八年制醫(yī)學(xué)教育中開展《生物信息學(xué)》教學(xué)的實(shí)踐探討
作者：徐良德 馬曄 孫紅梅 常志強(qiáng) 李霞2009年，衛(wèi)生部立項(xiàng)“十二五”八年制規(guī)劃教材《生物信息學(xué)》的編寫工作，并將生物信息學(xué)列為八年制醫(yī)學(xué)生的必修課。這是中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育的一件大事，一方面體現(xiàn)國家對高等醫(yī)學(xué)人才全面發(fā)展、提高理工科理論水平的重視程度；另一方面也表明生物信息學(xué)理論已經(jīng)深入到生物醫(yī)學(xué)科研和實(shí)際應(yīng)用層面，理論生物醫(yī)學(xué)研究已經(jīng)被國內(nèi)院校所接受，成為生物醫(yī)學(xué)學(xué)科群的重要組成部分[1]。
生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，有非常明顯的理工科特性，即在有良好的生物醫(yī)學(xué)背景下，注重?cái)?shù)學(xué)思維和計(jì)算機(jī)操作能力，這對于我們目前以醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)為主的高等醫(yī)學(xué)教育產(chǎn)生一定的挑戰(zhàn)。如何在有限的學(xué)時(shí)基礎(chǔ)上，完成生物信息學(xué)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，讓學(xué)生初步掌握科研、臨床中應(yīng)用生物信息學(xué)的能力，形成理工科處理醫(yī)學(xué)問題的思維，是目前在八年制學(xué)生中開展生物信息學(xué)教學(xué)迫切需要研討的問題。筆者作為主講教師于哈爾濱醫(yī)科大學(xué)完成了兩輪八年制生物信息學(xué)教學(xué)任務(wù)，通過教學(xué)過程、課后調(diào)研及考試分析，總結(jié)了八年制學(xué)生對學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的一些認(rèn)識和學(xué)習(xí)期間遇到的問題，在這里共同探討，以便于推進(jìn)醫(yī)學(xué)院校生物信息學(xué)的教學(xué)工作，培養(yǎng)更高理論和實(shí)踐層次的醫(yī)學(xué)人才。
一、授課對象
課程面向臨床醫(yī)學(xué)八年制學(xué)生93人、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)八年制（基地班）學(xué)生60人，學(xué)生入學(xué)錄取分?jǐn)?shù)高于生源地重本線50分以上。開課時(shí)兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生均處于大學(xué)三年級，已經(jīng)學(xué)完高數(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等理工基礎(chǔ)課，分子生物、細(xì)胞生物等生物學(xué)基礎(chǔ)課，以及組胚、生理等醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課，開課學(xué)期同時(shí)學(xué)習(xí)遺傳、免疫、病理和藥理學(xué)課程；部分學(xué)生參加PBL教學(xué)，已經(jīng)完成呼吸、消化、循環(huán)系統(tǒng)的知識學(xué)習(xí)。
二、教材和課程內(nèi)容選擇
面向兩個(gè)軌道分別開展《醫(yī)學(xué)信息分析方法》（36學(xué)時(shí)）和《生物信息學(xué)概論》（56學(xué)時(shí)）兩門課程。兩個(gè)軌道均以人民衛(wèi)生出版社規(guī)劃教材《生物信息學(xué)》2010年第一版為主講教材[2]，結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，采取教師自主選擇內(nèi)容的方式講授。
在臨床專業(yè)中以疾病理論和分析方法為中心，專題式講解疾病分析相關(guān)資源、研究策略和常用軟件工具。36學(xué)時(shí)的《醫(yī)學(xué)信息分析方法》講授疾病數(shù)據(jù)資源和系統(tǒng)理論、遺傳多態(tài)與疾病定位、轉(zhuǎn)錄調(diào)控信息學(xué)與復(fù)雜疾病分析、miRNA表達(dá)與疾病分類、疾病狀態(tài)表觀遺傳改變，及測序技術(shù)與疾病研究進(jìn)展等6個(gè)專題。每個(gè)專題包括4學(xué)時(shí)理論課程和2學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)踐。理論課程強(qiáng)調(diào)分子生物學(xué)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和分析理念，實(shí)踐課程以疾病為中心，由教師指引，學(xué)生自主完成一個(gè)小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)下載到結(jié)果分析的全程化信息學(xué)實(shí)踐。
在基礎(chǔ)專業(yè)中強(qiáng)調(diào)生物醫(yī)學(xué)研究數(shù)據(jù)資源、計(jì)算生物醫(yī)學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)手段，系統(tǒng)講解生物信息學(xué)在生物醫(yī)學(xué)研究中的理論和實(shí)踐技術(shù)。講授內(nèi)容涉及序列數(shù)據(jù)資源與分析方法、分子進(jìn)化、基因表達(dá)與調(diào)控、蛋白質(zhì)組學(xué)信息學(xué)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)生物學(xué)、遺傳和表觀遺傳計(jì)算分析、疾病的計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)等較全面的生物信息學(xué)方法和理論，要求學(xué)生能夠在生物醫(yī)學(xué)研究中貫穿理工科分析思維，不僅能熟練運(yùn)用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和軟件工具，還能對生物信息學(xué)方法理論有一定了解，熟悉不同方法的擴(kuò)展性應(yīng)用。理論和實(shí)踐課基本按照2比1分配，實(shí)踐課程根據(jù)內(nèi)容需要選取生物學(xué)或醫(yī)學(xué)問題進(jìn)行全程模擬實(shí)驗(yàn)。
三、考試形式和分析
現(xiàn)階段，兩個(gè)八年制專業(yè)的生物信息學(xué)教學(xué)以必修考查課形式進(jìn)行，采取開卷考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和標(biāo)書設(shè)計(jì)三種考核方式，以便于了解學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)和對生物信息學(xué)研究思想的領(lǐng)悟情況。
開卷考試試題均為主觀題，其中理論基礎(chǔ)題考查概念、重要的研究思路和經(jīng)典的研究方法；案例分析題要求學(xué)生能夠在學(xué)過的或書本上的知識基礎(chǔ)上，聯(lián)系生物醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行案例分析，選取相應(yīng)的方法解決特定的問題；思維拓展題給定學(xué)生主題詞，由學(xué)生進(jìn)行以生物信息學(xué)方法為工具的課題流程設(shè)計(jì)�？荚嚱Y(jié)果表明學(xué)生能夠通過學(xué)習(xí)了解基本的生物信息學(xué)方法，并具備初步運(yùn)用新方法解決實(shí)際問題的能力，但考試也反映出，大學(xué)三年級學(xué)生還具有一定的科研思維局限性，不能夠完全把握課題設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)新性和可靠性原則。
實(shí)踐能力考查主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)報(bào)告要寫明研究問題名稱、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理方法、處理結(jié)果和結(jié)果分析討論。通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，學(xué)生基本能夠就相應(yīng)的問題自主選擇數(shù)據(jù)、進(jìn)行一般性軟件分析，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行知識面內(nèi)的討論和思考，得出符合問題要求的結(jié)論。 標(biāo)書設(shè)計(jì)作為課后實(shí)踐，要求學(xué)生就自己感興趣的研究方向進(jìn)行課題設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容可以為生物信息學(xué)方法研究，也可以以生物信息學(xué)為工具進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)問題的探討和分析。大多數(shù)學(xué)生能夠通過文獻(xiàn)查閱、原先具備的生物醫(yī)學(xué)知識總結(jié)，發(fā)現(xiàn)有意義的生物醫(yī)學(xué)問題，設(shè)計(jì)內(nèi)容具有現(xiàn)實(shí)意義和一定創(chuàng)新性的，部分課題還有較好的可行性。很多標(biāo)書設(shè)計(jì)也暴露出在三年級開展生物信息學(xué)時(shí)，學(xué)生的臨床醫(yī)學(xué)知識還比較欠缺，有時(shí)候不能很好的發(fā)現(xiàn)具有醫(yī)學(xué)意義或應(yīng)用價(jià)值的課題，也比較難于理解生物信息學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。
四、學(xué)生反饋和教學(xué)心得
通過課堂互動、課程臨近結(jié)束時(shí)進(jìn)行的問卷調(diào)查，筆者進(jìn)一步了解了學(xué)生在生物信息學(xué)學(xué)習(xí)過程中的一些困惑，及一些意見和建議。主要問題如下：
1、課程理論性強(qiáng)，計(jì)算強(qiáng)度大
學(xué)生們普遍反映生物信息學(xué)與他們學(xué)習(xí)的其他課程不一樣，生物醫(yī)學(xué)課程偏向于文科性質(zhì)，主要靠記憶，而生物信息學(xué)理科特性很強(qiáng)，需要深入理解分析。另外學(xué)生的數(shù)理知識有限，感到有些算法比較難，根本聽不懂。
2、課程內(nèi)容多，課時(shí)少
許多學(xué)生通過學(xué)習(xí)對生物信息學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，真切感受到生物信息學(xué)對于他們未來的學(xué)習(xí)、科研和臨床工作將有很大幫助，但是課時(shí)太少，不能夠在現(xiàn)有課時(shí)下理解全部理論。
3、實(shí)踐課時(shí)少，計(jì)算機(jī)能力薄弱
絕大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)為生物信息學(xué)需要通過理論結(jié)合實(shí)踐的方法來學(xué)習(xí)才能更好的掌握�，F(xiàn)有的實(shí)踐課程只能完成基本的教學(xué)任務(wù)，對于眾多的研究工具和研究方法只有感性認(rèn)識。另外大家在實(shí)踐中也感覺到自身的計(jì)算機(jī)知識很有限，在高通量數(shù)據(jù)處理面前力不從心，影響對問題的分析能力。
4、課程開課偏早，背景知識不全
很多學(xué)生反映三年級時(shí)，八年制學(xué)生還沒有進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)、臨床各學(xué)科的培養(yǎng)，知識背景不足，很難理解生物信息學(xué)中重要的算法公式，也很難對醫(yī)學(xué)問題進(jìn)行更為深入的思考。
學(xué)生們的反饋基本上反映出他們在學(xué)習(xí)生物信息學(xué)時(shí)所遇到的困難。筆者所在教研室教師（包括多名規(guī)劃教材的參編者）共同進(jìn)行了深入探討，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生意愿向?qū)W校申請①增加理論課課時(shí)，分別由24和36增加為28和44學(xué)時(shí)；②增加實(shí)踐課課時(shí)，分別由12和20增加20和28學(xué)時(shí)；③適當(dāng)降低理論難度，減少不必要的數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)，提請學(xué)校為八年制學(xué)生增設(shè)概率統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)編程課程。
生物信息學(xué)的理工科特性決定了生物信息學(xué)課程在醫(yī)學(xué)教育中開展的難度。雖然醫(yī)學(xué)院校學(xué)生課業(yè)重、訓(xùn)練強(qiáng)度大，但是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢告訴我們，生物信息學(xué)必然在未來的生物醫(yī)學(xué)研究中處于關(guān)鍵地位[3]。不斷改進(jìn)教學(xué)手段、加強(qiáng)教學(xué)過程的趣味性，更為全面的貫徹以疾病和問題為中心的教學(xué)理念，培養(yǎng)理工醫(yī)結(jié)合的現(xiàn)代化醫(yī)學(xué)人才是生物信息教學(xué)工作者共同的努力方向，這些理念在不久的將來也會隨著教學(xué)實(shí)踐的不斷深入而在新版《生物信息學(xué)》出版時(shí)得到進(jìn)一步體現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Wei Liping and Yu Jun; Bioinformatics in China: A Personal Perspective [J]; Plos Computational Biology, 2008, 4(4): e1000020.
[2] 李霞主編. 生物信息學(xué). 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2010, 13-25.
[3] Ned Wingreen and David Botstein; Back to the Future: Education for Systems-level Biologists [J]; Nature Review Molecular Cell Biology, 2006, 7(11): 829-832.
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