生物信息网络资源在医学院校计算机教学中的应用

在计算机教学中引入生物信息学网络资源应用的教学,既弥补了生物信息学教学的欠缺,又充实了大学计算机基础教学.通过教师设置主题、教学模拟及演示讲解具体操作流程,在机房进行实验教学,并结合学生的自主学习,达到教学目的,以适应现代医学新型人才的培养及医学教育现代化的要求,推动医学教育的发展.

生物信息学；网络资源；计算机教学；改革；自主学习

【基金项目】国家自然科学基金资助项目(30860278,81160025)；

云南省中青年学术技术带头人后备人才资助项目(2011CI057)；

云南省教育厅重大专项(ZD2010007)；

昆明医学院教研教改项目（2011JY38）.

【作者简介】谢月辉,女,汉族,昆明医学院基础医学院计算机教研室讲师.

【通讯作者】孟照辉,教授,昆明医学院第一附属医院分子心血管研究室主任.

1.生物信息学及教学现状

生物信息学(Bioinformatics)是生命科学中一门新兴的前沿学科,是生物学、数学和计算机科学等学科交叉所形成的一门新兴学科.生物信息学综合利用计算机科学和信息技术,通过对海量生物学数据的处理和分析,揭示其中蕴藏的内在联系和生物学含义,进而提炼有用的生物学知识.生物信息学的一个重要内容是收集和整理生物学数据,开发生物学数据库,并提供相应的数据查询、处理和分析等怎么写作.随着互联网的普及,这些数据库大多可以通过网络访问并下载.

伴随着上世纪九十年代计算机技术的迅猛发展,生物信息学已渗透到生物科学的每一个角落,成为生命科学和医学研究中的必然选择；因此,生物信息学的教学也日益重要.生物信息学实验教学以互联网为媒介,以计算机为工具,全部在计算机网络机房内完成.由于现阶段不同专业学科的教师之间缺乏交流与合作,很难满足生物信息学教学的需求,特别是在医学院校,生物信息学教学仍处于欠缺状态.

A.生物信息网络资源在计算机教学中应用的意义

是医学院校计算机教学进一步深化改革,适应新型医学人才培养的需要,在多年来医学院校计算机基础教育改革的探索与实践的基础上,我们对现今的医学院校计算机基础教育体系提出了新的想法和思路.随着计算机技术和互联网络应用的发展,能否培养出能够进行自我知识更新、具有强烈的现代信息意识并能够利用信息技术解决实际问题的新型医学人才,是摆在我们面前的一项重大研究课题.生物学数据量增长极为迅速,但生物数据资源的利用率却很不理想.在高校教学中,生物信息学尚未有完善的教学模式,在医学院校的教学中甚至处于欠缺的状态.将生物信息网络资源引入计算机教学当中,可充实计算机基础教育内容,培养学生自学和文献检索能力,提高学生的学习和研究兴趣及解决学习中碰到的实际问题,使学生在了解和掌握大学计算机基础的同时认识到计算机教学的目的性和实用性,以适应当前新型医学人才培养的需要.将生物信息网络资源的应用与计算机教学相结合是医学院校计算机教学中的重要课题,也是对计算机教学的一个挑战.

B.适应医学教育现代化的要求,推动医学教育的发展

近二十年来,生物学数据如潮水般涌现,并正以指数方式增长,但我们对相关数据的理解却十分有限.生物信息学是生物学和计算机科学交叉结合形成的新学科,它综合运用数学、计算机科学和信息技术等手段,通过生物信息的获取、处理、存储、分发、分析等来理解和阐明大量数据所包含的生物学意义.生物信息学的发展已经使生物学研究从传统的试验分析和数据积累转移到数据分析及其指导下的试验验证上来,因此,生物信息学将对医学教育、生命科学研究及医疗卫生事业的繁荣与发展产生重大影响.为赶上现代医学发展步伐,将计算机技术有效地应用到医学教育及科研领域中去已成为我国医学教育的一项战略任务.

目前,生物信息学教学条件尚不成熟,缺乏完善的教学模式；因此,如何在高校进行生物信息学教学亟需探索.在此,我们希望探讨在计算机教学中如何与生物信息学有机结合,更好地适应医学教育现代化的要求,推动医学教育的发展.

2.医学院校计算机教学中引入生物信息网络资源的具体实施方法

目前,医学院校计算机教学集中在大学一、二年级的一个学年,有些是在一个学期内完成,其教学内容主要由理论教学、实验教学和自主学习三部分组成,这三部分交替进行.值得注意的是,PBL(Problem-based Learming,也称作问题式学习)的教学方法在医学院校受到了推崇；它采用“以问题为导向的教学方法”和设计真实性任务相结合的教学模式,把学习设置于复杂的、有意义的现实问题中,通过学习者的自主探究和合作来解决问题,从而学习隐含在问题背后的科学知识,形成解决问题的技能和自主学习的能力,真正达到医学计算机教学的目的.生物信息网络资源的应用教学正是基于这种方法完成,主要分为三步进行：

A.在教学的初期,首先提出生物信息学的学习计划

教师在计算机理论教学时向学生简要说明进行生物信息网络资源应用的学习计划：通过网络,自主学习了解生物信息学（教学初期开始,中期前完成）；由教师在机房讲解并做示范,然后由学生自行操作完成生物信息网络资源的应用（教学中期开始,可持续几周时间,在本科目考试前两周完成,提交报告）；教师评价学生的报告并给出成绩,此成绩占计算机学科成绩的一定比例.

在教学初期,指导学生通过网络自主学习并初步了解生物信息学的概念、发展等基本知识.在此过程中,可让学生以小班为单位通过电子邮件的形式把学习的进展情况反馈给老师,以检查和督促学生的学习.

B.在教学中后期进行具体的指导学习

教学内容包括问题设置以及具体操作流程；教学模式将结合分子生物学和基因工程等相关学科,建立以教学内容为核心的科研实验和学生标准化实验.主要由以下步骤组成——设置主题：给出一个待查询基因或蛋白质的英文全名或者代码；给出常用：包括常用数据库、文献和应用软件等；查询结果：指导学生如何从中获取所需信息数据；提交报告：内容包括使用的网站名,数据库版本及所获得的基因序列、氨基酸序列及编码等；教师作出评价.

C.让学生熟悉相关数据库及能从中找到并分析特定的数据是生物信息学教学的核心内容

随着大量生物学实验的数据积累,目前已有数以百计的生物信息数据库,如日本的DDBJ、欧洲的EMBL、SWISS-PROT和美国的GenBank、PDB均是国际上著名的一级核酸或蛋白质数据库,如何让学生了解一级数据库、掌握常用的二级数据库使用方法,针对医学生的特点一般而言,采用问题设置以及操作演示的教学方法让学生在较短时间内掌握最常用数据库的使用方法.具体方法如下：

问题1：请查询人体吡咯琳-5-羧酸还原酶（Human Pyrroline-5-carboxylate Reductase）的基因及蛋白质序列,给出该基因NCBI全名、基因序列号及蛋白质序列号、开放阅读框,并查询该基因的酶切位点及计算该蛋白质的分子量及等电点.

教师将通过l查询该基因的酶切位点；通过.省略查询该蛋白质的分子量及等电点.