發(fā)布時間：2023-12-22 11:28:25
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生物信息學(xué)概念樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
一、追溯生活現(xiàn)象，導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容
生活是一個巨大的資料庫，儲存著眾多的知識寶藏，這些知識寶藏都是以生活現(xiàn)象的形式存在著的，教師應(yīng)該挖掘生活中與課堂內(nèi)容有關(guān)的一些現(xiàn)象，將它們置于學(xué)生面前，并將課堂內(nèi)容植入其中，讓學(xué)生更能透徹地對具有理論性的課堂內(nèi)容加以理解.以“細(xì)胞呼吸”這一核心概念的教學(xué)為例，教師在進(jìn)行課堂教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入的時候，可以將生活中的有關(guān)現(xiàn)象擺在學(xué)生面前，這些在生活當(dāng)中發(fā)生的現(xiàn)象是學(xué)生日常所接觸的，但由于沒有理論知識做支撐，這些現(xiàn)象對學(xué)生而言既熟悉又陌生.由于他們對這些發(fā)生在周圍的現(xiàn)象的緣由不清楚，再加上他們自身受強(qiáng)烈求知欲的支配，使其被該內(nèi)容吸引，并隨著教師一步步的引導(dǎo)，漸入課堂的臻境.例如，在講解“細(xì)胞呼吸”這一概念的時候，教師可以將生活現(xiàn)象作為引線，以提問的方式導(dǎo)入課堂內(nèi)容：同學(xué)們你們知道為什么我們每天都離不開一日三餐嗎？起初，學(xué)生認(rèn)為這一問題很簡單，顯然是為了填飽肚子，補(bǔ)充身體所需的能量.“那么我們吃下去的食物又是如何轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼哪芰康哪?？”面對這一問題，在場的學(xué)生啞然.然后教師再進(jìn)行新課導(dǎo)入，“要想了解能量轉(zhuǎn)變的過程，我們首先就要揭開'細(xì)胞呼吸'這一面紗.”通過教師這一順勢的引導(dǎo)，學(xué)生就會注意力集中，聽教師將謎底一步步揭開.細(xì)胞呼吸是在細(xì)胞內(nèi)，生物體內(nèi)的有機(jī)物經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量的總過程.
二、問題情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生自主探究
一個問題的產(chǎn)生又會牽引出一系列的問題，形成問題的連環(huán)扣.而對于這些問題來說，它們都是以生活作為源頭，以生活作為存在的情境，是我們常常接觸到，既熟悉又陌生的問題現(xiàn)象，對我們的生活起著重要的影響，可以說，它是組成生活的一部分，這就決定了它的可探究性.在生物課堂教學(xué)中，教師要利用這一點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，讓學(xué)生通過自主探究，進(jìn)一步深刻地了解生活，走進(jìn)生活.
對于“細(xì)胞呼吸”這一概念而言，在生活中我們常常會接觸到.它是生物體內(nèi)的有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，并且釋放能量的總過程.從細(xì)胞呼吸的方式來看，主要分為兩種，一種為有氧呼吸，另一種為無氧呼吸.這兩種呼吸方式在生活中各有指涉現(xiàn)象，所以為了更好的研究，教師應(yīng)該挖掘生活當(dāng)中潛藏的有關(guān)現(xiàn)象，進(jìn)行循序漸進(jìn)的提問，并鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主探究.在生活當(dāng)中，用于釀酒以及發(fā)面的酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，無論是在有氧還是無氧的情況下，酵母菌都可以很好的生存，而且該菌屬于兼性厭氧菌.正因?yàn)檫@種雙重的呼吸方式，才便于教師引導(dǎo)學(xué)生研究細(xì)胞呼吸的方式.關(guān)于酵母菌的呼吸現(xiàn)象在生活中比比皆是，例如在日常生活中我們所吃的饅頭或者面包，你會發(fā)現(xiàn)它們在利用酵母菌之后而變得疏松多孔，這就是酵母菌在發(fā)酵的過程中，發(fā)生了氣體膨脹所導(dǎo)致的.基于這一情景資料，教師可以向同學(xué)提出問題，并引導(dǎo)其自主地解決問題.例如教師可以問學(xué)生：對于酵母菌來說，它實(shí)質(zhì)上是以怎樣的方式來進(jìn)行細(xì)胞呼吸的？其二，發(fā)酵時，酵母菌主要產(chǎn)生的是哪種氣體？學(xué)生根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，以及所創(chuàng)設(shè)的情境資料，就會針對問題進(jìn)行假設(shè)性回答：如果說酵母菌在無氧以及有氧的情況下都能生存，那么這就說明酵母菌既可進(jìn)行有氧呼吸，又可以進(jìn)行無氧的呼吸.其二，既然酵母菌可以用來發(fā)面，那么其有氧呼吸的產(chǎn)物可能是CO2.這樣一來學(xué)生就會對細(xì)胞呼吸有一個整體的了解，為以后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).
三、分組實(shí)驗(yàn)，突破難點(diǎn)、重點(diǎn)
一堂課的知識涵蓋量都集中在教學(xué)內(nèi)容難點(diǎn)、重點(diǎn)的設(shè)置上，可以說在課堂內(nèi)容的傳授方面舉足輕重.對于“細(xì)胞呼吸”這節(jié)課來說，其重點(diǎn)、難點(diǎn)主要是細(xì)胞呼吸的兩種方式，即有氧呼吸、無氧呼吸，那么教師就應(yīng)該去引導(dǎo)學(xué)生通過動手實(shí)踐的方法，進(jìn)行條件分析，兩相比照.還以酵母菌為例，教師可以將學(xué)生分成小組，對有氧、無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸產(chǎn)物的種類和含量的差異進(jìn)行對比.對酵母菌來說，在密閉的情況下才可表現(xiàn)出無氧呼吸，相反，與空氣接觸便是有氧呼吸.在這兩種呼吸方式下，都會產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，不同的是在無氧的條件下產(chǎn)生二氧化碳的同時還產(chǎn)生了酒精.
1 農(nóng)村中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題
1.1 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)施嚴(yán)重滯后
實(shí)驗(yàn)室、儀器設(shè)備是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物質(zhì)條件。由于教育經(jīng)費(fèi)投入的相對不足，多數(shù)學(xué)校的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和裝備還停留在教育部Ⅱ或Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，很多農(nóng)村中學(xué)沒有獨(dú)立的生物實(shí)驗(yàn)室，相當(dāng)部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室是利用教室改建的，存在生化共用一室現(xiàn)象，且水電布局不合理或水電難以保證。實(shí)驗(yàn)“三室”用房不夠或缺少問題比較突出，具有一定的普遍性。
1.2 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺失嚴(yán)重
按照中學(xué)生物新課程標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)村中學(xué)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備根本不能滿足正常的教學(xué)需求，新課標(biāo)增加的實(shí)驗(yàn)儀器基本沒有配備，甚至連顯微鏡配置數(shù)量都不足。實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化，原有的儀器設(shè)備、藥品沒有進(jìn)行必要的更新、補(bǔ)充，如一些學(xué)校顯微鏡的鏡筒大多無法固定而下滑，目鏡和物鏡丟失數(shù)量較多，一些模型、標(biāo)本也損壞嚴(yán)重。舊的實(shí)驗(yàn)裝備配置已滯后，較先進(jìn)的儀器以及多媒體設(shè)備還未配備。
1.3 領(lǐng)導(dǎo)不重視，教育理念落后
由于中考取消了生物科目，多數(shù)農(nóng)村中學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)、教師淡化了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式仍停留在舊有的認(rèn)知水平，對實(shí)驗(yàn)室的功能定位停留在完成上級評估驗(yàn)收要求，關(guān)注的重點(diǎn)是在升學(xué)率和考試分?jǐn)?shù)，在師資配備、資金投入方面都不予重視，忽視了生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)環(huán)節(jié)中的重要作用，凡此種種均在一定程度上阻礙著農(nóng)村學(xué)校生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施和提高。
1.4 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理不規(guī)范
一些農(nóng)村中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室缺乏規(guī)范管理，表現(xiàn)在部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)室仍懸掛的是20世紀(jì)八九十年代的實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)則，實(shí)驗(yàn)器材布滿灰塵，實(shí)驗(yàn)試劑長久失效，常用的儀器維護(hù)不到位，實(shí)驗(yàn)室管理資料殘缺不齊。
1.5 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀令人憂慮
生物學(xué)實(shí)驗(yàn)開出率在不斷降低。表現(xiàn)為：一是農(nóng)村學(xué)校經(jīng)濟(jì)困難，經(jīng)費(fèi)短缺，投入到實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)費(fèi)自然是能省則省，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)得不到落實(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的儀器藥品沒有得到及時補(bǔ)充，不能滿足教學(xué)需要；二是農(nóng)村學(xué)生比城區(qū)學(xué)生有更大的生存壓力，中考不考生物，做不做實(shí)驗(yàn)不會影響升學(xué)，師生在思想上不予重視，將生物學(xué)列為“副科”，這樣，生物學(xué)就處于非常尷尬的境地；三是多數(shù)農(nóng)村學(xué)校由于沒有專職生物實(shí)驗(yàn)教師，任課教師自己準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，工作量的增加，使得一些老師力不從心，于是一些裝備條件較好的學(xué)校就改為在多媒體教室讓學(xué)生看實(shí)驗(yàn)演示課件，條件差的學(xué)校則取消實(shí)驗(yàn)課，甚至有些學(xué)校教材內(nèi)容都無法完成，多數(shù)農(nóng)村學(xué)校的學(xué)生連最起碼的顯微鏡都沒見過。
1.6 農(nóng)村中學(xué)師資力量薄弱，生物教師不被重視
由于種種原因，農(nóng)村學(xué)校中生物教師整體專業(yè)水平不高，發(fā)展后勁不足，素質(zhì)參差不齊。初中生物實(shí)驗(yàn)教師專職少，多為兼職教師。因此，教師上生物課就是“照本宣科”，對新課程的變化不了解，不會做實(shí)驗(yàn)或做不好實(shí)驗(yàn)，而生物實(shí)驗(yàn)教師很多僅起“保管員”的作用。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，農(nóng)村中學(xué)中具有高級職稱的生物教師比例相對較低。由于生物學(xué)科在中學(xué)學(xué)科中處于弱勢學(xué)科，從而直接影響到教師的評聘、待遇等切身利益，導(dǎo)致很多生物專業(yè)的教師改教其他學(xué)科或調(diào)入城區(qū)中學(xué)，非生物專業(yè)的教師在任教生物學(xué)課程中，沒有歸屬感，將其作為一種過渡，沒有將精力真正投入到教學(xué)中。大中專生物學(xué)專業(yè)畢業(yè)生不愿到農(nóng)村任教，人才流失嚴(yán)重。
1.7 生物教師自身職業(yè)倦怠，不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)
由于中考取消了生物科目，沒有成績壓力，多數(shù)農(nóng)村中學(xué)生物教師沒用積極性去開設(shè)“費(fèi)力不討好”的生物課，因此表現(xiàn)為：將學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)改為演示實(shí)驗(yàn)；將做實(shí)驗(yàn)改為講實(shí)驗(yàn)；將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果直接告訴學(xué)生；課時內(nèi)容被壓縮，課時嚴(yán)重不足，或?qū)⑸镎n時挪用于“主課”。生物教師忽視自身的學(xué)習(xí)，沒有積極主動地去提高生物學(xué)專業(yè)知識和專業(yè)技能，自身的專業(yè)素養(yǎng)和知識儲備無法適應(yīng)新的要求和挑戰(zhàn)。
2 農(nóng)村中學(xué)開展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新思路
綜上所述，農(nóng)村中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀令人擔(dān)擾。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村中學(xué)生的人數(shù)占全國中學(xué)生總數(shù)的70%以上，多數(shù)農(nóng)村學(xué)生將來還將在農(nóng)村為農(nóng)村生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)，因此實(shí)施素質(zhì)教育的重難點(diǎn)在農(nóng)村中學(xué)。如果教育行政部門和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)思想上不重視，不采取有效的措施切實(shí)加以解決，必將影響素質(zhì)教育的實(shí)施，影響到為高一級學(xué)校輸送合格的新生和為本地經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)的勞動者。因此，尋找一條適合農(nóng)村中學(xué)實(shí)施素質(zhì)教育、提高教育教學(xué)質(zhì)量的路子，是各級教育工作者責(zé)無旁貸的職責(zé)。
2.1 改善實(shí)驗(yàn)條件，逐步加強(qiáng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)
新課程背景下，生物教學(xué)更加重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，對生物實(shí)驗(yàn)室裝備的要求也隨之提高。針對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施與教育發(fā)展要求不相適應(yīng)的情況，為更好地適應(yīng)新課程教學(xué)，要實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)一步加強(qiáng)，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施。隨著基礎(chǔ)教育的發(fā)展和國家對教育的重視不斷提高，我國基礎(chǔ)教育經(jīng)費(fèi)投入的總量在大幅度上升，學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件條件會不斷完善。要積極爭取教育主管部門的重視和支持，采取上級撥一點(diǎn)，學(xué)校自籌一點(diǎn)，解決實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足或沒有實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)這個難題。在管好、用好現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，有計(jì)劃地分批進(jìn)行配套建設(shè)，逐步改善實(shí)驗(yàn)條件，科學(xué)添置設(shè)備，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室資源配置及應(yīng)用，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
2.2 改變教育觀念
新教材增加了大量的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，這對農(nóng)村中學(xué)現(xiàn)有的師資和設(shè)備等教學(xué)資源提出了更高的要求，特別是辦學(xué)條件和辦學(xué)觀念一直相對落后的廣大農(nóng)村中學(xué)，將面臨新的困難和挑戰(zhàn)。農(nóng)村中學(xué)應(yīng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)試教育觀念，立足于農(nóng)村實(shí)際，從有利于學(xué)生終身發(fā)展的高度來認(rèn)識實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，充分認(rèn)識到生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力上不可替代的作用，轉(zhuǎn)變過去重知識傳授，輕技能和能力培養(yǎng)的做法，努力創(chuàng)造條件，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為生物學(xué)的一種基本的教學(xué)形式。
2.3 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提高生物教師素質(zhì)
教師是學(xué)校教育的靈魂，因此，教育機(jī)構(gòu)和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)要重視師資力量的建設(shè)，一應(yīng)建立健全農(nóng)村地區(qū)生物教師“留得住、在得長”的保障機(jī)制，在職稱晉升、評優(yōu)加薪等方面，優(yōu)先考慮在欠發(fā)達(dá)地區(qū)中長期任教且表現(xiàn)突出的教師，以鼓勵廣大生物教師在欠發(fā)達(dá)地區(qū)扎根。二應(yīng)建立健全經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)教師后備人力資源補(bǔ)充機(jī)制，重視從源頭上提升欠發(fā)達(dá)地區(qū)生物教師隊(duì)伍素質(zhì)，制定相關(guān)政策，加大政策傾斜，積極鼓勵和吸引優(yōu)秀大中專畢業(yè)生到欠發(fā)達(dá)地區(qū)任教，不斷優(yōu)化教師隊(duì)伍。只有采取措施切實(shí)提高教師隊(duì)伍素質(zhì)，才能使農(nóng)村地區(qū)素質(zhì)教育步入良性發(fā)展的軌道。三應(yīng)建立健全農(nóng)村地區(qū)生物教師培訓(xùn)機(jī)制，鼓勵生物教師在職進(jìn)修。采取集中培訓(xùn)、示教觀摩、網(wǎng)絡(luò)學(xué)校等多種形式，為欠發(fā)達(dá)地區(qū)生物教師提供免費(fèi)優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)。加強(qiáng)骨干生物教師隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)科帶頭人，加強(qiáng)校本培訓(xùn)，提高生物教師的整體素質(zhì)。
2.4 加強(qiáng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理，配備專職生物實(shí)驗(yàn)教師
生物實(shí)驗(yàn)教師是學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)必備人員，是保證開展好生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵因素之一。有關(guān)部門要解決生物實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍比較混亂，師資配備較差，流動性大，生物實(shí)驗(yàn)技能薄弱等問題，配備專職生物實(shí)驗(yàn)教師并落實(shí)相應(yīng)的待遇，定期對其進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高他們的業(yè)務(wù)水平，這樣才能有效地實(shí)施生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。
2.5 發(fā)揮農(nóng)村中學(xué)在生物教學(xué)方面的優(yōu)勢，開展好生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作
據(jù)調(diào)查，教師本身對農(nóng)村中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視程度不夠也是影響農(nóng)村生物教學(xué)開展的一個重要原因。因此，要樹立新的理念，立足農(nóng)村實(shí)際，發(fā)揮農(nóng)村中學(xué)在生物教學(xué)方面的優(yōu)勢，培養(yǎng)師生將實(shí)驗(yàn)作為一種習(xí)慣，切實(shí)開好生物實(shí)驗(yàn)課。
1）開發(fā)與利用低成本的農(nóng)村生物實(shí)驗(yàn)資源。農(nóng)村中學(xué)雖然在實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件上相對落后，但卻擁有得天獨(dú)厚的自然資源，生物取材比較方便。農(nóng)村學(xué)生由于長期和大自然親密接觸，有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的經(jīng)驗(yàn)比較豐富，動手能力較強(qiáng)，因此，生物教師應(yīng)克服困難，立足當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)，開發(fā)與利用生物低成本實(shí)驗(yàn)資源，開展第二課堂教學(xué)活動，讓更多的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握實(shí)用性較強(qiáng)的、對振興當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)有利的生物學(xué)知識，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大力推進(jìn)素質(zhì)教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
如學(xué)習(xí)植物花的形態(tài)結(jié)構(gòu)、植物的扦插、栽培技術(shù)等，就可帶學(xué)生到當(dāng)?shù)氐墓麍@去觀察、實(shí)踐。發(fā)動學(xué)生到野外采集，進(jìn)行植物的識別、植物標(biāo)本、葉脈書簽的制作，也可開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣候環(huán)境、生物多樣性的探究活動。走出教室，以草原、丘陵、平原、山地為課堂，取法大自然為教材，開展活教育，培養(yǎng)真性情，激發(fā)真興趣。給學(xué)生創(chuàng)造與自然密切接觸的機(jī)會，寓教于樂，讓學(xué)生對生命有更深入的了解和認(rèn)識，于潛移默化中開展生物學(xué)教育。
2）開發(fā)具有農(nóng)村特色的校本實(shí)驗(yàn)課程。自編鄉(xiāng)土教材，創(chuàng)造性地開發(fā)一些有利于學(xué)生今后開展生產(chǎn)實(shí)踐的生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一可選擇與學(xué)校條件相符的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，二可根據(jù)地方的生產(chǎn)特點(diǎn)開發(fā)相應(yīng)的校本實(shí)驗(yàn)課程，如“小麥的田間管理”“果樹的嫁接與管理”“生態(tài)養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)”等。農(nóng)村中學(xué)應(yīng)以新課改為契機(jī)，充分體現(xiàn)“注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系”的新課程理念，致力于校本生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程資源的開發(fā)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容貼近生活和社會實(shí)際，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和積極性，辦出農(nóng)村生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特色。
3）創(chuàng)建生物實(shí)踐園地。充分利用農(nóng)村無法比擬的生物資源，根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，師生動手，創(chuàng)造條件，變?nèi)鮿轂閮?yōu)勢，開辟諸如花卉區(qū)、蔬菜區(qū)、果樹區(qū)、動物飼養(yǎng)區(qū)等生物實(shí)踐園地，利用園地的材料，既解決了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)短缺的問題，又鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力。學(xué)生在實(shí)踐中拓寬了知識視野，培養(yǎng)了自主探究的能力，起到了事半功倍的效果。
4）開展學(xué)校與當(dāng)?shù)氐幕雍献?，為?dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)后備人才。教育的本質(zhì)是培養(yǎng)合格的社會公民。農(nóng)村中學(xué)生有近半數(shù)的人將來可能從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此，結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活，重視挖掘當(dāng)?shù)氐慕逃Y源，充分拓展探究式、體驗(yàn)式教學(xué)的生命力。可設(shè)置一些技能型實(shí)驗(yàn)，如葡萄酒的制作，食用菌的培養(yǎng)、區(qū)域特產(chǎn)的種植、養(yǎng)殖場、大棚菜等生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)。結(jié)合課程內(nèi)容，向勞動者學(xué)習(xí)實(shí)用技術(shù)，如在講“光合作用”時，介紹大棚菜通光面積和光照時間；講“植物的礦質(zhì)營養(yǎng)”時，介紹小麥、玉米等所必需的礦質(zhì)元素，怎樣合理施肥等。變單獨(dú)的為教學(xué)而實(shí)驗(yàn)為與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)傳統(tǒng)生物技術(shù)的原理和操作方法，加深理解現(xiàn)代生物技術(shù)，解決生活中的問題，體驗(yàn)成功的快樂，提高學(xué)習(xí)興趣，樹立愛家鄉(xiāng)的觀念，為新農(nóng)村建設(shè)培養(yǎng)新型技術(shù)型人才。
5）開展自制教具活動。充分發(fā)揮師生的主觀能動性和聰明才智，利用一些日常生活物品或廢棄物，積極開展自制教具活動，如利用木工的邊角廢料，自制植物標(biāo)本夾、昆蟲標(biāo)本盒、接種箱；開展植物標(biāo)本采集制作和植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；利用廢棄的透明飲料瓶，開展生態(tài)瓶的制作實(shí)驗(yàn)；無色透明的罐頭瓶可代替標(biāo)本瓶；利用家禽、允許采集的鳥類等可制作解剖、浸制、剝制標(biāo)本；利用地方特色材料如秫秸、粘土等，制作生物教學(xué)所需的教具等。這些活動既可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和熱愛自然的科學(xué)素養(yǎng)，又可變廢為寶、節(jié)約資源，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念。
參考文獻(xiàn)
[1]彭勇，黃發(fā)享，段彬江.重視新課程背景下生物學(xué)實(shí)驗(yàn)管理與改革[J].生物學(xué)教學(xué)，2011（11）：67-68.
生物信息學(xué) 生物科學(xué) 實(shí)踐教學(xué)
生物信息學(xué)作為一門新興的交叉性學(xué)科，綜合生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)試圖，從大量數(shù)據(jù)中尋找具有指導(dǎo)和開創(chuàng)性價值的依據(jù)，為生命科學(xué)研究提供必要的、有效的系統(tǒng)模擬和信息預(yù)測結(jié)果。目前，生物信息學(xué)在生物醫(yī)學(xué)、生物工程、植物學(xué)、動物學(xué)、生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、制藥和高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，產(chǎn)生巨大的影響力和推動力。
一、生物信息學(xué)在生物科學(xué)領(lǐng)域的作用
生物科學(xué)是研究生物結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，及其與周圍環(huán)境關(guān)系的科學(xué)。在分子生物學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展過程中，生物科學(xué)從傳統(tǒng)的個體及群體表征研究逐步演變?yōu)閮?nèi)在分子機(jī)制的研究，隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，生物科學(xué)領(lǐng)域的研究不僅聚焦于生物個體的內(nèi)在分子機(jī)制，同時還從大量的生物個體的基因數(shù)據(jù)中獲取和解析生命的本質(zhì)和規(guī)律，并以此嘗試對生命過程進(jìn)行干涉和改造。而在獲取、解析、干涉和改造的過程中扮演重要角色的就是生物信息學(xué)。
生物信息學(xué)是在生物科學(xué)領(lǐng)域各個學(xué)科發(fā)展的過程中逐步產(chǎn)生的一門綜合性學(xué)科，該學(xué)科在生物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。目前，植物基因組研究取得了重大進(jìn)展，水稻、大豆、小麥等農(nóng)作物的遺傳圖譜、基因序列、基因組注釋已公布于美國國立生物技術(shù)信息中心（NCBI）的生物信息數(shù)據(jù)庫中。利用生物信息學(xué)的相關(guān)方法和技術(shù)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，從而更好地理解和認(rèn)識植物基因組的功能，指導(dǎo)后續(xù)的科學(xué)研究和生產(chǎn)應(yīng)用。傳統(tǒng)的生物學(xué)分類方法已經(jīng)鑒定及分類了成千上萬的物種，但是隨著生物科學(xué)的發(fā)展和認(rèn)知，越來越多的物種在遺傳進(jìn)化上的分類依據(jù)較為模糊，而利用生物信息學(xué)結(jié)合傳統(tǒng)的分類學(xué)可以更好的研究生物類群間（植物、動物、微生物等）的異同性、親緣關(guān)系、遺傳進(jìn)化過程和發(fā)展規(guī)律，這在當(dāng)今的生物分類學(xué)中應(yīng)用日趨廣泛。生物信息學(xué)還可以綜合利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和計(jì)算分析，探索物種間基因流動的本質(zhì)，揭示生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)規(guī)律，從而為找到?jīng)Q定生態(tài)系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定的根本因素提供重要的依據(jù)，幫助生態(tài)系統(tǒng)平衡的恢復(fù)。此外，通過生物信息學(xué)技術(shù)構(gòu)建遺傳工程菌，降解目標(biāo)污染物的分子遺傳物質(zhì)，從而達(dá)到催化目標(biāo)污染物的降解，維護(hù)生態(tài)環(huán)境的空氣、水源、土地等質(zhì)量，也是當(dāng)今生態(tài)環(huán)境保護(hù)的新興研究方向。
二、生物信息學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和課程要求
生物信息學(xué)主要由基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、比較基因組學(xué)、計(jì)算生物學(xué)等學(xué)科構(gòu)成，主要涉及的內(nèi)容有生物數(shù)據(jù)的收集、存檔、顯示和分析，體外預(yù)測、模擬基因及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，對生物的遺傳基因圖譜進(jìn)行分析處理，對大量的核苷酸和氨基酸序列進(jìn)行比對分析，確定進(jìn)化地位等。從生物信息學(xué)的概念及其涉及的內(nèi)容中可以明確生物信息學(xué)不是一門獨(dú)立的學(xué)科，所以要求教師在教學(xué)過程中掌握多領(lǐng)域的知識和技能，才能較好地把握該課程。
1.高等數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)
生物信息學(xué)將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)作為主要的計(jì)算理論基礎(chǔ)，主要包括數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)方法、動態(tài)規(guī)劃方法、數(shù)據(jù)挖掘等方面。此外還包括隱馬爾科夫鏈模型（HMM）在序列識別上的應(yīng)用，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測的最優(yōu)理論，DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋵W(xué)，遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等。因此，在生物信息學(xué)教學(xué)過程中要求教師具備數(shù)學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)算方法的基礎(chǔ)知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和計(jì)算，從而對基因和蛋白質(zhì)序列進(jìn)行比對、進(jìn)化分析和繪制遺傳圖譜等。
2.生物科學(xué)基礎(chǔ)
生物信息學(xué)包含的生物類學(xué)科有，生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，基因工程、蛋白工程、生物技術(shù)等應(yīng)用學(xué)科。根據(jù)其課程特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)課程前需要學(xué)習(xí)生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等基本生物學(xué)課程，對于基因序列、蛋白質(zhì)序列、啟動子、非編碼區(qū)等概念有深刻的理解，同時需要對一些重要的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫有一定的了解，如美國基因數(shù)據(jù)庫（GeneBank）、歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)庫（Embl）和日本核酸數(shù)據(jù)庫（DDBJ）等。此外，要求學(xué)生能夠利用生物學(xué)數(shù)據(jù)庫查找基因序列、蛋白質(zhì)序列、基因及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，能夠讀懂?dāng)?shù)據(jù)庫中基因和蛋白質(zhì)的信息注釋，能夠計(jì)算蛋白質(zhì)序列的分子量和等電點(diǎn)，能夠?yàn)閿U(kuò)增特定的基因片段設(shè)計(jì)引物，能夠?qū)μ囟ㄎ锓N進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析等。
3.計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)
計(jì)算機(jī)是生物信息學(xué)的主要輔助工具，利用生物信息學(xué)研究生物系統(tǒng)的過程需要能夠熟練使用計(jì)算機(jī)對大量的生物信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，這主要包括對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜索（收集和篩選）、處理（編輯、整理、管理和顯示）及利用（計(jì)算、模擬）。所以，學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的過程中需要了解和掌握一些常用的生物信息學(xué)軟件，如BLAST和FASTA序列比對分析軟件，Oligo和Primer引物設(shè)計(jì)軟件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等綜合分析軟件。此外，學(xué)生還需要學(xué)習(xí)和掌握一些常用的計(jì)算機(jī)語言，如正則表達(dá)式、Unix shell腳本語言和Perl語言。
利用生物信息學(xué)在處理和分析海量生物數(shù)據(jù)的過程中，計(jì)算機(jī)軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運(yùn)行，因此要求計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)使用Unix和Linux操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)需要大量的操作命令進(jìn)行輸入執(zhí)行過程，對于經(jīng)常使用Windows操作系統(tǒng)的學(xué)生來說是一個較難跨越的障礙。
三、生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題
目前國內(nèi)大多數(shù)高校的生物信息學(xué)教學(xué)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即以課堂式的理論教學(xué)為主，缺乏必要的實(shí)踐教學(xué)。理論教學(xué)模式固定、教學(xué)方法單一、教學(xué)內(nèi)容狹窄，通常是介紹性、科普性的課程，甚至作為公選課程。少數(shù)高校開展生物信息學(xué)的實(shí)踐課程教學(xué)，但多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏和專業(yè)相適應(yīng)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，而開放性實(shí)驗(yàn)更無從談起。
1.教學(xué)模式固定單一
生物信息學(xué)在內(nèi)容層面涵蓋諸多學(xué)科領(lǐng)域，注重應(yīng)用性和實(shí)踐性。然而，目前大部分高校把生物信息學(xué)作為一門孤立的課程，這導(dǎo)致教師需要將大多數(shù)課程內(nèi)容壓縮到一門課程進(jìn)行教學(xué)，在有限的教學(xué)時數(shù)下灌輸大量內(nèi)容，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，降低了教學(xué)質(zhì)量。再者，大多數(shù)高校僅開展生物信息學(xué)的理論教學(xué)，忽視實(shí)踐教學(xué)過程，造成生物信息學(xué)理論與實(shí)踐內(nèi)容的脫節(jié)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論知識后難以深入理解和吸收，無法將所學(xué)的知識應(yīng)用到后續(xù)的工作和學(xué)習(xí)中，最終未能體現(xiàn)出該門課程的價值。
2.教師專業(yè)背景薄弱
作為一門交叉學(xué)科，生物信息學(xué)的教學(xué)要求教師具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)、生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)背景。然而，目前從事生物信息學(xué)教學(xué)的教師即便具備深厚的生物學(xué)背景，但是多數(shù)教師在數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方面較為薄弱，并不具備完整的生物信息學(xué)知識體系，對生物信息學(xué)發(fā)展趨勢也了解不多。在師資缺乏的情況下，院系開設(shè)生物信息學(xué)課程，教師為了完成教學(xué)任務(wù)，僅僅在教學(xué)中進(jìn)行介紹性的講解，在課程考查方式上通過小論文、綜述和課外活動等方式完成該課程的學(xué)習(xí)。因此，無論是理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)均無法實(shí)現(xiàn)該課程大綱的要求，從而影響學(xué)生對生物信息學(xué)課程的理解和掌握，生物信息學(xué)的實(shí)踐操作能力更無從談起。
3.實(shí)踐教學(xué)薄弱，專業(yè)教材缺乏
生物信息學(xué)實(shí)踐課需要學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)NCBI數(shù)據(jù)庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應(yīng)用、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)圖視軟件的應(yīng)用、序列拼接軟件的應(yīng)用等。但是目前，大多數(shù)高校開設(shè)的生物信息學(xué)課程多以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)課時非常少或者為零，學(xué)生對于生物信息學(xué)課程的學(xué)習(xí)僅僅通過教材上抽象的文字描述進(jìn)行理解和掌握，這導(dǎo)致學(xué)生在理論課中學(xué)到的知識無法在實(shí)踐課中進(jìn)行驗(yàn)證或操作，嚴(yán)重影響了生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，也偏離了教學(xué)大綱中強(qiáng)調(diào)的重在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)目標(biāo)。
另外，目前還沒有適用于生物科學(xué)專業(yè)的生物信息學(xué)教材。國內(nèi)各大高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，這些教材偏重介紹生物信息學(xué)的理論和方法，涉及的實(shí)踐內(nèi)容較少，學(xué)生需要具有較高的相關(guān)知識才能接受和使用這些教材。因此，部分高校在生物信息學(xué)教學(xué)過程中往往使用自家編寫的簡化教材，從而造成生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容不統(tǒng)一，教學(xué)大綱混亂等情況。
4.實(shí)踐課程經(jīng)費(fèi)不足，實(shí)踐教學(xué)環(huán)境落后
當(dāng)今，許多發(fā)達(dá)國家都很重視生物信息學(xué)的教學(xué)和研究，積極開展各種生物信息資源的收集和分析工作，培養(yǎng)大量生物信息學(xué)人才，為整個生物學(xué)的理論研究及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新（主要是醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)）提供指導(dǎo)和支撐。國內(nèi)對生物信息學(xué)的關(guān)注和認(rèn)識起步較晚，其發(fā)展落后于國際發(fā)達(dá)國家。國家和高校對生物信息學(xué)的教學(xué)和科研資金投入力度不大，缺乏必要的儀器設(shè)備，生物信息學(xué)的實(shí)踐教學(xué)條件得不到保障，比如大多數(shù)高校的生物科學(xué)專業(yè)沒有相應(yīng)的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發(fā)展水平。
四、生物信息學(xué)教學(xué)模式改革的探索
1.修改理論和實(shí)踐教學(xué)大綱，編寫適用的實(shí)踐教材
根據(jù)當(dāng)今生物信息學(xué)的發(fā)展方向，制定和修改理論教學(xué)大綱，除了引物設(shè)計(jì)、基因和蛋白質(zhì)序列比對、基因和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能預(yù)測等基本內(nèi)容外，還需添加系統(tǒng)進(jìn)化樹分析、聚類分析、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)譜圖等較為綜合的內(nèi)容。另外，增加實(shí)踐教學(xué)課程比例，充實(shí)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)提供科研環(huán)境，鼓勵開展開放性實(shí)驗(yàn)。
目前國內(nèi)并沒有系統(tǒng)的、專業(yè)的生物信息學(xué)實(shí)踐教材，因此針對高校生物科學(xué)專業(yè)方向的特點(diǎn)，聯(lián)合多學(xué)科領(lǐng)域（數(shù)學(xué)、生物科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)）編寫相應(yīng)的生物信息學(xué)實(shí)踐教材，在制定、修改實(shí)踐教學(xué)大綱和編寫教材的過程中結(jié)合學(xué)生的接受能力，由淺入深，多設(shè)實(shí)例和相關(guān)練習(xí)，使學(xué)生循序漸進(jìn)的理解和掌握生物信息學(xué)的原理和方法，掌握更多的生物信息學(xué)工具。
2.緊密聯(lián)系科研、基于實(shí)踐問題開展教學(xué)
通過實(shí)踐教學(xué)把生物信息學(xué)教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合起來，能夠促進(jìn)教學(xué)與科研的共同發(fā)展。在緊密聯(lián)系科研的過程中，采用基于問題的教學(xué)（PBL）方法，通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生把所學(xué)的生物信息學(xué)的知識和方法應(yīng)用于各種生物科學(xué)領(lǐng)域的科研活動中，通過解決實(shí)際問題訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐技能，從而促進(jìn)教學(xué)與科研的雙重發(fā)展。例如，在生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)中多加入生產(chǎn)和科研中遇到的經(jīng)典實(shí)例，鼓勵學(xué)生利用相關(guān)的生物信息學(xué)軟件及相關(guān)的理論和方法解決問題。學(xué)生也可以選擇自己感興趣的課題，利用自己熟悉的、合適的生物信息學(xué)軟件和相關(guān)知識開展課題研究。此外，專業(yè)教師在指導(dǎo)學(xué)生課題研究的過程中還可以發(fā)現(xiàn)理論和實(shí)踐教學(xué)的不足，不斷的完善生物信息學(xué)理論和實(shí)踐課程大綱和內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。
3.開展多學(xué)科實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式
生物信息學(xué)屬交叉學(xué)科，包含了不同領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能，為使生物信息學(xué)教學(xué)達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)，該課程教學(xué)需要采用多學(xué)科實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式。
多學(xué)科實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式是指聯(lián)合不同領(lǐng)域、不同學(xué)科、不同專業(yè)的課程在教學(xué)的過程中結(jié)合生物信息學(xué)涉及到的知識和技能進(jìn)行基礎(chǔ)性、鋪墊性教學(xué)。比如，在高等數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的教學(xué)過程中，針對生物信息學(xué)的需求，適當(dāng)增加數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)方法、動態(tài)規(guī)劃方法、數(shù)據(jù)挖掘等方面的基礎(chǔ)內(nèi)容，同時，開設(shè)實(shí)例實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生理解和掌握隱馬爾科夫鏈模型，牛頓迭代法、最小二乘法等方法的應(yīng)用原理和規(guī)則；在生物科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置上，尤其是實(shí)踐課程的教學(xué)過程中，結(jié)合生物信息學(xué)涉及的引物設(shè)計(jì)、序列比對分析、基因及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能預(yù)測等方面開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)性、綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生了解和掌握基本的生物信息學(xué)原理及軟件的應(yīng)用；在計(jì)算機(jī)科學(xué)的教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)生物信息學(xué)的需求，開設(shè)正則表達(dá)式、Perl語言、R語言等課程學(xué)習(xí)，以及增加Linux和Unix操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
值得注意的是，生物信息學(xué)課程與其他課程的開設(shè)時間和順序需要有一定的探索和評估，對于開設(shè)該課程的時間把握是開展多學(xué)科實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式的關(guān)鍵因素。過早開設(shè)生物信息學(xué)則會導(dǎo)致學(xué)生在不具備相應(yīng)學(xué)科基礎(chǔ)的條件下跨越式的接觸生物信息學(xué)，無法理解和掌握相關(guān)的知識和技能；過晚開設(shè)則會使學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)學(xué)科知識和技能后，由于課程銜接不緊，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)時出現(xiàn)理解滯后和無法適應(yīng)的現(xiàn)象。因此，針對不同專業(yè)和學(xué)科的特點(diǎn)，根據(jù)具體情況進(jìn)行統(tǒng)籌安排，使生物信息學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科課程有很好的銜接和過渡，以確保和提高生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。
五、結(jié)語
生物信息學(xué)是現(xiàn)代基因組學(xué)時代的開闊者，也是生物科學(xué)研究的重要的工具和載體。針對生物信息學(xué)的特點(diǎn)，高校生物科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)軟硬件等需進(jìn)行一定的改革，將多學(xué)科實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式運(yùn)用到生物信息學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時將更好的提升學(xué)生科研、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)：
[1] 郝柏林，張淑譽(yù).生物信息學(xué)手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1-10.
[2]GUYD， NOELE， MIKEA. Using bioinformatics to analyse germplasm collections [J]. Springer Netherlands，2004.39-54.
[3]王春華，謝小保，曾海燕.深圳市空氣微生物污染狀況監(jiān)測分析[J].微生物學(xué)雜志，2008，28（4）：93-97.
[4]張菁晶，馮晶，朱英國.全基因組預(yù)測目標(biāo)基因的新方法及其應(yīng)用.遺傳，2006， 28（10）：1299-1305.
[5]周海延.隱馬爾科夫過程在生物信息學(xué)中的應(yīng)用.生命科學(xué)研究，2002， 6（3）：204-210.
論文摘要：研討式教學(xué)模式將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程，有助于調(diào)動學(xué)生的積極性、加深對知識的理解、增進(jìn)學(xué)習(xí)效果。通過確立授課目標(biāo)、精心設(shè)計(jì)和組織授課內(nèi)容、在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在“生物信息學(xué)”的授課過程中對研討式教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實(shí)踐。
論文關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；課堂研討；案例分析
21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物技術(shù)飛速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科，旨在用信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，大力發(fā)展交叉學(xué)科，國防科技大學(xué)（以下簡稱“我校”）近年來面向全校理工科研究生開設(shè)了“生物信息學(xué)”選修課程。
“生物信息學(xué)”作為新興的交叉學(xué)科，具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點(diǎn)。融合性是指生物信息學(xué)涉及的生物、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的交叉與融合。從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，該學(xué)科發(fā)展非常迅速，研究熱點(diǎn)發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學(xué)科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點(diǎn)一方面為課堂教學(xué)提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認(rèn)真分析，選定研討式教學(xué)作為該課程的主要授課方式。研討式教學(xué)即研究討論式教學(xué)，是將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程。在教師的具體指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過自我學(xué)習(xí)、自我教育、自我提高來獲取知識和強(qiáng)化能力培養(yǎng)。通過確立教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)和組織教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)踐中貫徹研討式教學(xué)理念和方法，在生物信息學(xué)課程中對研討式教學(xué)模式進(jìn)行了理論探索和實(shí)踐創(chuàng)新。
一、教學(xué)目標(biāo)的確立
合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對象的實(shí)際情況。首先，教學(xué)對象是研究生，已具備一定的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學(xué)生具備獨(dú)立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學(xué)生，以后從事的工作可能涉及很多學(xué)科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學(xué)科方向進(jìn)行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學(xué)生不同的知識背景，對于各部分內(nèi)容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業(yè)方向，讓每個學(xué)生都能有所收獲。因此，確立教學(xué)目標(biāo)為：介紹生物信息學(xué)的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學(xué)研究的基本方法和實(shí)踐過程。
二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和組織
1.教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計(jì)
確定了教學(xué)目標(biāo)之后，需要對課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。參考國內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置，如北京大學(xué)的“生物信息學(xué)導(dǎo)論”、中科大的“生物信息學(xué)”、中科院的“生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，側(cè)重于方法學(xué)介紹。而我校學(xué)生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法有一定基礎(chǔ)，重點(diǎn)是了解相關(guān)的生物學(xué)問題，并應(yīng)用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，有必要展現(xiàn)該學(xué)科的最新進(jìn)展。
因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計(jì)上以生物學(xué)問題為主線，結(jié)合最新的研究成果，對各種計(jì)算方法的應(yīng)用過程進(jìn)行深入和細(xì)致的講解。在介紹生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀和生物學(xué)基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進(jìn)展，各專題在內(nèi)容上相互銜接，由淺入深，以便學(xué)生理解和接受。以問題為導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)對于啟發(fā)學(xué)生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。
進(jìn)一步，為了突出部分重點(diǎn)專題及其分析方法，采用案例分析課的形式，針對一些重要問題進(jìn)行深入探討。鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識，結(jié)合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結(jié)合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學(xué)生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會。
2.教學(xué)內(nèi)容的組織
研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點(diǎn)。通過集中備課，學(xué)習(xí)和吸取老教師的成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)調(diào)動學(xué)生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的組織和編排。
（1）重點(diǎn)突出，詳略得當(dāng)。由于生物信息學(xué)涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進(jìn)行取舍，在保證知識面的基礎(chǔ)上，突出授課的重點(diǎn)。減少或刪除重要性較低的部分，采用圖片和動畫等形式對重要的知識點(diǎn)加以強(qiáng)調(diào)，以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對重點(diǎn)內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。
（2）新穎有趣，實(shí)例豐富。在課程內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)知識性和趣味性，以豐富的實(shí)例展現(xiàn)生物信息學(xué)中基本的概念和方法。學(xué)生往往關(guān)注與日常生活休戚相關(guān)的內(nèi)容，期望能用所學(xué)知識解釋常見現(xiàn)象，因此實(shí)例選擇應(yīng)貼近生活體驗(yàn)。課件中準(zhǔn)備了大量的實(shí)例，例如，在講完構(gòu)建進(jìn)化樹之后，舉例說明為什么人類的祖先是從非洲走出來的；在生物代謝一章，通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，討論為什么濕著頭發(fā)睡覺，頭發(fā)容易變翹。通過實(shí)例分析，增加學(xué)生對于所學(xué)知識的理解和參與課堂研討的積極性。
（3）設(shè)置思考題，留出想象空間。針對重要的知識點(diǎn)，預(yù)先設(shè)置思考題，以啟發(fā)和擴(kuò)展學(xué)生思路。生物信息學(xué)作為一門新興學(xué)科，存在大量沒有確定結(jié)論的開放性問題，有待深入探究。例如“人類與小鼠的基因組差別很小，為什么形態(tài)上有那么大的差別”，“生物系統(tǒng)模擬中，是否越復(fù)雜的模型越好”。針對這些問題適時地開展課堂研討，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊其視野。
三、研討式教學(xué)的開展
在授課過程中，教師應(yīng)努力營造活躍的課堂氣氛，密切觀察學(xué)生的動向，及時溝通存在的問題，選擇合適的時機(jī)開展課堂研討。不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，使課堂討論達(dá)到更好的效果。在開展課堂研討時，尤其應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.因材施教
在“生物信息學(xué)”課程中，學(xué)生的專業(yè)背景不盡相同，少部分學(xué)生來自生物專業(yè)，其他大部分是工科背景，如自動化、計(jì)算機(jī)仿真和認(rèn)知科學(xué)等。因此，在主題的選擇和研討環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮到學(xué)生的需求和背景知識，發(fā)掘大家共同的興趣點(diǎn)。實(shí)踐證明，不同的學(xué)科背景可以有效地促進(jìn)交流，提供對于同一問題的不同視角。例如，生物專業(yè)的學(xué)生可以解釋有關(guān)生物技術(shù)的問題，而仿真專業(yè)的學(xué)生對于系統(tǒng)的建模方法有深入的理解。有效的課堂討論，能夠促進(jìn)各種思路的融合，碰撞出靈感的火花。
2.及時溝通
研討式教學(xué)需要教師對授課整體情況有較好的把握。例如，有一章的內(nèi)容是生物學(xué)基礎(chǔ)，教師針對這部分內(nèi)容進(jìn)行了充分準(zhǔn)備，包括大量的圖片和動畫，并穿插了很多科學(xué)家的故事。但授課效果不盡理想，到了預(yù)設(shè)問題的環(huán)節(jié)，只有一兩個學(xué)生參與討論，大部分學(xué)生都一臉茫然。通過及時溝通，發(fā)現(xiàn)了兩個問題。一是背景知識不夠，學(xué)生對于預(yù)設(shè)問題了解不多；二是重要性認(rèn)識不足，學(xué)生認(rèn)為生物學(xué)的基礎(chǔ)知識與本課程的學(xué)習(xí)關(guān)系不大。考慮到學(xué)生的疑問，對授課內(nèi)容進(jìn)行及時調(diào)整，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識對于生物信息學(xué)的意義，并通過具體實(shí)例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)例的啟發(fā)下，學(xué)生開展了積極的討論，加深了對于所學(xué)知識的認(rèn)識。開展研討式教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為主體，及時地溝通發(fā)現(xiàn)課堂中存在的問題，并相應(yīng)地調(diào)整授課內(nèi)容。即使教師講得天花亂墜，如果學(xué)生知其然，不知其所以然，也不可能達(dá)到好的授課效果。
3.審時度勢
課堂研討開展的時機(jī)很重要。例如，當(dāng)講到生物信息學(xué)概況時，學(xué)生反應(yīng)不是很強(qiáng)烈。而當(dāng)教師結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)談研究體會時，學(xué)生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時，可以組織學(xué)生交流學(xué)習(xí)目的、預(yù)期和存在的疑問，以便教師進(jìn)行有針對性地授課。研討式教學(xué)一方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，一方面要求教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，密切注意學(xué)生動向，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣點(diǎn)，引導(dǎo)討論的逐步展開和深入。
4.自主提問
如果教師能夠營造出一種輕松愉悅的課堂氛圍，學(xué)生往往能夠主動發(fā)問，提出不同觀點(diǎn)，而不拘泥于預(yù)先設(shè)置的問題。實(shí)踐證明，通過學(xué)生自主提問展開的課堂研討，往往效果更好。在前期鋪墊時，啟發(fā)學(xué)生自主思考并積極討論，分析該領(lǐng)域可能存在的問題和發(fā)展方向。當(dāng)講到后續(xù)內(nèi)容時，學(xué)生有了一定的心理預(yù)期，很想了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以驗(yàn)證與預(yù)期是否一致。同時，自主提問對于生物信息學(xué)研究有很好的推動作用，學(xué)生經(jīng)常能夠獨(dú)辟蹊徑，提出全新的思路，拓展研究內(nèi)容的廣度和深度。
5.課堂報(bào)告
在授課過程中，鼓勵學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識選擇感興趣的專題，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行課堂報(bào)告。由于學(xué)生的選題更接近彼此的思維方式，能夠反映一些共性的問題，對于擴(kuò)展思路很有幫助。在報(bào)告過程中，教師可適時點(diǎn)評，穿插課堂討論，以深化學(xué)生對問題的理解。課堂報(bào)告可以全面地鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力、寫作能力和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
關(guān)鍵詞：個性化習(xí)題；生物信息學(xué)；QQ群
中圖分類號：G811.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0171-02
生物信息學(xué)是生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)等支持的，包括存儲、組織和生物數(shù)據(jù)檢索的一個現(xiàn)代交叉學(xué)科。隨著分子生物學(xué)和信息技術(shù)的不斷突破，各種生物數(shù)據(jù)的獲得變得非常容易，但是如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、分析和處理，并從中發(fā)掘出能用于解決生物科學(xué)問題的信息，成為目前生命科學(xué)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。生物信息學(xué)因此應(yīng)運(yùn)而生，其本身不僅是研究現(xiàn)代生物學(xué)，也是研究其對工業(yè)、醫(yī)療等重要領(lǐng)域影響的一門實(shí)踐性學(xué)科（Bloom，2001）。
一般認(rèn)為，生物信息學(xué)主要滲透到統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)和生命科學(xué)，尤其是生命科學(xué)的組學(xué)領(lǐng)域（郭麗等，2014），因此在教學(xué)中，生物信息學(xué)的教學(xué)內(nèi)容往往因?qū)W生背景不同而會有不同的側(cè)重。這就需要教師根據(jù)學(xué)生的背景及知識結(jié)構(gòu)的需求來合理安排教學(xué)。本文根據(jù)近年來對生物信息學(xué)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)方法、個性化練習(xí)題對學(xué)生上機(jī)的促進(jìn)及QQ群投票功能在教學(xué)中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了總結(jié)，對如何能夠提高生命科學(xué)學(xué)院的學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的興趣進(jìn)行了探討。
一、現(xiàn)代教學(xué)方法的利與弊
隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷進(jìn)步，教學(xué)已經(jīng)從傳統(tǒng)的板書模式進(jìn)入到現(xiàn)代多媒體教學(xué)模式中。多媒體技術(shù)應(yīng)用的初衷是提高學(xué)生的參與度，滿足教學(xué)手段更民主、多元化及個性化的教學(xué)目標(biāo)，其優(yōu)點(diǎn)為表現(xiàn)力豐富，可以通過動畫、視頻、圖像、音頻等效果將抽象難懂的問題直觀化。其次，節(jié)省了大量的板書時間，同時教師可將教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)鏈接，以益于學(xué)生直觀地了解并進(jìn)行思維拓展（張林，2011）。多媒體最明顯的一個特點(diǎn)就是教學(xué)容量加大，但正是這些優(yōu)勢也伴隨相應(yīng)的問題：（1）重形式而忽視教學(xué)內(nèi)容。很多學(xué)校在進(jìn)行教學(xué)管理及評價時，過分關(guān)注多媒體課件的形式以及學(xué)生的感受，導(dǎo)致有些教師過分注重多媒體的表現(xiàn)形式而忽視了教學(xué)的主要內(nèi)容。（2）教學(xué)容量和學(xué)生的吸收量之間反差較大。由于教學(xué)內(nèi)容和容量的增大，教師并沒有根據(jù)授課對象的具體情況合理安排和講授學(xué)科內(nèi)容，而被動的成了多媒體的播放員和解說員?？傊?，多媒體教學(xué)利大于弊，因而成為教學(xué)改革和發(fā)展的必然產(chǎn)物，雖有缺點(diǎn)，但不能因噎廢食，需通過其他方法來克服弊端才能達(dá)到完美的教學(xué)效果。
二、個性化習(xí)題是學(xué)生實(shí)踐提高的強(qiáng)力推動器
生物信息學(xué)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，教師要綜合應(yīng)用啟發(fā)式、運(yùn)用式及討論式等多種教學(xué)方法來激發(fā)學(xué)生的興趣。筆者在課堂實(shí)踐中，充分發(fā)揮個性化習(xí)題的作用，將教師的科研滲入到課堂，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，努力提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。比如，在講授第五章內(nèi)容電子克隆部分，此章節(jié)目的是通過一段表達(dá)序列標(biāo)簽（EST），綜合應(yīng)用Blast、序列比對、步查法等方法查找各種數(shù)據(jù)庫，通過軟件的應(yīng)用進(jìn)行拼接、預(yù)測、去除內(nèi)含子等方法，最終獲得可能的全長cDNA序列并加以注釋。在以往的教學(xué)練習(xí)中，全班同學(xué)的任務(wù)一樣，難以知道學(xué)生是否真正掌握所教授的內(nèi)容，為此，筆者將學(xué)生分組，每組自行通過閱讀文獻(xiàn)獲得一條其感興趣的EST序列，或者利用他們的畢業(yè)論文中涉及的EST序列去進(jìn)行電子克隆練習(xí)，通過這種個性化習(xí)題的隨堂練習(xí)，能顯著強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，同時也能提高學(xué)生在教學(xué)中的積極性、主動性和創(chuàng)新性。
三、發(fā)揮QQ群的投票功能在教學(xué)練習(xí)中的作用
生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，對于非生物信息學(xué)專業(yè)的生命學(xué)院的學(xué)生而言，雖然教學(xué)大綱只要求學(xué)生掌握一些基本軟件的原理及數(shù)據(jù)庫的熟練使用。但是，這需要學(xué)生具有扎實(shí)的生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)及分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識。比如，在講授第三章“核酸序列的分析”時，會要求學(xué)生利用已知的EST序列去Blast查找與之有同源性的基因組序列，進(jìn)行序列比對，預(yù)測并利用Bioedit軟件找出此基因的啟動子、終止子和剪接點(diǎn)。這首先要求學(xué)生必須明確這些分子生物學(xué)的概念，否則在有限的生物信息學(xué)課堂上，會變成分子生物學(xué)或遺傳學(xué)的復(fù)習(xí)課。而課外QQ群就起到了非常重要的交流促進(jìn)作用。筆者在將QQ群的功能應(yīng)用到課外教學(xué)輔助平臺的基礎(chǔ)上，充分發(fā)掘QQ群的投票及評論功能為教學(xué)所用，例如教授第三章前，將課件放到QQ群的文件中，讓學(xué)生去預(yù)習(xí)。為激發(fā)學(xué)生預(yù)習(xí)的主動性，要求學(xué)生在評論中列出對本章的主要知識點(diǎn)或難點(diǎn)，并對課件中涉及的名詞進(jìn)行解釋。為進(jìn)一步加強(qiáng)理解，對投票功能進(jìn)行設(shè)置，相應(yīng)的對投票選項(xiàng)1、2、3、4分別設(shè)置成A、B、C、D，這樣教師可根據(jù)需要將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化成練習(xí)題，以加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)。同時，也可鼓勵學(xué)生將一些新的感興趣的話題或問題置于QQ群?？傊?，QQ群的投票功能可以成為教師與學(xué)生課下交流的一扇窗口，成為生物信息學(xué)的一種及時且重要的學(xué)習(xí)工具。
四、建議與展望
生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，但我國無論是在對學(xué)科的重視還是發(fā)展程度上，與國外都存在一定的差距。在美國，計(jì)算生物學(xué)國際協(xié)會教育委員會一直致力于將生物信息學(xué)整合到高中生物教材中，學(xué)生在高中即接觸生物信息學(xué)，而且高校對高中生物信息學(xué)的教學(xué)提供相應(yīng)的培訓(xùn)課程和網(wǎng)上資源，生物信息學(xué)和其他分子生物學(xué)、植物學(xué)等一樣較早的深入到學(xué)生的知識體系中。而我國由于該學(xué)科產(chǎn)生的歷史較短，課程的開設(shè)集中在“985”、“211”重點(diǎn)院校的生物信息學(xué)專業(yè)，盡管近十年來，各大高校也意識到此學(xué)科的重要性，且課程也在逐步在開設(shè)，但由于學(xué)時短，很多教學(xué)僅限于學(xué)生掌握基本的數(shù)據(jù)庫的查詢。為使生物信息學(xué)能在普通院校的生命科學(xué)學(xué)院能很好的開展，各個高校應(yīng)建立合適的課程教學(xué)內(nèi)容。雖然近年“生物信息學(xué)”課程在各高校紛紛開設(shè)，但由于生物信息學(xué)是一門發(fā)展中的學(xué)科，它的理論及內(nèi)容尚在不斷完善與更新中（郭麗等，2014）。因此，對于教材的選擇，不能只追逐信息量充足、內(nèi)容新穎、知識選材前瞻性好的教材（楊娥等，2014）。作為普通院校的非生物信息學(xué)專業(yè)的本科生，想在較短的時間內(nèi)（36課時）很好掌握如此大信息量的知識較為困難（劉宏生等，2010）。因此，需要依據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)及院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和現(xiàn)今生物信息學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀建立合理的課程內(nèi)容體系。另外，由于缺乏合適的專業(yè)人才，生物專業(yè)的生物信息學(xué)的師資力量薄弱，無法建成高水平的教學(xué)隊(duì)伍。因此，加大生物信息學(xué)教師的培養(yǎng)力度，建成一支專業(yè)的、年齡和知識結(jié)構(gòu)合理的師資隊(duì)伍，是提高本科院校生物信息學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵問題之一。
參考文獻(xiàn)：
[1]Bloom，M. Biology in silico：The bioinformatics revolution[J]. The American Biology Teacher，2001，63（6）：397-403.
[2]郭麗，趙楊，婁冬華，等.生物信息學(xué)實(shí)踐課教學(xué)改革探索[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2014，（2）：165-167.
[3]張林，柴惠.現(xiàn)代教學(xué)手段在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].新課程研究，2011，（219）：156-157.
在1956年美國召開的首次“生物學(xué)中的信息理論研討會”上人們提出了生物信息學(xué)的概念[1]。近幾年，隨著人類基因組計(jì)劃(HGP)的迅猛發(fā)展，各種數(shù)學(xué)軟件以及生物分析軟件的出現(xiàn)，將之前積累的大量不同生物基因序列、蛋白質(zhì)氨基酸殘基序列、不同生物種屬之間基因序列、蛋白質(zhì)以及結(jié)構(gòu)序列的保守結(jié)構(gòu)位點(diǎn)進(jìn)行整合，并據(jù)此建立了龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而對于這些數(shù)據(jù)的分析，必須依靠計(jì)算機(jī)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，所以就形成了一門由生物科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多門學(xué)科相互交叉的學(xué)科——生物信息學(xué)技術(shù)[2-4]。
生物信息學(xué)的基礎(chǔ)是各種數(shù)據(jù)庫的建立和分析工具的發(fā)展。迄今為止，生物學(xué)數(shù)據(jù)庫總數(shù)已達(dá)500個以上。歸納起來可分為4大類：即基因組數(shù)據(jù)庫、核酸和蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、生物大分子三維空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，以及以上述3類數(shù)據(jù)庫和文獻(xiàn)資料為基礎(chǔ)構(gòu)建的二級數(shù)據(jù)庫[7]。常用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫[8-10]：
European Molecular Biology Laboratory(EMBL)——?dú)W洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室http：//ebi.ac.uk/ebi_docs/embl_db/ebi/topembl.html
UK Human Genome Mapping Project-Resource Center(HGMP-RC)——英國醫(yī)學(xué)研究委員會所屬人類基因組圖譜資源中心 http：//hgmp.mrc.ac.uk/default.htm
SeqNet：UK Node of European Molecular Biology Network(EMBNet)——?dú)W洲分子生物學(xué)信息網(wǎng)http：//seqnet.dl.ac.uk/default.htm
GenBank——美國國家生物技術(shù)信息中心(NCBI)所維護(hù)的供公眾自由讀取的、帶注釋的DNA序列的總數(shù)據(jù)庫http：//ncbi.nlm.nih.gov/Web/Search/index.html
National Center for Biotechnology Information(NCBI)——美國國家生物技術(shù)信息中心http：//ncbi.nlm.nih.gov/
DNA Databank of Japan(DDBJ)——日本核酸數(shù)據(jù)庫http：//ddbj.nig.ac.jp/default.htm
Genome Sequence DataBase(GSD)——美國國家基因組資源中心維護(hù)的DNA序列關(guān)系數(shù)據(jù)庫http：//seqsim.ncgr.org/default.htm
Online Mendelian Inheritance in Man(OMIM)——在線人類孟德爾遺傳數(shù)據(jù)庫http：//www3.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/searchomim.html
European Drosophila Genome Project http：//edgp.ebi.ac.uk/default.htm
The Institute for Genomic Research(TIGR)——美國基因組研究所http：//tigr.org/default.htm
The Sanger Centre http：//sanger.ac.uk/default.htm
Swiss Institute of Bioinformatics(Expasy)http：//expasy.ch/default.htm
GenomeNet(Japan)http：//genome.ad.jp/default.htm
Australian National Genomic Information Service(ANGIS)http：//morgan.angis.su.oz.au/default.htm
Bioinformatics and Biology Resources on the Internet http：//aeiveos.wa.com/biology/index.html
List of other Genome Sites http：//hgmp.mrc.ac.uk/GenomeWeb/default.htm
Brunel University Online Teaching Programme http：//brunel.ac.uk/depts/bl/project/front.htm
Whitehead Institute for Biomedical Research(WI)http：//wi.mit.edu/
WICGR(WI/MIT Center for Genome Research)http：//www-genome.wi.mit.edu/
Cold Spring Harbor Laboratory(CSHL)——冷泉港實(shí)驗(yàn)室http：//clio.cshl.org/
SMI(Stanford Medical Informatics)http：//www-smi.stanford.edu/projects/helix/
BNL(Brookhaven National Laboratory)——美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室http：//genome1.bio.bnl.gov/
Weizmann Institute of Science——以色列魏茲曼科學(xué)研究所 http：//bioinformatics.weizmann.ac.il/
中國科學(xué)院上海生命科學(xué)院生物信息中心(BioSino)http：//biosino.org.cn/
北京大學(xué)生物信息中心(CBI或PKUCBI)http：//cbi.pku.edu.cn/
中國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院情報(bào)研究所 http：//bmi.ac.cn/bio/
1 生物信息學(xué)在寄生蟲基礎(chǔ)研究中的現(xiàn)狀
隨著HGP的開展[11-12]，人體寄生蟲基因組研究也受到了廣泛的重視。1993年美國人類基因組研究中心對HGP 作了修訂，修訂后的HGP 將模式生物基因組列入了HGP的內(nèi)容[13]，認(rèn)為通過對較為簡單的模式生物基因組的研究，可為人類基因的功能鑒定提供線索，并可從簡單的基因組分析入手建立技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)。人體寄生蟲是一類結(jié)構(gòu)較簡單的單細(xì)胞生物如原蟲或多細(xì)胞生物如蠕蟲[14]，是研究模式生物較理想的材料。因此，人體寄生蟲基因組計(jì)劃也已成為人類基因組計(jì)劃中模式生物基因組研究重要內(nèi)容之一[15-16]。其中，基因序列測定和新基因的發(fā)現(xiàn)是人體寄生蟲基因組計(jì)劃的首要任務(wù)。目前應(yīng)用生物信息學(xué)對下列人體寄生蟲基因組進(jìn)行了研究[17-18]：
1.1 惡性瘧原蟲 基因組計(jì)劃開展較早，研究表明惡性瘧原蟲的基因組大小約30Mb，含15000～17000個基因。在GenBank 中已記載的惡性原蟲5031個基因順序資料中，有3755個為抗原/蛋白質(zhì)的編基因序列。
1.2 利什曼原蟲 基因組大小約為35Mb，通過構(gòu)建利什曼原蟲不同時期特異性cDNA文庫和長片段基因組文庫，已經(jīng)獲得了2000多個EST 序列。
1.3 美洲錐蟲 基因組大小為55 Kb，已建立了標(biāo)化cDNA 文庫，BAC 文庫和YAC 文庫?，F(xiàn)已完成了7000個EST序列的測定，3號和4號染色體序列已測定。
1.4 絲蟲 基因組大小為100Mb(以馬來絲蟲代表)，至目前為止，在GenBank 中EST 序列已達(dá)到16500個，鑒定出新基因6000個，占預(yù)測基因總數(shù)的1/3。
1.5 碩大利什曼原蟲 已有約500個EST 序列進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，均是從含有引導(dǎo)序列的全長cDNA的5端測出的序列，對利什曼原蟲的目標(biāo)是測出至少1500個新序列。
1.6 血吸蟲 基因組大小為270 Mb，估計(jì)基因數(shù)為20000個。血吸蟲基因組計(jì)劃始于1995年，早期研究工作主要是新基因的發(fā)現(xiàn)和繪制低分辨率的物理圖譜。目前在GenBank中已有的血吸蟲基因EST序列超過45900條，3500 個新基因已被鑒定，占基因總數(shù)的15%。
2 生物信息學(xué)在包蟲基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用前景
包蟲病是一個世界性的流行病，其防治工作倍受各國研究者重視。包蟲生活史復(fù)雜，同一包蟲的不同種株，以及在同一種株的不同發(fā)育階段，不同組織，甚至隨著環(huán)境的改變，其基因表達(dá)變化很大。目前有關(guān)包蟲的研究還不是很多，研究資源主要集中于研究包蟲單個基因的序列及其功能，隨著后基因組時代的發(fā)展，以及生物信息學(xué)的興起，包蟲的研究將從單個基因和功能向全基因組和功能研究轉(zhuǎn)變，從局部向整體轉(zhuǎn)變，從而使有目的地大規(guī)模研究疫苗和藥物相關(guān)基因成為可能。
目前，應(yīng)用生物信息學(xué)在對血吸蟲的基礎(chǔ)研究中取得了很大的進(jìn)展。這便給了我們一個提示，可以應(yīng)用生物信息學(xué)對包蟲進(jìn)行基礎(chǔ)研究。首先，可以通過生物信息學(xué)的相關(guān)網(wǎng)站得到目前已知的包蟲的基因或蛋白序列。目前報(bào)道包蟲的核酸序列共11106條[美國國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)數(shù)據(jù)庫]，見下表：
核酸序列線粒體
內(nèi)核酸線粒體
外核酸總核酸
序列數(shù)Nucleotide5625321097相關(guān)EST01000210002GSS077 之后可以通過生物信息學(xué)相關(guān)工具做以下工作[19]：
2.1 基因功能預(yù)測 一個新基因得到后，接下來的工作就是尋找該基因的功能。序列同源比較是預(yù)測基因功能的第一步。利用同源比較算法，將待檢測的新基因序列從DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源檢索后，就可以得到一系列與新基因同源性較高的基因或片段。這些基因和片段的已知功能信息就為進(jìn)一步分析新基因功能提供了具有相當(dāng)參考價值的導(dǎo)向。最主要的生物學(xué)數(shù)據(jù)庫是核酸、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫及其三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫[20]。
2.2 尋找蛋白質(zhì)家族保守序列 通過同源檢索，尋找新基因中包含的該蛋白質(zhì)家族的保守序列，為進(jìn)一步深入研究其功能作好準(zhǔn)備。多重序列同源比較，被用來尋找基因家族或蛋白質(zhì)家族中的保守部分[21-22]。由于保守部分常常與家族成員的功能密切相關(guān)，蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫能夠幫助科學(xué)家更好地認(rèn)識基因的功能。最具代表性的蛋白質(zhì)家族保守序列的數(shù)據(jù)庫有PRINTS、BLOCKS、Sbase 和Prosite等。這些數(shù)據(jù)庫可以幫助我們把新基因所屬的蛋白質(zhì)家族及其保守部分找出來，并提供該家族其他成員的結(jié)構(gòu)和功能信息[23]。
2.3 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測 如果一個可能的新基因通過同源檢索后沒有同源性，就成為孤獨(dú)基因了。孤獨(dú)基因可以通過結(jié)構(gòu)同源比較，尋找結(jié)構(gòu)同源的基因或直接預(yù)測其高級結(jié)構(gòu)來推測其可能的功能。有很多蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫提供結(jié)構(gòu)同源比較的檢索[20]。
目前，在后基因組時代，研究者們面對的不僅是序列和基因，也有越來越多的完整基因組。對不同種株包蟲基因組之間的比較性研究很可能會得到大量有用信息，而對同一種包蟲生活史不同階段基因組的比較性研究可能會使人們對于該物種的認(rèn)識更加深入。因此，隨著生物信息學(xué)的迅速發(fā)展和后基因組計(jì)劃的深入，包蟲的基礎(chǔ)研究必將得到極大地發(fā)展。人們能夠期望從對基因和基因的生物學(xué)功能研究著手，發(fā)現(xiàn)更有效的抗包蟲的藥物靶位或疫苗[24-25]，并為徹底揭開包蟲的奧秘以及有效的治療與預(yù)防包蟲病打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳穎健.生物信息學(xué)[J]. 國外科技動態(tài)，2002，10(399)：39-41.
[2] Ezio Bartocci，F(xiàn)lavio Corradini，Emanuela Merelli.BioWMS：a web-based Workflow Management System for bioinformatics[J]. BMC Bioinformatics，2007，8(Suppl 1)：S2.
[3] Stephen H，Wefer Keith Sheppard.Bioinformatics in High School Biology Curricula：A Study of State Science Standards[J]. CBE-Life Sciences Education，2008，7：155-162.
[4] 馮毅.生物信息學(xué)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用與展望[J].西部醫(yī)學(xué)，2007，19(5)：971-973
[5] 孫敏，馬月輝.生物信息學(xué)研究進(jìn)展[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，27(1)：6-10.
[6] 汪凡軍.生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用[J].國際檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2006，27(2)：161-163.
[7] Yang Yong Mei.Application Development of Bioinformatics in Medicine Study[J]. Medical Recapitulate，2007，13(22)：1681-1683.
[8] Michelle D，Brazas BF，F(xiàn)rancis Ouellette.2008 update on the Bioinformatics Links Directory[J]. Nucl Acid Res，2008，36：W2-W4.
[9] Benson D，Karsch-Mizrachi I，Lipman D，et al.Gen-Bank：update[J]. Nucleic Acids Res，2004，6：23-26.
[10] Apweiler R，Bairoch A，Wu C，et al.UniProt：the Universal Protein knowledgebase[J]. Nucleic Acids Res，2004，6：115-119.
[11] International Human Genome Sequencing Consortium：Initial sequencing and analysis of the human genome[J]. Nature，2001，409：860-921.
[12] Pennisi E.The sequence of the human genome[J]. Science，2001，291：1173-1180.
[13] Collins F，Galas D.Human genome[J]. Science，1993，262(130)：43-46.
[14] Alan F，Cowman Brendan S.Functional genomics：identifying drug targets for parasitic diseases[J]. Crabb Trends Parasitology，2003，19(11)：538-543.
[15] Rick L，Tarleton Jessica Kissinger.Parasite genomics：current status and future prospects[J]. Current Opinion in Immunology，2001，13(4)：395-402.
[16] David A，Johnston Mark L.Genomics and the biology of parasites[J]. BioEssays，2008，21(2)：131-147
[17] Sara E，Melville Christiane，Neil Hall.Methods in Molecular Biology Parasite Genomics Protocols[M]. Humana Press，2004：
[18] Yvan Strahm，David Powell，Christophe Lefebvre.EST-PAC a web package for EST annotation and protein sequence prediction[J]. Source Code for Biology and Medicine，2006，(1)：2
[19] Samuel Karlin.Statistical signals in bioinformatics[J]. PNAS，2005，102(38)：13355-13362.
[20] Sebastien Ribrioux，Adrian Brüngger.Bioinformatics prediction of overlapping frameshifted translation products in mammalian transcripts[J]. BMC Genomics，2008，9：122.
[21] Catherine H，Schein Ovidiu Ivanciuc，Werner Braun. Bioinformatics Approaches to Classifying Allergens and Predicting Cross-Reactivity[J]. Immunol Allergy Clin North Am，2007，27(1)：1-27.
[22] Chua Kek Heng，Rofina Yasmin Othman.Bioinformatics in molecular immunology laboratories demonstrated：Modeling an anti-CMV scFv antibody[J]. Bioinformation，2006，1(4)：118-120.
[23] Omar J，Jabado Sean Conlan P. Comprehensive viral oligonucleotide probe design using conserved protein regions[J]. Nucl Acid Res，2008，36(1)：10.
【關(guān)鍵詞】 基因組學(xué);教學(xué)改革;CAI課件;蛋白質(zhì)組學(xué)
生命科學(xué)是21世紀(jì)學(xué)科發(fā)展的主流，人類的醫(yī)學(xué)史證明了僅依靠單一學(xué)科，如：細(xì)胞學(xué)、發(fā)育學(xué)、腫瘤學(xué)、人類遺傳學(xué)或分子生物學(xué)難以完成人類對自身的認(rèn)識和保護(hù)。人類基因組學(xué)的產(chǎn)生和人類基因組計(jì)劃（human genome project， HGP）的完成，使得人類能夠?qū)ιF(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)和科學(xué)地認(rèn)識，揭示疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象。本科生通過對基因組科學(xué)與人類疾病課程的學(xué)習(xí)，能夠了解什么是基因組科學(xué)，其主要研究方法和手段，如何從基因水平認(rèn)識疾病、診斷疾病和治療疾病，為今后更深入地在臨床上應(yīng)用這些知識為患者服務(wù)或是繼續(xù)更深入地進(jìn)行理論研究奠定基礎(chǔ)。
1 課程改革的特點(diǎn)
彌補(bǔ)本科生對于生命科學(xué)，特別是基因組科學(xué)與人類疾病關(guān)系的認(rèn)識，提高學(xué)生的科研能力，為將來的研究生階段的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，或是對于走上臨床認(rèn)識疾病、治療疾病有促進(jìn)作用。本課程是我校在本科生中新開設(shè)的一門選修課，本課程的開設(shè)得到了學(xué)校有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，經(jīng)多次論證和在學(xué)生中征求意見，學(xué)生的反響強(qiáng)烈，因此可以看出本科生對于本課程有極大的興趣，期望通過老師的講授能對于人類疾病從基因水平有全新的認(rèn)識，對自己 的科研能力有一定的提高。
2 教學(xué)研究探索的幾個方面
2．1 更新教學(xué)內(nèi)容 課程講授是當(dāng)前生命科學(xué)中前沿領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。主要課程安排如下：前言；人類基因組計(jì)劃與DNA測序（包括基因組測序的發(fā)展、方法、DNA測序的規(guī)模化與工業(yè)化）；cDNA測序和基因表達(dá)譜的研究（包括cDNA文庫的構(gòu)建、全長cDNA的克隆、基因表達(dá)譜的概念及其在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的意義）；人類基因組DNA序列變異及其分析方法（包括人類基因組序列及其變異、基因組序列變異檢測的常用方法及基本原理、突變檢測在識別疾病相關(guān)基因中的應(yīng)用）；基因治療（包括基因轉(zhuǎn)移和基因治療的早期歷史、基因治療的現(xiàn)狀、遺傳型基因治療、表遺傳型基因治療、基因治療的問題與展望）；基因工程技術(shù)（包括理論依據(jù)、基因工程技術(shù)的內(nèi)容—目的基因獲取、克隆、表達(dá)、基因工程技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀）；生物信息學(xué)（包括生物信息學(xué)的概念、產(chǎn)生的背景、生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用）；蛋白質(zhì)組學(xué)（包括蛋白質(zhì)組學(xué)的概念及其在生命科學(xué)研究中 的意義、國內(nèi)外相關(guān)研究動態(tài)、蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)展展望）；生物芯片（生物芯片的原理、種類及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用）；生物安全（包括生物安全的概念及含義、轉(zhuǎn)基因生物的安全性、轉(zhuǎn)基因動物及其產(chǎn)品的安全性、轉(zhuǎn)基因食品安全性、醫(yī)藥生物技術(shù)及其產(chǎn)品的生物安全、國內(nèi)外生物安全法規(guī)及管理）等內(nèi)容。
2．2 本課程將采取理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方法 鼓勵學(xué)生敢于提出問題，獨(dú)立思考問題，老師與學(xué)生共同參與教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生人數(shù)安排一定的動手操作實(shí)驗(yàn)的課程［1，2］。
2．3 采用多媒體教學(xué)形式，加深學(xué)生的理解 一方面，可以加深同學(xué)的理解能力；另一方面，對于條件不允許的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過多媒體的形式了解實(shí)驗(yàn)過程［3］。
2．4 將科研的思路、科研的方法融入教學(xué)之中，提高學(xué)生的科研能力 課堂教學(xué)中和課下作業(yè)安排一定量的文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)翻譯閱讀、科研方法設(shè)計(jì)、預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容。
2．5 改革考試形式 采取閉卷筆試與課下查文獻(xiàn)、答題相結(jié)合的形式。
2．6 改革課程用教材 重新更新編寫適合本科生參閱并適合當(dāng)前基因組科學(xué)最近發(fā)展的教材，并計(jì)劃出版發(fā)行。
3 教學(xué)效果的學(xué)生評價
聽取學(xué)生反饋意見分為3種形式。
3.1 采用不記名問卷的形式反饋學(xué)生意見 問卷內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排、教師授課質(zhì)量、希望的授課內(nèi)容方式、感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等等。
3.2 建立學(xué)生公共信箱 一方面可以將某些授課內(nèi)容、習(xí)題、思考題等通過公共信箱讓同學(xué)下載，另一方面學(xué)生可以將公共信箱作為與老師的互動平臺，及時反饋對課程提出的建議和意見，老師定期瀏覽信箱，及時調(diào)整課程安排。
3.3 整學(xué)期課程進(jìn)行中期和結(jié)課前安排兩次學(xué)生課堂討論 討論時間20min左右，及時反饋信息，提高理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
總之，本科生的基因組科學(xué)與人類疾病課程是一門較新的課程，在諸多方面需要進(jìn)行改革探索，以適應(yīng)當(dāng)前生命科學(xué)發(fā)展的需要并滿足學(xué)生汲取新知識的需要。
【參考文獻(xiàn)】
1 常冰梅，王惠珍，張悅紅.醫(yī)學(xué)七年制生物化學(xué)教學(xué)方法探索.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版)，2005，(6):37.
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；高中教學(xué)；編程
高中教材必修二的《基因的表達(dá)》這一章節(jié)中就介紹了有關(guān)生物信息學(xué)的概念和一些應(yīng)用的實(shí)例。在這個內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生表達(dá)出強(qiáng)烈的興趣。特別是當(dāng)筆者提到需要編寫程序時，學(xué)生感覺特別高深，但又表達(dá)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，愿意學(xué)習(xí)這個內(nèi)容。經(jīng)過和學(xué)生們再三思考討論后，筆者發(fā)現(xiàn)Excel軟件具備一些這樣的功能。這個軟件學(xué)生在通用技術(shù)上學(xué)習(xí)過，并且它自帶了一款入門時簡單易學(xué)的編程軟件VB，所以這就為實(shí)驗(yàn)的開展打下了基礎(chǔ)，我們所要做的就是將生物語言轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)語言。
1.內(nèi)容確定
我們選擇高中教材必修二的《基因的表達(dá)》這部分知識，因?yàn)樗托畔W(xué)更容易銜接。最后確定用于編程的生物學(xué)相關(guān)內(nèi)容：（1）判斷某序列是否為DNA序列；（2）將DNA序列轉(zhuǎn)化成RNA序列；（3）將RNA序列翻譯成蛋白質(zhì)序列。
2.程序編寫和調(diào)試
2.1軟件選擇
Excel2003版本。先將版本安全性調(diào)低，有利于宏的運(yùn)行。方法：選擇工具―宏―安全性（調(diào)低）。再打開Excel自帶的程序編輯器，方法：選擇工具―宏―VB編輯器。
2.2程序的編寫
2.2.1判斷某序列是否為DNA序列
設(shè)計(jì)思路：生物學(xué)原理是，如果序列中的字母不是A、T、C、G，則這個序列不是DNA序列。
2.2.1將DNA序列轉(zhuǎn)化成RNA序列
設(shè)計(jì)思路：生物學(xué)原理是堿基互補(bǔ)配對原則，程序語言實(shí)現(xiàn)―字母的轉(zhuǎn)換A-U，U-A，G-C，C-G。
2.2.3將RNA序列翻譯成蛋白質(zhì)序列
設(shè)計(jì)思路：生物學(xué)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)的密碼子表。如果有AUG序列則翻譯開始，如果出現(xiàn)UAA、UAG、UGA序列，則翻譯終止。其他情況則根據(jù)密碼子表逐一翻譯。
最終通過一系列的編寫調(diào)試，這三個程序編寫成功。具體程序見附錄1。并且舉例驗(yàn)證其不光能夠運(yùn)行，同時也符合生物學(xué)原理，驗(yàn)證過程見附錄2。
3.實(shí)驗(yàn)總結(jié)
學(xué)生參與這個實(shí)驗(yàn)后，對學(xué)科之間的交叉有了直觀、深刻的認(rèn)識，并切實(shí)提高了對學(xué)習(xí)的濃厚興趣。他們在總結(jié)討論表示：原本以為Excel已經(jīng)很精通了，不曾想到這么簡單的東西還可以用來做這么深奧的學(xué)問，由此帶來的震撼和體會特別巨大。他們深刻地感到，知識不再是為了應(yīng)付考試而存在的抽象空洞概念，而是可以切切實(shí)實(shí)用于解決問題的工具。同時，由此帶來的學(xué)生課堂學(xué)習(xí)態(tài)度的變化非常明顯，教師們明顯感覺到學(xué)生上課過程中眼中帶著對知識的渴求。
筆者對這個實(shí)驗(yàn)帶來的這些意外驚喜效果也感觸頗深。教育是一門藝術(shù)而不是技術(shù)，它完成的質(zhì)量的高低，取決于教師付出多少努力和心血。切實(shí)地去思考去做去完善自己的教育理念，一定會比單純地說教更能取得良好的效果。
[附錄1]
1.判斷某序列是否為DNA序列
Private Function TX（DNA）
Dim a， i As Integer；Dim B， c As String
a = Len（DNA）；B = UCase（DNA）
For i = 1 To a
If Mid（B， i， 1） =“A”O(jiān)r Mid（B， i， 1） = “T” Or Mid（B， i， 1） = “C” Or Mid（B， i， 1） =“G”Then
Else：Exit For
End If
Next i
If i = a + 1 Then
c =“是基因序列”
Else：c =“不是基因序列”
End If
TX = c
End Function
2.將DNA序列轉(zhuǎn)化成RNA序列
Private Function Trc（DNA）
Dim a， i As Integer；Dim B As String
a = Len（DNA）；B = UCase（DNA）
For i = 1 To a
If Mid（B， i， 1） =“A”Then
Mid（B， i， 1） =“U”
ElseIf Mid（B， i， 1） =“T”Then
Mid（B， i， 1） =“A”
ElseIf Mid（B， i， 1） =“C”Then
Mid（B， i， 1） =“G”
ElseIf Mid（B， i， 1） =“G”Then
Mid（B， i， 1） = “C”
End If
Next i
Trc=B
End Function
3.將RNA序列翻譯成蛋白質(zhì)序列
Private Function Trs（RNA）
Dim a（64）， B（64） As String；Dim d， e， f， i， j， k， l As Integer；Dim P， Q， R As String
a（1） = “UUU”：B（1） = “-F-”；
a（2） = “UUC”： B（2） = “-F-”；
a（3） = “UUC”：B（3） = “-L-”；
a（4） = “UUC”：B（4） = “-L-”；
a（5） = “CUU”：B（5） = “-L-”；
a（6） = “CUC”：B（6） = “-L-”；
a（7） = “CUA”：B（7） = “-L-”；
a（8） = “CUG”：B（8） = “-L-”；
a（9） = “AUU”：B（9） = “-I-”；
a（10） = “AUC”：B（10） = “-I-”；
a（11） = “AUA”：B（11） = “-I-”；
a（12） = “AUG”：B（12） = “-M-”；
a（13） = “GUU”：B（13） = “-V-”；
a（14） = “GUC”：B（14） = “-V-”；
a（15） = “GUA”：B（15） = “-V-”；
a（16） = “GUG”：B（16） = “-V-”；
a（17） = “UCU”：B（17） = “-S-”
a（18） = “UCC”：B（18） = “-S-”
a（19） = “UCA”：B（19） = “-S-”
a（20） = “UCG”：B（20） = “-S-”
a（21） = “CCU”：B（21） = “-P-”
a（22） = “CCC”：B（22） = “-P-”
a（23） = “CCA”：B（23） = “-P-”
a（24） = “CCG”：B（24） = “-P-”
a（25） = “ACC”：B（25） = “-T-”
a（26） = “ACA”：B（26） = “-T-”
a（27） = “ACG”：B（27） = “-T-”
a（28） = “ACU”：B（28） = “-T-”
a（29） = “GCU”：B（29） = “-A-”
a（30） = “GCC”：B（30） = “-A-”
a（31） = “GCA”：B（31） = “-A-”
a（32） = “GCG”：B（32） = “-A-”
d = Len（RNA）：P = UCase（RNA）
For i = 1 To d
Q = Mid（P， i， 3）
If Q =“AUG”Then
l = l + 1
ElseIf （Q =“UGA”O(jiān)r Q =“UAG”O(jiān)r Q =“UAA”） And l 0 Then
Exit For
End If
If l 0 Then
For j = 1 To 64
If a（j） = Q Then
R = R & B（j）：i = i + 2
End If
Next j
End If
Next i
If l = 0 Then R =“無起始密碼子”
Trs = R
End Function
[附錄2]
1.打開Excel 2003選擇工具―宏―安全性（調(diào)低）
2在左側(cè)工程-VB Project窗口空白處右擊―插入模塊
3.將附錄一中的程序復(fù)制粘貼于此處
4.測試過程
（1）判斷某序列是否為DNA序列
Excel的單元格A1中輸入的是DNA序列；A2單元格輸入的不是DNA序列
在C1單元格中輸入=tx（a1）；C2表格中輸入=tx（a1）
（注：TX是我們編寫的宏程序代碼）
測試結(jié)果成功，能夠判斷其是否為DNA序列，如果是則輸出“是基因序列”，否則輸出“不是基因序列”。
（2）將DNA序列轉(zhuǎn)化成RNA序列
如果經(jīng)過1步驟測試是DNA序列，我們可以將它翻譯成RNA序列
A1單元格中輸入DNA序列，我們在E1單元格輸入=trc（a1）
結(jié)果E1單元格返回代碼值是轉(zhuǎn)錄后的序列，并且測試結(jié)果符合我們生物學(xué)原理
（3）將RNA序列翻譯成蛋白質(zhì)序列。
A1單元格中我們輸入的是有起始密碼子和終止密碼子的RNA序列
A2單元格中我們輸入的RNA序列沒有起始密碼子
在A4單元格中輸入=trs（a1）；在A5中輸入=trs（a2）
測試結(jié)果成功，并生物學(xué)原理：A4中輸出的是序列翻譯后的結(jié)果，A5則輸出“不存在起始密碼子”。
參考文獻(xiàn)：
