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        浅谈工科院校系统生物学教学改革

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        摘要:系统生物学是以系统观点研究生命现象的交叉学科,代表着生物学未来研究的方向。然而,系统生物学涉及学科多,内容跨度大,学习曲线陡峭。针对系统生物学?#31350;?#25945;学中存在的问题,本文尝试从教材选择、课程内容优化以及教学方式等不同方面?#25945;?#36827;行教学改革的策略,以期获得更好的教学效果。

        关键词:系统生物学;教学改革;工科院校

        自日本学者北野宏明(HiroakiKitano)2002年在science上撰文系统阐述系统生物学(systemsbiology)概念后,在短短十?#25913;?#26399;间,系统生物学取得了飞速的发展。与传统的基于还原论的生物学研究不同,系统生物学尝试以一?#25351;?#20026;宏观的角度从整体上研究复杂的生命现象,构建复杂系统元素间相互作用的网络模型,以期对各种生命现象的内在机制进行合理解释和预测,其研究方法涉及生命科学(以各种组学研究为主)、计算机科学、数学、统计学等多种学科。目前,系统生物学已渗入到生命科学研究的各个领域,尤其是在生物医药研究?#26657;?#31995;统生物学的方法?#36824;?#27867;应用于疾病的早期诊断、药物新靶点的寻找以及个体化医疗等方面。目前,系统生物学正与大数据及人工智能技术进行深度融合,展现出越来越广阔的应用前景。综合上述背景,在生物技术专业?#31350;?#25945;学中开设系统生物学课程就显得尤为必要了。本文针对?#25910;?#22312;讲授系统生物学课程过程中遇到的问题,尝试从多方面?#25945;?#35838;程教学改革的方法和策略,以期降低学习难度,获得更好的教学效果。

        一、系统生物学教学中存在的问题

        系统生物学是一门新兴的交叉学科,学科发展历?#26041;?#30701;,?#25910;?#22312;教学过程中遇到了一些具有共性的问题?#28023;?)相关教材的缺乏:与传统生物学科诸如分子生物学,细胞生物学相比,适合?#31350;?#29983;学习的系统生物学教材十分匮乏,目前已出版的中文教材,有的内容深度不够,有的又过于偏重数学分析,单一书籍并不能完全满足教学的要求。(2)学科知识分散,内容庞杂:系统生物学涉及多个学科的知识,内容分散,尤其是存在大量跨专业的内容,学生学习的难度较大。由于学时有限,不可能把相关知识点?#27493;?#36879;彻,这导致学生在学习过程中感觉知识比较零碎,无法对该学科形成框架性的认识,往往是浅尝辄止,无法形成完整的知?#30701;?#31995;。(3)学生基础知识薄弱:系统生物学是一门涉及多专业的新兴交叉学科,对高等数学、统计学以及计算机科学的相关知识有较高的要求,但生物技术专业?#31350;?#29983;上述学科的基础知识均比较薄弱,这也极大影响了课程的学习效果。(4)传统的生物技术课程教学方法不适应系统生物学的教学:传统的课堂讲授模式并不适用于系统生物学课程的教学,由于课程中涉及较多数学及统计学运算以及计算机编程的相关知识,内容相对抽象,单纯的课堂讲授较为枯燥,不易激发学生的兴趣,这也影响了课程的整体教学效果。

        二、系统生物学教学改革初探

        针对在教学过程中遇到的问题,?#25910;?#23581;试从以下几个方面对系统生物学?#31350;?#25945;学改革的策?#38498;?#26041;法进行初?#25945;教鄭?

        (1)选择合适教材:作为一门新兴的学科,目前适合?#31350;?#29983;的教材相对缺乏,国内出版的系统生物学书籍要么内容的系统?#38498;?#28145;度不足,要么是针对某领域的研究专著,对统计学和数学的要求较高,并不适合作为?#31350;?#29983;的教材。针对以上情况,?#20197;?#35838;程中同时使用了两本教材,将张自立,王振英编著的《系统生物学》作为课程前期的教材,主要用于介绍系统生物学的相关概念、研究内容和研究方法,而在课程后期使用U.阿隆的《系统生物学导论:生物回路的设计原理》,围绕转录调控网络进行深入?#27493;猓?#23558;二者结合可取得较好的教学效果。

        (2)针对生物技术专业?#31350;?#29983;知识结?#22266;?#28857;,补充相关学科基础知识:针对学生基础薄弱的问题,在课程中适当穿插?#27493;?#32479;计、高数以及计算机的相关知识,比如在?#27493;?#24076;尔函数推导的过程?#26657;?#36866;当复习了高数中函数求导、积分以及微分方程求解的相关知识,并在课堂?#21916;?#32622;若干习题,通过强化练习以提高学生对相关数学运算的熟练程度,使其能更好地理解课程讲授的相关内容。(3)由多学科教师组成教学团队共同讲授课程:?#25910;?#22312;教学过程中深深感受到自身知?#30701;?#31995;的局限,在涉及跨专业知识的?#27493;?#26102;感觉比较吃力,由于目前专职的系统生物学教师十分缺乏,?#25910;?#35748;为,为了进一?#25945;?#39640;系统生物学的教学质量,可以组建跨专业的由不同学科教师组成的教学团队,共同研究并制定课程的教学大纲和教案,相互取长补短将能显著提高课程的教学质量。

        (4)优化教学方式,理论与?#23548;?#30456;结合:综合运用视频动画及计算机仿真演示等多种手段,将课堂讲授的相关理论知识以一?#25351;?#20026;直观的方式加以呈现,以?#30001;?#23398;生对所学理论知识的理解。同时,在课堂上也设置?#23548;方冢?#24341;导学生进行独立思考,将理论知识进行?#23548;?#30340;运用。比如,指导学生在自己的电脑上建立简单的转录调控模型进行仿真演示,通过改变相关?#38382;?#35266;察对动力学模型的影响,使学生对枯燥的数学方程有了直观、鲜活的认识,在?#30001;?#30693;识理解的同时也增加了学习的兴趣。

        (5)明确教学目标,优化教学内容:系统生物学课程本身并非生物技术专业的基础课程,它需要在完成多门先修课程的基础上进行讲授,且系统生物学研究的范围十分广阔,每个领域都自成体系,因此,?#31350;?#38454;段的系统生物学课程并非追求内容的深入,而是让学生对该门学科有一个整体的框架性认识,了解系统生物学的研究内容、研究方法以及未来的应用前景,并在此基础上选择一个研究领域进行深入?#25945;鄭?#20026;学生日后进一步学习打下基础。

        三、小结

        作为生物学的重要发展方向,系统生物学近年来受到越来越多的关注。然而,目前在生物技术专业?#31350;?#38454;段开设该课程还存在诸多困?#36873;?#20026;进一步普及系统生物学课程,提高教学质量,?#25910;?#35748;为应该从课程教材、师?#23454;然方?#20837;手,逐?#20132;?#32047;经验,优化教学内容,理论与实验并重,逐步完善适应生物技术专业?#31350;?#25945;学的教材体系、教学理念和教学方法,培养具备生物、数学以及计算机科学等相关知识的复合型人才。

        参考文献:

        [1]阿隆(UriAlon).系统生物学导论:生物回路的设计原理[M].化学工业出版社,2010.

        [2]陈奇.医学院校生物科学专业系统生物学课程教学体会[J].科教导刊,2017,(32):100-102.

        [3]顾云燕.医学院校计算系统生物学课程教学的?#25945;諿J].科技创新导报,2017,(28):252-253.

        [5]谢青,吴元喜,杨广笑.用研究性学习理念指导系统生物学实验教学[J].实验室研究与探索,2008,(9):105-106.

        [6]张自立,王振英.系统生物学[M].科学出版社,2009.

        作者:周玉柏 单位:?#26412;?#24037;业大学生命科学与生物工程学院

        高校生物学教学研究杂志责任编辑:?#24222;?nbsp;   阅读:人次
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