生物信息学课程教学改革初探

杨敏 赵杏利 范丙友 侯典云

摘要：生物信息学作为一门操作性很强的新兴学科，只有将理论知识和实践紧密结合才能达到理想的教学效果。基于学科特点及河南科技大学学生学习现状，对生物信息学的理论教学、双语教学、实践操作、网络教学及考核等方面进行了课程教学改革和探索。通过生物信息学教学改革和探索，极大增强了学生学习的主动性和信心，提高了学生综合运用生物信息学知识解决实际问题的能力，达到了很好的教学效果。

关键词：生物信息学；河南科技大学；改革与探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0140-02

生物信息学（Bioinformatics）是以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学，是当今生命科学和自然科学的重要前沿领域之一。近年来，随着基因组计划的不断进行和完善，生物信息学的重要性凸显出来，国内外对生物信息学方面的人才需求量急剧增加[1]。河南科技大学本着“加强基础、拓宽专业、强化能力、提高素质”人才培养的指导思想，针对生物科学及生物技术两个本科专业开设了生物信息学课程，目的是使学生在后基因时代，跟上时代的发展，具备初步的生物信息学分析技能和实践操作能力，为日后的工作和学习提供帮助。

生物信息学作为一门新的学科领域，它的研究重点主要体现在基因组学（Genomics）和蛋白质组学（Proteomics）两个方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列为起点，分析序列中表达的结构功能的生物信息。而这些序列首先由全世界各个实验室通过实验获得，之后提交到相应的数据库中[2]，即生物信息学的内容是日新月异，不断发展的。基于生物信息学这门课程的前沿性、交叉性和实践性特点，在教学中，既要强调基本理论、基本知识的讲授，更要加强学生的实践和创新能力的培养。所以我们在理论教学、双语教学、实践操作、网络教学及考核方式等方面进行了改革和探索，目前获得了较好的教学效果。

一、在理论教学方面循序渐进、由易入难，激发学生的学习兴趣

由于生物信息学课程涉及的新知识点、新技术及各学科交叉点较多，并且各种生物信息学软件及分析平台均为英文界面，所以学好生物信息学就要求学生必须具备良好的计算机知识、数学知识和生物学等知识。基于这种学科特点，我们在整个授课过程中，采取循序渐进、由易入难的教学方式：前期主要引导学生学习一些基础的、简单的生物信息学理论知识、分析方法和专业英语知识，同时补充学生在生物学，如分子生物学等方面欠缺的基础知识，建立学生学习生物信息学的信心。在此基础上，继续逐步增加课程内容，讲授更多的生物信息学英文网站，更多的生物信息学专业英语词汇和更多的生物信息学分析软件，最终圆满完成教学大纲内容。相应的，在上述循序渐进的学习过程中，学生的生物信息学知识、英语阅读能力也得到了极大提高，并学会了利用这些知识解决在实际专业学习中遇到的生物信息学问题，使学习过程变得轻松起来，即逐步打消学生的畏难情绪，极大地提高学生学习生物信息学的兴趣和信心。

二、利用双语教学，优化教学内容

基于生物信息学学科的前沿性和交叉性，使得生物信息学课程比较适宜开展较高水平的双语教学[3]。我们首先对生物信息学英文原版教材进行了筛选，最终确定《Bioinformatics For Dummies》英文原版教材为学生用教材，该教材通俗易懂、实践操作性强，特别适合入门的生物信息学初学者选用。通过对教材仔细研读，结合生物科学和生物技术两个专业的特点，我们对该教材内容进行了更新和优化，将重点集中于应用性较强的生物信息学实践分析技能和离线单机版生物信息学软件的使用上，实践分析技能包括核酸及蛋白序列数据库的查询、核酸及蛋白序列的相似性搜索、系统进化树的构建、核酸和蛋白序列比对、蛋白理化性质及结构的预测等；软件包括Primer Premier 5.0、DNAMAN 6.0、MEGA 5.0等。基于这些优化后的内容，我们制作了生物信息学双语教学计划和英文PPT教学课件。在整个授课过程中，采用全英文讲解。在此过程中，我们要求在前期引导学生时，特别注意放慢讲解速度，等学生适应后，逐步加快，直至学生完全适应全英文双语教学。教研组已分别于2014—2015学年和2015—2016学年第2学期成功应用英汉双语完成了生物信息学课程的双语教学任务，教学效果良好。

三、利用课堂实时演示与学生互动，增强学生实践操作能力

基于网络安全问题，我校在教室内仅能登陆校园网而不能登陆校外网。在生物信息学教学过程中，为了达到更好的教学效果，我们首先利用能够接收无线网络信号的设备，实现上课时教室内有网络，这样在授课过程中就可以进行实时在线的生物信息学分析，特别是在讲解数据库查询、序列提交、蛋白质结构域分析、蛋白理化性质及结构预测等重要内容时，通过实时演示连贯教学内容，让学生得到了更加直观的实践体验，加深了对各种分析方法的学习和理解。另一方面，为了使学生更快地掌握实践操作，我们在讲授演示完毕后，通过设计与讲授内容相关的案例提问学生亲自操作，适当增加课堂紧张感，加强与学生的互动，活跃课堂氛围，进一步加深学生对课堂内容的理解。通过以上两个方面的改进，使学生更快更好地掌握实践操作知识，目前获得了很好的效果。

四、以学校网络教学中心为平台，充分利用网络教学资源

生物信息学的学习和使用与网路的使用紧密相关，由于课程学时（仅24学时）的限制，学生们不可能完全依赖课堂时间很好的掌握该课程，更多地是要求学生进行课下的自学和复习。为了给学生提供更好的课后学习环境，我们除了在课堂教授方面进行改进之外，还以河南科技大学网络教学中心为平台，开设了生物信息学网络课程，课程内容包括生物信息学英语原版教材、双语多媒体课件、生物信息学软件、教学视频、生物信息学在线分析工具网址汇编、生物信息学相关英文视频等内容，涵盖课堂教学内容的同时还进行了扩充，非常全面详细，这些资源每位学生都可以随时自行免费下载，可以根据自己的时间和学习情况，有重点、有目的、有计划的进行自学和补充，非常有效的扩大了学生的自学空间，最终达到熟练掌握的效果。根据生物信息学课程问卷调查结果来看，学生反映很好。

五、考核办法改革

生物信息学是一门实用性、操作性很强的学科。学习该学科的主要目的是使学生在掌握理论知识的同时，综合运用这些知识分析和解决实际遇到的生物学问题，所以我们对生物信息学的考核方式进行了改革，其中重要的改革内容之一就是不再进行闭卷考试，而是采用课后大作业的方式进行考核，即在课程结束后，给同学们留有两周左右的复习时间，之后教师给学生每人一题，这些题目涉及综合利用所学的生物信息学技能对蛋白序列数据库查询、对核酸及蛋白序列的相似性进行搜索、构建分子系统进化树、PCR扩增引物的设计、核酸及蛋白序列比对、蛋白质理化性质及结构预测等内容，这一部分的成绩占总成绩的70%。除此之外，学生的最终考试成绩还要结合平时的出勤率和课堂表现，其中考勤占总成绩的10%，随堂表现占20%。这一改革一方面节省了学生为应付闭卷考试死记硬背而花费的大量时间，更重要的是提高了学生主动深入学习、理解专业知识、利用专业知识进行实践操作的主动性和积极性，非常有效的达到了生物信息学的教学目的，同时这一改革也正与河南科技大学所提倡的提高本科教学质量，培养有素质有能力的优秀本科生的思想相符。

总之，教研组通过理论教学、双语教学、实践操作、网络教学及考核方式等方面的改革与探索，极大地提高了河南科技大学生物信息学的本科教学质量，并获得了很好的教学效果。

参考文献：

[1]陈颖健.生物信息学：融合生物科学与计算机科技的新学科[J].求是，2003，（7）：17-19.

[2]周到，黄敏.生物信息学双语教学探讨[J].科教文汇旬刊，2013，（231）：48-49.

[3]范丙友，杨敏，贾小平，胥华伟，郭丽丽，史国安.《生物信息学》双语教学改革及实践[J].教育教学论坛，2015，（46）：125-126.