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【關(guān)鍵詞】探究性學(xué)習(xí);心理健康;社會(huì)適應(yīng)
當(dāng)今社會(huì),學(xué)生的心理健康和社會(huì)適應(yīng)健康是學(xué)校教育關(guān)注的熱點(diǎn)之一。那么,在生物課堂上該如何實(shí)施這方面的教育?筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中通過倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)來完成。“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”是生物課程的基本理念之一,開展探究性學(xué)習(xí),不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的多種能力,而且,探究性學(xué)習(xí)還是健康教育很好的方式,在探究性學(xué)習(xí)所營(yíng)造的課堂氛圍下,學(xué)生的心理健康和社會(huì)適應(yīng)健康水平都可以得到提高。
一、合理設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng),指導(dǎo)學(xué)生開展生物探究性學(xué)習(xí)
教學(xué)設(shè)計(jì)必須強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位,重視學(xué)生的主體心理需求,教學(xué)要適應(yīng)和促進(jìn)學(xué)生的心理發(fā)展。因此教師要深入分析和挖掘教材的多重價(jià)值,從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)中取材,靈活有效的處理教材內(nèi)容,并對(duì)探究性學(xué)習(xí)做好充分的課前準(zhǔn)備和問題設(shè)計(jì)。
如在教學(xué)《生物的變異》一節(jié)時(shí),為了探究變異的原因,教師設(shè)計(jì)了三個(gè)問題讓學(xué)生思考:1.同一品種的小麥種在不同的麥田里,麥穗有大有小,產(chǎn)生大穗、小穗的原因是什么?2.假如你是一位育種專家,你將如何證明這些差異是由于環(huán)境影響還是由于基因的組成發(fā)生變化引起的呢?3.如果是由基因組成發(fā)生變化引起的變異,將表現(xiàn)為小穗的種子繼續(xù)種在土壤條件好的田里,同學(xué)們可以推測(cè)一下,后代表現(xiàn)又會(huì)是什么?為什么?由于問題的設(shè)計(jì)和學(xué)生的生活密切相關(guān),學(xué)生表現(xiàn)的興趣盎然,在討論過程中,他們認(rèn)知過程中產(chǎn)生的矛盾不斷碰撞,在獲取了知識(shí)的同時(shí)也促進(jìn)了他們的心理發(fā)展水平。
二、開展生物探究性學(xué)習(xí),促進(jìn)學(xué)生智力發(fā)展
智力是心理健康最基本的組成部分,而人的智力和能力是在解決問題的過程中發(fā)展起來的。探究性學(xué)習(xí)的過程就是解決問題的過程。在探究性學(xué)習(xí)中,學(xué)生要自己去發(fā)現(xiàn)問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),要自己去尋找問題的答案。在這樣的過程中,學(xué)生的思維要經(jīng)受多次的碰撞,學(xué)生的智力要接受極大的挑戰(zhàn),而經(jīng)過這樣的碰撞和挑戰(zhàn),學(xué)生的觀察力、分辨力、注意力、思維力、創(chuàng)造力就得到了發(fā)展。
如在教學(xué)《種子的萌發(fā)》一節(jié)時(shí),我首先請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn),談一談種子萌發(fā)可能需要哪些外界條件,以此激勵(lì)學(xué)生積極動(dòng)腦,并提出要探究的問題。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)或參照課本提供的資料作出假設(shè),提出:“種子萌發(fā)所需外界條件可能有:水分、土壤、陽(yáng)光、溫度、空氣、肥料等。”之后教師向?qū)W生質(zhì)疑:“哪些是種子萌發(fā)的必要條件呢?”引導(dǎo)學(xué)生分析排除“肥料”這個(gè)因素(因?yàn)榉N子本身有貯存養(yǎng)料的結(jié)構(gòu),種子的萌發(fā)不需要肥料。)進(jìn)而學(xué)生作出假設(shè):“水、陽(yáng)光、空氣、土壤、適宜的溫度可能是種子萌發(fā)的必要條件。”那么假設(shè)是否成立,需要用實(shí)驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)。而做實(shí)驗(yàn)以前,還要有一個(gè)完善的試驗(yàn)計(jì)劃……通過以上的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué),不但可以解決本節(jié)實(shí)驗(yàn)探究過程中的問題,并使學(xué)生在觀察、操作、分析、提出問題,預(yù)設(shè)問題的結(jié)果、解決問題等方面都能得到很大的提高。
另外,探究性學(xué)習(xí)所營(yíng)造的課堂氛圍有利于學(xué)生產(chǎn)生良好的情緒,使學(xué)生不必?fù)?dān)心動(dòng)輒得咎,敢于在課堂上“冒險(xiǎn)”和“犯錯(cuò)誤”。當(dāng)學(xué)生沉浸在智力高度緊張、情緒異常愉悅的氛圍中時(shí),蘊(yùn)藏的心智潛能就得到了開發(fā)。
三、開展生物探究性學(xué)習(xí),促進(jìn)學(xué)生社會(huì)適應(yīng)健康發(fā)展
在傳統(tǒng)接受式的課堂上,人與人之間好像有堵無形的墻,各自獨(dú)立存在,缺少人際交往。不存在人際交往,就不存在社會(huì)關(guān)系,也就無法促進(jìn)社會(huì)適應(yīng)健康。
探究性學(xué)習(xí)一般以小組為單位,并且包含全班范圍內(nèi)的交流與討論活動(dòng),需要學(xué)生“在合作中競(jìng)爭(zhēng),在競(jìng)爭(zhēng)中合作”,這使得處在探究性學(xué)習(xí)中的人,不得不暫時(shí)放棄獨(dú)立,走進(jìn)關(guān)系世界。學(xué)會(huì)與他人合作;需要與他人交流;遵守共同的行為規(guī)則。在探究性的課堂上,學(xué)生要體驗(yàn)著由服從、沉默、反抗、競(jìng)爭(zhēng)、合作、展示、成功、失敗等帶來的酸甜苦辣、喜怒哀樂,要進(jìn)行著由互助、認(rèn)同、接納、質(zhì)疑、反駁、評(píng)價(jià)等帶來的交往與合作。因此,探究性學(xué)習(xí)中,存在著復(fù)雜的人際交往互動(dòng)關(guān)系,如個(gè)人與集體、競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作、求勝欲望與規(guī)則的限制等,而在對(duì)這些關(guān)系處理的過程中,人的社會(huì)適應(yīng)能力就得到了培養(yǎng)。
總之,為了促進(jìn)生物探究性學(xué)習(xí),在教學(xué)過程中,教師必須俯下身子,學(xué)會(huì)傾聽,學(xué)會(huì)關(guān)注,把注意力主要放在學(xué)生身上,要學(xué)會(huì)及時(shí)作出合適應(yīng)答,通過多向交互作用,促進(jìn)學(xué)生的心理健康和社會(huì)適應(yīng)健康。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞:生物信息學(xué);課堂研討;案例分析
作者簡(jiǎn)介:劉偉(1979-),女,遼寧鐵嶺人,國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,講師;張紀(jì)陽(yáng)(1979-),男,湖南泌陽(yáng)人,國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,講師。(湖南?長(zhǎng)沙?410073)
中圖分類號(hào):G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A?????文章編號(hào):1007-0079(2012)23-0060-02
21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì),生物技術(shù)飛速發(fā)展,生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科,旨在用信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才,大力發(fā)展交叉學(xué)科,國(guó)防科技大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我校”)近年來面向全校理工科研究生開設(shè)了“生物信息學(xué)”選修課程。
“生物信息學(xué)”作為新興的交叉學(xué)科,具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點(diǎn)。[1]融合性是指生物信息學(xué)涉及的生物、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉與融合。從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在,該學(xué)科發(fā)展非常迅速,研究熱點(diǎn)發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學(xué)科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點(diǎn)一方面為課堂教學(xué)提供了大量的主題和素材,一方面也對(duì)授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認(rèn)真分析,選定研討式教學(xué)作為該課程的主要授課方式。研討式教學(xué)即研究討論式教學(xué),是將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程。[2]在教師的具體指導(dǎo)下,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,通過自我學(xué)習(xí)、自我教育、自我提高來獲取知識(shí)和強(qiáng)化能力培養(yǎng)。[3]通過確立教學(xué)目標(biāo),精心設(shè)計(jì)和組織教學(xué)內(nèi)容,在實(shí)踐中貫徹研討式教學(xué)理念和方法,在生物信息學(xué)課程中對(duì)研討式教學(xué)模式進(jìn)行了理論探索和實(shí)踐創(chuàng)新。
一、教學(xué)目標(biāo)的確立
合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ),其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對(duì)象的實(shí)際情況。首先,教學(xué)對(duì)象是研究生,已具備一定的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識(shí),而且要講解基本的研究方法,讓學(xué)生具備獨(dú)立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次,作為軍校學(xué)生,以后從事的工作可能涉及很多學(xué)科方向,展現(xiàn)如何針對(duì)一門新的學(xué)科方向進(jìn)行研究的整體思路顯得很有意義。最后,考慮到學(xué)生不同的知識(shí)背景,對(duì)于各部分內(nèi)容的理解程度不同,必須兼顧不同的專業(yè)方向,讓每個(gè)學(xué)生都能有所收獲。因此,確立教學(xué)目標(biāo)為:介紹生物信息學(xué)的基本概念和方法,通過案例分析展現(xiàn)科學(xué)研究的基本方法和實(shí)踐過程。
二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和組織
1.教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計(jì)
確定了教學(xué)目標(biāo)之后,需要對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。參考國(guó)內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置,如北京大學(xué)的“生物信息學(xué)導(dǎo)論”、中科大的“生物信息學(xué)”、中科院的“生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等,發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對(duì)生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè),側(cè)重于方法學(xué)介紹。而我校學(xué)生大部分是工科背景,對(duì)于統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法有一定基礎(chǔ),重點(diǎn)是了解相關(guān)的生物學(xué)問題,并應(yīng)用已有的工科知識(shí)去分析和解決這些問題。同時(shí),隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展,研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,有必要展現(xiàn)該學(xué)科的最新進(jìn)展。
因此,課程內(nèi)容總體設(shè)計(jì)上以生物學(xué)問題為主線,結(jié)合最新的研究成果,對(duì)各種計(jì)算方法的應(yīng)用過程進(jìn)行深入和細(xì)致的講解。在介紹生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀和生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)之后,分多個(gè)專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進(jìn)展,各專題在內(nèi)容上相互銜接,由淺入深,以便學(xué)生理解和接受。以問題為導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)對(duì)于啟發(fā)學(xué)生思考,積極參與課堂研討具有重要作用。
進(jìn)一步,為了突出部分重點(diǎn)專題及其分析方法,采用案例分析課的形式,針對(duì)一些重要問題進(jìn)行深入探討。鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí),結(jié)合自身的專業(yè)背景,通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題,一方面介紹已有的研究成果,一方面結(jié)合教師的研究體會(huì),通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學(xué)生更多地參與課堂研討,對(duì)于知識(shí)的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會(huì)。
2.教學(xué)內(nèi)容的組織
研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,鼓勵(lì)學(xué)生踴躍地參與課堂討論,提出自己的觀點(diǎn)。通過集中備課,學(xué)習(xí)和吸取老教師的成功經(jīng)驗(yàn),總結(jié)調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的基本要素,對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的組織和編排。
(1)重點(diǎn)突出,詳略得當(dāng)。由于生物信息學(xué)涵蓋內(nèi)容非常豐富,有必要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行取舍,在保證知識(shí)面的基礎(chǔ)上,突出授課的重點(diǎn)。減少或刪除重要性較低的部分,采用圖片和動(dòng)畫等形式對(duì)重要的知識(shí)點(diǎn)加以強(qiáng)調(diào),以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容理解透徹,才能激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣,積極參與課堂研討,碰撞出智慧的火花。
(2)新穎有趣,實(shí)例豐富。在課程內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)知識(shí)性和趣味性,以豐富的實(shí)例展現(xiàn)生物信息學(xué)中基本的概念和方法。學(xué)生往往關(guān)注與日常生活休戚相關(guān)的內(nèi)容,期望能用所學(xué)知識(shí)解釋常見現(xiàn)象,因此實(shí)例選擇應(yīng)貼近生活體驗(yàn)。課件中準(zhǔn)備了大量的實(shí)例,例如,在講完構(gòu)建進(jìn)化樹之后,舉例說明為什么人類的祖先是從非洲走出來的;在生物代謝一章,通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性;在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分,討論為什么濕著頭發(fā)睡覺,頭發(fā)容易變翹。通過實(shí)例分析,增加學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解和參與課堂研討的積極性。
[關(guān)鍵詞]生物信息學(xué);案例教學(xué);生物類專業(yè)
[中圖分類號(hào)]G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-6432(2014)48-0179-03
生物信息學(xué)是一門交叉科學(xué),它包含了生物信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面,綜合運(yùn)用生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等方法,闡述和理解數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。作為21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,生物信息學(xué)已成為介于生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)前沿的重要學(xué)科。實(shí)驗(yàn)室的每一項(xiàng)技術(shù),從簡(jiǎn)單的克隆、PCR到基因數(shù)據(jù)分析都需要在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。因此對(duì)生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言,具有一定程度的理解和應(yīng)用生物信息學(xué)技術(shù)的能力是十分必要的。而課程是為培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)的。這就要求教師在有限的授課時(shí)間內(nèi),使學(xué)生不僅掌握基本的理論知識(shí),緊跟科研的最新進(jìn)展,而且在今后的科研工作中能學(xué)以致用。
1 理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)手段
根據(jù)當(dāng)今生物信息學(xué)的發(fā)展方向,教師結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容增加綜合性、開放性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生循序漸進(jìn)地理解和掌握生物信息學(xué)的原理和方法,進(jìn)而運(yùn)用合適的生物信息學(xué)工具解決問題。本文以兩個(gè)案例解析這一教學(xué)過程。一是信息的簡(jiǎn)單檢索。在獲取生物信息的同時(shí),理解數(shù)據(jù)庫(kù)概念、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和bootstrap等算法;二是高通量測(cè)序的數(shù)據(jù)分析。在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和分析的同時(shí),掌握統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)知識(shí)。
1.1 生物信息的簡(jiǎn)單檢索
近一二十年,生物學(xué)數(shù)據(jù),尤其是序列數(shù)據(jù),以指數(shù)級(jí)的方式增長(zhǎng)。以GenBank的核酸數(shù)據(jù)庫(kù)為例,每12~20個(gè)月數(shù)據(jù)就翻一番,略高于Moore定律提供的參考數(shù)值。如何從這些海量數(shù)據(jù)中獲取想要的信息,已成為生物學(xué)專業(yè)學(xué)生必須掌握的技能之一。而如何正確獲取和應(yīng)用信息,則需要了解數(shù)據(jù)是如何被存儲(chǔ)、解析,以及背后隱藏的算法。因此圍繞正確挖掘數(shù)據(jù)信息這一主題,設(shè)計(jì)以下案例,通過4步展開教和學(xué)。
1.1.1 講解
基于大數(shù)據(jù)教師引申出數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)信息的概念。而后分類介紹常用的基因組數(shù)據(jù)庫(kù)、核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種常用復(fù)合數(shù)據(jù)庫(kù)。
1.1.2 演示
了解上述常用的數(shù)據(jù)庫(kù)之后,教師實(shí)例演示數(shù)據(jù)庫(kù)檢索。通過逐層提出問題,誘導(dǎo)學(xué)生思考如何利用上述不同的數(shù)據(jù)庫(kù)資源,一步一步挖掘所需的信息。例如,被測(cè)序的片段是哪個(gè)基因?該基因編碼的蛋白質(zhì)序列是什么?是否有保守的功能結(jié)構(gòu)域?在亞細(xì)胞的什么位置發(fā)揮什么功能?可能的三級(jí)結(jié)構(gòu)?和哪些蛋白或RNA存在可能的相互作用?它在進(jìn)化中又是如何演變的?
1.1.3 實(shí)踐
讓學(xué)生上機(jī)操作上述實(shí)例,體驗(yàn)各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的側(cè)重點(diǎn),并理解不同軟件不同參數(shù)的意義或差別。比如GenBank和Swissprot的側(cè)重點(diǎn),PAM-n和BLOSUM-n的選取。
1.1.4 成文
引導(dǎo)學(xué)生形成可重復(fù)計(jì)算的科學(xué)文檔。對(duì)每一個(gè)案例,教師展示常規(guī)性的文件組織形式:/data,/analysis,/scripts,/reference等。寫說明文檔的時(shí)候,要求學(xué)生記錄每一個(gè)分析步驟的所有細(xì)節(jié):數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)址、軟件的名稱、版本、輸入的文件、精確的運(yùn)行參數(shù)、結(jié)果的提取等。
通過這樣的案例教學(xué)模式,一是較好地將知識(shí)點(diǎn)融合串聯(lián)到教師講授和學(xué)生上機(jī)操作中。二是使學(xué)生不僅熟悉各種常見的數(shù)據(jù)庫(kù),而且理解數(shù)據(jù)庫(kù)中各個(gè)軟件及其參數(shù)的意義,遇到實(shí)際問題也不再束手無策。而教師也可以充分參與到學(xué)生的學(xué)習(xí)中,對(duì)學(xué)生上機(jī)操作過程中出現(xiàn)的一些主要理論與技能問題了如指掌。通過教―學(xué)―練―教―練,達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目的。三是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)建較好的文檔及其組織形式,形成科學(xué)研究的可重復(fù)性(replication)和可復(fù)現(xiàn)性(reproducibility)。不僅有利于追溯前因,而且對(duì)代碼的復(fù)用,以及對(duì)結(jié)果應(yīng)用于新項(xiàng)目都非常必要。
1.2 高通量測(cè)序數(shù)據(jù)的分析
隨著高通量測(cè)序技術(shù)的興起,大量物種的全基因組數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和其他類型數(shù)據(jù)被測(cè)定完成或正在進(jìn)行中,每天都有成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù)被源源不斷地輸入相應(yīng)的生物信息庫(kù)中。這些大規(guī)模數(shù)據(jù)的不斷產(chǎn)出,使得生物學(xué)專業(yè)學(xué)生掌握高通量數(shù)據(jù)分析技術(shù)已成為一種趨勢(shì)。因此,教師有必要將這部分內(nèi)容由理論講授過渡到上機(jī)操作。
1.2.1 介紹
教師以DNA測(cè)序技術(shù)發(fā)展為主線,理論介紹De Novo測(cè)序、ChIP-seq測(cè)序、RNA-seq測(cè)序、Methyl-seq測(cè)序等。并通過拍攝的錄像,向?qū)W生直觀地展示不同的測(cè)序儀及其特點(diǎn)。
1.2.2 演示
教師對(duì)整個(gè)分析過程進(jìn)行詳細(xì)的闡述并實(shí)時(shí)上機(jī)演示(下圖)。以轉(zhuǎn)錄組RNA-seq為例,包括測(cè)序質(zhì)量的評(píng)估(堿基組成和堿基質(zhì)量分析)、clean reads的篩選、利用TopHat/Bowtie將篩選出來的reads比對(duì)到參考轉(zhuǎn)錄本、統(tǒng)計(jì)reads在參考基因上的分布情況及覆蓋度,判斷比對(duì)結(jié)果是否通過第二次質(zhì)控、通過cuffmerge將重復(fù)測(cè)序得到的reads形成一致性轉(zhuǎn)錄本、基因結(jié)構(gòu)優(yōu)化、基因覆蓋度統(tǒng)計(jì)、使用cuffdiff篩選差異表達(dá)基因和鑒別可變剪切體、對(duì)結(jié)果基因進(jìn)行聚類分析、GO和pathway富集性分析。
1.2.3 實(shí)踐
讓學(xué)生分組討論并上機(jī)實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)分析流程。掌握基本的Linux命令、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和可視化分析。
1.2.4 成文
引導(dǎo)學(xué)生形成規(guī)范化文檔和腳本,以便回溯和可重復(fù)性使用。
高通量數(shù)據(jù)分析不僅涉及的知識(shí)點(diǎn)多,而且需要在Linux下進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作和軟件的使用。對(duì)生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說,容易造成心理上的抗拒。教師可以采用“分而食之”的策略:將教學(xué)內(nèi)容分成相對(duì)獨(dú)立完整又有一定聯(lián)系的幾個(gè)部分(下圖)。對(duì)于每部分內(nèi)容,教師利用已講解的相關(guān)知識(shí)給學(xué)生實(shí)時(shí)演示,并給出教師自己的理解和結(jié)果。然后把學(xué)生分組,讓他們根據(jù)自己的理解,帶著興趣和疑問上機(jī)實(shí)踐。并在上機(jī)操作過程中,鼓勵(lì)學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間及時(shí)討論交流。最后讓學(xué)生將所有內(nèi)容串聯(lián)起來,介紹本組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及解決辦法。通過這種方式能較明顯地消除心理顧慮,有助于學(xué)生獨(dú)立思考,獨(dú)立解決問題。
“RNA-seq數(shù)據(jù)分析”案例教學(xué)流程圖
2 以能力測(cè)試為中心的考核方式
對(duì)于生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言,生物信息學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。因此,教師采用以“能力測(cè)試”為中心,知識(shí)與技能考核并重的考核方式。以上述兩個(gè)案例為例,在期末考試中,教師將NCBI GEO中“(RNA-seq[Title])AND “Mus musculus”[porgn:__txid10090]”722個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),隨機(jī)分配給每個(gè)學(xué)生。要求每個(gè)學(xué)生對(duì)分配到的RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行差異表達(dá)分析,聚類分析和富集性分析。并選擇合適的基因,分析其保守的功能結(jié)構(gòu)域、亞細(xì)胞定位以及可能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能、可能結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子、相互作用的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)通路、構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)化樹。
學(xué)生對(duì)上述每一個(gè)小題從“知識(shí)點(diǎn)”、“參考資料”、“使用軟件或工具”、“參數(shù)”、“腳本”、“結(jié)果”分別答題,不僅非常有效地明確所學(xué)的內(nèi)容,而且很好地杜絕了作弊行為。
3 教學(xué)效果
為了解案例教學(xué)的效果,本課程案例教改活動(dòng)向2011級(jí)生物科學(xué)和免疫學(xué)專業(yè)學(xué)生QQ群發(fā)放電子問卷,共收回82份答卷,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表所示。從表中可以看出,案例教學(xué)模式使學(xué)生有較強(qiáng)的參與感,能較好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生對(duì)理論問題的認(rèn)識(shí)更為深刻。
4 結(jié) 論
案例教學(xué)基于具體的事例,將一系列的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地串聯(lián)起來,并通過實(shí)例操作達(dá)到學(xué)以致用的目的。從學(xué)生反饋意見可以看出,這種理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)模式,很好地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。考慮到有限的授課時(shí)間和不同學(xué)生的學(xué)習(xí)背景,作為教師需要設(shè)計(jì)合適的案例,從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。一般可以遵循以下原則。
4.1 具有代表性
所選的案例既要經(jīng)典又要緊跟科學(xué)前沿。比如第一個(gè)案例所蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、序列比對(duì)和系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建,在生物信息學(xué)中,屬于較經(jīng)典且核心的知識(shí)點(diǎn)。而第二個(gè)案例選擇的對(duì)象則與當(dāng)前的科研熱點(diǎn)緊密聯(lián)系。
4.2 具有偏向性
生物信息學(xué)本身是個(gè)交叉學(xué)科,涉及的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較多。面對(duì)生物類專業(yè)背景的學(xué)生,我們側(cè)重生物信息學(xué)方法或者工具(軟件)的應(yīng)用,而不是強(qiáng)調(diào)算法。比如第一個(gè)案例中系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建,我們只是以5條8bp長(zhǎng)的序列為例講解最小進(jìn)化法和鄰接法、最大簡(jiǎn)約法、最大似然法以及貝葉斯推斷,重點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)不同的數(shù)據(jù)適合采用上述哪些方法以及如何用Mega等軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)化樹的構(gòu)建。
4.3 先后案例有層次性
比如第一個(gè)案例中,學(xué)生掌握了Windows下的序列比對(duì)。對(duì)于第二個(gè)案例中Linux下的Bowtie就容易理解并操作。
4.4 具有拓展性
比如第一個(gè)案例中,在Windows的DOS下進(jìn)行批量序列比對(duì)時(shí),不同的參數(shù)設(shè)置,輸出不同的數(shù)據(jù)格式。第二個(gè)案例中,Bowtie最多允許3個(gè)錯(cuò)配,如果允許更多的錯(cuò)配數(shù),則可以采用SOAPaligner/ SOAP2實(shí)現(xiàn)。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力,選擇拓展性內(nèi)容進(jìn)行繼續(xù)學(xué)習(xí)。
4.5 良好的成文習(xí)慣
引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的文檔組織和書寫習(xí)慣。每一個(gè)案例,都要求學(xué)生形成可重復(fù)性和可復(fù)現(xiàn)性的文檔,對(duì)于整理分析思路、核實(shí)結(jié)果、重復(fù)使用代碼都起到事半功倍的效果。
生物信息學(xué)是現(xiàn)代生物科學(xué)研究的重要工具和載體。如何有效正確地應(yīng)用生物信息學(xué),是每一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)者需要具備的能力。教師應(yīng)緊跟學(xué)科發(fā)展的速度,圍繞學(xué)以致用的原則,將案例教學(xué)科學(xué)地、和諧地應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中,不僅使學(xué)生掌握一定的理論知識(shí),從而正確地應(yīng)用軟件工具,而且逐漸培養(yǎng)學(xué)生自我分析和解決問題的能力。
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一、會(huì)議征文
(1)原子光譜分析;(2)分子光譜分析;(3)色譜法與分離科學(xué);(4)電分析化學(xué);(5)波譜分析;(6)質(zhì)譜分析;(7)顯微成像分析;(8)微流控芯片分析;(9)聯(lián)用方法與自動(dòng)化分析;(10) 形態(tài)、表面及結(jié)構(gòu)分析;(11) 生物分析化學(xué);(12) 藥物和代謝物分析; (13)環(huán)境分析化學(xué);(14)食品分析;(15) 蛋白質(zhì)分析;(16)核酸分析;(17)納米分析化學(xué);(18)分析儀器及裝置;(19) 質(zhì)量控制; (20)化學(xué)計(jì)量學(xué)與生物信息學(xué)。本次會(huì)議的交流形式包括大會(huì)報(bào)告、邀請(qǐng)報(bào)告、口頭報(bào)告和墻報(bào)交流,并設(shè)100個(gè)優(yōu)秀墻報(bào)獎(jiǎng),頒獎(jiǎng)典禮(包括獎(jiǎng)金和證書)將于閉幕式5月11日下午舉行,請(qǐng)大家注意安排行程,望踴躍投稿并參加墻報(bào)展示。
二、會(huì)議贊助
本屆年會(huì)將為各單位提供網(wǎng)絡(luò)展示機(jī)會(huì)和現(xiàn)場(chǎng)宣講平臺(tái),誠(chéng)摯邀請(qǐng)廣大儀器和試劑企業(yè)作為支持單位,攜手共建合作與交流平臺(tái),具體事宜詳見"會(huì)議贊助方案",聯(lián)系人:楊光富(027-67867800)、鐘鴻英(027-67862616)。
三、會(huì)議注冊(cè)和回執(zhí)
1、請(qǐng)參會(huì)者盡早網(wǎng)上注冊(cè),并預(yù)定賓館。注冊(cè)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、要求和匯款方式可登錄會(huì)議網(wǎng)站http://查詢。
2、由于報(bào)到當(dāng)天人數(shù)較多,而且無法刷卡,不能收取現(xiàn)金。請(qǐng)大家一律網(wǎng)上轉(zhuǎn)賬繳費(fèi), 繳費(fèi)的優(yōu)惠標(biāo)準(zhǔn)見會(huì)議網(wǎng)站http://,會(huì)議期間統(tǒng)一開具發(fā)票。
四、會(huì)議相關(guān)事宜請(qǐng)與華中師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院籌備組聯(lián)系方式:
1. 付款和到賬查詢事宜請(qǐng)咨詢丁克熔(027-67867958)、李芳(15527228758)。
2. 論文相關(guān)事宜請(qǐng)與徐暉(13308621435)、王鵬(13098822598)聯(lián)系。
3. 廠商展位安排等相關(guān)事宜請(qǐng)與程靖(13545349841)、梁沛(13886115719)聯(lián)系。
4. 住宿請(qǐng)各位家自行預(yù)定,住宿信息可見會(huì)議網(wǎng)站。相關(guān)問題可咨詢熊博(13871048762)、陳迪松(13135669557)。
5. 市內(nèi)交通及其他事宜請(qǐng)與戢鳳琴聯(lián)系,電話:027-67867958。
[關(guān)鍵詞] miRNA;腫瘤;生物標(biāo)志物
[中圖分類號(hào)] R73 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-0742(2013)08(a)-0196-02
miRNA是一類長(zhǎng)為19~25nt小分子單鏈RNA,其與靶標(biāo)基因3'UTR結(jié)合,通過降解mRNA或抑制其翻譯,從而在轉(zhuǎn)錄后對(duì)靶標(biāo)基因的表達(dá)水平進(jìn)行調(diào)控。與腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、耐藥、預(yù)后等密切相關(guān)。目前研究miRNA的樣本多來源于新鮮組織和細(xì)胞。最近發(fā)現(xiàn)福爾馬林固定石蠟包埋的組織(Formalin-fixed and Paraffin-embedded, FFPE)中miRNA保存比較完整并與新鮮組織中的miRNA高度相關(guān)[1],為miRNA的研究開辟了一個(gè)新的途徑。石蠟組織miRNA可能是一種理想的腫瘤標(biāo)志物,該文就該領(lǐng)域的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述。
1 石蠟包埋組織miRNA中存在miRNA
長(zhǎng)期以來,醫(yī)療和科研機(jī)構(gòu)采用福爾馬林固定和石蠟包埋方法保存病理組織。現(xiàn)在全世界已保存有大量的石蠟組織樣本,覆蓋所有已知的疾病。每個(gè)石蠟組織樣本都具有特別的價(jià)值,關(guān)聯(lián)著大量的病人數(shù)據(jù)。所以石蠟組織標(biāo)本是人類對(duì)疾病研究寶貴的信息庫(kù),尤其是回顧性研究和少見疾病的研究。然而通常mRNA甚至DNA、蛋白都有不同程度的降解。但有研究表明,盡管大分子RNA可能會(huì)發(fā)生降解,但在一般情況下,小分子RNA是不受石蠟固定影響。此外,已有許多研究證實(shí)miRNA受FFPE處理的影響非常小,并且從FFPE樣本中提取的microRNA與冷凍組織樣本一樣,可提供可信的表達(dá)譜。甚至保存長(zhǎng)達(dá)30年的FFPE樣本仍可提供可信的microRNA表達(dá)譜數(shù)據(jù)[2]。
2 石蠟包埋組織miRNA的提取
石蠟組織樣本可經(jīng)過異丙醇和乙醇脫蠟后通過trizol法提取總RNA,成本較低。但普通的過柱法效果較差,可能與過柱時(shí)小RNA被吸附有關(guān)。目前已有多種商品化試劑盒用于從FFPE樣本中提取microRNA,例如Ambion公司的RecoverAll Total Nucleic Acid Isolation Kit for FFPE,Qiagen公司的miRNeasy FFPE Kit,Norgen公司的FFPE RNA Purification Kit等。試劑盒提取簡(jiǎn)單快速,并且易于富集miRNA,但成本較高。
3 石蠟組織miRNA的檢測(cè)
對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的miRNA分子通過小分子RNA建庫(kù)克隆測(cè)序是經(jīng)典方法。首先構(gòu)建cDNA文庫(kù),再將這些cDNA進(jìn)行克隆、測(cè)序,然后生物信息學(xué)分析,最后將具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的小分子RNA進(jìn)行Northern雜交以驗(yàn)證。
石蠟組織樣本中的已知miRNA檢測(cè)可以采用miRNA芯片技術(shù),能夠發(fā)現(xiàn)石蠟組織樣本中的miRNA表達(dá)譜的差異,利用被篩選出的具有差異的miRNA作進(jìn)一步研究。目前已有多種類型的miRNA檢測(cè)芯片可以選用。 但是基因芯片檢測(cè)方法的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性相對(duì)較差, 一般多用于初篩, 對(duì)獲得的結(jié)果通常需要進(jìn)一步驗(yàn)證。RT-PCR技術(shù)是目前最常用的驗(yàn)證miRNA的技術(shù),常見的有Taqman探針法、SYBR Green法、莖環(huán)RT-PCR法。也有人采用表面增強(qiáng)拉曼光譜法、磁珠流式檢測(cè)等。
4 石蠟組織miRNA與新鮮組織miRNA的相關(guān)性
目前已經(jīng)有多項(xiàng)研究表明,石蠟組織中的miRNA與新鮮組織的miRNA有良好的相關(guān)性,Xiao Zhang[3]將7對(duì)匹配的石蠟包埋組織和新鮮冰凍組織進(jìn)行miRNA檢測(cè),spearman相關(guān)指數(shù)為0.847~0.948。Jinghuan Li[4]做了類似的研究發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)系數(shù)R20.95,并且認(rèn)為在總RNA量相當(dāng)時(shí)石蠟中microRNA含量比新鮮組織多。有人比較石蠟和冰凍組織micorRNA及mRNA表達(dá)的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)microRNA高度相關(guān),mRNA則較差。
5 石蠟包埋組織miRNA在腫瘤檢測(cè)中的應(yīng)用
由于石蠟組織中miRNA與新鮮組織中的miRNA有良好的相關(guān)性,部分學(xué)者利用石蠟組織進(jìn)行了研究。Danit Lebanony[5] 利用microRNA做為標(biāo)志物區(qū)分鱗癌和其他非小細(xì)胞肺癌,其中hsa-miR-205可區(qū)分鱗癌和其他非小細(xì)胞肺癌的敏感度96%特異性90%。Nitzan Rosenfeld[6]則通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石蠟中miRNA不僅保存完好,并且通過miRNA可以區(qū)分組織來源。
miRNA與mRNA相比較小、不易降解、缺乏poly A加尾結(jié)構(gòu),因此受福爾馬林固定和石蠟包埋等處理的影響要小。石蠟樣本miRNA的特點(diǎn)有利人類更好的利用現(xiàn)有的最大標(biāo)本庫(kù),為探討腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等等提供又一有力手段。
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