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摘要：分子生物学是生命科学和生物技术的基础学科，其教学尤其是实验教学得到了各个高等院校的普遍重视，但是对于应用性强的分子生物学软件的教学却长期以来受到忽视。笔者首次在厦门大学的夏季短学期中开设《分子生物学常用软件的应用》课程已有五余年，本文总结了分子生物学软件教学的经验，提出教学改进的建议，阐述了软件应用与实验设计的必要联系，为生物医学类学科的软件教学提供参考，为进一步提高软件教学质量和实施软件教学改革奠定基础。
关键词：分子生物学；软件教学；创新性思维
中图分类号：Q7-4 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 09-0000-02
The Teaching Experience of Molecular Biology Software
Li Shaowei
(School of Life Sciences,Xiamen University,National Diagnostics Infectious Diseases and Vaccine Research Center,Xiamen361005,China)
Abstract:Molecular biology and biotechnology,life science based subjects,especially the experiment of teaching in all institutions of higher education has been widespread attention,but for the application of strong molecular biology software,teaching has long been neglected.I first summer in the short term Xiamen University in the creation of"common software applications of molecular biology"course has been five years,this article summarizes the molecular biology software,teaching experience,teaching suggestions for improvement put forward to explain the software applications and experimental design of the necessary links for the biomedical disciplines,software,teaching classes to provide a reference for the software to further improve the quality of teaching and teaching reform lay the foundation for the implementation of the software.
Keywords:Molecular biology;Software teaching;Innovative thinking
目前，许多生命科学的研究已经深入到了分子水平，分子生物学已经渗透到了各个研究领域中：从微观的细胞生物学到宏观的生态学，从理论计算为主的生物信息学到解析分子机制的结构生物学，从药物筛选和改造到基因工程疫苗研制。分子生物学的研究从生命的遗传物质DNA的信息开始，探索生命现象的内在本质，形成了生物信息，进而利用这些信息改造生命，基因工程技术就是分子生物学实践的最重要体现[1]。而分子生物学的实验设计和基因信息资源的利用需由计算机软件辅助进行，因此，软件教学是学生更好地理解分子生物学理论和掌握基因工程技术的重要途径。笔者2005年始在厦门大学夏季的短学期课程中开设《分子生物学常用软件的应用》课程，以下浅谈教学过程中获得的体会和经验，并提出些教学改进的建议，可供其他理学学科的软件教学参考。
一、分子生物学实验软件教学的内容
分子生物学常用软件的教学任务是培养一批能够把生命科学与计算机科学有机相结合的科研人才，他们将能够迅速适应分子生物学、生物化学、生物信息学和结构生物学等领域的研究工作。教学的目的是介绍分子生物学软件涉及的相关理论知识，结合具体的实务应用，引导学生利用互联网资源进行分子生物学软件的学习，从而让学生掌握重组克隆子构建的设计、PCR引物设计、序列特征和蛋白质性质与基因表达的关系，以及了解基本的生物信息学和结构生物学的原理。主要教学内容[2]包括：互联网上分子生物学信息资源的获得、DNA和蛋白质序列分析、PCR引物设计、DNA和蛋白质序列比对分析、蛋白质性质分析、蛋白质二级结构预测、生物大分子三维结构的分子图形学、生物信息软件GCG和分子模拟软件Insight II的介绍等。
可见，分子生物学实验教学的内容是以分子生物学的实验为基础，培养学生的分子生物学实验设计的能力，并加强对理论的理解。软件学习具有很好的实用性：如PCR反应的条件取决于基因的长短、序列特征和所使用的引物，软件可以提供引物退火温度的预测，直接可作为实验条件的依据；软件学习的素材又不能脱离于实验的内容，如果没有考虑实验中的多种影响因素，软件的设计就过于理想化甚至在实际中无法实现。因此，在软件教学时需时常让学生联系实验的实际情况，培养学生理论联系实际、设计基于实践的分子生物学研究思想。
二、分子生物学软件教学的经验
分子生物学常用软件的教学与通常的软件教学不同，是基于对分子生物学实验原理的理解和对实验结果的思考而进行的软件应用，要求深入浅出讲解软件计算的原理和使用功能，方能取得较好的教学效果。
（一）教学方式
软件教学主要以软件原理和实例分析、应用为主要授课内容，并涉足计算机技术、网络和数据库应用、生物信息学、分子模拟和基因工程等。课堂上除了讲授形式以外，还采用知识回顾、实验模拟、流程设计等新颖的教学方式，结合实验教学中学生常常碰到的问题，让学生融会贯通地理解分子生物学的各项实验技术及其与软件应用的关系，并布置了适量的课堂和课外作业，学生可亲历亲为地完成软件的技术和实验的设计。实践证明，经过分子生物学软件课程学习的学生进入研究生阶段，可以迅速地掌握分子生物学的实验技能和软件技术，独立地开展各项科研工作，并取得了显著的成绩。
（二）计算机教学
在计算机技术教学方面，介绍计算机的最新软件进展及发展趋势，如探讨处于萌芽状态的生物计算机和“光脑”等的现状和可能性，激起了大部分学生的浓厚兴趣；在网络教学中，除了对生物医学专业学生的网络知识进行普及外，还进行了网络安全、网络道德和尊重软件知识产权的教育，鼓励有计算机特长和爱好的学生架设服务器进行计算和共享，提倡科学研究中的团队合作精神。
（三）拓展教学
在分子生物学软件教学方面，除了常用软件的实务应用外，还基础地引入了观察和分析分子结构的分子图形学工具，并教导学生如何利用交叉视图裸眼地看到了平面屏幕上的分子结构三维立体图像，带给了学生视觉的强烈冲击和享受，当看到奇妙的分子三维世界时很多学生都赞叹不已，并对科研工作尤其是结构生物学领域产生了兴趣和向往。
三、分子生物学软件教学的问题和改进
（一）教学硬件问题和改进建议
分子生物学软件教学依赖于多媒体的机房教室，教学过程中学生使用的机器一般较为陈旧，多数为使用五年以上的计算机，由于硬件配置较低，对某些需进行大量的计算的软件运行，容易出现死机，如基因组DNA的多序列比对等，某种程度上影响了教学的进程，特别是在期末考试中出现死机的现象导致部分学生考试无法完成。建议机房可以采用服务器结合终端机的方式，并设置相应的程序将计算量大的任务提交给高性能的服务器进行计算，而终端机只进行简单的任务处理。
（二）教学方式问题和改进建议
教学过程对学生的科学思维方式的引导仍然不够，例如，有一道期末考题涉及周密的思维方可解答，多年来近100名的考生中只有一位同学能够考虑到其中的关系。题目很简单：软件分析一个蛋白质的酶解图谱，说出实验中酶解若干小时后的质谱图中可能出现的肽段。几乎所有的同学都将软件理论计算的全部谱峰和参数列入答案，只有一位同学能够将多肽的半衰期与酶解作用时间相联系，从而把半衰期小于酶解作用时间的肽段排除。而这样的考虑在科学研究中是十分重要的，许多的科学发现都是基于这种缜密思维的结果。因此，在教学过程中，应该鼓励学生进行更多科学的全面的思维，而不是机械地根据软件获得信息进行就事论事的思考[3]。
（三）软件教学与实验教学相结合的建议
分子生物学的实验设计有赖于软件的应用，合理地进行软件的教学和引导将进一步提升学生的积极性，从而科学地、自主地进行实验训练。科研的乐趣在于各种大大小小的成就感，只有对实验设计的参与和思考，才能感受到预期想法得到实现的满足感，因此，在实验教学中应该加强对实验设计的讲解，并提高学生对实验设计的参与[4]，一种想法的实现和实验的成功是对学生在课堂中付出的努力和思考的最好回报。软件教学是以软件操作为主，理解软件的原理及其在科研中的应用，则需以实验设计、流程和预期结果作为素材，并通过实验加以实现和信息反馈，从而达到软件设计和实验技术的完美结果。
四、结语
本文总结了笔者多年在分子生物学软件教学的经验，分析了教学中仍然存在的问题，并提出相应的教学改进的构想，可为以实践为主的理工类学科的软件教学提供参考。
参考文献：
[1]杨岐生.分子生物学[M].浙江大学出版社,2004
[2]张成岗,贺福初.生物信息学方法与实践[M].科学出版社,2002
[3]淮亚红.分子生物学教学改革的初步探索[J].中国科教创新导刊,2009
[4]蔡春尔,沈伟荣,何培民.分子生物学教学改革实践与展望[J].山西医科大学学报,2008
[作者简介]李少伟（1976-），男，福建省惠安人，博士，副教授。研究方向：生化与分子生物学、结构疫苗学。
关键词：分子生物学；软件教学；创新性思维
中图分类号：Q7-4 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 09-0000-02
The Teaching Experience of Molecular Biology Software
Li Shaowei
(School of Life Sciences,Xiamen University,National Diagnostics Infectious Diseases and Vaccine Research Center,Xiamen361005,China)
Abstract:Molecular biology and biotechnology,life science based subjects,especially the experiment of teaching in all institutions of higher education has been widespread attention,but for the application of strong molecular biology software,teaching has long been neglected.I first summer in the short term Xiamen University in the creation of"common software applications of molecular biology"course has been five years,this article summarizes the molecular biology software,teaching experience,teaching suggestions for improvement put forward to explain the software applications and experimental design of the necessary links for the biomedical disciplines,software,teaching classes to provide a reference for the software to further improve the quality of teaching and teaching reform lay the foundation for the implementation of the software.
Keywords:Molecular biology;Software teaching;Innovative thinking
目前，许多生命科学的研究已经深入到了分子水平，分子生物学已经渗透到了各个研究领域中：从微观的细胞生物学到宏观的生态学，从理论计算为主的生物信息学到解析分子机制的结构生物学，从药物筛选和改造到基因工程疫苗研制。分子生物学的研究从生命的遗传物质DNA的信息开始，探索生命现象的内在本质，形成了生物信息，进而利用这些信息改造生命，基因工程技术就是分子生物学实践的最重要体现[1]。而分子生物学的实验设计和基因信息资源的利用需由计算机软件辅助进行，因此，软件教学是学生更好地理解分子生物学理论和掌握基因工程技术的重要途径。笔者2005年始在厦门大学夏季的短学期课程中开设《分子生物学常用软件的应用》课程，以下浅谈教学过程中获得的体会和经验，并提出些教学改进的建议，可供其他理学学科的软件教学参考。
一、分子生物学实验软件教学的内容
分子生物学常用软件的教学任务是培养一批能够把生命科学与计算机科学有机相结合的科研人才，他们将能够迅速适应分子生物学、生物化学、生物信息学和结构生物学等领域的研究工作。教学的目的是介绍分子生物学软件涉及的相关理论知识，结合具体的实务应用，引导学生利用互联网资源进行分子生物学软件的学习，从而让学生掌握重组克隆子构建的设计、PCR引物设计、序列特征和蛋白质性质与基因表达的关系，以及了解基本的生物信息学和结构生物学的原理。主要教学内容[2]包括：互联网上分子生物学信息资源的获得、DNA和蛋白质序列分析、PCR引物设计、DNA和蛋白质序列比对分析、蛋白质性质分析、蛋白质二级结构预测、生物大分子三维结构的分子图形学、生物信息软件GCG和分子模拟软件Insight II的介绍等。
可见，分子生物学实验教学的内容是以分子生物学的实验为基础，培养学生的分子生物学实验设计的能力，并加强对理论的理解。软件学习具有很好的实用性：如PCR反应的条件取决于基因的长短、序列特征和所使用的引物，软件可以提供引物退火温度的预测，直接可作为实验条件的依据；软件学习的素材又不能脱离于实验的内容，如果没有考虑实验中的多种影响因素，软件的设计就过于理想化甚至在实际中无法实现。因此，在软件教学时需时常让学生联系实验的实际情况，培养学生理论联系实际、设计基于实践的分子生物学研究思想。
二、分子生物学软件教学的经验
分子生物学常用软件的教学与通常的软件教学不同，是基于对分子生物学实验原理的理解和对实验结果的思考而进行的软件应用，要求深入浅出讲解软件计算的原理和使用功能，方能取得较好的教学效果。
（一）教学方式
软件教学主要以软件原理和实例分析、应用为主要授课内容，并涉足计算机技术、网络和数据库应用、生物信息学、分子模拟和基因工程等。课堂上除了讲授形式以外，还采用知识回顾、实验模拟、流程设计等新颖的教学方式，结合实验教学中学生常常碰到的问题，让学生融会贯通地理解分子生物学的各项实验技术及其与软件应用的关系，并布置了适量的课堂和课外作业，学生可亲历亲为地完成软件的技术和实验的设计。实践证明，经过分子生物学软件课程学习的学生进入研究生阶段，可以迅速地掌握分子生物学的实验技能和软件技术，独立地开展各项科研工作，并取得了显著的成绩。
（二）计算机教学
在计算机技术教学方面，介绍计算机的最新软件进展及发展趋势，如探讨处于萌芽状态的生物计算机和“光脑”等的现状和可能性，激起了大部分学生的浓厚兴趣；在网络教学中，除了对生物医学专业学生的网络知识进行普及外，还进行了网络安全、网络道德和尊重软件知识产权的教育，鼓励有计算机特长和爱好的学生架设服务器进行计算和共享，提倡科学研究中的团队合作精神。
（三）拓展教学
在分子生物学软件教学方面，除了常用软件的实务应用外，还基础地引入了观察和分析分子结构的分子图形学工具，并教导学生如何利用交叉视图裸眼地看到了平面屏幕上的分子结构三维立体图像，带给了学生视觉的强烈冲击和享受，当看到奇妙的分子三维世界时很多学生都赞叹不已，并对科研工作尤其是结构生物学领域产生了兴趣和向往。
三、分子生物学软件教学的问题和改进
（一）教学硬件问题和改进建议
分子生物学软件教学依赖于多媒体的机房教室，教学过程中学生使用的机器一般较为陈旧，多数为使用五年以上的计算机，由于硬件配置较低，对某些需进行大量的计算的软件运行，容易出现死机，如基因组DNA的多序列比对等，某种程度上影响了教学的进程，特别是在期末考试中出现死机的现象导致部分学生考试无法完成。建议机房可以采用服务器结合终端机的方式，并设置相应的程序将计算量大的任务提交给高性能的服务器进行计算，而终端机只进行简单的任务处理。
（二）教学方式问题和改进建议
教学过程对学生的科学思维方式的引导仍然不够，例如，有一道期末考题涉及周密的思维方可解答，多年来近100名的考生中只有一位同学能够考虑到其中的关系。题目很简单：软件分析一个蛋白质的酶解图谱，说出实验中酶解若干小时后的质谱图中可能出现的肽段。几乎所有的同学都将软件理论计算的全部谱峰和参数列入答案，只有一位同学能够将多肽的半衰期与酶解作用时间相联系，从而把半衰期小于酶解作用时间的肽段排除。而这样的考虑在科学研究中是十分重要的，许多的科学发现都是基于这种缜密思维的结果。因此，在教学过程中，应该鼓励学生进行更多科学的全面的思维，而不是机械地根据软件获得信息进行就事论事的思考[3]。
（三）软件教学与实验教学相结合的建议
分子生物学的实验设计有赖于软件的应用，合理地进行软件的教学和引导将进一步提升学生的积极性，从而科学地、自主地进行实验训练。科研的乐趣在于各种大大小小的成就感，只有对实验设计的参与和思考，才能感受到预期想法得到实现的满足感，因此，在实验教学中应该加强对实验设计的讲解，并提高学生对实验设计的参与[4]，一种想法的实现和实验的成功是对学生在课堂中付出的努力和思考的最好回报。软件教学是以软件操作为主，理解软件的原理及其在科研中的应用，则需以实验设计、流程和预期结果作为素材，并通过实验加以实现和信息反馈，从而达到软件设计和实验技术的完美结果。
四、结语
本文总结了笔者多年在分子生物学软件教学的经验，分析了教学中仍然存在的问题，并提出相应的教学改进的构想，可为以实践为主的理工类学科的软件教学提供参考。
参考文献：
[1]杨岐生.分子生物学[M].浙江大学出版社,2004
[2]张成岗,贺福初.生物信息学方法与实践[M].科学出版社,2002
[3]淮亚红.分子生物学教学改革的初步探索[J].中国科教创新导刊,2009
[4]蔡春尔,沈伟荣,何培民.分子生物学教学改革实践与展望[J].山西医科大学学报,2008
[作者简介]李少伟（1976-），男，福建省惠安人，博士，副教授。研究方向：生化与分子生物学、结构疫苗学。