大数据时代科研导向的生物信息学专业教学方法探索

王文栋 张浩婷 崔若彤 郝敏 马立飞 常晓彤

摘 要 随着人类基因组计划的完成，高通量技术的诞生以及大数据时代的来临，生物信息学在医学领域的重要性日益凸显。生物信息学是利用计算机科学、数学和生物学相关技术和方法解决生命科学领域问题的新兴交叉学科，贴合前沿科学，更新迅速。本文探讨了在大数据时代下，医学院校生物信息学专业教学以科研为导向的方法形成过程和实践策略，有助于提高生物信息学专业教学质量，更好的实现培养生物信息学复合型人才的目标。

关键词 大数据 生物信息学 科研 教学改革

中图分类号：G642文献标识码：A

生物信息学（Bioinformatics）是一门利用计算机科学、数学和生物学相关技术和方法，对生物信息进行采集、处理、储存、传播、分析和解释，旨在解决生命科学领域问题的新兴交叉学科，与基因组学、蛋白质组学和功能基因组学密切相关。随着人类基因组计划的完成，高通量技术的诞生以及大数据时代的来临，生物信息学的内容逐步完善，已经成为科学研究的重要工具。

目前，生物信息学在基因功能研究、蛋白结构预测、精准医学、药物设计、法医学鉴定等领域发挥重要作用，国内外研究成果显著，通过高通量实验数据的挖掘、分析，有助于寻找分子治疗靶点，加快人类疾病研究及临床治疗的进程，为精准医疗的实现提供有效的数据平台和信息。由此可见，医学院校开设生物信息学专业必不可少。生物信息学是交叉学科，并且要求有很强的实践性和进展性，对专业人才的要求较高，使得该专业在医学院校教学方面出现了困难。我们针对生物信息学专业在医学院校开展中存在的问题进行了教学探索并提出了一些解决办法，结合教师的科研课题、将医院方面的科研成果引入日常教学，成立学生科研实践创新创业小组，施行导师制等方式，及时补充、更新教学内容，贴合前沿技术，有助于真正培养学生利用生物信息学知识解决生命科学领域问题的实操能力和综合分析问题的能力。

1医学生物信息学课程主要困难分析

1.1教学进度安排不合理

生物信息学兴起较晚，发展时间短暂，存在一些关联性强的学科安排不合理的问题。以本院校为例，以概率论课程为基础的生物统计学课程却与概率论课程开设在同一学期，可能导致学生无法理解生物统计学知识。另外，课时影响也十分关键，由于国内对于专业总课时的限制，会压缩某些课程的教学安排课时，这导致教师将在有限的课时中灌输大量的课程内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。

1.2教材不全面

生物信息学作为交叉学科，其所培养出的人才所需知识范围较广，其所需方法与技术在不断变化，但是，目前国内教材单一，更新不及时，无法满足培养复合型人才的需求，且多数教材由国外引进，翻译等过程周期较长，导致出版速度跟不上日新月异的生物信息学。另外，国内外教学方式和文化背景不同，大多数教材对国内学生不适用。

1.3教师专业背景薄弱

目前从事生物信息学专业教学的教师擅长生物方面的研究，对于计算机和数学等方面的专业知识的教学需借助外学院教师完成，这也造成了部分教师在教授课程时无法将生物学、数学和计算机完整的联系起来，导致学生掌握的知识不连贯，不全面。

1.4实践教学稀缺

生物信息学专业实践性较强，通过实践能引导学生将书本知识和实际情况相结合，对于学生学习尤为重要。但是目前的实践教学体系有待完善，在某些开设生物信息学专业的院校没有投入大量资金在生物信息学实践教学研究中，缺乏实验器材，实践次数较少，生物信息学的实践教学条件得不到保障。

2生物信息学教学方法探索

2.1合理安排教学进度

首先将基础课程安排在大一大二年级，夯实基础;将生物信息学专业课程定位在大三学生，此外应避免将关联性强的学科安排在一个学期，以免发生课程冲突。其次应增加一定的课时，由于生物信息学涵盖知识面广泛，教师需要更多时间去讲授，而学生也需要更多的时间去理解并掌握。

2.2设置独特的教材体系

综合国内外的各类教材，取其精华并且结合医学院校自身办学条件和学生的專业知识素养，创建一个适合本校学生的具有本校特色的教材体系。结合前沿技术及时更新教材内容，引导学生关注国内外最新的科研方向，在教材中予以补充。

2.3改善教师教学方式

2.3.1采用PBL教学模式

教师改用PBL教学模式，将学生按照能力和兴趣合理地分组，并在课堂上提出疑问，布置任务，学生通过自身基础和查阅文献，各小组进行讨论，探索，完成任务，写出实验报告。教师则对学生进行评价，向他们提出进一步的提高方向。学生在此过程中，增加了创新思维与创造力。同时教师也应加强和学生的交流，充分调动学生的积极性。

2.3.2经常性利用多媒体与学习软件

生物信息学跟新较快，这就要求教师与时俱进，关注国内外科研热点，制作PPT，并利用多媒体或学习软件展示给学生，化抽象为具体，使课程通俗易懂，从而加深学生（下转第4页）（上接第1页）对课程的掌握程度。

2.4增加实践教学

学校投入合适的资金用于给学生创造良好的实验环境，加设实践课程，有条件的院校可以开放计算机教室，引导学生课下进行创新活动。同时学生也应合理的利用计算机和网络，在线上寻找教学资源，为实验增加个人知识储备。

2.5施行导师制

生物信息学专业在医学院校属于小专业，学生人数相对较少，适合采用导师制模式，每3-5个学生一组，参与教师课题，以医学知识背景为基础，以疾病相关的基因、蛋白质作为研究的主体，利用生物信息学方法进行数据挖掘、分析，发表论文，充分调动学生学习的兴趣，发挥主动性和积极性，在实践操作中，形成科研与教学的融合。

2.6成立大学生创新创业基地

搭建大学生“创新创业——即双创”载体，成立双创基地，组织学生围绕不同疾病的差异表达基因进行数据挖掘和互作网络分析，构建多种疾病治疗靶基因数据库，由专业教师带领学生进行实操，申报国家级、省级和校级创新创业项目，并指导学生完成论文发表，完成知识成果转化。

3结语

目前，生物信息学已渗透到生命科学、医学各个领域的研究中，同时已逐渐成为基础医学常用的技术手段之一。通过对医学院校生物信息学专业教学过程中存在的问题进行了剖析、探讨，并提出了相应的解决方法，以期完善生物信息学的教学体系，在今后的教学过程中培养出更多高素质的复合型人才。

参考文献

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