对生物信息学的理解范文

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高中物理难学，难就难在初中与高中衔接中出现的“高门槛”。刚从初中升上高中的学生普遍不能一下子适应过来，都觉得高一物理难学，特别是对意志品质薄弱和学习方法不妥的那部分学生更是使他们过早地失去了学物理的兴趣，甚至打击了他们的学习信心。本文试图从以下几个方面探讨高中新生在学习物理中存在的问题和可能的解决对策。

1 初、高中物理教材的差别显著

现行高中物理课本（必修本），与初中物理相比，初步分析有其以下显著特点：①从直观到抽象：如，物体——质点。②从单一到复杂：二力平衡——多力平衡；匀速运动——变速运动、圆周运动、简谐运动。③从标量到矢量：算术运算（ 加减法）——几何运算（平行四边形法则）。④从浅显至严谨，从定性到定量。

初中物理教材的文字叙述通俗易懂，语法结构简单。所叙述的物理现象与日常生活联系紧密且比较表面。绝大部分与学生日常生活的感受或体验是吻合的、一致的。其规律不太复杂，运用的数学知识基本上是四则运算，且其公式参量也较少，实验原理简单，易于操作，因此，学生对初中物理并不感到太难。所以，就整个初中物理而言，“教师难教，学生难学”的现象还没有高中这么明显。

2 学生学习方法上的不适应，惰性心理

初中物理，由于涉及的问题简单，现象直观、生动、具体、形象，容易理解，篇幅少，概念、公式少，容易记住。题型简单，转弯少，数字小，易计算。因此，初中生的学习方法比较机械、简单。

进入高中后，由于定义、概念、规律、现象、公式多，叙述多，进度快，方法灵活，题型花样多，加之科目多，如果仍靠初中那种以机械记忆为主的学习方法，显然是无能为力了。

从笔者多年的调查分析，大部分的学生还没有掌握正确、合适的学习方法，这是他们在物理学习中遇到困难的主要原因之一，学生获取物理知识的途径只限于课堂听讲，缺乏对自然科学的探索精神。

3 畏难，心理压力较大

初中物理重在表浅的定性研究，所研究的现象具有较强的直观性，而且多数是单一的、静态的、教学要求以识记为主；高中物理所研究的现象比较复杂而抽象，多数要用定量的方法进行分析、推理和论证，教学要求重在运用所学知识来分析、讨论和解决实际问题。少年的心理承受力不胜负荷，从而产生学习障碍，结果“门槛”的跨越更显艰难。

针对以上学生当中存在的这些问题，在以后的教学中笔者认为可以从以下几个方面去突破：

第一，认清教材，让学生养成良好的物理学习习惯。根据高中物理教材的特点，养成良好的学习习惯，形成良好的学习方法。高中物理学习的内容在深度和广度上比初中有了很大的增加，研究的物理现象比较复杂，且与日常生活现象的联系也不像初中那么紧密。分析物理问题时不仅要从实验出发，有时还要从建立物理模型出发，要从多方面、多层次来探究问题，更注重整个物理过程的分析。在物理学习过程中抽象思维多于形象思维，动态思维多于静态思维，需要学生掌握归纳推理，类比推理和演绎推理方法，特别要具有科学想象能力。所以在平时的课堂教学中一定要发挥学生的主动性，以学生为主体，充分调动学生的积极主动性。

第二，加强和改革实验教学，激发学生学习物理的兴趣。物理学是一门实验科学，物理概念的建立与物理规律的发现，都以实验事实为依据。实验是物理学的重要研究方法，只有重视实验，才能使物理教学获得成功，学生只有通过实验观察物理事实，才能真正理解和掌握知识。笔者认为用实验导入新课的方法，使学生产生悬念，然后通过授课解决悬念，是激发学生学习物理兴趣的一个很有效的途径。每节课的前十几分钟，学生情绪高昂，精神健旺，注意力集中，如果教师能抓住这个有利时机，根据欲讲内容，做一些随手可做的实验，就能激发他们的学习兴趣，使学生的注意力集中起来。

第三，加强解法指导，提高学生解题技巧。从初中升到高中的学生，常常是上课听得懂，课本看得明，但一解题就错，这主要是因为学生对物理知识理解不深，综合运用知识解决问题的能力较弱。因此，教师还应加强解题方法和技巧的指导。

高一学生能否在尽量短的时间适应高中的学习，顺利地跨过这个门槛，是影响学生成绩的主要因素。搞好街接工作、实现顺利过渡是一个需多方合作、统筹安排的系统工程。要从高中教学想办法，也要从初中教学想办法；要从教材、学生方面考虑，又要从教法、教师方面考虑。

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一、问题的提出

计算在小学数学教学中占据着十分重要的地位，是小学生数学内容的重要组成部分，是学习数学的基础。小学生在计算过程中出现错误是十分正常且普遍的现象，错误的情况虽然多种多样、五花八门，但是，我们发现有些错误却是不分班级、不分性别、不分地区的。而且，即使教师事先如何对学生反复强调、再三叮咛，这些错误到时仍然会出现。说明这些错误中隐含着一些规律性的东西。我们教师必须找出错误的原因，有针对性的预防，纠正计算错误，提高教学效果，用科学的方法提高小学生计算能力。

小学生在计算中出现错误的原因大致由知识和心理两方面构成的。学生计算失误不仅有知识基础和不良学习习惯方面的原因，而且还有学生心理方面的原因，这往往是容易被忽视的。从心理学的角度来看，学生进行四则运算，除感知算式和开展思维操作两个环节外，参与其中的还有情感和注意力。下面我主要从感知、情感、注意、思维等方面，结合典型具体的实例来分析，有助于我们以后采取积极措施，防错、纠错、改错，对症下药，切实提高小学生的计算能力。

二、原因分析

（一）、知识方面的原因

由于学生缺乏扎实的基础知识，对于一些简单的运算口诀不熟练，常常出现2+4=8，3×9=18，24÷8=4等类式的情况，从而导致计算出现错误。又比如4900÷800=6……1这种错误则反映了学生的数值概念比较模糊，应用商不变的性质去计算除法时对余数相应发生变化的道理缺乏理解。

另外，没有形成技能技巧也是导致计算出错的原因。新课程标准提倡学生计算多样性，学生不但能正确地进行计算，而且要能合理灵活地进行巧算，才能省时省力、提高计算速度，提高计算质量。但很多学生只是掌握了形式，而没有形成技能，所以也会发生计算错误。

（二）、心理方面的原因

学生不是不会做，而是由不良学习习惯造成错误，与感知、情感、注意和记忆等因素有关。

1、感知错误，不认真观察

例如抄错题，142-57=95，学生用不退位减法代替了退位减法，这可能是学生长期运算中形成了减法是用较大数减去较小数的观念起了干扰作用我们经常还见到类似把2+5看作2×5，02+02=4，把5-5看作5+5=10的错误。这些错误常常被老师、家长认为是非认知的、低级的，是完全可以避免的，往往归因为学生“粗心”所致。学生的感知还伴有浓厚的情感色彩，具有较强的选择性，往往忽略对全面整体的认识。例如25×4÷25×4=100÷100=1，这个错误是由于学生习惯“凑整”而忽略了运算顺序。

2、情感不稳定，不能持之以恒

学生在计算时，总希望能很快得到结果。因而，由于存在急于求成的心理，当数目小，算式简单时，容易产生麻痹思想；当遇到计算题里的数据较大、较为陌生，或算式的外形显得过繁时，就会产生排斥心理，表现为不耐烦，不能认真审题，没有耐心去选择合适的算法。这样，错误率必然会升高。例如025×0125一题，如果按归照常规方法计算，不仅比较繁琐，而且容易出错。如果把这两个小数转化为分数计算，就能化繁为简、化难为易，收到“四两拨千斤”的效果。

3、注意力不稳定，不能全面观察

注意是指心理活动对一定事物的指向和集中。注意不稳定和较差的分配能力是产生计算错误的重要心理因素。小学生注意力不稳定，不持久，不易分配，注意的范围比较狭窄，易被无关因素吸引而出现“分心”现象。在计算过程中，需要经常把注意分配在不同的对象上。由于小学生注意力所顾及的面不广，如果要求他们在同一时间内，把注意分配到两个或两个以上的对象时，也往往会出现顾此失彼，丢三落四的现象。还因为小学生进取心强，好表现只求快，不求质，也会出现丢三落四的现象。

例如50+16×5-28

=50+80

=130-28

=102

学生书写本题第一步递等式时，要考虑三个方面：一是根据题目中的运算符号，确定运算顺序；二是把乘法的结果计算出来；三是把没有参加运算的数据和符号按照原来的顺序照抄下来。学生既要考虑运算顺序，又要口算16×5的积，尤其是计算16×5的积，占据了学生大脑优势兴奋中心，造成学生注意分配不够，暂时遗忘了“-28”，形成了不等式。

三、解决对策

以上种种造成计算错误的心理原因并非孤立存在的，它们是互相影响互相联系的。

不管何种原因造成的计算错误，都要引起教师足够的重视，注意找出错误的根本和关键，搞清错误的原因，为什么错，然后针对错误性质、原因和范围，作具体分析，对症下药。

（一）、了解学生的思想动态和情感状况。

对因不认真而出现的错误，让学生从思想上重视，同时要提出改正方法，要求学生在限定时间内逐渐消失，批改作业时用醒目的符号标出等。教师首先要求学生做事严肃认真，一丝不苟，懂得“谦受益，满招损”的道理，其次要选择好作业典型范例让学生效仿，逐步养成良好习惯。

（二）、进行对比教学，安排对比性练习以及变式练

对于因为迁移问题引起的错误，教师要专门进行对待以区别容易混淆的概念和法则。对于概念不清，计算法则不理解的实质性错误，教师仅指出错误是不够的，需要详细解释和说明，进行查漏补缺，设计针对性练习，直到理解和正确应用为止，对错误进行分析和解释，使学生明确错误是如何发生的，不仅对计算错误的学生有帮助，对计算正确的学生也有积极影响。如25×4÷25×4和25×4÷（25×4），49+05-（49+05）和49+05-49+05。例：根据5145÷49=105直接写出下列算式的商。5145÷495145÷495145÷04905145÷049

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1．高等数学和统计学基础

生物信息学将数学和统计学作为主要的计算理论基础，主要包括数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面。此外还包括隐马尔科夫链模型(HMM)在序列识别上的应用，蛋白质空间结构预测的最优理论，DNA超螺旋结构的拓扑学，遗传密码和DNA序列的对称性方面的群论等。因此，在生物信息学教学过程中要求教师具备数学及统计学的计算方法的基础知识，能够利用牛顿迭代法、线性方程回归分析、矩阵求拟、最小二乘法等进行数学建模和计算，从而对基因和蛋白质序列进行比对、进化分析和绘制遗传图谱等。

2．生物科学基础

生物信息学包含的生物类学科有，生物化学、分子生物学、遗传学等基础学科，基因工程、蛋白工程、生物技术等应用学科。根据其课程特点，学生在学习生物信息学课程前需要学习生物化学、分子生物学、遗传学、基因组学、蛋白质组学等基本生物学课程，对于基因序列、蛋白质序列、启动子、非编码区等概念有深刻的理解，同时需要对一些重要的生物学数据库有一定的了解，如美国基因数据库(GeneBank)、欧洲分子生物学实验室数据库(Embl)和日本核酸数据库(DDBJ)等。此外，要求学生能够利用生物学数据库查找基因序列、蛋白质序列、基因及蛋白质结构模型，能够读懂数据库中基因和蛋白质的信息注释，能够计算蛋白质序列的分子量和等电点，能够为扩增特定的基因片段设计引物，能够对特定物种进行系统发育分析等。

3．计算机科学基础

计算机是生物信息学的主要辅助工具，利用生物信息学研究生物系统的过程需要能够熟练使用计算机对大量的生物信息数据进行处理和分析，这主要包括对数据信息进行搜索(收集和筛选)、处理(编辑、整理、管理和显示)及利用(计算、模拟)。所以，学生在学习生物信息学的过程中需要了解和掌握一些常用的生物信息学软件，如BLAST和FASTA序列比对分析软件，Oligo和Primer引物设计软件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等综合分析软件。此外，学生还需要学习和掌握一些常用的计算机语言，如正则表达式、Unixshell脚本语言和Perl语言。利用生物信息学在处理和分析海量生物数据的过程中，计算机软硬件资源需要配合处理分析软件的运行，因此要求计算机操作系统使用Unix和Linux操作系统，这些操作系统需要大量的操作命令进行输入执行过程，对于经常使用Windows操作系统的学生来说是一个较难跨越的障碍。

二、生物信息学课程教学中存在的问题

目前国内大多数高校的生物信息学教学采用传统的教学模式，即以课堂式的理论教学为主，缺乏必要的实践教学。理论教学模式固定、教学方法单一、教学内容狭窄，通常是介绍性、科普性的课程，甚至作为公选课程。少数高校开展生物信息学的实践课程教学，但多以验证性实验为主，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验，而开放性实验更无从谈起。

1．教学模式固定单一

生物信息学在内容层面涵盖诸多学科领域，注重应用性和实践性。然而，目前大部分高校把生物信息学作为一门孤立的课程，这导致教师需要将大多数课程内容压缩到一门课程进行教学，在有限的教学时数下灌输大量内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。再者，大多数高校仅开展生物信息学的理论教学，忽视实践教学过程，造成生物信息学理论与实践内容的脱节，使学生在学习完理论知识后难以深入理解和吸收，无法将所学的知识应用到后续的工作和学习中，最终未能体现出该门课程的价值。

2．教师专业背景薄弱

作为一门交叉学科，生物信息学的教学要求教师具有较强的数学、生物学和计算机科学背景。然而，目前从事生物信息学教学的教师即便具备深厚的生物学背景，但是多数教师在数学和计算机方面较为薄弱，并不具备完整的生物信息学知识体系，对生物信息学发展趋势也了解不多。在师资缺乏的情况下，院系开设生物信息学课程，教师为了完成教学任务，仅仅在教学中进行介绍性的讲解，在课程考查方式上通过小论文、综述和课外活动等方式完成该课程的学习。因此，无论是理论教学还是实践教学均无法实现该课程大纲的要求，从而影响学生对生物信息学课程的理解和掌握，生物信息学的实践操作能力更无从谈起。

3．实践教学薄弱，专业教材缺乏

生物信息学实践课需要学生在网络环境下用计算机学习NCBI数据库的检索与使用、序列比对分析软件的应用、蛋白质空间结构图视软件的应用、序列拼接软件的应用等。但是目前，大多数高校开设的生物信息学课程多以理论教学为主，实践教学课时非常少或者为零，学生对于生物信息学课程的学习仅仅通过教材上抽象的文字描述进行理解和掌握，这导致学生在理论课中学到的知识无法在实践课中进行验证或操作，严重影响了生物信息学的教学质量，也偏离了教学大纲中强调的重在培养学生实践操作能力的培养目标。另外，目前还没有适用于生物科学专业的生物信息学教材。国内各大高校使用的教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本，这些教材偏重介绍生物信息学的理论和方法，涉及的实践内容较少，学生需要具有较高的相关知识才能接受和使用这些教材。因此，部分高校在生物信息学教学过程中往往使用自家编写的简化教材，从而造成生物信息学教学内容不统一，教学大纲混乱等情况。

4．实践课程经费不足，实践教学环境落后

当今，许多发达国家都很重视生物信息学的教学和研究，积极开展各种生物信息资源的收集和分析工作，培养大量生物信息学人才，为整个生物学的理论研究及其相关产业创新(主要是医药和农业)提供指导和支撑。国内对生物信息学的关注和认识起步较晚，其发展落后于国际发达国家。国家和高校对生物信息学的教学和科研资金投入力度不大，缺乏必要的仪器设备，生物信息学的实践教学条件得不到保障，比如大多数高校的生物科学专业没有相应的计算机实训室，配套软件也相对匮乏，落后于国际发展水平。

三、生物信息学教学模式改革的探索

1．修改理论和实践教学大纲，编写适用的实践教材

根据当今生物信息学的发展方向，制定和修改理论教学大纲，除了引物设计、基因和蛋白质序列比对、基因和蛋白质结构功能预测等基本内容外，还需添加系统进化树分析、聚类分析、蛋白质互作网络谱图等较为综合的内容。另外，增加实践教学课程比例，充实实践教学内容，结合理论教学内容增加综合性、设计性实验，适当提供科研环境，鼓励开展开放性实验。目前国内并没有系统的、专业的生物信息学实践教材，因此针对高校生物科学专业方向的特点，联合多学科领域(数学、生物科学、计算机科学)编写相应的生物信息学实践教材，在制定、修改实践教学大纲和编写教材的过程中结合学生的接受能力，由浅入深，多设实例和相关练习，使学生循序渐进的理解和掌握生物信息学的原理和方法，掌握更多的生物信息学工具。

2．紧密联系科研、基于实践问题开展教学

通过实践教学把生物信息学教学与科研有机结合起来，能够促进教学与科研的共同发展。在紧密联系科研的过程中，采用基于问题的教学(PBL)方法，通过实践教学环节，培养和训练学生把所学的生物信息学的知识和方法应用于各种生物科学领域的科研活动中，通过解决实际问题训练学生的实践技能，从而促进教学与科研的双重发展。例如，在生物信息学实践教学中多加入生产和科研中遇到的经典实例，鼓励学生利用相关的生物信息学软件及相关的理论和方法解决问题。学生也可以选择自己感兴趣的课题，利用自己熟悉的、合适的生物信息学软件和相关知识开展课题研究。此外，专业教师在指导学生课题研究的过程中还可以发现理论和实践教学的不足，不断的完善生物信息学理论和实践课程大纲和内容，提高教学质量。

3．开展多学科实践结合的教学模式

生物信息学属交叉学科，包含了不同领域的专业知识和技能，为使生物信息学教学达到教学的目标，该课程教学需要采用多学科实践结合的教学模式。多学科实践结合的教学模式是指联合不同领域、不同学科、不同专业的课程在教学的过程中结合生物信息学涉及到的知识和技能进行基础性、铺垫性教学。比如，在高等数学和统计学的教学过程中，针对生物信息学的需求，适当增加数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面的基础内容，同时，开设实例实践教学，使学生理解和掌握隐马尔科夫链模型，牛顿迭代法、最小二乘法等方法的应用原理和规则;在生物科学专业课程设置上，尤其是实践课程的教学过程中，结合生物信息学涉及的引物设计、序列比对分析、基因及蛋白质结构功能预测等方面开展相应的设计性、综合性、开放性实验项目，使学生了解和掌握基本的生物信息学原理及软件的应用;在计算机科学的教学过程中，应根据生物信息学的需求，开设正则表达式、Perl语言、R语言等课程学习，以及增加Linux和Unix操作系统课程学习，使学生在学习生物信息学前打好坚实的基础。值得注意的是，生物信息学课程与其他课程的开设时间和顺序需要有一定的探索和评估，对于开设该课程的时间把握是开展多学科实践结合的教学模式的关键因素。过早开设生物信息学则会导致学生在不具备相应学科基础的条件下跨越式的接触生物信息学，无法理解和掌握相关的知识和技能;过晚开设则会使学生学习了相关学科知识和技能后，由于课程衔接不紧，导致在学习生物信息学时出现理解滞后和无法适应的现象。因此，针对不同专业和学科的特点，根据具体情况进行统筹安排，使生物信息学和其他相关学科课程有很好的衔接和过渡，以确保和提高生物信息学的教学质量。

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1 课程开设的重要性

生物信息学跨越了整个生命科学领域，是一门实用性很强的学科，也是未来生物医学的重要研究工具。生物技术、计算机和互联网的飞速发展引领了一个生物医学大数据时代，生物信息学在生命科学领域的地位也愈发重要。利用生物信息学的知识和方法能够深入挖掘和剖析海量生物学数据，进而探索隐藏在数据背后的生物学奥秘。无论是从分子生物学的角度阐述疾病病因，还是对疾病的预防、诊断、防治与药物设计，生物信息学均发挥了十分重要的作用，掌握该课程的基本知识和理论无论对以后的科学研究还是从事一线医务工作都具有比较深远的意义。因此，在医学院校部分专业（如：生物统计、药学等）开设生物信息学课程具有重要意义。

2 生物信息学教学存在的问题

2.1 课程内容与教学课时不成比例

生物信息学是一门综合性学科，理解和掌握该课程需要具有一定的计算机、数学和分子生物学等的背景知识。医学院校学生普遍存在理科知识比较薄弱，因此，讲解透彻该门课程需要教师在课堂上花费一定的时间普及相关背景知识。然而由于医学院校学生课程门类众多，客观条件决定无法为生物信息学安排足够多的课时。较之生物信息学繁多的内容而言，课时分配明显不足。在课时相对较少的情况下，无法深入讲解将每个章节的内容。

2.2 教学师资力量薄弱

生物信息学作为一门交叉学科，要求任课教师精通生物学、计算机和统计学等相关知识。由于国内生物信息学兴起时间较短，培养人才数量有限，且有限的人才都流向了一流的学校，普通高校无法招到专业对口的教师。因此，能够胜任生物信息学教学任务的老师十分匮乏。以该校为例，生物信息学课程没有固定的任课教师，基本由生物学、医学统计学教师完成，这些老师中大多数无法完全胜任生物信息学的教学任务。最终致使生物信息学教学质量不高。

2.3 教学模式落后

虽然多媒体已被广泛应用于生物信息学的教学中，但由于该课程涉及内容多且有大量的数据库和软件知识，导致多媒体课件的容量非常大，教师在课堂上基本是照本宣科的读完课件完成教学任务而已，忽略了学生的接受能力。这种教学模式虽然运用了先进的教学工具，但实质上采用的还是传统的“灌输式”教学，学生仍然是被动地学习。

2.4 实践教学流于形式

生物信息学是一门实践性很强的学科，实践课程非常重要。然而在教学过程中，由于各种原因实践课往往流于形式，原因主要包括：（1）教学设备及手段落后。虽然有些学校有计算机室，但计算机配置较低且未提供连网服务，生物信息学很多知识的学习需要借助互联网，例如：各种数据库、在线软件等，导致学生无法亲自操作而降低实践课学习效果；（2）课时少、内容多。生物信息学的章节往往涉及到很多软件和平台，甚至有些软件需要编写程序。在实践课时少的情况下，无法在短时间内让学校亲自操作每一种软件。

3 教学改革

3.1 针对不同专业精选教学内容

针对生物信息学内容繁多的事实，应针对不同专业特点精心挑选课授课内容，在有限的课时中让学生学到最基本且重要的生物信息学理论知识。另外，要善于挖掘课外时间，组建课外兴趣小组，设置研究课题作为课外作业，巩固和加深学生对生物信息学的理解。

3.2 培养和引进专业人才

教师知识的渊博程度和教学水平的高低对教学效果的影响十分明显。因此，在教师队伍建设上应采取“走出去，引进来”的措施，一方面挖掘该校教师的潜能，支持和鼓励该校年轻教师到国内外知名高校访学和进修，着力提高该校教师自身的知识素养与技能；另一方面提供丰厚条件引进国内外生物信息学高层人才，为生物信息学教学队伍增添新鲜血液。此外，还可通过定期或不定期举办讲座等方式创造机会加强该校教师及与兄弟院校的交流合作，加强学科建设，提高生物信息学教师的综合素养。

3.3 推进“教、学、研”一体化创新教学模式

针对生物信息学课程的特点，一方面根据课程内容设计小型科研课题激发学生的科研兴趣；另一方面鼓励并指导学生申报学校、省级或国家级大学生科研项目，并鼓励学生参与教师的科研项目，积极开展“教、学、研”一体化的创新教学模式，即融教师的“教”和学生的“学”，以及教师和学生共同参与到“研”的过程于一体[2]。通过这种教学模式能够极大激发学生对生物信息学课程的兴趣和创造力，促使学生快速高效地掌握生物信息学理论和实践知识，有利于学生变被动的学习为主动探究式学习。与此同时，也能够让学生尽早地融入到生物学科学研究的大环境中来，学会合作、学会创造，真正地做到学以致用。

3.4 加强实验课教学

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）36-0134-02

生物信息学（Bioinformatics）的发展与上世纪90年代人类基因组计划的启动密切相关，它综合运用生物学、计算机科学和数学等多方面知识与方法来阐明和理解大量生物数据所包含的生物学意义。生物信息学已成为当今生命科学的重大前沿领域之一，是生命科学研究中重要的、不可或缺的研究工具。

我校生物信息学课程开设较晚，所以课程教学仍处于探索阶段，尚未形成成熟的课程体系。本文针对本校学生的需求、课堂教学反馈等情况对教学内容、教学方法等多方面开展了改革与实践，以期提高教学的质量和效果，培养全面发展的人才。

一、生物信息学课程教学现状

（一）教材较多，因此难以选择一本适合的教材

生物信息学教材很多，有些教材侧重于生物信息学理论和算法，如许忠能主编的《生物信息学》对生物信息学的理论和算法讲解详细，但是对于师范院校生物科学专业的本科生而言较为深奥，不易理解;有些教材侧重于生物信息学软件使用，学生对于软件分析所需要的背景知识掌握不够，即使能够运用软件，却不能正确分析和理解所得到的分析结果;由于生物信息学发展较快，教材更新速度相对较慢，一些新的生物信息学知识未能及时纳入到已出版的教材中，而且有些书中所讲的数据库资源早已停用，有些软件及其应用也早已更新版本。

（二）学生理论基础薄弱，学习主动性不够

虽然这门课程在我校是专业选修课程，考核方式以考查为主，但是选修这门课程的学生都对生物信息学有浓厚的兴趣。这门课程开设在大三下学期，很多同学尚未开展或即将毕业课题设计，希望通过本课程的学习对毕业论文或将来考研深造有所帮助。然而在学习过程中，由于对分子生物学、生物化学、遗传学等理论知识掌握不扎实，并且对学科前沿进展关注不够，很少阅读实验性论文，在学习生物信息学相关理论知识时理解困难，而且对于如何将生物信息学应用于实际的课题研究也感到困惑。

（三）学生英语基础不同，学习过程中容易产生消极情绪

要学好生物信息学，离不开大量专业文献的阅读，尤其是外文文献，追踪学科前沿研究进展，这就需要具备一定的专业英语基础。此外，很多生物信息学数据库以及应用软件都是全英文的，涉及专业英语词汇较多。由于学生的英语基础不同，在学习过程中有些学生感觉专业英语阅读和理解方面较吃力，容易产生畏难情绪。

二、教学改革与实践

（一）修改教学大纲，理论与实践结合

生物信息学是一门实践性很强的学科，仅仅靠教师单一的讲解理论和软件的使用方法学生是很难理解和掌握的，因此在教学过程中要理论和上机实践结合。教学大纲中原36学时为理论24学时、上机实践12学时。考虑到我校学生学习该门课程的实际需求，强化实践运用，将理论和上机实践课时均调整为18学时，学生在实践的过程中带着问题主动去思考，发现问题、解决问题，更好地去理解生物信息学的理论知识。原教学大纲中理论课学习结束后再进行上机实践，但是教学过程中发现理论课信息量大，有些知识学生初次接触没有较好地理解，或者当时能够理解，但过了一段时间后再进行上机实践时又要重新学习。在课程安排方面，调整为一个章节的理论课学习结束后开设相应的上机实践，通过实际操作练习有利于巩固所学理论知识，学生也比较喜欢这样的教学方式。

（二）调整教学目标，优化教学内容

生物信息学内涵广泛，应用领域广，但是生物信息学在不同研究领域中的研究内容和应用程度有所不同。选修本课程的学生都是生物学背景，主要希望运用生物信息学知识去解释课题研究中的生物学问题。考虑到本科生理论知识基础相对较弱，很多学生尚未开展课题研究，因此应该在有限的学时里让学生掌握与专业需求相关的生物信息学知识和实用技术，教学的重点和难点要根据本校学生特点进行调整，对教学内容进行优化、精简。例如多序列比对算法、马尔科夫模型等涉及数学、计算机知识，可以简要介绍，但不做深入的讲解。理论和上机实践部分主要介绍生物信息学数据库资源、序列比对、核酸序列分析、系统进化分析、蛋白质结构与预测，同时理论部分还包括生物芯片、高通量测序技术、介绍生物信息学的前沿进展。此外，还结合学生的需求在上机实践课中增加了引物设计内容。

课堂教学内容并不拘泥于一套教材，而是根据讲授的章节选择该章节适合的2～3套教材综合讲解，最终形成适合我校学生学习的讲义。例如在讲系统进化发育时，理论讲解选择由Masatoshi Nei和Sudhir Kumar编写的高等教育出版社出版的《分子进化与系统发育》和蔡禄编写的《生物信息学教程》，上机实践选择吴祖建等编写的《生物信息学分析实践》。

（三）教学与科研相结合，学以致用

生物信息学有很多分析软件，应用很广，即使是分章节按照序列比对、核酸序列分析、系统进化树构建等给学生逐一讲解相关的算法和实际的应用，学生仍然感觉知识零散，信息量太大难以掌握，容易产生畏难情绪而导致学习积极性不高。有些应用软件学生即使有所了解，却又不知道在科研中如何运用。所以在教学过程中，我们以课题研究为例，再结合相关的文献来进行讲解。例如选择DNA条形码开展物种鉴定为例，让学生去查阅相关文献，如DNA条形码在中药材混伪品鉴定中的应用、DNA条形码在肉制品掺假中的鉴定等。这个课题应用性强，对本科生而言阅读专业文献的难度相对较小，仅涉及DNA提取、PCR扩增等实验内容，容易激发学生的学习兴趣。在学生理解课题背景知识的基础上，让学生重点看文献中涉及的生物信息学相关知识，要求学生下载文献中涉及的基因序列，根据下载的序列用MEGA软件进行序列比对，计算遗传距离，同时利用MEGA软件构建NJ树。这个过程就把生物信息数据库、序列比对、系统发育分析等几个章节的教学知识串联起来，学生就知道为什么要下载序列、做序列比对，更好地理解系统进化树构建的原理及意义。同时，也促进了学生阅读专业文献，尤其是外文文献，增加专业英语词汇量，主动关注学科前沿发展动态，更好的利用生物信息开展课题研究，做到学以致用。

（四）改革教学手段和教学方法

生物信息学理论教学中往往是教师主讲、学生听，学生被动接受，这种“灌输式”的学习让学生感觉枯燥乏味，教学效果较差。教学时应突出学生的主体地位，教师起主导作用，引导学生积极思考，参与课堂教学，激发学生的学习热情。例如讲解生物信息学数据库资源时，可以布置课后作业，要求学生搜索国外生物信息学数据库资源，并将查阅的资料制作成PPT，下一次上课时让学生利用PPT讲解搜索情况，分享经验。教师在学生讲完后点评，鼓励学生关注生物信息学的前沿进展，在学习生物信息学的同时提高专业英语的水平。在讲解生物芯片与高通量测序技术时，布置课前预习作业，针对高通量测序技术原理、应用、数据分析等教学内容设置几个选题，让学生分小组，每个小组选择一个选题，通过查阅文献资料，以PPT形式在课堂上讲解。学生根据讲解内容提问，交流讨论。教师根据学生的汇报内容进行点评，进行有针对性的讲解、补充。这样的形式使学生主动去探究问题，而不是被动地接受教师传递的信息，对知识的理解更加深入，学生也反馈这种教学活动提高了学习的积极性，并留下深刻的印象。

三、结语

生物信息学作为一门新兴学科，仍然在不断的发展中，知识更新速度快，因此生物信息学课程的教学内容、教学方式应紧跟学科前沿发展，立足学校专业特点及培养特色，不断摸索教学经验，在教学模式上深入研究，提高教学质量，实现培养学生理论与实践运用综合能力的教学目标。

参考文献：

[1]许忠能.生物信息学[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]Masatoshi Nei，Sudhir Kumar.分子进化与系统发育[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]蔡禄.生物信息学教程[M].北京：化学工业出版社，2007.