生物信息本科專業課程體系建設的調研與建設方案

劉 艷，王海蕓，唐凱臨，徐 越，喬可盈

（同濟大學生命科學與技術學院，上海 200092）

生物信息學是生命科學研究領域的一門新興學科，是現代生命科學與計算機科學、數學、統計學、物理學和化學等學科相互滲透而形成的交叉學科。生物信息的培養目標是通過培養學生掌握綜合利用生物學、數學、統計學、物理學、化學、醫學、藥學、計算機科學以及信息技術等學科的基本理論知識，以計算機為載體，收集海量生物數據和生命信息，對復雜的生命信息進行收集、存儲、分析、解釋和整合數據的能力，進一步鞏固理論知識，提高獨立思考和解決問題的能力，成為能在高新技術產業及其相關領域從事教學、科學研究、技術開發、管理等方面工作的復合型人才。生物信息學是現代生物學和醫學等領域的關鍵技術方法，社會對生物信息學專業人才的需求不斷擴大，生物信息學的本科教育也受到了越來越多的關注和重視。

20 世紀末歐美等發達國家率先在本科、碩士、博士等專業學位培養體系開設了生物信息學的教育，并不斷地研討合理的教學模式，創新教學方法和研究分析生物信息教育現狀。由于生物信息學是跨學科專業，生物信息學課程體系的設置，比如如何制定適宜的教育培養方案和制定合適的學習課程，值得深入研究和探討。

1 國內生物信息本科專業課程建設的調研情況

1.1 數據來源

2021 年6 月22 日，高等教育評價專業機構軟科發布了2021 年度“軟科中國大學專業排名”。“軟科中國大學專業排名”依據其特有的專業競爭力評價框架，通過學校—學科—專業三個層次的評價匯總形成對專業的綜合評價。其排名依據學校辦學條件、學科支撐、專業生源、專業就業、專業條件5 個指標類別，共19 項測量指標。在2021年的生物信息學專業排名中，23 所高校脫穎而出，A+層次的高校為北京大學、同濟大學。我們根據排名調研了北京大學、同濟大學、華中科技大學、華中農業大學、哈爾濱醫科大學等本科生專業課程體系。北京大學的生物信息學專業包括生物信息和生物醫學信息與工程兩個方向，擁有一支包含長江特聘教授4 名、國家杰出青年科學基金獲得者6 名、青年拔尖人才1 名等在內的高層次師資隊伍。同濟大學生物信息學專業成立于2003 年，于2009 年獲批教育部第四批高等學校特色專業，并于同年成立生物信息學系，2021 年被高等教育軟科大學專業排名榜評為A+專業；本專業所屬生命學科入選首批“國家生命科學與技術人才培養基地”，并入選國家基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 基地。同濟大學生物信息專業擁有973 首席科學家1 名，青年長江學者2 名，國家優秀青年3 名，教育部新世紀優秀人才3 名等，以生物大數據解析與生物信息方法研究為專業特色。華中科技大學生命學院始建于1980 年，擁有2 個國家級重點學科，生物醫學工程學科A+全國并列第一，生物醫學工程大類設有生物醫學工程、生物信息學2 個專業。學院現有2 名院士，13 名國家級及各類教學名師，獲國家各類科技獎10 余項，師資力量雄厚。華中農業大學信息學院開設計算機科學與技術、生物信息學、數據科學與大數據技術、人工智能等4 個本科專業，生物信息學入選“雙一流”建設學科。哈爾濱醫科大學于2003 年開設本科五年制生物技術專業（生物信息學方向），2008 年正式更名為生物信息學專業，是國內最早開設該專業方向的院校之一。學院設立了7 個教研室，分別是生物信息學、統計遺傳學、生物物理學、藥物基因組信息學、生物醫學軟件工程、系統生物學和生物數學。學院還設立了生物信息學開放實驗中心和生物信息學大學生創新基地，其教學經歷10 多年，學科門類齊全、研究方向和硬件設施完備。

1.2 專業課程的學科屬性

生物信息學作為交叉學科，很多高校的生物信息專業課程體系處于研究和探索階段。在實踐的教學過程中，一般采用整合其他學院比如數學學院、計算機學院、物理學院和化學學院的師資進行相應的學科教學。關于生物信息專業的歸屬首先要明確其范疇，不同高校把生物信息專業歸屬在不同的學院，比如計算機科學學院、數學工程學院和生命科學學院。根據我們調研的專業課教學來看（表1），在專業課教學中，其中生物學科的教學約50%，計算機學科、數學學科、物理學科、化學學科的教學每個學校的分配比例有所不同。

表1 學科分類占比

1.3 專業選修課的比例

專業選修課是課程體系建設中的重要組成部分，是“重基礎、寬口徑、重能力、高素質”的途徑之一。教學目的是為了擴展學生知識面，深化其專業理論體系，強化學生綜合運用知識的能力，培養學生的創新思維和創新能力。在調查結果中，北京大學專業選修課的比例最高為65%，其次是華中農業大學45%，而其他三所大學的比例不高（表2）。

表2 選修課比重

1.4 專業實踐操作課比例

大數據時代生物信息領域的人才需要具備兩方面的素質，一是概念理解, 主要是對概念和數學模型的理解和運用；二是實踐操作, 主要是海量數據結構化處理分析能力，對生物信息進行收集、注釋和轉換的能力。所以，在課程體系的設置中尤其要注意實踐操作能力的培養。表3 中我們調研了五所大學獨立實踐課的比例，我們發現北京大學、同濟大學、華東科技大學的實踐操作課程比例均達到了20%以上。

表3 實踐課比重

2 生物信息本科專業課程建設方案

2.1 堅持生物信息特色專業建設

生物信息專業是跨學科的交叉學科專業，是數學、物理、化學、生物、計算機的交叉學科，課程體系注重學科傳統優勢與特色，考慮交叉學科的特點與特色，考慮同地域、同學科領域、同名稱專業或相近專業的設置情況。在課程體系建設內容上以突出以大數據為背景，反映現代科學技術發展現狀、挑戰和趨勢。教學內容必須按照生物信息學科內容的要求設計，培養學生以興趣為出發點主動學習。

2.2 建立雄厚的專業課程教師隊伍

師資隊伍建設是大學的固本強基工程，建設高水平的本科專業教育、提高人才培養能力、打造雙一流專業對高校教師提出了新的要求。建設優秀的專業課程教師團隊是高校教育的重要組成部分，以多人授課代替一人承包，發揮團隊教學的力量，是確保專業課程教學質量的必要條件。

2.3 增加選修課自由度，設置個性化課程

生物信息本科專業課程建設體系需要滿足夯實知識基礎、增強訓練技能、擴寬專業口徑，同時秉持因材施教、發展個性教育，不增加學生學習負擔的原則，利用生物信息交叉學科的特點，增加選修課自由度，設置個性化課程，拓寬學生的知識面。

2.4 構建實訓基地，實現產學研一體化

根據現狀，我們首先要確保實踐教學在本科人才培養中的重要地位，以實驗獨立設課為主，增加理論課中上機學時，建立起理論聯系實際的多層次一體化的開放研究型實驗教學體系。此外，產學研一體化是一種學校、科研單位、企業三方合作的教學新模式，結合本校可利用的實驗條件，讓學生走出課堂，將課堂上學到的專業知識轉化為科研，轉化為現實生活，讓學生理解并感受科技造福社會、造福人類。

3 總結

建立培養創新與實踐能力、全面可持續發展人才的生物信息專業課程體系非常重要也迫在眉睫，生物信息專業課程建設是一個不斷完善的過程，不但可以整合學生的專業理論知識結構，提高運用理工科思維和技能解決復雜生命科學問題的綜合科研能力，鍛煉學生解決復雜生命體系問題的能力，更為有效實現生命科學攻關和創新研究理論奠定人才基礎。