生物信息本科专业课程体系建设的调研与建设方案

刘 艳，王海芸，唐凯临，徐 越，乔可盈

（同济大学生命科学与技术学院，上海 200092）

生物信息学是生命科学研究领域的一门新兴学科，是现代生命科学与计算机科学、数学、统计学、物理学和化学等学科相互渗透而形成的交叉学科。生物信息的培养目标是通过培养学生掌握综合利用生物学、数学、统计学、物理学、化学、医学、药学、计算机科学以及信息技术等学科的基本理论知识，以计算机为载体，收集海量生物数据和生命信息，对复杂的生命信息进行收集、存储、分析、解释和整合数据的能力，进一步巩固理论知识，提高独立思考和解决问题的能力，成为能在高新技术产业及其相关领域从事教学、科学研究、技术开发、管理等方面工作的复合型人才。生物信息学是现代生物学和医学等领域的关键技术方法，社会对生物信息学专业人才的需求不断扩大，生物信息学的本科教育也受到了越来越多的关注和重视。

20 世纪末欧美等发达国家率先在本科、硕士、博士等专业学位培养体系开设了生物信息学的教育，并不断地研讨合理的教学模式，创新教学方法和研究分析生物信息教育现状。由于生物信息学是跨学科专业，生物信息学课程体系的设置，比如如何制定适宜的教育培养方案和制定合适的学习课程，值得深入研究和探讨。

1 国内生物信息本科专业课程建设的调研情况

1.1 数据来源

2021 年6 月22 日，高等教育评价专业机构软科发布了2021 年度“软科中国大学专业排名”。“软科中国大学专业排名”依据其特有的专业竞争力评价框架，通过学校—学科—专业三个层次的评价汇总形成对专业的综合评价。其排名依据学校办学条件、学科支撑、专业生源、专业就业、专业条件5 个指标类别，共19 项测量指标。在2021年的生物信息学专业排名中，23 所高校脱颖而出，A+层次的高校为北京大学、同济大学。我们根据排名调研了北京大学、同济大学、华中科技大学、华中农业大学、哈尔滨医科大学等本科生专业课程体系。北京大学的生物信息学专业包括生物信息和生物医学信息与工程两个方向，拥有一支包含长江特聘教授4 名、国家杰出青年科学基金获得者6 名、青年拔尖人才1 名等在内的高层次师资队伍。同济大学生物信息学专业成立于2003 年，于2009 年获批教育部第四批高等学校特色专业，并于同年成立生物信息学系，2021 年被高等教育软科大学专业排名榜评为A+专业；本专业所属生命学科入选首批“国家生命科学与技术人才培养基地”，并入选国家基础学科拔尖学生培养计划2.0 基地。同济大学生物信息专业拥有973 首席科学家1 名，青年长江学者2 名，国家优秀青年3 名，教育部新世纪优秀人才3 名等，以生物大数据解析与生物信息方法研究为专业特色。华中科技大学生命学院始建于1980 年，拥有2 个国家级重点学科，生物医学工程学科A+全国并列第一，生物医学工程大类设有生物医学工程、生物信息学2 个专业。学院现有2 名院士，13 名国家级及各类教学名师，获国家各类科技奖10 余项，师资力量雄厚。华中农业大学信息学院开设计算机科学与技术、生物信息学、数据科学与大数据技术、人工智能等4 个本科专业，生物信息学入选“双一流”建设学科。哈尔滨医科大学于2003 年开设本科五年制生物技术专业（生物信息学方向），2008 年正式更名为生物信息学专业，是国内最早开设该专业方向的院校之一。学院设立了7 个教研室，分别是生物信息学、统计遗传学、生物物理学、药物基因组信息学、生物医学软件工程、系统生物学和生物数学。学院还设立了生物信息学开放实验中心和生物信息学大学生创新基地，其教学经历10 多年，学科门类齐全、研究方向和硬件设施完备。

1.2 专业课程的学科属性

生物信息学作为交叉学科，很多高校的生物信息专业课程体系处于研究和探索阶段。在实践的教学过程中，一般采用整合其他学院比如数学学院、计算机学院、物理学院和化学学院的师资进行相应的学科教学。关于生物信息专业的归属首先要明确其范畴，不同高校把生物信息专业归属在不同的学院，比如计算机科学学院、数学工程学院和生命科学学院。根据我们调研的专业课教学来看（表1），在专业课教学中，其中生物学科的教学约50%，计算机学科、数学学科、物理学科、化学学科的教学每个学校的分配比例有所不同。

表1 学科分类占比

1.3 专业选修课的比例

专业选修课是课程体系建设中的重要组成部分，是“重基础、宽口径、重能力、高素质”的途径之一。教学目的是为了扩展学生知识面，深化其专业理论体系，强化学生综合运用知识的能力，培养学生的创新思维和创新能力。在调查结果中，北京大学专业选修课的比例最高为65%，其次是华中农业大学45%，而其他三所大学的比例不高（表2）。

表2 选修课比重

1.4 专业实践操作课比例

大数据时代生物信息领域的人才需要具备两方面的素质，一是概念理解, 主要是对概念和数学模型的理解和运用；二是实践操作, 主要是海量数据结构化处理分析能力，对生物信息进行收集、注释和转换的能力。所以，在课程体系的设置中尤其要注意实践操作能力的培养。表3 中我们调研了五所大学独立实践课的比例，我们发现北京大学、同济大学、华东科技大学的实践操作课程比例均达到了20%以上。

表3 实践课比重

2 生物信息本科专业课程建设方案

2.1 坚持生物信息特色专业建设

生物信息专业是跨学科的交叉学科专业，是数学、物理、化学、生物、计算机的交叉学科，课程体系注重学科传统优势与特色，考虑交叉学科的特点与特色，考虑同地域、同学科领域、同名称专业或相近专业的设置情况。在课程体系建设内容上以突出以大数据为背景，反映现代科学技术发展现状、挑战和趋势。教学内容必须按照生物信息学科内容的要求设计，培养学生以兴趣为出发点主动学习。

2.2 建立雄厚的专业课程教师队伍

师资队伍建设是大学的固本强基工程，建设高水平的本科专业教育、提高人才培养能力、打造双一流专业对高校教师提出了新的要求。建设优秀的专业课程教师团队是高校教育的重要组成部分，以多人授课代替一人承包，发挥团队教学的力量，是确保专业课程教学质量的必要条件。

2.3 增加选修课自由度，设置个性化课程

生物信息本科专业课程建设体系需要满足夯实知识基础、增强训练技能、扩宽专业口径，同时秉持因材施教、发展个性教育，不增加学生学习负担的原则，利用生物信息交叉学科的特点，增加选修课自由度，设置个性化课程，拓宽学生的知识面。

2.4 构建实训基地，实现产学研一体化

根据现状，我们首先要确保实践教学在本科人才培养中的重要地位，以实验独立设课为主，增加理论课中上机学时，建立起理论联系实际的多层次一体化的开放研究型实验教学体系。此外，产学研一体化是一种学校、科研单位、企业三方合作的教学新模式，结合本校可利用的实验条件，让学生走出课堂，将课堂上学到的专业知识转化为科研，转化为现实生活，让学生理解并感受科技造福社会、造福人类。

3 总结

建立培养创新与实践能力、全面可持续发展人才的生物信息专业课程体系非常重要也迫在眉睫，生物信息专业课程建设是一个不断完善的过程，不但可以整合学生的专业理论知识结构，提高运用理工科思维和技能解决复杂生命科学问题的综合科研能力，锻炼学生解决复杂生命体系问题的能力，更为有效实现生命科学攻关和创新研究理论奠定人才基础。