基于生物信息學(xué)前沿課程的醫(yī)工融合教學(xué)改革研究

王莉 林佳 曹蕾

摘 ?要：現(xiàn)今社會(huì)醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的聯(lián)系越來(lái)越緊密，生物信息學(xué)醫(yī)工融合為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域打開(kāi)新的局面。生物信息學(xué)前沿課程的醫(yī)工融合教學(xué)改革從課程體系、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)和師資隊(duì)伍四個(gè)方面為切入點(diǎn)進(jìn)行醫(yī)工融合，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉的醫(yī)工融合創(chuàng)新思維模式，對(duì)推動(dòng)生物信息教育的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)前沿;醫(yī)工融合;醫(yī)學(xué);精準(zhǔn)醫(yī)療

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2022）18-0142-04

Abstract： The new demands of social health and medical treatment are increasingly inseparable from bioinformatics. The integration of bioinformatics and medical industry has broken the original limitations of medical and health undertakings and life sciences. Its advantages and professional characteristics provide the interactive background of medicine and bioinformatics for medical research. The teaching reform in the course of Frontiers in Bioinformatics from the four aspects such as curriculum system， teaching methods， assessment and evaluation and teaching to carry out combination of medicine and engineering， cultivated students' innovative research spirit and team cooperation ability， which has important practical significance to promote the development of bioinformatics education.

Keywords： Frontiers in Bioinformatics; combination of medicine and engineering; medical science; precision medicine

當(dāng)前，我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)正處于發(fā)展和轉(zhuǎn)型過(guò)程中，人工智能、大數(shù)據(jù)、生物信息等新一輪科學(xué)技術(shù)將醫(yī)學(xué)發(fā)展推動(dòng)到了新的階段[1]：從治療為主到預(yù)防治療，從功能基因組學(xué)的研究到生物材料的研發(fā)，從基因圖譜到康復(fù)醫(yī)學(xué)，從生物信息學(xué)的進(jìn)步到精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)施等，都顯示出醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)相互交叉、融合、滲透的必要性。目前的新背景對(duì)原有的教學(xué)模式提出了醫(yī)工理文融合的新要求[2]，因此生物信息學(xué)前沿課程從較為傳統(tǒng)的教學(xué)模式向醫(yī)工融合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，對(duì)培養(yǎng)能夠運(yùn)用交叉學(xué)科知識(shí)解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿問(wèn)題的高層次生物信息人才具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

一、醫(yī)工融合教學(xué)模式問(wèn)題的剖析

醫(yī)工融合教學(xué)模式的關(guān)鍵在于融合，在醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)交叉融合的過(guò)程中，兩個(gè)學(xué)科間在學(xué)科的內(nèi)容、方法論、認(rèn)識(shí)論以及科研價(jià)值觀四個(gè)不同層次上都存在顯著差別。這些差別和不同給醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)的融合帶來(lái)了一系列問(wèn)題，最顯著的問(wèn)題就是融合后集中于生物信息學(xué)的內(nèi)容偏多，實(shí)質(zhì)性融合不到位，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)難以實(shí)現(xiàn)真正的融合[3]。

二、生物信息學(xué)前沿課程實(shí)施醫(yī)工融合教學(xué)模式的必要性

生物信息學(xué)前沿是生物信息專業(yè)的專業(yè)課程，是一門側(cè)重生物信息前沿基礎(chǔ)理論，同時(shí)又和應(yīng)用相結(jié)合的課程。該課程的目的是使學(xué)生掌握最新的生物信息學(xué)前沿理論和技術(shù)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的思維，提高其創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)其分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。現(xiàn)今社會(huì)健康和醫(yī)療的新需求，診療模式越來(lái)越離不開(kāi)生物信息學(xué)[4]。在該課程中實(shí)施醫(yī)工融合教學(xué)模式有利于在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)和生命科學(xué)領(lǐng)域打破原有的局限性，其優(yōu)勢(shì)和課程特色為醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)提供的交互背景，在生物信息學(xué)專業(yè)的教育領(lǐng)域是突破性的改革和創(chuàng)新[5]。

三、生物信息學(xué)前沿課程實(shí)施醫(yī)工融合教學(xué)模式的改革

在生物信息學(xué)前沿課程中實(shí)施醫(yī)工融合教學(xué)改革，就是以醫(yī)工融合教育理念為指導(dǎo)，以生物信息專業(yè)教育為核心，實(shí)施包括課程內(nèi)容、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)體系、師資隊(duì)伍四個(gè)方面的系統(tǒng)改革，培養(yǎng)出具有醫(yī)工融合知識(shí)背景、基礎(chǔ)和創(chuàng)新研究能力強(qiáng)的復(fù)合應(yīng)用型人才，提升生物信息專業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（一）構(gòu)建突出醫(yī)工融合的課程體系

醫(yī)工融合特色的課程體系需要打破學(xué)科間的知識(shí)壁壘，防止學(xué)科間邊緣過(guò)于細(xì)化、僵化。課程結(jié)構(gòu)全面衡量、重新配置，課程體系的構(gòu)建不僅需要滿足生物信息專業(yè)教育的需求，也能應(yīng)對(duì)醫(yī)學(xué)教育的新發(fā)展。在精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代，需要對(duì)現(xiàn)有授課形式做出調(diào)整，突出醫(yī)工融合特色，建立創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

1. 按照醫(yī)學(xué)應(yīng)用整合教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)醫(yī)工融合

對(duì)課程內(nèi)容按照“雙理論（生物信息理論和醫(yī)學(xué)理論）-多方法（多種生物信息學(xué)分析方法）-融應(yīng)用（融合醫(yī)學(xué)應(yīng)用）”的形式進(jìn)行整體設(shè)計(jì)（如圖1所示），從醫(yī)學(xué)應(yīng)用出發(fā)，將所需涉及的生物信息學(xué)前沿方法及醫(yī)學(xué)應(yīng)用整理成鏈條，例如精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，人類疾病如腫瘤、高血壓、糖尿病的應(yīng)用，藥用植物的應(yīng)用等，綜合學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前沿方法，實(shí)現(xiàn)生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)的深度融合。

2. 課程內(nèi)容體現(xiàn)多層次性，突出典型性和前沿性

隨著醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展，生物信息學(xué)在疾病相關(guān)基因、精準(zhǔn)醫(yī)療、藥物的研發(fā)等醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究方面都發(fā)揮重要作用。因此在設(shè)置課程內(nèi)容時(shí)，要注重生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)的典型性，也要緊隨科技發(fā)展，注重生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的前沿性，課程內(nèi)容從淺到深，從基礎(chǔ)到典型再到前沿，具有延續(xù)性的特點(diǎn)。以糖尿病為例，課程體系的多層次性展示如圖2所示。

3. 課程全面推動(dòng)思政建設(shè)，講授知識(shí)的同時(shí)，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀

通過(guò)介紹生物信息學(xué)的前沿進(jìn)展，融入國(guó)家情懷，樹(shù)立職業(yè)道德;通過(guò)講述生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)中的前沿應(yīng)用，融入創(chuàng)新思維，樹(shù)立科學(xué)精神。通過(guò)講述基因共線性分析、進(jìn)化分析等生物信息學(xué)前沿領(lǐng)域的最新技術(shù)，融入創(chuàng)新思維，樹(shù)立科學(xué)精神;形成了本門課程“三通過(guò)，三融和，三樹(shù)立”的課程思政目標(biāo)，充分挖掘本門課程的思想政治教育資源，運(yùn)用好課堂教學(xué)的主渠道，構(gòu)建思想政治理論、綜合素養(yǎng)、專業(yè)知識(shí)三位一體的課程教育體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合的課程思政目標(biāo)。

以上述三點(diǎn)為指導(dǎo)思想， 優(yōu)化課程體系，形成了五大醫(yī)工融合課程體系模塊。如圖3所示。

（二）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的教學(xué)方法

1. 構(gòu)建雙師帶教的教學(xué)模式，在基礎(chǔ)理論層面實(shí)現(xiàn)醫(yī)工融合

采取以學(xué)生為主體的“師生互動(dòng)”教學(xué)模式，靈活應(yīng)用探索研究型、啟發(fā)式、互動(dòng)性教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。重點(diǎn)采用“雙師帶教”即生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)教師同時(shí)帶教進(jìn)行綜合案例教學(xué)的方法將生物信息產(chǎn)業(yè)、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、醫(yī)學(xué)與生物信息學(xué)銜接的內(nèi)容融入課程教學(xué)內(nèi)容，提高課程間的滲透與延伸，在確保課程知識(shí)體系完整性的基礎(chǔ)上，增加精準(zhǔn)醫(yī)療、健康大數(shù)據(jù)等相關(guān)新興技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握生物信息學(xué)前沿方法，豐富學(xué)生簡(jiǎn)單的醫(yī)學(xué)理論知識(shí)，為應(yīng)用生物信息學(xué)分析方法解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

2. 構(gòu)建新思維探究教學(xué)模式，在理論分析層面實(shí)現(xiàn)醫(yī)工融合

探究活動(dòng)突出學(xué)生的主題地位，精心設(shè)計(jì)體現(xiàn)醫(yī)工融合特色的探究活動(dòng)。教學(xué)過(guò)程中發(fā)布分組任務(wù)，進(jìn)行新思維探究活動(dòng)，學(xué)生通過(guò)資料信息的整理、加工和分析，依托成員答辯、組內(nèi)補(bǔ)充、組間答辯、小組討論等形式，對(duì)知識(shí)進(jìn)一步理解深化。教師積極引導(dǎo)和啟發(fā)，為學(xué)生探究過(guò)程提供相應(yīng)的探究資源。思維整理是理清層次和順序關(guān)系的過(guò)程，通過(guò)探究活動(dòng)激發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工融合的思維方式，也能夠通過(guò)探究活動(dòng)清晰呈現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及思考加工的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的可視化。

3. 構(gòu)建無(wú)縫對(duì)接的醫(yī)師課堂教學(xué)模式，在理論應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)醫(yī)工融合

隨著醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，兩個(gè)行業(yè)彼此間發(fā)生了深度融合。教學(xué)模式不能過(guò)時(shí)，人才培養(yǎng)需要時(shí)刻根據(jù)行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)和新方向不斷地對(duì)專業(yè)適時(shí)作出調(diào)整和革新，以適應(yīng)行業(yè)需求。舉辦四次工程師及醫(yī)師進(jìn)課堂，圍繞生物信息學(xué)分析方法在新冠肺炎、精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際案例的展示，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。能夠讓學(xué)生及時(shí)掌握生物信息學(xué)方法在醫(yī)學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)在學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用，實(shí)現(xiàn)理論和應(yīng)用、醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)的有機(jī)融合。

4. 構(gòu)建以賽促學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)模式，在理論創(chuàng)新實(shí)踐層面實(shí)現(xiàn)醫(yī)工融合

學(xué)生通過(guò)常規(guī)教學(xué)掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，但在實(shí)踐能力的提升與突破上有一定的局限性。針對(duì)該問(wèn)題，開(kāi)放學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，提供技術(shù)保障，讓學(xué)生做起來(lái)。鼓勵(lì)學(xué)生參加院級(jí)及校級(jí)醫(yī)工融合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的申報(bào)，有效增加學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐和訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目的申報(bào)、立項(xiàng)及實(shí)施過(guò)程，不僅能將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)踐和創(chuàng)新，還可以通過(guò)“以賽促學(xué)”融入到不同的團(tuán)隊(duì)中，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高社交能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。生物信息學(xué)前沿醫(yī)工融合教學(xué)模式如圖4所示。

（三）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的考核評(píng)價(jià)體系

考核是教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，因此需要根據(jù)醫(yī)工融合的培養(yǎng)模式改革考試方法，創(chuàng)新教學(xué)評(píng)估體系，使考核體系真正兼顧到知識(shí)與能力、理論與實(shí)踐，正確評(píng)價(jià)學(xué)生是否真正理解、掌握和運(yùn)用知識(shí)，達(dá)到學(xué)生勤于思考、善于提問(wèn)和樂(lè)于實(shí)踐的目的，建立“多角度、多方面、多層次”的考核評(píng)價(jià)體系，如圖5所示。

1. 多角度考核評(píng)價(jià)

整個(gè)教學(xué)過(guò)程由教師、學(xué)生個(gè)人和學(xué)生小組等共同參與完成，因此學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)主題也是多元的，包括教師評(píng)價(jià)、組內(nèi)成員評(píng)價(jià)、組間成員評(píng)價(jià)等，通過(guò)全方位多角度的評(píng)價(jià)使學(xué)生認(rèn)清自己的學(xué)習(xí)效果并進(jìn)行自我調(diào)整和完善。

2. 多方面考核評(píng)價(jià)

改變傳統(tǒng)的單一終末性考核評(píng)價(jià)方式，從多方面對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行考核，旨在提高學(xué)生積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。在學(xué)習(xí)中，采用豐富的評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括學(xué)生探究活動(dòng)中的完成度，小組協(xié)作中的參與性、互動(dòng)性、積極性，大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目申報(bào)的積極性以及課堂教學(xué)活動(dòng)的自主性等。

3. 多層次考核評(píng)價(jià)

生物信息學(xué)前沿課程內(nèi)容由淺入深， 根據(jù)醫(yī)工融合教學(xué)模式，分別從“基礎(chǔ)性、綜合性、拓展性”三個(gè)層面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)， 每個(gè)層面的教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)不同的考核辦法。如對(duì)知識(shí)掌握的基礎(chǔ)性考核， 以課堂表現(xiàn)和結(jié)課論文的方法部分進(jìn)行考核;對(duì)拓展應(yīng)用成績(jī)進(jìn)行的考核， 以探究活動(dòng)為主;對(duì)實(shí)踐創(chuàng)新成績(jī)的考核， 以完成的結(jié)課論文的整體評(píng)價(jià)為主。學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)分析如圖6所示。

（四）建立適合醫(yī)工融合培養(yǎng)模式的師資隊(duì)伍

醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新型師資隊(duì)伍是醫(yī)工結(jié)合跨學(xué)科人才培養(yǎng)的保證，因此課題組教師由原來(lái)單一的生物信息學(xué)背景教師調(diào)整為生物信息學(xué)背景教師、醫(yī)學(xué)專業(yè)背景教師、工程師及醫(yī)院醫(yī)師四部分，進(jìn)而組成專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為不同學(xué)科背景的教師積極探索醫(yī)工融合的教學(xué)模式，提高醫(yī)工融合教學(xué)效果提供良好的平臺(tái)。

四、結(jié)束語(yǔ)

生物信息學(xué)前沿醫(yī)工融合教學(xué)改革的根本是向以“醫(yī)理交叉學(xué)科為支撐的教學(xué)模式”轉(zhuǎn)變，探尋大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，符合生物信息專業(yè)課程特色的醫(yī)工結(jié)合教學(xué)模式，培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力的生物信息專業(yè)學(xué)生，歷練擁有現(xiàn)代信息技術(shù)、具備先進(jìn)教學(xué)理念的教師隊(duì)伍。優(yōu)化醫(yī)工融合課程體系，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從課程內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)理論和技術(shù)的融合。改革教學(xué)方法，豐富學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生通過(guò)綜合分析，方案設(shè)計(jì)和項(xiàng)目的實(shí)施，達(dá)到理論知識(shí)，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提升，醫(yī)工融合項(xiàng)目更能鍛煉學(xué)生多學(xué)科融合的思維方式。

通過(guò)“三多”考核評(píng)價(jià)體系讓學(xué)生懂得學(xué)習(xí)過(guò)程中的自我約束，進(jìn)而從基礎(chǔ)掌握、拓展應(yīng)用和創(chuàng)新實(shí)踐三個(gè)層面檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，進(jìn)行自我能力的提升。

以調(diào)研問(wèn)卷形式對(duì)課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法等內(nèi)容進(jìn)行滿意度調(diào)研，學(xué)生反映良好。多維度建設(shè)醫(yī)工融合教學(xué)模式，目前已在面向全校醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的醫(yī)工融合課程中，應(yīng)用了部分課程內(nèi)容，預(yù)計(jì)在拓展模塊的生命科學(xué)大數(shù)據(jù)分析課程中全面應(yīng)用醫(yī)工融合教學(xué)模式。

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