谢小芳 福建农林大学生命科学学院 350002

农林院校生物信息专业人才培养模式探索

谢小芳 福建农林大学生命科学学院 350002

生物信息学的发展离不开人才的培养。生物信息作为一门新兴专业，没有现成的教育模式和人才培养方案可供借鉴。笔者针对国内的实际情况，对农林院校利用其农学生物学的优势，探索“应用型”生物信息专业人才培养模式进行了探讨。

随着测序技术的不断发展，人类与其他物种基因组计划相继实施和完成，产生了海量的数据，而要获知蕴藏在巨量序列数据背后的生物体生命活动的规律，就必须将计算机与信息科学技术运用到生命科学领域。在此背景下，拥有巨大发展潜力的新学科—生物信息悄然兴起，该学科被誉为“解读生命天书的慧眼”[1]。未来几年，生物信息这一学科的人才将成为国际、国内最紧缺的人才类型之一。为了适应社会和自身发展的需要，近年来，一些高等院校纷纷开始申请并获得批准成立生物信息专业。由不同的院校所建立的专业侧重点均有所不同，他们分属于不同的一级学科。这些差异表明了国内高校对生物信息学含义的不同理解，并且正在形成各具特色的专业，但这也从一个侧面反映出我国生物信息学相关教育工作还处于起步阶段。如何办好这一新兴的专业，需要更多的教育工作者潜心研究。本文对如何办好农林院校的生物信息专业，培养兼具生物科学和计算机科学知识的“双栖复合型”人才的问题进行了探讨。

1 生物信息人才现状

生物信息学是将计算机与信息科学技术运用到生命科学尤其是分子生物学研究中的重大交叉学科的前沿研究领域，是多学科交叉的产物，未来几年，这一学科的人才将成为国际、国内最紧缺的人才类型之一。虽然该学科还处于发展的初期阶段，但是已呈现出蓬勃发展的势头。各国政府和企业投入了大量人力和财力对生物信息技术进行了研发，各种专业研究机构和公司不断涌现。欧美各国及日本相继成立了生物信息数据中心，实现生物信息资源共享，服务于本国生物研究和开发，其中部分服务对全世界开放。我国对生物信息技术研究也给予了前所未有的重视，在一批著名院士和教授的带领下，南方、北方两大生物信息学中心的相继成立，标志着我国生物信息技术领域的重大进展。但是，国内开展生物信息学研究的单位多是一些科研单位、综合性大学及生物医学公司。国内交流也大多是一些学术研讨会，真正的生物信息学人才几乎没有。目前从事生物信息学研究的多是计算机方面的人才，他们在数据库的建立和软件的开发上发挥了巨大的作用，但由于分子生物学知识的缺陷，使得软件的设计和应用还不能完全满足实际需要。而真正懂计算机的分子生物学家和懂分子生物学的计算机学家极少。要充分发挥生物信息学的巨大作用，在人类“后基因组”研究中占有一席之地，从根本上解决生物信息学人才的缺乏的问题，最好的途径就是在大学中设置这一新兴的专业，并且根据具体情况，在不同的高校中形成各自的特色。

2 农林院校生物信息专业人才培养目标

培养计划是学校培养人才的总体设计蓝图，是高等学校指导教学工作的基本法规，在本质上体现了社会对大学所培养人才的质量规格要求，体现了教育的目的和任务，它直接影响人才培养的质量。生物信息学科涉及的领域非常广泛，任何一个学校的生物信息专业都不可能培养行行精通、面面俱到的生物信息人才。我们认为各个学校的生物信息专业的人才培养都应突出自己的学科优势，办出品牌，办出专业特色[2]。对于一般的农林院校而言，其农学生物学研究具有较强的整体优势，应分析农业生物产业发展的新需求及生物信息学学科发展的新趋势，探索“应用型”人才培养新途径。

3 培养方案

我们通过几年的教学研究，以宽口径、厚基础为前提，在课程体系与教学内容上力求突出自身的学科优势，逐步构建以农学生物学为基础的“复合型、应用型”生物信息人才培养方案，探讨了计算机、生物学、数学和实践教学等系列课程体系的优化，避免课程之间脱节或重复，使学生的学习更为有效。

3.1 生物学相关课程

生物信息学所涉及的内容，不论是软件开发，软件应用，还是网站建设，数据处理，其研究的最终目的是解决生物学中的问题，因此生物学基础对生物信息人才而言，至关重要。针对我校在农学生物学研究方面的优势，我们开设了普通生物学、分子生物学、遗传与进化等专业基础课程，在核心课程生物信息学、蛋白质组学、基因组学等的教学内容中，也紧紧围绕农学生物学研究的方向进行讲授。具体而言，就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中（特别是作物序列信息）所蕴藏的结构功能信息。通过学习这些课程，学生能够掌握本专业所需的生物学知识，例如序列比对和序列分析、系统发育和简图分析、蛋白质结构分析、蛋白质结构预测以及基因组学和蛋白质组学等领域的其它相关知识。

3.2 计算机相关课程

针对农林院校的生物信息专业而言，其计算机并非具有优势。计算机只是作为生物信息学学习和研究的应用工具。而且，在短短四年的大学学习期间，要求学生对生物学和计算机都很精通是不可能的。根据本专业的定位和学校的实际情况，我们开设一些传统的编程语言如c++、Java等课程以保证学生具有基本的编程能力，同时开设了较为实用的，在生物信息学中有文本处理优势的Perl语言，开设了异于计算机科学与技术专业，强调大型数据库和网络数据库，涉及海量数据存储管理、查询分析，以及分布式异质数据库的查询、访问等技术的数据库课程。此外，我们还开设了一些计算机方面的选修课程，供学有余力的学生自主选择。

3.3 数学相关课程

各种数学理论或多或少在生物学研究中起到了相应的作用[3]。生物信息学的一项主要任务就是从核酸和蛋白质序列中挖掘有生物学意义的信息，这其中有许多问题要牵涉到数学工具，数学工具被广泛应用于生物信息学研究之中[4]。例如生物统计学，是生物信息学的数学基础之一；概率论与随机过程理论，如近年来兴起的隐马尔科夫链模型(HMM)，在生物信息学中有重要应用；还有蛋白质空间结构预测和分子对接研究中采用的最优化理论；研究遗传密码和DNA序列的对称性方面的群论等等。

3.4 教学实践相关内容

实践教学环节的目的是培养学生的动手能力、知识综合运用能力，以及解决实际问题的能力等。合理的实践体系是构建科学合理培养方案的一个重要任务。生物信息专业是一门实践性很强的实验性学科，需要在计算机科学与生物学专业进行相关课程的实践学习，掌握两个专业的基本技能，包括实验课教学、教学实践和毕业论文在内的实践教学。

在实验课教学方面，我们改变了理论课带有实验课的传统模式，将实验课完全独立出来，开设了生物学大实验、生物信息学研究法、基因组学研究法、软件工程研究法等，以便于进行实验室和实验教学内容的统一规划、统一安排、避免重复。在教学内容上，减少验证性试验的比例，增加综合性、设计性、开放性试验的比重，建立开放式的实验教学体系。与此同时，专业实验室还学生免费开放，鼓励学生参与教师的科研活动，应用所学知识解决实际问题,为以后独立的科研工作打下坚实的基础。

人才培养应以市场需求为导向，以服务社会为宗旨，走产学研结合的人才培养路子[5]。因此社会实践也是至关重要的。为适应社会需求，我们组织学生到药业集团、软件公司，国家基因组研究中心以及高校生物信息研究所等实践基地开展社会实践活动。通过实践实习教学深化人才培养方案，保证人才培养质量与产业技术和领域发展的需求相适应。

在毕业设计阶段，学生可选择与生物信息学相关的理论或应用课题进行毕业设计，从而掌握利用所学知识开展生物信息技术研究和应用的基本技能。实习指导教师根据学生的开题报告、中期检查和毕业论文或设计对学生的实习进行考核评价。

4 特色教育—以赛带学

随着高校扩招，学生数量骤增且成绩参差不齐，学生的学习效果很难保证。整齐划一的培养设计，容易忽视学生的个体价值[6]。因此，如何保证学生的质量成为人才培养的又一难题。为了适应未来生物信息学产业发展的需要，培养高素质的生物信息学人才，我们在多年教学研究的基础上，根据高等农林院校的特点，创新性提出了生物信息学专业培养的“学生研究和训练计划”（Student Research and Training Program, SRTP），该计划是以生物信息学的本科专业课程为依托，以“竞赛”和“训练”相结合的形式，即“竞赛”带动“训练”，“训练”促进“竞赛”。训练和竞赛内容包括英语口语、数学建模、程序设计、试验设计等项目。学生在学期间可以根据自己的兴趣和实际情况，参加其中的一组或几组训练和竞赛。通过开展该计划，深化学生对专业课程内容的理解，提高学生的实践动手能力和创新精神，达到“复合型”和“应用型”生物信息学人才的专业培养目标。

5 教学科研—体化

生物信息是生命科学中最热门的研究领域之一，其发展极其迅速，大量的新知识层出不穷，有些观点和研究进展直接改变了以往的理论假说和学术观点。我们的老师只有坚持不懈地学习和进行科学研究，不断用新的知识和新的科研成果充实课程教学内容，采用以科研带动教学的发展模式才能顺应生物信息学的发展特点，培养符合社会需要的人才。如我们在生物信息学和基因组学的课程教学中，所使用的实例大部分来源于生物信息学科研实践中的具体问题，把这些实际的生物信息学问题的解决方案和研究成果转化为课堂教学的生动案例，让学生在学习中慢慢培养科研能力。与此同时，我们积极引进人才，改善师资队伍“学缘结构”；重视学术交流，建立专任教师与产业技术人员的“双向流通机制”；加强科学研究，推行“科研成果进课堂”。生物信息学是现代的前沿学科，很多毕业生将来可能会继续从事相关的科研工作，因此这方面的培养是非常必要的[7]。

6 教材建设

教材是保证学校教学计划顺利实施的重要载体，是教师传授知识以及学生学习和掌握专业知识，完成学业的必备工具。当前国内生物信息核心课程的教材大多引用国外的原版教材或其翻译本，虽然这些教材在一定程度上满足了教学要求，但是针对性不够，同时存在滞后问题。因此，编写适合农林院校教学的专业课程教材，及时更新课程教材内容，淘汰陈旧知识点就显得非常必要。在这方面，我们不断用最新科研成果和新知识充实课程教学内容，组织或参与编写2门专业课程教材，逐步完善课程教学体系建设。

7 结束语

生物信息学是当今最具发展前途的新兴学科之一，它的发展将给生命科学带来革命性的变革，将帮助人类认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质，同时还将对医药、卫生、食品、农业等产业产生巨大的推动作用。生物信息专业的开设对国内院校来说充满了机会和挑战，而且在国际上也没有现成的培养方案可以借鉴。因此，我们必须从生物信息专业领域的特殊性出发，探索新的教学方法和新的培养模式，为生物信息人才培养积累更多的办学经验。

[1]萧浪涛.现代生物信息学及其主要研究领域[J].湖南农业大学学报(自然科学版).2000，(12)：405-409.

[2]国家教育行政学院第24期高校领导干部进修班《不同类型高等学校定位与人才培养模式的实践与思考》课题组.对不同类型高校定位与人才培养模式的思考[N].中国教育报.2004-07-09(4).

[3]廖明宏，王宽全，张宏志，等.生物信息技术专业人才培养方案[J].计算机教育.2005，(4)：20-24.

[4]向昌盛，周子英，夏艳军.生物信息专业教育模式和人才培养方案的探讨[J].江西农业学报.2009，21(1)：170-172.

[5]戴仕明, 王映龙, 许祥云.高等农林院校IT专业人才培养模式改革研究[J].高等农业教育.2006,(7):48-49.

[6]杨婉身, 丁春邦, 马恒东.通识教育与个性化专业教育相结合—高等农业院校生物科学专业人才培养模式的探讨[J].四川农业大学学报.2004,(22):7-9.

[7]张帆,李 霞,宫滨生.面向医科院校生物信息学专业的Java教学实践[J].教学研究（computer education）.2009,(15):151-156.

A preliminary trial of bioinformatics professional talents training mode in agriculture and forestry university

XIE XiaoFang College of life sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian

Bioinformatics can not develop without talents.As a new specialized field, There is no training programs for reference.This article aims to analysis professional talents training mode of bioinformatics in agriculture and forestry university.

G642

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.151

生物信息学;专业定位; 培养方案

Bioinformatics；Professional orientation；Training program