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1、开展医学本科生生物信息学教学的实践与探索 摘要：伴随着各类基因组安排的绽开和测序技术的突破，尤其是近年来精准医疗安排的提出和推行，生物信息学在医学科研和临床中的重要性日益显现。虽然生物信息学已渐渐成为医学类本科生亟需驾驭的基本学问与技能，但国内多数院校尚未开展医学本科生的生物信息学课程。本文就如何在医学本科生中开展生物信息学教学进行了思索，并在多年教学实践基础上，总结出一种以科研为核心、学生为主体、训练项目为载体的科研实训教学模式。通过改革传统的人才培育模式，开展医学类本科生生物信息学教学，充分调动学生的主动性、主动性和创建性，增加学生的创新实力及专业素养。 關键词：生物信息学；教学方法；医学
2、本科生 中图分类号：G642.0 文献标记码：A 文章编号：1674-932451-0146-03 生物信息学是20世纪80年头末随着人类基因组安排的启动而兴起的一门新的交叉学科1-2。它包含了生物信息的获得、处理、储存、分发、分析和说明等在内的全部方面；综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。目前，生物信息学在医学领域中已广泛应用于基础医学、临床医学及药学等多个学科。特殊在科学探讨工作中，生物信息学的作用逐步显现，越来越受到重视。近期，精准医疗概念的提出与相应模式的推动，进一步强化了运用生物信息学工具的要求。精准医疗是将临床信息、患者表型与基因蛋白
3、谱进行整合，从而为患者量身制定精准诊断、预后及治疗策略。因此在高通量测序产生数以万计的浩大组学数据中，只有依托生物信息学技术，才能探寻基因突变、药物靶向等隐含遗传学奇妙的精确位点，进而供应牢靠的特性化治疗方案。可见，生物信息学是精准医疗的核心内容之一。当前，大多数医学院校均已开设探讨生生物信息学课程，但尚未将生物信息学正式列入本科生培育方案，以选修课形式开设生物信息学课程的院校也极为鲜见。医学本科生是祖国医学的将来，是临床一线最干脆的储备军，面对飞速发展的生物技术和以几何级数增长的生物大数据，假如现阶段的医学本科生还不能学会如何利用和解读这些资源，这将大大阻碍临床医学的发展。综上，一方面医学领
4、域对生物信息学方面存在旺盛的需求，另一方面大多数院校均未正式开设本科生生物信息学课程，造成生物信息学人才极度紧缺。针对这一现状，笔者近年来围绕在研的各项科研课题，选拔学有余力的优秀学生，在学校开展的各项高校生科研实力训练、创新创业项目支持下，汲取本科生进入试验室，对医学类本科生的生物信息学教学实践方面做了一些尝试，培育了一些初步驾驭生物信息学学问与方法的本科学生。在此对教学过程中的感想和体会做一简要总结，并对本科生生物信息学的教学模式进行了探讨。 一、在医学本科生中开展生物信息学的教学实践 敬重学生的教化主体地位，实施因材施教 由于生物信息学涵盖了计算机科学、统计学、分子生物学和分子遗传学等诸
5、多学科相关学问，所以一般状况下生物信息学科研实践的开展要迟于上述各门课程。在开展的过程中，要充分考虑学生的自身条件，进行分组施教。因为不同学生对相关背景学问的驾驭不同，会导致他们接受相关教学内容的快慢程度不一样，因此要针对不同层次的学生开设不同等级的实践内容。此外，依据学生将来从事的工作类型导致的对生物信息学的需求不同，可有针对性地分成科研组和临床组。如有些学生将来可能主要从事科研工作，因此希望驾驭较多的生物信息学学问，包括各种计算机语言的运用、编程、困难统计软件的运用等等，这类学生学习热忱比较高涨。 构建多学科老师组成的教学团队，实现学问的互补与整合 由于生物信息学是一门新兴的交叉学科，须要
6、计算机学、统计学、医学生物化学、医学遗传学等相关学科的共同发展来支撑。此外，生物信息学专业学问较为前沿，而且涉及的医学探讨领域较多。再加上目前生物信息学的专业老师缺少，这就限制了学科的发展。因此，在教学过程中应当合理组建教学团队，授课老师须要来自不同的专业，了解本专业最新的学问，老师之间相互学习沟通，将不同学科的相关学问整合起来3，并需持续补充和学习生物信息学前沿学问，在授课内容上还要体现老师自身优势。这样不但可以在学问结构上互补，还可以满意不同专业学生的需求。 围绕老师在研科研课题和学术会议，追踪医学探讨前沿 生物信息学是一门快速发展的学科。近年来计算机技术、生物技术以及医学技术及医疗模式都
7、在快速更新。因此医学生生物信息学实践教学不能拘泥于原有教材。在进行基础和共性的学问教学时要利用教材。而对于前沿的学问，老师一方面要结合在研的各项科研课题引入学问点，另一方面可带学生参与一些与生物信息学相关的学术会议，让他们开阔眼界，增长见识，激发科研灵感。 调动学生主观能动性，激发其学习潜能 由于学生专业背景学问驾驭程度差异较大，以及学生自身爱好不同，传统的大班教学较难达到一样性的教学效果。因此，在教学过程中可以实行不同的分组方式以满意学生不同的需求。由于现阶段生物信息人才特别缺乏，因此在教学过程中，对于个别基础较强的学生，老师可以有针对性地对他们进行一些更深层次的培育，充分挖掘学生的潜力，利
8、用课余时间，合理支配一些“实战”性任务，通过实践熬炼，提升他们的专业科研素养，为当代生物信息学的发展培育特色人才。如我校2022级临床专业熊同学、2022级药学专业本科生熊同学，都对生物信息学爱好特别深厚，在科研实践中表现得非常精彩，充分利用课余和寒暑假时间，在老师的细心指导下，用perl语言胜利编写出分析组学数据的一系列程序。在探讨生面试时，他们扎实的生物信息学功底获得导师的青睐，并胜利读取/保送了国内知名高校的探讨生。 二、医学本科生生物信息学教学方法、教学模式的探讨 PBL教学法在案例教学中的应用 PBL教学法4，也称作问题式学习。生物信息学是一门操作性和试验性很强的学科，要利用互联网、
9、计算机和各种生物信息学数据处理软件来解决实际问题。目前，生物信息学已成为生命科学探讨领域的重要工具。在实际训练中应以问题为导向，针对每个学问点尽量从实际的应用案例动身，引导学生自主探究、合作学习、进行沟通。注意培育学生的实际操作实力和解决问题的实力，使学生能在解决问题的过程中学会各种技能，如统计方法、计算机语言和软件的基本运用、编程技巧及数据库的运用等。随着生物信息学技术的快速发展，整合不同生物技术产生的数据将有利于人们发觉疾病致病相关位点和药物作用靶点。在本试验室开展的PBL教学实践中，我们以代谢性疾病作为主要探讨方向，对糖尿病、高胆固醇血症及肝癌等绽开了疾病相关基因/位点的全基因组筛查。
10、在教學过程中发挥优秀学生的引领作用，以点带面 由于生物信息学在医学探讨中的重要性渐渐凸现，因此要求参与科研实践培训的学生人数逐年增多。而目前生物信息学专业的老师相对缺乏，为了解决这一冲突，我们在实践教学和科研中摸索出一种新的方法，即以“导师-学生双向选择制”遴选学生进入老师课题组后，以优秀学生为中心，采纳以点及面式训练。与以往的老师带学生做试验的传统模式不同，在培训中老师除作为指导老师外，还要擅长在众多的学生中发觉优秀的人才，并对这些有天分的学生进行精细培育，然后以这些人才为中心点，进行放大，即由一个优秀的学生指导几个后参与培训的学生，在这几个学生中再选出优秀的学生作为下一轮的指导“老师”，这
11、种以点带面的特色实践教学模式不但能节约大量教学资源，而且将最大限度地挖掘学生的科研潜力，有利于培育学生的科研创新素养。 以高校生的各类科研训练、创新创业项目为载体开展教学活动 目前，科技创新已成为发达国家保持长久竞争力的“法宝”。中国早在若干年前就确立了“科技兴国”的战略目标。高校生是祖国的将来，高校生科研创新实力的培育是21世纪高校人才培育的核心内容。国内外众多高校都开展了多种形式的高校生创新训练安排。因此，将生物信息学科研训练与学校开展的各类科研创新训练安排相结合，将更加有效地利用各种资源，全面熬炼学生的科研创新实力，例如，文献的检索与阅读，各种组学数据的收集、处理和分析，程序的编写，试验
12、设计和操作，科研项目书的撰写，科研论文的书写等。 同步开展科技文书的写作训练，总结成果保持学生的热忱 疾病的发生发展与特异基因的变更亲密相关，鉴定与疾病相关的基因是医学科研工作的重要内容之一。在科研实践训练中，学生利用生物信息学方法，通过分析处理感爱好的数据，可挖掘出一些与疾病相关的内在信息，或再通过试验对分析结果加以验证。老师可激励学生将这些阶段性的成果进行发表，这对学生来说是一种实力上的认可，可以增加学生的科研信念，激发他们的科研热忱和动力。此外还要激励学生主动申请学校乃至全国性的高校生“挑战杯”等竞赛。培育学生的创新和挑战激情，以便激励他们在科研之路上能再创新高。如我校2022级本科生王
13、同学，从高校一年级起先就进入试验室学习生物信息学分析数据，勤奋钻研，已分别于2022和2022年发表了2篇核心文章，并已胜利申请到我校高校生“挑战杯”项目，在我校高校生作品“挑战杯”竞赛中获得二等奖。这些成果极大地鼓舞了同学们的科研热忱。 三、本科生生物信息学科研实践中存在的问题 随着生物信息学在医学领域的广泛应用，越来越多的学生意识到这门学科的重要性，都主动参加实践练习。而生物信息学实践离不开计算机这一硬件设备，同时由于生物数据量浩大，这就要求较高的计算机的配置。此外，现阶段生物信息学专业老师比较缺乏，在肯定程度上也会影响教学实践的开展。因此，对医学本科生开展生物信息学实践训练尚需相关资源的
14、配套和完善。 四、结语 本文主要探讨了对医学本科生开展生物信息学科研实践过程中的一些感想和体会，并在多年教学实践基础上，总结出一种以科研为核心、学生为主体、训练项目为载体的科研实训教学模式。当前虽然一些医学院校已经开设了生物信息学课程，但是在教学内容、教学方法和教学模式上还有许多不足，尚有待进一步的摸索和改进5-6。此外，我们要加大硬件设施的投入，并不断加强师资队伍建设，主动参加教学改革，整合各种教学力气，从而提高生物信息学教学质量。 致谢：感谢南昌高校医学试验教学中心汪雁老师生前对本科生生物信息学教学方面的贡献！ 参考文献： 1Shachak A，Ophir R，Rubin E.Applyi
15、ng instructional design theories to bioinformatics education in microarray analysis and Primer design workshopsJ.Cell Biol Educ，2022，4：1101-206. 2Boyle JA.Bioinformatics in undergraduate education：practical examplesJ.Biochem Mol Biol Educ，2004，32：236-238. 3樊代明.整合医学纵论J.医学争鸣，2022，5：1-13. 4祝鸿程，刘浩，王迎伟，等
16、.基础医学课程PBL教学应用的新思路J.基础医学与临床，2022，31：1410-1412. 5冉景盛，姚启伦.生物信息学创新教学模式初探J.生物学通报，2022，44：46-48. 6高亚梅，韩毅强.生物信息学本科教学初探J.生物信息学，2022，1：46-48. Abstract：With the development of genome projects and breakthrough of DNA sequencingtechnology，especially in recent years，the propose and implementation of accurate me
17、dical in the world，the importance of bioinformatics in medical scientific research and clinical practice is becoming obviously. Bioinformatics has increasingly become the basic knowledge and skill that medical undergraduates should master as soon as possible. However，bioinformatics has not yet been
18、carried out for medical undergraduates in many universities. This article sums up teaching strategies and experiences on bioinformatics course for medical undergraduates，and proposes a new practical training model based on the core of scientific research，main body of students and carrier of training
19、 projects. This training model stimulates initiative learning，enhances the ability to apply course knowledge，develops innovating thinking of medical undergraduates. Key words：bioinformatics；teaching method；medical undergraduates 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页