農(nóng)學類專業(yè)《生物信息學》課程教學改革探討

穆平　王春華

摘 要：《生物信息學》作為采用數(shù)學和計算機技術(shù)研究生命科學中各種生物信息采集、儲存、傳遞、檢索、分析和解讀等的一門學科，是現(xiàn)代生命科學與信息學、計算機科學和數(shù)學等學科相互滲透和高度交叉形成的新興邊緣學科。在《生物信息學》教學過程中，應及時向?qū)W生講授生物信息學的新進展和國內(nèi)外生物信息學的最新發(fā)展動態(tài)。該文從生物信息學的教學內(nèi)容、教學方法等方面對生物信息學教學改革進行了探討。

關(guān)鍵詞：生物信息；基因組；教學方法

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）20-124-02

生物信息學是在生物學相關(guān)信息量的革命性爆炸背景下發(fā)展起來的綜合運用生物學、數(shù)學、物理學、信息科學以及計算機科學等諸多學科的理論方法的一門嶄新的交叉學科。它以計算機為工具，利用各種由數(shù)學和統(tǒng)計學建立的算法和模型，對生物學數(shù)據(jù)進行檢索、處理和分析來闡明大量生物數(shù)據(jù)所包含的生物學意義。具體而言，生物信息學是把基因組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)的信息實質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語文規(guī)律；同時歸納整理與基因組遺傳語文信息釋放及其調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜數(shù)據(jù)，從而認識生物代謝、發(fā)育、分化、進化的規(guī)律。通過對基因信息和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等規(guī)律的認識，發(fā)展相應的算法和軟件，進行分子藥物設計以及藥物基因組研究。

作為一門正在迅速發(fā)展的學科，生物信息學參透到了生命科學的各個領域。同時，隨著生命科學的研究的深入，將會有更多的相關(guān)學科融入到生物信息學中去，使其成為一門集眾多學科而成的交叉學科。隨著生物信息學的快速發(fā)展，我國許多高校和研究機構(gòu)都設立了生物信息學專業(yè)，開展生物信息學的科研和人才培養(yǎng)工作。因此，在《生物信息學》教學過程中，應及時向?qū)W生講授生物信息學的新進展和國內(nèi)外生物信息學發(fā)展動態(tài)，以促進農(nóng)學類專業(yè)學生的專業(yè)學習和科研工作。

1 根據(jù)專業(yè)需求調(diào)整教學目標

教學目標主要有以下幾點：使學生掌握如何挖掘因特網(wǎng)生物資源，并運用到自己的學習和科研中去；建立并管理生物文獻，學會有效閱讀科技論文，并能對某一課題進行綜述寫作；掌握重要的生物大分子數(shù)據(jù)庫的文件格式和檢索方法，掌握生物信息學分析的基本工具使用方法。

2 不斷豐富教學內(nèi)容

生物信息學的教學內(nèi)容主要包括生物信息學的內(nèi)涵，生物信息數(shù)據(jù)庫及其查詢，序列比對，數(shù)據(jù)庫搜索，核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的預測分析，基因組信息等，分子進化、分子藥物設計等內(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，教案等教學基本材料。課堂教學以多媒體教學為主，上機實驗要求學生熟悉常用的生物信息數(shù)據(jù)庫，熟練掌握數(shù)據(jù)庫查詢，數(shù)據(jù)庫搜索等基本功能。并且掌握利用生物信息學工具分析實驗結(jié)果的能力。

2.1 根據(jù)學科發(fā)展不斷豐富教學內(nèi)容 由于生物信息學是一門不斷發(fā)展的學科，國內(nèi)各個學校開設課程的內(nèi)容有較大差別。在了解其他學校教學內(nèi)容的基礎上，結(jié)合我校專業(yè)特點重點加強以下幾個方面內(nèi)容的教學：（1）生物信息學資源方面，針對農(nóng)學類專業(yè)學生特點，在生物信息數(shù)據(jù)庫及其查詢部分加強基因組數(shù)據(jù)庫、禾本科數(shù)據(jù)庫（Gramene、MaizeGDB）等數(shù)據(jù)庫的學習。（2）對于數(shù)據(jù)庫查詢部分，重點培養(yǎng)學生實際操作能力。序列比對和數(shù)據(jù)庫搜索部分要求學生掌握雙序列比對和多序列比對的原理以及對比對結(jié)果的解釋的能力，核酸、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預測、基因組分析、分子進化、分子藥物設計等內(nèi)容重點要求學生掌握一些重要軟件的應用能力。

2.2 根據(jù)學生需要及時調(diào)整教學內(nèi)容 由于生物信息學發(fā)展日新月異，教學內(nèi)容也要及時更新。因此，每上完一個年級的課程要做好以下2個方面的工作。一是根據(jù)生物信息學的發(fā)展，及時更新教學內(nèi)容。比如，在生物信息學數(shù)據(jù)庫、生物信息學軟件的應用等方面，做到每學期更新一次，在生物信息學基本理論、算法方面，及時掌握最新研究進展，及時向?qū)W生介紹這方面的最新動向。二是課程結(jié)束后，及時向?qū)W生征求意見，根據(jù)學生反饋意見不斷改進教學內(nèi)容和教學方法。

3 不斷完善教學方法

生物信息學課堂教學的主要任務是使學生理解生物信息學的基本原理、方法和生物信息學的分析方法。課堂教學主要采用多媒體授課，幾年來筆者根據(jù)課程改革要求，不斷調(diào)整教學內(nèi)容，自制了多媒體課件。在生物信息學基本知識、基本理論的教學過程中，通過高質(zhì)量的多媒體課件演示，使學生對生物信息學知識有了比較形象的了解，增加了學生的學習興趣。在生物信息學資源、生物信息數(shù)據(jù)庫教學方面，充分利用網(wǎng)絡資源和互聯(lián)網(wǎng)上的分析工具和資源，通過課堂演示和學生上機實驗相結(jié)合，增強了學生自主獲取知識的能力。

3.1 理論教學與實驗教學相結(jié)合 由于生物信息學是一門集數(shù)學、計算機、分子生物學等學科的交叉學科，對于農(nóng)學類專業(yè)的學生，其主要任務是理解生物信息學中的數(shù)學原理，應用于解決生物學實驗過程中的數(shù)據(jù)處理、信息分析、功能預測等任務。實驗教學主要是利用計算機和網(wǎng)絡資源，培養(yǎng)學生利用生物信息學資源和常用軟件進行生物信息分析的能力。要求學生通過上機實習，掌握常用的數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)庫搜索的能力，熟練掌握網(wǎng)上進行核酸和蛋白質(zhì)序列比隊的方法和對比對結(jié)果的分析的能力?；菊莆樟顺Ｓ玫木垲惙治?、基因組分析、QTL作圖等常用分子生物學軟件的能力。

3.2 課程學習與科研訓練相結(jié)合 在教學過程中，注重把課程內(nèi)容與學生的實際相結(jié)合，增強學生利用生物信息學知識解決實際問題的能力，在課程進程中有意識把生物信息資源和數(shù)據(jù)庫這部分內(nèi)容與學生的科研訓練和課程論文寫作聯(lián)系起來，指導學生如何查詢與自己科研訓練內(nèi)容相關(guān)的文獻、國內(nèi)外研究進展等內(nèi)容，做到課程學習促進科研訓練和課程論文寫作，增強學生利用網(wǎng)絡資源解決實際問題的能力。

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（責編：張宏民）