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摘 要:《生物信息学》是生物科学中一门新兴的前沿学科。我们在其他学科的成功教学的基础之上,结合信息学当前在我国的教学实际情况,还有结合教学课程的相关特点,笔者提出了崭新的教学模式,以求在生物信息学教学模式上得以创新和发展。
关键词:生物信息学 教学模式 理论实验
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1674-198X(2011)10(c)-0192-01
引言
当今时代是一个高技术的时代,是科技不断发展的时代,人类基因组计划、遗传语言、生物大分子等等这些的研究,生物信息学这个崭新的,有蓬勃发展前景的,并且发展潜力及其巨大的学科应运而生。专家学者及相关的专业人员已经把生物信息学作为研究及学习的必备学科,探讨工具。但是,生物信息学毕竟是新学科,还有很多不成熟,并且从教学角度出发,学科的开设条件还不够,教学模式不够完善,怎样在高校进行生物信息学专业教学,这些问题都需要我们进一步的探讨和研究。本文笔者就以上相关问题,列举了一些自身提出的意见和建议,望能够在生物信息学教学模式的完善中起到微薄的力量。
1 简述生物信息学的概念
《生物信息学》(Bioinformatics)是生物学、数学和计算机科学交叉所形成的一门新兴学科,它主要运用信息科学和计算机手段通过数据分析和处理．揭示海量数据间的内在联系和生物学含义,进而提炼有用的生物学知识。
2 目前教学的状态
(1)当前,生物信息学教学最大的问题就是师资力量的问题,没有一个合格的师资力量,教育教学队伍的整体素质与当前生物信息学教学的需要不相平衡,远远无法达到目前的教学水平所有需要的相关标准。
(2)生物信息学专业人才培养方面,各方面的认识大相径庭,这些直接导致了相关课程设置的不够合理。我们的生物信息学相关人才的培养是非常薄弱的,所以我们更应该通过相关课程的完备设立,来加强学生的实践和研究能力,才能加快培养我国复合型人才的加速培养。
(3)其他专业同生物信息学教育应加强合作。生物信息学和其他专业学科之间同样存在着各种联系,这并没有因为它是新学科而有什么不同。
(4)在现在的课堂教学上,我们教师往往重视的是系统知识和的灌输和完成教学计划,缺忽视了一个很重要的问题,就是学生的能力,还有整体素质的提高。课堂教学中,还有一个问题绝对不容忽视,我们的教学应该是理论与实验相结合,实验教学不应单纯的以理论论证为终结点,这样的教学就会出现没有突破点,教学内容单调,并且,对学生实际操作的培养更加的不利。
(5)教材是教学的根本,是课堂教学的基本组成部分,可是我们现在恰恰缺乏的就是合适的理论,合适的实验教材。目前,我国的教材主要是国外原版的教科书,还有翻译的著作书籍,本国学者自主编辑的凤毛麟角。
3 探讨创新教学模式
多媒体计算机和网络通信技术的发展,为建构主义学习环境提供了理想认知工具．能更有效地促进学生的认知发展。基于其他学科的成功教学模式。
3.1 教学活动的真正对象
我们现在的教学中,存在一个很大的问题,各个学科都没有重视学生和老师之间的角色互换．也就是说,我们教师在某些教学情境中,教师占有绝对的主导地位,学生是被动的接受者,而在另一些教学环节中,则相反。我们的教师在针对不同的教学内容,不同的教学需要的时候,也应该利用不同的方式方法来完成。生物信息学是一门涉及的知识面深刻广泛,学生进行独立自学的难度很大的多学科交叉的科学。
3.2 理论教学与实验教学的有机整合?
(1)通过生物数据库的使用,提高学生处理生物信息的能力由于大型服务器和计算机的参与,分子生物学对生物分子(主要是核酸和蛋白质)研究工作的效率大大提高。
(2)通过序列比对软件的开发．增强学生使用生物信息处理软件的能力将未知序列同整个数据库中的已知序列进行比较分析是研究者手中的一个强有力的研究手段。对2个物种进行全基因组序列比较已不再是一个梦想。进行序列比较的目的之一是判断2个序列之间是否具有足够的相似性,从而判定二者之间是否具有同源性。
(3)运用生物信息学相关知识,提高学生获取蛋白质信息的能力由于构成蛋白质的20种氨基酸化学构造上的差别远远大于构成核酸的4种碱基的差别。因而蛋白质在结构和功能上存在更大的多样性。目前实验方法获取蛋白质结构信息仍然需要大量的时间,而且对技术和技巧都有很高的要求。越来越多的蛋白质在测定空间结构后尚不清楚其生物功能,因此蛋白质功能预测日益受到重视。预测的方法是目前提供蛋白质结构及功能信息的重要方法。蛋白质结构与功能的复杂性必须借助生物信息学的技术手段才能更好的阐明,通过对生物信息学的学习和掌握,可使学生更多更快地了解蛋白质的信息。
(4)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主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要,培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力．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。生物信息学实验教学内容的选择与安排应按照循序渐进的原则．针对特定的典型性的生物信息学问题设计,以综合性、设计性实验内容为主,明确目的要求,突出重点,充分发挥学生的主观能动性和探索精神,以激发学生学习的主动性和创造性为出发点,加强学生创新精神和实验能力的培养。
生物信息学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具,全部在计算机网络实验室内完成。在教学中,充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工具等传递给学生,学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师,教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生,让学生及时了解自己的学习情况。
(5)加强实践能力考核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。考试重点是考察学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力。因此,通过上机实践操作重点考核学生在互联网环境下,对序列进行生物信息分析并对结果进行解释。不仅考核学生对基本知识和基本原理的掌握,而且考察学生进行生物信息分析的实际能力和分析思考能力。通过实践技能考试．促进学生注重提高理论用于实践的综合能力。?
4 结语
《生物信息学》教学是网络环境下生物学教学的全新内容。本文列举的上述相关的教学方法,提高了学生的实践操作能力,加大的学生学习的积极性,并使学生的综合能力及创新能力方面得到了很大的进步。此方法具有实践性,可操作性并存的特点,并且得到了学生的普遍肯定和欢迎,教学效果得到了显著的体现。在今后的教学实践中,随着教师自身素质的提高和进一步的教学改革将会不断完善生物信息学教学,培养具有跨越生命科学、现代信息科学、计算机科学、统计学、数理科学等不同领域的综合型的高素质和创新性意识的生物信息学人才。
关键词:生物信息学 教学模式 理论实验
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1674-198X(2011)10(c)-0192-01
引言
当今时代是一个高技术的时代,是科技不断发展的时代,人类基因组计划、遗传语言、生物大分子等等这些的研究,生物信息学这个崭新的,有蓬勃发展前景的,并且发展潜力及其巨大的学科应运而生。专家学者及相关的专业人员已经把生物信息学作为研究及学习的必备学科,探讨工具。但是,生物信息学毕竟是新学科,还有很多不成熟,并且从教学角度出发,学科的开设条件还不够,教学模式不够完善,怎样在高校进行生物信息学专业教学,这些问题都需要我们进一步的探讨和研究。本文笔者就以上相关问题,列举了一些自身提出的意见和建议,望能够在生物信息学教学模式的完善中起到微薄的力量。
1 简述生物信息学的概念
《生物信息学》(Bioinformatics)是生物学、数学和计算机科学交叉所形成的一门新兴学科,它主要运用信息科学和计算机手段通过数据分析和处理．揭示海量数据间的内在联系和生物学含义,进而提炼有用的生物学知识。
2 目前教学的状态
(1)当前,生物信息学教学最大的问题就是师资力量的问题,没有一个合格的师资力量,教育教学队伍的整体素质与当前生物信息学教学的需要不相平衡,远远无法达到目前的教学水平所有需要的相关标准。
(2)生物信息学专业人才培养方面,各方面的认识大相径庭,这些直接导致了相关课程设置的不够合理。我们的生物信息学相关人才的培养是非常薄弱的,所以我们更应该通过相关课程的完备设立,来加强学生的实践和研究能力,才能加快培养我国复合型人才的加速培养。
(3)其他专业同生物信息学教育应加强合作。生物信息学和其他专业学科之间同样存在着各种联系,这并没有因为它是新学科而有什么不同。
(4)在现在的课堂教学上,我们教师往往重视的是系统知识和的灌输和完成教学计划,缺忽视了一个很重要的问题,就是学生的能力,还有整体素质的提高。课堂教学中,还有一个问题绝对不容忽视,我们的教学应该是理论与实验相结合,实验教学不应单纯的以理论论证为终结点,这样的教学就会出现没有突破点,教学内容单调,并且,对学生实际操作的培养更加的不利。
(5)教材是教学的根本,是课堂教学的基本组成部分,可是我们现在恰恰缺乏的就是合适的理论,合适的实验教材。目前,我国的教材主要是国外原版的教科书,还有翻译的著作书籍,本国学者自主编辑的凤毛麟角。
3 探讨创新教学模式
多媒体计算机和网络通信技术的发展,为建构主义学习环境提供了理想认知工具．能更有效地促进学生的认知发展。基于其他学科的成功教学模式。
3.1 教学活动的真正对象
我们现在的教学中,存在一个很大的问题,各个学科都没有重视学生和老师之间的角色互换．也就是说,我们教师在某些教学情境中,教师占有绝对的主导地位,学生是被动的接受者,而在另一些教学环节中,则相反。我们的教师在针对不同的教学内容,不同的教学需要的时候,也应该利用不同的方式方法来完成。生物信息学是一门涉及的知识面深刻广泛,学生进行独立自学的难度很大的多学科交叉的科学。
3.2 理论教学与实验教学的有机整合?
(1)通过生物数据库的使用,提高学生处理生物信息的能力由于大型服务器和计算机的参与,分子生物学对生物分子(主要是核酸和蛋白质)研究工作的效率大大提高。
(2)通过序列比对软件的开发．增强学生使用生物信息处理软件的能力将未知序列同整个数据库中的已知序列进行比较分析是研究者手中的一个强有力的研究手段。对2个物种进行全基因组序列比较已不再是一个梦想。进行序列比较的目的之一是判断2个序列之间是否具有足够的相似性,从而判定二者之间是否具有同源性。
(3)运用生物信息学相关知识,提高学生获取蛋白质信息的能力由于构成蛋白质的20种氨基酸化学构造上的差别远远大于构成核酸的4种碱基的差别。因而蛋白质在结构和功能上存在更大的多样性。目前实验方法获取蛋白质结构信息仍然需要大量的时间,而且对技术和技巧都有很高的要求。越来越多的蛋白质在测定空间结构后尚不清楚其生物功能,因此蛋白质功能预测日益受到重视。预测的方法是目前提供蛋白质结构及功能信息的重要方法。蛋白质结构与功能的复杂性必须借助生物信息学的技术手段才能更好的阐明,通过对生物信息学的学习和掌握,可使学生更多更快地了解蛋白质的信息。
(4)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主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要,培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力．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。生物信息学实验教学内容的选择与安排应按照循序渐进的原则．针对特定的典型性的生物信息学问题设计,以综合性、设计性实验内容为主,明确目的要求,突出重点,充分发挥学生的主观能动性和探索精神,以激发学生学习的主动性和创造性为出发点,加强学生创新精神和实验能力的培养。
生物信息学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具,全部在计算机网络实验室内完成。在教学中,充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工具等传递给学生,学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师,教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生,让学生及时了解自己的学习情况。
(5)加强实践能力考核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。考试重点是考察学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力。因此,通过上机实践操作重点考核学生在互联网环境下,对序列进行生物信息分析并对结果进行解释。不仅考核学生对基本知识和基本原理的掌握,而且考察学生进行生物信息分析的实际能力和分析思考能力。通过实践技能考试．促进学生注重提高理论用于实践的综合能力。?
4 结语
《生物信息学》教学是网络环境下生物学教学的全新内容。本文列举的上述相关的教学方法,提高了学生的实践操作能力,加大的学生学习的积极性,并使学生的综合能力及创新能力方面得到了很大的进步。此方法具有实践性,可操作性并存的特点,并且得到了学生的普遍肯定和欢迎,教学效果得到了显著的体现。在今后的教学实践中,随着教师自身素质的提高和进一步的教学改革将会不断完善生物信息学教学,培养具有跨越生命科学、现代信息科学、计算机科学、统计学、数理科学等不同领域的综合型的高素质和创新性意识的生物信息学人才。