农学类专业《生物信息学》课程教学改革探讨

穆平　王春华

摘 要：《生物信息学》作为采用数学和计算机技术研究生命科学中各种生物信息采集、储存、传递、检索、分析和解读等的一门学科，是现代生命科学与信息学、计算机科学和数学等学科相互渗透和高度交叉形成的新兴边缘学科。在《生物信息学》教学过程中，应及时向学生讲授生物信息学的新进展和国内外生物信息学的最新发展动态。该文从生物信息学的教学内容、教学方法等方面对生物信息学教学改革进行了探讨。

关键词：生物信息；基因组；教学方法

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）20-124-02

生物信息学是在生物学相关信息量的革命性爆炸背景下发展起来的综合运用生物学、数学、物理学、信息科学以及计算机科学等诸多学科的理论方法的一门崭新的交叉学科。它以计算机为工具，利用各种由数学和统计学建立的算法和模型，对生物学数据进行检索、处理和分析来阐明大量生物数据所包含的生物学意义。具体而言，生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头，找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区，阐明非编码区的信息实质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语文规律；同时归纳整理与基因组遗传语文信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱数据，从而认识生物代谢、发育、分化、进化的规律。通过对基因信息和蛋白质结构等规律的认识，发展相应的算法和软件，进行分子药物设计以及药物基因组研究。

作为一门正在迅速发展的学科，生物信息学参透到了生命科学的各个领域。同时，随着生命科学的研究的深入，将会有更多的相关学科融入到生物信息学中去，使其成为一门集众多学科而成的交叉学科。随着生物信息学的快速发展，我国许多高校和研究机构都设立了生物信息学专业，开展生物信息学的科研和人才培养工作。因此，在《生物信息学》教学过程中，应及时向学生讲授生物信息学的新进展和国内外生物信息学发展动态，以促进农学类专业学生的专业学习和科研工作。

1 根据专业需求调整教学目标

教学目标主要有以下几点：使学生掌握如何挖掘因特网生物资源，并运用到自己的学习和科研中去；建立并管理生物文献，学会有效阅读科技论文，并能对某一课题进行综述写作；掌握重要的生物大分子数据库的文件格式和检索方法，掌握生物信息学分析的基本工具使用方法。

2 不断丰富教学内容

生物信息学的教学内容主要包括生物信息学的内涵，生物信息数据库及其查询，序列比对，数据库搜索，核酸和蛋白质结构与功能的预测分析，基因组信息等，分子进化、分子药物设计等内容。我校已经建立了较为完善的多媒体课件和内容全面的讲稿，教案等教学基本材料。课堂教学以多媒体教学为主，上机实验要求学生熟悉常用的生物信息数据库，熟练掌握数据库查询，数据库搜索等基本功能。并且掌握利用生物信息学工具分析实验结果的能力。

2.1 根据学科发展不断丰富教学内容 由于生物信息学是一门不断发展的学科，国内各个学校开设课程的内容有较大差别。在了解其他学校教学内容的基础上，结合我校专业特点重点加强以下几个方面内容的教学：（1）生物信息学资源方面，针对农学类专业学生特点，在生物信息数据库及其查询部分加强基因组数据库、禾本科数据库（Gramene、MaizeGDB）等数据库的学习。（2）对于数据库查询部分，重点培养学生实际操作能力。序列比对和数据库搜索部分要求学生掌握双序列比对和多序列比对的原理以及对比对结果的解释的能力，核酸、蛋白质结构和功能预测、基因组分析、分子进化、分子药物设计等内容重点要求学生掌握一些重要软件的应用能力。

2.2 根据学生需要及时调整教学内容 由于生物信息学发展日新月异，教学内容也要及时更新。因此，每上完一个年级的课程要做好以下2个方面的工作。一是根据生物信息学的发展，及时更新教学内容。比如，在生物信息学数据库、生物信息学软件的应用等方面，做到每学期更新一次，在生物信息学基本理论、算法方面，及时掌握最新研究进展，及时向学生介绍这方面的最新动向。二是课程结束后，及时向学生征求意见，根据学生反馈意见不断改进教学内容和教学方法。

3 不断完善教学方法

生物信息学课堂教学的主要任务是使学生理解生物信息学的基本原理、方法和生物信息学的分析方法。课堂教学主要采用多媒体授课，几年来笔者根据课程改革要求，不断调整教学内容，自制了多媒体课件。在生物信息学基本知识、基本理论的教学过程中，通过高质量的多媒体课件演示，使学生对生物信息学知识有了比较形象的了解，增加了学生的学习兴趣。在生物信息学资源、生物信息数据库教学方面，充分利用网络资源和互联网上的分析工具和资源，通过课堂演示和学生上机实验相结合，增强了学生自主获取知识的能力。

3.1 理论教学与实验教学相结合 由于生物信息学是一门集数学、计算机、分子生物学等学科的交叉学科，对于农学类专业的学生，其主要任务是理解生物信息学中的数学原理，应用于解决生物学实验过程中的数据处理、信息分析、功能预测等任务。实验教学主要是利用计算机和网络资源，培养学生利用生物信息学资源和常用软件进行生物信息分析的能力。要求学生通过上机实习，掌握常用的数据库查询、数据库搜索的能力，熟练掌握网上进行核酸和蛋白质序列比队的方法和对比对结果的分析的能力。基本掌握了常用的聚类分析、基因组分析、QTL作图等常用分子生物学软件的能力。

3.2 课程学习与科研训练相结合 在教学过程中，注重把课程内容与学生的实际相结合，增强学生利用生物信息学知识解决实际问题的能力，在课程进程中有意识把生物信息资源和数据库这部分内容与学生的科研训练和课程论文写作联系起来，指导学生如何查询与自己科研训练内容相关的文献、国内外研究进展等内容，做到课程学习促进科研训练和课程论文写作，增强学生利用网络资源解决实际问题的能力。

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（责编：张宏民）