PBL教學法在碩士研究生生物信息學教學中的應用

吳風瑞，陳德宇，姜雙林，李文雍

（阜陽師范學院 生物與食品工程學院，安徽 阜陽 236037）

PBL教學法在碩士研究生生物信息學教學中的應用

吳風瑞，陳德宇，姜雙林，李文雍

（阜陽師范學院 生物與食品工程學院，安徽 阜陽 236037）

生物信息學是21世紀發(fā)展較為迅速的一門重要學科，也是多數學校碩士研究生必修課。筆者根據所在學校特點，嘗試在碩士生生物信息學教學實踐中引入PBL教學法，旨在提高該門課程的教學效果，并為生物信息學教學人員提供參考。

生物信息學；PBL教學法；碩士研究生

生物信息學是21世紀發(fā)展最為迅速的新興學科之一，涉及核酸信息的獲取、處理、分析和注釋，以及蛋白質的序列、結構、功能和互作網絡構建等方面[1]，在以植物、動物和微生物為研究對象的生命科學領域應用日漸廣泛。因而，對生物學專業(yè)學生來說，學習生物信息學的重要性顯而易見，這門課程也成為生物學專業(yè)碩士研究生的必修課[2]。為了提高生物信息學教學效果和質量，許多高校都在對現有的課程體系和教學模式進行不斷的探索和改進[3-5]。筆者針對碩士研究生生物信息學教學過程中所遇到的實際問題，將PBL教學法引入教學過程中，獲得了較好的教學效果。

1 我校碩士生生物信息學教學中面臨問題

1.1 學生專業(yè)背景差異明顯

學習生物信息學，要求學生具有良好的生物學專業(yè)英語、分子生物學、統(tǒng)計學和計算機專業(yè)知識。我校自招收碩士研究生以來，部分通過調劑方式進入我校的學生屬非生物學專業(yè)背景，水平參差不齊，這使得教學難度增大，也是影響教學效果的最主要問題。

1.2 教學方式方法較為單一

隨著多媒體的普及，大多數高校都采用電子課件的形式進行教學，這種教學方式雖然能直觀的顯示，但這種單一的教學模式也容易導致學生反應速度變慢，印象不深刻。此外，缺少生物信息學專任教師，現有任課教師在課堂上講授的內容大多都是自己研究領域的內容，不能很好的兼顧各專業(yè)學生，學生學習后也不能很好地將所學知識應用到自己的專業(yè)領域。

1.3 大綱落后且課時數設置不足

我?，F行的碩士研究生生物信息學教學大綱為3年前修訂，講授內容稍顯落后。即便如此，該課程只有理論課28課時，實踐課8課時，課時數偏少，能講授的內容不能太多，大多數內容只能浮光掠影，無法深入講解。

我校研究生教育尚屬起步階段，專業(yè)課程的設置與教學模式都處于探索與嘗試之中。生物信息學這門學科發(fā)展迅速，知識更新快且又是交叉學科，如果采用傳統(tǒng)的“教師講，學生聽”方式來進行這門課程的教學，收效必然甚微，因而教學方式亟待改革。

2 PBL教學法及其推廣的重要性

最早起源于20世紀50年代的醫(yī)學教育過程中的 PBL（problem-based learning）教學法，強調以學生主動學習為主[6,7]。PBL教學法以問題為學習起點，引入小組合作學習和自主學習，發(fā)揮團隊協(xié)作的力量來解決問題，而教師在整個過程中所扮演的角色僅是指導認知學習技巧的教練，這樣學生對該部分知識的理解和記憶更加深刻，目前已被國內外很多高校所采用[8,9]。由于這種基于問題的教學模式，能充分調動學習學習的積極性，特別是在地方省屬高校推行這一教學方式具有更為重要的意義，因而我們也有必要在生物信息學這一新興學科的教學過程中嘗試運用PBL教學方式。

3 PBL教學法在生物信息學教學中的運用實例與探索

隨著高通量測序的大數據時代的到來，普通轉錄組或single-cell RNA sequencing和動植物基因組de novo測序等成為當今科研領域的熱點[10,11]。這類數據的統(tǒng)計分析都需借助大型服務器，在Linux系統(tǒng)下通過Perl語言和R語言編程等來實現[12]，在短時間內讓學生掌握并學會運用的可能性不大，因而有必要在課堂上講授并讓學生學會解讀轉錄組或基因組測序報告。若采用傳統(tǒng)的教學方式，學生只會被動的接受，無法完整地理解報告背后深層次含義，而PBL教學法在實施過程中，學生變被動為主動，教學效果得到有效提升。下面我們以解讀普通轉錄組與單細胞轉錄組報告為例，運用PBL教學法來實現這一目標，其基本思路如圖1所示。

圖1 PBL教學法在生物信息學教學中運用的基本思路

3.1 教師提出問題，課前設疑

在實行PBL教學前，教師先對轉錄組進行簡要介紹，包括進行單細胞與普通轉錄組測序的意義、流程及其在科學研究中的應用，讓學生對該部分內容在一定程度上有所了解，并讓學生課后閱讀近期在生物學知名期刊上發(fā)表的有關轉錄組測序的文章。隨后與其他教師商討后提出并設置問題，如：轉錄組報告包含哪些內容，每部分的結果是通過何種方式呈現的，意義又是什么？特別是單細胞轉錄組與普通轉錄組的差異在哪里。雖然目前國內有多家生物公司進行高通量測序，所出具的報告樣式不同，但所包含的內容幾乎是一致的，這樣可以讓學生從多個角度入手來解決這一問題。另外，可以結合利用該技術解決某一個基礎的生物學問題的研究性論文，先提出本應在教師總結階段需要解決的問題，讓學生產生疑問，但并不作答。此方式可以有效提高學生對未知結果的興趣，同時也可以使整個教學過程前后呼應，從而將多個課時融為整體。這一環(huán)節(jié)不僅讓學生對本部分知識有所了解，也為下一環(huán)節(jié)的實施奠定基礎。

3.2 學生查找資料和分組討論

針對我校生物學專業(yè)碩士研究生特點，5名同學分為一組，共3組，每組都有一名本科階段為生物學專業(yè)的學生并由他任小組長，分配不同任務，這樣不僅能發(fā)揮組內各成員的特長，也能讓各組更好地理解和查找資料。教學內容主要由“測序數據質控、比對和統(tǒng)計”、“基因表達定量、聚類分析和樣本相關性分析”、“差異基因分析”和“基因功能分析”等四部分組成，著重比較單細胞轉錄組與普通轉錄組之間的差異。學生可以通過百度等搜索引擎、各生物公司主頁和相關文獻去查找每一部分內容，并找到每部分內容都是通過哪種語言去實現，具有怎樣的生物學意義。此后定期安排學生集中討論，一是對匯報資料查詢進度，二是對資料查詢過程中所遇到的問題進行互相交流，教師只是在此過程中對疑難問題作出提示和建議。相對傳統(tǒng)的教學方式，讓學生角色發(fā)生轉變，真正成為課程教學中的“主人翁”。

3.3 集中討論與總結

在分組討論完成后，學生在查詢資料階段遇到的問題得以解決，此時可進行集中匯報。讓學生對任務期間所做工作、獲得的結果進行匯報，教師加以點評，并對各部分加以簡要的講解，糾正學生在資料查詢和分組討論階段對所學內容的錯誤理解，這樣不僅能使學生對課程內容的理解更加透徹，也使教師在此過程中學到新的知識，使“教和學”兩方面同時得到提高。

4 展望

實踐表明，經過幾次的教學嘗試，我們發(fā)現PBL教學模式和方法在我校16級生物學碩士研究生生物信息學教學過程中取得了良好的教學效果，不僅使學生解決實際問題的綜合分析、判斷及實踐動手能力得到了大力提升，還培養(yǎng)了學生交流和團隊意識等科研必備素質和能力。但值得注意的是這種教學模式對教師提出了更高的要求，必須在教學內容理解地非常透徹的前提下才能引導和啟發(fā)學生思考[13-15]，同時學校也必須要有豐富的資源供學生檢索使用。我們在教學過程中也發(fā)現有部分同學以消極的態(tài)度參與整個過程，個別學生還會像傳統(tǒng)教學模式一樣依靠指導教師，不去獨立思考和凝練科學問題，這就要求我們不斷嘗試先進的教學理念，發(fā)展出一種能適應不同學生現狀的PBL教學模式。

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Application of PBL teaching method in the bioinformatics teaching practice for the master's degree students

WU Feng-rui,CHEN De-yu,JIANG Shuang-Lin,LI Wen-yong

(School of Biological Science and Food Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui 236037,China)

Abstarct:Bioinformatics is an important subject which has quickly developed in twenty-first century.It is also a required course for graduate students in our university.According to the characteristics of the school,the author tries to introduce the PBL teaching method in the teaching practice for the master's degree students.The present study aims to improve the teaching effect of the course,and provide reference for the teaching staff of bioinformatics.

bioinformatics;PBL teaching method;master's degree students

G642.42

A

1004-4329（2017）02-109-03

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）02-109-03

2016-11-09

國家自然科學基金項目（31501906）；安徽省自然科學基金青年項目（1408085QC65）資助。

吳風瑞（1981－ ），男，博士，副教授，研究方向：脊椎動物胚胎發(fā)育的分子機制。