地方本科高校生物信息學課程教學現狀與改革初探

李婷婷 陶文靜 柯清林 王飛 崔立操

[摘 要] 生物信息學是生命科學和自然科學領域的研究熱點之一。鑒于該學科發展日新月異，傳統教學方式中的弊端逐步凸顯，實時調整教學思路是保證教學質量的重中之重。結合實踐教學經驗，系統闡述了我國地方本科院校生物信息學教學現狀及所面臨的困境，從師資力量、教學內容、硬件設施及基礎課程設置等方面提出了相應的改革建議，以期為生物大數據分析人才的培養提供參考。

[關鍵詞] 地方本科院校;生物信息學;問題;對策

[基金項目] 2018年江西省教育廳科學技術研究項目（GJJ180241）“基于高通量測序和代謝組學對四特酒釀制工藝改良的研究”;2018年江西農業大學博士科研啟動基金

[作者簡介] 崔立操（1989—），男，山東泰安人，農學博士，江西農業大學講師，主要從事生物信息學研究;李婷婷（1996—），女，河南南陽人，江西農業大學生物科學與工程學院2019級生物工程專業碩士研究生，研究方向為生物信息學。

[中圖分類號] G642.3? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）31-0203-02? ? [收稿日期] 2020-01-08

生物信息學是一門集數學、生物學及計算機學等多學科，交叉形成的新興前沿學科，旨在利用計算機科學技術解決生物學問題[1]。隨著高通量測序技術的出現和蓬勃發展，生命科學已經邁入大數據時代，通過整合多種技術手段，發掘、解析關鍵基因的作用機制及調控機理已成為解決生物學問題最高效、便捷的研究方式之一[2]。因此，系統掌握生物信息學技術原理和分析手段，是生物類專業本科生的必備素養。自2002年起，多數院校的生物學相關專業都相繼開設生物信息學課程[3]，其中部分高等院校甚至開設生物信息學本科專業。筆者根據所在地方本科院校生物信息學教學中遇到的問題，提出針對性改革建議，以期為提高課程教學質量提供一定的借鑒和參考。

一、生物信息學課程教學中存在的問題

（一）師資力量薄弱，隊伍建設滯后

作為一門發展迅速、體系綜合的交叉學科，生物信息學教師不僅需掌握數學、生物和計算機等學科專業知識，而且應具備敏銳的洞察力，把握學科發展動態，緊跟國際前沿趨勢。然而，受區位因素、經濟現狀及引人、落戶政策的限制，地方院校對人才缺乏吸引力，大量具有專業背景的博士畢業生被一二線城市的高校、研究所及有實力的企業挖走，留任教師大都未接受過專業的生物信息學培訓，知識體系不夠完整，難以勝任教學任務，無法達成預期教學目標。此外，生物信息學通常作為選修課開設，在學科建設及人才培養方案中，相關部門及領導重視不夠。

（二）教學內容陳舊，教學大綱不合理

生物信息學發展日新月異，其研究內容和方向也在持續不斷地豐富和完善。2010年興起的以HiSeq平臺為代表的高通量測序技術，極大地推動了生物學研究從分子水平向基因組水平的轉變[4]。在此基礎上，千美元個人基因組、風險評估及精準醫療等均成為可能[5]。然而，縱觀當前可征訂的教材和網絡上的教學資源，仍投入大量篇幅介紹生物信息學的發展歷程、數據庫檢索及基本算法等傳統內容，有關高通量測序的基本原理、研究思路及分析工具等前沿領域知識，僅在最后章節以較小篇幅做簡單介紹，教學內容明顯落后。加之教學目標不明確，以寬口徑專業人才培養為最終目的，勢必導致課授內容面面俱到，而受課程時限制（通常為24或32學時），大部分知識只能走馬觀花、匆匆了事。在遇到實際問題時，學生依舊束手無策，人才培養的質量明顯滯后于相關產業轉型升級的需求。此外，教學評價方式欠嚴謹，期末考核以卷面考試為主，占比高達70%～80%，顯然這種考核方式無法衡量學生學以致用的能力。

（三）軟硬件建設滯后，實踐教學欠缺

高性能服務器是開展生物信息學領域原創性研究，建立數據分析、挖掘及解析技術體系，保障應用型人才實踐培養的直接物理載體。目前，國家加快推進“雙一流”建設，剛剛結束的首輪評選中，地方院校收獲甚微。受動態建設調整原則激勵，院校統籌一切建設經費，聚焦傳統優勢專業學科，力求在新一輪的評選中迎頭趕上。然而，地方院校中生物信息學發展相對滯后，通常淪為邊緣化的非優勢學科。面對動輒幾十萬的投入，在建設經費不足，短期效果不甚明了的前提下，平臺建設一拖再拖。此外，高性能服務器屬系統級工程，建設周期冗長，任何環節的疏忽，都可能遲滯平臺的交付。以我校生物科學與工程學院為例，立項后因投標廠商不足三家，兩年內已流標三次，嚴重拖延了采購周期，平臺至今卡在招標環節。由于平臺建設不到位，生物信息學課程只得沿用傳統的理論教學模式，授課方式以多媒體課件的靜態演示為主，造成課程性質走樣，原本實用性課程時常成為文獻檢索、研究進展課。課堂中缺乏實際操作環節，致使學生對網頁操作、工具使用等反饋遲鈍，印象不深刻，影響學生實踐和創新能力的培養。

（四）基礎課程設置不合理，學生缺乏學習興趣

生物信息學擁有一套復雜且完善的理論體系，合理的基礎課程設置顯得尤為重要。目前，國內約有30所“雙一流”高校開設了生物信息學專業，雖然不同院校的課程設置各有千秋，但都是在夯實生命科學、數學及計算機科學的基礎上進一步開設生物信息學。反觀地方院校，在大量基礎課程未到位的情況下，突兀地安排了一門生物信息學，不免給學生一種空中樓閣的感覺。此外，地方院校生源質量參差不齊，學生計算機基礎薄弱，甚至存在不會基本操作、不熟悉辦公軟件使用等情況。面對水準更高、難度更大的Linux操作指令、python或perl編程以及R統計繪圖等專業計算機內容時，學生倍感吃力。隨著課程的深入，部分學生感到枯燥乏味，產生厭學情緒，甚至出現遲到、早退、逃課等情況。

二、地方本科院校生物信息學教學改革的建議

（一）組建多元化師資團隊，提升教師專業素養

1.轉變傳統引才觀念，破除一師一科的教學制度。地方高校應貫徹黨的教育方針，深化體制改革，破除“四唯”人才評價標準，引才政策應具有前瞻性、靈活性及有效性，建立符合院校發展的教師準入制度，不僅可以從企業、公司聘任經驗豐富的生信人員，也可以從專科、高職院校選拔能力突出的專任教師。將生物信息學列為緊缺急需專業，納入人才需求目錄，做到以人為本，落實一人一策，用拴心留人的政策廣納賢良。

打破藩籬，改變一師一科的教學制度。聘請基礎扎實、經驗豐富的專業生物信息學團隊兼職授課，將理論知識與科研實踐融會貫通，拓寬學生知識面;定期邀請教學名師、客座教授舉辦專題講座，幫助學生理清框架，把握重難點。

2.提升教師專業素養，加強師資隊伍建設。建立必要的獎懲機制，表彰和激勵教學成果突出、積極參與學科建設的優秀教師。強調教師不斷提高自身理論基礎，完善多學科專業背景，豐富個人知識技能儲備。督促教師開展科研試驗，推動以科研促進教學、完善教學的發展模式。同時，地方院校應鼓勵新聘教師、骨干教師前往國內外高水平科研院校、知名生物公司等前沿科技平臺學習和進修，領悟教學理念，請教教學方法，提升教師的專業水準和專業素養。最后，院校應著力加強學科建設，推動學科間協同，組建一支結構合理、人員穩定、教學水平高、效果好的跨學科教學團隊，解決單個教師學科體系不完善的問題，為學生提供完備的師資保障。

（二）加強課程內容建設，深化教學大綱改革

1.教學內容與時俱進，教材建設持續完善。對不合時宜的教學內容，應取其精華，去其糟粕，將有限的學時運用到新理論、新技術的講授中，從面面俱到轉為舉要治繁。盡可能突出該學科實用性，明確其作為輔助性研究工具的用途，適當講解原理、模型及算法等理論內容，強調學生實踐方法的運用和分析工具的操作。此外，應針對專業特點，挑選內容系統全面、編排合理、基礎理論與實踐應用結合緊密的授課教材。同時，增編課堂、實驗配套材料，注重選材不拘一格，構建由書籍、網絡資源及生信公司培訓材料等組成的立體化教輔體系。

2.修訂教學大綱，突出專業特點。生物信息學已然成為生命科學領域相關研究的必備工具，應適時改變其課程性質，調整為必修科目。與此同時，明確人才培養目標，細化人才培養口徑，著力培養具備生物大數據分析能力的實用人才，畢業生可在高等學校、科研機構、大型醫藥公司、高新生物技術公司或其他企事業單位就業，能從事生物信息學領域的科學研究、技術開發、教學與管理等工作。

合理設置排課學期，既不能接觸過早也不宜安排過晚，以大學第五或第六學期為佳;適當增加教學總學時至32課時及以上，提高實驗與理論課時比例至1∶1左右，以期給予學生充足的時間鞏固理論學習，開展實踐演練;改變“一卷定終身”的考核模式，將期末考試占比降低至50%～60%，提高上機實操考核占比，以考試指揮棒的強制性作用，引導學生科學分配學習資源。

（三）完善軟硬件建設，強化實踐技能

1.簡化招標流程，多渠道籌備運算資源。院校應簡化招標流程，提高招標效率，可將高性能服務器平臺列為特殊急需設備，開辟專門渠道予以特事特辦。若經費受限，平臺建設無法一次到位，可采取分期建設的原則。鑒于Linux系統較好的兼容性和拓展性，通過預留內存、硬盤槽位，逐步滿足數據存量和運算效能不斷提高的需求。

有別于傳統儀器設備，高性能運算平臺只需網絡即可實現遠程訪問。因此，本校平臺建成之前，可通過短期租賃其他院校、研究所及企業的計算資源，解決無實踐教學平臺的燃眉之急。其中，華大基因等生物公司已搭建起面向生物大數據分析的開放云平臺，涵蓋了較為完整的專業分析工具類目，提供了廣泛的生物信息分析和公共數據整合的解決方案，是開展實踐教學的絕佳選擇。

2.重視實踐教學，拓寬實踐渠道。任課教師需制定詳盡的實驗課教學大綱，結合運算資源現狀，選取通用、新穎的分析工具，安排切實可行的實驗項目，學生以上機操作并形成實驗報告的形式鞏固實踐技能。院校應引導學生融入導師團隊，鼓勵學生申請大學生創新創業項目，推動理論與實踐的結合，達到以學促練、以練促用的目的。

本著平等互利、優勢互補的發展原則，推進院校與企業達成教學、科研及生產實際相結合，以校企合作的形式打造學生實踐教學新平臺，拓寬學生實習、就業新渠道，在促進企業單位技術創新進步的同時，實現院校人才實踐培養的目標。

（四）合理設置基礎課程，激發學生興趣

1.增設基礎課程，夯實基礎理論。地方院校應在原有排課規劃基礎上，修訂課程設置體系，優化人才培養方案。大學第一二學年，需增設專業英語、算法導論、Linux操作基礎、Perl或Python編程語言、數據庫等英語、數學及計算機類相關課程。建議試點推行“兩長一短”的三學期制，在總教學周數不變的前提下，提高課程配置方面的自由性和靈活性，在每年的七八月份加入夏季學期，其間主要開辦輔修專業，以選修課的形式滿足學生個性化的需求，彌補生物信息學配套基礎課程不完善等問題。

2.強調課程重要性，多渠道激發學生興趣。隨著社會的發展，本科生競爭優勢不斷下降，廣大畢業生對自身要求越來越高，傾向考研深造。此時，任課教師應因勢利導，強調生物信息分析能力在科研中的實際重要性，幫助學生樹立起底線思維與未雨綢繆的憂患意識。

此外，教師需不斷充實自我學識，提高個人魅力，打造寓教于樂、寓學于趣的課堂氛圍，增強學生的課堂體驗感和獲得感;同時，可將啟發式、討論式及運用式等多種教學方法運用至課堂之中，以小組討論引導學生充分參與，激發其學習興趣。

三、結語

綜上所述，提高教師專業素養、加強師資隊伍建設，深化教學大綱改革、實時更新教學內容，完善硬件建設、重視實踐教學及增設部分基礎課程、激發學生興趣，是地方本科院校開展生物信息學課程教學的重要突破口。

參考文獻

[1]金萍，符美麗，沈莉.生物信息學課程教學改革初探[J].時代教育，2016（21）：211-211.

[2]馬明月，曾垂省，解增言，等.生物信息學大實驗教學改革的探索與實踐[J].生物化工，2018，4（2）：103-105.

[3]張渝潔，邢晉祎.生物信息學實驗教學中的網絡資源及其利用[J].安徽農業科學，2019（11）：276-278.

[4]郝愛平，國會艷，宗憲春，等.網絡環境下以提高本科生實踐創新能力為導向的《生物信息學》課程教學模式研究[J].安徽農學通報，2018（1）：116-117.

[5]范丙友，楊敏，賈小平，等.《生物信息學》雙語教學改革及實踐[J].教育教學論壇，2015（46）：125-126.