美国高校生物信息学专业设置变革及其启示

张 健，孙 湧，Huanmei Wu

（1.深圳职业技术学院，广东深圳 518055；2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

美国高校生物信息学专业设置变革及其启示

张 健1，孙 湧1，Huanmei Wu2

（1.深圳职业技术学院，广东深圳 518055；2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

本文收集整理了93所美国高校生物信息学专业的发展信息，主要包括证书课程、学士、硕士和博士学位的基本情况，通过对生物信息专业的不同学院课程设置情况、课程与计划的变化情况、师生规模分析，以及工作机会和薪酬、专业技能、雇主情况等学生入学与就业情况等方面数据分析，提出专业设置主动适应市场发展需求，建立校企良性互动机制的发展策略，对我国的相关专业与课程供给侧的建设、改造和发展有着积极意义.

生物信息学；专业设置；能力；技能；就业市场

随着生物科学信息大数据的生成，生物信息学应运而生，迅速发展成为当今生命科学最具吸引力和重大的前沿领域，为生物学、计算机科学、数学、信息科学等专业的高素质人才提供了更广阔的发展天地.国外很多高校开设相关专业和课程，涵盖证书、本科、硕士到博士等层次，进行相关学术的研究和培养下一代生物信息学专业学生.这些大学，均拥有实力雄厚的医学、生物学、计算机科学与信息科学的学科.我国生物信息学虽然起步较晚，但有一定基础的大学相继建立了生物信息学专业，例如2015年专业排名前10名依次为华中农业大学、中南大学、哈尔滨医科大学、上海交通大学、天津医科大学、华中科技大学、东南大学、大连理工大学、苏州大学、福建医科大学[1]；2016年的排名依次为上海交通大学、华中农业大学、同济大学、东南大学、哈尔滨医科大学、浙江大学、华中科技大学、南方医科大学、中南大学、天津医科大学[2].

美国印第安纳大学普渡大学印第安纳波利斯联合分校（IUPUI）生物健康信息系提供了硕士和博士学位[3,4].笔者在该系访学期间，亲历该系的专业整改：首先对美国生物信息学专业进行研究，然后从就业市场和职位信息做分析，最后结合自身的特点和情况，合理开设课程和构建相互关系，并通过实践提高学生综合素质.其所采用的方法对我们学科建设、课程建设有借鉴意义；对学生的今后发展、职业生涯定位有一定的参考价值.尤其是高职院校，如何实现对社会无缝对接的需求和满足学生专业上升通道的需求，进行专业供给侧改革，为师生提供全面的教育、研究、学习、环境和方式.

1 美国生物信息学专业总体介绍与概述

1.1 生物信息学专业的不同学院设置现状及其分析

1）开设生物信息学专业的学校、系部.统计数据主要来自：①生物信息学组织[5]，总共有93个专业，涵盖学士，硕士和博士学位，以及证书课程；②Startclass.com[6].表1统计了该专业所在系部名称及比例，系部主要开设在文理学院（在93所高校中占25%，下同）、工程学院（17%）、医学院（13%）、理学院（13%）和科学与数学学院（11%）.此外，存在跨系跨学校开设的情况：耶鲁大学，由计算生物学和生物信息学提供跨系部的博士课程；匹兹堡大学和卡内基·梅隆大学联合提供博士层次.

表1 开设生物信息学专业的系部名称及百分比

2）69所院校提供的学位分布如图1所示：研究生学历教育的比例占78%，硕士层次占主流，共有45所院校，比率达65%；博士有27所，占39%；学士有24所，占35%.

图1 生物信息学的学位课程分布

3）生物信息学专业的规模，如教师和学生数量.上述69所学院中，专业教师的数量统计如图2所示；只有20个生物信息学专业列出学生数量，硕士和博士研究生专业平均人数是36名学生.

图2 提供生物信息学专业的院校数量与教师的数量关系

1.2 课程和教学计划的挑战与变革

作为一个新兴交叉学科，面临新的挑战，包括课程设置、课程组织，最终影响到学生的学习质量和就业.该专业学生，需具备计算机科学、信息科学和生物学的知识[7]，成为生命科学和计算机科学[8]之间的桥梁.具有计算机专业背景的学生，可修改或开发生物信息学软件系统和/或应用程序，具备解决在生物信息学研究问题的能力；具有生物科学专业背景的学生应掌握如何使用现有生物信息学工具和应用系统，其强大的生命科学背景将有利于研究结果的解释[9].

图3统计了生物信息学教学计划中的主要专业课程和技能（使用Wordle[10]生成的图像，文字大小表示所占比重大多少）.核心课程包括生物数据库管理、基因组学、分子生物学、蛋白质组学、生物信息学、算法、生物信息学编程、系统生物学统计方法、结构生物学、下一代测序、数据挖掘、大数据分析、计算机模拟等.

对于各个企业来讲，预算编制工作的开展，是企业所有与财务相关联事务执行的出发点，由此可见预算管理对于企业发展的重要性。但是，在部分企业中，预算工作管理者并未在预算执行之前做好相应的准备工作，企业领导者留给预算人员的方案编制时间也十分有限，仅预留出一个月左右，导致预算编制人员无法进行财务各项收支可行性的论证环节。而缺少可信度的预算编制方案，其内容必然会脱离实际，引发后续执行、监督等一系列财务管理工作问题，降低企业效益收入。

图3 生物信息学专业的主要课程及比重显示

随着学科和技术的发展，出现了生物信息学工具和在线数据库，例如UniProt[11]和GenBank[9]；使用基本局部比对序列工具（BLAST）[6]的识别序列相似性在DNA和蛋白质序列；再如，用BioManager和生物信息学培训网[10-14]辅导本科生[8]，以熟悉序列比对、微阵列分析、蛋白质结构和功能预测、蛋白质组学、主题搜索以及在生物信息学等诸多基础技术.

2 生物信息学专业就业需求情况及其分析

在美国，该专业招聘信息主要来自两个门户网站：indeed.com[15]和monster.com[16].

2.1 工作机会和薪酬

就业市场为生物信息学的毕业生提供了多层次的职位，该专业招聘职位排名靠前的职位名称与数量如图4所示.

关于薪酬，生物信息学毕业生年薪从$4万到超过$12万，文献[16]公布的4000多职位的分布和工资范围如图5所示.毕业生大部分职位是分布在入门级、中级和高级水平，占该专业所有招聘职位的83%.

2.2 生物信息学专业的雇主情况

在生物信息学中招聘信息排名前 15位的公司汇总见表2，可以看出，第一位是Leidos公司，主要在癌症和艾滋病的治疗方面的技术开发、研究和应用先进技术转化；第二位是Illumina公司，是为下一代生命科学工具和集成系统进行大规模的生物数据分析的开发商和制造商.其他的公司都从事生物医学相关的研究和开发.

图4 招聘职位名称与数量

图5 生物信息学专业人才的薪水范围和招聘信息的数量

表2 在生物信息学中在排名前15位的公司招聘信息

2.3 专业知识和技能要求

关于专业知识和技能，按照随机选择的100项职位要求[10]，结果如图6所示，最需要的是编程技巧、生物信息学算法、数据挖掘、统计分析、数据库管理、基因组学、下一代测序、大数据分析、生物信息学软件工具等.另外还有一些非专业技能要求，如沟通能力、管理能力、团队合作精神、胜任多种任务和独立工作等.

图6 生物信息学入门级的工作所需的专业知识和技能

3 IUPUI生物信息系专业建设与启示

美国的生物信息学多与人类健康医疗信息相关，为保障人类生活质量、健康水准和医疗水平提供科学的分析和依据.该系的专业设置主动适应市场发展需求，建立校企良性互动机制的发展策略.

3.1 课程设置以人为本、适应社会发展需要为生物信息学教育提出不同的方法和策略[17-19].生物信息学的核心知识和技能主要包括 5个领域，分别是生物学、计算机科学、统计学、伦理学和生物信息学.

IUPUI具有全美最大的护理学院和第二大的医学院，所在城市有多家附属医院.该系结合学校和系部自身的优势，首先解决定位问题——硕士和博士层次的教学和科研；然后解决课程设置问题——根据前文相关数据研究分析和职业职位要求，消除重复冗余的课程、开发新的课程模块、重新组织课程教学计划等；最后解决实施问题——在学分制的前提下，用课程拓扑图引导不同背景的学生选读相关课程.

3.2 专业发展注重跨界融合、因地制宜

生物学家利用信息系统和计算机软件进行数据分析，因此生物信息学也称为“数据驱动的学科”.从该系专业教学计划[4]可以看出，生物信息学是生物学、计算机科学和信息技术等之间的一个跨学科领域，从学科设置与分布、办学层次与规模等可见，该系伴随着大规模生物数据和计算机信息科学的结合而产生，依托传统一级学科，根据学校自身情况而建立的跨领域学科.与相关医学院的研究室和医院的研究室进行跨界融合，同时注重全美同行的交流，举办、承办和参加学术会议与交流.

3.3 注重专业技能新技术和社会适应能力的培养

该系加大学生实践机会，从硕士阶段开始，学院提供部分奖学金和研究助理职位，博士生则是全额进行资助，直接参与相关的实验室工作和实际研究项目，为学生提供实践机会和积累工作经验.通过医学院和医院研究院所等合作，加强实践教学，提高教学质量，培养提高学生实际运用知识的能力和实践动手能力.在理论教学外，加强学生的实践教学环节，强化学生实践动手能力，在实验室操作，工学结合环节中，培养学生自己思考、设计、并独立完成作品.培养学生在实践中独立思考的方法.真正做到教学与社会需要不脱节，培养能独当一面的实际操作型社会人才.就业记录表明，该专业的学生在毕业后2个月的就业率超过95%.

3.4 专业与课程建设的借鉴

深圳职业技术学院计算机学院计算机信息管理专业，目前正在进行省级重点专业建设，与IUPUI进行了探索和交流.结合美国生物信息学普遍采用的数据分析与应用，增加教学内容的实践载体，从单纯的工具学习融入数据处理.在已经取得的经验上，进行丰富专业内涵建设：

1）宏观上市场导向决定专业设置和课程计划，微观上专业特点和学生背景决定教学内容和方法；

2）横向加强与同行的联系，政校企行四方联动，纵向上紧密联系生源和就业市场.

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Reformation of Bioinformatics Curriculum in USA and its Enlightenment

ZHANG Jian1, SUN Yong1, WU Huanmei2

（1.Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China; 2.IUPUI, Indianapolis, IN, 46074, USA）

This paper collects the development information of Bioinformatics programs offered by 93 universities in the US, which includes certificate programs, BS, MS, and PhD. The different Bioinformatics programs are studied and analyzed, in terms of their curriculum, changes of program competencies, size of the faculties, current job market needs and salaries, professional skills, employers, student enrollment, employment and other aspects. We propose that curriculum design should adapt to market needs. A healthy interaction mechanism between schools and enterprises should be created, which will be conducive to the construction, reform and development of the related fields and the supply side of the curriculum.

bioinformatics; curriculum design; competencies; skills; job markets

G642；R-4

A

1672-0318（2016）05-0080-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.015

2016-03-11

张健（1974-），男，河南开封人，副教授，主要研究方向为数据库应用、动态Web技术、大数据与云计算技术.