謝小芳 福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院 350002

生物信息學(xué)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(xué)生物學(xué)的優(yōu)勢，探索“應(yīng)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(xué)技術(shù)運用到生命科學(xué)領(lǐng)域。在此背景下，擁有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男聦W(xué)科—生物信息悄然興起，該學(xué)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(xué)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(yīng)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(zhǔn)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(xué)科。這些差異表明了國內(nèi)高校對生物信息學(xué)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(xué)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(xué)和計算機科學(xué)知識的“雙棲復(fù)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(xué)是將計算機與信息科學(xué)技術(shù)運用到生命科學(xué)尤其是分子生物學(xué)研究中的重大交叉學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域，是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，未來幾年，這一學(xué)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(xué)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(wù)于本國生物研究和開發(fā)，其中部分服務(wù)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(xué)中心的相繼成立，標(biāo)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(xué)研究的單位多是一些科研單位、綜合性大學(xué)及生物醫(yī)學(xué)公司。國內(nèi)交流也大多是一些學(xué)術(shù)研討會，真正的生物信息學(xué)人才幾乎沒有。目前從事生物信息學(xué)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(xué)知識的缺陷，使得軟件的設(shè)計和應(yīng)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(xué)家和懂分子生物學(xué)的計算機學(xué)家極少。要充分發(fā)揮生物信息學(xué)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(xué)人才的缺乏的問題，最好的途徑就是在大學(xué)中設(shè)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(biāo)

培養(yǎng)計劃是學(xué)校培養(yǎng)人才的總體設(shè)計藍圖，是高等學(xué)校指導(dǎo)教學(xué)工作的基本法規(guī)，在本質(zhì)上體現(xiàn)了社會對大學(xué)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(wù)，它直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。生物信息學(xué)科涉及的領(lǐng)域非常廣泛，任何一個學(xué)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(rèn)為各個學(xué)校的生物信息專業(yè)的人才培養(yǎng)都應(yīng)突出自己的學(xué)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(xué)生物學(xué)研究具有較強的整體優(yōu)勢，應(yīng)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(xué)學(xué)科發(fā)展的新趨勢，探索“應(yīng)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(xué)研究，以寬口徑、厚基礎(chǔ)為前提，在課程體系與教學(xué)內(nèi)容上力求突出自身的學(xué)科優(yōu)勢，逐步構(gòu)建以農(nóng)學(xué)生物學(xué)為基礎(chǔ)的“復(fù)合型、應(yīng)用型”生物信息人才培養(yǎng)方案，探討了計算機、生物學(xué)、數(shù)學(xué)和實踐教學(xué)等系列課程體系的優(yōu)化，避免課程之間脫節(jié)或重復(fù)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更為有效。

3.1 生物學(xué)相關(guān)課程

生物信息學(xué)所涉及的內(nèi)容，不論是軟件開發(fā)，軟件應(yīng)用，還是網(wǎng)站建設(shè)，數(shù)據(jù)處理，其研究的最終目的是解決生物學(xué)中的問題，因此生物學(xué)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(xué)生物學(xué)研究方面的優(yōu)勢，我們開設(shè)了普通生物學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳與進化等專業(yè)基礎(chǔ)課程，在核心課程生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)等的教學(xué)內(nèi)容中，也緊緊圍繞農(nóng)學(xué)生物學(xué)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(xué)習(xí)這些課程，學(xué)生能夠掌握本專業(yè)所需的生物學(xué)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(yù)測以及基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)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(xué)學(xué)習(xí)和研究的應(yīng)用工具。而且，在短短四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，要求學(xué)生對生物學(xué)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(xué)校的實際情況，我們開設(shè)一些傳統(tǒng)的編程語言如c++、Java等課程以保證學(xué)生具有基本的編程能力，同時開設(shè)了較為實用的，在生物信息學(xué)中有文本處理優(yōu)勢的Perl語言，開設(shè)了異于計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，強調(diào)大型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)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(shè)了一些計算機方面的選修課程，供學(xué)有余力的學(xué)生自主選擇。

3.3 數(shù)學(xué)相關(guān)課程

各種數(shù)學(xué)理論或多或少在生物學(xué)研究中起到了相應(yīng)的作用[3]。生物信息學(xué)的一項主要任務(wù)就是從核酸和蛋白質(zhì)序列中挖掘有生物學(xué)意義的信息，這其中有許多問題要牽涉到數(shù)學(xué)工具，數(shù)學(xué)工具被廣泛應(yīng)用于生物信息學(xué)研究之中[4]。例如生物統(tǒng)計學(xué)，是生物信息學(xué)的數(shù)學(xué)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(xué)中有重要應(yīng)用；還有蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)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(xué)實踐相關(guān)內(nèi)容

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的目的是培養(yǎng)學(xué)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(xué)合理培養(yǎng)方案的一個重要任務(wù)。生物信息專業(yè)是一門實踐性很強的實驗性學(xué)科，需要在計算機科學(xué)與生物學(xué)專業(yè)進行相關(guān)課程的實踐學(xué)習(xí)，掌握兩個專業(yè)的基本技能，包括實驗課教學(xué)、教學(xué)實踐和畢業(yè)論文在內(nèi)的實踐教學(xué)。

在實驗課教學(xué)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(shè)了生物學(xué)大實驗、生物信息學(xué)研究法、基因組學(xué)研究法、軟件工程研究法等，以便于進行實驗室和實驗教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一安排、避免重復(fù)。在教學(xué)內(nèi)容上，減少驗證性試驗的比例，增加綜合性、設(shè)計性、開放性試驗的比重，建立開放式的實驗教學(xué)體系。與此同時，專業(yè)實驗室還學(xué)生免費開放，鼓勵學(xué)生參與教師的科研活動，應(yīng)用所學(xué)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(yīng)以市場需求為導(dǎo)向，以服務(wù)社會為宗旨，走產(chǎn)學(xué)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(yīng)社會需求，我們組織學(xué)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(xí)教學(xué)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(yīng)。

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

4 特色教育—以賽帶學(xué)

隨著高校擴招，學(xué)生數(shù)量驟增且成績參差不齊，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果很難保證。整齊劃一的培養(yǎng)設(shè)計，容易忽視學(xué)生的個體價值[6]。因此，如何保證學(xué)生的質(zhì)量成為人才培養(yǎng)的又一難題。為了適應(yīng)未來生物信息學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，培養(yǎng)高素質(zhì)的生物信息學(xué)人才，我們在多年教學(xué)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(xué)專業(yè)培養(yǎng)的“學(xué)生研究和訓(xùn)練計劃”（Student Research and Training Program, SRTP），該計劃是以生物信息學(xué)的本科專業(yè)課程為依托，以“競賽”和“訓(xùn)練”相結(jié)合的形式，即“競賽”帶動“訓(xùn)練”，“訓(xùn)練”促進“競賽”。訓(xùn)練和競賽內(nèi)容包括英語口語、數(shù)學(xué)建模、程序設(shè)計、試驗設(shè)計等項目。學(xué)生在學(xué)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(xùn)練和競賽。通過開展該計劃，深化學(xué)生對專業(yè)課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新精神，達到“復(fù)合型”和“應(yīng)用型”生物信息學(xué)人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

5 教學(xué)科研—體化

生物信息是生命科學(xué)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(xué)術(shù)觀點。我們的老師只有堅持不懈地學(xué)習(xí)和進行科學(xué)研究，不斷用新的知識和新的科研成果充實課程教學(xué)內(nèi)容，采用以科研帶動教學(xué)的發(fā)展模式才能順應(yīng)生物信息學(xué)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(xué)和基因組學(xué)的課程教學(xué)中，所使用的實例大部分來源于生物信息學(xué)科研實踐中的具體問題，把這些實際的生物信息學(xué)問題的解決方案和研究成果轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)的生動案例，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)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(xué)緣結(jié)構(gòu)”；重視學(xué)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(xué)研究，推行“科研成果進課堂”。生物信息學(xué)是現(xiàn)代的前沿學(xué)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(shè)

教材是保證學(xué)校教學(xué)計劃順利實施的重要載體，是教師傳授知識以及學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識，完成學(xué)業(yè)的必備工具。當(dāng)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)體系建設(shè)。

7 結(jié)束語

生物信息學(xué)是當(dāng)今最具發(fā)展前途的新興學(xué)科之一，它的發(fā)展將給生命科學(xué)帶來革命性的變革，將幫助人類認(rèn)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(shè)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(xué)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(xué)經(jīng)驗。

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

[2]國家教育行政學(xué)院第24期高校領(lǐng)導(dǎo)干部進修班《不同類型高等學(xué)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(xué)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(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探討[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)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(xué)專業(yè)的Java教學(xué)實踐[J].教學(xué)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(xué);專業(yè)定位; 培養(yǎng)方案

Bioinformatics；Professional orientation；Training program