基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容與方式改革探索

周倩 張永生 王運(yùn)生 唐前君

【摘要】基因組學(xué)是伴隨人類基因組計(jì)劃成功實(shí)施而誕生的一門年青學(xué)科，其內(nèi)容涉及當(dāng)今生命科學(xué)研究的前沿與熱點(diǎn)。學(xué)習(xí)基因組學(xué)對于豐富和完善生物科學(xué)類學(xué)生的知識體系、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力有著深遠(yuǎn)影響。經(jīng)過幾年基因組學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法等方面進(jìn)行了合理的改進(jìn)，以期全面提高教學(xué)質(zhì)量，努力培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才。

【關(guān)鍵詞】基因組學(xué) 教學(xué) 改革

【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students knowledge system and cultivating students innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.

【Key words】Genomics； education； innovation

【基金項(xiàng)目】湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)遴選項(xiàng)目《基因組學(xué)》和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目B2015021資助。

【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0233-02

伴隨人類基因組計(jì)劃，一門新興的生命科學(xué)前沿學(xué)科基因組學(xué)（ Genomics）應(yīng)運(yùn)而生。不同于以往的分子遺傳學(xué)以“單個(gè)”基因?yàn)檠芯繉ο蟮乃悸?，基因組學(xué)從物種的整個(gè)基因組入手來研究基因的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化[1]。經(jīng)過近20年的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)基因組學(xué)研究已經(jīng)形成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三個(gè)不同的領(lǐng)域[1-3]，還衍生出了轉(zhuǎn)錄物組、蛋白質(zhì)組、代謝組、甲基化組等一系列組學(xué)研究的分支，引發(fā)了生物科學(xué)研究的系統(tǒng)觀熱潮[2]。

目前，基因組學(xué)已成為高校生物學(xué)課程體系中的重要組成部分，越來越多的高校都將其設(shè)為生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的必修課或選修課。課程的開設(shè)不僅有利于學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的前沿，還能為學(xué)生研究生階段開展相關(guān)課題提供研究思路和背景知識。然而，基因組學(xué)發(fā)展迅速，如何使教學(xué)緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中既能掌握基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識，又能及時(shí)了解最新的基因組學(xué)發(fā)展技術(shù)，成為教學(xué)中的難點(diǎn)。因此，教師需要不斷更新教學(xué)內(nèi)容，緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的主動性。此外，基因組學(xué)與其他學(xué)科具有很強(qiáng)的交叉性，教師授課過程中既要避免內(nèi)容的重復(fù)，又要能深入淺出地把內(nèi)容抽象、過程復(fù)雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學(xué)生。針對基因組學(xué)課程的上述特點(diǎn)以及這幾年的教學(xué)實(shí)踐，筆者從基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，探索了適合本門課程的教學(xué)方法和模式，以期提高基因組學(xué)的教學(xué)效果，以適應(yīng)新形勢下素質(zhì)教育的需要。

一、選擇合適的教材

我國許多高校的生物信息、生物技術(shù)等相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置中都將基因組學(xué)設(shè)為專業(yè)課或選修課，如華中科技大學(xué)、暨南大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)等。我校也在學(xué)生先修遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的基礎(chǔ)上，開設(shè)基因組學(xué)課程作為生物信息學(xué)的一門專業(yè)課，共設(shè)置40課時(shí)。經(jīng)過了解，國內(nèi)廣泛使用的基因組學(xué)教材主要有兩本，即國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)楊金水教授編著的《基因組學(xué)》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英國曼徹斯特大學(xué)理工學(xué)院TA.Brown教授編著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根據(jù)課程需要和課時(shí)數(shù)，我校自2005年生物信息學(xué)專業(yè)開設(shè)以來一直選擇結(jié)構(gòu)體系比較完整、內(nèi)容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學(xué)》系列版本為主要教材。同時(shí)選用袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組》及其英文版原著作為參考，補(bǔ)充楊金水編著的《基因組學(xué)》，部分內(nèi)容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時(shí)，每隔數(shù)年就會補(bǔ)充基因組學(xué)研究領(lǐng)域的新成果和新技術(shù)然后再版，便于跟蹤學(xué)科前沿，掌握最新研究動態(tài)。參考書中英文對應(yīng)，可方便學(xué)生對專業(yè)名詞的理解和把握，也有助于學(xué)生提高對英文文獻(xiàn)的閱讀能力。

二、構(gòu)建系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容

基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容與遺傳學(xué)、分組生物學(xué)和生物信息學(xué)課程的內(nèi)容相互聯(lián)系、相互滲透。因此課程內(nèi)容既要避免與現(xiàn)行課程中重復(fù)的部分，又突出本學(xué)科的特有內(nèi)容，為此我們在與其他相關(guān)課程教師充分溝通的情況下進(jìn)行了授課內(nèi)容的安排。基因組學(xué)的知識結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三部分。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)是基因組研究的前提，是功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)內(nèi)容理解和掌握的基礎(chǔ)，其主要目標(biāo)是通過基因組測序獲得基因組序列。而基因組測序的前提是對基因組的基本結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了解，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作，最后進(jìn)行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學(xué)課程重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，安排20個(gè)課時(shí)，主要涉及選用教材的前四章內(nèi)容[4]。功能基因組學(xué)，被稱為后基因組學(xué)，它利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實(shí)驗(yàn)手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能。這部分內(nèi)容是目前發(fā)展最快的研究重點(diǎn)[5]，涉及很多關(guān)于研究基因功能的實(shí)驗(yàn)方法，因此也是課程的難點(diǎn)。研究內(nèi)容包括基因組序列中基因功能的發(fā)現(xiàn)、單個(gè)基因功能的確定、基因表達(dá)分析及突變檢測和基因與基因之間的相互作用。本門課程中安排12課時(shí)學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容，主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章關(guān)于基因組的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的內(nèi)容，分子生物學(xué)中有過講述，在基因組學(xué)的課程中不再重復(fù)。第八章和第九章關(guān)于轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的內(nèi)容另開設(shè)有相關(guān)的課程，也不在基因組學(xué)課程的講述范圍內(nèi)。比較基因組學(xué)是基于結(jié)構(gòu)基因組的基礎(chǔ)上，對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。通過對不同親緣關(guān)系物種的基因組序列進(jìn)行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼調(diào)控序列及給定物種獨(dú)有的序列。而基因組范圍之內(nèi)的序列比對，可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關(guān)系和基因順序方面的異同，進(jìn)而得到基因分析預(yù)測與定位、生物系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化關(guān)系等方面的信息。這部分內(nèi)容安排6課時(shí)，主要涉及教材的第十二至十四章的內(nèi)容。這樣合理安排授課內(nèi)容，使學(xué)生在頭腦中建立起一個(gè)從結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究到功能基因組學(xué)研究再到比較基因組學(xué)研究的完善的知識體系。

此外，基因組學(xué)發(fā)展迅速，除了三大部分基本內(nèi)容外還在課堂上及時(shí)補(bǔ)充和完善一些最新的研究成果。比如可以通過查詢Science、Nature 和Cell等頂級期刊，了解基因組學(xué)的最新研究進(jìn)展和方法，使學(xué)生及時(shí)把握學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)和方向，把基因組學(xué)課程真正建設(shè)成為一門開闊學(xué)生視野的課程。另外，課堂上可以討論一些社會上的熱點(diǎn)話題或者普及一些與生活息息相關(guān)的知識，如精準(zhǔn)醫(yī)療等。還可以講述一些相關(guān)的故事，如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關(guān)知識的應(yīng)用，比如如何利用分子標(biāo)記進(jìn)行親子鑒定及法醫(yī)鑒定等也可以再課堂上適時(shí)的插入。這些內(nèi)容可以極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

三、多媒體與板書相結(jié)合教學(xué)

多媒體教學(xué)具有圖文并茂的效果，可以把抽象、微觀、枯燥、復(fù)雜的內(nèi)容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快，如果學(xué)生的思維無法跟上，則會大大地降低教學(xué)效果。傳統(tǒng)的板書教學(xué)則可以將知識更加系統(tǒng)地呈現(xiàn)給學(xué)生，更利于師生間的交流[6]。但板書教學(xué)比較耗時(shí)，尤其對于高等教育中較多的授課內(nèi)容，完全采用板書會影響教學(xué)進(jìn)度。此外，對于圖像和圖形的呈現(xiàn)，板書教學(xué)也無法勝任。因此，可采用“多媒體+板書”相結(jié)合的授課方式。授課提綱板書在黑板上，使學(xué)生整堂課都可以看見，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題，及時(shí)用板書補(bǔ)充。重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，也要結(jié)合板書詳細(xì)講解，同時(shí)借助多媒體手段將所需要的圖片、動畫和視頻插入課件，按照課程的需要播放，提高課堂教學(xué)效果。

四、組織學(xué)生參與科學(xué)研究

基因組學(xué)課程內(nèi)容涉及許多研究方法和技術(shù)，部分經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在分子生物學(xué)與遺傳學(xué)中有過介紹，但一些新發(fā)展起來的技術(shù)上述課程學(xué)習(xí)的過程中沒有涉及。有些技術(shù)原理深奧、抽象，難以理解，最好的方法是讓學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)[7-9]。教師可組建基因組學(xué)科研興趣小組，讓學(xué)生利用課外時(shí)間參與老師的科研課題。學(xué)生通過親自參與基因組學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以深刻理解這些技術(shù)的原理，并掌握具體操作技術(shù)，將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，在幫助教師完成科研工作的同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生對科研工作的熱情，為學(xué)生進(jìn)一步考研深造打下基礎(chǔ)。

五、應(yīng)用靈活多樣的考核方式

科學(xué)、合理的考核方式有助于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。傳統(tǒng)的考核方式主要是閉卷考試，容易使學(xué)生把考試當(dāng)成最終的學(xué)習(xí)目標(biāo)，不利于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。因此，改革教學(xué)考核方式的非常重要?？己顺藢W(xué)生進(jìn)行基本理論知識考試外，在成績評定標(biāo)準(zhǔn)上適當(dāng)加大對學(xué)生動手能力和綜合技能的考核比重，增加平時(shí)成績的考核，條件允許的話還可以設(shè)置一些小實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)課的課堂上讓學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，還可以把科研過程中的一些小項(xiàng)目交給學(xué)生，讓學(xué)生查閱資料后根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師進(jìn)行指導(dǎo)修改后再反饋給學(xué)生。學(xué)生的平時(shí)成績最終按30%的比例計(jì)入最終成績。科學(xué)合理地應(yīng)用上述方法可以很大程度改變學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

經(jīng)過幾年的實(shí)踐，我們的教學(xué)改革獲得了大多數(shù)學(xué)生的好評與認(rèn)可。在今后的教學(xué)中，隨著教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累和教學(xué)水平的進(jìn)一步提高，將會不斷完善基因組學(xué)教學(xué)工作。基因組學(xué)發(fā)展迅速，如今已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是近幾年基因組學(xué)研究領(lǐng)域的重大成果層出不窮，對生命科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動作用。針對基因組學(xué)教學(xué)過程中存在的主要問題[10，11]，在構(gòu)建系統(tǒng)課程內(nèi)容體系的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)農(nóng)林院校的專業(yè)特點(diǎn)，不斷改革和探索課程的教學(xué)方法，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)，不斷完善理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，為推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

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