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關(guān)鍵詞:生物信息學(xué);教學(xué)方法;醫(yī)學(xué)本科生
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1674-9324(2017)51-0146-03
生物信息學(xué)是20世紀(jì)80年代末隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng)而興起的一門(mén)新的交叉學(xué)科[1-2]。它包含了生物信息的獲取、處理、儲(chǔ)存、分發(fā)、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面;綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)的各種工具,來(lái)闡明和理解大量數(shù)據(jù)所包含的生物學(xué)意義。目前,生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)及藥學(xué)等多個(gè)學(xué)科。特別在科學(xué)研究工作中,生物信息學(xué)的作用逐步顯現(xiàn),越來(lái)越受到重視。近期,精準(zhǔn)醫(yī)療概念的提出與相應(yīng)模式的推進(jìn),進(jìn)一步強(qiáng)化了運(yùn)用生物信息學(xué)工具的要求。精準(zhǔn)醫(yī)療是將臨床信息、患者表型與基因蛋白譜進(jìn)行整合,從而為患者量身制定精準(zhǔn)診斷、預(yù)后及治療策略。因此在高通量測(cè)序產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的龐大組學(xué)數(shù)據(jù)中,只有依托生物信息學(xué)技術(shù),才能探尋基因突變、藥物靶向等隱含遺傳學(xué)奧秘的精確位點(diǎn),進(jìn)而提供可靠的個(gè)性化治療方案??梢?jiàn),生物信息學(xué)是精準(zhǔn)醫(yī)療的核心內(nèi)容之一。當(dāng)前,大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校均已開(kāi)設(shè)研究生生物信息學(xué)課程,但尚未將生物信息學(xué)正式列入本科生培養(yǎng)方案,以選修課形式開(kāi)設(shè)生物信息學(xué)課程的院校也極為鮮見(jiàn)。醫(yī)學(xué)本科生是祖國(guó)醫(yī)學(xué)的未來(lái),是臨床一線最直接的儲(chǔ)備軍,面對(duì)飛速發(fā)展的生物技術(shù)和以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的生物大數(shù)據(jù),如果現(xiàn)階段的醫(yī)學(xué)本科生還不能學(xué)會(huì)如何利用和解讀這些資源,這將大大阻礙臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展。綜上,一方面醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)ι镄畔W(xué)方面存在旺盛的需求,另一方面大多數(shù)院校均未正式開(kāi)設(shè)本科生生物信息學(xué)課程,造成生物信息學(xué)人才極度緊缺。針對(duì)這一現(xiàn)狀,筆者近年來(lái)圍繞在研的各項(xiàng)科研課題,選拔學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生,在學(xué)校開(kāi)展的各項(xiàng)大學(xué)生科研能力訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目支持下,吸收本科生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,對(duì)醫(yī)學(xué)類(lèi)本科生的生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐方面做了一些嘗試,培養(yǎng)了一些初步掌握生物信息學(xué)知識(shí)與方法的本科學(xué)生。在此對(duì)教學(xué)過(guò)程中的感想和體會(huì)做一簡(jiǎn)要總結(jié),并對(duì)本科生生物信息學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行了探討。
一、在醫(yī)學(xué)本科生中開(kāi)展生物信息學(xué)的教學(xué)實(shí)踐
(一)尊重學(xué)生的教育主體地位,實(shí)施因材施教
由于生物信息學(xué)涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等諸多學(xué)科相關(guān)知識(shí),所以一般情況下生物信息學(xué)科研實(shí)踐的開(kāi)展要遲于上述各門(mén)課程。在開(kāi)展的過(guò)程中,要充分考慮學(xué)生的自身?xiàng)l件,進(jìn)行分組施教。因?yàn)椴煌瑢W(xué)生對(duì)相關(guān)背景知識(shí)的掌握不同,會(huì)導(dǎo)致他們接受相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的快慢程度不一樣,因此要針對(duì)不同層次的學(xué)生開(kāi)設(shè)不同等級(jí)的實(shí)踐內(nèi)容。此外,根據(jù)學(xué)生將來(lái)從事的工作類(lèi)型導(dǎo)致的對(duì)生物信息學(xué)的需求不同,可有針對(duì)性地分成科研組和臨床組。如有些學(xué)生將來(lái)可能主要從事科研工作,因此希望掌握較多的生物信息學(xué)知識(shí),包括各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的使用、編程、復(fù)雜統(tǒng)計(jì)軟件的使用等等,這類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情比較高漲。
(二)構(gòu)建多學(xué)科教師組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì),實(shí)現(xiàn)知識(shí)的互補(bǔ)與整合
由于生物信息學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科,需要計(jì)算機(jī)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)等相關(guān)學(xué)科的共同發(fā)展來(lái)支撐。此外,生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)較為前沿,而且涉及的醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域較多。再加上目前生物信息學(xué)的專(zhuān)業(yè)教師缺少,這就限制了學(xué)科的發(fā)展。因此,在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該合理組建教學(xué)團(tuán)隊(duì),授課教師需要來(lái)自不同的專(zhuān)業(yè),了解本專(zhuān)業(yè)最新的知識(shí),教師之間相互學(xué)習(xí)溝通,將不同學(xué)科的相關(guān)知識(shí)整合起來(lái)[3],并需持續(xù)補(bǔ)充和學(xué)習(xí)生物信息學(xué)前沿知識(shí),在授課內(nèi)容上還要體現(xiàn)教師自身優(yōu)勢(shì)。這樣不但可以在知識(shí)結(jié)構(gòu)上互補(bǔ),還可以滿足不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的需求。
(三)圍繞教師在研科研課題和學(xué)術(shù)會(huì)議,追蹤醫(yī)學(xué)研究前沿
生物信息學(xué)是一門(mén)快速發(fā)展的學(xué)科。近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物技術(shù)以及醫(yī)學(xué)技術(shù)及醫(yī)療模式都在快速更新。因此醫(yī)學(xué)生生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)不能拘泥于原有教材。在進(jìn)行基礎(chǔ)和共性的知識(shí)教學(xué)時(shí)要利用教材。而對(duì)于前沿的知識(shí),教師一方面要結(jié)合在研的各項(xiàng)科研課題引入知識(shí)點(diǎn),另一方面可帶學(xué)生參加一些與生物信息學(xué)相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議,讓他們開(kāi)闊眼界,增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí),激發(fā)科研靈感。
(四)調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性,激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能
由于學(xué)生專(zhuān)業(yè)背景知識(shí)掌握程度差異較大,以及學(xué)生自身興趣不同,傳統(tǒng)的大班教學(xué)較難達(dá)到一致性的教學(xué)效果。因此,在教學(xué)過(guò)程中可以采取不同的分組方式以滿足學(xué)生不同的需求。由于現(xiàn)階段生物信息人才非常缺乏,因此在教學(xué)過(guò)程中,對(duì)于個(gè)別基礎(chǔ)較強(qiáng)的學(xué)生,教師可以有針對(duì)性地對(duì)他們進(jìn)行一些更深層次的培養(yǎng),充分挖掘?qū)W生的潛力,利用課余時(shí)間,合理安排一些“實(shí)戰(zhàn)”性任務(wù),通過(guò)實(shí)踐鍛煉,提升他們的專(zhuān)業(yè)科研素質(zhì),為當(dāng)代生物信息學(xué)的發(fā)展培養(yǎng)特色人才。如我校2009級(jí)臨床專(zhuān)業(yè)熊同學(xué)、2010級(jí)藥學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生熊同學(xué),都對(duì)生物信息學(xué)興趣非常濃厚,在科研實(shí)踐中表現(xiàn)得十分出色,充分利用課余和寒暑假時(shí)間,在老師的精心指導(dǎo)下,用perl語(yǔ)言成功編寫(xiě)出分析組學(xué)數(shù)據(jù)的一系列程序。在研究生面試時(shí),他們?cè)鷮?shí)的生物信息學(xué)功底獲得導(dǎo)師的青睞,并成功讀取/保送了國(guó)內(nèi)知名大學(xué)的研究生。
二、醫(yī)學(xué)本科生生物信息學(xué)教學(xué)方法、教學(xué)模式的探討
(一)PBL教學(xué)法在案例教學(xué)中的應(yīng)用
PBL(Problem-BasedLearning)教學(xué)法[4],也稱(chēng)作問(wèn)題式學(xué)習(xí)。生物信息學(xué)是一門(mén)操作性和實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科,要利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)和各種生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理軟件來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。目前,生物信息學(xué)已成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要工具。在實(shí)際訓(xùn)練中應(yīng)以問(wèn)題為導(dǎo)向,針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)盡量從實(shí)際的應(yīng)用案例出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)、進(jìn)行交流。注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題的能力,使學(xué)生能在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)會(huì)各種技能,如統(tǒng)計(jì)方法、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和軟件的基本使用、編程技巧及數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)用等。隨著生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,整合不同生物技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將有利于人們發(fā)現(xiàn)疾病致病相關(guān)位點(diǎn)和藥物作用靶點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的PBL教學(xué)實(shí)踐中,我們以代謝性疾病作為主要研究方向,對(duì)糖尿病、高膽固醇血癥及肝癌等展開(kāi)了疾病相關(guān)基因/位點(diǎn)的全基因組篩查。
(二)在教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮優(yōu)秀學(xué)生的引領(lǐng)作用,以點(diǎn)帶面
由于生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)研究中的重要性逐漸凸現(xiàn),因此要求參加科研實(shí)踐培訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)逐年增多。而目前生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)的老師相對(duì)缺乏,為了解決這一矛盾,我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)和科研中摸索出一種新的方法,即以“導(dǎo)師-學(xué)生雙向選擇制”遴選學(xué)生進(jìn)入老師課題組后,以?xún)?yōu)秀學(xué)生為中心,采用以點(diǎn)及面式訓(xùn)練。與以往的老師帶學(xué)生做試驗(yàn)的傳統(tǒng)模式不同,在培訓(xùn)中教師除作為指導(dǎo)老師外,還要善于在眾多的學(xué)生中發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀的人才,并對(duì)這些有天分的學(xué)生進(jìn)行精細(xì)培養(yǎng),然后以這些人才為中心點(diǎn),進(jìn)行放大,即由一個(gè)優(yōu)秀的學(xué)生指導(dǎo)幾個(gè)后參加培訓(xùn)的學(xué)生,在這幾個(gè)學(xué)生中再選出優(yōu)秀的學(xué)生作為下一輪的指導(dǎo)“老師”,這種以點(diǎn)帶面的特色實(shí)踐教學(xué)模式不但能節(jié)約大量教學(xué)資源,而且將最大限度地挖掘?qū)W生的科研潛力,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新素質(zhì)。
(三)以大學(xué)生的各類(lèi)科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為載體開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)
目前,科技創(chuàng)新已成為發(fā)達(dá)國(guó)家保持持久競(jìng)爭(zhēng)力的“法寶”。中國(guó)早在若干年前就確立了“科技興國(guó)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。大學(xué)生是祖國(guó)的未來(lái),大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是21世紀(jì)高校人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外眾多高校都開(kāi)展了多種形式的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃。因此,將生物信息學(xué)科研訓(xùn)練與學(xué)校開(kāi)展的各類(lèi)科研創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(如大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、“創(chuàng)新學(xué)分”或“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”等)相結(jié)合,將更加有效地利用各種資源,全面鍛煉學(xué)生的科研創(chuàng)新能力,例如,文獻(xiàn)的檢索與閱讀,各種組學(xué)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析,程序的編寫(xiě),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作,科研項(xiàng)目書(shū)的撰寫(xiě),科研論文的書(shū)寫(xiě)等。
(四)同步開(kāi)展科技文書(shū)的寫(xiě)作訓(xùn)練,總結(jié)成果保持學(xué)生的熱情
疾病的發(fā)生發(fā)展與特異基因的改變密切相關(guān),鑒定與疾病相關(guān)的基因是醫(yī)學(xué)科研工作的重要內(nèi)容之一。在科研實(shí)踐訓(xùn)練中,學(xué)生利用生物信息學(xué)方法,通過(guò)分析處理感興趣的數(shù)據(jù)(如基因組、轉(zhuǎn)錄組、單核苷酸多態(tài)性、全基因組關(guān)聯(lián)分析等),可挖掘出一些與疾病相關(guān)的內(nèi)在信息,或再通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果加以驗(yàn)證。教師可鼓勵(lì)學(xué)生將這些階段性的成果進(jìn)行發(fā)表,這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一種能力上的認(rèn)可,可以增加學(xué)生的科研信心,激發(fā)他們的科研熱情和動(dòng)力。此外還要鼓勵(lì)學(xué)生積極申請(qǐng)學(xué)校乃至全國(guó)性的大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等競(jìng)賽。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和挑戰(zhàn)激情,以便激勵(lì)他們?cè)诳蒲兄飞夏茉賱?chuàng)新高。如我校2012級(jí)本科生王同學(xué),從大學(xué)一年級(jí)開(kāi)始就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)生物信息學(xué)分析數(shù)據(jù),勤奮鉆研,已分別于2013和2014年發(fā)表了2篇核心文章,并已成功申請(qǐng)到我校大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”項(xiàng)目,在我校大學(xué)生作品“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽中獲得二等獎(jiǎng)。這些成果極大地鼓舞了同學(xué)們的科研熱情。
三、本科生生物信息學(xué)科研實(shí)踐中存在的問(wèn)題
隨著生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,越來(lái)越多的學(xué)生意識(shí)到這門(mén)學(xué)科的重要性,都積極參與實(shí)踐練習(xí)。而生物信息學(xué)實(shí)踐離不開(kāi)計(jì)算機(jī)這一硬件設(shè)備,同時(shí)由于生物數(shù)據(jù)量龐大,這就要求較高的計(jì)算機(jī)的配置。此外,現(xiàn)階段生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)教師比較缺乏,在一定程度上也會(huì)影響教學(xué)實(shí)踐的開(kāi)展。因此,對(duì)醫(yī)學(xué)本科生開(kāi)展生物信息學(xué)實(shí)踐訓(xùn)練尚需相關(guān)資源的配套和完善。
四、結(jié)語(yǔ)
本文主要探討了對(duì)醫(yī)學(xué)本科生開(kāi)展生物信息學(xué)科研實(shí)踐過(guò)程中的一些感想和體會(huì),并在多年教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上,總結(jié)出一種以科研為核心、學(xué)生為主體、訓(xùn)練項(xiàng)目為載體的科研實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式。當(dāng)前雖然一些醫(yī)學(xué)院校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)課程,但是在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式上還有很多不足,尚有待進(jìn)一步的摸索和改進(jìn)[5-6]。此外,我們要加大硬件設(shè)施的投入,并不斷加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè),積極參與教學(xué)改革,整合各種教學(xué)力量,從而提高生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量。
致謝:感謝南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心汪雁老師生前對(duì)本科生生物信息學(xué)教學(xué)方面的貢獻(xiàn)!
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【關(guān)鍵詞】移動(dòng)教學(xué)微課翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)生物信息學(xué)
【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.3【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2095-3089(2017)52-0104-02
生物信息學(xué)是20世紀(jì)80年代末隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng)而興起的一門(mén)新的交叉學(xué)科。它以生物學(xué)研究中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科中的知識(shí)與方法,對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、加工與存儲(chǔ),揭示這些數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)規(guī)律[1,2]。近年來(lái),隨著測(cè)序技術(shù)的革新,產(chǎn)生了海量的基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組、表觀組等組學(xué)數(shù)據(jù),以及序列和結(jié)構(gòu)變異數(shù)據(jù),生命科學(xué)研究者相應(yīng)配套開(kāi)發(fā)了大量的數(shù)據(jù)分析軟件和數(shù)據(jù)庫(kù),有力推動(dòng)了生命科學(xué)的發(fā)展。因此,開(kāi)展生物信息學(xué)課程對(duì)生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生至關(guān)重要。
為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),拓寬學(xué)生的就業(yè)方向,我國(guó)一些高等院校相繼開(kāi)設(shè)了生物信息學(xué)課程,有些高校還于近年設(shè)立了生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè),同時(shí)研究生的生物信息學(xué)訓(xùn)練也在日益加強(qiáng)[3]。但是由于該學(xué)科的發(fā)展日新月異,以及其交叉學(xué)科的特性,在教學(xué)過(guò)程中存在著教學(xué)大綱和學(xué)時(shí)不匹配、教材選擇較困難、理論和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)和學(xué)生重視程度不夠等諸多問(wèn)題[2],而這些問(wèn)題在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中不能夠很好地解決。近年來(lái),得益于信息化的快速發(fā)展,各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)課程擴(kuò)展了教學(xué)資源,增加了教師和學(xué)生間溝通的渠道,提高了有限課堂時(shí)間的教學(xué)效率,很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足[4]。筆者根據(jù)學(xué)習(xí)及教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題,基于生物信息學(xué)的課程特點(diǎn),擬探討傳統(tǒng)教學(xué)方法與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)資源有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式,為該課程的教學(xué)改革提供思路,并為提高教學(xué)效果提高方法和參考。
一、傳統(tǒng)教學(xué)模式及其存在的問(wèn)題
生物信息學(xué)是交叉學(xué)科,所涉及的基本概念廣,所要求具備的基本技能多,所包含的知識(shí)更新速度快,同時(shí)注重培養(yǎng)學(xué)生解決相應(yīng)實(shí)際問(wèn)題的能力,具有明顯的綜合性、前沿性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。在有限課時(shí)內(nèi)讓大部分學(xué)生理解當(dāng)前生物信息學(xué)主要理論知識(shí)、熟悉各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件的使用、掌握必要分析技能,這對(duì)于老師的講述和學(xué)生的學(xué)習(xí)都是不小挑戰(zhàn)。在生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)以下四個(gè)方面的問(wèn)題:
1.課程要求和課時(shí)數(shù)不匹配
生物信息學(xué)是近年來(lái),應(yīng)分析基因組等海量數(shù)據(jù)的迫切需求,而興起的一門(mén)新興交叉學(xué)科,要求學(xué)生不僅具備生物學(xué)的相關(guān)知識(shí),而且還需具備計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。對(duì)于生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,其信息科學(xué)背景知識(shí)薄弱,而且不同專(zhuān)業(yè)所講述的生物學(xué)知識(shí)也不盡相同,這就要求更多的時(shí)間介紹相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。另外,生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容更新速度快,教學(xué)內(nèi)容也需要更多的課時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展和更新。但是多數(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱中生物信息學(xué)課程的課時(shí)數(shù)非常有限,教學(xué)內(nèi)容多與課時(shí)數(shù)少的矛盾非常突出。
2.學(xué)生實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力訓(xùn)練不夠
生物信息學(xué)是一門(mén)高度強(qiáng)調(diào)實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力的學(xué)科,大多數(shù)學(xué)生此前沒(méi)有接觸過(guò)相關(guān)分析內(nèi)容,盡管興趣強(qiáng)烈,但是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生的需求。另外,學(xué)生畢業(yè)后不管是選擇從事生物信息相關(guān)行業(yè),還是選擇在生物信息學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)深造,都需要具備足夠的數(shù)據(jù)分析能力。教學(xué)過(guò)程中很難在有限的課時(shí)內(nèi)提升實(shí)驗(yàn)分析強(qiáng)度,個(gè)性化地解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)分析中遇到的問(wèn)題,幫助學(xué)生將強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣轉(zhuǎn)化為堅(jiān)實(shí)的分析技能。
3.教材更新速度過(guò)慢
生物信息學(xué)研究?jī)?nèi)容更新速度快,新領(lǐng)域、新問(wèn)題、新數(shù)據(jù)、新方法和新結(jié)論層出不窮。但是目前大部分生物信息學(xué)教材的主要講述內(nèi)容仍是基本的數(shù)據(jù)庫(kù)搜索、核酸和蛋白質(zhì)序列分析和序列比對(duì)等內(nèi)容,而目前主要的研究?jī)?nèi)容涉及較少,例如基于序列和結(jié)構(gòu)變異的群體遺傳研究和全基因組關(guān)聯(lián)分析研究。
4.學(xué)生專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)掌握不夠
生物信息學(xué)研究中絕大多數(shù)重要的數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件說(shuō)明、軟件日志和報(bào)錯(cuò)信息、科研文獻(xiàn)報(bào)道和教材等等都是英文表述。但是在教學(xué)過(guò)程中,一些數(shù)據(jù)庫(kù)的說(shuō)明和返回結(jié)果學(xué)生都表示理解起來(lái)很困難,自己動(dòng)手查閱的主動(dòng)性不夠,導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣,也挫敗了很多學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
二、現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)資源
1.微課
微課源于美國(guó)北愛(ài)荷華大學(xué)的LeRoyA.McGrew教授,其主題和重點(diǎn)突出,內(nèi)容短小精悍、交互性好,表現(xiàn)形式多樣,短時(shí)間內(nèi)有明確的教學(xué)目標(biāo),集中說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題。微課允許學(xué)生利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí),提供了泛在學(xué)習(xí)的可行性,有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,是傳統(tǒng)教學(xué)模式的有力補(bǔ)充[5]。目前各大高校都在提倡制作微課資源,并且公布與網(wǎng)絡(luò)之上,可在教學(xué)過(guò)程中加以引進(jìn)和應(yīng)用。
2.國(guó)家精品課程的網(wǎng)絡(luò)資源
國(guó)家精品課程是具有一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理等特點(diǎn)的示范性課程。國(guó)家精品課程資源網(wǎng)(http://jingpinke.com/)目前包括4000多門(mén)國(guó)家級(jí)精品課程,其中包括多個(gè)高校的生物信息學(xué)課程。學(xué)生可以課下利用便利的因特網(wǎng)和4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主學(xué)習(xí),不僅可以擴(kuò)展知識(shí)面,還可以對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)和鞏固。
3.網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課
網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課是指高校在網(wǎng)上提供課堂實(shí)錄的錄像,將優(yōu)勢(shì)教育資源呈現(xiàn)在全世界求知者前。目前網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課的資源非常豐富,不僅包括高校網(wǎng)站上的公開(kāi)資源,例如北京大學(xué)高歌老師等主講的生物信息學(xué)導(dǎo)論,還包括一些大型網(wǎng)站上的公開(kāi)課資源,例如網(wǎng)易公開(kāi)課、新浪公開(kāi)課、MOOC網(wǎng)和央視網(wǎng)的中國(guó)公開(kāi)課等等。另外,網(wǎng)絡(luò)上也有一些國(guó)外高校的公開(kāi)課程。
4.移動(dòng)教學(xué)資源
筆記本、手機(jī)和iPad等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工具的普及,不僅大大方便了人們的日常生活,也為生物信息學(xué)的教學(xué)改革提供了新的途徑。陳亮等將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工具引入生物信息學(xué)課堂教學(xué),事件證明移動(dòng)教學(xué)方法比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐興趣,提高學(xué)生的動(dòng)手能力,同時(shí)加強(qiáng)了師生間的互動(dòng),并最終提升了教學(xué)效果[6]。
三、網(wǎng)絡(luò)資源在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用模式探索
雖然目前關(guān)于生物信息學(xué)課程的網(wǎng)絡(luò)資源較多,但是在生物信息學(xué)相關(guān)教學(xué)工作中應(yīng)用的并不多,尤其是綜合翻轉(zhuǎn)課堂、微課和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等的新型教學(xué)方法的應(yīng)用。考慮到生物信息學(xué)這門(mén)新型交叉學(xué)科教學(xué)中存在的問(wèn)題,充分利用公共網(wǎng)絡(luò)資源和新型教學(xué)手段,勢(shì)在必行。具體原因和方法如下:
1.建立基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式
翻轉(zhuǎn)課堂是通過(guò)提前介紹教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo),并且公布相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的獲取地址和方法,讓學(xué)生在課前完成學(xué)習(xí)過(guò)程。然后在課堂時(shí)間,教師通過(guò)問(wèn)題收集、解答、探討和針對(duì)性輔導(dǎo)等形式,完成學(xué)生“內(nèi)化知識(shí)”的過(guò)程。通過(guò)課堂教學(xué)過(guò)程的翻轉(zhuǎn),將大量教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐分析翻轉(zhuǎn)到學(xué)生課前進(jìn)行,利用有限的課堂教學(xué)時(shí)間,組織學(xué)生開(kāi)展問(wèn)題探討和項(xiàng)目分析,協(xié)助學(xué)生掌握和消化復(fù)雜的生物信息理論和分析技能更好地內(nèi)化于心,有效解決教學(xué)內(nèi)容多與課時(shí)數(shù)不足的矛盾。
2.教學(xué)資源的進(jìn)一步完善
翻轉(zhuǎn)課堂需要將教學(xué)課件、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)資源地址、前期錄制的教學(xué)錄像和輔導(dǎo)資料等在學(xué)校教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行和實(shí)施,以便于學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和查閱。
3.教學(xué)平臺(tái)的搭建
作為高度強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)分析能力的一門(mén)學(xué)科,強(qiáng)化學(xué)生分析能力是重要的教學(xué)目標(biāo)。課程組需要搭建簡(jiǎn)易的生物信息服務(wù)器,并提前放置教學(xué)內(nèi)容所涉及的生物信息學(xué)軟件和例子數(shù)據(jù),然后在整個(gè)學(xué)期向?qū)W生開(kāi)放,便于學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn),強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合。
4.課程評(píng)價(jià)方式的改進(jìn)
為了督促大家在課前進(jìn)行學(xué)習(xí),需要將最終的期末考試分散在整個(gè)學(xué)期分別進(jìn)行,可以通過(guò)提問(wèn)和課堂測(cè)驗(yàn)的方法考核學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況,并記入期末考試成績(jī)。另外在期末考試中,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y(cè)試,重點(diǎn)考察學(xué)生的實(shí)際數(shù)據(jù)分析能力,降低對(duì)記憶性知識(shí)點(diǎn)的考核,督促學(xué)生平時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析能力鍛煉,以達(dá)到生物信息學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)。
綜上所述,充分考慮生物信息學(xué)的課程特點(diǎn),探討傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題,通過(guò)教學(xué)模式和方法的改革,充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,解決在教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題,為該課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供參考。
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關(guān)鍵詞:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);教學(xué)實(shí)踐;教學(xué)方法;生物信息學(xué)
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)17-0208-03
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在神經(jīng)生理學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上提出的,模擬人類(lèi)大腦的結(jié)構(gòu)和思維方式處理、記憶信息的一門(mén)學(xué)科。具體來(lái)說(shuō),早在20世紀(jì)40年代,隨著醫(yī)學(xué)、生物學(xué)家們對(duì)人腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)、組成以及信息處理的工作原理的認(rèn)識(shí)越來(lái)越充分,有學(xué)者提出以數(shù)學(xué)和物理方法對(duì)人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象,并建立簡(jiǎn)化的模型,用以進(jìn)行信息處理,這種應(yīng)用類(lèi)似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型,稱(chēng)之為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN(Artificial Neural Network)[1]。
在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,各種待處理的對(duì)象(數(shù)據(jù)、特征、字符、抽象的模式等等)都可用神經(jīng)元處理單元表示。這些神經(jīng)元主要可以分為輸入神經(jīng)元、隱含神經(jīng)元和輸出神經(jīng)元三大類(lèi)。其作用各不相同,作為輸入神經(jīng)元的處理單元用來(lái)與外界產(chǎn)生連接,接收外界的信號(hào)輸入;隱含神經(jīng)元處于中間層,為信息處理的不可見(jiàn)層;輸出神經(jīng)元主要實(shí)現(xiàn)結(jié)果的輸出。神經(jīng)元之間相互連接,連接的權(quán)重反映了各神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度,神經(jīng)元之間的連接關(guān)系中蘊(yùn)含著信息的表示和處理。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要是在不同程度、不同層次上模擬大腦處理信息的風(fēng)格,具有非程序化、較強(qiáng)的適應(yīng)性、自組織性、并行分布式等特點(diǎn),其實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的變換和動(dòng)力學(xué)行為,涉及數(shù)學(xué)、生物學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科[1]。作為一門(mén)活躍的邊緣叉學(xué)科,在處理信息方面,相比于傳統(tǒng)人工智能方法具有非線性適應(yīng)性,成功地應(yīng)用于神經(jīng)專(zhuān)家系統(tǒng)、模式識(shí)別、組合優(yōu)化、預(yù)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域,尤其在生物信息學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。生物信息學(xué)是20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛯W(xué)科。人類(lèi)的基因中蘊(yùn)含著大量有用信息,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)這些海量的信息進(jìn)行識(shí)別與分類(lèi),進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)的生物信息學(xué)分析。如利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析疾病與基因序列的關(guān)系,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)的分析,蛋白質(zhì)互作位點(diǎn)的預(yù)測(cè)等等,都取得了很好的效果[2]。
因此,在生物信息相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生中開(kāi)設(shè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程尤為重要。經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展,已經(jīng)提出上百種的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,這就需要教師針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)背景,不同層次的學(xué)生,講授不同模型的核心思想、推導(dǎo)過(guò)程、實(shí)際應(yīng)用等等。本文主要根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在生物信息學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探討。
一、引導(dǎo)式教學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一門(mén)偏于理論分析的學(xué)科,傳統(tǒng)的教學(xué)模式,即首先講解模型的起源,接下來(lái)介紹模型的核心思想,然后就是一連串的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),面對(duì)滿黑板的公式,學(xué)生很難提起興趣去認(rèn)真學(xué)習(xí)相應(yīng)的模型。所以,如何激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,讓學(xué)生重視這門(mén)課程,更好地掌握課程內(nèi)容,掌握相關(guān)的模型理論基礎(chǔ)、核心思想,更好地服務(wù)于本專(zhuān)業(yè),是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)者亟待解決的問(wèn)題。
首先,在導(dǎo)課的時(shí)候要生動(dòng),以引起學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容的好奇心,讓學(xué)生有興趣投入到課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容中去。布盧姆說(shuō)過(guò):“最大的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)莫過(guò)于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有求知的興趣?!敝挥性谶@種動(dòng)機(jī)下的學(xué)習(xí),才會(huì)提高自身的主動(dòng)性與自覺(jué)性,達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的[3]。例如,在講解hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,通過(guò)舉例對(duì)蘋(píng)果、橘子的質(zhì)地、形狀、重量等特征的描述,運(yùn)用“0,1”進(jìn)行量化描述,然后應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行有效地分類(lèi);對(duì)于旅行商TSP問(wèn)題,也可以通過(guò)hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尋找到最優(yōu)路徑。那么,這些問(wèn)題是如何解決的呢?就需要大家來(lái)一起揭開(kāi)hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神秘面紗。其次,由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涉及大量的數(shù)學(xué)公式與數(shù)學(xué)方法,學(xué)生往往會(huì)有畏懼的心理,這就需要教師幫學(xué)生澄清思想誤區(qū),現(xiàn)在很多用于數(shù)據(jù)分析與計(jì)算的軟件,如matlab工具箱、R軟件里面都有很成熟的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件包,所以,學(xué)生只需要理解其工作原理、核心思想,學(xué)會(huì)使用現(xiàn)成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件包處理數(shù)據(jù),在熟練應(yīng)用程序包的基礎(chǔ)上,對(duì)相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化,改進(jìn),并且與其他的人工智能算法相結(jié)合,更好地為本專(zhuān)業(yè)服務(wù)。第三,在講授人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論內(nèi)容的時(shí)候,要摒棄傳統(tǒng)的呆板式的推導(dǎo)過(guò)程,以往的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法注重理論分析,通常是一連串的公式推導(dǎo),公式中又涉及大量的符號(hào),計(jì)算起來(lái)復(fù)雜又煩瑣,學(xué)生會(huì)覺(jué)得索然無(wú)趣,厭學(xué)情緒嚴(yán)重。在教學(xué)過(guò)程中,教師要精心設(shè)計(jì),創(chuàng)設(shè)出特定的問(wèn)題環(huán)境,將所學(xué)內(nèi)容與本專(zhuān)業(yè)相結(jié)合起來(lái),多講應(yīng)用,啟發(fā)和誘導(dǎo)學(xué)生選取合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)解決本專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理等問(wèn)題。
二、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合
除了在理論課堂上將基本的理論知識(shí)傳輸給學(xué)生,教師還應(yīng)該安排若干實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生以實(shí)驗(yàn)為主,將理論課上所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題中來(lái),理論聯(lián)系實(shí)際,主動(dòng)操作思考,觀察,分析,討論,以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。一旦學(xué)生自己動(dòng)手處理一些問(wèn)題后,很自然地就會(huì)對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一種親切感,并能強(qiáng)烈激發(fā)起學(xué)生繼續(xù)探究下去的興趣。對(duì)于同一問(wèn)題,可以讓學(xué)生選取不同的網(wǎng)絡(luò)模型,設(shè)置不同的參數(shù),甚至可以讓學(xué)生自己動(dòng)手編寫(xiě)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型程序,并且給予改進(jìn),根據(jù)得出的結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)模型在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的好壞,以及模型改進(jìn)的效果。作為授課教師,需要不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,在生物信息學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程,實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是針對(duì)生物信息專(zhuān)業(yè)的海量生物數(shù)據(jù)處理與分析的實(shí)際需要,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和生物信息學(xué)知識(shí),進(jìn)行信息的分析與處理。除了在實(shí)驗(yàn)課堂上給學(xué)生最大的自由發(fā)揮空間外,課后作業(yè)也盡量以開(kāi)放式問(wèn)題的形式給出,比如,可以讓學(xué)生選取相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型處理本專(zhuān)業(yè)的一些實(shí)際問(wèn)題,例如,數(shù)據(jù)的分類(lèi)、聚類(lèi)等等,其中,數(shù)據(jù)來(lái)源可以不同,類(lèi)型也可自由選取,最后給出相應(yīng)的模型參數(shù)設(shè)置、方法的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果,也可以安排學(xué)生自己查詢(xún)文獻(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí),并安排學(xué)生作報(bào)告。這樣,學(xué)生可以在世界范圍內(nèi)了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在本專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用情況,又能提高英語(yǔ)的讀寫(xiě)能力,還能鍛煉學(xué)生做科研報(bào)告的能力。
三、加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)以及其他基本條件的建設(shè)
由于生物信息學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科[4],這就要求人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的授課教師要熟練掌握生物信息相關(guān)專(zhuān)業(yè)的知識(shí),教師的業(yè)務(wù)水平必須得到充分保證,才能給學(xué)生以全面透徹的指導(dǎo)。學(xué)院應(yīng)該本著自主培養(yǎng)與重點(diǎn)引進(jìn)的原則,優(yōu)化教師隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)和學(xué)歷結(jié)構(gòu),提高教師的自身修養(yǎng)。授課教師要將課堂的理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際生物問(wèn)題進(jìn)行講授,讓學(xué)生感受到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在本專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,同時(shí)也需要閱讀大量的專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn),提高編程技巧和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用能力,讓自己成為一名合格的復(fù)合型教師。同時(shí),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn),高度依賴(lài)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備,因此,相關(guān)的軟硬件設(shè)施的建設(shè)也必不可少,由于,基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,目前生物信息學(xué)研究所用的數(shù)據(jù)都是海量的,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練起來(lái)所需時(shí)間太長(zhǎng),不能用普通的電腦完成,需要專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器來(lái)處理,學(xué)校有關(guān)部門(mén)應(yīng)在條件允許的情況下,配備機(jī)房,購(gòu)買(mǎi)服務(wù)器,以及相關(guān)的軟件,為學(xué)生創(chuàng)造良好的環(huán)境,讓學(xué)生完成課程內(nèi)容。
最后,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、人工智能和神經(jīng)學(xué)等專(zhuān)業(yè)知識(shí),因此,需要授課教師加強(qiáng)與其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師的交流與合作,并滲透到授課過(guò)程中去,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)能將各專(zhuān)業(yè)聯(lián)系起來(lái),更好地解決生物信息學(xué)中的問(wèn)題,要想成為一名合格的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程教師,首先要成為一名復(fù)合型的教師,不僅要具備教學(xué)和科研能力,同時(shí)也要具備計(jì)算機(jī)、生物學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)。
參考文獻(xiàn):
[1]朱大奇,史慧.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
[2]朱偉,史定華,王翼飛.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].自然雜志,2003,(3):167-171.
[3]趙俊,李曉紅.趣味教學(xué)法在預(yù)防醫(yī)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生,2005,21(15):2089-2090.
DNA和組蛋白的甲基化修飾
DNA甲基化同眾多疾病的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān),特別是癌癥,其發(fā)生過(guò)程中癌細(xì)胞基因組整體的欠甲基化和局部區(qū)域的超甲基化是其典型特征。超甲基化體現(xiàn)在抑癌基因的啟動(dòng)子區(qū)被異常甲基化,整體的欠甲基化同重復(fù)序列(如轉(zhuǎn)座子)以及癌基因的啟動(dòng)子區(qū)的甲基化程度減小、基因組遺傳不穩(wěn)定性的增加密切相關(guān)。研究特定癌癥中超甲基化基因的工作較多,包括乳腺癌、結(jié)腸癌、髓細(xì)胞性白血病、肝癌和卵巢癌等。隨著高通量分析手段如ChIP-on-chip和ChIP-seq最近的發(fā)展,現(xiàn)在研究者真正能夠在基因組尺度分析基因組-表觀組相互作用及其對(duì)基因表達(dá)的影響。一些用于表觀組分析的生物信息學(xué)軟件也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái),如EpiGRAPH和Galaxy,兩者結(jié)合起來(lái)可以證實(shí)富含SNP的啟動(dòng)子的表觀遺傳學(xué)修飾。當(dāng)然還有一些較大規(guī)模的DNA甲基化相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù):如MethDB、MethyCancer、PubMeth和MethCancerDB。
MethDB和MethyCancer還提供了DNA甲基化的可視化工具。DNA甲基化是腫瘤的形成過(guò)程中可逆的表觀遺傳修飾,其過(guò)程是由DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMT)來(lái)完成的。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶已成為目前DNA去甲基化恢復(fù)抑癌基因功能的熱點(diǎn)靶分子,通過(guò)DN-MT抑制劑,可以使腫瘤中許多超甲基化的基因被重新激活。如DNMT抑制劑5-氮胞苷(5-azacyti-dine),能夠參與DNA的合成,通過(guò)阻斷DNMT在甲基化反應(yīng)中的中間步驟,導(dǎo)致細(xì)胞的DNMT被迅速清除同時(shí)造成基因組DNA的去甲基。5-氮胞苷的脫氧核糖類(lèi)似物,如5-aza-2'-deoxycytidine(decitabine)、Fazarabine、zebularine等也具有DNMT抑制劑的作用。
Xu等分析了啟動(dòng)子甲基化對(duì)BRCA1轉(zhuǎn)錄的影響,用5-aza-CdR和TSA瞬間處理UACC3199細(xì)胞系后,檢測(cè)到了BRCA1mRNA和BRCA1蛋白的重新表達(dá)。而用zebularine處理該細(xì)胞系,則不能誘導(dǎo)BRCA1的重新表達(dá)。CpG位點(diǎn)的甲基化可降低BRCA1啟動(dòng)子對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的易感性,這是嚴(yán)重甲基化的癌細(xì)胞中BRCA1下調(diào)機(jī)制之一。異染色質(zhì)蛋白1(HP1)是一種強(qiáng)轉(zhuǎn)錄抑制因子,位于濃縮的沉默染色質(zhì)區(qū)。HP1蛋白結(jié)合到染色質(zhì)上一定程度是由特異性識(shí)別第9位賴(lài)氨酸(K9)被甲基化的H3組蛋白尾端的保守染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域所介導(dǎo)的。這種結(jié)合是不穩(wěn)定的,在有絲分裂過(guò)程中,可以被H3的第10位絲氨酸(S10)磷酸化伴隨第14位賴(lài)氨酸(K14)乙?;孓D(zhuǎn)。這些組蛋白修飾也可根據(jù)幾種受MAP激酶和NFkappa-B通路調(diào)節(jié)的誘導(dǎo)型啟動(dòng)子的活性觀察到。這些修飾也可通過(guò)核受體對(duì)轉(zhuǎn)錄活性起作用。
組蛋白的乙酰化修飾
因核小體組蛋白乙?;腿ヒ阴;绊懭旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化并直接參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié),且該修飾是可逆的,這為研究腫瘤的藥物治療提供了平臺(tái)。目前與組蛋白異常去乙?;揎椪{(diào)節(jié)相關(guān)的抗腫瘤藥物研發(fā)集中在HDACs抑制劑上。這類(lèi)調(diào)節(jié)組蛋白異常去乙?;腍DACs抑制劑在體外實(shí)驗(yàn)中能選擇性的阻滯細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞分化、誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡、抑制血管生成等,同時(shí)對(duì)正常的細(xì)胞表現(xiàn)出相對(duì)較小的毒副作用,但這種選擇性的作用機(jī)制目前尚不清楚。目前已經(jīng)確認(rèn)的HDACs抑制劑分為兩類(lèi):天然化合物及其衍生物、從化合物庫(kù)中篩選得到的藥物。
天然化合物及其衍生物包含有:TrichostatinA(TSA)、Depudecin、CHAP31、TrapoxinA、TrapoxinB、Apicidin、Butyrates、Valproicacids、Pyroxamide等,其中Butyrates,Valproicacids屬于短鏈脂肪酸類(lèi),Tri-chostatinA、Pyroxamide等屬于異羥肟酸類(lèi),Depude-cin、Apicidin、TrapoxinA、TrapoxinB等屬于環(huán)狀四肽類(lèi)。從化合物庫(kù)中篩選得到的藥物主要有SAHA及MS-275,SAHA屬于異羥肟酸類(lèi),MS-275屬于苯甲酰胺類(lèi)。有研究報(bào)道,HDACs抑制劑TSA與DNMT抑制劑decitabine能協(xié)同逆轉(zhuǎn)某些高甲基化的腫瘤抑制基因,使其重新表達(dá);DNMT抑制劑能增強(qiáng)HDACs抑制劑所誘導(dǎo)的對(duì)腫瘤細(xì)胞的促凋亡作用。
染色體重塑
染色質(zhì)重塑是基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。染色質(zhì)重塑主要包括2種類(lèi)型:一種是依賴(lài)ATP的物理修飾,另一種是依賴(lài)共價(jià)結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)修飾。依賴(lài)ATP的物理修飾主要是利用ATP水解釋放的能量,使DNA超螺旋旋矩和旋相發(fā)生變化,使轉(zhuǎn)錄因子更易接近并結(jié)合核小體DNA,從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。依賴(lài)ATP的染色質(zhì)重塑活性導(dǎo)致超螺旋扭轉(zhuǎn),引起核小體重塑。依賴(lài)ATP的染色質(zhì)重塑復(fù)合體都含有一個(gè)具有DNA激活的ATP酶活性部位,即ATP酶亞基,其核心功能是水解ATP并利用ATP水解釋放的能量去減弱核小體中DNA-組蛋白的結(jié)合力。
由于核小體發(fā)生了上述重塑,使得各種染色質(zhì)重塑ATP酶聚集到特異DNA位點(diǎn)如啟動(dòng)子上,與DNA結(jié)合蛋白如轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生直接相互作用,激活基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程。此外,在核心組蛋白氨基末端,組蛋白乙?;ǔ:突虮磉_(dá)活化有關(guān),而組蛋白脫乙酰化,在基因抑制中發(fā)揮作用。越來(lái)越多的研究表明,依賴(lài)ATP的染色質(zhì)重塑復(fù)合體和腫瘤的形成發(fā)展有關(guān),因此,對(duì)染色質(zhì)重塑復(fù)合體及其作用機(jī)制的研究對(duì)揭示基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控、基因表達(dá)的抑制、DNA重組、復(fù)制和損傷修復(fù)以及腫瘤等一些疾病的發(fā)生發(fā)展有極為重要的意義。
生物芯片技術(shù)在腫瘤研究中的應(yīng)用
高通量、基因組尺度的表達(dá)譜技術(shù)的發(fā)展可使研究者對(duì)腫瘤基因組的全貌進(jìn)行透視。特別是高密度微陣列和基于測(cè)序的策略已經(jīng)廣泛用于確證腫瘤的遺傳(如基因劑量,等位狀態(tài),和基因序列突變)和表觀遺傳(如DNA甲基化,組蛋白修飾和microR-NA)異常。盡管這些一維表達(dá)譜技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于癌基因的發(fā)現(xiàn)有所幫助,但受低頻率事件影響的基因常被忽略。而多維平行分析的整合手段能夠證實(shí)通常受多種機(jī)制干擾,但在低頻率時(shí)受單一機(jī)制和組分影響的基因和通路。利用平行整合的多維手段研究腫瘤基因組,能夠?qū)︱?qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞的關(guān)鍵基因和通路有更深入的了解。
生物芯片(bio-chip)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高通量分析工具,在各種組學(xué),如轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)以及表型組學(xué)研究中發(fā)揮著重要的作用。生物芯片的廣泛應(yīng)用也促成了一些新的學(xué)科如系統(tǒng)生物學(xué)的出現(xiàn),為腫瘤生物學(xué)研究帶來(lái)了新的希望。例如目前應(yīng)用較廣泛的一種生物芯片—DNA芯片,可用于基因診斷、基因表達(dá)分析、新基因發(fā)現(xiàn)及各種病原體的診斷等。由于生物芯片技術(shù)可以對(duì)DNA,RNA和蛋白質(zhì)進(jìn)行高通量分析,為腫瘤的分子生物學(xué)研究提供了一個(gè)良好的工具。
1突變和多態(tài)性檢測(cè)
腫瘤細(xì)胞的基因突變和多態(tài)性是腫瘤分子生物學(xué)的重要特征之一,以往研究突變和多態(tài)性多采用PCR-SSCP,手工或自動(dòng)測(cè)序、異源雙鏈分析等方法,所有這些方法都無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模和自動(dòng)化的分析,而DNA芯片技術(shù)可克服這些不足。
Hacia等(1996)用寡核苷酸芯片檢測(cè)乳腺癌基因BRCAI第11個(gè)外顯子(3.45kb)內(nèi)所有可能的雜合性突變,包括堿基替換及小的插入、缺失等,并據(jù)此確定發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。在分析的15個(gè)病例中,14例為陽(yáng)性,而20例對(duì)照均未出現(xiàn)假陽(yáng)性,同時(shí)檢出8個(gè)單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphisms,SNPs)。盡管BRCAI基因可在22個(gè)編碼外顯子內(nèi)發(fā)生突變,但是他們僅有5592個(gè)堿基組成,因此,有可能制造一個(gè)合適的芯片來(lái)檢測(cè)出所有可能發(fā)生的突變。單核苷酸多態(tài)性(SNPs)廣泛存在于各種生物基因組中,根據(jù)其在基因中的位置,可將SNPs分為外顯子SNPs(eSNPs),內(nèi)含子SNPs(iSNPs),和啟動(dòng)子SNPs(pSNPs)。在編碼區(qū)域(cSNPs)和調(diào)節(jié)區(qū)域(rSNPs)的SNPs對(duì)基因功能最可能有影響。根據(jù)但核苷酸替代對(duì)功能影響的表現(xiàn),可分為未知功能SNPs,候選SNPs和蛋白質(zhì)SNPs?,F(xiàn)在許多生物信息學(xué)資源和分析工具已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)用于SNPs研究,例如:FlySNPWebsite,JSNPdatabase,SNPseek,SNPbrowserSoftware,SNPsFinder,GeneSNPsdatabase,SIMP,MouseSNPs,SeattleSNPs,F(xiàn)orensicSNPInformation,SNPselector和ssSNPer等。
DNA芯片技術(shù)用于基因組研究可創(chuàng)建第三代遺傳圖。Wang等用芯片技術(shù)鑒定出3241個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNPs),并構(gòu)建了2227個(gè)SNPs的遺傳連鎖圖譜。個(gè)體SNPs基因型可為評(píng)價(jià)疾病易感性和治療優(yōu)化選擇的基礎(chǔ)。在人類(lèi)基因組中大約1kbp出現(xiàn)一個(gè)SNPs,若能將所有SNPs信息裝入DNA芯片中,則可檢測(cè)腫瘤患者與正常人以及不同腫瘤患者遺傳背景的差異,為腫瘤的發(fā)病機(jī)理提供遺傳學(xué)依據(jù)。
2基因診斷與腫瘤基因表達(dá)模式
將正常人基因組DNA和腫瘤病人基因組DNA與DNA芯片上的微陣列進(jìn)行雜交,可分別得到標(biāo)準(zhǔn)圖譜和腫瘤的病變圖譜。通過(guò)兩種圖譜的比較分析,可以得到腫瘤的DNA信息,突變、缺失等異常發(fā)生在何部位?屬于什么樣的異常?得出正確的判斷后就可針對(duì)病變的靶序列設(shè)計(jì)基因藥物或基因疫苗,改變靶序列的表達(dá)情況,達(dá)到治療的目的。表達(dá)譜芯片以其大規(guī)模、高通量和并行處理的優(yōu)點(diǎn),為研究腫瘤發(fā)展中的基因開(kāi)關(guān)及表達(dá)程度提供了強(qiáng)有力的工具,并可隨時(shí)獲得腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)各期與腫瘤生長(zhǎng)相關(guān)基因的表達(dá)模式,從而使腫瘤的分子分型成為可能。
利用基因芯片獲取基因表達(dá)數(shù)據(jù),采用eQTL作圖方法篩選cis-或trans-轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,對(duì)于了解腫瘤生長(zhǎng)相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控方式,構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及認(rèn)識(shí)腫瘤發(fā)生機(jī)制都十分重要。
3基因組分析及發(fā)現(xiàn)新基因
Welford等應(yīng)用代表性差異分析結(jié)合微陣列雜交檢測(cè)了兩例不同生物學(xué)活性的Ewing’s肉瘤組織,一例為進(jìn)展和轉(zhuǎn)移較快,另一例局限且治療效果良好。兩類(lèi)腫瘤組織的mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄成cDNA后首先進(jìn)行RDA,RDA后的產(chǎn)物用“鳥(niǎo)槍法”克隆入質(zhì)粒載體擴(kuò)增后高密度排列到玻片上制成芯片。RDA方法可提供差異表達(dá)基因的濃聚庫(kù),與cDNA芯片聯(lián)合則可以同時(shí)、快速、可重復(fù)地篩查上萬(wàn)種DNA分子,從而獲得差異表達(dá)基因庫(kù)。
Yang等應(yīng)用抑制性消減雜交結(jié)合DNA芯片技術(shù)對(duì)ER陽(yáng)性和ER陰性的乳腺癌細(xì)胞系基因差異表達(dá)進(jìn)行了研究。經(jīng)過(guò)序列分析發(fā)現(xiàn)4個(gè)克隆分別為細(xì)胞發(fā)育因子19(cytokeratin),GA-TA-3,CD24和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶u-3,另外4個(gè)克隆與兩個(gè)基因的EST序列一致,其余2個(gè)克隆為新基因序列。國(guó)內(nèi)上海血液病研究所應(yīng)用DDPCR和DNA芯片技術(shù)研究全反式維甲酸對(duì)急性早幼粒白血病細(xì)胞株NB4作用前后基因表達(dá)譜的變化,發(fā)現(xiàn)169個(gè)基因上調(diào)或下調(diào),其中8個(gè)是未知的新基因。從上述研究中可以看出DNA芯片技術(shù)分析基因在不同時(shí)空表達(dá)及發(fā)現(xiàn)新基因方面是一個(gè)非常有效的技術(shù)。
4生物大分子相互作用研究
蛋白質(zhì)芯片的作用原理同酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA)。蛋白質(zhì)芯片不僅可以檢測(cè)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用,而且還可以測(cè)定蛋白質(zhì)與DNA,RNA,配體和其他小分子化合物之間的相互作用,在腫瘤和其他疾病中可用于藥物靶向的研究與新藥的研制,同時(shí)也可用于自身免疫性疾病的診斷。德國(guó)學(xué)者Leuking等用人胎腦cDNA文庫(kù)hExl中的92個(gè)表達(dá)克隆產(chǎn)物及4例對(duì)照標(biāo)木制成的蛋白質(zhì)芯片與單克隆抗體RCS-His孵育,檢測(cè)RCS-His6標(biāo)記融合蛋白在每一克隆的表達(dá)。在92個(gè)hEXI表達(dá)克隆中有54個(gè)克隆的插入序列與GenBank登記的人類(lèi)基因序列一致。Leuking等人仍用上述蛋白質(zhì)芯片分別與人類(lèi)三磷酸甘油醛脫氫酶(APDH)、熱休克蛋白90a的羧基端片段(HSP90a)和a-微管蛋白相應(yīng)的單克隆抗體反應(yīng),以觀察單克隆抗體的特異性。蛋白質(zhì)芯片可用于檢測(cè)已知抗體的特異性;另一方面根據(jù)抗體的交叉反應(yīng)可以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)相互作用的新途徑,特別適用于配體—受體及藥物作用機(jī)制的研究。
MacBealh等根據(jù)DNA微陣列原理,設(shè)計(jì)出了蛋白質(zhì)微陣列(Proteinmicroarray)。與微陣列上樣品共孵育的蛋白質(zhì)、酶作用的底物或小分子物質(zhì)分別標(biāo)有不同顏色的熒光基團(tuán),反應(yīng)結(jié)束后采用通用的激光共聚焦掃描分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè),這不但提高了檢測(cè)的信息量:而且整個(gè)操作過(guò)程簡(jiǎn)單易行。
腫瘤生物信息學(xué)研究方法
21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代,生物信息學(xué)為生命科學(xué)的發(fā)展提供了便利和強(qiáng)有力的技術(shù)支持,具有重要的基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值。在應(yīng)用研究方面,生物信息學(xué)在尋找人類(lèi)疾病基因、預(yù)測(cè)基因和蛋白質(zhì)表達(dá)的結(jié)構(gòu)及功能和合理設(shè)計(jì)藥物等方面都起著至關(guān)重要的作用。過(guò)去幾十年,已經(jīng)收集了大量有關(guān)癌癥分子和遺傳特征的信息。這些知識(shí)主要是基于還原論途徑,同時(shí)癌癥也被認(rèn)為是“系統(tǒng)生物學(xué)疾病”。而復(fù)雜的生理過(guò)程不能通過(guò)簡(jiǎn)單地了解各個(gè)部分的功能來(lái)認(rèn)識(shí)。不能用現(xiàn)有的處理復(fù)雜問(wèn)題的方法將所有知識(shí)進(jìn)行整合,還必須考慮生物網(wǎng)絡(luò):復(fù)雜問(wèn)題的了解不考慮基因組之外的影響是不可能的。系統(tǒng)生物學(xué)將實(shí)驗(yàn)的多變量數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方法相結(jié)合,模擬生物系統(tǒng)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn),或從高通量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明未知的東西。代謝組學(xué)可建立基因型和表型之間的連接,提供信息以對(duì)病理機(jī)制和代謝表型進(jìn)行全面了解,為新的靶向藥物提供篩選工具。人們?cè)絹?lái)越清楚,所有復(fù)雜性狀都受控于多個(gè)基因,涉及分子相互作用網(wǎng)絡(luò)。IntNetDB正是基于類(lèi)似的思想為研究基因相互作用而編制的數(shù)據(jù)挖掘工具。徐興興等通過(guò)IntNetDB找到基因PPP4R1的伙伴基因,應(yīng)用CFinder工具找其社團(tuán)基因,Chilibot在線工具分析社團(tuán)基因與腫瘤的關(guān)系,繼而推測(cè)PPP4R1與胃癌的聯(lián)系。
1986年,華盛頓大學(xué)的Swanson教授提出了基于文獻(xiàn)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)(Literature-basedDiscovery)的理論,指出非相關(guān)的生物文獻(xiàn)中可能隱含著大量的不為人知的科學(xué)知識(shí)(UndiscoveredPublicKnowl-edge,UPK)。目前,對(duì)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)的挖掘研究已成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)文獻(xiàn)挖掘的方法以及生物信息學(xué)的分析可以發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏在文獻(xiàn)中潛在的知識(shí)。
李鐵求等(2009)通過(guò)FACTA工具從PubMed找出前列腺癌的相關(guān)基因進(jìn)行分類(lèi),利用GATHER、PANTHER、STRING和ToppGene等在線工具對(duì)雄激素非依賴(lài)型前列腺癌特異表達(dá)基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析。篩選雄激素非依賴(lài)型前列腺癌特異基因128個(gè),這些特異表達(dá)基因在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、凋亡、腫瘤生成、細(xì)胞粘附、細(xì)胞增殖和分化等生物學(xué)過(guò)程起著重要作用。通過(guò)生物信息學(xué)對(duì)雄激素非依賴(lài)型前列腺癌特異表達(dá)基因的挖掘發(fā)現(xiàn),MMP9、EGFR、MMP2、ADM、MIF、IGFBP3、IL2、MET、BAD、RHOA、SPP1、EP300、SMAD3、RAF1、PTK2、TGFB2等基因在雄激素依賴(lài)型轉(zhuǎn)變成非依賴(lài)型前列腺癌中可能起著重要作用。建立獨(dú)立的腫瘤相關(guān)的生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以更好地為腫瘤的研究提供支持。如美國(guó)癌癥研究院(NCI)的小鼠腫瘤生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(MTB,tumor.informatics.jax.org,強(qiáng)生研究院的小鼠數(shù)據(jù)庫(kù)和人類(lèi)腫瘤聯(lián)盟的小鼠腫瘤模型數(shù)據(jù)庫(kù),法國(guó)的國(guó)際癌癥研究院(IARC,www.iarc.fr/)的人類(lèi)腫瘤和細(xì)胞p53基因突變數(shù)據(jù)庫(kù),斯坦福大學(xué)的SMD(genome-www5.stanford.edu/)數(shù)據(jù)庫(kù)、耶魯大學(xué)的YMD數(shù)據(jù)庫(kù)和歐洲生物信息學(xué)研究院(EBI)的ArrayExpress數(shù)據(jù)庫(kù)等。利用EST數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)全基因組進(jìn)行腫瘤差異表達(dá)基因的生物信息學(xué)篩選,是一種經(jīng)濟(jì)快速有效的篩選方法。對(duì)腫瘤標(biāo)志物的鑒定具有重要意義,為腫瘤差異表達(dá)基因的篩選策略提供了新的思路。
利用gPET配對(duì)末端策略,EdisonT.L等將作圖精度提高到100bp,MCF7乳腺癌細(xì)胞系基因組結(jié)構(gòu)圖對(duì)癌基因組所有可能的遺傳重排提供了詳細(xì)綜合的注釋。為了進(jìn)一步分析,EdisonT.L等將MCF-7全長(zhǎng)680,000bp的cDNA克隆定位到同一細(xì)胞系的gPET重排圖譜上。重疊被認(rèn)為是導(dǎo)致融合轉(zhuǎn)錄的部分有效重排。該研究組已經(jīng)證實(shí)了近450個(gè)可產(chǎn)生可變轉(zhuǎn)錄的假想重排,約75個(gè)達(dá)到了多標(biāo)簽水平。
在基因組水平對(duì)于腫瘤相關(guān)基因進(jìn)行掃描和篩選,可以很快地找到腫瘤易感基因和發(fā)病基因,同時(shí)依據(jù)生物信息學(xué)手段,可以很快地設(shè)計(jì)出針對(duì)這些靶標(biāo)的治療藥物。因此,隨著生物信息學(xué)在腫瘤研究方面的應(yīng)用,人類(lèi)將逐漸認(rèn)識(shí)腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制,為抗腫瘤藥物的設(shè)計(jì)和研究提供參考,使人類(lèi)將會(huì)有更好的手段去預(yù)防和治療腫瘤。
展望
關(guān)鍵詞:microRNAs;靶基因預(yù)測(cè);生物信息學(xué);RNA干擾
中圖分類(lèi)號(hào):TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16727800(2011)012004702
作者簡(jiǎn)介:陳功(1990-),男,安徽安慶人,蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院本科生,研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí);周小科(1976-),男,江西上饒人,博士,蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院講師,研究方向?yàn)樯镄畔ⅰ?miRNA靶標(biāo)統(tǒng)計(jì)特征
學(xué)界雖然對(duì)于miRNA靶標(biāo)識(shí)別機(jī)制未了解清楚,但基本認(rèn)為miRNA通過(guò)與mRNA 3'UTR綁定實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因調(diào)節(jié),如圖1所示。①綁定點(diǎn)位序列有明顯遺傳保守性;②綁定區(qū)內(nèi)特征。從miRNA:Site構(gòu)成雜合結(jié)構(gòu)內(nèi)部來(lái)看,最重要特征是種子區(qū)匹配往往很精確;③綁定區(qū)上下文特征。miRNA:Site綁定的程度與綁定區(qū)的上下文有關(guān);④綁定點(diǎn)的開(kāi)放性。mRNA在由核苷組成的一級(jí)結(jié)構(gòu)順序基礎(chǔ)上,可在自身核苷間化學(xué)鍵作用下通過(guò)自身回折形成堿基配對(duì)莖區(qū)以及莖區(qū)之間不配對(duì)環(huán)區(qū)和末端單鏈區(qū)等復(fù)雜二級(jí)結(jié)構(gòu);⑤綁定點(diǎn)位置特征。綁定偏好存在于3'UTR兩端,但不會(huì)太靠近5'端終止子處。
圖1miRNA:Target綁定結(jié)構(gòu)
由于已知靶標(biāo)數(shù)目有限,而預(yù)測(cè)結(jié)果不精確,因此上述特征不全面且易導(dǎo)致偏倚。
2各類(lèi)機(jī)器學(xué)習(xí)靶基因預(yù)測(cè)算法
2.1PicTar
PicTar認(rèn)為基因3'UTR序列是由miRNA綁定點(diǎn)及背景序列組成。在考慮一個(gè)UTR被M個(gè)miRNA同時(shí)作用的情況時(shí),該隱馬爾科夫模型有1+M個(gè)隱含狀態(tài),狀態(tài)間概率為pi,i∈{0,…,m} ,p0表示轉(zhuǎn)換為背景序列的概率,pii∈{1,…,m}表示從當(dāng)前狀態(tài)到第i個(gè)miRNA綁定點(diǎn)位的概率。當(dāng)某miRNA綁定點(diǎn)位狀態(tài)被選擇,代表miRNA綁定點(diǎn)位7nt或8nt長(zhǎng)的序列會(huì)被產(chǎn)生,而此綁定點(diǎn)位是完全種子匹配的概率為p,非完全種子匹配的概率為1-p;否則會(huì)產(chǎn)生堿基以表示轉(zhuǎn)移到背景序列狀態(tài)。PicTar利用BaumWelch算法來(lái)計(jì)算3'UTR序列是由此隱馬爾科夫模型產(chǎn)生的最大似然概率。
2.2miTarget
miTarget基于SVM。為訓(xùn)練miTarget,從各種已發(fā)表學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中收集152對(duì)陽(yáng)性miRNA:Site和83對(duì)陰性miRNA:site,為增加陰性數(shù)據(jù)集數(shù)量,從let-7:lin41、let-7:lin-28提取出113個(gè)陰性miRNA:Site。對(duì)任一miRNA:Site對(duì),miTarget將其首尾相連形成單鏈序列,利用RNAfold產(chǎn)生此序列的二級(jí)結(jié)構(gòu)以代表miRNA和site綁定結(jié)構(gòu)?;诖私壎ńY(jié)構(gòu),觀察第1~20nt的匹配狀態(tài),提取20個(gè)基于位置的特征,通過(guò)分析種子區(qū)、非種子區(qū)以及整個(gè)綁定區(qū)的匹配、錯(cuò)配、其它匹配狀態(tài)以及各區(qū)域綁定能等共21個(gè)基于區(qū)域的特征,miRNA:Site表示為一個(gè)包含41個(gè)特征的特征向量。
2.3RNA22
RNA22是2006年開(kāi)發(fā)的算法。首先利用Rfam3.0中354個(gè)miRNA序列為訓(xùn)練集,利用Teiresias算法從中發(fā)挖長(zhǎng)度可變的模序。其次以3-nt模組為最小單位,統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)頻率。隨后RNA22假設(shè)二階馬爾科夫鏈?zhǔn)菍?-nt模組“組裝”成模序的引擎,并基于此假設(shè)計(jì)算每個(gè)模序的存在概率。
2.4GenMiR
GenMiR于2007年,現(xiàn)有GenMiR、GenMiR++、GenMiR3 3個(gè)版本,基本思想是在其它基于序列的算法預(yù)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上,建立貝葉斯生成模型以反映miRNA對(duì)其靶標(biāo)的調(diào)控作用,根據(jù)mRNA和miRNA表達(dá)水平數(shù)據(jù)推斷靶基因。其推論基于兩條假設(shè):①特定組織內(nèi),mRNA有相同背景表達(dá)水平;②miRNA會(huì)下調(diào)其靶基因的表達(dá)水平,且多個(gè)miRNA共同作用于一個(gè)靶基因時(shí),對(duì)表達(dá)水平的影響是單獨(dú)影響的線性疊加。如給定G個(gè)mRNA和K個(gè)miRNA,用eqt、vkt和ut表示在組織t中,mRNA g、miRNA k和背景的表達(dá)水平,并令vt=[v1t,…,vkt]T,從而上述兩個(gè)假設(shè)可被表示為(1)式:p(eqt|μ1,βq,λ,γt,vt,σ2t)=
N(μt-γtλβqm,σ2t)(1)其中βg∈{0,1}k×1 是一個(gè)指示向量,其中第k個(gè)元素βgk=1表示基因g是miRNA k的靶基因;λ∈Rk×1+表示調(diào)控權(quán)重;Ba=diag(βa);γt是對(duì)不同組織中基因表達(dá)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的變尺度因子;σ2t是高斯模型的方差。
2.5mirTarget
mirTarget是2008年發(fā)表的基于SVM算法。Wang利用miRNA過(guò)量表達(dá)實(shí)驗(yàn)的microarray數(shù)據(jù),即對(duì)于某miRNA過(guò)量表達(dá)實(shí)驗(yàn),定義表達(dá)水平低于40%、p0.3為正常表達(dá)基因,進(jìn)而定義包含第2~7完全種子匹配的表達(dá)下調(diào)基因?yàn)殛?yáng)性靶標(biāo),包含2~7完種子匹配的正常表達(dá)基因?yàn)殛幮园袠?biāo)。有2~7完種子匹配處的序列被提取作為陽(yáng)性及陰性綁定點(diǎn)訓(xùn)練集。
2.6TargetBoost
TargetBoost目標(biāo)是預(yù)測(cè)一個(gè)長(zhǎng)度為24nt的序列是否是相應(yīng)miRNA的綁定點(diǎn)。采用Boosting遺傳編程作為分類(lèi)引擎,用一種模式語(yǔ)言生成所有可能的綁定點(diǎn)位堿基組成模序{XJj=1};其次用h(S1:N,(x)j)=1表示序列S1:N符合模序j,為0不符合;通過(guò)GPBoost算法將所有所有模序判定boosting成為最終的分類(lèi)器:f(s1:N)=sign(∑Jj=1ajh(s1:N,(x)j))(2)其中aj代表第j個(gè)模序的權(quán)重。
3現(xiàn)有算法評(píng)估小結(jié)
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型算法側(cè)重對(duì)已發(fā)現(xiàn)特征的融合,通過(guò)建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱含規(guī)律,本身較為復(fù)雜,執(zhí)行效率低。
在評(píng)估數(shù)據(jù)集中,115對(duì)陽(yáng)性miRNA:Target對(duì)來(lái)自TarBase收錄的經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)的靶基因;假定miRNA過(guò)量表達(dá)實(shí)驗(yàn)中,mRNA表達(dá)水平顯著上調(diào)的基因?yàn)橄鄳?yīng)miRNA的陰性靶標(biāo),采用Linsley等人的microarray實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中,選278對(duì)陰性miRNA:Target對(duì)。
表1類(lèi)C語(yǔ)言的函數(shù)聲明和功能說(shuō)明
算法名稱(chēng)支持物種涉及特征種子
匹配綁定
能保守
性綁定
特征接入
性基因
表達(dá)方法發(fā)表
時(shí)間Pictar線蟲(chóng),蠅,脊椎動(dòng)物√√√HMM2005miTarget任意√√√SVM2006mirTarget任意√√√√√SVM2008RNA22線蟲(chóng),蠅√馬爾科夫鏈2006TargetBoost線蟲(chóng),蠅,脊椎動(dòng)物√√√GPBoost2005GebMiR任意√貝葉斯學(xué)習(xí)2007現(xiàn)階段算法仍有很多不足之處,較為典型的如下:①現(xiàn)有算法對(duì)完全種子匹配的要求過(guò)于嚴(yán)格。雖可減小運(yùn)算量,但很多綁定點(diǎn)沒(méi)有完全種子匹配,也會(huì)損失敏感度;②訓(xùn)練數(shù)據(jù)集不夠完善。對(duì)于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型,訓(xùn)練數(shù)據(jù)集質(zhì)量直接影響算法性能;③極高的假陽(yáng)性率。假陽(yáng)性率多高于20%,學(xué)界認(rèn)為每個(gè)miRNA將調(diào)控200個(gè)左右的基因。
此外,還存在特征使用不夠合理、對(duì)3'UTR建模不夠充分等問(wèn)題。從生物信息學(xué)角度看也有一定改進(jìn)空間。
4結(jié)束語(yǔ)
本文先從生物學(xué)角度介紹miRNA,接著總結(jié)目前發(fā)現(xiàn)的miRNA:Target對(duì)的統(tǒng)計(jì)特征,然后對(duì)目前影響力較大的各類(lèi)算法進(jìn)行剖析,最后進(jìn)行評(píng)估,總結(jié)了算法的現(xiàn)狀以及不足。所述內(nèi)容表明仍有充分的提升空間,本人之后的工作,會(huì)在現(xiàn)有算法基礎(chǔ)之上,研究并提出自己的預(yù)測(cè)算法,從而更好地預(yù)測(cè)靶基因。參考文獻(xiàn):
[1]S SINHA,E VAN NIMWEGEN,E D SIGGIA.A probabilistic method to detect regulatory modules[J].Bioinformatics,2003(19).
2013年8月,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)審議批準(zhǔn)我校為碩士學(xué)位授予單位,我校迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí),挑戰(zhàn)和問(wèn)題也迎面而來(lái)。作為科研與教學(xué)并重的大學(xué),教師在開(kāi)展高水平科研工作、取得高水平研究成果的同時(shí),也應(yīng)當(dāng)注重及時(shí)將自己的研究成果、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)向及科學(xué)方法融入教學(xué),引進(jìn)課堂和實(shí)驗(yàn)室,不斷豐富、挖掘教學(xué)資源,為培養(yǎng)高水平、創(chuàng)新型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。筆者探討的主要問(wèn)題是在我校當(dāng)前形勢(shì)下,如何將科學(xué)研究的優(yōu)秀成果轉(zhuǎn)化為有效的教育教學(xué)資源。
針對(duì)“科研成果如何轉(zhuǎn)化為教育資源”這個(gè)問(wèn)題,國(guó)內(nèi)一些著名的高等學(xué)府已經(jīng)認(rèn)識(shí)到該課題的重要性,并組織專(zhuān)家開(kāi)始相關(guān)研究?!扒迦A大學(xué)高等教育學(xué)會(huì)”編著的《清華大學(xué)科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源典型案例匯編》對(duì)于清華大學(xué)教師如何將豐富的科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源的方方面面進(jìn)行了梳理和論述。與清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名學(xué)府相比,我?,F(xiàn)有的科研教學(xué)條件、規(guī)模層次差異巨大,如何在我校當(dāng)前形勢(shì)下,實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究的優(yōu)秀成果向教育教學(xué)資源轉(zhuǎn)化呢?切實(shí)做到科學(xué)研究反哺教育教學(xué),對(duì)我校未來(lái)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生巨大影響。
依托筆者所在學(xué)院(海洋學(xué)院)承擔(dān)的“國(guó)家自然科學(xué)基金”和“江蘇省自然科學(xué)基金”等國(guó)內(nèi)外前沿的科學(xué)研究,指導(dǎo)我院本科生和碩士生完成科研訓(xùn)練、撰寫(xiě)畢業(yè)論文,將學(xué)生的畢業(yè)論文與教師的科學(xué)研究相結(jié)合。這樣可以使學(xué)生了解當(dāng)前海洋科學(xué)領(lǐng)域的一些前沿研究,對(duì)學(xué)生拓寬思路、開(kāi)闊視野大有裨益。以科研項(xiàng)目指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文,目的是使學(xué)生將學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合,通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐,加深對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解。
同時(shí)不定期舉辦專(zhuān)家講壇,介紹海洋科學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),使得本院學(xué)生對(duì)海洋科學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展歷史和研究背景有較全面的認(rèn)識(shí)。隨后,系統(tǒng)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及研究思路,要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,了解與本研究相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。然后分配實(shí)驗(yàn)任務(wù),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,組織知名專(zhuān)家,指導(dǎo)學(xué)生參與研究論文和課題申請(qǐng)書(shū)的撰寫(xiě)。
近年來(lái),我院多名教師積極吸納各年級(jí)在校生參加教師的科研活動(dòng),根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)給予不同的研究?jī)?nèi)容;從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備及開(kāi)展、實(shí)驗(yàn)中問(wèn)題的應(yīng)急處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理分析、論文的撰寫(xiě)等方面進(jìn)行全面、系統(tǒng)的訓(xùn)練。以“國(guó)家自然科學(xué)基金”等項(xiàng)目為背景,指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)論文,通過(guò)文獻(xiàn)的檢索和查閱、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、動(dòng)手能力的培養(yǎng)及科技論文的寫(xiě)作等方面,引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中提出和解決科學(xué)問(wèn)題,顯著提高學(xué)生的科研素質(zhì)與創(chuàng)新實(shí)踐能力。
除此之外,將我院的優(yōu)秀科研成果開(kāi)設(shè)為新課或作為現(xiàn)有課程的新增內(nèi)容,編寫(xiě)成教材,開(kāi)設(shè)成新的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`課程;將教師們科研工作的新進(jìn)展、國(guó)際上研究領(lǐng)域的最新內(nèi)容及時(shí)補(bǔ)充到課堂上、教材中和實(shí)驗(yàn)室,使教學(xué)內(nèi)容得到補(bǔ)充和更新;把教學(xué)內(nèi)容直接和正在開(kāi)展的科研工作掛鉤,開(kāi)設(shè)研究、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,自然也完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。
1精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)現(xiàn)狀
2015年1月20日,美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在國(guó)情咨文演講提出“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃”,并于當(dāng)月30日宣布啟動(dòng)該計(jì)劃。我國(guó)政府也啟動(dòng)了相關(guān)的規(guī)劃部署,如:科技部組織成立了國(guó)家精準(zhǔn)醫(yī)療戰(zhàn)略專(zhuān)家委員會(huì),決定在2030年之前投資600億元人民幣用于此項(xiàng)研究;國(guó)家衛(wèi)計(jì)委和科技部又組織召開(kāi)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)專(zhuān)家研討會(huì),研討精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究計(jì)劃的實(shí)施原則、目標(biāo)及重點(diǎn)內(nèi)容。目前,精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的實(shí)施和應(yīng)用主要集中在惡性腫瘤領(lǐng)域,且已取得了突破性進(jìn)展,尤其在肺癌、乳腺癌等方面,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。但精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的癌癥研究也有很多阻力,如難以解釋的耐藥性、腫瘤組織的時(shí)空異質(zhì)性、療效評(píng)估體系的不完善以及腫瘤復(fù)發(fā)因素的復(fù)雜性等[4],在其他領(lǐng)域的應(yīng)用更有待于進(jìn)一步探索。調(diào)查顯示,目前國(guó)內(nèi)臨床醫(yī)生對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念普遍缺乏深刻了解[4],醫(yī)學(xué)教育中加強(qiáng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念的傳播成為時(shí)代提出的新要求。基于現(xiàn)行醫(yī)學(xué)本科及研究生教學(xué)體系中尚未涉及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的專(zhuān)門(mén)課程,理論教學(xué)中,授課老師應(yīng)結(jié)合本專(zhuān)業(yè)課程,積極傳播精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念;臨床實(shí)踐教學(xué)中,適時(shí)實(shí)施個(gè)體化診療方案,促進(jìn)精準(zhǔn)診療技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
2醫(yī)學(xué)教育措施
2.1改革教育格局,優(yōu)化教育體系
在傳統(tǒng)醫(yī)療體系中,對(duì)疾病的診療過(guò)程主要依靠臨床癥狀、體格檢查、影像學(xué)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢查等內(nèi)容,由此導(dǎo)致我國(guó)臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)體系側(cè)重于解剖、生理、生化、病理及藥理等基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與內(nèi)科、外科、婦產(chǎn)科及兒科等臨床醫(yī)學(xué)的培養(yǎng)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)本質(zhì)是應(yīng)用現(xiàn)代遺傳技術(shù)、分子影像技術(shù)、生物信息技術(shù)結(jié)合患者生活環(huán)境和臨床大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的診斷與治療,制定具有個(gè)性化的疾病預(yù)防和治療方案。因此,精準(zhǔn)醫(yī)療體系在傳統(tǒng)醫(yī)療的基礎(chǔ)上還涉及如何采用測(cè)序、熒光定量PCR、熒光原位雜交(FISH)等技術(shù)分析疾病發(fā)生的分子生物學(xué)本質(zhì);如何根據(jù)疾病的分子分型針對(duì)性地選擇靶向藥物;如何利用多維數(shù)據(jù)去揭示疾病的病理生理狀態(tài)。顯然,傳統(tǒng)的教育體系已不適應(yīng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展需求。在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)體系下,醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)內(nèi)容除了涉及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)外,還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)化學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、信息學(xué)、分子生物學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等交叉領(lǐng)域的培養(yǎng),建立適合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的教育體系。
2.2加強(qiáng)學(xué)科交叉,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神
目前占主導(dǎo)地位的醫(yī)學(xué)模式是循證醫(yī)學(xué),循證醫(yī)學(xué)是遵循科學(xué)證據(jù)的臨床醫(yī)學(xué)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)依然是遵循科學(xué)證據(jù)的臨床醫(yī)學(xué),而且其對(duì)科學(xué)證據(jù)的要求更全面、更深入,因此,可以說(shuō)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是循證醫(yī)學(xué)的升華。但精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)關(guān)注的不再是疾病本身,而是患者本人,其核心理念是“個(gè)體化”,即通過(guò)對(duì)患者進(jìn)行全面、深入的分析和綜合判斷,盡可能認(rèn)識(shí)和把握疾病的分子生物學(xué)本質(zhì),定制出針對(duì)患者個(gè)體的一套診療方案[5]?;诩膊〉膹?fù)雜性和各個(gè)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)局限性,單獨(dú)一個(gè)學(xué)科很難全面、深入地認(rèn)識(shí)和把握疾病復(fù)雜的病理現(xiàn)象,這就要求不同學(xué)科之間加強(qiáng)合作,建立多學(xué)科聯(lián)合診療模式。未來(lái)醫(yī)學(xué)將更加重視“環(huán)境—社會(huì)—心理—工程—生物”醫(yī)學(xué)模式,因此,精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的突破性進(jìn)展不單單依靠醫(yī)學(xué)內(nèi)部多學(xué)科的交叉,亦有賴(lài)于醫(yī)學(xué)與生物學(xué)、工學(xué)等學(xué)科的結(jié)合?;谶@種背景下,我們的醫(yī)學(xué)教育必須讓每位醫(yī)學(xué)生、醫(yī)務(wù)人員認(rèn)識(shí)到精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是一個(gè)多學(xué)科交融的新興醫(yī)學(xué)發(fā)展領(lǐng)域,提倡團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)精神,培養(yǎng)與其他學(xué)科的合作意識(shí),這樣才能有效打破技術(shù)壁壘,融合多元數(shù)據(jù),達(dá)到資源共享的目的。
2.3加強(qiáng)科研意識(shí)和創(chuàng)新思維培養(yǎng)
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要有:①疾病防控體系研發(fā):積極開(kāi)發(fā)前瞻性的、探索性的疾病預(yù)防體系,建立個(gè)體化疾病預(yù)防模式,以期達(dá)到治病于未病、防病于未然的目標(biāo)。②分子診斷體系的完善:分子診斷是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要基石,其研究?jī)?nèi)容涉及基因組、表觀遺傳組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組等多個(gè)層面,研究目標(biāo)旨在發(fā)現(xiàn)在臨床診療過(guò)程能發(fā)揮指導(dǎo)和參考作用的生物標(biāo)志物,如:一些與疾病關(guān)聯(lián)性、特異性強(qiáng)的標(biāo)志物,可以用于疾病的篩查、早期診斷及復(fù)發(fā)監(jiān)控;一些與藥物療效密相關(guān)的標(biāo)志物,可以作為指導(dǎo)個(gè)體化用藥的參考和依據(jù);一些反映疾病預(yù)后的標(biāo)志物,可用于疾病預(yù)后和轉(zhuǎn)歸的預(yù)測(cè)。③分子影像學(xué)技術(shù)研究:包括研發(fā)分子標(biāo)志物為指導(dǎo)的MRI、CT、超聲等多模態(tài)圖像融合技術(shù),以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)或無(wú)創(chuàng)的精準(zhǔn)診斷。④臨床精準(zhǔn)醫(yī)療研究:精準(zhǔn)醫(yī)療的核心即治療方案的“個(gè)體化”,以患者分子診斷結(jié)果、個(gè)人全面信息、影像學(xué)以及大數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為依據(jù),選擇個(gè)體化的治療方案,通過(guò)開(kāi)展回顧性及前瞻性的臨床研究,全面評(píng)估精準(zhǔn)治療方案的療效、優(yōu)勢(shì)和不足,作為開(kāi)展精準(zhǔn)治療的循證醫(yī)學(xué)依據(jù)[6]。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)人類(lèi)基因組測(cè)序技術(shù)的革新,生物信息學(xué)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進(jìn)步;亦有賴(lài)于生物芯片技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)、代謝組學(xué)技術(shù)、分子影像、微創(chuàng)等生物醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展。因此,對(duì)我國(guó)醫(yī)療技術(shù)的創(chuàng)新提出了更高的要求。因此,醫(yī)學(xué)教育中除了讓廣大醫(yī)學(xué)生及醫(yī)務(wù)工作者意識(shí)到精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的戰(zhàn)略地位外,更要讓他們充分意識(shí)到精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)目前正處于發(fā)展階段,整個(gè)精準(zhǔn)診療體系的各個(gè)環(huán)節(jié)尚有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善,充分調(diào)動(dòng)廣大醫(yī)學(xué)生及臨床醫(yī)務(wù)工作者的創(chuàng)新意識(shí)和研究熱情,積極營(yíng)造濃厚的科研氛圍。同時(shí)各大醫(yī)學(xué)院校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)出臺(tái)相關(guān)支持政策,并加大精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究平臺(tái)建設(shè),為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供可靠的支撐。
3結(jié)語(yǔ)
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)將改變?nèi)藗儗?duì)疾病的認(rèn)知水平,并使疾病的分類(lèi)、診斷、治療及后續(xù)健康管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的指南和規(guī)范發(fā)生革命性的變化,這對(duì)我國(guó)醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)和梯隊(duì)建設(shè),科研環(huán)境的支撐都提出了新要求。醫(yī)學(xué)教育應(yīng)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求,加強(qiáng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念傳輸,優(yōu)化醫(yī)學(xué)教育體系,加強(qiáng)學(xué)科交叉培養(yǎng),灌輸團(tuán)隊(duì)精神,激發(fā)科研和創(chuàng)新意識(shí),深化精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)人才的培育,以期促進(jìn)我國(guó)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的健康發(fā)展。
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[關(guān)鍵詞]圖書(shū)情報(bào)教育;教育改革;ischool
1引言
隨著社會(huì)信息化的縱深發(fā)展以及人力資源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、就業(yè)壓力的不斷加劇,我國(guó)圖書(shū)情報(bào)教育面臨的挑戰(zhàn)在不斷積聚。近年來(lái)伴隨高校院系調(diào)整、課程重組,圖書(shū)情報(bào)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生在就業(yè)去向多元化的同時(shí),卻明顯感覺(jué)專(zhuān)業(yè)教育與職業(yè)發(fā)展的分化、偏離,學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)同感降低,對(duì)專(zhuān)業(yè)課程的興趣和滿意度下降,沒(méi)有形成顯著的專(zhuān)業(yè)核心能力。學(xué)生對(duì)未來(lái)發(fā)展感到茫然,專(zhuān)業(yè)教師也不乏憂慮。如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、改革創(chuàng)新,擔(dān)負(fù)起為社會(huì)培養(yǎng)合格專(zhuān)業(yè)人才的歷史使命,一直是我國(guó)圖書(shū)情報(bào)教育工作者和研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。為此,有學(xué)者發(fā)起了讓學(xué)科之樹(shù)長(zhǎng)青的教育討論,有學(xué)者試圖從社會(huì)對(duì)圖書(shū)情報(bào)專(zhuān)業(yè)人才需求結(jié)構(gòu)及畢業(yè)生就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)體系等角度探尋原因和對(duì)策。還有學(xué)者在研究國(guó)外圖書(shū)館界新的職業(yè)核心能力標(biāo)準(zhǔn)對(duì)專(zhuān)業(yè)教育改革的借鑒價(jià)值。2005年,美國(guó)興起的“信息學(xué)院運(yùn)動(dòng)”(iSchoolmovement)也引起了國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。作為長(zhǎng)期投身圖書(shū)情報(bào)教育的專(zhuān)業(yè)教師,筆者關(guān)注在轟動(dòng)一時(shí)的iSchool品牌造勢(shì)后,國(guó)外的教育同行做了哪些具體努力以推進(jìn)專(zhuān)業(yè)教育的改革創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)近一年對(duì)北美圖書(shū)情報(bào)院校的調(diào)研、考察及與國(guó)外同行的交流,筆者深感教育創(chuàng)新的根基源于科研創(chuàng)新,教育改革則直接體現(xiàn)在培養(yǎng)目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式的改變上。以下將從幾個(gè)方面分析國(guó)外圖書(shū)情報(bào)教育發(fā)展的新動(dòng)向,期望歸納總結(jié)出值得我國(guó)圖書(shū)情報(bào)教育改革所借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
2培養(yǎng)目標(biāo)的提升
圖書(shū)情報(bào)學(xué)教育的改革源于信息技術(shù)、社會(huì)信息需求和管理水平不斷提高等外部因素的驅(qū)動(dòng)。近年來(lái)為了取得與現(xiàn)實(shí)信息環(huán)境的默契,滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)專(zhuān)業(yè)人才的需求,圖書(shū)情報(bào)教育機(jī)構(gòu)無(wú)論從名稱(chēng)和內(nèi)容上都進(jìn)行了許多改變。在圖書(shū)情報(bào)學(xué)院更名潮的背后,更應(yīng)關(guān)注其內(nèi)容和實(shí)質(zhì)的改變。其中培養(yǎng)目標(biāo)的改變是具有根本性和指導(dǎo)意義的,因?yàn)榕囵B(yǎng)目標(biāo)的改變決定了課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)方式等其他教學(xué)方面的變革。通過(guò)調(diào)研北美各圖書(shū)情報(bào)學(xué)院對(duì)辦學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)或畢業(yè)生專(zhuān)業(yè)能力等方面的描述,筆者發(fā)現(xiàn)盡管各家在表述上會(huì)有一些措辭的差異,但都表現(xiàn)出了圖書(shū)情報(bào)教育培養(yǎng)目標(biāo)的某種轉(zhuǎn)變和提升,即著眼于專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)人才應(yīng)用領(lǐng)域的拓展,發(fā)展提升專(zhuān)業(yè)核心能力。具體來(lái)說(shuō)就是:從傳統(tǒng)的面向圖書(shū)情報(bào)機(jī)構(gòu)培養(yǎng)工作人員過(guò)渡到面向更廣泛領(lǐng)域和機(jī)構(gòu)的信息管理培養(yǎng)信息專(zhuān)業(yè)人員(informationprofessional),再發(fā)展到面向各類(lèi)用戶(hù)更高層次的管理水平、更多樣的信息需求和更復(fù)雜的信息行為培養(yǎng)知識(shí)管理人員(knowledgeprofessional)。傳統(tǒng)的培養(yǎng)目標(biāo)面向圖書(shū)情報(bào)機(jī)構(gòu)的文獻(xiàn)管理,專(zhuān)業(yè)核心能力圍繞文獻(xiàn)的采購(gòu)、分類(lèi)、編目、典藏、流通等文獻(xiàn)信息管理與服務(wù)知識(shí)與技能展開(kāi)。面向更廣泛領(lǐng)域信息管理工作培養(yǎng)的信息專(zhuān)業(yè)人員,其專(zhuān)業(yè)核心能力則圍繞更廣泛類(lèi)型信息的信息采集、信息分類(lèi)、信息描述、信息組織、信息檢索和利用、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)等的知識(shí)與技能展開(kāi)。而在信息管理的基礎(chǔ)上走向知識(shí)管理的知識(shí)專(zhuān)業(yè)人員則更關(guān)注信息活動(dòng)的主體及其信息行為,為滿足各類(lèi)機(jī)構(gòu)或個(gè)人用戶(hù)更多樣、更高層次的信息獲取及學(xué)習(xí)、運(yùn)用、創(chuàng)造知識(shí)的需求,掌握知識(shí)組織、知識(shí)管理和知識(shí)傳播的能力,在各類(lèi)組織機(jī)構(gòu)中發(fā)揮更大作用,保證組織的戰(zhàn)略思考、規(guī)劃、探索、創(chuàng)新、交流等活動(dòng)得到全面、有效的信息支持。
應(yīng)該指出,培養(yǎng)目標(biāo)的提升為專(zhuān)業(yè)課程的改革及形成相應(yīng)的課程體系提供了指導(dǎo)方針,而與之相配套的課程體系改革則是一個(gè)更為復(fù)雜艱巨的工程,只能以漸進(jìn)的形式發(fā)展。
3設(shè)立多種教育層次培養(yǎng)適用人才
為滿足社會(huì)對(duì)信息管理人才的普遍需求和教育消費(fèi)的多樣化,北美圖書(shū)情報(bào)教育的層次日益豐富。在提供碩士、博士研究生教育的同時(shí)也提供本科學(xué)士學(xué)位教育、雙學(xué)位(dual/doubledegree)、輔修課程(Mi-nor),還有各種專(zhuān)業(yè)證書(shū)、高級(jí)研修證書(shū)(CertificateofAdvanceStudy,C.A.S.)、碩士后(post-master)課程等非學(xué)位教育。加拿大的Langara學(xué)院還配合加拿大圖書(shū)館協(xié)會(huì)(CanadianLibraryAssociation)對(duì)圖書(shū)館技術(shù)員(LibraryTechnicians)的需求,專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了兩年制圖書(shū)館與信息技術(shù)證書(shū)教育(相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的高職或大專(zhuān))。
筆者調(diào)研了在《美國(guó)新聞與世界報(bào)道》(U.S.News&WorldReport)2009年圖書(shū)情報(bào)院校排名中處于前十位的13所院校,其中有8所提供本科學(xué)位教育,這些本科項(xiàng)目面向信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的多種職業(yè)和各行業(yè)領(lǐng)域的信息要求,培養(yǎng)內(nèi)容涉及信息科學(xué)、信息系統(tǒng)與信息技術(shù)、信息管理與信息服務(wù)。包括信息構(gòu)建、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)施以及網(wǎng)絡(luò)支持、信息咨詢(xún)等。有些院校還以輔修科目、雙學(xué)位的形式向已有一定其他學(xué)科專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生提供此類(lèi)課程。如2009年排名第一的北卡羅來(lái)納大學(xué)圖書(shū)情報(bào)學(xué)院的信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)本科課程要求學(xué)生學(xué)習(xí)10門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課外,還要在信息技術(shù)、信息資源管理、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域修讀一系列選修課。該院還面向其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)了信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與利用輔修課程(包含5門(mén)課程,該校已修完大二第一學(xué)期課程的學(xué)生都可以申請(qǐng)),幫助學(xué)生了解用于解決各領(lǐng)域信息問(wèn)題的計(jì)算工具、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和各種電子信息資源等。雪城大學(xué)信息學(xué)院的信息管理與技術(shù)本科教育要求取得學(xué)士學(xué)位必須修滿120學(xué)分,其中40學(xué)分在本學(xué)院學(xué)習(xí),其余學(xué)分則從修讀該校其他8所學(xué)院的本科課程中取得。信息學(xué)院約有10%的學(xué)生會(huì)選擇該院與Whitman管理學(xué)院建立的雙學(xué)位課程,既獲得企業(yè)管理的知識(shí),又擁有信息技術(shù)的系統(tǒng)培訓(xùn)。這使得他們不同于一般的管理學(xué)院或商學(xué)院學(xué)生,在人才市場(chǎng)上具備了一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該院設(shè)立的18學(xué)分輔修科目“全球企業(yè)技術(shù)(GlobalEnterpriseTechnology)”幫助學(xué)生了解怎樣開(kāi)發(fā)和管理全球企業(yè)的信息系統(tǒng)。由于目前銀行、商業(yè)零售、娛樂(lè)、保險(xiǎn)、醫(yī)療等行業(yè)的全球企業(yè)都依賴(lài)大規(guī)模的信息系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展業(yè)務(wù),相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生可受惠于這一課程,將其與原有的專(zhuān)業(yè)背景相結(jié)合而發(fā)展未來(lái)的職業(yè)生涯。另一輔修項(xiàng)目“信息管理與技術(shù)”則面向更廣泛專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,傳授信息、信息資源、信息通訊和信息技術(shù)相關(guān)知識(shí),使學(xué)生在當(dāng)前信息密集的工作環(huán)境下有更多的職業(yè)選擇。
許多院校還設(shè)立了高級(jí)研修證書(shū)(Certificate0fAdvancedStudy——C.A.S.)項(xiàng)目,其課程一般屬于碩士研究生層次或碩士后培訓(xùn),面向希望通過(guò)繼續(xù)教育更新專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的在職人員,或在專(zhuān)業(yè)工作某一領(lǐng)域有深造愿望、想打造某種專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)的在讀學(xué)生。C.A.S.因各校提供的課程不同呈現(xiàn)了多樣化的發(fā)展,如伊利諾伊大學(xué)香檳分校圖情學(xué)院提供的高級(jí)研修證書(shū)有:數(shù)字圖書(shū)館,圖書(shū)館和信息中心管理,專(zhuān)業(yè)圖書(shū)館服務(wù)(如兒童服務(wù)、政府信息、科學(xué)技術(shù)信息服務(wù))等;佛羅里達(dá)州立大學(xué)圖情學(xué)院提供的高級(jí)研修證書(shū)項(xiàng)目有:管理與領(lǐng)導(dǎo),博物館研究,參考服務(wù),網(wǎng)站設(shè)計(jì)、學(xué)校圖書(shū)館和青少年信息服務(wù)等。許多可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的方式取得,有的還可以根據(jù)學(xué)員個(gè)人的專(zhuān)業(yè)發(fā)展興趣設(shè)計(jì)個(gè)性化的修讀計(jì)劃。
4精心設(shè)計(jì)課程體系
培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要通過(guò)課程教學(xué)中的知識(shí)傳授及應(yīng)用實(shí)踐才能得到落實(shí)。為打造學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)核心能力,各圖書(shū)情報(bào)學(xué)院精心設(shè)計(jì)了各具特色的課程體系。盡管各校學(xué)術(shù)淵源的差異或在培養(yǎng)目標(biāo)上的不同側(cè)重,導(dǎo)致了具體課程設(shè)置和課程體系的不同,但仍有一些共同特征是值得我們注意的。
4.1提高課程廣度
配合培養(yǎng)目標(biāo)的提升,各校的課程都在面向更廣泛領(lǐng)域信息管理、信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的方向上有所拓展。各校課程體系中基本都會(huì)有一門(mén)旨在引導(dǎo)學(xué)生專(zhuān)業(yè)入門(mén)的必修基礎(chǔ)課。該課名稱(chēng)各異,如“Under-standingInformation”或“IntroductiontoInformationStud-ies”,但都力圖通過(guò)教學(xué)使學(xué)生了解在多樣化信息環(huán)境中信息管理專(zhuān)業(yè)人員的不同角色,指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣和才能來(lái)選擇與發(fā)展不同的學(xué)習(xí)計(jì)劃以達(dá)到相應(yīng)的職業(yè)目標(biāo)。課程廣度的提高還體現(xiàn)在關(guān)注更廣泛信息環(huán)境中的信息管理與技術(shù)問(wèn)題,如:數(shù)字圖書(shū)館、電子商務(wù)、e-Learning、eGoverment等,還設(shè)立了信息政策、信息道德、信息管理中的法律問(wèn)題等具有較新研究視野的課程。
4.2加強(qiáng)課程深度
為形成學(xué)生扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ),打造學(xué)生的專(zhuān)業(yè)核心能力,各校將相近研究領(lǐng)域的教師組成研究教學(xué)團(tuán)隊(duì),在核心專(zhuān)業(yè)方向上建設(shè)系列課程,以加強(qiáng)課程的深度。如:威斯康辛大學(xué)密爾沃基分校信息學(xué)院就由資深教授領(lǐng)銜成立了“信息組織研究組”和“信息檢索研究組”,其目的就是合作開(kāi)展研究計(jì)劃、組織學(xué)術(shù)交流并推進(jìn)課程建設(shè)。如信息檢索研究組所涉及的領(lǐng)域有:信息行為,信息檢索系統(tǒng)的人機(jī)交互,信息檢索系統(tǒng)評(píng)價(jià),信息檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì),信息可視化和多媒體信息檢索。各校致力于在傳統(tǒng)信息管理知識(shí)基礎(chǔ)上增加新技術(shù)的內(nèi)容,以深化課程內(nèi)容、強(qiáng)化某一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)核心能力的培養(yǎng)。如,伊利諾伊大學(xué)香檳分校圖書(shū)情報(bào)學(xué)院的“信息組織與知識(shí)描述”模塊下就集中了20多門(mén)相關(guān)課程,除了傳統(tǒng)的書(shū)目、索引、文摘、分類(lèi)與敘詞、數(shù)據(jù)庫(kù)課程外,還增加了多項(xiàng)新技術(shù)課程,有:多媒體信息、信息構(gòu)建、文檔建模、元數(shù)據(jù)、本體、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的可視化與導(dǎo)航、信息系統(tǒng)界面等。
4.3實(shí)現(xiàn)課程的模塊化及課程組織的靈活性
即在培養(yǎng)目標(biāo)的指導(dǎo)下,基于對(duì)信息專(zhuān)業(yè)人員的職業(yè)能力分析及課程教學(xué)和管理功能分析,將課程內(nèi)容按知識(shí)和能力的要求,編排為合理的課程模塊。模塊化課程體系的特點(diǎn)是:①每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立,學(xué)完一個(gè)模塊可以獲得一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技能、知識(shí)或能力;②模塊的內(nèi)容依據(jù)專(zhuān)業(yè)能力需要確定,針對(duì)性、實(shí)用性強(qiáng),比較深入;③模塊之間以及模塊課程之間可以靈活組合,以滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求;④課程模塊可及時(shí)更新,以反映行業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的新知識(shí)、新技術(shù)、新系統(tǒng)。
如:伊利諾伊大學(xué)香檳分校圖書(shū)情報(bào)學(xué)院就將碩士學(xué)位研究生的所有專(zhuān)業(yè)課程組織成7個(gè)范疇模塊,即:信息組織與知識(shí)描述,用戶(hù)與信息資源利用,信息系統(tǒng),歷史、經(jīng)濟(jì)與政策,管理與評(píng)價(jià),社會(huì)、團(tuán)體與組織信息學(xué),青少年文獻(xiàn)與服務(wù)。每個(gè)模塊都由10-20多門(mén)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程組成。模塊化課程體系建立了一個(gè)“寬口徑”的專(zhuān)業(yè)知識(shí)平臺(tái),每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)打造某項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技能。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,根據(jù)個(gè)人興趣及職業(yè)傾向,進(jìn)行模塊之間課程的選擇和組合,以形成自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃。有較寬視角的學(xué)生可以廣泛涉獵各模塊中的課程,而對(duì)發(fā)展某項(xiàng)專(zhuān)業(yè)能力特別感興趣的學(xué)生則可集中在一兩個(gè)模塊中深入學(xué)習(xí)相關(guān)課程。模塊化課程體系保證了課程組織的靈活性,使學(xué)生學(xué)習(xí)的選擇度更大,滿足了學(xué)生多樣化、個(gè)性化發(fā)展的要求,幫助學(xué)生在形成廣泛知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí),也能發(fā)現(xiàn)更多新的、動(dòng)態(tài)的職業(yè)路徑和就業(yè)目標(biāo),培養(yǎng)出“一專(zhuān)多能”的專(zhuān)業(yè)人才。
5以科研促進(jìn)教學(xué)發(fā)展
科研是教學(xué)的后盾,是提高教育質(zhì)量和教學(xué)水平的重要基礎(chǔ)。近年來(lái),北美圖書(shū)情報(bào)學(xué)院在科研方面一個(gè)重要趨勢(shì)是,拓寬研究視野,關(guān)注社會(huì)各領(lǐng)域的多元信息機(jī)會(huì),與其他學(xué)科合作開(kāi)展領(lǐng)域廣泛的跨學(xué)科研究。研究范圍從圖書(shū)館到信息科學(xué)與各學(xué)科交叉的各領(lǐng)域,不僅涉及信息組織、信息檢索與利用、信息系統(tǒng)和人機(jī)交互的設(shè)計(jì),也涉及對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和各類(lèi)組織機(jī)構(gòu)信息環(huán)境的分析研究,探討利于信息社會(huì)和諧發(fā)展的政策、法律問(wèn)題。還注重研究信息、技術(shù)與人的相互關(guān)系,以信息行為主體為中心探討信息系統(tǒng)的優(yōu)化等??梢?jiàn),研究范圍和角度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)圖書(shū)情報(bào)學(xué)的范圍,同時(shí)又充分發(fā)揮傳統(tǒng)學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技能的特長(zhǎng),在更廣闊的背景下探索信息管理、信息開(kāi)發(fā)與利用、知識(shí)組織、知識(shí)管理與傳播。
在美國(guó)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)會(huì)(ASIS&T)2009年會(huì)上,北卡羅來(lái)納大學(xué)信息學(xué)院展示了其近年來(lái)的研究項(xiàng)目和成果。該校研究人員將研究視角置于當(dāng)今世界各類(lèi)信息查詢(xún)與利用中的各種社會(huì)、組織和技術(shù)問(wèn)題。許多跨學(xué)科項(xiàng)目所涉及研究領(lǐng)域的廣泛和豐富性正切合了該屆年會(huì)的主題:“蓬勃發(fā)展的多樣性——多元化世界中的信息機(jī)會(huì)”(Thriving0nDiversity-Informa-tionOpportunitiesinaPluralisticWorld)。如:與國(guó)家癌癥學(xué)會(huì)(NCI)合作的簡(jiǎn)化個(gè)人健康記錄的研究項(xiàng)目,與該大學(xué)醫(yī)務(wù)人員共同工作開(kāi)發(fā)的緊急醫(yī)療文本處理軟件系統(tǒng)等項(xiàng)目,都旨在探索有效輸入病人醫(yī)療信息并易于后續(xù)者檢索和閱讀的方法,以改善民眾的診療環(huán)境,提高醫(yī)療服務(wù)效率,并支持長(zhǎng)期的醫(yī)學(xué)研究、公共衛(wèi)生管理與監(jiān)測(cè)等。該校信息與可視化實(shí)驗(yàn)室(IV-Lab)與遺傳學(xué)、放射學(xué)、生物化學(xué)、生物工程等領(lǐng)域研究人員合作開(kāi)發(fā)了醫(yī)學(xué)圖像的三維顯示,可用于乳腺癌的早期診斷;IVLab還開(kāi)發(fā)了醫(yī)學(xué)圖像及信息交換的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該校交互設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室(IDL)承擔(dān)的國(guó)家科學(xué)基金會(huì)項(xiàng)目GovStat則面向公眾利用政府信息與服務(wù)的迫切要求,力求通過(guò)對(duì)政府信息的集成、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性的用戶(hù)界面,使公眾能夠更加便利地查找、獲取政府信息資源,更有效地利用政府信息服務(wù)。而元數(shù)據(jù)研究中心(MRC)則是致力于結(jié)合各領(lǐng)域的需求研發(fā)各種更有效的元數(shù)據(jù),以支持搜索引擎改善檢索效果、開(kāi)發(fā)支持生物多樣性和自然歷史研究的數(shù)字圖書(shū)館,還將元數(shù)據(jù)研究成果應(yīng)用到生物信息學(xué)、電子商務(wù)、信息安全等許多領(lǐng)域。
正是在廣泛關(guān)注社會(huì)各領(lǐng)域的信息需求、發(fā)現(xiàn)各種信息工作機(jī)會(huì),積極開(kāi)展跨學(xué)科研究的合作中,信息管理專(zhuān)業(yè)人員的知識(shí)和技能得以充分展示;加上各領(lǐng)域?qū)?zhuān)門(mén)信息人才的需求日益迫切,于是各種跨學(xué)科的雙學(xué)位教育項(xiàng)目(Dual/CoordinatedDegree)應(yīng)運(yùn)而生。如密執(zhí)安大學(xué)信息學(xué)院的雙學(xué)位項(xiàng)目有:商業(yè)管理與信息(MBA/MSI)、法律與信息(JD/MSI)、醫(yī)學(xué)與信息(MD/MSI)、公共政策與信息(MPP/MSI)、社會(huì)工作與信息等。威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校圖書(shū)館與信息學(xué)院的雙學(xué)位項(xiàng)目有:法律與圖書(shū)館信息學(xué)、音樂(lè)與圖書(shū)館信息學(xué)。
6重視開(kāi)展實(shí)踐性教學(xué),加強(qiáng)學(xué)生綜合職業(yè)能力的培養(yǎng)
為培養(yǎng)學(xué)生的綜合專(zhuān)業(yè)能力、實(shí)際動(dòng)手能力和工作技能,各圖書(shū)情報(bào)院校都非常重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)各種實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)課程等專(zhuān)業(yè)活動(dòng),使學(xué)生投入到真實(shí)的信息環(huán)境,接觸到切實(shí)的信息需求,并在專(zhuān)業(yè)人員或教師的指導(dǎo)下,嘗試探索解決現(xiàn)實(shí)信息問(wèn)題的方案。各校開(kāi)展的實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)形式豐富多樣,除了穿插于各專(zhuān)業(yè)課程中的調(diào)研、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)外,還有各種課外學(xué)生社團(tuán)活動(dòng)或社會(huì)實(shí)踐,更有與企業(yè)及其他社會(huì)機(jī)構(gòu)相結(jié)合的專(zhuān)門(mén)畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)活動(dòng)等。例如:
北卡羅來(lái)納大學(xué)圖情學(xué)院大力倡導(dǎo)其學(xué)生面向社區(qū)、結(jié)合專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)開(kāi)展技術(shù)開(kāi)發(fā)和服務(wù)。該校學(xué)生積極運(yùn)作籌款和藏書(shū)捐獻(xiàn),為當(dāng)?shù)責(zé)o家可歸者庇護(hù)中心建立了圖書(shū)館;開(kāi)發(fā)的植物信息中心(PlantInformationCenter,PIC)網(wǎng)站收集了北卡和美國(guó)東南部375種植物的標(biāo)本和相關(guān)信息,為中小學(xué)生探索自然、學(xué)習(xí)相關(guān)生物知識(shí)、識(shí)別植物品種提供服務(wù)。PIC已成為北卡植物園、當(dāng)?shù)刂袑W(xué)和公共圖書(shū)館的合作伙伴。還與專(zhuān)業(yè)圖書(shū)館合作開(kāi)發(fā)了北卡健康信息(NCHealthlnfo)網(wǎng)站,幫助居民查找當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)及各種疾病和康復(fù)中心的醫(yī)療條件、服務(wù)項(xiàng)目等。學(xué)生們還經(jīng)常在本社區(qū)公共圖書(shū)館組織親子閱讀、社區(qū)閱讀等活動(dòng)。學(xué)院還與美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)簽署了多年的實(shí)習(xí)合同,每個(gè)學(xué)期EPA圖書(shū)館和國(guó)家環(huán)境健康科學(xué)學(xué)會(huì)圖書(shū)館會(huì)雇用該校的在讀研究生作為實(shí)習(xí)生在圖書(shū)館各崗位輪崗工作,如:編目、聯(lián)機(jī)檢索、館際互借、參考服務(wù)等,已有300多名學(xué)生參加過(guò)實(shí)習(xí)。其他合作過(guò)的實(shí)習(xí)機(jī)構(gòu)有IBM、Cisco、SAS及GlaxoSmithK—iine等著名企業(yè)。
德雷賽爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院則通過(guò)帶薪實(shí)習(xí)計(jì)劃(Co-op)為學(xué)生提供了極有價(jià)值的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐機(jī)會(huì)。Co-op項(xiàng)目使學(xué)生有機(jī)會(huì)在財(cái)富500強(qiáng)中的微軟、CIGNA和西門(mén)子等著名企業(yè)公司中工作,既獲得了寶貴的專(zhuān)業(yè)工作經(jīng)驗(yàn),又可與業(yè)界人士和公司建立聯(lián)系,為求職就業(yè)提供便利。信息學(xué)院學(xué)生所任職位涉及:局域網(wǎng)絡(luò)工程、系統(tǒng)分析、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)站開(kāi)發(fā)、用戶(hù)界面設(shè)計(jì)與分析等許多方面,其平均6個(gè)月薪水為17082美元,是該大學(xué)CO-OP項(xiàng)目中最高的。
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校信息學(xué)院重視畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng),為“專(zhuān)業(yè)體驗(yàn)計(jì)劃(Profes-sionalExperienceProject,PEP)”等系列實(shí)踐課規(guī)定了專(zhuān)門(mén)的學(xué)分和輔導(dǎo)制度。PEP課要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,基于真實(shí)的信息環(huán)境,做出學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、有專(zhuān)業(yè)水平的項(xiàng)目。PEP項(xiàng)目可以是開(kāi)展系統(tǒng)的分析和評(píng)估,系統(tǒng)建檔、保存數(shù)字信息和記錄,或評(píng)估一項(xiàng)館藏或信息存儲(chǔ),建立和執(zhí)行推廣方案的成果。其成果可以是一個(gè)詳細(xì)說(shuō)明該項(xiàng)目的論文、網(wǎng)站、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)集、手冊(cè)或社區(qū)服務(wù)項(xiàng)目。
1.1醫(yī)學(xué)信息學(xué)教學(xué)與醫(yī)學(xué)實(shí)踐需求脫節(jié)
醫(yī)學(xué)信息學(xué)的教學(xué)體系應(yīng)該從醫(yī)學(xué)信息的上、中、下“三游”來(lái)加以組織。醫(yī)學(xué)信息學(xué)上游主要是指?jìng)魇卺t(yī)學(xué)信息的本質(zhì)、特征、類(lèi)型、產(chǎn)生機(jī)制與機(jī)構(gòu)、傳播等知識(shí)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)中游主要是指?jìng)魇卺t(yī)學(xué)信息的搜集、整理、鑒定、組織與分析,以及醫(yī)療信息化背景下的醫(yī)學(xué)信息的描述與信息庫(kù)、衛(wèi)生信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)信息的儲(chǔ)存、檢索和深加工等知識(shí)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)下游主要是指?jìng)魇卺t(yī)學(xué)信息資源開(kāi)發(fā)、利用與服務(wù)及其文化傳承等知識(shí)。筆者認(rèn)為醫(yī)學(xué)信息學(xué)是一門(mén)應(yīng)用型較強(qiáng)的課程,對(duì)于醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生需要根據(jù)未來(lái)所從事的職業(yè)性質(zhì)研修相應(yīng)的“三游”知識(shí)。如臨床專(zhuān)業(yè)的學(xué)生需要研修病案管理學(xué)、病案信息資源管理學(xué)、醫(yī)院信息系統(tǒng)、電子病歷等課程。但是就筆者所在的南京醫(yī)科大學(xué)進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn),在醫(yī)學(xué)學(xué)生的教學(xué)計(jì)劃中,只有衛(wèi)生信息管理與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)與醫(yī)療保險(xiǎn)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了醫(yī)學(xué)信息學(xué)的相關(guān)課程,而作為未來(lái)醫(yī)學(xué)信息的產(chǎn)生者——醫(yī)生,臨床專(zhuān)業(yè)的醫(yī)學(xué)生教學(xué)計(jì)劃中沒(méi)有醫(yī)學(xué)信息學(xué)的相關(guān)課程。這種醫(yī)學(xué)信息學(xué)教學(xué)與醫(yī)學(xué)實(shí)踐需求之間的脫節(jié),直接導(dǎo)致臨床專(zhuān)業(yè)的醫(yī)學(xué)生在大學(xué)期間沒(méi)有培養(yǎng)良好的醫(yī)學(xué)信息學(xué)素養(yǎng),進(jìn)而導(dǎo)致這些醫(yī)學(xué)生在未來(lái)成為醫(yī)生之后對(duì)醫(yī)學(xué)信息不重視,甚至為醫(yī)學(xué)信息產(chǎn)生、收集、整理而煩惱。
1.2醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科發(fā)展不深入
長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院對(duì)開(kāi)設(shè)醫(yī)學(xué)信息學(xué)專(zhuān)業(yè)(或方向)的高校進(jìn)行了排名,其順序是復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、中南大學(xué)、中國(guó)醫(yī)科大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)、四川大學(xué)、北京大學(xué)、南方醫(yī)科大學(xué)、山西醫(yī)科大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、石河子大學(xué)、吉林大學(xué)、重慶醫(yī)科大學(xué)、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)、山東大學(xué)、杭州師范大學(xué)、南京醫(yī)科大學(xué)、泰山醫(yī)學(xué)院、河北醫(yī)科大學(xué)、南昌大學(xué)、天津中醫(yī)藥大學(xué)、福建醫(yī)科大學(xué)、武漢大學(xué)、上海交通大學(xué)、青島大學(xué)、天津醫(yī)科大學(xué)、延邊大學(xué)、浙江中醫(yī)藥大學(xué)、新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院、南華大學(xué)和大連醫(yī)科大學(xué)等33所高校。筆者在南京醫(yī)科大學(xué)圖書(shū)館網(wǎng)站利用“題名=醫(yī)學(xué)信息或衛(wèi)生信息,文獻(xiàn)類(lèi)型選擇‘中文書(shū)籍’進(jìn)行檢索,返回結(jié)果為51本與醫(yī)學(xué)信息相關(guān),14本與衛(wèi)生信息相關(guān)的文獻(xiàn)。在51本與醫(yī)學(xué)信息相關(guān)的檢索結(jié)果中涉及醫(yī)學(xué)信息檢索的文獻(xiàn)為31本,涉及到醫(yī)學(xué)信息學(xué)基礎(chǔ)教程的結(jié)果為8本。其余主要包括醫(yī)學(xué)信息研究、醫(yī)學(xué)信息資源組織與管理、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)決策與支持系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)信息分析等。綜觀這些檢索結(jié)果基本上是針對(duì)不同對(duì)象的大學(xué)課程教科書(shū)。在14本與衛(wèi)生信息相關(guān)的檢索結(jié)果中涉及衛(wèi)生信息管理的結(jié)果為8本,涉及衛(wèi)生信息系統(tǒng)的結(jié)果為2本,涉及衛(wèi)生信息化的有2本,涉及衛(wèi)生信息技術(shù)與衛(wèi)生信息資源的各1本。從檢索結(jié)果可以得出在醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科發(fā)展過(guò)程中存在創(chuàng)作重復(fù)現(xiàn)象。如在檢索結(jié)果中涉及到的知識(shí)點(diǎn)雷同多,書(shū)本編排應(yīng)急就章,重復(fù)建設(shè),后出版之書(shū)不僅沒(méi)有超過(guò)前者,有的反而出現(xiàn)倒退現(xiàn)象。除劉冰、黃玉玲主編的《醫(yī)學(xué)信息研究》之外,主要用于醫(yī)學(xué)信息學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)教材。在這些教材中除了丁寶芬教授的《醫(yī)學(xué)信息學(xué)》、羅愛(ài)靜教授的《衛(wèi)生信息管理概論》和《衛(wèi)生信息管理學(xué)》作為普通高等教育國(guó)家級(jí)教材規(guī)劃教材之外,其余教材鮮有得到國(guó)際或國(guó)內(nèi)同行普遍認(rèn)同。有些著作雖然注重吸收?qǐng)D書(shū)情報(bào)與檔案管理學(xué)的學(xué)科知識(shí),但是沒(méi)有能夠與醫(yī)學(xué)信息學(xué)有效融合,移植現(xiàn)象比較明顯。當(dāng)然筆者在此無(wú)意于簡(jiǎn)單否定醫(yī)學(xué)信息學(xué)界與出版界同行的工作,但我國(guó)33所醫(yī)學(xué)信息學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高等院校應(yīng)該反思,應(yīng)考慮利用范式理論指引學(xué)科發(fā)展,加強(qiáng)知識(shí)橫向與縱向的傳承與發(fā)展,引進(jìn)圖書(shū)情報(bào)與檔案管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和管理學(xué)等理論,彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科的空白和不足,提升學(xué)科地位。
2醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究是解困之舉
隨著全球化進(jìn)程的加劇,醫(yī)學(xué)信息學(xué)也將與其他學(xué)科更加相融,醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展必將走向開(kāi)放與合作,醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科發(fā)展問(wèn)題將會(huì)成為一個(gè)國(guó)際性課題。因此我國(guó)醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體利用范式理論作為研究手段,從國(guó)外學(xué)科研究成果和研究方法中汲取有益成分,使之為解決國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的學(xué)科發(fā)展之瓶頸成為應(yīng)然解困之舉。
2.1范式研究有助于醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科的深化與拓展
醫(yī)學(xué)信息學(xué)要想從宏觀上和根本上提升學(xué)科地位,需要在元科學(xué)領(lǐng)域的研究上投入更多精力。元科學(xué)理論,即關(guān)于科學(xué)的科學(xué),醫(yī)學(xué)信息學(xué)元科學(xué)即是指關(guān)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)的科學(xué)。當(dāng)醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展到一定階段的時(shí)候,醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體會(huì)對(duì)學(xué)科的本質(zhì)、規(guī)律及其相關(guān)元問(wèn)題進(jìn)行分析與探究,便產(chǎn)生了“學(xué)中之學(xué)”、“科學(xué)之科學(xué)”的研究取向,筆者認(rèn)為可以將這類(lèi)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)分支學(xué)科稱(chēng)之為“醫(yī)學(xué)信息學(xué)元科學(xué)”。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體會(huì)遵循學(xué)科發(fā)展史的軌跡,即經(jīng)驗(yàn)研究、方法論研究和理論研究,具體發(fā)展走向?yàn)椴“腹芾怼⑨t(yī)學(xué)信息檢索、衛(wèi)生信息管理學(xué)、衛(wèi)生信息化、衛(wèi)生法律法規(guī)、醫(yī)學(xué)信息保護(hù)技術(shù)學(xué)、醫(yī)院信息系統(tǒng)、衛(wèi)生信息系統(tǒng)、電子病歷、區(qū)域醫(yī)療合作和醫(yī)學(xué)信息學(xué)史等。在此基礎(chǔ)之上,醫(yī)學(xué)信息學(xué)科分支中會(huì)產(chǎn)生醫(yī)學(xué)信息學(xué)概論(衛(wèi)生信息管理概論)——以“揭示醫(yī)學(xué)信息學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)和規(guī)律為研究目的”的學(xué)科。醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究就是關(guān)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科自身的深化與拓展,醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體立足于宏觀抽象層面,從根本上認(rèn)識(shí)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的元問(wèn)題和本質(zhì)規(guī)律?,F(xiàn)階段我國(guó)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)研究已具備一定的規(guī)模和水平,其研究領(lǐng)域已經(jīng)從醫(yī)學(xué)知識(shí)表達(dá)、衛(wèi)生信息系統(tǒng)、生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)教育與培訓(xùn)l等傳統(tǒng)領(lǐng)域向面向語(yǔ)義互操作的知識(shí)體系構(gòu)建、跨系統(tǒng)和跨應(yīng)用的互操作標(biāo)準(zhǔn)制定、網(wǎng)格與云環(huán)境下的應(yīng)用、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、人體模型建設(shè)、臨床決策和認(rèn)知學(xué)領(lǐng)域深入發(fā)展。盡管醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展領(lǐng)域,具有較快的發(fā)展速度,但是對(duì)元問(wèn)題層面的挖掘探討仍對(duì)學(xué)科的發(fā)展是至關(guān)重要的。以醫(yī)學(xué)信息學(xué)元科學(xué)代表“醫(yī)學(xué)信息學(xué)概論”或“衛(wèi)生信息管理概論”為例,現(xiàn)有的文獻(xiàn)僅有一本,即衛(wèi)生部“十一五”規(guī)劃教材——《衛(wèi)生信息管理概論》。筆者認(rèn)為作為醫(yī)學(xué)信息學(xué)元科學(xué)的《衛(wèi)生信息管理概論》應(yīng)當(dāng)注重對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)生存環(huán)境、發(fā)展史和共同體的研究,應(yīng)從醫(yī)學(xué)信息學(xué)本身的問(wèn)題出發(fā)建立起本學(xué)科研究問(wèn)題的獨(dú)特視角,而不宜將大量的篇幅放在對(duì)“對(duì)象性事物”的描述和闡述上?;谠茖W(xué)的重要性,醫(yī)學(xué)信息學(xué)理應(yīng)將更多的空間設(shè)定在元科學(xué)領(lǐng)域的研究上,才能從根本上提升該學(xué)科地位。醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究理應(yīng)針對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)自身的探討和分析,立足于宏觀抽象層面認(rèn)識(shí)醫(yī)學(xué)信息學(xué)基本問(wèn)題和本質(zhì)規(guī)律的研究。鑒于此,筆者認(rèn)為醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究與醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展的要求是一致的,它是醫(yī)學(xué)信息元科學(xué)研究的最佳切入點(diǎn),它是以醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展史為研究主線,不僅涉及到醫(yī)學(xué)信息學(xué)未來(lái)的發(fā)展方向,還需要研究醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科共同體主體作用、醫(yī)學(xué)信息范式變遷與學(xué)科外在環(huán)境因素之間的關(guān)系等。
2.2范式研究是醫(yī)學(xué)信息學(xué)汲取外學(xué)科精華的典型嘗試
較之于醫(yī)學(xué)信息學(xué)內(nèi)部各分支學(xué)科之間的互相融合,醫(yī)學(xué)信息學(xué)對(duì)其他學(xué)科理論和技術(shù)應(yīng)用的吸收、引進(jìn)、消化、滲透、移植等將不斷推進(jìn)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展。即使醫(yī)學(xué)信息學(xué)在解謎過(guò)程中出現(xiàn)不可通約性,分歧未能達(dá)成一致意見(jiàn),醫(yī)學(xué)信息學(xué)也會(huì)在反復(fù)的推敲和質(zhì)疑中逐漸成熟。因?yàn)樵谕鈱W(xué)科理論引入醫(yī)學(xué)信息學(xué)的磨合期中所產(chǎn)生的碰撞、摩擦和火花,可能為醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展提供爭(zhēng)論的焦點(diǎn)和學(xué)術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究正是基于這一思考與目的。美國(guó)社會(huì)學(xué)家米爾斯在《社會(huì)學(xué)的想像力》中論及:“將自己的領(lǐng)域當(dāng)作獨(dú)立的王國(guó),而忽略它與其他領(lǐng)域,諸如經(jīng)濟(jì)、政治等方面的聯(lián)系,造成了歸納的一般性無(wú)法演變成演繹的精確性,演繹的精確性又無(wú)法上升到歸納的一般性。最終的結(jié)果就是,個(gè)人困擾沒(méi)有成為公共論題,甚至于漸行漸遠(yuǎn)。人文精神的組織力進(jìn)化成為科學(xué)精神的機(jī)械性,而概念和方法則成為了問(wèn)題的主導(dǎo)因素,這不禁有本末倒置之嫌。加之于我們對(duì)社會(huì)本身是如何形成的一無(wú)所知,而只是無(wú)意識(shí)地接受了其存在的合法性,這更容易加深身處其中人的無(wú)力和無(wú)助感。”醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式從本質(zhì)上說(shuō)就是社會(huì)學(xué)理論進(jìn)入醫(yī)學(xué)信息學(xué)領(lǐng)域的一大嘗試。醫(yī)學(xué)信息學(xué)由單一研究方向向多重研究方向發(fā)展,從病案管理學(xué)向病案學(xué)、醫(yī)學(xué)信息檢索、衛(wèi)生信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)決策支持系統(tǒng)、認(rèn)知學(xué)和醫(yī)學(xué)倫理與監(jiān)管等方向發(fā)展,醫(yī)學(xué)信息學(xué)專(zhuān)業(yè)呈現(xiàn)日益增多,學(xué)科日趨分化的趨勢(shì)。從醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,符合人類(lèi)的認(rèn)識(shí)發(fā)展規(guī)律。初期關(guān)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)的知識(shí)是從病案管理實(shí)踐著手,對(duì)于學(xué)科還沒(méi)有一個(gè)完整、清晰的認(rèn)識(shí),隨著研究活動(dòng)的深入、認(rèn)識(shí)的推進(jìn),與學(xué)科內(nèi)外發(fā)展動(dòng)力因素的影響,對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)進(jìn)行逐塊逐層的分解研究,于是出現(xiàn)了整體知識(shí)的不斷吸收、引進(jìn)、消化、滲透、移植等,在學(xué)科組成上表現(xiàn)為學(xué)科不斷分化成病案學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、衛(wèi)生信息系統(tǒng)等分支學(xué)科(或?qū)I(yè))。醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展理應(yīng)汲取外學(xué)科的精華充實(shí)與強(qiáng)化本學(xué)科內(nèi)涵建設(shè),來(lái)解決醫(yī)學(xué)信息學(xué)科建設(shè)中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)與焦點(diǎn)問(wèn)題。因此,為了醫(yī)學(xué)信息學(xué)的科學(xué)發(fā)展,我們需要的是深刻剖析與之存在學(xué)科依賴(lài)關(guān)系及其運(yùn)作原則,并結(jié)合其他學(xué)科的研究成果來(lái)探討此情境下的醫(yī)學(xué)信息學(xué)的學(xué)科發(fā)展問(wèn)題,而不是脫離其中任何一方。我國(guó)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)端于2O世紀(jì)80年代初的醫(yī)學(xué)圖書(shū)情報(bào)學(xué),研究體系不夠完整和成熟,研究領(lǐng)域也不平衡,例如重視文獻(xiàn)信息管理、技術(shù)路線和微觀實(shí)踐,但是對(duì)于理論研究和學(xué)科RESEARCHONLIBRARYSCIENCE19建設(shè)研究不夠深入,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)滯后,信息共享不足、缺乏系統(tǒng)規(guī)劃,人才數(shù)量不足、質(zhì)量有待提高、結(jié)構(gòu)不盡合理。新時(shí)期的醫(yī)學(xué)信息學(xué)又面臨學(xué)科外的政治環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響,與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、社會(huì)學(xué)、倫理學(xué)、認(rèn)知學(xué)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用與滲透,意味著醫(yī)學(xué)信息學(xué)已經(jīng)沿著范式理論的軌跡,發(fā)展成為一門(mén)綜合各學(xué)科精華的邊緣交叉學(xué)科。在醫(yī)學(xué)信息學(xué)研究呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)的今天,借鑒社會(huì)學(xué)方法有助于分析醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展方向、分支學(xué)科,或許會(huì)讓我們發(fā)現(xiàn)原來(lái)的封閉視野所不能看到的演進(jìn)過(guò)程與規(guī)律;也有助于當(dāng)我們習(xí)慣于現(xiàn)有學(xué)科思維框架下的醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展之余,換之以外學(xué)科的視角重新審視和考察醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展和演變,給學(xué)科的發(fā)展與建設(shè)輸入新的血液。
3醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科范式內(nèi)涵探微
“范式(Paradigm)”一詞是托馬斯•庫(kù)恩首先在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書(shū)中用于科學(xué)研究的,他在該書(shū)中指出:“范式通常是指那些公認(rèn)的科學(xué)成就,他們?cè)谝欢螘r(shí)間里為實(shí)踐共同體提供典型的問(wèn)題和解答??梢杂脕?lái)解釋科學(xué)歷史發(fā)展軌跡及其科學(xué)知識(shí)增長(zhǎng)模式的社會(huì)學(xué)概念?!薄胺妒降闹饕憩F(xiàn)為‘符號(hào)概括’、‘信念’、‘價(jià)值’和‘范例’等?!痹诮庾x與理解庫(kù)恩關(guān)于范式的闡述的基礎(chǔ)上,筆者認(rèn)為,醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式是醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體在醫(yī)學(xué)信息生產(chǎn)和管理實(shí)踐活動(dòng)中所共有的世界觀、方法論、理論成果和共同遵守的行為準(zhǔn)則(即范例)等成分,是指醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體公認(rèn)的“模式”。共同體、世界觀、方法論、理論成果和范例等是醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式的重要組成成分,其雖不可能涵蓋醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式全部的“應(yīng)有之義”,但可以把這些當(dāng)作醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式的核心內(nèi)容。
3.1共同體
科學(xué)共同體簡(jiǎn)稱(chēng)為共同體,最早運(yùn)用可以追溯到1942年,英國(guó)物理學(xué)家、哲學(xué)家波朗尼(Polanyi)在其論文《科學(xué)的自治》中使用了這一概念。庫(kù)恩在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中把“共同體”理解為科學(xué)范式的承載體——“一個(gè)科學(xué)共同體由共有一個(gè)范式的人組成”。學(xué)科共同體是以上一切成分元素的執(zhí)行者,也是經(jīng)常被忽略的研究主體??茖W(xué)共同體研究在范式研究中的地位毋庸置疑,醫(yī)學(xué)信息學(xué)科共同體正因?yàn)橛辛斯餐姆妒讲拍芗性谙嗤难芯款I(lǐng)域內(nèi),不受時(shí)間和空間的限制,進(jìn)行交流和互動(dòng)。因此在研究醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式時(shí),首先要明確醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體的概念。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科主要研究的是醫(yī)學(xué)信息學(xué)的對(duì)象、方法論、理論標(biāo)準(zhǔn),而很少涉及醫(yī)學(xué)信息學(xué)的認(rèn)識(shí)主體——醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體可理解為發(fā)展醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式的主體,研究醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式主體,擁護(hù)同一醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式的主體。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體由授受相應(yīng)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)教育背景和學(xué)科訓(xùn)I練的學(xué)者構(gòu)成,他們以發(fā)展醫(yī)學(xué)信息學(xué)為使命,具有共同的價(jià)值理念,遵循共同的學(xué)術(shù)規(guī)范和維護(hù)共同的學(xué)術(shù)尊嚴(yán)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)科共同體通常遵循醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科發(fā)展規(guī)律,致力于醫(yī)學(xué)信息學(xué)科學(xué)研究、教育教學(xué)、實(shí)踐,是醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科的主體。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體可以是相對(duì)穩(wěn)定的正式組織形式,也可以是自由組合的非正式組織形式。前者具有相對(duì)穩(wěn)定的組織機(jī)構(gòu)、成員、規(guī)范和活動(dòng)方式。如中國(guó)醫(yī)院管理學(xué)會(huì)下的病案管理委員會(huì)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)會(huì),全國(guó)33所開(kāi)設(shè)醫(yī)學(xué)信息學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)(或方向)的院校教師組成的同事式組織、導(dǎo)師與學(xué)生組成的師徒式組織,以及其他醫(yī)學(xué)信息科研、實(shí)踐機(jī)構(gòu)組成的固定團(tuán)隊(duì)等。后者一般不具備嚴(yán)格意義上傳統(tǒng)固定的組織形式、規(guī)模和穩(wěn)定人員構(gòu)成等內(nèi)容。如因課題立項(xiàng)而臨時(shí)組建的課題組形式,各地組織的擁有固定主題的學(xué)術(shù)研討會(huì)、學(xué)術(shù)論壇、博士論壇,同一學(xué)科領(lǐng)域或分支學(xué)科的共同愛(ài)好者等。從醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體發(fā)揮的作用來(lái)看,非正式組織形式的學(xué)科共同體不僅是學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的生力軍,也是正式組織形式醫(yī)學(xué)信息學(xué)科共同體的補(bǔ)充力量。當(dāng)他們的自身作用和地位日益得到社會(huì)及統(tǒng)治階層認(rèn)可時(shí),自組織形式隨時(shí)有可能轉(zhuǎn)化為有組織形式。
3.2世界觀
世界觀,又稱(chēng)為宇宙觀,是哲學(xué)的樸素形態(tài)。由于醫(yī)學(xué)共同體所處的社會(huì)地位、觀察問(wèn)題的角度不同形成不同的醫(yī)學(xué)信息學(xué)世界觀,這種觀點(diǎn)是共同體自身醫(yī)學(xué)信息學(xué)工作、學(xué)習(xí)和生活實(shí)踐的結(jié)果,往往是自發(fā)形成的,需要醫(yī)學(xué)信息學(xué)的相關(guān)研究者對(duì)其進(jìn)行自覺(jué)地概括和總結(jié)并給予理論上的論證,才能成為指導(dǎo)學(xué)科發(fā)展的哲學(xué)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體的世界觀是形而上的部分,是共同體對(duì)整個(gè)醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科,以及共同體與醫(yī)學(xué)信息學(xué)之間的總的看法和根本觀點(diǎn),簡(jiǎn)而言之即醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體對(duì)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)這一學(xué)科的總體認(rèn)識(shí),對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的共識(shí),包括醫(yī)學(xué)信息學(xué)科共同體所共有的基本信念、價(jià)值取向、思維方式等,是本體論、認(rèn)識(shí)論層面的承諾,以及對(duì)自身在醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科中的地位和作用的看法。醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體的世界觀可作為指導(dǎo)思想,指導(dǎo)醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體開(kāi)展醫(yī)學(xué)信息學(xué)研究。醫(yī)學(xué)信息的世界觀往往決定著一個(gè)學(xué)科的自身定位和發(fā)展方向,表現(xiàn)在醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式研究中則是要解決“如何看待醫(yī)學(xué)信息學(xué)專(zhuān)業(yè)研究對(duì)象”的問(wèn)題。當(dāng)認(rèn)為醫(yī)學(xué)信息體現(xiàn)為一種歷史記錄屬性時(shí),要維護(hù)的是學(xué)科歷史有機(jī)聯(lián)系;當(dāng)認(rèn)為醫(yī)學(xué)信息體現(xiàn)為一種知識(shí)屬性時(shí),要實(shí)現(xiàn)的是學(xué)科最大效益。
3.3方法論
醫(yī)學(xué)信息學(xué)方法論是醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體在醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)踐和研究中所自覺(jué)沿襲的一般方法。醫(yī)學(xué)信息學(xué)方法論是以解決醫(yī)學(xué)信息學(xué)中的問(wèn)題為目標(biāo)的一種體系或系統(tǒng),通常涉及問(wèn)題分析、任務(wù)工具和方法技巧等方面的論述。方法論體現(xiàn)在世界觀、自然觀、社會(huì)歷史觀、倫理觀、審美觀、科學(xué)觀之中,可以是由模式、方式、方法、手段等組成的經(jīng)驗(yàn)研究成果、案例和實(shí)用技術(shù)方法。醫(yī)學(xué)信息學(xué)方法論會(huì)對(duì)一系列具體的方法進(jìn)行分析研究、系統(tǒng)總結(jié)并最終提出較為一般性的原則。醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科的發(fā)展范式按照庫(kù)恩的科學(xué)范式為一般原則,即從前科學(xué)——常規(guī)科學(xué)——反常與危機(jī)——科學(xué)革命——新的常規(guī)科學(xué)為醫(yī)學(xué)信息學(xué)的學(xué)科發(fā)展線索,并利用歷史主義方法構(gòu)建醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式理論;在經(jīng)驗(yàn)層面,方法論是理論適用的方式,如在病案科整理病歷資料時(shí),利用來(lái)源原則與事由原則進(jìn)行歸檔管理;在醫(yī)學(xué)信息學(xué)安全和實(shí)用技術(shù)中則是一些純事實(shí)性和操作性方法,如利用原型法指導(dǎo)醫(yī)院進(jìn)行信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)。醫(yī)學(xué)信息學(xué)方法論是用以指導(dǎo)醫(yī)學(xué)信息學(xué)進(jìn)行學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐活動(dòng)的路徑與綱領(lǐng),解決的是“醫(yī)學(xué)信息學(xué)如何從事專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)活動(dòng)”的問(wèn)題。如研究方法中的歷史主義研究方法、實(shí)證主義方法、論證方法、比較方法和調(diào)查研究方法等。
3.4理論成果
醫(yī)學(xué)信息學(xué)理論成果是指對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)范式形成并起著決定作用的共有醫(yī)學(xué)信息學(xué)理論。理論需要尋求解釋?zhuān)妒絼t提供了尋找解釋的方法。醫(yī)學(xué)信息學(xué)理論在成為共有認(rèn)識(shí)之后可以上升到范式層面,達(dá)到范式層面的理論成果同一般的理論成果有聯(lián)系,也有區(qū)別。聯(lián)系在于,范式層面的理論來(lái)自于一般理論而又高于一般理論,它是醫(yī)學(xué)信息學(xué)共有的概論、命題及其推理。概念是思維的基本單位,是反映事物本質(zhì)屬性的思維形式。作為醫(yī)學(xué)信息學(xué)理論邏輯出發(fā)點(diǎn)的概念是基本概念。共有概念是對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科共有基本元素的約定,而這些概念必須是以醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科的本源概念的面貌出現(xiàn)。如“病歷”、“醫(yī)囑”和“病案”。命題是表明判斷結(jié)果的陳述語(yǔ)句,有真假意義的語(yǔ)句才是命題。如病案的本質(zhì)屬性是原始醫(yī)療記錄性——這是對(duì)病案本質(zhì)屬性的肯定判斷,是一個(gè)可以做真假檢驗(yàn)的語(yǔ)句。共有命題是指醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)科理論中類(lèi)似自然科學(xué)中定理、定律性質(zhì)的命題。推理是指一判斷借以另一判斷推出的思維功能。共有推理是由共有命題中引申而來(lái)的。如從病案的原始性可能推理出病案具有憑證性。雖然范式層面的理論已經(jīng)得到充分的論證,成為共同體內(nèi)部約定俗成的公理,但是醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體不會(huì)因?yàn)榫唧w理論的不完善而影響范式共有理論的存在,對(duì)于共有理論,也不會(huì)因?yàn)檠芯恐黧w的不同闡釋而影響其范式指導(dǎo)作用。雖然處于同一學(xué)科共同體的成員往往引用同樣的理論成果,得出類(lèi)似的理論觀點(diǎn),醫(yī)學(xué)信息學(xué)共同體能夠同意確認(rèn)一個(gè)范式,但不會(huì)同意對(duì)范式的完整詮釋或合理化。缺乏標(biāo)準(zhǔn)詮釋或不能得出一致同意的規(guī)則并不會(huì)阻止范式指導(dǎo)研究。
3.5范例
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:CSCD期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CJFD)
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)