生物信息學(xué)浪潮下動(dòng)植物檢疫專業(yè)教學(xué)策略研究

摘要生物信息學(xué)快速崛起，高通量測序、生物大數(shù)據(jù)、專業(yè)數(shù)據(jù)庫和多維組學(xué)等生物信息學(xué)技術(shù)日漸普及，該學(xué)科與醫(yī)藥、生物和農(nóng)學(xué)等生命類學(xué)科正深度交叉融合。實(shí)踐中，少數(shù)農(nóng)林院校開設(shè)的動(dòng)植物檢疫專業(yè)的本科生人才培養(yǎng)體系中有專業(yè)針對(duì)性的生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程尚待完善，部分現(xiàn)有的課程設(shè)置已不完全符合未來信息化背景下專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。本文分析了動(dòng)植物檢疫專業(yè)教學(xué)與生物信息學(xué)交叉融合程度有待提升的原因，從重要性認(rèn)識(shí)提升、課程體系更新、師資力量建設(shè)及教學(xué)案例建設(shè)4個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐。關(guān)鍵詞動(dòng)植物檢疫；生物信息學(xué)；跨學(xué)科融合；生物數(shù)據(jù)庫當(dāng)前，生物信息學(xué)學(xué)科正迅速崛起，成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域不可或缺的學(xué)科之一。其背后的高通量測序技術(shù)、組學(xué)大數(shù)據(jù)以及龐大的生物數(shù)據(jù)庫已成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究的重要支柱[1]。生物信息學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物和農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域，為解決健康、環(huán)境和食品安全等問題提供一定的可能性。生物信息學(xué)的重要性日漸凸顯，實(shí)踐中部分農(nóng)林院校的動(dòng)植物檢疫專業(yè)與生物信息學(xué)之間的關(guān)聯(lián)尚待進(jìn)一步加深，專門為動(dòng)植物檢疫專業(yè)學(xué)生開設(shè)的生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程有限，可能導(dǎo)致學(xué)生無法及時(shí)獲得必要的生物信息學(xué)技能和知識(shí)，以應(yīng)對(duì)未來專業(yè)信息化發(fā)展的挑戰(zhàn)[2]。動(dòng)植物檢疫工作在實(shí)踐中發(fā)揮的作用越來越明顯[3]，不僅有利于確保食品安全和阻止病害傳播，還能積極保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)免受入侵物種的威脅等[4]。因此，采用先進(jìn)的信息化工具和技術(shù)來支持決策制定和實(shí)施至關(guān)重要。目前，生物信息學(xué)技術(shù)在動(dòng)植物檢疫工作中得到廣泛應(yīng)用[5]。在病原菌檢測中，利用大數(shù)據(jù)可以監(jiān)測傳播趨勢，并預(yù)測病原菌的變異。利用高通量測序技術(shù)能夠快速識(shí)別和鑒定不同的病原菌株，并采取針對(duì)性的控制措施。生物信息學(xué)技術(shù)也可用于識(shí)別不明生物物種，尤其是檢測入侵物種。通過比對(duì)DNA條形碼數(shù)據(jù)或基因組數(shù)據(jù)，檢疫人員可以準(zhǔn)確鑒定風(fēng)險(xiǎn)物種。通過大規(guī)?；蚪M數(shù)據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹和分析病原群體間的遺傳關(guān)系，可以研究風(fēng)險(xiǎn)物種的進(jìn)化和親緣關(guān)系，揭示遺傳特征、抗藥性和適應(yīng)性。生物信息學(xué)可用于生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)估[6-7]。通過分析環(huán)境DNA數(shù)據(jù)，檢測生態(tài)系統(tǒng)中物種的多樣性，有助于及早發(fā)現(xiàn)生態(tài)異常情況和監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的跡象。此外，生物信息學(xué)技術(shù)還可以用于構(gòu)建專業(yè)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)數(shù)據(jù)挖掘工具，并提供決策支持，以制定更有效的檢疫策略等。實(shí)踐中，動(dòng)植物檢疫專業(yè)教育要積極迎接信息化挑戰(zhàn)，包括重塑本科課程結(jié)構(gòu)，以確保學(xué)生能熟練掌握生物信息學(xué)的基本技能，如數(shù)據(jù)庫條目檢索、DNA條形碼數(shù)據(jù)分析、病原系統(tǒng)發(fā)生分析和以基因組為代表的組學(xué)數(shù)據(jù)分析等。動(dòng)植物檢疫本科課程體系中引入專門的生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程，可幫助學(xué)生拓寬職業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，使其在動(dòng)植物檢疫領(lǐng)域取得成就。本文分析動(dòng)植物檢疫專業(yè)教學(xué)與生物信息學(xué)交叉融合程度有待提升的原因，從重要性認(rèn)識(shí)提升、課程體系更新、師資力量建設(shè)及教學(xué)案例建設(shè)4個(gè)方面提出了教學(xué)改革實(shí)踐。1農(nóng)業(yè)院校動(dòng)植物檢疫專業(yè)現(xiàn)狀分析1.1對(duì)專業(yè)的重要程度與重視意識(shí)方面生物信息學(xué)與動(dòng)植物檢疫專業(yè)的融合有助于重構(gòu)和拓展學(xué)科內(nèi)涵，促進(jìn)學(xué)科與時(shí)俱進(jìn)發(fā)展，并為學(xué)生提供更廣泛的就業(yè)機(jī)會(huì)。實(shí)踐中，部分農(nóng)林院?？赡軙何闯浞终J(rèn)識(shí)到將生物信息學(xué)融入動(dòng)植物檢疫專業(yè)的潛力和重要性，部分院?？赡軐?duì)農(nóng)林專業(yè)與信息技術(shù)領(lǐng)域融合的重視程度不足，可能會(huì)使得專業(yè)教學(xué)暫未及時(shí)改革創(chuàng)新[8]。同時(shí)，動(dòng)植物檢疫專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)入的行業(yè)領(lǐng)域?qū)ι镄畔W(xué)的未來巨大價(jià)值認(rèn)識(shí)不夠充分，行業(yè)倒逼高校課程改革的推力尚待進(jìn)一步增強(qiáng)，因此部分院校對(duì)其主動(dòng)改革的緊迫感不深。學(xué)生通常傾向于選擇職業(yè)前景明確的相關(guān)課程，生物信息學(xué)領(lǐng)域的職業(yè)路徑可能相對(duì)模糊，對(duì)生物信息學(xué)及本專業(yè)未來職業(yè)發(fā)展的影響有待深入認(rèn)識(shí)。因此，學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)的興趣尚待進(jìn)一步提升，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)專業(yè)技能的動(dòng)力有待進(jìn)一步增強(qiáng)，以在未來職業(yè)競爭中獲得專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢。1.2專業(yè)課程體系設(shè)置方面部分農(nóng)林院校的動(dòng)植物檢疫專業(yè)課程設(shè)置未能與時(shí)俱進(jìn)，課程內(nèi)容以農(nóng)林科學(xué)、生物學(xué)和生態(tài)學(xué)等為主，專業(yè)課程體系中尚待進(jìn)一步增加生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程板塊[9]。生物信息學(xué)是不斷演進(jìn)的學(xué)科領(lǐng)域，新的工具和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在已有專業(yè)課程中，涉及生物信息學(xué)技術(shù)的部分也有待及時(shí)更新，以納入生物信息學(xué)的最新前沿發(fā)展技術(shù)。部分學(xué)?？赡茉谡n程設(shè)置中未能給予生物信息學(xué)課程足夠的重視，或者賦予的權(quán)重有待提高，僅將其納入拓展選修課范疇，學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)投入熱情有待進(jìn)一步激發(fā)。這導(dǎo)致教育體系可能與信息化發(fā)展水平的匹配度有待進(jìn)一步提升，使學(xué)生獲得必要知識(shí)和技能的空間與機(jī)會(huì)有待進(jìn)一步擴(kuò)大，影響了對(duì)學(xué)生大數(shù)據(jù)和組學(xué)思維的培養(yǎng)，也可能影響農(nóng)林院校的學(xué)科競爭力。1.3跨學(xué)科背景的師資力量方面生物信息學(xué)是一門集信息學(xué)、生物學(xué)、基因組學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的跨專業(yè)學(xué)科。在部分農(nóng)林院校，具備多重學(xué)科背景的教師隊(duì)伍有待進(jìn)一步壯大，這類教師既懂得生物信息學(xué)的專業(yè)知識(shí)，又能熟練掌握生物信息學(xué)技能，同時(shí)熟知?jiǎng)又参餀z疫專業(yè)的背景和需求。培育壯大具有綜合背景的教師隊(duì)伍對(duì)促進(jìn)生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。因?yàn)樯镄畔W(xué)需要采用理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)方法，以便學(xué)生能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到動(dòng)植物檢疫的實(shí)際問題中，包括病害疫情傳播的數(shù)據(jù)處理和模型構(gòu)建，基因組數(shù)據(jù)分析，以及病害病原的高通量分子檢測等前沿交叉領(lǐng)域。實(shí)踐中，部分農(nóng)林高校在生物信息學(xué)教學(xué)方面可能存在硬件設(shè)施有待進(jìn)一步完善的情況，如部分教學(xué)機(jī)房中的計(jì)算機(jī)型號(hào)可能老舊，故障率偏高，性能參數(shù)無法滿足教學(xué)需求。暫缺少適用于生物信息學(xué)運(yùn)算的服務(wù)器或工作站，或者尚待采購云計(jì)算服務(wù)等。部分學(xué)?？赡苄枰哟罅Χ冉ㄔO(shè)校園全覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)一步提升多媒體教室的計(jì)算機(jī)性能，以滿足課堂演示教學(xué)需求。1.4課程內(nèi)容與專業(yè)結(jié)合的應(yīng)用范例方面在動(dòng)植物檢疫專業(yè)，生物信息學(xué)等課程教學(xué)的目的是解決本專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際問題[10]。因此，將生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容與本專業(yè)實(shí)際應(yīng)用范例相結(jié)合尤為重要。實(shí)踐中，部分農(nóng)業(yè)院校動(dòng)植物檢疫專業(yè)涉及生物信息學(xué)的教學(xué)內(nèi)容可能與本專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際問題和需求匹配度有待進(jìn)一步提升，本專業(yè)領(lǐng)域真實(shí)的應(yīng)用范例有待進(jìn)一步增加，如海關(guān)檢驗(yàn)檢疫部門檢疫性病害病原實(shí)驗(yàn)室檢測、農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地檢測和口岸檢驗(yàn)檢疫的真實(shí)案例等。部分學(xué)生以跨專業(yè)選修課學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的入門課程，可能會(huì)因與本專業(yè)的聯(lián)系程度不高而導(dǎo)致教學(xué)最終效果不夠理想。2動(dòng)植物檢疫專業(yè)生物信息學(xué)教學(xué)的優(yōu)化策略2.1提高重要性認(rèn)知度首先，農(nóng)業(yè)院校動(dòng)植物檢疫專業(yè)以及其所在學(xué)院層面應(yīng)加強(qiáng)宣傳和推廣。例如，通過舉辦專題講座、主題班會(huì)、學(xué)生會(huì)科協(xié)研討會(huì)和信息化科普等活動(dòng)，幫助提高專業(yè)教師和學(xué)生對(duì)生物信息學(xué)的興趣，提高其對(duì)新興交叉學(xué)科的認(rèn)知度。其次，在專業(yè)教師隊(duì)伍中深入貫徹信息化教學(xué)改革理念，鼓勵(lì)教師積極融入生物信息學(xué)的新內(nèi)容和新方法。加強(qiáng)對(duì)生物信息技術(shù)、生物大數(shù)據(jù)、高通量測序和組學(xué)思維等的教育，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到相關(guān)知識(shí)技能對(duì)未來職業(yè)發(fā)展的重要性。最后，組織本專業(yè)生物信息學(xué)技能競賽，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與并展示所學(xué)技能，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選拔實(shí)踐操作能力較強(qiáng)的學(xué)生，引導(dǎo)其孵育具有較高信息化水平和學(xué)科交叉特色的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。2.2更新專業(yè)課程體系首先，對(duì)動(dòng)植物檢疫專業(yè)的課程體系進(jìn)行適當(dāng)重構(gòu)。將生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)納入必修課范疇，包括生物信息學(xué)的基本知識(shí)、方法和分析技能等內(nèi)容。將課程內(nèi)容拆分為基礎(chǔ)模塊和拓展模塊，每個(gè)模塊涵蓋生物信息學(xué)的不同方面。例如，基礎(chǔ)模塊包括數(shù)據(jù)庫的檢索、分子檢測的數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)發(fā)生分析、高通量測序技術(shù)和基因組學(xué)基礎(chǔ)等，拓展模塊可以朝轉(zhuǎn)錄組學(xué)和宏基因組等方向延伸。學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人興趣或需求選擇拓展模塊，以使其學(xué)習(xí)路徑更加個(gè)性化。其次，定期審查和更新課程內(nèi)容，確保該課程與最新生物信息學(xué)技術(shù)和應(yīng)用密切相關(guān)。持續(xù)關(guān)注生物信息學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，定期更新課程內(nèi)容，以確保課程內(nèi)容保持前沿性。最后，建立緊密聯(lián)系的跨學(xué)科教研小組，促進(jìn)不同專業(yè)之間的合作和交流，有助于課程內(nèi)容充分反映專業(yè)特色和實(shí)際需求。2.3加強(qiáng)專業(yè)師資力量建設(shè)首先，培育壯大多重學(xué)科教師隊(duì)伍。積極招聘具備多重學(xué)科背景的教師，這類教師扮演跨學(xué)科橋梁的角色，不僅熟悉生物信息學(xué)，還深刻理解動(dòng)植物檢疫專業(yè)的需求，可以實(shí)現(xiàn)綜合性教育。同時(shí)，積極引導(dǎo)現(xiàn)有師資力量進(jìn)行跨專業(yè)聯(lián)合授課，鼓勵(lì)現(xiàn)有生物信息學(xué)專業(yè)教師加入動(dòng)植物檢疫專業(yè)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，確保專業(yè)知識(shí)講授的全面性。其次，設(shè)立跨學(xué)科聘用崗位，吸引具有生物信息學(xué)和專業(yè)領(lǐng)域背景的專家參與合作教學(xué)項(xiàng)目，提供跨學(xué)科視角。為現(xiàn)有動(dòng)植物檢疫專業(yè)教師提供生物信息學(xué)培訓(xùn)和進(jìn)修機(jī)會(huì)，包括參加研討會(huì)、培訓(xùn)課程以及提供在線學(xué)習(xí)資源等，以提高其在該領(lǐng)域的教學(xué)水平。最后，鼓勵(lì)教師積極參與生物信息學(xué)研究和應(yīng)用項(xiàng)目，這不僅可以豐富教師的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，還能使其將最新研究成果融入教學(xué)內(nèi)容，使課程教學(xué)內(nèi)容更具生動(dòng)性和前沿性。最后，設(shè)立教育激勵(lì)措施，鼓勵(lì)教師積極參與專業(yè)師資力量建設(shè)，包括獎(jiǎng)勵(lì)教師在生物信息學(xué)教育和研究方面的杰出貢獻(xiàn)。另外，逐步提升教學(xué)硬件設(shè)施水平，配套專業(yè)機(jī)房和購置服務(wù)器，并利用校園網(wǎng)絡(luò)選擇購買云計(jì)算服務(wù)等，以更好地服務(wù)于生物信息學(xué)教學(xué)。2.4引入實(shí)際應(yīng)用教學(xué)范例首先，在生物信息學(xué)基礎(chǔ)課程中大量引入與動(dòng)植物檢疫實(shí)際問題密切相關(guān)的生物信息學(xué)范例，讓其在實(shí)踐中學(xué)會(huì)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。該教學(xué)方法有利于學(xué)生更好地理解相關(guān)理論知識(shí)，并培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。其次，與行業(yè)相關(guān)單位或企業(yè)建立緊密的合作關(guān)系，從行業(yè)一線單位的工作和生產(chǎn)活動(dòng)中發(fā)掘教學(xué)案例。如與相關(guān)檢驗(yàn)檢疫部門建立合作關(guān)系，獲取病害疫情監(jiān)測、病原溯源等檢疫案例，以獲取真實(shí)的檢疫性病原分子檢測數(shù)據(jù)。將這些案例作為課程的組成部分，供學(xué)生分析和討論。再次，利用生物信息學(xué)工具和軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生模擬分析生物信息數(shù)據(jù)，如檢疫調(diào)查數(shù)據(jù)、分子檢測數(shù)據(jù)和基因組序列等，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中鍛煉相關(guān)技能。最后，開展動(dòng)植物檢疫專業(yè)與生物信息學(xué)融合的創(chuàng)新研究項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，幫助學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能，培養(yǎng)其實(shí)際應(yīng)用能力，使其豐富實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。3結(jié)語生物信息學(xué)在生命類學(xué)科中的應(yīng)用趨勢明顯。