醫學院校生物科學與生物技術專業生物信息學教學探索與改革

王文銳+楊清玲+梁猛+席珺+陳昌杰

（蚌埠醫學院 1.生物科學系生物技術教研室；2.生物化學與分子生物學教研室，安徽 蚌埠 233400）

摘要：為培養醫學院校生物科學和生物技術專業學生的生物信息學基礎知識的掌握和軟件的應用能力，結合近年該課程的教育教學改革實踐，不斷探索科學完善的教學體系和教學模式。從教學內容、教學方式和實踐能力培養等幾個方面進行了探索與實踐。使學生在生物大數據時代，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力。

關鍵詞：生物信息學；生物科學；生物技術；教學模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0145-02

一、開設生物信息學課程的必要性

生物信息學學科發展迅速，不斷與其他學科相互滲透，而醫學院校生物科學和生物技術專業的學生主要從事生命科學相關的研發和技術，涉及生物、醫藥、食品、環境、農業等領域。掌握生物信息學這門工具，為今后走上工作崗位，提供新的研究手段和途徑是十分必要的。因此，在醫學院校部分專業（如生物科學，生物技術等）開設生物信息學必選課程具有重要意義。

二、目前存在的問題

1.教學內容陳舊和教學資源缺乏。我國高等院校開設生物信息學時間相對較晚，在教材選擇中首先調研了其他院校和目前出版的教材內容情況。發現大部分生物信息學教材都包括生物大分子（核酸和蛋白質）的信息資源，基因組分析信息資源，數據庫搜索軟件，核酸序列分析和多序列比對等軟件的核心內容，除了共性的章節外，不同的教材內容和重點各不相同。但是生物信息學發展迅速，除了基礎內容外，大部分內容都在快速地更新，比如引物設計軟件的使用等。而目前，生物信息學教學資源較匱乏，完善的生物信息學課程的教學大綱、教案、教學視頻、多媒體課件和習題等教學資源稀少。

2.課程內容與教學課時不匹配，教學進程安排不夠合理。首先，由于生物信息學是一門多學科交叉的綜合性學科，生物信息學課程學習前需要理解和掌握一些生命科學相關知識背景，如基因組學、蛋白質組學、生物化學、分子生物學和遺傳學等，深刻理解一些生物學基本概念，如基因序列、蛋白質序列、非編碼區、啟動子等，并初步了解一些重要的生物學數據庫。因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費一定的時間介紹相關背景知識。然而由于醫學院校學生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學安排足夠多的課時。目前我校教學大綱規定的授課僅為20學時，學時少與教學內容多的矛盾就顯得非常突出。教師需要在有限的教學時數下灌輸大量內容，因此無法深入講解每個章節的內容，增加了學生學習的難度，降低了教學質量。

其次，教學進程安排不夠合理。以我校生物技術專業學生為例，本科二年級第一學期學習生物信息學課程。此階段學生雖然學習了一年多的專業基礎理論知識，但是專業基礎知識較為薄弱，同時實驗設計等相關實踐較少，缺乏對實驗細節的理解與實驗設計的整體把握。而生物信息學課程是一門實踐性學科，所以有必要在生物信息學課程的教學中滲透實驗設計的理念，課程學習中靈活運用專業基礎知識，達到學生的專業基礎知識與生物信息學的知識與不脫節，從而激發學生學習熱情。

3.教學模式單一，理論與實踐教學脫節。對于醫學院校生物科學和生物技術專業的學生，本課程培養的主要目標是：如何在現有數據庫中查找想要的信息，如何通過在線程序或利用現有的分析軟件，處理相關數據，解決生物學問題。學生需要通過親身實踐，才能熟練掌握生物信息學的數據庫、分析方法、軟件。但是很多醫學院校教學條件有限，沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，教師在授課過程中根據課件照本宣科，并不能結合具體實例邊講解邊示范操作，同時，多數高校開設的生物信息學課程以理論教學為主，缺乏實踐教學課時。然而，生物信息學的學習，如數據庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、引物設計軟件的應用等都需要學生在實踐課中進行驗證或操作，理論知識與實踐環節脫節嚴重，從而影響了學生對課程的理解和掌握。

三、生物信息學教學模式改革探索

1.修改理論教學大綱，精選教學內容。由于生物信息學內容繁多，應針對不同專業特點精心挑選授課內容，在有限的課時中讓學生學到最基本且重要的生物信息學理論知識。目前我們選用的是浙江大學出版社第一版的生物信息學，結合生物科學和生物技術兩個專業的特點，本教學團隊編寫了教學大綱，對教材內容進行了更新和優化，將重點集中于應用性較強的生物信息學實踐分析技能和離線單機版生物信息學軟件的使用上，具體內容包括核酸及蛋白序列數據庫、序列的相似性搜索、序列比對、系統進化樹的構建以及蛋白質的結構與預測和引物設計等基本內容。同時考慮生物信息學學科的前沿性和交叉性，我們又增加了蛋白質組學和非編碼RNA，基因芯片、qPCR、深度測序等操作原理及流程預測等內容。為了適應生物信息學快速發展的要求，擴大學生的知識面，推薦了包括DavidW .Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和國家“十一五”規劃教材李霞主編的生物信息學等幾種不同類型的參考教材供同學課外閱讀。

2.創新教學方式，推行靈活多樣的教學模式。生物信息學的課程學習和軟件使用與網絡的使用緊密相關，一方面，為克服學生多，無法使每位學生實時進行電腦操作的弊端，我們利用能夠接收無線網絡信號的設備，實現上課時教室內有網絡，這樣在授課過程中就可以實時在線帶領學生進行生物信息學分析，如數據庫查詢、序列提交過程、蛋白質結構域分析、蛋白理化性質及結構預測等重要內容，通過實時演示連貫教學內容，讓學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對各種分析方法的學習和理解[1]。另一方面，由于課程學時（僅20學時）的限制，學生們不可能完全依賴課堂時間很好的掌握該課程，除了采取集中授課方式之外，本團隊利用搭建的“分子生物學”省級精品資源共享課程網絡平臺，開辟了“生物信息學”專欄，提供相關文獻、相關分析軟件及其使用步驟等信息；并聘請校內外相關領域專家開展專題講座，組織相關領域青年教師開展專題研討等形式，從而加深學生對課程內容的理解。

3.緊密聯系科研，開展基于實踐的問題式教學。針對生物信息學課程的特點，打破應試考核方式，本教學團隊注重理論結合實踐的問題式教學方式引導。一方面，各專業課程中增加實踐教學課程比例，根據生命科學的發展，不斷充實實踐教學內容，增加綜合性、設計性實驗，從而將生物信息學技術滲入日常教學環節中；另一方面，面向全校招募相關領域青年教師，鼓勵并指導學生參與青年教師科研項目，并積極申報國家級和省級大學生科研項目。目前創新性實驗和探索性實驗全面覆蓋生物科學和生物技術專業全體學生，學生在解決科研問題時逐步學會運用生物信息學知識，如文獻查閱、目的基因序列的獲取、基因序列的分析方法等，提高了學生生物信息學知識和技術的實踐能力和理論理解力。

四、結語

生物信息學是生命科學領域研究的重要的工具和載體[2]，針對生物信息學課程的特點，醫學院校生物信息課程的改革可進一步加強理論教學的系統性、規范性和針對性，提高學生對生物信息學知識的應用能力。在課程體系建設基礎上，大膽嘗試新的教學方法和手段，突出醫學特色，培養適用于現代精準醫療的創新型生物學專業人才。

參考文獻：

[1]楊敏，趙杏利，范丙友，等.生物信息學課程教學改革初探[J].教育教學論壇，2016，（48）：140-141.

[2]馬軍，林熾賢，李麒麟.生物信息學在高校生物科學專業中課程教學模式的探索[J].中國校外教育：美術，2013，（3）：125-126.