農林院校生物信息專業人才培養模式探索

謝小芳 福建農林大學生命科學學院 350002

農林院校生物信息專業人才培養模式探索

謝小芳 福建農林大學生命科學學院 350002

生物信息學的發展離不開人才的培養。生物信息作為一門新興專業，沒有現成的教育模式和人才培養方案可供借鑒。筆者針對國內的實際情況，對農林院校利用其農學生物學的優勢，探索“應用型”生物信息專業人才培養模式進行了探討。

隨著測序技術的不斷發展，人類與其他物種基因組計劃相繼實施和完成，產生了海量的數據，而要獲知蘊藏在巨量序列數據背后的生物體生命活動的規律，就必須將計算機與信息科學技術運用到生命科學領域。在此背景下，擁有巨大發展潛力的新學科—生物信息悄然興起，該學科被譽為“解讀生命天書的慧眼”[1]。未來幾年，生物信息這一學科的人才將成為國際、國內最緊缺的人才類型之一。為了適應社會和自身發展的需要，近年來，一些高等院校紛紛開始申請并獲得批準成立生物信息專業。由不同的院校所建立的專業側重點均有所不同，他們分屬于不同的一級學科。這些差異表明了國內高校對生物信息學含義的不同理解，并且正在形成各具特色的專業，但這也從一個側面反映出我國生物信息學相關教育工作還處于起步階段。如何辦好這一新興的專業，需要更多的教育工作者潛心研究。本文對如何辦好農林院校的生物信息專業，培養兼具生物科學和計算機科學知識的“雙棲復合型”人才的問題進行了探討。

1 生物信息人才現狀

生物信息學是將計算機與信息科學技術運用到生命科學尤其是分子生物學研究中的重大交叉學科的前沿研究領域，是多學科交叉的產物，未來幾年，這一學科的人才將成為國際、國內最緊缺的人才類型之一。雖然該學科還處于發展的初期階段，但是已呈現出蓬勃發展的勢頭。各國政府和企業投入了大量人力和財力對生物信息技術進行了研發，各種專業研究機構和公司不斷涌現。歐美各國及日本相繼成立了生物信息數據中心，實現生物信息資源共享，服務于本國生物研究和開發，其中部分服務對全世界開放。我國對生物信息技術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下，南方、北方兩大生物信息學中心的相繼成立，標志著我國生物信息技術領域的重大進展。但是，國內開展生物信息學研究的單位多是一些科研單位、綜合性大學及生物醫學公司。國內交流也大多是一些學術研討會，真正的生物信息學人才幾乎沒有。目前從事生物信息學研究的多是計算機方面的人才，他們在數據庫的建立和軟件的開發上發揮了巨大的作用，但由于分子生物學知識的缺陷，使得軟件的設計和應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家和懂分子生物學的計算機學家極少。要充分發揮生物信息學的巨大作用，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人才的缺乏的問題，最好的途徑就是在大學中設置這一新興的專業，并且根據具體情況，在不同的高校中形成各自的特色。

2 農林院校生物信息專業人才培養目標

培養計劃是學校培養人才的總體設計藍圖，是高等學校指導教學工作的基本法規，在本質上體現了社會對大學所培養人才的質量規格要求，體現了教育的目的和任務，它直接影響人才培養的質量。生物信息學科涉及的領域非常廣泛，任何一個學校的生物信息專業都不可能培養行行精通、面面俱到的生物信息人才。我們認為各個學校的生物信息專業的人才培養都應突出自己的學科優勢，辦出品牌，辦出專業特色[2]。對于一般的農林院校而言，其農學生物學研究具有較強的整體優勢，應分析農業生物產業發展的新需求及生物信息學學科發展的新趨勢，探索“應用型”人才培養新途徑。

3 培養方案

我們通過幾年的教學研究，以寬口徑、厚基礎為前提，在課程體系與教學內容上力求突出自身的學科優勢，逐步構建以農學生物學為基礎的“復合型、應用型”生物信息人才培養方案，探討了計算機、生物學、數學和實踐教學等系列課程體系的優化，避免課程之間脫節或重復，使學生的學習更為有效。

3.1 生物學相關課程

生物信息學所涉及的內容，不論是軟件開發，軟件應用，還是網站建設，數據處理，其研究的最終目的是解決生物學中的問題，因此生物學基礎對生物信息人才而言，至關重要。針對我校在農學生物學研究方面的優勢，我們開設了普通生物學、分子生物學、遺傳與進化等專業基礎課程，在核心課程生物信息學、蛋白質組學、基因組學等的教學內容中，也緊緊圍繞農學生物學研究的方向進行講授。具體而言，就是從核酸和蛋白質序列出發，分析序列中（特別是作物序列信息）所蘊藏的結構功能信息。通過學習這些課程，學生能夠掌握本專業所需的生物學知識，例如序列比對和序列分析、系統發育和簡圖分析、蛋白質結構分析、蛋白質結構預測以及基因組學和蛋白質組學等領域的其它相關知識。

3.2 計算機相關課程

針對農林院校的生物信息專業而言，其計算機并非具有優勢。計算機只是作為生物信息學學習和研究的應用工具。而且，在短短四年的大學學習期間，要求學生對生物學和計算機都很精通是不可能的。根據本專業的定位和學校的實際情況，我們開設一些傳統的編程語言如c++、Java等課程以保證學生具有基本的編程能力，同時開設了較為實用的，在生物信息學中有文本處理優勢的Perl語言，開設了異于計算機科學與技術專業，強調大型數據庫和網絡數據庫，涉及海量數據存儲管理、查詢分析，以及分布式異質數據庫的查詢、訪問等技術的數據庫課程。此外，我們還開設了一些計算機方面的選修課程，供學有余力的學生自主選擇。

3.3 數學相關課程

各種數學理論或多或少在生物學研究中起到了相應的作用[3]。生物信息學的一項主要任務就是從核酸和蛋白質序列中挖掘有生物學意義的信息，這其中有許多問題要牽涉到數學工具，數學工具被廣泛應用于生物信息學研究之中[4]。例如生物統計學，是生物信息學的數學基礎之一；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)，在生物信息學中有重要應用；還有蛋白質空間結構預測和分子對接研究中采用的最優化理論；研究遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等等。

3.4 教學實踐相關內容

實踐教學環節的目的是培養學生的動手能力、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建科學合理培養方案的一個重要任務。生物信息專業是一門實踐性很強的實驗性學科，需要在計算機科學與生物學專業進行相關課程的實踐學習，掌握兩個專業的基本技能，包括實驗課教學、教學實踐和畢業論文在內的實踐教學。

在實驗課教學方面，我們改變了理論課帶有實驗課的傳統模式，將實驗課完全獨立出來，開設了生物學大實驗、生物信息學研究法、基因組學研究法、軟件工程研究法等，以便于進行實驗室和實驗教學內容的統一規劃、統一安排、避免重復。在教學內容上，減少驗證性試驗的比例，增加綜合性、設計性、開放性試驗的比重，建立開放式的實驗教學體系。與此同時，專業實驗室還學生免費開放，鼓勵學生參與教師的科研活動，應用所學知識解決實際問題,為以后獨立的科研工作打下堅實的基礎。

人才培養應以市場需求為導向，以服務社會為宗旨，走產學研結合的人才培養路子[5]。因此社會實踐也是至關重要的。為適應社會需求，我們組織學生到藥業集團、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。通過實踐實習教學深化人才培養方案，保證人才培養質量與產業技術和領域發展的需求相適應。

在畢業設計階段，學生可選擇與生物信息學相關的理論或應用課題進行畢業設計，從而掌握利用所學知識開展生物信息技術研究和應用的基本技能。實習指導教師根據學生的開題報告、中期檢查和畢業論文或設計對學生的實習進行考核評價。

4 特色教育—以賽帶學

隨著高校擴招，學生數量驟增且成績參差不齊，學生的學習效果很難保證。整齊劃一的培養設計，容易忽視學生的個體價值[6]。因此，如何保證學生的質量成為人才培養的又一難題。為了適應未來生物信息學產業發展的需要，培養高素質的生物信息學人才，我們在多年教學研究的基礎上，根據高等農林院校的特點，創新性提出了生物信息學專業培養的“學生研究和訓練計劃”（Student Research and Training Program, SRTP），該計劃是以生物信息學的本科專業課程為依托，以“競賽”和“訓練”相結合的形式，即“競賽”帶動“訓練”，“訓練”促進“競賽”。訓練和競賽內容包括英語口語、數學建模、程序設計、試驗設計等項目。學生在學期間可以根據自己的興趣和實際情況，參加其中的一組或幾組訓練和競賽。通過開展該計劃，深化學生對專業課程內容的理解，提高學生的實踐動手能力和創新精神，達到“復合型”和“應用型”生物信息學人才的專業培養目標。

5 教學科研—體化

生物信息是生命科學中最熱門的研究領域之一，其發展極其迅速，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術觀點。我們的老師只有堅持不懈地學習和進行科學研究，不斷用新的知識和新的科研成果充實課程教學內容，采用以科研帶動教學的發展模式才能順應生物信息學的發展特點，培養符合社會需要的人才。如我們在生物信息學和基因組學的課程教學中，所使用的實例大部分來源于生物信息學科研實踐中的具體問題，把這些實際的生物信息學問題的解決方案和研究成果轉化為課堂教學的生動案例，讓學生在學習中慢慢培養科研能力。與此同時，我們積極引進人才，改善師資隊伍“學緣結構”；重視學術交流，建立專任教師與產業技術人員的“雙向流通機制”；加強科學研究，推行“科研成果進課堂”。生物信息學是現代的前沿學科，很多畢業生將來可能會繼續從事相關的科研工作，因此這方面的培養是非常必要的[7]。

6 教材建設

教材是保證學校教學計劃順利實施的重要載體，是教師傳授知識以及學生學習和掌握專業知識，完成學業的必備工具。當前國內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要求，但是針對性不夠，同時存在滯后問題。因此，編寫適合農林院校教學的專業課程教材，及時更新課程教材內容，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內容，組織或參與編寫2門專業課程教材，逐步完善課程教學體系建設。

7 結束語

生物信息學是當今最具發展前途的新興學科之一，它的發展將給生命科學帶來革命性的變革，將幫助人類認識生命的起源、進化、遺傳和發育的本質，同時還將對醫藥、衛生、食品、農業等產業產生巨大的推動作用。生物信息專業的開設對國內院校來說充滿了機會和挑戰，而且在國際上也沒有現成的培養方案可以借鑒。因此，我們必須從生物信息專業領域的特殊性出發，探索新的教學方法和新的培養模式，為生物信息人才培養積累更多的辦學經驗。

[1]蕭浪濤.現代生物信息學及其主要研究領域[J].湖南農業大學學報(自然科學版).2000，(12)：405-409.

[2]國家教育行政學院第24期高校領導干部進修班《不同類型高等學校定位與人才培養模式的實踐與思考》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.生物信息技術專業人才培養方案[J].計算機教育.2005，(4)：20-24.

[4]向昌盛，周子英，夏艷軍.生物信息專業教育模式和人才培養方案的探討[J].江西農業學報.2009，21(1)：170-172.

[5]戴仕明, 王映龍, 許祥云.高等農林院校IT專業人才培養模式改革研究[J].高等農業教育.2006,(7):48-49.

[6]楊婉身, 丁春邦, 馬恒東.通識教育與個性化專業教育相結合—高等農業院校生物科學專業人才培養模式的探討[J].四川農業大學學報.2004,(22):7-9.

[7]張帆,李 霞,宮濱生.面向醫科院校生物信息學專業的Java教學實踐[J].教學研究（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;專業定位; 培養方案

Bioinformatics；Professional orientation；Training program