生物信息學(xué)實驗教學(xué)提高創(chuàng)新能力的探索

崔振波

摘 要：生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，隨著實驗教學(xué)改革的不斷深入，眾多課程探索新的教學(xué)理念。在新的教學(xué)形勢下，社會對人才的要求發(fā)生了變化，人才的信息素養(yǎng)與創(chuàng)新能力有了更高的要求。生物信息學(xué)在高校生物相關(guān)專業(yè)中占據(jù)非常關(guān)鍵的位置，對發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力非常關(guān)鍵，在課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課外實踐中加強學(xué)生的創(chuàng)新訓(xùn)練，構(gòu)建學(xué)習(xí)學(xué)生創(chuàng)新能力體系，逐漸提高教育教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 創(chuàng)新能力

在21世紀(jì)，生命科學(xué)不斷發(fā)展，新的學(xué)科不斷涌現(xiàn)。生物信息學(xué)是交叉學(xué)科，與生物技術(shù)的各個領(lǐng)域都有著非常密切的關(guān)系，對醫(yī)藥、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著至關(guān)重要的影響。生物信息學(xué)對相關(guān)學(xué)科以及產(chǎn)業(yè)具有重要作用，這門課程首先在研究生教學(xué)中開設(shè)，然后再本科教學(xué)中進(jìn)行，發(fā)展多年逐漸形成完善的生物信息學(xué)提，為社會培養(yǎng)了大量的人才。生物信息學(xué)在高校已經(jīng)開展多年，且多作為必修課程開展，講授的主要是與生物相關(guān)的各類生物學(xué)知識，講述各種收集信息、儲存信息、獲得信息的方法，在幾十年的教學(xué)探索中，課程體系、教學(xué)方法逐漸完善。但是生物信息學(xué)學(xué)科本身迅速發(fā)展，對課程內(nèi)容、教學(xué)方成法提出了更高的要求，這就需要大量的教學(xué)實踐與改革。隨著實驗教學(xué)改革的開展筆者在對我校“生物工程”專業(yè)學(xué)生開設(shè)生物信息學(xué)實驗教學(xué)過程中，不斷積累經(jīng)驗，本文將對生物信息學(xué)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的科研能力與實踐創(chuàng)新能力進(jìn)行分析。

一、充分利用前沿的信息化手段

課堂教學(xué)在學(xué)生培養(yǎng)過程的重要作用已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可，伴隨著培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力需求的不斷提高，怎樣把提高創(chuàng)新能力和教學(xué)環(huán)節(jié)有機結(jié)合已經(jīng)在眾多課程中展開研究。生物信息學(xué)的發(fā)展主要依托現(xiàn)代信息技術(shù)的井噴式發(fā)展。加強信息技術(shù)與課堂教學(xué)的有機整合，是生物信息學(xué)教學(xué)改革的重點。在教育教學(xué)實踐過程中，以現(xiàn)代教育觀念為指導(dǎo)，進(jìn)行課堂教學(xué)活動的開展，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建生態(tài)教學(xué)課堂，為學(xué)生提供信息化的學(xué)習(xí)環(huán)境，完善教學(xué)資源，注重與學(xué)生之間的溝通與交流。構(gòu)建信息化的學(xué)習(xí)環(huán)境，要提供信息化的學(xué)習(xí)資源，提供網(wǎng)絡(luò)化的交流工具，教師在信息化環(huán)境中，不僅僅要傳授知識，進(jìn)行課堂管理，還要觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況與學(xué)習(xí)狀態(tài)，解答學(xué)生的疑問，進(jìn)行溝通交流，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實踐操作，促進(jìn)學(xué)生完善自身的知識體系。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為新型的教學(xué)資源，教師要鼓勵學(xué)生充分地利用這些優(yōu)質(zhì)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。進(jìn)行課堂實訓(xùn)，是開展課堂教學(xué)的重要方法，可以充分鍛煉學(xué)生的實踐能力，讓學(xué)生進(jìn)行知識的構(gòu)建，有的學(xué)生在完成基本教學(xué)的基礎(chǔ)上，還可以獨立自主地開展深入的學(xué)學(xué)習(xí)，掌握更多的生物信息學(xué)的內(nèi)容方法與案例。課堂上的實訓(xùn)活動性需要以生物相關(guān)的問題為基礎(chǔ)，例如基因工程中的基因檢測、酶工程里面的酶結(jié)構(gòu)模擬、引物設(shè)計等等，這些內(nèi)容可以融合多學(xué)科內(nèi)容，有助于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識，引導(dǎo)學(xué)生獨立自主的思考知識。在課堂教學(xué)過程中，要將最新的課程內(nèi)容引入到教學(xué)中來，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展。

二、培養(yǎng)學(xué)生把實驗手段與解決實際問題有機結(jié)合

為了發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維與科學(xué)精神，要以實驗教學(xué)為導(dǎo)向，科學(xué)合理地提出問題，發(fā)展學(xué)生綜合運用生物信息學(xué)方法，解決學(xué)生在解決實際問題中的能力。教師要優(yōu)化實驗教學(xué)，在實驗中全面的訓(xùn)練學(xué)生的基本操作與基本技能。實驗教學(xué)具有較強的綜合性與設(shè)計性，教師要依據(jù)自己的興趣選擇實驗的序列與對象，自主的進(jìn)行實驗方案的設(shè)計，學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的自主性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。筆者所在的院校，生物技術(shù)專業(yè)是重點專業(yè)之一，重點研究農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)，進(jìn)行了緊密的分析，針對性地進(jìn)行實驗內(nèi)容的設(shè)計，開展“土壤微生物擴增子高通量測序數(shù)據(jù)的獲得與分析”，結(jié)合課程內(nèi)容，進(jìn)行土壤微生物生態(tài)研究，讓學(xué)生找出自己感興趣的土壤類型，在信息數(shù)據(jù)庫中獲得16SrDNA擴增子高通量測序數(shù)據(jù)，利用生物信息學(xué)軟件進(jìn)行分析，獲得土壤類型微生物類群特點，然后讓學(xué)生自己匯報自己得到的結(jié)果，進(jìn)行比較分析。在實驗中，讓學(xué)生自己查詢文獻(xiàn)資料，進(jìn)行閥桿設(shè)計，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，最后提交實驗報告，在綜合考評的時候，將課堂表現(xiàn)納入其中，實現(xiàn)對教育生態(tài)的指導(dǎo)，構(gòu)建以信息技術(shù)為核心的試探課堂，全面提升教育教學(xué)效果。

三、課堂教學(xué)外沿化

發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究與實踐，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)的理論成果，提升學(xué)生參與的積極性與主動性，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)與文化素養(yǎng)，逐漸提升學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力。除了在課堂上進(jìn)行實驗與實訓(xùn)，還要指導(dǎo)學(xué)生開展課外的實踐與研究，加強學(xué)生創(chuàng)新能力層次性的提高。教師要鼓勵學(xué)生積極對生物信息學(xué)進(jìn)行研究，形成項目合作小組，指導(dǎo)其依據(jù)興趣進(jìn)行文獻(xiàn)資料的查詢，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，自主地設(shè)計實驗方案，制定實驗步驟。課外項目的申請、實施、檢查、結(jié)題等都要由學(xué)生自身來完成，教師提供指導(dǎo)，給予意見。在創(chuàng)新訓(xùn)練的過程中，需要學(xué)生發(fā)揮出自身的聰明才智，將理論學(xué)習(xí)與實踐課程結(jié)合起來，逐漸提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，發(fā)揮出來學(xué)生的聰明才智，對其今后學(xué)習(xí)發(fā)展帶來重要影響。

畢業(yè)設(shè)計的過程，可以發(fā)展學(xué)生的實踐能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維，發(fā)展學(xué)生適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在經(jīng)過學(xué)習(xí)以后，學(xué)生已經(jīng)初步具備了開展信息學(xué)研究的素質(zhì)，有更多的學(xué)生原意參與到研究工作中來。生物信息學(xué)涉及生命學(xué)科的不同領(lǐng)域，為具有不同學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生提供不同的研究方向，師生之間共同討論實驗方案，獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)的生物信息分析。師生之間要結(jié)合生物信息分析開展討論，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，學(xué)生依據(jù)要求撰寫論文，進(jìn)行論文的答辯。例如，有的學(xué)生對病毒相關(guān)有興趣，教師可以指導(dǎo)他們對不同地區(qū)分立獲得病毒的差異進(jìn)行分析，有的學(xué)生對植物可變剪接方式有濃厚的興趣，就要指導(dǎo)學(xué)生對農(nóng)作物的轉(zhuǎn)錄因子可變剪接開展研究，依據(jù)學(xué)生的不同興趣，進(jìn)行不同方向的指導(dǎo)。還有一些學(xué)生比較茫然，缺少自己的想法，教師可以根據(jù)自己的研究方向或者學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，提供思路。在開展生物信息學(xué)分析的時候，應(yīng)該進(jìn)行師生、生生之間的討論，相互促進(jìn)與提高。

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