緒論：寫作既是個人情感的抒發(fā)，也是對學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇生物信息學(xué)的概念范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

篇（1）

探究性學(xué)習(xí)運用于生物的概念教學(xué)，問題情境的設(shè)置可從學(xué)生已有的基本概念出發(fā)，這樣可以幫助學(xué)生在鞏固舊知識的同時同化形成新概念。在初步形成對DNA分子的結(jié)構(gòu)的認識之后，可以讓學(xué)生讀課本的結(jié)構(gòu)模式圖，圖中的信息可以使學(xué)生全面了解DNA的組成、化學(xué)鍵的形成、配對方式、鏈的方向等相關(guān)的原理，幫助學(xué)生理解復(fù)雜的概念，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力，構(gòu)建難忘的知識體系。

探究的問題情境：

（1）請你觀察DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它們的位置關(guān)系怎樣？它們的方向一致嗎？DNA具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？

（2）DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)構(gòu)成的？它們位于DNA的什么部位？

（3）DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？

（4）怎樣叫一個脫氧核苷酸？它的三個組成成分是怎樣鏈接起來的？

（5）脫氧核苷酸間是怎樣鏈接的？

對于第一個問題中DNA分子的兩條鏈的方向的回答，學(xué)生一開始認為兩條鏈的方向都是右旋，是一致的，這時教師不應(yīng)急于點評。后來通過第二和第四個問題的討論，有學(xué)生提出根據(jù)脫氧核苷酸的連接方式，兩條鏈的末端的分子并不一樣，這時教師要鼓勵學(xué)生的質(zhì)疑，組織學(xué)生重新認識DNA分子的結(jié)構(gòu)。

通過這幾個問題，使學(xué)生關(guān)注到DNA分子組成的幾個關(guān)鍵點，并在大腦里形成有關(guān)DNA的具體清晰的結(jié)構(gòu)圖。在此基礎(chǔ)上，通過對課本文字資料的閱讀，整理出有序的、規(guī)范的、簡潔的文字描述，形成對DNA分子結(jié)構(gòu)概念的第二步認識。

例2：模型構(gòu)建，小組合作檢驗概念教學(xué)效果，引發(fā)新的問題探究。

對于結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)，模型構(gòu)建是最直接最有效的教學(xué)途徑。在現(xiàn)代生物科學(xué)研究中，模型方法被廣泛運用。新課標(biāo)提出“要讓學(xué)生領(lǐng)悟生物科學(xué)理論或模型的科學(xué)美”。在生物科學(xué)學(xué)習(xí)中，模型提供觀念和印象，是非常吸引學(xué)生的生動的感性材料，是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分，所以建構(gòu)模型也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。有效地進行這部分的教學(xué)還有助于學(xué)生對結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一及其它相關(guān)內(nèi)容如“DNA的復(fù)制”的理解。

模型建構(gòu)：每個四人小組自備制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的材料用具。每個小組組裝一個含有二十個堿基對的雙螺旋DNA分子片斷。時間：10分鐘。超時的小組，全班放學(xué)時罰跑步兩圈。

建模活動除了有教學(xué)意義之外，還在于回應(yīng)第一個探究情境的問題四：協(xié)作能力的重要性?；顒咏Y(jié)束后的分享和知識延伸：

（1）當(dāng)你發(fā)現(xiàn)組員出錯或者自己出錯時有什么感受？你周圍的組員中哪些人的行為讓你記憶尤深？問題最后是怎樣得到解決的？

（2）你和你的同桌選用的堿基在一開始就能正確配對嗎？你對你們的成功（不成功）的經(jīng)驗（教訓(xùn)）有什么感想？

知識延伸的方面主要在于兩條鏈的方向、DNA的多樣性、DNA的穩(wěn)定性、DNA中遺傳信息的攜帶、DNA的解旋。據(jù)此可以設(shè)置如下問題：

（3）各小組DNA的連接是不是都是正確的？

各小組展示自己的制作成果，發(fā)現(xiàn)多數(shù)小組分子間連接正確，各種小分子的形態(tài)、顏色區(qū)分明顯，整個DNA分子比例恰當(dāng)，制作精良。也有個別小組材料準(zhǔn)備不充分，如：四種堿基沒有用不同的顏色和形態(tài)區(qū)分、磷酸和脫氧核糖沒有用形狀區(qū)分、沒有立體構(gòu)型等。多數(shù)學(xué)生都能指出這些錯誤，說明已經(jīng)掌握相關(guān)知識。

有些班這里沒有錯誤，教師可以自己設(shè)置錯誤，如調(diào)換磷酸的位置、更換不同顏色的堿基位置等。在明確概念的基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，給學(xué)生舉出有關(guān)概念的正面和反面的典型例子，是深刻理解概念的必要手段。學(xué)生由于認知能力的局限性，在討論、探究中難免有偏差、錯誤，這就需要教師的指導(dǎo)、點撥。新課標(biāo)強調(diào)“對學(xué)生獨特的感受和體驗應(yīng)加以鼓勵”， 教師也應(yīng)及時對學(xué)生的觀點看法進行點評、補充。

在課堂教學(xué)中，學(xué)生對概念的掌握往往是一個逐步深入和提高的過程，一般都是由現(xiàn)象到本質(zhì)、由簡單到復(fù)雜、由具體到抽象的完善過程。因此，在教學(xué)過程中，感性材料的認識和分析、感性到理性的提升、概念本質(zhì)的剖析、知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化是教師進行概念教學(xué)的幾個突破點。在新教材的探究性學(xué)習(xí)中，基于學(xué)生的知識水平和認識規(guī)律進行的有計劃的探究性學(xué)習(xí)，能幫助教師有效的進行概念教學(xué)，成功地引導(dǎo)學(xué)生沿“感知――分析、綜合等抽象思維――形成概念”這樣的路徑，正確地形成、理解、掌握和運用概念。讀圖分析，動手建模有利于學(xué)生加強感性認識，使知識概念經(jīng)驗化、直觀化，有助于學(xué)生記憶和理解，還可以反饋學(xué)生對DNA分子結(jié)構(gòu)概念的認識。

本案例主要從教師創(chuàng)設(shè)探究情景的角度，對生物概念的課堂教學(xué)展開了分析和探究，而創(chuàng)設(shè)情景的主要目的是引發(fā)學(xué)生的探究活動，尤其是思維探究的活動，教師必須對教學(xué)進行過程中學(xué)生因思維活躍以后迸發(fā)出的教學(xué)設(shè)計、教材外的資源具有敏感性和重組的能力，實現(xiàn)師生積極、有效和高質(zhì)量的多向互動。因此，教師除了在設(shè)計中要有“結(jié)構(gòu)”意識和形成“彈性化”方案，在課堂教學(xué)過程中，更重要的是必須學(xué)會傾聽，把注意力主要放在學(xué)生身上，要學(xué)會及時作出合適的應(yīng)答，通過多向交互作用，推進教學(xué)過程。

在教學(xué)過程中，教師不僅把學(xué)生看作“對象”、“主體”，而且看作是教學(xué)“資源”的重要構(gòu)成和生成者。學(xué)生在課堂活動中的狀態(tài)，包括他們的學(xué)習(xí)興趣、積極性、注意力、學(xué)習(xí)方法與思維方式、合作能力與質(zhì)量、發(fā)表的意見、建議、觀點，提出的問題與爭論乃至錯誤的回答等等，無論是以言語，還是以行為、情緒方式的表達，都是教學(xué)過程中的生成性資源。教師要不斷捕捉、判斷、重組課堂教學(xué)中從學(xué)生那里涌現(xiàn)出來的各種各類信息，推進教學(xué)過程在具體情境中的動態(tài)生成。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.生物課程標(biāo)準(zhǔn).北京師范大學(xué)出版社，2003，2.

［2］任長松.探究式學(xué)習(xí):18原則.

篇（2）

生活是一個巨大的資料庫，儲存著眾多的知識寶藏，這些知識寶藏都是以生活現(xiàn)象的形式存在著的，教師應(yīng)該挖掘生活中與課堂內(nèi)容有關(guān)的一些現(xiàn)象，將它們置于學(xué)生面前，并將課堂內(nèi)容植入其中，讓學(xué)生更能透徹地對具有理論性的課堂內(nèi)容加以理解.以“細胞呼吸”這一核心概念的教學(xué)為例，教師在進行課堂教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入的時候，可以將生活中的有關(guān)現(xiàn)象擺在學(xué)生面前，這些在生活當(dāng)中發(fā)生的現(xiàn)象是學(xué)生日常所接觸的，但由于沒有理論知識做支撐，這些現(xiàn)象對學(xué)生而言既熟悉又陌生.由于他們對這些發(fā)生在周圍的現(xiàn)象的緣由不清楚，再加上他們自身受強烈求知欲的支配，使其被該內(nèi)容吸引，并隨著教師一步步的引導(dǎo)，漸入課堂的臻境.例如，在講解“細胞呼吸”這一概念的時候，教師可以將生活現(xiàn)象作為引線，以提問的方式導(dǎo)入課堂內(nèi)容：同學(xué)們你們知道為什么我們每天都離不開一日三餐嗎？起初，學(xué)生認為這一問題很簡單，顯然是為了填飽肚子，補充身體所需的能量.“那么我們吃下去的食物又是如何轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼哪芰康哪?？”面對這一問題，在場的學(xué)生啞然.然后教師再進行新課導(dǎo)入，“要想了解能量轉(zhuǎn)變的過程，我們首先就要揭開'細胞呼吸'這一面紗.”通過教師這一順勢的引導(dǎo)，學(xué)生就會注意力集中，聽教師將謎底一步步揭開.細胞呼吸是在細胞內(nèi)，生物體內(nèi)的有機物經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量的總過程.

二、問題情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生自主探究

一個問題的產(chǎn)生又會牽引出一系列的問題，形成問題的連環(huán)扣.而對于這些問題來說，它們都是以生活作為源頭，以生活作為存在的情境，是我們常常接觸到，既熟悉又陌生的問題現(xiàn)象，對我們的生活起著重要的影響，可以說，它是組成生活的一部分，這就決定了它的可探究性.在生物課堂教學(xué)中，教師要利用這一點，創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，讓學(xué)生通過自主探究，進一步深刻地了解生活，走進生活.

對于“細胞呼吸”這一概念而言，在生活中我們常常會接觸到.它是生物體內(nèi)的有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量的總過程.從細胞呼吸的方式來看，主要分為兩種，一種為有氧呼吸，另一種為無氧呼吸.這兩種呼吸方式在生活中各有指涉現(xiàn)象，所以為了更好的研究，教師應(yīng)該挖掘生活當(dāng)中潛藏的有關(guān)現(xiàn)象，進行循序漸進的提問，并鼓勵學(xué)生進行自主探究.在生活當(dāng)中，用于釀酒以及發(fā)面的酵母菌是一種單細胞真菌，無論是在有氧還是無氧的情況下，酵母菌都可以很好的生存，而且該菌屬于兼性厭氧菌.正因為這種雙重的呼吸方式，才便于教師引導(dǎo)學(xué)生研究細胞呼吸的方式.關(guān)于酵母菌的呼吸現(xiàn)象在生活中比比皆是，例如在日常生活中我們所吃的饅頭或者面包，你會發(fā)現(xiàn)它們在利用酵母菌之后而變得疏松多孔，這就是酵母菌在發(fā)酵的過程中，發(fā)生了氣體膨脹所導(dǎo)致的.基于這一情景資料，教師可以向同學(xué)提出問題，并引導(dǎo)其自主地解決問題.例如教師可以問學(xué)生：對于酵母菌來說，它實質(zhì)上是以怎樣的方式來進行細胞呼吸的？其二，發(fā)酵時，酵母菌主要產(chǎn)生的是哪種氣體？學(xué)生根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗，以及所創(chuàng)設(shè)的情境資料，就會針對問題進行假設(shè)性回答：如果說酵母菌在無氧以及有氧的情況下都能生存，那么這就說明酵母菌既可進行有氧呼吸，又可以進行無氧的呼吸.其二，既然酵母菌可以用來發(fā)面，那么其有氧呼吸的產(chǎn)物可能是CO2.這樣一來學(xué)生就會對細胞呼吸有一個整體的了解，為以后進一步的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).

三、分組實驗，突破難點、重點

篇（3）

1.以生命科學(xué)史教學(xué)為主的高中生物課堂教學(xué)

新課改以來，生物教材的編寫更加注重生物科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和科學(xué)方法的訓(xùn)練，使得學(xué)生更加理解知識以至形成較為正確的科學(xué)觀念和正規(guī)生物學(xué)科學(xué)習(xí)理念，讓學(xué)生對生物科學(xué)史能夠加深其自身過程理解能力和本質(zhì)理解能力等，此類方式無疑是當(dāng)前我國高中生物教學(xué)過程中教學(xué)效果最為明顯的一種教學(xué)形式。需要注意的是，就具體高中生物教學(xué)而言，生物課程概念理解尤為重要，其主要體現(xiàn)在核心概念形成上、核心概念發(fā)展過程上和核心概念內(nèi)部自含方法上，所以利用生物科學(xué)史速進學(xué)生對生物核心概念建構(gòu)的確切實可行。

2.通過比喻來使一些抽象化的問題變得簡單易懂

在生物學(xué)核心概念中，抽象化生物概念居多，學(xué)生并不是很好理解，那么我們就需要將這些抽象化概念來進行具體化形式體現(xiàn)，再把具體事物抽象出來，同時將其運用適當(dāng)方法加以表現(xiàn)，可使學(xué)生直觀了解相關(guān)高中生物抽象化基本概念和基本含義。最為常見的例子即為生物核心概念“染色體組”，在此案例中，可用撲克牌的類比方法來教予學(xué)生；“減數(shù)分裂”可以通過橡皮泥反應(yīng)染色體形態(tài)變化模型方法來進行傳授，把父母雙方染色體分別用不同顏色的橡皮泥來予以正確表示，只有這樣才能夠在一定程度上以生動形象的方式表現(xiàn)出減數(shù)分裂各個時期染色體所表現(xiàn)的行為。這種比喻方法可以使學(xué)生對生物學(xué)概念的抽象從而變得簡單通俗，更能夠加強學(xué)生對此種教學(xué)方法的理解能力。

3.運用比較來尋找差異

生物核心概念中大都意義相近或關(guān)系較為密切，這便會使學(xué)生對一些生物概念比較容易混淆，以至不便于學(xué)生理解和學(xué)生掌握。例如就拿光合作用于呼吸作用來比較，可以通過它們的反應(yīng)場所、條件以及物質(zhì)變化和能量變化等四個方面來做對比，從中可以看出，光合作用是通過植物、藻類和某些細菌以二氧化碳和水做原料，必須有葉綠體的情況下通過光合作用形成含糖的有機物，之后在此基礎(chǔ)上進行有機物的合理存儲，但此時呼吸作用則與之相反。這樣通過對比來了解兩者之間的聯(lián)系和差異，以便加深學(xué)生對這兩個概念的理解和認知。

4.對高中生物核心概念的剖析

從生物學(xué)資料和生物學(xué)科網(wǎng)絡(luò)資源中可以看出，現(xiàn)下國內(nèi)較為常見的一種高中生物核心概念就是一種名字解釋和學(xué)科基本定義。我們通常所說的高中生物核心概念就是高中生物重點概念和學(xué)科自身內(nèi)部重點名詞以及解釋等。所以，高中生物學(xué)科蛋白質(zhì)、高中生物學(xué)科核酸、高中生物學(xué)科光合作用、高中生物學(xué)科呼吸作用、高中生物學(xué)科中心法則、高中生物學(xué)科生態(tài)系統(tǒng)等等皆被視為高中生物學(xué)科核心概念，教師認同感倍增。此條首要一點就是要抓住生物核心概念關(guān)鍵詞，例如同源染色體的概念是：配對兩條染色體，染色體形狀和染色體大小一般情況下大都處于等同狀態(tài)，一條來自父方，一條來自母方，此種形式亦被稱為叫做同源染色體。

5.使用多媒體輔助工具等進行加深理解和認知

隨著現(xiàn)代社會科技的飛速發(fā)展，多媒體文化教育技術(shù)已經(jīng)越來越成熟普遍。通過計算機對視圖、文字、動畫、音頻的處理可以使一些抽象的生物概念被形象生動的表現(xiàn)出來，此項技術(shù)具有圖、文、聲并茂，刺激多種感官認知以至學(xué)生加強對生物概念理解和對此類生物學(xué)概念意義長久保持，同時也能夠渲染優(yōu)異教學(xué)環(huán)境，營造良好學(xué)習(xí)氣氛。之后在此基礎(chǔ)上做出概念圖來對基本概念進行系統(tǒng)分析，一般構(gòu)建一個完整的概念圖需要以下幾個步驟：擬定一個生物概念主題，列出與主題相關(guān)的概念；將被整理出的主要概念進行科學(xué)合理排序，按照概念的邏輯關(guān)系和等級確定關(guān)系；初步擬定概念圖的縱向分層和橫向分支；用連線方式建立概念之間關(guān)系連接并注明兩者之間關(guān)系；通過射線來標(biāo)明兩者間主從關(guān)系；為了更加全面了解概念圖的解析，下面復(fù)雜概念圖便能夠?qū)Υ祟愔R進行全面闡述和說明，表明了高中生物概念教學(xué)細胞增殖方式、高中生物概念教學(xué)意義等生物核心概念的基礎(chǔ)性關(guān)聯(lián)，適時突出各種核心概念間的有效關(guān)系。

上圖我們可以清楚劃分各概念之間主從關(guān)系，高中生物核心概念教學(xué)中，學(xué)生更能夠?qū)Σ糠指咧猩飳W(xué)科概念和內(nèi)容加深理解，無論是在教師授課上，還是以后學(xué)生的系統(tǒng)復(fù)習(xí)中，教學(xué)效果尤為明顯，可將零散知識逐步系統(tǒng)化，系統(tǒng)知識逐步零散化，使學(xué)生在生物概念的整個學(xué)習(xí)過程更加積極、主動。

結(jié)束語

綜上所述，高中生物課堂教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為整個結(jié)構(gòu)教學(xué)體系中的主體，發(fā)揮出教室原有教學(xué)引導(dǎo)作用，加大概念教學(xué)力度，大力培養(yǎng)學(xué)生自主實踐能力和綜合素質(zhì)，對課堂任務(wù)和課堂教學(xué)內(nèi)容進行仔細分配，然后根據(jù)學(xué)生具體學(xué)習(xí)情況，合理安排課后作業(yè)和實踐活動。本文針對當(dāng)前我國高中生物教學(xué)現(xiàn)狀，對高中生物課堂有效教學(xué)的相應(yīng)教學(xué)策略和教學(xué)途徑進行詳細分析和闡述，希望為我國高中教育事業(yè)的發(fā)展提出相應(yīng)合理化建議。

參考文獻：

[1]裴新寧。概念圖及其在理科教學(xué)中的應(yīng)用[J]。全球教育展望2001，8：47-51

[2]張洪榮?！稖\談生物學(xué)基本概念教學(xué)中的設(shè)疑方法》中學(xué)生物學(xué)2002（02）：：1-14

篇（4）

1．高等數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)

生物信息學(xué)將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)作為主要的計算理論基礎(chǔ)，主要包括數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計方法、動態(tài)規(guī)劃方法、數(shù)據(jù)挖掘等方面。此外還包括隱馬爾科夫鏈模型(HMM)在序列識別上的應(yīng)用，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測的最優(yōu)理論，DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的拓撲學(xué)，遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等。因此，在生物信息學(xué)教學(xué)過程中要求教師具備數(shù)學(xué)及統(tǒng)計學(xué)的計算方法的基礎(chǔ)知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進行數(shù)學(xué)建模和計算，從而對基因和蛋白質(zhì)序列進行比對、進化分析和繪制遺傳圖譜等。

2．生物科學(xué)基礎(chǔ)

生物信息學(xué)包含的生物類學(xué)科有，生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，基因工程、蛋白工程、生物技術(shù)等應(yīng)用學(xué)科。根據(jù)其課程特點，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)課程前需要學(xué)習(xí)生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等基本生物學(xué)課程，對于基因序列、蛋白質(zhì)序列、啟動子、非編碼區(qū)等概念有深刻的理解，同時需要對一些重要的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫有一定的了解，如美國基因數(shù)據(jù)庫(GeneBank)、歐洲分子生物學(xué)實驗室數(shù)據(jù)庫(Embl)和日本核酸數(shù)據(jù)庫(DDBJ)等。此外，要求學(xué)生能夠利用生物學(xué)數(shù)據(jù)庫查找基因序列、蛋白質(zhì)序列、基因及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，能夠讀懂?dāng)?shù)據(jù)庫中基因和蛋白質(zhì)的信息注釋，能夠計算蛋白質(zhì)序列的分子量和等電點，能夠為擴增特定的基因片段設(shè)計引物，能夠?qū)μ囟ㄎ锓N進行系統(tǒng)發(fā)育分析等。

3．計算機科學(xué)基礎(chǔ)

計算機是生物信息學(xué)的主要輔助工具，利用生物信息學(xué)研究生物系統(tǒng)的過程需要能夠熟練使用計算機對大量的生物信息數(shù)據(jù)進行處理和分析，這主要包括對數(shù)據(jù)信息進行搜索(收集和篩選)、處理(編輯、整理、管理和顯示)及利用(計算、模擬)。所以，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的過程中需要了解和掌握一些常用的生物信息學(xué)軟件，如BLAST和FASTA序列比對分析軟件，Oligo和Primer引物設(shè)計軟件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等綜合分析軟件。此外，學(xué)生還需要學(xué)習(xí)和掌握一些常用的計算機語言，如正則表達式、Unixshell腳本語言和Perl語言。利用生物信息學(xué)在處理和分析海量生物數(shù)據(jù)的過程中，計算機軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運行，因此要求計算機操作系統(tǒng)使用Unix和Linux操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)需要大量的操作命令進行輸入執(zhí)行過程，對于經(jīng)常使用Windows操作系統(tǒng)的學(xué)生來說是一個較難跨越的障礙。

二、生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題

目前國內(nèi)大多數(shù)高校的生物信息學(xué)教學(xué)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即以課堂式的理論教學(xué)為主，缺乏必要的實踐教學(xué)。理論教學(xué)模式固定、教學(xué)方法單一、教學(xué)內(nèi)容狹窄，通常是介紹性、科普性的課程，甚至作為公選課程。少數(shù)高校開展生物信息學(xué)的實踐課程教學(xué)，但多以驗證性實驗為主，缺乏和專業(yè)相適應(yīng)的綜合性、設(shè)計性實驗，而開放性實驗更無從談起。

1．教學(xué)模式固定單一

生物信息學(xué)在內(nèi)容層面涵蓋諸多學(xué)科領(lǐng)域，注重應(yīng)用性和實踐性。然而，目前大部分高校把生物信息學(xué)作為一門孤立的課程，這導(dǎo)致教師需要將大多數(shù)課程內(nèi)容壓縮到一門課程進行教學(xué)，在有限的教學(xué)時數(shù)下灌輸大量內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，降低了教學(xué)質(zhì)量。再者，大多數(shù)高校僅開展生物信息學(xué)的理論教學(xué)，忽視實踐教學(xué)過程，造成生物信息學(xué)理論與實踐內(nèi)容的脫節(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論知識后難以深入理解和吸收，無法將所學(xué)的知識應(yīng)用到后續(xù)的工作和學(xué)習(xí)中，最終未能體現(xiàn)出該門課程的價值。

2．教師專業(yè)背景薄弱

作為一門交叉學(xué)科，生物信息學(xué)的教學(xué)要求教師具有較強的數(shù)學(xué)、生物學(xué)和計算機科學(xué)背景。然而，目前從事生物信息學(xué)教學(xué)的教師即便具備深厚的生物學(xué)背景，但是多數(shù)教師在數(shù)學(xué)和計算機方面較為薄弱，并不具備完整的生物信息學(xué)知識體系，對生物信息學(xué)發(fā)展趨勢也了解不多。在師資缺乏的情況下，院系開設(shè)生物信息學(xué)課程，教師為了完成教學(xué)任務(wù)，僅僅在教學(xué)中進行介紹性的講解，在課程考查方式上通過小論文、綜述和課外活動等方式完成該課程的學(xué)習(xí)。因此，無論是理論教學(xué)還是實踐教學(xué)均無法實現(xiàn)該課程大綱的要求，從而影響學(xué)生對生物信息學(xué)課程的理解和掌握，生物信息學(xué)的實踐操作能力更無從談起。

3．實踐教學(xué)薄弱，專業(yè)教材缺乏

生物信息學(xué)實踐課需要學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用計算機學(xué)習(xí)NCBI數(shù)據(jù)庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應(yīng)用、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)圖視軟件的應(yīng)用、序列拼接軟件的應(yīng)用等。但是目前，大多數(shù)高校開設(shè)的生物信息學(xué)課程多以理論教學(xué)為主，實踐教學(xué)課時非常少或者為零，學(xué)生對于生物信息學(xué)課程的學(xué)習(xí)僅僅通過教材上抽象的文字描述進行理解和掌握，這導(dǎo)致學(xué)生在理論課中學(xué)到的知識無法在實踐課中進行驗證或操作，嚴重影響了生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，也偏離了教學(xué)大綱中強調(diào)的重在培養(yǎng)學(xué)生實踐操作能力的培養(yǎng)目標(biāo)。另外，目前還沒有適用于生物科學(xué)專業(yè)的生物信息學(xué)教材。國內(nèi)各大高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，這些教材偏重介紹生物信息學(xué)的理論和方法，涉及的實踐內(nèi)容較少，學(xué)生需要具有較高的相關(guān)知識才能接受和使用這些教材。因此，部分高校在生物信息學(xué)教學(xué)過程中往往使用自家編寫的簡化教材，從而造成生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容不統(tǒng)一，教學(xué)大綱混亂等情況。

4．實踐課程經(jīng)費不足，實踐教學(xué)環(huán)境落后

當(dāng)今，許多發(fā)達國家都很重視生物信息學(xué)的教學(xué)和研究，積極開展各種生物信息資源的收集和分析工作，培養(yǎng)大量生物信息學(xué)人才，為整個生物學(xué)的理論研究及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新(主要是醫(yī)藥和農(nóng)業(yè))提供指導(dǎo)和支撐。國內(nèi)對生物信息學(xué)的關(guān)注和認識起步較晚，其發(fā)展落后于國際發(fā)達國家。國家和高校對生物信息學(xué)的教學(xué)和科研資金投入力度不大，缺乏必要的儀器設(shè)備，生物信息學(xué)的實踐教學(xué)條件得不到保障，比如大多數(shù)高校的生物科學(xué)專業(yè)沒有相應(yīng)的計算機實訓(xùn)室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發(fā)展水平。

三、生物信息學(xué)教學(xué)模式改革的探索

1．修改理論和實踐教學(xué)大綱，編寫適用的實踐教材

根據(jù)當(dāng)今生物信息學(xué)的發(fā)展方向，制定和修改理論教學(xué)大綱，除了引物設(shè)計、基因和蛋白質(zhì)序列比對、基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能預(yù)測等基本內(nèi)容外，還需添加系統(tǒng)進化樹分析、聚類分析、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)譜圖等較為綜合的內(nèi)容。另外，增加實踐教學(xué)課程比例，充實實踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容增加綜合性、設(shè)計性實驗，適當(dāng)提供科研環(huán)境，鼓勵開展開放性實驗。目前國內(nèi)并沒有系統(tǒng)的、專業(yè)的生物信息學(xué)實踐教材，因此針對高校生物科學(xué)專業(yè)方向的特點，聯(lián)合多學(xué)科領(lǐng)域(數(shù)學(xué)、生物科學(xué)、計算機科學(xué))編寫相應(yīng)的生物信息學(xué)實踐教材，在制定、修改實踐教學(xué)大綱和編寫教材的過程中結(jié)合學(xué)生的接受能力，由淺入深，多設(shè)實例和相關(guān)練習(xí)，使學(xué)生循序漸進的理解和掌握生物信息學(xué)的原理和方法，掌握更多的生物信息學(xué)工具。

2．緊密聯(lián)系科研、基于實踐問題開展教學(xué)

通過實踐教學(xué)把生物信息學(xué)教學(xué)與科研有機結(jié)合起來，能夠促進教學(xué)與科研的共同發(fā)展。在緊密聯(lián)系科研的過程中，采用基于問題的教學(xué)(PBL)方法，通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生把所學(xué)的生物信息學(xué)的知識和方法應(yīng)用于各種生物科學(xué)領(lǐng)域的科研活動中，通過解決實際問題訓(xùn)練學(xué)生的實踐技能，從而促進教學(xué)與科研的雙重發(fā)展。例如，在生物信息學(xué)實踐教學(xué)中多加入生產(chǎn)和科研中遇到的經(jīng)典實例，鼓勵學(xué)生利用相關(guān)的生物信息學(xué)軟件及相關(guān)的理論和方法解決問題。學(xué)生也可以選擇自己感興趣的課題，利用自己熟悉的、合適的生物信息學(xué)軟件和相關(guān)知識開展課題研究。此外，專業(yè)教師在指導(dǎo)學(xué)生課題研究的過程中還可以發(fā)現(xiàn)理論和實踐教學(xué)的不足，不斷的完善生物信息學(xué)理論和實踐課程大綱和內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

3．開展多學(xué)科實踐結(jié)合的教學(xué)模式

生物信息學(xué)屬交叉學(xué)科，包含了不同領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能，為使生物信息學(xué)教學(xué)達到教學(xué)的目標(biāo)，該課程教學(xué)需要采用多學(xué)科實踐結(jié)合的教學(xué)模式。多學(xué)科實踐結(jié)合的教學(xué)模式是指聯(lián)合不同領(lǐng)域、不同學(xué)科、不同專業(yè)的課程在教學(xué)的過程中結(jié)合生物信息學(xué)涉及到的知識和技能進行基礎(chǔ)性、鋪墊性教學(xué)。比如，在高等數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)過程中，針對生物信息學(xué)的需求，適當(dāng)增加數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計方法、動態(tài)規(guī)劃方法、數(shù)據(jù)挖掘等方面的基礎(chǔ)內(nèi)容，同時，開設(shè)實例實踐教學(xué)，使學(xué)生理解和掌握隱馬爾科夫鏈模型，牛頓迭代法、最小二乘法等方法的應(yīng)用原理和規(guī)則;在生物科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置上，尤其是實踐課程的教學(xué)過程中，結(jié)合生物信息學(xué)涉及的引物設(shè)計、序列比對分析、基因及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能預(yù)測等方面開展相應(yīng)的設(shè)計性、綜合性、開放性實驗項目，使學(xué)生了解和掌握基本的生物信息學(xué)原理及軟件的應(yīng)用;在計算機科學(xué)的教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)生物信息學(xué)的需求，開設(shè)正則表達式、Perl語言、R語言等課程學(xué)習(xí)，以及增加Linux和Unix操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前打好堅實的基礎(chǔ)。值得注意的是，生物信息學(xué)課程與其他課程的開設(shè)時間和順序需要有一定的探索和評估，對于開設(shè)該課程的時間把握是開展多學(xué)科實踐結(jié)合的教學(xué)模式的關(guān)鍵因素。過早開設(shè)生物信息學(xué)則會導(dǎo)致學(xué)生在不具備相應(yīng)學(xué)科基礎(chǔ)的條件下跨越式的接觸生物信息學(xué)，無法理解和掌握相關(guān)的知識和技能;過晚開設(shè)則會使學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)學(xué)科知識和技能后，由于課程銜接不緊，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)時出現(xiàn)理解滯后和無法適應(yīng)的現(xiàn)象。因此，針對不同專業(yè)和學(xué)科的特點，根據(jù)具體情況進行統(tǒng)籌安排，使生物信息學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科課程有很好的銜接和過渡，以確保和提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

篇（5）

關(guān)鍵詞：師范教育改革；生物學(xué)信息學(xué)；課程建設(shè)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0102-02

隨著教育的發(fā)展，教師體制也不斷發(fā)生改變，順應(yīng)發(fā)展的趨勢，教師資格證的改革開始不斷推進與完善。2012年《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》精神和教育部部署啟動全國中小學(xué)和幼兒園教師資格證改革試點工作，2013年《中小學(xué)教師資格考試暫行辦法》出臺并規(guī)定：試點啟動后入學(xué)的師范專業(yè)學(xué)生申請中小學(xué)教師資格應(yīng)參加教師資格考試。2015年我國正式實施教師資格證國考制度，并實行五年一個周期的注冊制度。教師資格證制度的變革是對高師院校實施教學(xué)改革的促進同時也是對師范生的挑戰(zhàn)。改革制度下更要求提高教師的綜合素質(zhì)和學(xué)生能力的培養(yǎng)，而《生物信息學(xué)》所具備的專業(yè)性與前沿性正是師范教育對學(xué)生著重培養(yǎng)的方向與目標(biāo)。

《生物信息學(xué)》是一門交叉學(xué)科，包含了對生物信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內(nèi)的所有方面，運用數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和生物學(xué)的各種工具闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。隨著大規(guī)模的基因組測序工作的開展，生物學(xué)數(shù)據(jù)獲得了大量的積累，生物信息學(xué)悄然興起并得以蓬勃發(fā)展。生物信息學(xué)使學(xué)生了解學(xué)科前沿和新技術(shù)進展，同時培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。但目前多數(shù)院校只將其設(shè)為選修課程，重視程度很低，而且在教學(xué)內(nèi)容、方法等方面存在一些問題。由于師范教育改革對師范生要求不斷提高，課程的學(xué)法和內(nèi)容也要與時俱進，怎樣建構(gòu)新的課程體系是高師院校需要解決的問題。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.師資力量薄弱。生物信息學(xué)不僅對教師專業(yè)知識要求高，同時也需要有計算機理論基礎(chǔ)的教師來授課。但目前教授生物信息學(xué)課程的教師大多都為其他生物學(xué)課程的教師，這些教師往往缺乏專業(yè)的生物信息學(xué)分析軟件操作訓(xùn)練和計算機基礎(chǔ)，不能將各學(xué)科更好融合。

2.教學(xué)方法滯后。生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，但教師在教學(xué)過程依舊采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，計算機輔助教學(xué)不常見，這種授課方式不僅效果欠佳也沒有發(fā)揮此學(xué)科的優(yōu)勢。而且在教學(xué)過程中不注重培養(yǎng)學(xué)生對生物信息學(xué)的重要性的認識，所以學(xué)生認為該課程只是理論學(xué)科，認識不到其對實踐操作能力的重要和生物數(shù)據(jù)分析的意義。

3.實踐教學(xué)不足。受傳統(tǒng)的教學(xué)觀念影響，教師在教學(xué)過程中只注重理論教學(xué)忽視實踐教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的理論知識與實踐脫節(jié)。因為生物信息學(xué)對于網(wǎng)絡(luò)高度依賴，但由于受學(xué)時限制，課堂教學(xué)的內(nèi)容有限，實踐教學(xué)課時數(shù)較少，內(nèi)容也比較簡單，缺乏完善的實踐教學(xué)過程，學(xué)生也缺乏實際動手操作的能力。

4.考評方案簡單。生物信息學(xué)的考核重點是學(xué)生對生物信息基本概念的理解，軟件操作的掌握程度及生物數(shù)據(jù)分析解釋的能力。但一些學(xué)校的考試形式還全部是理論知識，缺少實際操作能力的檢驗，這種考評辦法的評價效能差，而且不能體現(xiàn)學(xué)科的特點。

二、課程體系建設(shè)優(yōu)化

1.提高教師素質(zhì)。教師是教學(xué)的核心資源，其知識水平和操作技能都會影響教學(xué)的效果。提高教師素質(zhì)首先要對任課教師開展《生物信息學(xué)課程教學(xué)改革和實踐》專題講座，其次鼓勵教師通過查閱相關(guān)文獻，了解課程的特點及發(fā)展，組織大家進行討論，再次，也要積極組織教師參加科研活動，提高科研新能力，在科研過程中進一步了解本學(xué)科的前沿內(nèi)容。

2.編寫教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。如今的教師專業(yè)化不只是強調(diào)教師要有扎實的理論知識，更要有實踐能力。所以生物信息學(xué)的課程建設(shè)改革要組織新的教學(xué)內(nèi)容，合理安排理論學(xué)時特別是實驗學(xué)時。課程標(biāo)準(zhǔn)對生物信息學(xué)的研究內(nèi)容、現(xiàn)狀和發(fā)展前景做具體的介紹，主要對生物信息學(xué)的基本概念和基本方法進行講解，重點是分析軟件的操作方法和生物學(xué)數(shù)據(jù)庫的使用方法的講解。

3.改進教學(xué)方法。師范教育改革意味著對師范生各方面要求的逐漸提高，學(xué)生不能只被動接受知識，所以教師在教學(xué)中要利用多媒體輔助進行直觀教學(xué)，演示生物學(xué)數(shù)據(jù)庫的瀏覽與檢索，軟件的使用，基因序列的檢索、基因閱讀框架的找尋、序列比對、進化樹的構(gòu)建等操作。教師也可以提供課件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等軟件安裝程序及使用手冊等擴大學(xué)生的自學(xué)空間，使學(xué)生的被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，也符合師范教育對學(xué)生創(chuàng)造能力、應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

4.教學(xué)科研結(jié)合。生物信息學(xué)教學(xué)強調(diào)能力的培養(yǎng)，且學(xué)科的交叉性也能使學(xué)生將所學(xué)知識與之結(jié)合。教師可以鼓勵學(xué)生參與相關(guān)課題研究，學(xué)校也可以提供機會讓學(xué)生參與到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)性研究的科研項目中，這樣的學(xué)習(xí)方式可以激發(fā)學(xué)生對科研的興趣，鞏固課程中所學(xué)到的知識，使學(xué)生掌握生物信息學(xué)課程的實踐技能，也更好的體現(xiàn)對師范生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

5.優(yōu)化理論課結(jié)構(gòu)。師范教育提倡以學(xué)生為主體的授課方式，所以課堂可以采取不同的學(xué)習(xí)方式如小組合作或?qū)W生講述等以此豐富理論課的教學(xué)模式。教師可以提出問題由小組成員討論研究學(xué)習(xí)，課堂也可以以自講的方式進行學(xué)習(xí)，學(xué)生通過查閱資料了解學(xué)科在臨床醫(yī)學(xué)、藥物產(chǎn)業(yè)等方面的應(yīng)用以及在后基因組時代的主要研究內(nèi)容等，不僅掌握了前沿知識同時也鍛煉教師技能，對于師范教育培養(yǎng)有很好的促進作用。

6.加強實驗課建設(shè)。師范教育在強調(diào)師范生理論知識的同時更注重實際的操作能力，所以實驗教學(xué)起著越來越重要的作用，在學(xué)習(xí)中通過生物數(shù)據(jù)庫的使用，可以提高學(xué)生處理生物信息的能力。生物學(xué)數(shù)據(jù)庫均可以通過網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)理論知識進行相應(yīng)的實際操作。學(xué)院可以進一步開放實驗室，為學(xué)生創(chuàng)造動手操作的自學(xué)實驗環(huán)境。

7.改革考核方法?？荚囀菣z測教學(xué)效果的方法，也是促進學(xué)生學(xué)習(xí)的有力手段。如何考核需要制定詳細的評價指標(biāo)體系。生物信息學(xué)的考核改革是在基礎(chǔ)考核之上增加了小組答辯和論文成績。小組答辯以生物信息學(xué)在疾病研究中的應(yīng)用為擬設(shè)計命題，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作收集整理相關(guān)文獻并展示其整合分析結(jié)果的能力。論文以蛋白質(zhì)生物信息學(xué)分析在藥物靶點挖掘和藥物設(shè)計中的應(yīng)用為題。最后根據(jù)論文結(jié)構(gòu)完整性和內(nèi)容獨創(chuàng)性、條理邏輯性和學(xué)術(shù)水平進行評分。

三、課程體系構(gòu)建的進一步設(shè)想

進一步利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺慕課擴展生物信息學(xué)的理論深度與新技術(shù)發(fā)展，學(xué)生可以進一步接觸并利用云計算等技術(shù)對大數(shù)據(jù)進行處理，或基于手機客戶端讓學(xué)生隨時可以查詢及學(xué)習(xí)，這樣的構(gòu)建既是生物信息學(xué)課程建設(shè)的發(fā)展，也是培養(yǎng)學(xué)生能力的體現(xiàn)。生物信息學(xué)課程建設(shè)改革對學(xué)生綜合運用知識的能力起到了促進作用，也加強了理論聯(lián)系實踐的操作能力。生物信息學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生全面掌握生物學(xué)知識，對今后選擇生物學(xué)科領(lǐng)域的工作有推動作用，也是師范生成為合格人民教師的理論基礎(chǔ)。

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篇（6）

作者簡介：劉偉（1979-），女，遼寧鐵嶺人，國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院，講師；張紀陽（1979-），男，湖南泌陽人，國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院，講師。（湖南?長沙?410073）

中圖分類號：G642.0?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0060-02

21世紀是生命科學(xué)的世紀，生物技術(shù)飛速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科，旨在用信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，大力發(fā)展交叉學(xué)科，國防科技大學(xué)（以下簡稱“我?！保┙陙砻嫦蛉＠砉た蒲芯可_設(shè)了“生物信息學(xué)”選修課程。

“生物信息學(xué)”作為新興的交叉學(xué)科，具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點。[1]融合性是指生物信息學(xué)涉及的生物、計算機、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的交叉與融合。從20世紀90年代到現(xiàn)在，該學(xué)科發(fā)展非常迅速，研究熱點發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學(xué)科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點一方面為課堂教學(xué)提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認真分析，選定研討式教學(xué)作為該課程的主要授課方式。研討式教學(xué)即研究討論式教學(xué)，是將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程。[2]在教師的具體指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過自我學(xué)習(xí)、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養(yǎng)。[3]通過確立教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計和組織教學(xué)內(nèi)容，在實踐中貫徹研討式教學(xué)理念和方法，在生物信息學(xué)課程中對研討式教學(xué)模式進行了理論探索和實踐創(chuàng)新。

一、教學(xué)目標(biāo)的確立

合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對象的實際情況。首先，教學(xué)對象是研究生，已具備一定的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學(xué)生具備獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學(xué)生，以后從事的工作可能涉及很多學(xué)科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學(xué)科方向進行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學(xué)生不同的知識背景，對于各部分內(nèi)容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業(yè)方向，讓每個學(xué)生都能有所收獲。因此，確立教學(xué)目標(biāo)為：介紹生物信息學(xué)的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學(xué)研究的基本方法和實踐過程。

二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計和組織

1.教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計

確定了教學(xué)目標(biāo)之后，需要對課程的教學(xué)內(nèi)容進行總體設(shè)計。參考國內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置，如北京大學(xué)的“生物信息學(xué)導(dǎo)論”、中科大的“生物信息學(xué)”、中科院的“生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，側(cè)重于方法學(xué)介紹。而我校學(xué)生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計和機器學(xué)習(xí)方法有一定基礎(chǔ)，重點是了解相關(guān)的生物學(xué)問題，并應(yīng)用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷擴大，有必要展現(xiàn)該學(xué)科的最新進展。

因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計上以生物學(xué)問題為主線，結(jié)合最新的研究成果，對各種計算方法的應(yīng)用過程進行深入和細致的講解。在介紹生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀和生物學(xué)基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進展，各專題在內(nèi)容上相互銜接，由淺入深，以便學(xué)生理解和接受。以問題為導(dǎo)向的課程設(shè)計對于啟發(fā)學(xué)生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。

進一步，為了突出部分重點專題及其分析方法，采用案例分析課的形式，針對一些重要問題進行深入探討。鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識，結(jié)合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結(jié)合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學(xué)生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會。

2.教學(xué)內(nèi)容的組織

研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學(xué)習(xí)和吸取老教師的成功經(jīng)驗，總結(jié)調(diào)動學(xué)生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進行了認真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當(dāng)。由于生物信息學(xué)涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進行取舍，在保證知識面的基礎(chǔ)上，突出授課的重點。減少或刪除重要性較低的部分，采用圖片和動畫等形式對重要的知識點加以強調(diào)，以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對重點內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。

篇（7）

【中圖分類號】O158 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0243-01

1.引言

21世紀是“生命科學(xué)的世紀”，隨著實驗技術(shù)的突飛猛進，人類對生命現(xiàn)象的理解也越來越深入，國內(nèi)各大實驗室和科研機構(gòu)正在進行大規(guī)模的濕實驗，產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)量驚人，已經(jīng)突破傳統(tǒng)的實驗科學(xué)研究的范圍。從20世紀末，伴隨著人類基因組計劃的開展，許多計算機科學(xué)家，應(yīng)用數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家都參與系統(tǒng)處理和分析涌現(xiàn)的大量實驗數(shù)據(jù)的研究中，并形成了一個新的交叉學(xué)科“生物信息學(xué)”。生物信息學(xué)在近二十年來得到快速的發(fā)展，在國內(nèi)外知名院校的研究生教育中已經(jīng)開展了生物信息學(xué)課程。近些年，國內(nèi)各知名院校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)本科專業(yè)，專門培養(yǎng)生物信息學(xué)人才。然而在本科生物信息學(xué)課程規(guī)劃和設(shè)計方面，各個學(xué)校都處在探索階段，本文淺談將離散數(shù)學(xué)作為生物信息專業(yè)基礎(chǔ)課設(shè)立的必要性，課程設(shè)計和規(guī)劃，及在教學(xué)中遇到的問題和體會等幾個方面。

2.離散數(shù)學(xué)在生物信息學(xué)專業(yè)開展的必要性

生物信息學(xué)是生命科學(xué)、計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)相交叉所形成的新學(xué)科，因而生物信息學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)的課的設(shè)置比較復(fù)雜。 雖然這三個傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)課的設(shè)置可以作為生物信息學(xué)課程設(shè)置的參考，然而他們每個學(xué)科的知識量非常大，如何在本科階段的基礎(chǔ)課階段精選出合理的課程體系，讓生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生在兩年內(nèi)掌握三個學(xué)科的基礎(chǔ)知識，并能較好的與后續(xù)學(xué)習(xí)的專業(yè)課結(jié)合上是目前生物信息學(xué)本科教育的一個急需解決的問題。 生物信息學(xué)專業(yè)從無，到課程體系的基本構(gòu)建完成大概經(jīng)歷十年左右的時間，具有相關(guān)專業(yè)的院校都進行了有益的探索，特別是在本科教育前兩年基礎(chǔ)課授課的內(nèi)容已經(jīng)基本完成。 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)和技術(shù)學(xué)院是國內(nèi)首個開設(shè)生物信息學(xué)本科專業(yè)的學(xué)院，在過去近十年的本科教育中積累豐富的經(jīng)驗，并進行了多次教學(xué)討論和改革。 隨著計算機科學(xué)的快速發(fā)展，離散數(shù)學(xué)這個古老的學(xué)科又重新煥發(fā)了青春，并在現(xiàn)代數(shù)學(xué)中得到了快速的發(fā)展，它已經(jīng)成為了計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)兩個學(xué)科教學(xué)的核心課程， 并成為了我院生物信息學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)的一門重要課程。結(jié)合近些年，在生物信息專業(yè)教授離散數(shù)學(xué)的過程，深刻體會到離散數(shù)學(xué)在本科基礎(chǔ)教學(xué)中開設(shè)的必要性。離散數(shù)學(xué)是指研究離散量的結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的綜合學(xué)科。離散數(shù)學(xué)的重要性逐漸被人們認識，從理論計算機科學(xué)到計算機應(yīng)用，從計算機的硬件和軟件開發(fā)到人工智能和人工識別，無處不在體現(xiàn)著離散數(shù)學(xué)包含的思想和方法。而生物信息學(xué)研究中核心的工具是計算機，培養(yǎng)生物信息學(xué)專業(yè)學(xué)生利用計算機這個強大和有效的工具解決實際問題是基礎(chǔ)課設(shè)過程中需要考慮的重要方面。離散數(shù)學(xué)因為在計算機科學(xué)中獨特的地位，使得它已經(jīng)成為生物信息學(xué)專業(yè)必不可少的一門基礎(chǔ)課。

3.離散數(shù)學(xué)的課程規(guī)劃和設(shè)計

由于生物信息學(xué)是一個多學(xué)科的交叉的專業(yè)，因而離散數(shù)學(xué)的課程規(guī)劃和設(shè)計是不可能如計算機專業(yè)和數(shù)學(xué)專業(yè)那樣分成幾門課程：組合數(shù)學(xué)，圖論，數(shù)理邏輯和運籌學(xué)等分別授課，這樣會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)業(yè)負擔(dān)過重，而且是難以實現(xiàn)的。因而需要根據(jù)學(xué)生認知規(guī)律，從數(shù)理邏輯，組合數(shù)學(xué)，圖論和運籌學(xué)精簡一部分和生物學(xué)信息學(xué)及計算機程序設(shè)計密切相關(guān)的內(nèi)容進行講授。講授的時間一般應(yīng)在本科階段第三個學(xué)期。 此時，與數(shù)學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)課高等數(shù)學(xué)，計算機科學(xué)相關(guān)的計算機理論基礎(chǔ)、C語言，及生命科學(xué)相關(guān)的分子生物學(xué)等課程已經(jīng)講授完畢，離散數(shù)學(xué)的授課將可以和這些基礎(chǔ)知識結(jié)合，促進對離散數(shù)組的分析研究的認識，并對后續(xù)的計算機程序設(shè)計課程的開展打下堅實的基礎(chǔ)。

離散數(shù)學(xué)的課程設(shè)計的總學(xué)時一般為72學(xué)時，分為理論課和實驗課兩部分。理論課一般為56學(xué)時，計算機實驗課為16學(xué)時。由于生物信息學(xué)是一門側(cè)重應(yīng)用型的專業(yè)，因而理論課和實驗課，可以實現(xiàn)理論和實踐的有效結(jié)合，把數(shù)學(xué)知識轉(zhuǎn)化成解決問題的有效工具。由于離散數(shù)學(xué)中包含的內(nèi)容較多，因而需要數(shù)理邏輯，組合數(shù)學(xué)，圖論和運籌學(xué)的基礎(chǔ)知識進行精簡?；A(chǔ)課中，數(shù)理邏輯一般授課為8學(xué)時，重點講授集合論知識；組合數(shù)學(xué)是授課的重點，課時數(shù)為24學(xué)時，重點講授組合計數(shù)和排列組合的生成算法等基礎(chǔ)知識；圖論是側(cè)重應(yīng)用部分，授課學(xué)時數(shù)為12學(xué)時，授課重點為無向圖和有向圖的基本概念及最短道路和最小生成樹的搜索算法的知識；運籌學(xué)方面的授課學(xué)時為12學(xué)時，授課重點為線性的最優(yōu)化的理論知識。實驗課是對學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的有效檢驗和升華，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，實驗課共16學(xué)時，可分為4次，每次4學(xué)時。實驗課內(nèi)容可設(shè)為：排列組合生成算法，最短道路搜索算法，最小生成樹的搜索算法和二次線性規(guī)劃的搜索算法的實現(xiàn)，實驗課順利開展便于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)的自信心。

4.教學(xué)實踐及體會

在講授離散數(shù)學(xué)的過程中，深刻體會離散數(shù)學(xué)具有知識點多及交互性強的特點，因而在授課過程中不可能把每一個知識點講細，面面俱到。教師授課應(yīng)力求“講思想，講重點，講方法，講體會”，應(yīng)該充分相信學(xué)生的自學(xué)能力和探索的潛力，著重培訓(xùn)學(xué)生的探索發(fā)現(xiàn)的能力，給學(xué)生一個足夠大的思想空間，培訓(xùn)學(xué)生獨立解決問題的能力。由于離散數(shù)學(xué)的發(fā)展目前處于活躍期，很多新的知識正不斷補充進來，而且這些知識和現(xiàn)實中存在的問題能夠結(jié)合，從而要求教師需要不斷學(xué)習(xí)和進修，提高自己的數(shù)學(xué)修養(yǎng)，來引導(dǎo)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)離散數(shù)學(xué)，為生物信息學(xué)相關(guān)的其他課程打下一個良好的基礎(chǔ)。

篇（8）

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；生物科學(xué)；生物技術(shù)；教學(xué)模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0145-02

一、開設(shè)生物信息學(xué)課程的必要性

生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展迅速，不斷與其他學(xué)科相互滲透，而醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生主要從事生命科學(xué)相關(guān)的研發(fā)和技術(shù)，涉及生物、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。掌握生物信息學(xué)這門工具，為今后走上工作崗位，提供新的研究手段和途徑是十分必要的。因此，在醫(yī)學(xué)院校部分專業(yè)（如生物科學(xué)，生物技術(shù)等）開設(shè)生物信息學(xué)必選課程具有重要意義。

二、目前存在的問題

1.教學(xué)內(nèi)容陳舊和教學(xué)資源缺乏。我國高等院校開設(shè)生物信息學(xué)時間相對較晚，在教材選擇中首先調(diào)研了其他院校和目前出版的教材內(nèi)容情況。發(fā)現(xiàn)大部分生物信息學(xué)教材都包括生物大分子（核酸和蛋白質(zhì)）的信息資源，基因組分析信息資源，數(shù)據(jù)庫搜索軟件，核酸序列分析和多序列比對等軟件的核心內(nèi)容，除了共性的章節(jié)外，不同的教材內(nèi)容和重點各不相同。但是生物信息學(xué)發(fā)展迅速，除了基礎(chǔ)內(nèi)容外，大部分內(nèi)容都在快速地更新，比如引物設(shè)計軟件的使用等。而目前，生物信息學(xué)教學(xué)資源較匱乏，完善的生物信息學(xué)課程的教學(xué)大綱、教案、教學(xué)視頻、多媒體課件和習(xí)題等教學(xué)資源稀少。

2.課程內(nèi)容與教學(xué)課時不匹配，教學(xué)進程安排不夠合理。首先，由于生物信息學(xué)是一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科，生物信息學(xué)課程學(xué)習(xí)前需要理解和掌握一些生命科學(xué)相關(guān)知識背景，如基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等，深刻理解一些生物學(xué)基本概念，如基因序列、蛋白質(zhì)序列、非編碼區(qū)、啟動子等，并初步了解一些重要的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫。因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費一定的時間介紹相關(guān)背景知識。然而由于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學(xué)安排足夠多的課時。目前我校教學(xué)大綱規(guī)定的授課僅為20學(xué)時，學(xué)時少與教學(xué)內(nèi)容多的矛盾就顯得非常突出。教師需要在有限的教學(xué)時數(shù)下灌輸大量內(nèi)容，因此無法深入講解每個章節(jié)的內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，降低了教學(xué)質(zhì)量。

其次，教學(xué)進程安排不夠合理。以我校生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生為例，本科二年級第一學(xué)期學(xué)習(xí)生物信息學(xué)課程。此階段學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了一年多的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，但是專業(yè)基礎(chǔ)知識較為薄弱，同時實驗設(shè)計等相關(guān)實踐較少，缺乏對實驗細節(jié)的理解與實驗設(shè)計的整體把握。而生物信息學(xué)課程是一門實踐性學(xué)科，所以有必要在生物信息學(xué)課程的教學(xué)中滲透實驗設(shè)計的理念，課程學(xué)習(xí)中靈活運用專業(yè)基礎(chǔ)知識，達到學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識與生物信息學(xué)的知識與不脫節(jié)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

3.教學(xué)模式單一，理論與實踐教學(xué)脫節(jié)。對于醫(yī)學(xué)院校生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，本課程培養(yǎng)的主要目標(biāo)是：如何在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中查找想要的信息，如何通過在線程序或利用現(xiàn)有的分析軟件，處理相關(guān)數(shù)據(jù)，解決生物學(xué)問題。學(xué)生需要通過親身實踐，才能熟練掌握生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)庫、分析方法、軟件。但是很多醫(yī)學(xué)院校教學(xué)條件有限，沒有相應(yīng)的計算機實訓(xùn)室，配套軟件也相對匱乏，教師在授課過程中根據(jù)課件照本宣科，并不能結(jié)合具體實例邊講解邊示范操作，同時，多數(shù)高校開設(shè)的生物信息學(xué)課程以理論教學(xué)為主，缺乏實踐教學(xué)課時。然而，生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)，如數(shù)據(jù)庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應(yīng)用、引物設(shè)計軟件的應(yīng)用等都需要學(xué)生在實踐課中進行驗證或操作，理論知識與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴重，從而影響了學(xué)生對課程的理解和掌握。

三、生物信息學(xué)教學(xué)模式改革探索

1.修改理論教學(xué)大綱，精選教學(xué)內(nèi)容。由于生物信息學(xué)內(nèi)容繁多，應(yīng)針對不同專業(yè)特點精心挑選授課內(nèi)容，在有限的課時中讓學(xué)生學(xué)到最基本且重要的生物信息學(xué)理論知識。目前我們選用的是浙江大學(xué)出版社第一版的生物信息學(xué)，結(jié)合生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個專業(yè)的特點，本教學(xué)團隊編寫了教學(xué)大綱，對教材內(nèi)容進行了更新和優(yōu)化，將重點集中于應(yīng)用性較強的生物信息學(xué)實踐分析技能和離線單機版生物信息學(xué)軟件的使用上，具體內(nèi)容包括核酸及蛋白序列數(shù)據(jù)庫、序列的相似性搜索、序列比對、系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與預(yù)測和引物設(shè)計等基本內(nèi)容。同時考慮生物信息學(xué)學(xué)科的前沿性和交叉性，我們又增加了蛋白質(zhì)組學(xué)和非編碼RNA，基因芯片、qPCR、深度測序等操作原理及流程預(yù)測等內(nèi)容。為了適應(yīng)生物信息學(xué)快速發(fā)展的要求，擴大學(xué)生的知識面，推薦了包括DavidW .Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和國家“十一五”規(guī)劃教材李霞主編的生物信息學(xué)等幾種不同類型的參考教材供同學(xué)課外閱讀。

2.創(chuàng)新教學(xué)方式，推行靈活多樣的教學(xué)模式。生物信息學(xué)的課程學(xué)習(xí)和軟件使用與網(wǎng)絡(luò)的使用緊密相關(guān)，一方面，為克服學(xué)生多，無法使每位學(xué)生實時進行電腦操作的弊端，我們利用能夠接收無線網(wǎng)絡(luò)信號的設(shè)備，實現(xiàn)上課時教室內(nèi)有網(wǎng)絡(luò)，這樣在授課過程中就可以實時在線帶領(lǐng)學(xué)生進行生物信息學(xué)分析，如稻菘獠檠、序列提交過程、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析、蛋白理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預(yù)測等重要內(nèi)容，通過實時演示連貫教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對各種分析方法的學(xué)習(xí)和理解[1]。另一方面，由于課程學(xué)時（僅20學(xué)時）的限制，學(xué)生們不可能完全依賴課堂時間很好的掌握該課程，除了采取集中授課方式之外，本團隊利用搭建的“分子生物學(xué)”省級精品資源共享課程網(wǎng)絡(luò)平臺，開辟了“生物信息學(xué)”專欄，提供相關(guān)文獻、相關(guān)分析軟件及其使用步驟等信息；并聘請校內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜议_展專題講座，組織相關(guān)領(lǐng)域青年教師開展專題研討等形式，從而加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。

3.緊密聯(lián)系科研，開展基于實踐的問題式教學(xué)。針對生物信息學(xué)課程的特點，打破應(yīng)試考核方式，本教學(xué)團隊注重理論結(jié)合實踐的問題式教學(xué)方式引導(dǎo)。一方面，各專業(yè)課程中增加實踐教學(xué)課程比例，根據(jù)生命科學(xué)的發(fā)展，不斷充實實踐教學(xué)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗，從而將生物信息學(xué)技術(shù)滲入日常教學(xué)環(huán)節(jié)中；另一方面，面向全校招募相關(guān)領(lǐng)域青年教師，鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生參與青年教師科研項目，并積極申報國家級和省級大學(xué)生科研項目。目前創(chuàng)新性實驗和探索性實驗全面覆蓋生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)全體學(xué)生，學(xué)生在解決科研問題時逐步學(xué)會運用生物信息學(xué)知識，如文獻查閱、目的基因序列的獲取、基因序列的分析方法等，提高了學(xué)生生物信息學(xué)知識和技術(shù)的實踐能力和理論理解力。

四、結(jié)語

生物信息學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域研究的重要的工具和載體[2]，針對生物信息學(xué)課程的特點，醫(yī)學(xué)院校生物信息課程的改革可進一步加強理論教學(xué)的系統(tǒng)性、規(guī)范性和針對性，提高學(xué)生對生物信息學(xué)知識的應(yīng)用能力。在課程體系建設(shè)基礎(chǔ)上，大膽嘗試新的教學(xué)方法和手段，突出醫(yī)學(xué)特色，培養(yǎng)適用于現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)療的創(chuàng)新型生物學(xué)專業(yè)人才。

篇（9）

中圖分類號：Q811-4 文獻標(biāo)識碼：A

21世紀是生命科學(xué)的世紀，人類及模式生物基因組計劃的全面實施，使分子生物學(xué)數(shù)據(jù)以爆炸性速度增長。面對基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因芯片、分子進化等大量的生物信息，在計算機科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及生物分析技術(shù)的相互作用和滲透下，誕生了一門嶄新的學(xué)科――生物信息學(xué)（Bioinformatics）。生物信息學(xué)利用計算機和互聯(lián)網(wǎng)，以數(shù)據(jù)庫為載體，運用數(shù)學(xué)算法和計算模型，研究生物信息數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲、分發(fā)、分析和解釋等方面，進而闡明和解釋龐雜的生物數(shù)據(jù)所蘊含的意義。生物信息學(xué)跨越了整個生命科學(xué)領(lǐng)域，近年來在醫(yī)藥學(xué)研究中發(fā)揮了不可替代的作用，無論是從分子生物學(xué)的角度闡述病因，還是對疾病的預(yù)防、診斷、治療與新藥研發(fā)都將產(chǎn)生巨大的推動作用，醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)必然在未來的醫(yī)學(xué)研究中處于關(guān)鍵地位，但生物信息學(xué)的理工科特性決定了該課程在醫(yī)學(xué)教育中開展的難度。本文結(jié)合醫(yī)學(xué)院校特色和生物信息學(xué)課程特點，探討開設(shè)醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的必要性，分析生物信息學(xué)課程在教學(xué)實踐中存在的問題，提出本校開展生物信息學(xué)教學(xué)的實施方法。

1 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)的主要研究內(nèi)容

1.1 疾病基因的發(fā)現(xiàn)與鑒定

約有6000種以上的人類疾患與特異基因的改變有關(guān)，某些關(guān)鍵性基因或其產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)功能異常，可以直接或間接地導(dǎo)致疾病的發(fā)生。使用基因組信息學(xué)的方法通過超大規(guī)模計算是發(fā)現(xiàn)新基因的重要手段。例如：通過構(gòu)建腫瘤cDNA文庫或表達序列標(biāo)簽（expression sequence tag，EST）分析差異表達基因，揭示腫瘤發(fā)生的分子水平變化，尋找靶基因。

1.2 藥物設(shè)計與新藥研發(fā)

生物信息技術(shù)為藥物研究、設(shè)計提供了嶄新的研究思路和手段。利用數(shù)據(jù)資料、軟件工具篩選藥物作用的靶位和候選基因，闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，指導(dǎo)設(shè)計能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物。

生物信息藥物設(shè)計常用的方法有：①三維結(jié)構(gòu)搜尋，尋找符合特定性質(zhì)和三維結(jié)構(gòu)的分子，從而發(fā)現(xiàn)合適的藥物分子。②分子對接，建立大量化合物的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，依次搜索小分子配體使其與受體的活性位點結(jié)合，通過優(yōu)化使得配體與受體的形狀和相互作用最佳匹配。③全新藥物設(shè)計，利用計算機自動設(shè)計出與受體活性部位的幾何形狀和化學(xué)性質(zhì)相匹配的結(jié)構(gòu)新穎的藥物分子。

生物信息學(xué)方法為藥物研制提供了更多的、潛在的靶標(biāo)，大大減少藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。

1.3 流行病學(xué)研究中的應(yīng)用

將流行病學(xué)的遺傳和非遺傳性的研究與生物信息學(xué)結(jié)合起來，會對疾病的機理、個體對某種疾病的易感性和疾病在群體中的分布有更明確的認識，對疾病的預(yù)防和治療有極大的指導(dǎo)意義。

2 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的特點及主要困難分析

2.1 課程內(nèi)容豐富，學(xué)科交叉，數(shù)據(jù)龐雜

生物信息學(xué)利用生物學(xué)，計算機科學(xué)和信息技術(shù)揭示大量復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘，是一門交叉性學(xué)科，并且理科特性很強，需要深入理解分析。目前生物信息學(xué)包含了基因組、蛋白質(zhì)組、代謝及藥物等多個部分，每個部分都具有各自的特色和相應(yīng)的分析技術(shù)。根據(jù)《Nucleic Acids Research》統(tǒng)計，全球共有約1000多個主要的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，涵蓋了生物醫(yī)學(xué)研究的諸多領(lǐng)域。學(xué)生不僅要掌握獲取和利用海量生物信息的基本知識和技術(shù)，還應(yīng)掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機程序設(shè)計等知識和技術(shù)，又因為醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的數(shù)理知識有限，學(xué)習(xí)起來有一定的困難。

2.2 操作性和實踐性強

生物信息學(xué)是一門操作性和實踐性很強的學(xué)科，主要是在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，依靠計算機，利用數(shù)據(jù)庫和各種信息處理軟件來進行生物信息學(xué)方面的分析工作。針對醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)生物信息學(xué)課程，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實踐緊密結(jié)合，著重學(xué)習(xí)利用計算機對各種生物信息資源和數(shù)據(jù)庫的檢索，使用方法與技巧，真正做到學(xué)有所用。

2.3 現(xiàn)狀與困難分析

目前，國內(nèi)的生物信息學(xué)教學(xué)基本沿用以“教師講授為主”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，與生物信息學(xué)交叉前沿性特點不相適應(yīng)，實驗教學(xué)單一，多為驗證性試驗，缺乏綜合性和設(shè)計性。此外，醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生計算機知識薄弱，對生物信息學(xué)的算法與數(shù)據(jù)庫的原理和特點等不甚了解，在高通量數(shù)據(jù)處理面前力不從心，影響對問題的分析能力。

3 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程開設(shè)實施方法和對策

3.1 根據(jù)醫(yī)學(xué)專業(yè)特點設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，建立具有模塊化的教學(xué)大綱

目前尚未形成系統(tǒng)、成熟的生物信息學(xué)教學(xué)模式。開設(shè)課程之前，對醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生進行問卷調(diào)查，讓他們選擇醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程中感興趣的、需要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容，并提出難點問題。教師匯總問卷結(jié)果，對授課內(nèi)容進行調(diào)整，建立模塊化的教學(xué)大綱，例如：導(dǎo)論模塊、數(shù)據(jù)庫及使用模塊、基因組信息學(xué)及其分析方法模塊、蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)模塊、代謝和藥物生物信息學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)模塊等，使學(xué)生清楚每個模塊的特點和作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.2 強化實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識

生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)是運用生物醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、以及計算機科學(xué)等諸多學(xué)科知識進行分析、判斷、推理、綜合的實踐過程，強化實驗教學(xué)顯得尤為重要。另外，采用PBL（Problem Based Learning）教學(xué)法，可以有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

3.2.1 注重實驗操作

生物信息學(xué)實驗課程以計算機操作為主，需要學(xué)生靈活應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫和多種生物信息學(xué)軟件，所以實驗操作顯得尤為重要，加大實驗比例，為學(xué)生提供較多的實驗操作機會，不僅提高了學(xué)生的動手能力，而且大大提高了學(xué)生在因特網(wǎng)環(huán)境下對生物大分子序列、生物大分子結(jié)構(gòu)進行生物信息學(xué)分析的能力，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)效果的有力保障。

3.2.2 采用PBL教學(xué)模式，優(yōu)化實驗內(nèi)容

加大設(shè)計性實驗的比例，采用PBL教學(xué)法，根據(jù)學(xué)生能力和興趣進行分組，由教師提出問題并布置真實性任務(wù)，使學(xué)生在已有的知識基礎(chǔ)上，通過查找文獻、小組討論、探索，最終完成任務(wù)，寫出試驗報告。由教師對任務(wù)完成過程及結(jié)果進行點評，對學(xué)生掌握知識的程度及學(xué)生的科研、應(yīng)用能力進行評價，并提出進一步的提高方向。學(xué)生在實驗操作的過程中，不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，有效地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

3.3 改革教學(xué)方法，革新考核方式

3.3.1 結(jié)合多媒體技術(shù)與雙語教學(xué)

多媒體技術(shù)教學(xué)靈活生動，教師在講授難于理解的概念和生物信息學(xué)工具時，可以直接打開相關(guān)軟件和網(wǎng)站進行演示，使抽象的生物信息學(xué)知識以具體的、動態(tài)的形式展現(xiàn)出來，從而加深學(xué)生對課程的掌握程度。此外，生物信息學(xué)涉及到的數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)站、應(yīng)用軟件多為英文界面，所以雙語授課顯得尤為重要，教師可借助多媒體，對課程進行中英整合講解。

3.3.2 結(jié)合科研實例進行教學(xué)

生物信息學(xué)是一門不斷完善和發(fā)展的學(xué)科，數(shù)據(jù)庫的更新、相關(guān)軟件的升級、算法的優(yōu)化等，通常會隨著科研中遇到的生物學(xué)問題變化而變化，所以教師可以結(jié)合現(xiàn)階段的科研背景和具體的研究方向，結(jié)合實例進行教學(xué)，可以讓學(xué)生真正掌握利用生物信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題的思路，并培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，使學(xué)生由知識的被動接受者變?yōu)橹R的主動發(fā)現(xiàn)者、探究者，教師則由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動的指導(dǎo)者、組織者。

3.3.3 采用無紙化考核方式

適當(dāng)降低課程理論難度，減少不必要的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，注重實際應(yīng)用、解決問題能力的培養(yǎng)，通過上機實踐操作，考核學(xué)生對基本知識和原理的掌握情況，克服傳統(tǒng)的死記硬背現(xiàn)象。

4.結(jié)語

生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科，發(fā)揮了其獨特的橋梁作用，已經(jīng)廣泛地滲透到醫(yī)學(xué)的各個研究領(lǐng)域。本文針對開設(shè)醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的必要性和教學(xué)模式進行了探討，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、實際操作能力和解決問題的應(yīng)用能力為目標(biāo)，不斷改進教學(xué)手段、加強教學(xué)過程的趣味性，以期培養(yǎng)綜合型的、高素質(zhì)、現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)人才。

參考文獻

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篇（10）

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1674-9324（2017）51-0146-03

生物信息學(xué)是20世紀80年代末隨著人類基因組計劃的啟動而興起的一門新的交叉學(xué)科[1-2]。它包含了生物信息的獲取、處理、儲存、分發(fā)、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面；綜合運用數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和生物學(xué)的各種工具，來闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。目前，生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)及藥學(xué)等多個學(xué)科。特別在科學(xué)研究工作中，生物信息學(xué)的作用逐步顯現(xiàn)，越來越受到重視。近期，精準(zhǔn)醫(yī)療概念的提出與相應(yīng)模式的推進，進一步強化了運用生物信息學(xué)工具的要求。精準(zhǔn)醫(yī)療是將臨床信息、患者表型與基因蛋白譜進行整合，從而為患者量身制定精準(zhǔn)診斷、預(yù)后及治療策略。因此在高通量測序產(chǎn)生數(shù)以萬計的龐大組學(xué)數(shù)據(jù)中，只有依托生物信息學(xué)技術(shù)，才能探尋基因突變、藥物靶向等隱含遺傳學(xué)奧秘的精確位點，進而提供可靠的個性化治療方案?？梢姡镄畔W(xué)是精準(zhǔn)醫(yī)療的核心內(nèi)容之一。當(dāng)前，大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校均已開設(shè)研究生生物信息學(xué)課程，但尚未將生物信息學(xué)正式列入本科生培養(yǎng)方案，以選修課形式開設(shè)生物信息學(xué)課程的院校也極為鮮見。醫(yī)學(xué)本科生是祖國醫(yī)學(xué)的未來，是臨床一線最直接的儲備軍，面對飛速發(fā)展的生物技術(shù)和以幾何級數(shù)增長的生物大數(shù)據(jù)，如果現(xiàn)階段的醫(yī)學(xué)本科生還不能學(xué)會如何利用和解讀這些資源，這將大大阻礙臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展。綜上，一方面醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)ι镄畔W(xué)方面存在旺盛的需求，另一方面大多數(shù)院校均未正式開設(shè)本科生生物信息學(xué)課程，造成生物信息學(xué)人才極度緊缺。針對這一現(xiàn)狀，筆者近年來圍繞在研的各項科研課題，選拔學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生，在學(xué)校開展的各項大學(xué)生科研能力訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目支持下，吸收本科生進入實驗室，對醫(yī)學(xué)類本科生的生物信息學(xué)教學(xué)實踐方面做了一些嘗試，培養(yǎng)了一些初步掌握生物信息學(xué)知識與方法的本科學(xué)生。在此對教學(xué)過程中的感想和體會做一簡要總結(jié)，并對本科生生物信息學(xué)的教學(xué)模式進行了探討。

一、在醫(yī)學(xué)本科生中開展生物信息學(xué)的教學(xué)實踐

（一）尊重學(xué)生的教育主體地位，實施因材施教

由于生物信息學(xué)涵蓋了計算機科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等諸多學(xué)科相關(guān)知識，所以一般情況下生物信息學(xué)科研實踐的開展要遲于上述各門課程。在開展的過程中，要充分考慮學(xué)生的自身條件，進行分組施教。因為不同學(xué)生對相關(guān)背景知識的掌握不同，會導(dǎo)致他們接受相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的快慢程度不一樣，因此要針對不同層次的學(xué)生開設(shè)不同等級的實踐內(nèi)容。此外，根據(jù)學(xué)生將來從事的工作類型導(dǎo)致的對生物信息學(xué)的需求不同，可有針對性地分成科研組和臨床組。如有些學(xué)生將來可能主要從事科研工作，因此希望掌握較多的生物信息學(xué)知識，包括各種計算機語言的使用、編程、復(fù)雜統(tǒng)計軟件的使用等等，這類學(xué)生學(xué)習(xí)熱情比較高漲。

（二）構(gòu)建多學(xué)科教師組成的教學(xué)團隊，實現(xiàn)知識的互補與整合

由于生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，需要計算機學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、醫(yī)學(xué)生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)等相關(guān)學(xué)科的共同發(fā)展來支撐。此外，生物信息學(xué)專業(yè)知識較為前沿，而且涉及的醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域較多。再加上目前生物信息學(xué)的專業(yè)教師缺少，這就限制了學(xué)科的發(fā)展。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)該合理組建教學(xué)團隊，授課教師需要來自不同的專業(yè)，了解本專業(yè)最新的知識，教師之間相互學(xué)習(xí)溝通，將不同學(xué)科的相關(guān)知識整合起來[3]，并需持續(xù)補充和學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前沿知識，在授課內(nèi)容上還要體現(xiàn)教師自身優(yōu)勢。這樣不但可以在知識結(jié)構(gòu)上互補，還可以滿足不同專業(yè)學(xué)生的需求。

（三）圍繞教師在研科研課題和學(xué)術(shù)會議，追蹤醫(yī)學(xué)研究前沿

生物信息學(xué)是一門快速發(fā)展的學(xué)科。近年來計算機技術(shù)、生物技術(shù)以及醫(yī)學(xué)技術(shù)及醫(yī)療模式都在快速更新。因此醫(yī)學(xué)生生物信息學(xué)實踐教學(xué)不能拘泥于原有教材。在進行基礎(chǔ)和共性的知識教學(xué)時要利用教材。而對于前沿的知識，教師一方面要結(jié)合在研的各項科研課題引入知識點，另一方面可帶學(xué)生參加一些與生物信息學(xué)相關(guān)的學(xué)術(shù)會議，讓他們開闊眼界，增長見識，激發(fā)科研靈感。

（四）調(diào)動學(xué)生主觀能動性，激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能

由于學(xué)生專業(yè)背景知識掌握程度差異較大，以及學(xué)生自身興趣不同，傳統(tǒng)的大班教學(xué)較難達到一致性的教學(xué)效果。因此，在教學(xué)過程中可以采取不同的分組方式以滿足學(xué)生不同的需求。由于現(xiàn)階段生物信息人才非常缺乏，因此在教學(xué)過程中，對于個別基礎(chǔ)較強的學(xué)生，教師可以有針對性地對他們進行一些更深層次的培養(yǎng)，充分挖掘?qū)W生的潛力，利用課余時間，合理安排一些“實戰(zhàn)”性任務(wù)，通過實踐鍛煉，提升他們的專業(yè)科研素質(zhì)，為當(dāng)代生物信息學(xué)的發(fā)展培養(yǎng)特色人才。如我校2009級臨床專業(yè)熊同學(xué)、2010級藥學(xué)專業(yè)本科生熊同學(xué)，都對生物信息學(xué)興趣非常濃厚，在科研實踐中表現(xiàn)得十分出色，充分利用課余和寒暑假時間，在老師的精心指導(dǎo)下，用perl語言成功編寫出分析組學(xué)數(shù)據(jù)的一系列程序。在研究生面試時，他們扎實的生物信息學(xué)功底獲得導(dǎo)師的青睞，并成功讀取/保送了國內(nèi)知名大學(xué)的研究生。

二、醫(yī)學(xué)本科生生物信息學(xué)教學(xué)方法、教學(xué)模式的探討

（一）PBL教學(xué)法在案例教學(xué)中的應(yīng)用

PBL（Problem-BasedLearning）教學(xué)法[4]，也稱作問題式學(xué)習(xí)。生物信息學(xué)是一門操作性和實驗性很強的學(xué)科，要利用互聯(lián)網(wǎng)、計算機和各種生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件來解決實際問題。目前，生物信息學(xué)已成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要工具。在實際訓(xùn)練中應(yīng)以問題為導(dǎo)向，針對每個知識點盡量從實際的應(yīng)用案例出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)、進行交流。注重培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力，使學(xué)生能在解決問題的過程中學(xué)會各種技能，如統(tǒng)計方法、計算機語言和軟件的基本使用、編程技巧及數(shù)據(jù)庫的運用等。隨著生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，整合不同生物技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將有利于人們發(fā)現(xiàn)疾病致病相關(guān)位點和藥物作用靶點。在本實驗室開展的PBL教學(xué)實踐中，我們以代謝性疾病作為主要研究方向，對糖尿病、高膽固醇血癥及肝癌等展開了疾病相關(guān)基因/位點的全基因組篩查。

（二）在教學(xué)過程中發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的引領(lǐng)作用，以點帶面

由于生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)研究中的重要性逐漸凸現(xiàn)，因此要求參加科研實踐培訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)逐年增多。而目前生物信息學(xué)專業(yè)的老師相對缺乏，為了解決這一矛盾，我們在實踐教學(xué)和科研中摸索出一種新的方法，即以“導(dǎo)師-學(xué)生雙向選擇制”遴選學(xué)生進入老師課題組后，以優(yōu)秀學(xué)生為中心，采用以點及面式訓(xùn)練。與以往的老師帶學(xué)生做試驗的傳統(tǒng)模式不同，在培訓(xùn)中教師除作為指導(dǎo)老師外，還要善于在眾多的學(xué)生中發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀的人才，并對這些有天分的學(xué)生進行精細培養(yǎng)，然后以這些人才為中心點，進行放大，即由一個優(yōu)秀的學(xué)生指導(dǎo)幾個后參加培訓(xùn)的學(xué)生，在這幾個學(xué)生中再選出優(yōu)秀的學(xué)生作為下一輪的指導(dǎo)“老師”，這種以點帶面的特色實踐教學(xué)模式不但能節(jié)約大量教學(xué)資源，而且將最大限度地挖掘?qū)W生的科研潛力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新素質(zhì)。

（三）以大學(xué)生的各類科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為載體開展教學(xué)活動

目前，科技創(chuàng)新已成為發(fā)達國家保持持久競爭力的“法寶”。中國早在若干年前就確立了“科技興國”的戰(zhàn)略目標(biāo)。大學(xué)生是祖國的未來，大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是21世紀高校人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容。國內(nèi)外眾多高校都開展了多種形式的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃。因此，將生物信息學(xué)科研訓(xùn)練與學(xué)校開展的各類科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（如大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、“創(chuàng)新學(xué)分”或“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”等）相結(jié)合，將更加有效地利用各種資源，全面鍛煉學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，例如，文獻的檢索與閱讀，各種組學(xué)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析，程序的編寫，實驗設(shè)計和操作，科研項目書的撰寫，科研論文的書寫等。

（四）同步開展科技文書的寫作訓(xùn)練，總結(jié)成果保持學(xué)生的熱情

疾病的發(fā)生發(fā)展與特異基因的改變密切相關(guān)，鑒定與疾病相關(guān)的基因是醫(yī)學(xué)科研工作的重要內(nèi)容之一。在科研實踐訓(xùn)練中，學(xué)生利用生物信息學(xué)方法，通過分析處理感興趣的數(shù)據(jù)（如基因組、轉(zhuǎn)錄組、單核苷酸多態(tài)性、全基因組關(guān)聯(lián)分析等），可挖掘出一些與疾病相關(guān)的內(nèi)在信息，或再通過實驗對分析結(jié)果加以驗證。教師可鼓勵學(xué)生將這些階段性的成果進行發(fā)表，這對學(xué)生來說是一種能力上的認可，可以增加學(xué)生的科研信心，激發(fā)他們的科研熱情和動力。此外還要鼓勵學(xué)生積極申請學(xué)校乃至全國性的大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等競賽。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和挑戰(zhàn)激情，以便激勵他們在科研之路上能再創(chuàng)新高。如我校2012級本科生王同學(xué)，從大學(xué)一年級開始就進入實驗室學(xué)習(xí)生物信息學(xué)分析數(shù)據(jù)，勤奮鉆研，已分別于2013和2014年發(fā)表了2篇核心文章，并已成功申請到我校大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”項目，在我校大學(xué)生作品“挑戰(zhàn)杯”競賽中獲得二等獎。這些成果極大地鼓舞了同學(xué)們的科研熱情。

三、本科生生物信息學(xué)科研實踐中存在的問題

隨著生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來越多的學(xué)生意識到這門學(xué)科的重要性，都積極參與實踐練習(xí)。而生物信息學(xué)實踐離不開計算機這一硬件設(shè)備，同時由于生物數(shù)據(jù)量龐大，這就要求較高的計算機的配置。此外，現(xiàn)階段生物信息學(xué)專業(yè)教師比較缺乏，在一定程度上也會影響教學(xué)實踐的開展。因此，對醫(yī)學(xué)本科生開展生物信息學(xué)實踐訓(xùn)練尚需相關(guān)資源的配套和完善。

四、結(jié)語

本文主要探討了對醫(yī)學(xué)本科生開展生物信息學(xué)科研實踐過程中的一些感想和體會，并在多年教學(xué)實踐基礎(chǔ)上，總結(jié)出一種以科研為核心、學(xué)生為主體、訓(xùn)練項目為載體的科研實訓(xùn)教學(xué)模式。當(dāng)前雖然一些醫(yī)學(xué)院校已經(jīng)開設(shè)了生物信息學(xué)課程，但是在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式上還有很多不足，尚有待進一步的摸索和改進[5-6]。此外，我們要加大硬件設(shè)施的投入，并不斷加強師資隊伍建設(shè)，積極參與教學(xué)改革，整合各種教學(xué)力量，從而提高生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

致謝：感謝南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心汪雁老師生前對本科生生物信息學(xué)教學(xué)方面的貢獻！

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篇（11）

1.生物信息學(xué)學(xué)科特點

生物信息學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，是一門交叉學(xué)科，包含生命過程中各種信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內(nèi)的所有方面，綜合運用數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和生物學(xué)等方法與技術(shù)，闡明和理解大量數(shù)據(jù)包含的生物學(xué)意義[1]。隨著20世紀80年代人類基因組計劃的實施，生物信息學(xué)蓬勃發(fā)展，并滲透到生物學(xué)研究的各個領(lǐng)域。掌握生物信息學(xué)相關(guān)技術(shù)及分析能力已成為生物專業(yè)本科畢業(yè)生的必要要求[2]。因此，做好生物信息學(xué)教學(xué)工作對提高生物信息學(xué)研究水平具有重要的理論和實踐意義[3]。然而由于學(xué)科的綜合性和學(xué)科本身的迅猛發(fā)展，生物信息學(xué)課程教學(xué)仍然處于探索階段，目前還沒有成熟的生物信息學(xué)教學(xué)模式，各高校尚處于摸索探討階段。

2.案例教學(xué)法概述

案例教學(xué)法（Case-Based Learning），指在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的，通過呈現(xiàn)案例材料，組織學(xué)生以團體和小組討論、角色扮演等方式對案例進行調(diào)查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動；經(jīng)過分析討論，將課本中的理論與案例材料結(jié)合起來，并利用理論分析說明復(fù)雜的案例內(nèi)容。案例教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識，加深對理論的認識，訓(xùn)練學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決實際生物學(xué)問題[4]。

不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式注重“知識的傳授”，案例教學(xué)法更注重“能力培養(yǎng)”。案例教學(xué)法不直接給學(xué)生提供解決案例問題的標(biāo)準(zhǔn)答案或者具體方法，而通過教師引導(dǎo)學(xué)生積極討論得出問題的解決方法，側(cè)重于理論應(yīng)用，是一種“以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方法”。

案例教學(xué)可劃分為講解定義型、綜合分析型和操作技能型三種類型。（1）講解定義型，引入案例，對基本概念和原理進行講解；（2）綜合分析型，提出問題，學(xué)生通過討論給出解決案例問題的方案或者對已有方案進行評價；（3）操作技能型，引入案例，使學(xué)生掌握相關(guān)理論課程的基本應(yīng)用技能。案例教學(xué)還可以綜合其他教學(xué)方法，如以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法共同改善課堂教學(xué)效果[5]。

案例教學(xué)法基本環(huán)節(jié)包括：教師根據(jù)學(xué)科特點提出案例；引導(dǎo)學(xué)生辯論交流、提出解決方案；完成與解決案例；教師評價與總結(jié)[4]，[6]，[7]。案例教學(xué)過程中，首先教師把握整體教學(xué)進度，選用與本專業(yè)課程有關(guān)的案例，案例選擇要具體、易于學(xué)習(xí)和理解，能夠引起學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性；其次，將案例分解，從子案例中提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生對案例進行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例；最后，引導(dǎo)學(xué)生完成和解決案例，分析點評整個案例教學(xué)過程及結(jié)果[4]。

3.案例教學(xué)法應(yīng)用于生物信息學(xué)本科教學(xué)的意義

生物信息學(xué)課堂講授以介紹生物信息學(xué)的相關(guān)算法、原理、方法為主，這也是教學(xué)的重點和難點。傳統(tǒng)“知識傳授”型講課方式容易讓學(xué)生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產(chǎn)生畏懼心理[8]。運用案例教學(xué)法，能夠幫助學(xué)生更深入理解算法的思想，真正掌握解決問題的思路，培養(yǎng)科學(xué)的思維能力。

另外，生物信息學(xué)是一門實用性較強的學(xué)科，大學(xué)本科階段開設(shè)生物信息學(xué)課程主要目的不是開發(fā)新的數(shù)據(jù)庫和發(fā)展新的生物數(shù)據(jù)分析方法，而是如何利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫資源查找特定數(shù)據(jù)，并根據(jù)科研實踐需要分析整合數(shù)據(jù)資源，為后續(xù)科研奠定基礎(chǔ)，具有極強的實踐意義。要達到實踐目的，除了讓學(xué)生掌握生物信息學(xué)的基本理論和方法、數(shù)據(jù)庫和軟件的原理外，更重要的是讓學(xué)生親身實踐，在實踐中對所學(xué)理論進行驗證、對數(shù)據(jù)和軟件的使用加以熟悉[9]。但生物信息學(xué)涉及專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)容廣泛，學(xué)生不可能做到完全親身實踐，因此，案例教學(xué)法能替代親身實踐，吸取前人經(jīng)驗，是理論聯(lián)系實踐的一個便捷通道，是培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題能力的好方法[7]。

4.案例教學(xué)法在生物信息學(xué)本科教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 案例選擇

筆者針對生物信息學(xué)本科的教學(xué)大綱和知識體系，以及多年從事昆蟲線粒體基因組分析的科研工作情況，精心選擇了一系列分析案例，其中以鱗翅目灰蝶科線粒體基因組[10]數(shù)據(jù)分析為例說明。

4.2 教學(xué)過程

4.2.1學(xué)生分組。根據(jù)學(xué)生專業(yè)、興趣分組，每組6人，統(tǒng)一采用同一案例。

4.2.2案例背景介紹。讓學(xué)生了解該論文的目的、操作過程及意義。學(xué)生查找相關(guān)文獻資料，歸納總結(jié)知識背景。

4.2.3案例分解。將整個案例分為若干個子案例：①序列數(shù)據(jù)來源；②序列比對分析③計算遺傳距離；④分子系統(tǒng)發(fā)育重建；⑤蛋白質(zhì)家族和基序與結(jié)構(gòu)域分析；⑥蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)分類分析。對每一個子案例完成的關(guān)鍵步驟提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生對案例進行分析、討論甚至辯論，提出解決方法，逐步完成案例。每個子案例的順利完成都需要特定的生物信息知識作為基礎(chǔ)，對應(yīng)于教學(xué)大綱中完整的知識體系。

4.2.4評價考核。引導(dǎo)學(xué)生完成案例，教師歸納學(xué)生在整個案例教學(xué)過程中出現(xiàn)的普遍性問題并進一步講解，對于個別小組在解決案例過程中展現(xiàn)出來的創(chuàng)造性解決方案進行分享學(xué)習(xí)。采用PPT成果展示、提交每一個子案例生物信息分析結(jié)果和解釋報告，考查學(xué)生對案例設(shè)計的相關(guān)生物信息學(xué)理論知識和操作技能的掌握情況。

案例教學(xué)法作為一種具有啟發(fā)性和實踐性的教學(xué)方法，有效提高學(xué)生利用生物信息學(xué)工具獲取相關(guān)知識解決生物學(xué)問題的學(xué)習(xí)興趣和能力，增強教學(xué)效果。然而實踐過程中還存在一些問題，例如：如何選擇合適的案例既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又反映生物信息學(xué)教學(xué)大綱的知識體系內(nèi)容、如何有效把握課堂討論的節(jié)奏和方向及與其他教學(xué)方法的融合，在今后教學(xué)工作中還需要不斷改進教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)模式，豐富教學(xué)案例庫，在實踐中不斷探索案例教學(xué)法在生物信息學(xué)本科教學(xué)中的適用性和有效性。

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