“新農科”背景下生物信息學課程開設建議

劉秦

摘要：隨著生物大數據及人工智能的迅速發展，生物信息學作為生命科學領域的重要研究手段，其重要性不言而喻。恰逢國家“新農科”建設的契機，生物信息學教學質量直接與“新農科”人才的培養密切相關。本文總結了當下生物信息學課程開設過程中存在的不足和面臨的困境，并從師資組建、平臺搭建、課程建設等方面提出了相應的建議，期望為生物信息學教學和人才培養提供參考。

關鍵詞：“新農科”;生物信息學;課程建設

建設“新農科”已成為新時期高校農業教育改革的重要方向，以多學科深度融合為核心，以促進創新發展的實踐為首要本質。“新農科”需要多個學科的融合，也需要加強農業學生對當前農業知識的理解，以及相關技能的培養和訓練。新農科的發展是大勢所趨，將會為我國農業課程的教學水平的提高做出重要貢獻。新農科的建設必須要突破傳統的人才培養模式，不僅要打好理論基礎，更要提高學生的創新程度和業績，提高學生的實踐能力，學習和使用互聯網、云計算、大數據等現代信息技術[1]。生物信息學作為一門新興前沿學科，涉及數學、生物學和計算機學等多學科的交叉融合，其實質是利用計算機科學技術解決生物學問題[2]。該課程涉及對生物實驗及測序大數據的收集、處理、存儲、查詢和分析，挖掘數據的生物學意義，解釋生命活動的規律。基于生物信息學這門課程的前沿性、交叉性和實踐性特點，生物信息學課程的開展十分契合“新農科”建設需求。

自2002年以來，國內部分高水平高校開始開設生物信息學課程，地方高校也緊跟潮流，紛紛開設了該課程。然而，但由于該學科的快速發展和和現代生物信息學處理的數據類型更加多元化，傳統的理論知識“填充式”教學模式已不能滿足“新農科”建設目標的需求。在此基礎上，筆者整理總結當下高校特別是地方本科院校生物信息學教學過程中存在的問題，提出了在“新農業科學”背景下提高生物信息學教學質量的有針對性的改革建議。

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

基于生物信息學本身交叉性強，發展迅速的特點，該學科任課老師需要具備生物、統計學和計算機等多學科專業知識外，還具備敏銳的洞察力、能及時掌握學科動態，跟隨國際前沿趨勢。地方院校由于地理位置、經濟地位、吸引力、落戶規則等原因，缺乏人才吸引力，大量具有專業背景的博士畢業生被一、二線城市的高校、科研院所、大企業挖走。剩下的大部分教員沒有接受過專業的生物信息學培訓，他們的知識體系不足以滿足教學需求，完成預定的教學目標。此外，生物信息學通常被作為一門選修課，相關部門和領導在學科建設和人才培養方案中對其重視程度不夠。

（二）硬件建設滯后

生物信息學發展日新月異，從基因組、轉錄組、蛋白組和代謝組，數據類似越發多元化，數據量也越來越大，依靠傳統的個人計算機已經無法滿足數據的處理和分析。以筆者所在的地方院校為例，目前生物信息學教學主要以理論知識為主，實操部分借助于學院園林制圖的機房，多數機器配置為內存4G的辦公型，此外系統均為window系統，導致課程實踐部分無法正常開展，學生無法對所學的知識產生直觀的理解。

（三）教學資源缺乏，課程設置不合理

生物信息學的快速發展勢必要帶來知識的更新，然而目前可征訂的教材及部分教學資源仍然停留在學科發展歷程、數據庫的使用和檢索、基本算法介紹等傳統內容上，教學內容明顯無法跟隨發展趨勢。此外生物信息課程多面向不同學科背景的本科生開設，導致在教材選擇上多以綜合性教材為主，無法兼顧學生專業背景的獨特性，難以讓學生在學習過程中“感同身受”，久而久之，導致學生缺乏興趣。現在大多數高校在培養方案中設置為專業選修課程，學時多以24或32學時為主，對于這樣一門綜合型學科，知識內容均繁雜，在緊張的學時安排之下，任課老師只能對課程進行走馬觀花式處理，學生無法消化課堂知識，產生厭學心理。

二 “新農科”背景下生物信息學教學改革建議

（一）提升本校專業教師素養，組建多元化師資團隊

在引進人員困難的情況下，注重本校生物信息學教師的培養不失為一種有效的方法。培養方式可以多渠道開展，以線上或線下商業課程的培訓，其中一家名為“基因課”的網站提供了較為系統和緊跟科研趨勢的付費課程，此外也可以通過到有經驗的院校進行進修和訪學的方式進行個人能力提升。

在教學制度上，可以選擇破除一師一科的教學制度，通過整合計算機學院、數學學院和生物學院的不同專業課老師，組建多元化師資團隊進行兼職授課，通過不同專業人才各自發揮專長的方式，拓寬學生知識面，理清知識框架，把握重難點。

（二） 搭建生物信息學實訓平臺

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[3]。搭建高性能服務器平臺可以在不淘汰低配置機房的基礎上，完美的解決生物信息學課程實踐操作問題。實驗平臺的建設是傳統高校開展基礎教育和質量保障的前提，是實現人才培養目標的關鍵。生物信息學技能的培養在很大程度上取決于計算機技能的提高，機房在其中發揮著特殊的作用。為了培養具有扎實的理論基礎和扎實的生物信息學實踐能力的高素質數據挖掘應用人才，必須在實踐教學和計算的基礎上取得進展。

簡化招標程序，將高性能服務器平臺指定為特殊應急設備，并提供特殊處理渠道。如果資金限制使平臺建設不能一次完成，可以進行分期建設。由于Linux系統的高兼容性和可擴展性，建設過程中可以內存和硬盤插槽進行預留，后期通過逐步升級來滿足擴大數據存儲和處理性能的需求。在建設初期，可以通過租賃其他科研院所或企業的計算資源的方式解決燃眉之急。

（三）合理設置基礎課程

在開展生物信息學課程之前，院校應該適當的開設Linux操作系統基礎、Perl、Python或R語言等編程語言課程。課程的開設應該有計劃且靈活的，例如原本的SPSS等課程可以用R語言課程代謝，而VB等計算機課程可用Perl等課程進行替換，這種替換符合趨勢發展，也利于學生知識體系的更新。

在教材的選擇上應以實際應用為主，內容當涉及生物數據庫的介紹，相關軟件和工具的操作原理以及使用技巧，旨在讓學生在實踐操作中，更加深刻的理解數據背后的生物學意義，并能將所學技能貼合的應用到自己的畢業設計之中。任課老師當認真遴選生物信息學教材，通過比較篩查，選擇最適于本校學生培養任何的課本。

三 結語

生物信息學是一門新興前沿學科，涉及數學、生物學和計算機學等多學科的交叉融合，其實質是利用計算機科學技術解決生物學問題。近些年來，隨著測序技術的創新和發展，大量數據被產生，生物信息學已經成為生物學許多領域的重要組成部分。針對生物信息學課程在地方院校遇到的問題，本文提供了一定解決對策和建議：提高專任教師的專業素養，組建多元化師資隊伍，逐步搭高建性能實踐平臺，完善課程設置，重視學生實踐教學，激發學生興趣是地方本科院校在“新農科”建設背景下有效開展生物信息學教學的重要依據。

參考文獻：

[1]安吉共識——中國新農科建設宣言[J]. 中國農業教育， 2019. 20（03）： 105-106.

[2]楊敏， 趙杏利， 范丙友， 侯典云. 生物信息學課程教學改革初探[J]. 教育教學論壇， 2016（48）： 140-141.

[3]李婷婷， 陶文靜， 柯清林， 王飛， 崔立操. 地方本科高校生物信息學課程教學現狀與改革初探[J]. 教育教學論壇， 2020（31）： 203-205.

玉林師范學院新農科研究與改革實踐項目《基于新農科的農林人才“三全育人”途徑探究》（項目編號：2020XNK01）;廣西高等教育本科教學改革工程立項項目《面向鄉村振興戰略需求的新型園林人才培養研究與實踐》（項目編號：2021JGA289）;玉林師范學院教學團隊項目《園林專業“雙師型”教學團隊》（項目編號：2020JXTD06）;玉林師范學院2020年高等教育本科教學改革工程項目《新農科背景下涉農專業人才培養改革的探索與創新》（項目編號：2020XJJGZD02）