数学背景的交叉学科生物信息学研究生培养模式研究与实践

丁双双 赵熙强 李长军 孙志华

摘要：首先阐述了培养数学背景的高质量的交叉学科生物信息学研究生的意义；然后从招生、导师（组）设定及跨学科素质提高、课程设置与知识整合、教材建设和教学方式与手段等方面，提出保障基于数学背景的生物信息学专业研究生培养质量运行机制和策略。

关键词：交叉学科；生物信息学；研究生

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）32-0135-02

研究生教育如何适应当今科技、经济与社会发展对高层次、复合型人才的需求，在研究生的培养过程中如何打破学科壁垒，遵循拔尖创新人才成长的规律，培养符合时代需要的交叉学科人才，许多学者已经对交叉学科、跨学科人才培养问题展开了富有成效的研究。但大多学者都是不分学科总体上论述跨学科培养研究生的理论，很少有学者对重要的交叉学科生物信息学讨论培养研究生的课程体系和实施方案。本文根据交叉学科生物信息学的特点，从招生、导师（组）设定及跨学科素质提高、课程设置与知识整合、教材建设和教学方式与手段等方面，提出保障基于数学背景的生物信息学专业研究生培养质量运行机制和策略。

一、培养数学背景的高质量的交叉学科生物信息学研究生的意义

20世纪中期，随着各学科的日益相互渗透，各学科、各种知识、技术之间互融互通、犬牙交错，边界越来越模糊，由此产生了许多交叉学科。生物信息学是随着生命科学的发展而兴起的交叉学科，它需要综合运用数学、计算机科学、物理和生物学等知识，对生物现象和系统建立模型，以阐明和理解生物信息中所蕴含的生物学含义。利用生物信息学的成果，生物学家避免了生物学中的重复实验，从而将生命科学领域中“从实践到理论总结”的传统科研思路，改变为“从理论猜测到实践检验再到理论总结”的新的科研思路。因此，生物信息学是生物学系统至关重要的研发工具，获取、分析和利用基因组及后基因组学提供的大量信息需要生物信息学，生物学研究开发需要掌握生物信息學知识的人才。

生命科学的飞速发展突显了生物信息学人才的缺乏，目前国内生物信息学研究生培养规模较小。最近几年，虽然研究机构和高等院校都增加了生物信息学研究生的培养规模，但相对迅猛发展的生命科学和发达国家，我国生物信息学交叉学科人才仍然是最紧缺的人才之一。因此，通过各种教学途径系统培养生物信息学复合型人才成为当务之急，探索培养高质量多学科交叉学科生物信息学研究生培养模式十分必要且有重要的实际意义。

二、基于数学背景的交叉学科生物信息学研究生的培养模式及策略

生物信息学是生物学、数学、计算机科学、物理和化学等多学科的交叉学科，涉及的学科多，课程也很多，但现有的管理体制大部分都是对单一学科设置的，导致学科的招生、学生跨学科的学习、不同学科、不同专业的交流等方面出现了很多困难。本项目组成员在培养研究生的过程中，积极探讨培养多学科交叉学科生物信息学研究生的培养模式，边实践边发现问题，然后找到解决问题的方法。

1.交叉学科生物信息学的招生选拔采取灵活的方式。生物信息学专业考生的知识背景往往比较复杂，涉及数学、计算机、生物、物理等知识，因此，在招生的时候，要求数学基础的生物学信息学专业的考生不但具有较好和较全面的数学基础，而且要掌握一定的计算机编程技术和一定的生物学方面的知识，入学后再自主学习生物学方面的知识，一般不会影响以后的研究工作。

2.课程设置与知识整合策略。课程设置是保障交叉学科研究生培养质量的重要一环，根据学生的专业背景及培养方向可以有不同的设置，基于数学基础的信息生物学研究生的课程设置也要根据学院的具体情况和导师的研究方设置，中国海洋大学数学科学学院的信息生物学方向在运筹学与控制论硕士点下，课程设置有图论、组合最优化、线性与整数规划、数据挖掘、回归分析（其他统计学方面的课程，学生可根据需要学习）、复杂网络理论及应用、系统生物学、计算生物学等，兼顾了数学基础和生物信息学知识。

为保证研究生尽快奠定进行交叉学科研究的基础，在三年研究生的学习过程中，学校应多开展一些组织生物学和数学等学科交叉学术交流（包含教师学术报告、学生之间学术讨论、交叉性质的研究题目等）、教师之间的交叉指导等策略。

3.导师（组）设定及跨学科素质提高策略。由于跨学科教师要求的综合素质较高，生物信息学也是较新的一个交叉学科，因此，几乎所有的高等院校和科研院所都缺少高水平的生物信息学人才。要解决交叉学科生物信息学的师资问题，需要更新跨学科发展观念、优化跨学科组织结构、加强跨学科科研实践等，研究生导师在指导交叉学科研究生时也应采取必要的措施和灵活方式：①根据学生的专业背景及自身情况实行分层次指导，数学背景的学生应加强生物学知识和计算机技术的学习，要打破本科和硕士课程的界限，这样更有利于学生的发展。②寻找合作导师。数学背景的研究生已经掌握了较多数学知识的学习与应用技巧，但缺乏生物学方面的知识，因此，寻找一个生物学方面的合作导师很有必要，合作导师不但可以指导学生学习生物知识，还可以指导学生建立生物模型，根据数学结论和统计结果确定结论的好坏及后续的研究方向，如果有条件，还可以将学生送到合作导师那里学习工作一段时间，这样学生可以了解生物实验的过程、增加生物知识，对学生的知识结构及以后的研究工作有极大帮助。③定期或不定期地组织学术交流，可采用专题式的交流，几位导师可先讨论拟定一个或几个可进行讨论且符合研究方向的论题，指导学生查阅资料，充分准备，以报告或边报告边讨论的形式达到交流的目的，这对学生的研究方向的形成及研究工作的展开必不可少。④开展跨学科学生之间的学习交流。跨学科学生的知识体系不同，具有很强的互补性，他们之间的交流是必要且可以实现的，他们可以相互指导学习不同领域的知识，尤其在做研究时，可以相互讨论解决遇到的难题。

4.建立课程大纲加强教材建设。对国内外基于数学背景的生物信息学专业的教学大纲、教材进行摸底比较，引进先进的理念，制定了适合中国海洋大学生物信息学专业的各门课程大纲，大部分课程都采用国外翻译的优秀教材，并且在上课的过程中，结合近几年的参考文献及研究成果，随时补充相关内容，使学生在奠定基础的同时，还能了解一些与生物信息学相关的最新研究进展与趋势。

5.教学方式与手段。根据生物信息学为交叉学科的特点，采用多种多样的教学方式。例如：基于数学背景的生物信息学研究生尤其需要生物学教师的指导，指导鼓励学生与跨学科学生之间进行互相交流，共同完成交叉性质的课题等。建设信息化教学平台，通过教学平台实现教师与学生及学生与学生的在线交流。充分利用网络资源，通过数据库查询研究所需的真实数据，充分利用现有软件包分析、整合得到所需结论。培养学生互助互通、协作的团队科研意识，实现从以传授知识为主要目标的“继承性教育”转变为以培养能力素质为主要目标的“创新性教育”。

参考文献：

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