主题式生物信息学教学理论和实践初索

安娟 刘芳 魏晓星 李耀东 顾存林

摘要：生物信息学（Bioinformatics）是生命科学的研究中。我们本着教学和科研共促进的宗旨，融合分子生物学、医学统计学和计算机信息技术，充分结合网络环境，将理论授课和上机实践有机结合，通过课前问卷调查分析，依据调查结果制定教学方案并加以实施，然后进行课后分析，以完善医学生物信息学教学模式，为生物信息学在全校开展和生物信息学教学的进一步研究奠定了一定的基础。

关键词：生物信息学；教学研究；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0155-02

一、引言

生物信息学是利用计算机对生物信息进行储存、检索和分析的交叉学科[1]。涉及对生物大分子序列数据的进行整理、储存、分析、加工；医院信息化及电子病历数据的分析和挖掘；以及分子生物学实验的信息处理[2-3]。因此，对医学专业的学生而言，具备一定程度的理解和应用能力是十分必要的。在我国，许多医学院校陆续将生物信息学设置为基础课程或选修课[4]，而生物信息学在本校尚处于起步和探索阶段。因此，结合科研中的一些切身体会，学习我国医学院校开展生物信息学课程的模式，联合本校计算机专业及医学统计学教师，共同建立出一套合理实用的医学生物信息学的课程，并加以实施和开展理论及实验教学，并对实施效果加以评价[5-6]。

二、课实施情况分析

1.课前问卷调查：为了了解广大学生对生物信息学这门课程的需求，2016年12月，我们开展课前问卷调查，内容涉及：对本课程的认识程度、学习的兴趣度等，覆盖全校7个专业的560名同学，包括临床医学、预防医学、药学、中药学、医学影像、康复医学、医学检验、中西医结合专业。结果发现，对本学科的认识程度方面：84.8%的同学表示对生物信息学不了解，12.3%的同学表示了解一些，17.9%的同学表示曾经学过一点；感兴趣程度方面：57.2%的同学对本课程感兴趣（特别感兴趣的占23.7%，一般感兴趣的占33.5%，不太感兴趣的占42.8%）；同学对该学科的学习需求程度方面，65.2%的同学表示愿意选择学习，22.3%的同学表示需求度一般，12.5%表示不会选学。

2.综合教学模式的构建。（1）多学科教学内容的整合和优化。针对同学们的需求，我们在2017年3月设计了40学时的理论及实验课，本着教学以学生为主体的基本原则，针对学生的专业背景，整合分子生物学、医学统计学和计算机信息的教学资源，優化出一套适当的生物信息学教学内容，将理论教学与上机实践有机结合，侧重将统计学思维融入解决生物医学问题的教学模式。同时，针对教师的多元化专业背景，强调教学与科研共促进，通过科研时刻关注，追踪学科前沿，将最新的研究成果展示给学生，丰富教学内容。依据学科设计了三个方向：生物学和医学相关专业学生：侧重于借助生物信息学手段来解决生命科学和医学问题。药学专业学生：侧重于生物信息学应用与大分子结构和药物设计方面。公共卫生及生物统计专业学生：侧重于关注统计和生物信息学的应用方面，注重理论与实践的密切结合，将统计学思维融入解决实际的生物医学问题。（2）教学过程实施。按照“以学生为中心”的教学理念简要学习生物信息学的原理，着重掌握利用计算机的各种资源。我们设了理论学时10学时、实验学时30学时的教学内容。并应用PBL临床医学教学模式的基础，结合生物信息学在医学领域的特点，在具体实施过程中将进行“分组启发讨论式”教学模式。确立每节课教学目标：由教师引导，学生所感兴趣的内容；分组上机分析数据：将学生随机分组，以组为单位去检索相关基因和蛋白数据库。如何使用检索工具、哪些数据库需要检索、哪些指标可以限定、哪些地方不可以忽略等方面，教师给予提示和帮助；集中讨论：由小组成员围绕指定的问题，陈述检索过程、结果，并就检索过程中存在的问题及技巧进行共同讨论，最后由指导教师就检索结果进行点评和总结；作业设计：依据本节课的内容和操作方法，布置作业，巩固内容和操作方法。

3.课后教学效果评价。我们进行了两种评价体系相结合的模式分析教学效果。学生评价：根据学生对每个指标的完成过程和指标完成情况分析发现，所有小组均能有效地完成任务，并从中掌握基本的操作方法，80%的同学均达到优秀。其次，对学生进行了无记名问卷调查，调查内容包括对教学的兴趣、对学习效果的满意度、对能力获得的认可度三方面。通过问卷调查分析教学效果，通过对三个专业的65份调查表进行分析发现，87.5%的同学认为学懂了，65%的同学表示兴趣浓厚，45%的同学表示接受PBL的教学模式，95%的同学表示喜欢上机实验课。98%的同学表示学习效果满意。教师评价：首先，利用教学效果评价表权重定量评价，包括教学设计、教学过程、课堂实施情况等，最后对教学任务的整体分析与讨论进行综合评判，依据教学效果评价体系，发现本次教学效果良好。

三、讨论

在生物信息学教学实践过程中，首先，我们开展一次学科交叉、共融的创新课程的尝试和探索，最终目的是使生物信息学能满足现代医疗和医学研究发展的需要，为培养高素质新型医学人才做出新的尝试。其次，本着以“学生为中心”的理念进行，设计大量实践操作，并结合临床和疾病问题，同时结合课题组成员的科研研究项目进行实际科学问题的解决，是一次教学和科研相结合的立体教学模式[7-8]。通过构建开放式实践教学平台，建设实践教学基地方式尽可能强化实践操作训练[9]。再次，教学小团队的建设，师资力量的整合，形成以课程为中心的教学团队，通过对不同教学内容的补充和完善，对授课教师的素质提出了更高要求。同时采用了PBL及分组讨论教学模式进行教学尝试，从而，一定程度上促进了教师素质的提高。

但是，在生物信息学教学实践过程中发现，理论教学由于涉及系统生物学、分子生物学、基因组学、统计学和计算机算法等多方面的内容，医学学生接受能力相对差，在教学过程中不可能全面展开，因此，我们尽可能地将内容编排得生动、浅显，从而提高了学生的学习兴趣和信心。由于生物信息学具有操作性强、生动有趣、结合网络等特点，再加上同学们对大数据的好奇，受到了同学的喜欢，达到了主动学习的目的。然而，不足之处在于，由于课时少，学生实际掌握技能有限。因此，在今后需要进一步改进和提高。

参考文献：

[1]谭银玲，李晓辉.在药学专业课程中设置生物信息学的重要性[J].四川生理科学杂志，2002，15（3）：1483-1484.

[2]郭丽，赵杨，柏建岭，等.医学院校生物统计学专业生物信息学教学探索[J].南京医科大学学报：社会科学版，2013，13（5）：457-460.

[3]胡炯宇，张东霞，韩健.医学生物信息学人才培养的理论探讨[J].西北医学教育，2016，24（1）：32-34.

[4]倪青山，胡福泉，饶贤才，等.医学院校生物信息学实践教学初探[J].基础医学教育，2011，13（6）：538-540.

[5]王文锐，杨清玲，梁猛，席珺，陈昌杰.医学院校生物科学与生物技术专业生物信息学教学探索与改革[J].教育教学论坛，2017，（26）：145-146.

[6]赵屹，谷瑞升，杜生明.生物信息学研究现状及发展趋势[J].医学信息学杂志，2012，33（05）：2-6.

[7]钱叶雄，朱国萍，聂刘旺，等.生物信息学课程“教、学、研”一体化创新教学模式探讨[J].安徽农业科学，2013，41（6）：2812-2813.

[8]赵小蕾，修良昌，覃继恒，等.浅谈医学院校生物信息学课程教学改革与实践[J].科技创新导报，2016，13（10）：142-143.

[9]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.