張靖楠 黃進勇 張廣娜

摘要：遺傳學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，已廣泛地被國內(nèi)各類院校列為生物類專業(yè)的必修課。生物信息學(xué)專業(yè)在國內(nèi)起步較晚，鑒于其專業(yè)性質(zhì)及培養(yǎng)目標(biāo)的特點，面向該專業(yè)學(xué)生的《遺傳學(xué)》課程應(yīng)在知識體系、內(nèi)容側(cè)重點設(shè)置以及教學(xué)方法等方面，區(qū)別于其他傳統(tǒng)生物學(xué)專業(yè)。本文從教學(xué)實踐出發(fā)，就合理優(yōu)化生物信息學(xué)專業(yè)《遺傳學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法提出了一些見解，以適應(yīng)該專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 遺傳學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)內(nèi)容

遺傳學(xué)（Genetics）是研究自然界中生物的遺傳和變異規(guī)律的科學(xué)，是生命科學(xué)領(lǐng)域中最為重要和基礎(chǔ)的學(xué)科之一。它也是生物科學(xué)中一門最具活力，發(fā)展最迅速的理論科學(xué)，又是一門緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際的基礎(chǔ)應(yīng)用科學(xué)，對探索生命起源和本質(zhì)，推動整個生物科學(xué)的發(fā)展起著巨大的作用。因此，遺傳學(xué)作為生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要主干課程，在教學(xué)中起著舉足輕重的作用。

一、生物信息學(xué)專業(yè)開設(shè)遺傳學(xué)的必要性

20世紀(jì)80年代末，由分子生物學(xué)、計算機科學(xué)以及信息技術(shù)等學(xué)科的交叉和結(jié)合產(chǎn)生了生物信息學(xué)（Bioinformatics），它是基于分子生物學(xué)與多種學(xué)科交叉，以計算機為工具對生物相關(guān)信息進行儲存、檢索和分析的科學(xué)，是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一。近20年，特別是隨著人類基因組計劃（human genome project，HGP）不斷拓進，生物信息學(xué)作為跨越和融合生命科學(xué)與信息技術(shù)的新興學(xué)科已成為生命科學(xué)核心領(lǐng)域和最具活力的前沿領(lǐng)域之一。生物信息學(xué)專業(yè)應(yīng)運而生。國內(nèi)單獨設(shè)立生物信息學(xué)本科專業(yè)的高校較少，且普遍較晚。

遺傳學(xué)與生物信息學(xué)兩個學(xué)科之間關(guān)系密切。有國內(nèi)學(xué)者利用美國《科學(xué)引文索引》（SCI）數(shù)據(jù)庫web of science，運用文獻計量學(xué)方法對8種權(quán)威生物信息學(xué)期刊2001年至2010年于2011年1月15日之前上傳至wed of science的全部文獻進行統(tǒng)計及分析。對施引文獻按跨學(xué)科強度排列的結(jié)果顯示，遺傳學(xué)及基因與生物信息學(xué)跨學(xué)科文章發(fā)表量居第二位，僅次于生物化學(xué)與分子生物學(xué)。這說明，生物信息學(xué)與遺傳學(xué)直接的跨學(xué)科研究較多，二者交叉學(xué)科的發(fā)展關(guān)系密切。因此，生物信息學(xué)專業(yè)開設(shè)《遺傳學(xué)》課程十分必要。

二、遺傳學(xué)教學(xué)中存在的問題

多年來，不同專業(yè)的《遺傳學(xué)》課程的教學(xué)過程中涌現(xiàn)出一些共性問題，這些問題在生物信息學(xué)本科專業(yè)的教學(xué)過程中也存在。一是，學(xué)科拓展深化與課時壓縮之間的矛盾。隨著遺傳學(xué)研究范疇的不斷拓展，新的學(xué)科分支相繼涌現(xiàn)，信息量逐步擴增，待教授內(nèi)容逐漸增加且顯得零散。但隨著大學(xué)素質(zhì)教育改革的進行，更多新的選修課、實驗課被引入，遺傳學(xué)理論課時被壓縮，課時減少與內(nèi)容增多的矛盾日益突顯。二是，遺傳學(xué)與其他課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與組織易重復(fù)。學(xué)科交叉為科研工作提供源源不斷的動力，但在教學(xué)工作中學(xué)科滲透也造成教學(xué)內(nèi)容重疊，基礎(chǔ)和關(guān)緊技術(shù)重復(fù)教學(xué)的問題。例如，分子遺傳學(xué)是遺傳學(xué)重要組成部分，是目前遺傳學(xué)研究的重點和熱點，與生物信息學(xué)關(guān)系最為緊密，它包括的遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，基因的調(diào)控，基因重組等內(nèi)容也在基因工程、分子生物學(xué)、細胞學(xué)等課程中作為講授重點。如何利用有限的理論課時，合理安排教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率值得思考。

與此同時，生物信息學(xué)作為比較新的本科專業(yè)，開設(shè)各課程之間的銜接問題也比較突出。生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生在大二開始全面生命科學(xué)和信息技術(shù)相關(guān)程學(xué)習(xí)。在理論知識在實際中如何應(yīng)用缺乏概念，學(xué)生達不到共鳴，這也是生物信息學(xué)專業(yè)低年級學(xué)生面臨的通病。遺傳學(xué)課程安排在大學(xué)二年級上學(xué)期講授，對于剛剛接觸專業(yè)課程的學(xué)生而言本來就陌生，而且信息技術(shù)和生命科學(xué)相關(guān)課程獨立講授，二者貌似是兩條平行線，怎樣相交碰撞出火花，對于學(xué)生來說很難結(jié)合，必須由任課老師在授課過程中充分引導(dǎo)。傳統(tǒng)的《遺傳學(xué)》課程教學(xué)注重以雜交分析為主的經(jīng)典遺傳學(xué)理論的講解，很大篇幅集中在三大定律（分離定律、自由組合定律以及連鎖和互換定律）的教授上。遺傳學(xué)課程教學(xué)重點集中在經(jīng)典遺傳學(xué)定律，經(jīng)典案例跟不上學(xué)科發(fā)展。這個問題已經(jīng)被一線教育工作者認知。

綜上，由于學(xué)科本身發(fā)展迅速，涵蓋知識范圍越來越廣，課時壓縮等原因，容易讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對該課程產(chǎn)生“內(nèi)容太發(fā)散”“課時進程快”“知識跨越大”等認識，不利于課程的學(xué)習(xí)。由此可能造成，內(nèi)容廣泛且繁雜“抽象且深奧”枯燥無味，容易讓學(xué)生覺得難或者枯燥。學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高。因此，在教學(xué)實踐中，針對不同專業(yè)性質(zhì)和培養(yǎng)目標(biāo)存在的差異，不同專業(yè)《遺傳學(xué)》課程教學(xué)應(yīng)在知識體系、內(nèi)容側(cè)重點、教學(xué)方法等方面在各專業(yè)間有所區(qū)分。特別是生物信息學(xué)這種學(xué)科交叉性強的專業(yè)，如何實施該專業(yè)本科生遺傳學(xué)的教學(xué)，以達到即符合本科教學(xué)難易程度的要求，又被大多數(shù)同學(xué)接受，同時能符合生物信息學(xué)學(xué)科自身特點，需要在教學(xué)過程中逐步的探索與實踐。本文將結(jié)合資深授課教師經(jīng)驗及筆者生物信息學(xué)本科專業(yè)《遺傳學(xué)》教學(xué)經(jīng)歷對這一問題進行闡述。

三、教學(xué)過程中的探討與實踐

1.制定具有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容

（1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注專業(yè)需求

生物信息學(xué)專業(yè)的課程教學(xué)中，遺傳學(xué)相關(guān)知識是需要講授的重點。傳統(tǒng)遺傳學(xué)課程教學(xué)將重點內(nèi)容集中于經(jīng)典遺傳學(xué)定律及其相關(guān)知識的講授，其優(yōu)點在于能夠幫助學(xué)生打牢遺傳學(xué)知識基礎(chǔ)，缺點在于教學(xué)內(nèi)容過于單一，沒有包含遺傳學(xué)重要分支的最新知識，無法與當(dāng)前的研究熱點聯(lián)系起來，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。隨著國際遺傳學(xué)研究的深入，分子遺傳學(xué)和群體遺傳學(xué)得到長足發(fā)展，極大地豐富了遺傳學(xué)的知識體系。為了緊跟國際研究前沿，國內(nèi)許多高校對遺傳學(xué)課程進行了教學(xué)改革，在經(jīng)典遺傳學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)上，紛紛加入了分子和群體遺傳學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)開展更深入的專業(yè)研究和學(xué)習(xí)奠定了良好的知識基礎(chǔ)。為了幫助學(xué)生對遺傳學(xué)知識體系形成全面而系統(tǒng)的認識，結(jié)合生物信息學(xué)專業(yè)特點，在教學(xué)設(shè)計時借鑒了以“遺傳信息”為主線的教學(xué)思想，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了“經(jīng)典”“分子”和“群體”三類主體遺傳學(xué)內(nèi)容。在現(xiàn)實教學(xué)中，受遺傳學(xué)課時限制，對所有遺傳學(xué)知識點進行了梳理和必要的刪減，既把握三種遺傳學(xué)知識的內(nèi)在聯(lián)系，做好各部分知識的教學(xué)銜接，同時注意區(qū)分三者的不同，突出教學(xué)重點，做到“主題鮮明，重點突出，點面結(jié)合，結(jié)構(gòu)清晰”，使學(xué)生在掌握經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識的同時了解最新的遺傳學(xué)研究進展。

（2）生物信息學(xué)專業(yè)遺傳學(xué)課程與其他課程的銜接

遺傳學(xué)是研究生物遺傳和變異的科學(xué)，以遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能為研究對象，是生命科學(xué)的主干。因此，與其他學(xué)科在內(nèi)容上有交叉或重疊無法避免。同中求異，突出遺傳學(xué)的特色，是教學(xué)中值得研究的問題。遺傳物質(zhì)的本質(zhì)、染色體畸變、基因突變、遺傳調(diào)控等章節(jié)與微生物學(xué)、細胞生物學(xué)、生物化學(xué)內(nèi)容重復(fù)較多，可以強調(diào)知識結(jié)構(gòu)的完整性，淡化這些內(nèi)容的分子結(jié)構(gòu)和生化過程的講解。例如，結(jié)合孟德爾定律和摩爾根定律案例，著重從染色體和基因角度切入，增強遺傳學(xué)色彩，同時對其他課程起到提綱挈領(lǐng)的作用。

（3）結(jié)合生物信息學(xué)，引入最新研究成果，體現(xiàn)前沿性

在處理好學(xué)科銜接之后，還需要關(guān)注的就是內(nèi)容與生物信息學(xué)的結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，最想了解的莫過于，這門課程與我的專業(yè)有什么聯(lián)系？因此，在講授內(nèi)容中加入生物信息學(xué)手段解決遺傳學(xué)問題的新成果既體現(xiàn)前沿性，又能提高遺傳學(xué)課程的專業(yè)針對性。教師平時要多注意積累教學(xué)素材，對于現(xiàn)階段比較熱點且與生物信息學(xué)相關(guān)的、應(yīng)用性強的問題，要在課程基礎(chǔ)知識講授后，進行一定拓展。例如，在講授基因定位和遺傳圖繪制時，引入用EST進行基因定位及遺傳圖譜繪制等內(nèi)容；在講到遺傳家譜時，引入通過對患病群體或家系進行外顯子組測序分析，對小家系孟德爾遺傳病的致病基因進行鑒別和定位的例子。通過引入生物信息學(xué)教學(xué)例子，不僅可以使學(xué)生加深對遺傳學(xué)知識的理解，還可幫助學(xué)生了解生物信息學(xué)最新進展，激發(fā)對后續(xù)生物信息學(xué)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣。

2.教學(xué)方法多樣化，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

遺傳學(xué)教學(xué)內(nèi)容繁雜、理論性強，不易理解。為了提高教學(xué)效果，在教學(xué)模式上必須變“以教師為主體”為“以學(xué)生為主體”，注重采用靈活多樣的教學(xué)方法和手段，開展多媒體教學(xué)、案例教學(xué)和研討教學(xué)等，將傳統(tǒng)抽象、枯燥的說教式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w、生動的參與式教學(xué)，增強教與學(xué)的雙向互動。

（1）多媒體教學(xué)方式

計算機多媒體輔助教學(xué)改變了傳統(tǒng)的黑板加粉筆，以教師為中心灌輸式教學(xué)模式。多媒體通過實時可交互的多維動畫及圖像展示，可以增強教學(xué)內(nèi)容的展示效果，提高課堂教學(xué)的信息量和容積率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對枯燥晦澀知識點的理解，提高教學(xué)效率。充分利用多媒體課件的超文本功能、交互功能、網(wǎng)絡(luò)功能的優(yōu)勢，比如Holliday模型是分子水平上關(guān)于遺傳重組機制的重要模型，很好解釋了基因轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。在講到Holliday模型時，為了讓學(xué)生直觀了解單鏈交換重接及分支移動后的Holliday交叉旋轉(zhuǎn)180度形成Holliday異構(gòu)體的過程，采用了動畫、圖片、電子板書相結(jié)合的方式，很容易讓學(xué)生理解空間旋轉(zhuǎn)互換的過程，以及基因轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的原因等較難理解的知識點，反響較好。此外，聲音、視頻、動畫、圖片等便于學(xué)生拆解枯燥內(nèi)容。

（2）案例教學(xué)

案例教學(xué)是一種創(chuàng)新型的教學(xué)方式，主要通過開放課堂、增強互動，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。案例教學(xué)需要結(jié)合本課程的專業(yè)理論知識，著眼于達成課程教學(xué)目的，編寫和準(zhǔn)備基于一定事實且具有一定場景的教學(xué)案例，這些教學(xué)案例要能夠啟發(fā)學(xué)生的思考，促進學(xué)生將從外部學(xué)習(xí)的知識吸收轉(zhuǎn)化內(nèi)在的專業(yè)素養(yǎng)和能力。在教學(xué)實踐中，教學(xué)案例是“教”與“學(xué)”互動的橋梁和紐帶，使枯燥乏味的學(xué)習(xí)過程變得活潑有趣；“教”不是告訴學(xué)生怎么去做，而是啟發(fā)學(xué)生如何去思考，對學(xué)生針對案例問題提出的解決思路進行引導(dǎo)和評價，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新性思考，找到最優(yōu)的問題解決方法；“學(xué)”不是被動的接受，而是主動的思考和創(chuàng)造，通過與他人而不僅僅是老師進行互動和交流，加深對知識的理解，培養(yǎng)解決實際問題的能力。

案例教學(xué)的核心是精心設(shè)計教學(xué)案例，將知識內(nèi)化在符合實際又富于想象的故事情景中，使得學(xué)生通過身臨其境將抽象的理論知識具體化，學(xué)會如何用概念性和原理性知識在實際工作和研究中解決問題，進而加深對特定原理和概念內(nèi)涵的理解。在教學(xué)實踐中，先以典型案例提高學(xué)生興趣，把抽象的東西具體化，讓學(xué)生變被動接受為主動思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲。注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和解決問題的能力。通過案例的分析，深化學(xué)生對基本原理、基本概念的理解。案例教學(xué)能很好地啟發(fā)學(xué)生進行自主思考，對于理論性較強，比較枯燥的內(nèi)容，通過案例式教學(xué)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。所舉案例應(yīng)具有針對性，要考慮案例產(chǎn)生的時間、背景和條件，要貼近生活，耳熟能詳，與時俱進。在處理問題的同時，獲取知識。進行案例教學(xué)過程中，要注重與學(xué)生的互動。圍繞教學(xué)目的，選擇合適案例，進行啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動學(xué)生參與性。教師不能一味平鋪直敘的講案例，還要注意學(xué)生的參與度。只有學(xué)生和教師共同參與，才能達到預(yù)期教學(xué)效果。

（3）以學(xué)生為主體的教學(xué)

以往課程中，往往針對經(jīng)典類型習(xí)題進行講解，參考“標(biāo)準(zhǔn)答案”。在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這樣往往造成學(xué)生思想禁錮，學(xué)科交融性不夠。特別是對于生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，傳統(tǒng)習(xí)題課或者討論課，沒有實用效果。習(xí)題課及討論課應(yīng)注重實用性，關(guān)注遺傳學(xué)與生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展與融合，設(shè)置開放性答案，突出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的應(yīng)用能力。

課堂教學(xué)不僅要“授業(yè)”，更要“傳道”，即培養(yǎng)學(xué)生如何學(xué)習(xí)和如何思維。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認知水平，研究、討論、交流式的教學(xué)模式的引入，有助于調(diào)動學(xué)生積極性。采用專題自學(xué)，規(guī)定材料與學(xué)生自學(xué)有機的結(jié)合起來，開展研討，充分體現(xiàn)學(xué)生觀點。同時，教師只起到點評引導(dǎo)作用，能培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、分析問題、創(chuàng)造性的解決問題的能力，有利于學(xué)生形成科研創(chuàng)新意識。教師如何正確引導(dǎo)是開展研討式教學(xué)的重點。首先，應(yīng)明確課程在相關(guān)領(lǐng)域中的作用和地位，了解課程的教學(xué)內(nèi)容，選擇課程中適合研討的內(nèi)容，并將研究與討論貫穿教學(xué)的全過程。在選擇題目時，要考慮專業(yè)相關(guān)程度及考慮不同學(xué)生層次的需求，考慮學(xué)生個體間的差異，難度適宜。

四、結(jié)語

生物信息學(xué)本科專業(yè)遺傳學(xué)的教學(xué)，以孟德爾定律為基礎(chǔ)，分析遺傳物質(zhì)的存在形式、傳遞、保存及變化，課程脈絡(luò)更加清晰，通過案例教學(xué)的等教學(xué)模式，激發(fā)興趣，并有利于與后續(xù)課程連接，在實踐教學(xué)中體現(xiàn)了比較好的教學(xué)效果。因為生物信息學(xué)專業(yè)的需求與傳統(tǒng)生物專業(yè)有差異，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點不同這給教師備課增加了難度。同時，在期末考核時，由于講授側(cè)重點不同，考試側(cè)重點也應(yīng)有所區(qū)別，在師資允許的前提下，引入小班教學(xué)，有利于教學(xué)側(cè)重點突出。后續(xù)課程如果設(shè)置分子遺傳學(xué)，將使知識體系更加完整。

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