结合产业发展探索“生物信息学”课程教学改革

李映红

（重庆邮电大学 生物信息学院，重庆 400065）

“生物信息学”课程在生物专业人才培养中发挥着重要作用，是生命科学最前沿的学科之一，具有实践性强、知识结构复杂的特点。其在生物产业的发展上也发挥了巨大作用，与生物信息学相关的健康检测产品发展得越来越成熟，例如无创产前诊断和癌症早筛[1-2]。基于产业发展，对高校“生物信息学”教学提出了新的要求，如何构建以生物产业为导向的“生物信息学”教学模式成为高校教师必须解决的问题。

1 “生物信息学”课程教学存在的问题

生物信息学是生命科学、计算机科学和数学等融合形成的交叉学科，主要任务是基于生物大数据进行算法设计和工具开发，应用于生命健康问题的计算与分析，包括生物数据的采集、处理、存储、分析和解释等。经过多年发展，虽然“生物信息学”课程的教学工作取得了巨大成效，但随着产业技术的不断发展，也暴露出当前“生物信息学”教学工作存在的诸多问题。

1.1 对先修课程的高要求导致学生学习难度加大

作为生命科学、数学和计算机科学形成的交叉学科，对于“生物信息学”的学习，一方面，要求学生先修“普通生物学”“生物化学”“细胞生物学”“遗传学”等生物学专业基础课程；另一方面，又对学习者的数学知识和计算机知识有较高的要求，尤其要求具备一定的计算机编程技能或背景知识。其他先修基础课程的知识掌握情况，将直接影响本课程的学习效果。因此，“生物信息学”是专业课程中数理逻辑最强、对计算机和数学依赖性最强的课程，尤其对于数理类课程相对薄弱的学生而言，是最有难度的课程之一。

1.2 理论知识与实践操作的结合相对薄弱

学生需要通过亲身实践，熟练掌握生物信息学的分析方法和软件的使用。只有通过生物信息学方法和技术的实践操作，学生才能从众多分散的生物学观测数据或高通量组学数据中详细和系统地理解生命活动分子机制。但实际情况是，在当前的教学内容体系框架下，教学中的理论与实践结合仍然不足。虽然“生物信息学”课程包含16学时的实验课，但由于需要实践操作的内容较多，16学时无法完全覆盖需要实践教学的内容。因此，“生物信息学”课程的实践性教学仍然是一个相对薄弱的环节。

1.3 教学内容与产业应用跨度较大

纵观我国生物产业的发展，基于生物信息学的生物产业技术得到了广泛的运用。例如肿瘤早筛技术的发展，要求相关人员具有综合性的知识结构。但是，对比校内教学课程可以清晰地看到，“生物信息学”课程的教学内容与产业应用还存在较大的跨度：一是教材中的诸多内容落后于生物产业的发展要求，导致学生所接触的知识难以满足生物产业发展的要求；二是教学内容缺乏对行业最新技术知识的融入。信息产业技术的发展速度较快，但是就高校“生物信息学”课程的教学内容来看，更多地集中在传统的理论教学上，缺乏对新技术、新产业的介绍，导致学生所掌握的知识难以适应生物产业发展的要求；三是生物产业的发展要求高校教学内容要更丰富、更全面，但是目前在“生物信息学”教学中，仍然缺乏通识教育的融合[3]。

2 “生物信息学”课程教学改革的具体方案

2.1 “生物信息学”课程教学改革的思路

为了解决目前教学中存在的理论知识与实践结合较少的问题，应构建完善的“生物信息学”课程教学模式。高校“生物信息学”课程教学改革思路：以产业发展和应用为导向，紧密结合生物医学大数据等相关领域的科研工作，将适合的科研成果引入课堂教学，开展基于实践的问题式教学和案例式教学研究，促进学生理论与实践两方面同时进步。将所构建的问题式教学和案例式教学的具体内容整合到团队开发的在线数据分析系统中，方便课堂演示与课后练习。通过问题式教学和案例式教学，将提高生物信息学专业的升学率与就业质量。

2.2 “生物信息学”课程教学改革的实施方案

2.2.1 深入剖析教材，把握教学难点与重点

在“生物信息学”课程教学中，教师要深入分析“生物信息学”的教材内容，根据行业发展趋势，对教材内容进行模块化设计。首先，教师要结合多年的教学经验，深入生物信息学领域，了解当前企业对学生岗位知识能力的要求，综合多种因素，对教材内容进行优化设计。例如针对教材中的部分内容知识老旧、讲义内容不够鲜活的问题，教师要及时将最新的行业技术知识引入课堂教学中，增强学生对生物信息技术的掌握能力；其次，教师要准确判断教学的难点与重点，结合用人单位反馈的信息、平时的教学经验积累等，对教学内容进行划分，为学生提供强有力的教学指导。由于“生物信息学”课程所涉及的内容比较烦琐，学生在学习的过程中不知道哪里是重点，缺乏有针对性的学习。因此，教师要加强对教学知识的分类，以便为学生提供精准的学习指导。

2.2.2 结合科研成果，引入教学案例

为了有效调动学生的课堂参与感，解决“生物信息学”课程内容枯燥单一的问题，教师在教学中要结合学生的学情开展案例式教学：首先，在教学前，教师需要结合教学大纲要求选择适合学生学情的案例。“生物信息学”课程具有较强的实践性，但是，每个学生的学情不同，他们对相应知识的理解程度也不同。所以，教师在引入案例项目时，必须注重与学生学情的对接，既要保证引入的案例符合课程知识，也要调动学生的课堂参与性；其次，教师要发挥网络教学平台的优势，在案例教学前，可以先将案例项目发送给学生，让学生做好预习，熟悉案例，便于教师在课堂中深入地分析案例并讲解核心知识；最后，教师所引入的案例项目必须要贴近学生的生活和行业发展趋势。针对“生物信息学”课程枯燥的问题，教师要选择贴近学生实际的案例项目。例如教师可以将自己参与的科研项目纳入课堂教学中，这样可以达到事半功倍的效果。比如在生物信息学算法（支持向量机、K紧邻和神经网络）等内容教学的过程中，学生普遍反映比较难懂，因此，笔者将自己研究开发的蛋白质功能预测工具SVM-Prot作为教学案例，让学生通过该案例能够更为直观地了解“生物信息学”的算法知识，提高教学质量[4]。

2.2.3 结合产业发展与应用，引入相关案例

“生物信息学”教学必须要结合产业发展与应用，对照行业发展趋势，开展教学工作，以此培养社会实用型专业人才。在具体的教学中，教师要将产业经典案例引入课堂教学中。案例教学不是简单地将案例融入课堂教学中，而是要发挥案例教学的发散性思维：一是高校教师要在教学过程中引入生物产业的最新科研成果，通过对科研成果的介绍等，融入课本专业知识，加强学生对专业知识的理解；二是要在教学中融入经典案例，单独依靠课堂教学，学生难以消化。因此，教师可以组织学生在课后进行探讨，让学生对课堂知识进行梳理，以此加深印象，提升教学质量[5]；三是要合理布置作业。“生物信息学”课程要求学生在业余时间多参加实践训练，因此，教师可以结合课堂教学知识，为学生布置一些实践性较强的任务作业，改变传统的侧重于理论知识的作业模式。例如教师可以为学生布置一些关于基因组合计算的实践性作业，鼓励学生积极参与实验操作。

2.2.4 实施问题导向式教学，活跃课堂氛围

针对“生物信息学”教学中师生互动少、实践操作课时安排不合理的问题，教师可以采取问题导向式的教学模式，以此调动学生参与课堂的积极性。在教学过程中，教师可以先向学生提出某些问题，让学生以小组合作等方式探讨和分析教师提出的问题，然后教师结合学生的观点进行有针对性的教学，激发学生的课堂参与积极性。当然在问题的设置上，教师要多观察，以调动学生参与积极性的热点问题作为切入点。例如在讲解分子进化的知识点时，教师以新冠病毒可能的起源为引，让学生深入学习分子进化与系统发育，分析新冠病毒可能的起源。另外，在“生物信息学”教学中，也要拓展专业知识。教师在教学中，要大力弘扬生物信息学领域严谨求实的科学精神，对于新冠病毒，病毒的蛋白质是国内科研机构重点研究的内容之一，病毒产生的蛋白中，S蛋白是重点需要攻克的蛋白之一。从生物信息学的角度来看，可以通过对接的方法，筛选可能对S蛋白有抑制作用的一些药物小分子。例如中科院药物研究所在很短的时间内就筛选出了几十个对该蛋白可能有抑制作用的小分子，此精神值得学生学习[6]。

3 结语

“生物信息学”是培养高素质生物人才的重要课程，基于高校人才培养与行业岗位要求的差距问题，高校必须不断优化教学模式，以生物产业为导向，依托高校科研项目资源优势，构建完善的教学体系，调动学生学习的积极性，提高课堂教学效率。