医学院校生物信息学教学的探究

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  摘 要:生物信息学是一门由生物学、数学、计算机科学等多学科交叉融合而成的新兴学科,它的出现极大地促进了生命科学及相关学科的发展,已成为生命科学研究者强有力的辅助工具之一。近年来,各医学院校逐步认识到生物信息学的重要性,纷纷在生物学、医学等相关专业开设了生物信息学课程,并在课程中安排了一定课时的实践课。本文就为什么要在医学院校开设生物信息学课程以及如何开展好生物信息学教学做了探究。
  关键词:医学院校;生物信息学;教学;探究
  生物信息学实践课教学主要是培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力,提高学生应用理论知识解决实际问题的能力。当前,生物信息学教学还处于起步阶段,对于生物信息学实践课还没有完善的教学模式和有效的教学方法,如何在医学院校进行生物信息学实践课教学还有待进一步探索。
  一、生物信息学实践课开设的重要性
  生物信息学本身是一门实用性很强的学科,理论和实践密不可分。对于医学院校的学生来说,其学习生物信息学的主要目的并不是开发新的数据库和发展新的生物数据分析方法,而是如何在现有生物信息学数据库中找到他们想要的数据,并利用现有的生物信息学软件或算法处理这些数据。例如:确定基因组序列中的启动子、内含子、外显子的位置,查找蛋白质的序列、结构和功能等;计算蛋白质序列的分子量和等电点,为扩增特定的片段而设计引物,对特定物种进行系统发育分析等。要达到这一目的,除了让他们掌握生物信息学的基本理论与方法、数据库和软件的原理外,更重要的是让他们亲身去实践,在实践课上对所学的理论进行验证、对数据库和软件的使用加以熟悉。如果没有实践课作为理论学习的巩固和提高,那么理论课上学习的知识和技能将很难应用到他们今后的工作、科研中,也就失去了开设这门课程的意义。
  二、生物信息学实践教学存在的问题
  1.缺乏实践课教材。目前,还没有专门针对医学院校学生的生物信息学实践课教材。而国内各大高校使用的生物信息学教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本,这些教材一般内容宽泛,需要学生具有较高的相关基础知识,并且偏重介绍生物信息学的理论和方法,对实践环节的指导较少,将其进行取舍作为理论课教材尚可,还不能完全作为实践课的教材。
  2.缺乏有效的教学方法。很多院校开设生物信息学实践课仅是以验证理论课所讲授的内容为目的,缺乏针对学生特点的教学设计,讲授内容单调,常采用手把手的教学方法,忽视了对学生分析问题、解决问题能力的培养。
  3.学生实践课学习基础存在差异。生物信息学实践课的授课内容需要学生使用计算机在网络环境下完成,这需要学生具有较强的计算机操作技能和网络运用能力。由于学生的学习背景和个人对计算机的爱好不同,造成了他们在计算机的操作技能和网络使用能力上存在较大的差异。对计算机和网络的熟悉程度在一定程度上影响了他们对实践课的学习。例如:很多生物信息学软件需要使用DOS环境,需要输入特定的命令才能进行相应的操作(如多序列比对软件MUSCLE),熟悉DOS的学生能够比较容易完成实践课任务,而没接触过DOS的学生却需要先学习相应的知识,才能进行后续的操作。另外,常用的数据库和软件基本上都是英文版本,这需要学生具有一定的英文素养,学生英文水平的差异也会影响他们对实践课学习的效果。
  三、实践教学方法探讨
  1.精选授课内容,重视常用数据库和常用软件的使用。实践课在课时安排上通常不会很多,而生物信息学却涉及很多方面的内容,在课时少的情况下,很难对各个内容均安排实践课,这就需要对实践课的授课内容进行精心挑选,在有限的课时中让学生学到最有用的生物数据的获取和分析技能。在内容选择上,应着重考虑常用数据库和软件的使用。数据库方面,如核酸序列数据库GeneBank、参考序列数据库Refseq、蛋白质数据库PDB、结构域数据库Pfam、人类孟德尔遗传学数据库OMIM等。常用软件方面,如双序列LCX,t软件Blast、多序列比对软件Clustal、分子进化与系统分析软件MEGA、基组序列分析软件DNAStar等,这些内容应该优先加以考虑。
  2.巩固理论知识,实践课开课时间跟理论课紧密衔接。德国心理学家艾宾浩斯(Ebbinghaus H)研究发现,人体大脑对新事物遗忘符合这样一个规律:最初阶段遗忘的速度很快,后来会逐渐减慢。因此,不要将生物信息学理论课和实践课的授课时间分开太久,应该在理论课讲授完成后,尽早安排相应的实践课,以达到巩固提高的目的。
  3.提倡互助协作,分组完成任务。学生对计算机、网络和英文的运用能力存在差异。考虑学生能力的差别,兼顾自愿的原则,将学生进行分组,让他们在组内互相讨论、互相帮助,取长补短,协作完成实践课的学习任务。对学生进行分组,不仅能够提高学生的学习效果,而且能够减少教师的说教次数,从而减轻教师的教学压力。
  总之,生物信息学还是一门比较年轻的学科,其实践课教學还没有成熟的理论和方法,这需要教师借鉴先进的教学理念和教学方法,并与教学实践相结合,建立符合生物信息学特点的教学理论和方法,从而提高教学质量,达到理想的教学效果。
  参考文献:
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