生物信息学教学模式探讨

PAGEPAGE1生物信息学教学模式探讨内容摘要：生物信息学是生物医学领域中一门新兴的前沿穿插学科，是生物医学进入组学时代的载体和生物医学分析研究的需要手段。本文针对当前国内生物信息学教学现在状况，结合生物信息学的课程特点，对生物信息学的教学形式进行讨论，将PBL教学方法运用到生物信息学的教学理论中。这对提升学生科研、应用、创造能力，提升教学质量有主要的意义。同时，对其他穿插学科的教学也有主要的借鉴意义。本文关键词语：生物信息学；高等教育；教学形式；PBLG642A1671-0568(2010)17-0067-02随着分子生物学、测序技术及人类基因组计划的深切进入展开，各种生物医学数据已到达海量级别。后基因组时代的两大特点是：巨量的数据和我们对医学、药物、农业和环保等方面新知识的渴求，这些新知识将帮助人们改善生存环境、提升生活质量。这就构成了一个极大的矛盾。怎样从海量生物医学数据中获取新的知识呢？这就催生了一门新兴的穿插科学――生物信息学(Bioinformatics)。一、生物信息学的学科特点生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增加的生物医学数据的一门学科。[1]它重要包含两重含义：一是对海量数据的采集、整理与效劳，即管理好这些数据；二是从中发现新的规律，即利用好这些数据。生物信息学与其他的生物医学学科相比，有很大的不同，重要有下面三大特点：①以生物医学数据库为基础，数据极其庞大复杂。随着组学时代的到来与深切进入，生物医学数据正呈现指数级其余增加。根据权威的〔NucleicAcidsResearch〕统计，截止2008年，全球共有约1100个重要的生物医学数据库，涵盖了生物医学研究的众多领域。从研究条理上看，包含核酸、蛋白质、构造、基因组、蛋白质组、人类基因和疾病、细胞器官、免疫学等14类数据库。从研究种类上说，包含动物、植物、真菌、原核生物、病毒等30余万种生物。仅登录在美国GenBank数据库中的核酸序列就跨越8300万条，DNA序列总量跨越860亿碱基对；在UniProt中，共收录蛋白质序列约650万条；在PDB中，共收录蛋白质构造数据约53000个；②生物信息的操作分析重要依靠计算机为工具，在互联网环境中运行，通过网络强大的搜索功能实现数据采集、储存、管理与提供；③生物信息学是一门集生物医学、数学、信息科学及计算机科学等众多学科综合穿插的前沿产品，与其他学科相比有如下特点：综合穿插性强、难度大、发展时间短、还在不断完善与更新。二、现有教学形式的不足之处当前，国内的生物信息学教学基本沿用以“老师讲授为主〞的传统教学形式。以课堂为中心、以理论教学为主，进行“满堂灌〞式教育，“照本宣读〞的方式也比较常见。缺乏与生物信息学穿插前沿性特点相适应的新型教学形式。同时，实验教学比较单一，常以验证性为目的，有些以至成为了“文献检索〞课程，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验。三、生物信息学教学形式讨论1.PBL教学法的优势创新教学形式的特点是改革课程重知识、传承和知识教育的单一功能，促进学生的全面发展和创新能力的构成，为每个学生获得毕生学习的能力，以及生存、发展和创造的能力打下基础。当前，符合上述教学目的的是以问题为基础的教学法(Problem-BasedLearning，PBL)。[2，3，4]该方法以“学生为主体、问题为中心〞，在老师整体把握和指点下，设置问题或任务，强调学生的自动参与，鼓励自立探究；激发和支持学习者的高水平思维；鼓励争辩；鼓励对学习内容和经过的反思。PBL教学形式能很好地解决理论与实际脱节的矛盾，培养学生学习兴趣，提升他们科研、应用及创造能力，提升教学质量。2.PBL教学法在生物信息学中的实际应用(1)分组。根据能力和兴趣分组，选择能力互补、有共同兴趣的学生，构成不同学习小组，一般以三四人为一组，对于总体能力十分高的小组能够适当减少人数。(2)提出教学目的，布置真实性任务。首先，布置基础性教学任务，这类教学任务的目的是为了稳固学生的基础知识，培养他们的基础能力。例如，该类任务可由四个子科目构成：“生物医学数据库辨别与理解〞、“通过Entrez和SRS系统进行生物医学数据的检索利用〞、“blast序列比对〞、“clustalw多序列比对〞。这是必选任务，每个小组都必需完成，为下一步实行探究性任务打下基础。然后，根据不同小组的兴趣和特点，分配不同的探究性任务。例如：“新基因的发现与鉴定〞、“某某疾病基因的分析与鉴定〞、“疾病相关蛋白质的构造分析〞、“针对性药物的模仿设计〞等。这类问题并无现成答案:，学生必需自己查阅资料、进行归纳分析、确定实验步骤、完成任务。例如，对于“新基因的发现与鉴定〞这项任务，最终可由如下步骤构成：利用EST数据库获得基因重叠群，新基因的拼接获得，所得基因的性质分析，启动子分析，编码区分析，新基因的人工翻译，所得蛋白质的功能分析。这些步骤和每一步的实现方法都由学生在已有的知识基础上，通过查找文献、相互讨论、探寻求索获得，最终完成该项任务，写出任务报告。(3)定期讨论。定期布置学生集中讨论。每次讨论重要完成两方面工作：一是对任务进展进行报告，二是对所碰到的问题进行相互沟通。老师全程参与，对疑难问题作出提示和建议。(4)结果汇报。任务完成后，进行集中汇报。让学生对任务期间所做工作、获得的结果进行汇报。(5)老师评价、反应。由指点老师对任务完成经过及结果进行点评，对学生把握知识的水平及学生的科研、应用能力进行评价，并提出进一步的提升方向。(6)延伸阶段。鉴于生物信息学都是在邻近毕业时进行的教学，对于有兴趣的学生能够将探究性任务扩展成毕业设计，进行模块化分流教学。3.在生物信息学中运用PBL教学法的优点(1)生物信息学的学习是运用生物医学、数学、信息科学，以及计算机科学等众多学科知识进行分析、判定、推理、综合的理论经过。PBL教学法的应用可充足调动和发挥学生的主观能动性，侧重培养他们解决实际问题的综合分析、判定及理论动手能力。(2)在保证教学质量的前提下，可明显减少传统的灌输式教学工作和学习的负担，同时能让学生在短时间内熟悉多种生物医学数据库、把握多种生物信息软件的使用方法、了解生物信息手段在生物医学中的各种应用。(3)在互相合作的经过中，学生不仅学到了获取知识的方式，更主要的是提升了学生的兴趣、沟通意识和团队责任感等科研必备素质和能力。(4)在完成真实性任务的经过中，可让学生熟悉完成科研工作的方法、步骤，培养他们完成科研任务的能力。(5)小组讨论时，可培养学生迅速捕捉有价值信息的能力和质疑能力，