《生物信息学》课程科研教学一体化模式的研究与实践

韩俊伟 李春权 王宏 徐良德 李霞

摘 要：生物信息学（bioinformatics）是一门新兴学科，由生物学、医学、计算机学、信息管理学、应用数学以及统计学等多门学科交叉所形成，它极大地推动了诸如生命科学、医学等相关学科的发展。随着新一代测序技术和计算机技术的进步， 生物信息学在许多领域取得了很大进步，如发现与识别人类疾病基因，研究基因与蛋白质的表达和功能，阐明疾病发生的遗传背景和分子机制，提出相应的复杂疾病的预防措施及开发新的治疗药物等。然而，在我国当前的《生物信息学》课程的教学中，仍然存在教学内容较为落后、教学方法相对单一、科研成果转化教学有待深化等问题。该文提出《生物信息学》课程科研教学一体化教学模式，期望通过该模式完善教学内容，改进教学方法，有效融合教学与科研，进而提高教学质量，增强学生应用理论知识解决实际生物学问题的能力。

关键词：生物信息学 改进教学 内容与方法 科研与教学 融合

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0151-02

随着新一代测序技术和计算机技术的进步，与疾病相关的人类DNA序列和蛋白质结构数据呈指数增长。面对新一代测序技术所产生的庞大的生物学分子序列数据， 生物信息学的重要性愈加突出，这必然会为生命科学和医学的发展带来变革。当前，国内外对这方面人才的需求激增。在我国， 不少科研院所和生物技术产业界正缺乏这类人才，与发达国家相比，具有不小的差距。我国科研机构和高等院校，尤其是传统的生物研究机构，通过各种形式的教学，系统地培养新的复合型研究人才，成了当务之急。国内综合性大学以及医科大学都相继开设了《生物信息学》课程，并在不断地创新和改革教学内容与方法。然而，目前教学中，还存在内容相对落后、方法有待提高、科研成果转化教学有待深化等问题。

1 当前研究现状分析

1.1 教学内容相对落后

目前，《生物信息学》课程的教学内容严重落后于生物信息学科的发展。随着生物学实验技术的高速发展，产生了大量可应用的生物学数据，并激发了科研人员从事生物信息学研究的热情，产生了大量生物信息学新技术、新方法。然而该课程的教学内容更新过于迟缓，仍然以传统的理论知识为基础，内容只有陈旧机器学习方法和简单相关软件的应用。可想而知，其中涵盖的知识点是十分少的，这必然会限制学生的发展，大大不利于其对生物信息知识的运用，从而制约了《生物信息学》教学的发展和进步。

1.2 教学方法有待提高

目前，《生物信息学》课程的教学仍然遵循传统方法，以教师和教材为中心，丝毫不重视对学生科研创新性思维能力和素质的培养。相对于该学科的复杂性来说，学生对具体分析方法的认识和理解严重不足。虽然现有课程也有少量科研实践内容，但课时太少，内容简单，无系统化和完整性可言。

1.3 科研成果转化教学有待深化

随着科学技术的高速发展，生物信息学在发现与识别人类疾病基因，研究基因与蛋白质的表达和功能，阐明疾病发生的遗传背景和分子机制等方面取得了巨大的科研成果。如何将这些科研成果转化到教学中仍然是《生物信息学》教学所面临的一项挑战。目前，《生物信息学》课程的教学内容与科研应用内容严重脱节，缺乏理论教学与科研实践的有效整合，导致学生不能讲所学理论知识快速应用于科研实践。

因此，在《生物信息学》课程教学中，全面实施科学研究性教学，及时进行知识更新，了解前沿动态，掌握新方法，保持内容的先进性，激发学生学习的积极性与创新思维至关重要。

2 科研教学一体化模式的方法与实践

当前我国高校的人才培养模式已转变为培养学生创新思维能力为主。因此，《生物信息学》科研教学一体化模式应该考虑以下内容：如何将科研成果融入到教学实践中，及时补充更新教学内容，实现基础与前沿、传统与现代的衔接，实现教学内容与现代科技的同步发展，从而提高学生理论和科研实践应用相结合的能力。

2.1 科研成果与教学内容密切结合

教师在开展生物信息学教学时，首先，不仅要紧跟学科发展方向，随时对知识体系进行补充和完善，还要通过了解国际前沿动态，掌握新方法、新工具，来帮助学生确定研究课题，明确研究方案，简化数据分析，缩短研究时间，加强分析深度，从而达到提高研究的可靠性和成功率的目的。还可以避免学生少走弯路，重复前人研究。其次，要及时调整教学内容，将新知识传授给学生。同时，也要在教学中激发学生的科研兴趣，鼓励学生通过各种途径自觉地关注生物信息学发展动态，拓宽自己的知识面。最后，要改变传统的以教材为中心的生物信息学教学模式，将科研成果穿插于主线内容介绍中，及时补充更新教学内容，实现基础与前沿、传统与现代的衔接，使教学内容与现代科技同步发展。

在课程教学中，除了生物学基础知识、算法等内容外，还需要增加阅读最新文献、加强教师与学生互动、复现最新科研案例等内容。同时，教师将与教学内容相关的科研实践问题贯穿于主要教学内容中，并围绕科研实践布置作业和安排考核。通过不断的科研案例分析与实践，将基本能力的培养贯穿于课堂教学中，并在授课对象的课程研究实践报告中加以集中体现。学生更容易对应用性强的内容产生兴趣，这将十分有助于学生创新思维能力和科研实践能力的培养。

2.2 科研成果应用到教学实践

哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院成立于2003年，是国内最早开设《生物信息学》课程的单位之一。自我院成立来，在校领导和院领导带领下，我院在科研方面取得了长足的进步，在国际SCI检索的多个杂志发表高水平文章，如《bioinformatics》《Nucleic Acids Res》《plos one》《BMC bioinformatics》《BMC system biology》《Briefing in bioinformatics》《Genomics》《Gene》、《FEBS letter》等，取得了国内外的一致好评。这些科研成果为生物信息学科研转化教学提供了大量科研案例。本课程主要由我院骨干教师承担，每位教师都有自己的科研成果。教师将自身的科研工作经验和科研成果按照提出问题、选题、数据、方法、结果解释给学生讲解，指导学生自己实践，加强学生的能动性，培养学生积极性，进而提高学生的创新思维能力。通过这种教学方法，使学生熟练掌握应用互联网、计算机和应用软件对生物学数据进行分析与实践：如让学生牢掌握借助搜索工具查找核算数据库的方法，利用序列比对软件对基因序列相似性进行比较，预测蛋白质结构和功能信息，识别复杂疾病相关基因及通路等相关问题。

因此，在《生物信息学》课程教学中，随时进行知识更新，掌握最新的前沿動态，保持教学内容的先进性与科学性，实现科研教学一体化模式在《生物信息学》课程改革中至关重要。通过科研教学一体化模式的教学方法，提高学生学习的积极性和主动性，培养和提高学生的创新意识和能力，为今后走向工作岗位打下坚实的基础。

参考文献

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