導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物信息學(xué)的方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】組合數(shù)學(xué) 教學(xué)方法 生物醫(yī)學(xué) 生物信息學(xué)

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）09-0132-02

伴隨著信息時(shí)代的來臨，特別是生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的迅猛發(fā)展，尤其是生物信息學(xué)這門科學(xué)的出現(xiàn)使得原來的生物醫(yī)學(xué)研究向低通量的臨床數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向高通量分子生物學(xué)數(shù)據(jù)。組合數(shù)學(xué)作為一門應(yīng)用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)分支，在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用廣泛，面對多因素高通量的生物醫(yī)學(xué)問題，增加高等學(xué)校，特別是生物信息學(xué)專業(yè)學(xué)生的組合數(shù)學(xué)知識，培養(yǎng)他們運(yùn)用組合數(shù)學(xué)方法分析和解決生物醫(yī)藥科學(xué)問題的能力已經(jīng)成為必要。如何在教學(xué)過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)組合數(shù)學(xué)的興趣，建立組合數(shù)學(xué)的邏輯思維用于解決醫(yī)學(xué)問題是我們教育工作者需要思考的問題。

一、高等學(xué)校組合數(shù)學(xué)的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

組合數(shù)學(xué)是一門研究離散對象的科學(xué)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)中具有重要的地位，是理科及工科院校的一門必修課，隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的日益發(fā)展，組合數(shù)學(xué)的重要性也日漸凸顯。組合數(shù)學(xué)對于生物醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課有著直接的衍射作用。目前，部分開設(shè)組合數(shù)學(xué)課程的生物高等學(xué)校的主要面向生物信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等等專業(yè)開設(shè)，講授學(xué)時(shí)30到60學(xué)時(shí)。在大部分生物高等學(xué)校并沒有該類課程的設(shè)置，也是導(dǎo)致高等學(xué)校組合數(shù)學(xué)教師隊(duì)伍的匱乏的主要原因。而且目前組合數(shù)學(xué)授課考核形式也比較單一。組合數(shù)學(xué)主要是以理論授課形式為主的教學(xué)方式，考試成績是考核學(xué)生的唯一標(biāo)準(zhǔn)，忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的考核。信息時(shí)代學(xué)科的交叉發(fā)展體現(xiàn)在組合數(shù)學(xué)在各個(gè)學(xué)科中不可替代的作用，因此提高生物高等學(xué)校學(xué)生的組合數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們運(yùn)用組合數(shù)學(xué)的能力是目前迫切需要解決的問題。

二、改進(jìn)組合數(shù)學(xué)教學(xué)措施，提高學(xué)生興趣

（一）更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法

目前的組合數(shù)學(xué)內(nèi)容主要有： 鴿巢原理、排列與組合、容斥原理、遞推關(guān)系、生成函數(shù)等基本的組合數(shù)學(xué)知識及其在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用。為了讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)完必要的知識，更新和精選教學(xué)內(nèi)容顯得尤為必要，將以組合數(shù)學(xué)內(nèi)容為主導(dǎo)的教學(xué)模式改進(jìn)成以生物醫(yī)學(xué)問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式。由于面向醫(yī)學(xué)專業(yè)的特殊性，從內(nèi)容上應(yīng)著重選擇與醫(yī)學(xué)知識聯(lián)系緊密的內(nèi)容，采取精講和略講相結(jié)合的方式。根據(jù)不同專業(yè)背景更新組合數(shù)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容往往能夠起到事半功倍的效果。以下是我們在講解排列與組合一章時(shí)的一個(gè)教學(xué)實(shí)例：“生物遺傳信息是由DNA分子中4個(gè)堿基核苷酸就像電報(bào)密碼似的以不同的排列順序記錄下來，它載著人類的全部基因或全部遺傳信息，人的DNA約有30億（3×109） 堿基對，按照排列的思想可知人類基因組可能的排列方式有N=4■=（4■）■≈（1.52）■種，然而人類僅從這無窮多的方式中選了一種作為全人類共同的遺傳密碼，可見我們的基因組是祖先們留給人類的最寶貴的財(cái)富！”。這樣的實(shí)例教學(xué)不僅可以讓學(xué)生熟悉課堂知識，還能讓學(xué)生對所學(xué)的知識進(jìn)行綜合的運(yùn)用，更重要的與生物醫(yī)學(xué)問題的結(jié)合提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過興趣小組討論學(xué)習(xí)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)組合數(shù)學(xué)的興趣，從而充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。

（二）加強(qiáng)多媒體輔助教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

組合數(shù)學(xué)傳統(tǒng)的授課方式是在黑板上將定義、定理的內(nèi)容進(jìn)行逐步嚴(yán)密的推導(dǎo)證明，這在一定程度上讓學(xué)生緊跟授課教師的思維和建立學(xué)生的邏輯思考能力。然而隨著多媒體技術(shù)的不斷進(jìn)步，利用多媒體和板書相結(jié)合的策略成為下一階段組合數(shù)學(xué)教學(xué)模式的主要教學(xué)手段。對于繁瑣的定理公式例如容斥原理避免推導(dǎo)證明，結(jié)合多媒體的幾何圖形使學(xué)生更加直觀的理解和應(yīng)用。以我們在教授容斥原理時(shí)的一個(gè)實(shí)例，容斥原理的根本思想是將難的問題分解成若干簡單問題，通過間接計(jì)數(shù)來解決直接計(jì)數(shù)不容易解決的問題，我們用多媒體幻燈片分別展示兩集合和三集合的容斥原理（圖1A和B），并按照容斥原理的邏輯順序利用多媒體動畫技術(shù)控制每一部分的出現(xiàn)順序，不僅避免了大量繁重枯燥的板書推導(dǎo)，最重要的是圖形式教學(xué)可以幫助學(xué)生對容斥原理建立更直觀的理解?？梢娫诮M合數(shù)學(xué)的教學(xué)過程多媒體的充分利用可以起到事半功倍的效果。

圖1 多媒體在組合數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用――容斥原理實(shí)例

（三）增設(shè)組合數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維

組合數(shù)學(xué)除了基本理論課之外還應(yīng)該開設(shè)適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)課，在實(shí)驗(yàn)課上讓學(xué)生自己動手解決一些與生物醫(yī)學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題。通過讓學(xué)生自己編程實(shí)現(xiàn)排列組合的算法，不僅可以增進(jìn)學(xué)生對排列與組合的深入認(rèn)識，也能夠培養(yǎng)學(xué)生利用排列組合思想解決實(shí)際問題的能力。以下是我們的一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例：“任選一種排列生成算法，編程實(shí)現(xiàn)自動生成n個(gè)（如n=6）不同元素中取r個(gè)元素的排列，并輸出指定任意n和r的所有排列?！?，不僅讓學(xué)生掌握了課堂上講解的排列原理，還鍛煉了編程能力，初步體驗(yàn)了科研的樂趣，由消極的被動學(xué)習(xí)升級為積極的主動學(xué)習(xí)?？梢娡ㄟ^組合數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課更能培養(yǎng)學(xué)生自己動手自己學(xué)習(xí)的能力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

（四）精挑細(xì)選課后練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力

組合數(shù)學(xué)作為一門應(yīng)用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)課，需要學(xué)生掌握其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，這就必須加強(qiáng)組合數(shù)學(xué)課堂后練習(xí)。因此習(xí)題是組合數(shù)學(xué)課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是理論教學(xué)必不可少的補(bǔ)充。然而習(xí)題課并不意味著單純地大量做題，教師應(yīng)根據(jù)課堂內(nèi)容，精挑細(xì)選出質(zhì)量比較高的少量題目，供學(xué)生課余時(shí)間認(rèn)真研究，要在習(xí)題中體現(xiàn)組合數(shù)學(xué)的知識點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立給出解決問題的新觀點(diǎn)和新方法。設(shè)置習(xí)題時(shí)，應(yīng)以問題為導(dǎo)向，即給定一個(gè)實(shí)際的有興趣的問題，讓學(xué)生利用所學(xué)的組合數(shù)學(xué)理論進(jìn)行解決，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對知識細(xì)節(jié)的理解和掌握，并讓學(xué)生舉一反三熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生的理解更加深刻。如我們在教學(xué)過程中的一個(gè)課后習(xí)題實(shí)例：“一位國際象棋大師有11周的時(shí)間備戰(zhàn)一場錦標(biāo)賽，他決定每天至少下一盤棋，但是為了使自己不過分疲勞他還決定在每周不能下棋超過12盤。證明存在連續(xù)若干天，期間這位大師恰好下了21盤棋。”，該實(shí)例引起了學(xué)生在課余時(shí)間學(xué)習(xí)組合數(shù)學(xué)的一個(gè)熱潮。

總之，面對高等學(xué)校生物信息學(xué)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單一的純理論的組合數(shù)學(xué)教學(xué)方法已經(jīng)不再適用。應(yīng)該考慮改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，使學(xué)生在快樂進(jìn)取的氛圍里學(xué)習(xí)組合數(shù)學(xué)，具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改進(jìn)仍有待教學(xué)工作者進(jìn)一步探討和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧開澄，盧華明.組合數(shù)學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]蘇建忠，張巖，劉洪波，王芳，崔穎.組合數(shù)學(xué)在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，6，142-143.

作者簡介：

劉洪波（1983-），男，漢族，山東德州人，博士，講師，主要研究方向：生物信息學(xué)，計(jì)算表觀遺傳學(xué)。

王芳（1982-），女，漢族，吉林松原人，博士，副教授，主要研究方向：生物信息學(xué)，計(jì)算表觀遺傳學(xué)。

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【關(guān)鍵詞】新課改 高中生物教學(xué) 方法

0.引言

隨著新課程改革的不斷深化，教育觀念也得到更新，給教育界帶來了很大的影響。最近幾年來，高中生物課程的理念不斷更新且在高中生物課堂教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用，但高中生物課堂教學(xué)仍然存在著較多的問題導(dǎo)致高中生物課堂教學(xué)的效率較低，無法適應(yīng)新課改的需求。因此，如何提升高中生物課堂教學(xué)效率已成為當(dāng)前廣大生物教育者值得思考的重要課題，也是筆者將要探討的課題。

1.新課改下高中生物教學(xué)中存在的問題

1.1 課程資源不夠豐富

高中生物教學(xué)的課程資源不夠豐富，導(dǎo)致其教學(xué)效率低下。根據(jù)目前高中生物教學(xué)過程中的具體情況看來，高中生物課程資源還無法很好地滿足現(xiàn)實(shí)教學(xué)的需要，沒有把新課改的理念與現(xiàn)實(shí)的改革相結(jié)合，試題和習(xí)題的擬定也脫離教學(xué)實(shí)際，教學(xué)實(shí)踐缺乏先進(jìn)的理念指導(dǎo)。有部分教師還無法發(fā)揮多媒體手段的作用進(jìn)行教學(xué)，只是單純地把生物課程的知識點(diǎn)用多媒體展示出來，課程教學(xué)資源不夠豐富，教學(xué)效率也就不盡人意。

1.2 課堂教學(xué)方式不具多樣性

在課堂教學(xué)方式上，高中生物教學(xué)仍然沿用過去陳舊單一的方式，致使高中生物教學(xué)效率低下。如今，在新課程改革的背景下，高中生物教學(xué)還是沒有采用先進(jìn)的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)方法也比較單一，無法滿足形勢下高中生物教學(xué)的要求。歸而言之，在高中生物教學(xué)過程中，只有教師發(fā)揮了主體地位，而學(xué)生的主體地位缺失，這樣的課程教學(xué)很大程度地影響了高中生物教學(xué)效率。

1.3 教師自身素質(zhì)有待提高

大部分高中生物教師教學(xué)無法與時(shí)俱進(jìn)，自身素質(zhì)有待提高，很難滿足新課改下的教學(xué)要求，極大地影響了高中生物教學(xué)效率[1]。在教學(xué)過程中，一部分教師還沒有從根本上認(rèn)識到新課改的重要性，對其具體內(nèi)涵的理解更是模凌兩可，無法用先進(jìn)的教學(xué)理念來指導(dǎo)高中生物教學(xué)實(shí)踐。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)走進(jìn)課堂教學(xué)，高中生物教師自身素質(zhì)也須得到提升，然而在現(xiàn)有的教師團(tuán)隊(duì)中，大部分教師無法熟練掌握現(xiàn)代生物技術(shù)的運(yùn)用，很難把生物科學(xué)方法以及思想融入到生物教學(xué)中。

1.4 學(xué)生缺乏學(xué)生興趣

在新課程改革的背景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚，一定程度上影響了高中生物教學(xué)效率的提高。大部分的高中生物教師都還未完全擺脫傳統(tǒng)教學(xué)觀念的禁錮，一味地把知識技能

灌輸給學(xué)生，不注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)生物課程的興趣，自然而然，教學(xué)效率也就較為低下。

2.提升高中生物教學(xué)效率的方法

2.1 靈活運(yùn)用現(xiàn)代的教學(xué)手段

在教學(xué)過程中，教師要發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)手段的作用，借助多媒體的優(yōu)勢來進(jìn)行教學(xué)。這樣就可以讓教學(xué)更具體形象，便于學(xué)生掌握和理解。例如，在學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂這一節(jié)時(shí)，就可以相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行展示，由于細(xì)胞分裂包括減速分裂和有絲分裂，分裂過程較為復(fù)雜，學(xué)生一時(shí)之間很難掌握和理解，這就要借助flas來直觀地展示其分裂過程，既有良好的聽覺效果，又具良好的視覺效果，能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象，從而更好地掌握和理解所學(xué)知識。通過這種方法，就可以使教學(xué)環(huán)境得到較好的改善，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性和興趣。從教學(xué)角度來講，多媒體的使用對教學(xué)是大有裨益的，有效的提高教學(xué)效率，豐富了高中生物教學(xué)中的課程資源。

2.2 開展探究式教學(xué)

探究式教學(xué)是新課改下提升高中生物教學(xué)效率的重要方法。在新形勢下以探究式的方法來進(jìn)行學(xué)習(xí)是非常有必要的，通過此方法，學(xué)生能夠積極主動地參與到活動中去，產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望。因此，高中生物教師在教學(xué)過程中要大力開展探究式教學(xué)，盡量選擇學(xué)生感興趣的問題來進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生自主探索、自主學(xué)習(xí)的能力[2]。例如，在學(xué)習(xí)《伴性遺傳》這一節(jié)時(shí)，教師可以提出相關(guān)問題，如“什么叫常染色體？什么叫性染色體？性別由哪類染色體決定的”或“爾根的果蠅實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)果蠅的眼色遺傳與性別有關(guān)，這說明了什么”等問題，通過對這些問題的回答，學(xué)生對伴性遺傳知識就有了一定的了解，然后教師讓學(xué)生明白，紅綠色盲的發(fā)病率是男性高于女性，再增設(shè)一些問題讓學(xué)生進(jìn)行自主探索、自主學(xué)習(xí)，最后讓學(xué)生把探究結(jié)果陳述出來，教師要對探究結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，這樣一來就能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探索未知知識的能力，從而提高教學(xué)效率。

2.3 提升教師自身素質(zhì)

新課程改革對高中生物教師提出了較高的要求，它要求教師具備較高的專業(yè)素質(zhì)。只有生物教師能夠具備較高的專業(yè)素質(zhì)，才能對新課程改革的具體內(nèi)涵有一個(gè)更加深刻的認(rèn)識，朝著新課程改革的方向進(jìn)行教學(xué)，用先進(jìn)的教學(xué)理念來指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，從而提升高中生物教學(xué)的效率。

2.4 培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在生物教學(xué)的過程中，教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一旦學(xué)生對生物課程的學(xué)習(xí)有了濃厚的興趣，他們對相關(guān)信息的印象就會加深。因此，教師在課堂教學(xué)過程中要舉出一些與課堂知識相關(guān)的生活實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授呼吸作用的知識時(shí)，教師可以用日常生活中制作酸奶和酸菜以及釀酒的過程來引出相關(guān)的理論概念，通過這種方法就可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，從而提高高中生物教學(xué)的效率。

3.結(jié)語

綜上所述，在我國新課程改革的背景下，高中生物教學(xué)中還存在著較多的問題，這些問題都在一定程度上影響了高中生物教學(xué)效率的提升。因此，高中生物教師要采取行之有效的方法來提升高中生物教學(xué)的效率，從而促進(jìn)我國教育事業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：中職；自主預(yù)習(xí)

從每年的中考和高考的成績來看，物理科的得分總是較低，這說明普通中學(xué)的學(xué)生對學(xué)好物理的難度較大，對于基礎(chǔ)水平相對較差的職業(yè)中學(xué)的學(xué)生，要學(xué)好物理更是困難重重。要克服這個(gè)困難必須激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，授給學(xué)生科學(xué)的自主學(xué)習(xí)的方法，提高學(xué)生的自學(xué)、觀察、分析、判斷和應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成自覺的自主學(xué)習(xí)的態(tài)度和習(xí)慣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。筆者認(rèn)為，物理（電工）課前的自主預(yù)習(xí)是學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、學(xué)好物理（電工）的重要一環(huán)。

一、自主預(yù)習(xí)的重要意義

學(xué)生掌握一個(gè)新概念、新知識的思維活動過程大概要經(jīng)過五個(gè)階段：引進(jìn)——形成——理解——運(yùn)用——深化。第一個(gè)階段“引進(jìn)”的思維活動主要通過兩種形式進(jìn)行：一是教師在教學(xué)過程中幫助引進(jìn)，二是學(xué)生自己在自主預(yù)習(xí)中引進(jìn)。相對來說，學(xué)生自己引進(jìn)對形成新概念、理解新知識、掌握新理論、新規(guī)律，并運(yùn)用新概念、新知識來分析解決實(shí)際問題，從而認(rèn)識新規(guī)律、掌握新規(guī)律、培養(yǎng)創(chuàng)新精神更有意義。

二、自主預(yù)習(xí)是知識的復(fù)習(xí)、鞏固和引新

學(xué)生通過教師的指導(dǎo)進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，可達(dá)到復(fù)習(xí)、鞏固舊知識，并引出新知識，正如前人所說的“溫故而知新”。教師怎樣引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，學(xué)生怎樣進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，是廣大師生值得共同探討的課題。

1. 自主預(yù)習(xí)具有目的性、針對性、關(guān)聯(lián)性。

自主預(yù)習(xí)新的內(nèi)容之前，總要復(fù)習(xí)與其相關(guān)的舊知識，學(xué)生自主預(yù)習(xí)時(shí)，目的要明確，針對性要強(qiáng)，聯(lián)系要緊，有的放矢。例如在預(yù)習(xí)“牛頓運(yùn)動定律”之前，應(yīng)復(fù)習(xí)與其有聯(lián)系的物體運(yùn)動知識。

2. 自主預(yù)習(xí)要有系統(tǒng)性。

除了要有針對性地復(fù)習(xí)有關(guān)知識以外，還要有系統(tǒng)地復(fù)習(xí)熟練地掌握舊知識，為以后新知識的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

3. 自主預(yù)習(xí)要具有延伸引新性。

復(fù)習(xí)時(shí)要把舊知識根據(jù)新內(nèi)容作出適當(dāng)?shù)匮由?，作一些想像，一些假設(shè)，看一看是否有新體會、有新發(fā)展，有新發(fā)現(xiàn)，從而發(fā)現(xiàn)新知識。

三、自主預(yù)習(xí)要采用切實(shí)可行的方法

教師在一節(jié)課基本結(jié)束時(shí)，用幾分鐘時(shí)間根據(jù)新課程的不同內(nèi)容，采用不的方法，簡單提及一些與新課程有關(guān)的新、舊知識，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、對激發(fā)學(xué)生的求知欲望非常有好處，為下一節(jié)的雙邊教學(xué)，可起到事半功倍的作用。在這里簡單談?wù)勅N學(xué)生自覺進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、自立預(yù)習(xí)的方法：常規(guī)法、比較法和實(shí)驗(yàn)法。

1. 常規(guī)法。

常規(guī)法就是學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)時(shí)，用筆“圈、點(diǎn)、勾、畫”重點(diǎn)詞語、關(guān)鍵語句、疑難語句、單位、公式、常量等，有目的有針對性帶著問題在上課中聽老師怎樣講授知識、怎樣抓住重點(diǎn)、怎樣突破難點(diǎn)、怎樣運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題，從而掌握物理（電工）概念、物理（電工）規(guī)律，提高學(xué)習(xí)效率。

2. 比較法。

學(xué)生用比較的方法進(jìn)行預(yù)習(xí)時(shí)，主要是用函數(shù)國象、表格和實(shí)物實(shí)驗(yàn)等方法來完成。

（1）函數(shù)圖象比較。

用函數(shù)圖象把新知識與舊知識進(jìn)行比較，從而掌握新知識。例如：學(xué)生預(yù)習(xí)“勻變速直線運(yùn)動的速度”這一節(jié)時(shí)，學(xué)生先復(fù)習(xí)題“勻速直線運(yùn)動的圖象”，并畫出速度圖象：

通過預(yù)習(xí)，學(xué)生自己畫出勻變速直線運(yùn)動的速度函數(shù)圖象進(jìn)行比較：

從而理解、掌握課本中的結(jié)論：勻變速直線運(yùn)動的速度圖像是一條傾斜的直線，而勻速直線運(yùn)動的速度圖像是一條水平線。

（2）表格比較。

表格比較是通過表格列出若干個(gè)項(xiàng)目填寫，學(xué)生對兩個(gè)事物進(jìn)行比較，找出兩者間的聯(lián)系與區(qū)別，從而掌握新知識、新規(guī)律。

例：學(xué)生預(yù)習(xí)“探究形變與彈力的關(guān)系”這節(jié)內(nèi)容時(shí)，可先復(fù)習(xí)“重力”，制定下表，并進(jìn)行有針對性的比較：

彈力的項(xiàng)目由學(xué)生自己在預(yù)習(xí)時(shí)填寫，這樣學(xué)生較容易掌握理解新知識。

（3）實(shí)物實(shí)驗(yàn)比較。

學(xué)生自主預(yù)習(xí)新課時(shí)，用實(shí)物實(shí)驗(yàn)比較的方法也可直觀地掌握以后所要學(xué)習(xí)的新知識、新規(guī)律，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高效率。

例如，電學(xué)中有這樣兩個(gè)結(jié)論：

串聯(lián)電路中電流處處相等，并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備如下實(shí)物：四個(gè)量程相同的電流表、三個(gè)電阻、兩個(gè)干電池、一個(gè)開關(guān)、導(dǎo)線若干，并按圖所示連接起來進(jìn)行電流測量，就可理解、掌握該結(jié)論。

3. 實(shí)踐法。

自主預(yù)習(xí)時(shí)，學(xué)生親自動手做實(shí)驗(yàn)，可收到更好的效果。

例如：在預(yù)習(xí)“力的等效和替代”一節(jié)中，“力的替代”有“一個(gè)力的作用效果與另外幾個(gè)力的共同作用效果相同”這樣一句。學(xué)生放學(xué)后親自去體驗(yàn)一下：一桶水，一個(gè)人可以提起來，兩個(gè)人也可以提起來，效果一樣。這樣通過自主預(yù)習(xí)，然后親自動手，聯(lián)系實(shí)際，在教師講課時(shí)就可以輕松地理解掌握這個(gè)結(jié)論。

篇4

人類基因組計(jì)劃的實(shí)施為分子生物學(xué)家提供了大量的生物組學(xué)數(shù)據(jù)，分析和處理這些數(shù)據(jù)以探索其中隱藏的生物學(xué)奧秘需要綜合利用數(shù)學(xué)、信息科學(xué)與物理學(xué)等知識，生物信息學(xué)由此應(yīng)運(yùn)而生[1]。它是分子生物學(xué)與上述學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物，其研究已經(jīng)滲透到生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域并極大促進(jìn)了生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，已成為生命科學(xué)研究者強(qiáng)有力的輔助工具之一。國內(nèi)很多醫(yī)學(xué)院校已開辦生物信息學(xué)課程，多種專業(yè)選擇其作為必修課或選修課。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用生物信息學(xué)知識和方法進(jìn)行生物信息提取、儲存、處理和分析的能力，但該課程的教學(xué)研究仍處于起步階段，缺乏完善的教學(xué)模式和有效的教學(xué)方法，如何在醫(yī)學(xué)院校開展生物信息學(xué)教學(xué)還有待進(jìn)一步探索。

1 課程開設(shè)的重要性

生物信息學(xué)跨越了整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域，是一門實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，也是未來生物醫(yī)學(xué)的重要研究工具。生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展引領(lǐng)了一個(gè)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物信息學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域的地位也愈發(fā)重要。利用生物信息學(xué)的知識和方法能夠深入挖掘和剖析海量生物學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)而探索隱藏在數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)奧秘。無論是從分子生物學(xué)的角度闡述疾病病因，還是對疾病的預(yù)防、診斷、防治與藥物設(shè)計(jì)，生物信息學(xué)均發(fā)揮了十分重要的作用，掌握該課程的基本知識和理論無論對以后的科學(xué)研究還是從事一線醫(yī)務(wù)工作都具有比較深遠(yuǎn)的意義。因此，在醫(yī)學(xué)院校部分專業(yè)（如：生物統(tǒng)計(jì)、藥學(xué)等）開設(shè)生物信息學(xué)課程具有重要意義。

2 生物信息學(xué)教學(xué)存在的問題

2.1 課程內(nèi)容與教學(xué)課時(shí)不成比例

生物信息學(xué)是一門綜合性學(xué)科，理解和掌握該課程需要具有一定的計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和分子生物學(xué)等的背景知識。醫(yī)學(xué)院校學(xué)生普遍存在理科知識比較薄弱，因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費(fèi)一定的時(shí)間普及相關(guān)背景知識。然而由于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學(xué)安排足夠多的課時(shí)。較之生物信息學(xué)繁多的內(nèi)容而言，課時(shí)分配明顯不足。在課時(shí)相對較少的情況下，無法深入講解將每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。

2.2 教學(xué)師資力量薄弱

生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科，要求任課教師精通生物學(xué)、計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)知識。由于國內(nèi)生物信息學(xué)興起時(shí)間較短，培養(yǎng)人才數(shù)量有限，且有限的人才都流向了一流的學(xué)校，普通高校無法招到專業(yè)對口的教師。因此，能夠勝任生物信息學(xué)教學(xué)任務(wù)的老師十分匱乏。以該校為例，生物信息學(xué)課程沒有固定的任課教師，基本由生物學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)教師完成，這些老師中大多數(shù)無法完全勝任生物信息學(xué)的教學(xué)任務(wù)。最終致使生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量不高。

2.3 教學(xué)模式落后

雖然多媒體已被廣泛應(yīng)用于生物信息學(xué)的教學(xué)中，但由于該課程涉及內(nèi)容多且有大量的數(shù)據(jù)庫和軟件知識，導(dǎo)致多媒體課件的容量非常大，教師在課堂上基本是照本宣科的讀完課件完成教學(xué)任務(wù)而已，忽略了學(xué)生的接受能力。這種教學(xué)模式雖然運(yùn)用了先進(jìn)的教學(xué)工具，但實(shí)質(zhì)上采用的還是傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生仍然是被動地學(xué)習(xí)。

2.4 實(shí)踐教學(xué)流于形式

生物信息學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐課程非常重要。然而在教學(xué)過程中，由于各種原因?qū)嵺`課往往流于形式，原因主要包括：（1）教學(xué)設(shè)備及手段落后。雖然有些學(xué)校有計(jì)算機(jī)室，但計(jì)算機(jī)配置較低且未提供連網(wǎng)服務(wù)，生物信息學(xué)很多知識的學(xué)習(xí)需要借助互聯(lián)網(wǎng)，例如：各種數(shù)據(jù)庫、在線軟件等，導(dǎo)致學(xué)生無法親自操作而降低實(shí)踐課學(xué)習(xí)效果；（2）課時(shí)少、內(nèi)容多。生物信息學(xué)的章節(jié)往往涉及到很多軟件和平臺，甚至有些軟件需要編寫程序。在實(shí)踐課時(shí)少的情況下，無法在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)校親自操作每一種軟件。

3 教學(xué)改革

3.1 針對不同專業(yè)精選教學(xué)內(nèi)容

針對生物信息學(xué)內(nèi)容繁多的事實(shí)，應(yīng)針對不同專業(yè)特點(diǎn)精心挑選課授課內(nèi)容，在有限的課時(shí)中讓學(xué)生學(xué)到最基本且重要的生物信息學(xué)理論知識。另外，要善于挖掘課外時(shí)間，組建課外興趣小組，設(shè)置研究課題作為課外作業(yè)，鞏固和加深學(xué)生對生物信息學(xué)的理解。

3.2 培養(yǎng)和引進(jìn)專業(yè)人才

教師知識的淵博程度和教學(xué)水平的高低對教學(xué)效果的影響十分明顯。因此，在教師隊(duì)伍建設(shè)上應(yīng)采取“走出去，引進(jìn)來”的措施，一方面挖掘該校教師的潛能，支持和鼓勵(lì)該校年輕教師到國內(nèi)外知名高校訪學(xué)和進(jìn)修，著力提高該校教師自身的知識素養(yǎng)與技能；另一方面提供豐厚條件引進(jìn)國內(nèi)外生物信息學(xué)高層人才，為生物信息學(xué)教學(xué)隊(duì)伍增添新鮮血液。此外，還可通過定期或不定期舉辦講座等方式創(chuàng)造機(jī)會加強(qiáng)該校教師及與兄弟院校的交流合作，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，提高生物信息學(xué)教師的綜合素養(yǎng)。

3.3 推進(jìn)“教、學(xué)、研”一體化創(chuàng)新教學(xué)模式

針對生物信息學(xué)課程的特點(diǎn)，一方面根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)小型科研課題激發(fā)學(xué)生的科研興趣；另一方面鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)學(xué)校、省級或國家級大學(xué)生科研項(xiàng)目，并鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，積極開展“教、學(xué)、研”一體化的創(chuàng)新教學(xué)模式，即融教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”，以及教師和學(xué)生共同參與到“研”的過程于一體[2]。通過這種教學(xué)模式能夠極大激發(fā)學(xué)生對生物信息學(xué)課程的興趣和創(chuàng)造力，促使學(xué)生快速高效地掌握生物信息學(xué)理論和實(shí)踐知識，有利于學(xué)生變被動的學(xué)習(xí)為主動探究式學(xué)習(xí)。與此同時(shí)，也能夠讓學(xué)生盡早地融入到生物學(xué)科學(xué)研究的大環(huán)境中來，學(xué)會合作、學(xué)會創(chuàng)造，真正地做到學(xué)以致用。

3.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)離不開計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)需要在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，升級計(jì)算機(jī)配置，并為每臺計(jì)算機(jī)提供上網(wǎng)功能，保障實(shí)驗(yàn)課教學(xué)順利進(jìn)行。積極鼓勵(lì)學(xué)生自帶計(jì)算機(jī)，方便課后繼續(xù)學(xué)習(xí)。此外，充分利用發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)建網(wǎng)上教學(xué)平臺并將教學(xué)內(nèi)容，最新分析軟件等傳遞給學(xué)生，通過教學(xué)平臺加強(qiáng)與學(xué)生的交流互動，及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。在教學(xué)內(nèi)容上，要精簡實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，選擇有代表性的軟件和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行深入講解，將其它的軟件、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)知識設(shè)計(jì)成小型研究課題作為作業(yè)布置給學(xué)生，提高學(xué)生自主探索的學(xué)習(xí)能力。

篇5

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 教學(xué)模式 創(chuàng)新

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-5349（2017）08-0009-02

近些年，隨著人類基因組測序完成，有關(guān)核酸、蛋白質(zhì)等的分子生物學(xué)數(shù)據(jù)迅速增長。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也為生物數(shù)據(jù)的處理提供了有力支持[1]，促進(jìn)了生物信息學(xué)的產(chǎn)生及發(fā)展。許多高校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程。生物信息學(xué)課程對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。[2]生物信息學(xué)是多領(lǐng)域融合的學(xué)科，對理論知識及實(shí)踐的要求較高，因此如何提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量及完善教學(xué)模式尤為重要。本文根據(jù)生物信息學(xué)的特點(diǎn)及目前發(fā)展現(xiàn)狀，提出“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化的教學(xué)模式。并在實(shí)施過程中不斷優(yōu)化，為完善生物信息學(xué)的教學(xué)模式提供依據(jù)。

一、生物信息學(xué)課程的概述

生物信息學(xué)作為近些年新發(fā)展的學(xué)科。具有以下特征：第一，多學(xué)科融合。它將數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起。[3]第二，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。目前國際上著名的數(shù)據(jù)庫有GenBank、DDBJ和PIR等。[4]這些資源具有開放性，大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫可免費(fèi)下載。第三，學(xué)科知識的前沿性，生物信息學(xué)的發(fā)展和更新較其他學(xué)科更為迅速。[5]教師在教學(xué)過程中要不斷地吸取新的知識以補(bǔ)充教材中的不足。[6]生物信息學(xué)的價(jià)值不僅體現(xiàn)在科學(xué)研究領(lǐng)域，同時(shí)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有影響。[6]所以，各高校設(shè)置生物信息學(xué)課程是必要的。

二、生物信息學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

無論國外或國內(nèi)對生物信息學(xué)的發(fā)展都是高度重視的。筆者在針對生物信息學(xué)本科教學(xué)過程進(jìn)行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，生物信息學(xué)教學(xué)過程存在以下不足：

（一）專業(yè)型人才稀少

生物信息學(xué)所涉及的領(lǐng)域較廣，它將數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合。[7]這一特點(diǎn)，要求從事生物信息學(xué)教學(xué)的教師自身知識背景要深厚，同時(shí)兼?zhèn)渖飳W(xué)及信息技術(shù)的專業(yè)知識。由于各專業(yè)之間的交叉聯(lián)系較少，導(dǎo)致相關(guān)生物信息學(xué)的專業(yè)人才稀少。這對于生物信息學(xué)教學(xué)是不利的。

（二）教學(xué)理念陳舊

生物信息學(xué)是將信息技術(shù)和生物課程有機(jī)結(jié)合。目前，在國內(nèi)，生物信息學(xué)教學(xué)思想還比較落后，大部分還處于對構(gòu)建完善的教學(xué)模式初步探索階段。[8]由于不能將信息技術(shù)的優(yōu)勢極大地發(fā)揮，以至于生物信息學(xué)教學(xué)過程中存在一定的弊端。在教學(xué)設(shè)計(jì)中還沿用傳統(tǒng)的教授法，使得學(xué)生對于學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣減少，同時(shí)，忽略信息技術(shù)的應(yīng)用對于培養(yǎng)和拓展學(xué)生思維方式的作用。

（三）實(shí)踐教學(xué)存在不足

實(shí)踐教學(xué)是生物信息學(xué)教學(xué)過程中必要的部分。生物信息學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)方面較為薄弱。一方面，課時(shí)安排不合理。大部分時(shí)間分配于理論課，而實(shí)踐課的時(shí)間相對較少。另一方面，在硬件設(shè)施上，也不能滿足實(shí)際需求。在很多高校中并沒有獨(dú)立的計(jì)算機(jī)機(jī)房以保障學(xué)生能夠進(jìn)行具體的操作。并且，在國內(nèi)，雖然生物信息學(xué)的研究發(fā)展迅速，但所涉及的資源并不能共享，交流較少。

（三）“教-學(xué)-研”模式的構(gòu)建

針對生物信息學(xué)課程自身特點(diǎn)及在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化教學(xué)模式。

1.教學(xué)理念的改革

從上述的分析中，針對教學(xué)理念落后問題，需要從生物信息學(xué)的教學(xué)要求與特點(diǎn)出發(fā)，改變常規(guī)的教學(xué)模式，采用“自主式、探究式”學(xué)習(xí)的思想，通過小組合作的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)。[9]根據(jù)生物信息學(xué)的課程內(nèi)容可將其分為幾個(gè)模塊。例如：數(shù)據(jù)庫介紹及應(yīng)用、常用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等。學(xué)生以小組為單位，對每一個(gè)模塊進(jìn)行探討研究。學(xué)生可以通過上網(wǎng)查找資料，與老師進(jìn)行交流及在課堂上展示成果并且小組間進(jìn)行探討等方式對該模塊所涉及的相關(guān)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣使得學(xué)生能夠按照自己的要求擴(kuò)展和交流生物信息學(xué)知識，豐富生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)途徑，并且?guī)熒g建立平等和諧的關(guān)系。

2.理論聯(lián)系實(shí)踐，鍛煉學(xué)生科研能力

教學(xué)是科研的前提條件，科研使教學(xué)內(nèi)容多樣化。[10]因此，在教學(xué)過程中，根據(jù)課程的特色，可將教學(xué)與科研彼此聯(lián)系起來。首先，組建跨學(xué)科的教師團(tuán)隊(duì)。生物信息學(xué)是多學(xué)科交叉的課程，該領(lǐng)域的專業(yè)型人才稀少。解決這一問題是保障學(xué)生在科研過程中隨時(shí)了解相關(guān)知識的關(guān)鍵。我們可以在教學(xué)過程中組建跨學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。教師間可彼此溝通交流，針對學(xué)生們在科研過程中遇到的問題，能夠提供專業(yè)性的建議，為科研提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。其次，教師積極鼓勵(lì)學(xué)生參加科研項(xiàng)目。教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)下生物信息學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)方向，提出研究問題，使學(xué)生積極參加其中。在科研過程中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及動手操作能力，同時(shí)，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識。對生物信息學(xué)有進(jìn)一步了解。最后，為了創(chuàng)造一個(gè)良好的科研條件，學(xué)校應(yīng)提供一些硬件設(shè)施。例如：多媒體網(wǎng)絡(luò)教室、與生物信息學(xué)相關(guān)的軟件等。將教學(xué)與科研聯(lián)系在一起，可有效地提高生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

3.教學(xué)與創(chuàng)業(yè)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神及創(chuàng)業(yè)能力

創(chuàng)業(yè)教育是一種實(shí)踐，以學(xué)生為主體，將“教、學(xué)、做”三者合一。[11]所以在“教學(xué)-科研-創(chuàng)業(yè)”一體化教學(xué)模式中，創(chuàng)業(yè)與教學(xué)、科研相互聯(lián)系，科研成果具體化，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。以吉林師范大學(xué)為例。教師在授n過程中，與學(xué)生一起對表觀遺傳學(xué)藥物進(jìn)行分析，并以此為研究課題，參加“第二屆吉林省‘互聯(lián)網(wǎng)+’大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”。項(xiàng)目中擬建一家有限責(zé)任公司，它將通過差異化的運(yùn)營模式，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，運(yùn)用現(xiàn)代生物科技和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對表觀遺傳學(xué)藥物信息的整合及數(shù)據(jù)的分析，并對藥物靶點(diǎn)進(jìn)行更深層次的挖掘。為特定的顧客提供個(gè)性化的服務(wù)，并以此獲取利潤。實(shí)例表明，在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。創(chuàng)業(yè)與教學(xué)、科研的有效結(jié)合，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并充分發(fā)揮了理論知識與實(shí)踐結(jié)合的優(yōu)勢。

四、結(jié)語

總之，生物信息學(xué)教學(xué)應(yīng)適當(dāng)?shù)貙⒗碚撆c實(shí)踐結(jié)合。通過“教-研-創(chuàng)”一體化教學(xué)模式的嘗試，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并且能夠及時(shí)解決問題的能力。因此，該模式在生物信息W教學(xué)過程中具有一定的可操作性。隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，該模式將進(jìn)一步完善，以期培養(yǎng)出綜合型、創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

[關(guān)鍵詞]生物信息學(xué) 課程教學(xué)改革 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0061-02

當(dāng)前生物信息學(xué)的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存儲、分類、檢索和分析等方面，所以目前生物信息學(xué)可以狹義地理解為“將計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)應(yīng)用于生物大分子信息的獲取、加工、存儲、分類、檢索與分析，以達(dá)到理解這些生物大分子信息的生物學(xué)意義的交叉學(xué)科”。生物信息學(xué)的發(fā)展，對人們分子水平上認(rèn)識生命活動的規(guī)律起著關(guān)鍵性的作用。生物信息學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，理論與實(shí)踐的結(jié)合十分緊密。生物信息學(xué)課程的授課內(nèi)容分為理論基礎(chǔ)和上機(jī)操作部分，主要特點(diǎn)是傳授理論知識和培養(yǎng)實(shí)踐能力并舉。在生物信息學(xué)的課堂教學(xué)中，既要強(qiáng)調(diào)基本理論、基本知識的傳授，同時(shí)也要加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以實(shí)際應(yīng)用為主要側(cè)重點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。根據(jù)生物信息學(xué)的課程特點(diǎn)，我們在理論教學(xué)、上機(jī)實(shí)踐操作及考試方式等方面進(jìn)行了改革和探索，獲得了較好的教學(xué)效果。

一、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

生物信息學(xué)課程涉及的新技術(shù)較多，接觸的因特網(wǎng)也多為英文頁面，多數(shù)學(xué)生因而存在畏難情緒。對于分子生物學(xué)基礎(chǔ)及英文較差的學(xué)生，我們采用循序漸進(jìn)的方式，鼓勵(lì)他們由淺入深地學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的分析方法，由少到多地瀏覽英文網(wǎng)站，理解并掌握常用的生物信息學(xué)英文詞匯，從而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的興趣和信心。學(xué)生通過對英文網(wǎng)站的不斷瀏覽，英文閱讀能力得到了很大提高；同時(shí)也開闊了視野，拓寬了知識面。隨著學(xué)生生物信息學(xué)分析能力及專業(yè)英語水平的提高，教師在理論課講解過程中，由少到多地逐步加大了英文教學(xué)的比例?？傊?，通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生逐步建立起學(xué)習(xí)的興趣和自信心，為學(xué)好生物信息學(xué)這門課程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、重視雙基訓(xùn)練

本課程首先結(jié)合人類基因組計(jì)劃介紹生物信息學(xué)的歷史發(fā)展和概況，然后順序介紹生物數(shù)據(jù)庫分類、序列相似性比較、數(shù)據(jù)庫搜索、分子系統(tǒng)發(fā)育樹分析、基因組學(xué)與基因預(yù)測、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測等基本知識，以介紹基本理論和基本知識為主，啟發(fā)學(xué)生拓寬知識面，了解學(xué)科前沿和最新進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生解決生物信息學(xué)分析實(shí)際問題的能力，從而為今后進(jìn)行生命科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

生物信息學(xué)涉及的算法多數(shù)都較為枯燥，在授課過程中側(cè)重于分析方法的講解和應(yīng)用。如在講授雙序列比對動態(tài)規(guī)劃算法Needleman-Wunsch全局比對和Smith-Waterman局部比對及分子系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權(quán)算術(shù)平均組隊(duì)法）等算法時(shí)，在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合板書演算實(shí)例、互動式“提問”等方法幫助學(xué)生理解算法的基本原理及分析方法；同時(shí)布置課后計(jì)算題作業(yè)，要求學(xué)生獨(dú)立完成后上交，并作為平時(shí)成績考核的主要依據(jù)之一，從而促進(jìn)學(xué)生鞏固基本理論和基本知識。

三、雙語多媒體教學(xué)

為了適應(yīng)生物信息學(xué)知識全球化的特點(diǎn)，使學(xué)生能夠更好地接受最新的生物信息學(xué)知識，我們制訂了生物信息學(xué)課程雙語教學(xué)計(jì)劃，并在教學(xué)過程中分階段逐步實(shí)施。在第一階段，以漢語講授為主，英語滲透，中文教材為主，相關(guān)英文文獻(xiàn)為輔；在此基礎(chǔ)上，逐步向第二階段過渡，即漢英整合，不分主次，PPT課件和Flas采用英文版本；最終的目標(biāo)是第3階段，即選用英文教材，制作英文版本的PPT教學(xué)課件，采用全英文授課方式。整個(gè)過程循序漸進(jìn)，逐步淘汰傳統(tǒng)的中文教學(xué)。

在講解數(shù)據(jù)庫查詢和BLAST（Basic local alignment search tools）分析、Bankit在線序列提交和Sequin離線序列提交及DNASTAR、DNAMAN、MEGA等軟件包使用方法時(shí)，改變以往靜態(tài)演示的舊有模式，應(yīng)用屏幕錄像專家軟件制作多媒體動畫文件，將操作步驟和鼠標(biāo)的移動軌跡、點(diǎn)擊抓取下來，以便讓學(xué)生直觀地觀看課件。通過現(xiàn)場操作核酸序列的查詢、蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)的顯示、限制性酶切圖譜繪制、PCR引物設(shè)計(jì)、序列組裝重疊群（contig）構(gòu)建、分子系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建等分析，應(yīng)用多媒體設(shè)備將整個(gè)操作過程動態(tài)地逐一展示，直至最終完成整個(gè)過程，使學(xué)生得到了直觀體驗(yàn)，加深了印象，從而更加容易掌握這些實(shí)踐操作。

四、加強(qiáng)上機(jī)操作

實(shí)踐教學(xué)相對于理論教學(xué)具有直觀性、驗(yàn)證性、綜合性、啟發(fā)性和創(chuàng)新性的特點(diǎn)。為了提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，我們安排了多個(gè)驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性上機(jī)實(shí)踐操作?！禢CBI數(shù)據(jù)庫的檢索與使用》讓學(xué)生熟悉GenBank核酸序列的格式、主要字段的含義、序列下載的方法，并掌握Entrez檢索工具的使用方法；《BLAST數(shù)據(jù)庫搜索》讓學(xué)生掌握BLAST數(shù)據(jù)庫搜索的分析方法；《核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析》讓學(xué)生掌握MEGA（Molecular evolutionary genetic analysis）和Clastalx等軟件構(gòu)建分子系統(tǒng)進(jìn)化樹的方法和步驟；《DNAMAN軟件的使用》讓學(xué)生掌握DNA序列的限制性酶切位點(diǎn)分析及PCR引物設(shè)計(jì)等基本操作方法；最后一次實(shí)踐上機(jī)課安排《核酸、蛋白序列的綜合分析》設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們隨機(jī)組成兩人一組的研究小組，自選感興趣的基因并從GenBank數(shù)據(jù)庫中下載該基因的20條核酸序列及蛋白序列，分析其中1條核酸序列的堿基組成比例，反向互補(bǔ)序列、編碼的RNA序列及蛋白序列，分析其中1條蛋白序列的氨基酸組成比例、分子量、疏水性、等電點(diǎn)、亞細(xì)胞定位等物理、化學(xué)特性；同時(shí)基于DNA序列和蛋白質(zhì)序列構(gòu)建分子系統(tǒng)發(fā)育樹。

五、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

生物信息學(xué)對于網(wǎng)絡(luò)工具高度依賴，由于受學(xué)時(shí)限制，課堂教學(xué)的內(nèi)容非常有限。為了給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)良好的自學(xué)環(huán)境，我們應(yīng)用屏幕錄像軟件開發(fā)了上機(jī)實(shí)踐操作演示等教學(xué)資源；提供了課件供學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上下載使用，該課件覆蓋了生物信息學(xué)課程的全部教學(xué)內(nèi)容，包括相關(guān)的動畫演示等信息；另外還提供了DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等軟件安裝程序及使用手冊，相關(guān)英文參考文獻(xiàn)等，從而有效地?cái)U(kuò)大了學(xué)生的自學(xué)空間。

六、科研教學(xué)相長

本課程由具有生物信息學(xué)或分子生物學(xué)博士學(xué)位的教師承擔(dān)，每位授課教師的科研課題均涉及生物信息學(xué)分析。在生物信息學(xué)的教學(xué)過程中，授課教師積極融合個(gè)人的科研工作經(jīng)驗(yàn)和成果，豐富了教學(xué)內(nèi)容。如在講授Bankit在線序列提交及Sequin離線提交序列時(shí)，我們以提交至國際核酸序列數(shù)據(jù)庫GenBank的芒草（Miscanthus sinensis）肉桂醇脫氫酶（JQ598683）、過氧化氫酶（JQ598684）、咖啡酰輔酶A-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（JQ598685）、肉桂酸-4-羥化酶（JQ598686）為例；在講授基因外顯子和內(nèi)含子結(jié)構(gòu)預(yù)測時(shí)，以牡丹（Paeonia suffruticosa）ACC氧化酶（FJ855434）和ACC合成酶（FJ769773）為例。通過把科研思路帶入教學(xué)中，有效培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力及創(chuàng)新能力。此外，教學(xué)實(shí)踐也有利于教師全面了解生物信息學(xué)和相關(guān)學(xué)科的最新進(jìn)展，不斷為科研提供新思路。

七、考試方式改革

生物信息學(xué)課程的目的是提高學(xué)生利用信息技術(shù)解決生物學(xué)問題的能力，因此主要考查學(xué)生綜合利用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力。在課程考核中結(jié)合平時(shí)書面作業(yè)、遞交上機(jī)操作練習(xí)和考試三方面情況，綜合評定。平時(shí)布置3次思考題目，以書面形式上交，占考核成績的20%；上機(jī)實(shí)踐操作的習(xí)題以電子版發(fā)送到教師的E-mail郵箱中，占考核成績的30%；課程結(jié)束后給學(xué)生1周的時(shí)間復(fù)習(xí)，而后在計(jì)算機(jī)上答題，包括基礎(chǔ)知識部分和上機(jī)操作部分，占考核成績的50%。經(jīng)過綜合評定，能夠比較客觀地反映一個(gè)學(xué)生對該課程的實(shí)際掌握情況。采用這種考試方式后，一方面，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不必花大量工夫去死記硬背，而把重點(diǎn)放在了基本理論、基本知識的鞏固及實(shí)踐操作技能的提高上，有效地提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力；另一方面，也促使教師在教學(xué)過程中，注重從能力培養(yǎng)的角度進(jìn)行教學(xué)課堂設(shè)計(jì)，提升教學(xué)質(zhì)量和水平。

在教學(xué)過程中，通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，采用雙語多媒體教學(xué)方式，在重視基本理論和基本知識講授的同時(shí)，加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐操作，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將科研成果結(jié)合于教學(xué)過程中，結(jié)合考試方式改革與探索，大大提高了“生物信息學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量水平及教學(xué)效果。

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篇7

生物信息學(xué)教學(xué)模式探索任務(wù)引領(lǐng)生物信息學(xué)是用數(shù)理和信息科學(xué)的觀點(diǎn)、理論和方法研究生命現(xiàn)象、組織和分析呈現(xiàn)指數(shù)增長的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的一門學(xué)科，它是生物醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的嶄新交叉學(xué)科。生物信息學(xué)幾乎是今后所有生物（醫(yī)藥）研究開發(fā)所必需的工具。

21世紀(jì)是生物科學(xué)的世紀(jì)。近年，我國生物技術(shù)公司對生物信息學(xué)人員的相關(guān)需求也迅速增加，浙江理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)在進(jìn)行了行業(yè)調(diào)研并進(jìn)行專業(yè)課程體系構(gòu)建研究后，于2006年定位和開設(shè)了生物信息學(xué)課程。該門課程經(jīng)過8年多的建設(shè)后，對教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)、課程目標(biāo)的設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)教法的選擇等方面進(jìn)行了卓有成效的探索，這些探索所形成的結(jié)論，可為即將開設(shè)或正在進(jìn)行該課程教學(xué)改革的學(xué)校提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

一、生物信息學(xué)的課程特點(diǎn)

諾貝爾獎獲得者W.Gilbert1991年提出了這樣一個(gè)觀點(diǎn)：傳統(tǒng)生物學(xué)解決問題的方式是實(shí)驗(yàn)的，而現(xiàn)在，基于全部基因都將知曉，并以電子可操作的方式駐留在數(shù)據(jù)庫中，新的生物學(xué)研究模式的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)是理論的，是一個(gè)科學(xué)家先從理論推測出發(fā)設(shè)定研究目標(biāo)，然后再回到實(shí)驗(yàn)中去追蹤或驗(yàn)證這些理論假設(shè)。而生物信息學(xué)研究正是從英特網(wǎng)上源源不斷地采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、歸類與重組，發(fā)現(xiàn)新線索、新現(xiàn)象和新規(guī)律，用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作設(shè)計(jì)，是一條既快又省的研究路線。它對于找尋一個(gè)研究項(xiàng)目的突破口是非常重要的，選定合適的研究出發(fā)點(diǎn)，可避免許多不必要的重復(fù)，最大程度節(jié)約研究資源，使研究成果最大化。鑒于該門技術(shù)對生物科學(xué)的理論、實(shí)踐要求以及對信息技術(shù)掌握的要求，生物信息學(xué)課程與其他課程的教學(xué)有很大不同。

1.在課程目標(biāo)定位中，提高學(xué)生對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力是該門課程的重要目標(biāo)之一。學(xué)生必需使用強(qiáng)大的搜索功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、檢索和分析，學(xué)校在教學(xué)資源配置上必需向此傾斜。

2.該門課程學(xué)科交叉性強(qiáng)，所涉及的生物及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的相關(guān)知識更新都很快，導(dǎo)致其理論和實(shí)踐內(nèi)容不斷推陳出新，這使得在教學(xué)內(nèi)容選擇上要緊跟這些更新，不斷進(jìn)行調(diào)整。

3.課程教學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)，同時(shí)涉及生物技術(shù)專業(yè)實(shí)踐和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)踐，這需要教師在授課過程中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律合理安排實(shí)踐項(xiàng)目，發(fā)揮好這兩種技術(shù)的協(xié)同作用。

二、生物信息學(xué)課程教學(xué)模式探索

1.教學(xué)目標(biāo)與其所培養(yǎng)學(xué)生的核心技能

合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求與授課對象的實(shí)際情況。經(jīng)過對該門課程教學(xué)對象的研究發(fā)現(xiàn)，在生物專業(yè)課程體系下培養(yǎng)的本科生，其前導(dǎo)課程主要集中在生物領(lǐng)域，通常沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、編程等知識。對信息檢索、模型建立、軟件的識別及應(yīng)用的能力相當(dāng)薄弱。因此，本門課程將提高學(xué)生的信息技術(shù)能力也作為一個(gè)重要的課程目標(biāo)。學(xué)生在本門課程中將學(xué)習(xí)與生物技術(shù)相關(guān)的各種數(shù)據(jù)庫和軟件的使用。當(dāng)然，對學(xué)生信息技術(shù)能力的要求也定位在能使用、會使用就行，不需要將學(xué)生掌握生物數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和軟件開發(fā)作為課程教學(xué)的目標(biāo)。

在課程目標(biāo)的設(shè)定過程中，應(yīng)牢記高校對文化的傳承的功能，要使學(xué)生了解生物信息學(xué)發(fā)展的歷程。在生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展過程中所涌現(xiàn)出來的著名學(xué)者，眾所周知的震撼人心、啟迪心靈的奇聞秩事，能使學(xué)生對這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣，甚至更深刻地領(lǐng)會這門課程的含義。

熟練掌握生物數(shù)據(jù)庫的檢索和使用是生物信息學(xué)課程教學(xué)的首要目標(biāo)。到目前為止，生物學(xué)數(shù)據(jù)庫總數(shù)已達(dá)500個(gè)以上，在DNA序列方面有GenBank、EMBL和DDBJ等；在蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)方面有UniProt、SWISS-PROT、PIR和MIPS等；在蛋白質(zhì)和其他生物大分子的結(jié)構(gòu)方面有PDB等；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類方面有SCOP和CATH等。各數(shù)據(jù)庫均通過Internet提供多種形式的數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。例如，NCBI-GenBank數(shù)據(jù)庫就提供Retrieve（Email），Entrez（Web集成信息檢索）及Query（Email集成檢索）等多種方式的檢索服務(wù)。這類檢索服務(wù)是生物數(shù)據(jù)庫所能提供的多種服務(wù)中最基本的信息共享和應(yīng)用服務(wù)，也是生物專業(yè)學(xué)生和科研工作者經(jīng)常使用的。在教學(xué)過程中需通過設(shè)計(jì)檢索任務(wù)來完成對這些數(shù)據(jù)庫使用方法的學(xué)習(xí)，如通過生物數(shù)據(jù)庫檢索家蠶profilin基因的相關(guān)信息。

增強(qiáng)學(xué)生使用生物信息處理軟件的能力，是生物信息學(xué)課程教學(xué)的重要目標(biāo)。在世界各地，科學(xué)家每天都要通過序列比對軟件進(jìn)行成千上萬次的序列比對。學(xué)生需要通過課程的學(xué)習(xí)熟練掌握各種生物信息處理軟件，有時(shí)還有必要進(jìn)行一些簡單程序的設(shè)計(jì)，進(jìn)而掌握發(fā)現(xiàn)新線索、查找新規(guī)律的工具。例如，目前，借助于生物信息手段的蛋白質(zhì)預(yù)測是提供蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能信息的重要方法，對這種預(yù)測方法的學(xué)習(xí)將使學(xué)生更多更快地了解蛋白質(zhì)的信息，加深對生物技術(shù)科學(xué)的理解和運(yùn)用。除了生物數(shù)據(jù)庫和生物軟件使用學(xué)習(xí)外，還要著重體現(xiàn)生物學(xué)文獻(xiàn)調(diào)研和閱讀、論文撰寫等基本能力的訓(xùn)練，如EndNote文獻(xiàn)管理軟件的使用。

2.教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)順序的組織

生物信息學(xué)的課程教學(xué)內(nèi)容的選擇，要緊隨生物信息學(xué)的發(fā)展方向，涵蓋最前沿知識和最先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。與此同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容的選擇還應(yīng)充分考慮學(xué)生基礎(chǔ)和對該門課程的需求。生物信息學(xué)選課學(xué)生通常有兩類，一類是具有較為扎實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生，他們學(xué)習(xí)目的非常明確，其學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于提高對生物信息實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的分析解釋和驗(yàn)證能力。另一類是生物學(xué)基礎(chǔ)相對較弱的學(xué)生，這些學(xué)生主要是為了了解生物信息學(xué)發(fā)展前沿、掌握檢索能力以及初步的分析技能，對分析、處理、預(yù)測結(jié)果的驗(yàn)證涉及不多。無論哪種學(xué)生，都比較欠缺信息技術(shù)方面的知識，因此，這類知識在前面部分介紹。而后面部分則隨學(xué)生的類型有所改變，我們根據(jù)授課學(xué)生的分類選擇不同的授課內(nèi)容和授課重點(diǎn)，嘗試據(jù)此來劃分教學(xué)組織的各個(gè)階段，在每個(gè)教學(xué)節(jié)點(diǎn)精心設(shè)置任務(wù)（如表1所示）。

與其他課程的教學(xué)一樣，生物信息學(xué)課程的教學(xué)需遵守學(xué)生對知識的掌握規(guī)律，其內(nèi)容的選擇與安排應(yīng)按照循序漸進(jìn)的原則。從第一階段到第二階段，教學(xué)內(nèi)容“由易到難”。隨著教學(xué)過程的深入，課程內(nèi)容更側(cè)重于對生物信息學(xué)某一專業(yè)領(lǐng)域的引導(dǎo)，此時(shí)授課教師的指導(dǎo)更加重要，這類領(lǐng)域往往與開課院系專業(yè)的優(yōu)勢研究領(lǐng)域和導(dǎo)師研究方向相結(jié)合。

3.課程教學(xué)方法的改革

生物信息學(xué)是一門涉及知識面深刻而廣泛，學(xué)生獨(dú)立自學(xué)的難度很大的交叉科學(xué)。依據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論的特點(diǎn)，這類難度大、技術(shù)性和實(shí)踐性強(qiáng)的課程要特別重視以學(xué)生為教學(xué)主體的教學(xué)方法，應(yīng)嘗試從任務(wù)引領(lǐng)入手，將生物信息學(xué)的一些重要學(xué)習(xí)內(nèi)容逐步展現(xiàn)出來。

在生物信息學(xué)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于任務(wù)引領(lǐng)，設(shè)定與學(xué)生生活相貼近的、接合學(xué)科發(fā)展前沿的引領(lǐng)任務(wù)。例如，可以從高水平雜志（Nature、Science）上根據(jù)任務(wù)引領(lǐng)的關(guān)鍵詞搜索綜述，根據(jù)綜述總結(jié)出該任務(wù)發(fā)展脈絡(luò)，提煉教學(xué)任務(wù)，將較為抽象的計(jì)算機(jī)算法、生物學(xué)基礎(chǔ)知識融于任務(wù)中，使學(xué)生有積極參與的意愿。及時(shí)將任務(wù)相關(guān)工具提供給學(xué)生，或是提前引導(dǎo)學(xué)生自己查詢工具，使學(xué)生有完成任務(wù)的基礎(chǔ)。

學(xué)生在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都非常清晰地知道下個(gè)節(jié)點(diǎn)的主題，并在完成教師的任務(wù)過程中，構(gòu)建局部知識框架，形成自己的見解。教師需在課堂上和課堂以外及時(shí)掌握學(xué)生對各個(gè)節(jié)點(diǎn)知識的掌握情況，找到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，針對重點(diǎn)、難點(diǎn)解惑，提高教學(xué)效果。這樣可以使選擇的教學(xué)任務(wù)吸引學(xué)生、引領(lǐng)學(xué)科前沿，還能在教學(xué)過程與學(xué)生的互動中有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

4.重視切合課程設(shè)計(jì)的教材編寫

生物信息學(xué)不同于其他學(xué)科，其很多內(nèi)容和知識節(jié)點(diǎn)更新很快，很多最新成果必須教師根據(jù)生物信息學(xué)發(fā)展前沿及時(shí)整理和總結(jié)，其教學(xué)內(nèi)容設(shè)置著重于保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性。教材的更新和修訂周期較短，幾乎每學(xué)期均需要重新修訂。

2001年，教育部在[2001]4號文件中明確要求直屬高校的“本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)”，在信息技術(shù)、生物科學(xué)、管理、金融、法律等專業(yè)力爭在3年內(nèi)使外語講授的課程達(dá)到所開課程的5%～10%，尤其強(qiáng)調(diào)了生物科學(xué)更要先行一步?，F(xiàn)實(shí)情況也使英文自編教材的編寫刻不容緩，現(xiàn)在，絕大部分前沿生物數(shù)據(jù)信息（最主要的核酸和蛋白質(zhì)）數(shù)據(jù)庫均為全英文操作界面，操作者只有熟練掌握生物信息學(xué)英文術(shù)語才能自如地使用該系統(tǒng)，才能更有效的進(jìn)行生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)和研究工作。在英文自編教材編寫時(shí)，理論部分的參考書我們精心應(yīng)選定了具有非常嚴(yán)謹(jǐn)理論體系和反應(yīng)了最前沿生物信息技術(shù)的《BIOINFORMATICS：Databases，Tools， and Algorithms》。編寫時(shí)需要特別注意應(yīng)依據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)來設(shè)定來序化任務(wù)，突出不同教學(xué)階段的教學(xué)重點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)過程是個(gè)循序漸進(jìn)的過程。我校采用的自編教材根據(jù)教學(xué)階段共設(shè)置五個(gè)引領(lǐng)任務(wù)：

（1）Pubmed檢索profilin基因研究進(jìn)展；

（2）家蠶profilin基因結(jié)構(gòu)分析與PCR擴(kuò)增引物的設(shè)計(jì)；

（3）家蠶profilin基因同源序列的獲取與進(jìn)化樹的構(gòu)建；

（4）家蠶profilin蛋白二級和三級結(jié)構(gòu)的模擬；

（5）家蠶profilin蛋白理化性質(zhì)和功能位點(diǎn)的分析.

5.合理配置網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源

首先，學(xué)會利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件進(jìn)行生物信息分析的基本方法和技能本身就是生物信息學(xué)教學(xué)重點(diǎn)。以往普通的多媒體教室已難以提供一個(gè)交互式的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的教學(xué)環(huán)境，如果想上好生物信息學(xué)這門課程，網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源的應(yīng)用，將貫穿于整個(gè)生物信息學(xué)課程（從任務(wù)下發(fā)及申領(lǐng)、任務(wù)控制及執(zhí)行、任務(wù)完成結(jié)果檢驗(yàn)與反饋）的整個(gè)教與學(xué)的過程。而我們通過極域電子教室和學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺結(jié)合，較好的實(shí)現(xiàn)了生物信息學(xué)交互式的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的教學(xué)環(huán)境。

課前，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺將任務(wù)教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)序列、工具等傳遞給學(xué)生，學(xué)生通過登陸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)資源和軟件嘗試完成預(yù)習(xí)任務(wù)。此處可以設(shè)置學(xué)情反饋點(diǎn)，教師通過網(wǎng)絡(luò)論壇等形式掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況。授課過程中，教師利用教師機(jī)客戶端的文件分發(fā)系統(tǒng)將任務(wù)教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)序列、工具等發(fā)送到學(xué)生桌面，再通過廣播教學(xué)多媒體技術(shù)為學(xué)生形象的講解任務(wù)內(nèi)容以及完成方法。每位學(xué)生在教師的監(jiān)督下在互聯(lián)網(wǎng)上執(zhí)行任務(wù)。教師在監(jiān)控學(xué)生完成任務(wù)過程中，不斷的得到學(xué)生任務(wù)進(jìn)程的反饋，對于任務(wù)中學(xué)生出現(xiàn)共性問題，利用網(wǎng)絡(luò)、廣播教學(xué)或演示等形式及時(shí)解決。課下，學(xué)生同樣可通過學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將任務(wù)報(bào)告、作業(yè)、問題和意見等反饋給教師，教師在平臺上批改任務(wù)報(bào)告后將成績和評語發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)情況，師生還可以通過平臺中的網(wǎng)絡(luò)論壇進(jìn)行問題討論等。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生物信息學(xué)任務(wù)引領(lǐng)式教學(xué)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能創(chuàng)造更為有效的師生互動信息教學(xué)環(huán)境。

三、結(jié)束語

經(jīng)過多年的生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果想建設(shè)好生物信息學(xué)課程，我們需要設(shè)定非常清晰的教學(xué)目標(biāo)，理清課程需要培養(yǎng)學(xué)生的核心技能；結(jié)合行業(yè)發(fā)展的技術(shù)前沿精心選擇教學(xué)內(nèi)容，合理序化教學(xué)順序；要依據(jù)建構(gòu)教學(xué)理論，重視以學(xué)生為教學(xué)主體的教學(xué)方法，嘗試從任務(wù)引領(lǐng)入手引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；要重視切合課程設(shè)計(jì)的教材編寫，理論部分引自精選英文參考書，設(shè)計(jì)教材結(jié)構(gòu)應(yīng)切合任務(wù)引領(lǐng)的教學(xué)方法；合理配置網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源，加強(qiáng)學(xué)生互動，為成功地實(shí)現(xiàn)“反轉(zhuǎn)課堂”提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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[2]柴惠，趙虹，張婷.高等院校生物信息學(xué)雙語教學(xué)課程建設(shè)之我見[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2010，（4）：83-84.

[3]Gilbert，W.Towards a paradigm shift in biology[J].Nature，1991，（349）：99.

[4]劉偉，張紀(jì)陽.“生物信息學(xué)”課程中研討式教學(xué)實(shí)踐[J].中國電力教育，2012，（23）：60-61.

[5]范丙友，賈小平，胥華偉.生物信息學(xué)課程教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2013，（16）：61-62.

篇8

 

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué) 農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域 應(yīng)用

“生物信息學(xué)”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學(xué)中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學(xué)者lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學(xué)自產(chǎn)生以來，大致經(jīng)歷了前基因組時(shí)代、基因組時(shí)代和后基因組時(shí)代三個(gè)發(fā)展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項(xiàng)目首席科學(xué)家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計(jì)劃（human genome project，hgp）的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)［3］。這標(biāo)志著后基因組時(shí)代（post genome era，pge）的來臨，是生命科學(xué)史中又一個(gè)里程碑。生物信息學(xué)作為21世紀(jì)生物技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點(diǎn)闡述生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物、種質(zhì)資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設(shè)計(jì)開發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進(jìn)展。

1.生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

1997年5月美國啟動國家植物基因組計(jì)劃（npgi），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計(jì)劃是與人類基因組工程（hgp）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學(xué)家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進(jìn)展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學(xué)的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達(dá)、蛋白質(zhì)互作、蛋白質(zhì)和核酸的定位、代謝物及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等，從而從分子水平上了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能［5］。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫研究平臺有植物轉(zhuǎn)錄本（ta）集合數(shù)據(jù)庫tigr、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫plantgdb、研究玉米遺傳學(xué)和基因組學(xué)的mazegdb數(shù)據(jù)庫、研究草類和水稻的gramene數(shù)據(jù)庫、研究馬鈴薯的pomamo數(shù)據(jù)庫，等等。

2.生物信息學(xué)在種質(zhì)資源保存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，它包括許多農(nóng)藝性狀（如抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等）的等位基因。植物種質(zhì)資源庫是指以植物種質(zhì)資源為保護(hù)對象的保存設(shè)施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質(zhì)資源庫，在我國也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫。種質(zhì)入庫保存類型也從單一的種子形式，發(fā)展到營養(yǎng)器官、細(xì)胞和組織，甚至dna片段等多種形式。保護(hù)的物種也從有性繁殖植物擴(kuò)展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應(yīng)用各種分子標(biāo)記來鑒定種質(zhì)資源。例如微衛(wèi)星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質(zhì)資源進(jìn)行分子標(biāo)記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此需要建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和采用分析工具來實(shí)現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)分析等［7］。

3.生物信息學(xué)在農(nóng)藥設(shè)計(jì)開發(fā)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物，以及礦物中進(jìn)行篩選，得到一個(gè)可供臨床使用的藥物要耗費(fèi)大量的時(shí)間與金錢。生物信息學(xué)在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過程中關(guān)鍵性的分子靶標(biāo)、闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發(fā)之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學(xué)為藥物研發(fā)提供了新的手段［8，9］，導(dǎo)致了藥物研發(fā)模式的改變［10］。目前，生物信息學(xué)促進(jìn)農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設(shè)計(jì)出兩種具有與唾液酸酶結(jié)合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結(jié)合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。tang sy等學(xué)者研制出新一代抗aids藥物saquinavir［12］。pungpo等已經(jīng)設(shè)計(jì)出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物［13］。楊華錚等人設(shè)計(jì)合成了十多類數(shù)百個(gè)除草化合物，經(jīng)生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。

現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開生物信息技術(shù)的參與，隨著生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，將會大大降低藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。

4.生物學(xué)信息學(xué)在作物遺傳育種研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關(guān)分子基礎(chǔ)的進(jìn)一步闡明，人們可以利用生物信息

學(xué)的方法，先從模式生物中尋找可能的相關(guān)基因，然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點(diǎn)。農(nóng)作物的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究積累了大量的基因序列、分子標(biāo)記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，可通過建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎(chǔ)上，育種學(xué)家就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來提出預(yù)測假設(shè)，從多種復(fù)雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標(biāo)記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。

5.生物信息學(xué)在生態(tài)環(huán)境平衡研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

在生態(tài)系統(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn)，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用在控制環(huán)境污染方面，主要通過數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的運(yùn)用構(gòu)建遺傳工程特效菌株，以降解目標(biāo)基因及其目標(biāo)污染物為切入點(diǎn)，通過降解污染物的分子遺傳物質(zhì)核酸 dna，以及生物大分子蛋白質(zhì)酶，達(dá)到催化目標(biāo)污染物的降解，從而維護(hù)空氣［16］、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。

美國農(nóng)業(yè)研究中心（ars） 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫（ppd） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環(huán)境中轉(zhuǎn)運(yùn)和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術(shù)大學(xué)（toyohashi university of technology） 多環(huán)芳烴危險(xiǎn)性有機(jī)污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（iris） 涉及 600種化學(xué)污染物，列出了污染物的毒性與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)參數(shù)，以及分子遺傳毒性參數(shù)［17］。除此之外，生物信息學(xué)在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡(luò)的普及，情報(bào)、信息等學(xué)科的資源共享，勢必會創(chuàng)造出一個(gè)環(huán)境微生物技術(shù)信息的高速發(fā)展趨勢。

6.生物信息學(xué)在食品安全研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品在加工制作和存儲過程中各種細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化，傳統(tǒng)檢測方法是進(jìn)行生化鑒定，但所需時(shí)間較長，不能滿足檢驗(yàn)檢疫部門的要求，運(yùn)用生物信息學(xué)方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進(jìn)行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進(jìn)而運(yùn)用pcr法［19］、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重?zé)晒舛縫cr等技術(shù)，可快速準(zhǔn)確地檢測出細(xì)菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術(shù)也是未來食品病毒檢測的發(fā)展方向。

轉(zhuǎn)基因食品檢測是通過設(shè)計(jì)特異性的引物對食品樣品的dna提取物進(jìn)行擴(kuò)增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫信息的及時(shí)更新，可準(zhǔn)確了解各國新出現(xiàn)和新批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時(shí)對檢驗(yàn)方法進(jìn)行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限，但隨著食品安全檢測數(shù)據(jù)庫的不斷完善，相信相關(guān)的生物信息學(xué)技術(shù)將在食品領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

生物信息學(xué)廣泛用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報(bào)部門，以及信息中介服務(wù)機(jī)構(gòu)提供相關(guān)服務(wù)，通過出版物、信息共享平臺、數(shù)字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學(xué)發(fā)展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學(xué)能夠更好地為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。

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篇9

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)；生物信息學(xué)；課程教學(xué)

近年來，生物信息學(xué)在各醫(yī)藥院校越來越受到重視，多所院校相繼在研究生教學(xué)中開設(shè)了生物信息學(xué)課程[1]。而對于醫(yī)學(xué)本科層次是否需要開設(shè)生物信息學(xué)課程這一問題，雖然目前各方面的觀點(diǎn)不一，但是已經(jīng)有一些院校開始進(jìn)行嘗試。目前醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)（五年制，畢業(yè)時(shí)授予醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位）已調(diào)整為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)（四年制，畢業(yè)時(shí)授予理學(xué)學(xué)士學(xué)位），而生物信息學(xué)作為一門新課程，在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)（技術(shù)）專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中的作用正日益受到關(guān)注，逐步被某些院校選擇作為必修課或者選修課。

一、開設(shè)課程的必要性

空前繁榮的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的產(chǎn)出，及其蘊(yùn)含的重大生命奧秘的揭示，將決定現(xiàn)代生命科技和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)研發(fā)的高度，決定人們對疾病的認(rèn)識和掌控能力，也將對主導(dǎo)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)存儲、管理、注釋、分析全過程，解決生命密碼的關(guān)鍵手段———現(xiàn)代生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[2]。對于醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，通過學(xué)習(xí)生物信息學(xué)，從而掌握利用各種網(wǎng)絡(luò)信息資源來檢索和獲取生物信息數(shù)據(jù)，并選擇和使用各種生物信息學(xué)軟件來分析數(shù)據(jù)。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代，這方面的知識和技能的培養(yǎng)對于醫(yī)學(xué)生今后從事醫(yī)學(xué)科研工作是非常重要的。因此，在醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生中開設(shè)生物信息學(xué)課程非常必要。我校從2010年開始將生物信息學(xué)設(shè)置為研究生教學(xué)的必修課；從2013年開始在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)中開設(shè)生物信息學(xué)選修課，自2015年開始轉(zhuǎn)為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)。在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)中開設(shè)生物信息學(xué)課程，能夠?yàn)樵搶I(yè)學(xué)生的臨床和科研方面的素質(zhì)積累提供必要的支持，更重要的是增強(qiáng)了在醫(yī)學(xué)和信息科學(xué)交叉領(lǐng)域解決問題的技能，其意義幾乎等同于在研究生教學(xué)中的設(shè)課意義。

二、教學(xué)內(nèi)容的安排

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的教學(xué)任務(wù)非常緊張，幾乎將原來醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)前八個(gè)學(xué)期（最后兩個(gè)學(xué)期為實(shí)習(xí)階段）課程壓縮到六個(gè)學(xué)期來完成，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力可想而知。我校為了減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，各課程的課時(shí)數(shù)都比醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)有所減少。但生物信息學(xué)并未改變，仍然為16學(xué)時(shí)。為了在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最大化，我們結(jié)合該專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和需求，將授課內(nèi)容分為理論課和實(shí)踐課兩部分，實(shí)踐課不占學(xué)時(shí)。理論課主要介紹基本的生物信息學(xué)理論、資源和數(shù)據(jù)的獲取、分析方法和工具的使用；實(shí)踐課則通過布置作業(yè)，課后上機(jī)操作來解決問題。理論課主要內(nèi)容包括：生物信息學(xué)導(dǎo)論、DNA測序技術(shù)、序列的獲取、雙序列比對、多序列比對、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析和預(yù)測共計(jì)六個(gè)專題。實(shí)踐課主要內(nèi)容包括：cDNA及基因組參考序列的獲??；常見序列格式的釋義與轉(zhuǎn)換；雙序列比對（局部比對）；多序列比對（全局比對）；蛋白質(zhì)綜合信息查詢；蛋白質(zhì)基本性質(zhì)、疏水區(qū)、亞細(xì)胞定位、信號肽、跨膜區(qū)、模體及結(jié)構(gòu)域分析與二級結(jié)構(gòu)預(yù)測；蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測。在理論課實(shí)施過程中，注重將與生物信息學(xué)相關(guān)的生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)前沿的一些最新進(jìn)展和最新成果引入理論知識講授中，讓學(xué)生在有限學(xué)時(shí)內(nèi)能夠進(jìn)一步認(rèn)識生物信息學(xué)的內(nèi)涵和課程的價(jià)值，追蹤前沿學(xué)科的動態(tài)，開拓視野。

三、教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

生物信息學(xué)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，交叉性強(qiáng)，在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)好這門課程的難度很大。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與教學(xué)內(nèi)容和手段關(guān)系密切，除了精心選擇教學(xué)內(nèi)容外，教學(xué)方法上也有很多需要革新乃至創(chuàng)新的地方。在教學(xué)過程中，我們形成了頗具特色的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，由授課教師獨(dú)創(chuàng)的授課———實(shí)踐———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教學(xué)模式已應(yīng)用于教學(xué)。TPS教學(xué)模式著力于以實(shí)際問題為引線，將理論授課與上機(jī)實(shí)踐有機(jī)地融為一體，逐步介紹生物數(shù)據(jù)分析的各項(xiàng)技能，并指導(dǎo)學(xué)生將其融會貫通以真正掌握相關(guān)的基本方法與常用工具。首先，在教學(xué)內(nèi)容上引入具體實(shí)例來進(jìn)行教學(xué)，比如講解生物信息數(shù)據(jù)庫（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）時(shí)，通過給出檢索某個(gè)人類疾病基因數(shù)據(jù)的例子來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的使用方法。課堂上教學(xué)實(shí)例的設(shè)計(jì)需要任課教師在備課時(shí)投入大量精力來完成，還需要教師具備多學(xué)科交叉的知識。教學(xué)實(shí)踐表明，與醫(yī)學(xué)相關(guān)的生物信息學(xué)分析實(shí)例可以讓學(xué)生更好地認(rèn)識該課程的作用，大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的主動性。此外，課堂教學(xué)手段也應(yīng)該豐富多彩，多媒體教學(xué)中可以充分使用圖片、動畫等元素。其次，舉例分析時(shí)可以進(jìn)行一定的現(xiàn)場演示，比如講解檢索Unigene數(shù)據(jù)庫時(shí)可以一邊上網(wǎng)演示一邊解釋說明。

四、考核方式的變革

生物信息學(xué)作為選修課，既要遵循學(xué)校相關(guān)的考試制度，也要通過對考試方式的變革來提高考試效果。我們將理論考核與學(xué)生的實(shí)踐能力考核聯(lián)系起來，結(jié)合學(xué)生課外實(shí)踐任務(wù)的完成情況和開卷考試成績進(jìn)行綜合評定。在課程中安排一次課外實(shí)踐任務(wù)，要求每位學(xué)生獨(dú)立完成相關(guān)分析并提交書面分析報(bào)告，該部分占考核成績的20%。具體內(nèi)容為自行選擇一個(gè)人類細(xì)胞外功能蛋白：1.利用ClustalX對各物種參考蛋白序列進(jìn)行多序列比對（輸出PS格式結(jié)果）；2.分析分子量、等電點(diǎn)、分子式、穩(wěn)定性、親疏水性及亞細(xì)胞定位；3.預(yù)測二級結(jié)構(gòu)并模擬三維結(jié)構(gòu)。課程結(jié)束后進(jìn)行開卷考試，內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識和綜合分析，盡量采取靈活的出題方式，并控制題量，該部分占考核成績的80%。近年來的教學(xué)實(shí)踐表明，這種綜合評定的方式能夠反映學(xué)生對該課程的掌握程度，體現(xiàn)學(xué)生利用生物信息學(xué)知識解決問題的能力。

五、展望

實(shí)踐表明，生物信息學(xué)課程教學(xué)能夠給學(xué)生提供所需要的生物信息學(xué)知識和技能，但是在教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)方法設(shè)計(jì)、教學(xué)手段使用和教學(xué)效果評價(jià)等諸多環(huán)節(jié)都需要進(jìn)一步探討。在這個(gè)過程中，我們既需要吸收傳統(tǒng)教學(xué)模式中的優(yōu)點(diǎn)和精髓，做到嚴(yán)謹(jǐn)和切合實(shí)際，又需要更新教學(xué)理念，突出醫(yī)學(xué)特色，大膽嘗試新的教學(xué)方法和手段，最終形成本課程別具一格的教學(xué)特色。

作者:倫永志 單位:大連大學(xué)

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；教學(xué)模式；探索

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）20-0214-02

生物信息學(xué)是一門由生命科學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透形成的新型交叉學(xué)科，它利用各種計(jì)算機(jī)軟件、生物學(xué)工具及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對生命科學(xué)研究中產(chǎn)生的各種生物數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、加工及分析，從而達(dá)到理解數(shù)據(jù)中的生物學(xué)含義的目標(biāo)[1-3]。當(dāng)前，生物信息學(xué)已經(jīng)成為生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)等生命領(lǐng)域各學(xué)科發(fā)展的強(qiáng)大推動力量，已成為生命科學(xué)研究者強(qiáng)有力的輔助工具。近年來，隨著分子生物學(xué)在動物植物育種、遺傳資源創(chuàng)新、品種改良、病蟲害防治等農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，生物信息學(xué)作為一種實(shí)用、高效的手段被充分利用。《生物信息學(xué)》課程也相應(yīng)地被列入各農(nóng)業(yè)院校大學(xué)生教學(xué)計(jì)劃。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)根據(jù)學(xué)校專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及學(xué)生培養(yǎng)需求于2010年將《生物信息學(xué)》課程作為生物技術(shù)專業(yè)的必修專業(yè)課，通過三年來的教學(xué)實(shí)踐，針對課程教學(xué)中存在的無合適教材、網(wǎng)絡(luò)資料繁雜、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)手段單一、考核模式簡單等問題[4-5]，筆者在課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核辦法等方面進(jìn)行了初步探索，本文現(xiàn)就該課程教學(xué)模式作一論述。

一、教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容

由于生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，其理論及相關(guān)分析工具發(fā)展迅速、不斷更新，在課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容上也在不斷變化。我認(rèn)為對于當(dāng)前農(nóng)業(yè)院校生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求是讓學(xué)生理解掌握生物信息學(xué)相關(guān)的一些基本理論、實(shí)驗(yàn)技術(shù)及實(shí)踐操作，以核酸序列及蛋白質(zhì)序列的實(shí)際分析為主要側(cè)重點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，使他們能適應(yīng)今后工作學(xué)習(xí)的需要。據(jù)此，確定了以下的教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容共36學(xué)時(shí)，分為理論基礎(chǔ)和上機(jī)實(shí)踐兩部分，理論課中穿插實(shí)例示范，共24學(xué)時(shí)。理論教學(xué)內(nèi)容包括：生物信息學(xué)緒論、生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)、生物信息數(shù)據(jù)庫及其檢索、序列的基本信息分析及比對、分子系統(tǒng)發(fā)育分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測及分析、組學(xué)技術(shù)及信息學(xué)分析；上機(jī)實(shí)踐共12學(xué)時(shí)，內(nèi)容包括：常用生物數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索、核酸序列的分析方法實(shí)踐、多序列比對和系統(tǒng)發(fā)育分析、蛋白質(zhì)序列分析及空間結(jié)構(gòu)預(yù)測、DNA序列中基因結(jié)構(gòu)預(yù)測分析。在理論授課中介紹與農(nóng)業(yè)相關(guān)生物信息數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用，在實(shí)例分析中選用本校教師相關(guān)研究結(jié)果作為數(shù)據(jù)來源，拉近學(xué)生與知識點(diǎn)的距離，提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)本課程的意義，通過講練結(jié)合使學(xué)生掌握相關(guān)實(shí)踐分析能力。

二、教學(xué)材料

1.教材的選擇。生物信息學(xué)目前仍處速發(fā)展時(shí)期，尤其是隨著各種新技術(shù)、新理論及組學(xué)的發(fā)展，涉及到的學(xué)科越來越多。當(dāng)前生物信息學(xué)專著及教材層出不窮，但中文版書籍中影印國外原版教科書和翻譯書籍仍占很大比例，這類書籍中，專著專業(yè)性過強(qiáng)，而教材又多是針對生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生或“一本”的學(xué)生編寫的，難度較大，并且各自側(cè)重點(diǎn)不同，并不適合作為一般的農(nóng)業(yè)院校的生物信息學(xué)教材。筆者在教學(xué)過程中先后使用了由鐘揚(yáng)等編寫、高等教育出版社出版的《簡明生物信息學(xué)》及由肖浪濤主編、中國農(nóng)業(yè)出版社出版的全國高等農(nóng)林院?！笆晃濉币?guī)劃教材《生物信息學(xué)》作為主要的參考教材。但是，在教學(xué)實(shí)踐中筆者感到《簡明生物信息學(xué)》由于出版時(shí)間較早（2001年）已不能滿足實(shí)際教學(xué)工作的需要，書中的很多內(nèi)容都已更新，很多網(wǎng)站頁面也已重組或失效，而近年被廣泛使用的一些著名生物信息學(xué)軟件亦未涉及。而《生物信息學(xué)》一書偏重理論知識介紹，實(shí)例分析及操作應(yīng)用偏少。因此，筆者根據(jù)本校專業(yè)建設(shè)需要及學(xué)生水平編寫了適用于本校學(xué)生使用的簡明教材。教材中理論部分主要參考上述兩本教材，并進(jìn)行了簡化，降低難度，舍去算法、模型等專業(yè)性較強(qiáng)的章節(jié)；實(shí)踐部分參考薛慶中等主編、科學(xué)出版社出版的DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)分析工具（第2版，2010年）一書，并附具體實(shí)例，最終形成理論部分簡明易懂，實(shí)踐部分易學(xué)易用的實(shí)用型教材。

2.生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫及軟件的選擇。生物信息學(xué)發(fā)展迅速，相關(guān)生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息軟件數(shù)量不斷增加，版本不斷更新，這為生命科學(xué)相關(guān)研究提供了極大便利，但同時(shí)也為《生物信息學(xué)》課程實(shí)踐部分的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)與壓力。例如要分析一條蛋白質(zhì)序列的分子量、等電點(diǎn)、氨基酸組成等信息，我們可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地軟件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等網(wǎng)絡(luò)在線程序分析。在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，如何選擇數(shù)據(jù)庫及高效易用的生物信息學(xué)分析軟件也是教學(xué)中一個(gè)重要的問題。通過參考相關(guān)生物信息學(xué)分析的書籍及近年文獻(xiàn)，綜合考慮數(shù)據(jù)庫及軟件的通用型、易用性及本校學(xué)生的英語水平、計(jì)算機(jī)操作水平，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容，我們選擇常用的核酸序列數(shù)據(jù)庫GenBank、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫PDB等，軟件方面選擇DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常見的生物信息學(xué)離線分析軟件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等網(wǎng)站上的在線分析軟件開展實(shí)踐教學(xué)，而其他軟件在課堂上只做簡單介紹，具體操作方法作為輔助資料供學(xué)生自學(xué)。這樣學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)可掌握更多的分析內(nèi)容，達(dá)到“高效”的教學(xué)目的。

三、教學(xué)方法

1.及時(shí)更新完善多媒體教學(xué)資料。生物信息學(xué)課程理論知識較抽象，實(shí)踐操作多，與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系緊密，內(nèi)容更新快，當(dāng)代大學(xué)生已習(xí)慣并樂于使用各種多媒體途徑獲取信息，這些特點(diǎn)決定了其非常適于進(jìn)行多媒體教學(xué)。為此，我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開發(fā)制作了一套多媒體教學(xué)資料并及時(shí)更新完善。教學(xué)多媒體資料包括Power Point課件和Flas，課件注重知識的層次性、聯(lián)系性，將理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作流程等較抽象的生物信息學(xué)知識通過大量圖片形象地展示給學(xué)生，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并加快學(xué)生對抽象知識的理解；動畫的內(nèi)容是利用屏幕錄像軟件將實(shí)例分析過程錄像并配音，最后轉(zhuǎn)為Flash格式，穿插在理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)過程中使用，從而使學(xué)生在自己實(shí)踐操作前先有一個(gè)形象的認(rèn)識，將理論知識與實(shí)踐操作有機(jī)聯(lián)系在一起。

2.充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺輔助教學(xué)。生物信息學(xué)是一門以互聯(lián)網(wǎng)為媒介、計(jì)算機(jī)為工具的學(xué)科。在教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的使用在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)師生互動、強(qiáng)化教學(xué)效果等方面起到了很好的輔助作用。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師可將課程課件、動畫、分析工具、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等共享給學(xué)生并及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，學(xué)生可將實(shí)驗(yàn)報(bào)告、作業(yè)、學(xué)習(xí)問題及意見反饋給教師，師生可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的論壇版塊在課余就學(xué)習(xí)或?qū)嵺`中的問題進(jìn)行討論，達(dá)到“教學(xué)相長”的教學(xué)目的。此外，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還可將課堂中未詳細(xì)講述的大量數(shù)據(jù)庫、軟件的使用過程及相關(guān)電子參考書、文獻(xiàn)共享給學(xué)生，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性并拓寬課程外延。

3.邊講邊練，理論知識密切聯(lián)系實(shí)踐操作。德國心理學(xué)家艾賓浩斯研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)和記憶過程中，最初階段遺忘速度最快，隨著時(shí)間推延，遺忘越來越慢。因此，為了讓學(xué)生能牢固掌握所學(xué)知識及實(shí)踐技能，我們在教學(xué)中采取邊講邊練的形式。對于理論知識，我們采取課前提問、課中提問、小測驗(yàn)及實(shí)踐操作過程中知識點(diǎn)重現(xiàn)等方式，使重要理論知識在整個(gè)教學(xué)過程中多次出現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生對課程知識體系的系統(tǒng)認(rèn)知并強(qiáng)化其對理論知識的記憶。對于實(shí)踐操作，我們采取案例式教學(xué)，直接將實(shí)例分析穿插在理論授課過程中，并在理論課后及時(shí)安排學(xué)生在計(jì)算機(jī)房上機(jī)聯(lián)網(wǎng)操作，如在講授序列比對理論課時(shí)，實(shí)例演示使用DNAMAN、Blast等軟件進(jìn)行序列比對的過程，并在理論課后緊跟DNAMAN軟件使用、數(shù)據(jù)庫搜索的實(shí)踐操作，這樣既加深學(xué)生對理論知識的理解，還有利于學(xué)生掌握實(shí)踐操作能力。

4.布置實(shí)踐任務(wù)，加強(qiáng)綜合能力培養(yǎng)。生物信息學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)。因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)上，我們將學(xué)生按4～5人分成小組，通過學(xué)生自選或制定的方式布置特定實(shí)踐任務(wù)，要求學(xué)生以小組為單位，利用本課程所學(xué)知識及技能完成任務(wù)并提交任務(wù)報(bào)告。例如，在課程一開始講授數(shù)據(jù)庫時(shí)，要求學(xué)生通過查文獻(xiàn)、了解本校相關(guān)分子生物學(xué)研究內(nèi)容并結(jié)合自己的興趣選擇特定基因，圍繞該基因，在后續(xù)整個(gè)課程的學(xué)習(xí)過程中利用掌握的各種生物信息學(xué)分析方法對其進(jìn)行序列查詢、引物設(shè)計(jì)、序列比對、編碼區(qū)分析、蛋白理化性質(zhì)預(yù)測、保守結(jié)構(gòu)域預(yù)測、結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子系統(tǒng)發(fā)育分析等操作，過程中學(xué)生互相討論、取長補(bǔ)短，最終協(xié)作完成實(shí)踐任務(wù)。這樣既使學(xué)生較全面地掌握了課程內(nèi)容，同時(shí)又加強(qiáng)了學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力。

四、考核辦法

在課程考核方面，本著生物信息學(xué)課程培養(yǎng)實(shí)踐應(yīng)用能力的教學(xué)原則，為使學(xué)生真正掌握生物信息學(xué)的基本理論及實(shí)踐操作，我們改變了過去閉卷考試占主體或?qū)懻n程論文的簡單考核方式，采取了過程考核、實(shí)踐考核并結(jié)合考試考核的方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行綜合評價(jià)?？记诩翱陬^提問占考核成績的10%，4次隨堂測驗(yàn)占考核成績的20%，上機(jī)操作占考核成績的20%，實(shí)踐任務(wù)作業(yè)占考核成績的20%，期末閉卷考試占考核成績的30%。這樣考核雖然過程復(fù)雜，對學(xué)生及教師都帶來更大壓力，但杜絕了學(xué)生平時(shí)不學(xué)，期末突擊，忽視實(shí)踐的現(xiàn)象，學(xué)生必須注重平時(shí)的學(xué)習(xí)及實(shí)踐操作才能順利通過課程考核。這樣的考核辦法能夠更客觀準(zhǔn)確地評價(jià)一個(gè)學(xué)生對課程的實(shí)際掌握情況。

隨著生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)各研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，掌握生物信息學(xué)知識及分析能力已成為農(nóng)業(yè)院校相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生的必備要求，生物信息學(xué)課程也必將在農(nóng)業(yè)院校各相關(guān)專業(yè)建設(shè)中占據(jù)越來越重要的地位。通過本課程的教學(xué)實(shí)踐探索，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、實(shí)踐操作能力、最終學(xué)習(xí)效果均得到提高，筆者也積累了一定經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的教學(xué)成效，找到了一些適合農(nóng)業(yè)院校的切入點(diǎn)，但是課程教學(xué)中還有很多需要進(jìn)一步完善改進(jìn)的地方。生物信息學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展，也決定了本課程的教學(xué)模式必將是一個(gè)動態(tài)發(fā)展的過程，相信隨著對生物信息學(xué)學(xué)科的深入認(rèn)識，生物信息學(xué)課程教學(xué)模式也將不斷完善，形成自己的獨(dú)特體系。

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