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【摘要】生物技术与信息技术的结合促成了生物信息学学科的诞生。农业院校以此为契机,充分利用人才、生物学科的优势及课程设置的特色,结合学生信息学的基础和特点,开展生物信息学教学与研究。同时,生物信息学重在实践,成为教学和科研的最好的实习平台,以此保证学校科研教学互动,形成“教学带动科研,科研推动教学”的良性循环。生物信息学的这种教学模式将为国家培养“厚基础,宽口径”的高层次人才,服务于我国农业生产目标提供了契机。
【关键词】农业 生物信息学 教学
【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)02(a)-0253-02
生物信息学(Bioinformatics)是由计算机科学、信息学、统计学、生物学和物理学等众多学科交叉结合而成的一门学科。21 世纪是生物技术和信息技术的时代。作为一门新兴的交叉学科---生物信息学是沟通生物学和信息学的桥梁,将促动生物技术BT与信息技术IT双赢。生物信息学作为一门年轻的学科被广泛研究和应用的根本原因,在于它所提供的研究工具对生物学发展至关重要,因此成为生命科学研究型人才必须掌握的现代知识。生物信息学既是一门学科也是一种生物领域研究的有力的工具,其课程教学内容符合当前课程体系改革中人才培养的基本要求。
随着高校课程体系改革的深入,我国农业院校本科课程设置中都开设了高等数学、大学物理、计算机与信息技术、生命科学导论等课程。这些课程的设置为开设生物信息学课程奠定了基础。生物信息学是一门由计算机技术、数学、生物学等多学科综合交叉的学科。学过信息基础知识且有一定生物学基础的学生都可以步入生物信息学的行列,具有一定的普适性,生物信息学可以作为公共平台课程面向理、工、农类专业的学生开设,扩大学生的受教育面。
由于该学科的综合性和学科本身的迅速发展,如何在农业院校开设好生物信息学课程的教学是目前研究的一个重要课题。目前,课程的教学尚处于起步探索阶段,没有一个完整的体系。我们根据学科发展的最新要求,结合学校生物学优势和学生具备了生物学和信息学基础的特点,在本校开设了《生物信息学概论》的课程。在教学过程中,尽量引入科研的内容,并鼓励学生从事生物信息学研究,强调理论联系实践的科研思路。
1 农业生物信息学是现代化农业进程的动力
近十年来,全球网络基础设施不断完善和国际互联网的飞速发展,使得全球范围内生物信息资源的共享、交流与协作成为可能。生物信息学在农作物基因组分析中的深入应用无疑会加速农业生产的发展,高质量的完善的农作物生物信息数据库的建立将成为农作物基因组学研究的基础。国际上已经建立了一些重要的农作物基因组数据库,但如何利用已有的数据信息,结合我国实际服务于农作物分子育种、农业资源保护以及农业化合物设计等研究是当务之急。充分利用这些生物信息数据库对基因、基因结构、基因产物的功能分析将成为农业基础与应用研究工作中必不可少的技术手段[1]。
生物信息学正处于从学科发展到产业形成的时期,不久将来从根本上推动农业生产的发展。美国的孟山都公司、先锋公司等均有专门从事农业生物信息学研究与开发的机构,已形成规模和产业。生物信息学是沟通各种水稻海量生物数据和设计育种的中间桥梁,是实现水稻分子设计育种的重要手段。近年来,以“水稻基因组计划”为代表的农作物基因图谱研究为生物信息学的农业应用打下了良好的基础,随着转基因技术的日渐完善,生物信息学的快速发展,模拟育种软件的开发等,使分子设计育种逐渐成为水稻育种的手段[2]。
生物信息学与农业结合将推动农业的发展,但是生物信息学在我国作物遗传育种方面的应用刚刚起步,该方面的专业人才甚少,尚不能为我国丰富的种质资源和遗传资源利用提供有力的帮助,并与国际进行有效的对接和及时更新。因此我们应该重视在农业遗传育种专业学生的学习中加大生物信息学方面能力的培养,以培养出具有现代农业知识结构的专业人才[1]。
2 农业生物信息学教学有利于科研教学相互促进
作为研究型大学本科生教育改革的重要措施之一就是要本科生积极参与科研活动。这种教学方式日益得到教育界、社会和学生的认可。高校教学与科研是相互依赖、相互促进、不可分离的统一体,只有将二者有机地结合起来,才能有效提高教学质量。高校应重视科研工作,以科研促进教学,深化教学改革,优化课程体系,更新教学内容,提高人才培养质量[3]。
在教学过程中有效推行“学研”结合的注重素质与能力培养的教学方法,鼓励学生通过大学生科研训练(SRT)、毕业论文等形式从事生物信息学实践,以期科研教学相互促进。生物信息学正从学科发展为一个产业,并将从根本上推动农业的发展,农业院校要以此为契机,深化科技创新。
在教学中积极融合科研工作经验和成果,丰富教学内容。通过把科研思路带入教学中,可以采用讲解学术论文,重现研究论文的创作过程,重点是强调其中的生物信息学研究部分,突出生物信息学对研究实验的指导作用,使学生在课程学习过程中对很多生物信息学问题产生浓厚兴趣,并自主地利用课余时间进行研究,有效提高实际动手能力和学习知识的主动性。对于有科研训练兴趣的学生,可以指导他们选题,讨论拟定研究方案,确定实践重点[4]。例如,我校崔晓等3位大四学生,从二年级开始就跟指导老师进行生物信息学的学习,并结合导师课题,开展了水稻microRNA启动子和基因簇的生物信息学研究,论文也在国际著名期刊Gene上发表,这也是我校由本科生发表有关生物信息学方面的高质量论文。
3 生物信息学教学中存在的问题
虽然我国一些农业院校在近期都相继开设了生物信息学课程,甚至设立了生物信息专业。但如何在农业院校搞好生物信息学课程教学,目前仍是一个研究课题,教学也没有一个完整的体系。因此,需要调整课程的设置以及加强学生对课程的了解。
①学生对生物信息学的认识不够
生物信息学课程既有较深的理论性知识,又有较强的实践性,比起生物专业其他课程,它涉及到计算机技术、数学等内容,要求学生知识面更广、更深。刚接触到《生物信息学》这门课程时,一般的学生普遍认为很深奥,会产生畏难心理。我校该课程自2005年春季面向全校本科生作为公共选修课开放,当时选课情况并不容乐观。主要的问题是学生认识不到位。对于生物学专业的大多数学生的来讲,生物信息学是计算机和统计生物学,因而觉得很难;而对于基础扎实的学生,生物信息学是关于DNA、蛋白质等生物信息的课程,可能偏重生物学;对于信息学专业或感兴趣的大多数学生,一般认为生物信息学属生物学模块。我们在先行课程的教学中,有意识地传达生物信息学的概念。同时让学生知道生物信息学并不难,重在实践,最终目的是用信息学的手段解决生物学的问题。生物信息学是一种研究的工具,学生学习和掌握这门工具,为今后走上工作岗位,从事生物、医药、农业、环境、食品领域的研究提供了新的研究手段和途径。
②目前农业院校缺少高素质的生物信息学教学师资队伍
生物信息学对教学和研究人员的要求很高,必须具有深厚的生物大分子结构和功能方面的背景知识,同时需要有扎实的应用数学和统计学知识,还要精通计算机。但事实上大部分从事生物学研究的人不熟悉计算机,相反从事计算机科学的人员多数对生物缺乏了解。鉴于此,利用农业大学的生物学优势及课程设置构架特色(如生物学、生理生化、分子生物学等课程),结合学生信息学的基础和特点(如信息技术基础、计算机应用以及生物统计与试验设计、数据库与信息管理等课程),培养不同专业背景的“复合型”人才。
③生物信息学与其它学科缺乏系统交流
尽管生物信息学是一门新兴学科,与其它专业学科之间存在许多联系。但现阶段的问题是不同专业学科之间缺乏必要交流与合作,难以满足生物信息学教学的需求。生物信息学教学与其它专业的合作还有待加强。当代不同学科间的交叉与融合,是科学发展的必然趋势,是增强科技创新的重要途径。生信息学的发展对生命科学的发展将产生革命性的影响,其研究成果将大大地促进生命科学其它研究领域的进步。
参考文献
[1] 简兴,苗永美．生物信息数据库简介及在农业上的应用[J]．农业网络信息,2004,4:27-29．
[2] 万建民.中国水稻分子育种现状与展望[J].中国农业科技导报,2007,9(2):1-9．
[3] 卢亚萍,杨志敏,徐朗莱.“基地班”分子生物学实验课教学探讨[J].中国农业教育,2005,4:50-51．
[4] 谭小丹,苏永春,李彬.生物信息学课程教学探讨[J].山西医科大学学报:基础医学教育版,2008,10(1):39-40．
【关键词】农业 生物信息学 教学
【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2009)02(a)-0253-02
生物信息学(Bioinformatics)是由计算机科学、信息学、统计学、生物学和物理学等众多学科交叉结合而成的一门学科。21 世纪是生物技术和信息技术的时代。作为一门新兴的交叉学科---生物信息学是沟通生物学和信息学的桥梁,将促动生物技术BT与信息技术IT双赢。生物信息学作为一门年轻的学科被广泛研究和应用的根本原因,在于它所提供的研究工具对生物学发展至关重要,因此成为生命科学研究型人才必须掌握的现代知识。生物信息学既是一门学科也是一种生物领域研究的有力的工具,其课程教学内容符合当前课程体系改革中人才培养的基本要求。
随着高校课程体系改革的深入,我国农业院校本科课程设置中都开设了高等数学、大学物理、计算机与信息技术、生命科学导论等课程。这些课程的设置为开设生物信息学课程奠定了基础。生物信息学是一门由计算机技术、数学、生物学等多学科综合交叉的学科。学过信息基础知识且有一定生物学基础的学生都可以步入生物信息学的行列,具有一定的普适性,生物信息学可以作为公共平台课程面向理、工、农类专业的学生开设,扩大学生的受教育面。
由于该学科的综合性和学科本身的迅速发展,如何在农业院校开设好生物信息学课程的教学是目前研究的一个重要课题。目前,课程的教学尚处于起步探索阶段,没有一个完整的体系。我们根据学科发展的最新要求,结合学校生物学优势和学生具备了生物学和信息学基础的特点,在本校开设了《生物信息学概论》的课程。在教学过程中,尽量引入科研的内容,并鼓励学生从事生物信息学研究,强调理论联系实践的科研思路。
1 农业生物信息学是现代化农业进程的动力
近十年来,全球网络基础设施不断完善和国际互联网的飞速发展,使得全球范围内生物信息资源的共享、交流与协作成为可能。生物信息学在农作物基因组分析中的深入应用无疑会加速农业生产的发展,高质量的完善的农作物生物信息数据库的建立将成为农作物基因组学研究的基础。国际上已经建立了一些重要的农作物基因组数据库,但如何利用已有的数据信息,结合我国实际服务于农作物分子育种、农业资源保护以及农业化合物设计等研究是当务之急。充分利用这些生物信息数据库对基因、基因结构、基因产物的功能分析将成为农业基础与应用研究工作中必不可少的技术手段[1]。
生物信息学正处于从学科发展到产业形成的时期,不久将来从根本上推动农业生产的发展。美国的孟山都公司、先锋公司等均有专门从事农业生物信息学研究与开发的机构,已形成规模和产业。生物信息学是沟通各种水稻海量生物数据和设计育种的中间桥梁,是实现水稻分子设计育种的重要手段。近年来,以“水稻基因组计划”为代表的农作物基因图谱研究为生物信息学的农业应用打下了良好的基础,随着转基因技术的日渐完善,生物信息学的快速发展,模拟育种软件的开发等,使分子设计育种逐渐成为水稻育种的手段[2]。
生物信息学与农业结合将推动农业的发展,但是生物信息学在我国作物遗传育种方面的应用刚刚起步,该方面的专业人才甚少,尚不能为我国丰富的种质资源和遗传资源利用提供有力的帮助,并与国际进行有效的对接和及时更新。因此我们应该重视在农业遗传育种专业学生的学习中加大生物信息学方面能力的培养,以培养出具有现代农业知识结构的专业人才[1]。
2 农业生物信息学教学有利于科研教学相互促进
作为研究型大学本科生教育改革的重要措施之一就是要本科生积极参与科研活动。这种教学方式日益得到教育界、社会和学生的认可。高校教学与科研是相互依赖、相互促进、不可分离的统一体,只有将二者有机地结合起来,才能有效提高教学质量。高校应重视科研工作,以科研促进教学,深化教学改革,优化课程体系,更新教学内容,提高人才培养质量[3]。
在教学过程中有效推行“学研”结合的注重素质与能力培养的教学方法,鼓励学生通过大学生科研训练(SRT)、毕业论文等形式从事生物信息学实践,以期科研教学相互促进。生物信息学正从学科发展为一个产业,并将从根本上推动农业的发展,农业院校要以此为契机,深化科技创新。
在教学中积极融合科研工作经验和成果,丰富教学内容。通过把科研思路带入教学中,可以采用讲解学术论文,重现研究论文的创作过程,重点是强调其中的生物信息学研究部分,突出生物信息学对研究实验的指导作用,使学生在课程学习过程中对很多生物信息学问题产生浓厚兴趣,并自主地利用课余时间进行研究,有效提高实际动手能力和学习知识的主动性。对于有科研训练兴趣的学生,可以指导他们选题,讨论拟定研究方案,确定实践重点[4]。例如,我校崔晓等3位大四学生,从二年级开始就跟指导老师进行生物信息学的学习,并结合导师课题,开展了水稻microRNA启动子和基因簇的生物信息学研究,论文也在国际著名期刊Gene上发表,这也是我校由本科生发表有关生物信息学方面的高质量论文。
3 生物信息学教学中存在的问题
虽然我国一些农业院校在近期都相继开设了生物信息学课程,甚至设立了生物信息专业。但如何在农业院校搞好生物信息学课程教学,目前仍是一个研究课题,教学也没有一个完整的体系。因此,需要调整课程的设置以及加强学生对课程的了解。
①学生对生物信息学的认识不够
生物信息学课程既有较深的理论性知识,又有较强的实践性,比起生物专业其他课程,它涉及到计算机技术、数学等内容,要求学生知识面更广、更深。刚接触到《生物信息学》这门课程时,一般的学生普遍认为很深奥,会产生畏难心理。我校该课程自2005年春季面向全校本科生作为公共选修课开放,当时选课情况并不容乐观。主要的问题是学生认识不到位。对于生物学专业的大多数学生的来讲,生物信息学是计算机和统计生物学,因而觉得很难;而对于基础扎实的学生,生物信息学是关于DNA、蛋白质等生物信息的课程,可能偏重生物学;对于信息学专业或感兴趣的大多数学生,一般认为生物信息学属生物学模块。我们在先行课程的教学中,有意识地传达生物信息学的概念。同时让学生知道生物信息学并不难,重在实践,最终目的是用信息学的手段解决生物学的问题。生物信息学是一种研究的工具,学生学习和掌握这门工具,为今后走上工作岗位,从事生物、医药、农业、环境、食品领域的研究提供了新的研究手段和途径。
②目前农业院校缺少高素质的生物信息学教学师资队伍
生物信息学对教学和研究人员的要求很高,必须具有深厚的生物大分子结构和功能方面的背景知识,同时需要有扎实的应用数学和统计学知识,还要精通计算机。但事实上大部分从事生物学研究的人不熟悉计算机,相反从事计算机科学的人员多数对生物缺乏了解。鉴于此,利用农业大学的生物学优势及课程设置构架特色(如生物学、生理生化、分子生物学等课程),结合学生信息学的基础和特点(如信息技术基础、计算机应用以及生物统计与试验设计、数据库与信息管理等课程),培养不同专业背景的“复合型”人才。
③生物信息学与其它学科缺乏系统交流
尽管生物信息学是一门新兴学科,与其它专业学科之间存在许多联系。但现阶段的问题是不同专业学科之间缺乏必要交流与合作,难以满足生物信息学教学的需求。生物信息学教学与其它专业的合作还有待加强。当代不同学科间的交叉与融合,是科学发展的必然趋势,是增强科技创新的重要途径。生信息学的发展对生命科学的发展将产生革命性的影响,其研究成果将大大地促进生命科学其它研究领域的进步。
参考文献
[1] 简兴,苗永美．生物信息数据库简介及在农业上的应用[J]．农业网络信息,2004,4:27-29．
[2] 万建民.中国水稻分子育种现状与展望[J].中国农业科技导报,2007,9(2):1-9．
[3] 卢亚萍,杨志敏,徐朗莱.“基地班”分子生物学实验课教学探讨[J].中国农业教育,2005,4:50-51．
[4] 谭小丹,苏永春,李彬.生物信息学课程教学探讨[J].山西医科大学学报:基础医学教育版,2008,10(1):39-40．