姜 钊 张卫花 童晓鹏 西藏民族大学医学院，陕西省咸阳市 712082

《生物信息学》(Bioinformatics)是生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉而形成的一门新兴学科。它通过对生物学医学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。随着医学研究的深入，分子生物学技术、计算机网络技术的快速发展，以及高通量测序技术的成熟[1]，基因组、转录组、蛋白组、代谢组、脂类组学、免疫组学、糖组学、超声组学等生物医学数据呈爆炸性增长[2]，使得生物医学研究迅速进入大数据研究时代。在数以万计的生物医学数据库以及海量生物信息学分析软件基础上，生物信息学迅速登上历史舞台。作为医学生物数据研究的主体对象医学研究生来讲，需利用生物信息学分析方法对大量生物数据进行快速有效的挖掘分析，《生物信息学》也因此成为医学研究生必修的课程之一。由于《生物信息学》课程起步较晚，多学科交叉，探索其有效的教学方法显得格外重要。

1 《生物信息学》的重要性

《生物信息学》应用范围较广，主要方向包括：比较基因组学、蛋白表达分析、生物芯片表达谱分析、蛋白结构预测、蛋白互作、系统生物学、网络生物学、进化生物学、生物多样性、合成生物学等，涉及生物物理学、分子生物与细胞生物学、脑和神经科学、医药学、农林牧渔学、分子和生态进化等研究领域，学科实用性很强，尤其对医学、生物学研究发展至关重要，其技术在医学中可用于发现筛选人类致病基因，阐明疾病发生的作用机理及分子机制；还可用于药物的设计与研发，利用计算机能够快速设计出与受体活性部位相匹配的新型药物分子，为药物研发提供了更多更高效的靶向位点，节约了药物研发成本；还可用于流行病学研究，将流行病学研究与生物信息学相结合，易于明确个体对某些疾病的易感性以及疾病在群体中的分布规律，对疾病的防治具有重要指导意义[3]，是从事医学生物学专业高校教师、研究生、科研人员、临床医生等亟须掌握的技能。

不仅如此，生物信息学具有交叉性强、覆盖面广、综合应用性强等特征，与农学、生物技术、动物科学、食品科学等各专业都有密切的联系。其本身具有运算量大、快速准确、预测性强的优势，对医药、农业、食品、化工和能源等产业的发展起到了革命性的推动作用。尤其对从事生命科学研究的人员来说，生物信息学是必不可少的研究工具，是科研工作的加速剂。《生物信息学》课程对高校相关专业学生创新能力、科研思维的培养具有促进作用。目前，我国生物信息学方面的人才稀少，就业市场亟须理论知识扎实、实践操作能力强的优秀人才，尤其在高校兼具计算机技术及医学生物学背景的教师更加稀缺。

2 医学研究生《生物信息学》教学存在的问题

目前医学研究生《生物信息学》课程教学方法较为传统，教学以讲授基础知识为主，缺乏对学生实践能力及科研思维的培养，更不能理论联系实际，远远不能达到课程培养目标，因此存在诸多问题。

第一，师资力量薄弱。由于生物信息学学科交叉性强、算法抽象、数据庞大、综合应用难度大等特点使生物信息学教师相对缺乏。生物医学专业的教师虽然有相关的知识背景但是计算分析能力不足，计算机专业的教师虽有过硬的运算分析能力但没有相关的知识背景，所以两者兼顾的人才相对较少，这对于生物信息学人才培养及该课程的持续健康发展都极为不利。第二，学生基础参差不齐、学习难度大。医学研究生来自不同的学校，有的研究生在本科已经接触过生物信息学这门课，有的第一次接触这门课，尤其对于本科阶段很少接触《分子生物学》《细胞生物学》《遗传学》等生物学基础课程的医学类研究生来说，想熟练掌握存在着很大难度，另外学生在计算机的操作水平和网络使用技能上存在较大的差异，使学习这门课难度的增加。第三，生物信息学教材落后。目前大多教材包含了分子生物学基础知识、核酸数据库简介、数据查询、序列简单比对分析、引物设计和进化树构建等基本生物信息学内容，甚至将文献检索和文献管理软件的应用放到《生物信息学》教材之中，而这些内容对于医学研究生来说虽为必备知识，但仍过于浅薄，加之生物信息学分析手段的日新月异，也跟不上现代医学研究的步伐。且教材内容比较宽泛，体现不出侧重点，课程应该添加医学领域主流技术及方法，补充前沿内容，这样具有针对性的学习也能提起研究生学习的兴趣，使所学知识真正的学以致用。第四，教学时间安排不合理。医学研究生《生物信息学》这门课程在学生研一下学期开设，此时大多学生的研究方向没有明确，学生在学习时不能体会到该学科的重要性，也不能立刻把所学内容应用于自己的研究课题中，在学习过程中具有盲目性，且遗忘的概率较大。课程若安排在学生研二上学期，这时学生的研究方向大多已经确定，在上课时会侧重学习与自己研究内容相关的生物信息学内容，并且可以立即用于实践，这样不但提高了学生学习的自主性而且还能提高教学效果。第五，教学方法传统，不能满足培养需求。目前，生物信息学教学方法大多为纯理论式讲授教学，由于该课程的复杂性，用满堂灌的传统教学方法学生们难以理解掌握，大多兴趣不高。教师在讲授这门课程的时候一定要注意改变传统“填鸭式”教学，采取多种新颖的教学方法，注重理论与实践相结合，注重培养学生学习的主观能动性，重视对学生们的动手实践能力及科研思维能力的培养，使学生真正学习掌握生物信息学技术方法，达到人才培养目标。

鉴于医学研究生《生物信息学》课程中普遍存在的问题，改进目前该课程教学方法，探索出多种新颖有效的教学方法，注重医学研究生实践应用能力的养成，利于其科研工作的开展十分必要。

3 医学研究生《生物信息学》教学方法探索

在当前大数据背景下教师应充分利用网络等各种资源，改进传统教学模式，开展多元化教学模式，注重对学生实践能力、综合应用能力的培养，以提高《生物信息学》教学效果，发挥学生的主观能动性，达到课程培养要求。

3.1 理论与上机实践相结合 《生物信息学》传统的授课方式为教师以课本为主体，对学生进行理论知识的讲解，这是“灌输式”教学方法，这种教学方法不能让学生深入理解掌握知识点，容易出现前学后忘的情况。且学习内容不能应用于实践，学生不能领悟所学内容的重要性及实际意义，这样课程学习的实用性没有得到体现。所以，理论与上机实践相结合的授课方法更适合医学研究生《生物信息学》课程的学习及实际应用。

在实际授课中，将理论课与上机实践有机结合起来，可以让学生真正掌握其原理和具体操作，比如在讲解相关序列数据库(UniProt、PDB数据库)的比对查询时，在跟学生讲解原理后，演示数据库比对的整个过程，然后给学生一些未经演示的相关疾病基因或氨基酸序列，让学生进行检索分析，从而掌握数据库的检索方法。而在讲解系统进化树的构建时，在讲解完进化树构建的流程(测序—序列分析—序列比对及相似序列下载—多序列比对—进化树构建方法选择—软件构建—进化树分析)同时进行演示，之后由学生自主分析并对分析结果加以解释，不但可以在学生分析操作中找到自己的错误点，也可以对细节中的疑问进行解答，最终使每一位学生都掌握分析的方法和操作。此外，除了平时上课，《生物信息学》课程考试考核也应该采取理论与实践相结合的方法。生物信息学是一门实践性很强的学科，在考试考核时不能只考查学生对理论知识的掌握，还应考查学生对于该课程的综合应用。可采取上机作业和理论考试相结合的方法，上机作业和理论考试各占比50%，这样才能真正检验学生的学习效果；在对学生考核时也可采用课程研究论文的形式，要求学生结合自己或导师的研究方向通过文献检索查阅资料，锁定自己的研究目标，详细列出实施步骤，实施过程用到哪些生物信息学方法，用该生物信息学方法能解决什么问题等。实践性考试考核方法可全方位考查学生对生物信息学的学习情况，在生物信息学课程考查中值得借鉴。由“灌输式”教学方式转变为授课—上机操作—答疑的实践课教学模式，能使研究生对该课程学习受益达到最大化。

3.2 教学与科研相结合 充分掌握应用生物信息学有效方法之一就是将教学和科研有机结合起来。一方面，教师在课程教学中除了讲解生物信息学课本内容外，还需要补充生物信息学前沿动态，掌握生物信息学新方法新工具，引导学生阅读最新的相关文献，并在教学中引入相关的科研文章，以科研文章为例结合其中用到的生物信息学方法给大家讲解并操作相关生物软件的使用方法与技巧，这样学生更容易理解生物信息软件的用途，还有助于学生创新思维能力和科研实践能力的培养[4]。教师还可将自己科研课题及其成果融入教学内容中，给学生讲解选题思路，在实践过程中如何应用生物信息学知识点及工具，解决了哪些科研问题等。用理论联系实际，使教学内容更加灵活、丰富、深刻。在完整的科研路线中融入生物信息学知识点，不仅提高学生的学习兴趣，给学生留下深刻的印象，还能提高教师的教学能力，呈现出良好的教学效果。另一方面，在讲授理论课的同时，鼓励有兴趣的学生以学习兴趣小组形式参与老师的科研课题。学生参与到科研工作中才能遇到各种实际问题与困难，在解决问题中磨砺学生的意志，培养学生严谨认真的科研思维与态度，切实提高学生的动手操作能力与独立解决问题能力，这也是学生科研道路上一种宝贵的经验。科研工作是生物信息学课程的实践应用过程，让学生参与科研工作能使学生充分理解并掌握生物信息学知识[5]，真正做到学以致用。

教学科研相结合是一个相辅相成的过程，在科研过程中生物信息学方法得以应用巩固，反过来生物信息学方法能够更快更好地促进科研工作开展。

3.3 导师制培养 生物信息学教学可采用导师制模式，学生根据导师课题研究方向、内容及自己的兴趣选择导师，参与导师的课题。导师通过与学生的交流掌握其专业课程(包括生物信息学)学习情况，并结合自己的研究内容给学生提出更有效的意见和建议来学习生物信息学及学习的侧重点。学生在任课老师和导师双重指导下有目标、有方向地进行学习，把学习到的生物信息学方法及时应用于导师研究课题数据的挖掘分析中，通过在课题中实践生物信息学技术达到熟练掌握的目的，同时在导师研究课题中形成自己完整的科研思路与方法，协助导师更好完成课题，并发表相关论文。此外，导师还可让学生参与自己相关的课题申报工作，鼓励学生积极申报各级创新创业项目，以充分调动学生的积极性，培养学生的科研思维，在实践操作中形成科研与教学的融合[6-7]。导师还可以鼓励自己的研究生多参加生物信息学方面的专题讲座或学术报告，了解生物信息学研究的前沿动态，通过聆听专家学者分享的研究课题中所涉及的生物信息学方法给自己的研究思路带来启发，并且能学到新的生物信息学方法。其次，还可给学生报名生物信息学专业培训，通过专业的高强度训练，学生的生物信息学分析技术才会得以提升，才能更好地服务研究课题。最后，为了使学生更好地应用生物信息学技术，导师还可带领研究生建设完善的生物信息学实践平台，通过搭建服务器等给学生提供良好的生物软件处理数据的实践平台，利于高效完成研究课题。

导师制培养模式不但利于医学研究生《生物信息学》课程的学习及应用，而且有助于研究生科研思维及学术素养的形成，这种培养模式应该在更多学科中借鉴与开展。

3.4 双语制教学 由于《生物信息学》所涉及的数据库、应用软件、网站大多为英文，所以该课程很有必要实行双语授课。在授课的前1周教师将自己授课课件通过网络教学平台发给授课班级，让学生们提前预习，熟悉课件中的英语专业词汇及所用到的英文数据库等。教师在生物信息学双语教学授课中，要根据学生的英语水平和接受能力的实际情况随时调整授课方式与进度，做到因材施教。对于英语水平较高的学生，课件可全部用英文，对生僻的专业性名词进行中文注释；对于英语水平中等的同学进行中文授课，而课件采用英文，对专业词汇全部用中文注释；对于英语水平较差的同学则采取中文授课，仅专业名词用英文讲解，课件制作采取中英文两种形式。如果学生学习水平相当，起初在教学过程及课件中对授课内容进行英语汉语双重注释，等到大家熟悉并有一定学习能力后课件可采用全英文注释，教师在讲授过程中可根据授课内容难易程度进行重复性侧重性的双语讲解，不仅能提高学生英文听说读写的能力，还能锻炼学生的自学能力，为学生以后的科研写作等打基础[8]。

3.5 多种教学方法相结合 生物信息学课程的开展还可采用多种教学方法，如PBL教学、E-learning教学、案例式、启发式、互动式教学等，这些教学方法使生物信息学教学更加丰富多彩。在采用PBL教学模式时教师对学生进行分组，针对本节课的学习内容提出问题并布置任务，小组之间的学生通过查阅讨论等方式学习并完成任务。教师再对每个小组中学生完成情况进行补充评价，这样的学习方法加强了师生之间的交流，调动了学生的积极性[6]。其次，还可以采用E-learning教学方法，课前教师通过教学平台给学生发布学习要求和目标，学生们利用网络、计算机、多媒体等进行数字化学习，在自主学习过程中完成教师布置任务，教师对学生的学习进行总结反思，这样有助于教师在课堂有针对性地进行教学[9]。最后，还可采用启发式、互动式、案例式教学，这些教学手段能让学生们成为学习的主导者，活跃课堂气氛，调动学生学习积极性，培养学生协作能力和自学能力[10]。

4 结束语

目前，生物信息学已渗透到生命科学、医学等各个领域的研究中，已成为医学研究常用技术方法之一。通过对医学研究生生物信息学教学过程中存在的问题进行总结，探索该课程学习的多种教学方法，目的是让学生掌握生物信息学课程基础知识，熟练应用生物信息学方法，培养出符合时代发展需求的生物信息学人才，从而满足医学发展要求，利用生物信息学解决医学难题，促进医学科研与临床的发展。