生物信息學(xué)“教—研—?jiǎng)?chuàng)”一體化創(chuàng)新教學(xué)模式初探

齊云峰+孫添添+于長春

摘要：生物信息學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，跨越和融合了生命科學(xué)和信息技術(shù)兩大領(lǐng)域。隨著生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，各高校相繼開設(shè)生物信息學(xué)課程。本文根據(jù)生物信息學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)與國內(nèi)生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，提出“教學(xué)—科研—?jiǎng)?chuàng)業(yè)”一體化教學(xué)模式。以進(jìn)一步完善生物信息學(xué)的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 教學(xué)模式 創(chuàng)新

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5349（2017）08-0009-02

近些年，隨著人類基因組測序完成，有關(guān)核酸、蛋白質(zhì)等的分子生物學(xué)數(shù)據(jù)迅速增長。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也為生物數(shù)據(jù)的處理提供了有力支持[1]，促進(jìn)了生物信息學(xué)的產(chǎn)生及發(fā)展。許多高校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程。生物信息學(xué)課程對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。[2]生物信息學(xué)是多領(lǐng)域融合的學(xué)科，對理論知識及實(shí)踐的要求較高，因此如何提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量及完善教學(xué)模式尤為重要。本文根據(jù)生物信息學(xué)的特點(diǎn)及目前發(fā)展現(xiàn)狀，提出“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化的教學(xué)模式。并在實(shí)施過程中不斷優(yōu)化，為完善生物信息學(xué)的教學(xué)模式提供依據(jù)。

一、生物信息學(xué)課程的概述

生物信息學(xué)作為近些年新發(fā)展的學(xué)科。具有以下特征：第一，多學(xué)科融合。它將數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起。[3]第二，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。目前國際上著名的數(shù)據(jù)庫有GenBank、DDBJ和PIR等。[4]這些資源具有開放性，大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫可免費(fèi)下載。第三，學(xué)科知識的前沿性，生物信息學(xué)的發(fā)展和更新較其他學(xué)科更為迅速。[5]教師在教學(xué)過程中要不斷地吸取新的知識以補(bǔ)充教材中的不足。[6]生物信息學(xué)的價(jià)值不僅體現(xiàn)在科學(xué)研究領(lǐng)域，同時(shí)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有影響。[6]所以，各高校設(shè)置生物信息學(xué)課程是必要的。

二、生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

無論國外或國內(nèi)對生物信息學(xué)的發(fā)展都是高度重視的。筆者在針對生物信息學(xué)本科教學(xué)過程進(jìn)行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，生物信息學(xué)教學(xué)過程存在以下不足：

（一）專業(yè)型人才稀少

生物信息學(xué)所涉及的領(lǐng)域較廣，它將數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合。[7]這一特點(diǎn)，要求從事生物信息學(xué)教學(xué)的教師自身知識背景要深厚，同時(shí)兼?zhèn)渖飳W(xué)及信息技術(shù)的專業(yè)知識。由于各專業(yè)之間的交叉聯(lián)系較少，導(dǎo)致相關(guān)生物信息學(xué)的專業(yè)人才稀少。這對于生物信息學(xué)教學(xué)是不利的。

（二）教學(xué)理念陳舊

生物信息學(xué)是將信息技術(shù)和生物課程有機(jī)結(jié)合。目前，在國內(nèi)，生物信息學(xué)教學(xué)思想還比較落后，大部分還處于對構(gòu)建完善的教學(xué)模式初步探索階段。[8]由于不能將信息技術(shù)的優(yōu)勢極大地發(fā)揮，以至于生物信息學(xué)教學(xué)過程中存在一定的弊端。在教學(xué)設(shè)計(jì)中還沿用傳統(tǒng)的教授法，使得學(xué)生對于學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣減少，同時(shí)，忽略信息技術(shù)的應(yīng)用對于培養(yǎng)和拓展學(xué)生思維方式的作用。

（三）實(shí)踐教學(xué)存在不足

實(shí)踐教學(xué)是生物信息學(xué)教學(xué)過程中必要的部分。生物信息學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)方面較為薄弱。一方面，課時(shí)安排不合理。大部分時(shí)間分配于理論課，而實(shí)踐課的時(shí)間相對較少。另一方面，在硬件設(shè)施上，也不能滿足實(shí)際需求。在很多高校中并沒有獨(dú)立的計(jì)算機(jī)機(jī)房以保障學(xué)生能夠進(jìn)行具體的操作。并且，在國內(nèi)，雖然生物信息學(xué)的研究發(fā)展迅速，但所涉及的資源并不能共享，交流較少。

（三）“教-學(xué)-研”模式的構(gòu)建

針對生物信息學(xué)課程自身特點(diǎn)及在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化教學(xué)模式。

1.教學(xué)理念的改革

從上述的分析中，針對教學(xué)理念落后問題，需要從生物信息學(xué)的教學(xué)要求與特點(diǎn)出發(fā)，改變常規(guī)的教學(xué)模式，采用“自主式、探究式”學(xué)習(xí)的思想，通過小組合作的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。[9]根據(jù)生物信息學(xué)的課程內(nèi)容可將其分為幾個(gè)模塊。例如：數(shù)據(jù)庫介紹及應(yīng)用、常用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等。學(xué)生以小組為單位，對每一個(gè)模塊進(jìn)行探討研究。學(xué)生可以通過上網(wǎng)查找資料，與老師進(jìn)行交流及在課堂上展示成果并且小組間進(jìn)行探討等方式對該模塊所涉及的相關(guān)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣使得學(xué)生能夠按照自己的要求擴(kuò)展和交流生物信息學(xué)知識，豐富生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)途徑，并且?guī)熒g建立平等和諧的關(guān)系。

2.理論聯(lián)系實(shí)踐，鍛煉學(xué)生科研能力

教學(xué)是科研的前提條件，科研使教學(xué)內(nèi)容多樣化。[10]因此，在教學(xué)過程中，根據(jù)課程的特色，可將教學(xué)與科研彼此聯(lián)系起來。首先，組建跨學(xué)科的教師團(tuán)隊(duì)。生物信息學(xué)是多學(xué)科交叉的課程，該領(lǐng)域的專業(yè)型人才稀少。解決這一問題是保障學(xué)生在科研過程中隨時(shí)了解相關(guān)知識的關(guān)鍵。我們可以在教學(xué)過程中組建跨學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。教師間可彼此溝通交流，針對學(xué)生們在科研過程中遇到的問題，能夠提供專業(yè)性的建議，為科研提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。其次，教師積極鼓勵(lì)學(xué)生參加科研項(xiàng)目。教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)下生物信息學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)方向，提出研究問題，使學(xué)生積極參加其中。在科研過程中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及動(dòng)手操作能力，同時(shí)，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識。對生物信息學(xué)有進(jìn)一步了解。最后，為了創(chuàng)造一個(gè)良好的科研條件，學(xué)校應(yīng)提供一些硬件設(shè)施。例如：多媒體網(wǎng)絡(luò)教室、與生物信息學(xué)相關(guān)的軟件等。將教學(xué)與科研聯(lián)系在一起，可有效地提高生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

3.教學(xué)與創(chuàng)業(yè)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神及創(chuàng)業(yè)能力

創(chuàng)業(yè)教育是一種實(shí)踐性行為，以學(xué)生為主體，將“教、學(xué)、做”三者合一。[11]所以在“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化教學(xué)模式中，創(chuàng)業(yè)與教學(xué)、科研相互聯(lián)系，科研成果具體化，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。以吉林師范大學(xué)為例。教師在授課過程中，與學(xué)生一起對表觀遺傳學(xué)藥物進(jìn)行分析，并以此為研究課題，參加“第二屆吉林省‘互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”。項(xiàng)目中擬建一家有限責(zé)任公司，它將通過差異化的運(yùn)營模式，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，運(yùn)用現(xiàn)代生物科技和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對表觀遺傳學(xué)藥物信息的整合及數(shù)據(jù)的分析，并對藥物靶點(diǎn)進(jìn)行更深層次的挖掘。為特定的顧客提供個(gè)性化的服務(wù)，并以此獲取利潤。實(shí)例表明，在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。創(chuàng)業(yè)與教學(xué)、科研的有效結(jié)合，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并充分發(fā)揮了理論知識與實(shí)踐結(jié)合的優(yōu)勢。

四、結(jié)語

總之，生物信息學(xué)教學(xué)應(yīng)適當(dāng)?shù)貙⒗碚撆c實(shí)踐結(jié)合。通過“教-研-創(chuàng)”一體化教學(xué)模式的嘗試，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并且能夠及時(shí)解決問題的能力。因此，該模式在生物信息學(xué)教學(xué)過程中具有一定的可操作性。隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，該模式將進(jìn)一步完善，以期培養(yǎng)出綜合型、創(chuàng)新型人才。

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Abstract：Bioinformatics as a new interdisciplinary， spanning and integration of the two major areas of life sciences and information technology. With the continuous development of bioinformatics， the university has set up bioinformatics courses. In this paper， according to the characteristics of bioinformatics and the current situation of the teaching of bioinformatics in China， this paper puts forward the integrated teaching model of “teaching， research and entrepreneurship”. In order to further improve the teaching mode of bioinformatics.

Keyword ：Bioinformatics， Teaching mode， innovate

責(zé)任編輯：楊國棟