摘 要：生物信息學(xué)是新興的多學(xué)科交叉科學(xué)，它的發(fā)展和人才培養(yǎng)對于我國未來生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大影響。在教學(xué)實踐基礎(chǔ)上，介紹生物信息學(xué)專業(yè)課程體系建設(shè)方面的開創(chuàng)性工作，并探討本科生培養(yǎng)的辦學(xué)模式及培養(yǎng)經(jīng)驗。對于全面推廣和提升生物信息學(xué)教育理論，提高我國計算生物學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 實踐能力 課程體系 培養(yǎng)模式

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）07（a）-0047-02

1 生物信息學(xué)概述

伴隨現(xiàn)代高通量分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生物信息學(xué)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用日益深入[1]。作為數(shù)學(xué)理論、計算機技術(shù)和生物醫(yī)藥研究的整合學(xué)科，生物信息學(xué)在生物進化、生理功能、疾病治療、藥物開發(fā)、農(nóng)林產(chǎn)業(yè)等眾多領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價值，是研究生命科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)內(nèi)在定量規(guī)律的重大交叉前沿學(xué)科。鑒于生物信息學(xué)的重要研究價值和廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，發(fā)展生物信息學(xué)專業(yè)教育，有計劃的建設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)課程體系，開展面向?qū)嵺`能力的生物信息學(xué)人才培養(yǎng)對促進現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)發(fā)展有重要的意義[2]。

2 生物信息學(xué)教育發(fā)展現(xiàn)狀

生物信息學(xué)發(fā)展起步于20世紀末，在短短的十幾年中，生物信息學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為了橫跨多個研究領(lǐng)域的朝陽專業(yè)，國內(nèi)眾多高等學(xué)府、科研院所相繼開設(shè)了生物信息本科和研究生專業(yè)[3]。但是，在實際的教學(xué)和研究過程中，絕大數(shù)單位依托于單一的數(shù)學(xué)、計算機或生物學(xué)專業(yè)開展，人才培養(yǎng)模式尚處于探索階段，在培養(yǎng)過程存在生物信學(xué)理論基礎(chǔ)薄弱、課程體系不健全、課程內(nèi)容不完善、專業(yè)教材匱乏、專業(yè)師資隊伍缺乏等問題。

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院是全國領(lǐng)先創(chuàng)辦生物信息學(xué)專業(yè)的單位之一，多年來致力于生物信息學(xué)的科學(xué)研究和本、碩、博各類人才培養(yǎng)，堅持以學(xué)生為本，以培養(yǎng)高素質(zhì)生物信息學(xué)專門人才為目標，深化教學(xué)改革，以滿足日益發(fā)展的生物信息學(xué)高端人才需要[4]。為解決生物信息學(xué)的教育教學(xué)問題，培養(yǎng)高水平的現(xiàn)代生物信息學(xué)人才，我們提出立足國內(nèi)高等生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)教育，建立面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)專業(yè)課程體系，以實現(xiàn)高質(zhì)量培養(yǎng)具有理工科創(chuàng)新思維能力的生物醫(yī)學(xué)人才，為我國生命科學(xué)—醫(yī)藥學(xué)科教育教學(xué)、科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化輸送大批專門人才。

3 生物信息課程體系建設(shè)

3.1 課程建設(shè)目標和指導(dǎo)方針

結(jié)合生物信息學(xué)才培養(yǎng)目標，經(jīng)過數(shù)十名骨干教師十余年生物信息學(xué)教學(xué)實踐及人才培養(yǎng)成果經(jīng)驗反饋，我們適時調(diào)整本科生課程及教學(xué)內(nèi)容，逐步建立起面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)專業(yè)課程體系。奠定了本科生的人文素養(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng)并重，公共基礎(chǔ)理論及專業(yè)理論相輔相乘，重視學(xué)生理工生物醫(yī)學(xué)全方面素質(zhì)提高，重點突出學(xué)生實踐能力的人才培養(yǎng)方針，并在實踐中培養(yǎng)了大批具有創(chuàng)新思維能力的優(yōu)秀高端生物信息學(xué)專業(yè)人才。

3.2 生物信息學(xué)課程體系建設(shè)方案

考慮到生物信息學(xué)多學(xué)科交叉特點和國家大學(xué)生培養(yǎng)要求，及學(xué)生未來就業(yè)深造所必需的基礎(chǔ)和專業(yè)能力，我們在國內(nèi)率先開創(chuàng)了生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系，并在醫(yī)學(xué)院校獨立開展近40余門數(shù)理基礎(chǔ)課程和生物信息學(xué)專業(yè)課程。主要的課程建設(shè)情況如下：

（1）公共基礎(chǔ)課程（國家限修課）：政治理論課程、公共外語、體育。

（2）生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程：解剖生理學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生物化學(xué)、細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物技術(shù)實驗、分子藥理學(xué)等。

（3）計算機基礎(chǔ)課程：計算機基礎(chǔ)、高級語言程序設(shè)計（C++JAVA）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Perl語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、Linux操作系統(tǒng)與程序設(shè)計等（上述課程均含上機實踐）。

（4）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程：數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)理邏輯、組合數(shù)學(xué)與圖論、微分動力學(xué)方程、運籌學(xué)等（上述課程均含上機實踐）。

（5）專業(yè)基礎(chǔ)課程：信息論基礎(chǔ)、生物統(tǒng)計學(xué)、生物醫(yī)學(xué)圖像處理、模式識別、優(yōu)化算法、隨機過程、生物信息學(xué)概論、生物信息數(shù)據(jù)挖掘、生物信息軟件設(shè)計與開發(fā)、分子生物軟件工程、生物信息學(xué)數(shù)據(jù)可視化、專業(yè)外語等（上述課程均含實驗）。

（6）專業(yè)課程：生物芯片技術(shù)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、分子進化、分子生物網(wǎng)絡(luò)、基因組信息學(xué)、蛋白質(zhì)組信息學(xué)、藥物基因組信息學(xué)、統(tǒng)計遺傳學(xué)、計算表觀遺傳學(xué)、計算機輔助藥物設(shè)計等（上述課程均含實驗）。

（7）綜合實踐課程：課題標書設(shè)計、科研論文寫作、生物信息學(xué)進展等。

我們在實踐基礎(chǔ)上開創(chuàng)的面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)專業(yè)課程體系不同于其他院校，具有明顯的跨專業(yè)交叉性教學(xué)計劃特色。該課程體系著眼于基礎(chǔ)理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合、素質(zhì)培養(yǎng)與專業(yè)培養(yǎng)相結(jié)合、扎實穩(wěn)妥與創(chuàng)新思維相結(jié)合。注重學(xué)生在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)方面的基礎(chǔ)性教育，同時，強調(diào)了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、高精尖人才培養(yǎng)、特色化人才培養(yǎng)。厚基礎(chǔ)、寬口徑，使學(xué)生在本科階段不但打好將來從事生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、生物醫(yī)藥等相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新性研究工作基礎(chǔ)，更重要的是該專業(yè)課程體系與實踐密切聯(lián)系，切合相關(guān)研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)實際，能夠培養(yǎng)學(xué)生從事原始創(chuàng)新研究與產(chǎn)業(yè)開發(fā)的能力。

4 生物信息學(xué)本科生培養(yǎng)模式建設(shè)

4.1 五年制分段培養(yǎng)與多學(xué)科教育體系

目前，我們根據(jù)生物信息學(xué)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)特點，考慮到基礎(chǔ)課程多，實踐能力要求高等因素，采取“2+2+1”的五年制本科人才培養(yǎng)模式，包括兩年理論基礎(chǔ)課程、兩年專業(yè)課程與一年實踐應(yīng)用課程培養(yǎng)（含科研訓(xùn)練+畢業(yè)設(shè)計）。此模式在學(xué)生就業(yè)和用人單位反饋中證實具有顯著的人才培養(yǎng)效果。

課程體系建設(shè)依托于生物醫(yī)學(xué)綜合優(yōu)勢及深厚的數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)功底，通過理論教學(xué)與實踐訓(xùn)練中的知識技能交叉、滲透，培養(yǎng)適應(yīng)21世紀生命學(xué)科與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)領(lǐng)域急需的生物信息學(xué)復(fù)合型人才。在此基礎(chǔ)上，從學(xué)科的交叉性出發(fā)，進一步加強不同類別課程之間的有機融合，加大相關(guān)領(lǐng)域知識的整合力度，建立更為緊密、完善，符合生物信息學(xué)學(xué)科特點的課程體系，將進一步推動學(xué)科的發(fā)展和系統(tǒng)性教育理論體系的建立。

4.2 面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的本科生教育模式

在本科學(xué)生的培養(yǎng)過程中，我們特別重視學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，通過教研一體化、學(xué)業(yè)導(dǎo)師制、報告研討制等先進的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生早期接觸生物信息學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域和科學(xué)研究，在鞏固學(xué)習(xí)知識的同時，加強對學(xué)科的認識和對未來的把握。

“教研一體化”的實踐教學(xué)模式：面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的課程體系建設(shè)，要求教學(xué)模式上的改革，使得人才培養(yǎng)模式由注重多數(shù)學(xué)生基礎(chǔ)理論知識培養(yǎng)的大眾教育，向注重少數(shù)高精尖創(chuàng)新能力培養(yǎng)的精英式教育轉(zhuǎn)變。充分利用骨干教師在生物信息學(xué)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗，將科學(xué)研究成果快速轉(zhuǎn)化成優(yōu)秀的教學(xué)素材，培養(yǎng)學(xué)生動手、實踐、創(chuàng)新能力，注重培養(yǎng)學(xué)生實際產(chǎn)業(yè)化的認知水平和實踐能力。

本科生學(xué)業(yè)導(dǎo)師制：本科生進入專業(yè)課教學(xué)階段，實行學(xué)業(yè)導(dǎo)師制。采取學(xué)生與一線骨干教師雙向選擇方式，使每名學(xué)生擁有自己的學(xué)業(yè)指導(dǎo)教師。導(dǎo)師為學(xué)生提供思想教育和專業(yè)輔導(dǎo)，并通過指導(dǎo)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研訓(xùn)練、早期科學(xué)研究等方法促進學(xué)生的學(xué)習(xí)盡頭和對專業(yè)的深入認識。

專題報告與研討制度：本科生畢業(yè)設(shè)計階段，強調(diào)學(xué)生的“主體”學(xué)習(xí)地位，使學(xué)生選擇感興趣的學(xué)科方向，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行科研訓(xùn)練與實踐。要求學(xué)生自主利用網(wǎng)絡(luò)等各方面資源，獲取學(xué)科前沿信息，并以專題報告形式展示學(xué)習(xí)成果，通過提問、研討、總結(jié)，提升自身專業(yè)素養(yǎng)及專業(yè)技能，獨立完成達到核心期刊發(fā)表水平的生物信息這科研課題。

5 生物信息學(xué)課程體系建設(shè)的意義

在全體師生的努力下，經(jīng)過多年的實踐探索，我們對生物信息學(xué)課程體系從基礎(chǔ)到實踐的不同階段進行分段式、推進式的改革與建設(shè)。在政策措施、人員配備、經(jīng)費匹配等各方面給予鼎力支持。優(yōu)先保證面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)課程體系快速、有效的建設(shè)，已經(jīng)形成國內(nèi)頂尖的生物信息學(xué)本科教育理論和實踐團隊，并為國家輸送著大批高水平生物信息學(xué)人才。

面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)課程體系建設(shè)，一方面能夠完善生物醫(yī)學(xué)本科生、研究生的知識結(jié)構(gòu)，提高運用理工科思維和技能解決復(fù)雜生命科學(xué)問題的綜合科研能力，更為有效的實現(xiàn)生命科學(xué)攻關(guān)和創(chuàng)新研究理論形成；另一方面，生物醫(yī)藥是我國科技研發(fā)的薄弱環(huán)節(jié)，在課程體系建設(shè)基礎(chǔ)上，培養(yǎng)適用于現(xiàn)代高通量分子生物學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新型生物信息學(xué)人才，將為我國的醫(yī)藥物研發(fā)提供強有力的推動作用，并有利于創(chuàng)新臨床診斷技術(shù)開發(fā)和個性化醫(yī)療的實現(xiàn)，促進科技轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生潛在的、不可估量的經(jīng)濟價值。

6 致謝

本文研究內(nèi)容是在黑龍江省高等教育教學(xué)改革專項項目，黑龍江省高教學(xué)會重點課題創(chuàng)新型生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)人才培養(yǎng)模式研究，黑龍省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)項目面向生物信息產(chǎn)業(yè)開發(fā)的創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實踐，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)教育研究課題面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的生物信息學(xué)專業(yè)課程整合設(shè)計研究資助下完成的，課程體系的建設(shè)得到哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持，并得到兄弟院校相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者的幫助，在此一并感謝。

參考文獻

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