八年制醫學(xué)教育中開(kāi)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 李霞2009年，衛生部立項“十二五”八年制規劃教材《生物信息學(xué)》的編寫(xiě)工作，并將生物信息學(xué)列為八年制醫學(xué)生的必修課。這是中國現代醫學(xué)教育的一件大事，一方面體現國家對高等醫學(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)深入到生物醫學(xué)科研和實(shí)際應用層面，理論生物醫學(xué)研究已經(jīng)被國內院校所接受，成為生物醫學(xué)學(xué)科群的重要組成部分[1]。
生物信息學(xué)是一門(mén)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學(xué)背景下，注重數學(xué)思維和計算機操作能力，這對于我們目前以醫學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習為主的高等醫學(xué)教育產(chǎn)生一定的挑戰。如何在有限的學(xué)時(shí)基礎上，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、臨床中應用生物信息學(xué)的能力，形成理工科處理醫學(xué)問(wèn)題的思維，是目前在八年制學(xué)生中開(kāi)展生物信息學(xué)教學(xué)迫切需要研討的問(wèn)題。筆者作為主講教師于哈爾濱醫科大學(xué)完成了兩輪八年制生物信息學(xué)教學(xué)任務(wù)，通過(guò)教學(xué)過(guò)程、課后調研及考試分析，總結了八年制學(xué)生對學(xué)習生物信息學(xué)的一些認識和學(xué)習期間遇到的問(wèn)題，在這里共同探討，以便于推進(jìn)醫學(xué)院校生物信息學(xué)的教學(xué)工作，培養更高理論和實(shí)踐層次的醫學(xué)人才。
一、授課對象
課程面向臨床醫學(xué)八年制學(xué)生93人、基礎醫學(xué)八年制（基地班）學(xué)生60人，學(xué)生入學(xué)錄取分數高于生源地重本線(xiàn)50分以上。開(kāi)課時(shí)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生均處于大學(xué)三年級，已經(jīng)學(xué)完高數、計算機基礎等理工基礎課，分子生物、細胞生物等生物學(xué)基礎課，以及組胚、生理等醫學(xué)基礎課，開(kāi)課學(xué)期同時(shí)學(xué)習遺傳、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)系統的知識學(xué)習。
二、教材和課程內容選擇
面向兩個(gè)軌道分別開(kāi)展《醫學(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(mén)課程。兩個(gè)軌道均以人民衛生出版社規劃教材《生物信息學(xué)》2010年第一版為主講教材[2]，結合臨床醫學(xué)和基礎醫學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，采取教師自主選擇內容的方式講授。
在臨床專(zhuān)業(yè)中以疾病理論和分析方法為中心，專(zhuān)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《醫學(xué)信息分析方法》講授疾病數據資源和系統理論、遺傳多態(tài)與疾病定位、轉錄調控信息學(xué)與復雜疾病分析、miRNA表達與疾病分類(lèi)、疾病狀態(tài)表觀(guān)遺傳改變，及測序技術(shù)與疾病研究進(jìn)展等6個(gè)專(zhuān)題。每個(gè)專(zhuān)題包括4學(xué)時(shí)理論課程和2學(xué)時(shí)上機實(shí)踐。理論課程強調分子生物學(xué)基礎、實(shí)驗設計思想和分析理念，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)小規模的實(shí)驗設計、數據下載到結果分析的全程化信息學(xué)實(shí)踐。
在基礎專(zhuān)業(yè)中強調生物醫學(xué)研究數據資源、計算生物醫學(xué)方法和實(shí)驗設計手段，系統講解生物信息學(xué)在生物醫學(xué)研究中的理論和實(shí)踐技術(shù)。講授內容涉及序列數據資源與分析方法、分子進(jìn)化、基因表達與調控、蛋白質(zhì)組學(xué)信息學(xué)、網(wǎng)絡(luò )系統生物學(xué)、遺傳和表觀(guān)遺傳計算分析、疾病的計算系統生物學(xué)等較全面的生物信息學(xué)方法和理論，要求學(xué)生能夠在生物醫學(xué)研究中貫穿理工科分析思維，不僅能熟練運用相應的網(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，熟悉不同方法的擴展性應用。理論和實(shí)踐課基本按照2比1分配，實(shí)踐課程根據內容需要選取生物學(xué)或醫學(xué)問(wèn)題進(jìn)行全程模擬實(shí)驗。
三、考試形式和分析
現階段，兩個(gè)八年制專(zhuān)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(kāi)卷考試、實(shí)驗報告和標書(shū)設計三種考核方式，以便于了解學(xué)生對本門(mén)課程的學(xué)習和對生物信息學(xué)研究思想的領(lǐng)悟情況。
開(kāi)卷考試試題均為主觀(guān)題，其中理論基礎題考查概念、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(guò)的或書(shū)本上的知識基礎上，聯(lián)系生物醫學(xué)知識進(jìn)行案例分析，選取相應的方法解決特定的問(wèn)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計�？荚嚱Y果表明學(xué)生能夠通過(guò)學(xué)習了解基本的生物信息學(xué)方法，并具備初步運用新方法解決實(shí)際問(wèn)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計過(guò)程的創(chuàng )新性和可靠性原則。
實(shí)踐能力考查主要通過(guò)實(shí)驗報告進(jìn)行，實(shí)驗報告要寫(xiě)明研究問(wèn)題名稱(chēng)、實(shí)驗數據、處理方法、處理結果和結果分析討論。通過(guò)實(shí)驗報告的提交，學(xué)生基本能夠就相應的問(wèn)題自主選擇數據、進(jìn)行一般性軟件分析，并能夠對實(shí)驗結果進(jìn)行知識面內的討論和思考，得出符合問(wèn)題要求的結論。 標書(shū)設計作為課后實(shí)踐，要求學(xué)生就自己感興趣的研究方向進(jìn)行課題設計。設計內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)行生物醫學(xué)問(wèn)題的探討和分析。大多數學(xué)生能夠通過(guò)文獻查閱、原先具備的生物醫學(xué)知識總結，發(fā)現有意義的生物醫學(xué)問(wèn)題，設計內容具有現實(shí)意義和一定創(chuàng )新性的，部分課題還有較好的可行性。很多標書(shū)設計也暴露出在三年級開(kāi)展生物信息學(xué)時(shí)，學(xué)生的臨床醫學(xué)知識還比較欠缺，有時(shí)候不能很好的發(fā)現具有醫學(xué)意義或應用價(jià)值的課題，也比較難于理解生物信息學(xué)在實(shí)際應用中的價(jià)值。
四、學(xué)生反饋和教學(xué)心得
通過(guò)課堂互動(dòng)、課程臨近結束時(shí)進(jìn)行的問(wèn)卷調查，筆者進(jìn)一步了解了學(xué)生在生物信息學(xué)學(xué)習過(guò)程中的一些困惑，及一些意見(jiàn)和建議。主要問(wèn)題如下：
1、課程理論性強，計算強度大
學(xué)生們普遍反映生物信息學(xué)與他們學(xué)習的其他課程不一樣，生物醫學(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，需要深入理解分析。另外學(xué)生的數理知識有限，感到有些算法比較難，根本聽(tīng)不懂。
2、課程內容多，課時(shí)少
許多學(xué)生通過(guò)學(xué)習對生物信息學(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(lái)的學(xué)習、科研和臨床工作將有很大幫助，但是課時(shí)太少，不能夠在現有課時(shí)下理解全部理論。
3、實(shí)踐課時(shí)少，計算機能力薄弱
絕大多數學(xué)生都認為生物信息學(xué)需要通過(guò)理論結合實(shí)踐的方法來(lái)學(xué)習才能更好的掌握�，F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識。另外大家在實(shí)踐中也感覺(jué)到自身的計算機知識很有限，在高通量數據處理面前力不從心，影響對問(wèn)題的分析能力。
4、課程開(kāi)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(méi)有進(jìn)行統計學(xué)、臨床各學(xué)科的培養，知識背景不足，很難理解生物信息學(xué)中重要的算法公式，也很難對醫學(xué)問(wèn)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（包括多名規劃教材的參編者）共同進(jìn)行了深入探討，認為應當根據學(xué)生意愿向學(xué)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適當降低理論難度，減少不必要的數學(xué)理論推導，提請學(xué)校為八年制學(xué)生增設概率統計和計算機編程課程。
生物信息學(xué)的理工科特性決定了生物信息學(xué)課程在醫學(xué)教育中開(kāi)展的難度。雖然醫學(xué)院校學(xué)生課業(yè)重、訓練強度大，但是現代生物醫學(xué)發(fā)展趨勢告訴我們，生物信息學(xué)必然在未來(lái)的生物醫學(xué)研究中處于關(guān)鍵地位[3]。不斷改進(jìn)教學(xué)手段、加強教學(xué)過(guò)程的趣味性，更為全面的貫徹以疾病和問(wèn)題為中心的教學(xué)理念，培養理工醫結合的現代化醫學(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(lái)也會(huì )隨著(zhù)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。
參考文獻：
[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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