海新+趙健+鄧芳博+張力+楊琪+邱進云+劉宏生

摘 要：生物信息學是近些年迅速發(fā)展的交叉學科，已是當今生命科學和自然科學的重大前沿領域之一，生物信息學課程已成為高等院校生命科學相關專業(yè)的主要課程之一。生物信息學是一門實踐性非常強的學科，其教學與其他學科顯示出明顯的不同，教學改革的內(nèi)容應該著重于提高學生的創(chuàng)新實踐能力。該文結合在生物信息學教學改革中的教學實踐和總結的經(jīng)驗，從教學理念、教學方法、教學內(nèi)容和考試改革等方面討論了如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。

關鍵詞：生物信息學 ?創(chuàng)新實踐能力 ?教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0143-02

2013年三位美國科學家以“為復雜化學體系設計了多尺度模型”而獲得了諾貝爾化學獎，從此生物信息學（Bioinformatics）真正走到了自然科學的前臺，成為未來發(fā)展的重要方向和熱點。生物信息學是以生物學為核心和靈魂，以數(shù)學和計算機為基本工具的一門交叉學科，綜合運用數(shù)學、計算機科學和生物學的各種工具，獲取、處理、存儲、分發(fā)、分析和解釋生物信息，進而揭示大量數(shù)據(jù)所蘊含的生物學意義。生物信息學已經(jīng)成為生物醫(yī)學、農(nóng)學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學等學科發(fā)展的強大推動力量，目前已經(jīng)成為高等院校生命科學相關專業(yè)學生必須掌握的主要專業(yè)課程。要實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢，離不開科學技術的創(chuàng)新驅動，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)自然成為高等院校的主要責任，高等院校教師需要根據(jù)培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的要求不斷的開展教學改革。鑒于生物信息學的重要作用，最近幾年各高等院校都相繼開設了生物信息學課程，但是由于生物信息學是一門廣泛的交叉學科，需要學生具有較扎實的多學科基礎知識，且生物信息學自身發(fā)展迅速，新概念、新算法、新數(shù)據(jù)庫等層出不窮，需要教師不斷跟進，因此生物信息學的教學與其他學科顯示出明顯的不同，舊的教學方法不能適應生物信息學課程的發(fā)展。生物信息學教學改革的內(nèi)容應該著重于提高學生的創(chuàng)新實踐能力。該文將生物信息學教學改革中總結的經(jīng)驗，從教學理念、教學方法、教學內(nèi)容和考試改革等方面，對在生物信息學課程的教學中如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力進行了討論。

1 教學理念上強調學生的實踐能力和自主創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

生物信息學是一門實踐性非常強的學科，同時具有多學科交叉的特點。對于非生物信息學專業(yè)的生命科學相關專業(yè)學生，主要課堂目標是熟練應用各種軟件、數(shù)據(jù)庫解決實際的生物學問題，而不是研究新算法、開發(fā)新程序。非生物信息學專業(yè)的學生一般具有較好的生物學基礎，對于核酸、蛋白質等相關知識已經(jīng)較為熟悉，在教學中不必過多重復，而對于生物信息學中的數(shù)學模型，程序原理等內(nèi)容具有較大的學習障礙，經(jīng)過我們的教學發(fā)現(xiàn)，學生對于這些內(nèi)容的不理解并不會顯著影響其應用軟件的實踐能力。因此，對于非生物信息學專業(yè)的生物信息學本科課程，應當簡化復雜難懂的理論知識，注重培養(yǎng)學生的實踐能力，使學生可以應用生物信息學工具對生物數(shù)據(jù)進行分析，解決實際問題，在使用生物信息學工具解決實際問題的時候對生物信息學產(chǎn)生興趣，增強創(chuàng)新實踐能力。

2 采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法

為了強調學生的實踐動手能力，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法。（1）將授課地點定在計算機網(wǎng)絡教室，接駁互聯(lián)網(wǎng)的計算機安裝有課堂管理系統(tǒng)，實時演示教師的操作。教師在授課過程中結合具體實例邊講解邊示范操作，學生邊聽課邊練習。（2）對課件增加圖片、視頻、音頻等多媒體素材，使抽象的、靜態(tài)的生物信息學知識以具體的、動態(tài)的形式演示，提高學生的學習興趣，加深學生對知識的掌握程度。例如在講解蛋白質三維結構相關知識時，教師需準備好各種蛋白質的三維結構素材，并使用（同時教會學生使用）專業(yè)蛋白質三維結構看圖軟件進行演示操作，這樣可以顯著提高學生的實際操作興趣。（3）進行課程錄像，記錄課堂上老師的講課現(xiàn)場和計算機操作屏幕的錄像，將視頻放到網(wǎng)絡教學平臺上，供學生課后觀看，降低生物信息學學習難度。（4）進行隨堂在線操作練習，以教師和學生分別自設題目的方式開展創(chuàng)新實踐練習，促進學生創(chuàng)新性思維方式，注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學生計算機應用能力。（5）采用雙語授課，提高學生專業(yè)英語能力。生物信息學的實際操作離不開數(shù)據(jù)庫和軟件，而目前國際上通用的生物信息學在線數(shù)據(jù)庫和常用軟件的界面都是英文，因此學生必須能看懂生物信息學相關概念的英文說法。我們采用雙語授課，對課程中的關鍵信息再使用中文重點講解一遍。教學中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學生對英文授課及英文軟件有懼怕和惰性心理，對此我們采用循序漸進多次重復的方式幫助學生克服最初的懼怕建立信心，在英語授課前一周，教師將多媒體課件通過網(wǎng)絡教學平臺發(fā)送給學生，并列出來關鍵名詞，供學生提前預習，減少課堂上直接聽英文的難度，在數(shù)據(jù)庫和軟件中，安排學生多次使用同一個軟件，同一個數(shù)據(jù)庫，對常用的詞語進行重點說明，從而減小學習壓力，增強學習信心。本方法增強了學生主動學習生物信息學自主能力，同時提高了學生英文聽、說、讀、寫等能力。（6）發(fā)揮網(wǎng)絡教學的優(yōu)勢，教師可根據(jù)教學內(nèi)容從網(wǎng)上下載教學輔助資料，充分利用網(wǎng)絡的現(xiàn)有資源，并通過網(wǎng)絡教學平臺為學生提供教學資源，將制作的教學課件、教學大綱、教學錄像、參考文獻、思考題、自測題等上傳到教學平臺上，使學生隨時隨地在教學平臺里面進行下載教學課件、回答問題、提出問題，老師或者同學可以對所提問題進行網(wǎng)上解答、探討。教師還可以通過網(wǎng)上論壇、聊天室、QQ、E-mail等對學生學習和生活進行指導和關心，可以及時了解掌握學生的學習情況，有利于教師不斷調整教學方案，達到更好的教學效果。

3 教學內(nèi)容上增強課程應用性

生物信息學的課程內(nèi)容很多，具有很強的跨專業(yè)性，由于課時和學生專業(yè)的限制，我們應選擇性地進行授課，教學內(nèi)容主要強調課程實踐應用性。（1）要在課程的第一節(jié)課明確生物信息學在生物學中的作用，講解幾個有趣而又簡單的生物信息學應用，提高學生的學習興趣。（2）對于理論知識只講解其中最為基礎而不可缺少的，并結合實際操作使學生形象化、具體化。授課中穿插講解有趣而簡單的生物信息學應用實例，提高學生的學習興趣。（3）增加實驗課學時，增強學生動手操作實踐能力。生物信息學主要是通過計算機軟件完成對生物數(shù)據(jù)的分析，分析過程中易出現(xiàn)各種錯誤，需要在多次操作實踐中不斷總結經(jīng)驗才能熟悉。因此增加實驗課學時會明顯增加學生的實踐能力。我們每一節(jié)課分為兩部分，理論講解和實驗操作，在理論講解完成后，馬上開展實驗操作，這樣可以讓學生理解軟件中應用的原理，不會出現(xiàn)在實驗課時理論與實驗脫節(jié)的現(xiàn)象。（4）生物信息學發(fā)展迅速，需不斷把握國際最新進展，更新知識庫，使學生學到最新的技術，更好的應用到實踐中。因此我們密切關注學科發(fā)展動態(tài)，掌握最新研究成果，每學期的教學隨時進行知識更新，及時將國內(nèi)外及教師的新知識、新成果作為教學內(nèi)容的一部分傳遞給學生。同時我們使用雙語授課，并保證授課內(nèi)容緊跟生物信息學的前沿，保證學生學到的都是最新的知識，刺激學生探索與實踐的欲望。endprint

4 考試改革上促進學生實踐能力和創(chuàng)新思維

考試改革的目的是強化實踐教學，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng);發(fā)揮教學中的積極性、主動性、創(chuàng)新性;在加強素質教育的基礎上擴寬專業(yè)教育;培養(yǎng)“寬厚型、復合型、創(chuàng)新型、外向型”人才?？荚嚳煞譃槠谀┛荚?、平時練習和上機考試等三部分。期末考試使用傳統(tǒng)的考試方式。平時練習為教學中的課堂練習題的評分。對于上機考試，我們引入無紙化考核，通過上機實踐操作，重點考核學生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的隨堂在線操作，隨堂在線測試的內(nèi)容主要是使用各種軟件和數(shù)據(jù)庫分析生物數(shù)據(jù)的操作實踐，增強學生理論應用實踐的綜合能力。例如給出一個蛋白質的名稱，讓學生查詢此蛋白質的序列、理化性質、翻譯后修飾等信息，預測蛋白質二級結構，三維結構等操作。學生使用計算機在線完成指定的生物信息學分析內(nèi)容，考查學生掌握實踐操作的程度，促進學生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學生計算機應用能力。這種考試模式可以顯著的提高學生實踐的積極性。

5 結語

總之，生物信息學教學需要培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新學習的能力和在實踐中自主創(chuàng)新獲取知識的技能，使學生知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展。為了提高學生創(chuàng)新性思維和實踐操作能力，生物信息學教學改革應從以下幾方面進行：在教學理念上，強調學生的實踐動手能力、創(chuàng)新思維的培養(yǎng);在教學方法上，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法;在教學內(nèi)容上，增加實驗學時，增強課程應用性，理論為實踐服務;在考試改革上，采用多種考查考核方式促進學生實踐能力、創(chuàng)新思維。在今后的教學工作中，我們將繼續(xù)探索行之有效的教學方法、教學手段和教學模式，啟發(fā)學生的創(chuàng)新實踐意識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，以滿足現(xiàn)代社會對創(chuàng)新型人才的需求。

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