林學專業(yè)生物信息學課程改革探討

曹運鵬　徐香琴

摘要 ? ?近年來，測序技術的飛速發(fā)展使生物信息學在林業(yè)生命科學領域的研究變得更加重要。作為近年來才飛速發(fā)展的新興學科，生物信息學的教學模式還有待進一步完善，特別是在林學專業(yè)的教學中存在一些亟待解決的問題，例如合格師資、專業(yè)教材及教學資源匱乏等。針對這些問題，本研究提出了與之對應的改革思路，旨在提高林學專業(yè)學生對生物信息學的學習熱情、提升教師的教學水平，為培養(yǎng)能夠適應現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的綜合人才提供建議。

關鍵詞 ? ?生物信息學;林學專業(yè);課程改革

中圖分類號 ? ?G642 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）16-0254-02

Discussion ?on ?Reform ?of ?Bioinformatics ?Course ?in ?Forestry ?Major

CAO Yun-peng 1， 2 ? ?XU Xiang-qin 3

（1 Key Laboratory of Economic Forest Cultivation and Protection of Ministry of Education， Central South University of Forestry and Technology， Changsha Hunan 410000; 2 School of Forestry， Central South University of Forestry and Technology; 3 School of Chemistry and Biological Engineering， Hunan University of Science and Engineering）

Abstract ? ?With the rapid development of sequencing technology， bioinformatics has become more and more important in the field of forestry life science.As an emerging discipline that has developed rapidly in recent years， the teaching mode of bioinformatics needs to be further improved， especially in the teaching of forestry majors， there are some problems that need to be solved， such as the shortage of qualified teachers， professional textbooks and teaching resources. Aiming at these problems， the paper proposed corresponding reform ideas， aiming to increase the enthusiasm of forestry students in learning bioinformatics， improve the teaching level of teachers， and provide suggestions for training comprehensive talents who can adapt to the develo-pment of modern forestry.

Key words ? ?bioinformatics; forestry major; course reform

隨著人類基因組計劃的實施，生物信息學應運而生。作為一門交叉學科，生物信息學涵蓋了生命過程中的各個方面，比如各種信息的獲取、處理、分析和存儲等。近年來，隨著測序技術的快速發(fā)展和測序成本的大幅降低，促進了各種作物全基因組測序工作的開展[1-2]。目前包括楊樹、桉樹、竹子和油桐等具有重要經濟價值的林業(yè)樹種，其全基因組已測序完成。在這些大數(shù)據(jù)背景下，運用生物信息學的相關知識和分析方法來解決實際問題顯得尤為重要。近年來，我國各大高校都相繼開設了生物信息學課程，其根本教學目的是培養(yǎng)學生使用大數(shù)據(jù)，并加強對其進行綜合分析利用的能力[3-6]。中南林業(yè)科技大學林學院目前積極響應習近平總書記的號召，進一步明確了“傳統(tǒng)農科”向“新農科”建設的理念轉變。因此，在林業(yè)生物信息學的教學方式和課程建設上需要進行與之相應的變革和轉變。筆者在前期多次調研的基礎上，總結前人的經驗，提出生物信息學課程在林學專業(yè)中的教學定位;同時，利用現(xiàn)有的條件，對生物信息學課程在林學專業(yè)中的教學方式和方法進行改革和創(chuàng)新，以期達到林學專業(yè)開設這門課程的教學目的。

1 ? ?課程教學存在的問題

1.1 ? ?合格師資缺乏

生物信息學是一門交叉學科，要求勝任的教師綜合掌握生物學、統(tǒng)計學、計算機學和數(shù)學等多個學科知識。由于生物信息學在國內起步較慢，培養(yǎng)的合格人才數(shù)量有限，因而目前各地方高校能夠勝任這門課程教學資源匱乏。以筆者所在的中南林業(yè)科技大學為例，生物信息學在林學專業(yè)的課程教學沒有固定的教師，大部分都是由統(tǒng)計學、分子生物學以及其他相關專業(yè)的教師完成。這些教師中的絕大部分對計算機或數(shù)學的研究相對較少，因而他們都無法完全承擔生物信息學的教學任務。匱乏的教師資源與人才培養(yǎng)的迫切需求存在強烈的矛盾。

1.2 ? ?專業(yè)教材匱乏

生物信息學是一門快速發(fā)展的學科。一方面，教材更新?lián)Q代的速度跟不上實驗技術的發(fā)展;另一方面，林業(yè)研究方向的多樣性導致沒有專門的生物信息學教材。目前，大部分生物信息學經典教材所包含的內容主要是低通量分析生物學的分析和設計。測序技術的發(fā)展和多組學研究的興起，誕生了很多新的分析流程和分析手段。這部分內容對計算機有更高的要求，比如要求會使用Liux系統(tǒng)和計算機編程語言等。目前市面上只有少量的生物信息學教材包含了這些內容，而針對林學的專業(yè)教材更少[5]。當前，大部分生物信息學教材主要介紹了EBI、NCBI、DDBJ和UCSC等數(shù)據(jù)庫的應用，而涉及林業(yè)遺傳育種、分子改良、GWAS分析、BSA定位以及遺傳連鎖等相關的內容和數(shù)據(jù)庫在教材中沒有體現(xiàn)。這些內容體現(xiàn)了林學專業(yè)“新農科”建設的方向，也是現(xiàn)在林業(yè)育種研究的難點和熱點，因而迫切需要與林學專業(yè)教學內容匹配的林業(yè)生物信息學教材。

1.3 ? ?教學資源缺乏

與生物信息學的高速發(fā)展相比，地方林業(yè)高校接受新事物的能力相對滯后。國內大部分林業(yè)院校生物信息學開設的時間都相對較晚，部分高校對林學專業(yè)課程建設方面的投入沒有其他課程充足。作為一門新興的學科，生物信息學的發(fā)展時間還比較短，各大網絡教學平臺還缺乏豐富的精品課程、教學視頻以及相應的多媒體等教學資源;并且目前大部分高校所使用的教材內容太過陳舊，很難適應學科建設和發(fā)展的新需求。

2 ? ?生物信息學改革與創(chuàng)新

2.1 ? ?培養(yǎng)專業(yè)人才，提高教師能力

教師教學水平直接影響教學效果。生物信息學是一門多學科融合交叉的課程，需要教師學習和了解更多的專業(yè)知識。要解決這些問題，一方面應該鼓勵并支持青年教師去國內外知名高校訪學和進修，學習和借鑒他人的先進成果，提高自身的專業(yè)技能;另一方面要注意人才引進，為具有林學專業(yè)背景的生物信息學人才提供豐厚的條件;此外，加強與其他院校的合作交流，鼓勵教師們多參加國內外的生物信息學會議，了解生物信息學的前沿進展，從而將這些知識融入林學專業(yè)生物信息學課程建設中。

2.2 ? ?加快教材編制，遴選優(yōu)質教材

一本好的教材能夠起到事半功倍的效果。生物信息學最先在國外出現(xiàn)和發(fā)展，國內早期的教材大部分以翻譯本為主。近年來，我國生命科學領域發(fā)展日新月異，國內專業(yè)學者根據(jù)我國發(fā)展特色自行編著的教材越來越多，因而目前國內高校大部分都以使用國產教材為主、翻譯本為輔。目前，國內生物信息學的教材主要分為兩大塊，一塊主要介紹生物信息學的發(fā)展歷程以及相關的理論知識，其目的主要是讓學生了解生物信息學知識的相關概念和研究內容;另一塊主要以生物信息學的實際應用為主，主要介紹各種生物學數(shù)據(jù)庫，生物信息學相關軟件、工具的原理、使用技巧和方法，其目的主要是讓學生掌握相關數(shù)據(jù)庫和軟件的使用，并且能夠將其應用到自己的研究當中。針對林學專業(yè)的生物信息學教材，應該結合這兩方面特色，首先選擇系統(tǒng)性和基礎性比較好的參考書讓學生了解基本概念，例如陳銘主編的《生物信息學》（第3版）;然后選擇以培養(yǎng)學生動手能力、實用性較強的教材，比如吳祖建等主編的《生物信息學分析實踐》;在教學過程中，教師還應該結合林學專業(yè)的特色，著重講解與林學相關的數(shù)據(jù)庫等內容，以期提高學生獲取本專業(yè)相關信息的能力。

2.3 ? ?豐富教學資源，更新和完善多種教學方式

首先，在慕課和超星等互聯(lián)網教學平臺收集生物信息學相關的精品課程，選擇可以結合林學專業(yè)特色的材料，并且匯總這些資料進行歸納分類。其次，利用現(xiàn)有的資源，比如使用高校計算機學院的計算機用于學生的實踐教學;鼓勵學生自帶筆記本進行教學等。教師也可以根據(jù)林學的專業(yè)特色自行開發(fā)制作一些豐富的多媒體課件，便于學生理解抽象的生物信息學知識，提高學生的學習興趣和能動性。此外，教師還可以利用網絡將最新的軟件和教學內容提前傳遞給學生進行預習，學生也可以通過網絡將自己對課程的理解反饋給教師，以便教師掌握學生的實際情況。

3 ? ?結語

在習近平總書記的號召下，國家對林業(yè)的發(fā)展越來越重視，針對林學專業(yè)培養(yǎng)生物信息學人才是亟待解決的問題。涉林高校的生物信息學課程基本都存在共有的通病，比如合格師資匱乏、專業(yè)教材匱乏和教學資源缺乏等，這些問題嚴重制約了林學專業(yè)生物信息學的發(fā)展。筆者結合自身遇到的實際問題提出相應的解決辦法，希望在“新農科”戰(zhàn)略的實施下，通過以上幾個方面的教學體系改革，能夠培養(yǎng)出基礎知識扎實、動手實踐能力強、適應信息化時代的林業(yè)人才。同時，在今后的教學過程中，隨著生物信息學教學手段和方式的不斷完善，教師需提高自身素質，以進一步提高具有林學專業(yè)特色的生物信息學教學質量。

4 ? ?參考文獻

[1] 劉宏生，鄭方亮，艾海新，等.強化生物信息學實踐教學的探索與成果[J].生物信息學，2010，8（4）：368-370.

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[3] 胡娜，常軍，徐玲.生物信息學教學改革與探索[J].安徽農業(yè)科學，2010，38（3）：1588-1589.

[4] 李蘭芝，易圖永.生物信息學人才培養(yǎng)模式研究與探索[J].安徽農業(yè)科學，2014，42（20）：6874-6875.

[5] 陳其皎.作物學專業(yè)本科生生物信息學課程教學改革[J].安徽農業(yè)科學，2012，40（29）：14600-14611.

[6] 易圖永，李蘭芝，周瑋.農業(yè)院校開展生物信息學本科教育的實踐與體會：基于湖南農業(yè)大學的實踐[J].教育教學論壇，2018（13）：238-239.

基金項目 ? 中南林業(yè)科技大學引進人才項目。

作者簡介 ? 曹運鵬（1989-），男，湖南新化人，講師。研究方向：林業(yè)生物信息學。

收稿日期 ? 2020-04-20