數(shù)學(xué)背景的交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐

丁雙雙 趙熙強(qiáng) 李長軍 孫志華

摘要：首先闡述了培養(yǎng)數(shù)學(xué)背景的高質(zhì)量的交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生的意義；然后從招生、導(dǎo)師（組）設(shè)定及跨學(xué)科素質(zhì)提高、課程設(shè)置與知識(shí)整合、教材建設(shè)和教學(xué)方式與手段等方面，提出保障基于數(shù)學(xué)背景的生物信息學(xué)專業(yè)研究生培養(yǎng)質(zhì)量運(yùn)行機(jī)制和策略。

關(guān)鍵詞：交叉學(xué)科；生物信息學(xué)；研究生

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）32-0135-02

研究生教育如何適應(yīng)當(dāng)今科技、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展對高層次、復(fù)合型人才的需求，在研究生的培養(yǎng)過程中如何打破學(xué)科壁壘，遵循拔尖創(chuàng)新人才成長的規(guī)律，培養(yǎng)符合時(shí)代需要的交叉學(xué)科人才，許多學(xué)者已經(jīng)對交叉學(xué)科、跨學(xué)科人才培養(yǎng)問題展開了富有成效的研究。但大多學(xué)者都是不分學(xué)科總體上論述跨學(xué)科培養(yǎng)研究生的理論，很少有學(xué)者對重要的交叉學(xué)科生物信息學(xué)討論培養(yǎng)研究生的課程體系和實(shí)施方案。本文根據(jù)交叉學(xué)科生物信息學(xué)的特點(diǎn)，從招生、導(dǎo)師（組）設(shè)定及跨學(xué)科素質(zhì)提高、課程設(shè)置與知識(shí)整合、教材建設(shè)和教學(xué)方式與手段等方面，提出保障基于數(shù)學(xué)背景的生物信息學(xué)專業(yè)研究生培養(yǎng)質(zhì)量運(yùn)行機(jī)制和策略。

一、培養(yǎng)數(shù)學(xué)背景的高質(zhì)量的交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生的意義

20世紀(jì)中期，隨著各學(xué)科的日益相互滲透，各學(xué)科、各種知識(shí)、技術(shù)之間互融互通、犬牙交錯(cuò)，邊界越來越模糊，由此產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科。生物信息學(xué)是隨著生命科學(xué)的發(fā)展而興起的交叉學(xué)科，它需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理和生物學(xué)等知識(shí)，對生物現(xiàn)象和系統(tǒng)建立模型，以闡明和理解生物信息中所蘊(yùn)含的生物學(xué)含義。利用生物信息學(xué)的成果，生物學(xué)家避免了生物學(xué)中的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從而將生命科學(xué)領(lǐng)域中“從實(shí)踐到理論總結(jié)”的傳統(tǒng)科研思路，改變?yōu)椤皬睦碚摬聹y到實(shí)踐檢驗(yàn)再到理論總結(jié)”的新的科研思路。因此，生物信息學(xué)是生物學(xué)系統(tǒng)至關(guān)重要的研發(fā)工具，獲取、分析和利用基因組及后基因組學(xué)提供的大量信息需要生物信息學(xué)，生物學(xué)研究開發(fā)需要掌握生物信息學(xué)知識(shí)的人才。

生命科學(xué)的飛速發(fā)展突顯了生物信息學(xué)人才的缺乏，目前國內(nèi)生物信息學(xué)研究生培養(yǎng)規(guī)模較小。最近幾年，雖然研究機(jī)構(gòu)和高等院校都增加了生物信息學(xué)研究生的培養(yǎng)規(guī)模，但相對迅猛發(fā)展的生命科學(xué)和發(fā)達(dá)國家，我國生物信息學(xué)交叉學(xué)科人才仍然是最緊缺的人才之一。因此，通過各種教學(xué)途徑系統(tǒng)培養(yǎng)生物信息學(xué)復(fù)合型人才成為當(dāng)務(wù)之急，探索培養(yǎng)高質(zhì)量多學(xué)科交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生培養(yǎng)模式十分必要且有重要的實(shí)際意義。

二、基于數(shù)學(xué)背景的交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生的培養(yǎng)模式及策略

生物信息學(xué)是生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理和化學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科，涉及的學(xué)科多，課程也很多，但現(xiàn)有的管理體制大部分都是對單一學(xué)科設(shè)置的，導(dǎo)致學(xué)科的招生、學(xué)生跨學(xué)科的學(xué)習(xí)、不同學(xué)科、不同專業(yè)的交流等方面出現(xiàn)了很多困難。本項(xiàng)目組成員在培養(yǎng)研究生的過程中，積極探討培養(yǎng)多學(xué)科交叉學(xué)科生物信息學(xué)研究生的培養(yǎng)模式，邊實(shí)踐邊發(fā)現(xiàn)問題，然后找到解決問題的方法。

1.交叉學(xué)科生物信息學(xué)的招生選拔采取靈活的方式。生物信息學(xué)專業(yè)考生的知識(shí)背景往往比較復(fù)雜，涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、生物、物理等知識(shí)，因此，在招生的時(shí)候，要求數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的生物學(xué)信息學(xué)專業(yè)的考生不但具有較好和較全面的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而且要掌握一定的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)和一定的生物學(xué)方面的知識(shí)，入學(xué)后再自主學(xué)習(xí)生物學(xué)方面的知識(shí)，一般不會(huì)影響以后的研究工作。

2.課程設(shè)置與知識(shí)整合策略。課程設(shè)置是保障交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要一環(huán)，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景及培養(yǎng)方向可以有不同的設(shè)置，基于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的信息生物學(xué)研究生的課程設(shè)置也要根據(jù)學(xué)院的具體情況和導(dǎo)師的研究方設(shè)置，中國海洋大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的信息生物學(xué)方向在運(yùn)籌學(xué)與控制論碩士點(diǎn)下，課程設(shè)置有圖論、組合最優(yōu)化、線性與整數(shù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)挖掘、回歸分析（其他統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的課程，學(xué)生可根據(jù)需要學(xué)習(xí)）、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論及應(yīng)用、系統(tǒng)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)等，兼顧了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和生物信息學(xué)知識(shí)。

為保證研究生盡快奠定進(jìn)行交叉學(xué)科研究的基礎(chǔ)，在三年研究生的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)校應(yīng)多開展一些組織生物學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科交叉學(xué)術(shù)交流（包含教師學(xué)術(shù)報(bào)告、學(xué)生之間學(xué)術(shù)討論、交叉性質(zhì)的研究題目等）、教師之間的交叉指導(dǎo)等策略。

3.導(dǎo)師（組）設(shè)定及跨學(xué)科素質(zhì)提高策略。由于跨學(xué)科教師要求的綜合素質(zhì)較高，生物信息學(xué)也是較新的一個(gè)交叉學(xué)科，因此，幾乎所有的高等院校和科研院所都缺少高水平的生物信息學(xué)人才。要解決交叉學(xué)科生物信息學(xué)的師資問題，需要更新跨學(xué)科發(fā)展觀念、優(yōu)化跨學(xué)科組織結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)跨學(xué)科科研實(shí)踐等，研究生導(dǎo)師在指導(dǎo)交叉學(xué)科研究生時(shí)也應(yīng)采取必要的措施和靈活方式：①根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景及自身情況實(shí)行分層次指導(dǎo)，數(shù)學(xué)背景的學(xué)生應(yīng)加強(qiáng)生物學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)，要打破本科和碩士課程的界限，這樣更有利于學(xué)生的發(fā)展。②尋找合作導(dǎo)師。數(shù)學(xué)背景的研究生已經(jīng)掌握了較多數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用技巧，但缺乏生物學(xué)方面的知識(shí)，因此，尋找一個(gè)生物學(xué)方面的合作導(dǎo)師很有必要，合作導(dǎo)師不但可以指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識(shí)，還可以指導(dǎo)學(xué)生建立生物模型，根據(jù)數(shù)學(xué)結(jié)論和統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定結(jié)論的好壞及后續(xù)的研究方向，如果有條件，還可以將學(xué)生送到合作導(dǎo)師那里學(xué)習(xí)工作一段時(shí)間，這樣學(xué)生可以了解生物實(shí)驗(yàn)的過程、增加生物知識(shí)，對學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及以后的研究工作有極大幫助。③定期或不定期地組織學(xué)術(shù)交流，可采用專題式的交流，幾位導(dǎo)師可先討論擬定一個(gè)或幾個(gè)可進(jìn)行討論且符合研究方向的論題，指導(dǎo)學(xué)生查閱資料，充分準(zhǔn)備，以報(bào)告或邊報(bào)告邊討論的形式達(dá)到交流的目的，這對學(xué)生的研究方向的形成及研究工作的展開必不可少。④開展跨學(xué)科學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流?？鐚W(xué)科學(xué)生的知識(shí)體系不同，具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，他們之間的交流是必要且可以實(shí)現(xiàn)的，他們可以相互指導(dǎo)學(xué)習(xí)不同領(lǐng)域的知識(shí)，尤其在做研究時(shí)，可以相互討論解決遇到的難題。

4.建立課程大綱加強(qiáng)教材建設(shè)。對國內(nèi)外基于數(shù)學(xué)背景的生物信息學(xué)專業(yè)的教學(xué)大綱、教材進(jìn)行摸底比較，引進(jìn)先進(jìn)的理念，制定了適合中國海洋大學(xué)生物信息學(xué)專業(yè)的各門課程大綱，大部分課程都采用國外翻譯的優(yōu)秀教材，并且在上課的過程中，結(jié)合近幾年的參考文獻(xiàn)及研究成果，隨時(shí)補(bǔ)充相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生在奠定基礎(chǔ)的同時(shí)，還能了解一些與生物信息學(xué)相關(guān)的最新研究進(jìn)展與趨勢。

5.教學(xué)方式與手段。根據(jù)生物信息學(xué)為交叉學(xué)科的特點(diǎn)，采用多種多樣的教學(xué)方式。例如：基于數(shù)學(xué)背景的生物信息學(xué)研究生尤其需要生物學(xué)教師的指導(dǎo)，指導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生與跨學(xué)科學(xué)生之間進(jìn)行互相交流，共同完成交叉性質(zhì)的課題等。建設(shè)信息化教學(xué)平臺(tái)，通過教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生及學(xué)生與學(xué)生的在線交流。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，通過數(shù)據(jù)庫查詢研究所需的真實(shí)數(shù)據(jù)，充分利用現(xiàn)有軟件包分析、整合得到所需結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生互助互通、協(xié)作的團(tuán)隊(duì)科研意識(shí)，實(shí)現(xiàn)從以傳授知識(shí)為主要目標(biāo)的“繼承性教育”轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)能力素質(zhì)為主要目標(biāo)的“創(chuàng)新性教育”。

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