范丙友 楊敏 賈小平 胥華偉 郭麗麗 史國(guó)安

摘要：由于生物信息學(xué)學(xué)科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學(xué)》課程適宜于開展較高水平的雙語(yǔ)教學(xué)?；谡n程特點(diǎn)，我們開展了《生物信息學(xué)》雙語(yǔ)教學(xué)的改革及實(shí)踐。在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，選用英文原版教材，不斷更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容;在注重生物信息學(xué)實(shí)踐操作的同時(shí)，適當(dāng)講解生物信息學(xué)理論算法;應(yīng)用英文PPT課件，采用中英文授課方式，通過實(shí)時(shí)演示在線生物信息學(xué)分析方法，加深學(xué)生的直觀實(shí)踐體驗(yàn);依托于網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)，拓寬學(xué)生知識(shí)面;堅(jiān)持教學(xué)和科研互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)科研于教學(xué)相長(zhǎng);改閉卷考試為大作業(yè)，提高學(xué)生綜合利用生物信息學(xué)的分析技能。這些改革措施調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)踐分析技能和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué);雙語(yǔ)教學(xué);改革及實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）46-0125-02

生物信息學(xué)是生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科相互交叉而形成的一門新興學(xué)科。它以DNA和蛋白質(zhì)為研究對(duì)象，通過對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析，進(jìn)而達(dá)到揭示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義的目的[1]。基于“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、強(qiáng)化能力、提高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)指導(dǎo)思想，河南科技大學(xué)生物科學(xué)及生物技術(shù)本科專業(yè)開設(shè)了《生物信息學(xué)》課程，以便讓學(xué)生理解并掌握生物信息學(xué)領(lǐng)域的基本概念和基本理論，具備初步的生物信息學(xué)分析技能和實(shí)踐操作能力，從而適應(yīng)今后工作和學(xué)習(xí)的需要。

生物信息學(xué)的研究對(duì)象為各種分子生物學(xué)數(shù)據(jù)，是在全世界各個(gè)實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的，然后再提交到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中[2]。目前，這些大型分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)在存儲(chǔ)、檢索和可視化上，都是英文界面;《生物信息學(xué)》課程中講授的生物信息學(xué)軟件也均以英文為界面[3]。由于生物信息學(xué)學(xué)科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學(xué)》課程的教學(xué)有其特殊性，其中一點(diǎn)就是適宜于開展較高水平的雙語(yǔ)教學(xué)。通過雙語(yǔ)教學(xué)，可使學(xué)生盡快掌握以英文為界面的生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源及相關(guān)生物信息學(xué)分析軟件的使用，提高本科生生物信息學(xué)基本的分析技能，繼而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。根據(jù)《生物信息學(xué)》的課程特點(diǎn)，我們開展了雙語(yǔ)教學(xué)的改革和實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

《生物信息學(xué)》課程涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，在線生物信息學(xué)分析平臺(tái)均為英文界面，多數(shù)學(xué)生因而存在一定的畏難情緒。因此，在授課的過程中，首先引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)生物信息學(xué)基本分析方法及專業(yè)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)。學(xué)生通過瀏覽英文網(wǎng)站，英文閱讀能力得到了很大提高;同時(shí)也開拓了視野，提升了知識(shí)面。總之，通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生逐步建立起學(xué)習(xí)的興趣和自信心，為開展《生物信息學(xué)》雙語(yǔ)教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、選用英文原版教材

目前，適宜于本科生《生物信息學(xué)》雙語(yǔ)教學(xué)的英文原版教材較為欠缺[4]。其原因有兩點(diǎn)：一方面，部分《生物信息學(xué)》原版英文教材非常昂貴，因成本原因不適宜于本科生選用;另一方面，通俗易懂、適合入門的《生物信息學(xué)》英文教材又少之又少。項(xiàng)目組最終篩選到了一本適宜于我校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)本科生選用的英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，該教材淺顯易懂，實(shí)踐操作性強(qiáng)，適宜于生物信息學(xué)初學(xué)者選用;另一方面，打印或復(fù)印該教材的成本較低，學(xué)生易于接受。

三、更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

基于英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，適當(dāng)更新并優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)傳授了應(yīng)用性較強(qiáng)的生物信息學(xué)實(shí)踐分析技能。如核酸及蛋白序列數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、核酸及蛋白序列的相似性搜索、序列比對(duì)、分子系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建、蛋白物理特性及3D結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)等分析技能。另外還講授了離線單機(jī)版生物信息學(xué)軟件如DNAMAN 6.0、Primer Premier 5.0、MEGA 5.0的使用方法。

四、適當(dāng)講解理論算法

在注重傳授生物信息學(xué)實(shí)踐分析技能的同時(shí)，適當(dāng)講解生物信息學(xué)理論算法。由于生物信息學(xué)涉及的算法多數(shù)都較為枯燥，在授課過程中側(cè)重于分析方法的講解和應(yīng)用。如在講授Needleman-Wunsch全局比對(duì)和Smith-Waterman局部比對(duì)及分子系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權(quán)算術(shù)平均組隊(duì)法）等算法時(shí)，在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合互動(dòng)式“提問”及“板書”等方法輔助學(xué)生理解算法的基本原理及分析方法;同時(shí)布置課后計(jì)算題作業(yè)，要求學(xué)生獨(dú)立完成后上交，從而促進(jìn)學(xué)生鞏固基本理論和基本知識(shí)[5]。

五、采用雙語(yǔ)多媒體授課

為了更好地執(zhí)行《生物信息學(xué)》課程的雙語(yǔ)教學(xué)任務(wù)，我們首先制定了《生物信息學(xué)》課程雙語(yǔ)教學(xué)計(jì)劃。即選用英文教材，制作英文PPT教學(xué)課件，采用中英文相結(jié)合的授課方式。隨著學(xué)生生物信息學(xué)分析能力及專業(yè)英語(yǔ)水平的不斷提高，逐步在授課過程中由少到多地加大英文授課的比例。項(xiàng)目組已于2014-2015學(xué)年第2學(xué)期成功應(yīng)用英漢雙語(yǔ)完成了《生物信息學(xué)》課程的雙語(yǔ)教學(xué)任務(wù)，教學(xué)效果良好。

六、實(shí)時(shí)演示在線分析過程

我?；诰W(wǎng)絡(luò)安全的考慮，在教室內(nèi)僅能登陸校園網(wǎng)而不能登陸外網(wǎng)。在以往的《生物信息學(xué)》教學(xué)過程中，只能采用網(wǎng)頁(yè)抓圖的靜態(tài)教學(xué)方式，造成學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)分析方法的體驗(yàn)不夠強(qiáng)烈。為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，項(xiàng)目組購(gòu)置了能夠接收無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的設(shè)備，在教室內(nèi)可實(shí)時(shí)在線進(jìn)行生物信息學(xué)分析，在講解數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、BLAST分析、Bankit序列提交、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析、蛋白質(zhì)物理特性及3D結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等內(nèi)容時(shí)，學(xué)生得到了更加直觀的實(shí)踐體驗(yàn)，加深了對(duì)生物信息學(xué)分析方法的印象，從而更加容易掌握這些實(shí)踐操作。

七、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)

由于受學(xué)時(shí)的限制，《生物信息學(xué)》課堂教學(xué)的內(nèi)容非常有限。為了讓學(xué)生更好地利用生物信息學(xué)豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，我們基于學(xué)校開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái)，構(gòu)建了《生物信息學(xué)》課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。平臺(tái)不僅提供雙語(yǔ)多媒體課件、教學(xué)視頻、作業(yè)及相關(guān)要求等教學(xué)資料;還提供了Primer Premier、DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BioEdit軟件安裝程序和使用手冊(cè)、生物信息學(xué)英文文獻(xiàn)及常用的在線生物信息學(xué)分析工具的鏈接等內(nèi)容。

八、科研與教學(xué)相長(zhǎng)

在生物信息學(xué)課程的雙語(yǔ)教學(xué)過程中，我們堅(jiān)持教學(xué)和科研互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)相長(zhǎng)。一方面，主講教師將科研中積累到的涉及到生物信息學(xué)的研究成果應(yīng)用于《生物信息學(xué)》教學(xué)過程中，豐富了教學(xué)內(nèi)容。如在講授Bankit在線序列提交序列時(shí)，我們以提交至國(guó)際核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)GenBank的芍藥（Paeonia lactiflora）乙烯受體ETR1（JX406435）、ETR2（KP265307）、ERS1（KP265307）、EIN4（KP265308）基因序列為例;在講授基因外顯子和內(nèi)含子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)時(shí)，以芍藥ACO（KJ719260）和ACS（KP265309）基因組DNA序列為例;在講授Primer Premier軟件時(shí)，以芍藥ACO基因?yàn)槔?，分別設(shè)計(jì)用于半定量RT-PCR、CDS擴(kuò)增及原核表達(dá)載體構(gòu)建所需的PCR引物。通過把科研思路帶入教學(xué)中，從而有效培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力及創(chuàng)新能力。另一方面，教學(xué)實(shí)踐也有利于教師全面了解生物信息學(xué)和相關(guān)學(xué)科的最新進(jìn)展，不斷為科研提供新思路。

九、考試方式改革

《生物信息學(xué)》課程教學(xué)的目的是提高學(xué)生利用信息技術(shù)解決生物學(xué)問題的能力。因此，考試主要考查學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題的能力。項(xiàng)目組對(duì)考試方式進(jìn)行了改革，改閉卷考試為大作業(yè)。要求學(xué)生一人一題，綜合應(yīng)用所學(xué)的生物信息學(xué)分析技能對(duì)所研究的核酸及其編碼的蛋白序列進(jìn)行序列查詢、序列同源性搜索，PCR引物的設(shè)計(jì)，分子系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建，蛋白的物理性質(zhì)及3D結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等分析，占考核成績(jī)的70%。采用這種考試方式，一方面促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不必花大量工夫去死記硬背，而把重點(diǎn)放在了基本理論、基本知識(shí)的鞏固及實(shí)踐操作技能的提高上，有效地提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力;另一方面，也促使教師在教學(xué)過程中，注重從能力培養(yǎng)的角度進(jìn)行教學(xué)課堂設(shè)計(jì)，提升教學(xué)質(zhì)量和水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀林.解碼生命——人類基因組計(jì)劃和后基因組計(jì)劃[M].北京：科學(xué)出版社，2000

[2]周到，黃敏.生物信息學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)探討[J].科教文匯旬刊，2013，（231）：48-49.

[3]戴凌燕，姜述君，高亞梅.《生物信息學(xué)》課程教學(xué)方法探索與實(shí)踐[J].生物信息學(xué)，2009，7（4）：311-313.

[4]雷蓓蕾.生物信息學(xué)本科教學(xué)初探[J].黑龍江科技信息，2014，（26）：22.

[5]范丙友，賈小平，胥華偉，等.生物信息學(xué)課程教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2013，（16）：61-62.