農(nóng)業(yè)院校開展生物信息學(xué)本科教育的實踐與體會

易圖永 李蘭芝 周瑋

摘要：隨著新一代測序技術(shù)的不斷發(fā)展，海量序列數(shù)據(jù)急需生物信息學(xué)專業(yè)人才去挖掘。本文筆者結(jié)合自身十多年從事生物信息學(xué)本科專業(yè)的教學(xué)、管理的實踐，提出在農(nóng)業(yè)院校開展生物信息學(xué)本科教育中存在的主要問題以及解決辦法，為有關(guān)單位開展生物信息學(xué)本科教育提供參考。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；本科教育；實踐與體會

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）13-0229-02

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息學(xué)本科專業(yè)2004年獲教育部批準(zhǔn)增設(shè)，2005年正式招生，是國內(nèi)最早開展生物信息學(xué)本科教育的高校之一，為社會培養(yǎng)了近500名生物信息學(xué)急需的人才。

一、農(nóng)業(yè)院校開展生物信息學(xué)本科教育存在的主要問題

1.師資力量薄弱，教師知識結(jié)構(gòu)單一。我校在2004年申報生物信息學(xué)本科專業(yè)時，主要是以植物保護學(xué)院植物病理學(xué)系的教師為基礎(chǔ)，結(jié)合昆蟲學(xué)系講授生物統(tǒng)計課程的教師，組建了生物信息學(xué)系。教師的專業(yè)背景主要為植物保護、生物學(xué)等方面，知識結(jié)構(gòu)相對單一，計算機及數(shù)學(xué)理論方面的知識缺乏。

2.生源基礎(chǔ)知識較差，專業(yè)認(rèn)知度不高。我校生物信息學(xué)專業(yè)創(chuàng)辦之初，盡管媒體宣傳21世紀(jì)是信息科學(xué)、合成化學(xué)和生命科學(xué)共同繁榮的世紀(jì)[1]，國外Smart Money網(wǎng)站將生物信息學(xué)列為下一個熱門工作，但國內(nèi)對生物信息學(xué)了解非常少。學(xué)生基本上通過服從專業(yè)調(diào)劑被生物信息學(xué)專業(yè)錄取，分?jǐn)?shù)相對較低，基礎(chǔ)知識明顯比其他專業(yè)要差，尤其是高考的英語成績100分以上的學(xué)生不到15%。另外，由于學(xué)生對生物信息學(xué)專業(yè)的認(rèn)知度不高，再加上新建專業(yè)，師資、實驗條件相對不足，學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)的情況非常突出，2005年轉(zhuǎn)專業(yè)率為27%，2006年轉(zhuǎn)專業(yè)率為23%。

3.教學(xué)硬件軟件不足，難以滿足培養(yǎng)專業(yè)技能的需求。生物信息學(xué)是一門新興學(xué)科和前沿學(xué)科，應(yīng)用性和實戰(zhàn)性非常強。隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)每年都成倍增加，生物信息學(xué)的研究方法不斷改進，研究內(nèi)容也隨之增加[2，3]。專業(yè)創(chuàng)辦之初，國內(nèi)生物信息學(xué)呈現(xiàn)“小荷才露尖尖角”的發(fā)展之勢，有關(guān)生物信息學(xué)的中文版教材非常少，有關(guān)生物信息學(xué)軟件的使用方法和實驗指導(dǎo)的中文版更是鳳毛麟角[4]。

4.與生物信息公司聯(lián)系不夠，學(xué)生實踐實習(xí)難度大。在21世紀(jì)初，國內(nèi)有影響的生物信息學(xué)的相關(guān)專業(yè)公司不多，并且主要集中在北京、上海等大城市，如北京華大基因研究中心、上海申友生物技術(shù)有限責(zé)任公司、上海生物信息技術(shù)研究中心等，與長沙相隔遙遠(yuǎn)，學(xué)生很難有機會去現(xiàn)場感受生物信息學(xué)的魅力。

二、解決辦法

1.加大師資培訓(xùn)力度，引進外緣教師。為了讓生物信息學(xué)專業(yè)的教師盡快適應(yīng)生物信息學(xué)的教學(xué)，學(xué)院和學(xué)校加大了對生物信息學(xué)專業(yè)的師資培訓(xùn)力度。全系所有教師都參加了浙江大學(xué)主辦的“基因組科學(xué)研習(xí)班”，有7人次赴日本、美國等地開展生物信息學(xué)方面的科研工作，提高了對生物信息學(xué)的基礎(chǔ)理論認(rèn)識和實踐操作技能。

2.利用傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)優(yōu)勢，形成我校生物信息學(xué)的專業(yè)特色。我校生源的自身特點和基礎(chǔ)知識不允許我們在制定人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置時，生搬硬套綜合性院校生物信息學(xué)專業(yè)的教學(xué)模式，必須根據(jù)我校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和我校的傳統(tǒng)農(nóng)科專業(yè)的優(yōu)勢。我校生物信息學(xué)專業(yè)立足湖南，開展水稻、油菜、棉花、柑桔等農(nóng)作物抗病基因和重要病原物的基因組以及資源微生物功能基因組方面的研究，這為加速湖南省的經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

3.加強專業(yè)宣傳力度，提高學(xué)生對生物信息學(xué)專業(yè)的認(rèn)知度。精心準(zhǔn)備，制作專業(yè)介紹PPT，為新生展示學(xué)習(xí)生物信息學(xué)專業(yè)的美好前景。建立了農(nóng)大生物信息學(xué)QQ群，使在校生通過與以往畢業(yè)生的交流，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的信心和決心。通過該群，發(fā)布一些問卷調(diào)查，根據(jù)市場、社會對生物信息學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的要求，制定了新的（2014版）生物信息學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃。

4.加強實踐教學(xué)訓(xùn)練，改革考核方法。2009年我院搬遷到新教學(xué)樓，給生物信息學(xué)專業(yè)安排了兩間學(xué)生計算機機房，添置了50余臺計算機。2015年建設(shè)了一個云教室，設(shè)有40個云終端，先后添置了10臺高性能浪潮服務(wù)器以及2臺高容量的存儲設(shè)備，建立了一個小型的計算機集群，CPU計算核數(shù)達(dá)108個，內(nèi)存達(dá)850GB，能滿足生物信息學(xué)專業(yè)本科教學(xué)對服務(wù)器和計算機的需要，同時較大程度地緩解了科研的計算需求。

5.加大與生物信息公司的合作，與華大基因?qū)W院聯(lián)合辦學(xué)。與中國科學(xué)院北京基因組研究所、生物物理所等科研單位；與北京百邁客生物科技有限公司、上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司、深圳華大基因科技有限公司等單位簽訂校外教學(xué)實習(xí)基地協(xié)議；與深圳華大基因研究院簽訂了“基因組科學(xué)人才聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議”，進行“2.5+1.5”聯(lián)合辦學(xué)。2015年只有1名學(xué)生入選“基因組科學(xué)創(chuàng)新班”，2016年有6名學(xué)生入選深圳市華大基因?qū)W院“基因組科學(xué)創(chuàng)新班”。

三、取得的成績和主要體會

（一）取得的主要成績

1.培養(yǎng)的畢業(yè)生獲得了社會的認(rèn)可。2011年我校獲得優(yōu)秀本科生推薦免試研究生資格后，生物信息學(xué)專業(yè)每年都有1—2名學(xué)生獲得學(xué)術(shù)型推免資格，其中2011屆的一位畢業(yè)生，大學(xué)期間發(fā)表2篇論文，因表現(xiàn)突出，被中國科學(xué)院北京基因組研究所接收為推薦免試研究生，據(jù)說為中國科學(xué)院首次接受非“211”學(xué)校的推免生。雖然我校的生物信息學(xué)專業(yè)開辦的時間不長，但畢業(yè)生在生物信息學(xué)領(lǐng)域已嶄露頭角。如2010屆兩位畢業(yè)生以優(yōu)異的成績被深圳華大基因研究院錄用，期間先后參與鳥類聯(lián)盟比較基因組項目、豬蛔蟲基因組注釋工作、北極熊基因組注釋工作、白蟻基因組項目、百例膀胱癌全基因組項目的研究工作，成為任華大基因研究院的高級人才。

2.建立了一支熱愛生物信息學(xué)專業(yè)的師資隊伍。通過10年的建設(shè)，生物信息學(xué)專業(yè)的整體師資隊伍得到了加強，現(xiàn)有9名專職教師中，教授4名，副教授3名，講師2人；“湖南省新世紀(jì)121人才工程”第三層次人才1人，湖南省學(xué)科帶頭人1人，湖南省青年骨干教師4人；全部具有博士學(xué)位，7位有在國外留學(xué)1年以上的經(jīng)歷。將美國克萊姆遜大學(xué)羅峰博士聘請為湖南省百人計劃，同時將美國伊利諾伊州立大學(xué)劉世名博士和愛荷華州立大學(xué)的李迅博士聘請為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)神農(nóng)學(xué)者講座教授。目前我校生物信息系已形成了兩個特色鮮明的團隊：由袁哲明教授領(lǐng)銜的算法創(chuàng)新團隊和由羅峰教授領(lǐng)銜的應(yīng)用拓展團隊。

（二）主要體會

1.結(jié)合優(yōu)勢辦好生物信息學(xué)專業(yè)。生物信息學(xué)是一門交叉科學(xué)，涉及生物學(xué)、計算機、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，范圍相當(dāng)廣泛。同時，生物信息學(xué)也是實用性相當(dāng)強的技術(shù)，運用生物信息學(xué)的方法和技術(shù)可以解決生命遺傳信息和生命活動信息中的實際問題。

2.加強實踐教學(xué)，提高學(xué)生的實戰(zhàn)能力。生物信息學(xué)是一門應(yīng)用性強的專業(yè)，必須讓學(xué)生通過大量的訓(xùn)練去熟悉生物信息學(xué)軟件的應(yīng)用。同時，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該將教學(xué)與科研相結(jié)合，多為學(xué)生提供科研科題，讓學(xué)生在科研中能夠熟練地運用生物信息知識去分析和解決問題，從而更好地理解生物信息學(xué)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐光憲.21世紀(jì)是信息科學(xué)、合成化學(xué)和生命科學(xué)共同繁榮的世紀(jì)[J].化學(xué)通報，2003，66（1）：3-11.

[2]鐘揚，張亮，趙瓊.簡明生物信息學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3]陳銘.生物信息學(xué)[M].第二版.北京：科學(xué)出版社，2015.

[4]呂巍，李濱.農(nóng)業(yè)院校生物信息學(xué)本科教學(xué)的實踐與心得[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2015，5（1）：20-23.