生物信息学实践教学体系的构建与实践

舒坤贤，袁 帅

(重庆邮电大学 生物信息学院，重庆 400065)

生物信息学(bioinformatics)是生物学与数学、计算机科学交叉所形成的一门新兴学科，根据美国国立卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)的定义生物信息学是“研究、开发或者应用计算工具和方法来扩展对生物学、医学、行为科学和卫生数据的使用，包括获取、存储、组织、分析和可视化这些数据”[1]。它随着1990年人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的实施和信息技术的发展而诞生，现已迅速发展成为当今生命科学最具吸引力和重大的前沿领域，为生物学、计算机科学、数学、信息科学等专业的高素质人才提供了更广阔的发展天地。目前，美国麻省理工学院、斯坦福大学、哈佛大学等世界知名大学，我国也包括上海交通大学、浙江大学、华中科技大学等21所高等院校开办了生物信息学本科专业[2-5]，更多的高校开设了生物信息学课程[6]，但是目前还没有成熟的、完善的教学模式。如何在高校中进行生物信息学教学，尤其是实践教学，亟需探索。

重庆邮电大学作为一所以信息科学技术为特色和优势的高校，是我国数字通信的发源地。2000年成立生物信息学院，2006年开始招收生物信息学本科专业，现对我们在生物信息学实践教学体系构建方面的工作进行总结，提出几点见解，期盼能“抛砖引玉”，引起同行专家学者的关注和探讨，由此推动生物信息学实践教学质量的提高。

一 明确实践教学目标

建设一流的生物信息实践教学平台，形成“产学研用”为导向的层次型模块化的实践教学人才培养体系。

二 生物信息学实践教学平台的构建

学校专门成立了生物信息实验中心，所涉及到的生物信息包括三个层次：一是分子细胞水平的DNA、RNA及蛋白质等分子信息，二是个体水平的生理、病理信息，三是整体水平的生命之树信息。基本上涵盖了目前生物信息的所有内容。

以“生物”为基础，以“信息”为主线。先后设立三个实验平台(图1)：生物信息采集平台、生物信息分析处理平台和生物信息应用平台。

图1 生物信息实验中心的三个平台

三 建立层次型、模块化实验教学体系

生物信息学时实践性很强的科学，我们在围绕“为什么培养人才，培养什么样的人才，如何培养人才，人才培养效果如何体现”开展实验教学。在培养模式中导入“产学研用”的层次型、模块化的实践教学体系(图2)。该实验教学体系具有“厚基础、多实践、强创新、开放式”的特征，实现了以实验和实习项目为载体，通过启发式、互动式、研究式的实践教学方法，引导学生发展自己的兴趣与特长，综合培养学生的“专业思维、动手能力和创新素质”。

图2 生物信息层次型、模块化实践教学体系

(一)层次型教学体系

层次型体现在人才培养过程的不同阶段和生物信息学的认知规律，包括基础类实验教学、综合性实验教学和创新性科实践教学。不同层次的实践教学侧重培养学生不同的素质和能力。基础类实验教学以基础性和验证性实验为基础，逐步增加综合性和创新性实验的比例，培养学生的专业兴趣和基础知识体系；综合性实验教学以综合性为特点，培养学生实践技能和综合能力；创新性科研实践训练以创新性为特点，重点培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。当然，三个层次不可割裂，专业知识验证和专业思维培养以及创新素质的培养与提高始终是贯穿在整个实践教学过程中的。

(二)模块化课程体系

模块化体现在生物信息采集、生物信息处理和生物信息应用等关键环节既有各自特殊的规律，又有共同的学科基础。以生物为对象，以信息为主线，形成了3个模块，即生物信息采集类实验课程、生物信息处理类实验课程和生物信息应用类实验课程。每个模块的实验课程包含基础类教学实验、综合性实验教学和共享的科研实践训练，具有系统的学科知识体系和实践体系，各模块实验之间又具有很好的有机联系。通过这样的课程体系设置，可以实现模块之间的互通和连接，促进学科的交叉融合，从而使学生真正达到“厚基础、宽口径”，并使学生从实践教学层次认识学科交叉的重要性。

四 加强实践教学环节的管理

健全的管理机构、规范的管理制度和优质的软硬件教学条件是实践教学体系顺利实施的重要保障，是影响实践教学的重要因素。

(一)层次型的管理机构

实验中心接受校、院二级管理，学校设主管教学副校长，教务处是全校实验管理工作的行政职能部门，专门设立实践教学管理机构，行使学校对实验室协调、管理职能。生物信息学院配备一名副院长参与实验中心日常教学管理工作。

实验中心推行学术委员会领导下的主任负责制，中心主任、副主任由学校聘任。历任主任、副主任均由热爱教学了解国内外生物信息实验教学体系，教学理念先进，学术水平高的老师担任；中青年骨干教师担任实验教学人员，由中心统一管理。中心实验技术人员在行政上是独立的行政单位，同时由经验丰富的教授、博士教师和企业技术骨干担任实验教学兼职人员，建立了一套科学聘任办法，规范管理制度，激励广大实验教学人员，积极向上，保障实验教学顺利进行。

(二)信息化、网络化管理

建立实验信息平台主要包括开放实验网上预约管理系统、中心网站和学院网站。该实验平台作为一个有机整体，已与学校其他实验室管理平台进行了联网，实现了数据、信息等资源共享，达到了以下功能和效果：

1)建立了较为完善的网上选课系统，作为学校选课系统的补充，在实验教学中发挥了很好的作用。

2)为实验教学服务，如发布教学安排、教学大纲、实验项目设置、实验技术交流、教学管理制度等；物资管理，如显示仪器设备、实验室分布、操作规程、仪器设备管理制度等；下载实验电子教案、课件等，便于学生通过网络预习和复习。

3)为学生提供了越来越丰富的网上教学资源。学生可以在中心网站上察看实验课程，中心配微机室，方便学生进行实验模拟、数据处理、撰写实验报告以及提交实验报告等，充分保证了信息平台和网络资源的有效利用。

(三)开放运行

以学生为本，重视实验室开放在人才培养中的作用，采用一系列切实有效的措施，保证试试效果。实验中心实行全天候开放(上午8:00—12:00；下午2:00—6:00；晚上7:00—10:00)；其余时间，学生可以通过网上或电话预约等方式进行预约。在实际操作中，注意了学生课堂内、外的学习与实践活动的合理安排。建立了第一课堂和第二课堂互动和并重的实验教学模式。课程体系尊重学生的学习兴趣与求知愿望，体现学生的“主体地位”，充分展示了以学生为主体。

开放空间主要包括分子生物学重点实验室、生物信息学实验室、高性能计算中心、数字医疗仪器开发实验室等；开放对象包括本科生、研究生、教师、合作单位及社会各界人士；开放内容包括课程教学实验、大学生创新实验、校内外科研项目实验等。中心在高效利用实验平台和项目资源的基础上，提高了师生的科学素养，培养了学生动手能力及创新能力。

实验中心实行导师制，优秀学生在导师指导下从低年级起，就在课余时间进入开放实验室开展科研工作，使学生得到全方位的科研训练，学到了科学研究的思维方式和科研方法。

参考文献:

[1]姚启伦,冉景盛.生物信息学教学模式初探[J].安康学院学报,2008,2(3):115-116．

[2]贾小平,孔祥生,范丙友.生物信息学实践教学初探[J].陕西教育,2010(3):55-57．

[3]胡廷章,肖国生,黄小云，等.优化生物科学专业实践教学体系研究[J].黑龙江教育,2009(4):68-69．

[4]张幸果,丁俊强,朱伟，等.关于如何提高生物信息学教学质量的探讨[J].江西农业学报,2010,22(3):194-195．

[5]牛永东.医学生物信息学教学模式的初步探讨[J].医学理论与实践,2006,19(1):112-113．

[6]丁春邦,杨婉身,马恒东.生物科学专业实践教学体系的构建与实践[J].高等农业教育,2007(11):65-67．