地方性院校生物信息学教学改革初探

叶建平　刘少龙

【摘要】生物信息学是一门应用广泛集夺门学科知识于一身的新兴学科。本文对生物信息学做了简单概念性介绍，探究了生物信息学在多种学科里的应用情况，最后我们针对目前生物信息学课程建设中存在的一些问题，从教学模式，教学内容和教学实践三个方面进行改革和探究，并对未来生物信息学课程建设的发展方向进行了初步探讨

【关键词】生物信息学；教学改革；地方性

21世纪是生物技术和信息技术的时代。生物信息学是一门由生物学、计算机学、信息管理学、应用数学以及统计学等多门学科相互交叉而形成的学科，利用计算机和互联网，以数据库为载体，运用数学知识和计算模型，研究生物信息数据的采集、处理、存储、检索与分析，进而揭示数据所蕴含的生物学意义。

一、生物信息学的应用现状

生物信息学可以应用在很多领域，如医学，基因组的研究等，同时也需要丰富的计算机知识，下面是Excel对生物信息学的应用。

（一）Excel函数和生物信息

（1）冗杂信息的去除

在大学课堂里大家都了解到基因的信息量是非常大的，就像一个巨大的图书馆，而里面的书就是我们需要的基因，这时我们就会对书本进行编号检索，这就遗传信息的编号一样。如果数据量小，可以用人工方式逐个复制登录号，但如果有几百个甚至数千条数据，逐个提取的方式显然行不通。在课堂中引入这一Excel函数后，学生对大批量处理此类数据的兴趣增加还能灵活地应用这一函数解决类似“难题”。

（2）GC含量的计算

核酸里的GC的含量是生物信息学分析的一个常用指标。利用在Excel中的几个函数，还可以达到同时计算多条序列GC含量的目的。比如LEN和SUBSTlTURE函数，在计算结果的过程中可提高学生处理数据的能力。

（3）基因芯片数据提取

在Excel中VLOOKUP查找函数可在特定表格里查找指定对象，并返回指定对象所在列的值。在信息量巨大的基因芯片中可以快速准确的找到目的基因，可大大减少数据整理的时间，提高工作效率。学生在处理基因芯片数据时，采用VLOOKUP函数可轻松实现芯片数据的提取。

（4）批量插入字符串和分离特定序列

基因数据整理过程中，我们对海量的信息数据进行命名就需要利用Excel函数进行统一命名。可以通过批量插入字符串的方式实现，常用的函数为REPLACE。

（二）组合数学和生物信息学

在生物信息中，序列比对是研究核酸或者蛋白质的符合序列的排列顺序的问题，主要是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性，从而可以推断序列间功能、结构或进化间的关系。

（三）基因组与生物信息学

基因组是研究基因的学科并获得大量相关数据，生物信息学是利用计算机和数学对生物学数据进行存储、管理、检索、分析和解释，来揭示生物学意义，所以两者是相辅相成的。

二、生物信息学教学改革

（一）生物信息学教学模式改革

（1）以知识为中心，探究教学为辅

生物信息学既有较深的理论性知识，又有较强的实验技能，它涉及多门学科的知识。因此教师要有针对性的教，在教学内容上做适当的调整，不同的内容采用不同的方法，比如理论概念性的就用讲解法，实验技能性的就可以让学生自行操作，以教学活动的真正对象知识定位为中心。生物信息学需要较广的知识面，学生的自学难度较大所以教师可以引导学生一边探究一边讲授。

（2）整合理论教学与实验教学，提高学生综合素质

在使用生物数据库的过程中提高学生处理生物信息的能力，开发序列比对软件增强学生使用生物信息处理软件的能力，在探究自学的过程中提高学生获取信息的能力。

（3）优化实验教学内容，发挥网络教学优势

生物信息学实验教学需要学生利用大量的数据并处理分析，提高学生应用理论知识解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。生物信息学主要是学习利用互联网、计算机和应用软件进行生物信息分析的基本理论和基本方法。

（二）生物信息学教学实践改革

（1）理论教学随时更新，与时俱进

在飞速发展的社会中知识更新也是飞快的，在教学工作中教师要掌握学科发展方向及时补充自己的知识体系，将最新的知识传授给学生。同时，也要激发学生的求知欲，让他们自觉拓宽知识面。

（2）利用多媒体网络教学，边学边练

多媒体教学理论教学突破了传统的粉笔和黑板的教学模式，结束了学生抽象地、艰难地接受教师填鸭式教学内容的窘境。教师在讲解重难点是可以直接连接到网络或打开相应软件演示给学生，让学生一目了然。比如，在给学生讲解蛋白质的抽象空间构想时，当堂使用了三维图像软件远比教师口述效果好，使学生轻松地、深刻地认识生物大分子。这样的教学方式简明扼要，节约了课堂时间，学生又容易理解掌握，教学效果明显。

（三）生物信息学教学内容改革

（1）电子图书阅读及中国期刊网要进行生物信息学方面的学习与研究，首先应该快速、有效地获得所需要的信息，拥有大量的信息之后，才能为进一步的学习与研究奠定基础。

（2）学习Linux操作系统和数据传输以及分析

计算机可以安装各种系统，其中Linux是我们要掌握的操作系统，在我们收集到数据后要传输数据再接下来需要对数据进行初步的统计分析，再对得出的数据进行线性拟合处理。SPSS软件是一个很好的数据分析软件，再借助origin的线性拟合对数据进行进一步的处理。在掌握操作系统和软件后可以应用统计方法对大量的观测数据进行整理、分析和研究。

（3）分子绘图和编辑

在收集数据或者涉及分子的三维结构分析是需要用图绘的形式展示，所以我们就要学会用计算机软件绘图，这里要掌握分辨率等相关概念，如输入分辨率、输出分辨率及显示分辨率，这些都决定文件的大小和质量。

（4）文字编辑及演示文稿

在信息分析、处理并根据处理的结果做出分子作图之后，就可以将所得的结果记录下来，可以以文档的形式也可以用演示文稿来展示你的成果。

三、结语

在经过论文分析及调查之后我们对生物信息学有了更深入的了解，实践证明，对生物信息学是求学过程中不可少的学科，但教学上的改革也是相当重要的。