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摘要：隨著生命科學(xué)研究和大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，越來越多的高校開設(shè)《生物信息學(xué)》并將其作為核心課程。現(xiàn)通過在生物信息學(xué)教學(xué)過程中采用線上線下相結(jié)合、注重學(xué)生課堂操作、加強計算機編程在生物信息學(xué)中的應(yīng)用及以就業(yè)為導(dǎo)向的教學(xué)方法進行探索，有助于提高課堂教學(xué)質(zhì)量，為生物信息學(xué)的教學(xué)改革提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；生物信息學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

人類從發(fā)現(xiàn)DNA并將其作為遺傳信息的來源和闡明DNA分子的雙螺旋性質(zhì)，到組裝人類基因組序列的過程中，生物信息學(xué)已成為現(xiàn)代生物學(xué)不可或缺的一部分。生物信息學(xué)在很大程度上依賴于各個領(lǐng)域的科學(xué)家做出的重大貢獻，這些領(lǐng)域包括但不限于生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和統(tǒng)計學(xué)［1］。隨著人類基因組計劃的實施，作為交叉學(xué)科的生物信息學(xué)在高校研究生和本科教學(xué)中愈發(fā)重要。近年來，浙江大學(xué)、中南大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)等十幾所大學(xué)開設(shè)了生物信息學(xué)本科專業(yè)。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)自2003年就在多個本科專業(yè)和生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)中開設(shè)了《生物信息學(xué)》課程，同時，在生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院研究生教學(xué)中增設(shè)了生物信息學(xué)。由此，形成了本科、研究生生物信息學(xué)人才培養(yǎng)體系，向社會源源不斷的輸送生物信息學(xué)人才，推動著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［2］。生物信息學(xué)和基因組學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展，讓準備從事生物學(xué)或者醫(yī)學(xué)職業(yè)的學(xué)生需要對生物信息學(xué)進一步加深學(xué)習(xí)，但生物信息學(xué)本身發(fā)展快速，這為本科生物信息學(xué)課程創(chuàng)造了新的機遇與挑戰(zhàn)。因此，《生物信息學(xué)》課程仍然需要大量的教學(xué)改革實踐與探索［3］。在長期生物信息學(xué)教學(xué)過程中，筆者通過實踐并總結(jié)經(jīng)驗，提出在教學(xué)過程中多個方面需要加強，如加強線上線下相結(jié)合、學(xué)生課堂實踐操作能力的培養(yǎng)、計算機編程在生物信息學(xué)中的應(yīng)用和以就業(yè)為導(dǎo)向的教學(xué)方法。

1線上線下相結(jié)合

生物信息學(xué)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式很難達到預(yù)期教學(xué)效果。隨著計算機信息技術(shù)的巨大進步，誕生了一種新的教學(xué)方法———線上教學(xué)，即教師通過互聯(lián)網(wǎng)提供的教學(xué)，越來越多的學(xué)校使用信息技術(shù)來擴大端口的訪問，提高教學(xué)質(zhì)量以及降低與傳統(tǒng)教學(xué)相關(guān)的成本。線上教學(xué)可以采取異步教學(xué)和同步教學(xué)模式［4］，前者是指使用異步通信工具（例如電子郵件）來進行教師和學(xué)生之間的溝通，建立學(xué)習(xí)的橋梁，異步教學(xué)允許教師和學(xué)生在方便的時候進行交流；同步教學(xué)是指利用同步技術(shù)（例如網(wǎng)絡(luò)廣播、聊天室、音頻和視頻等）而進行的近似于面對面、實時的教學(xué)策略，比如現(xiàn)在多采用騰訊會議、釘釘、超星直播和QQ群屏幕共享等方式進行線上教學(xué)。線上教學(xué)可通過重新設(shè)計課堂教學(xué)方法、個性化教學(xué)和提高學(xué)習(xí)體驗來改變教學(xué)，不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量，還可以解決傳統(tǒng)教學(xué)面臨的問題。在疫情席卷全球的環(huán)境下，我國采取嚴格的防疫措施，減少人員流動，大部分高校都采取線上教學(xué)，做到了停課不停教，線上教學(xué)為師生都提供了極大的方便。互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展增加了全球各地人們交流學(xué)習(xí)的機會，網(wǎng)絡(luò)上提供了豐富的教育資源，這也很大程度上方便了師生在同步教學(xué)和異步教學(xué)時的交流。線上教學(xué)雖然有諸多優(yōu)點，但也有部分缺點，傳統(tǒng)的線下教學(xué)仍然是一種強大的教學(xué)方法。在線下教學(xué)時，教師的語言行為（如表揚、征求意見、幽默、自我表露等）和非語言行為（如身體接近、觸摸、眼神接觸、面部表情、手勢等）可以減少師生之間的距離，有利于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。線上教學(xué)時，自制力不強的學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)的另一端做其他事情，教師也很難發(fā)現(xiàn)，如果在線下課堂教學(xué)，教師可及時糾正這類同學(xué)的行為。線上教學(xué)發(fā)展迅速，有自身的優(yōu)缺點，它無法全部替代線下教學(xué)，兩種教學(xué)方式應(yīng)該相互結(jié)合，才能保證教學(xué)質(zhì)量更大地提升。

2注重學(xué)生課堂實踐操作能力的培養(yǎng)

生物信息學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)在生物學(xué)教學(xué)領(lǐng)域具有無足輕重的地位。但今天的學(xué)生和研究人員很難相信，在五十多年前生物信息學(xué)發(fā)展的最初階段，當時臺式計算機還只是一個模型，DNA還不能被測序。隨著分子生物學(xué)方法的進步，越來越多強大的計算機以及更好處理生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)軟件的興起，DNA測序和分析變得更容易［5］。生物信息學(xué)是以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，數(shù)據(jù)庫為載體，利用數(shù)學(xué)知識的各種計算模型，并以計算機為工具對生物學(xué)中產(chǎn)生的大量生物學(xué)數(shù)據(jù)進行存儲、檢索、處理和分析、解釋的學(xué)科，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時，注重實踐操作以掌握生物信息分析的方法和工具軟件的使用等。從培養(yǎng)學(xué)生能力的目的出發(fā)，促使學(xué)生掌握生物信息分析的基本操作和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生獨立自主分析問題、解決問題的能力。生物信息學(xué)主要采取的是網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)與上機實踐相結(jié)合的方式，在課堂上，老師集課堂教學(xué)、實踐教學(xué)和學(xué)生操作實踐為一體，實現(xiàn)課堂“講學(xué)練”［6］。為提高學(xué)生的實踐技能，老師安排了五個實驗，包括生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫瀏覽、檢索、相似性搜索和序列比對，DNA序列分析，蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測等。老師在課堂講完實驗理論，學(xué)生在課堂上實踐操作，出現(xiàn)問題及時與老師溝通，將問題解決在課堂上。因為生物信息學(xué)課程需要大量上機操作，注重學(xué)生課堂實踐操作能力的培養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生基本技能，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3加強計算機編程在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

生物信息學(xué)是一門復(fù)雜的學(xué)科，生命科學(xué)研究者依靠生物信息學(xué)研究者來幫助他們分析大數(shù)據(jù)，在處理這些大數(shù)據(jù)時，需要了解如何格式化和解析它們，更重要的是需要編寫可以連接現(xiàn)有應(yīng)用軟件的計算機腳本以及處理數(shù)據(jù)流程時需要編寫相關(guān)算法程序。生物信息學(xué)研究者必須應(yīng)用沒有圖形界面的軟件工具，在高功率的計算機集群中實現(xiàn)生物信息分析流程，這就要求他們必須具備中等以上的編程技能，并且熟悉LINUX操作系統(tǒng)。此外，生物信息學(xué)研究者還幫助進行實驗設(shè)計、統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)可視化。在生命科學(xué)研究中，大數(shù)據(jù)無處不在，對生物計算技能的需求意味著生命科學(xué)研究者要么自己編程并掌握生物信息學(xué)工具的使用，要么聘請專家?guī)椭麄兎治觥Ｈ绻茖W(xué)研究者能夠自己處理分析數(shù)據(jù)，科研將會更加便捷高效地進行。在課堂教學(xué)過程中，筆者結(jié)合學(xué)生的實際情況，給學(xué)生講授部分LINUX和R語言的相關(guān)知識。筆者選取一些使用R語言編寫的簡短程序，在課堂給學(xué)生講解原理后，學(xué)生自己按照步驟實現(xiàn)整個程序的編寫和運行。給學(xué)生講解計算機程序極大地引起了學(xué)生的好奇心，調(diào)動了學(xué)生課堂的積極性，激發(fā)了學(xué)生后期學(xué)習(xí)計算機編程知識的興趣，也為以后成為一個具備全面知識技能的生命科學(xué)從業(yè)者打下堅實的基礎(chǔ)。

4以就業(yè)為導(dǎo)向

隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)升級，加上全球新冠疫情的大流行，不僅對高校教學(xué)產(chǎn)生沖擊，而且對本科生就業(yè)產(chǎn)生不利影響。這時，部分學(xué)生就業(yè)信心不足，對未來充滿無盡的迷茫。這種情況下，筆者在生物信息學(xué)課堂教學(xué)過程中，利用少部分時間結(jié)合生物信息學(xué)課程特點，給學(xué)生講解需要學(xué)習(xí)的知識，讓同學(xué)們了解目前社會中急需的生物信息人才需要具備的知識與技能。例如，北京某公司的生物信息工程師這一崗位，崗位職責(zé)是負責(zé)腫瘤伴隨診斷自動化平臺、負責(zé)內(nèi)部研發(fā)數(shù)據(jù)分析及技術(shù)支持、負責(zé)研發(fā)產(chǎn)品的說明書撰寫及專利撰寫、負責(zé)代碼審核、需要掌握R、python，shell任意一門編程語言、能熟練使用生物信息學(xué)相關(guān)的生物信息學(xué)工具和良好的英語學(xué)術(shù)閱讀能力等等，還有其他的加分項，如具備二代測序行業(yè)兩年以上的工作經(jīng)驗或生物信息算法開發(fā)經(jīng)驗等。通過在課堂給學(xué)生講解企事業(yè)單位所需生物信息學(xué)人才的要求及待遇，以就業(yè)為導(dǎo)向，讓學(xué)生對未來就業(yè)有一個新的認識，提前做準備，彌補當前自身的不足，充分提升今后的就業(yè)競爭力。

5討論

總之，采用上述的生物信息學(xué)教學(xué)方法，能夠充分調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣和積極性，使學(xué)生掌握基本的實驗操作技能，讓學(xué)生了解部分計算機編程基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生了解生物信息學(xué)就業(yè)相關(guān)知識，為出身社會之前成為一個全面的生物信息學(xué)復(fù)合人才而努力。

作者：楊浩 王桂華 高亞梅 方銘 單位：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院