大數(shù)據(jù)時代科研導(dǎo)向的生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)方法探索

王文棟 張浩婷 崔若彤 郝敏 馬立飛 常曉彤

摘 要 隨著人類基因組計劃的完成，高通量技術(shù)的誕生以及大數(shù)據(jù)時代的來臨，生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要性日益凸顯。生物信息學(xué)是利用計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)相關(guān)技術(shù)和方法解決生命科學(xué)領(lǐng)域問題的新興交叉學(xué)科，貼合前沿科學(xué)，更新迅速。本文探討了在大數(shù)據(jù)時代下，醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)以科研為導(dǎo)向的方法形成過程和實踐策略，有助于提高生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，更好的實現(xiàn)培養(yǎng)生物信息學(xué)復(fù)合型人才的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù) 生物信息學(xué) 科研 教學(xué)改革

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

生物信息學(xué)（Bioinformatics）是一門利用計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)相關(guān)技術(shù)和方法，對生物信息進(jìn)行采集、處理、儲存、傳播、分析和解釋，旨在解決生命科學(xué)領(lǐng)域問題的新興交叉學(xué)科，與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和功能基因組學(xué)密切相關(guān)。隨著人類基因組計劃的完成，高通量技術(shù)的誕生以及大數(shù)據(jù)時代的來臨，生物信息學(xué)的內(nèi)容逐步完善，已經(jīng)成為科學(xué)研究的重要工具。

目前，生物信息學(xué)在基因功能研究、蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、藥物設(shè)計、法醫(yī)學(xué)鑒定等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，國內(nèi)外研究成果顯著，通過高通量實驗數(shù)據(jù)的挖掘、分析，有助于尋找分子治療靶點，加快人類疾病研究及臨床治療的進(jìn)程，為精準(zhǔn)醫(yī)療的實現(xiàn)提供有效的數(shù)據(jù)平臺和信息。由此可見，醫(yī)學(xué)院校開設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)必不可少。生物信息學(xué)是交叉學(xué)科，并且要求有很強的實踐性和進(jìn)展性，對專業(yè)人才的要求較高，使得該專業(yè)在醫(yī)學(xué)院校教學(xué)方面出現(xiàn)了困難。我們針對生物信息學(xué)專業(yè)在醫(yī)學(xué)院校開展中存在的問題進(jìn)行了教學(xué)探索并提出了一些解決辦法，結(jié)合教師的科研課題、將醫(yī)院方面的科研成果引入日常教學(xué)，成立學(xué)生科研實踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組，施行導(dǎo)師制等方式，及時補充、更新教學(xué)內(nèi)容，貼合前沿技術(shù)，有助于真正培養(yǎng)學(xué)生利用生物信息學(xué)知識解決生命科學(xué)領(lǐng)域問題的實操能力和綜合分析問題的能力。

1醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程主要困難分析

1.1教學(xué)進(jìn)度安排不合理

生物信息學(xué)興起較晚，發(fā)展時間短暫，存在一些關(guān)聯(lián)性強的學(xué)科安排不合理的問題。以本院校為例，以概率論課程為基礎(chǔ)的生物統(tǒng)計學(xué)課程卻與概率論課程開設(shè)在同一學(xué)期，可能導(dǎo)致學(xué)生無法理解生物統(tǒng)計學(xué)知識。另外，課時影響也十分關(guān)鍵，由于國內(nèi)對于專業(yè)總課時的限制，會壓縮某些課程的教學(xué)安排課時，這導(dǎo)致教師將在有限的課時中灌輸大量的課程內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，降低了教學(xué)質(zhì)量。

1.2教材不全面

生物信息學(xué)作為交叉學(xué)科，其所培養(yǎng)出的人才所需知識范圍較廣，其所需方法與技術(shù)在不斷變化，但是，目前國內(nèi)教材單一，更新不及時，無法滿足培養(yǎng)復(fù)合型人才的需求，且多數(shù)教材由國外引進(jìn)，翻譯等過程周期較長，導(dǎo)致出版速度跟不上日新月異的生物信息學(xué)。另外，國內(nèi)外教學(xué)方式和文化背景不同，大多數(shù)教材對國內(nèi)學(xué)生不適用。

1.3教師專業(yè)背景薄弱

目前從事生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)的教師擅長生物方面的研究，對于計算機和數(shù)學(xué)等方面的專業(yè)知識的教學(xué)需借助外學(xué)院教師完成，這也造成了部分教師在教授課程時無法將生物學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機完整的聯(lián)系起來，導(dǎo)致學(xué)生掌握的知識不連貫，不全面。

1.4實踐教學(xué)稀缺

生物信息學(xué)專業(yè)實踐性較強，通過實踐能引導(dǎo)學(xué)生將書本知識和實際情況相結(jié)合，對于學(xué)生學(xué)習(xí)尤為重要。但是目前的實踐教學(xué)體系有待完善，在某些開設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)的院校沒有投入大量資金在生物信息學(xué)實踐教學(xué)研究中，缺乏實驗器材，實踐次數(shù)較少，生物信息學(xué)的實踐教學(xué)條件得不到保障。

2生物信息學(xué)教學(xué)方法探索

2.1合理安排教學(xué)進(jìn)度

首先將基礎(chǔ)課程安排在大一大二年級，夯實基礎(chǔ);將生物信息學(xué)專業(yè)課程定位在大三學(xué)生，此外應(yīng)避免將關(guān)聯(lián)性強的學(xué)科安排在一個學(xué)期，以免發(fā)生課程沖突。其次應(yīng)增加一定的課時，由于生物信息學(xué)涵蓋知識面廣泛，教師需要更多時間去講授，而學(xué)生也需要更多的時間去理解并掌握。

2.2設(shè)置獨特的教材體系

綜合國內(nèi)外的各類教材，取其精華并且結(jié)合醫(yī)學(xué)院校自身辦學(xué)條件和學(xué)生的專業(yè)知識素養(yǎng)，創(chuàng)建一個適合本校學(xué)生的具有本校特色的教材體系。結(jié)合前沿技術(shù)及時更新教材內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注國內(nèi)外最新的科研方向，在教材中予以補充。

2.3改善教師教學(xué)方式

2.3.1采用PBL教學(xué)模式

教師改用PBL教學(xué)模式，將學(xué)生按照能力和興趣合理地分組，并在課堂上提出疑問，布置任務(wù)，學(xué)生通過自身基礎(chǔ)和查閱文獻(xiàn)，各小組進(jìn)行討論，探索，完成任務(wù)，寫出實驗報告。教師則對學(xué)生進(jìn)行評價，向他們提出進(jìn)一步的提高方向。學(xué)生在此過程中，增加了創(chuàng)新思維與創(chuàng)造力。同時教師也應(yīng)加強和學(xué)生的交流，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。

2.3.2經(jīng)常性利用多媒體與學(xué)習(xí)軟件

生物信息學(xué)跟新較快，這就要求教師與時俱進(jìn)，關(guān)注國內(nèi)外科研熱點，制作PPT，并利用多媒體或?qū)W習(xí)軟件展示給學(xué)生，化抽象為具體，使課程通俗易懂，從而加深學(xué)生（下轉(zhuǎn)第4頁）（上接第1頁）對課程的掌握程度。

2.4增加實踐教學(xué)

學(xué)校投入合適的資金用于給學(xué)生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，加設(shè)實踐課程，有條件的院?？梢蚤_放計算機教室，引導(dǎo)學(xué)生課下進(jìn)行創(chuàng)新活動。同時學(xué)生也應(yīng)合理的利用計算機和網(wǎng)絡(luò)，在線上尋找教學(xué)資源，為實驗增加個人知識儲備。

2.5施行導(dǎo)師制

生物信息學(xué)專業(yè)在醫(yī)學(xué)院校屬于小專業(yè)，學(xué)生人數(shù)相對較少，適合采用導(dǎo)師制模式，每3-5個學(xué)生一組，參與教師課題，以醫(yī)學(xué)知識背景為基礎(chǔ)，以疾病相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)作為研究的主體，利用生物信息學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析，發(fā)表論文，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)揮主動性和積極性，在實踐操作中，形成科研與教學(xué)的融合。

2.6成立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地

搭建大學(xué)生“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)——即雙創(chuàng)”載體，成立雙創(chuàng)基地，組織學(xué)生圍繞不同疾病的差異表達(dá)基因進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和互作網(wǎng)絡(luò)分析，構(gòu)建多種疾病治療靶基因數(shù)據(jù)庫，由專業(yè)教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實操，申報國家級、省級和校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并指導(dǎo)學(xué)生完成論文發(fā)表，完成知識成果轉(zhuǎn)化。

3結(jié)語

目前，生物信息學(xué)已滲透到生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域的研究中，同時已逐漸成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)常用的技術(shù)手段之一。通過對醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行了剖析、探討，并提出了相應(yīng)的解決方法，以期完善生物信息學(xué)的教學(xué)體系，在今后的教學(xué)過程中培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鵬，郭秋艷.‘大數(shù)據(jù)時代生物信息學(xué)教學(xué)探索與改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2016（15）：130-132.

[2] 馬軍，林熾賢，李麒麟等.生物信息學(xué)在高校生物科學(xué)專業(yè)中課程教學(xué)模式的探索[J].中國校外教育（美術(shù)），2013（03）：125-126.

[3] 李廣林.大數(shù)據(jù)背景下的生物信息學(xué)教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（29）：210-211.

[4] 王文棟，郝敏.醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程開設(shè)的必要性探索[J].科教導(dǎo)刊-電子版（中旬），2013（05）：79-80.

[5] 馬明月，曾垂省，解增言等.生物信息學(xué)大實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].生物化工，2018，4（02）：103-105+108.