美國高校生物信息學專業(yè)設置變革及其啟示

張 健，孫 湧，Huanmei Wu

（1.深圳職業(yè)技術學院，廣東深圳 518055；2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

美國高校生物信息學專業(yè)設置變革及其啟示

張 健1，孫 湧1，Huanmei Wu2

（1.深圳職業(yè)技術學院，廣東深圳 518055；2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

本文收集整理了93所美國高校生物信息學專業(yè)的發(fā)展信息，主要包括證書課程、學士、碩士和博士學位的基本情況，通過對生物信息專業(yè)的不同學院課程設置情況、課程與計劃的變化情況、師生規(guī)模分析，以及工作機會和薪酬、專業(yè)技能、雇主情況等學生入學與就業(yè)情況等方面數(shù)據(jù)分析，提出專業(yè)設置主動適應市場發(fā)展需求，建立校企良性互動機制的發(fā)展策略，對我國的相關專業(yè)與課程供給側(cè)的建設、改造和發(fā)展有著積極意義.

生物信息學；專業(yè)設置；能力；技能；就業(yè)市場

隨著生物科學信息大數(shù)據(jù)的生成，生物信息學應運而生，迅速發(fā)展成為當今生命科學最具吸引力和重大的前沿領域，為生物學、計算機科學、數(shù)學、信息科學等專業(yè)的高素質(zhì)人才提供了更廣闊的發(fā)展天地.國外很多高校開設相關專業(yè)和課程，涵蓋證書、本科、碩士到博士等層次，進行相關學術的研究和培養(yǎng)下一代生物信息學專業(yè)學生.這些大學，均擁有實力雄厚的醫(yī)學、生物學、計算機科學與信息科學的學科.我國生物信息學雖然起步較晚，但有一定基礎的大學相繼建立了生物信息學專業(yè)，例如2015年專業(yè)排名前10名依次為華中農(nóng)業(yè)大學、中南大學、哈爾濱醫(yī)科大學、上海交通大學、天津醫(yī)科大學、華中科技大學、東南大學、大連理工大學、蘇州大學、福建醫(yī)科大學[1]；2016年的排名依次為上海交通大學、華中農(nóng)業(yè)大學、同濟大學、東南大學、哈爾濱醫(yī)科大學、浙江大學、華中科技大學、南方醫(yī)科大學、中南大學、天津醫(yī)科大學[2].

美國印第安納大學普渡大學印第安納波利斯聯(lián)合分校（IUPUI）生物健康信息系提供了碩士和博士學位[3,4].筆者在該系訪學期間，親歷該系的專業(yè)整改：首先對美國生物信息學專業(yè)進行研究，然后從就業(yè)市場和職位信息做分析，最后結(jié)合自身的特點和情況，合理開設課程和構建相互關系，并通過實踐提高學生綜合素質(zhì).其所采用的方法對我們學科建設、課程建設有借鑒意義；對學生的今后發(fā)展、職業(yè)生涯定位有一定的參考價值.尤其是高職院校，如何實現(xiàn)對社會無縫對接的需求和滿足學生專業(yè)上升通道的需求，進行專業(yè)供給側(cè)改革，為師生提供全面的教育、研究、學習、環(huán)境和方式.

1 美國生物信息學專業(yè)總體介紹與概述

1.1 生物信息學專業(yè)的不同學院設置現(xiàn)狀及其分析

1）開設生物信息學專業(yè)的學校、系部.統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來自：①生物信息學組織[5]，總共有93個專業(yè)，涵蓋學士，碩士和博士學位，以及證書課程；②Startclass.com[6].表1統(tǒng)計了該專業(yè)所在系部名稱及比例，系部主要開設在文理學院（在93所高校中占25%，下同）、工程學院（17%）、醫(yī)學院（13%）、理學院（13%）和科學與數(shù)學學院（11%）.此外，存在跨系跨學校開設的情況：耶魯大學，由計算生物學和生物信息學提供跨系部的博士課程；匹茲堡大學和卡內(nèi)基·梅隆大學聯(lián)合提供博士層次.

表1 開設生物信息學專業(yè)的系部名稱及百分比

2）69所院校提供的學位分布如圖1所示：研究生學歷教育的比例占78%，碩士層次占主流，共有45所院校，比率達65%；博士有27所，占39%；學士有24所，占35%.

圖1 生物信息學的學位課程分布

3）生物信息學專業(yè)的規(guī)模，如教師和學生數(shù)量.上述69所學院中，專業(yè)教師的數(shù)量統(tǒng)計如圖2所示；只有20個生物信息學專業(yè)列出學生數(shù)量，碩士和博士研究生專業(yè)平均人數(shù)是36名學生.

圖2 提供生物信息學專業(yè)的院校數(shù)量與教師的數(shù)量關系

1.2 課程和教學計劃的挑戰(zhàn)與變革

作為一個新興交叉學科，面臨新的挑戰(zhàn)，包括課程設置、課程組織，最終影響到學生的學習質(zhì)量和就業(yè).該專業(yè)學生，需具備計算機科學、信息科學和生物學的知識[7]，成為生命科學和計算機科學[8]之間的橋梁.具有計算機專業(yè)背景的學生，可修改或開發(fā)生物信息學軟件系統(tǒng)和/或應用程序，具備解決在生物信息學研究問題的能力；具有生物科學專業(yè)背景的學生應掌握如何使用現(xiàn)有生物信息學工具和應用系統(tǒng)，其強大的生命科學背景將有利于研究結(jié)果的解釋[9].

圖3統(tǒng)計了生物信息學教學計劃中的主要專業(yè)課程和技能（使用Wordle[10]生成的圖像，文字大小表示所占比重大多少）.核心課程包括生物數(shù)據(jù)庫管理、基因組學、分子生物學、蛋白質(zhì)組學、生物信息學、算法、生物信息學編程、系統(tǒng)生物學統(tǒng)計方法、結(jié)構生物學、下一代測序、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析、計算機模擬等.

對于各個企業(yè)來講，預算編制工作的開展，是企業(yè)所有與財務相關聯(lián)事務執(zhí)行的出發(fā)點，由此可見預算管理對于企業(yè)發(fā)展的重要性。但是，在部分企業(yè)中，預算工作管理者并未在預算執(zhí)行之前做好相應的準備工作，企業(yè)領導者留給預算人員的方案編制時間也十分有限，僅預留出一個月左右，導致預算編制人員無法進行財務各項收支可行性的論證環(huán)節(jié)。而缺少可信度的預算編制方案，其內(nèi)容必然會脫離實際，引發(fā)后續(xù)執(zhí)行、監(jiān)督等一系列財務管理工作問題，降低企業(yè)效益收入。

圖3 生物信息學專業(yè)的主要課程及比重顯示

隨著學科和技術的發(fā)展，出現(xiàn)了生物信息學工具和在線數(shù)據(jù)庫，例如UniProt[11]和GenBank[9]；使用基本局部比對序列工具（BLAST）[6]的識別序列相似性在DNA和蛋白質(zhì)序列；再如，用BioManager和生物信息學培訓網(wǎng)[10-14]輔導本科生[8]，以熟悉序列比對、微陣列分析、蛋白質(zhì)結(jié)構和功能預測、蛋白質(zhì)組學、主題搜索以及在生物信息學等諸多基礎技術.

2 生物信息學專業(yè)就業(yè)需求情況及其分析

在美國，該專業(yè)招聘信息主要來自兩個門戶網(wǎng)站：indeed.com[15]和monster.com[16].

2.1 工作機會和薪酬

就業(yè)市場為生物信息學的畢業(yè)生提供了多層次的職位，該專業(yè)招聘職位排名靠前的職位名稱與數(shù)量如圖4所示.

關于薪酬，生物信息學畢業(yè)生年薪從$4萬到超過$12萬，文獻[16]公布的4000多職位的分布和工資范圍如圖5所示.畢業(yè)生大部分職位是分布在入門級、中級和高級水平，占該專業(yè)所有招聘職位的83%.

2.2 生物信息學專業(yè)的雇主情況

在生物信息學中招聘信息排名前 15位的公司匯總見表2，可以看出，第一位是Leidos公司，主要在癌癥和艾滋病的治療方面的技術開發(fā)、研究和應用先進技術轉(zhuǎn)化；第二位是Illumina公司，是為下一代生命科學工具和集成系統(tǒng)進行大規(guī)模的生物數(shù)據(jù)分析的開發(fā)商和制造商.其他的公司都從事生物醫(yī)學相關的研究和開發(fā).

圖4 招聘職位名稱與數(shù)量

圖5 生物信息學專業(yè)人才的薪水范圍和招聘信息的數(shù)量

表2 在生物信息學中在排名前15位的公司招聘信息

2.3 專業(yè)知識和技能要求

關于專業(yè)知識和技能，按照隨機選擇的100項職位要求[10]，結(jié)果如圖6所示，最需要的是編程技巧、生物信息學算法、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)庫管理、基因組學、下一代測序、大數(shù)據(jù)分析、生物信息學軟件工具等.另外還有一些非專業(yè)技能要求，如溝通能力、管理能力、團隊合作精神、勝任多種任務和獨立工作等.

圖6 生物信息學入門級的工作所需的專業(yè)知識和技能

3 IUPUI生物信息系專業(yè)建設與啟示

美國的生物信息學多與人類健康醫(yī)療信息相關，為保障人類生活質(zhì)量、健康水準和醫(yī)療水平提供科學的分析和依據(jù).該系的專業(yè)設置主動適應市場發(fā)展需求，建立校企良性互動機制的發(fā)展策略.

3.1 課程設置以人為本、適應社會發(fā)展需要為生物信息學教育提出不同的方法和策略[17-19].生物信息學的核心知識和技能主要包括 5個領域，分別是生物學、計算機科學、統(tǒng)計學、倫理學和生物信息學.

IUPUI具有全美最大的護理學院和第二大的醫(yī)學院，所在城市有多家附屬醫(yī)院.該系結(jié)合學校和系部自身的優(yōu)勢，首先解決定位問題——碩士和博士層次的教學和科研；然后解決課程設置問題——根據(jù)前文相關數(shù)據(jù)研究分析和職業(yè)職位要求，消除重復冗余的課程、開發(fā)新的課程模塊、重新組織課程教學計劃等；最后解決實施問題——在學分制的前提下，用課程拓撲圖引導不同背景的學生選讀相關課程.

3.2 專業(yè)發(fā)展注重跨界融合、因地制宜

生物學家利用信息系統(tǒng)和計算機軟件進行數(shù)據(jù)分析，因此生物信息學也稱為“數(shù)據(jù)驅(qū)動的學科”.從該系專業(yè)教學計劃[4]可以看出，生物信息學是生物學、計算機科學和信息技術等之間的一個跨學科領域，從學科設置與分布、辦學層次與規(guī)模等可見，該系伴隨著大規(guī)模生物數(shù)據(jù)和計算機信息科學的結(jié)合而產(chǎn)生，依托傳統(tǒng)一級學科，根據(jù)學校自身情況而建立的跨領域?qū)W科.與相關醫(yī)學院的研究室和醫(yī)院的研究室進行跨界融合，同時注重全美同行的交流，舉辦、承辦和參加學術會議與交流.

3.3 注重專業(yè)技能新技術和社會適應能力的培養(yǎng)

該系加大學生實踐機會，從碩士階段開始，學院提供部分獎學金和研究助理職位，博士生則是全額進行資助，直接參與相關的實驗室工作和實際研究項目，為學生提供實踐機會和積累工作經(jīng)驗.通過醫(yī)學院和醫(yī)院研究院所等合作，加強實踐教學，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)提高學生實際運用知識的能力和實踐動手能力.在理論教學外，加強學生的實踐教學環(huán)節(jié)，強化學生實踐動手能力，在實驗室操作，工學結(jié)合環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學生自己思考、設計、并獨立完成作品.培養(yǎng)學生在實踐中獨立思考的方法.真正做到教學與社會需要不脫節(jié)，培養(yǎng)能獨當一面的實際操作型社會人才.就業(yè)記錄表明，該專業(yè)的學生在畢業(yè)后2個月的就業(yè)率超過95%.

3.4 專業(yè)與課程建設的借鑒

深圳職業(yè)技術學院計算機學院計算機信息管理專業(yè)，目前正在進行省級重點專業(yè)建設，與IUPUI進行了探索和交流.結(jié)合美國生物信息學普遍采用的數(shù)據(jù)分析與應用，增加教學內(nèi)容的實踐載體，從單純的工具學習融入數(shù)據(jù)處理.在已經(jīng)取得的經(jīng)驗上，進行豐富專業(yè)內(nèi)涵建設：

1）宏觀上市場導向決定專業(yè)設置和課程計劃，微觀上專業(yè)特點和學生背景決定教學內(nèi)容和方法；

2）橫向加強與同行的聯(lián)系，政校企行四方聯(lián)動，縱向上緊密聯(lián)系生源和就業(yè)市場.

［1］ 21世紀教育［EB/OL］.（2014-12-18） [2016-03-21]. http://news.21cnjy.com/A/130/74/V102063.shtml.

［2］ 大學生必備網(wǎng)［EB/OL］. (2016-2-25) [2016-03-21]. http://www.dxsbb.com/news/7261.html.

［3］ School of Informatics and Computing［EB/OL］.（2015-04-15)[2016-03-21].http://www.soic.iupui.edu.

［4］ Bioinformatics Program［EB/OL］. (2015-04-15) [2016-03-21].http://soic.iupui.edu/biohealth/graduate/.

［5］ Bioinformatics Organization. Education in the United States［EB/OL］.(2014-12-15) [2016-03-21]. http://bioinformatics.org/wiki/Education_in_the_Unite d_States.

［6］ Startclass.com. Compare Bioinformatics Degrees［EB/OL］.(2015-04-15)[2016-03-21].http:// colleges. startclass.com/d/o/Bioinformatics.

［7］ Via A, Blicher T, Bongcam-Rudloff E, et al. Best practices in bioinformatics training for life scientists［J］. Briefings in Bioinformatics, 2013，14（5）：528-537.

［8］ Cattley S, Arthur J W. Bio Manager: the use of a bioinformatics web application as a teaching tool in undergraduate bioinformatics training［J］. Briefings in bioinformatics, 2007，8（6）：457-465.

［9］ Cattley S. A review of bioinformatics degrees in Australia［J］. Briefings in Bioinformatics, 2004，5（4）：350-354.

［10］ WordleTM［EB/OL］. (2014-05-10) [2016-03-21]. http://www.wordle.net .

［11］ Campbell A M, Heyer L J. Discovering genomics, proteomics, and bioinformatics［M］. San Francisco: Benjamin Cummings, 2003.

［12］ Schneider M V, Walter P, Blatter M C, et al. Bioinformatics Training Network (BTN): a community resource for bioinformatics trainers［J］. Briefings in Bioinformatics, 2011：bbr064.

［13］ Schneider M V, Watson J, Attwood T, et al. Bioinformatics training: a review of challenges, actions and support requirements［J］. Briefings in bioinformatics, 2010：bbq021.

［14］ Via A, De Las Rivas J, Attwood T K, et al. Ten simple rules for developing a short bioinformatics training course［J］. PLoS Comput Biol, 2011，7（10）：e1002245.［15］ Job Search ［EB/OL］. (2015-04-15) [2016-03-21]. http:// www.indeed.com/

［16］ Monster Jobs［EB/OL］.(2015-04-15)[2016-03-21]. http:// www.monster.com/

［17］ Tan T, Lim S, Khan A M, et al. A proposed minimum skill set for university graduates to meet the informatics needs and challenges of the"-omics" era［J］. BMC Genomics, 2009，10（3）：1.

［18］ Pevzner P, Shamir R. Computing has changed biologybiology education must catch up［J］. Science, 2009，325（5940）：541.

［19］ Altman R B. A curriculum for bioinformatics: the time is ripe［J］. Bioinformatics, 1998，14（7）：549-550.

Reformation of Bioinformatics Curriculum in USA and its Enlightenment

ZHANG Jian1, SUN Yong1, WU Huanmei2

（1.Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China; 2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

This paper collects the development information of Bioinformatics programs offered by 93 universities in the US, which includes certificate programs, BS, MS, and PhD. The different Bioinformatics programs are studied and analyzed, in terms of their curriculum, changes of program competencies, size of the faculties, current job market needs and salaries, professional skills, employers, student enrollment, employment and other aspects. We propose that curriculum design should adapt to market needs. A healthy interaction mechanism between schools and enterprises should be created, which will be conducive to the construction, reform and development of the related fields and the supply side of the curriculum.

bioinformatics; curriculum design; competencies; skills; job markets

G642；R-4

A

1672-0318（2016）05-0080-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.015

2016-03-11

張?。?974-），男，河南開封人，副教授，主要研究方向為數(shù)據(jù)庫應用、動態(tài)Web技術、大數(shù)據(jù)與云計算技術.