醫學檢驗專業本科開設生物信息學課程的必要性

醫學檢驗專業本科開設生物信息學課程的必要性

　　摘要：結合近年來的教學實踐，對醫學檢驗專業本科開設生物信息學課程的必要性以及在教學過程中的體會進行了初步探討，具體闡述了在教學內容安排和教學方法設計上的經驗與認識，為該專業生物信息學課程建設提供參考。

　　關鍵詞：醫學檢驗；生物信息學；課程教學

　　近年來，生物信息學在各醫藥院校越來越受到重視，多所院校相繼在研究生教學中開設了生物信息學課程[1]。而對于醫學本科層次是否需要開設生物信息學課程這一問題，雖然目前各方面的觀點不一，但是已經有一些院校開始進行嘗試。目前醫學檢驗專業（五年制，畢業時授予醫學學士學位）已調整為醫學檢驗技術專業（四年制，畢業時授予理學學士學位），而生物信息學作為一門新課程，在醫學檢驗（技術）專業學生培養中的作用正日益受到關注，逐步被某些院校選擇作為必修課或者選修課。

　　一、開設課程的必要性

　　空前繁榮的生物醫學大數據的產出，及其蘊含的重大生命奧秘的揭示，將決定現代生命科技和醫藥產業研發的高度，決定人們對疾病的認識和掌控能力，也將對主導生物醫學大數據存儲、管理、注釋、分析全過程，解決生命密碼的關鍵手段———現代生物信息學技術的發展帶來前所未有的機遇和挑戰[2]。對于醫學專業學生而言，通過學習生物信息學，從而掌握利用各種網絡信息資源來檢索和獲取生物信息數據，并選擇和使用各種生物信息學軟件來分析數據。在當今大數據時代，這方面的知識和技能的培養對于醫學生今后從事醫學科研工作是非常重要的。因此，在醫學專業學生中開設生物信息學課程非常必要。我校從2010年開始將生物信息學設置為研究生教學的必修課；從2013年開始在醫學檢驗專業中開設生物信息學選修課，自2015年開始轉為醫學檢驗技術專業。在醫學檢驗技術專業中開設生物信息學課程，能夠為該專業學生的臨床和科研方面的素質積累提供必要的支持，更重要的是增強了在醫學和信息科學交叉領域解決問題的技能，其意義幾乎等同于在研究生教學中的設課意義。

　　二、教學內容的安排

　　醫學檢驗技術專業的教學任務非常緊張，幾乎將原來醫學檢驗專業前八個學期（最后兩個學期為實習階段）課程壓縮到六個學期來完成，學生學習壓力可想而知。我校為了減輕學生負擔，各課程的課時數都比醫學檢驗專業有所減少。但生物信息學并未改變，仍然為16學時。為了在較短的學時內實現教學效果的最大化，我們結合該專業學生的特點和需求，將授課內容分為理論課和實踐課兩部分，實踐課不占學時。理論課主要介紹基本的生物信息學理論、資源和數據的獲取、分析方法和工具的使用；實踐課則通過布置作業，課后上機操作來解決問題。理論課主要內容包括：生物信息學導論、DNA測序技術、序列的獲取、雙序列比對、多序列比對、蛋白質結構分析和預測共計六個專題。實踐課主要內容包括：cDNA及基因組參考序列的獲取；常見序列格式的釋義與轉換；雙序列比對（局部比對）；多序列比對（全局比對）；蛋白質綜合信息查詢；蛋白質基本性質、疏水區、亞細胞定位、信號肽、跨膜區、模體及結構域分析與二級結構預測；蛋白質三級結構預測。在理論課實施過程中，注重將與生物信息學相關的生命科學和醫學前沿的一些最新進展和最新成果引入理論知識講授中，讓學生在有限學時內能夠進一步認識生物信息學的內涵和課程的價值，追蹤前沿學科的動態，開拓視野。

　　三、教學方法的設計

　　生物信息學涉及多個學科領域，交叉性強，在較短的學時內學好這門課程的難度很大。學生的學習興趣與教學內容和手段關系密切，除了精心選擇教學內容外，教學方法上也有很多需要革新乃至創新的地方。在教學過程中，我們形成了頗具特色的教學經驗，由授課教師獨創的授課———實踐———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教學模式已應用于教學。TPS教學模式著力于以實際問題為引線，將理論授課與上機實踐有機地融為一體，逐步介紹生物數據分析的各項技能，并指導學生將其融會貫通以真正掌握相關的基本方法與常用工具。首先，在教學內容上引入具體實例來進行教學，比如講解生物信息數據庫（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）時，通過給出檢索某個人類疾病基因數據的例子來學習數據庫的使用方法。課堂上教學實例的設計需要任課教師在備課時投入大量精力來完成，還需要教師具備多學科交叉的知識。教學實踐表明，與醫學相關的生物信息學分析實例可以讓學生更好地認識該課程的作用，大幅度提高學生的學習興趣和學習的主動性。此外，課堂教學手段也應該豐富多彩，多媒體教學中可以充分使用圖片、動畫等元素。其次，舉例分析時可以進行一定的現場演示，比如講解檢索Unigene數據庫時可以一邊上網演示一邊解釋說明。

　　四、考核方式的變革

　　生物信息學作為選修課，既要遵循學校相關的考試制度，也要通過對考試方式的變革來提高考試效果。我們將理論考核與學生的實踐能力考核聯系起來，結合學生課外實踐任務的完成情況和開卷考試成績進行綜合評定。在課程中安排一次課外實踐任務，要求每位學生獨立完成相關分析并提交書面分析報告，該部分占考核成績的20%。具體內容為自行選擇一個人類細胞外功能蛋白：1.利用ClustalX對各物種參考蛋白序列進行多序列比對（輸出PS格式結果）；2.分析分子量、等電點、分子式、穩定性、親疏水性及亞細胞定位；3.預測二級結構并模擬三維結構。課程結束后進行開卷考試，內容包括基礎知識和綜合分析，盡量采取靈活的出題方式，并控制題量，該部分占考核成績的80%。近年來的教學實踐表明，這種綜合評定的方式能夠反映學生對該課程的掌握程度，體現學生利用生物信息學知識解決問題的能力。

　　五、展望

　　實踐表明，生物信息學課程教學能夠給學生提供所需要的生物信息學知識和技能，但是在教學內容安排、教學方法設計、教學手段使用和教學效果評價等諸多環節都需要進一步探討。在這個過程中，我們既需要吸收傳統教學模式中的優點和精髓，做到嚴謹和切合實際，又需要更新教學理念，突出醫學特色，大膽嘗試新的教學方法和手段，最終形成本課程別具一格的教學特色。

　　作者:倫永志 單位:大連大學

　　參考文獻

　　[1]李曦，顏晗.淺談醫學研究生的生物信息學教學[J].亞太教育，2015，28（2）：112+111.

　　[2]李霞，雷健波.生物信息學（第二版）[M].北京：人民衛生出版社，2015：1-11.