科研訓(xùn)練和課程論文寫(xiě)作聯(lián)系起來(lái)，指導(dǎo)學(xué)生如何查詢與自己科研訓(xùn)練內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展等內(nèi)容，做到課程學(xué)習(xí)促進(jìn)科研訓(xùn)練和課程論文寫(xiě)作，增強(qiáng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

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（責(zé)編：張宏民）