以实践为主的生物信息学教学改革及成效

以理论为主的生物信息学教学改革及成效〔〕:

摘要：根据生物信息学的教学特点和难点，结合石河子大学生物科学和生物技术专业背景，本文以理论为主，采用启发式、讨论式、互动式、混合式等教学方式，改良了生物信息学的教学，获得良好成效，不仅进步了学生的学习主动性，而且提升了教师的业务才能，推动了教师的科研工作。

关键词：生物信息学；应用；教学

本文引用格式：马磊，等.以理论为主的生物信息学教学改革及成效[J].教育现代化,2022,6(61):32-33,36.

生物信息学是一门利用数理方法和信息科学研究生命现象的学科，是由生物、医学、数学、信息科学和计算机科学融会而成的新领域[1,2]。生物信息学技术通过不断搜集、分析、分类和重组数据，发现新线索、新现象和新规律，为科学研究提供打破口和新思路，是生物〔医学〕相关研究中的必要工具[3,4]。本文分析了生信息学的教学特点和难点，结合学校实际情况，提出了教改思路，并分析了教改效果。

一生物信息学教学的特点及难点

鉴于生物信息学课程对生物科学的理论、理论要求，以及对信息技术掌握的要求，其教学具有以下特点：〔1〕教学数据资源庞大。数据存储、检索和分析是教学的主要内容，要请教学资源具有强大的网络搜索功能。〔2〕教学内容更新快、穿插性强。生物信息学包含生物学和计算机科学两个领域的知识，这两个领域开展较快，要求生物信息学教学内容不断更新。〔3〕课程教学理论性强。生物信息学教学理论涉及生物技术专业理论和计算机应用技术理论两块内容，要求协调安排这两块内容，使这两种技术都能发挥作用。

生物信息学教学具有以下难点：〔1〕英语要求高。大多数生物信息学资源和数据挖掘工具都是英文的，例如NCBI、UCSC网站，学生初次接触会感觉晦涩乏味，易使学生失去兴趣，知难而退。〔2〕数学理论较深，计算机实际操作要求高。对于生物专业的学生理解和运用数学理论、计算机编程、数据库检索等技能，较为困难。〔3〕课程难点多、综合性强。生物信息学与多种学科穿插，综合性与复杂性较强，难点较多。〔4〕教学内容更新快。生物信息学相关研究开展迅速，新观念和新技术不断涌现，教学内容需不断跟进。

二生物信息学教学改革思路

〔一〕加强理论，立足应用

生物信息学的教学应注重培养学生的理论技能，注重将课堂知识与科学理论严密结合【4】。课堂教学应联络详细实例讲解理论和方法，着重介绍各种生物信息学的数据库检索、使用方法和技巧，以便学生更好地理解。针对生物信息学的相关理论和知识，应着重训练学生解决科学问题的思路，从实际出发，进步学生的理论才能。

〔二)优化理论教学，改良教学方法

以"学生主体，教师辅导";为原那么，利用研讨式、任务式、翻转课堂式等教学方法【5】，进步生物信息学教学质量。教师可根据教学大纲规定的内容，设计教学或理论主题，例如选取当前生物信息学相关研究的热点和焦点事件，作为讨论主题，激发学生自主学习潜能，辅以相关文献为研读资料，以小组讨论和全班交流的形式进展课程学习。

〔三〕优化实验教学内容，培养学生动手才能

以循序渐进的原那么，选择生物信息学实验教学内容，针对典型问题设置理论情景，激发学生的主观能动性和探究欲，加强学生创新精神和实验才能的培养。选取开放式实验，锻炼学生的发现和分析问题的才能，逐步形成科学的思维方法和严谨的科学工作作风。

〔四〕采用讲、练做一体化的教学形式，注重学生理论才能的培养

打破传统的PPT课件的静态学习形式，实如今网络实验室的动态理论形式。教师可一边讲解理论知识，一边教学生怎样使用生物信息学数据库和相关工具。例如，利用的网络实验室，在授课现场以一个详细基因为例，在引入生物信息学数据库理论知识的同时，利用NCBI等生物信息数据库对该基因核酸、蛋白质序列进展检索；然后，再利用检索结果，直观学习数据库的构造、储存形式等理论知识。以讲、练做一体化的教学形式，使学生理解常用生物信息学软件的原理和使用方法，掌握相关理论知识。

〔五)发挥网络教学优势，增强教与学的互动性

充分利用网络的互动特征，实现信息技术与课程的结合。教师可以通过论QQ、微信等，设置讨论主题，引导学生参与。网络环境下教学不仅可以进步学生的参与度，而且为师生互动提供便利，有利于教师及时理解学生情况，不断调整教学方案，进步教学效果。

〔六〕改革考核环节，评估理论才能

注重理论技能考试，淡化理论考试。在考核中，重点考核学生对理论技能的掌握程度，采取上机操作，现场考察学生对根底知识和根本原理的掌握程度，促进学生注重进步理论理论的综合才能。

〔七〕以科研促进教学，进步教学质量

科学研究是教学材料的源泉，以科研促教是进步教学质量的有效途径【6】。教师可以结合自己的科研中发现的问题及成果，以详细实例丰富课堂教学内容，还可介绍教师的科研经历，培养学生的创新欲望和科研素质。

三生物信息学教学改革成效

〔一〕学生学习主动性明显增强

教学完毕后，课程组教师对学生掌握相关技能的程度开展了问卷调查〔表1〕。调查对象为生物技术专业的学生。选择课程中探究式教学的一个详细实例，以教改前学生的学习情况作为对照。教改前后，学生对所选专题的掌握程度存在显著差异，尤其表如今对第1、3、4个技能工程的掌握。由此说明，教改后实现了"教学做一体";，在任务的引领下学生通过"学中做、做中学";的学习过程，有效地将理论与实际相结合，从中训练并掌握这些技能工程。在整个教学过程中，学生不仅掌握专业知识和技能，还进步了研究兴趣和独立考虑才能，锻炼了科技论文的阅读、写作程度和演讲才能。特别是在课堂报告和答疑过程中，学生获得了锻炼时机。通过团队合作和共同努力，每个小组独立完成PPT制作和讲述。每份报告就像一部作品，使学生获得了充足的成就感。

〔二〕教学成效明显，教学评价优良

该门课程教学受到了同行专家及学生的一致好评。同行专家认为，生物信息学的课程设置上表达了根底性、宽广性和实用性原那么；教学内容上与相关学科的联络和交融，充分表达了学生课程创新性、研究性、综合性的特点。另外，本课程在本科阶段引入了当前知识开展的前沿状况，为学生进入研究生阶段做了充分准备，满足了阶段过渡的开展要求，有利于激发学生的创新思维，培养学生的创新才能。学生也认为本课程传授的知识他们听得懂、用得上，既夯实了他们的根底知识，又反映了学科开展的动态，有利于他们科研思维和才能的培养。

〔三〕完善了硬件设施，进步了学生理论才能

课程组建立了生物信息学网络教学实验室，满足了小班的生物信息学教学需求。作为生物信息学教学的根本形式，在网络实验内多媒体教学，使讲解的内容更加直观形象，有助于激发学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和掌握，进步学生理论与理论相结合的才能。

〔四〕健全了课程体系，实现了混合式教学

课程组在生物科学和生物技术专业培养方案中增设了?生物信息分析工具I：Matlab?、?生物信息分析工具II：R语言?、?PERL编程技巧?、?Linux操作系统?等本科初阶选修课，?生物信息学算法导论?、?分子进化与系统发育?等研究生进阶选修课，以弥补生物专业学生在计算机和数学等方面较为薄弱的问题。

鉴于课程内容难度大、进展快，与其他课程穿插性强的特点，近年来，课程教师积极探究并尝试引入启发式、讨论式、互动式、翻转式、混合式多种教学方法，改变了以往单一"注入式";的教学过程，激发了学生的学习兴趣和锻炼了学生的思维才能，进步了学生使用生物信息学处理实际问题的才能。

〔五〕生物信息学成为了学生就业与考研的新方向

随着教学深化，学生们意识到生物信息学是将来生物〔医学〕研究和开发中的必要工具，发现生物信息相关产业潜力宏大，逐步产生在相关领域的就业意向【7】。例如，许多本科生毕业后从事生物信息学相关工作。此外，许多学生还选择生物信息学作为进一步读研学习的方向。

〔六〕提升了教师业务才能，推动了教师的科研工作

在精心备课过程中，课程组教师阅读大量相关材料，深化专业知识，进步了专业技能。此外，在师生互相启发的作用下，课程组教师提升了自身教学才能，获得多项教学成果奖，而且课程组教师还获得了科研灵感，先后获得国家自然科学基金、国家高技术研究开展方案、中国博士后科学基金等科研工程资助，发表多篇论文，实在加强了自身的科研素养。

综上所述，本课程组以理论为主导，采用启发式、讨论式、互动式、混合式等教学方式，改良了生物信息学的教学，获得良好成效，不仅进步了学生的学习主动性，而且提升了教师的业务才能，推动了教师的科研工作。

参考文献

【1】郑珂晖,温永仙.农林院校生物信息学专业数据库技术课程教学改革刍议[J].生物信息学,2022,13(02):111-115.

【2】孟盈,孟然,聂泽龙.生物科学专业生物信息学课程教学形式的讨论[J].教育现代化,2022,5(47):190-191.

【3】胡杨.?生物信息学?课程教学形式讨论[J].生物信息学,2022,16(02):72-75.

【4】石晓卫,张靖,王林嵩.应用型专业生物信息学教学体系改良与理论[J].生物学杂志,2022,35(04):1