“新農(nóng)科”背景下生物信息學(xué)課程開設(shè)建議

劉秦

摘要：隨著生物大數(shù)據(jù)及人工智能的迅速發(fā)展，生物信息學(xué)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的重要研究手段，其重要性不言而喻。恰逢國家“新農(nóng)科”建設(shè)的契機(jī)，生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量直接與“新農(nóng)科”人才的培養(yǎng)密切相關(guān)。本文總結(jié)了當(dāng)下生物信息學(xué)課程開設(shè)過程中存在的不足和面臨的困境，并從師資組建、平臺搭建、課程建設(shè)等方面提出了相應(yīng)的建議，期望為生物信息學(xué)教學(xué)和人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：“新農(nóng)科”;生物信息學(xué);課程建設(shè)

建設(shè)“新農(nóng)科”已成為新時期高校農(nóng)業(yè)教育改革的重要方向，以多學(xué)科深度融合為核心，以促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展的實踐為首要本質(zhì)。“新農(nóng)科”需要多個學(xué)科的融合，也需要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)學(xué)生對當(dāng)前農(nóng)業(yè)知識的理解，以及相關(guān)技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練。新農(nóng)科的發(fā)展是大勢所趨，將會為我國農(nóng)業(yè)課程的教學(xué)水平的提高做出重要貢獻(xiàn)。新農(nóng)科的建設(shè)必須要突破傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，不僅要打好理論基礎(chǔ)，更要提高學(xué)生的創(chuàng)新程度和業(yè)績，提高學(xué)生的實踐能力，學(xué)習(xí)和使用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)[1]。生物信息學(xué)作為一門新興前沿學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、生物學(xué)和計算機(jī)學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，其實質(zhì)是利用計算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決生物學(xué)問題[2]。該課程涉及對生物實驗及測序大數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲、查詢和分析，挖掘數(shù)據(jù)的生物學(xué)意義，解釋生命活動的規(guī)律?；谏镄畔W(xué)這門課程的前沿性、交叉性和實踐性特點，生物信息學(xué)課程的開展十分契合“新農(nóng)科”建設(shè)需求。

自2002年以來，國內(nèi)部分高水平高校開始開設(shè)生物信息學(xué)課程，地方高校也緊跟潮流，紛紛開設(shè)了該課程。然而，但由于該學(xué)科的快速發(fā)展和和現(xiàn)代生物信息學(xué)處理的數(shù)據(jù)類型更加多元化，傳統(tǒng)的理論知識“填充式”教學(xué)模式已不能滿足“新農(nóng)科”建設(shè)目標(biāo)的需求。在此基礎(chǔ)上，筆者整理總結(jié)當(dāng)下高校特別是地方本科院校生物信息學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，提出了在“新農(nóng)業(yè)科學(xué)”背景下提高生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量的有針對性的改革建議。

一 生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的問題

（一）師資力量薄弱，隊伍建設(shè)滯后

基于生物信息學(xué)本身交叉性強(qiáng)，發(fā)展迅速的特點，該學(xué)科任課老師需要具備生物、統(tǒng)計學(xué)和計算機(jī)等多學(xué)科專業(yè)知識外，還具備敏銳的洞察力、能及時掌握學(xué)科動態(tài)，跟隨國際前沿趨勢。地方院校由于地理位置、經(jīng)濟(jì)地位、吸引力、落戶規(guī)則等原因，缺乏人才吸引力，大量具有專業(yè)背景的博士畢業(yè)生被一、二線城市的高校、科研院所、大企業(yè)挖走。剩下的大部分教員沒有接受過專業(yè)的生物信息學(xué)培訓(xùn)，他們的知識體系不足以滿足教學(xué)需求，完成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。此外，生物信息學(xué)通常被作為一門選修課，相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)在學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)方案中對其重視程度不夠。

（二）硬件建設(shè)滯后

生物信息學(xué)發(fā)展日新月異，從基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和代謝組，數(shù)據(jù)類似越發(fā)多元化，數(shù)據(jù)量也越來越大，依靠傳統(tǒng)的個人計算機(jī)已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)的處理和分析。以筆者所在的地方院校為例，目前生物信息學(xué)教學(xué)主要以理論知識為主，實操部分借助于學(xué)院園林制圖的機(jī)房，多數(shù)機(jī)器配置為內(nèi)存4G的辦公型，此外系統(tǒng)均為window系統(tǒng)，導(dǎo)致課程實踐部分無法正常開展，學(xué)生無法對所學(xué)的知識產(chǎn)生直觀的理解。

（三）教學(xué)資源缺乏，課程設(shè)置不合理

生物信息學(xué)的快速發(fā)展勢必要帶來知識的更新，然而目前可征訂的教材及部分教學(xué)資源仍然停留在學(xué)科發(fā)展歷程、數(shù)據(jù)庫的使用和檢索、基本算法介紹等傳統(tǒng)內(nèi)容上，教學(xué)內(nèi)容明顯無法跟隨發(fā)展趨勢。此外生物信息課程多面向不同學(xué)科背景的本科生開設(shè)，導(dǎo)致在教材選擇上多以綜合性教材為主，無法兼顧學(xué)生專業(yè)背景的獨特性，難以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中“感同身受”，久而久之，導(dǎo)致學(xué)生缺乏興趣?，F(xiàn)在大多數(shù)高校在培養(yǎng)方案中設(shè)置為專業(yè)選修課程，學(xué)時多以24或32學(xué)時為主，對于這樣一門綜合型學(xué)科，知識內(nèi)容均繁雜，在緊張的學(xué)時安排之下，任課老師只能對課程進(jìn)行走馬觀花式處理，學(xué)生無法消化課堂知識，產(chǎn)生厭學(xué)心理。

二 “新農(nóng)科”背景下生物信息學(xué)教學(xué)改革建議

（一）提升本校專業(yè)教師素養(yǎng)，組建多元化師資團(tuán)隊

在引進(jìn)人員困難的情況下，注重本校生物信息學(xué)教師的培養(yǎng)不失為一種有效的方法。培養(yǎng)方式可以多渠道開展，以線上或線下商業(yè)課程的培訓(xùn)，其中一家名為“基因課”的網(wǎng)站提供了較為系統(tǒng)和緊跟科研趨勢的付費(fèi)課程，此外也可以通過到有經(jīng)驗的院校進(jìn)行進(jìn)修和訪學(xué)的方式進(jìn)行個人能力提升。

在教學(xué)制度上，可以選擇破除一師一科的教學(xué)制度，通過整合計算機(jī)學(xué)院、數(shù)學(xué)學(xué)院和生物學(xué)院的不同專業(yè)課老師，組建多元化師資團(tuán)隊進(jìn)行兼職授課，通過不同專業(yè)人才各自發(fā)揮專長的方式，拓寬學(xué)生知識面，理清知識框架，把握重難點。

（二） 搭建生物信息學(xué)實訓(xùn)平臺

高性能服務(wù)器是開展生物信息學(xué)領(lǐng)域原創(chuàng)性研究，建立數(shù)據(jù)分析、挖掘及解析技術(shù)體系，保障應(yīng)用型人才實踐培養(yǎng)的直接物理載體[3]。搭建高性能服務(wù)器平臺可以在不淘汰低配置機(jī)房的基礎(chǔ)上，完美的解決生物信息學(xué)課程實踐操作問題。實驗平臺的建設(shè)是傳統(tǒng)高校開展基礎(chǔ)教育和質(zhì)量保障的前提，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵。生物信息學(xué)技能的培養(yǎng)在很大程度上取決于計算機(jī)技能的提高，機(jī)房在其中發(fā)揮著特殊的作用。為了培養(yǎng)具有扎實的理論基礎(chǔ)和扎實的生物信息學(xué)實踐能力的高素質(zhì)數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用人才，必須在實踐教學(xué)和計算的基礎(chǔ)上取得進(jìn)展。

簡化招標(biāo)程序，將高性能服務(wù)器平臺指定為特殊應(yīng)急設(shè)備，并提供特殊處理渠道。如果資金限制使平臺建設(shè)不能一次完成，可以進(jìn)行分期建設(shè)。由于Linux系統(tǒng)的高兼容性和可擴(kuò)展性，建設(shè)過程中可以內(nèi)存和硬盤插槽進(jìn)行預(yù)留，后期通過逐步升級來滿足擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲和處理性能的需求。在建設(shè)初期，可以通過租賃其他科研院所或企業(yè)的計算資源的方式解決燃眉之急。

（三）合理設(shè)置基礎(chǔ)課程

在開展生物信息學(xué)課程之前，院校應(yīng)該適當(dāng)?shù)拈_設(shè)Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、Perl、Python或R語言等編程語言課程。課程的開設(shè)應(yīng)該有計劃且靈活的，例如原本的SPSS等課程可以用R語言課程代謝，而VB等計算機(jī)課程可用Perl等課程進(jìn)行替換，這種替換符合趨勢發(fā)展，也利于學(xué)生知識體系的更新。

在教材的選擇上應(yīng)以實際應(yīng)用為主，內(nèi)容當(dāng)涉及生物數(shù)據(jù)庫的介紹，相關(guān)軟件和工具的操作原理以及使用技巧，旨在讓學(xué)生在實踐操作中，更加深刻的理解數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)意義，并能將所學(xué)技能貼合的應(yīng)用到自己的畢業(yè)設(shè)計之中。任課老師當(dāng)認(rèn)真遴選生物信息學(xué)教材，通過比較篩查，選擇最適于本校學(xué)生培養(yǎng)任何的課本。

三 結(jié)語

生物信息學(xué)是一門新興前沿學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、生物學(xué)和計算機(jī)學(xué)等多學(xué)科的交叉融合，其實質(zhì)是利用計算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決生物學(xué)問題。近些年來，隨著測序技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，大量數(shù)據(jù)被產(chǎn)生，生物信息學(xué)已經(jīng)成為生物學(xué)許多領(lǐng)域的重要組成部分。針對生物信息學(xué)課程在地方院校遇到的問題，本文提供了一定解決對策和建議：提高專任教師的專業(yè)素養(yǎng)，組建多元化師資隊伍，逐步搭高建性能實踐平臺，完善課程設(shè)置，重視學(xué)生實踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣是地方本科院校在“新農(nóng)科”建設(shè)背景下有效開展生物信息學(xué)教學(xué)的重要依據(jù)。

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玉林師范學(xué)院新農(nóng)科研究與改革實踐項目《基于新農(nóng)科的農(nóng)林人才“三全育人”途徑探究》（項目編號：2020XNK01）;廣西高等教育本科教學(xué)改革工程立項項目《面向鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略需求的新型園林人才培養(yǎng)研究與實踐》（項目編號：2021JGA289）;玉林師范學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊項目《園林專業(yè)“雙師型”教學(xué)團(tuán)隊》（項目編號：2020JXTD06）;玉林師范學(xué)院2020年高等教育本科教學(xué)改革工程項目《新農(nóng)科背景下涉農(nóng)專業(yè)人才培養(yǎng)改革的探索與創(chuàng)新》（項目編號：2020XJJGZD02）