生物信息學(xué)是現(xiàn)代生物制藥技術(shù)人員需掌握的新興技術(shù)，該技術(shù)能科學(xué)有效地去管理、處理與分析海量的序列數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不斷挖掘出各種可能的生物學(xué)關(guān)系，在醫(yī)藥開(kāi)發(fā)過(guò)程中起著重要的作用。因此，生物信息學(xué)課程對(duì)處于后基因組時(shí)代的現(xiàn)代生物制藥技術(shù)人才培養(yǎng)顯得越來(lái)越重要。由于該門(mén)技術(shù)涉及諸多學(xué)科的交叉內(nèi)容，迫切需要進(jìn)行該門(mén)課程的教學(xué)模式探索，故對(duì)該課程的最佳教學(xué)模式進(jìn)行了探索。

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(zhǎng)的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的一門(mén)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(kāi)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(guó)生物技術(shù)公司對(duì)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(zhuān)業(yè)在進(jìn)行了行業(yè)調(diào)研并進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程體系構(gòu)建研究后，于2006年定位和開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)課程。該門(mén)課程經(jīng)過(guò)8年多的建設(shè)后，對(duì)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(kāi)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(jiǎng)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(wèn)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(kù)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(cè)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(lèi)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(duì)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(mén)技術(shù)對(duì)生物科學(xué)的理論、實(shí)踐要求以及對(duì)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(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力是該門(mén)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(chǔ)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(mén)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(shí)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(zhuān)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(guò)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(duì)象的實(shí)際情況。經(jīng)過(guò)對(duì)該門(mén)課程教學(xué)對(duì)象的研究發(fā)現(xiàn)，在生物專(zhuān)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(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、編程等知識(shí)。對(duì)信息檢索、模型建立、軟件的識(shí)別及應(yīng)用的能力相當(dāng)薄弱。因此，本門(mén)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(mén)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(kù)和軟件的使用。當(dāng)然，對(duì)學(xué)生信息技術(shù)能力的要求也定位在能使用、會(huì)使用就行，不需要將學(xué)生掌握生物數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建和軟件開(kāi)發(fā)作為課程教學(xué)的目標(biāo)。

在課程目標(biāo)的設(shè)定過(guò)程中，應(yīng)牢記高校對(duì)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(guò)程中所涌現(xiàn)出來(lái)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(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，甚至更深刻地領(lǐng)會(huì)這門(mén)課程的含義。

熟練掌握生物數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(jí)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(lèi)方面有SCOP和CATH等。各數(shù)據(jù)庫(kù)均通過(guò)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(kù)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(lèi)檢索服務(wù)是生物數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhuān)業(yè)學(xué)生和科研工作者經(jīng)常使用的。在教學(xué)過(guò)程中需通過(guò)設(shè)計(jì)檢索任務(wù)來(lái)完成對(duì)這些數(shù)據(jù)庫(kù)使用方法的學(xué)習(xí)，如通過(guò)生物數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)序列比對(duì)軟件進(jìn)行成千上萬(wàn)次的序列比對(duì)。學(xué)生需要通過(guò)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(jiǎn)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(cè)是提供蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能信息的重要方法，對(duì)這種預(yù)測(cè)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(duì)生物技術(shù)科學(xué)的理解和運(yùn)用。除了生物數(shù)據(jù)庫(kù)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(xiě)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(shí)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(duì)該門(mén)課程的需求。生物信息學(xué)選課學(xué)生通常有兩類(lèi)，一類(lèi)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(duì)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(lèi)是生物學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)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(duì)分析、處理、預(yù)測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證涉及不多。無(wú)論哪種學(xué)生，都比較欠缺信息技術(shù)方面的知識(shí)，因此，這類(lèi)知識(shí)在前面部分介紹。而后面部分則隨學(xué)生的類(lèi)型有所改變，我們根據(jù)授課學(xué)生的分類(lèi)選擇不同的授課內(nèi)容和授課重點(diǎn)，嘗試據(jù)此來(lái)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(duì)知識(shí)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(guò)程的深入，課程內(nèi)容更側(cè)重于對(duì)生物信息學(xué)某一專(zhuān)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(lèi)領(lǐng)域往往與開(kāi)課院系專(zhuān)業(yè)的優(yōu)勢(shì)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(mén)涉及知識(shí)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(lèi)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(lái)。

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(shí)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(xún)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(guò)程中，構(gòu)建局部知識(shí)框架，形成自己的見(jiàn)解。教師需在課堂上和課堂以外及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)知識(shí)的掌握情況，找到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，針對(duì)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(guò)程與學(xué)生的互動(dòng)中有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

4.重視切合課程設(shè)計(jì)的教材編寫(xiě)

生物信息學(xué)不同于其他學(xué)科，其很多內(nèi)容和知識(shí)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(hào)文件中明確要求直屬高校的“本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專(zhuān)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(zhuān)業(yè)力爭(zhēng)在3年內(nèi)使外語(yǔ)講授的課程達(dá)到所開(kāi)課程的5%～10%，尤其強(qiáng)調(diào)了生物科學(xué)更要先行一步。現(xiàn)實(shí)情況也使英文自編教材的編寫(xiě)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(kù)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(yǔ)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(xiě)時(shí)，理論部分的參考書(shū)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(xiě)時(shí)需要特別注意應(yīng)依據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)定來(lái)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(guò)程是個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)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(shù)的構(gòu)建；

（4）家蠶profilin蛋白二級(jí)和三級(jí)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(huì)利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(mén)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(guò)程。而我們通過(guò)極域電子教室和學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)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(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)論壇等形式掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況。授課過(guò)程中，教師利用教師機(jī)客戶(hù)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(guò)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(guò)程中，不斷的得到學(xué)生任務(wù)進(jìn)程的反饋，對(duì)于任務(wù)中學(xué)生出現(xiàn)共性問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、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(guò)學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)將任務(wù)報(bào)告、作業(yè)、問(wèn)題和意見(jiàn)等反饋給教師，教師在平臺(tái)上批改任務(wù)報(bào)告后將成績(jī)和評(píng)語(yǔ)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(guò)平臺(tái)中的網(wǎng)絡(luò)論壇進(jìn)行問(wèn)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(dòng)信息教學(xué)環(huán)境。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)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(xiě)，理論部分引自精選英文參考書(shū)，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(dòng)，為成功地實(shí)現(xiàn)“反轉(zhuǎn)課堂”提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張林，柴惠.現(xiàn)代教學(xué)手段在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程研究，2011，219（4）：156-158.

[2]柴惠，趙虹，張婷.高等院校生物信息學(xué)雙語(yǔ)教學(xué)課程建設(shè)之我見(jiàn)[J].中國(guó)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(yáng).“生物信息學(xué)”課程中研討式教學(xué)實(shí)踐[J].中國(guó)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.

[6]Bosu，O，Thukral，SK.BIOINFORMATICS Databases，Tools，and Algorithms.New Delhi：OXFORD university press，2008.

本文系浙江理工大學(xué)《生物信息學(xué)》重點(diǎn)課程項(xiàng)目（ZDKC1205）資助。