PBL教学法在硕士研究生生物信息学教学中的应用

吴风瑞，陈德宇，姜双林，李文雍

（阜阳师范学院 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037）

PBL教学法在硕士研究生生物信息学教学中的应用

吴风瑞，陈德宇，姜双林，李文雍

（阜阳师范学院 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037）

生物信息学是21世纪发展较为迅速的一门重要学科，也是多数学校硕士研究生必修课。笔者根据所在学校特点，尝试在硕士生生物信息学教学实践中引入PBL教学法，旨在提高该门课程的教学效果，并为生物信息学教学人员提供参考。

生物信息学；PBL教学法；硕士研究生

生物信息学是21世纪发展最为迅速的新兴学科之一，涉及核酸信息的获取、处理、分析和注释，以及蛋白质的序列、结构、功能和互作网络构建等方面[1]，在以植物、动物和微生物为研究对象的生命科学领域应用日渐广泛。因而，对生物学专业学生来说，学习生物信息学的重要性显而易见，这门课程也成为生物学专业硕士研究生的必修课[2]。为了提高生物信息学教学效果和质量，许多高校都在对现有的课程体系和教学模式进行不断的探索和改进[3-5]。笔者针对硕士研究生生物信息学教学过程中所遇到的实际问题，将PBL教学法引入教学过程中，获得了较好的教学效果。

1 我校硕士生生物信息学教学中面临问题

1.1 学生专业背景差异明显

学习生物信息学，要求学生具有良好的生物学专业英语、分子生物学、统计学和计算机专业知识。我校自招收硕士研究生以来，部分通过调剂方式进入我校的学生属非生物学专业背景，水平参差不齐，这使得教学难度增大，也是影响教学效果的最主要问题。

1.2 教学方式方法较为单一

随着多媒体的普及，大多数高校都采用电子课件的形式进行教学，这种教学方式虽然能直观的显示，但这种单一的教学模式也容易导致学生反应速度变慢，印象不深刻。此外，缺少生物信息学专任教师，现有任课教师在课堂上讲授的内容大多都是自己研究领域的内容，不能很好的兼顾各专业学生，学生学习后也不能很好地将所学知识应用到自己的专业领域。

1.3 大纲落后且课时数设置不足

我校现行的硕士研究生生物信息学教学大纲为3年前修订，讲授内容稍显落后。即便如此，该课程只有理论课28课时，实践课8课时，课时数偏少，能讲授的内容不能太多，大多数内容只能浮光掠影，无法深入讲解。

我校研究生教育尚属起步阶段，专业课程的设置与教学模式都处于探索与尝试之中。生物信息学这门学科发展迅速，知识更新快且又是交叉学科，如果采用传统的“教师讲，学生听”方式来进行这门课程的教学，收效必然甚微，因而教学方式亟待改革。

2 PBL教学法及其推广的重要性

最早起源于20世纪50年代的医学教育过程中的 PBL（problem-based learning）教学法，强调以学生主动学习为主[6,7]。PBL教学法以问题为学习起点，引入小组合作学习和自主学习，发挥团队协作的力量来解决问题，而教师在整个过程中所扮演的角色仅是指导认知学习技巧的教练，这样学生对该部分知识的理解和记忆更加深刻，目前已被国内外很多高校所采用[8,9]。由于这种基于问题的教学模式，能充分调动学习学习的积极性，特别是在地方省属高校推行这一教学方式具有更为重要的意义，因而我们也有必要在生物信息学这一新兴学科的教学过程中尝试运用PBL教学方式。

3 PBL教学法在生物信息学教学中的运用实例与探索

随着高通量测序的大数据时代的到来，普通转录组或single-cell RNA sequencing和动植物基因组de novo测序等成为当今科研领域的热点[10,11]。这类数据的统计分析都需借助大型服务器，在Linux系统下通过Perl语言和R语言编程等来实现[12]，在短时间内让学生掌握并学会运用的可能性不大，因而有必要在课堂上讲授并让学生学会解读转录组或基因组测序报告。若采用传统的教学方式，学生只会被动的接受，无法完整地理解报告背后深层次含义，而PBL教学法在实施过程中，学生变被动为主动，教学效果得到有效提升。下面我们以解读普通转录组与单细胞转录组报告为例，运用PBL教学法来实现这一目标，其基本思路如图1所示。

图1 PBL教学法在生物信息学教学中运用的基本思路

3.1 教师提出问题，课前设疑

在实行PBL教学前，教师先对转录组进行简要介绍，包括进行单细胞与普通转录组测序的意义、流程及其在科学研究中的应用，让学生对该部分内容在一定程度上有所了解，并让学生课后阅读近期在生物学知名期刊上发表的有关转录组测序的文章。随后与其他教师商讨后提出并设置问题，如：转录组报告包含哪些内容，每部分的结果是通过何种方式呈现的，意义又是什么？特别是单细胞转录组与普通转录组的差异在哪里。虽然目前国内有多家生物公司进行高通量测序，所出具的报告样式不同，但所包含的内容几乎是一致的，这样可以让学生从多个角度入手来解决这一问题。另外，可以结合利用该技术解决某一个基础的生物学问题的研究性论文，先提出本应在教师总结阶段需要解决的问题，让学生产生疑问，但并不作答。此方式可以有效提高学生对未知结果的兴趣，同时也可以使整个教学过程前后呼应，从而将多个课时融为整体。这一环节不仅让学生对本部分知识有所了解，也为下一环节的实施奠定基础。

3.2 学生查找资料和分组讨论

针对我校生物学专业硕士研究生特点，5名同学分为一组，共3组，每组都有一名本科阶段为生物学专业的学生并由他任小组长，分配不同任务，这样不仅能发挥组内各成员的特长，也能让各组更好地理解和查找资料。教学内容主要由“测序数据质控、比对和统计”、“基因表达定量、聚类分析和样本相关性分析”、“差异基因分析”和“基因功能分析”等四部分组成，着重比较单细胞转录组与普通转录组之间的差异。学生可以通过百度等搜索引擎、各生物公司主页和相关文献去查找每一部分内容，并找到每部分内容都是通过哪种语言去实现，具有怎样的生物学意义。此后定期安排学生集中讨论，一是对汇报资料查询进度，二是对资料查询过程中所遇到的问题进行互相交流，教师只是在此过程中对疑难问题作出提示和建议。相对传统的教学方式，让学生角色发生转变，真正成为课程教学中的“主人翁”。

3.3 集中讨论与总结

在分组讨论完成后，学生在查询资料阶段遇到的问题得以解决，此时可进行集中汇报。让学生对任务期间所做工作、获得的结果进行汇报，教师加以点评，并对各部分加以简要的讲解，纠正学生在资料查询和分组讨论阶段对所学内容的错误理解，这样不仅能使学生对课程内容的理解更加透彻，也使教师在此过程中学到新的知识，使“教和学”两方面同时得到提高。

4 展望

实践表明，经过几次的教学尝试，我们发现PBL教学模式和方法在我校16级生物学硕士研究生生物信息学教学过程中取得了良好的教学效果，不仅使学生解决实际问题的综合分析、判断及实践动手能力得到了大力提升，还培养了学生交流和团队意识等科研必备素质和能力。但值得注意的是这种教学模式对教师提出了更高的要求，必须在教学内容理解地非常透彻的前提下才能引导和启发学生思考[13-15]，同时学校也必须要有丰富的资源供学生检索使用。我们在教学过程中也发现有部分同学以消极的态度参与整个过程，个别学生还会像传统教学模式一样依靠指导教师，不去独立思考和凝练科学问题，这就要求我们不断尝试先进的教学理念，发展出一种能适应不同学生现状的PBL教学模式。

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Application of PBL teaching method in the bioinformatics teaching practice for the master's degree students

WU Feng-rui,CHEN De-yu,JIANG Shuang-Lin,LI Wen-yong

(School of Biological Science and Food Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui 236037,China)

Abstarct:Bioinformatics is an important subject which has quickly developed in twenty-first century.It is also a required course for graduate students in our university.According to the characteristics of the school,the author tries to introduce the PBL teaching method in the teaching practice for the master's degree students.The present study aims to improve the teaching effect of the course,and provide reference for the teaching staff of bioinformatics.

bioinformatics;PBL teaching method;master's degree students

G642.42

A

1004-4329（2017）02-109-03

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）02-109-03

2016-11-09

国家自然科学基金项目（31501906）；安徽省自然科学基金青年项目（1408085QC65）资助。

吴风瑞（1981－ ），男，博士，副教授，研究方向：脊椎动物胚胎发育的分子机制。