主題式生物信息學(xué)教學(xué)理論和實(shí)踐初索

安娟 劉芳 魏曉星 李耀東 顧存林

摘要：生物信息學(xué)（Bioinformatics）是生命科學(xué)的研究中。我們本著教學(xué)和科研共促進(jìn)的宗旨，融合分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，充分結(jié)合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將理論授課和上機(jī)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，通過課前問卷調(diào)查分析，依據(jù)調(diào)查結(jié)果制定教學(xué)方案并加以實(shí)施，然后進(jìn)行課后分析，以完善醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)教學(xué)模式，為生物信息學(xué)在全校開展和生物信息學(xué)教學(xué)的進(jìn)一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；教學(xué)研究；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）22-0155-02

一、引言

生物信息學(xué)是利用計(jì)算機(jī)對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索和分析的交叉學(xué)科[1]。涉及對(duì)生物大分子序列數(shù)據(jù)的進(jìn)行整理、儲(chǔ)存、分析、加工；醫(yī)院信息化及電子病歷數(shù)據(jù)的分析和挖掘；以及分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的信息處理[2-3]。因此，對(duì)醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，具備一定程度的理解和應(yīng)用能力是十分必要的。在我國，許多醫(yī)學(xué)院校陸續(xù)將生物信息學(xué)設(shè)置為基礎(chǔ)課程或選修課[4]，而生物信息學(xué)在本校尚處于起步和探索階段。因此，結(jié)合科研中的一些切身體會(huì)，學(xué)習(xí)我國醫(yī)學(xué)院校開展生物信息學(xué)課程的模式，聯(lián)合本校計(jì)算機(jī)專業(yè)及醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)教師，共同建立出一套合理實(shí)用的醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)的課程，并加以實(shí)施和開展理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并對(duì)實(shí)施效果加以評(píng)價(jià)[5-6]。

二、課實(shí)施情況分析

1.課前問卷調(diào)查：為了了解廣大學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)這門課程的需求，2016年12月，我們開展課前問卷調(diào)查，內(nèi)容涉及：對(duì)本課程的認(rèn)識(shí)程度、學(xué)習(xí)的興趣度等，覆蓋全校7個(gè)專業(yè)的560名同學(xué)，包括臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、中藥學(xué)、醫(yī)學(xué)影像、康復(fù)醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、中西醫(yī)結(jié)合專業(yè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)本學(xué)科的認(rèn)識(shí)程度方面：84.8%的同學(xué)表示對(duì)生物信息學(xué)不了解，12.3%的同學(xué)表示了解一些，17.9%的同學(xué)表示曾經(jīng)學(xué)過一點(diǎn)；感興趣程度方面：57.2%的同學(xué)對(duì)本課程感興趣（特別感興趣的占23.7%，一般感興趣的占33.5%，不太感興趣的占42.8%）；同學(xué)對(duì)該學(xué)科的學(xué)習(xí)需求程度方面，65.2%的同學(xué)表示愿意選擇學(xué)習(xí)，22.3%的同學(xué)表示需求度一般，12.5%表示不會(huì)選學(xué)。

2.綜合教學(xué)模式的構(gòu)建。（1）多學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的整合和優(yōu)化。針對(duì)同學(xué)們的需求，我們?cè)?017年3月設(shè)計(jì)了40學(xué)時(shí)的理論及實(shí)驗(yàn)課，本著教學(xué)以學(xué)生為主體的基本原則，針對(duì)學(xué)生的專業(yè)背景，整合分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)信息的教學(xué)資源，優(yōu)化出一套適當(dāng)?shù)纳镄畔W(xué)教學(xué)內(nèi)容，將理論教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，側(cè)重將統(tǒng)計(jì)學(xué)思維融入解決生物醫(yī)學(xué)問題的教學(xué)模式。同時(shí)，針對(duì)教師的多元化專業(yè)背景，強(qiáng)調(diào)教學(xué)與科研共促進(jìn)，通過科研時(shí)刻關(guān)注，追蹤學(xué)科前沿，將最新的研究成果展示給學(xué)生，豐富教學(xué)內(nèi)容。依據(jù)學(xué)科設(shè)計(jì)了三個(gè)方向：生物學(xué)和醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生：側(cè)重于借助生物信息學(xué)手段來解決生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)問題。藥學(xué)專業(yè)學(xué)生：側(cè)重于生物信息學(xué)應(yīng)用與大分子結(jié)構(gòu)和藥物設(shè)計(jì)方面。公共衛(wèi)生及生物統(tǒng)計(jì)專業(yè)學(xué)生：側(cè)重于關(guān)注統(tǒng)計(jì)和生物信息學(xué)的應(yīng)用方面，注重理論與實(shí)踐的密切結(jié)合，將統(tǒng)計(jì)學(xué)思維融入解決實(shí)際的生物醫(yī)學(xué)問題。（2）教學(xué)過程實(shí)施。按照“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念簡要學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的原理，著重掌握利用計(jì)算機(jī)的各種資源。我們?cè)O(shè)了理論學(xué)時(shí)10學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)30學(xué)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。并應(yīng)用PBL臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式的基礎(chǔ)，結(jié)合生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的特點(diǎn)，在具體實(shí)施過程中將進(jìn)行“分組啟發(fā)討論式”教學(xué)模式。確立每節(jié)課教學(xué)目標(biāo)：由教師引導(dǎo)，學(xué)生所感興趣的內(nèi)容；分組上機(jī)分析數(shù)據(jù)：將學(xué)生隨機(jī)分組，以組為單位去檢索相關(guān)基因和蛋白數(shù)據(jù)庫。如何使用檢索工具、哪些數(shù)據(jù)庫需要檢索、哪些指標(biāo)可以限定、哪些地方不可以忽略等方面，教師給予提示和幫助；集中討論：由小組成員圍繞指定的問題，陳述檢索過程、結(jié)果，并就檢索過程中存在的問題及技巧進(jìn)行共同討論，最后由指導(dǎo)教師就檢索結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)；作業(yè)設(shè)計(jì)：依據(jù)本節(jié)課的內(nèi)容和操作方法，布置作業(yè)，鞏固內(nèi)容和操作方法。

3.課后教學(xué)效果評(píng)價(jià)。我們進(jìn)行了兩種評(píng)價(jià)體系相結(jié)合的模式分析教學(xué)效果。學(xué)生評(píng)價(jià)：根據(jù)學(xué)生對(duì)每個(gè)指標(biāo)的完成過程和指標(biāo)完成情況分析發(fā)現(xiàn)，所有小組均能有效地完成任務(wù)，并從中掌握基本的操作方法，80%的同學(xué)均達(dá)到優(yōu)秀。其次，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了無記名問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括對(duì)教學(xué)的興趣、對(duì)學(xué)習(xí)效果的滿意度、對(duì)能力獲得的認(rèn)可度三方面。通過問卷調(diào)查分析教學(xué)效果，通過對(duì)三個(gè)專業(yè)的65份調(diào)查表進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，87.5%的同學(xué)認(rèn)為學(xué)懂了，65%的同學(xué)表示興趣濃厚，45%的同學(xué)表示接受PBL的教學(xué)模式，95%的同學(xué)表示喜歡上機(jī)實(shí)驗(yàn)課。98%的同學(xué)表示學(xué)習(xí)效果滿意。教師評(píng)價(jià)：首先，利用教學(xué)效果評(píng)價(jià)表權(quán)重定量評(píng)價(jià)，包括教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過程、課堂實(shí)施情況等，最后對(duì)教學(xué)任務(wù)的整體分析與討論進(jìn)行綜合評(píng)判，依據(jù)教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系，發(fā)現(xiàn)本次教學(xué)效果良好。

三、討論

在生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐過程中，首先，我們開展一次學(xué)科交叉、共融的創(chuàng)新課程的嘗試和探索，最終目的是使生物信息學(xué)能滿足現(xiàn)代醫(yī)療和醫(yī)學(xué)研究發(fā)展的需要，為培養(yǎng)高素質(zhì)新型醫(yī)學(xué)人才做出新的嘗試。其次，本著以“學(xué)生為中心”的理念進(jìn)行，設(shè)計(jì)大量實(shí)踐操作，并結(jié)合臨床和疾病問題，同時(shí)結(jié)合課題組成員的科研研究項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)際科學(xué)問題的解決，是一次教學(xué)和科研相結(jié)合的立體教學(xué)模式[7-8]。通過構(gòu)建開放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，建設(shè)實(shí)踐教學(xué)基地方式盡可能強(qiáng)化實(shí)踐操作訓(xùn)練[9]。再次，教學(xué)小團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，師資力量的整合，形成以課程為中心的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充和完善，對(duì)授課教師的素質(zhì)提出了更高要求。同時(shí)采用了PBL及分組討論教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)嘗試，從而，一定程度上促進(jìn)了教師素質(zhì)的提高。

但是，在生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，理論教學(xué)由于涉及系統(tǒng)生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因組學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)算法等多方面的內(nèi)容，醫(yī)學(xué)學(xué)生接受能力相對(duì)差，在教學(xué)過程中不可能全面展開，因此，我們盡可能地將內(nèi)容編排得生動(dòng)、淺顯，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心。由于生物信息學(xué)具有操作性強(qiáng)、生動(dòng)有趣、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，再加上同學(xué)們對(duì)大數(shù)據(jù)的好奇，受到了同學(xué)的喜歡，達(dá)到了主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。然而，不足之處在于，由于課時(shí)少，學(xué)生實(shí)際掌握技能有限。因此，在今后需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

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