吳風(fēng)瑞，陳德宇，姜雙林，李文雍

（阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

PBL教學(xué)法在碩士研究生生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

吳風(fēng)瑞，陳德宇，姜雙林，李文雍

（阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

生物信息學(xué)是21世紀(jì)發(fā)展較為迅速的一門重要學(xué)科，也是多數(shù)學(xué)校碩士研究生必修課。筆者根據(jù)所在學(xué)校特點(diǎn)，嘗試在碩士生生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐中引入PBL教學(xué)法，旨在提高該門課程的教學(xué)效果，并為生物信息學(xué)教學(xué)人員提供參考。

生物信息學(xué)；PBL教學(xué)法；碩士研究生

生物信息學(xué)是21世紀(jì)發(fā)展最為迅速的新興學(xué)科之一，涉及核酸信息的獲取、處理、分析和注釋，以及蛋白質(zhì)的序列、結(jié)構(gòu)、功能和互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等方面[1]，在以植物、動(dòng)物和微生物為研究對(duì)象的生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。因而，對(duì)生物學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的重要性顯而易見，這門課程也成為生物學(xué)專業(yè)碩士研究生的必修課[2]。為了提高生物信息學(xué)教學(xué)效果和質(zhì)量，許多高校都在對(duì)現(xiàn)有的課程體系和教學(xué)模式進(jìn)行不斷的探索和改進(jìn)[3-5]。筆者針對(duì)碩士研究生生物信息學(xué)教學(xué)過程中所遇到的實(shí)際問題，將PBL教學(xué)法引入教學(xué)過程中，獲得了較好的教學(xué)效果。

1 我校碩士生生物信息學(xué)教學(xué)中面臨問題

1.1 學(xué)生專業(yè)背景差異明顯

學(xué)習(xí)生物信息學(xué)，要求學(xué)生具有良好的生物學(xué)專業(yè)英語、分子生物學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。我校自招收碩士研究生以來，部分通過調(diào)劑方式進(jìn)入我校的學(xué)生屬非生物學(xué)專業(yè)背景，水平參差不齊，這使得教學(xué)難度增大，也是影響教學(xué)效果的最主要問題。

1.2 教學(xué)方式方法較為單一

隨著多媒體的普及，大多數(shù)高校都采用電子課件的形式進(jìn)行教學(xué)，這種教學(xué)方式雖然能直觀的顯示，但這種單一的教學(xué)模式也容易導(dǎo)致學(xué)生反應(yīng)速度變慢，印象不深刻。此外，缺少生物信息學(xué)專任教師，現(xiàn)有任課教師在課堂上講授的內(nèi)容大多都是自己研究領(lǐng)域的內(nèi)容，不能很好的兼顧各專業(yè)學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)后也不能很好地將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到自己的專業(yè)領(lǐng)域。

1.3 大綱落后且課時(shí)數(shù)設(shè)置不足

我?，F(xiàn)行的碩士研究生生物信息學(xué)教學(xué)大綱為3年前修訂，講授內(nèi)容稍顯落后。即便如此，該課程只有理論課28課時(shí)，實(shí)踐課8課時(shí)，課時(shí)數(shù)偏少，能講授的內(nèi)容不能太多，大多數(shù)內(nèi)容只能浮光掠影，無法深入講解。

我校研究生教育尚屬起步階段，專業(yè)課程的設(shè)置與教學(xué)模式都處于探索與嘗試之中。生物信息學(xué)這門學(xué)科發(fā)展迅速，知識(shí)更新快且又是交叉學(xué)科，如果采用傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”方式來進(jìn)行這門課程的教學(xué)，收效必然甚微，因而教學(xué)方式亟待改革。

2 PBL教學(xué)法及其推廣的重要性

最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育過程中的 PBL（problem-based learning）教學(xué)法，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主[6,7]。PBL教學(xué)法以問題為學(xué)習(xí)起點(diǎn)，引入小組合作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作的力量來解決問題，而教師在整個(gè)過程中所扮演的角色僅是指導(dǎo)認(rèn)知學(xué)習(xí)技巧的教練，這樣學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的理解和記憶更加深刻，目前已被國內(nèi)外很多高校所采用[8,9]。由于這種基于問題的教學(xué)模式，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的積極性，特別是在地方省屬高校推行這一教學(xué)方式具有更為重要的意義，因而我們也有必要在生物信息學(xué)這一新興學(xué)科的教學(xué)過程中嘗試運(yùn)用PBL教學(xué)方式。

3 PBL教學(xué)法在生物信息學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用實(shí)例與探索

隨著高通量測序的大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，普通轉(zhuǎn)錄組或single-cell RNA sequencing和動(dòng)植物基因組de novo測序等成為當(dāng)今科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)[10,11]。這類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析都需借助大型服務(wù)器，在Linux系統(tǒng)下通過Perl語言和R語言編程等來實(shí)現(xiàn)[12]，在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握并學(xué)會(huì)運(yùn)用的可能性不大，因而有必要在課堂上講授并讓學(xué)生學(xué)會(huì)解讀轉(zhuǎn)錄組或基因組測序報(bào)告。若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)生只會(huì)被動(dòng)的接受，無法完整地理解報(bào)告背后深層次含義，而PBL教學(xué)法在實(shí)施過程中，學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，教學(xué)效果得到有效提升。下面我們以解讀普通轉(zhuǎn)錄組與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組報(bào)告為例，運(yùn)用PBL教學(xué)法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其基本思路如圖1所示。

圖1 PBL教學(xué)法在生物信息學(xué)教學(xué)中運(yùn)用的基本思路

3.1 教師提出問題，課前設(shè)疑

在實(shí)行PBL教學(xué)前，教師先對(duì)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行簡要介紹，包括進(jìn)行單細(xì)胞與普通轉(zhuǎn)錄組測序的意義、流程及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容在一定程度上有所了解，并讓學(xué)生課后閱讀近期在生物學(xué)知名期刊上發(fā)表的有關(guān)轉(zhuǎn)錄組測序的文章。隨后與其他教師商討后提出并設(shè)置問題，如：轉(zhuǎn)錄組報(bào)告包含哪些內(nèi)容，每部分的結(jié)果是通過何種方式呈現(xiàn)的，意義又是什么？特別是單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與普通轉(zhuǎn)錄組的差異在哪里。雖然目前國內(nèi)有多家生物公司進(jìn)行高通量測序，所出具的報(bào)告樣式不同，但所包含的內(nèi)容幾乎是一致的，這樣可以讓學(xué)生從多個(gè)角度入手來解決這一問題。另外，可以結(jié)合利用該技術(shù)解決某一個(gè)基礎(chǔ)的生物學(xué)問題的研究性論文，先提出本應(yīng)在教師總結(jié)階段需要解決的問題，讓學(xué)生產(chǎn)生疑問，但并不作答。此方式可以有效提高學(xué)生對(duì)未知結(jié)果的興趣，同時(shí)也可以使整個(gè)教學(xué)過程前后呼應(yīng)，從而將多個(gè)課時(shí)融為整體。這一環(huán)節(jié)不僅讓學(xué)生對(duì)本部分知識(shí)有所了解，也為下一環(huán)節(jié)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

3.2 學(xué)生查找資料和分組討論

針對(duì)我校生物學(xué)專業(yè)碩士研究生特點(diǎn)，5名同學(xué)分為一組，共3組，每組都有一名本科階段為生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生并由他任小組長，分配不同任務(wù)，這樣不僅能發(fā)揮組內(nèi)各成員的特長，也能讓各組更好地理解和查找資料。教學(xué)內(nèi)容主要由“測序數(shù)據(jù)質(zhì)控、比對(duì)和統(tǒng)計(jì)”、“基因表達(dá)定量、聚類分析和樣本相關(guān)性分析”、“差異基因分析”和“基因功能分析”等四部分組成，著重比較單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與普通轉(zhuǎn)錄組之間的差異。學(xué)生可以通過百度等搜索引擎、各生物公司主頁和相關(guān)文獻(xiàn)去查找每一部分內(nèi)容，并找到每部分內(nèi)容都是通過哪種語言去實(shí)現(xiàn)，具有怎樣的生物學(xué)意義。此后定期安排學(xué)生集中討論，一是對(duì)匯報(bào)資料查詢進(jìn)度，二是對(duì)資料查詢過程中所遇到的問題進(jìn)行互相交流，教師只是在此過程中對(duì)疑難問題作出提示和建議。相對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，真正成為課程教學(xué)中的“主人翁”。

3.3 集中討論與總結(jié)

在分組討論完成后，學(xué)生在查詢資料階段遇到的問題得以解決，此時(shí)可進(jìn)行集中匯報(bào)。讓學(xué)生對(duì)任務(wù)期間所做工作、獲得的結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)，教師加以點(diǎn)評(píng)，并對(duì)各部分加以簡要的講解，糾正學(xué)生在資料查詢和分組討論階段對(duì)所學(xué)內(nèi)容的錯(cuò)誤理解，這樣不僅能使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解更加透徹，也使教師在此過程中學(xué)到新的知識(shí)，使“教和學(xué)”兩方面同時(shí)得到提高。

4 展望

實(shí)踐表明，經(jīng)過幾次的教學(xué)嘗試，我們發(fā)現(xiàn)PBL教學(xué)模式和方法在我校16級(jí)生物學(xué)碩士研究生生物信息學(xué)教學(xué)過程中取得了良好的教學(xué)效果，不僅使學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合分析、判斷及實(shí)踐動(dòng)手能力得到了大力提升，還培養(yǎng)了學(xué)生交流和團(tuán)隊(duì)意識(shí)等科研必備素質(zhì)和能力。但值得注意的是這種教學(xué)模式對(duì)教師提出了更高的要求，必須在教學(xué)內(nèi)容理解地非常透徹的前提下才能引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生思考[13-15]，同時(shí)學(xué)校也必須要有豐富的資源供學(xué)生檢索使用。我們?cè)诮虒W(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)有部分同學(xué)以消極的態(tài)度參與整個(gè)過程，個(gè)別學(xué)生還會(huì)像傳統(tǒng)教學(xué)模式一樣依靠指導(dǎo)教師，不去獨(dú)立思考和凝練科學(xué)問題，這就要求我們不斷嘗試先進(jìn)的教學(xué)理念，發(fā)展出一種能適應(yīng)不同學(xué)生現(xiàn)狀的PBL教學(xué)模式。

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Application of PBL teaching method in the bioinformatics teaching practice for the master's degree students

WU Feng-rui,CHEN De-yu,JIANG Shuang-Lin,LI Wen-yong

(School of Biological Science and Food Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui 236037,China)

Abstarct:Bioinformatics is an important subject which has quickly developed in twenty-first century.It is also a required course for graduate students in our university.According to the characteristics of the school,the author tries to introduce the PBL teaching method in the teaching practice for the master's degree students.The present study aims to improve the teaching effect of the course,and provide reference for the teaching staff of bioinformatics.

bioinformatics;PBL teaching method;master's degree students

G642.42

A

1004-4329（2017）02-109-03

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）02-109-03

2016-11-09

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31501906）；安徽省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（1408085QC65）資助。

吳風(fēng)瑞（1981－ ），男，博士，副教授，研究方向：脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育的分子機(jī)制。