生物信息学的认识
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生物信息学的认识范文第1篇
关键词：任务驱动教学法；生物信息学；教学任务；实践与思考
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）28-0209-02
任务驱动教学法（TBL，Task-based Learning）是一种建立在建构主义学习理论的基础上，由教师根据教学要求提出“任务”，把教学内容隐含在每一个任务中，由教师引导学生自己提出问题、思考问题、解决问题，通过让学生完成一个个具体的任务来调动其学习主动性的教学方法[1，2]。它分为如下四个基本过程：一是确定教学任务，即教师分析教学目标，确定适当的教学任务；二是分析教学任务，即教师在课堂上向学生讲解教学任务，使学生明确教学任务的内容和要求，也包括讲解所需要的新知识；三是完成教学任务，是实施教学任务的过程，也是学生发现问题、解决问题、获取知识的过程；四是评价教学任务，包括展示学生的作品、总结评比，达到巩固知识、激励学生的目的[3，4]。
生物信息学是当今生命科学的前沿学科之一，它是随上世纪末人类基因组计划的实施而由多学科交叉发展起来的一门学科，目前已经渗透到生命科学的各个学科。但是由于生物信息学本身的综合性和快速发展的趋势，高校生物信息学的课程教学目前仍然处于探索阶段[5]。鉴于此，我们在我院2014级、2015级生物技术本科专业生物信息学课程教学中实施了任务驱动教学法，取得了良好的教学效果。
一、生物信息学课程教学中任务的设计
教学任务的设计是任务驱动教学法实施的关键。比如在生物信息数据库的教学时，我们设计了“在NCBI/EBI/DDBJ三大数据库中如何查找核酸蛋白序列”、“在NCBI/EBI/DDBJ三大数据库中查找某一核酸序列的直系同源序列”等任务。在核酸序列分析的教W时，我们设计了“如何确定测序获得的某一序列是表达的基因序列”、“如何确定测序获得的序列是新的基因序列”等教学任务。在进化分析的教学时，我们给出某一基因的序列，设计了“依据该基因的序列做出不同方法的进化树及分析其意义”、“依据某一基因的序列做出蛋白序列的进化树及分析其意义”等教学任务。在蛋白质序列分析教学时，我们设计了“根据BLAST分析来推测某一新的蛋白质序列的可能功能”、“依据结构域（Domain）/基元（Motif）分析某一新蛋白序列的可能功能”、“依据某一新的蛋白序列预测其二级结构、三级结构”等教学任务。在综合分析的教学时，我们设计了“如何寻找某一基因的启动子序列及可能的转录因子结合位点”、“依据3种以上不同的生物信息学软件作出某一蛋白序列及其直系同源蛋白的序列比对图”、“如何计算几种不同蛋白序列的相似性（Similarity）及一致性（Identity）值”等教学任务。
二、任务驱动教学法在生物信息学课程教学中的实施
我们在我院2014级、2015级生物技术本科专业的生物信息学课程教学中实施了任务驱动教学法。任务驱动教学法的实施全程在机房进行，机房内配置了高速上网的网络和常用的生物信息学分析软件。在教学前的准备阶段，需要根据上课的班级组建好不同的小组，同学们也先行修习过相关的理论课程，然后将设计好的一系列教学任务分发到不同小组的同学中，同时建议同学们查找一些相关的分析方法和资料；在课堂教学阶段，上课后教师会分析教学任务，任课教师也根据以前的教学内容给出一些线索，然后在不同的小组内进行讨论，最后根据不同的讨论结果让不同小组的同学在给出的时间内完成设计的教学任务。对于不同小组在完成教学任务过程中遇到的问题，教师需要适度地解释和引导，而不是完全地帮助解决和完成教学任务。在整个的教学过程中，要循序渐进，争取达到最好的教学效果。在教学任务初步完成后，教师要根据不同小组教学任务的完成情况，给予分析、点评和总结。上课的同学都希望自己完成任务的思路和线索得到肯定，对于完成教学任务较好的同学要给予正面的表扬，对于完成教学任务不太好的同学也要给予鼓励和关注，直到这部分同学也能独立、完整地完成全部的教学任务。
三、任务驱动教学法在生物信息学课程教学中的效果
为评价教学效果，我们对于实施任务驱动教学法和对照组的同学对于教学的满意度、学生的考试成绩等问题进行了问卷调查，并对调查结果进行了数据分析。同时，我们也对承担生物信息学课程教学任务的任课教师对于该课程的学习情况等进行了问卷调查和数据分析。根据调查结果，95%以上的同学认可任务驱动教学法在生物信息学课程教学中的实施，普遍认为任务驱动教学法在该课程中的实施能够显著提高学生学习的兴趣、团队协作精神的培养和对于理论知识的掌握。从考试的成绩来看，实施任务驱动教学法的同学考试综合成绩优良率（80分以上）达到50%以上，显著高于传统教学法同学成绩的优良率（30%左右）。从教师评学的情况看，任课教师普遍认为任务驱动教学法在生物信息学课程教学中的实施对于提高学生学习兴趣、增强学生的创新能力和掌握教学知识点等方面均显著高于实施传统教学法的对照组同学。这一结果表明，在实践性很强的生物信息学课程中实施任务驱动教学法相对于传统的教学模式具有明显的优势。
四、完善任务驱动教学法在生物信息学课程教学中应用的思考
生物信息学是一门以研究生物序列为主的实践性非常强的课程，具有教学知识点非常多、熟练掌握课程知识点相对较难等特点。我们在我院本科生物信息学课程中实施了任务驱动教学法，总体教学效果较好，同时我们也发现了任务驱动教学法在该课程教学中一些值得注意的问题。一是针对不同学生的特点，任务的设计要难度适宜，要有不同层次、不同难度任务的设计。在教学过程中，要适当精简教学内容，加强常用软件和程序的使用和练习；二是课程教学需要在电脑机房实施，需要较好的计算机配置和较高的网络连接速度，对学时的要求要更连贯，同时要鼓励学生在课后使用自己的计算机进一步练习和实践；三是在教学过程中要有更多的引导和示范，进行实例教学；四是在教学过程中需要小组内同学间更多的讨论和协商；五是对授课教师的专业知识和能力有更高的要求。生物信息学的课程教学实践性非常强，知识的更新也非常快，实施任务驱动教学法对于任课教师的专业知识和能力提出了更高的要求。为达到较好的教学效果，需要引进高水平的师资队伍，同时对已有的青年教师也要派出到高水平大学学习和培训。同时，在生物信息学课程中实施任务驱动法的教学，最好由两名以上专业教师同时实施教学。总之，任务驱动教学法在生物信息学课程中的应用既显示了较明显的成效，也还需要进一步的研究和实践。
⒖嘉南祝
[1]李佳楠，周世力，周理红.任务驱动教学法在生物技术大实验课程教学中的应用[J].科教导刊，2015，（11）：100-101.
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[5]刘念.案例教学法在《生物信息学》本科教学中的应用[J].考试周刊，2016，（78）：152-152.
生物信息学的认识范文第2篇
一、引言
实践教学是培养专业人才的关键一环，在全面实施素质教育、培养学生创新能力与素质中起到非常重要的作用[1，2]。尤其是《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中明确要求创新人才培养模式，坚持教育与生产劳动和社会实践相结合，需要强化实践教学培养，着力于培养学生的学习能力、实践能力和创新能力[3，4]。以信息功能材料与技术、光纤传感材料与技术和纳米材料与技术等新型功能材料及其相关技术为方向，夯实材料设计、制备技术及物理性能分析等基础理论知识，形成了武汉理工大学理工兼备的材料物理专业的办学特色。2013年，材料物理本科专业纳入了“湖北省普通高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划”，面向湖北省战略性新兴产业发展对材料物理本科专业的需求，致力于为湖北省光电信息产业的发展培养高质量的“应用型、复合型、创新型”材料物理专业人才。针对以上目标，近几年本校材料物理专业在创新人才培养的生产实践教学体系方面进行了探索与研究。
二、创新人才培养的生产实践教学体系
根据战略性新兴产业人才的培养要求，结合材料物理的专业特点，“实践引导教学，以实践促进创新，教学和实践相互交融的教学指导思想”在专业建设和人才培养中起着重要的作用，经过十几年的专业建设和发展，本校逐渐摸索出了一套成熟可靠的专业办学方法和理念及体系，形成了独特的生产实践办学优势与特色。
1.实习基地建设。实习教学是普通高等教育的关键环节之一，而校外实习基地则是完成这一教学任务的重要场地。校外实习基地是大学生在正式参加工作之前，接触实际生产，加深对所学理论知识的理解，掌握一定的生产技能和了解企业的重要窗口。因此，高质量的校外实习基地是各个高校实践教学环节能够正常实施的重要保障，也是培养大学生实践能力、科研素质、创新意识与创新能力的重要平台。因此，实习基地的选择不仅有助于提升学生的专业能力和技术水平，而且有利于激发学生的专业兴趣和爱好，是大学生大学学习和今后工作的重要引发剂。随着我国高等教育事业的迅速发展，本校招生规模也在不断扩大，使本校学生在实习工作中出现了一系列发展中的新问题，面临着“三多一难”的困境。“三多”就是实习生人数不断增多，所需的实习场所和指导教师数量也随之增多，“一难”是实习组织安排难。针对之前材料物理专业的实习基地，尤其是生产实习基地相对集中在传统材料行业，这些行业的工作环境较差、技术含量相对较低，有时候不能激发学生的学习兴趣，反而会使部分学生在工作之前就对专业的前景产生一定的动摇、不理解甚至厌恶等。本专业在维持之前实习基地联系的同时，还积极联系新能源、信息功能材料等新兴、高技术企业，将学生的实习教学活动转移到这些高新技术企业中，以此来提高学生的学习兴趣，激发学生的专业亲和度。通过校内实习基地、校外实习基地、校企共建研发中心等“三位一体”的实践教学基地建设，并利用学科基地办学条件等来确保学生实习、实训、毕业论文等实践教学环节的实施。
2.企业教师聘用制度。根据战略性新兴产业人才的培养需要，对于材料物理专业的学生在培养过程中需要在以下方面做出调整：在培养目标上，将从“偏重文化技术和理论知识”转向“重视就业技能和发展能力”；在学习制度上，将从“学校是核心，全日制教学是主体”转向“学校与企业合作，实施弹性学制”；在教学内容上，将从“校内课程为主，重视学科性”转向“重视专业领域建设，注重校内学习与工作经验的一致性，专业学习与技能培养导向重于书本知识”；在学习方法上，将从“教室、图书馆和实验室是主要学习地点，书本学习是基础”转向“教室与实习地点的一体化设计，注重工学结合，专业实习是促进学习的重要动力”。对于这些内容的转变或改革，建设具有专业知识并具有良好的生产实践素质的教师队伍尤为关键。本校在学生的生产实习环节，聘请了实习单位具有良好专业技术能力和水平以及生产实践经验的企业技术人员作为学生的企业教师，在生产实习期间就企业管理、企业生产、产品生产技术以及质量检验等方面对学生进行专业知识的介绍和经验教学。此外，还聘请相关企业专业技术人员到本校开展相关专业课程的教学活动，使得学生可以在课堂上就可以了解企业的生产及活动，增强学生的专业学习兴趣。对于企业教师的管理以及考核是引导企业教师提高教学效果和激发教学热情的重要途径。为了激发企业教师的教学热情，本校对企业技术人员颁发了企业教师聘用证书。同时，为了督促企业教师的教学工作，本校还制定了企业教师的日常管理和考核办法，从源头上实现规范企业教师的目的。
3.企业实习过程管理。根据社会需求和教育部专业认证要求，本校还完善了本专业人才的培养方案，同时还强化了对其创新意识和实践能力的培养。本校参照材料物理专业认证中的学生毕业要求和本专业的特点，合理制定了本校材料物理专业人才的培养目标和学生的毕业要求。此外，本校还专?T成立了培养方案工作小组，负责培养方案的制订与修订，对实习计划、实习执行大纲和成绩评定标准等实习教学环节进行一定的修正，使本校材料物理专业生产实践环节的培养方案更加合理并能突出本校的办学特色。另外，本校还实施校内指导教师与校外企业指导教师的“双导师制”，入学后的每位材料物理专业学生都有校内的指导教师。进入企业生产实践前，采用学校引导，进行实习动员，安排学生查阅相关资料，做好实习准备，确定企业指导教师。当然，本校还加强校内导师和企业指导教师之间的沟通，从而充分保证学生实践环节的质量。企业对学生进行日常的管理，考核办法可以参照学生所在岗位的考核方法实施，校内导师则需要保持与企业导师、学生的密切联络，实现对学生的全面跟踪。加强对实习学生的考核，要求实习企业将实习学生视为职工，按职工的要求对其进行严格管理，统一考核，这样一来就可以让学生真正感受到企业与学校的区别，加快向“社会人”的转变。企业导师则可以根据学生的出勤率、工作态度、合作态度、遵守企业管理制度、现场考核等内容对实习学生进行一定的考核。实习结束后，学生要认真撰写实习报告，由教师评阅学生的实习报告，成绩则由企业的评定书、学生实践报告的成绩和答辩成绩来综合评定，从而使学生的实习成绩更加真实地反映出其在各个环节对于知识的接纳程度，实现合理的教学反馈。
生物信息学的认识范文第3篇
生物信息学 生物科学 实践教学
生物信息学作为一门新兴的交叉性学科，综合生物学、计算机科学和信息技术试图，从大量数据中寻找具有指导和开创性价值的依据，为生命科学研究提供必要的、有效的系统模拟和信息预测结果。目前，生物信息学在生物医学、生物工程、植物学、动物学、生态学、遗传学、制药和高科技产业领域中的应用越来越广泛，产生巨大的影响力和推动力。
一、生物信息学在生物科学领域的作用
生物科学是研究生物结构、功能、发生和发展规律，及其与周围环境关系的科学。在分子生物学技术突飞猛进的发展过程中，生物科学从传统的个体及群体表征研究逐步演变为内在分子机制的研究，随着基因测序技术的发展，生物科学领域的研究不仅聚焦于生物个体的内在分子机制，同时还从大量的生物个体的基因数据中获取和解析生命的本质和规律，并以此尝试对生命过程进行干涉和改造。而在获取、解析、干涉和改造的过程中扮演重要角色的就是生物信息学。
生物信息学是在生物科学领域各个学科发展的过程中逐步产生的一门综合性学科，该学科在生物科学领域的应用极为广泛。目前，植物基因组研究取得了重大进展，水稻、大豆、小麦等农作物的遗传图谱、基因序列、基因组注释已公布于美国国立生物技术信息中心（NCBI）的生物信息数据库中。利用生物信息学的相关方法和技术能够对这些数据进行查询、统计和分析，从而更好地理解和认识植物基因组的功能，指导后续的科学研究和生产应用。传统的生物学分类方法已经鉴定及分类了成千上万的物种，但是随着生物科学的发展和认知，越来越多的物种在遗传进化上的分类依据较为模糊，而利用生物信息学结合传统的分类学可以更好的研究生物类群间（植物、动物、微生物等）的异同性、亲缘关系、遗传进化过程和发展规律，这在当今的生物分类学中应用日趋广泛。生物信息学还可以综合利用数学、统计学和计算机等学科对生态系统进行模拟和计算分析，探索物种间基因流动的本质，揭示生态系统的物质和能量循环规律，从而为找到决定生态系统平衡和稳定的根本因素提供重要的依据，帮助生态系统平衡的恢复。此外，通过生物信息学技术构建遗传工程菌，降解目标污染物的分子遗传物质，从而达到催化目标污染物的降解，维护生态环境的空气、水源、土地等质量，也是当今生态环境保护的新兴研究方向。
二、生物信息学的学科内容和课程要求
生物信息学主要由基因组学、蛋白质组学、系统生物学、比较基因组学、计算生物学等学科构成，主要涉及的内容有生物数据的收集、存档、显示和分析，体外预测、模拟基因及蛋白质的结构和功能，对生物的遗传基因图谱进行分析处理，对大量的核苷酸和氨基酸序列进行比对分析，确定进化地位等。从生物信息学的概念及其涉及的内容中可以明确生物信息学不是一门独立的学科，所以要求教师在教学过程中掌握多领域的知识和技能，才能较好地把握该课程。
1.高等数学和统计学基础
生物信息学将数学和统计学作为主要的计算理论基础，主要包括数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面。此外还包括隐马尔科夫链模型（HMM）在序列识别上的应用，蛋白质空间结构预测的最优理论，DNA超螺旋结构的拓扑学，遗传密码和DNA序列的对称性方面的群论等。因此，在生物信息学教学过程中要求教师具备数学及统计学的计算方法的基础知识，能够利用牛顿迭代法、线性方程回归分析、矩阵求拟、最小二乘法等进行数学建模和计算，从而对基因和蛋白质序列进行比对、进化分析和绘制遗传图谱等。
2.生物科学基础
生物信息学包含的生物类学科有，生物化学、分子生物学、遗传学等基础学科，基因工程、蛋白工程、生物技术等应用学科。根据其课程特点，学生在学习生物信息学课程前需要学习生物化学、分子生物学、遗传学、基因组学、蛋白质组学等基本生物学课程，对于基因序列、蛋白质序列、启动子、非编码区等概念有深刻的理解，同时需要对一些重要的生物学数据库有一定的了解，如美国基因数据库（GeneBank）、欧洲分子生物学实验室数据库（Embl）和日本核酸数据库（DDBJ）等。此外，要求学生能够利用生物学数据库查找基因序列、蛋白质序列、基因及蛋白质结构模型，能够读懂数据库中基因和蛋白质的信息注释，能够计算蛋白质序列的分子量和等电点，能够为扩增特定的基因片段设计引物，能够对特定物种进行系统发育分析等。
3.计算机科学基础
计算机是生物信息学的主要辅助工具，利用生物信息学研究生物系统的过程需要能够熟练使用计算机对大量的生物信息数据进行处理和分析，这主要包括对数据信息进行搜索（收集和筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、模拟）。所以，学生在学习生物信息学的过程中需要了解和掌握一些常用的生物信息学软件，如BLAST和FASTA序列比对分析软件，Oligo和Primer引物设计软件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等综合分析软件。此外，学生还需要学习和掌握一些常用的计算机语言，如正则表达式、Unix shell脚本语言和Perl语言。
利用生物信息学在处理和分析海量生物数据的过程中，计算机软硬件资源需要配合处理分析软件的运行，因此要求计算机操作系统使用Unix和Linux操作系统，这些操作系统需要大量的操作命令进行输入执行过程，对于经常使用Windows操作系统的学生来说是一个较难跨越的障碍。
三、生物信息学课程教学中存在的问题
目前国内大多数高校的生物信息学教学采用传统的教学模式，即以课堂式的理论教学为主，缺乏必要的实践教学。理论教学模式固定、教学方法单一、教学内容狭窄，通常是介绍性、科普性的课程，甚至作为公选课程。少数高校开展生物信息学的实践课程教学，但多以验证性实验为主，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验，而开放性实验更无从谈起。
1.教学模式固定单一
生物信息学在内容层面涵盖诸多学科领域，注重应用性和实践性。然而，目前大部分高校把生物信息学作为一门孤立的课程，这导致教师需要将大多数课程内容压缩到一门课程进行教学，在有限的教学时数下灌输大量内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。再者，大多数高校仅开展生物信息学的理论教学，忽视实践教学过程，造成生物信息学理论与实践内容的脱节，使学生在学习完理论知识后难以深入理解和吸收，无法将所学的知识应用到后续的工作和学习中，最终未能体现出该门课程的价值。
2.教师专业背景薄弱
作为一门交叉学科，生物信息学的教学要求教师具有较强的数学、生物学和计算机科学背景。然而，目前从事生物信息学教学的教师即便具备深厚的生物学背景，但是多数教师在数学和计算机方面较为薄弱，并不具备完整的生物信息学知识体系，对生物信息学发展趋势也了解不多。在师资缺乏的情况下，院系开设生物信息学课程，教师为了完成教学任务，仅仅在教学中进行介绍性的讲解，在课程考查方式上通过小论文、综述和课外活动等方式完成该课程的学习。因此，无论是理论教学还是实践教学均无法实现该课程大纲的要求，从而影响学生对生物信息学课程的理解和掌握，生物信息学的实践操作能力更无从谈起。
3.实践教学薄弱，专业教材缺乏
生物信息学实践课需要学生在网络环境下用计算机学习NCBI数据库的检索与使用、序列比对分析软件的应用、蛋白质空间结构图视软件的应用、序列拼接软件的应用等。但是目前，大多数高校开设的生物信息学课程多以理论教学为主，实践教学课时非常少或者为零，学生对于生物信息学课程的学习仅仅通过教材上抽象的文字描述进行理解和掌握，这导致学生在理论课中学到的知识无法在实践课中进行验证或操作，严重影响了生物信息学的教学质量，也偏离了教学大纲中强调的重在培养学生实践操作能力的培养目标。
另外，目前还没有适用于生物科学专业的生物信息学教材。国内各大高校使用的教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本，这些教材偏重介绍生物信息学的理论和方法，涉及的实践内容较少，学生需要具有较高的相关知识才能接受和使用这些教材。因此，部分高校在生物信息学教学过程中往往使用自家编写的简化教材，从而造成生物信息学教学内容不统一，教学大纲混乱等情况。
4.实践课程经费不足，实践教学环境落后
当今，许多发达国家都很重视生物信息学的教学和研究，积极开展各种生物信息资源的收集和分析工作，培养大量生物信息学人才，为整个生物学的理论研究及其相关产业创新（主要是医药和农业）提供指导和支撑。国内对生物信息学的关注和认识起步较晚，其发展落后于国际发达国家。国家和高校对生物信息学的教学和科研资金投入力度不大，缺乏必要的仪器设备，生物信息学的实践教学条件得不到保障，比如大多数高校的生物科学专业没有相应的计算机实训室，配套软件也相对匮乏，落后于国际发展水平。
四、生物信息学教学模式改革的探索
1.修改理论和实践教学大纲，编写适用的实践教材
根据当今生物信息学的发展方向，制定和修改理论教学大纲，除了引物设计、基因和蛋白质序列比对、基因和蛋白质结构功能预测等基本内容外，还需添加系统进化树分析、聚类分析、蛋白质互作网络谱图等较为综合的内容。另外，增加实践教学课程比例，充实实践教学内容，结合理论教学内容增加综合性、设计性实验，适当提供科研环境，鼓励开展开放性实验。
目前国内并没有系统的、专业的生物信息学实践教材，因此针对高校生物科学专业方向的特点，联合多学科领域（数学、生物科学、计算机科学）编写相应的生物信息学实践教材，在制定、修改实践教学大纲和编写教材的过程中结合学生的接受能力，由浅入深，多设实例和相关练习，使学生循序渐进的理解和掌握生物信息学的原理和方法，掌握更多的生物信息学工具。
2.紧密联系科研、基于实践问题开展教学
通过实践教学把生物信息学教学与科研有机结合起来，能够促进教学与科研的共同发展。在紧密联系科研的过程中，采用基于问题的教学（PBL）方法，通过实践教学环节，培养和训练学生把所学的生物信息学的知识和方法应用于各种生物科学领域的科研活动中，通过解决实际问题训练学生的实践技能，从而促进教学与科研的双重发展。例如，在生物信息学实践教学中多加入生产和科研中遇到的经典实例，鼓励学生利用相关的生物信息学软件及相关的理论和方法解决问题。学生也可以选择自己感兴趣的课题，利用自己熟悉的、合适的生物信息学软件和相关知识开展课题研究。此外，专业教师在指导学生课题研究的过程中还可以发现理论和实践教学的不足，不断的完善生物信息学理论和实践课程大纲和内容，提高教学质量。
3.开展多学科实践结合的教学模式
生物信息学属交叉学科，包含了不同领域的专业知识和技能，为使生物信息学教学达到教学的目标，该课程教学需要采用多学科实践结合的教学模式。
多学科实践结合的教学模式是指联合不同领域、不同学科、不同专业的课程在教学的过程中结合生物信息学涉及到的知识和技能进行基础性、铺垫性教学。比如，在高等数学和统计学的教学过程中，针对生物信息学的需求，适当增加数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面的基础内容，同时，开设实例实践教学，使学生理解和掌握隐马尔科夫链模型，牛顿迭代法、最小二乘法等方法的应用原理和规则；在生物科学专业课程设置上，尤其是实践课程的教学过程中，结合生物信息学涉及的引物设计、序列比对分析、基因及蛋白质结构功能预测等方面开展相应的设计性、综合性、开放性实验项目，使学生了解和掌握基本的生物信息学原理及软件的应用；在计算机科学的教学过程中，应根据生物信息学的需求，开设正则表达式、Perl语言、R语言等课程学习，以及增加Linux和Unix操作系统课程学习，使学生在学习生物信息学前打好坚实的基础。
值得注意的是，生物信息学课程与其他课程的开设时间和顺序需要有一定的探索和评估，对于开设该课程的时间把握是开展多学科实践结合的教学模式的关键因素。过早开设生物信息学则会导致学生在不具备相应学科基础的条件下跨越式的接触生物信息学，无法理解和掌握相关的知识和技能；过晚开设则会使学生学习了相关学科知识和技能后，由于课程衔接不紧，导致在学习生物信息学时出现理解滞后和无法适应的现象。因此，针对不同专业和学科的特点，根据具体情况进行统筹安排，使生物信息学和其他相关学科课程有很好的衔接和过渡，以确保和提高生物信息学的教学质量。
五、结语
生物信息学是现代基因组学时代的开阔者，也是生物科学研究的重要的工具和载体。针对生物信息学的特点，高校生物科学专业课程设置、教学方法、教学模式和教学软硬件等需进行一定的改革，将多学科实践结合的教学模式运用到生物信息学的教学实践中，在提高教学质量的同时将更好的提升学生科研、应用和创新能力。
参考文献：
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生物信息学的认识范文第4篇
关键词：生物信息学；本科教育；实践与体会
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）13-0229-02
湖南农业大学生物信息学本科专业2004年获教育部批准增设，2005年正式招生，是国内最早开展生物信息学本科教育的高校之一，为社会培养了近500名生物信息学急需的人才。
一、农业院校开展生物信息学本科教育存在的主要问题
1.师资力量薄弱，教师知识结构单一。我校在2004年申报生物信息学本科专业时，主要是以植物保护学院植物病理学系的教师为基础，结合昆虫学系讲授生物统计课程的教师，组建了生物信息学系。教师的专业背景主要为植物保护、生物学等方面，知识结构相对单一，计算机及数学理论方面的知识缺乏。
2.生源基础知识较差，专业认知度不高。我校生物信息学专业创办之初，尽管媒体宣传21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪[1]，国外SmartMoney网站将生物信息学列为下一个热门工作，但国内对生物信息学了解非常少。学生基本上通过服从专业调剂被生物信息学专业录取，分数相对较低，基础知识明显比其他专业要差，尤其是高考的英语成绩100分以上的学生不到15%。另外，由于学生对生物信息学专业的认知度不高，再加上新建专业，师资、实验条件相对不足，学生转专业的情况非常突出，2005年转专业率为27%，2006年转专业率为23%。
3.教学硬件软件不足，难以满足培养专业技能的需求。生物信息学是一门新兴学科和前沿学科，应用性和实战性非常强。随着生物技术的迅速发展，生物学数据每年都成倍增加，生物信息学的研究方法不断改进，研究内容也随之增加[2，3]。专业创办之初，国内生物信息学呈现“小荷才露尖尖角”的发展之势，有关生物信息学的中文版教材非常少，有关生物信息学软件的使用方法和实验指导的中文版更是凤毛麟角[4]。
4.与生物信息公司联系不够，学生实践实习难度大。在21世纪初，国内有影响的生物信息学的相关专业公司不多，并且主要集中在北京、上海等大城市，如北京华大基因研究中心、上海申友生物技术有限责任公司、上海生物信息技术研究中心等，与长沙相隔遥远，学生很难有机会去现场感受生物信息学的魅力。
二、解决办法
1.加大师资培训力度，引进外缘教师。为了让生物信息学专业的教师尽快适应生物信息学的教学，学院和学校加大了对生物信息学专业的师资培训力度。全系所有教师都参加了浙江大学主办的“基因组科学研习班”，有7人次赴日本、美国等地开展生物信息学方面的科研工作，提高了对生物信息学的基础理论认识和实践操作技能。
2.利用传统农科专业优势，形成我校生物信息学的专业特色。我校生源的自身特点和基础知识不允许我们在制定人才培养目标和课程设置时，生搬硬套综合性院校生物信息学专业的教学模式，必须根据我校的人才培养目标和我校的传统农科专业的优势。我校生物信息学专业立足湖南，开展水稻、油菜、棉花、柑桔等农作物抗病基因和重要病原物的基因组以及资源微生物功能基因组方面的研究，这为加速湖南省的经济发展做出了贡献。
3.加强专业宣传力度，提高学生对生物信息学专业的认知度。精心准备，制作专业介绍PPT，为新生展示学习生物信息学专业的美好前景。建立了农大生物信息学QQ群，使在校生通过与以往毕业生的交流，增强了学生学习专业知识的信心和决心。通过该群，一些问卷调查，根据市场、社会对生物信息学专业毕业生的要求，制定了新的（2014版）生物信息学专业培养方案和教学计划。
4.加强实践教学训练，改革考核方法。2009年我院搬迁到新教学楼，给生物信息学专业安排了两间学生计算机机房，添置了50余台计算机。2015年建设了一个云教室，设有40个云终端，先后添置了10台高性能浪潮服务器以及2台高容量的存储设备，建立了一个小型的计算机集群，CPU计算核数达108个，内存达850GB，能满足生物信息学专业本科教学对服务器和计算机的需要，同时较大程度地缓解了科研的计算需求。
5.加大与生物信息公司的合作，与华大基因学院联合办学。与中国科学院北京基因组研究所、生物物理所等科研单位；与北京百迈客生物科技有限公司、上海美吉生物医药科技有限公司、深圳华大基因科技有限公司等单位签订校外教学实习基地协议；与深圳华大基因研究院签订了“基因组科学人才联合培养协议”，进行“2.5+1.5”联合办学。2015年只有1名学生入选“基因组科学创新班”，2016年有6名学生入选深圳市华大基因学院“基因组科学创新班”。
三、取得的成绩和主要体会
（一）取得的主要成绩
1.培养的毕业生获得了社会的认可。2011年我校获得优秀本科生推荐免试研究生资格后，生物信息学专业每年都有1—2名学生获得学术型推免资格，其中2011届的一位毕业生，大学期间发表2篇论文，因表现突出，被中国科学院北京基因组研究所接收为推荐免试研究生，据说为中国科学院首次接受非“211”学校的推免生。虽然我校的生物信息学专业开办的时间不长，但毕业生在生物信息学领域已崭露头角。如2010届两位毕业生以优异的成绩被深圳华大基因研究院录用，期间先后参与鸟类联盟比较基因组项目、猪蛔虫基因组注释工作、北极熊基因组注释工作、白蚁基因组项目、百例膀胱癌全基因组项目的研究工作，成为任华大基因研究院的高级人才。
2.建立了一支热爱生物信息学专业的师资队伍。通过10年的建设，生物信息学专业的整体师资队伍得到了加强，现有9名专职教师中，教授4名，副教授3名，讲师2人；“湖南省新世纪121人才工程”第三层次人才1人，湖南省学科带头人1人，湖南省青年骨干教师4人；全部具有博士学位，7位有在国外留学1年以上的经历。将美国克莱姆逊大学罗峰博士聘请为湖南省百人计划，同时将美国伊利诺伊州立大学刘世名博士和爱荷华州立大学的李迅博士聘请为湖南农业大学神农学者讲座教授。目前我校生物信息系已形成了两个特色鲜明的团队：由袁哲明教授领衔的算法创新团队和由罗峰教授领衔的应用拓展團队。
（二）主要体会
1.结合优势办好生物信息学专业。生物信息学是一门交叉科学，涉及生物学、计算机、数学等领域，范围相当广泛。同时，生物信息学也是实用性相当强的技术，运用生物信息学的方法和技术可以解决生命遗传信息和生命活动信息中的实际问题。
2.加强实践教学，提高学生的实战能力。生物信息学是一门应用性强的专业，必须让学生通过大量的训练去熟悉生物信息学软件的应用。同时，教师在教学过程中，应该将教学与科研相结合，多为学生提供科研科题，让学生在科研中能够熟练地运用生物信息知识去分析和解决问题，从而更好地理解生物信息学的作用。
参考文献：
[1]徐光宪.21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪[J].化学通报，2003，66（1）：3-11.
[2]钟扬，张亮，赵琼.简明生物信息学[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3]陈铭.生物信息学[M].第二版.北京：科学出版社，2015.
生物信息学的认识范文第5篇
关键词：生物信息学；教学模式；探索
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0214-02
生物信息学是一门由生命科学、数学和计算机科学相互渗透形成的新型交叉学科，它利用各种计算机软件、生物学工具及互联网技术对生命科学研究中产生的各种生物数据进行存储、加工及分析，从而达到理解数据中的生物学含义的目标[1-3]。当前，生物信息学已经成为生物、医学、农学、遗传学、细胞学等生命领域各学科发展的强大推动力量，已成为生命科学研究者强有力的辅助工具。近年来，随着分子生物学在动物植物育种、遗传资源创新、品种改良、病虫害防治等农业方面的应用，生物信息学作为一种实用、高效的手段被充分利用。《生物信息学》课程也相应地被列入各农业院校大学生教学计划。新疆农业大学根据学校专业发展现状及学生培养需求于2010年将《生物信息学》课程作为生物技术专业的必修专业课，通过三年来的教学实践，针对课程教学中存在的无合适教材、网络资料繁杂、教学内容陈旧、教学手段单一、考核模式简单等问题[4-5]，笔者在课程的教学内容、教学方法、考核办法等方面进行了初步探索，本文现就该课程教学模式作一论述。
一、教学目标及内容
由于生物信息学是一门新兴学科，其理论及相关分析工具发展迅速、不断更新，在课程教学目标和教学内容上也在不断变化。我认为对于当前农业院校生物技术专业的培养目标和要求是让学生理解掌握生物信息学相关的一些基本理论、实验技术及实践操作，以核酸序列及蛋白质序列的实际分析为主要侧重点，着重培养学生的实践能力，使他们能适应今后工作学习的需要。据此，确定了以下的教学内容：教学内容共36学时，分为理论基础和上机实践两部分，理论课中穿插实例示范，共24学时。理论教学内容包括：生物信息学绪论、生物信息学的生物学基础、生物信息数据库及其检索、序列的基本信息分析及比对、分子系统发育分析、蛋白质结构预测及分析、组学技术及信息学分析；上机实践共12学时，内容包括：常用生物数据库的查询与搜索、核酸序列的分析方法实践、多序列比对和系统发育分析、蛋白质序列分析及空间结构预测、DNA序列中基因结构预测分析。在理论授课中介绍与农业相关生物信息数据库及应用，在实例分析中选用本校教师相关研究结果作为数据来源，拉近学生与知识点的距离，提高学习兴趣，使学生认识到学习本课程的意义，通过讲练结合使学生掌握相关实践分析能力。
二、教学材料
1.教材的选择。生物信息学目前仍处速发展时期，尤其是随着各种新技术、新理论及组学的发展，涉及到的学科越来越多。当前生物信息学专著及教材层出不穷，但中文版书籍中影印国外原版教科书和翻译书籍仍占很大比例，这类书籍中，专著专业性过强，而教材又多是针对生物信息学专业的学生或“一本”的学生编写的，难度较大，并且各自侧重点不同，并不适合作为一般的农业院校的生物信息学教材。笔者在教学过程中先后使用了由钟扬等编写、高等教育出版社出版的《简明生物信息学》及由肖浪涛主编、中国农业出版社出版的全国高等农林院校“十一五”规划教材《生物信息学》作为主要的参考教材。但是，在教学实践中笔者感到《简明生物信息学》由于出版时间较早（2001年）已不能满足实际教学工作的需要，书中的很多内容都已更新，很多网站页面也已重组或失效，而近年被广泛使用的一些著名生物信息学软件亦未涉及。而《生物信息学》一书偏重理论知识介绍，实例分析及操作应用偏少。因此，笔者根据本校专业建设需要及学生水平编写了适用于本校学生使用的简明教材。教材中理论部分主要参考上述两本教材，并进行了简化，降低难度，舍去算法、模型等专业性较强的章节；实践部分参考薛庆中等主编、科学出版社出版的DNA和蛋白质序列数据分析工具（第2版，2010年）一书，并附具体实例，最终形成理论部分简明易懂，实践部分易学易用的实用型教材。
2.生物信息学相关数据库及软件的选择。生物信息学发展迅速，相关生物信息数据库及生物信息软件数量不断增加，版本不断更新，这为生命科学相关研究提供了极大便利，但同时也为《生物信息学》课程实践部分的教学带来了挑战与压力。例如要分析一条蛋白质序列的分子量、等电点、氨基酸组成等信息，我们可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地软件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等网络在线程序分析。在有限的教学时间内，如何选择数据库及高效易用的生物信息学分析软件也是教学中一个重要的问题。通过参考相关生物信息学分析的书籍及近年文献，综合考虑数据库及软件的通用型、易用性及本校学生的英语水平、计算机操作水平，结合教学目标及内容，我们选择常用的核酸序列数据库GenBank、蛋白质数据库PDB等，软件方面选择DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常见的生物信息学离线分析软件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等网站上的在线分析软件开展实践教学，而其他软件在课堂上只做简单介绍，具体操作方法作为辅助资料供学生自学。这样学生在有限的学时内可掌握更多的分析内容，达到“高效”的教学目的。
三、教学方法
1.及时更新完善多媒体教学资料。生物信息学课程理论知识较抽象，实践操作多，与计算机、互联网联系紧密，内容更新快，当代大学生已习惯并乐于使用各种多媒体途径获取信息，这些特点决定了其非常适于进行多媒体教学。为此，我们根据教学内容开发制作了一套多媒体教学资料并及时更新完善。教学多媒体资料包括Power Point课件和Flas，课件注重知识的层次性、联系性，将理论基础、实验技术操作流程等较抽象的生物信息学知识通过大量图片形象地展示给学生，从而提高学生的学习兴趣并加快学生对抽象知识的理解；动画的内容是利用屏幕录像软件将实例分析过程录像并配音，最后转为Flash格式，穿插在理论教学及实践教学过程中使用，从而使学生在自己实践操作前先有一个形象的认识，将理论知识与实践操作有机联系在一起。
2.充分利用网络教学平台辅助教学。生物信息学是一门以互联网为媒介、计算机为工具的学科。在教学中，网络教学平台的使用在提高学生学习兴趣、增强师生互动、强化教学效果等方面起到了很好的辅助作用。利用网络教学平台，教师可将课程课件、动画、分析工具、实践教学内容等共享给学生并及时了解学生学习动态，学生可将实验报告、作业、学习问题及意见反馈给教师，师生可以通过网络教学平台的论坛版块在课余就学习或实践中的问题进行讨论，达到“教学相长”的教学目的。此外，利用网络教学平台还可将课堂中未详细讲述的大量数据库、软件的使用过程及相关电子参考书、文献共享给学生，有利于提高学生学习自主性并拓宽课程外延。
3.边讲边练，理论知识密切联系实践操作。德国心理学家艾宾浩斯研究发现，在学习和记忆过程中，最初阶段遗忘速度最快，随着时间推延，遗忘越来越慢。因此，为了让学生能牢固掌握所学知识及实践技能，我们在教学中采取边讲边练的形式。对于理论知识，我们采取课前提问、课中提问、小测验及实践操作过程中知识点重现等方式，使重要理论知识在整个教学过程中多次出现，增强学生对课程知识体系的系统认知并强化其对理论知识的记忆。对于实践操作，我们采取案例式教学，直接将实例分析穿插在理论授课过程中，并在理论课后及时安排学生在计算机房上机联网操作，如在讲授序列比对理论课时，实例演示使用DNAMAN、Blast等软件进行序列比对的过程，并在理论课后紧跟DNAMAN软件使用、数据库搜索的实践操作，这样既加深学生对理论知识的理解，还有利于学生掌握实践操作能力。
4.布置实践任务，加强综合能力培养。生物信息学教学强调学生的实践能力培养。因此，在教学设计上，我们将学生按4～5人分成小组，通过学生自选或制定的方式布置特定实践任务，要求学生以小组为单位，利用本课程所学知识及技能完成任务并提交任务报告。例如，在课程一开始讲授数据库时，要求学生通过查文献、了解本校相关分子生物学研究内容并结合自己的兴趣选择特定基因，围绕该基因，在后续整个课程的学习过程中利用掌握的各种生物信息学分析方法对其进行序列查询、引物设计、序列比对、编码区分析、蛋白理化性质预测、保守结构域预测、结构预测、分子系统发育分析等操作，过程中学生互相讨论、取长补短，最终协作完成实践任务。这样既使学生较全面地掌握了课程内容，同时又加强了学生分析问题、解决问题的综合能力。
四、考核办法
在课程考核方面，本着生物信息学课程培养实践应用能力的教学原则，为使学生真正掌握生物信息学的基本理论及实践操作，我们改变了过去闭卷考试占主体或写课程论文的简单考核方式，采取了过程考核、实践考核并结合考试考核的方式对学生的学习效果进行综合评价。考勤及口头提问占考核成绩的10%，4次随堂测验占考核成绩的20%，上机操作占考核成绩的20%，实践任务作业占考核成绩的20%，期末闭卷考试占考核成绩的30%。这样考核虽然过程复杂，对学生及教师都带来更大压力，但杜绝了学生平时不学，期末突击，忽视实践的现象，学生必须注重平时的学习及实践操作才能顺利通过课程考核。这样的考核办法能够更客观准确地评价一个学生对课程的实际掌握情况。
随着生物信息学在农业各研究领域的广泛应用，掌握生物信息学知识及分析能力已成为农业院校相关专业毕业生的必备要求，生物信息学课程也必将在农业院校各相关专业建设中占据越来越重要的地位。通过本课程的教学实践探索，学生学习主动性、实践操作能力、最终学习效果均得到提高，笔者也积累了一定经验，取得了一定的教学成效，找到了一些适合农业院校的切入点，但是课程教学中还有很多需要进一步完善改进的地方。生物信息学学科的快速发展，也决定了本课程的教学模式必将是一个动态发展的过程，相信随着对生物信息学学科的深入认识，生物信息学课程教学模式也将不断完善，形成自己的独特体系。
参考文献：
[1]钟扬，张亮，赵琼.简明生物信息学[M].北京：高等教育出版社，2001.
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[3]王禄山，高培基.生物信息学应用技术[M].北京：化学工业出版社，2008.
[4]胡娜，常军，徐玲.生物信息学教学改革与探索[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1588-1589.
[5]梁琛，张建海.农科类生物信息学课程教学中存在的问题及对策[J].农业与技术，2010，30（5）：136-137.
