基于信息素养的基础医学研究生科研创新能力培养

杜 娟，米志宽，黄小勇，张 静，殷松娜，赵菊梅

（延安大学医学院，陕西 延安 716000）

基础医学研究是研究主体通过客观事实对生命和疾病现象本质及其规律进行的创新实践探索活动，其最终目标是探究疾病的发生和发展规律，为疾病的预防和治疗提供理论依据。基础医学研究过程中，研究生是除专职科研人员、高校教师之外的第三大医学研究主体，其医学知识水平、创新思维能力及实践能力一方面能够影响当下医学研究的进展和水平，另一方面，还决定着未来基础医学研究的水平和层次。因此，加强和提升基础医学研究生科研能力和科研素养的培养已成为基础医学研究生教育核心内容之一［1-2］。信息素养，即充分获取、整合信息并将其加以科学合理利用的能力。自1990 年“人类基因组计划”启动以来，人类基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等组学数据不断暴增，NCBI（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/home/genes/）、TCGA （https：//tcga-data.nci.nih.gov/docs/publications/tcga/）、Ensembl（http：//grch37. ensembl. org/）、The hu‐man PROTEIN ATLAS（https：//www. proteinatlas. org/）、Genecards（https：//genecards.weizmann.ac.il/v3/）等数据库不但存储了大量核酸、蛋白质数据信息，还存储了大量疾病和研究相关数据，ChEMBL（https：//www. ebi. ac. uk/chembl/）、TCMSP（https：//tcmsp-e.com/）、STITCH（http：//stitch. embl. de/）、BindingDB（http：//www. bindingdb. org/bind/index. jsp）等数据库则将药物、药物靶点和疾病相互连接。这些数据库的存在，一方面记录了已有研究的方法和结果，为后续研究提供依据，另一方面也为世界范围内降低医学研究成本、加快基础医学研究进程提供了便利［3-5］。目前，以大数据为背景的公共数据搜集和分析已逐渐成为包括基础医学在内的现代生物医学研究的重要组成部分［6］，该过程的有效进行不仅能够充分扩展学生的知识水平、调动学生的主观能动性，还可以提高学生基于客观存在的创新思维及实践能力，对提高基础医学研究生的科研创新能力具有重要的促进作用。基于此，本研究在基础医学研究生教育过程中进行了医学生物信息学培养的探究实践活动，结合教学实践认为应从主观意识、基础思维模式训练、实践操作训练和信息更新四方面加强基础医学研究生基于信息学素养的科研创新能力培养。

1 主观意识培养

研究生创新能力培养是一个激发学生自主学习、自主发现和自我实现的过程。医学本科生以医学基础知识和临床技能的培养为重点。然而，医学基本知识体系庞大、复杂，学生在基本理论知识学习和实践动手操作练习之外的空闲时间相对较少，学生自主获取课本之外内容的活动较少，表现为学生的最新研究前沿动态知识更新慢、对生物医学信息和技术的重视度低、医学研究中信息利用率较低等现象［7］。针对以上问题，在研究生培养阶段应加强以下3方面的培养。

1.1 加强研究生信息搜集、文献检索能力的培养

通过文献检索、科技论文阅读与写作课程的教学，引导式进行高质量文献解读，帮助学生建立利用生物信息学技术辅助科学研究的意识——移动互联网技术的飞速发展使海量信息井喷式涌现，尽管信息检索在一定范围内可以帮助研究者进行有效信息的筛选。然而，基础医学研究生初入研究大门信息获取途径少，文献检索能力较低，自发检索所得有效资源常较少或无法获得有效文献，不利于研究生科研意识的形成。基于此，应结合所在学校研究生指导教师的研究领域，有针对性地对基础医学研究生进行相关专业领域文献数据库的介绍，培养其相关专业领域的文献检索和筛选能力。培养信息利用自主性，通过文献实例了解基础理论研究过程中生物信息与研究方法的结合，如进化分析、转录因子-启动子结合预测、蛋白修饰预测、药物-靶点预测、分子对接等，通过具体、可实操、便于学生理解的生物信息与基础研究相结合的实例，加强学生利用生物医学信息辅助基础医学研究的内在意识，形成信息利用的思维模式。

1.2 培养研究生利用信息学辅助基础医学研究的信心

该过程可通过加强生物信息学的课堂和实践教学来实现。信息技术的实现是电脑程序的展示，自身较难实体化，对于非专业领域内的生物医学研究生来说较难理解和掌握。理论与实践相结合的课堂教学模式可将无形的信息学内容转化为实际的动手操作，学生能够通过实践更直观地理解生物信息学的基本理论依据和具体应用，通过课堂实践操作，对理论知识的验证能够提升利用信息学内容解决问题的信心，有助于利用信息学解决实际问题的创新思维模式培养。

1.3 培养研究生自主能动的信息学利用能力

该过程可通过课程教学老师和导师的联合引导，通过课题设计引导学生自主实践、探究信息学在自身课题完成中的应用来实现。意识决定行为，推进基础医学研究基于生物信息素养的创新能力，首先应培养其信息学意识，以上“信息搜集筛选—信息利用思维模式—课堂实践教学—自主设计利用”的培养模式，能够从内在意识形态培养上转变基础医学研究生的现代创新研究观念，使其构建出由内而外的信息检索、利用能动性。

2 思维模式训练

传统生物医学研究以“疾病表型—模式选择—标志检测—机制探索”为基本科研思维模式，疾病和表型是科学研究的基本要素。然而，21 世纪以来，生物医学研究已经进入了分子生物医学阶段，疾病模型和研究数据空前共享，如何利用已知和已有的推动生物医学研究的成果成为时代话题。Meta 分析、数据挖掘已成为基础研究项目、课题论证的重要组成部分。将传统生物医学研究与现代生物信息学有效融合能够在一定程度上可加快基础医学研究的速率：生物信息学的多维数据统计分析在总体上为基础研究模式提供思路，促进传统医学研究模式的逻辑推断和时间检验能够更快速地推进基础医学研究的进程。传统医学研究获得的结果可用于修正信息学算法，使其计算模式和精确度更接近事实，提高信息学在生物医学研究应用中的可靠性。基于此，加快生物信息学与基础医学的融合对生物医学创新研究具有促进作用，生物信息学与传统医学研究的联合应用应成为现阶段基础生物医学研究的基本思维模式［8］。

基于以上内容及实践教学活动，研究探索从指导老师和培养体系两方面着手对基础医学研究生进行思维模式训练。首先，指导教师在研究生培养过程中占主导地位，其信息检索和利用能力一定范围内决定了学生信息素养的高低。因此，要提高基础医学研究生的信息利用率，首先应提高教师的自身信息素养，加强对学生信息学素养培训的意识。2018 年4 月，我国颁布实施了《教育信息化2.0 行动计划》，该计划提出应大力提升教师信息素养，高校教师信息素养的提升可为未来人才创新精神和创新能力的培养奠定基础。教师自身信息素养的提高有助于学生信息素养的快速提升，使其重视信息素养在研究中的作用，对研究生整合、利用已有资源服务于基础研究具有重要意义。其次，学生培养是一个连续进行的过程，各个培养阶段的连续、有效进行是最佳培养模式的保障。因此，应加强研究生培养全程中信息素养培育的渗透。具体实施可从以下3 个阶段着手进行。起始阶段，在研究生初入校门之时，督促其进行有效的文献信息搜索整理、共享数据挖掘分析，培养其把握课题研究的前沿方向、辅助研究课题立项的能力；研究过程中，其科研思维正在形成，引导研究生将研究结果与已有研究数据进行分析比较，构建信息辅助研究思路形成、研究促进信息利用的思维和实践模式；研究结果总结分析阶段，通过大数据的融合分析可为后期研究方向的确定、研究内容的实践等给出线索。

研究生培养是连续、分阶段进行的过程，只有将信息学渗透在其培养过程中的每一个阶段才能以“润物细无声”之势促使学生建立基于信息学的基础医学研究思维模式。“授之以鱼”不如“授之以渔”，学生信息素养在基础研究中的渗透，可为不断提高研究生发现、挖掘及探索未知的能力。

3 实践操作训练

实践出真知，基础医学研究生创新能力的培养最终需要实践工作的检验。信息学是统计学、计算机科学和可视化技术、数据存储技术相结合的综合性科学，其细节多、内容抽象，整个过程跳跃性极大，仅从思想和理论知识入手无法将基于信息素养的创新能力与基础医学研究接轨［9］。为提高学生科研创新和实际工作接轨的实践能力，应该加强学生的实践操作能力。该过程可分阶段逐步增加难度进行：①初级阶段以信息检索、基础知识、基础软件掌握和学生信心培养为主。实践时，该阶段可通过基于问题的教学模式在加强信息学课程内容、数据库功能介绍的同时进行核酸和蛋白序列及结构、药物成分和靶点以及共享研究数据的提取、分析，培养学生能够自主进行简单的序列、结构、成分和研究数据的调取。同时，在此阶段如能利用信息学筛选的序列配合引物设计、载体构建、成分和靶点相互作用方式、位点的分析等实践活动，则可促进学生建立信息学应用的信心。②中间阶段应以信息学利用能力的提高为目标。该阶段可通过转录因子与DNA 结合结构域、蛋白质空间结构、蛋白质相互作用结构域，靶点互作网络的分析等促使学生从简单的序列结构分析上升到分子空间结构及分子作用，逐步进入生物分子相互作用的模拟中。同时，可使学生通过生物信息学预测实践结合文献报道佐证或自主研究验证等方式，在内在心理上认可信息学在基础医学研究中的作用、提高其对信息学利用率，为其构建基于信息学的创新思维模式打下基础。③高级阶段应以基于信息学的基础医学研究思维建立为目标。该阶段学生已经有了基本信息学技术利用的技能，具备一定自主研究能力，可从数据库调取组织、细胞、分子等实验研究数据，能够熟练利用软件从总体上分析不同条件下组织、细胞和分子的变化，疾病与分子变化的关系，条件与结果的关系等。这时可引导其进行信息辅助研究思路形成，研究反向佐证、改进信息利用，形成信息-研究互相促进的创新思维模式。

大数据、互联网+时代背景下，实验研究与信息技术的整合为生物医学研究提供了新思路，有效的信息数据利用不仅能够推进研究进程，还能够拓展学生的创新实践能力［10］。因此，对培养基础医学研究生基于信息素养的科研创新能力具有积极意义。

4 信息更新

目前，随着智联网时代的到来和通信技术的不断成熟，生物样本检测结果、研究数据共享程度激增，大量数据有待深度分析和解读。而随着交叉学科的兴起，生物信息学等交叉学科的研究不断深入，信息学算法不断完善，信息软件快速迭代更新。然而，教学用书内容相对滞后，非计算机研究人员对计算机工作原理的理解常不够到位，这成为生物医学相关研究人员利用计算机分析科学问题的限制。为此，要加强基础医学研究人员基于已有信息的创新研究能力，不仅要增加已有信息数据存储、调用的硬件支持，还要增加计算机和生物医学交叉学科知识交汇及传递的“软件”支持。只有在硬件、软件兼具的条件下才能满足信息数据不断增加、更新引起的信息数据深度分析、解读需求。

基础医学研究生因其本科课程体系限制，常缺乏医学-计算机交叉学科基础知识，对存储数据的更新、调用力度差，不能灵活利用计算机概念和计算机思维设计解决医学研究中遇到的问题。基于此，在研究生培养阶段应不断增加交叉学科研究进展的系列讲座和学术交流，使其能够通过学术交流活跃思维，了解最新生物医学、计算机医学等的研究进展，提升计算机利用能力。同时，使其结合自身研究需求不断加强生物医学研究动态追踪，基于信息学算法分析和医学数据的解读，发现并解决研究中遇到的问题。

5 结语

大数据背景下，基于信息素养的生物医学研究对推进医学研究进展具有重要的促进作用。基础医学研究生是医学研究主体的重要组成部分，加强基础医学研究生基于信息学素养的创新能力对推进生物医学研究具有重要促进作用。结合基础医学研究生信息素养创新能力培养过程中遇到的问题，研究认为应分阶段，从主观意识培养开始，逐步提高基础医学研究生基于信息素养的科研创新能力培养。同时，在基础医学研究生培养各阶段，应加强和提高培养教师的信息素养，从硬件、软件和交叉学科等多方面着手完善、提高基础医学研究生培养的客观条件，为推进研究生基于信息素养的科研创新能力培养提供客观支撑。