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摘要：隨著生命科學研究和大數據的迅猛發展，越來越多的高校開設《生物信息學》并將其作為核心課程?，F通過在生物信息學教學過程中采用線上線下相結合、注重學生課堂操作、加強計算機編程在生物信息學中的應用及以就業為導向的教學方法進行探索，有助于提高課堂教學質量，為生物信息學的教學改革提供一定的參考。
關鍵詞：大數據；生物信息學；教學方法；教學改革
人類從發現DNA并將其作為遺傳信息的來源和闡明DNA分子的雙螺旋性質，到組裝人類基因組序列的過程中，生物信息學已成為現代生物學不可或缺的一部分。生物信息學在很大程度上依賴于各個領域的科學家做出的重大貢獻，這些領域包括但不限于生物學、數學、計算機科學和統計學［1］。隨著人類基因組計劃的實施，作為交叉學科的生物信息學在高校研究生和本科教學中愈發重要。近年來，浙江大學、中南大學、華中科技大學、武漢大學、哈爾濱醫科大學等十幾所大學開設了生物信息學本科專業。黑龍江八一農墾大學自2003年就在多個本科專業和生命科學相關專業中開設了《生物信息學》課程，同時，在生命科學技術學院研究生教學中增設了生物信息學。由此，形成了本科、研究生生物信息學人才培養體系，向社會源源不斷的輸送生物信息學人才，推動著高新技術產業的發展［2］。生物信息學和基因組學等學科的快速發展，讓準備從事生物學或者醫學職業的學生需要對生物信息學進一步加深學習，但生物信息學本身發展快速，這為本科生物信息學課程創造了新的機遇與挑戰。因此，《生物信息學》課程仍然需要大量的教學改革實踐與探索［3］。在長期生物信息學教學過程中，筆者通過實踐并總結經驗，提出在教學過程中多個方面需要加強，如加強線上線下相結合、學生課堂實踐操作能力的培養、計算機編程在生物信息學中的應用和以就業為導向的教學方法。
1線上線下相結合
生物信息學飛速發展，傳統的灌輸式教學方式很難達到預期教學效果。隨著計算機信息技術的巨大進步，誕生了一種新的教學方法———線上教學，即教師通過互聯網提供的教學，越來越多的學校使用信息技術來擴大端口的訪問，提高教學質量以及降低與傳統教學相關的成本。線上教學可以采取異步教學和同步教學模式［4］，前者是指使用異步通信工具（例如電子郵件）來進行教師和學生之間的溝通，建立學習的橋梁，異步教學允許教師和學生在方便的時候進行交流；同步教學是指利用同步技術（例如網絡廣播、聊天室、音頻和視頻等）而進行的近似于面對面、實時的教學策略，比如現在多采用騰訊會議、釘釘、超星直播和QQ群屏幕共享等方式進行線上教學。線上教學可通過重新設計課堂教學方法、個性化教學和提高學習體驗來改變教學，不僅可以提高教學質量，還可以解決傳統教學面臨的問題。在疫情席卷全球的環境下，我國采取嚴格的防疫措施，減少人員流動，大部分高校都采取線上教學，做到了停課不停教，線上教學為師生都提供了極大的方便?；ヂ摼W的高速發展增加了全球各地人們交流學習的機會，網絡上提供了豐富的教育資源，這也很大程度上方便了師生在同步教學和異步教學時的交流。線上教學雖然有諸多優點，但也有部分缺點，傳統的線下教學仍然是一種強大的教學方法。在線下教學時，教師的語言行為（如表揚、征求意見、幽默、自我表露等）和非語言行為（如身體接近、觸摸、眼神接觸、面部表情、手勢等）可以減少師生之間的距離，有利于學生更好地學習。線上教學時，自制力不強的學生在網絡的另一端做其他事情，教師也很難發現，如果在線下課堂教學，教師可及時糾正這類同學的行為。線上教學發展迅速，有自身的優缺點，它無法全部替代線下教學，兩種教學方式應該相互結合，才能保證教學質量更大地提升。
2注重學生課堂實踐操作能力的培養
生物信息學經過多年的發展，已經在生物學教學領域具有無足輕重的地位。但今天的學生和研究人員很難相信，在五十多年前生物信息學發展的最初階段，當時臺式計算機還只是一個模型，DNA還不能被測序。隨著分子生物學方法的進步，越來越多強大的計算機以及更好處理生物信息學的數據軟件的興起，DNA測序和分析變得更容易［5］。生物信息學是以互聯網為媒介，數據庫為載體，利用數學知識的各種計算模型，并以計算機為工具對生物學中產生的大量生物學數據進行存儲、檢索、處理和分析、解釋的學科，要求學生在學習理論的同時，注重實踐操作以掌握生物信息分析的方法和工具軟件的使用等。從培養學生能力的目的出發，促使學生掌握生物信息分析的基本操作和基本技能，培養學生獨立自主分析問題、解決問題的能力。生物信息學主要采取的是網絡多媒體教學與上機實踐相結合的方式，在課堂上，老師集課堂教學、實踐教學和學生操作實踐為一體，實現課堂“講學練”［6］。為提高學生的實踐技能，老師安排了五個實驗，包括生物信息學數據庫瀏覽、檢索、相似性搜索和序列比對，DNA序列分析，蛋白質序列分析和結構預測等。老師在課堂講完實驗理論，學生在課堂上實踐操作，出現問題及時與老師溝通，將問題解決在課堂上。因為生物信息學課程需要大量上機操作，注重學生課堂實踐操作能力的培養，有助于培養學生基本技能，全面提升學生的綜合素質。
3加強計算機編程在生物信息學教學中的應用
生物信息學是一門復雜的學科，生命科學研究者依靠生物信息學研究者來幫助他們分析大數據，在處理這些大數據時，需要了解如何格式化和解析它們，更重要的是需要編寫可以連接現有應用軟件的計算機腳本以及處理數據流程時需要編寫相關算法程序。生物信息學研究者必須應用沒有圖形界面的軟件工具，在高功率的計算機集群中實現生物信息分析流程，這就要求他們必須具備中等以上的編程技能，并且熟悉LINUX操作系統。此外，生物信息學研究者還幫助進行實驗設計、統計分析和數據可視化。在生命科學研究中，大數據無處不在，對生物計算技能的需求意味著生命科學研究者要么自己編程并掌握生物信息學工具的使用，要么聘請專家幫助他們分析。如果生命科學研究者能夠自己處理分析數據，科研將會更加便捷高效地進行。在課堂教學過程中，筆者結合學生的實際情況，給學生講授部分LINUX和R語言的相關知識。筆者選取一些使用R語言編寫的簡短程序，在課堂給學生講解原理后，學生自己按照步驟實現整個程序的編寫和運行。給學生講解計算機程序極大地引起了學生的好奇心，調動了學生課堂的積極性，激發了學生后期學習計算機編程知識的興趣，也為以后成為一個具備全面知識技能的生命科學從業者打下堅實的基礎。
4以就業為導向
隨著中美貿易戰升級，加上全球新冠疫情的大流行，不僅對高校教學產生沖擊，而且對本科生就業產生不利影響。這時，部分學生就業信心不足，對未來充滿無盡的迷茫。這種情況下，筆者在生物信息學課堂教學過程中，利用少部分時間結合生物信息學課程特點，給學生講解需要學習的知識，讓同學們了解目前社會中急需的生物信息人才需要具備的知識與技能。例如，北京某公司的生物信息工程師這一崗位，崗位職責是負責腫瘤伴隨診斷自動化平臺、負責內部研發數據分析及技術支持、負責研發產品的說明書撰寫及專利撰寫、負責代碼審核、需要掌握R、python，shell任意一門編程語言、能熟練使用生物信息學相關的生物信息學工具和良好的英語學術閱讀能力等等，還有其他的加分項，如具備二代測序行業兩年以上的工作經驗或生物信息算法開發經驗等。通過在課堂給學生講解企事業單位所需生物信息學人才的要求及待遇，以就業為導向，讓學生對未來就業有一個新的認識，提前做準備，彌補當前自身的不足，充分提升今后的就業競爭力。
5討論
總之，采用上述的生物信息學教學方法，能夠充分調動學生課堂學習的興趣和積極性，使學生掌握基本的實驗操作技能，讓學生了解部分計算機編程基礎，引導學生了解生物信息學就業相關知識，為出身社會之前成為一個全面的生物信息學復合人才而努力。
作者：楊浩 王桂華 高亞梅 方銘 單位：黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院 集美大學水產學院
