生物信息学创新教学模式的探究

朱柳村+李嘉睿

摘 要：生物信息学作为一门新兴交叉学科，传统的教学方法往往采取学生更习惯的教师讲授与示范这一模式，难以激发学生的学习兴趣，更加难以达到让学生学以致用的目的。该文在介绍案例式教学法、问题式教学法、项目式教学法3种创新教学模式成功实践的基础上，结合学生的专业背景与实际的课程特点，提出了一套适合本科生物信息学教学的创新教学模式，以期在生物信息学教学模式上得以创新和发展，从而提高学生的自主学习与独立思考的能力。

关键词：生物信息学；实践教学；教学模式

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）06-0179-03

Innovative Teaching Pattern of Bioinformatics

Zhu Liucun et al.

（School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China）

Abstract：As a newly-developing interdiscipline，bioinformatics has received incessant attention on the research of teaching models.Traditional teaching methods focus on the pattern of direct instruction and demonstration from the lecturer which students were used to learning in China.However，this straight teaching pattern usually lacks of capacity of arousing students' interest in learning，let alone achieves the aim of making them complete their work with the knowledge they learned in class.Recently，case-based learning，problem-based learning and program-based learning are known as successfully innovative teaching models.In this paper，by combining these three models and considering the background of students and characteristic of bioinformatics，we propose a new teaching pattern to be geared to the needs of the undergraduates learning bioinformatics.We look forward to the innovation and development this teaching pattern may achieve so as to enhance the students' capacity of independent study and thinking.

Key words：Bioinformatics；Practice teaching；Teaching pattern

1 前言

生物信息学是生命科学的重要前沿交叉学科之一，综合计算机科学、数学、生物学等学科的技术和方法，以计算机为主要的工具，对生物原始数据进行研究、存档、分析和处理，以阐明其具有的生物学意义[1，2]。随着人类基因组计划的成功完成，测序技术的不断发展，越来越多的生物基因序列数据被载入到数据库中。而大数据时代的到来要求我们能大规模的分析处理这些数据，因此生物信息学进入高速发展的黄金期。

目前生物信息学在许多高校本科生物专业中开设，目的是让学生掌握生物信息学的相关技术及分析数据能力，并具有查找、跟踪生物信息学前沿性技术的能力。然而，在与学生的交流过程中，笔者发现几个普遍存在的问题：有的学生反映，听完课很快就忘了；有的学生感觉很多概念太难懂；而更为关键的是，很多学生学完这门课之后，仍然不知道遇到具体的问题应当如何去做，甚至根本想不到用生物信息学课上学到的方法去解决他们的实际问题。究其原因，主要是由于国内的生物信息学教学基本以教师讲授为主，缺少与学科本身交叉前沿性特点相结合的教学方法[3]，导致学生学习积极性不高，变成简单的重复老师的实验操作，失去独立思考的能力，这就违背了开设这门课的初衷。为此，本文就目前流行的3种创新教学模式的特点进行分析，结合生物信息学特点，归纳出一套适合本科生物信息学教学的方法。

2 几种创新教学模式介绍

2.1 案例式教学法 案例式教学法（Case-Based Learning）是指教师根据教学内容设计案例，利用案例材料指导学生参与教学活动，充分发挥学生主导地位的方法[3，4]。不同于传统教学灌输的方式，案例式教学更加注重学生能力的培养，不直接提供解决问题的标准答案，而是通过结合具体案例讨论得到解决问题的方法。

2.2 问题式教学法 问题式教学法（Problem-Based Learning）是以问题为导向的开放式教学模式[5]，主张让学生自主学习去解决问题，培养学生的学习主动性，加深学生对理论知识的理解和应用。其特点是将教材的知识点以问题的形式呈现在学生的面前，让学生在探索解决问题的过程中展开探索，教师和学生一起协作寻找解决问题的方法，从而掌握课本中的知识。在研究活动中，学生可以充分利用身边的资源，比如图书馆的文献检索系统、网络学习软件以及多媒體等多种形式进行自主学习。问题式教学模式营造了一种轻松快乐的学习氛围，提高了学生相互合作的团队意识，为以后步入社会工作打下坚实的基础。比如，在BLAST软件使用教学中，可以先给学生提出如何对两条DNA序列进行比对的问题，让他们通过自学与相互讨论的方式掌握BLAST的使用方法并将2条DNA序列利用BLAST进行比对并对比对结果加以阐述。

2.3 项目式教学法 项目式教学法（Program-Based Learning）是以项目为主线，在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生处理，包括对信息的收集、方案的设计、项目的实施及最终评价[6]。学生通过对该项目的进行，了解并把握整个程及每一个环节中的基本要求，以此来培养学生独立分析解决问题的能力，让学生提高自己的动手能力、组织协作能力和综合概括的能力，拓展学生思考问题的深度和广度。这种教学法应用非常广泛，尤其是在职业教育中。

3 应用于生物信息學课程的创新教学模式

那么采取哪种教学方式才能够让学生顺利掌握知识点，并且能应用到实际当中去呢？一般的生物学课程，只要在理论课后加入实践课的内容，就可以解决这个问题，例如细胞生物学，只要再加入细胞生物学实验，那么学生对这门课的理解就会加深很多，对这门课的应用也会有一定的了解。然而笔者在实际的教学过程中却发现，这样的方式并不适合生物信息学这门课程，这是由于多数学生在上机实践之后，仍然不是太理解课上讲的一些概念，也不知道如何将这些方法运用到实际中。造成这种情况的原因主要有两点，一个是生物信息学这门课程所要求的数学和计算机方面基础，绝大多数学生物的学生都比较薄弱，甚至有部分同学在计算机编程方面是零基础。这使得他们在理论课上，对一些概念只是强行记住，并没有真正理解。而在上机实践环节中，他们又只是走马观花地将整个流程给过了一遍，并不知道这些操作是用来做什么的。另一个原因则是生物信息学与其他生物学的课程之间有脱节，这使得生物信息学的知识点很难融入到学生的现有知识体系当中去，这样就导致了学生不知道这些知识点的用途。因此，必须在激发学生学习兴趣的基础上，深入剖析生物信息学的基本概念，并且结合生物学中的实际问题，引导学生对其进行解决，才能让学生真正掌握这门课。而传统的老师讲、学生听的授课方式显然是不能满足这一要求的。

案例式教学法起源于美国哈佛商学院，最早应用于商业管理课程。其重点在于对一些热门且有争议的问题进行反复讨论，加深学生对知识点的理解。而生物信息学课程的内容大多比较确定，比较前沿有争议的话题又离日常生活较远，极少出现热门话题。因此，笔者认为案例式教学法目前可以偶尔用作课堂教学穿插，不适合全面应用于本科生物信息学课程。

问题式教学模式与项目式教学模式在本质上是相同的，均是以学生为主体，让学生带着问题或者有明确的目标的去主动利用身边资源查找相关知识解决问题完成目标，使学生在探索过程不仅掌握了知识，同时萌生自主学习的动机和欲望，提高了自主学习能力。两种教学模式的区别在于问题式教学法是将书本中的知识点凝练为问题再分析问题并解决问题，而项目式教学法则是根据老师提出的项目要求，以收集信息、设计方案、实施项目、最终评价为线索进行教学。问题式教学提出的问题与书本知识更为接近且较为零散，学生在针对问题进行分析和解决的过程中，容易对教学内容缺乏整体认识，即难以将知识点连成线，也很难结合实际问题。而项目式教学法是目前最适合提高学生能力的教学方法。然而在实际教学过程中，笔者发现大多数学生对项目式教学并不适应，很多学生在理解项目时就遇到了困难，在项目设计时感到无从下手。

因此，笔者在对两种教学方法进行研究归纳之后，将问题式教学法与项目式教学法相结合，总结出一套适合本科生物信息学教学的方法。具体为：首先教师根据课程安排制定一个可扩展的课题，明确课题要求，并根据课题内容将知识点拆分，以问题形式展现给学生，教师先就这些问题讲一些例子，学生查找资料。在此基础上，学生既对课题内容有整体认识，又在分析、解决一系列小问题时学习到知识点、收集了项目信息。随后通过参与定期分组讨论，与老师进行沟通的方式，学生最终可以拟定项目的方案并付诸实施。这种教学模式让学生了解实际工作的流程，培养基本的工作能力。在与教师的交流讨论中收获更多的专业知识，与同学之间的合作交流中查漏补缺，完善自己的不足，达到相互提高的作用。例如，在教学中，教师可以设计一个题为“构建一个可以预测乳腺癌患者生存时间的基因模型”的项目，并将项目拆解为：如何查找潜在包含乳腺癌患者信息的数据库？如何筛选与生存时间相关的基因？如何构建模型？如何评价模型的好坏四个问题？同时，为了让学生在实践中更好下手，可以依次为各个问题举例加以说明。如查找数据库环节，可以列举NCBI中的GEO数据库与美国政府发起的癌症和肿瘤基因图谱计划涉及的TCGA数据库两个例子，让学生先从这两个数据库获取相关的数据，对数据本身有所认识，再利用校园网资源查找更多的数据库。在此过程中，学生全程参与项目实现的各个流程，不仅学会了自主查找资料与学习，还提高了同学间的优势互补与团队协作的能力，提高学生学习的积极性，获得独立思考的能力。

参考文献

[1]龚乐君，杨荣根.浅谈计算机交叉学科——生物信息学教学中的探讨[J].新教育时代电子杂志（教师版），2014（19）：123-124.

[2]徐培杰.生物信息学研究现状[J].科技信息，2013（10）：268-269.

[3]刘念.案例教学法在《生物信息学》本科教学中的应用[J].考试周刊，2016（78）：152，191.

[4]张俊河，董卫华，王芳，等.案例教学法在医学生物化学教学中的应用[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2010（02）：139-142.

[5]张林，柴惠，赵虹.生物信息学教学模式探讨[J].新课程研究（中旬刊），2010（06）：67-68.

[6]李丽，薛春梅，纪艳，等.项目教学法在生物化学实验教学中的应用研究[J].考试周刊，2012（17）：165. （责编：张宏民）