医学本科生生物信息学教学的探索与实践

杨 娥，徐纪茹，陈艳炯，杜忆华，寻 萌，韩 蕾

(西安交通大学 医学部免疫学与病原生物学系，陕西 西安 710061)

生物信息学是在生物学和数学、计算机科学等学科基础上发展起来的一门交叉学科，研究生物信息的采集、处理、存储、传布、分析和解释等各个方面，通过综合数学、计算机科学与工程和生物学的工具与技术而揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。作为一个交叉学科领域而荟萃了数学、统计学、计算机科学和分子生物学的科学家，目标就是要发展和利用先进的计算技术解决生物学难题[1]。目前，在分子水平，生物学和医学相关研究的数据发展迅速，而研究手段的不同，深远的影响着研究中的思维方式、思维习惯和思维能力，生物信息学和生物学其它学科一样，就是探索生命的奥秘，揭示各种生命活动的固有规律，但又不同于传统的医学及生物学研究手段，通过数据库、计算软件和计算机网络等的各方面的技术，可以帮助研究者从大量不连贯的医学及生物学实验数据中发现蕴含的信息，已经广泛的应用于医学研究的各个领域中。

目前，生物信息学已经成为许多综合性大学的核心课程，西安交通大学也不例外，对医学本科生、医学八年制及研究生都开设了这门课程[2]，由于生物信息学是一门发展中的学科, 它的理论及内容尚在不断完善与更新中, 教学模式也在不断探索之中。生物信息学不仅具有很强的理论性，而且具有很强的实践性，需要学生从多视角、多学科、多领域思考问题，有助于培养学生的创新能力。在上课的过程中，笔者对这门课程的教学及学习也有了一些深层次的认识。

对于医学本科生，生物信息学课程的授课内容分为理论基础学习和上机实习操作两部分，二者课时比例为1∶1，课程设置比较合理。但是在上课过程中，发现在教与学方面均存在一些问题。在教学内容、师资力量、教学模式和方法、跨学科合作、教学实践实施情况等方面都存在着诸多不足，仍需进一步改进。

1 教学过程中存在的问题

首先学生对理论课学习的兴趣不足，表现在上理论课的时候在对教师提出问题反应能力差，只能被动的接收知识，不能积极主动地参与到学习中，无论教师在课堂上讲的无论多么精彩与辛苦，教学效果还是不太好，很多学生觉得作为医科学生，将来成为程序员的可能性极小，学这些理论知识没有什么必要。

其次，学生对实践课的上机实习内容认识也不深刻，作者所在校本科生的该门课程在大二的下半学期开设，因为学生尚未进入临床学习，对于临床疾病及相关疾病基因不甚了解，所以在上机实习过程中，虽然都能够完成教师规定的实践内容，但是认识不深刻，学习热情不高，也体会不到学习这门课程的必要性和重要性。

另外，上机学习过程过度依赖网络，在上课的过程中，一旦发生网络中断或者网速异常，往往会影响到实习效果，甚至累及随后的教学进度。并且由于生物信息学本身始终处于学术前沿，研究方法和工具软件的知识发展迅猛，日新月异，导致教材内容、任课教师的知识体系的更新与相关领域的发展现状不同步，不能及时的将新知识、新成果作为教学内容的一部分传递给学生。

鉴于存在以上的问题，有必要针对性的进行一些教学改革，提高生物信息学的教学质量。

2 教学改革措施

从解决问题的角度出发进行理论教学。在理论课教学中，如果仍沿用传统的灌输式教学模式,肯定达不到预期的教学效果，对于生物信息学课程本身涉及到的一些数学模型和编程算法,应简略讲授,因为这些牵涉到深奥的计算机和数理功底,而这也是大多医学本科生所不具备的。同时简要学习生物信息学的原理，着重掌握利用计算机对各种资源(如数据库)的检索，使用方法与技巧，从而真正做到学有所用。从能解决问题的角度出发进行理论教学工作，对于医学相关专业的学生，更倾向于借助于生物信息学手段来解决生命科学和临床工作中发现的问题，教师可以通过将授课内容与教学与临床及科研相联系，让学生更清楚地了解如何运用生物信息学解决临床及科研中存在的实际问题，进而提高学习的主动性、激发他们学习的兴趣，从被动的知识接受者转变为积极的信息探索者，改善教学效果。同时应改变以往传统教学模式, 丰富教学手段,对于一些操作性强的内容(如数据库) 或生物信息分析工具的讲解时,教师边讲解边操作, 充分发挥课堂教学的生动性、直观性,加深学生对知识的理解, 使教学形式变的多样化，调动学生的学习热情。

上机实习注重发挥学生的主观能动性。生物信息学是一门实践性很强的课程，实习是教学的重要环节，它不但能够帮助学生更好地理解理论课所学知识，而且能够提高学生运用生物信息学的理论和方法解决实际问题的能力，对培养学生独立思考能力、观察能力、动手能力起着重要作用，更是培养学生创新能力的重要途径。在上机实习中，教师不要一步一步的教学生如何使用数据库、工具软件及进行结果分析等，强调教师的主导地位这种教学方式使学生不能深入的独立思考，造成勤奋教师造就了懒学生的现象，这种单向性的知识传递，扼杀了学生的学习探索欲望和创造性思维。建议教师在上机实习前，提前向学生发布上机实习所需要数据库、网站、软件及如何使用这些资源的PPT、视频等，并以具有代表性的生物信息学和医学研究结合的文章为案例，提出学生上机时需要解决的实际问题，使得上机实习既具有一定的趣味性，又具有一定的难度，使学生有解决问题的兴趣，积极发挥他们的主观能动性来学习。目前作者所在单位的实习课共安排了中英文文献查询、核酸及蛋白质数据库查询、序列比对、引物设计、蛋白质序列分析及结构预测等方面的内容，要求学生从查询文献开始，确定自己的研究对象，找一个感兴趣的疾病相关基因，从而在每节课中完成相应的实习内容，最终形成一个完整的实验报告，作为考试的一部分内容。在教学实践中，对部分班级进行了一定的改革，上实习课前就将教学内容及要求以邮件形式发给学生，让学生独立完成教学内容，将结果及遇到的问题以邮件方式反馈给教师，教师对学生遇到的共性问题在上课过程中针对性的讲解，正如“授之以鱼，不如授之以渔”，避免了实习教学理论化，使得教学课堂气氛活跃，提高了学生的学习兴趣，也调动学生的学习热情，有必要近一步进行探索完善这样的教学方式。

关注学科发展动态，及时更新并丰富教学内容。在新知识学习方面，由于信息技术产生了海量的复杂数据，使生物信息学的研究方法和工具软件的更新速度非常快，远远超过其他学科，最终导致即使是最新版的教材内容也与相关领域的发展现状不同步，应当从教师和学生两个方面进行改进。作为授课教师要紧跟本学科发展前沿，密切关注学科发展动态，及时更新并丰富教学内容，及时将新知识、新成果作为教学内容的一部分传递给学生，从而可以更好的指导学生。需要引导学生通过各种途径自觉的关注学科发展动态, 拓宽知识面。

构建合理的考察体系。考试是教学过程中的一个重要的环节，是检查学生对所学知识的掌握程度、应用所学知识的综合能力及衡量教师教学效果的主要形式，它可以督促学生全面系统地复习和巩固所学的知识和技能，是评定学生成绩的有效手段。合理的考核方式可以检验教学和学习效果，以及对如何改进教学和学习方式起到反馈作用。通过检验学生对知识的掌握程度、运用能力，也是促进学生学习的动力源泉，在一定程度上指引着学生努力的方向。在考核中注重考察学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力，构建了合理的考核评价体系, 理论考试占60分，实习成绩占40分，其中上机实习课成绩根据学生在上机实习上的表现以及所提交的实验报告为依据，主要关注学生对问题的分析和解决能力，这种考核方式既突出了实验考核的重点，又可以更客观的评价学生的理论知识学习。

3 结语

作为一门重要的且处于快速发展中的学科，生物信息学课程虽然在各个高等院校都已经开设，并根据所教授学生专业级层次不同，进行了各种卓有成效的教学探索和改革[3-4]，但仍存在着诸多不足，有待进一步完善。教学过程中必须要突出“学生是教学活动的主体”这一认识，教学中，教师要紧跟学科发展前沿，不断充实自己，更新自身理论知识，提高教学水平。丰富教学内容，使教学形式多样化，更新授课策略，结合本课程特点，使理论教学和实践教学完美融合,不断寻找最合适医学生的教学方法,完善课程体系, 提高该课程的教学质量，激发学生的学习积极性。重在培养学生自主获取知识的能力和在实践中解决问题的能力，从而满足我国目前该领域对人才的教育需要,培养出具有一定的实践操作能力和很强的创新能力的医学本科生。

参考文献：

[1]欧阳曙光,贺福初. 生物信息学:生物实验数据和计算技术结合的新领域[J]. 科学通报,1999,44(14)：1457-1468.

[2]寻 萌,陈艳炯,杨 娥，等. 《生物信息学》教学实践探讨[J]. 西北医学教育,2011,19(6)：1220-1223.

[3]刘 伟,孙志强,宫二玲,等. 生物信息学导论课程与进阶课程比较[J]. 电气电子教学学报,2013,35(6)：7-9.

[4]张乐平,冯红玲,宋茂海,等. 生物信息学教学与医科学生计算思维培养[J]. 计算机教育,2012(19)：12-16.