以實踐為主的生物信息學教學改革及成效

以理論為主的生物信息學教學改革及成效〔〕:

摘要：根據(jù)生物信息學的教學特點和難點，結合石河子大學生物科學和生物技術專業(yè)背景，本文以理論為主，采用啟發(fā)式、討論式、互動式、混合式等教學方式，改良了生物信息學的教學，獲得良好成效，不僅進步了學生的學習主動性，而且提升了教師的業(yè)務才能，推動了教師的科研工作。

關鍵詞：生物信息學；應用；教學

本文引用格式：馬磊，等.以理論為主的生物信息學教學改革及成效[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(61):32-33,36.

生物信息學是一門利用數(shù)理方法和信息科學研究生命現(xiàn)象的學科，是由生物、醫(yī)學、數(shù)學、信息科學和計算機科學融會而成的新領域[1,2]。生物信息學技術通過不斷搜集、分析、分類和重組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新線索、新現(xiàn)象和新規(guī)律，為科學研究提供打破口和新思路，是生物〔醫(yī)學〕相關研究中的必要工具[3,4]。本文分析了生信息學的教學特點和難點，結合學校實際情況，提出了教改思路，并分析了教改效果。

一生物信息學教學的特點及難點

鑒于生物信息學課程對生物科學的理論、理論要求，以及對信息技術掌握的要求，其教學具有以下特點：〔1〕教學數(shù)據(jù)資源龐大。數(shù)據(jù)存儲、檢索和分析是教學的主要內容，要請教學資源具有強大的網(wǎng)絡搜索功能。〔2〕教學內容更新快、穿插性強。生物信息學包含生物學和計算機科學兩個領域的知識，這兩個領域開展較快，要求生物信息學教學內容不斷更新。〔3〕課程教學理論性強。生物信息學教學理論涉及生物技術專業(yè)理論和計算機應用技術理論兩塊內容，要求協(xié)調安排這兩塊內容，使這兩種技術都能發(fā)揮作用。

生物信息學教學具有以下難點：〔1〕英語要求高。大多數(shù)生物信息學資源和數(shù)據(jù)挖掘工具都是英文的，例如NCBI、UCSC網(wǎng)站，學生初次接觸會感覺晦澀乏味，易使學生失去興趣，知難而退?！?〕數(shù)學理論較深，計算機實際操作要求高。對于生物專業(yè)的學生理解和運用數(shù)學理論、計算機編程、數(shù)據(jù)庫檢索等技能，較為困難。〔3〕課程難點多、綜合性強。生物信息學與多種學科穿插，綜合性與復雜性較強，難點較多。〔4〕教學內容更新快。生物信息學相關研究開展迅速，新觀念和新技術不斷涌現(xiàn)，教學內容需不斷跟進。

二生物信息學教學改革思路

〔一〕加強理論，立足應用

生物信息學的教學應注重培養(yǎng)學生的理論技能，注重將課堂知識與科學理論嚴密結合【4】。課堂教學應聯(lián)絡詳細實例講解理論和方法，著重介紹各種生物信息學的數(shù)據(jù)庫檢索、使用方法和技巧，以便學生更好地理解。針對生物信息學的相關理論和知識，應著重訓練學生解決科學問題的思路，從實際出發(fā)，進步學生的理論才能。

〔二)優(yōu)化理論教學，改良教學方法

以"學生主體，教師輔導";為原那么，利用研討式、任務式、翻轉課堂式等教學方法【5】，進步生物信息學教學質量。教師可根據(jù)教學大綱規(guī)定的內容，設計教學或理論主題，例如選取當前生物信息學相關研究的熱點和焦點事件，作為討論主題，激發(fā)學生自主學習潛能，輔以相關文獻為研讀資料，以小組討論和全班交流的形式進展課程學習。

〔三〕優(yōu)化實驗教學內容，培養(yǎng)學生動手才能

以循序漸進的原那么，選擇生物信息學實驗教學內容，針對典型問題設置理論情景，激發(fā)學生的主觀能動性和探究欲，加強學生創(chuàng)新精神和實驗才能的培養(yǎng)。選取開放式實驗，鍛煉學生的發(fā)現(xiàn)和分析問題的才能，逐步形成科學的思維方法和嚴謹?shù)目茖W工作作風。

〔四〕采用講、練做一體化的教學形式，注重學生理論才能的培養(yǎng)

打破傳統(tǒng)的PPT課件的靜態(tài)學習形式，實如今網(wǎng)絡實驗室的動態(tài)理論形式。教師可一邊講解理論知識，一邊教學生怎樣使用生物信息學數(shù)據(jù)庫和相關工具。例如，利用的網(wǎng)絡實驗室，在授課現(xiàn)場以一個詳細基因為例，在引入生物信息學數(shù)據(jù)庫理論知識的同時，利用NCBI等生物信息數(shù)據(jù)庫對該基因核酸、蛋白質序列進展檢索；然后，再利用檢索結果，直觀學習數(shù)據(jù)庫的構造、儲存形式等理論知識。以講、練做一體化的教學形式，使學生理解常用生物信息學軟件的原理和使用方法，掌握相關理論知識。

〔五)發(fā)揮網(wǎng)絡教學優(yōu)勢，增強教與學的互動性

充分利用網(wǎng)絡的互動特征，實現(xiàn)信息技術與課程的結合。教師可以通過論QQ、微信等，設置討論主題，引導學生參與。網(wǎng)絡環(huán)境下教學不僅可以進步學生的參與度，而且為師生互動提供便利，有利于教師及時理解學生情況，不斷調整教學方案，進步教學效果。

〔六〕改革考核環(huán)節(jié)，評估理論才能

注重理論技能考試，淡化理論考試。在考核中，重點考核學生對理論技能的掌握程度，采取上機操作，現(xiàn)場考察學生對根底知識和根本原理的掌握程度，促進學生注重進步理論理論的綜合才能。

〔七〕以科研促進教學，進步教學質量

科學研究是教學材料的源泉，以科研促教是進步教學質量的有效途徑【6】。教師可以結合自己的科研中發(fā)現(xiàn)的問題及成果，以詳細實例豐富課堂教學內容，還可介紹教師的科研經(jīng)歷，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新欲望和科研素質。

三生物信息學教學改革成效

〔一〕學生學習主動性明顯增強

教學完畢后，課程組教師對學生掌握相關技能的程度開展了問卷調查〔表1〕。調查對象為生物技術專業(yè)的學生。選擇課程中探究式教學的一個詳細實例，以教改前學生的學習情況作為對照。教改前后，學生對所選專題的掌握程度存在顯著差異，尤其表如今對第1、3、4個技能工程的掌握。由此說明，教改后實現(xiàn)了"教學做一體";，在任務的引領下學生通過"學中做、做中學";的學習過程，有效地將理論與實際相結合，從中訓練并掌握這些技能工程。在整個教學過程中，學生不僅掌握專業(yè)知識和技能，還進步了研究興趣和獨立考慮才能，鍛煉了科技論文的閱讀、寫作程度和演講才能。特別是在課堂報告和答疑過程中，學生獲得了鍛煉時機。通過團隊合作和共同努力，每個小組獨立完成PPT制作和講述。每份報告就像一部作品，使學生獲得了充足的成就感。

〔二〕教學成效明顯，教學評價優(yōu)良

該門課程教學受到了同行專家及學生的一致好評。同行專家認為，生物信息學的課程設置上表達了根底性、寬廣性和實用性原那么；教學內容上與相關學科的聯(lián)絡和交融，充分表達了學生課程創(chuàng)新性、研究性、綜合性的特點。另外，本課程在本科階段引入了當前知識開展的前沿狀況，為學生進入研究生階段做了充分準備，滿足了階段過渡的開展要求，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新才能。學生也認為本課程傳授的知識他們聽得懂、用得上，既夯實了他們的根底知識，又反映了學科開展的動態(tài)，有利于他們科研思維和才能的培養(yǎng)。

〔三〕完善了硬件設施，進步了學生理論才能

課程組建立了生物信息學網(wǎng)絡教學實驗室，滿足了小班的生物信息學教學需求。作為生物信息學教學的根本形式，在網(wǎng)絡實驗內多媒體教學，使講解的內容更加直觀形象，有助于激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對知識的理解和掌握，進步學生理論與理論相結合的才能。

〔四〕健全了課程體系，實現(xiàn)了混合式教學

課程組在生物科學和生物技術專業(yè)培養(yǎng)方案中增設了?生物信息分析工具I：Matlab?、?生物信息分析工具II：R語言?、?PERL編程技巧?、?Linux操作系統(tǒng)?等本科初階選修課，?生物信息學算法導論?、?分子進化與系統(tǒng)發(fā)育?等研究生進階選修課，以彌補生物專業(yè)學生在計算機和數(shù)學等方面較為薄弱的問題。

鑒于課程內容難度大、進展快，與其他課程穿插性強的特點，近年來，課程教師積極探究并嘗試引入啟發(fā)式、討論式、互動式、翻轉式、混合式多種教學方法，改變了以往單一"注入式";的教學過程，激發(fā)了學生的學習興趣和鍛煉了學生的思維才能，進步了學生使用生物信息學處理實際問題的才能。

〔五〕生物信息學成為了學生就業(yè)與考研的新方向

隨著教學深化，學生們意識到生物信息學是將來生物〔醫(yī)學〕研究和開發(fā)中的必要工具，發(fā)現(xiàn)生物信息相關產(chǎn)業(yè)潛力宏大，逐步產(chǎn)生在相關領域的就業(yè)意向【7】。例如，許多本科生畢業(yè)后從事生物信息學相關工作。此外，許多學生還選擇生物信息學作為進一步讀研學習的方向。

〔六〕提升了教師業(yè)務才能，推動了教師的科研工作

在精心備課過程中，課程組教師閱讀大量相關材料，深化專業(yè)知識，進步了專業(yè)技能。此外，在師生互相啟發(fā)的作用下，課程組教師提升了自身教學才能，獲得多項教學成果獎，而且課程組教師還獲得了科研靈感，先后獲得國家自然科學基金、國家高技術研究開展方案、中國博士后科學基金等科研工程資助，發(fā)表多篇論文，實在加強了自身的科研素養(yǎng)。

綜上所述，本課程組以理論為主導，采用啟發(fā)式、討論式、互動式、混合式等教學方式，改良了生物信息學的教學，獲得良好成效，不僅進步了學生的學習主動性，而且提升了教師的業(yè)務才能，推動了教師的科研工作。

參考文獻

【1】鄭珂暉,溫永仙.農林院校生物信息學專業(yè)數(shù)據(jù)庫技術課程教學改革芻議[J].生物信息學,2022,13(02):111-115.

【2】孟盈,孟然,聶澤龍.生物科學專業(yè)生物信息學課程教學形式的討論[J].教育現(xiàn)代化,2022,5(47):190-191.

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【4】石曉衛(wèi),張靖,王林嵩.應用型專業(yè)生物信息學教學體系改良與理論[J].生物學雜志,2022,35(04):1