生物信息學(xué)課程教學(xué)初探

PAGEPAGE1(生物信息學(xué)〕課程教學(xué)初探內(nèi)容摘要：隨著計算機(jī)科學(xué)和生物科學(xué)的迅猛發(fā)展，生物信息學(xué)成為一門獨(dú)立學(xué)科，它將會成為21世紀(jì)生命科學(xué)中的主要研究領(lǐng)域之一。本文對生物信息學(xué)在本科教學(xué)中的教學(xué)方法、實驗教學(xué)、考核辦法以及怎樣與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行了初步的探尋求索，并對怎樣提升教學(xué)效果培養(yǎng)跨學(xué)科的生物信息學(xué)人才做了深切進(jìn)入考慮。本文關(guān)鍵詞語：生物信息學(xué)，課堂教學(xué)，實驗教學(xué)，現(xiàn)代教育技術(shù)曹長雷前言生物信息學(xué)(Bioinformatics)是一門新興的穿插學(xué)科。廣義地說，生物信息學(xué)從事對生物信息的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋，并綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)工具，以到達(dá)理解數(shù)據(jù)中的生物學(xué)含義的目的［１］。其含義是雙重的：一是對海量數(shù)據(jù)的采集、整理與效勞，即管理好這些數(shù)據(jù)；二是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，也就是使用好這些數(shù)據(jù)。以1987年出現(xiàn)Bioinformatics這一詞匯為標(biāo)記，生物學(xué)已不再是僅僅基于試驗觀察的科學(xué)。伴隨著21世紀(jì)的到來，生物學(xué)的重點(diǎn)和潛在的突破點(diǎn)已經(jīng)由20世紀(jì)的試驗分析和數(shù)據(jù)積累，轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)分析及其指點(diǎn)下的試驗驗證上來。生物信息學(xué)作為一門學(xué)科被廣泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具對生物學(xué)發(fā)展至關(guān)主要，因而成為生命科學(xué)研究型人才必需把握的現(xiàn)代知識。今天的實驗生物學(xué)家，只要利用計算生物學(xué)的結(jié)果，能力跳出實驗技師的框架，作出真正創(chuàng)新的研究。如今基因組信息學(xué)和后基因組信息學(xué)資源已經(jīng)成了地球上全人類的共同財富。怎樣獲取和利用基因組和后基因組學(xué)提供的大量信息，怎樣具有享用全人類共有的資源的初步能力，成了當(dāng)今世紀(jì)生命科學(xué)學(xué)生必需把握的基本技術(shù)和知識以及必需具有的初步能力［２］。生物信息學(xué)以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，數(shù)據(jù)庫為載體，利用數(shù)學(xué)知識、各種計算模型，并以計算機(jī)為工具，進(jìn)行各種生物信息分析，以理解海量分子數(shù)據(jù)中的生物學(xué)含義。區(qū)別于其他生命科學(xué)課程，其在教學(xué)經(jīng)過中要求有發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)作為必備條件。調(diào)查顯示國內(nèi)高校都已建立校園網(wǎng)，其中擁有1000M骨干帶寬的高校已占調(diào)查總數(shù)的64.9%，2005年一些綜合類大學(xué)和理工類院校已率先升級到萬兆校園網(wǎng)［３］，這些都為生物信息學(xué)課程在高校開設(shè)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。該門課程與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)密不可分，在教學(xué)工作中充足利用現(xiàn)代教育技術(shù)較其他課程更具優(yōu)勢。另外，該門課程尚未完全構(gòu)成成熟的課程體系，為老師學(xué)習(xí)借鑒先進(jìn)的教育思想與教學(xué)理論經(jīng)歷體驗，在各方面嘗試教學(xué)改革提供了廣闊的空間。1課堂教學(xué)生物信息學(xué)重要以介紹原理、方法為主，深切進(jìn)入淺出，重視知識更新。課堂講授以介紹生物信息學(xué)的相關(guān)算法、原理、方法為主，而這也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在教學(xué)中對于這部分內(nèi)容應(yīng)遵守深切進(jìn)入淺出、避繁就簡的原則，結(jié)合詳細(xì)實例分析算法，避免空洞復(fù)雜的算法講解，以免學(xué)生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產(chǎn)生畏懼心理，望而生畏；重視講解算法的思想和來龍去脈，讓學(xué)生真正把握解決問題的思路，培養(yǎng)其科學(xué)思維能力，并采取討論式教學(xué)鼓勵學(xué)生考慮，通過討論與研究的方式循序漸進(jìn)地把握復(fù)雜的內(nèi)容，介紹相關(guān)的教學(xué)和物理學(xué)知識，使學(xué)生充足領(lǐng)會到生物信息學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系及其他學(xué)科的思想方法對于生物科學(xué)的主要性，培養(yǎng)其自發(fā)地將其他學(xué)科的方法和思想應(yīng)用于解決生物學(xué)問題的科學(xué)素質(zhì)。在教學(xué)工作中老師必需能夠緊跟學(xué)科發(fā)展方向，隨時進(jìn)行知識更新，了解最新的前沿動態(tài)，把握新方法，將最新的知識和方法教給學(xué)生。同時，也要在教學(xué)中鼓勵學(xué)生通過各種途徑自發(fā)地關(guān)注學(xué)科發(fā)展動態(tài)，拓寬知識面，培養(yǎng)其自學(xué)能力和創(chuàng)新意識。2充足利用現(xiàn)代化教育技術(shù)，采取啟發(fā)式教學(xué)當(dāng)前，高等院校在教室內(nèi)裝備的多媒體投影播放系統(tǒng)促進(jìn)了多媒體教學(xué)的廣泛應(yīng)用。生物信息學(xué)采取多媒體教學(xué)是適應(yīng)學(xué)科特點(diǎn)、提升教學(xué)效果和充足利用現(xiàn)代化教育技術(shù)的一項基本要求。作為生物信息學(xué)教學(xué)的基本形式，多媒體教學(xué)使講解的內(nèi)容愈加直觀形象，尤其是對于詳細(xì)數(shù)據(jù)庫的介紹以及數(shù)據(jù)庫檢索、數(shù)據(jù)庫類似性搜索、序列分析和蛋白質(zhì)構(gòu)造預(yù)測等內(nèi)容牽涉的詳細(xì)方法和工具的講解，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對知識的理解和把握，提升學(xué)生理論與理論相結(jié)合的能力。同時，由于生物信息學(xué)依靠于網(wǎng)絡(luò)資源和互聯(lián)網(wǎng)上的分析工具和軟件，教室內(nèi)的多媒體計算機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)，極大地提升了教學(xué)效果。但在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，多媒體教室也有局限性，學(xué)生重要以聽講為主，不能及時理論，老師講解與學(xué)生理論相脫節(jié)，假如將生物信息學(xué)課程布置在計算機(jī)房內(nèi)進(jìn)行，并采取多媒體電子教室的教學(xué)方式，就能夠解決上述問題。在教學(xué)中采取啟發(fā)式教學(xué)，可為學(xué)生建立教學(xué)情景，學(xué)生通過與老師、同學(xué)的協(xié)商討論、參與操作，能夠發(fā)現(xiàn)知識、理解知識并把握知識。3采取講、練做一體化的教學(xué)形式，重視學(xué)生理論能力的培養(yǎng)生物信息學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)積極學(xué)習(xí)借鑒職業(yè)培訓(xùn)和計算機(jī)課程教學(xué)中講、練、做一體化的教學(xué)形式，在理論教學(xué)中增長實訓(xùn)內(nèi)容，在理論教學(xué)中結(jié)合理論講授，改變傳統(tǒng)的以老師為中心、以教學(xué)資料和講授為中心的教學(xué)方式。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，應(yīng)靈敏地采取先理論后理論或先理論后理論或邊理論邊理論的方法，融生物信息學(xué)理論教學(xué)與理論操作為一體，使學(xué)生的知識和能力得到同步、協(xié)調(diào)、綜合的發(fā)展。通?？刹扇∠戎v后練的方法，即首先介紹原理、方法，之后設(shè)計相關(guān)的實訓(xùn)內(nèi)容讓學(xué)生上機(jī)理論。對于操作性內(nèi)容和生物信息分析的方法和工具的講解可采用進(jìn)行實際演示的方法，老師邊講解邊示范，學(xué)生在聽課時邊聽講、邊練習(xí)，或者老師講解結(jié)束后學(xué)生再進(jìn)行練習(xí)。理論與理論高度結(jié)合，可充足發(fā)揮課堂教學(xué)的生動性、直觀性，加深學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)和提升學(xué)生的理論操作能力。4優(yōu)化生物信息學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢生物信息學(xué)實驗教學(xué)重要是針對海量生物數(shù)據(jù)處理與分析的實際需要，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、分析的能力，提升學(xué)生應(yīng)用理論知識解決問題的能力和獨(dú)立考慮、綜合分析的能力。生物信息學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的選擇與布置應(yīng)根據(jù)循序漸進(jìn)的原則，針對特定的典型性的生物信息學(xué)問題設(shè)計，以綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容為主，明確目的要求，突出重點(diǎn)，充足發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和探尋求索精神，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自動性和創(chuàng)造性為出發(fā)點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。生物信息學(xué)實驗教學(xué)以互聯(lián)網(wǎng)為媒介、計算機(jī)為工具，全部在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室內(nèi)完成。在教學(xué)中，充足利用網(wǎng)絡(luò)的交互特點(diǎn)實現(xiàn)信息技術(shù)與課程的結(jié)合。老師通過電子郵件將實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗序列、工具等傳遞給學(xué)生，學(xué)生同樣通過電子郵件將實驗報告、作業(yè)、問題和意見等反應(yīng)給老師，老師在網(wǎng)上修改實驗報告后將成就和評語發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生及時了解自己的學(xué)習(xí)情況。老師能夠通過網(wǎng)上論壇、聊天室和及時通訊工具QQ、MSN等對學(xué)生的實驗進(jìn)行指點(diǎn)，與其討論問題等。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生物信息學(xué)實驗教學(xué)不僅能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，給學(xué)生的學(xué)習(xí)和師生的互動帶來極大的方便，提升老師的工作效率，而且能夠及時了解把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有利于老師不斷調(diào)整教學(xué)方案，到達(dá)更好的教學(xué)效果。5生物信息學(xué)采取無紙化考試，加強(qiáng)理論能力考核生物信息學(xué)重要是學(xué)習(xí)利用互聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)和應(yīng)用軟件進(jìn)行生物信息分析的基本理論和基本方法?？荚囍攸c(diǎn)是考察學(xué)生對生物信息分析的基本方法和技能的把握水平和對結(jié)果的分析解釋能力。因而，在生物信息學(xué)考試中可嘗試引入理論技能考試，通過上機(jī)理論操作重點(diǎn)考核學(xué)生知識應(yīng)用能力。理論技能考試采取無紙化考試方式，學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對序列進(jìn)行生物信息分析并對結(jié)果進(jìn)行解釋，不僅可考察學(xué)生對基本知識和基本原理的把握，而且可考察學(xué)生進(jìn)行生物信息分析的實際能力和分析考慮能力。通過理論技能考試，淡化理論考試，克制傳統(tǒng)的死記硬背，可促進(jìn)學(xué)生重視提升理論用于理論的綜合能力，同時可更有效地提升學(xué)生計算機(jī)應(yīng)用能力。學(xué)生成就評定大部分是以學(xué)生的考試成就為主，難以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)經(jīng)過作全面地評價。因而，除采取理論技能考試并將其作為學(xué)生成就的重要部分外，還應(yīng)加強(qiáng)對學(xué)生平常學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維等方面的考察?？傊镄畔W(xué)教學(xué)是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下生