發(fā)布時間：2023-12-23 15:51:00
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篇的對生物信息學(xué)的理解樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
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行分析處理，對大量的核苷酸和氨基酸序列進行比對分析，確定進化地位等。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)計學(xué)基礎(chǔ)
生物信息學(xué)將數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)作為主要的計算理論基礎(chǔ)，主要包括數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計方法、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)的拓撲學(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)計學(xué)的計算方法的基礎(chǔ)知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進行數(shù)學(xué)建模和計算，從而對基因和蛋白質(zhì)序列進行比對、進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，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)實驗室數(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，能夠讀懂數(shù)據(jù)庫中基因和蛋白質(zhì)的信息注釋，能夠計算蛋白質(zhì)序列的分子量和等電點，能夠為擴增特定的基因片段設(shè)計引物，能夠?qū)μ囟ㄎ锓N進行系統(tǒng)發(fā)育分析等。
3．計算機科學(xué)基礎(chǔ)
計算機是生物信息學(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算機對大量的生物信息數(shù)據(jù)進行處理和分析，這主要包括對數(shù)據(jù)信息進行搜索(收集和篩選)、處理(編輯、整理、管理和顯示)及利用(計算、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算機語言，如正則表達式、Unixshell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，計算機軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運行，因此要求計算機操作系統(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。
二、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)的實踐課程教學(xué)，但多以驗證性實驗為主，缺乏和專業(yè)相適應(yīng)的綜合性、設(shè)計性實驗，而開放性實驗更無從談起。
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)，忽視實踐教學(xué)過程，造成生物信息學(xué)理論與實踐內(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)要求教師具有較強的數(shù)學(xué)、生物學(xué)和計算機科學(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)和計算機方面較為薄弱，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)還是實踐教學(xué)均無法實現(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)的實踐操作能力更無從談起。
3．實踐教學(xué)薄弱，專業(yè)教材缺乏
生物信息學(xué)實踐課需要學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用計算機學(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)到的知識無法在實踐課中進行驗證或操作，嚴重影響了生物信息學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，也偏離了教學(xué)大綱中強調(diào)的重在培養(yǎng)學(xué)生實踐操作能力的培養(yǎng)目標。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．實踐課程經(jīng)費不足，實踐教學(xué)環(huán)境落后
當今，許多發(fā)達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)注和認識起步較晚，其發(fā)展落后于國際發(fā)達國家。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)的計算機實訓(xùn)室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發(fā)展水平。
三、生物信息學(xué)教學(xué)模式改革的探索
1．修改理論和實踐教學(xué)大綱，編寫適用的實踐教材
根據(jù)當今生物信息學(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、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，增加實踐教學(xué)課程比例，充實實踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容增加綜合性、設(shè)計性實驗，適當提供科研環(huán)境，鼓勵開展開放性實驗。目前國內(nèi)并沒有系統(tǒng)的、專業(yè)的生物信息學(xué)實踐教材，因此針對高校生物科學(xué)專業(yè)方向的特點，聯(lián)合多學(xué)科領(lǐng)域(數(shù)學(xué)、生物科學(xué)、計算機科學(xué))編寫相應(yīng)的生物信息學(xué)實踐教材，在制定、修改實踐教學(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)實例和相關(guān)練習(xí)，使學(xué)生循序漸進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、基于實踐問題開展教學(xué)
通過實踐教學(xué)把生物信息學(xué)教學(xué)與科研有機結(jié)合起來，能夠促進教學(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，通過解決實際問題訓(xùn)練學(xué)生的實踐技能，從而促進教學(xué)與科研的雙重發(fā)展。例如，在生物信息學(xué)實踐教學(xué)中多加入生產(chǎn)和科研中遇到的經(jīng)典實例，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)理論和實踐教學(xué)的不足，不斷的完善生物信息學(xué)理論和實踐課程大綱和內(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)達到教學(xué)的目標，該課程教學(xué)需要采用多學(xué)科實踐結(jié)合的教學(xué)模式。多學(xué)科實踐結(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行基礎(chǔ)性、鋪墊性教學(xué)。比如，在高等數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的教學(xué)過程中，針對生物信息學(xué)的需求，適當增加數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計方法、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)實例實踐教學(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、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)計性、綜合性、開放性實驗項目，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;在計算機科學(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)前打好堅實的基礎(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，根據(jù)具體情況進行統(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。
四、結(jié)語
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；本科教育；實踐與體會
中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2018）13-0229-02
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息學(xué)本科專業(yè)2004年獲教育部批準增設(shè)，2005年正式招生，是國內(nèi)最早開展生物信息學(xué)本科教育的高校之一，為社會培養(yǎng)了近500名生物信息學(xué)急需的人才。
一、農(nóng)業(yè)院校開展生物信息學(xué)本科教育存在的主要問題
1.師資力量薄弱，教師知識結(jié)構(gòu)單一。我校在2004年申報生物信息學(xué)本科專業(yè)時，主要是以植物保護學(xué)院植物病理學(xué)系的教師為基礎(chǔ)，結(jié)合昆蟲學(xué)系講授生物統(tǒng)計課程的教師，組建了生物信息學(xué)系。教師的專業(yè)背景主要為植物保護、生物學(xué)等方面，知識結(jié)構(gòu)相對單一，計算機及數(shù)學(xué)理論方面的知識缺乏。
2.生源基礎(chǔ)知識較差，專業(yè)認知度不高。我校生物信息學(xué)專業(yè)創(chuàng)辦之初，盡管媒體宣傳21世紀是信息科學(xué)、合成化學(xué)和生命科學(xué)共同繁榮的世紀[1]，國外SmartMoney網(wǎng)站將生物信息學(xué)列為下一個熱門工作，但國內(nèi)對生物信息學(xué)了解非常少。學(xué)生基本上通過服從專業(yè)調(diào)劑被生物信息學(xué)專業(yè)錄取，分數(shù)相對較低，基礎(chǔ)知識明顯比其他專業(yè)要差，尤其是高考的英語成績100分以上的學(xué)生不到15%。另外，由于學(xué)生對生物信息學(xué)專業(yè)的認知度不高，再加上新建專業(yè)，師資、實驗條件相對不足，學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)的情況非常突出，2005年轉(zhuǎn)專業(yè)率為27%，2006年轉(zhuǎn)專業(yè)率為23%。
3.教學(xué)硬件軟件不足，難以滿足培養(yǎng)專業(yè)技能的需求。生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科和前沿學(xué)科，應(yīng)用性和實戰(zhàn)性非常強。隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)每年都成倍增加，生物信息學(xué)的研究方法不斷改進，研究內(nèi)容也隨之增加[2，3]。專業(yè)創(chuàng)辦之初，國內(nèi)生物信息學(xué)呈現(xiàn)“小荷才露尖尖角”的發(fā)展之勢，有關(guān)生物信息學(xué)的中文版教材非常少，有關(guān)生物信息學(xué)軟件的使用方法和實驗指導(dǎo)的中文版更是鳳毛麟角[4]。
4.與生物信息公司聯(lián)系不夠，學(xué)生實踐實習(xí)難度大。在21世紀初，國內(nèi)有影響的生物信息學(xué)的相關(guān)專業(yè)公司不多，并且主要集中在北京、上海等大城市，如北京華大基因研究中心、上海申友生物技術(shù)有限責(zé)任公司、上海生物信息技術(shù)研究中心等，與長沙相隔遙遠，學(xué)生很難有機會去現(xiàn)場感受生物信息學(xué)的魅力。
二、解決辦法
1.加大師資培訓(xùn)力度，引進外緣教師。為了讓生物信息學(xué)專業(yè)的教師盡快適應(yīng)生物信息學(xué)的教學(xué)，學(xué)院和學(xué)校加大了對生物信息學(xué)專業(yè)的師資培訓(xùn)力度。全系所有教師都參加了浙江大學(xué)主辦的“基因組科學(xué)研習(xí)班”，有7人次赴日本、美國等地開展生物信息學(xué)方面的科研工作，提高了對生物信息學(xué)的基礎(chǔ)理論認識和實踐操作技能。
2.利用傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)優(yōu)勢，形成我校生物信息學(xué)的專業(yè)特色。我校生源的自身特點和基礎(chǔ)知識不允許我們在制定人才培養(yǎng)目標和課程設(shè)置時，生搬硬套綜合性院校生物信息學(xué)專業(yè)的教學(xué)模式，必須根據(jù)我校的人才培養(yǎng)目標和我校的傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)的優(yōu)勢。我校生物信息學(xué)專業(yè)立足湖南，開展水稻、油菜、棉花、柑桔等農(nóng)作物抗病基因和重要病原物的基因組以及資源微生物功能基因組方面的研究，這為加速湖南省的經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻。
3.加強專業(yè)宣傳力度，提高學(xué)生對生物信息學(xué)專業(yè)的認知度。精心準備，制作專業(yè)介紹PPT，為新生展示學(xué)習(xí)生物信息學(xué)專業(yè)的美好前景。建立了農(nóng)大生物信息學(xué)QQ群，使在校生通過與以往畢業(yè)生的交流，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的信心和決心。通過該群，一些問卷調(diào)查，根據(jù)市場、社會對生物信息學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的要求，制定了新的（2014版）生物信息學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃。
4.加強實踐教學(xué)訓(xùn)練，改革考核方法。2009年我院搬遷到新教學(xué)樓，給生物信息學(xué)專業(yè)安排了兩間學(xué)生計算機機房，添置了50余臺計算機。2015年建設(shè)了一個云教室，設(shè)有40個云終端，先后添置了10臺高性能浪潮服務(wù)器以及2臺高容量的存儲設(shè)備，建立了一個小型的計算機集群，CPU計算核數(shù)達108個，內(nèi)存達850GB，能滿足生物信息學(xué)專業(yè)本科教學(xué)對服務(wù)器和計算機的需要，同時較大程度地緩解了科研的計算需求。
5.加大與生物信息公司的合作，與華大基因?qū)W院聯(lián)合辦學(xué)。與中國科學(xué)院北京基因組研究所、生物物理所等科研單位；與北京百邁客生物科技有限公司、上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司、深圳華大基因科技有限公司等單位簽訂校外教學(xué)實習(xí)基地協(xié)議；與深圳華大基因研究院簽訂了“基因組科學(xué)人才聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議”，進行“2.5+1.5”聯(lián)合辦學(xué)。2015年只有1名學(xué)生入選“基因組科學(xué)創(chuàng)新班”，2016年有6名學(xué)生入選深圳市華大基因?qū)W院“基因組科學(xué)創(chuàng)新班”。
三、取得的成績和主要體會
（一）取得的主要成績
1.培養(yǎng)的畢業(yè)生獲得了社會的認可。2011年我校獲得優(yōu)秀本科生推薦免試研究生資格后，生物信息學(xué)專業(yè)每年都有1—2名學(xué)生獲得學(xué)術(shù)型推免資格，其中2011屆的一位畢業(yè)生，大學(xué)期間發(fā)表2篇論文，因表現(xiàn)突出，被中國科學(xué)院北京基因組研究所接收為推薦免試研究生，據(jù)說為中國科學(xué)院首次接受非“211”學(xué)校的推免生。雖然我校的生物信息學(xué)專業(yè)開辦的時間不長，但畢業(yè)生在生物信息學(xué)領(lǐng)域已嶄露頭角。如2010屆兩位畢業(yè)生以優(yōu)異的成績被深圳華大基因研究院錄用，期間先后參與鳥類聯(lián)盟比較基因組項目、豬蛔蟲基因組注釋工作、北極熊基因組注釋工作、白蟻基因組項目、百例膀胱癌全基因組項目的研究工作，成為任華大基因研究院的高級人才。
2.建立了一支熱愛生物信息學(xué)專業(yè)的師資隊伍。通過10年的建設(shè)，生物信息學(xué)專業(yè)的整體師資隊伍得到了加強，現(xiàn)有9名專職教師中，教授4名，副教授3名，講師2人；“湖南省新世紀121人才工程”第三層次人才1人，湖南省學(xué)科帶頭人1人，湖南省青年骨干教師4人；全部具有博士學(xué)位，7位有在國外留學(xué)1年以上的經(jīng)歷。將美國克萊姆遜大學(xué)羅峰博士聘請為湖南省百人計劃，同時將美國伊利諾伊州立大學(xué)劉世名博士和愛荷華州立大學(xué)的李迅博士聘請為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)神農(nóng)學(xué)者講座教授。目前我校生物信息系已形成了兩個特色鮮明的團隊：由袁哲明教授領(lǐng)銜的算法創(chuàng)新團隊和由羅峰教授領(lǐng)銜的應(yīng)用拓展團隊。
（二）主要體會
1.結(jié)合優(yōu)勢辦好生物信息學(xué)專業(yè)。生物信息學(xué)是一門交叉科學(xué)，涉及生物學(xué)、計算機、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，范圍相當廣泛。同時，生物信息學(xué)也是實用性相當強的技術(shù)，運用生物信息學(xué)的方法和技術(shù)可以解決生命遺傳信息和生命活動信息中的實際問題。
2.加強實踐教學(xué)，提高學(xué)生的實戰(zhàn)能力。生物信息學(xué)是一門應(yīng)用性強的專業(yè)，必須讓學(xué)生通過大量的訓(xùn)練去熟悉生物信息學(xué)軟件的應(yīng)用。同時，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該將教學(xué)與科研相結(jié)合，多為學(xué)生提供科研科題，讓學(xué)生在科研中能夠熟練地運用生物信息知識去分析和解決問題，從而更好地理解生物信息學(xué)的作用。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 生物信息學(xué) 教學(xué)改革 醫(yī)學(xué) 教學(xué)模式
中圖分類號：Q811-4 文獻標識碼：A
21世紀是生命科學(xué)的世紀，人類及模式生物基因組計劃的全面實施，使分子生物學(xué)數(shù)據(jù)以爆炸性速度增長。面對基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因芯片、分子進化等大量的生物信息，在計算機科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及生物分析技術(shù)的相互作用和滲透下，誕生了一門嶄新的學(xué)科――生物信息學(xué)（Bioinformatics）。生物信息學(xué)利用計算機和互聯(lián)網(wǎng)，以數(shù)據(jù)庫為載體，運用數(shù)學(xué)算法和計算模型，研究生物信息數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲、分發(fā)、分析和解釋等方面，進而闡明和解釋龐雜的生物數(shù)據(jù)所蘊含的意義。生物信息學(xué)跨越了整個生命科學(xué)領(lǐng)域，近年來在醫(yī)藥學(xué)研究中發(fā)揮了不可替代的作用，無論是從分子生物學(xué)的角度闡述病因，還是對疾病的預(yù)防、診斷、治療與新藥研發(fā)都將產(chǎn)生巨大的推動作用，醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)必然在未來的醫(yī)學(xué)研究中處于關(guān)鍵地位，但生物信息學(xué)的理工科特性決定了該課程在醫(yī)學(xué)教育中開展的難度。本文結(jié)合醫(yī)學(xué)院校特色和生物信息學(xué)課程特點，探討開設(shè)醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的必要性，分析生物信息學(xué)課程在教學(xué)實踐中存在的問題，提出本校開展生物信息學(xué)教學(xué)的實施方法。
1 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)的主要研究內(nèi)容
1.1 疾病基因的發(fā)現(xiàn)與鑒定
約有6000種以上的人類疾患與特異基因的改變有關(guān)，某些關(guān)鍵性基因或其產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)功能異常，可以直接或間接地導(dǎo)致疾病的發(fā)生。使用基因組信息學(xué)的方法通過超大規(guī)模計算是發(fā)現(xiàn)新基因的重要手段。例如：通過構(gòu)建腫瘤cDNA文庫或表達序列標簽（expression sequence tag，EST）分析差異表達基因，揭示腫瘤發(fā)生的分子水平變化，尋找靶基因。
1.2 藥物設(shè)計與新藥研發(fā)
生物信息技術(shù)為藥物研究、設(shè)計提供了嶄新的研究思路和手段。利用數(shù)據(jù)資料、軟件工具篩選藥物作用的靶位和候選基因，闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，指導(dǎo)設(shè)計能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物。
生物信息藥物設(shè)計常用的方法有：①三維結(jié)構(gòu)搜尋，尋找符合特定性質(zhì)和三維結(jié)構(gòu)的分子，從而發(fā)現(xiàn)合適的藥物分子。②分子對接，建立大量化合物的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，依次搜索小分子配體使其與受體的活性位點結(jié)合，通過優(yōu)化使得配體與受體的形狀和相互作用最佳匹配。③全新藥物設(shè)計，利用計算機自動設(shè)計出與受體活性部位的幾何形狀和化學(xué)性質(zhì)相匹配的結(jié)構(gòu)新穎的藥物分子。
生物信息學(xué)方法為藥物研制提供了更多的、潛在的靶標，大大減少藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。
1.3 流行病學(xué)研究中的應(yīng)用
將流行病學(xué)的遺傳和非遺傳性的研究與生物信息學(xué)結(jié)合起來，會對疾病的機理、個體對某種疾病的易感性和疾病在群體中的分布有更明確的認識，對疾病的預(yù)防和治療有極大的指導(dǎo)意義。
2 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的特點及主要困難分析
2.1 課程內(nèi)容豐富，學(xué)科交叉，數(shù)據(jù)龐雜
生物信息學(xué)利用生物學(xué)，計算機科學(xué)和信息技術(shù)揭示大量復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)所賦有的生物學(xué)奧秘，是一門交叉性學(xué)科，并且理科特性很強，需要深入理解分析。目前生物信息學(xué)包含了基因組、蛋白質(zhì)組、代謝及藥物等多個部分，每個部分都具有各自的特色和相應(yīng)的分析技術(shù)。根據(jù)《Nucleic Acids Research》統(tǒng)計，全球共有約1000多個主要的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，涵蓋了生物醫(yī)學(xué)研究的諸多領(lǐng)域。學(xué)生不僅要掌握獲取和利用海量生物信息的基本知識和技術(shù)，還應(yīng)掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機程序設(shè)計等知識和技術(shù)，又因為醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的數(shù)理知識有限，學(xué)習(xí)起來有一定的困難。
2.2 操作性和實踐性強
生物信息學(xué)是一門操作性和實踐性很強的學(xué)科，主要是在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，依靠計算機，利用數(shù)據(jù)庫和各種信息處理軟件來進行生物信息學(xué)方面的分析工作。針對醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)生物信息學(xué)課程，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重理論與實踐緊密結(jié)合，著重學(xué)習(xí)利用計算機對各種生物信息資源和數(shù)據(jù)庫的檢索，使用方法與技巧，真正做到學(xué)有所用。
2.3 現(xiàn)狀與困難分析
目前，國內(nèi)的生物信息學(xué)教學(xué)基本沿用以“教師講授為主”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，與生物信息學(xué)交叉前沿性特點不相適應(yīng)，實驗教學(xué)單一，多為驗證性試驗，缺乏綜合性和設(shè)計性。此外，醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生計算機知識薄弱，對生物信息學(xué)的算法與數(shù)據(jù)庫的原理和特點等不甚了解，在高通量數(shù)據(jù)處理面前力不從心，影響對問題的分析能力。
3 醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程開設(shè)實施方法和對策
3.1 根據(jù)醫(yī)學(xué)專業(yè)特點設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，建立具有模塊化的教學(xué)大綱
目前尚未形成系統(tǒng)、成熟的生物信息學(xué)教學(xué)模式。開設(shè)課程之前，對醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生進行問卷調(diào)查，讓他們選擇醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程中感興趣的、需要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容，并提出難點問題。教師匯總問卷結(jié)果，對授課內(nèi)容進行調(diào)整，建立模塊化的教學(xué)大綱，例如：導(dǎo)論模塊、數(shù)據(jù)庫及使用模塊、基因組信息學(xué)及其分析方法模塊、蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)模塊、代謝和藥物生物信息學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)模塊等，使學(xué)生清楚每個模塊的特點和作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
3.2 強化實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識
生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)是運用生物醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、以及計算機科學(xué)等諸多學(xué)科知識進行分析、判斷、推理、綜合的實踐過程，強化實驗教學(xué)顯得尤為重要。另外，采用PBL（Problem Based Learning）教學(xué)法，可以有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。
3.2.1 注重實驗操作
生物信息學(xué)實驗課程以計算機操作為主，需要學(xué)生靈活應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫和多種生物信息學(xué)軟件，所以實驗操作顯得尤為重要，加大實驗比例，為學(xué)生提供較多的實驗操作機會，不僅提高了學(xué)生的動手能力，而且大大提高了學(xué)生在因特網(wǎng)環(huán)境下對生物大分子序列、生物大分子結(jié)構(gòu)進行生物信息學(xué)分析的能力，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)效果的有力保障。
3.2.2 采用PBL教學(xué)模式，優(yōu)化實驗內(nèi)容
加大設(shè)計性實驗的比例，采用PBL教學(xué)法，根據(jù)學(xué)生能力和興趣進行分組，由教師提出問題并布置真實性任務(wù)，使學(xué)生在已有的知識基礎(chǔ)上，通過查找文獻、小組討論、探索，最終完成任務(wù)，寫出試驗報告。由教師對任務(wù)完成過程及結(jié)果進行點評，對學(xué)生掌握知識的程度及學(xué)生的科研、應(yīng)用能力進行評價，并提出進一步的提高方向。學(xué)生在實驗操作的過程中，不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，有效地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。
3.3 改革教學(xué)方法，革新考核方式
3.3.1 結(jié)合多媒體技術(shù)與雙語教學(xué)
多媒體技術(shù)教學(xué)靈活生動，教師在講授難于理解的概念和生物信息學(xué)工具時，可以直接打開相關(guān)軟件和網(wǎng)站進行演示，使抽象的生物信息學(xué)知識以具體的、動態(tài)的形式展現(xiàn)出來，從而加深學(xué)生對課程的掌握程度。此外，生物信息學(xué)涉及到的數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)站、應(yīng)用軟件多為英文界面，所以雙語授課顯得尤為重要，教師可借助多媒體，對課程進行中英整合講解。
3.3.2 結(jié)合科研實例進行教學(xué)
生物信息學(xué)是一門不斷完善和發(fā)展的學(xué)科，數(shù)據(jù)庫的更新、相關(guān)軟件的升級、算法的優(yōu)化等，通常會隨著科研中遇到的生物學(xué)問題變化而變化，所以教師可以結(jié)合現(xiàn)階段的科研背景和具體的研究方向，結(jié)合實例進行教學(xué)，可以讓學(xué)生真正掌握利用生物信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題的思路，并培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，使學(xué)生由知識的被動接受者變?yōu)橹R的主動發(fā)現(xiàn)者、探究者，教師則由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動的指導(dǎo)者、組織者。
3.3.3 采用無紙化考核方式
適當降低課程理論難度，減少不必要的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，注重實際應(yīng)用、解決問題能力的培養(yǎng)，通過上機實踐操作，考核學(xué)生對基本知識和原理的掌握情況，克服傳統(tǒng)的死記硬背現(xiàn)象。
4.結(jié)語
生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科，發(fā)揮了其獨特的橋梁作用，已經(jīng)廣泛地滲透到醫(yī)學(xué)的各個研究領(lǐng)域。本文針對開設(shè)醫(yī)學(xué)生物信息學(xué)課程的必要性和教學(xué)模式進行了探討，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、實際操作能力和解決問題的應(yīng)用能力為目標，不斷改進教學(xué)手段、加強教學(xué)過程的趣味性，以期培養(yǎng)綜合型的、高素質(zhì)、現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)人才。
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關(guān)鍵詞：中醫(yī)大數(shù)據(jù)；生物信息學(xué)；高校教學(xué)
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0123-03
Abstract： Analyzed the developing status of Bioinformatics combined with Chinese Medicine， proposed the education directions for the combinations of Chinese Medicine and Bioinformatics， discussed the using of Bioinformatics techniques in Chinese Medicine big data with teaching and researching area by three common method in Bioinformatics.
Key words： chinese medicine big data； bioinformatics； education in university
1 引言
生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科，在各大高等院校醫(yī)學(xué)或生物學(xué)相關(guān)專業(yè)都有與之相關(guān)的課程或?qū)I(yè)開設(shè)。與我們常見的物理、數(shù)學(xué)、法學(xué)等學(xué)科不同，生物信息學(xué)更像是一個學(xué)科領(lǐng)域，它不僅僅局限于某個科學(xué)研究，而是綜合運用數(shù)學(xué)、計算機學(xué)和生物學(xué)的各種工具及方法來分析和理解在大數(shù)據(jù)背景下的生物學(xué)意義[1]。經(jīng)過20余年的發(fā)展，生物信息學(xué)已在分子進化、基因測序、遺傳及變異研究等領(lǐng)域取得了突破和成果，是21世紀人類三大計劃之一“人類基因組計劃（Human Gene Project HGP）”的核心支撐學(xué)科。在美國，早于1988年便成立國家生物技術(shù)信息中心（NCBI），隨后歐洲和日本在1993年和1995年分別建立了歐洲生物信息學(xué)研究所（EBI）和信息生物學(xué)中心（CIB）用來對數(shù)以萬計的核酸及蛋白質(zhì)等數(shù)據(jù)進行維護并發(fā)展至今日趨成熟[2]。生物信息學(xué)于上世紀90年代初開始逐漸引起國內(nèi)科學(xué)工作者的重視，經(jīng)過20多年的發(fā)展也已初具規(guī)模。筆者通過對近20年公開發(fā)表的有關(guān)生物信息學(xué)關(guān)鍵字的文章進行搜索，運用Excel制圖繪制了自1996年至今每年發(fā)表文章數(shù)量的散點圖。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于生物信息學(xué)學(xué)科的研究數(shù)量在2014年達到頂峰，并逐漸開始下滑。同時，由于搜索結(jié)果包含雜質(zhì)數(shù)據(jù)（如被動截取“信息學(xué)”為關(guān)鍵詞），為了使圖表信息量有度可量，筆者繼續(xù)對在認知上與生物信息學(xué)相關(guān)的科學(xué)領(lǐng)域進行關(guān)鍵詞搜索，分別為“數(shù)據(jù)挖掘”和“人工智能”，并繪制圖2。由該圖可直觀地看出，人工智能的研究一直穩(wěn)步發(fā)展，符合21世紀科技高度發(fā)展的大趨勢，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的相關(guān)研究自2005年以來迅猛增長并趕超人工智能。綜合分析其主要原因是由于中國人口眾多，自2005年以來互聯(lián)網(wǎng)用戶不斷增加，全民聯(lián)網(wǎng)的時代逐漸構(gòu)成，互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)的急劇擴大以及電子商務(wù)、云技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來的信息膨脹，使越來越多的人意識到大數(shù)據(jù)的作用和研究數(shù)據(jù)挖掘?qū)?jīng)濟發(fā)展、社會進步的重要影響，進而推動數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)科發(fā)展。
2 中醫(yī)大數(shù)據(jù)背景下的生物信息學(xué)課程教學(xué)
從圖2的對比可以看出，生物信息學(xué)的研究數(shù)量與其他兩個學(xué)科對比，則顯得相形見絀。也就是說，生物信息學(xué)在我國的發(fā)展仍較為緩慢，使之與其對人類社會的貢獻度不成正比。進一步對圖1的搜索結(jié)果進行高級檢索，對已有的生物信息學(xué)研究進行劃分，將”中醫(yī)”關(guān)鍵詞加入其中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將中醫(yī)與生物信息學(xué)相結(jié)合進行研究的文獻少之又少，每年文獻不過20左右。生物信息學(xué)的作用就是利用計算機等技術(shù)對海量的生物數(shù)據(jù)進行分析并洞察隱藏在其中的規(guī)律，而中醫(yī)數(shù)據(jù)經(jīng)歷數(shù)代中醫(yī)名師的記錄和數(shù)十年來信息存儲技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)儼然呈現(xiàn)出高緯度、高階度的大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，生物信息學(xué)在中醫(yī)數(shù)據(jù)的研究中一定具有其特殊的價值和意義，是從微觀層面描述中醫(yī)整體結(jié)構(gòu)的重要手段。本文將以中醫(yī)證侯、病證和中醫(yī)復(fù)雜性為切入點，結(jié)合研究生物信息學(xué)在其中的應(yīng)用價值，并討論在教育教學(xué)過程中如何使中醫(yī)和生物信息學(xué)有機結(jié)合，做到融會貫通。
2.1從“定性”和“定量”學(xué)習(xí)角度看基因組學(xué)學(xué)習(xí)中醫(yī)“證”本質(zhì)
在中醫(yī)學(xué)中，“證”是立方立法的基礎(chǔ)，醫(yī)者通過四診獲取的信息進行綜合分析和判斷，從病癥體征等表現(xiàn)集合入手，得出相應(yīng)的證候，有針對性的用藥治療。中醫(yī)與西醫(yī)不同，講究以整體論看待人體以及病變，“辨證論治”思想也是千百年來各名中醫(yī)學(xué)者通過反復(fù)探索得出的實踐經(jīng)驗，對中醫(yī)遣方用藥具有決定性的指導(dǎo)意義。而西醫(yī)認為，疾病的發(fā)生與發(fā)展是與人體某段特異的基因的改變有關(guān)，HGP的研究目的也正是為了揭示人體的構(gòu)成奧秘從而從本質(zhì)上研究疾病的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律[3]。因此，中醫(yī)與西醫(yī)在指導(dǎo)醫(yī)者診療的哲學(xué)思想上是有很大不同，甚至可以說是截然相反的。然而中醫(yī)與西醫(yī)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)卻無處不在，結(jié)合點之一正是基因與證候的關(guān)聯(lián)。對于基因組學(xué)和中醫(yī)證候的學(xué)習(xí)方法是不同的，一個是定量學(xué)習(xí)，另一個則是定性學(xué)習(xí)，定量學(xué)習(xí)有助于學(xué)生更加客觀的研究生物體的發(fā)展規(guī)律，并結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)做到多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)與實驗，而不足之處在于缺乏主觀思考、學(xué)習(xí)方式較為分散缺乏整體思維把控；而定性學(xué)習(xí)則以某一指導(dǎo)思想為主線，通過對某些案例及知識長時間的觀察和分析，從中得出結(jié)論。定量學(xué)習(xí)如基因組學(xué)更重視量化計算及工具的使用，而定性學(xué)習(xí)如中醫(yī)證候則更重視理論與實踐結(jié)合，整體到局部學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的過程中，無論基因組學(xué)還是中醫(yī)證候，都會以疾病為具體的研究對象。從西醫(yī)上說，基因是決定人是否患病的內(nèi)部原因，通過遺傳或基因狀態(tài)的改變都可能導(dǎo)致疾病的產(chǎn)生，從中醫(yī)上說，證候是疾病狀態(tài)下的臨床類型，反映了機體在疾病發(fā)展過程中的病理特征[4]。因此，將證候與基因組學(xué)統(tǒng)一學(xué)習(xí)，實則是將定量與定性學(xué)習(xí)相結(jié)合以實際疾病案例和數(shù)據(jù)著手從而多方面運用計算機、西醫(yī)學(xué)、證候?qū)W、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識對生物大數(shù)據(jù)進行分析的綜合學(xué)習(xí)方法。
2.2 基于蛋白質(zhì)組學(xué)學(xué)習(xí)中醫(yī)病證相關(guān)性
證侯是人體生命活動的一種表現(xiàn)，而生命活動的主要執(zhí)行者是蛋白質(zhì)，兩者之間必然會有隱秘且細致的聯(lián)系，我們也應(yīng)以此為出發(fā)點，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散學(xué)習(xí)方法，綜合學(xué)科進行學(xué)習(xí)。自HGP的完成宣告了后基因組時代的到來后，研究生命科學(xué)的重心也由基因組學(xué)向蛋白質(zhì)組學(xué)逐漸轉(zhuǎn)變，作為教育者也應(yīng)跟上科學(xué)發(fā)展的潮流，把生物科學(xué)研究和相關(guān)教學(xué)模式從基因水平向蛋白質(zhì)水平轉(zhuǎn)變。與此同時，蛋白質(zhì)組學(xué)是從整體角度分析細胞內(nèi)的動態(tài)變化以及蛋白質(zhì)組成成分、表達水平等，它的研究方法學(xué)內(nèi)容與中醫(yī)的整體觀和辯證論治觀有著許多相同之處。蛋白質(zhì)組學(xué)在分子水平上的DNA修飾和基因調(diào)控反應(yīng)生命體的整體狀態(tài)（即陰平陽秘），中醫(yī)理論強調(diào)從整體觀對疾病進行認知，認為疾病的發(fā)生是人體整體功能的失調(diào)所致（即陰陽失調(diào)），重點在于辯證論治[5]。在教育教學(xué)過程中，將基因或蛋白質(zhì)方面的研究從結(jié)構(gòu)研究向功能研究轉(zhuǎn)變，使研究更具體，透過相關(guān)功能性測試實驗，發(fā)現(xiàn)基因之間的相互聯(lián)系及相互作用，在定量學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的定性思維，使學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題及對象之間的關(guān)聯(lián)。正如數(shù)據(jù)庫實體關(guān)系模型中的E-R圖一樣，在進行蛋白質(zhì)組學(xué)和中醫(yī)病癥相關(guān)性研究教育的過程中，中醫(yī)病證和蛋白組學(xué)可以看做是兩個看似毫無關(guān)聯(lián)的實體，而通過“疾病”將兩者相連，透過此種關(guān)系可以衍射出兩個學(xué)科方面的深入學(xué)習(xí)。
2.3 運用復(fù)雜系統(tǒng)性方法學(xué)習(xí)中醫(yī)藥復(fù)雜系統(tǒng)
中醫(yī)藥的復(fù)雜性相比西醫(yī)有過之而無不及，原因主要在于相對于“結(jié)構(gòu)決定功能”的西方醫(yī)學(xué)思想，中醫(yī)更側(cè)重于“關(guān)系決定功能”，在這種情況下，無論是辨證論治還是癥狀體征變化，有關(guān)中醫(yī)診斷和治療的信息都是已高度離散和非線性的方式存儲，使得中醫(yī)稱為典型的“復(fù)雜自組織系統(tǒng)”[6]。尤其在信息離散度和復(fù)雜度較高的中醫(yī)證侯系統(tǒng)中，癥狀變量與證侯信息混雜在一起，想辨別兩者的區(qū)別和聯(lián)系是非常困難的事情，單純的研究數(shù)據(jù)往往缺乏正確的方向，而單純的研究理論則往往枯燥乏味。因此，在教學(xué)過程中，可以將復(fù)雜系統(tǒng)方法學(xué)引入中醫(yī)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，通過復(fù)雜系統(tǒng)中的熵分劃方法將證侯系統(tǒng)的離散變量加工轉(zhuǎn)化為線性關(guān)聯(lián)集合，即將癥狀變量通過關(guān)聯(lián)度集合成多個癥狀集合，并將癥狀集合與關(guān)聯(lián)度較高的證侯要素進行聯(lián)結(jié)。以此方法既可以激發(fā)學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的興趣，又能以理論指導(dǎo)實踐，對中醫(yī)證侯大數(shù)據(jù)進行信息提取，達到全面學(xué)習(xí)。
3 結(jié)束語
中醫(yī)信息學(xué)已經(jīng)作為一門新興學(xué)科在我國各大高校開設(shè)，相關(guān)師生深入研究和學(xué)習(xí)，主要目的就是發(fā)掘蘊含在中醫(yī)幾千年發(fā)展結(jié)晶中的奧秘。關(guān)于中醫(yī)藥數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和研究也在近年日益增長，這都表明人們已經(jīng)愈來愈關(guān)注國粹，關(guān)注健康，關(guān)注未來。這也表明與之相關(guān)的學(xué)習(xí)和研究對未來的人生發(fā)展和機遇都有著深遠的影響。然而，數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)并不完全適用于中醫(yī)藥復(fù)雜系統(tǒng)中的信息發(fā)掘，若單純地將兩者進行結(jié)合教學(xué)，學(xué)生可能缺少知識銜接，缺乏過渡。這時若將生物信息學(xué)引入二者其中并結(jié)合生物信息學(xué)相關(guān)智能科技手段和技術(shù)，則可以從宏觀和微觀兩個方面去看待生命體：宏觀上面對復(fù)雜的中醫(yī)系統(tǒng)不需感到困惑，而是以“復(fù)雜系統(tǒng)方法論去解決復(fù)雜系統(tǒng)”，使學(xué)生不要總想著從每一個局部都能分析到問題的本質(zhì)，而是接受復(fù)雜性，從復(fù)雜系統(tǒng)的角度去解釋生命體的自組織現(xiàn)象，對生命體的宏觀表現(xiàn)進行研究；微觀即是在分子水平上去分析中醫(yī)證侯的本質(zhì)，方劑的復(fù)雜體系，去了解生命體內(nèi)部的調(diào)控機制等，以此加深學(xué)生對中醫(yī)理論的理解以及對生物信息學(xué)工具和技術(shù)運用的融會貫通。
參考文獻：
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生物信息學(xué)是在生命科學(xué)、計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展而形成的一門新興交叉學(xué)科，其實質(zhì)就是利用信息科學(xué)與技術(shù)對生物數(shù)據(jù)進行獲取、處理、存儲、、分析和解釋，進而揭示紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中所蘊含的生物學(xué)本質(zhì)[1]。作為21世紀生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，生物信息學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要學(xué)科[2]。實驗室的每一項技術(shù)，從簡單的基因克隆、基因數(shù)據(jù)分析到生物大分子進化研究都需要應(yīng)用到生物信息學(xué)，因此，對于生物類專業(yè)的學(xué)生而言，掌握生物信息學(xué)的相關(guān)知識尤為重要。我國各大專院校都在不斷努力創(chuàng)新和改進現(xiàn)有生物信息學(xué)課程的教學(xué)方法與方式。因此，作者結(jié)合近五年來開設(shè)生物信息學(xué)課程的教學(xué)實踐，分析了目前生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問題，提出幾點建議，希望能夠有助于推動生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的提高。
一、生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)中的問題
1.生物信息學(xué)教材的選擇。生物信息學(xué)的發(fā)展速度快、內(nèi)容廣泛，目前很多國內(nèi)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，國內(nèi)引進的生物信息學(xué)相關(guān)的英文原版教材中有些屬于科普性質(zhì)，內(nèi)容過于簡單，而有些偏重介紹生物信息學(xué)的計算方法或模型的建立，過于復(fù)雜[3]。而國內(nèi)相關(guān)教材更新較慢，課堂內(nèi)容涵蓋的知識面和知識點相對減縮，而且一些前沿的數(shù)據(jù)和先進軟件沒有講授，這些對學(xué)生的發(fā)展和生物信息知識的合理運用極為不利[4]，因此，目前導(dǎo)致很多高校教師無法選擇適用于生物類專業(yè)的生物信息學(xué)教材。
2.教學(xué)大綱安排不合理。生物信息學(xué)是一門集分子生物學(xué)、計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的交叉學(xué)科，它囊括了基因數(shù)據(jù)獲取、基因預(yù)測、序列比對、序列拼接、分子進化、蛋白質(zhì)序列分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子建模、藥物設(shè)計以及基因芯片蛋白芯片等內(nèi)容模塊，同時各領(lǐng)域內(nèi)容還涉及到具體的計算方法、概率統(tǒng)計、機器語言等知識模塊。由于課時設(shè)置有限，如果教師在課堂教學(xué)對各領(lǐng)域內(nèi)容面面俱到，會造成大部分內(nèi)容都只是蜻蜓點水，學(xué)生學(xué)完以后雖然接觸了很多東西，但在生物研究中遇到實際問題還是束手無策。
3.教學(xué)內(nèi)容滯后。生物信息學(xué)是一個快速發(fā)展的學(xué)科，隨著生物學(xué)科自身的發(fā)展和研究的深入，新的數(shù)據(jù)庫和信息資源不斷涌現(xiàn)，各種數(shù)據(jù)庫和軟件的更新?lián)Q代非常頻繁，如果教師所講授的在線服務(wù)器、分析軟件、講解實例都不是當前最普遍的，學(xué)生學(xué)完后打開最新的在線服務(wù)器或是相關(guān)分析軟件依然不會操作。
4.教學(xué)方法和教學(xué)手段存在不足。生物信息學(xué)教學(xué)普遍采用普通教室多媒體講授，而生物信息學(xué)課程是一個實踐操作課，學(xué)生經(jīng)常要動手操作，普通多媒體教學(xué)與實踐操作教學(xué)相脫節(jié)。傳統(tǒng)的講授很難與實踐教學(xué)效果相比，很多學(xué)生雖完成了生物信息學(xué)課程學(xué)習(xí)，也接受了很多生物信息學(xué)的理論知識，但在進入大四階段做課題研究完成畢業(yè)論文時，遇到需要在數(shù)據(jù)庫查詢序列、用軟件分析序列或蛋白性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等問題時依然束手無策。
二、生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)建議
1.調(diào)整教學(xué)大綱。對于生物類專業(yè)的學(xué)生來說，生物信息學(xué)是生物研究中的輔助工具，不需要掌握生物信息學(xué)算法或軟件編程細節(jié)，而是培養(yǎng)學(xué)生運用生物信息學(xué)的方法來解決生物研究中遇到的問題，比如能夠應(yīng)用檢索工具查找序列等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息、利用比對軟件或是BLAST在線服務(wù)器對感興趣的序列進行比對分析、選擇適當?shù)慕浞椒▽NA或蛋白序列進行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建、可分析蛋白序列信息并預(yù)測其三維結(jié)構(gòu)以及引物設(shè)計等。因此對于生物類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)，應(yīng)重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，尤其是關(guān)于數(shù)據(jù)庫的使用和分析軟件的操作，使他們以后在生物相關(guān)領(lǐng)域的工作中能學(xué)以致用，所以對于當前生物類專業(yè)的培養(yǎng)目標應(yīng)以應(yīng)用為核心安排教學(xué)大綱。據(jù)此，確定了以下的教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容共54學(xué)時，分為理論基礎(chǔ)和上機實踐兩部分。理論教學(xué)內(nèi)容共36學(xué)時包括：生物信息學(xué)緒論、生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索、基因和蛋白質(zhì)序列比對、序列拼接、生物進化與分子系統(tǒng)發(fā)育分析、基因預(yù)測與引物設(shè)計、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其預(yù)測、計算機輔助藥物設(shè)計；上機實踐共18學(xué)時包括：常用生物數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索、核酸序列檢索與分析、多重序列比對和系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建、PCR引物設(shè)計及評價、蛋白質(zhì)序列分析及結(jié)構(gòu)預(yù)測。
2.教學(xué)內(nèi)容主次分明。由于生物信息學(xué)技術(shù)及分析手段更新迅速，教學(xué)內(nèi)容會顯得越來越臃腫，作者建議對于生物類專業(yè)的學(xué)生可以以生物信息學(xué)方法的掌握和生物信息學(xué)工具的應(yīng)用來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，關(guān)于生物信息學(xué)本身涉及到的一些數(shù)學(xué)模型和編程算法，可簡略講授，教學(xué)過程中盡量把有限的教學(xué)學(xué)時用到以生物信息學(xué)為工具解決生物學(xué)研究問題的教學(xué)中去，避免“面面俱到”的灌輸式教育。例如，對于講授序列比對這一章的知識，關(guān)于序列比對所使用的方法PAM和BLOSUN矩陣，對于如何采用數(shù)學(xué)方法構(gòu)建這些計分矩陣過程可略過，只需簡要介紹PAM和BLOSUN矩陣的概念意義以及用途，重點放在如何使用生物信息學(xué)軟件進行序列比對，并理解各參數(shù)設(shè)置的意義。另外，在生物信息學(xué)各教學(xué)內(nèi)容模塊中涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)庫及軟件種類繁多，其數(shù)量在不斷增加，版本也在不斷更新。例如在講授生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索這一章節(jié)時，涉及到的數(shù)據(jù)庫有核酸序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、基因組數(shù)據(jù)庫、蛋白組數(shù)據(jù)庫、代謝組數(shù)據(jù)庫等，而每個種類又含多個不同的數(shù)據(jù)庫，比如核酸序列數(shù)據(jù)庫有GenBank、EMBL和DDBJ等，蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫有swiss-prot、TrEMBL、NCBI和UniProt等。因此，我們重點介紹了3大門戶網(wǎng)站NCBI、EBI和SIB，其中我們著重介紹了NCBI的用于提取序列信息的工具――Entrez系統(tǒng)，Entrez將科學(xué)文獻、DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、種群研究數(shù)據(jù)以及全基因組組裝數(shù)據(jù)整合成一個高度集成的系統(tǒng)。因此我們給學(xué)生演示并要求學(xué)生掌握如何采用Entrez查詢DNA和蛋白質(zhì)序列等。另外在講授分子進化與系統(tǒng)發(fā)育分析這一章節(jié)時，要進行序列比對及系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，可以使用ClustalW、BioEdit、DNAstar、phylip、MEGA、PAUP等本地軟件，也可以使用The PhylOgenetic Web Repeater（POWER）和Evolutionary Trace Server等網(wǎng)絡(luò)在線服務(wù)器分析。考慮到軟件的通用型、易用性及本專業(yè)學(xué)生的英語水平、計算機操作水平，我們選擇ClustalW進行多序列比對，然后采用phylip軟件包構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，并要求學(xué)生掌握如何使用這兩個軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。MEGA及其他在線服務(wù)器只簡單介紹具體操作方法作為輔助資料供學(xué)生自學(xué)。
關(guān)鍵詞生物信息學(xué)移動設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)選修課信息化
生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，它綜合了生命科學(xué)、計算機、統(tǒng)計、化學(xué)等多個學(xué)科，是目前生命科學(xué)最具活力的前沿領(lǐng)域之一。我國首個生物信息學(xué)專業(yè)課程于2000年在北京大學(xué)開設(shè)。[1]至今，伴隨該領(lǐng)域越來越受關(guān)注，在科研領(lǐng)域及社會上的普及應(yīng)用，為培育專業(yè)人才和滿足在校大學(xué)生的研究興趣，各大院校陸續(xù)在農(nóng)林、生命、醫(yī)學(xué)專業(yè)內(nèi)設(shè)置生物信息學(xué)專業(yè)必修課。同時，為滿足校園內(nèi)廣大愛好者的學(xué)習(xí)興趣，大學(xué)內(nèi)部也增設(shè)了生物信息學(xué)專業(yè)校選課。因此，生物信息學(xué)作為當前教學(xué)及科研領(lǐng)域關(guān)注的熱點專業(yè)，其教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)效果也備受師生矚目。
隨著信息化時代的到來，移動通訊設(shè)備已經(jīng)融入每個人的日常生活中，隨著智能手機的普及和推廣，移動媒體不僅在社會中普及推廣，智能手機、iPad、便攜筆記本電腦也在校園內(nèi)使用普遍，幾乎人手一機。而4G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋及校園互聯(lián)網(wǎng)的推廣，更促進移動設(shè)備融入了學(xué)生的日常生活中。
1移動設(shè)備的優(yōu)勢及用途
目前中國的移動設(shè)備尤其是手機的增長速度十分迅速，移動設(shè)備的普及率已經(jīng)遠遠超過計算機的使用率（截至2015年1月PC機訪問互聯(lián)網(wǎng)率為80.9%，移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)率為85.8%[2]）。在大學(xué)校園中，移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)的使用率更高。
1.1移動設(shè)備引入教學(xué)的優(yōu)勢
移動設(shè)備引入課堂教學(xué)中有以下幾個優(yōu)勢：第一，攜帶方便，操作便捷。移動設(shè)備往往體積較迷你，且在校園大學(xué)生中普遍使用，而且隨著各項APP資源的開發(fā)與拓展，操作步驟簡單，過程簡潔。易于熟練掌握。第二，互聯(lián)網(wǎng)接入不受限。隨著移動4G網(wǎng)絡(luò)和校園WIFI熱點的覆蓋，可隨時隨地使用移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)，即便是在教室課堂上也不受地域和時間的限制，只要點擊移動設(shè)備即可輕松訪問互聯(lián)網(wǎng)，做到數(shù)據(jù)訪問與交換。第三，APP內(nèi)部訪問形式的多元性，因為iPad，智能手機等多媒體、通訊設(shè)備工具的普及情況，[3]許多分子數(shù)據(jù)庫維護機構(gòu)推出了移動設(shè)備可訪問的網(wǎng)站瀏覽形式，節(jié)約數(shù)據(jù)交換量，可用簡潔的操作頁面進行不同條目閱覽或?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)接收發(fā)送，極大提高了網(wǎng)站的訪問與信息傳輸效率。第四，結(jié)果反饋的多樣性。通過移動設(shè)備訪問各大網(wǎng)站或者APP內(nèi)訪問，移動設(shè)備上直接呈現(xiàn)可視化字符、圖形、影響、圖像等多元素材。該特點易于對分子生物數(shù)據(jù)類型網(wǎng)站的結(jié)果查詢和分析。
1.2移動設(shè)備在高校大學(xué)生信息化教學(xué)中的用途
在現(xiàn)代信息化教學(xué)及改革過程中，包括移動智能手機，平板電腦等微型移動設(shè)備可隨時隨地被使用。而且隨著數(shù)據(jù)通訊的技術(shù)變革，互聯(lián)網(wǎng)的訪問也不受時間和地域限制。而相對傳統(tǒng)教學(xué)模式而言，現(xiàn)代化的教和學(xué)的過程中，如果可以任何時間和地點內(nèi)，都可以對當下教學(xué)實踐信息利用移動設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)進行實時訪問，可以加強學(xué)習(xí)效果。目前現(xiàn)代的移動設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用在大學(xué)英語、大學(xué)電子商務(wù)的課堂教學(xué)過程中。[4]即可以利用課堂中的碎片化時間嘗試一種交互的學(xué)習(xí)方式。使得教學(xué)應(yīng)用中出現(xiàn)新穎的形式。
2生物信息專業(yè)校選課面臨的教學(xué)改革問題
傳統(tǒng)的大學(xué)專業(yè)選修課教學(xué)模式一直遵循以教師為主體，遵照“傳道、授業(yè)、解惑”的流程，教師在課堂中將知識內(nèi)容貫穿為一定的體系，在內(nèi)容講述的同時，傳播自己在這一領(lǐng)域掌握的知識、經(jīng)驗及相關(guān)技巧。而學(xué)生在接受知識內(nèi)容的過程中往往是被動接受，而不能馬上實際運用。生物信息學(xué)這一門專業(yè)選修課又有別于以往傳統(tǒng)的專業(yè)型選修課，整個過程更加注重學(xué)生的實際動手能力，畢竟該專業(yè)課是以實際運用為導(dǎo)向，即便是引入多媒體教學(xué)或者是網(wǎng)絡(luò)課程模式，依然不能有效加強學(xué)生的實踐技能。學(xué)生在被動學(xué)習(xí)的環(huán)境下，不宜熟練理解生物信息學(xué)專業(yè)所涉及的工具、軟件或者操作方法。如果一味地將該課程以是單純傳授知識與技術(shù)的教學(xué)形式進行，忽略學(xué)生的個體化學(xué)習(xí)和操作過程，那么在該課程設(shè)置的專業(yè)選修課上，面對抽象的數(shù)學(xué)算法或者模型概念，不利于收獲良好的教學(xué)效果。而在課程講授過程中注重實地操作的普及則勢在必行。
3使用移動設(shè)備的生物信息學(xué)專業(yè)選修課教學(xué)設(shè)計研究
生物信息學(xué)的研究是以生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的數(shù)據(jù)研究為核心的科學(xué)領(lǐng)域。生物信息學(xué)的研究對象是大規(guī)模的生物學(xué)及醫(yī)學(xué)大分子數(shù)據(jù)。生物信息學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)平臺工具種類眾多，功能特點各異。對于學(xué)習(xí)者要求具備一定的生物學(xué)及計算機學(xué)基礎(chǔ)知識，并且注重對數(shù)據(jù)庫查詢和網(wǎng)絡(luò)工具軟件使用技能的掌握。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，普遍反映學(xué)習(xí)過程抽象，教學(xué)內(nèi)容在單純的講授模式下不易消化掌握。
生物信息學(xué)專業(yè)選修課的課程特點和教學(xué)目的不同于專業(yè)課要求，該課程更加重視學(xué)生對現(xiàn)有在線工具的使用，對興趣信息的檢索。以上教學(xué)內(nèi)容和實地操作都可以借助微型移動設(shè)備實地練習(xí)。如果在選修課上利用微型移動設(shè)備進行學(xué)習(xí)，對操作者或?qū)W習(xí)者都會有一定的幫助。
在課堂內(nèi)部，采用以接入互聯(lián)網(wǎng)的移動設(shè)備為主的教學(xué)方式，能夠?qū)?shù)據(jù)庫、基于Web服務(wù)器的遠程在線分析工具進行實地操作演練。課堂內(nèi)部確保知識內(nèi)容的消化吸收。并在移動設(shè)備內(nèi)部的Web瀏覽器上直接進行BLAST或者核酸數(shù)據(jù)庫、蛋白序列數(shù)據(jù)庫、蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫等的在線搜索與查詢。并通過教師的指導(dǎo)和同步交互，針對學(xué)生對使用網(wǎng)絡(luò)在線工具軟件出現(xiàn)的問題進行一一指導(dǎo)和點評。通過學(xué)生實地反饋，做到以學(xué)生為主體，以實際操作為導(dǎo)向的教與學(xué)模式。促進知識點的內(nèi)化和開展應(yīng)用，這也符合生物信息學(xué)專業(yè)的知識特點，注重實際動手操作技能的完備。
4使用移動設(shè)備改革生物信息學(xué)專業(yè)選修課考核方式的探討
在引用移動設(shè)備并接入互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)課堂上，學(xué)生由被動的知識接受者轉(zhuǎn)變成主動的學(xué)習(xí)者，并結(jié)合學(xué)習(xí)目的轉(zhuǎn)換為在線軟件、工具的操作者。在實地教學(xué)課堂上，學(xué)生需要緊跟教師設(shè)置的操作流程，并預(yù)留出足夠的時間完成必須的軟件運用或者具體的數(shù)據(jù)條目檢索。自主完成教學(xué)過程，并將出現(xiàn)的問題在課堂上實時和教師反饋。通過實際動手消化吸收課程知識點，在便攜移動設(shè)備的幫助下，可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問遠程信息中心在線網(wǎng)站，并通過網(wǎng)絡(luò)互動、師生討論等方式吸收生物信息專業(yè)涉獵的知識內(nèi)容。雖然自由允許學(xué)生在課堂內(nèi)部接入互聯(lián)網(wǎng)存在一定的課堂紀律管理不確定性，但是在教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中加強學(xué)生的動手能力，鼓勵學(xué)生參與學(xué)習(xí)討論互動，并且注意提高學(xué)生的自律性和自主操作能力，通過提問、答疑、在線匯報的方式考查學(xué)生的掌握情況。
移動設(shè)備的普及為大學(xué)生校園內(nèi)公共選修課的教學(xué)提供了實際操作演練的可行性，依靠了互聯(lián)網(wǎng)接入的便利和瀏覽形式的多樣性，實現(xiàn)了在移動設(shè)備中訪問生物分子數(shù)據(jù)庫，查詢核酸、蛋白序列、結(jié)構(gòu)信息，查詢文獻數(shù)據(jù)的課堂演練過程。大大提高了學(xué)生的實際使用能力。在教學(xué)過程中應(yīng)該注意課堂互動和實踐考核過程，重視學(xué)生的實地查詢效果，讓現(xiàn)代科技和傳統(tǒng)教學(xué)模式相結(jié)合，從而提高專業(yè)選修課的教學(xué)效果，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并夯實課堂教學(xué)內(nèi)容。
參考文獻
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作為多年致力于生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)的科研工作者，劉雷站在時代的潮頭，綜合應(yīng)用多門學(xué)科，在基因組數(shù)據(jù)的分析與挖掘、生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析、生物系統(tǒng)的建模與模擬、醫(yī)療大數(shù)據(jù)整合與挖掘、臨床決策支持、精準醫(yī)學(xué)等方面做了大量工作，取得了一系列創(chuàng)新性成果。他用日復(fù)一日的勤奮與智慧，推動我國生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)向更高水平發(fā)展。
生物醫(yī)學(xué)與計算機科學(xué)的雙重人才
隨著科學(xué)向綜合性發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代到來，各種交叉學(xué)科不斷形成，生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)就是其中之一。
作為北京大學(xué)生物學(xué)系畢業(yè)的高材生，劉雷從一開始就選擇了遺傳學(xué)。后來，從中國科學(xué)院發(fā)育生物學(xué)研究所的碩士到美國康涅狄格大學(xué)分子與細胞生物學(xué)系的博士，劉雷在專業(yè)上日益精進，不斷獲得突破。當時，康涅狄格大學(xué)有一位生物系的老師，熱衷研究分子進化，劉雷在他的影響下，對生物信息學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。90年代，人類基因組計劃正在轟轟烈烈地開展，生物信息學(xué)從中孕育而生。然而，生物信息學(xué)是一門交叉學(xué)科，融合了生物技術(shù)與計算機科學(xué)，這類復(fù)合型人才奇缺。劉雷抓住了這一契機，不顧別人疑惑的目光，毅然選擇了到康涅狄格大學(xué)計算機系做博士后，從此成為兼?zhèn)渖飳W(xué)與計算機技術(shù)的復(fù)合型人才。
1999年，博士后結(jié)束，由于劉雷既懂計算機又懂生物學(xué)，受聘于美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校生物技術(shù)中心，組建生物信息學(xué)實驗室并擔(dān)任主任。在這里，劉雷進行服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、基因組數(shù)據(jù)序列分析，還開課講授生物信息的一些課程，各項工作順利進行，成果迭出?！敖徊鎸W(xué)科存在語言的問題，你要聽懂學(xué)計算機的人在說什么，也要聽懂學(xué)生物的人在說什么?！痹谶@種情況下，劉雷的雙重學(xué)科背景為團隊的溝通交流提供了便利，他一方面將生物學(xué)的問題轉(zhuǎn)化成計算機的問題開展工作，一方面將計算機專用的算法與結(jié)果解釋給生物學(xué)家們聽，成為了不同學(xué)科之間溝通對話的橋梁。
為了適應(yīng)交叉學(xué)科對不同專業(yè)人才的需求，生物信息學(xué)實驗室招納了計算機領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域等不同領(lǐng)域的人才。劉雷在組建實驗室的過程中對整個生物信息領(lǐng)域有了更加深切的了解，冥冥之中為他回國開展相關(guān)工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。
助力我國生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)
2002年，上海生物信息技術(shù)研究中心成立，研究中心的兩位負責(zé)人在去美國訪問期間，與劉雷一見如故。應(yīng)他們的邀請，劉雷從2003年開始擔(dān)任上海生物信息技術(shù)研究中心客座研究員，逐漸與國內(nèi)生物信息研究領(lǐng)域建立起廣泛的交流和溝通。2007年，劉雷入選中科院“百人計劃”正式回國，任中科院上海生命科學(xué)研究院系統(tǒng)生物學(xué)重點實驗室研究員、上海生物信息技術(shù)研究中心副主任，用所學(xué)知識報效祖國。
面對數(shù)量大、內(nèi)容層次復(fù)雜的醫(yī)學(xué)證據(jù)，要想從中全面、系統(tǒng)、快速的獲取最佳的醫(yī)學(xué)知識和證據(jù)，就必須借助計算機巨大的存儲和處理信息的能力。上世紀90年代之后，醫(yī)療信息化成為改進醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量、提高服務(wù)效率、把醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)成本控制在民眾可接受水平的主要技術(shù)手段。2010年，劉雷申請主持了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃）項目“數(shù)字化醫(yī)療工程技術(shù)開發(fā)”中的第二課題“醫(yī)學(xué)知識庫與臨床決策支持系統(tǒng)研發(fā)”，旨在為臨床提供更為便捷和隨需而得的醫(yī)學(xué)知識和證據(jù)獲取途徑，促進醫(yī)療水平的提高。
在這一科研項目中，劉雷帶領(lǐng)團隊圍繞醫(yī)學(xué)知識庫的構(gòu)建和臨床決策知識系統(tǒng)的研發(fā)，開展了醫(yī)學(xué)知識庫構(gòu)建技術(shù)研究、數(shù)字化臨床指南知識庫與決策支持系統(tǒng)研發(fā)、數(shù)字化臨床路徑實現(xiàn)技術(shù)與應(yīng)用模式研究、智能化合理用藥系統(tǒng)研發(fā)、以及數(shù)字化人體仿真建模與輔助診療技術(shù)研究。
劉雷說：“現(xiàn)在醫(yī)療電子化程度已經(jīng)很高了，有電子病例等各種系統(tǒng)，但是這些數(shù)據(jù)都是分散的，相互之間并不聯(lián)通。我們想要建立一個數(shù)據(jù)中心，將分散的數(shù)據(jù)集中在一起，并整理成體系，以利于數(shù)據(jù)挖掘?！被诖耍瑒⒗着c團隊研發(fā)了數(shù)字化臨床指南知識庫與決策支持系統(tǒng)?！爱斸t(yī)生遇到一個難題，計算機的決策支持系統(tǒng)會將相關(guān)知識推送給他，省去了醫(yī)生查閱文獻的時間?！倍鴮鶎俞t(yī)生，知識庫提供了一個醫(yī)療指南，“比如遇到高血壓病人，系統(tǒng)會給基層醫(yī)生提示，顯示該做什么檢查、開什么藥，來輔助臨床治療”。
劉雷認為，數(shù)字化醫(yī)療不但在醫(yī)學(xué)信息化、生物信息的發(fā)展過程中會起到重要作用，而且對構(gòu)建和諧醫(yī)患關(guān)系也大有裨益。“醫(yī)患關(guān)系最大的問題是信息不對稱。患者知道的很少，醫(yī)生知道的很多，患者聽不懂醫(yī)生所說的專業(yè)術(shù)語。那么這時候還是溝通的問題，大家有誤會就會造成醫(yī)患關(guān)系緊張?！痹趧⒗卓磥恚t(yī)學(xué)知識庫和臨床決策支持系統(tǒng)在給醫(yī)生提供服務(wù)的同時，也應(yīng)該給患者提供服務(wù)，要將醫(yī)學(xué)知識庫的知識進一步變得通俗易懂，讓患者能夠清楚了解。
曾經(jīng)有醫(yī)生不理解劉雷，“你們的工作難道要取代醫(yī)生嗎？”，他們認為，對患者解釋醫(yī)學(xué)知識只會浪費時間。劉雷解釋說，“我是在幫你們，也是在幫助患者，讓你們更好地溝通。只有這樣工作才能更順暢”。那么，如何讓知識庫更好地為患者服務(wù)呢？劉雷設(shè)想，現(xiàn)在中國的病人太多，排隊等候時間很長，可以將患者排隊等候的時間利用起來，將一些知識推送給患者，這樣一來，患者對病況有所了解之后，再和醫(yī)生溝通起來就會容易很多。
像馬兒一樣馳騁
如今，回國已有8年，劉雷說：“我做了正確的選擇?！彼慷昧?008年的北京奧運會，見證了2010年的上海世博會，中國大地上的一派欣欣向榮之景令他倍受鼓舞?！霸趪鴥?nèi)，我有自己的實驗室，承擔(dān)大數(shù)據(jù)項目、‘863’項目，最近又在做精準醫(yī)療。這讓我站得更高，看得更遠。”
精準醫(yī)療是個性化醫(yī)療的延伸，將促使醫(yī)學(xué)進入智能時代，產(chǎn)生顛覆式醫(yī)學(xué)創(chuàng)新。劉雷說，他不久前剛?cè)ヌ旖蜃隽祟}為“生物醫(yī)學(xué)信息――從大數(shù)據(jù)到精準醫(yī)療”的報告，精準醫(yī)療研究已經(jīng)成為各國科研和醫(yī)療機構(gòu)以及企業(yè)界高度關(guān)注和大力投入的重要研究領(lǐng)域。據(jù)劉雷介紹，精準醫(yī)療是一個很龐大的項目，一是要做生物信息數(shù)據(jù)分析總結(jié)，二是做臨床數(shù)據(jù)信息的采集分析，三是軟件和產(chǎn)品的開發(fā)。最終，要實現(xiàn)從臨床數(shù)據(jù)到樣本、到分析、再到知識庫和臨床決策支持系統(tǒng)的整合。
如今，劉雷身任多職，學(xué)校、醫(yī)院、研究院，他到處奔忙，樂此不疲。他笑著說：“我是屬馬的，奔跑是馬兒的天性。”
[關(guān)鍵詞]生物化學(xué)與分子生物學(xué)；臨床醫(yī)學(xué)；學(xué)習(xí)興趣
生物化學(xué)與分子生物學(xué)是醫(yī)學(xué)科學(xué)中重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一[1，2]。在多年的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)大部分醫(yī)科大學(xué)學(xué)生認為生物化學(xué)與分子生物學(xué)是醫(yī)科大學(xué)中最難的一門課程，比較難學(xué)。經(jīng)過多年的教學(xué)觀察和問卷調(diào)查，覺得學(xué)生之所以對生物化學(xué)與分子生物學(xué)習(xí)的興趣不高及產(chǎn)生畏難情緒的原因主要有以下幾點：
一、學(xué)生的相關(guān)背景知識薄弱
生物化學(xué)與分子生物學(xué)是化學(xué)與生物學(xué)結(jié)合的一門交叉學(xué)科。醫(yī)科大學(xué)學(xué)生的化學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ)一般都較弱，特別是有些專業(yè)招生是文理兼收的，如護理專業(yè)，衛(wèi)管專業(yè)等。他們的理科基礎(chǔ)就更薄弱。而在生物化學(xué)與分子生物學(xué)代謝章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中涉及大量的有機化合物和有機反應(yīng)。這些化合物和反應(yīng)的名稱是學(xué)生很少見到過的，在這種情況下要記住并理解這些化合物及化學(xué)反應(yīng)對學(xué)生來說是十分困難的一件事。在遺傳信息傳遞的內(nèi)容中，不僅涉及復(fù)雜的高分子化合物和復(fù)雜的反應(yīng)，也會涉及生物學(xué)的內(nèi)容，比如病毒、線蟲、細菌等等，而學(xué)生對這些物種都不太熟悉。在生物化學(xué)與分子生物學(xué)中出現(xiàn)了一系列新的領(lǐng)域，比如：表觀遺傳學(xué)、生物信息學(xué)等。尤其是生物信息學(xué)更需要一些計算機、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)等知識。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)中會感到格外的困難。此外還有復(fù)雜的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)，都讓學(xué)生感到生物化學(xué)與分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)十分困難。
二、學(xué)生對生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習(xí)的重要性認識不夠
我們通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分臨床專業(yè)的學(xué)生認為，生物化學(xué)與分子生物學(xué)這門課只是基礎(chǔ)課。他們將來畢業(yè)主要是做醫(yī)生和護士，而不是從事科學(xué)研究，并且生物化學(xué)與分子生物學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的關(guān)系不大，不象專業(yè)課那么重要，片面的認為只要專業(yè)課好就行，把基礎(chǔ)課放在一個不重要的位置，因此，對生化學(xué)習(xí)的積極性不高。
三、教學(xué)方法單一，理論與臨床脫節(jié)
隨著招生人數(shù)的增加，教師的教學(xué)任務(wù)繁重，教學(xué)課時減少，尤其是實驗課時的減少較為明顯，這些都使得教師沒有時間進行基礎(chǔ)知識與臨床疾病關(guān)系的討論。結(jié)果使學(xué)生覺得生化和分子是化學(xué)課程或者是生物學(xué)科的課程，與醫(yī)學(xué)科學(xué)關(guān)系不大。長此以往喪失了對生物化學(xué)與分子生物學(xué)的興趣。
然而，生物化學(xué)與分子生物學(xué)是一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課，教師在教學(xué)中應(yīng)該加強學(xué)生對其重要性的認識，并且在教學(xué)中結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科的興趣和動力。如何做好臨床和該學(xué)科的結(jié)合?可以從以下幾個方面著手：
一、在回顧歷史中激發(fā)學(xué)生的興趣
在醫(yī)學(xué)發(fā)展史上，生物化學(xué)與分子生物學(xué)對醫(yī)學(xué)的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。從歷年來的諾貝爾獲獎情況中可以知道，許多重大的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)都是與生物化學(xué)與分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究成果。比如：蛋白質(zhì)、核酸方面的研究、維生素B1、維生素K等的發(fā)現(xiàn)、肌肉中氧消耗和乳酸代謝闡述、染色體理論的建立、胰島素的發(fā)現(xiàn)、糖代謝的研究、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)、蛋白質(zhì)測序技術(shù)、DNA測序技術(shù)、PCR技術(shù)、基因定點突變技術(shù)、真核基因表達調(diào)控的分子機制、RNA干擾現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)等等都被授予了諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎[3]。這些重大發(fā)現(xiàn)為醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從而使醫(yī)學(xué)科學(xué)進入了一個嶄新的一頁――分子醫(yī)學(xué)時代。通過這些重大事件的講解，使學(xué)生更清楚地認識到生物化學(xué)與分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)科學(xué)中的重要性，并且激起學(xué)生利用生物化學(xué)與分子生物學(xué)知識探討生命現(xiàn)象的興趣。
二、生物化學(xué)與分子生物學(xué)與疾病的發(fā)病機制
幾乎所有的疾病發(fā)病都能追尋到其發(fā)病的分子機制，而這一點正是生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究內(nèi)容之一。教師可以在授課是結(jié)合這一點，利用學(xué)科知識來解釋一些常見病的發(fā)病機制，從而加強學(xué)生對課程內(nèi)容的理解、學(xué)科重要性的認識以及培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣。對于學(xué)生覺得最難學(xué)習(xí)的代謝來說，可以用生物化學(xué)與分子生物學(xué)所學(xué)的代謝知識來解釋糖尿病的發(fā)病機理來激發(fā)學(xué)生的興趣。糖尿病是胰島素缺乏引起的血糖升高，進而導(dǎo)致代謝紊亂，出現(xiàn)多飲、多食、多尿和消瘦為主要臨床表現(xiàn)的疾病。那么為什么胰島素缺乏會出現(xiàn)這些情況呢？我們可以從剛剛學(xué)過的胰島素對糖代謝、脂代謝和蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)及三大物質(zhì)代謝的相互聯(lián)系來解釋其發(fā)病。胰島素缺乏時，機體不能利用葡萄糖供能，只能利用脂肪和蛋白質(zhì)分解供能。這樣就導(dǎo)致血糖水平升高，高血糖導(dǎo)致饑渴感滲透性利尿，因而多飲、多食和多尿；脂肪和蛋白質(zhì)的分解加強導(dǎo)致消瘦[4]。盡管學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過糖尿病的知識，但通過簡單臨床背景知識的介紹，然后運用所學(xué)習(xí)的物質(zhì)代謝知識，很容易使學(xué)生理解糖尿病的發(fā)病機制，這既加強了學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解，也激發(fā)了其學(xué)習(xí)興趣。
三、生物化學(xué)與分子生物學(xué)與疾病的診斷和治療
生物化學(xué)與分子生物學(xué)的知識不僅能夠解釋疾病的發(fā)病機制，也在疾病的診斷和治療中得到體現(xiàn)。在教學(xué)中，我們可以通過對一些常見疾病診斷和治療介紹，使學(xué)生能夠認識到本學(xué)科在醫(yī)學(xué)科學(xué)中的重要性及培養(yǎng)其應(yīng)用本學(xué)科知識解決問題的興趣。比如常見的乙型肝炎診斷，乙型肝炎病毒可以通過本學(xué)科最常用的技術(shù)熒光定量PCR（real-timePCR）技術(shù)來檢測乙型肝炎病毒的DNA含量，而血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶可以判斷患者肝臟是否收到損害。因為谷丙轉(zhuǎn)氨酶在干肝臟細胞中的含量最高，當肝臟細胞受損傷時，該酶就釋放入學(xué)，從而導(dǎo)致血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶升高[3]。這樣學(xué)生就能夠認識到PCR技術(shù)及一些基本知識在醫(yī)學(xué)診斷中是非常有用的，同時也加強了學(xué)生對這些知識的理解和記憶。生物化學(xué)與分子生物學(xué)知識還用于理解疾病的治療措施。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，建立了許多新的治療手段，基因治療就是最好的例證?；蛑委煱ê芏喾N，涉及許多生物化學(xué)與分子生物學(xué)的知識，包括：基因矯正、基因置入、基因敲除、反義DNA及RNA干擾等許多新技術(shù)。
四、通過病例討論增加和激發(fā)學(xué)生對生物化學(xué)與分子生物學(xué)的興趣
在實驗教學(xué)或理論教學(xué)進行到一個階段，我們可以采取課堂討論的形式，利用一個階段學(xué)習(xí)的知識來認識一種或一類疾病，這樣既能夠加強學(xué)生對學(xué)過知識的理解和記憶，也能夠?qū)W會如何應(yīng)用所學(xué)的知識來解決問題，同時也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。我們在學(xué)期結(jié)束曾經(jīng)討論癌癥這一疾病。從癌癥的發(fā)病機制、診斷到治療都涉及到生物化學(xué)與分子生物學(xué)的知識。目前關(guān)于腫瘤發(fā)病機制的學(xué)說，主要是癌基因和抑癌基因的理論，即癌基因的過度表達或者抑癌基因低表達可能是腫瘤發(fā)病的基本原因。這樣我們就能夠熟悉癌基因和抑癌基因的內(nèi)容并能夠用于實踐。再如腫瘤的化學(xué)治療，許多抗腫瘤藥物，比如5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷等，都是堿基或核苷酸等的類似物。那么這些類似物為什么能夠治療腫瘤或者說殺死腫瘤細胞呢？這些藥物結(jié)構(gòu)上與堿基或核苷酸類似可以通過酶的競爭性抑制作用的來抑制核苷酸的合成或干擾DNA和RNA的功能[3]。這樣學(xué)生就能夠了解酶競爭性抑制、核苷酸的合成、DNA的復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄以及細胞的生長繁殖等知識很好地運用在疾病的治療中。所有這些涉及了很多生物化學(xué)與分子生物學(xué)知識。這樣我們能夠運用生物化學(xué)與分子生物學(xué)的知識來認知腫瘤的發(fā)病機理及診斷治療等等。
五、臨床醫(yī)學(xué)貫穿生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)始終
從生物化學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展史到蛋白質(zhì)與核酸、從物質(zhì)代謝到遺傳信息傳遞、從分子生物學(xué)技術(shù)到細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)都與臨床醫(yī)學(xué)有關(guān)。比如從乙醇能夠是蛋白質(zhì)變性，認識到臨床使75%乙醇消毒的原理；從核酸的代謝，我們認識到核酸沒有營養(yǎng)價值；從膽固醇代謝，我們認識到動脈粥樣硬化的發(fā)病機理；從基因突變認識到遺傳性疾病。我們在教學(xué)中充分認識到學(xué)生的目標是學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)科學(xué)，始終把臨床和生物化學(xué)與分子生物學(xué)聯(lián)系起來不僅使學(xué)生認識到臨床醫(yī)學(xué)是一個龐大的知識體系，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就會越來越濃。
在多年的教學(xué)中，學(xué)生一直反應(yīng)生物化學(xué)與分子生物學(xué)是較為難懂、并且枯燥無味的一門科。通過不斷改進教學(xué)方法、教學(xué)理念及不斷實踐、總結(jié)、提高，我們認識到生物化學(xué)與分子生物學(xué)的教學(xué)中通過與臨床醫(yī)學(xué)的形式多樣的結(jié)合，不僅能夠使學(xué)生認識到生物化學(xué)與分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)科學(xué)中的重要性，并且培養(yǎng)了學(xué)生對本學(xué)科的極大興趣。我們希望在今后的教學(xué)中，通過不斷的摸索實踐提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生的興趣，為我國的醫(yī)學(xué)教學(xué)做出貢獻。
參考文獻：
[1]戴雙雙，婁桂予，高敏等。臨床醫(yī)學(xué)本科生物化學(xué)教學(xué)的設(shè)計與實踐[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2009；17（2）：335-336.
[2]郭小芳，田智，周鋒等.醫(yī)學(xué)高校生物化學(xué)教學(xué)的探索.醫(yī)學(xué)教育探索[J].2010；9（9）：1199-1200.
[3]查錫良主編.生物化學(xué)[M].第七版，人民衛(wèi)生出版社.2008年.
[4]高谷，馬建華.代謝組學(xué)的研究進展及在糖尿病中的應(yīng)用.國際內(nèi)分泌代謝雜志[J].2010；30（2）：126-128.
