生物信息編程語(yǔ)言教學(xué)方法

武巍峰　謝永芳

摘要：隨著生命科學(xué)的蓬勃發(fā)展，生物信息學(xué)等專(zhuān)攻生物數(shù)據(jù)處理、生物大數(shù)據(jù)分析的學(xué)科進(jìn)入一個(gè)新的階段。培養(yǎng)符合生物信息學(xué)的高水平技術(shù)人才、全面提高學(xué)生的學(xué)術(shù)水平是保障生命科學(xué)發(fā)展的一個(gè)必要條件。生命科學(xué)研究中，海量的大數(shù)據(jù)的積累，迫切需要生物信息學(xué)的分析技能的提高，這需要生命科學(xué)的教師充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，定制合適的教學(xué)方法，從而形成符合生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)特色的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：生物信息;編程語(yǔ)言;教學(xué)改革

生物信息學(xué)是研究生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲(chǔ)、加工、挖掘等各方面內(nèi)容的學(xué)科。它是當(dāng)前前沿學(xué)科之一，是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一。近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展，生物信息學(xué)迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)也是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。生物信息學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)決定了不能照搬計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的信息技術(shù)類(lèi)課程的教學(xué)理念、教學(xué)大綱和教學(xué)方式，需要更加凸顯信息技術(shù)在生物信息中解決問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)。在教學(xué)中，采用基于目標(biāo)問(wèn)題的項(xiàng)目導(dǎo)向式教學(xué)理念更加適合生物信息專(zhuān)業(yè)學(xué)生，在教學(xué)中多通過(guò)案例教學(xué)方式不僅僅可以讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生以問(wèn)題為導(dǎo)向，利用所學(xué)的信息技術(shù)解決在生物學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，這種方式的運(yùn)用大大增強(qiáng)了生物信息專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，從被動(dòng)的知識(shí)接收者，轉(zhuǎn)變成為能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題并主動(dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)探索者，教師在該過(guò)程中除了承擔(dān)講授者的角色外，更多的是引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生從多角度看待問(wèn)題，并靈活運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題。

在教學(xué)方式中，生物信息學(xué)的教學(xué)要多借鑒信息專(zhuān)業(yè)的教學(xué)方式，并形成適合本專(zhuān)業(yè)發(fā)展的教學(xué)方式。

多媒體技術(shù)豐富教學(xué)

現(xiàn)代多媒體技術(shù)使得教學(xué)中已經(jīng)不僅僅局限于幻燈片播放演示。充分利用多媒體視頻、動(dòng)畫(huà)、聲音等媒體方法可以在短時(shí)間加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，直觀地查看編程語(yǔ)言實(shí)際解決問(wèn)題的方式。例如，在講述DNA序列比對(duì)算法的過(guò)程中，采用Html5等技術(shù)制作相應(yīng)的流程動(dòng)畫(huà)，并對(duì)其關(guān)鍵步驟的分析，顯示出相應(yīng)的代碼以及其處理過(guò)程，并追蹤數(shù)據(jù)在不同程序的傳遞過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的理解。這種直接的流程演示，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將知識(shí)點(diǎn)等信息很自然的融入學(xué)生的思維中，為學(xué)生建立起編程語(yǔ)言處理過(guò)程的直觀感念，這是傳統(tǒng)教學(xué)方式所不能展現(xiàn)的。

構(gòu)建基于Web的交互式平臺(tái)

根據(jù)生物信息學(xué)學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較薄弱的特點(diǎn)，構(gòu)建基于web的交互式學(xué)習(xí)平臺(tái)可提供更為豐富的教學(xué)資源。學(xué)生在登錄該平臺(tái)后，系統(tǒng)會(huì)按照學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的次序給出一定量的習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生逐層深入地練習(xí)編程開(kāi)發(fā)技術(shù)，同時(shí)為學(xué)生提供良好的正負(fù)反饋，提示學(xué)生的問(wèn)題的同時(shí)促進(jìn)學(xué)生有更高的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以提交自己的代碼腳本，執(zhí)行并查看執(zhí)行結(jié)果。通過(guò)后臺(tái)腳本對(duì)學(xué)生代碼進(jìn)行分析，該平臺(tái)可指明學(xué)生代碼的錯(cuò)誤以及關(guān)鍵性代碼提示，如果學(xué)生還是未能完成代碼，則可點(diǎn)擊“答疑”按鈕，平臺(tái)則會(huì)顯示該習(xí)題的詳細(xì)講解過(guò)程;如果對(duì)內(nèi)容仍不理解，則可以通過(guò)“求助”按鈕向后臺(tái)提交請(qǐng)求，再由教師一對(duì)一答疑。

數(shù)據(jù)處理及代碼開(kāi)發(fā)過(guò)程

在學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言過(guò)程中，穿插介紹計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)等相關(guān)學(xué)科的關(guān)鍵點(diǎn)以及教師在實(shí)際項(xiàng)目中獲得的經(jīng)驗(yàn)，以完整的項(xiàng)目介紹讓學(xué)生了解代碼開(kāi)發(fā)的流程，即需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、軟件交付、驗(yàn)收、維護(hù)。結(jié)合生物數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn)，針對(duì)性地向?qū)W生傳授成功的經(jīng)驗(yàn)及開(kāi)發(fā)中常見(jiàn)的錯(cuò)誤和誤區(qū)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)初始階段就形成良好的開(kāi)發(fā)概念，養(yǎng)成較好的開(kāi)發(fā)習(xí)慣，從而在自己開(kāi)發(fā)相關(guān)代碼的過(guò)程中，能夠合理地總體規(guī)劃、更好地進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作等。

分組進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)

在學(xué)生掌握了編程語(yǔ)言基礎(chǔ)部分的內(nèi)容后，通過(guò)分組合作的形式，將具體的任務(wù)布置給學(xué)生開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)和能力。例如，用Python開(kāi)發(fā)蛋白信息的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，需要學(xué)生來(lái)負(fù)責(zé)GUI開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)抓取處理、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及維護(hù)等不同的部分，學(xué)生需自行討論任務(wù)分配、代碼接口、數(shù)據(jù)組織等，并分別開(kāi)發(fā)相關(guān)模塊，從而促使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐的過(guò)程中得到充分鍛煉，達(dá)到掌握知識(shí)的目的。

生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，離不開(kāi)高水平的復(fù)合型人才。生物信息專(zhuān)業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中，需要根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)特色、學(xué)生的特點(diǎn)，以實(shí)際需求出發(fā)，以培養(yǎng)高水平人才為目標(biāo)，運(yùn)用多種教學(xué)方法，提高學(xué)生與教師的互動(dòng)，促使生命科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)水平的發(fā)展，培養(yǎng)更多更好的實(shí)用性人才。

【本文系重慶郵電大學(xué)教育教學(xué)改革課題《生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)》（課題編號(hào)：XFZX1907）及《乙肝疫苗的制備及乙肝預(yù)防》（課題編號(hào)：XJKXN2020-05）研究成果之一】

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（作者單位：重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院）