生物信息學的認識
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生物信息學的認識范文第1篇
關鍵詞：任務驅動教學法；生物信息學；教學任務；實踐與思考
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）28-0209-02
任務驅動教學法（TBL，Task-based Learning）是一種建立在建構主義學習理論的基礎上，由教師根據教學要求提出“任務”，把教學內容隱含在每一個任務中，由教師引導學生自己提出問題、思考問題、解決問題，通過讓學生完成一個個具體的任務來調動其學習主動性的教學方法[1，2]。它分為如下四個基本過程：一是確定教學任務，即教師分析教學目標，確定適當的教學任務；二是分析教學任務，即教師在課堂上向學生講解教學任務，使學生明確教學任務的內容和要求，也包括講解所需要的新知識；三是完成教學任務，是實施教學任務的過程，也是學生發現問題、解決問題、獲取知識的過程；四是評價教學任務，包括展示學生的作品、總結評比，達到鞏固知識、激勵學生的目的[3，4]。
生物信息學是當今生命科學的前沿學科之一，它是隨上世紀末人類基因組計劃的實施而由多學科交叉發展起來的一門學科，目前已經滲透到生命科學的各個學科。但是由于生物信息學本身的綜合性和快速發展的趨勢，高校生物信息學的課程教學目前仍然處于探索階段[5]。鑒于此，我們在我院2014級、2015級生物技術本科專業生物信息學課程教學中實施了任務驅動教學法，取得了良好的教學效果。
一、生物信息學課程教學中任務的設計
教學任務的設計是任務驅動教學法實施的關鍵。比如在生物信息數據庫的教學時，我們設計了“在NCBI/EBI/DDBJ三大數據庫中如何查找核酸蛋白序列”、“在NCBI/EBI/DDBJ三大數據庫中查找某一核酸序列的直系同源序列”等任務。在核酸序列分析的教W時，我們設計了“如何確定測序獲得的某一序列是表達的基因序列”、“如何確定測序獲得的序列是新的基因序列”等教學任務。在進化分析的教學時，我們給出某一基因的序列，設計了“依據該基因的序列做出不同方法的進化樹及分析其意義”、“依據某一基因的序列做出蛋白序列的進化樹及分析其意義”等教學任務。在蛋白質序列分析教學時，我們設計了“根據BLAST分析來推測某一新的蛋白質序列的可能功能”、“依據結構域（Domain）/基元（Motif）分析某一新蛋白序列的可能功能”、“依據某一新的蛋白序列預測其二級結構、三級結構”等教學任務。在綜合分析的教學時，我們設計了“如何尋找某一基因的啟動子序列及可能的轉錄因子結合位點”、“依據3種以上不同的生物信息學軟件作出某一蛋白序列及其直系同源蛋白的序列比對圖”、“如何計算幾種不同蛋白序列的相似性（Similarity）及一致性（Identity）值”等教學任務。
二、任務驅動教學法在生物信息學課程教學中的實施
我們在我院2014級、2015級生物技術本科專業的生物信息學課程教學中實施了任務驅動教學法。任務驅動教學法的實施全程在機房進行，機房內配置了高速上網的網絡和常用的生物信息學分析軟件。在教學前的準備階段，需要根據上課的班級組建好不同的小組，同學們也先行修習過相關的理論課程，然后將設計好的一系列教學任務分發到不同小組的同學中，同時建議同學們查找一些相關的分析方法和資料；在課堂教學階段，上課后教師會分析教學任務，任課教師也根據以前的教學內容給出一些線索，然后在不同的小組內進行討論，最后根據不同的討論結果讓不同小組的同學在給出的時間內完成設計的教學任務。對于不同小組在完成教學任務過程中遇到的問題，教師需要適度地解釋和引導，而不是完全地幫助解決和完成教學任務。在整個的教學過程中，要循序漸進，爭取達到最好的教學效果。在教學任務初步完成后，教師要根據不同小組教學任務的完成情況，給予分析、點評和總結。上課的同學都希望自己完成任務的思路和線索得到肯定，對于完成教學任務較好的同學要給予正面的表揚，對于完成教學任務不太好的同學也要給予鼓勵和關注，直到這部分同學也能獨立、完整地完成全部的教學任務。
三、任務驅動教學法在生物信息學課程教學中的效果
為評價教學效果，我們對于實施任務驅動教學法和對照組的同學對于教學的滿意度、學生的考試成績等問題進行了問卷調查，并對調查結果進行了數據分析。同時，我們也對承擔生物信息學課程教學任務的任課教師對于該課程的學習情況等進行了問卷調查和數據分析。根據調查結果，95%以上的同學認可任務驅動教學法在生物信息學課程教學中的實施，普遍認為任務驅動教學法在該課程中的實施能夠顯著提高學生學習的興趣、團隊協作精神的培養和對于理論知識的掌握。從考試的成績來看，實施任務驅動教學法的同學考試綜合成績優良率（80分以上）達到50%以上，顯著高于傳統教學法同學成績的優良率（30%左右）。從教師評學的情況看，任課教師普遍認為任務驅動教學法在生物信息學課程教學中的實施對于提高學生學習興趣、增強學生的創新能力和掌握教學知識點等方面均顯著高于實施傳統教學法的對照組同學。這一結果表明，在實踐性很強的生物信息學課程中實施任務驅動教學法相對于傳統的教學模式具有明顯的優勢。
四、完善任務驅動教學法在生物信息學課程教學中應用的思考
生物信息學是一門以研究生物序列為主的實踐性非常強的課程，具有教學知識點非常多、熟練掌握課程知識點相對較難等特點。我們在我院本科生物信息學課程中實施了任務驅動教學法，總體教學效果較好，同時我們也發現了任務驅動教學法在該課程教學中一些值得注意的問題。一是針對不同學生的特點，任務的設計要難度適宜，要有不同層次、不同難度任務的設計。在教學過程中，要適當精簡教學內容，加強常用軟件和程序的使用和練習；二是課程教學需要在電腦機房實施，需要較好的計算機配置和較高的網絡連接速度，對學時的要求要更連貫，同時要鼓勵學生在課后使用自己的計算機進一步練習和實踐；三是在教學過程中要有更多的引導和示范，進行實例教學；四是在教學過程中需要小組內同學間更多的討論和協商；五是對授課教師的專業知識和能力有更高的要求。生物信息學的課程教學實踐性非常強，知識的更新也非常快，實施任務驅動教學法對于任課教師的專業知識和能力提出了更高的要求。為達到較好的教學效果，需要引進高水平的師資隊伍，同時對已有的青年教師也要派出到高水平大學學習和培訓。同時，在生物信息學課程中實施任務驅動法的教學，最好由兩名以上專業教師同時實施教學。總之，任務驅動教學法在生物信息學課程中的應用既顯示了較明顯的成效，也還需要進一步的研究和實踐。
⒖嘉南祝
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生物信息學的認識范文第2篇
一、引言
實踐教學是培養專業人才的關鍵一環，在全面實施素質教育、培養學生創新能力與素質中起到非常重要的作用[1，2]。尤其是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》中明確要求創新人才培養模式，堅持教育與生產勞動和社會實踐相結合，需要強化實踐教學培養，著力于培養學生的學習能力、實踐能力和創新能力[3，4]。以信息功能材料與技術、光纖傳感材料與技術和納米材料與技術等新型功能材料及其相關技術為方向，夯實材料設計、制備技術及物理性能分析等基礎理論知識，形成了武漢理工大學理工兼備的材料物理專業的辦學特色。2013年，材料物理本科專業納入了“湖北省普通高等學校戰略性新興（支柱）產業人才培養計劃”，面向湖北省戰略性新興產業發展對材料物理本科專業的需求，致力于為湖北省光電信息產業的發展培養高質量的“應用型、復合型、創新型”材料物理專業人才。針對以上目標，近幾年本校材料物理專業在創新人才培養的生產實踐教學體系方面進行了探索與研究。
二、創新人才培養的生產實踐教學體系
根據戰略性新興產業人才的培養要求，結合材料物理的專業特點，“實踐引導教學，以實踐促進創新，教學和實踐相互交融的教學指導思想”在專業建設和人才培養中起著重要的作用，經過十幾年的專業建設和發展，本校逐漸摸索出了一套成熟可靠的專業辦學方法和理念及體系，形成了獨特的生產實踐辦學優勢與特色。
1.實習基地建設。實習教學是普通高等教育的關鍵環節之一，而校外實習基地則是完成這一教學任務的重要場地。校外實習基地是大學生在正式參加工作之前，接觸實際生產，加深對所學理論知識的理解，掌握一定的生產技能和了解企業的重要窗口。因此，高質量的校外實習基地是各個高校實踐教學環節能夠正常實施的重要保障，也是培養大學生實踐能力、科研素質、創新意識與創新能力的重要平臺。因此，實習基地的選擇不僅有助于提升學生的專業能力和技術水平，而且有利于激發學生的專業興趣和愛好，是大學生大學學習和今后工作的重要引發劑。隨著我國高等教育事業的迅速發展，本校招生規模也在不斷擴大，使本校學生在實習工作中出現了一系列發展中的新問題，面臨著“三多一難”的困境。“三多”就是實習生人數不斷增多，所需的實習場所和指導教師數量也隨之增多，“一難”是實習組織安排難。針對之前材料物理專業的實習基地，尤其是生產實習基地相對集中在傳統材料行業，這些行業的工作環境較差、技術含量相對較低，有時候不能激發學生的學習興趣，反而會使部分學生在工作之前就對專業的前景產生一定的動搖、不理解甚至厭惡等。本專業在維持之前實習基地聯系的同時，還積極聯系新能源、信息功能材料等新興、高技術企業，將學生的實習教學活動轉移到這些高新技術企業中，以此來提高學生的學習興趣，激發學生的專業親和度。通過校內實習基地、校外實習基地、校企共建研發中心等“三位一體”的實踐教學基地建設，并利用學科基地辦學條件等來確保學生實習、實訓、畢業論文等實踐教學環節的實施。
2.企業教師聘用制度。根據戰略性新興產業人才的培養需要，對于材料物理專業的學生在培養過程中需要在以下方面做出調整：在培養目標上，將從“偏重文化技術和理論知識”轉向“重視就業技能和發展能力”；在學習制度上，將從“學校是核心，全日制教學是主體”轉向“學校與企業合作，實施彈性學制”；在教學內容上，將從“校內課程為主，重視學科性”轉向“重視專業領域建設，注重校內學習與工作經驗的一致性，專業學習與技能培養導向重于書本知識”；在學習方法上，將從“教室、圖書館和實驗室是主要學習地點，書本學習是基礎”轉向“教室與實習地點的一體化設計，注重工學結合，專業實習是促進學習的重要動力”。對于這些內容的轉變或改革，建設具有專業知識并具有良好的生產實踐素質的教師隊伍尤為關鍵。本校在學生的生產實習環節，聘請了實習單位具有良好專業技術能力和水平以及生產實踐經驗的企業技術人員作為學生的企業教師，在生產實習期間就企業管理、企業生產、產品生產技術以及質量檢驗等方面對學生進行專業知識的介紹和經驗教學。此外，還聘請相關企業專業技術人員到本校開展相關專業課程的教學活動，使得學生可以在課堂上就可以了解企業的生產及活動，增強學生的專業學習興趣。對于企業教師的管理以及考核是引導企業教師提高教學效果和激發教學熱情的重要途徑。為了激發企業教師的教學熱情，本校對企業技術人員頒發了企業教師聘用證書。同時，為了督促企業教師的教學工作，本校還制定了企業教師的日常管理和考核辦法，從源頭上實現規范企業教師的目的。
3.企業實習過程管理。根據社會需求和教育部專業認證要求，本校還完善了本專業人才的培養方案，同時還強化了對其創新意識和實踐能力的培養。本校參照材料物理專業認證中的學生畢業要求和本專業的特點，合理制定了本校材料物理專業人才的培養目標和學生的畢業要求。此外，本校還專?T成立了培養方案工作小組，負責培養方案的制訂與修訂，對實習計劃、實習執行大綱和成績評定標準等實習教學環節進行一定的修正，使本校材料物理專業生產實踐環節的培養方案更加合理并能突出本校的辦學特色。另外，本校還實施校內指導教師與校外企業指導教師的“雙導師制”，入學后的每位材料物理專業學生都有校內的指導教師。進入企業生產實踐前，采用學校引導，進行實習動員，安排學生查閱相關資料，做好實習準備，確定企業指導教師。當然，本校還加強校內導師和企業指導教師之間的溝通，從而充分保證學生實踐環節的質量。企業對學生進行日常的管理，考核辦法可以參照學生所在崗位的考核方法實施，校內導師則需要保持與企業導師、學生的密切聯絡，實現對學生的全面跟蹤。加強對實習學生的考核，要求實習企業將實習學生視為職工，按職工的要求對其進行嚴格管理，統一考核，這樣一來就可以讓學生真正感受到企業與學校的區別，加快向“社會人”的轉變。企業導師則可以根據學生的出勤率、工作態度、合作態度、遵守企業管理制度、現場考核等內容對實習學生進行一定的考核。實習結束后，學生要認真撰寫實習報告，由教師評閱學生的實習報告，成績則由企業的評定書、學生實踐報告的成績和答辯成績來綜合評定，從而使學生的實習成績更加真實地反映出其在各個環節對于知識的接納程度，實現合理的教學反饋。
生物信息學的認識范文第3篇
生物信息學 生物科學 實踐教學
生物信息學作為一門新興的交叉性學科，綜合生物學、計算機科學和信息技術試圖，從大量數據中尋找具有指導和開創性價值的依據，為生命科學研究提供必要的、有效的系統模擬和信息預測結果。目前，生物信息學在生物醫學、生物工程、植物學、動物學、生態學、遺傳學、制藥和高科技產業領域中的應用越來越廣泛，產生巨大的影響力和推動力。
一、生物信息學在生物科學領域的作用
生物科學是研究生物結構、功能、發生和發展規律，及其與周圍環境關系的科學。在分子生物學技術突飛猛進的發展過程中，生物科學從傳統的個體及群體表征研究逐步演變為內在分子機制的研究，隨著基因測序技術的發展，生物科學領域的研究不僅聚焦于生物個體的內在分子機制，同時還從大量的生物個體的基因數據中獲取和解析生命的本質和規律，并以此嘗試對生命過程進行干涉和改造。而在獲取、解析、干涉和改造的過程中扮演重要角色的就是生物信息學。
生物信息學是在生物科學領域各個學科發展的過程中逐步產生的一門綜合性學科，該學科在生物科學領域的應用極為廣泛。目前，植物基因組研究取得了重大進展，水稻、大豆、小麥等農作物的遺傳圖譜、基因序列、基因組注釋已公布于美國國立生物技術信息中心（NCBI）的生物信息數據庫中。利用生物信息學的相關方法和技術能夠對這些數據進行查詢、統計和分析，從而更好地理解和認識植物基因組的功能，指導后續的科學研究和生產應用。傳統的生物學分類方法已經鑒定及分類了成千上萬的物種，但是隨著生物科學的發展和認知，越來越多的物種在遺傳進化上的分類依據較為模糊，而利用生物信息學結合傳統的分類學可以更好的研究生物類群間（植物、動物、微生物等）的異同性、親緣關系、遺傳進化過程和發展規律，這在當今的生物分類學中應用日趨廣泛。生物信息學還可以綜合利用數學、統計學和計算機等學科對生態系統進行模擬和計算分析，探索物種間基因流動的本質，揭示生態系統的物質和能量循環規律，從而為找到決定生態系統平衡和穩定的根本因素提供重要的依據，幫助生態系統平衡的恢復。此外，通過生物信息學技術構建遺傳工程菌，降解目標污染物的分子遺傳物質，從而達到催化目標污染物的降解，維護生態環境的空氣、水源、土地等質量，也是當今生態環境保護的新興研究方向。
二、生物信息學的學科內容和課程要求
生物信息學主要由基因組學、蛋白質組學、系統生物學、比較基因組學、計算生物學等學科構成，主要涉及的內容有生物數據的收集、存檔、顯示和分析，體外預測、模擬基因及蛋白質的結構和功能，對生物的遺傳基因圖譜進行分析處理，對大量的核苷酸和氨基酸序列進行比對分析，確定進化地位等。從生物信息學的概念及其涉及的內容中可以明確生物信息學不是一門獨立的學科，所以要求教師在教學過程中掌握多領域的知識和技能，才能較好地把握該課程。
1.高等數學和統計學基礎
生物信息學將數學和統計學作為主要的計算理論基礎，主要包括數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面。此外還包括隱馬爾科夫鏈模型（HMM）在序列識別上的應用，蛋白質空間結構預測的最優理論，DNA超螺旋結構的拓撲學，遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等。因此，在生物信息學教學過程中要求教師具備數學及統計學的計算方法的基礎知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進行數學建模和計算，從而對基因和蛋白質序列進行比對、進化分析和繪制遺傳圖譜等。
2.生物科學基礎
生物信息學包含的生物類學科有，生物化學、分子生物學、遺傳學等基礎學科，基因工程、蛋白工程、生物技術等應用學科。根據其課程特點，學生在學習生物信息學課程前需要學習生物化學、分子生物學、遺傳學、基因組學、蛋白質組學等基本生物學課程，對于基因序列、蛋白質序列、啟動子、非編碼區等概念有深刻的理解，同時需要對一些重要的生物學數據庫有一定的了解，如美國基因數據庫（GeneBank）、歐洲分子生物學實驗室數據庫（Embl）和日本核酸數據庫（DDBJ）等。此外，要求學生能夠利用生物學數據庫查找基因序列、蛋白質序列、基因及蛋白質結構模型，能夠讀懂數據庫中基因和蛋白質的信息注釋，能夠計算蛋白質序列的分子量和等電點，能夠為擴增特定的基因片段設計引物，能夠對特定物種進行系統發育分析等。
3.計算機科學基礎
計算機是生物信息學的主要輔助工具，利用生物信息學研究生物系統的過程需要能夠熟練使用計算機對大量的生物信息數據進行處理和分析，這主要包括對數據信息進行搜索（收集和篩選）、處理（編輯、整理、管理和顯示）及利用（計算、模擬）。所以，學生在學習生物信息學的過程中需要了解和掌握一些常用的生物信息學軟件，如BLAST和FASTA序列比對分析軟件，Oligo和Primer引物設計軟件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等綜合分析軟件。此外，學生還需要學習和掌握一些常用的計算機語言，如正則表達式、Unix shell腳本語言和Perl語言。
利用生物信息學在處理和分析海量生物數據的過程中，計算機軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運行，因此要求計算機操作系統使用Unix和Linux操作系統，這些操作系統需要大量的操作命令進行輸入執行過程，對于經常使用Windows操作系統的學生來說是一個較難跨越的障礙。
三、生物信息學課程教學中存在的問題
目前國內大多數高校的生物信息學教學采用傳統的教學模式，即以課堂式的理論教學為主，缺乏必要的實踐教學。理論教學模式固定、教學方法單一、教學內容狹窄，通常是介紹性、科普性的課程，甚至作為公選課程。少數高校開展生物信息學的實踐課程教學，但多以驗證性實驗為主，缺乏和專業相適應的綜合性、設計性實驗，而開放性實驗更無從談起。
1.教學模式固定單一
生物信息學在內容層面涵蓋諸多學科領域，注重應用性和實踐性。然而，目前大部分高校把生物信息學作為一門孤立的課程，這導致教師需要將大多數課程內容壓縮到一門課程進行教學，在有限的教學時數下灌輸大量內容，增加了學生學習的難度，降低了教學質量。再者，大多數高校僅開展生物信息學的理論教學，忽視實踐教學過程，造成生物信息學理論與實踐內容的脫節，使學生在學習完理論知識后難以深入理解和吸收，無法將所學的知識應用到后續的工作和學習中，最終未能體現出該門課程的價值。
2.教師專業背景薄弱
作為一門交叉學科，生物信息學的教學要求教師具有較強的數學、生物學和計算機科學背景。然而，目前從事生物信息學教學的教師即便具備深厚的生物學背景，但是多數教師在數學和計算機方面較為薄弱，并不具備完整的生物信息學知識體系，對生物信息學發展趨勢也了解不多。在師資缺乏的情況下，院系開設生物信息學課程，教師為了完成教學任務，僅僅在教學中進行介紹性的講解，在課程考查方式上通過小論文、綜述和課外活動等方式完成該課程的學習。因此，無論是理論教學還是實踐教學均無法實現該課程大綱的要求，從而影響學生對生物信息學課程的理解和掌握，生物信息學的實踐操作能力更無從談起。
3.實踐教學薄弱，專業教材缺乏
生物信息學實踐課需要學生在網絡環境下用計算機學習NCBI數據庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、蛋白質空間結構圖視軟件的應用、序列拼接軟件的應用等。但是目前，大多數高校開設的生物信息學課程多以理論教學為主，實踐教學課時非常少或者為零，學生對于生物信息學課程的學習僅僅通過教材上抽象的文字描述進行理解和掌握，這導致學生在理論課中學到的知識無法在實踐課中進行驗證或操作，嚴重影響了生物信息學的教學質量，也偏離了教學大綱中強調的重在培養學生實踐操作能力的培養目標。
另外，目前還沒有適用于生物科學專業的生物信息學教材。國內各大高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，這些教材偏重介紹生物信息學的理論和方法，涉及的實踐內容較少，學生需要具有較高的相關知識才能接受和使用這些教材。因此，部分高校在生物信息學教學過程中往往使用自家編寫的簡化教材，從而造成生物信息學教學內容不統一，教學大綱混亂等情況。
4.實踐課程經費不足，實踐教學環境落后
當今，許多發達國家都很重視生物信息學的教學和研究，積極開展各種生物信息資源的收集和分析工作，培養大量生物信息學人才，為整個生物學的理論研究及其相關產業創新（主要是醫藥和農業）提供指導和支撐。國內對生物信息學的關注和認識起步較晚，其發展落后于國際發達國家。國家和高校對生物信息學的教學和科研資金投入力度不大，缺乏必要的儀器設備，生物信息學的實踐教學條件得不到保障，比如大多數高校的生物科學專業沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發展水平。
四、生物信息學教學模式改革的探索
1.修改理論和實踐教學大綱，編寫適用的實踐教材
根據當今生物信息學的發展方向，制定和修改理論教學大綱，除了引物設計、基因和蛋白質序列比對、基因和蛋白質結構功能預測等基本內容外，還需添加系統進化樹分析、聚類分析、蛋白質互作網絡譜圖等較為綜合的內容。另外，增加實踐教學課程比例，充實實踐教學內容，結合理論教學內容增加綜合性、設計性實驗，適當提供科研環境，鼓勵開展開放性實驗。
目前國內并沒有系統的、專業的生物信息學實踐教材，因此針對高校生物科學專業方向的特點，聯合多學科領域（數學、生物科學、計算機科學）編寫相應的生物信息學實踐教材，在制定、修改實踐教學大綱和編寫教材的過程中結合學生的接受能力，由淺入深，多設實例和相關練習，使學生循序漸進的理解和掌握生物信息學的原理和方法，掌握更多的生物信息學工具。
2.緊密聯系科研、基于實踐問題開展教學
通過實踐教學把生物信息學教學與科研有機結合起來，能夠促進教學與科研的共同發展。在緊密聯系科研的過程中，采用基于問題的教學（PBL）方法，通過實踐教學環節，培養和訓練學生把所學的生物信息學的知識和方法應用于各種生物科學領域的科研活動中，通過解決實際問題訓練學生的實踐技能，從而促進教學與科研的雙重發展。例如，在生物信息學實踐教學中多加入生產和科研中遇到的經典實例，鼓勵學生利用相關的生物信息學軟件及相關的理論和方法解決問題。學生也可以選擇自己感興趣的課題，利用自己熟悉的、合適的生物信息學軟件和相關知識開展課題研究。此外，專業教師在指導學生課題研究的過程中還可以發現理論和實踐教學的不足，不斷的完善生物信息學理論和實踐課程大綱和內容，提高教學質量。
3.開展多學科實踐結合的教學模式
生物信息學屬交叉學科，包含了不同領域的專業知識和技能，為使生物信息學教學達到教學的目標，該課程教學需要采用多學科實踐結合的教學模式。
多學科實踐結合的教學模式是指聯合不同領域、不同學科、不同專業的課程在教學的過程中結合生物信息學涉及到的知識和技能進行基礎性、鋪墊性教學。比如，在高等數學和統計學的教學過程中，針對生物信息學的需求，適當增加數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面的基礎內容，同時，開設實例實踐教學，使學生理解和掌握隱馬爾科夫鏈模型，牛頓迭代法、最小二乘法等方法的應用原理和規則；在生物科學專業課程設置上，尤其是實踐課程的教學過程中，結合生物信息學涉及的引物設計、序列比對分析、基因及蛋白質結構功能預測等方面開展相應的設計性、綜合性、開放性實驗項目，使學生了解和掌握基本的生物信息學原理及軟件的應用；在計算機科學的教學過程中，應根據生物信息學的需求，開設正則表達式、Perl語言、R語言等課程學習，以及增加Linux和Unix操作系統課程學習，使學生在學習生物信息學前打好堅實的基礎。
值得注意的是，生物信息學課程與其他課程的開設時間和順序需要有一定的探索和評估，對于開設該課程的時間把握是開展多學科實踐結合的教學模式的關鍵因素。過早開設生物信息學則會導致學生在不具備相應學科基礎的條件下跨越式的接觸生物信息學，無法理解和掌握相關的知識和技能；過晚開設則會使學生學習了相關學科知識和技能后，由于課程銜接不緊，導致在學習生物信息學時出現理解滯后和無法適應的現象。因此，針對不同專業和學科的特點，根據具體情況進行統籌安排，使生物信息學和其他相關學科課程有很好的銜接和過渡，以確保和提高生物信息學的教學質量。
五、結語
生物信息學是現代基因組學時代的開闊者，也是生物科學研究的重要的工具和載體。針對生物信息學的特點，高校生物科學專業課程設置、教學方法、教學模式和教學軟硬件等需進行一定的改革，將多學科實踐結合的教學模式運用到生物信息學的教學實踐中，在提高教學質量的同時將更好的提升學生科研、應用和創新能力。
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生物信息學的認識范文第4篇
關鍵詞：生物信息學；本科教育；實踐與體會
中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2018）13-0229-02
湖南農業大學生物信息學本科專業2004年獲教育部批準增設，2005年正式招生，是國內最早開展生物信息學本科教育的高校之一，為社會培養了近500名生物信息學急需的人才。
一、農業院校開展生物信息學本科教育存在的主要問題
1.師資力量薄弱，教師知識結構單一。我校在2004年申報生物信息學本科專業時，主要是以植物保護學院植物病理學系的教師為基礎，結合昆蟲學系講授生物統計課程的教師，組建了生物信息學系。教師的專業背景主要為植物保護、生物學等方面，知識結構相對單一，計算機及數學理論方面的知識缺乏。
2.生源基礎知識較差，專業認知度不高。我校生物信息學專業創辦之初，盡管媒體宣傳21世紀是信息科學、合成化學和生命科學共同繁榮的世紀[1]，國外SmartMoney網站將生物信息學列為下一個熱門工作，但國內對生物信息學了解非常少。學生基本上通過服從專業調劑被生物信息學專業錄取，分數相對較低，基礎知識明顯比其他專業要差，尤其是高考的英語成績100分以上的學生不到15%。另外，由于學生對生物信息學專業的認知度不高，再加上新建專業，師資、實驗條件相對不足，學生轉專業的情況非常突出，2005年轉專業率為27%，2006年轉專業率為23%。
3.教學硬件軟件不足，難以滿足培養專業技能的需求。生物信息學是一門新興學科和前沿學科，應用性和實戰性非常強。隨著生物技術的迅速發展，生物學數據每年都成倍增加，生物信息學的研究方法不斷改進，研究內容也隨之增加[2，3]。專業創辦之初，國內生物信息學呈現“小荷才露尖尖角”的發展之勢，有關生物信息學的中文版教材非常少，有關生物信息學軟件的使用方法和實驗指導的中文版更是鳳毛麟角[4]。
4.與生物信息公司聯系不夠，學生實踐實習難度大。在21世紀初，國內有影響的生物信息學的相關專業公司不多，并且主要集中在北京、上海等大城市，如北京華大基因研究中心、上海申友生物技術有限責任公司、上海生物信息技術研究中心等，與長沙相隔遙遠，學生很難有機會去現場感受生物信息學的魅力。
二、解決辦法
1.加大師資培訓力度，引進外緣教師。為了讓生物信息學專業的教師盡快適應生物信息學的教學，學院和學校加大了對生物信息學專業的師資培訓力度。全系所有教師都參加了浙江大學主辦的“基因組科學研習班”，有7人次赴日本、美國等地開展生物信息學方面的科研工作，提高了對生物信息學的基礎理論認識和實踐操作技能。
2.利用傳統農科專業優勢，形成我校生物信息學的專業特色。我校生源的自身特點和基礎知識不允許我們在制定人才培養目標和課程設置時，生搬硬套綜合性院校生物信息學專業的教學模式，必須根據我校的人才培養目標和我校的傳統農科專業的優勢。我校生物信息學專業立足湖南，開展水稻、油菜、棉花、柑桔等農作物抗病基因和重要病原物的基因組以及資源微生物功能基因組方面的研究，這為加速湖南省的經濟發展做出了貢獻。
3.加強專業宣傳力度，提高學生對生物信息學專業的認知度。精心準備，制作專業介紹PPT，為新生展示學習生物信息學專業的美好前景。建立了農大生物信息學QQ群，使在校生通過與以往畢業生的交流，增強了學生學習專業知識的信心和決心。通過該群，一些問卷調查，根據市場、社會對生物信息學專業畢業生的要求，制定了新的（2014版）生物信息學專業培養方案和教學計劃。
4.加強實踐教學訓練，改革考核方法。2009年我院搬遷到新教學樓，給生物信息學專業安排了兩間學生計算機機房，添置了50余臺計算機。2015年建設了一個云教室，設有40個云終端，先后添置了10臺高性能浪潮服務器以及2臺高容量的存儲設備，建立了一個小型的計算機集群，CPU計算核數達108個，內存達850GB，能滿足生物信息學專業本科教學對服務器和計算機的需要，同時較大程度地緩解了科研的計算需求。
5.加大與生物信息公司的合作，與華大基因學院聯合辦學。與中國科學院北京基因組研究所、生物物理所等科研單位；與北京百邁客生物科技有限公司、上海美吉生物醫藥科技有限公司、深圳華大基因科技有限公司等單位簽訂校外教學實習基地協議；與深圳華大基因研究院簽訂了“基因組科學人才聯合培養協議”，進行“2.5+1.5”聯合辦學。2015年只有1名學生入選“基因組科學創新班”，2016年有6名學生入選深圳市華大基因學院“基因組科學創新班”。
三、取得的成績和主要體會
（一）取得的主要成績
1.培養的畢業生獲得了社會的認可。2011年我校獲得優秀本科生推薦免試研究生資格后，生物信息學專業每年都有1—2名學生獲得學術型推免資格，其中2011屆的一位畢業生，大學期間發表2篇論文，因表現突出，被中國科學院北京基因組研究所接收為推薦免試研究生，據說為中國科學院首次接受非“211”學校的推免生。雖然我校的生物信息學專業開辦的時間不長，但畢業生在生物信息學領域已嶄露頭角。如2010屆兩位畢業生以優異的成績被深圳華大基因研究院錄用，期間先后參與鳥類聯盟比較基因組項目、豬蛔蟲基因組注釋工作、北極熊基因組注釋工作、白蟻基因組項目、百例膀胱癌全基因組項目的研究工作，成為任華大基因研究院的高級人才。
2.建立了一支熱愛生物信息學專業的師資隊伍。通過10年的建設，生物信息學專業的整體師資隊伍得到了加強，現有9名專職教師中，教授4名，副教授3名，講師2人；“湖南省新世紀121人才工程”第三層次人才1人，湖南省學科帶頭人1人，湖南省青年骨干教師4人；全部具有博士學位，7位有在國外留學1年以上的經歷。將美國克萊姆遜大學羅峰博士聘請為湖南省百人計劃，同時將美國伊利諾伊州立大學劉世名博士和愛荷華州立大學的李迅博士聘請為湖南農業大學神農學者講座教授。目前我校生物信息系已形成了兩個特色鮮明的團隊：由袁哲明教授領銜的算法創新團隊和由羅峰教授領銜的應用拓展團隊。
（二）主要體會
1.結合優勢辦好生物信息學專業。生物信息學是一門交叉科學，涉及生物學、計算機、數學等領域，范圍相當廣泛。同時，生物信息學也是實用性相當強的技術，運用生物信息學的方法和技術可以解決生命遺傳信息和生命活動信息中的實際問題。
2.加強實踐教學，提高學生的實戰能力。生物信息學是一門應用性強的專業，必須讓學生通過大量的訓練去熟悉生物信息學軟件的應用。同時，教師在教學過程中，應該將教學與科研相結合，多為學生提供科研科題，讓學生在科研中能夠熟練地運用生物信息知識去分析和解決問題，從而更好地理解生物信息學的作用。
參考文獻：
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[2]鐘揚，張亮，趙瓊.簡明生物信息學[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]陳銘.生物信息學[M].第二版.北京：科學出版社，2015.
生物信息學的認識范文第5篇
關鍵詞：生物信息學；教學模式；探索
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）20-0214-02
生物信息學是一門由生命科學、數學和計算機科學相互滲透形成的新型交叉學科，它利用各種計算機軟件、生物學工具及互聯網技術對生命科學研究中產生的各種生物數據進行存儲、加工及分析，從而達到理解數據中的生物學含義的目標[1-3]。當前，生物信息學已經成為生物、醫學、農學、遺傳學、細胞學等生命領域各學科發展的強大推動力量，已成為生命科學研究者強有力的輔助工具。近年來，隨著分子生物學在動物植物育種、遺傳資源創新、品種改良、病蟲害防治等農業方面的應用，生物信息學作為一種實用、高效的手段被充分利用。《生物信息學》課程也相應地被列入各農業院校大學生教學計劃。新疆農業大學根據學校專業發展現狀及學生培養需求于2010年將《生物信息學》課程作為生物技術專業的必修專業課，通過三年來的教學實踐，針對課程教學中存在的無合適教材、網絡資料繁雜、教學內容陳舊、教學手段單一、考核模式簡單等問題[4-5]，筆者在課程的教學內容、教學方法、考核辦法等方面進行了初步探索，本文現就該課程教學模式作一論述。
一、教學目標及內容
由于生物信息學是一門新興學科，其理論及相關分析工具發展迅速、不斷更新，在課程教學目標和教學內容上也在不斷變化。我認為對于當前農業院校生物技術專業的培養目標和要求是讓學生理解掌握生物信息學相關的一些基本理論、實驗技術及實踐操作，以核酸序列及蛋白質序列的實際分析為主要側重點，著重培養學生的實踐能力，使他們能適應今后工作學習的需要。據此，確定了以下的教學內容：教學內容共36學時，分為理論基礎和上機實踐兩部分，理論課中穿插實例示范，共24學時。理論教學內容包括：生物信息學緒論、生物信息學的生物學基礎、生物信息數據庫及其檢索、序列的基本信息分析及比對、分子系統發育分析、蛋白質結構預測及分析、組學技術及信息學分析；上機實踐共12學時，內容包括：常用生物數據庫的查詢與搜索、核酸序列的分析方法實踐、多序列比對和系統發育分析、蛋白質序列分析及空間結構預測、DNA序列中基因結構預測分析。在理論授課中介紹與農業相關生物信息數據庫及應用，在實例分析中選用本校教師相關研究結果作為數據來源，拉近學生與知識點的距離，提高學習興趣，使學生認識到學習本課程的意義，通過講練結合使學生掌握相關實踐分析能力。
二、教學材料
1.教材的選擇。生物信息學目前仍處速發展時期，尤其是隨著各種新技術、新理論及組學的發展，涉及到的學科越來越多。當前生物信息學專著及教材層出不窮，但中文版書籍中影印國外原版教科書和翻譯書籍仍占很大比例，這類書籍中，專著專業性過強，而教材又多是針對生物信息學專業的學生或“一本”的學生編寫的，難度較大，并且各自側重點不同，并不適合作為一般的農業院校的生物信息學教材。筆者在教學過程中先后使用了由鐘揚等編寫、高等教育出版社出版的《簡明生物信息學》及由肖浪濤主編、中國農業出版社出版的全國高等農林院校“十一五”規劃教材《生物信息學》作為主要的參考教材。但是，在教學實踐中筆者感到《簡明生物信息學》由于出版時間較早（2001年）已不能滿足實際教學工作的需要，書中的很多內容都已更新，很多網站頁面也已重組或失效，而近年被廣泛使用的一些著名生物信息學軟件亦未涉及。而《生物信息學》一書偏重理論知識介紹，實例分析及操作應用偏少。因此，筆者根據本校專業建設需要及學生水平編寫了適用于本校學生使用的簡明教材。教材中理論部分主要參考上述兩本教材，并進行了簡化，降低難度，舍去算法、模型等專業性較強的章節；實踐部分參考薛慶中等主編、科學出版社出版的DNA和蛋白質序列數據分析工具（第2版，2010年）一書，并附具體實例，最終形成理論部分簡明易懂，實踐部分易學易用的實用型教材。
2.生物信息學相關數據庫及軟件的選擇。生物信息學發展迅速，相關生物信息數據庫及生物信息軟件數量不斷增加，版本不斷更新，這為生命科學相關研究提供了極大便利，但同時也為《生物信息學》課程實踐部分的教學帶來了挑戰與壓力。例如要分析一條蛋白質序列的分子量、等電點、氨基酸組成等信息，我們可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地軟件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等網絡在線程序分析。在有限的教學時間內，如何選擇數據庫及高效易用的生物信息學分析軟件也是教學中一個重要的問題。通過參考相關生物信息學分析的書籍及近年文獻，綜合考慮數據庫及軟件的通用型、易用性及本校學生的英語水平、計算機操作水平，結合教學目標及內容，我們選擇常用的核酸序列數據庫GenBank、蛋白質數據庫PDB等，軟件方面選擇DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常見的生物信息學離線分析軟件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等網站上的在線分析軟件開展實踐教學，而其他軟件在課堂上只做簡單介紹，具體操作方法作為輔助資料供學生自學。這樣學生在有限的學時內可掌握更多的分析內容，達到“高效”的教學目的。
三、教學方法
1.及時更新完善多媒體教學資料。生物信息學課程理論知識較抽象，實踐操作多，與計算機、互聯網聯系緊密，內容更新快，當代大學生已習慣并樂于使用各種多媒體途徑獲取信息，這些特點決定了其非常適于進行多媒體教學。為此，我們根據教學內容開發制作了一套多媒體教學資料并及時更新完善。教學多媒體資料包括Power Point課件和Flas，課件注重知識的層次性、聯系性，將理論基礎、實驗技術操作流程等較抽象的生物信息學知識通過大量圖片形象地展示給學生，從而提高學生的學習興趣并加快學生對抽象知識的理解；動畫的內容是利用屏幕錄像軟件將實例分析過程錄像并配音，最后轉為Flash格式，穿插在理論教學及實踐教學過程中使用，從而使學生在自己實踐操作前先有一個形象的認識，將理論知識與實踐操作有機聯系在一起。
2.充分利用網絡教學平臺輔助教學。生物信息學是一門以互聯網為媒介、計算機為工具的學科。在教學中，網絡教學平臺的使用在提高學生學習興趣、增強師生互動、強化教學效果等方面起到了很好的輔助作用。利用網絡教學平臺，教師可將課程課件、動畫、分析工具、實踐教學內容等共享給學生并及時了解學生學習動態，學生可將實驗報告、作業、學習問題及意見反饋給教師，師生可以通過網絡教學平臺的論壇版塊在課余就學習或實踐中的問題進行討論，達到“教學相長”的教學目的。此外，利用網絡教學平臺還可將課堂中未詳細講述的大量數據庫、軟件的使用過程及相關電子參考書、文獻共享給學生，有利于提高學生學習自主性并拓寬課程外延。
3.邊講邊練，理論知識密切聯系實踐操作。德國心理學家艾賓浩斯研究發現，在學習和記憶過程中，最初階段遺忘速度最快，隨著時間推延，遺忘越來越慢。因此，為了讓學生能牢固掌握所學知識及實踐技能，我們在教學中采取邊講邊練的形式。對于理論知識，我們采取課前提問、課中提問、小測驗及實踐操作過程中知識點重現等方式，使重要理論知識在整個教學過程中多次出現，增強學生對課程知識體系的系統認知并強化其對理論知識的記憶。對于實踐操作，我們采取案例式教學，直接將實例分析穿插在理論授課過程中，并在理論課后及時安排學生在計算機房上機聯網操作，如在講授序列比對理論課時，實例演示使用DNAMAN、Blast等軟件進行序列比對的過程，并在理論課后緊跟DNAMAN軟件使用、數據庫搜索的實踐操作，這樣既加深學生對理論知識的理解，還有利于學生掌握實踐操作能力。
4.布置實踐任務，加強綜合能力培養。生物信息學教學強調學生的實踐能力培養。因此，在教學設計上，我們將學生按4～5人分成小組，通過學生自選或制定的方式布置特定實踐任務，要求學生以小組為單位，利用本課程所學知識及技能完成任務并提交任務報告。例如，在課程一開始講授數據庫時，要求學生通過查文獻、了解本校相關分子生物學研究內容并結合自己的興趣選擇特定基因，圍繞該基因，在后續整個課程的學習過程中利用掌握的各種生物信息學分析方法對其進行序列查詢、引物設計、序列比對、編碼區分析、蛋白理化性質預測、保守結構域預測、結構預測、分子系統發育分析等操作，過程中學生互相討論、取長補短，最終協作完成實踐任務。這樣既使學生較全面地掌握了課程內容，同時又加強了學生分析問題、解決問題的綜合能力。
四、考核辦法
在課程考核方面，本著生物信息學課程培養實踐應用能力的教學原則，為使學生真正掌握生物信息學的基本理論及實踐操作，我們改變了過去閉卷考試占主體或寫課程論文的簡單考核方式，采取了過程考核、實踐考核并結合考試考核的方式對學生的學習效果進行綜合評價。考勤及口頭提問占考核成績的10%，4次隨堂測驗占考核成績的20%，上機操作占考核成績的20%，實踐任務作業占考核成績的20%，期末閉卷考試占考核成績的30%。這樣考核雖然過程復雜，對學生及教師都帶來更大壓力，但杜絕了學生平時不學，期末突擊，忽視實踐的現象，學生必須注重平時的學習及實踐操作才能順利通過課程考核。這樣的考核辦法能夠更客觀準確地評價一個學生對課程的實際掌握情況。
隨著生物信息學在農業各研究領域的廣泛應用，掌握生物信息學知識及分析能力已成為農業院校相關專業畢業生的必備要求，生物信息學課程也必將在農業院校各相關專業建設中占據越來越重要的地位。通過本課程的教學實踐探索，學生學習主動性、實踐操作能力、最終學習效果均得到提高，筆者也積累了一定經驗，取得了一定的教學成效，找到了一些適合農業院校的切入點，但是課程教學中還有很多需要進一步完善改進的地方。生物信息學學科的快速發展，也決定了本課程的教學模式必將是一個動態發展的過程，相信隨著對生物信息學學科的深入認識，生物信息學課程教學模式也將不斷完善，形成自己的獨特體系。
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