發(fā)布時(shí)間：2023-12-22 11:28:25
序言：寫作是分享個(gè)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(qǐng)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(gè)巨大的資料庫，儲(chǔ)存著眾多的知識(shí)寶藏，這些知識(shí)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(duì)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(shí)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(shí)做支撐，這些現(xiàn)象對(duì)學(xué)生而言既熟悉又陌生.由于他們對(duì)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(shí)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?duì)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(shì)的引導(dǎo)，學(xué)生就會(huì)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(gè)問題的產(chǎn)生又會(huì)牽引出一系列的問題，形成問題的連環(huán)扣.而對(duì)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(duì)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(duì)于“細(xì)胞呼吸”這一概念而言，在生活中我們常常會(huì)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(lì)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(huì)發(fā)現(xiàn)它們?cè)诶媒湍妇蠖兊檬杷啥嗫?，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(duì)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(shí)，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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以及所創(chuàng)設(shè)的情境資料，就會(huì)針對(duì)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(huì)對(duì)細(xì)胞呼吸有一個(gè)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(shí)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)比.對(duì)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(huì)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)室的功能定位停留在完成上級(jí)評(píng)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(shí)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(huì)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(duì)新課程的變化不了解，不會(huì)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(jí)職稱的生物教師比例相對(duì)較低。由于生物學(xué)科在中學(xué)學(xué)科中處于弱勢(shì)學(xué)科，從而直接影響到教師的評(píng)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(shí)內(nèi)容被壓縮，課時(shí)嚴(yán)重不足，或?qū)⑸镎n時(shí)挪用于“主課”。生物教師忽視自身的學(xué)習(xí)，沒有積極主動(dòng)地去提高生物學(xué)專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能，自身的專業(yè)素養(yǎng)和知識(shí)儲(chǔ)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(gè)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(jí)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(dòng)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(jí)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(duì)生物實(shí)驗(yàn)室裝備的要求也隨之提高。針對(duì)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(duì)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(huì)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(jí)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(gè)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(duì)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(duì)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(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，充分認(rèn)識(shí)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(shí)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(píng)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(lì)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(lì)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(lì)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(dòng)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(duì)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(shì)，開展好生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作
據(jù)調(diào)查，教師本身對(duì)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(gè)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(shì)，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(duì)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(dòng)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(dòng)，讓更多的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握實(shí)用性較強(qiáng)的、對(duì)振興當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)有利的生物學(xué)知識(shí)，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(dòng)學(xué)生到野外采集，進(jìn)行植物的識(shí)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(dòng)。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(huì)，寓教于樂，讓學(xué)生對(duì)生命有更深入的了解和認(rèn)識(shí)，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(huì)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(dòng)手，創(chuàng)造條件，變?nèi)鮿?shì)為優(yōu)勢(shì)，開辟諸如花卉區(qū)、蔬菜區(qū)、果樹區(qū)、動(dòng)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(shí)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?dòng)合作，為當(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(huì)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?？稍O(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(dòng)者學(xué)習(xí)實(shí)用技術(shù)，如在講“光合作用”時(shí)，介紹大棚菜通光面積和光照時(shí)間；講“植物的礦質(zhì)營養(yǎng)”時(shí)，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(dòng)。充分發(fā)揮師生的主觀能動(dòng)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(dòng)，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(dòng)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)
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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(jià)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)體的內(nèi)在分子機(jī)制，同時(shí)還從大量的生物個(gè)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(duì)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(gè)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(shí)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)生物的遺傳基因圖譜進(jìn)行分析處理，對(duì)大量的核苷酸和氨基酸序列進(jìn)行比對(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)，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(duì)基因和蛋白質(zhì)序列進(jìn)行比對(duì)、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(duì)于基因序列、蛋白質(zhì)序列、啟動(dòng)子、非編碼區(qū)等概念有深刻的理解，同時(shí)需要對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于經(jīng)常使用Windows操作系統(tǒng)的學(xué)生來說是一個(gè)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(shí)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(shí)后難以深入理解和吸收，無法將所學(xué)的知識(shí)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(jià)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(shí)體系，對(duì)生物信息學(xué)發(fā)展趨勢(shì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)非常少或者為零，學(xué)生對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)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(duì)生物信息學(xué)的關(guān)注和認(rèn)識(shí)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(duì)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(duì)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(duì)、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(lì)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(duì)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(shí)和方法應(yīng)用于各種生物科學(xué)領(lǐng)域的科研活動(dòng)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(lì)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(dòng)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(shí)，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(duì)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(shí)間和順序需要有一定的探索和評(píng)估，對(duì)于開設(shè)該課程的時(shí)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(huì)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(shí)和技能；過晚開設(shè)則會(huì)使學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)學(xué)科知識(shí)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(shí)出現(xiàn)理解滯后和無法適應(yīng)的現(xiàn)象。因此，針對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)將更好的提升學(xué)生科研、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。
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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(dòng)學(xué)生的積極性、加深對(duì)知識(shí)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(duì)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?！保┙陙砻嫦蛉＠砉た蒲芯可_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(gè)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)象的實(shí)際情況。首先，教學(xué)對(duì)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(shí)，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(duì)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(shí)背景，對(duì)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)去分析和解決這些問題。同時(shí)，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(duì)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(shí)之后，分多個(gè)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(duì)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(duì)一些重要問題進(jìn)行深入探討。鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，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(huì)，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(duì)于知識(shí)的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會(huì)。
2.教學(xué)內(nèi)容的組織
研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)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(dòng)學(xué)生積極性的基本要素，對(duì)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(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行取舍，在保證知識(shí)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(dòng)畫等形式對(duì)重要的知識(shí)點(diǎn)加以強(qiáng)調(diào)，以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對(duì)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(shí)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(shí)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(duì)于所學(xué)知識(shí)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(duì)重要的知識(shí)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(duì)這些問題適時(shí)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(dòng)向，及時(shí)溝通存在的問題，選擇合適的時(shí)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(shí)，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(dòng)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(shí)，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(duì)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(duì)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(shí)溝通
研討式教學(xué)需要教師對(duì)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(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行了充分準(zhǔn)備，包括大量的圖片和動(dòng)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(gè)學(xué)生參與討論，大部分學(xué)生都一臉茫然。通過及時(shí)溝通，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題。一是背景知識(shí)不夠，學(xué)生對(duì)于預(yù)設(shè)問題了解不多；二是重要性認(rèn)識(shí)不足，學(xué)生認(rèn)為生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與本課程的學(xué)習(xí)關(guān)系不大?？紤]到學(xué)生的疑問，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識(shí)對(duì)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(duì)于所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。開展研討式教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為主體，及時(shí)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(shí)度勢(shì)
課堂研討開展的時(shí)機(jī)很重要。例如，當(dāng)講到生物信息學(xué)概況時(shí)，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(huì)時(shí)，學(xué)生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時(shí)，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(duì)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shì)，以驗(yàn)證與預(yù)期是否一致。同時(shí)，自主提問對(duì)于生物信息學(xué)研究有很好的推動(dòng)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(lì)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)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(duì)于擴(kuò)展思路很有幫助。在報(bào)告過程中，教師可適時(shí)點(diǎn)評(píng)，穿插課堂討論，以深化學(xué)生對(duì)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(gè)性化習(xí)題；生物信息學(xué)；QQ群
中圖分類號(hào)：G811.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǔ)、組織和生物數(shù)據(jù)檢索的一個(gè)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(duì)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(duì)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(huì)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(shí)結(jié)構(gòu)的需求來合理安排教學(xué)。本文根據(jù)近年來對(duì)生物信息學(xué)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)方法、個(gè)性化練習(xí)題對(duì)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(duì)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(gè)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(dòng)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(shí)間，同時(shí)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(gè)特點(diǎn)就是教學(xué)容量加大，但正是這些優(yōu)勢(shì)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(píng)價(jià)時(shí)，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(duì)象的具體情況合理安排和講授學(xué)科內(nèi)容，而被動(dòng)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(gè)性化習(xí)題是學(xué)生實(shí)踐提高的強(qiáng)力推動(dòng)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(gè)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(duì)、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(gè)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(shí)也能提高學(xué)生在教學(xué)中的積極性、主動(dòng)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(duì)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(shí)。比如，在講授第三章“核酸序列的分析”時(shí)，會(huì)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(duì)，預(yù)測并利用Bioedit軟件找出此基因的啟動(dòng)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(huì)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(tái)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)掘QQ群的投票及評(píng)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(dòng)性，要求學(xué)生在評(píng)論中列出對(duì)本章的主要知識(shí)點(diǎn)或難點(diǎn)，并對(duì)課件中涉及的名詞進(jìn)行解釋。為進(jìn)一步加強(qiáng)理解，對(duì)投票功能進(jìn)行設(shè)置，相應(yīng)的對(duì)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(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成練習(xí)題，以加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)。同時(shí)，也可鼓勵(lì)學(xué)生將一些新的感興趣的話題或問題置于QQ群。總之，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(shí)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(duì)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(huì)教育委員會(huì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(duì)于教材的選擇，不能只追逐信息量充足、內(nèi)容新穎、知識(shí)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(shí)間內(nèi)（36課時(shí)）很好掌握如此大信息量的知識(shí)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(shí)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。
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在1956年美國召開的首次“生物學(xué)中的信息理論研討會(huì)”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(duì)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(gè)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(jí)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(jí)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)基因。在GenBank 中已記載的惡性原蟲5031個(gè)基因順序資料中，有3755個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)EST序列的測定，3號(hào)和4號(hào)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(gè)，鑒定出新基因6000個(gè)，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(gè)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(duì)利什曼原蟲的目標(biāo)是測出至少1500個(gè)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(gè)。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(gè)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(gè)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(gè)基因的序列及其功能，隨著后基因組時(shí)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(gè)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(duì)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(gè)提示，可以應(yīng)用生物信息學(xué)對(duì)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(gè)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(jià)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(shí)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(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)來推測其可能的功能。有很多蛋白質(zhì)高級(jí)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(shí)代，研究者們面對(duì)的不僅是序列和基因，也有越來越多的完整基因組。對(duì)不同種株包蟲基因組之間的比較性研究很可能會(huì)得到大量有用信息，而對(duì)同一種包蟲生活史不同階段基因組的比較性研究可能會(huì)使人們對(duì)于該物種的認(rèn)識(shí)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(duì)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)。
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【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(duì)自身的認(rèn)識(shí)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(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(shí)，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(duì)于走上臨床認(rèn)識(shí)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(duì)于本課程有極大的興趣，期望通過老師的講授能對(duì)于人類疾病從基因水平有全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己 的科研能力有一定的提高。
2 教學(xué)研究探索的幾個(gè)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)?；c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(shí)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(shì)、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(dòng)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(dòng)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(lì)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(dòng)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(duì)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(píng)價(jià)
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(dòng)平臺(tái)，及時(shí)反饋對(duì)課程提出的建議和意見，老師定期瀏覽信箱，及時(shí)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(shí)間20min左右，及時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，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(gè)內(nèi)容。經(jīng)過和學(xué)生們?cè)偃伎加懻摵?，筆者發(fā)現(xiàn)Excel軟件具備一些這樣的功能。這個(gè)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(shí)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(shí)，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(gè)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(duì)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(gè)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(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)后，對(duì)學(xué)科之間的交叉有了直觀、深刻的認(rèn)識(shí)，并切實(shí)提高了對(duì)學(xué)習(xí)的濃厚興趣。他們?cè)诳偨Y(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?yuàn)W的學(xué)問，由此帶來的震撼和體會(huì)特別巨大。他們深刻地感到，知識(shí)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(shí)，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(duì)知識(shí)的渴求。
筆者對(duì)這個(gè)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(huì)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?cè)贓1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)：
