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摘要：随着生命科学研究和大数据的迅猛发展，越来越多的高校开设《生物信息学》并将其作为核心课程。现通过在生物信息学教学过程中采用线上线下相结合、注重学生课堂操作、加强计算机编程在生物信息学中的应用及以就业为导向的教学方法进行探索，有助于提高课堂教学质量，为生物信息学的教学改革提供一定的参考。
关键词：大数据；生物信息学；教学方法；教学改革
人类从发现DNA并将其作为遗传信息的来源和阐明DNA分子的双螺旋性质，到组装人类基因组序列的过程中，生物信息学已成为现代生物学不可或缺的一部分。生物信息学在很大程度上依赖于各个领域的科学家做出的重大贡献，这些领域包括但不限于生物学、数学、计算机科学和统计学［1］。随着人类基因组计划的实施，作为交叉学科的生物信息学在高校研究生和本科教学中愈发重要。近年来，浙江大学、中南大学、华中科技大学、武汉大学、哈尔滨医科大学等十几所大学开设了生物信息学本科专业。黑龙江八一农垦大学自2003年就在多个本科专业和生命科学相关专业中开设了《生物信息学》课程，同时，在生命科学技术学院研究生教学中增设了生物信息学。由此，形成了本科、研究生生物信息学人才培养体系，向社会源源不断的输送生物信息学人才，推动着高新技术产业的发展［2］。生物信息学和基因组学等学科的快速发展，让准备从事生物学或者医学职业的学生需要对生物信息学进一步加深学习，但生物信息学本身发展快速，这为本科生物信息学课程创造了新的机遇与挑战。因此，《生物信息学》课程仍然需要大量的教学改革实践与探索［3］。在长期生物信息学教学过程中，笔者通过实践并总结经验，提出在教学过程中多个方面需要加强，如加强线上线下相结合、学生课堂实践操作能力的培养、计算机编程在生物信息学中的应用和以就业为导向的教学方法。
1线上线下相结合
生物信息学飞速发展，传统的灌输式教学方式很难达到预期教学效果。随着计算机信息技术的巨大进步，诞生了一种新的教学方法———线上教学，即教师通过互联网提供的教学，越来越多的学校使用信息技术来扩大端口的访问，提高教学质量以及降低与传统教学相关的成本。线上教学可以采取异步教学和同步教学模式［4］，前者是指使用异步通信工具（例如电子邮件）来进行教师和学生之间的沟通，建立学习的桥梁，异步教学允许教师和学生在方便的时候进行交流；同步教学是指利用同步技术（例如网络广播、聊天室、音频和视频等）而进行的近似于面对面、实时的教学策略，比如现在多采用腾讯会议、钉钉、超星直播和QQ群屏幕共享等方式进行线上教学。线上教学可通过重新设计课堂教学方法、个性化教学和提高学习体验来改变教学，不仅可以提高教学质量，还可以解决传统教学面临的问题。在疫情席卷全球的环境下，我国采取严格的防疫措施，减少人员流动，大部分高校都采取线上教学，做到了停课不停教，线上教学为师生都提供了极大的方便。互联网的高速发展增加了全球各地人们交流学习的机会，网络上提供了丰富的教育资源，这也很大程度上方便了师生在同步教学和异步教学时的交流。线上教学虽然有诸多优点，但也有部分缺点，传统的线下教学仍然是一种强大的教学方法。在线下教学时，教师的语言行为（如表扬、征求意见、幽默、自我表露等）和非语言行为（如身体接近、触摸、眼神接触、面部表情、手势等）可以减少师生之间的距离，有利于学生更好地学习。线上教学时，自制力不强的学生在网络的另一端做其他事情，教师也很难发现，如果在线下课堂教学，教师可及时纠正这类同学的行为。线上教学发展迅速，有自身的优缺点，它无法全部替代线下教学，两种教学方式应该相互结合，才能保证教学质量更大地提升。
2注重学生课堂实践操作能力的培养
生物信息学经过多年的发展，已经在生物学教学领域具有无足轻重的地位。但今天的学生和研究人员很难相信，在五十多年前生物信息学发展的最初阶段，当时台式计算机还只是一个模型，DNA还不能被测序。随着分子生物学方法的进步，越来越多强大的计算机以及更好处理生物信息学的数据软件的兴起，DNA测序和分析变得更容易［5］。生物信息学是以互联网为媒介，数据库为载体，利用数学知识的各种计算模型，并以计算机为工具对生物学中产生的大量生物学数据进行存储、检索、处理和分析、解释的学科，要求学生在学习理论的同时，注重实践操作以掌握生物信息分析的方法和工具软件的使用等。从培养学生能力的目的出发，促使学生掌握生物信息分析的基本操作和基本技能，培养学生独立自主分析问题、解决问题的能力。生物信息学主要采取的是网络多媒体教学与上机实践相结合的方式，在课堂上，老师集课堂教学、实践教学和学生操作实践为一体，实现课堂“讲学练”［6］。为提高学生的实践技能，老师安排了五个实验，包括生物信息学数据库浏览、检索、相似性搜索和序列比对，DNA序列分析，蛋白质序列分析和结构预测等。老师在课堂讲完实验理论，学生在课堂上实践操作，出现问题及时与老师沟通，将问题解决在课堂上。因为生物信息学课程需要大量上机操作，注重学生课堂实践操作能力的培养，有助于培养学生基本技能，全面提升学生的综合素质。
3加强计算机编程在生物信息学教学中的应用
生物信息学是一门复杂的学科，生命科学研究者依靠生物信息学研究者来帮助他们分析大数据，在处理这些大数据时，需要了解如何格式化和解析它们，更重要的是需要编写可以连接现有应用软件的计算机脚本以及处理数据流程时需要编写相关算法程序。生物信息学研究者必须应用没有图形界面的软件工具，在高功率的计算机集群中实现生物信息分析流程，这就要求他们必须具备中等以上的编程技能，并且熟悉LINUX操作系统。此外，生物信息学研究者还帮助进行实验设计、统计分析和数据可视化。在生命科学研究中，大数据无处不在，对生物计算技能的需求意味着生命科学研究者要么自己编程并掌握生物信息学工具的使用，要么聘请专家帮助他们分析。如果生命科学研究者能够自己处理分析数据，科研将会更加便捷高效地进行。在课堂教学过程中，笔者结合学生的实际情况，给学生讲授部分LINUX和R语言的相关知识。笔者选取一些使用R语言编写的简短程序，在课堂给学生讲解原理后，学生自己按照步骤实现整个程序的编写和运行。给学生讲解计算机程序极大地引起了学生的好奇心，调动了学生课堂的积极性，激发了学生后期学习计算机编程知识的兴趣，也为以后成为一个具备全面知识技能的生命科学从业者打下坚实的基础。
4以就业为导向
随着中美贸易战升级，加上全球新冠疫情的大流行，不仅对高校教学产生冲击，而且对本科生就业产生不利影响。这时，部分学生就业信心不足，对未来充满无尽的迷茫。这种情况下，笔者在生物信息学课堂教学过程中，利用少部分时间结合生物信息学课程特点，给学生讲解需要学习的知识，让同学们了解目前社会中急需的生物信息人才需要具备的知识与技能。例如，北京某公司的生物信息工程师这一岗位，岗位职责是负责肿瘤伴随诊断自动化平台、负责内部研发数据分析及技术支持、负责研发产品的说明书撰写及专利撰写、负责代码审核、需要掌握R、python，shell任意一门编程语言、能熟练使用生物信息学相关的生物信息学工具和良好的英语学术阅读能力等等，还有其他的加分项，如具备二代测序行业两年以上的工作经验或生物信息算法开发经验等。通过在课堂给学生讲解企事业单位所需生物信息学人才的要求及待遇，以就业为导向，让学生对未来就业有一个新的认识，提前做准备，弥补当前自身的不足，充分提升今后的就业竞争力。
5讨论
总之，采用上述的生物信息学教学方法，能够充分调动学生课堂学习的兴趣和积极性，使学生掌握基本的实验操作技能，让学生了解部分计算机编程基础，引导学生了解生物信息学就业相关知识，为出身社会之前成为一个全面的生物信息学复合人才而努力。
作者：杨浩 王桂华 高亚梅 方铭 单位：黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院 集美大学水产学院
