基于生物信息學(xué)前沿課程的醫(yī)工融合教學(xué)改革研究

王莉 林佳 曹蕾

摘 ?要：現(xiàn)今社會醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的聯(lián)系越來越緊密，生物信息學(xué)醫(yī)工融合為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域打開新的局面。生物信息學(xué)前沿課程的醫(yī)工融合教學(xué)改革從課程體系、教學(xué)方法、考核評價和師資隊伍四個方面為切入點進行醫(yī)工融合，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉的醫(yī)工融合創(chuàng)新思維模式，對推動生物信息教育的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)前沿;醫(yī)工融合;醫(yī)學(xué);精準(zhǔn)醫(yī)療

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0142-04

Abstract： The new demands of social health and medical treatment are increasingly inseparable from bioinformatics. The integration of bioinformatics and medical industry has broken the original limitations of medical and health undertakings and life sciences. Its advantages and professional characteristics provide the interactive background of medicine and bioinformatics for medical research. The teaching reform in the course of Frontiers in Bioinformatics from the four aspects such as curriculum system， teaching methods， assessment and evaluation and teaching to carry out combination of medicine and engineering， cultivated students' innovative research spirit and team cooperation ability， which has important practical significance to promote the development of bioinformatics education.

Keywords： Frontiers in Bioinformatics; combination of medicine and engineering; medical science; precision medicine

當(dāng)前，我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)正處于發(fā)展和轉(zhuǎn)型過程中，人工智能、大數(shù)據(jù)、生物信息等新一輪科學(xué)技術(shù)將醫(yī)學(xué)發(fā)展推動到了新的階段[1]：從治療為主到預(yù)防治療，從功能基因組學(xué)的研究到生物材料的研發(fā)，從基因圖譜到康復(fù)醫(yī)學(xué)，從生物信息學(xué)的進步到精準(zhǔn)醫(yī)療的實施等，都顯示出醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)相互交叉、融合、滲透的必要性。目前的新背景對原有的教學(xué)模式提出了醫(yī)工理文融合的新要求[2]，因此生物信息學(xué)前沿課程從較為傳統(tǒng)的教學(xué)模式向醫(yī)工融合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，對培養(yǎng)能夠運用交叉學(xué)科知識解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿問題的高層次生物信息人才具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

一、醫(yī)工融合教學(xué)模式問題的剖析

醫(yī)工融合教學(xué)模式的關(guān)鍵在于融合，在醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)交叉融合的過程中，兩個學(xué)科間在學(xué)科的內(nèi)容、方法論、認(rèn)識論以及科研價值觀四個不同層次上都存在顯著差別。這些差別和不同給醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)的融合帶來了一系列問題，最顯著的問題就是融合后集中于生物信息學(xué)的內(nèi)容偏多，實質(zhì)性融合不到位，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)難以實現(xiàn)真正的融合[3]。

二、生物信息學(xué)前沿課程實施醫(yī)工融合教學(xué)模式的必要性

生物信息學(xué)前沿是生物信息專業(yè)的專業(yè)課程，是一門側(cè)重生物信息前沿基礎(chǔ)理論，同時又和應(yīng)用相結(jié)合的課程。該課程的目的是使學(xué)生掌握最新的生物信息學(xué)前沿理論和技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的思維，提高其創(chuàng)新意識、培養(yǎng)其分析和解決實際問題的能力?，F(xiàn)今社會健康和醫(yī)療的新需求，診療模式越來越離不開生物信息學(xué)[4]。在該課程中實施醫(yī)工融合教學(xué)模式有利于在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域打破原有的局限性，其優(yōu)勢和課程特色為醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)提供的交互背景，在生物信息學(xué)專業(yè)的教育領(lǐng)域是突破性的改革和創(chuàng)新[5]。

三、生物信息學(xué)前沿課程實施醫(yī)工融合教學(xué)模式的改革

在生物信息學(xué)前沿課程中實施醫(yī)工融合教學(xué)改革，就是以醫(yī)工融合教育理念為指導(dǎo)，以生物信息專業(yè)教育為核心，實施包括課程內(nèi)容、教學(xué)模式、評價體系、師資隊伍四個方面的系統(tǒng)改革，培養(yǎng)出具有醫(yī)工融合知識背景、基礎(chǔ)和創(chuàng)新研究能力強的復(fù)合應(yīng)用型人才，提升生物信息專業(yè)的核心競爭力。

（一）構(gòu)建突出醫(yī)工融合的課程體系

醫(yī)工融合特色的課程體系需要打破學(xué)科間的知識壁壘，防止學(xué)科間邊緣過于細(xì)化、僵化。課程結(jié)構(gòu)全面衡量、重新配置，課程體系的構(gòu)建不僅需要滿足生物信息專業(yè)教育的需求，也能應(yīng)對醫(yī)學(xué)教育的新發(fā)展。在精準(zhǔn)醫(yī)療時代，需要對現(xiàn)有授課形式做出調(diào)整，突出醫(yī)工融合特色，建立創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

1. 按照醫(yī)學(xué)應(yīng)用整合教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)醫(yī)工融合

對課程內(nèi)容按照“雙理論（生物信息理論和醫(yī)學(xué)理論）-多方法（多種生物信息學(xué)分析方法）-融應(yīng)用（融合醫(yī)學(xué)應(yīng)用）”的形式進行整體設(shè)計（如圖1所示），從醫(yī)學(xué)應(yīng)用出發(fā)，將所需涉及的生物信息學(xué)前沿方法及醫(yī)學(xué)應(yīng)用整理成鏈條，例如精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，人類疾病如腫瘤、高血壓、糖尿病的應(yīng)用，藥用植物的應(yīng)用等，綜合學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前沿方法，實現(xiàn)生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)的深度融合。

2. 課程內(nèi)容體現(xiàn)多層次性，突出典型性和前沿性

隨著醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，生物信息學(xué)在疾病相關(guān)基因、精準(zhǔn)醫(yī)療、藥物的研發(fā)等醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究方面都發(fā)揮重要作用。因此在設(shè)置課程內(nèi)容時，要注重生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用時的典型性，也要緊隨科技發(fā)展，注重生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的前沿性，課程內(nèi)容從淺到深，從基礎(chǔ)到典型再到前沿，具有延續(xù)性的特點。以糖尿病為例，課程體系的多層次性展示如圖2所示。

3. 課程全面推動思政建設(shè)，講授知識的同時，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀

通過介紹生物信息學(xué)的前沿進展，融入國家情懷，樹立職業(yè)道德;通過講述生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)中的前沿應(yīng)用，融入創(chuàng)新思維，樹立科學(xué)精神。通過講述基因共線性分析、進化分析等生物信息學(xué)前沿領(lǐng)域的最新技術(shù)，融入創(chuàng)新思維，樹立科學(xué)精神;形成了本門課程“三通過，三融和，三樹立”的課程思政目標(biāo)，充分挖掘本門課程的思想政治教育資源，運用好課堂教學(xué)的主渠道，構(gòu)建思想政治理論、綜合素養(yǎng)、專業(yè)知識三位一體的課程教育體系，實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)相結(jié)合的課程思政目標(biāo)。

以上述三點為指導(dǎo)思想， 優(yōu)化課程體系，形成了五大醫(yī)工融合課程體系模塊。如圖3所示。

（二）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的教學(xué)方法

1. 構(gòu)建雙師帶教的教學(xué)模式，在基礎(chǔ)理論層面實現(xiàn)醫(yī)工融合

采取以學(xué)生為主體的“師生互動”教學(xué)模式，靈活應(yīng)用探索研究型、啟發(fā)式、互動性教學(xué)方式，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。重點采用“雙師帶教”即生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)教師同時帶教進行綜合案例教學(xué)的方法將生物信息產(chǎn)業(yè)、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)銜接的內(nèi)容融入課程教學(xué)內(nèi)容，提高課程間的滲透與延伸，在確保課程知識體系完整性的基礎(chǔ)上，增加精準(zhǔn)醫(yī)療、健康大數(shù)據(jù)等相關(guān)新興技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握生物信息學(xué)前沿方法，豐富學(xué)生簡單的醫(yī)學(xué)理論知識，為應(yīng)用生物信息學(xué)分析方法解決醫(yī)學(xué)問題奠定基礎(chǔ)。

2. 構(gòu)建新思維探究教學(xué)模式，在理論分析層面實現(xiàn)醫(yī)工融合

探究活動突出學(xué)生的主題地位，精心設(shè)計體現(xiàn)醫(yī)工融合特色的探究活動。教學(xué)過程中發(fā)布分組任務(wù)，進行新思維探究活動，學(xué)生通過資料信息的整理、加工和分析，依托成員答辯、組內(nèi)補充、組間答辯、小組討論等形式，對知識進一步理解深化。教師積極引導(dǎo)和啟發(fā)，為學(xué)生探究過程提供相應(yīng)的探究資源。思維整理是理清層次和順序關(guān)系的過程，通過探究活動激發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工融合的思維方式，也能夠通過探究活動清晰呈現(xiàn)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)及思考加工的過程，實現(xiàn)知識的可視化。

3. 構(gòu)建無縫對接的醫(yī)師課堂教學(xué)模式，在理論應(yīng)用層面實現(xiàn)醫(yī)工融合

隨著醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，兩個行業(yè)彼此間發(fā)生了深度融合。教學(xué)模式不能過時，人才培養(yǎng)需要時刻根據(jù)行業(yè)發(fā)展的新趨勢和新方向不斷地對專業(yè)適時作出調(diào)整和革新，以適應(yīng)行業(yè)需求。舉辦四次工程師及醫(yī)師進課堂，圍繞生物信息學(xué)分析方法在新冠肺炎、精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用，對學(xué)生進行實際案例的展示，將理論知識與實踐相結(jié)合。能夠讓學(xué)生及時掌握生物信息學(xué)方法在醫(yī)學(xué)中的實際應(yīng)用，強化實踐教學(xué)在學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用，實現(xiàn)理論和應(yīng)用、醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的有機融合。

4. 構(gòu)建以賽促學(xué)的實踐應(yīng)用教學(xué)模式，在理論創(chuàng)新實踐層面實現(xiàn)醫(yī)工融合

學(xué)生通過常規(guī)教學(xué)掌握基礎(chǔ)理論知識，但在實踐能力的提升與突破上有一定的局限性。針對該問題，開放學(xué)院實驗室，提供技術(shù)保障，讓學(xué)生做起來。鼓勵學(xué)生參加院級及校級醫(yī)工融合大學(xué)生創(chuàng)新項目的申報，有效增加學(xué)生進行實踐和訓(xùn)練的機會。學(xué)生通過項目的申報、立項及實施過程，不僅能將課堂上所學(xué)的理論知識進行應(yīng)用并在此基礎(chǔ)上進行了實踐和創(chuàng)新，還可以通過“以賽促學(xué)”融入到不同的團隊中，積累實踐經(jīng)驗，提高社交能力和團隊協(xié)作能力。生物信息學(xué)前沿醫(yī)工融合教學(xué)模式如圖4所示。

（三）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的考核評價體系

考核是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，因此需要根據(jù)醫(yī)工融合的培養(yǎng)模式改革考試方法，創(chuàng)新教學(xué)評估體系，使考核體系真正兼顧到知識與能力、理論與實踐，正確評價學(xué)生是否真正理解、掌握和運用知識，達到學(xué)生勤于思考、善于提問和樂于實踐的目的，建立“多角度、多方面、多層次”的考核評價體系，如圖5所示。

1. 多角度考核評價

整個教學(xué)過程由教師、學(xué)生個人和學(xué)生小組等共同參與完成，因此學(xué)習(xí)過程的評價主題也是多元的，包括教師評價、組內(nèi)成員評價、組間成員評價等，通過全方位多角度的評價使學(xué)生認(rèn)清自己的學(xué)習(xí)效果并進行自我調(diào)整和完善。

2. 多方面考核評價

改變傳統(tǒng)的單一終末性考核評價方式，從多方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行考核，旨在提高學(xué)生積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。在學(xué)習(xí)中，采用豐富的評價內(nèi)容、評價指標(biāo)，包括學(xué)生探究活動中的完成度，小組協(xié)作中的參與性、互動性、積極性，大學(xué)生創(chuàng)新項目申報的積極性以及課堂教學(xué)活動的自主性等。

3. 多層次考核評價

生物信息學(xué)前沿課程內(nèi)容由淺入深， 根據(jù)醫(yī)工融合教學(xué)模式，分別從“基礎(chǔ)性、綜合性、拓展性”三個層面進行考核評價， 每個層面的教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)不同的考核辦法。如對知識掌握的基礎(chǔ)性考核， 以課堂表現(xiàn)和結(jié)課論文的方法部分進行考核;對拓展應(yīng)用成績進行的考核， 以探究活動為主;對實踐創(chuàng)新成績的考核， 以完成的結(jié)課論文的整體評價為主。學(xué)生學(xué)習(xí)成績分析如圖6所示。

（四）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的師資隊伍

醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新型師資隊伍是醫(yī)工結(jié)合跨學(xué)科人才培養(yǎng)的保證，因此課題組教師由原來單一的生物信息學(xué)背景教師調(diào)整為生物信息學(xué)背景教師、醫(yī)學(xué)專業(yè)背景教師、工程師及醫(yī)院醫(yī)師四部分，進而組成專業(yè)教學(xué)團隊，為不同學(xué)科背景的教師積極探索醫(yī)工融合的教學(xué)模式，提高醫(yī)工融合教學(xué)效果提供良好的平臺。

四、結(jié)束語

生物信息學(xué)前沿醫(yī)工融合教學(xué)改革的根本是向以“醫(yī)理交叉學(xué)科為支撐的教學(xué)模式”轉(zhuǎn)變，探尋大數(shù)據(jù)時代背景下，符合生物信息專業(yè)課程特色的醫(yī)工結(jié)合教學(xué)模式，培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力的生物信息專業(yè)學(xué)生，歷練擁有現(xiàn)代信息技術(shù)、具備先進教學(xué)理念的教師隊伍。優(yōu)化醫(yī)工融合課程體系，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從課程內(nèi)容上實現(xiàn)理論和技術(shù)的融合。改革教學(xué)方法，豐富學(xué)生活動，學(xué)生通過綜合分析，方案設(shè)計和項目的實施，達到理論知識，實踐能力和創(chuàng)新能力的提升，醫(yī)工融合項目更能鍛煉學(xué)生多學(xué)科融合的思維方式。

通過“三多”考核評價體系讓學(xué)生懂得學(xué)習(xí)過程中的自我約束，進而從基礎(chǔ)掌握、拓展應(yīng)用和創(chuàng)新實踐三個層面檢驗學(xué)習(xí)效果，進行自我能力的提升。

以調(diào)研問卷形式對課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法等內(nèi)容進行滿意度調(diào)研，學(xué)生反映良好。多維度建設(shè)醫(yī)工融合教學(xué)模式，目前已在面向全校醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的醫(yī)工融合課程中，應(yīng)用了部分課程內(nèi)容，預(yù)計在拓展模塊的生命科學(xué)大數(shù)據(jù)分析課程中全面應(yīng)用醫(yī)工融合教學(xué)模式。

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