“新农科”背景下生物信息学课程开设建议

刘秦

摘要：随着生物大数据及人工智能的迅速发展，生物信息学作为生命科学领域的重要研究手段，其重要性不言而喻。恰逢国家“新农科”建设的契机，生物信息学教学质量直接与“新农科”人才的培养密切相关。本文总结了当下生物信息学课程开设过程中存在的不足和面临的困境，并从师资组建、平台搭建、课程建设等方面提出了相应的建议，期望为生物信息学教学和人才培养提供参考。

关键词：“新农科”;生物信息学;课程建设

建设“新农科”已成为新时期高校农业教育改革的重要方向，以多学科深度融合为核心，以促进创新发展的实践为首要本质。“新农科”需要多个学科的融合，也需要加强农业学生对当前农业知识的理解，以及相关技能的培养和训练。新农科的发展是大势所趋，将会为我国农业课程的教学水平的提高做出重要贡献。新农科的建设必须要突破传统的人才培养模式，不仅要打好理论基础，更要提高学生的创新程度和业绩，提高学生的实践能力，学习和使用互联网、云计算、大数据等现代信息技术[1]。生物信息学作为一门新兴前沿学科，涉及数学、生物学和计算机学等多学科的交叉融合，其实质是利用计算机科学技术解决生物学问题[2]。该课程涉及对生物实验及测序大数据的收集、处理、存储、查询和分析，挖掘数据的生物学意义，解释生命活动的规律。基于生物信息学这门课程的前沿性、交叉性和实践性特点，生物信息学课程的开展十分契合“新农科”建设需求。

自2002年以来，国内部分高水平高校开始开设生物信息学课程，地方高校也紧跟潮流，纷纷开设了该课程。然而，但由于该学科的快速发展和和现代生物信息学处理的数据类型更加多元化，传统的理论知识“填充式”教学模式已不能满足“新农科”建设目标的需求。在此基础上，笔者整理总结当下高校特别是地方本科院校生物信息学教学过程中存在的问题，提出了在“新农业科学”背景下提高生物信息学教学质量的有针对性的改革建议。

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

基于生物信息学本身交叉性强，发展迅速的特点，该学科任课老师需要具备生物、统计学和计算机等多学科专业知识外，还具备敏锐的洞察力、能及时掌握学科动态，跟随国际前沿趋势。地方院校由于地理位置、经济地位、吸引力、落户规则等原因，缺乏人才吸引力，大量具有专业背景的博士毕业生被一、二线城市的高校、科研院所、大企业挖走。剩下的大部分教员没有接受过专业的生物信息学培训，他们的知识体系不足以满足教学需求，完成预定的教学目标。此外，生物信息学通常被作为一门选修课，相关部门和领导在学科建设和人才培养方案中对其重视程度不够。

（二）硬件建设滞后

生物信息学发展日新月异，从基因组、转录组、蛋白组和代谢组，数据类似越发多元化，数据量也越来越大，依靠传统的个人计算机已经无法满足数据的处理和分析。以笔者所在的地方院校为例，目前生物信息学教学主要以理论知识为主，实操部分借助于学院园林制图的机房，多数机器配置为内存4G的办公型，此外系统均为window系统，导致课程实践部分无法正常开展，学生无法对所学的知识产生直观的理解。

（三）教学资源缺乏，课程设置不合理

生物信息学的快速发展势必要带来知识的更新，然而目前可征订的教材及部分教学资源仍然停留在学科发展历程、数据库的使用和检索、基本算法介绍等传统内容上，教学内容明显无法跟随发展趋势。此外生物信息课程多面向不同学科背景的本科生开设，导致在教材选择上多以综合性教材为主，无法兼顾学生专业背景的独特性，难以让学生在学习过程中“感同身受”，久而久之，导致学生缺乏兴趣。现在大多数高校在培养方案中设置为专业选修课程，学时多以24或32学时为主，对于这样一门综合型学科，知识内容均繁杂，在紧张的学时安排之下，任课老师只能对课程进行走马观花式处理，学生无法消化课堂知识，产生厌学心理。

二 “新农科”背景下生物信息学教学改革建议

（一）提升本校专业教师素养，组建多元化师资团队

在引进人员困难的情况下，注重本校生物信息学教师的培养不失为一种有效的方法。培养方式可以多渠道开展，以线上或线下商业课程的培训，其中一家名为“基因课”的网站提供了较为系统和紧跟科研趋势的付费课程，此外也可以通过到有经验的院校进行进修和访学的方式进行个人能力提升。

在教学制度上，可以选择破除一师一科的教学制度，通过整合计算机学院、数学学院和生物学院的不同专业课老师，组建多元化师资团队进行兼职授课，通过不同专业人才各自发挥专长的方式，拓宽学生知识面，理清知识框架，把握重难点。

（二） 搭建生物信息学实训平台

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[3]。搭建高性能服务器平台可以在不淘汰低配置机房的基础上，完美的解决生物信息学课程实践操作问题。实验平台的建设是传统高校开展基础教育和质量保障的前提，是实现人才培养目标的关键。生物信息学技能的培养在很大程度上取决于计算机技能的提高，机房在其中发挥着特殊的作用。为了培养具有扎实的理论基础和扎实的生物信息学实践能力的高素质数据挖掘应用人才，必须在实践教学和计算的基础上取得进展。

简化招标程序，将高性能服务器平台指定为特殊应急设备，并提供特殊处理渠道。如果资金限制使平台建设不能一次完成，可以进行分期建设。由于Linux系统的高兼容性和可扩展性，建设过程中可以内存和硬盘插槽进行预留，后期通过逐步升级来满足扩大数据存储和处理性能的需求。在建设初期，可以通过租赁其他科研院所或企业的计算资源的方式解决燃眉之急。

（三）合理设置基础课程

在开展生物信息学课程之前，院校应该适当的开设Linux操作系统基础、Perl、Python或R语言等编程语言课程。课程的开设应该有计划且灵活的，例如原本的SPSS等课程可以用R语言课程代谢，而VB等计算机课程可用Perl等课程进行替换，这种替换符合趋势发展，也利于学生知识体系的更新。

在教材的选择上应以实际应用为主，内容当涉及生物数据库的介绍，相关软件和工具的操作原理以及使用技巧，旨在让学生在实践操作中，更加深刻的理解数据背后的生物学意义，并能将所学技能贴合的应用到自己的毕业设计之中。任课老师当认真遴选生物信息學教材，通过比较筛查，选择最适于本校学生培养任何的课本。

三 结语

生物信息学是一门新兴前沿学科，涉及数学、生物学和计算机学等多学科的交叉融合，其实质是利用计算机科学技术解决生物学问题。近些年来，随着测序技术的创新和发展，大量数据被产生，生物信息学已经成为生物学许多领域的重要组成部分。针对生物信息学课程在地方院校遇到的问题，本文提供了一定解决对策和建议：提高专任教师的专业素养，组建多元化师资队伍，逐步搭高建性能实践平台，完善课程设置，重视学生实践教学，激发学生兴趣是地方本科院校在“新农科”建设背景下有效开展生物信息学教学的重要依据。

参考文献：

[1]安吉共识——中国新农科建设宣言[J]. 中国农业教育， 2019. 20（03）： 105-106.

[2]杨敏， 赵杏利， 范丙友， 侯典云. 生物信息学课程教学改革初探[J]. 教育教学论坛， 2016（48）： 140-141.

[3]李婷婷， 陶文静， 柯清林， 王飞， 崔立操. 地方本科高校生物信息学课程教学现状与改革初探[J]. 教育教学论坛， 2020（31）： 203-205.

玉林师范学院新农科研究与改革实践项目《基于新农科的农林人才“三全育人”途径探究》（项目编号：2020XNK01）;广西高等教育本科教学改革工程立项项目《面向乡村振兴战略需求的新型园林人才培养研究与实践》（项目编号：2021JGA289）;玉林师范学院教学团队项目《园林专业“双师型”教学团队》（项目编号：2020JXTD06）;玉林师范学院2020年高等教育本科教学改革工程项目《新农科背景下涉农专业人才培养改革的探索与创新》（项目编号：2020XJJGZD02）