林學(xué)專(zhuān)業(yè)生物信息學(xué)課程改革探討

曹運(yùn)鵬　徐香琴

摘要 ? ?近年來(lái)，測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展使生物信息學(xué)在林業(yè)生命科學(xué)領(lǐng)域的研究變得更加重要。作為近年來(lái)才飛速發(fā)展的新興學(xué)科，生物信息學(xué)的教學(xué)模式還有待進(jìn)一步完善，特別是在林學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中存在一些亟待解決的問(wèn)題，例如合格師資、專(zhuān)業(yè)教材及教學(xué)資源匱乏等。針對(duì)這些問(wèn)題，本研究提出了與之對(duì)應(yīng)的改革思路，旨在提高林學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)熱情、提升教師的教學(xué)水平，為培養(yǎng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的綜合人才提供建議。

關(guān)鍵詞 ? ?生物信息學(xué);林學(xué)專(zhuān)業(yè);課程改革

中圖分類(lèi)號(hào) ? ?G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）16-0254-02

Discussion ?on ?Reform ?of ?Bioinformatics ?Course ?in ?Forestry ?Major

CAO Yun-peng 1， 2 ? ?XU Xiang-qin 3

（1 Key Laboratory of Economic Forest Cultivation and Protection of Ministry of Education， Central South University of Forestry and Technology， Changsha Hunan 410000; 2 School of Forestry， Central South University of Forestry and Technology; 3 School of Chemistry and Biological Engineering， Hunan University of Science and Engineering）

Abstract ? ?With the rapid development of sequencing technology， bioinformatics has become more and more important in the field of forestry life science.As an emerging discipline that has developed rapidly in recent years， the teaching mode of bioinformatics needs to be further improved， especially in the teaching of forestry majors， there are some problems that need to be solved， such as the shortage of qualified teachers， professional textbooks and teaching resources. Aiming at these problems， the paper proposed corresponding reform ideas， aiming to increase the enthusiasm of forestry students in learning bioinformatics， improve the teaching level of teachers， and provide suggestions for training comprehensive talents who can adapt to the develo-pment of modern forestry.

Key words ? ?bioinformatics; forestry major; course reform

隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施，生物信息學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。作為一門(mén)交叉學(xué)科，生物信息學(xué)涵蓋了生命過(guò)程中的各個(gè)方面，比如各種信息的獲取、處理、分析和存儲(chǔ)等。近年來(lái)，隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展和測(cè)序成本的大幅降低，促進(jìn)了各種作物全基因組測(cè)序工作的開(kāi)展[1-2]。目前包括楊樹(shù)、桉樹(shù)、竹子和油桐等具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的林業(yè)樹(shù)種，其全基因組已測(cè)序完成。在這些大數(shù)據(jù)背景下，運(yùn)用生物信息學(xué)的相關(guān)知識(shí)和分析方法來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題顯得尤為重要。近年來(lái)，我國(guó)各大高校都相繼開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)課程，其根本教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生使用大數(shù)據(jù)，并加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行綜合分析利用的能力[3-6]。中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院目前積極響應(yīng)習(xí)近平總書(shū)記的號(hào)召，進(jìn)一步明確了“傳統(tǒng)農(nóng)科”向“新農(nóng)科”建設(shè)的理念轉(zhuǎn)變。因此，在林業(yè)生物信息學(xué)的教學(xué)方式和課程建設(shè)上需要進(jìn)行與之相應(yīng)的變革和轉(zhuǎn)變。筆者在前期多次調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)，提出生物信息學(xué)課程在林學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)定位;同時(shí)，利用現(xiàn)有的條件，對(duì)生物信息學(xué)課程在林學(xué)專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)方式和方法進(jìn)行改革和創(chuàng)新，以期達(dá)到林學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)這門(mén)課程的教學(xué)目的。

1 ? ?課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 ? ?合格師資缺乏

生物信息學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，要求勝任的教師綜合掌握生物學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)。由于生物信息學(xué)在國(guó)內(nèi)起步較慢，培養(yǎng)的合格人才數(shù)量有限，因而目前各地方高校能夠勝任這門(mén)課程教學(xué)資源匱乏。以筆者所在的中南林業(yè)科技大學(xué)為例，生物信息學(xué)在林學(xué)專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)沒(méi)有固定的教師，大部分都是由統(tǒng)計(jì)學(xué)、分子生物學(xué)以及其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教師完成。這些教師中的絕大部分對(duì)計(jì)算機(jī)或數(shù)學(xué)的研究相對(duì)較少，因而他們都無(wú)法完全承擔(dān)生物信息學(xué)的教學(xué)任務(wù)。匱乏的教師資源與人才培養(yǎng)的迫切需求存在強(qiáng)烈的矛盾。

1.2 ? ?專(zhuān)業(yè)教材匱乏

生物信息學(xué)是一門(mén)快速發(fā)展的學(xué)科。一方面，教材更新?lián)Q代的速度跟不上實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展;另一方面，林業(yè)研究方向的多樣性導(dǎo)致沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的生物信息學(xué)教材。目前，大部分生物信息學(xué)經(jīng)典教材所包含的內(nèi)容主要是低通量分析生物學(xué)的分析和設(shè)計(jì)。測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和多組學(xué)研究的興起，誕生了很多新的分析流程和分析手段。這部分內(nèi)容對(duì)計(jì)算機(jī)有更高的要求，比如要求會(huì)使用Liux系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言等。目前市面上只有少量的生物信息學(xué)教材包含了這些內(nèi)容，而針對(duì)林學(xué)的專(zhuān)業(yè)教材更少[5]。當(dāng)前，大部分生物信息學(xué)教材主要介紹了EBI、NCBI、DDBJ和UCSC等數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，而涉及林業(yè)遺傳育種、分子改良、GWAS分析、BSA定位以及遺傳連鎖等相關(guān)的內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫(kù)在教材中沒(méi)有體現(xiàn)。這些內(nèi)容體現(xiàn)了林學(xué)專(zhuān)業(yè)“新農(nóng)科”建設(shè)的方向，也是現(xiàn)在林業(yè)育種研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，因而迫切需要與林學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)內(nèi)容匹配的林業(yè)生物信息學(xué)教材。

1.3 ? ?教學(xué)資源缺乏

與生物信息學(xué)的高速發(fā)展相比，地方林業(yè)高校接受新事物的能力相對(duì)滯后。國(guó)內(nèi)大部分林業(yè)院校生物信息學(xué)開(kāi)設(shè)的時(shí)間都相對(duì)較晚，部分高校對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)方面的投入沒(méi)有其他課程充足。作為一門(mén)新興的學(xué)科，生物信息學(xué)的發(fā)展時(shí)間還比較短，各大網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)還缺乏豐富的精品課程、教學(xué)視頻以及相應(yīng)的多媒體等教學(xué)資源;并且目前大部分高校所使用的教材內(nèi)容太過(guò)陳舊，很難適應(yīng)學(xué)科建設(shè)和發(fā)展的新需求。

2 ? ?生物信息學(xué)改革與創(chuàng)新

2.1 ? ?培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才，提高教師能力

教師教學(xué)水平直接影響教學(xué)效果。生物信息學(xué)是一門(mén)多學(xué)科融合交叉的課程，需要教師學(xué)習(xí)和了解更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。要解決這些問(wèn)題，一方面應(yīng)該鼓勵(lì)并支持青年教師去國(guó)內(nèi)外知名高校訪(fǎng)學(xué)和進(jìn)修，學(xué)習(xí)和借鑒他人的先進(jìn)成果，提高自身的專(zhuān)業(yè)技能;另一方面要注意人才引進(jìn)，為具有林學(xué)專(zhuān)業(yè)背景的生物信息學(xué)人才提供豐厚的條件;此外，加強(qiáng)與其他院校的合作交流，鼓勵(lì)教師們多參加國(guó)內(nèi)外的生物信息學(xué)會(huì)議，了解生物信息學(xué)的前沿進(jìn)展，從而將這些知識(shí)融入林學(xué)專(zhuān)業(yè)生物信息學(xué)課程建設(shè)中。

2.2 ? ?加快教材編制，遴選優(yōu)質(zhì)教材

一本好的教材能夠起到事半功倍的效果。生物信息學(xué)最先在國(guó)外出現(xiàn)和發(fā)展，國(guó)內(nèi)早期的教材大部分以翻譯本為主。近年來(lái)，我國(guó)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展日新月異，國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)者根據(jù)我國(guó)發(fā)展特色自行編著的教材越來(lái)越多，因而目前國(guó)內(nèi)高校大部分都以使用國(guó)產(chǎn)教材為主、翻譯本為輔。目前，國(guó)內(nèi)生物信息學(xué)的教材主要分為兩大塊，一塊主要介紹生物信息學(xué)的發(fā)展歷程以及相關(guān)的理論知識(shí)，其目的主要是讓學(xué)生了解生物信息學(xué)知識(shí)的相關(guān)概念和研究?jī)?nèi)容;另一塊主要以生物信息學(xué)的實(shí)際應(yīng)用為主，主要介紹各種生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，生物信息學(xué)相關(guān)軟件、工具的原理、使用技巧和方法，其目的主要是讓學(xué)生掌握相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件的使用，并且能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到自己的研究當(dāng)中。針對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)的生物信息學(xué)教材，應(yīng)該結(jié)合這兩方面特色，首先選擇系統(tǒng)性和基礎(chǔ)性比較好的參考書(shū)讓學(xué)生了解基本概念，例如陳銘主編的《生物信息學(xué)》（第3版）;然后選擇以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)用性較強(qiáng)的教材，比如吳祖建等主編的《生物信息學(xué)分析實(shí)踐》;在教學(xué)過(guò)程中，教師還應(yīng)該結(jié)合林學(xué)專(zhuān)業(yè)的特色，著重講解與林學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)等內(nèi)容，以期提高學(xué)生獲取本專(zhuān)業(yè)相關(guān)信息的能力。

2.3 ? ?豐富教學(xué)資源，更新和完善多種教學(xué)方式

首先，在慕課和超星等互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)收集生物信息學(xué)相關(guān)的精品課程，選擇可以結(jié)合林學(xué)專(zhuān)業(yè)特色的材料，并且匯總這些資料進(jìn)行歸納分類(lèi)。其次，利用現(xiàn)有的資源，比如使用高校計(jì)算機(jī)學(xué)院的計(jì)算機(jī)用于學(xué)生的實(shí)踐教學(xué);鼓勵(lì)學(xué)生自帶筆記本進(jìn)行教學(xué)等。教師也可以根據(jù)林學(xué)的專(zhuān)業(yè)特色自行開(kāi)發(fā)制作一些豐富的多媒體課件，便于學(xué)生理解抽象的生物信息學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能動(dòng)性。此外，教師還可以利用網(wǎng)絡(luò)將最新的軟件和教學(xué)內(nèi)容提前傳遞給學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，學(xué)生也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將自己對(duì)課程的理解反饋給教師，以便教師掌握學(xué)生的實(shí)際情況。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

在習(xí)近平總書(shū)記的號(hào)召下，國(guó)家對(duì)林業(yè)的發(fā)展越來(lái)越重視，針對(duì)林學(xué)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)生物信息學(xué)人才是亟待解決的問(wèn)題。涉林高校的生物信息學(xué)課程基本都存在共有的通病，比如合格師資匱乏、專(zhuān)業(yè)教材匱乏和教學(xué)資源缺乏等，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了林學(xué)專(zhuān)業(yè)生物信息學(xué)的發(fā)展。筆者結(jié)合自身遇到的實(shí)際問(wèn)題提出相應(yīng)的解決辦法，希望在“新農(nóng)科”戰(zhàn)略的實(shí)施下，通過(guò)以上幾個(gè)方面的教學(xué)體系改革，能夠培養(yǎng)出基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)、適應(yīng)信息化時(shí)代的林業(yè)人才。同時(shí)，在今后的教學(xué)過(guò)程中，隨著生物信息學(xué)教學(xué)手段和方式的不斷完善，教師需提高自身素質(zhì)，以進(jìn)一步提高具有林學(xué)專(zhuān)業(yè)特色的生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目 ? 中南林業(yè)科技大學(xué)引進(jìn)人才項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介 ? 曹運(yùn)鵬（1989-），男，湖南新化人，講師。研究方向：林業(yè)生物信息學(xué)。

收稿日期 ? 2020-04-20