生物信息学课程论文[生物信息学课程教学初探]
关键词:生物信息学课堂教学，实验教学，现代教育技术
序
生物信息学是一门新兴的交叉学科。从广义上讲，生物信息学是从事生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释，综合运用数学、计算机科学和生物学工具，达到理解数据的生物学意义的目的[1]。它的意义是双重的:一是收集、整理、服务海量数据，即管理好这些数据；二是从中发现新的规律，也就是利用好这些数据。以1987生物信息学一词的出现为标志，生物学不再是一门仅仅建立在实验观察基础上的科学。随着21世纪的到来，生物学的关注点和潜在突破点已经从20世纪的实验分析和数据积累转移到了其指导下的数据分析和实验验证。生物信息学之所以作为一门学科被广泛研究，根本原因在于它所提供的研究工具对生物学的发展至关重要，因此成为生命科学研究人才必须掌握的现代知识。今天的实验生物学家只能用计算生物学的成果跳出实验技术人员的框架，进行真正的创新研究。现在基因组信息学和后基因组信息学资源已经成为地球上全人类的共同财富。如何获取和利用基因组和后基因组学提供的丰富信息，如何具备享用全人类资源的初步能力，已经成为生命科学专业学生必须掌握的基本技能和知识，也是当今世纪必须具备的初步能力[2]。
生物信息学以互联网为媒介，以数据库为载体，以数学知识、各种计算模型、计算机为工具，对各种生物信息进行分析，以理解海量分子数据的生物学意义。与其他生命科学课程不同，它需要发达的互联网和计算机作为教学过程中的必要条件。调查显示，全国所有高校都建立了校园网，其中骨干带宽1000M的高校占调查总数的64.9%。2005年，部分综合性大学和理工科院校率先升级到万兆校园网[3]，为大学开设生物信息学课程提供了良好的物质基础。这门课程离不开现代网络和信息技术，在教学中充分利用现代教育技术具有其他课程无法比拟的优势。此外，该课程还没有完全形成成熟的课程体系，为教师借鉴先进的教育理念和教学实践经验，尝试各方面的教学改革提供了广阔的空间。
1课堂教学
生物信息学主要是介绍原理和方法，深入浅出的讲解，注重知识更新。课堂教学主要介绍生物信息学的相关算法、原理和方法，这也是教学的重点和难点。在教学中，应遵循这一部分深入浅出、避繁就简的原则，用具体实例分析算法，避免空洞复杂的算法讲解，以免学生感到枯燥晦涩，产生恐惧心理，望而生畏；重点讲解算法的思路和脉络，让学生真正掌握解题思路，培养学生的科学思维能力。探究教学是用来鼓励学生思考的。通过讨论和研究，使学生逐步掌握复杂的内容，介绍相关的教学和物理知识，使学生充分了解生物信息学与其他学科的关系以及其他学科的思维方法对生物科学的重要性，培养他们自觉应用其他学科的方法和思想解决生物问题的科学素质。在教学中，教师必须能够跟上学科的发展方向，随时更新自己的知识，了解最新的前沿动态，掌握新的方法，教给学生最新的知识和方法。同时，鼓励学生通过各种渠道自觉关注学科发展，拓宽知识面，培养自学能力和创新意识。
2充分利用现代教育技术，采用启发式教学。
目前，高校教室配备的多媒体投影播放系统促进了多媒体教学的广泛应用。生物信息学多媒体教学是适应学科特点，提高教学效果，充分利用现代教育技术的基本要求。多媒体教学作为生物信息学教学的基本模式，使讲解的内容更加直观、生动，特别是对具体数据库的介绍和对数据库检索、数据库相似性搜索、序列分析、蛋白质结构预测所涉及的具体方法和工具的讲解，可以激发学生的学习兴趣，加深对知识的理解和掌握，提高理论联系实际的能力。同时，由于生物信息学依赖于网络资源和互联网上的分析工具和软件，教室里的多媒体计算机都接入了互联网，大大提高了教学效果。然而，在实际教学中，发现多媒体教室也有局限性。学生以听课为主，不能及时练习。老师的讲解与学生的实践脱节。如果将生物信息学课程安排在机房，采用多媒体电子教室，可以解决上述问题。在教学中运用启发式教学，可以为学生创设教学情景，学生通过与老师、同学的咨询讨论和参与操作来发现、理解和掌握知识。
3.采用讲练做一体化教学模式，注重学生实践能力的培养。
在生物信息学课堂教学中，应积极借鉴职业培训和计算机课程教学中的讲练做一体化教学模式，在理论教学中增加实训内容，在实践教学中结合理论教学，改变以教师、教材、讲座为中心的传统教学模式。根据教学内容和学生的认知规律，灵活采用先理论后实践或先实践后理论或实践的方法，将生物信息学的理论教学和实践操作融为一体，使学生的知识和能力同步、协调、全面发展。
通常可以采用先讲后练的方法，即先介绍原理和方法，再设计相关的训练内容让学生上机练习。可以采用实际演示的方法，讲解生物信息学分析的操作内容、方法和工具。老师边讲解边演示，学生边听课边练习，或者老师讲解后学生再练习。理论与实践相结合，可以充分发挥课堂教学的生动性和直观性，加深学生对知识的理解，培养和提高学生的实际操作能力。
4.优化生物信息学实验教学内容，发挥网络教学优势。
生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理和分析的实际需要，培养学生综合应用生物信息学知识和方法提取、存储、处理和分析生物信息的能力，提高学生应用理论知识解决问题和独立、综合思考的能力。
生物信息学实验教学内容的选择和安排应本着循序渐进的原则，针对具体的典型生物信息学问题，以综合性和设计性实验内容为重点，明确目的和要求，突出重点，充分发挥学生的主观能动性和探索精神，以激发学生学习主动性和创造性为出发点，加强学生创新精神和实验能力的培养。生物信息学实验教学以互联网为媒介，以计算机为工具，全部在计算机网络实验室完成。在教学中，充分利用网络的交互特性，实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件向学生发送实验教学内容、实验序列和工具，学生也通过电子邮件向教师反馈实验报告、作业、问题和意见。老师在网上批改实验报告后，把自己的分数和评语发给学生，让学生及时了解自己的学习情况。老师可以通过网络论坛、聊天室以及QQ、MSN等即时通讯工具指导学生实验，并与学生讨论问题。网络环境下的生物信息学实验教学不仅可以提高学生的学习兴趣，给学生的学习和师生互动带来极大的便利，提高教师的工作效率，而且可以及时了解学生的学习情况，有利于教师不断调整教学计划，取得更好的教学效果。
5生物信息学采用无纸化考试，加强实践能力的考核。
生物信息学主要是利用互联网、计算机和应用软件学习生物信息学分析的基本理论和方法。考试的重点是考察学生对生物信息学分析基本方法和技能的掌握程度以及对结果的分析和解释能力。因此，可以尝试在生物信息学考试中引入实践技能考试，通过在计算机上的实际操作，重点考核学生的知识应用能力。实践技能考试采用无纸化考试。在互联网环境下，学生可以对序列的生物信息进行分析，并对结果进行解释，不仅可以检验学生对基础知识和基本原理的掌握程度，还可以检验学生在生物信息分析中的实践能力和分析思维能力。通过实践技能考试，淡化理论考试，克服传统的死记硬背，可以促进学生注重提高理论联系实际的综合能力，更有效地提高计算机应用能力。对学生成绩的评价主要依据其考试成绩，很难对学生的学习情况和学习过程做出全面的评价。因此，除了将实践技能考试作为学生成绩的主要部分外，还应加强对学生平时学习态度、学习能力和创新思维的考查。
总之，生物信息学教学是网络环境下生物学教学的一个全新内容。上述教学措施提高了学生的学习积极性、实际操作能力、解决实际问题的综合应用能力和创新能力，收到了良好的教学效果，受到了学生的普遍欢迎，具有较强的可操作性和实用性。在今后的教学实践中，教师自身素质的提高和进一步的教学改革将不断完善生物信息学教学，培养跨越生命科学、信息科学、数学科学等不同领域的具有“大科学”素质和意识的生物信息学人才。
参考资料:
[1]赵国平等.生物信息学[M].科学出版社，2002。
钟扬，肖恩，赵琼。简明生物信息学[M]。北京:高等教育出版社，2001。
[3]教育部科技发展中心关于高校校园网建设与应用的调查结果显示，千兆已经成为主流，其应用是全面的[J]。中国教育网，2005，(5):36-39。