基于“12345”模式的創(chuàng)新型生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)體系探索*

李永生 徐 娟

(海南醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)信息與工程學(xué)院 海口 571199) (哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 哈爾濱 150081)

1 引言

在大健康、大數(shù)據(jù)、智能醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)新形勢(shì)下，大批智能醫(yī)療和基因產(chǎn)業(yè)將布局海南自由貿(mào)易港，以生物醫(yī)療大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的精準(zhǔn)醫(yī)療快速發(fā)展，急需集理、工、生物醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)于一身的復(fù)合型人才，生物信息學(xué)(bioinformatics)專業(yè)教育越來越重要。生物信息學(xué)是一門新興交叉科學(xué)，研究?jī)?nèi)容主要包含分子組學(xué)大數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲(chǔ)、計(jì)算分析、生物學(xué)解釋等，借助基于數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的各種算法和分子生物學(xué)工具，闡明大數(shù)據(jù)背后所隱含的生物學(xué)意義[1]。生物信息技術(shù)可廣泛應(yīng)用于人類疾病病因?qū)W研究、臨床診斷標(biāo)志物識(shí)別、疾病分型和預(yù)后預(yù)測(cè)、遺傳調(diào)控機(jī)制和分子通路建立、藥物靶標(biāo)識(shí)別與藥物設(shè)計(jì)等方面，逐漸成為生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域不可或缺的組成部分，加快了個(gè)性化醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展步伐[2]。因此，培養(yǎng)具有交叉背景的生物信息學(xué)專業(yè)人才已經(jīng)成為當(dāng)前高校教育的當(dāng)務(wù)之急。

生物信息學(xué)人才需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程，涉及課程面廣且難度大，因此高質(zhì)量專業(yè)教育是培養(yǎng)高精尖生物信息人才的重要基石，也是目前生物信息學(xué)教學(xué)工作的重中之重[2]。加強(qiáng)生物信息學(xué)交叉復(fù)合型人才培養(yǎng)，開展多元化、特色化實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)體系改革與研究日益重要[3-4]。因此，結(jié)合用人單位反饋意見，深入分析當(dāng)前生物信息學(xué)人才培養(yǎng)方面所存在的主要問題，有利于設(shè)定專業(yè)改革目標(biāo)、探索建立一套理論結(jié)合實(shí)際的改革方案。

2 基于“12345”模式的生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)體系構(gòu)建

2.1 總體架構(gòu)

基于“12345”模式的生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)體系以海南自由貿(mào)易港建設(shè)對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)人才的需求為導(dǎo)向，注重講授生物醫(yī)學(xué)、數(shù)理知識(shí)及計(jì)算機(jī)、電子科學(xué)技術(shù)方法，使學(xué)生成為具有理工醫(yī)交叉思維能力的高素質(zhì)、寬口徑、現(xiàn)代化生命醫(yī)學(xué)科技人才，主要包括5個(gè)方面，見圖1。

圖1 基于“12345”模式的生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)體系

2.2 “一個(gè)面向”：面向地方發(fā)展需求

在國(guó)家大力支持海南建設(shè)自由貿(mào)易港的背景下，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型生物信息學(xué)人才對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)快速發(fā)展、有效推動(dòng)生物醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)深入融合具有重要意義。海南醫(yī)學(xué)院是海南自由貿(mào)易港內(nèi)唯一一所公辦醫(yī)學(xué)院校，已經(jīng)逐步形成從本科生到碩士、博士研究生的全方位、多層次生物信息學(xué)人才培養(yǎng)體系，將對(duì)熱帶地區(qū)生物醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科群及產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用。

2.3 “二維保障”：產(chǎn)學(xué)研合作、雙師型教師梯隊(duì)

建立互利合作長(zhǎng)效機(jī)制，建立和擴(kuò)大校外實(shí)習(xí)產(chǎn)學(xué)研合作基地，培養(yǎng)雙師型教師梯隊(duì)。一方面，可通過以下4種措施加強(qiáng)生物信息學(xué)專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)。一是聘請(qǐng)合作企業(yè)和生物技術(shù)等公司的科技研發(fā)人員作為行業(yè)導(dǎo)師，與校內(nèi)教師共同討論，制定切實(shí)可行、集理論與實(shí)踐為一體的專業(yè)培養(yǎng)方案。二是聘請(qǐng)行業(yè)導(dǎo)師參與相關(guān)理論課程和實(shí)踐課程體系(如在線課程、實(shí)踐課程等)的建設(shè)、進(jìn)行理論授課、合作開發(fā)教學(xué)過程中需要的應(yīng)用案例庫等，以加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用能力。三是在用人單位建設(shè)系列實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。四是以科研育人為目標(biāo)，積極促進(jìn)校企合作，雙方搭建科研平臺(tái)、組建科研合作團(tuán)隊(duì)，針對(duì)領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的技術(shù)難題、前沿?zé)狳c(diǎn)問題等進(jìn)行合作攻關(guān)。既促進(jìn)生物信息學(xué)專業(yè)教師了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提高自身科研能力，又增強(qiáng)合作企業(yè)與生物技術(shù)公司等用人單位的核心競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，制定標(biāo)準(zhǔn)，加大引進(jìn)力度，促進(jìn)“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)。同時(shí)，做到引育并舉，通過多元化培訓(xùn)幫助技能卓越的教師掌握更加前沿的專業(yè)知識(shí)，通過科研使理論素養(yǎng)較高的教師在企業(yè)兼職，提高彼此的教學(xué)和專業(yè)實(shí)踐能力。

2.4 “三個(gè)層次”：基礎(chǔ)、提高、科研創(chuàng)新

有效利用校企合作、第二課堂等平臺(tái)，突出實(shí)踐育人，搭建符合生物信息學(xué)專業(yè)特色的遞進(jìn)式教學(xué)體系，主要包含3個(gè)層次。一是基礎(chǔ)層次。緊密結(jié)合學(xué)科發(fā)展熱點(diǎn)問題制定專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，增加應(yīng)用技術(shù)類課題，實(shí)驗(yàn)課包括綜合性或設(shè)計(jì)性、探索性內(nèi)容，充分激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神，建立基礎(chǔ)層次的專業(yè)特色教學(xué)體系。二是提高層次。鼓勵(lì)教師將教學(xué)和科研內(nèi)容有效結(jié)合，有目的地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高教學(xué)體系的建設(shè)層次。同時(shí)積極申報(bào)實(shí)驗(yàn)室提升計(jì)劃，加強(qiáng)支撐平臺(tái)建設(shè)，力爭(zhēng)配置先進(jìn)、方便教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。以三級(jí)教學(xué)單位(教研室)為依托，加大應(yīng)用型專業(yè)教材的開發(fā)。三是科研創(chuàng)新層次。依托各類學(xué)科競(jìng)賽，充分利用教學(xué)基地、校企合作等有計(jì)劃、有組織地開展與生物信息學(xué)熱點(diǎn)問題相關(guān)的科技活動(dòng)、社會(huì)活動(dòng)等第二課堂實(shí)踐教學(xué)，設(shè)置創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分，鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索和創(chuàng)新意識(shí)，以及應(yīng)用專業(yè)知識(shí)服務(wù)于社會(huì)需要的意識(shí)。

2.5 “實(shí)施四化教學(xué)”：案例化、項(xiàng)目化、實(shí)戰(zhàn)化、多樣化

基于成果導(dǎo)向理念[5]，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)，加強(qiáng)基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)等生物大數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過建立計(jì)算機(jī)集群等方式為本科學(xué)生提供高性能的計(jì)算分析教學(xué)與科研一體化平臺(tái)，使學(xué)生既可以學(xué)習(xí)到生物信息學(xué)基礎(chǔ)理論，又可以提升大數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)操作能力。學(xué)院統(tǒng)籌規(guī)劃并協(xié)調(diào)建立線上線下教學(xué)資源，以具體醫(yī)學(xué)問題為研究主題，以生物信息學(xué)方法與理論為技術(shù)手段，構(gòu)建一定數(shù)量的生物信息學(xué)專業(yè)教學(xué)案例庫。

通過將教師科研成果融入教學(xué)、以科研項(xiàng)目為引導(dǎo)的方式合理設(shè)置實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，建立“博士-碩士-本科生”傳幫帶模式，通過項(xiàng)目進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)成果也可以促進(jìn)科研項(xiàng)目順利開展。以生物信息學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)問題為抓手，組織學(xué)生建立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目小組，使學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中了解更多生物信息學(xué)理論應(yīng)用場(chǎng)景，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[6]。在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目開發(fā)過程中，指導(dǎo)教師可培養(yǎng)學(xué)生有目的地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和分析數(shù)據(jù)技能，使學(xué)生主動(dòng)研判實(shí)際問題背后隱含的生物信息學(xué)理論，最終尋求有效解決社會(huì)實(shí)踐問題的方案。

鼓勵(lì)學(xué)生參加社會(huì)實(shí)踐。如鼓勵(lì)學(xué)生參加社會(huì)熱點(diǎn)醫(yī)療問題大數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目，通過基因組測(cè)序數(shù)據(jù)分析、病毒溯源分析等過程，利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，將理論知識(shí)實(shí)踐化。

實(shí)現(xiàn)教學(xué)多樣化也是當(dāng)前本科教學(xué)亟待解決的問題之一。在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的推動(dòng)下，可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、師生合作、生生合作等方式開展多樣化教學(xué)。以翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論等形式為代表的學(xué)習(xí)模式已進(jìn)入國(guó)內(nèi)外高等教育系統(tǒng)，有效解決了課時(shí)不足、師生互動(dòng)難、師生交流反饋少等一系列問題；在線教學(xué)模式(如慕課等)則較好地解決了由于各種因素?zé)o法線下教學(xué)的問題。

2.6 “培養(yǎng)五種能力”：基本能力、自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)新能力

生物信息學(xué)專業(yè)的目標(biāo)是培養(yǎng)具有良好人文精神和健康人格，具備生物醫(yī)藥、數(shù)理科學(xué)與信息科學(xué)多學(xué)科交叉融合思維方法和創(chuàng)新能力，掌握生物信息學(xué)基本知識(shí)和技能，熟悉生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)研發(fā)和精準(zhǔn)醫(yī)藥科技開發(fā)，具有復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)問題分析能力的人才。首先應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生基本的專業(yè)知識(shí)能力，使其具備較系統(tǒng)和扎實(shí)的生物信息學(xué)與計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)理論知識(shí)，熟悉精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)知識(shí)特點(diǎn)和發(fā)展規(guī)律。其次還要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)能力和探求新知識(shí)的能力[7]。重要的是生物信息學(xué)專業(yè)是應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，使其具備系統(tǒng)的生物醫(yī)藥大數(shù)據(jù)分析處理、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)研發(fā)能力以及應(yīng)用生物信息學(xué)技術(shù)分析、解決生物醫(yī)藥問題的能力，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

影響本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的因素多種多樣，首先應(yīng)該樹立相應(yīng)觀念意識(shí)，使建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的觀念深入人心。其次是建立良好的制度，制度源于實(shí)踐，能夠?qū)虒W(xué)起到保障、激勵(lì)和約束作用。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新，可以開展校企合作，設(shè)立創(chuàng)新獎(jiǎng)、創(chuàng)新獎(jiǎng)學(xué)金等，調(diào)動(dòng)和激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新精神，最終成長(zhǎng)為具備基本能力、自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力全方位發(fā)展的生物信息學(xué)復(fù)合型專業(yè)人才。

3 結(jié)語

圍繞中國(guó)海南自由貿(mào)易港建設(shè)對(duì)生物信息學(xué)專業(yè)人才的需求，聚合校內(nèi)外教育資源，建立“一個(gè)面向、二維保障、三個(gè)層次、實(shí)施四化教學(xué)、培養(yǎng)五種能力”的“12345”全方位、立體化生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)新模式。學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，展現(xiàn)地方教學(xué)研究型高校人才培養(yǎng)特色。以培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力和自主創(chuàng)業(yè)能力的生物信息學(xué)人才為目的，為我國(guó)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)教育改革、科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化提供有益借鑒，為海南省創(chuàng)新型商業(yè)模式的發(fā)展提供人才支撐。