王康宇 李曉玲 王志英

摘要：生物信息學是隨著基因組學和系統(tǒng)生物學發(fā)展起來的一門重要的新興交叉學科，也是很多高校中生物學專業(yè)的專業(yè)核心課程之一。吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院已將生物信息學課程納入生物技術專業(yè)本科生人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，基本建成了完善的以教師授課為基礎、實驗操作為核心、學生自主操作與練習為過程、教學效果為目的的教學體系。

關鍵詞：生物技術 生物信息學 教學研究 本科生 虛擬仿真

中圖分類號：Q811 4-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2019）08-0173-02

生物信息學（Bioinformatics）是隨基因組學、系統(tǒng)生物學興起而發(fā)展產(chǎn)生的一門交叉學科，它是當今生命科學和自然科學的前沿領域之一，也是21世紀自然科學的核心領域，具有前沿性新、交叉性廣、實踐性強等特點。[1]吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院針對生物技術專業(yè)開設了生物信息學課程，授課對象為本科生。通過生物信息學課程的特點，建立適合農(nóng)業(yè)高校生物技術專業(yè)本科生的教學方法，是促進該專業(yè)學生掌握所學基礎理論知識和應用專業(yè)知識的重要方式。

一、生物技術專業(yè)生物信息學課程教學體系架構特點

生物信息學主要講授基因組學（Genomics）和蛋白質(zhì)組學（Proteomics）兩方面，具體說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中表達的結構功能的生物信息。該課程內(nèi)容包括：生物數(shù)據(jù)庫類型與檢索、序列比對與分析、分子進化樹的構建、功能基因組學與系統(tǒng)生物學、非編碼區(qū)的信息分析、生物大分子可視化與蛋白質(zhì)結構預測等內(nèi)容。我校生物技術專業(yè)的生物信息學課程為必修專業(yè)核心課，理論教學20學時，實驗教學20學時。并具有以下的教學體系架構特點。

（1）基礎學科知識。我校生物技術專業(yè)開設的生物信息學是植物學、遺傳學、細胞生物學、微生物學等學科相結合的交叉點，該課程涉及領域廣、內(nèi)容縱橫交錯、高度綜合。在學習生物信息學課程時，應該掌握和完成基礎課和相關專業(yè)課的基本理論知識，因此我校生物技術專業(yè)將該課程安排在第6學期開設。

（2）生物數(shù)據(jù)庫和序列資源。生物信息學課程涉及的生物數(shù)據(jù)庫和序列資源存在多種類型，包括綜合數(shù)據(jù)庫（如NCBI、EMBL庫、KEGG數(shù)據(jù)庫）、蛋白質(zhì)結構和分類數(shù)據(jù)庫、基因突變數(shù)據(jù)庫、代謝途徑和細胞調(diào)控數(shù)據(jù)庫等。不同的數(shù)據(jù)庫所收集的數(shù)據(jù)類型和研究內(nèi)容存在較大的差異，但是也有一些不同的數(shù)據(jù)庫之間存在著數(shù)據(jù)共享和相互連通的關系。因此，在教學中，應該重點教會學生在科學研究中選擇合適的數(shù)據(jù)庫進行檢索、下載數(shù)據(jù)、分析和匹配使用。

（3）基本原理和操作流程。生物信息學涉及眾多繁雜的基本原理和操作流程，而基本原理和操作流程是每一章基本內(nèi)容的重要組成?；蚪M學序列比對章節(jié)中，序列比對概念、序列比對基本原理、數(shù)據(jù)庫選擇和檢索、比對軟件參數(shù)設定等基本原理和技術體系出現(xiàn)，構成了生物信息學分析數(shù)據(jù)庫的建立和優(yōu)化內(nèi)容。因此，通過扎實地掌握生物信息學課程中出現(xiàn)的基本原理和操作流程，是幫助學生系統(tǒng)掌握這門課程研究的關鍵。

二、生物技術專業(yè)開設生物信息學課程的基本要求和條件

（1）理論課程中教材、參考書和參考文獻選擇。農(nóng)業(yè)高校生物技術專業(yè)開設生物信息學課程應該根據(jù)專業(yè)需要，選擇適合教學的教材、參考書和參考文獻。經(jīng)過八年的教學經(jīng)驗積累，吉林農(nóng)業(yè)大學了解到生物信息學課程特點，選用了由李霞主編、人民衛(wèi)生出版社出版的《生物信息學》（第2版）和吉林農(nóng)業(yè)大學自編教材《生物信息學實驗》，為我校生物技術專業(yè)生物信息學課程的本科生教材。同時，檢索每年Nature、Science、Cell等國際著名雜志發(fā)表的生物信息學相關參考文獻，補充到理論課的經(jīng)典實例和最新前沿實例中，讓學生充分學習生物信息學研究基本理論、技術體系和最新發(fā)展方向。

（2）實驗課程內(nèi)容的設置。根據(jù)我校生物技術專業(yè)開設的生物信息學課程的基本理論、實驗操作流程和實驗條件，開設了生物數(shù)據(jù)庫查詢與檢索、核酸序列分析與功能注釋、引物設計與酶切位點分析、多序列比對與系統(tǒng)進化樹構建以及蛋白質(zhì)序列和結構分析五個專題性實驗。利用實驗課程階段，使學生通過實驗操作熟悉實驗內(nèi)容流程，理解和掌握所學的理論課程知識充分。

（3）實驗課程教學課件制備與教學素材收集。收集和制備符合我校生物技術專業(yè)的生物信息學教學課件和教學素材，并科學合理地將收集的素材與自編教材相結合，制備適合的教學課件，是講好生物系信息課程的必要要求和重要環(huán)節(jié)。

（4）生物信息學虛擬仿真實驗教學平臺的建立。吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院已經(jīng)建立省級虛擬仿真實驗教學中心，并將生物信息學所用到的相關軟件全部集成到實驗教學平臺，方便生物信息學實驗課程的教師授課和學生操作。通過生物信息學仿真實驗教學平臺，實現(xiàn)了“教”與“學”的有效溝通，不僅可以和學生直接交流，更可以從根本上了解或收集教學過程中存在的問題和修改的建議。

三、優(yōu)化生物信息學教學方法和手段

（1）案例式教學法為教學主線。案例式教學法是一種通過經(jīng)典案例或者代表案例的啟發(fā)式教學方法，非常適合具有較強實踐性的生物信息學課程的教學方法。[2]通過選擇高層次雜志上發(fā)表的經(jīng)典案例作為切入點，講述基因組學的研究進展、數(shù)據(jù)庫的選擇、多序列比對等方面的實驗操作重點和要點，不僅能使學生學習并熟練掌握理論知識和實驗操作技能，更可以讓學生明白生物信息學所要研究的內(nèi)容和意義，更可以形成對生物信息學課程的興趣。

（2）課堂和課后作業(yè)。課堂作業(yè)是將復習理論知識和基本操作為內(nèi)容，幫助學生熟練掌握重點和難點問題。而課后作業(yè)可以通過建立生物信息學虛擬仿真實驗教學平臺發(fā)送給學生，與學生建立密切的聯(lián)系，通過收集和整理學生對生物信息學課程的評價、建議和意見，及時調(diào)整教學內(nèi)容、方法和進度等。

（3）設定科學的考核方式。生物信息學課程與其他課程相比，實驗課程實踐操作能力要多于其他課程，需要設定符合突顯實踐性特點的考核方案。將期末考試的考核評定方式設置為理論內(nèi)容占50%、實驗內(nèi)容占50%。一方面降低了基本原理和分析流程的枯燥性，另一方面增強了學生實踐能力和科學思路的強化。以我校2014級生物技術專業(yè)的學生為例，91.2%以上的學生掌握了生物信息學課程的基本理論，并熟練掌握了操作流程，已經(jīng)初步建立了一定的科學研究的思維能力和創(chuàng)新能力。

四、教學效果

吉林農(nóng)業(yè)大學生命科學學院從2010年的人才培養(yǎng)方案中已將生物信息學課程作為生物技術專業(yè)必修課程開設。經(jīng)過八年多的生物信息學教學經(jīng)驗、方法和方式的積累，已經(jīng)具備了實戰(zhàn)、教學經(jīng)驗豐富的師資團隊和不斷提升的教學條件，已經(jīng)將生物信息學課程打造為我校生物技術專業(yè)的專業(yè)核心課。

五、結語

生物信息學貫穿了生命科學領域，是生物技術專業(yè)本科生人才培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。及時豐富、完善教學內(nèi)容，堅持以學生為主體，以案例式教學為手段，與時俱進地優(yōu)化教學模式，最終獲得適用于農(nóng)業(yè)高校生物技術專業(yè)本科生生物信息學課程的教學方法。

參考文獻：

[1]易圖永，李蘭芝，周瑋.農(nóng)業(yè)院校開展生物信息學本科教育的實踐與體會——基于湖南農(nóng)業(yè)大學的實踐[J].教育教學論壇，2018（13）：238-239.

[2]張振旺，李夢茜.生物技術專業(yè)生物信息學課程教學的改革與實踐研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014（11）：3453-3454.

責任編輯：楊國棟