農(nóng)林院校生物信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索

謝小芳 福建農(nóng)林大學生命科學學院 350002

農(nóng)林院校生物信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索

謝小芳 福建農(nóng)林大學生命科學學院 350002

生物信息學的發(fā)展離不開人才的培養(yǎng)。生物信息作為一門新興專業(yè)，沒有現(xiàn)成的教育模式和人才培養(yǎng)方案可供借鑒。筆者針對國內(nèi)的實際情況，對農(nóng)林院校利用其農(nóng)學生物學的優(yōu)勢，探索“應用型”生物信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式進行了探討。

隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，人類與其他物種基因組計劃相繼實施和完成，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，而要獲知蘊藏在巨量序列數(shù)據(jù)背后的生物體生命活動的規(guī)律，就必須將計算機與信息科學技術(shù)運用到生命科學領(lǐng)域。在此背景下，擁有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男聦W科—生物信息悄然興起，該學科被譽為“解讀生命天書的慧眼”[1]。未來幾年，生物信息這一學科的人才將成為國際、國內(nèi)最緊缺的人才類型之一。為了適應社會和自身發(fā)展的需要，近年來，一些高等院校紛紛開始申請并獲得批準成立生物信息專業(yè)。由不同的院校所建立的專業(yè)側(cè)重點均有所不同，他們分屬于不同的一級學科。這些差異表明了國內(nèi)高校對生物信息學含義的不同理解，并且正在形成各具特色的專業(yè)，但這也從一個側(cè)面反映出我國生物信息學相關(guān)教育工作還處于起步階段。如何辦好這一新興的專業(yè)，需要更多的教育工作者潛心研究。本文對如何辦好農(nóng)林院校的生物信息專業(yè)，培養(yǎng)兼具生物科學和計算機科學知識的“雙棲復合型”人才的問題進行了探討。

1 生物信息人才現(xiàn)狀

生物信息學是將計算機與信息科學技術(shù)運用到生命科學尤其是分子生物學研究中的重大交叉學科的前沿研究領(lǐng)域，是多學科交叉的產(chǎn)物，未來幾年，這一學科的人才將成為國際、國內(nèi)最緊缺的人才類型之一。雖然該學科還處于發(fā)展的初期階段，但是已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。各國政府和企業(yè)投入了大量人力和財力對生物信息技術(shù)進行了研發(fā)，各種專業(yè)研究機構(gòu)和公司不斷涌現(xiàn)。歐美各國及日本相繼成立了生物信息數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)生物信息資源共享，服務于本國生物研究和開發(fā)，其中部分服務對全世界開放。我國對生物信息技術(shù)研究也給予了前所未有的重視，在一批著名院士和教授的帶領(lǐng)下，南方、北方兩大生物信息學中心的相繼成立，標志著我國生物信息技術(shù)領(lǐng)域的重大進展。但是，國內(nèi)開展生物信息學研究的單位多是一些科研單位、綜合性大學及生物醫(yī)學公司。國內(nèi)交流也大多是一些學術(shù)研討會，真正的生物信息學人才幾乎沒有。目前從事生物信息學研究的多是計算機方面的人才，他們在數(shù)據(jù)庫的建立和軟件的開發(fā)上發(fā)揮了巨大的作用，但由于分子生物學知識的缺陷，使得軟件的設計和應用還不能完全滿足實際需要。而真正懂計算機的分子生物學家和懂分子生物學的計算機學家極少。要充分發(fā)揮生物信息學的巨大作用，在人類“后基因組”研究中占有一席之地，從根本上解決生物信息學人才的缺乏的問題，最好的途徑就是在大學中設置這一新興的專業(yè)，并且根據(jù)具體情況，在不同的高校中形成各自的特色。

2 農(nóng)林院校生物信息專業(yè)人才培養(yǎng)目標

培養(yǎng)計劃是學校培養(yǎng)人才的總體設計藍圖，是高等學校指導教學工作的基本法規(guī)，在本質(zhì)上體現(xiàn)了社會對大學所培養(yǎng)人才的質(zhì)量規(guī)格要求，體現(xiàn)了教育的目的和任務，它直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。生物信息學科涉及的領(lǐng)域非常廣泛，任何一個學校的生物信息專業(yè)都不可能培養(yǎng)行行精通、面面俱到的生物信息人才。我們認為各個學校的生物信息專業(yè)的人才培養(yǎng)都應突出自己的學科優(yōu)勢，辦出品牌，辦出專業(yè)特色[2]。對于一般的農(nóng)林院校而言，其農(nóng)學生物學研究具有較強的整體優(yōu)勢，應分析農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求及生物信息學學科發(fā)展的新趨勢，探索“應用型”人才培養(yǎng)新途徑。

3 培養(yǎng)方案

我們通過幾年的教學研究，以寬口徑、厚基礎(chǔ)為前提，在課程體系與教學內(nèi)容上力求突出自身的學科優(yōu)勢，逐步構(gòu)建以農(nóng)學生物學為基礎(chǔ)的“復合型、應用型”生物信息人才培養(yǎng)方案，探討了計算機、生物學、數(shù)學和實踐教學等系列課程體系的優(yōu)化，避免課程之間脫節(jié)或重復，使學生的學習更為有效。

3.1 生物學相關(guān)課程

生物信息學所涉及的內(nèi)容，不論是軟件開發(fā)，軟件應用，還是網(wǎng)站建設，數(shù)據(jù)處理，其研究的最終目的是解決生物學中的問題，因此生物學基礎(chǔ)對生物信息人才而言，至關(guān)重要。針對我校在農(nóng)學生物學研究方面的優(yōu)勢，我們開設了普通生物學、分子生物學、遺傳與進化等專業(yè)基礎(chǔ)課程，在核心課程生物信息學、蛋白質(zhì)組學、基因組學等的教學內(nèi)容中，也緊緊圍繞農(nóng)學生物學研究的方向進行講授。具體而言，就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中（特別是作物序列信息）所蘊藏的結(jié)構(gòu)功能信息。通過學習這些課程，學生能夠掌握本專業(yè)所需的生物學知識，例如序列比對和序列分析、系統(tǒng)發(fā)育和簡圖分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測以及基因組學和蛋白質(zhì)組學等領(lǐng)域的其它相關(guān)知識。

3.2 計算機相關(guān)課程

針對農(nóng)林院校的生物信息專業(yè)而言，其計算機并非具有優(yōu)勢。計算機只是作為生物信息學學習和研究的應用工具。而且，在短短四年的大學學習期間，要求學生對生物學和計算機都很精通是不可能的。根據(jù)本專業(yè)的定位和學校的實際情況，我們開設一些傳統(tǒng)的編程語言如c++、Java等課程以保證學生具有基本的編程能力，同時開設了較為實用的，在生物信息學中有文本處理優(yōu)勢的Perl語言，開設了異于計算機科學與技術(shù)專業(yè)，強調(diào)大型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，涉及海量數(shù)據(jù)存儲管理、查詢分析，以及分布式異質(zhì)數(shù)據(jù)庫的查詢、訪問等技術(shù)的數(shù)據(jù)庫課程。此外，我們還開設了一些計算機方面的選修課程，供學有余力的學生自主選擇。

3.3 數(shù)學相關(guān)課程

各種數(shù)學理論或多或少在生物學研究中起到了相應的作用[3]。生物信息學的一項主要任務就是從核酸和蛋白質(zhì)序列中挖掘有生物學意義的信息，這其中有許多問題要牽涉到數(shù)學工具，數(shù)學工具被廣泛應用于生物信息學研究之中[4]。例如生物統(tǒng)計學，是生物信息學的數(shù)學基礎(chǔ)之一；概率論與隨機過程理論，如近年來興起的隱馬爾科夫鏈模型(HMM)，在生物信息學中有重要應用；還有蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預測和分子對接研究中采用的最優(yōu)化理論；研究遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等等。

3.4 教學實踐相關(guān)內(nèi)容

實踐教學環(huán)節(jié)的目的是培養(yǎng)學生的動手能力、知識綜合運用能力，以及解決實際問題的能力等。合理的實踐體系是構(gòu)建科學合理培養(yǎng)方案的一個重要任務。生物信息專業(yè)是一門實踐性很強的實驗性學科，需要在計算機科學與生物學專業(yè)進行相關(guān)課程的實踐學習，掌握兩個專業(yè)的基本技能，包括實驗課教學、教學實踐和畢業(yè)論文在內(nèi)的實踐教學。

在實驗課教學方面，我們改變了理論課帶有實驗課的傳統(tǒng)模式，將實驗課完全獨立出來，開設了生物學大實驗、生物信息學研究法、基因組學研究法、軟件工程研究法等，以便于進行實驗室和實驗教學內(nèi)容的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一安排、避免重復。在教學內(nèi)容上，減少驗證性試驗的比例，增加綜合性、設計性、開放性試驗的比重，建立開放式的實驗教學體系。與此同時，專業(yè)實驗室還學生免費開放，鼓勵學生參與教師的科研活動，應用所學知識解決實際問題,為以后獨立的科研工作打下堅實的基礎(chǔ)。

人才培養(yǎng)應以市場需求為導向，以服務社會為宗旨，走產(chǎn)學研結(jié)合的人才培養(yǎng)路子[5]。因此社會實踐也是至關(guān)重要的。為適應社會需求，我們組織學生到藥業(yè)集團、軟件公司，國家基因組研究中心以及高校生物信息研究所等實踐基地開展社會實踐活動。通過實踐實習教學深化人才培養(yǎng)方案，保證人才培養(yǎng)質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)技術(shù)和領(lǐng)域發(fā)展的需求相適應。

在畢業(yè)設計階段，學生可選擇與生物信息學相關(guān)的理論或應用課題進行畢業(yè)設計，從而掌握利用所學知識開展生物信息技術(shù)研究和應用的基本技能。實習指導教師根據(jù)學生的開題報告、中期檢查和畢業(yè)論文或設計對學生的實習進行考核評價。

4 特色教育—以賽帶學

隨著高校擴招，學生數(shù)量驟增且成績參差不齊，學生的學習效果很難保證。整齊劃一的培養(yǎng)設計，容易忽視學生的個體價值[6]。因此，如何保證學生的質(zhì)量成為人才培養(yǎng)的又一難題。為了適應未來生物信息學產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，培養(yǎng)高素質(zhì)的生物信息學人才，我們在多年教學研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)高等農(nóng)林院校的特點，創(chuàng)新性提出了生物信息學專業(yè)培養(yǎng)的“學生研究和訓練計劃”（Student Research and Training Program, SRTP），該計劃是以生物信息學的本科專業(yè)課程為依托，以“競賽”和“訓練”相結(jié)合的形式，即“競賽”帶動“訓練”，“訓練”促進“競賽”。訓練和競賽內(nèi)容包括英語口語、數(shù)學建模、程序設計、試驗設計等項目。學生在學期間可以根據(jù)自己的興趣和實際情況，參加其中的一組或幾組訓練和競賽。通過開展該計劃，深化學生對專業(yè)課程內(nèi)容的理解，提高學生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神，達到“復合型”和“應用型”生物信息學人才的專業(yè)培養(yǎng)目標。

5 教學科研—體化

生物信息是生命科學中最熱門的研究領(lǐng)域之一，其發(fā)展極其迅速，大量的新知識層出不窮，有些觀點和研究進展直接改變了以往的理論假說和學術(shù)觀點。我們的老師只有堅持不懈地學習和進行科學研究，不斷用新的知識和新的科研成果充實課程教學內(nèi)容，采用以科研帶動教學的發(fā)展模式才能順應生物信息學的發(fā)展特點，培養(yǎng)符合社會需要的人才。如我們在生物信息學和基因組學的課程教學中，所使用的實例大部分來源于生物信息學科研實踐中的具體問題，把這些實際的生物信息學問題的解決方案和研究成果轉(zhuǎn)化為課堂教學的生動案例，讓學生在學習中慢慢培養(yǎng)科研能力。與此同時，我們積極引進人才，改善師資隊伍“學緣結(jié)構(gòu)”；重視學術(shù)交流，建立專任教師與產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員的“雙向流通機制”；加強科學研究，推行“科研成果進課堂”。生物信息學是現(xiàn)代的前沿學科，很多畢業(yè)生將來可能會繼續(xù)從事相關(guān)的科研工作，因此這方面的培養(yǎng)是非常必要的[7]。

6 教材建設

教材是保證學校教學計劃順利實施的重要載體，是教師傳授知識以及學生學習和掌握專業(yè)知識，完成學業(yè)的必備工具。當前國內(nèi)生物信息核心課程的教材大多引用國外的原版教材或其翻譯本，雖然這些教材在一定程度上滿足了教學要求，但是針對性不夠，同時存在滯后問題。因此，編寫適合農(nóng)林院校教學的專業(yè)課程教材，及時更新課程教材內(nèi)容，淘汰陳舊知識點就顯得非常必要。在這方面，我們不斷用最新科研成果和新知識充實課程教學內(nèi)容，組織或參與編寫2門專業(yè)課程教材，逐步完善課程教學體系建設。

7 結(jié)束語

生物信息學是當今最具發(fā)展前途的新興學科之一，它的發(fā)展將給生命科學帶來革命性的變革，將幫助人類認識生命的起源、進化、遺傳和發(fā)育的本質(zhì)，同時還將對醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的推動作用。生物信息專業(yè)的開設對國內(nèi)院校來說充滿了機會和挑戰(zhàn)，而且在國際上也沒有現(xiàn)成的培養(yǎng)方案可以借鑒。因此，我們必須從生物信息專業(yè)領(lǐng)域的特殊性出發(fā)，探索新的教學方法和新的培養(yǎng)模式，為生物信息人才培養(yǎng)積累更多的辦學經(jīng)驗。

[1]蕭浪濤.現(xiàn)代生物信息學及其主要研究領(lǐng)域[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版).2000，(12)：405-409.

[2]國家教育行政學院第24期高校領(lǐng)導干部進修班《不同類型高等學校定位與人才培養(yǎng)模式的實踐與思考》課題組.對不同類型高校定位與人才培養(yǎng)模式的思考[N].中國教育報.2004-07-09(4).

[3]廖明宏，王寬全，張宏志，等.生物信息技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案[J].計算機教育.2005，(4)：20-24.

[4]向昌盛，周子英，夏艷軍.生物信息專業(yè)教育模式和人才培養(yǎng)方案的探討[J].江西農(nóng)業(yè)學報.2009，21(1)：170-172.

[5]戴仕明, 王映龍, 許祥云.高等農(nóng)林院校IT專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革研究[J].高等農(nóng)業(yè)教育.2006,(7):48-49.

[6]楊婉身, 丁春邦, 馬恒東.通識教育與個性化專業(yè)教育相結(jié)合—高等農(nóng)業(yè)院校生物科學專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探討[J].四川農(nóng)業(yè)大學學報.2004,(22):7-9.

[7]張帆,李 霞,宮濱生.面向醫(yī)科院校生物信息學專業(yè)的Java教學實踐[J].教學研究（computer education）.2009,(15):151-156.

A preliminary trial of bioinformatics professional talents training mode in agriculture and forestry university

XIE XiaoFang College of life sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian

Bioinformatics can not develop without talents.As a new specialized field, There is no training programs for reference.This article aims to analysis professional talents training mode of bioinformatics in agriculture and forestry university.

G642

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.151

生物信息學;專業(yè)定位; 培養(yǎng)方案

Bioinformatics；Professional orientation；Training program