谢海婷 韦艳艳，2*

（1.广西师范大学生命科学学院 广西桂林 541006）

（2.华中师范大学生命科学学院 湖北武汉 430000）

1 引言

高中生物课程是以认识科学本质为基础、以提高每个学生的生物学核心素养为宗旨的课程。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）要求学生积极主动参与学习，在此过程中不仅获得基础生物学的知识，还要领略近现代国内外生物科学家们在科研过程中产生的思路与方法。《课程标准》中的学科核心素养是以学生适应未来社会发展和个人生活的需要出发，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等层面发展学生。

近年来，生命科学与计算机科学飞速发展，随着人类“阿波罗”基因组测序计划的完成，“后基因组学”时代的开始，社会对生物科学与计算机科学的关注日益显著。NCBI数据库（NCBI，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov）又称美国国家生物技术信息中心，其内置Entrez检索和搜索系统，整合了PubMed、GenBank、BLAST、Map Viewer、SNP、Protein等数据库与检索工具，形成一个紧密连接的系统和高效集约的查询平台。通过国内外文献的研究得到，在国外尚无将NCBI数据库与高中生物教学整合的案例。基于对学生当前阶段的认知程度与接受水平的分析，笔者尝试将结合NC⁃BI与高中生物教学结合，以期能够提高课堂教学效率，培养学生养成良好的生物学科核心素养，提高学生信息化学习的能力，为学生未来的学习和科研奠定坚实的基础。

2 NCBI数据库在高中生物教学实践中的影响

NCBI数据库是众多科学家科研成果的集合，教师应用在高中生物学教学中,不仅能使学生获得生物学的知识，还能使学生通过阅读科学家的论文与分析科学家的研究成果，领略科学家在科研过程中的思路与方法。随着信息化时代的到来，学校组织方式得到转变，教师的“讲”转变为了“引”，学生的“听”转变成了“学”，集体教学也转变为个别化教学和多样化教学。通过教师对相关功能实现操作的演示、学生对演示结果的观察分析以及学生亲身参与到教学中的教学过程，转变传统的教学课堂模式，构建学生主动参与的探究型课堂、合作型课堂。这样不仅有利于学生对知识的掌握，还增强了学生的信息技术能力、生命观念、科学探索、科学思维、社会责任。

3 NCBI数据库在高中生物教学中的应用构想

3.1 NCBI数据库在蛋白质结构与功能的探索

蛋白质是高中生物学教学的重要内容，是贯穿整个生物学科的重要知识。蛋白质的结构与功能是学生学习后续内容的基础知识。《课程标准》要求学生理解结构与功能的统一性。但是，学生在学习蛋白质相关知识时，对蛋白质结构的模糊认识，不易形成蛋白质的结构与功能的统一性观念。为此，下面将NCBI数据库中的子库——Structure数据库与Protein数据库融入生物课堂中，使学生对蛋白质的基本结构产生直观、形象、明确的认识，以此加深学生对本知识的理解和掌握。

3.1.1 相关数据库介绍

Structure数据库：Structure数据库提供了有关大分子的生物学功能和进化史的大量信息。它们可用于检查序列、结构与功能三者的关系、相互作用、活性位点等。Structure数据库的形成不仅为生物科研工作提供了强大的工具，还为高中生物学教学中蛋白质结构与功能的学习提供了重要的帮助。下面将应用Structure数据库中人的胰岛素结构，通过在课堂中呈现与学生动手操作实践的方式，使蛋白质的结构与功能在学生脑海中形成清晰的构象，构建探究型课堂，攻破学生对结构与功能认识的难点，增加学生的兴趣，提高学生学习的积极性。

Protein数据库：Protein数据库是多个来源的序列的集合，包括来自GenBank，RefSeq和TPA中带注释的编码区的翻译，以及来自SwissProt、PIR、PRF和PDB的记录。生物学结构和功能的基本决定因素是蛋白质序列。下面将在Protein数据库找到胰岛素的A链与B链的序列的详细信息来辅助蛋白质结构的教学。

3.1.2 数据库在生物教学中的应用思路

在蛋白质的结构与功能模块的教学中，教师以胰岛素蛋白（INS，insulin）为例，首先进入NCBI官方网站，选择Structure数据库后，在搜索栏输入“INS”，进入结果展示界面，选择蛋白结构界面进行观察，并使用iCn3D查看工具即可查看到该蛋白质的结构特征以及序列注释信息，也可进入Protein数据库分别浏览胰岛素的A链与B链的序列的详细信息。在胰岛素的空间结构下方，可以查看其A链与B链的详细注释信息。学生通过观察与分析A链与B链的长度、二硫键数目以及螺旋位置等注释信息，加深对蛋白质一级结构的理解。然后，进入iCn3D查看工具查看INS的具体空间结构。学生积极主动地利用工具界面对蛋白质结构的操作，形成蛋白质二、三级结构的概念，充分利用右边的注释工具。例如，在选中一段序列，左边的iCn3D查看工具器中就会着重标记该段序列在蛋白质结构中的定位，加深对蛋白质的结构与功能相适应性的理解，构建结构与功能统一性观念。

3.2 利用NCBI数据库辨别染色体与基因

染色体与基因是高中生物学课程的学习与教学中的一大难点。学生初次学习时，由于染色体和基因是基于分子层面上的知识点，具有一定抽象性，仅凭概念的学习不易分清染色体与基因的关系。因此，这对于高中生物教师无疑是一个巨大的挑战。《课程标准》对遗传与进化这个模块在生命观念与科学思维提出了要求，即学完本模块知识后，学生应该能够运用细胞减数分裂的模型，阐明遗传信息在有性生殖中的传递规律。要达到这个要求，要求学生对染色体与基因的关系要有一个清晰的认识。基于以上考虑，下面采用NCBI数据库的相关子库——Gene数据库与基因组数据查看器进行教学。

3.2.1 相关数据库介绍

Gene数据库：Gene数据库是一个可搜索、侧重于已完全测序的基因组、并且拥有活跃的研究团体来提供基因特异性数据的基因数据库。通过数据库检索，可以得到该基因的术语、染色体定位、基因产物及其属性、相关标记、表型、互相作用以及引文、序列、变异细节、图谱、表达报告等信息。运用该数据库查找人与黑猩猩的胰岛素基因，通过两个同源性相近但不同种的染色体与基因的对比研究，加深学生对染色体与基因的关系理解。

基因组数据查看器（GDV）：基因组数据查看器是一个基因组浏览器，用于交互式导航真核RefSeq基因组装配，并全面检查基因、表达、变异和其他注释。GDV提供易于加载的分析轨道预配置、数据轨道菜单，以方便显示和自定义，并支持用户数据的上传和分析。该浏览器还可以生成用于发布的显示。应用GDV查看在Gene数据库中检索的基因图谱，通过查看基因在染色体的位置与注释信息，在学生脑海中形成具体构象，便于分辨染色体与基因的关系。

3.2.2 数据库在生物教学中的应用思路

以人与黑猩猩的胰岛素基因为例，在Gene数据库的检索栏中输入“INS”，进入搜索结果后，分别选择人和黑猩猩的胰岛素基因，进入基因组数据查看器查看两个物种的特定基因INS在基因组上的位置以及其全部基因组的完整信息，在界面中可以观察到两个物种的INS基因皆存在11号染色体上以及染色体上其他基因的详细信息。也可通过鼠标定位到特定基因的位置，查看该段基因的完整信息，增强对同一基因位于不同物种的染色体上的概念。除此之外，还可以通过切换物种以探索更多不同物种基因的信息，继而区分开染色体与基因的抽象概念。

4 NCBI在生物教学其他模块中的应用

生命观念、科学思维、科学探究和社会责任这四个领域是生物学学科核心素养的重要成分。为了在中学生物教学中能够更好地培养学生核心素养，教师结合NCBI，引导学生联系生物学前沿科学进行教学，在每个环节中培养学生的能力，从而提高课堂的有效性。NCBI数据库具有庞大的数据库与工具，除了以上数据库与工具能够运用到生物教学课堂外，还有很多子库也能运用到生物课堂中来，进一步促进学生牢固地掌握知识体系，明确地辨析易混淆以及不理解的概念。NCBI的其他子库在高中生物学教学中的应用情况（表1）。

NCBI数据库不仅可以查找到许多有关的蛋白质与基因的序列、结构、功能，还能够通过PubMed数据库查找生物科研文献。近年来，乳腺癌、肺癌、青蒿素等关键词成为了国内外研究的热点方向，教师通过在PubMed数据库中查找相关文献，带领学生一起阅读，共同走进科研前线。通过对学者们的研究理论、研究过程、研究成果进行学习，提高学生的英文阅读水平，扩展学生以及教师的视野，了解国内外学者在生物、医学以及药物研究方面的研究现状，了解生命科学前沿的发展，养成良好的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任感，从而对学生未来无论是参与学术科研，还是社会选择就业都起到了引导与奠基作用。

表1 NCBI的其他子库在高中生物学教学中的应用

5 总结

综上所述，NCBI数据库拥有庞大的生物医学信息资源和强大可靠的检索工具，为广大生物医学研究者进行科研工作提供了便利。信息化时代的到来，为了适应学校组织形式的转变，教师要更新教学观念，通过将NCBI与高中生物学教学的融合，转变传统的知识传授课堂，提倡探究学习、合作学习。学生使用NCBI过程，不仅扩展了科学知识及眼界，还提高了英语阅读水平，促进形成生物学学科核心素养、信息化的学习能力以及基本的科学研究的能力。

由于NBCI的载体是网页，需要良好的网络环境。为了获得预期的教学效果，需要学校提供环境上的保障支持，避免因为网速问题影响课堂进度而导致教学效果降低。教师使用NCBI前，要提前学习NCBI的相关知识，认识NCBI的整体功能，掌握操作步骤，精确地分析检索结果，整理与知识点相对应的数据库，并且精心设计符合学生现有的身心发展水平的教学设计，以期待学生在掌握生物学知识的同时领悟生物学的本质，不断地提升利用信息技术获取生物学知识的能力。