导师定制的个性化生物信息学课程教学研究

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　　摘要 生物信息学是生命科学领域重要的研究工具，但在非生物信息学专业研究生的课程教学中存在实用性等方面的问题。针对上述问题，开展了导师定制的个性化生物信息学课程教学，有效提高了生物信息学的教学质量，能更好地为研究生后继的课题研究及论文写作发表服务，适用于农林、医药等相关生命科学领域。
　　关键词 导师定制;生物信息学;研究生课程教学
　　中图分类号 S-01文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2019）15-0274-02
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.076
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Abstract Bioinformatics is an important research tool in the field of life sciences， but there are practical problems in the teaching of nonbioinformatics major postgraduates. In order to solve the above problems， this research carried out the teaching of personalized bioinformatics courses customized by the supervisor， which effectively improved the teaching quality of bioinformatics and better served the research and thesis work. The research results were applicable to life sciences related majors， such as agriculture， forestry， medicine and pharmacy， etc.
　　Key words Supervisor customization;Bioinformatics;Postgraduate course teaching
　　基金项目 中南民族大学研究生教育教学改革基金项目（yjsjg201707）。
　　作者简介 徐鑫（1978—），男，河南南阳人，副教授，博士，从事植物分子遗传学研究。
　　收稿日期 2019-03-15
　　生物信息学是一门发展迅速的新兴学科，涵盖了生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等各个方面，综合运用數学、计算机科学和生物学的各种工具来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。近年来，基础和应用生命科学领域内生物信息学的应用已经大大改变了知识研究和开发的体系及方式[1]。生物信息学已成为一种重要且不可替代的生物学研究工具，涵盖了生命科学的各个领域及研究方向。在研究的早期阶段，生物信息学可以帮助确定研究内容并阐明研究计划，从而降低研究结果的不确定性;在研究中，可以简化实验数据的分析过程，从而缩短研究时间，提高研究成功率;对于研究结果，可以探索内在联系和相关性，以提高研究结果的分析深度。
　　基于生物信息学的重要性，几乎所有生命科学相关高等院校及专业的研究生课程均开设了生物信息学课程[2-3]。然而，在实际教学过程中，“供”与“需”之间存在矛盾，导致教学效果不理想[4]。笔者分析了目前非生物信息学专业研究生的生物信息学课程教学中存在的主要问题，开展了导师定制的个性化生物信息学课程教学，以期提高生物信息学的教学质量，服务于研究生后继的课题研究及论文工作。
　　1 非生物信息学专业研究生的生物信息学课程教学中存在的问题
　　（1）生物信息学学科迅速发展，其涵盖内容的深度和广度不断扩大，课程教学内容要适应 “大数据”时代带来的新方法、新资源和新思路[5]。然而，对于非生物信息学专业学生而言，生物信息学主要作为一种必不可少的研究辅助工具，运用生物信息学的方法来解决生物研究中遇到的问题，不需要掌握生物信息学算法或软件编程细节。此外，对于一些不属于生物信息学定义所规定范畴的计算机和网络技术及方法（例如文献检索、管理和学术报告的制作等），也有很大的需求。
　　（2）对于非生物信息学专业的研究生而言，虽然主要教学目的是要求学生掌握一些基本软件的应用及相关数据库的使用，但在原理的理解以及最重要的结果判断分析上需要学生具有扎实的生物化学、分子生物学、遗传学及细胞生物学知识。由于学生的生源学校及专业不同，学生在上述课程上的基础存在巨大差异。同样的情况，生物信息学课程基础也有显著差异。在本科阶段，有完全没有学习或者接触过生物信息学的同学;在学过生物信息学的学生中，对生物信息学的掌握程度也存在较大差异，有的同学只有理论学习，有的同学掌握了部分相关实践操作，部分同学利用生物信息学进行过相关工作。以上先导课程和生物信息学课程2个基础的差异造成了教学过程难以做到兼顾。
　　（3）我国高校硕士研究生教育的课程学习大多集中在一年级，多数学生尚未进入课题研究阶段。由于对自己研究内容的不了解，无法把握研究中的生物信息学需求，从而进行选择性地重点吸收。另外，目前面向研究生的生物信息学课程是多个专业的合班课程，缺少专业及研究针对性，学生学到的是非本专业、非本研究方向的是一般性原则。不同学生的研究方向或者内容对生物信息学的需求程度不同，需求程度及需求内容存在显著区别，这又造成生物信息学的学习目的不同。这导致在课堂上掌握的内容在研究中可能用不上，研究中用得上的内容在课堂上又没有掌握，在课题研究时仍无法将学到的知识运用到具体研究实践中。
　　2 导师定制的个性化生物信息学课程教学
　　2.1 导师在个性化生物信息学课程教学中的作用 　　研究生导师长期从事研究工作，对于该研究领域的研究发展趋势有更清晰的了解。这不仅对于科学研究中基该的计算机和网络技术有直观的认知，而且对于该研究领域需要掌握的基本生物信息学软件、方法和流程有较清楚的思路，要更加关注研究对象针对性的生物信息学分析。因此，开课之前，将较为详细的章节内容发给学生，包含各章节的主要内容和将要讲解的相关软件及网站的使用方法，要求他们在导师的指导下进行生物信息学的选择性学习。
　　第一，导师通过与学生的交流，掌握学生在先导课程和生物信息学课程的程度，生源学校、专业、学习程度等差异都可以在交流的过程中，根据该学生的实际情况，给出更为准确的参考意见来弥补上述差异或者不足，更好地进入生物信息学的学习。
　　第二，导师可根据研究方向和研究内容，把握后继课题研究及论文写作中应用到的生物信息学相关内容，让学生选择需要重点掌握的章节，在很大程度上避免了学生对生物信息学学习的盲目性。虽然生物信息学选课学生的专业基本都是生命科学领域的，但研究对象可以是动物、植物、微生物或者仅仅是细胞、分子层面的，研究内容也偏向生态、生理生化、分子生物学和蛋白质等方面。比如，中南民族大学水生生物学研究方向的学生研究内容主要集中在生态和生化层面，分子生物学层面的研究较少，那么他们可以不必在测序解读、蛋白互作及信号通路分析等章节花费过多的精力投入，掌握一般的框架和基本操作即可。发育生物学和细胞生物学专业的学生因为研究内容在以上几个章节涉及较多，则需要进行更为深入的学习及应用。通过导师对研究内容的把握，可以在日益丰富庞大的生物信息学课程内容学习上“有所取舍”[6]。
　　第三，导师可在具体的生物信息学网站或者软件上根据具体研究内容做出“偏向性”指导。由于该课程是多个专业的合班课程，生物信息学授课讲解中的实例多是来自模式生物中的个例，缺少专业及研究针对性，学生学到的是非本专业、非本研究方向的一般性原则。这种情况下的课程即使完成了生物信息学课程学习，但在自己课题中仍然与专业研究实践有一定偏差。例如，一般性的序列查找都是通过NCBI（National Center for Biotechnology Information，https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）网站进行，但其并不是包罗万象的，在相对有限的课程教学上也无法大量拓展延伸。有些研究较为深入的模式或者非模式物种有自己专用的网站，包含的相关信息更集中、更丰富，通过导师的推荐指导，更好地利用专业类网站对于研究有更大帮助。另外，例如A软件虽然较为普遍和常见，但不具有该类型软件的全部功能，导师可能在实际研究中更多地使用B软件，以追求其特殊的应用。即使C软件比较好，也有使用偏好性的问题，例如操作界面的熟悉度、易用性以及结果的展示度等问题，也会选择D软件。通过导师的这种“偏向性”指导，可以弥补课程教学上一般性原则的适用性问题。
　　第四，导师有专业的研究背景，熟悉完整的研究过程及相关学术活动。除了生物信息学定义所规定的范畴，其他相关的计算机和网络技术及方法在科学研究所发挥的作用方面可以给学生更好的建议及指导。例如，研究中专用仪器的专用软件的使用、科学论文写作过程中使用的文献管理软件、绘图及图片编辑、学术展示报告制作时的技巧等，可以通过交流对学生掌握的情况有所了解，提早进行针对性训练及培训，对于普遍存在的问题可以纳入到生物信息学的课程教学中，例如提交作业时要求以学术展示报告的形式，必须达到较好的美观度和展示度等。
　　2.2 个性化生物信息学课程教学的实施
　　（1）在开课之前，由导师的指导下完成生物信息学的“个人专属”教学大纲。包括3个主要部分：①生物信息学课程各个章节的授课内容及该章节需要学习掌握的网站或者软件操作等，由导师在后边标注是否为重点学习内容;②导师根据具体研究内容按照章节推荐相关的网站或者软件;③在这些章节之外，导师根据具体研究内容或者过程推荐的计算机和网络技术及方法等。导师定制的个性化教学大纲既包含了生物信息学一般性原则课程的学习内容，也体现了导师对于该研究方向及研究内容的在生物信息学上的要求，对于学生有的放矢进行学习有很大的指导作用。
　　（2）教学中，按照学生的课题需求，由其导师“量身定制”部分特色内容，作为个性化课程学习的组成部分[7]。例如，广泛征集导师们的实际研究内容，在得到授权的情况下，在相关授课章节或者环节，直接应用导师提供的内容作为教学实例。同样地，课后习题的内容及形式也尽量以上述导师们的研究实例为载体。虽然课堂上讲授的是普通性原则及做法，例如某个习题是利用A网站和B软件完成，在实际操作中，鼓励学生们通过C网站和D软件完成，达到殊途同归的目的，更贴近导师们或者研究方向的实际操作。
　　（3）在成绩考核上，注重平时操作成绩，占考试总评成绩的50%。期末考试时向导师征集研究实例，尽量覆盖多个专业出题，根据其侧重点，按照满分的1.5～2.0倍题量，要求学生按照导师定制的个性化教学大纲进行必选题和自选题的答题，成绩占总评成绩的50%[8]。
　　3 结语
　　通过导师们的参与和指导，开展了导师定制的个性化生物信息学课程教学，虽然给导师增加了一定的负担，在实践操作上也存在一些复杂性问题，但导师们从前期的认可度、教学中的参与度及教学后的反馈效果来看，生物信息学课程教学的实用性都大大增强。生物信息学作为生命科学领域的常见工具学科，该研究成果适用于生命科学学院、医学院、药学院、资源与环境学院、农学院等相关课程的改进及推广[9-10]。
　　参考文献
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　　[2]陶嫦立.关于提高生物类专业《生物信息学》教学的一些建议[J].教育教学论坛，2016（32）：219-220.
　　[3]陈志雄，王少奎，李亚娟.科研导向的农学类专业生物信息学教学内容改革[J].安徽农业科学， 2018，46（32）：234-236.
　　[4]石生林，韓艳君，刘彦群，等.非专业研究生生物信息学课程教学中存在的问题及对策[J].生物信息学，2009，7（2）：125-127.
　　[5]郝爱平，国会艳，薛巨坤，等.大数据时代提高生物专业研究生科研创新实践能力教学改革探索：以《生物信息学》课程为例[J].安徽农学通报，2017，23（17）：140-141.
　　[6]王鹏，郭秋艳.“大数据”时代生物信息学教学探索与改革[J].科技创新导报，2016（15）：130，132.
　　[7]王小兰，汪珍春，陈琼华.个性化习题及QQ群对生物信息学教学实践的促进[J].教育教学论坛，2016（48）：171-172.
　　[8]马明月，曾垂省，解增言，等.生物信息学大实验教学改革的探索与实践[J].生物化工，2018， 4（2）：103-105，108.
　　[9]李姗，王丽，孙洁，等.中医药院校研究生生物信息学教学初探[J].中医药管理杂志，2017（20）：46-48.
　　[10]韩长志，祝友朋.林业院校“生物信息学”研究生课程教学改革初探[J].西南林业大学学报（社会科学），2018，2（4）：104-106.
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