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1、生物信息网络资源在医学院校计算机教学中的应用探讨谢月辉1 孟照辉2*（1.昆明医学院基础医学院计算机教研室；2.昆明医学院第一附属医院心内科分子心血管 病研究室 云南昆明 650031) 摘摘 要：要：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。关键词：关键词：生物信息学 网络资源 计算机教学 改革 自主学习基金项目：基金项目：国家自然科学基金资助项目(30
2、860278，81160025)；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：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。一、 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
3、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、处理和分析等服务。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。、生物信息网络资源在计算机教学中应用的意义使医学院校计
4、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
5、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。、 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
6、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。二、 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
7、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：、 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
8、习计划：（1）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）；（2）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）。（3）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。、 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
9、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： 1)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；2)给出常用网址：包括常用数据库、文献和应用软件等；3）查询结果：指导学生如何从中获取所需信息数据；4）. 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；5）教师作出评价。、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
10、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官方全名、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 http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/gene 网址演示如何获取该基因 NCBI 官方全名、基因序列号及蛋白质序列号、开放阅读框，
11、并给出相关答案如PYCR1 NCBI Reference Sequence（基因序列号）：NM_006907.2; PYCR1 NCBI Reference Sequence（蛋白质序列号）：NP_008838.2等；通过http:/searchlauncher.bcm.tmc.edu/seq-util/seq-util.html网址查询该基因的酶切位点；通过http:/www.expasy.org查询该蛋白质的分子量及等电点。问题 2： 给出 10 篇近 5 年来关于 PYCR1 研究进展的有代表性论文。教师将通过 http:/www.ncbi.nlm.nih.gov 网址演示如何使用Pub
12、Med文献库。问题 3： 给出 PYCR1 的同源基因。教师将利用问题 1 中获得的 PYCR1 序列，通过http:/blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi网址演示如何使用 BLAST 进行数据库搜索获得同源基因。在指导学习过程中，先由教师讲解演示，然后再让学生完成，举一反三，从而熟悉整个操作流程，理解掌握实验的目的和意义。通过自主学习及各种范例的上机实验，学生已经初步了解生物信息学的主要内容以及生物信息学在生命科学和医学临床科研实验中的应用，并能利用生物信息网络资源解决常见的基础问题，提高了分析和解决问题的能力，为今后的学习、发展及开展相关研究打下了一定的基础。
13、、考核根据学生掌握的生物信息学相关知识，给出相关命题，不但考核学生对基本知识的掌握情况，还要考核他们跟踪最新前沿研究信息的能力。例如，可给出如下的命题，要求学生一周内提交：1)查询人体 PYCR2 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。2)目前关于冠心病介入治疗中 SNYTAX 研究的最新进展及相关应用软件使用的简要说明；3)描述甲型 HINI 病毒的基因特点及其中的重要蛋白质。三、 讨论生物信息学教学内容穿插在计算机教学过程中进行，主要通过实验课和自主学习完成。整个教学占用 3-5 个实验课时，用于教师边讲解边演示，可分 1 次或多次进行
14、，基本不占用理论学时（只需用 10 分钟左右时间给学生提出学习计划） 。教学内容可根据计算机学科的学时数以及学生的专业、实际情况及兴趣爱好进行增减。教学老师必须具有一定的生物信息学知识，需要增加投入教学的精力和备课量，对教师的知识结构及教学水平提出了较高的要求。在教学过程中，教师由知识的传授者转变为教学活动的指导者和组织者，学生则由知识的被动接受者转变为知识的主动发现者和探究者。教师可以根据学生的学习情况，做进一步的辅导，帮助他们设计研究课题，并择优推荐进入分子生物学实验室。我们已在部分本科生及硕士研究生中进行该教学方法的尝试，大部分学生能较快掌握数据库使用的方法，暴露的问题是医学专业英语及分
15、子生物学知识的掌握程度是影响数据文献分析整理的重要因素。【参考文献参考文献】 1 刘向兵,李立国. 高等学校实施战略管理的理论探讨J. 科技信息. 2010(23) 2 祁顺生. 以价值为基础的要素与企业关于价值均衡的理论探讨J. 经济研究. http:/ .2001(02) 3 张振川. 现代企业风险价值管理问题探讨J. 会计研究. 2004(03) 4 汤谷良,林长泉. 打造 VBM 框架下的价值型财务管理模式J. 会计研究. 2003(12) 5 胡笑寒,万迪昉. 战略控制方法与管理控制方法的比较及发展研究J. 广东科技. http:/ 2003(04) 6 何有缘,侯兰,任洪斌. 信息沟通中经理人应遵循的“531”策略J. 中国农业大学学 报(社会科学版). http:/ .2002(04) 7 刘萍. 从经济学角度分析公允价值与市场价值J. 中国注册会计师. 2002(12) 8 德国胜. 提高变电站电力系统自动化的技术途径探讨J. 黑龙江科技信息. 2010(36) 9 王春美,闫彩英. 浅谈企业文化建设的价值取向J. 生产力研究. 2001(06) 10 袁改莲,芦震. 220kV 小店变电站 2 号主变差动保护跳闸的事故分析J. 科技情报 开发与经济.http:/www.xtd- 2010(33) 11 周雯,邢建武. 新经济时期
