生物信息學(xué)創(chuàng)新教學(xué)模式的探究

尤琪

摘 ? 要：伴隨社會(huì)科技的不斷發(fā)展，在人類基因組計(jì)劃、遺傳語言、生物大分子功能與結(jié)構(gòu)等研究取得成果下，從20世紀(jì)80年代末開始生物信息學(xué)已經(jīng)成為了生物科學(xué)中一門新興學(xué)科，對(duì)各界人士在生物領(lǐng)域的工作研究有著重要作用。本次研究將對(duì)生物信息學(xué)基本概念、目前教學(xué)存在的問題進(jìn)行分析，并提出了創(chuàng)新教學(xué)模式具體實(shí)踐方法。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) ?創(chuàng)新教學(xué) ?實(shí)踐方法

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（b）-0187-02

作為生物學(xué)科重要組成部分，生物信息學(xué)是生物學(xué)研究以及學(xué)習(xí)生物的科研人員、教師以及學(xué)生的重要工具。作為一門全新并具有極大發(fā)展?jié)摿Φ那把貙W(xué)科，生物信息學(xué)創(chuàng)設(shè)條件還不夠成熟，在師資力量、教學(xué)模式以及教學(xué)方法等方面存在一定問題，制約著學(xué)生學(xué)習(xí)生物成效。因此，本文對(duì)生物信息學(xué)創(chuàng)新教學(xué)模式的研究，有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ?生物信息學(xué)基本概念

生物信息學(xué)作為一門新興學(xué)科，主要是生物學(xué)、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)之間進(jìn)行相互結(jié)合發(fā)展而成。其主要是通過信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)等方式，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理，探索海量數(shù)據(jù)間內(nèi)在關(guān)系以及生物學(xué)涵義，從而達(dá)到提煉具有價(jià)值生物學(xué)知識(shí)的目的[1]。

2 ?生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 師資力量匱乏

師資力量是衡量一門學(xué)科發(fā)展水平的關(guān)鍵，而當(dāng)前生物信息教學(xué)，沒有一個(gè)完善的師資隊(duì)伍，滿足不了我國(guó)生物信息學(xué)發(fā)展需求，同時(shí)教師教學(xué)水平達(dá)不到生物信息學(xué)教學(xué)要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 缺乏人才培養(yǎng)

在生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方面，不同教師不同教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)人才培養(yǎng)方式也不盡相同，導(dǎo)致生物課程體系不符合學(xué)生實(shí)際需求，從而直接影響學(xué)生實(shí)踐能力和探究能力，很大程度上制約了我國(guó)當(dāng)前綜合能力人才的培養(yǎng)[2]。

2.3 欠缺學(xué)科互通

從目前學(xué)科設(shè)置上看，生物學(xué)科和其他專業(yè)缺乏有效的結(jié)合和互動(dòng)。生物信息學(xué)科雖然是新興學(xué)科，但是和其他學(xué)科之間仍然存在一定聯(lián)系，不同學(xué)科教師之間缺乏相互交流和合作，使得生物教學(xué)現(xiàn)狀不樂觀。

2.4 教學(xué)理念陳舊

受傳統(tǒng)教學(xué)觀念根深蒂固影響，教師通常只是重視知識(shí)灌輸，完成教學(xué)計(jì)劃，缺乏對(duì)學(xué)生能力以及素質(zhì)等方面的培養(yǎng)。值得注意的是，任何教學(xué)中都不能忽視理論與實(shí)踐結(jié)合，否則單調(diào)的教學(xué)內(nèi)容會(huì)使得學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。

2.5 教材配置不完善

所有教學(xué)都要依據(jù)教材進(jìn)行，當(dāng)今生物信息學(xué)教育快速發(fā)展，但是并不具備合適的理論和實(shí)驗(yàn)教材，現(xiàn)階段主要應(yīng)用的是國(guó)外原版教材以及翻譯書籍，我國(guó)學(xué)者自行研究制定的書籍少之又少[3]。

3 ?生物信息學(xué)創(chuàng)新教學(xué)模式具體實(shí)踐方法

3.1 明確生物信息學(xué)教學(xué)目標(biāo)

在不同學(xué)科教學(xué)活動(dòng)中，教師和學(xué)生角色定位就不同，在一些教學(xué)活動(dòng)中，教師是主角，學(xué)生是配角，而有一些教學(xué)活動(dòng)，二者角色就要相互轉(zhuǎn)換，主要是依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活掌握。生物信息學(xué)是多學(xué)科之間交叉而生的產(chǎn)物，涵蓋內(nèi)容較為復(fù)雜廣泛，因此，如果讓學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)，會(huì)帶來一定難度。特別是生物信息學(xué)中有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)方面，如隱馬爾科夫鏈、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法等等，在教學(xué)中需要教師做主導(dǎo)角色進(jìn)行講授。

由于課堂時(shí)間受限，利用探究式教學(xué)模式，讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間繼續(xù)拓展知識(shí)。如玉米基因組SSR引物設(shè)計(jì)，對(duì)于這種問題，通常無法得到直接答案，需要學(xué)生自己查找相關(guān)數(shù)據(jù)庫而后進(jìn)行總結(jié)分析。然后對(duì)學(xué)生實(shí)行隨機(jī)分組制，通過小組合作方式去搜索相關(guān)基因和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫。針對(duì)具體問題進(jìn)行討論，最后教師總結(jié)分析，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并給出適當(dāng)合理建議。

3.2 理論與實(shí)踐充分結(jié)合

3.2.1 有效利用生物數(shù)據(jù)庫，提高學(xué)生處理能力

生物信息學(xué)教師讓學(xué)生利用生物數(shù)據(jù)庫，提高學(xué)生對(duì)生物信息處理能力，在大型服務(wù)器和計(jì)算機(jī)參與下，大大提高了生物分子研究工作效率。目前，生物數(shù)據(jù)庫總數(shù)已經(jīng)達(dá)到500個(gè)以上，蛋白質(zhì)以及其他生物大分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類，數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡(luò)為其提供多種形式數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。

3.2.2 開發(fā)序列比對(duì)軟件，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力

開發(fā)序列比對(duì)軟件，可以增強(qiáng)學(xué)生利用生物信息處理軟件能力。通過比較，把未知序列和數(shù)據(jù)庫中已知數(shù)列進(jìn)行對(duì)比，這是一種有效的研究方式?？梢詫?shí)現(xiàn)2個(gè)物種全基因組序列對(duì)比工作，進(jìn)行序列比對(duì)比主要目標(biāo)是通過判斷2個(gè)序列之間是否有充足相關(guān)性，進(jìn)而判斷二者是否存在同源性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過培訓(xùn)序列比對(duì)軟件開發(fā)，使得學(xué)生更好地使用生物信息處理軟件，同時(shí)也能解決其他軟件問題。

3.2.3 合理運(yùn)用生物信息學(xué)，提高學(xué)生思考能力

教師在實(shí)踐教學(xué)中結(jié)合相關(guān)生物信息學(xué)相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生思考能力，提高蛋白質(zhì)信息獲取能力。因?yàn)闃?gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸化學(xué)構(gòu)造上與構(gòu)成核算的4種堿基差別相差甚遠(yuǎn)，所以無論是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)還是功能，都具多樣性。目前，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息獲取工作還需耗費(fèi)大量時(shí)間，對(duì)技術(shù)和技巧提出了更高要求。由于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜，需要通過生物信息學(xué)相關(guān)技術(shù)方法對(duì)其解釋，充分利用生物信息學(xué)知識(shí)，促使學(xué)生更好更快掌握蛋白質(zhì)信息。

3.2.4 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

當(dāng)今是高技術(shù)信息時(shí)代，教師應(yīng)當(dāng)充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。所謂生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要是通過對(duì)大量生物數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析出實(shí)際需求，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用生物信息學(xué)相關(guān)知識(shí)和方法，具有生物信息提取、存儲(chǔ)、處理以及分析能力，促使學(xué)生形成獨(dú)立思考和獨(dú)立分析能力，并將理論知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問題中。生物信息學(xué)教學(xué)應(yīng)根據(jù)學(xué)生掌握情況逐漸增加難度，把典型的生物學(xué)問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)性和探索精神，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新能力。

生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用互動(dòng)網(wǎng)平臺(tái)，把計(jì)算機(jī)作為輔助工具，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。把課程知識(shí)與網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合，通過電子郵件與學(xué)生之間建立交流，將教學(xué)內(nèi)容、工具等傳遞給學(xué)生，此外，學(xué)生也可通過這種方式將實(shí)驗(yàn)報(bào)告、作業(yè)以及各種問題和意見反饋給教師，利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生相之間雙贏的目的。

3.2.5 加強(qiáng)實(shí)踐考核，強(qiáng)化學(xué)生綜合能力

生物信息學(xué)主要目的是學(xué)習(xí)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)。計(jì)算機(jī)以及其他應(yīng)用軟件，掌握分析生物信息理論和方法。因此，通過上機(jī)實(shí)際操作著重考核學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)作用下，分析生物信息以及解釋結(jié)果的能力，考察學(xué)生生物信息學(xué)基本知識(shí)和基本原理的掌握程度，同時(shí)也考核學(xué)生生物信息分析和實(shí)際應(yīng)用能力。通過實(shí)踐考核，進(jìn)一步提升學(xué)生將理論用于實(shí)踐中的綜合能力。

4 ?結(jié)語

總而言之，生物信息學(xué)作為一門全新學(xué)科。教師要了解當(dāng)前生物信息學(xué)現(xiàn)狀，明確教學(xué)目標(biāo)，以生物信息學(xué)知識(shí)為主體，充分將理論知識(shí)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合。通過數(shù)據(jù)庫的使用、開發(fā)序列比對(duì)軟件、利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、加強(qiáng)實(shí)考核等方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，發(fā)揮探索精神，提高學(xué)生實(shí)際操作能力，進(jìn)一步提升學(xué)生綜合能力以及創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱柳村，李嘉睿.生物信息學(xué)創(chuàng)新教學(xué)模式的探究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017（6）：185-187.

[2] 胡楊.《生物信息學(xué)》課程教學(xué)模式探討[J].生物信息學(xué)， 2018，16（2）：10-13.

[3] 羅曉霞，夏占峰，王建明.生物信息學(xué)課程“教研一體化”教學(xué)模式初探[J].教育現(xiàn)代化，2017，4（52）：57-59.