本科生科研創新能力培養模式探索*
——以交叉學科生物信息學為例

◆謝尚潛 季凱凱 邢劍鋒 趙瑩 宋希強

0 引言

隨著我國改革開放的深入和經濟的快速發展，如何結合國內實際情況，促進科技創新，是各個領域面臨的新課題。技術創新以高等教育為基礎，所以本科生創新能力的培養越來越引發關注。歐美國家的本科生教育強調自由化和多樣化，采用以學習為中心，以教學和技術創新為重點的雙中心教學模式，注重培養學生的創新能力、自學能力和獨立解決問題的能力[1]。雖然近年來我國高等教育改革取得長足進步，但大部分高校仍然采用以教學為中心的傳統教學模式[2]。在這種模式下，教師的任務是向學生灌輸知識，學生的任務是理解、消化和吸收教師傳授的知識，忽視了學生的主觀能動性，不利于充分培養學生的科研和創新能力。

在海南自貿區、自貿港建設新時期，加快補齊海南人才短缺，培養適應型、緊缺型創新人才是海南自貿港建設發展的關鍵[3]。本科教育是培養專業性創新型人才的重要途徑，本科生科研創新能力的培養是培養高層次創新人才的重要環節。生物信息學是一門生物學、數學以及計算機科學交叉而形成的新興學科，培養具有交叉學科背景的復合型人才是滿足緊缺型創新人才需求的重要舉措[4]。隨著科學技術的發展，近年來新興的交叉學科人才培養模式有待進一步深入探索。本文以交叉學科生物信息學為例，依托于海南大學林學院生物信息平臺，探索如何培養具有交叉學科背景的本科生的科研創新能力。

1 交叉學科背景的本科生創新能力培養現狀

生物信息學是生物學研究模式革命的標志，正如諾貝爾獎獲得者吉爾伯特（W.Gilbert）所言：“基于全部基因都將知曉并以電子技術可操作的方式駐留在數據庫中，新的生物學研究模式的出發點應該是理論的。科學家將從理論推測出發，再返回到實驗中去，追蹤或驗證這些理論假設。生物學家不僅必須成為計算機學者，而且也要改變他們研究生命現象的途徑。”[5]目前幾乎每一所美國和歐洲的綜合性大學均開設生物信息學課程。我國各高等院校也逐漸意識到交叉學科生物信息學課程學習的重要性，目前一般開設生物學或生物技術專業的學校都在努力建設生物信息學課程。然而交叉學科的課程學習以及學生的創新能力培養非常特殊，存在一些共性問題。

1）專業背景單一，缺少真正的學科融合。生物信息學是一門交叉學科，僅有生物學背景遠遠不夠，還需要數學和計算機方面的背景，但傳統生物學或農學相關專業的學生在計算機和數學方面的基礎較為薄弱。

2）實踐操作能力相對不足。由于涉及計算機領域，操作性比較強。比如：從“序列比對分析”到“分子進化分析”，再到“分子結構分析”，都需要在計算服務器上實踐操作，才能鍛煉本科生的數據分析以及動手能力。

3）國際視野不足，前沿技術接觸機會較少，僅能通過為數不多的講座和已發表的論文了解相關前沿知識，論文的閱讀又受限于學生的英文水平與知識背景[6]。

目前已提出許多關于生物信息學交叉學科本科生的培養模式和思路，比如案例式教學、問題式教學、任務驅動式教學等[7-10]，這些模式和思路為海南大學構建生物信息學本科生科研創新能力培養模式提供了重要的借鑒和學習案例。

2 提高本科生科研創新能力的具體措施

對于生物信息學方向的本科生教育，確定其培養目標為：具備扎實、多學科的基礎理論和較強的上機操作能力，能積極拓寬知識面，注重學科前沿發展和知識交叉應用，提高綜合能力，具備進行科研創新的能力，比如具有數據檢索收集、分析流程拆分和構建、結果分析和學術論文撰寫等能力。為培養交叉學科背景本科生的相關能力，進行從理論到實踐的一些嘗試，具體包括以下舉措。

小班式教學 小班式班級教學模式基于多元化、個別化、興趣化的培養理念，這種理念相對于傳統模式具有因材施教、探究性學習、個性發展、密切聯系師生等優勢。目前，小班式本科生人數共有16人，包括林學五人、生物學三人、農學五人、醫學一人、信息學二人。根據不同學生的專業特色，小班教學可以采取更多樣化的教學形式和方式，考慮不同專業之間的差異，教師靈活掌握教學要求和進度并及時調整教學內容。教師引導，學生相互討論學習，發揮出不同學科特長，最終將本專業特色應用到生物信息學教學中。總之，小班化教學強調讓每一名學生受到充分關注，享用最大化的教育資源。

項目式培養實踐操作能力 實踐操作能力培養主要分為兩個階段。

1）臨摹式學習，主要是對發表在Nature、Science、Cell等高水平雜志上的熱點文章進行解讀，并且結合講述植物基因組學的研究進展、數據庫的選擇、多序列比對等方面的腳本要點。由學生依照論文重新臨摹式地做一次數據分析和挖掘，并對照論文結果發現自身存在的問題，及時糾正和提高。

2）以賽代練式學習。通過給定某個小項目，如非編碼區RNA的甲基化修飾模式解析等，指導導師在不同關鍵時間節點進行把控指導，其他時間由學生探索開展具體項目研究，具體流程如圖1所示。

圖1 項目式科研創新能力培養流程圖

3 生物信息學方向本科生培養的特色與成效

依托海南大學林學院生物信息學平臺，在交叉復合型學科背景創新教學模式環境下，本科生積極學習多學科基礎理論知識，發揮主觀能動性，營造濃郁的科研氛圍。該創新方式強化了本科生的科研創新意識，提高了本科生科研創新的能力，取得一系列相應成果。例如：四名本科學生各自以第一作者身份在園藝領域Top期刊Horti-culture Research、蛋白領域Top期刊Journal of Proteomics、Frontiers in Genetics（中科院2區）等專業領域雜志上發表SCI論文，并且參與完成兩個生物信息專業數據庫建設（http://mdr.xieslab.org/；http://isodb.xieslab.org）， 申 請 發明專利兩項。由于采用小班制及教學以興趣為導向，突破專業年級界限，目前四名本科生已畢業，其中三名考上研究生，兩名獲校級優秀本科論文獎。未畢業的學生正投入于項目研究中，均有望以第一作者發表SCI論文。培養的本科生與碩士、博士研究生均已加入海南大學林學院生物信息學平臺，該平臺目前已成為海南大學林學院熱帶特色林木花卉遺傳與種質創新教育部重點實驗室、海南省熱帶特色花木資源生物學重點實驗室的組成之一。

4 總結

自由貿易港建設為科研創新帶來機遇和挑戰，大量交叉復合型人才是推進海南自由貿易港建設的關鍵。海南大學林學院以服務海南自由貿易港發展為核心，以人才需求為導向，突出熱帶林學研究的優勢與特色，合理構建新時期人才培養的新模式，加強專業教師隊伍引導作用，優化專業教師的科研、教學方案，不斷培養高素質創新型的科技人才。