基因組學(xué)教學(xué)改革探討

曹睿 葛偉娜 吳彤 宋小明

摘?要：基因組學(xué)是在基因組水平上研究基因組結(jié)構(gòu)和功能的一門科學(xué)。其研究?jī)?nèi)容涉及當(dāng)今生命科學(xué)的熱點(diǎn)，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，它已成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究的前沿。因此，培養(yǎng)具有基因組學(xué)知識(shí)的人才也將是高校生命學(xué)院培養(yǎng)人才的重點(diǎn)方向。為適應(yīng)新形勢(shì)下的教學(xué)要求，本文從研究性教學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)和創(chuàng)新性教學(xué)手段，對(duì)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了合理改進(jìn)。以期提高教學(xué)質(zhì)量，方便學(xué)生及時(shí)掌握最新研究進(jìn)展，更好的培養(yǎng)高水平人才。

關(guān)鍵詞：基因組學(xué);教學(xué);個(gè)性化改革;人才培養(yǎng)

基因組學(xué)是隨著人類等基因組計(jì)劃的完成，獨(dú)立形成的一門重要的生物學(xué)科，該學(xué)科研究生物基因組信息的開(kāi)發(fā)和利用，通過(guò)系統(tǒng)分析相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，試圖解決生物、醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域的重大問(wèn)題。醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)和生物分子組學(xué)這兩個(gè)專業(yè)都是生物學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科交叉形成的新興的邊緣科學(xué)^[1]。它們圍繞生物學(xué)問(wèn)題，基于基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等大規(guī)模數(shù)據(jù)的獲取和分析，對(duì)各種生物大分子的功能、結(jié)構(gòu)、進(jìn)化、相關(guān)性、互作性等數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、儲(chǔ)存、整理計(jì)算和分析，為生物學(xué)不同方向的發(fā)展提供全方位的支持^[2]?；蚪M學(xué)課程正是通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的理念、掌握數(shù)據(jù)分析的方法和技術(shù)，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后隱藏的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)規(guī)律，解釋醫(yī)學(xué)和生物學(xué)問(wèn)題的一門學(xué)科^[3]，基因組學(xué)這門課程是醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)和生物分子組學(xué)的核心課程，是一門必須掌握的理論和技術(shù)。由于它是一門比較新的學(xué)科，又具有全新的研究思路和策略，且在不斷更新發(fā)展，故該課程的教學(xué)有其特有的模式。因此，我系教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)該課程的特殊性，開(kāi)展了基因組學(xué)課程改革探索。

一、傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式

課堂是在校學(xué)生學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，課堂教學(xué)方法的改革應(yīng)該放在重要的位置。我們采用的是傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段。

（一）傳統(tǒng)教學(xué)

雖然現(xiàn)代教學(xué)手段被大量應(yīng)用在課堂上，但不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)。首先，傳統(tǒng)的教學(xué)模式更加人性化，便于學(xué)生消化吸收;其次，在教學(xué)動(dòng)畫(huà)還不充分的情況下，應(yīng)用成熟的傳統(tǒng)教學(xué)方法：比如邊畫(huà)流程圖邊講解的方式，比單純放一張流程圖更生動(dòng)、更直接;此外，實(shí)驗(yàn)基本技能的學(xué)習(xí)更離不開(kāi)教師的示教和手把手的指導(dǎo)。

（二）多媒體教學(xué)

除使用自制的幻燈片和自拍教學(xué)片外，還利用大量的英文教學(xué)課件，包括動(dòng)畫(huà)、錄像等輔助教學(xué)。

（三）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

我們正在研制基因組學(xué)分析網(wǎng)站，將基因組分析中常用的軟件集合到一個(gè)網(wǎng)站，同時(shí)我們還將基因組學(xué)中相關(guān)的最新研究進(jìn)展制作成網(wǎng)頁(yè)，配合教學(xué)使用，達(dá)到理論和實(shí)踐的統(tǒng)一，真正做到學(xué)以致用。此外，我們充分利用學(xué)校建立的超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行該課程的建設(shè)。

（四）多功能實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室建立了獨(dú)立的運(yùn)算服務(wù)器，每個(gè)學(xué)生有各自的登錄賬號(hào)，可以隨時(shí)登錄進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)，教師可以查看每位學(xué)生的運(yùn)算情況，及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)學(xué)生可以隨時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)和教師溝通，這樣一種人性化的教學(xué)方式，提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和解決科研問(wèn)題的能力。

（五）開(kāi)設(shè)第二課堂

鼓勵(lì)學(xué)生盡早參與導(dǎo)師的課題，同時(shí)，授課期間，學(xué)生可以隨時(shí)去各實(shí)驗(yàn)室參觀和見(jiàn)習(xí)，比如，在學(xué)習(xí)基因組測(cè)序相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生隨時(shí)可以到測(cè)序?qū)嶒?yàn)室觀摩，這樣做的目的主要是使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，使干巴巴的理論變成看得見(jiàn)摸得著的具體過(guò)程。

（六）互動(dòng)-討論式教學(xué)

挑選最新且最有代表性的基因組學(xué)前沿進(jìn)展，通過(guò)Seminar的形式，使學(xué)生課前預(yù)習(xí)，制作PPT，課堂上進(jìn)行講解，然后學(xué)生分組進(jìn)行討論并提出問(wèn)題，由主講學(xué)生進(jìn)行解答，最后，由老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。通過(guò)這樣的形式，既使學(xué)生們掌握了科學(xué)研究進(jìn)展，也鍛煉了學(xué)生閱讀文獻(xiàn)的能力，有效的實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與科研的互相促進(jìn)。

二、開(kāi)展基因組學(xué)個(gè)性化教學(xué)探索

為了體現(xiàn)課程特點(diǎn)和教學(xué)風(fēng)格，我們開(kāi)展新型教學(xué)方法的創(chuàng)新與探究，同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中解讀最新基因組學(xué)前沿科技成果，與學(xué)生進(jìn)行討論式教學(xué)。

（一）PBL教學(xué)

以問(wèn)題為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)（problem-based learning）的教學(xué)方法是目前被廣泛認(rèn)同的一種醫(yī)學(xué)課程模式，它是將問(wèn)題作為基本因素，將課程的內(nèi)容相互聯(lián)系起來(lái)^[4]，使學(xué)生在不斷的提出問(wèn)題和解決問(wèn)題中完成學(xué)習(xí)，并實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，這種方法在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)習(xí)慣方面具有極大的促進(jìn)作用^[5]。

那么這種方法在基因組學(xué)這門課程中是否適合呢？基因組學(xué)在內(nèi)容上我們按數(shù)據(jù)的采集、分析這兩大模塊將問(wèn)題逐漸分解成若干小問(wèn)題，如基因組測(cè)序的方法有哪些？采集到的基因組數(shù)據(jù)格式有幾種？基因組作圖方法有幾種？為什么要繪制基因組的物理圖譜和基因圖譜？基因組數(shù)據(jù)分析的常用方法有哪些？諸如此類等等。然后先讓學(xué)生們通過(guò)解決小問(wèn)題，掌握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容，等小的問(wèn)題解決后，拋給他們一個(gè)大一點(diǎn)的生物學(xué)問(wèn)題，比如如何對(duì)玉米進(jìn)行測(cè)序，測(cè)序后的數(shù)據(jù)怎樣組裝。這樣讓他們將小的知識(shí)點(diǎn)融入到生物學(xué)問(wèn)題，從而將知識(shí)與能力結(jié)合起來(lái)，前后融會(huì)貫通，知識(shí)不再是記憶的產(chǎn)物，能力也將得到迅速提升，最為重要的是，他們掌握了自主學(xué)習(xí)的能力和方法，這是研究生培養(yǎng)的一個(gè)重要內(nèi)容。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

基因組學(xué)很重要的一部分內(nèi)容是數(shù)據(jù)的搜集和分析，因此它用到最多的實(shí)驗(yàn)儀器就是計(jì)算機(jī)。在信息化時(shí)代，最為廣泛的資源就是網(wǎng)絡(luò)，因此，將網(wǎng)絡(luò)和教學(xué)通過(guò)計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)，會(huì)擴(kuò)大教學(xué)的地點(diǎn)、空間和資源。

目前，我們已經(jīng)建立了具有獨(dú)立運(yùn)算服務(wù)器的實(shí)驗(yàn)室，并且在校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地登錄服務(wù)器進(jìn)行練習(xí)和實(shí)驗(yàn)，我們正在努力將其建設(shè)成一個(gè)在校外也可以登錄供學(xué)生使用的服務(wù)平臺(tái)，這樣學(xué)生可以隨時(shí)隨地復(fù)習(xí)、練習(xí)課堂上學(xué)到的知識(shí)，同時(shí)，教師也可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)發(fā)布一些與授課相關(guān)的內(nèi)容，如最新的前沿進(jìn)展，最火熱的科研問(wèn)題等等，供學(xué)生們課后練習(xí)使用。

近年來(lái)，基因組學(xué)，尤其是人類基因組學(xué)、農(nóng)作物基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、大腦連接組學(xué)的研究獲得了快速發(fā)展，成為整個(gè)生命科學(xué)學(xué)科發(fā)展創(chuàng)新的最重要的推動(dòng)力^[6]。因此，具有基因組學(xué)知識(shí)的人將是新時(shí)代最需要的人才。通過(guò)上述教學(xué)措施，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實(shí)踐能力，同時(shí)，也做到了科研與教學(xué)相輔相成。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累，我們會(huì)不斷完善、創(chuàng)新基因組學(xué)的教學(xué)工作，希望對(duì)各位老師有所裨益。

參考文獻(xiàn)

[1]?黃飛飛，舒坤賢.基因組學(xué)教學(xué)改革的思考與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2012（35）：36-37.

[2]?柏文琴，郜剛.基因組學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].微生物學(xué)通報(bào)，2012，39（6）：848-852.

[3]?呂占軍，王秀芳，謝英，等.醫(yī)學(xué)基因組學(xué)教學(xué)中創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)[C].中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)、首都師范大學(xué)、安徽師范大學(xué).高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革探索.中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)、首都師范大學(xué)、安徽師范大學(xué)：中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)，2010：79-81.

[4]?張子良，遠(yuǎn)黃，熊太農(nóng).PBL教學(xué)法在我國(guó)醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用及存在問(wèn)題[J].求知導(dǎo)刊，2017（12）：134.

[6]?郭剛，鄒全明.面對(duì)基因組時(shí)代臨床微生物學(xué)教學(xué)改革勢(shì)在必行[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2001（3）：46-47.