以实践为主的生物信息学教学改革及成效
马磊，张婷婷
（石河子大学 生命科学学院，新疆 石河子）
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，本文以实践为主，采用启发式、讨论式、互动式、混合式等教学方式，改进了生物信息学的教学，取得良好成效，不仅提高了学生的学习主动性，而且提升了教师的业务能力，推动了教师的科研工作。
关键词： 生物信息学；应用；教学
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收集、分析、分类和重组数据，发现新线索、新现象和新规律，为科学研究提供突破口和新思路，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、实践要求，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，要求教学资源具有强大的网络搜索功能。（2）教学内容更新快、交叉性强。生物信息学包含生物学和计算机科学两个领域的知识，这两个领域发展较快，要求生物信息学教学内容不断更新。（3）课程教学实践性强。生物信息学教学实践涉及生物技术专业实践和计算机应用技术实践两块内容，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交叉，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发展迅速，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）加强实践，立足应用
生物信息学的教学应注重培养学生的实践技能，注重将课堂知识与科学实践紧密结合[4]。课堂教学应联系具体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，提高学生的实践能力。
（二) 优化理论教学，改进教学方法
以“学生主体，教师辅导”为原则，利用研讨式、任务式、翻转课堂式等教学方法[5]，提高生物信息学教学质量。教师可根据教学大纲规定的内容，设计教学或实践主题，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行课程学习。
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提高学生的参与度，而且为师生互动提供便利，有利于教师及时了解学生情况，不断调整教学计划，提高教学效果。
（三）优化实验教学内容，培养学生动手能力
教学结束后，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具体实例，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，尤其表现在对第1、3、4个技能项目的掌握。由此表明，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项目。在整个教学过程中，学生不仅掌握专业知识和技能，还提高了研究兴趣和独立思考能力，锻炼了科技论文的阅读、写作水平和演讲能力。特别是在课堂报告和答疑过程中，学生获得了锻炼机会。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。
（四）采用讲、练做一体化的教学模式，注重学生实践能力的培养
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基本模式，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，提高学生理论与实践相结合的能力。
（五) 发挥网络教学优势，增强教与学的互动性
日后所打造的产品要更加具有中国风、亲和力，不仅好用还要好看，就像此次研发的WITR高速旋转推拉式密集型堆垛机系统，其载货台融入了苏州园林的花窗和冰裂纹灵感，简约之余更彰显大气，为冰冷的机器赋予艺术的温度。
（六）改革考核环节，评估实践能力
课程组在生物科学和生物技术专业培养计划中增设了《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。
（七）以科研促进教学，提高教学质量
鉴于课程内容难度大、进展快，与其他课程交叉性强的特点，近年来，课程教师积极探索并尝试引入启发式、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能力，提高了学生使用生物信息学处理实际问题的能力。
三 生物信息学教学改革成效
（一）学生学习主动性明显增强
以循序渐进的原则，选择生物信息学实验教学内容，针对典型问题设置实践情景，激发学生的主观能动性和探索欲，加强学生创新精神和实验能力的培养。选取开放式实验，锻炼学生的发现和分析问题的能力，逐步形成科学的思维方法和严谨的科学工作作风。
多数学校制定了较完善的实习管理制度，通过计划、引导、监督和评价等多种手段保障野外实习顺利完成．但是，由于重视程度不够，造成实习经费紧张，实习人数过多，师资队伍短缺，仅以维持教学计划实施，难以完成实践教学任务，教学质量不高．这样不利于专业课程教学及学科建设与发展，而且不利于学生解决实际问题能力的培养与提高．另外，学生在实践教学中参与度不足，个别学生把实践教学当做游玩，不认真对待．
表1 学生技能掌握程度的比较
（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体现了基础性、宽广性和实用性原则；教学内容上与相关学科的联系和融合，充分体现了学生课程创新性、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发展的前沿状况，为学生进入研究生阶段做了充分准备，满足了阶段过渡的发展要求，有利于激发学生的创新思维，培养学生的创新能力。学生也认为本课程传授的知识他们听得懂、用得上，既夯实了他们的基础知识，又反映了学科发展的动态，有利于他们科研思维和能力的培养。
营利性养老服务机构作为民营企业，在获取商业银行的贷款方面与国有企业相比具有明显的劣势，在银行是否给予民营企业提供贷款或者提供多少贷款的问题上，由于受信息不对称、道德风险及较高的审查成本和监督费用等因素影响，银行通常会慎之又慎。虽然国家支持营利性养老服务机构的发展，但金融扶持政策尚未落实到位，因此在商业银行现有运营模式下，营利性养老服务机构较难获得贷款。
（三）完善了硬件设施，提高了学生实践能力
突破传统的PPT课件的静态学习模式，实现在网络实验室的动态实践模式。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，在授课现场以一个具体基因为例，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、蛋白质序列进行检索；然后，再利用检索结果，直观学习数据库的结构、储存形式等理论知识。以讲、练做一体化的教学模式，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。
（四）健全了课程体系，实现了混合式教学
注重实践技能考试，淡化理论考试。在考核中，重点考核学生对实践技能的掌握程度，采取上机操作，现场考察学生对基础知识和基本原理的掌握程度，促进学生注重提高理论实践的综合能力。
科学研究是教学材料的源泉，以科研促教是提高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，以具体实例丰富课堂教学内容，还可介绍教师的科研经验，培养学生的创新欲望和科研素质。
（五）生物信息学成为了学生就业与考研的新方向
随着教学深入，学生们意识到生物信息学是未来生物（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巨大，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。
目前市场启动迟缓的现状比较普遍，各大厂商为了在多雨季节里尽快销纳掉库存，避免旺季到来的时候物流过于集中，可以说是费尽了心思考虑如何才能尽快将囤货铺向市场。于是，各大厂家都不约而同地推出了“提货返还”等优惠政策。最近更是掀起了一波“先玩后买”的热潮，但事实上厂家这些营销政策的推出，并没能真正改变肥市的疲软常态。究其原因，主要还是受天气影响，农作物受灾情况较为严重。据记者调查了解，近两个月内，湖南、山东、江苏、安徽等多个省份农作物都受到了台风不同程度的破坏。
算了算，一个月下来，我们共跑了十万多只表把订单，不过加工费被压得都很低，平均在一毛三左右。我们以接到订单为原则，以盈亏平衡为底限，只要能维持工资、伙食费、房租这些日常开支，就知足了。
（六）提升了教师业务能力，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，提高了专业技能。此外，在师生相互启发的作用下，课程组教师提升了自身教学能力，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、国家高技术研究发展计划、中国博士后科学基金等科研项目资助，发表多篇论文，切实加强了自身的科研素养。
综上所述，本课程组以实践为主导，采用启发式、讨论式、互动式、混合式等教学方式，改进了生物信息学的教学，获得良好成效，不仅提高了学生的学习主动性，而且提升了教师的业务能力，推动了教师的科研工作。
参考文献
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本文引用格式： 马磊，等.以实践为主的生物信息学教学改革及成效[J]. 教育现代化,2019,6(61)：32-33,36.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.61.013
基金项目： 国家自然科学基金项目（编号：31560310，31760302，31860308）。
作者简介： 马磊，男，新疆塔城人，新疆石河子大学生命科学学院，副教授。
通讯作者： 张婷婷，女，新疆石河子人，新疆石河子大学生命科学学院，讲师。
标签：生物信息学论文; 应用论文; 教学论文; 石河子大学生命科学学院论文;