地方本科高校生物信息学课程教学现状与改革初探

李婷婷 陶文静 柯清林 王飞 崔立操

[摘 要] 生物信息学是生命科学和自然科学领域的研究热点之一。鉴于该学科发展日新月异，传统教学方式中的弊端逐步凸显，实时调整教学思路是保证教学质量的重中之重。结合实践教学经验，系统阐述了我国地方本科院校生物信息学教学现状及所面临的困境，从师资力量、教学内容、硬件设施及基础课程设置等方面提出了相应的改革建议，以期为生物大数据分析人才的培养提供参考。

[关键词] 地方本科院校;生物信息学;问题;对策

[基金项目] 2018年江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ180241）“基于高通量测序和代谢组学对四特酒酿制工艺改良的研究”;2018年江西农业大学博士科研启动基金

[作者简介] 崔立操（1989—），男，山东泰安人，农学博士，江西农业大学讲师，主要从事生物信息学研究;李婷婷（1996—），女，河南南阳人，江西农业大学生物科学与工程学院2019级生物工程专业硕士研究生，研究方向为生物信息学。

[中图分类号] G642.3    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）31-0203-02    [收稿日期] 2020-01-08

生物信息学是一门集数学、生物学及计算机学等多学科，交叉形成的新兴前沿学科，旨在利用计算机科学技术解决生物学问题[1]。随着高通量测序技术的出现和蓬勃发展，生命科学已经迈入大数据时代，通过整合多种技术手段，发掘、解析关键基因的作用机制及调控机理已成为解决生物学问题最高效、便捷的研究方式之一[2]。因此，系统掌握生物信息学技术原理和分析手段，是生物类专业本科生的必备素养。自2002年起，多数院校的生物学相关专业都相继开设生物信息学课程[3]，其中部分高等院校甚至开设生物信息学本科专业。笔者根据所在地方本科院校生物信息學教学中遇到的问题，提出针对性改革建议，以期为提高课程教学质量提供一定的借鉴和参考。

一、生物信息学课程教学中存在的问题

（一）师资力量薄弱，队伍建设滞后

作为一门发展迅速、体系综合的交叉学科，生物信息学教师不仅需掌握数学、生物和计算机等学科专业知识，而且应具备敏锐的洞察力，把握学科发展动态，紧跟国际前沿趋势。然而，受区位因素、经济现状及引人、落户政策的限制，地方院校对人才缺乏吸引力，大量具有专业背景的博士毕业生被一二线城市的高校、研究所及有实力的企业挖走，留任教师大都未接受过专业的生物信息学培训，知识体系不够完整，难以胜任教学任务，无法达成预期教学目标。此外，生物信息学通常作为选修课开设，在学科建设及人才培养方案中，相关部门及领导重视不够。

（二）教学内容陈旧，教学大纲不合理

生物信息学发展日新月异，其研究内容和方向也在持续不断地丰富和完善。2010年兴起的以HiSeq平台为代表的高通量测序技术，极大地推动了生物学研究从分子水平向基因组水平的转变[4]。在此基础上，千美元个人基因组、风险评估及精准医疗等均成为可能[5]。然而，纵观当前可征订的教材和网络上的教学资源，仍投入大量篇幅介绍生物信息学的发展历程、数据库检索及基本算法等传统内容，有关高通量测序的基本原理、研究思路及分析工具等前沿领域知识，仅在最后章节以较小篇幅做简单介绍，教学内容明显落后。加之教学目标不明确，以宽口径专业人才培养为最终目的，势必导致课授内容面面俱到，而受课程时限制（通常为24或32学时），大部分知识只能走马观花、匆匆了事。在遇到实际问题时，学生依旧束手无策，人才培养的质量明显滞后于相关产业转型升级的需求。此外，教学评价方式欠严谨，期末考核以卷面考试为主，占比高达70%～80%，显然这种考核方式无法衡量学生学以致用的能力。

（三）软硬件建设滞后，实践教学欠缺

高性能服务器是开展生物信息学领域原创性研究，建立数据分析、挖掘及解析技术体系，保障应用型人才实践培养的直接物理载体。目前，国家加快推进“双一流”建设，刚刚结束的首轮评选中，地方院校收获甚微。受动态建设调整原则激励，院校统筹一切建设经费，聚焦传统优势专业学科，力求在新一轮的评选中迎头赶上。然而，地方院校中生物信息学发展相对滞后，通常沦为边缘化的非优势学科。面对动辄几十万的投入，在建设经费不足，短期效果不甚明了的前提下，平台建设一拖再拖。此外，高性能服务器属系统级工程，建设周期冗长，任何环节的疏忽，都可能迟滞平台的交付。以我校生物科学与工程学院为例，立项后因投标厂商不足三家，两年内已流标三次，严重拖延了采购周期，平台至今卡在招标环节。由于平台建设不到位，生物信息学课程只得沿用传统的理论教学模式，授课方式以多媒体课件的静态演示为主，造成课程性质走样，原本实用性课程时常成为文献检索、研究进展课。课堂中缺乏实际操作环节，致使学生对网页操作、工具使用等反馈迟钝，印象不深刻，影响学生实践和创新能力的培养。

（四）基础课程设置不合理，学生缺乏学习兴趣

生物信息学拥有一套复杂且完善的理论体系，合理的基础课程设置显得尤为重要。目前，国内约有30所“双一流”高校开设了生物信息学专业，虽然不同院校的课程设置各有千秋，但都是在夯实生命科学、数学及计算机科学的基础上进一步开设生物信息学。反观地方院校，在大量基础课程未到位的情况下，突兀地安排了一门生物信息学，不免给学生一种空中楼阁的感觉。此外，地方院校生源质量参差不齐，学生计算机基础薄弱，甚至存在不会基本操作、不熟悉办公软件使用等情况。面对水准更高、难度更大的Linux操作指令、python或perl编程以及R统计绘图等专业计算机内容时，学生倍感吃力。随着课程的深入，部分学生感到枯燥乏味，产生厌学情绪，甚至出现迟到、早退、逃课等情况。

二、地方本科院校生物信息学教学改革的建议

（一）组建多元化师资团队，提升教师专业素养

1.转变传统引才观念，破除一师一科的教学制度。地方高校应贯彻党的教育方针，深化体制改革，破除“四唯”人才评价标准，引才政策应具有前瞻性、灵活性及有效性，建立符合院校发展的教师准入制度，不仅可以从企业、公司聘任经验丰富的生信人员，也可以从专科、高职院校选拔能力突出的专任教师。将生物信息学列为紧缺急需专业，纳入人才需求目录，做到以人为本，落实一人一策，用拴心留人的政策广纳贤良。

打破藩篱，改变一师一科的教学制度。聘请基础扎实、经验丰富的专业生物信息学团队兼职授课，将理论知识与科研实践融会贯通，拓宽学生知识面;定期邀请教学名师、客座教授举办专题讲座，帮助学生理清框架，把握重难点。

2.提升教师专业素养，加强师资队伍建设。建立必要的奖惩机制，表彰和激励教学成果突出、积极参与学科建设的优秀教师。强调教师不断提高自身理论基础，完善多学科专业背景，丰富个人知识技能储备。督促教师开展科研试验，推动以科研促进教学、完善教学的发展模式。同时，地方院校应鼓励新聘教师、骨干教师前往国内外高水平科研院校、知名生物公司等前沿科技平台学习和进修，领悟教学理念，请教教学方法，提升教师的专业水准和专业素养。最后，院校应着力加强学科建设，推动学科间协同，组建一支结构合理、人员稳定、教学水平高、效果好的跨学科教学团队，解决单个教师学科体系不完善的问题，为学生提供完备的师资保障。

（二）加强课程内容建设，深化教学大纲改革

1.教学内容与时俱进，教材建设持续完善。对不合时宜的教学内容，应取其精华，去其糟粕，将有限的学时运用到新理论、新技术的讲授中，从面面俱到转为举要治繁。尽可能突出该学科实用性，明确其作为辅助性研究工具的用途，适当讲解原理、模型及算法等理论内容，强调学生实践方法的运用和分析工具的操作。此外，应针对专业特点，挑选内容系统全面、编排合理、基础理论与实践应用结合紧密的授课教材。同时，增编课堂、实验配套材料，注重选材不拘一格，构建由书籍、网络资源及生信公司培训材料等组成的立体化教辅体系。

2.修订教学大纲，突出专业特点。生物信息学已然成为生命科学领域相关研究的必备工具，应适时改变其课程性质，调整为必修科目。与此同时，明确人才培养目标，细化人才培养口径，着力培养具备生物大数据分析能力的实用人才，毕业生可在高等学校、科研机构、大型医药公司、高新生物技术公司或其他企事业单位就业，能从事生物信息学领域的科学研究、技术开发、教学与管理等工作。

合理设置排课学期，既不能接触过早也不宜安排过晚，以大学第五或第六学期为佳;适当增加教学总学时至32课时及以上，提高实验与理论课时比例至1∶1左右，以期给予学生充足的时间巩固理论学习，开展实践演练;改变“一卷定终身”的考核模式，将期末考试占比降低至50%～60%，提高上机实操考核占比，以考试指挥棒的强制性作用，引导学生科学分配学习资源。

（三）完善软硬件建设，强化实践技能

1.简化招标流程，多渠道筹备运算资源。院校应简化招标流程，提高招标效率，可将高性能服务器平台列为特殊急需设备，开辟专门渠道予以特事特办。若经费受限，平台建设无法一次到位，可采取分期建设的原则。鉴于Linux系统较好的兼容性和拓展性，通过预留内存、硬盘槽位，逐步滿足数据存量和运算效能不断提高的需求。

有别于传统仪器设备，高性能运算平台只需网络即可实现远程访问。因此，本校平台建成之前，可通过短期租赁其他院校、研究所及企业的计算资源，解决无实践教学平台的燃眉之急。其中，华大基因等生物公司已搭建起面向生物大数据分析的开放云平台，涵盖了较为完整的专业分析工具类目，提供了广泛的生物信息分析和公共数据整合的解决方案，是开展实践教学的绝佳选择。

2.重视实践教学，拓宽实践渠道。任课教师需制定详尽的实验课教学大纲，结合运算资源现状，选取通用、新颖的分析工具，安排切实可行的实验项目，学生以上机操作并形成实验报告的形式巩固实践技能。院校应引导学生融入导师团队，鼓励学生申请大学生创新创业项目，推动理论与实践的结合，达到以学促练、以练促用的目的。

本着平等互利、优势互补的发展原则，推进院校与企业达成教学、科研及生产实际相结合，以校企合作的形式打造学生实践教学新平台，拓宽学生实习、就业新渠道，在促进企业单位技术创新进步的同时，实现院校人才实践培养的目标。

（四）合理设置基础课程，激发学生兴趣

1.增设基础课程，夯实基础理论。地方院校应在原有排课规划基础上，修订课程设置体系，优化人才培养方案。大学第一二学年，需增设专业英语、算法导论、Linux操作基础、Perl或Python编程语言、数据库等英语、数学及计算机类相关课程。建议试点推行“两长一短”的三学期制，在总教学周数不变的前提下，提高课程配置方面的自由性和灵活性，在每年的七八月份加入夏季学期，其间主要开办辅修专业，以选修课的形式满足学生个性化的需求，弥补生物信息学配套基础课程不完善等问题。

2.强调课程重要性，多渠道激发学生兴趣。随着社会的发展，本科生竞争优势不断下降，广大毕业生对自身要求越来越高，倾向考研深造。此时，任课教师应因势利导，强调生物信息分析能力在科研中的实际重要性，帮助学生树立起底线思维与未雨绸缪的忧患意识。

此外，教师需不断充实自我学识，提高个人魅力，打造寓教于乐、寓学于趣的课堂氛围，增强学生的课堂体验感和获得感;同时，可将启发式、讨论式及运用式等多种教学方法运用至课堂之中，以小组讨论引导学生充分参与，激发其学习兴趣。

三、结语

综上所述，提高教师专业素养、加强师资队伍建设，深化教学大纲改革、实时更新教学内容，完善硬件建设、重视实践教学及增设部分基础课程、激发学生兴趣，是地方本科院校开展生物信息学课程教学的重要突破口。

参考文献

[1]金萍，符美丽，沈莉.生物信息学课程教学改革初探[J].时代教育，2016（21）：211-211.

[2]马明月，曾垂省，解增言，等.生物信息学大实验教学改革的探索与实践[J].生物化工，2018，4（2）：103-105.

[3]张渝洁，邢晋祎.生物信息学实验教学中的网络资源及其利用[J].安徽农业科学，2019（11）：276-278.

[4]郝爱平，国会艳，宗宪春，等.网络环境下以提高本科生实践创新能力为导向的《生物信息学》课程教学模式研究[J].安徽农学通报，2018（1）：116-117.

[5]范丙友，杨敏，贾小平，等.《生物信息学》双语教学改革及实践[J].教育教学论坛，2015（46）：125-126.