更新时间:2024-05-17 15:20
生物信息学(Bionformatics)是20世纪80年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的一门新的交叉学科,是用数理和信息科学的理论技术和方法去研究生命现象、组织和分析星现指数增长的生物数据的一门学科。随着生命科学的迅速发展,传统的实验已经产生了大量的生物学数据,迫切需要一门新兴的学科来收集、整理、储存、发布、提取、加工、分析和研究这些数据,主要是遗传物质的软体DNA及其编码的大分子蛋白质,这些过程需要以计算机为主要工具,发展各种软件,对逐日增长的浩如烟海的DNA和蛋白质的序列和结构进行研究,逐步认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质,破译隐藏在DNA序列中的遗传语言,揭示生物体生理和病理过程的分子基础,为探索生命的奥秘提供最合理和有效的方法或途径。生物信息学在这样的背景下应运而生,而中国高等学校生物信息学专业也在最近十几年逐渐发展壮大起来。鉴于生物信息学的重要研究价值和广阔的产业化前景,发展生物信息学专业教育,有计划地建设生物信息学专业课程体系。开展面向实践能力的生物信息学人才培养对促进现代生命科学发展具有重要意义。
生物信息学专业注重学科交叉、融合,目的是为启发学生综合运用数学、物理和计算机知识的能力,拓宽知识面,了解学科前沿和最新进展,培养学生解决该领域实际问题的能力,为今后进行生命科学研究奠定基础。培养跨越生命科学、计算科学、数理科学等不同领域的“大科学”素质和意识,为今后选择新兴交叉学科领域进行深造和工作奠定基础。因此,在普通高校中进行生物信息学专业建设是有利于生命科学的学科发展和科学研究的。另一方面,也看到各高校生物信息学专业开设年限短,缺乏较好的人才培养经验,而学科发展速度快,导致生物信息学人才越来越紧缺。因此形成一套完善的生物信息学人才培养模式意义重大。
生物信息学的产生和发展的推动因素主要有以下三方面:一是人类基因组计划(Human Genome Project,HGP);二是信息技术的大规模应用;三是生物医药的迅速发展及其经济的需求。
生物信息学的发展大致经历了3个阶段:
前基因组时代:标志性工作包括生物数据库的建立、检索工具的开发以及DNA和蛋白质序列分析;
基因组时代:标志性工作包括基因寻找和识别、网络数据库系统的建立和交互界面的开发;
后基因组时代:标志是大规模基因组分析、蛋白质组分析以及各种数据的比较和整合。
1998年7月6日,教育部颁布《 普通高等学校本科专业目录(1998年颁布)》,增设目录外专业,为生物信息学专业,专业代码为070403W。
2012年9月18日,教育部印发《普通高等学校本科专业目录(2012年)》、制定《普通高等学校本科专业目录新旧专业对照表》,将原生物信息学(专业代码070403W)和生物信息技术(专业代码070404W)合并生物信息学专业,属生物科学类专业,专业代码为071003,授理学或工学学士学位。
2015年3月16日,教育部公布《2014年度普通高等学校本科专业备案或审批结果的通知》,生物信息学专业为理学门类专业,专业代码为071003,学制为四年。
2021年2月20日,教育部公布《2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果》,生物信息学专业为工学门类专业,专业代码为071003,学制为四年。
2023年4月6日,教育部公布《2022年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》、制定《普通高等学校本科专业目录》,生物信息学专业为理学、工学门类,属生物科学类专业,专业代码为071003,学制为四年。
生物信息学本科专业是生命科学与技术、数理科学、统计学、信息科学与技术交叉的复合型专业。该专业培养具有人文科学素养、社会责任感和职业道德,适应社会与经济发展需要,掌握生命科学与技术、数理科学、统计学、信息科学与技术、生物信息学的基本理论、知识和技能,能在教学、科研、高新技术产业及其相关领域从事人才培养、科学研究、技术开发和管理等工作的复合型人才。
学制与学位
学制:4年
授予学位:根据生物信息学本科培养方案的主修内容,理学学士或工学学士学位。
参考总学时或学分:一般要求总学分:课程总学分=理论教学课程(不低于130)+实践环节课程{军训+工程技术技能训练+认知实习+科研训练+企业实习+毕业论文(设计)(不低于25学分)}不低于155学分。各高校根据办学实际也可对学分与学时进行适当调整。各课程的最少学时数或实验时间,各高校应考虑课堂讲授、上机操作以及科研实践等不同学习形式的差别进行规定。
人才培养基本要求
按照知识、能力、综合素质全面协调发展的总体要求,该专业学生主要学习数理科学、统计学、生物学、信息科学与技术的基本理论和基本知识,接受生物信息学理论与应用研究方面的科学思维培养和基本技能训练,掌握扎实的科学理论基础知识,具备一定的生物信息处理和研发能力。毕业生应具备以下几个方面的知识、能力和素质。
1、思想政治和德育方面
按照教育部统一要求执行。
2、业务方面
(2)掌握数理科学、统计学、生物学、信息科学与技术等方面的基本知识和理论。
(3) 了解生物信息学的发展历史、学科前沿和发展趋势。
(4)掌握生物信息学基本原理、基本方法和相关技术,初步具备解决生命科学相关领域中实际问题的能力。
(5)具有一定的科学思维能力,具有适应社会需要、继续深造的潜能。
(6)具备一定的国际视野及跨文化交流、竞争和合作能力。
(7)具有一定的创新意识、批判性思维和可持续发展理念。各高校可根据自身定位和人才培养目标,结合学科特点、行业和区域特色以及学生发展的需要,在上述业务要求的基础上,增加或者强化某些方面的知识、能力和素质要求,形成人才培养特色。
3、体育方面
掌握体育运动的一般知识和基本方法,形成良好的体育锻炼和卫生习惯,达到国家规定的大学生体育锻炼合格标准。
1、专业课程体系
课程体系构建原则
知识体系给出了生物信息学专业的知识框架,框架内的知识应通过课程教学传授给学生。各高校可根据本校的学科优势与实际情况,依据学生知识、素质、能力的形成规律和学科的内在逻辑关系,构建相应的课程体系,并形成自己的办学特色。课程教学包括理论教学和实验教学。课程可以按知识领域进行设置,也可以由1个及以上知识领域构成一门课程,还可以从各知识领域中抽取相关的知识单元组成课程,但最后形成的课程体系应覆盖知识系的核心知识单元。
(1)专业理论课程要求
专业理论课程分为专业基础课程、专业课程两个层次。专业基础课程用以奠定生物信息学专业基础;专业课程是在掌握专业基础知识的前提下,根据本校特色与优势强化专业教育的课程,可设置为必修或选修。各核心知识单元应列人所修课程之中。生物信息学专业的课程中选修课程学时数应不低于25%。课程的具体名称、教学内容、教学要求及相应的学时、学分等教学安排,由各高校自主确定,并设置体现学校、地域或者行业特色的相关选修课程。
(2)实验与实践课程要求各类实践类教学环节所占比例应不低于25%。实验课程如化学、物理、生物学等实验,以及生物信息学实验等实验教学应不少于450学时。实验教学中应加强实验室安全意识和安全防护技能教育,注重培养学生的创新意识和实践能力。实验教学中应构建基础实验一综合性实验一研究性实验的多层次实验教学体系,其中综合性实验与研究性实验的学时数不少于总实验学时数的20%。生物信息学实验教学应介绍生物信息学常用分析工具及具体使用实例,提高学生的操作能力。在理论课程中引人大型课程设计项目以加强教学实践环节。经过实验、实践教学的培养与训练,学生应具备独立完成规定的生物信息学分析的能力。欲获得生物信息学专业学士学位的学生,须通过毕业论文(设计)答辩,初步形成从事科学研究工作或担负专门技术工作的能力。毕业论文(设计)应安排在第四学年进行,原则上为1个学期。
2、核心课程体系
核心课程体系是实现专业人才培养目标的关键。各高校应根据人才培养目标,将上述核心知识领域的内容组合成核心课程,并适当增加本校研究或应用特色内容,形成专业核心课程体系。核心课程的名称、学分、学时和教学要求及课程顺序等由各高校根据学科的内在逻辑顺序和学生的知识、素质、能力形成的规律自主确定。
专业理论课程可以参照以下建议名称设置:
专业基础核心课程:普通生物学(1)、生物化学(2)、细胞生物学(3)、遗传学(4)、算法与数据结构(5)、数据库基础(6)。
专业核心课程:生物信息学导论(7)、生物统计学(8)、基因组分析(9)、大数据挖掘(10)等。
知识体系
1、通识类知识
除国家规定的教学内容外,人文社会科学、外语、计算机及信息技术、体育、艺术、学科导论等内容由各高校根据办学定位与人才培养目标确定。学科导论应讲授该专业发展史和现状。
2、 学科基础知识
主要包括大学数学(含微积分、线性代数)、统计学(概率论与数理统计)、大学物理、大学化学和大学计算机。化学主要包括无机化学、有机化学、物理化学等基础知识。计算机包括编程等基本技能。设置统计学在生物信息领域应用的内容,如生物统计学。数学、统计学、物理学、化学和计算机的教学内容应不低于教育部相关课程教学指导委员会制定的基本要求。各高校可根据自身人才培养定位提高数学、物理学、化学、计算机以及统计学的教学要求,以加强学生的相关基础。
3、专业知识
专业知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若千个知识点。知识单元又分为核心知识单元和非核心知识单元。核心知识单元是专业教学中必要的最基本知识单元;非核心知识单元是核心知识单元的补充和扩展。核心知识单元的选择是最基本的共性教学规范,非核心知识单元的选择体现各校的优势与特色。生物信息学专业核心知识领域应包括生命科学基础、信息科学与技术、生物信息学原理及应用三个知识领域。三个知识领域课程各占专业核心课程1/3左右的学时。生命科学基础包括生物化学、细胞与分子生物学以及遗传学:信息科学与技术包括程序设计、数据结构与算法、信息论、数据库基础与数据挖掘等;生物信息学原理及应用包括生物统计学、生物信息学以及基因组学等。各知识领域所包含的知识单元见附表:
上述知识领域及其知识单元代表获得生物信息学专业学士学位必须具备的知识。核心知识单元是该专业知识体系和组建课程的最基本要求。各高校可以根据具体情况自行选择非核心知识单元。核心单元可安排在本科阶段的专业基础课程中,也可安排在专业课程(含专业选修课程)中。核心的概念意味着必须具备,而并不限定它必须安排在哪些课程内。
表中括弧内数字为学时数,表示以传统方式在课堂上授课的时间(课时),应注意以下三点:
(1)不限定授课方式。除了传统的课堂授课方式,在教育技术与手段不断进步和教学资源信息化不断提高的情况下,应提倡研究型、探究式教学等方式。采取这些教学方式,不一定用学时来衡量。为了便于统一与比较,该标准仍然采用学时作为单位。因此,学时与教学方式没有直接关系。
(2)学时数不包含课外的时间,即不包含教师的准备时间和学生花在课堂外的时间。
主要实践性教学环节
主要包括专业类实践与实习、毕业论文(设计)、科研训练和工程训练等。
1、师资队伍数量和结构要求(新开办专业准入要求)
专任教师数量和结构满足该专业教学需要,生师比不高于18:1。
新开办专业至少应有6名专任教师。
专任教师中具有硕士、博士学位的比例不低于85%。
专任教师中具有高级职称的比例不低于30%。
35岁以下专任教师应具有相关专业硕士及以上学位,实验技术人员应具有相关专业本科及以上学历。
2、教师的职业素质要求
专业带头人应具备高级专业技术职务,有较强的教学组织能力,有从事生物信息学教学和科学研究经历。专任教师应具有生物信息学或相关学科的教育背景,能准确把握高等教育的教育教学规律,系统了解生物信息学专业的专业知识和专业技能,熟练运用现代教育理念和教学技术,掌握生物信息学发展的最新动态。
教师应忠实履行教师岗位职责,教书育人,从严执教,为人师表。教师的课堂教学、实践指导总体上能满足人才培养目标的要求,教学效果较好,学生基本满意。积极参与教学研究、教学改革和课程建设,积极参与教师专业发展。熟练运用现代教学手段,并与传统教学方法相结合,不断探索更新教学内容及其表现形式,增强课堂教学效果;重视对教学方法的研究,提高授课水平。教师应积极参与科学研究,严谨治学,遵守学术道德规范,有较为稳定的科研方向。科研与教学紧密结合,科研促教学成效明显,并取得一定的科研成果。
3、教师发展环境
建立基层教学组织,健全教学研讨、老教师传帮带、集体备课和教学难点重点研讨等机制,并为教师提供良好的工作环境和工作条件。加强教师专业职业资格和任职经历的培养,实施教师上岗资格制度、青年教师助教制度、青年教师任课试讲制度;建立确保正副教授必须为本科生上课的制度;实施青年教师培养计划,建立高效的青年教师专业发展机制,使青年教师能够尽快掌握教学技能,传承学校优良教学传统。鼓励和支持教师开展教学研究与教学改革、学术研究与交流以及社会服务等工作。加强教育理念、教学方法和教学技术培训,提高专任教师的教学能力和教学水平。设置教学质量保证和监控体系,促进教学管理的科学化和规范化,建立科学合理的教学绩效考评机制。
教学设施
1、教学实验室
生物信息学专业教学实验室包括基础生物学系列实验室和生物信息学专业教学机房。基础生物学教学实验室建设及环保要求应符合国家规范标准。每名学生拥有的实验仪器设备数量、专业实验室仪器设备的固定资产总额、开设实验内容等,各高校可根据自己的专业特色和具体情况有所侧重,但必须符合基础生物学相关实验课程和生物信息学发展前沿的要求。教学实验室必须能够开展基础生物学、微生物学、生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因组学、蛋白质组学以及结构生物学等相关实验课程的教学。新开办专业初期一次性投入应不低于300万元,并随着学科发展及物价水平的变化,适时增加必需的仪器设备及人均实验经费。
(1)所有教学实验室的生均使用面积不小于2.5平方米。
(2)保证教学实验室的照明、通风设施良好,水、电、气管道及网络走线等布局安全、合理,符合国家规范。生物学实验台应耐化学腐蚀,并具有防水和阻燃性能。
(3)生物学教学实验室消防安全符合国家标准。应配备防护眼罩,装配喷淋器和洗眼器,备有急救药箱和常规药品,具有应急处理预案。生物学教学实验室内化学品、生物制品、生化试剂的购置、存放和管理符合国家有关规定。实验室压力容器的使用和管理应符合国家标准。
(4)生物学教学实验室具有符合环保要求的“三废”收集和处理措施。噪声应低于55分贝;具有通风设备的实验室,噪声应控制在70分贝以下。
(5)由于生物信息学网络资源分布在世界各地,生物信息学专业教学机房应满足生物信息学教学中对国际生物信息学网络资源访问的要求。
(6)生物信息学专业教学机房必须配备专业教学服务器,服务器的配置必须符合教学内容设置。除了安装必要的基础生物信息学教学软件外,各高校可根据实际情况强化自身的特点,如前沿的高性能计算课程必需的中央处理器(CPU)、 云平台等教学设施和大数据分析及开发相关的框架与平台等。
2、教学实验仪器
(1)基本要求
生均占有教学科研仪器设备值不低于5000元;基础实验仪器设备配备每人1套,专业基础实验仪器设备配置每2人1套,专业实验仪器设备配置每4-5人1套。
(2)运行要求
仪器设备完好率应保证在95%以上,运行维护费要保证在仪器设备总值的5%以上。
(3)更新要求
一般情况下,机电设备平均年更新改造率应保证在8%以上,计算机(包括教学服务器)20%以上。
3、实验教师配备
每名教师同时指导学生实验的人数不能超过32人,并配备必要的教辅人员和研究生助教。
4、实践基地
(1)实习与实训基地
各高校应根据本校生物信息学专业特色和学生的就业去向,与科研院所、学校、行业、企业加强合作,建立相对稳定、具有特色的实习与实训基地,满足该专业人才培养的需要。
(2)科技活动基地
建立大学生科技创新活动基地,开设一定数量因材施教、 开发学生潜能、促进课程教学与实践的科技创新项目。
信息资源
1、基本信息资源
通过手册或者网站等形式,提供该专业的详细培养方案,各课程的教学大纲、教学要求、考核要求,毕业审核要求等基本教学信息。
2、教材及参考书
选用的教材应当具有代表性,符合教学大纲或专业规范。公共课、专业基础课、专业课教材及(上机)实验指导书可根据本校学科优势和特色,选择部分符合教学基本要求的自编教材或讲义,以及相应的实验实习指导书或讲义。有条件的高校可选择反映国际水平的外文版教材,积极稳妥地开展双语或全英语数学。有条件的高校应该积极组织教师编写高水平教材。在重视纸质教材建设的同时,加强多媒体网络等教学资源建设。
3、图书信息资源
根据生物信息学专业建设、课程建设和学科发展的需要,加强图书资料建设。注重制度建设和规范管理,保证图书资料采购经费的投入,使之更好地为教学科研工作服务。图书资料应包括纸质、光盘、声像、数据库等各种载体的中外文期刊和图书资料。
应在学校和学院相关规章制度、质量监控体制机制建设的基础上,结合本校定位,建立专业教学质量监控和学生学习状态及发展跟踪机制。
1、教学过程质量监控机制要求
应对主要教学环节(包括理论课、实验室课等)建立质量监控机制,使主要教学环节的实施过程处于有效监控状态;各主要教学环节应有明确的质量要求;应对课程体系设置和主要教学环节教学质量建立定期评价机制,评价时应重视学生与校内外专家的意见。对培养方案制定、教学大纲编制、教材选用、课堂教学、课程考核、实验教学、专业实践与实习、毕业论文(设计)、学生课外科研训练、实验室建设、校外专业实践与实习基地建设等主要教学环节和教学场所,以及教风和学风应有明确的质量标准与教学要求,监督和保障到位。
2、毕业生跟踪反馈机制要求
应建立毕业生跟踪反馈机制,及时掌握毕业生就业去向和就业质量、毕业生职业满意度和工作成就感、用人单位对毕业生的满意度等;应采用科学的方法对毕业生跟踪反馈信息进行统计分析,形成分析报告,作为质量改进的主要依据。
3、专业的持续改进机制要求
应建立持续改进机制,针对教学过程中存在的问题和薄弱环节,采取有效的纠正与预防措施,进行持续改进,不断提升教学质量。定期举行学生评教和专家评教活动,及时了解和处理教学中出现的问题;定期开展专业评估,及时解决专业发展和建设过程中的问题;定期举行毕业生、用人单位意见征求活动,吸纳行业、企业专家参与专业教学指导工作,形成定期修订完善培养方案的有效机制。
生物信息课程体系建设
1、课程建设目标和指导方针
要逐步建立面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系,培养本科生的人文素养与科学素养,公共基础理论及专业理论相辅相乘,重视学生理工生物医学全方面素质提高,重点突出学生实践能力的人才培养方针,并在实践中培养具有创新思维能力的优秀高端生物信息学专业人才。
2、生物信息学课程体系建设方案
考虑到生物信息学多学科交叉特点和国家大学生培养要求,及学生未来就业深造所必需的基础和专业能力学校提出生物信息学专业人才培养课程体系主要的课程如下:
(1)公共基础课程(国家限修课):政治理论课程、公共外语、体育。
(2)生物医学基础课程:解剖生理学、发育生物学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、生物技术实验、分子药理学等。
(3)计算机基础课程:计算机基础、高级语言程序设计(C++&JAVA)、数据结构、Perl语言程序设计、数据库系统原理、Linux操作系统与程序设计等。
(上述课程均含上机实践)。
(4)数学基础课程:数学分析、高等代数、概率论与数理统计等。
(5)专业基础课程:生物统计学、生物信息学概论、生物信息数据挖掘、生物信息软件设计与开发、专业外语等(上述课程均含实验)。
(6)专业课程:生物芯片技术、分子进化、分子生物网络、基因组信息学、蛋白质组信息学、药物基因组信息学、统计遗传学、计算机辅助药物设计等
(上述课程均含实验)。
(7)综合实践课程:课题标书设计、科研论文写作、生物信息学进展等。生物信息学专业建设要加强该专业学生的数学基础Gt算机科学与技术基础和生物科学与技术基础的教学,这是该专业学生区别于生物技术、计算机及信息科学等专业学生的主要特征。
生物信息学专业建设还要在课程设置上做到有侧重,求精而不求全。从学科交叉的角度上讲,该专业培养的学生在具备扎实的计算机应用技术的同时,又必须充分掌握生物信息学所必需的生物学理论基础,这样才能保证该专业学生真正的做到学以致用。但是,由于交叉学科的特殊性,该专业不能够简单的照抄照搬生物学专业的教学课程,在众多生物学相关的课程中学校必须有所选择。所以,该专业课程设置也必须以学校的学科定位为依据,在达到学科标准的基础上,突出自己的特色,即计算机相关课程的选择应当以解决生物学关键问题为目的,而对于生物学及计算机等相关课程的设置要做到求精而不求全。
教学内容改革
多数高校的生物信息专业教学内容都来源于经验性或借鉴其他培养单位,但生物信息学属于快速发展的前沿学科,各种技术、方法日新月异,老旧的课本知识完全无法适应用人单位的需求。以对基因测序为例,多数教材以介绍第一代测序方法为主,而现今第三代测序技术都已有了较多的应用。因此应该立足于各领域对生物信息学的不同需求,根据学校自身特点,科学确立教学目标,及时系统地总结规划课程内容。首先,可以将生物信息专业细分为不同方向,对各方向确定应该深入讲解的特别课程,以及普通的课程,同时实现课程知识覆盖面广和课程内容深度足;第二,加强相似课程之间的交流与研讨,降低课程内容重复度,合理利用教学资源;第三,开设2~3门前沿技术课程,根据当前生物信息学的发展现状,为学生教授最新的技术与方法;第四,通过灵活应用多媒体教学、双语教学、师生互动、实践与教学结合等多种教学手,活跃课堂气氛,激发学生学习热情,提高教学效率。
加强师资力量建设
授课教师的水平直接影响授课质量。学校应该鼓励资助骨干教师多参加学习与进修,培养批真正的生物信息学交叉学科教师;加强学科授课教师之间的交流,组建一支真正的交叉学科教学团队,多组织名师讲坛,促进交流与学习,提高授课教师的教学水平。
构建实践平台
生物信息学专业建设还应该注重实践:一是生物信息学本身是实践性较强的学科,在科学发展、专业建设、教学环节中都加大实践教学的力度,增强学生的动手能力和分析问题及解决问题的能力。传统教学模式中的实践一般仅包含上机使用软件等过程,并没有真正发挥学生的动手能力。应该将学生放入实际工作中,根据学生兴趣,让其参与老师的科研项目,鼓励其独立完成子课题;二是在校外企业、医院等建立实习基地,与企业、科研机构等用人单位合作让学生参与实习,将自己所学的课堂知识用于实践,并从实践中学习新的知识。通过构建上述类似的大学生实践、实习平台,才能实现“教、学、研”一体化的创新教学模式,调动学生学习兴趣,使其积极参与其中并提高学生的实际动手能力,以符合社会的用人需求。学生利用假期参加社会实践,也为将来工作打下了坚实的基础。按照这样的指导思想,该专业建设将在专业发展战略的高度上,制定和修订具有创新性的人才培养模式和方案,促进教学团队的形成,改革和优化课程体系,推进教育教学改革,加强教材、教学资源及专业实践教学平台建设,形成自己的办学特色和优势。
(生物信息学专业培养模式代表学院:武汉东湖学院生命科学与化学学院)
该专业培养具备生命科学和医学基础知识,掌握与生物信息学相关的信息科学、计算机科学、数学和生物技术等基本理论知识和技能,实践能力强,受过严格的科学实验训练,具备较强的知识更新能力和创新能力的高素质人才。
生物学、遗传学、生物化学与分子生物学、生物物理学。
生物信息学专业毕业后可在教育、科研等事业单位从事教学与科研工作;或考取公务员在政府管理部门工作;或进入生物信息、基因检测等企业单位从事数据分析、产品设计或生产等工作;亦可考取研究生继续深造学业。
(开设院校参考资料来源:)