多学科交叉视域下课程改革初探

［摘 要］ 生物医学信息学是一门新兴学科，特别在医疗信息化、医学人工智能高速发展的今天，其对国家发展特别是人民生命健康具有重要意义，因此迫切需要培养大量具有“医、工、信”多学科交叉背景的复合型人才。结合“生物医学信息学”本科生课程及国内外同类专业及课程的有关情况，着重阐述了对“生物医学信息学”课程改进方向的思考与尝试，并结合课堂反馈对课程改进效果进行评估，以期进一步推动“生物医学信息学”的课程建设，为培养视野宽阔、敏于思考、敢于创新的生物医学信息复合型人才提供有力支撑。

［关键词］ 生物医学信息学；医工信交叉；课程培养

［基金项目］ 2021年度浙江大学本科课程思政建设项目“生物医学信息学”（15120520）

［作者简介］ 田 雨（1987—），男，黑龙江齐齐哈尔人，博士，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院副研究员，主要从事医学信息学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）36-0071-07 ［收稿日期］ 2022-08-07

引言

20世纪50年代以来，信息学技术高速发展，并与生物医学领域结合产生了新的知识领域与专业学科。最早将计算机技术应用在生物医学领域的主要集中在生物物理学、生物工程以及生物医学电子出版物等，出现了如医学计算（medical computing）、计算机医学（computer medicine）、医学信息处理（medical information processing）、医学信息科学（medical information science）、医学软件工程（medical software engineering）以及医学计算机技术（medical computer technology）等一系列对这一新领域进行描述的新名词［1］。直到1974年在第一届世界医学信息学大会中，“医学信息学（medical informatics）”这一术语才被正式提出用来描述这一新兴领域。这一领域主要研究与患者、临床知识、群体卫生等数据的管理及利用相关的新理论、新方法、新技术，涉及健康医学的各个方面，包括研究、教学和实践。从20世纪60年代开始，出现了多个有代表性的学术组织专注于医学信息学，如国际信息处理联合会第四技术委员会将国际信息联合会中与医学计算相关的学术讨论整合起来，并于1988年正式独立，发展成国际医学信息学学会，同年美国医学信息学协会也正式成立。这些学术组织的建立与发展，极大地推动和促进了医学信息学在世界范围内的研究与发展。

20世纪90年代，“生物医学信息学”一词才开始出现。得益于人类基因组计划以及对基础生物学数据分析的不断拓展与深入，越来越多的学者认识到医学信息学的方法和技术可能会适用于更广泛的生物医学领域。从那以后，很多科研项目均采用“生物医学信息学”这一术语来替代“医学信息学”，目前，这一术语作为领域名称已被广泛接受。

美国医学信息学协会将生物医学信息学定义为“生物医学信息学（biomedical informatics， BMI）是一个跨学科领域，在努力改善人类健康的驱动下，研究和追求面向生物医学科学探究、问题求解以及决策制定相关的生物医学数据、信息和知识的有效利用”。从学科范围上来讲，生物医学信息学覆盖从分子到个体再到群体的宏微观相结合的研究对象；从理论和方法上来讲，生物医学信息学建立在计算机、通信和信息等学科和技术发展的基础上，为生物医学数据、信息和知识的生成、存储、检索、使用、管理和共享提供理论及方法支撑；生物医学信息学特别强调人是生物医学信息的最终用户，因此会利用社会及行为科学为生物医学领域相关技术方案、政策以及经济、伦理、社会、教育和组织系统的演变提供信息［2］。

生物医学信息学与健康信息学（health informatics）和生物信息学（bioinformatics）之间存在紧密的联系，生物医学信息学能够为覆盖个体及群体层面的健康信息学提供基础理论、方法及技术，也能为面向组织、器官、细胞乃至分子层面的生物信息学及影像信息学等提供基础理论、方法及技术，如图1所示。不同应用领域通过不断地探索及实践对生物医学信息学的核心理论、方法及技术进行交互与刺激，不断推动理论创新，从而更好地指导相应领域信息学技术的创新与发展。

一、国内外生物医学信息学专业及课程情况调研

生物医学信息学是比较新颖的专业领域。为了更好地把握课程建设前沿方向，笔者针对国内外生物医学信息学领域知名高校的专业及课程情况进行了调研，由于生物信息领域已有较为系统的调研［3-5］，本文主要将医学信息学发展到生物医学信息学的脉络加以梳理和调研，具体情况如下。

（一）美国生物医学信息学专业及课程情况调研

美国生物医学信息学专业培养主要以研究生培养项目为主。1964年，美国犹他大学创立了世界范围内第一个生物医学信息学系，创立之初就聚焦于对医学专业人士、医学信息学家以及医疗健康领域从业者开展医学信息学领域教育，经过多年的发展，犹他大学医学信息学系因其对临床健康信息系统、计算机化决策制定、计算机化患者护理评估以及其他医学信息学研究领域的贡献而享誉国际。1994年，美国哥伦比亚大学正式建立生物医学信息学系并开始培养研究生，该系囊括了健康、预防、公共卫生、生物学以及医学等领域中与生物医学信息相关的各个方面，具备从基因组学、蛋白组学、生物系统模拟到电子病历系统、临床决策支持、知识管理、远程医疗等全方位开展生物医学信息学基础理论、方法教学及应用研究的能力。1997年，美国得克萨斯大学休斯顿健康科学中心就开始关注信息技术在生物医学领域的应用，并于2001年正式成立健康信息科学学院，2010年正式更名为生物医学信息学学院，是全美范围内第一个致力于健康信息学的研究生教育项目。该学院致力于为跨学科团队工作的医疗专业人员、生物医学科学家以及信息技术人员提供系统的生物医学信息学教育，通过将计算机、工程、认知和医学科学相结合，有效推动生物医学研究和新型医疗服务模式的研究与发展。2015年，美国哈佛大学、斯坦福大学均正式设立了生物医学信息学系，并围绕精准医学、转化医学信息学等前沿方面开展研究与教学。

由于生物医学信息学既是科学领域又是技术领域，美国生物医学信息学相关课程总体上遵循“记忆、理解、应用、分析、评估、创造”的教学流程，通过从研究视野、理论及方法、技术技能等三个方面的教学与培养，促使学生在提出正确问题时表现出创造力，在质疑过去方法时表现出科学的怀疑态度，并具备严格应用所学方法及技术进行实验设计、数据分析和理论制定的能力。具体的教学内容（以美国犹他大学生物医学信息学系为例）包括：（1）医学信息系统：让学生清楚地了解医学信息系统设计、开发和评估相关的要求、概念和方法；（2）专家系统：主要强调专家系统研究和人工智能技术在医学问题上的应用；（3）生物信息学：旨在为学生提供生物信息学、人类遗传学和统计学等方面的全面培训；（4）医疗质量：重点培养学生应用计算机技能评估和提升医疗质量的能力；（5）医学影像：培养学生对医学成像及图像处理相关知识与技术的理解能力［6］。

（二）日本生物医学信息学专业及课程情况调研

自1980年东京举办第三届世界医学信息学大会以来，医学信息学在日本蓬勃开展起来。1983年，日本医学信息学学会正式成立，此后每年都会举行年度学术会议，有力地促进了日本医学信息学领域的发展。

由于不同群体对于医学信息学教育存在不同的需求，因此日本医学信息学相关培养项目及课程的设置也存在差异：（1）针对医生、护士、药剂师、健康记录员等医务工作者在实际诊疗环境中面临的医疗信息系统使用、管理等IT技术问题，提出在健康医疗从业人员培养的过程中加入健康及医学信息学相关内容，具体包括：医学信息学（必修）、统计学、医学电子、信息处理及计算机等；（2）面向医学信息领域专家学者群体的培养需求，除了为该类群体在研究生阶段提供医学信息学教育以外，还提供特定的培养项目，穿插在本科到博士的不同阶段，提供灵活、多样的医学信息学教育途径。

与美国主要以研究生阶段的培养不同，一些日本高校开设了医学信息学相关的本科课程。以日本川崎医科大学健康信息学系为例，与医学信息学相关的本科课程主要包括三个部分：（1）IT和信息处理，涵盖编程、数据库系统、网络、软件系统设计及开发；（2）健康医疗统计和方法，涵盖数学、健康医学统计、决策支持；（3）健康与医疗，涵盖人体机构与功能、疾病概述、健康服务体系、健康信息管理等。同时，日本医学信息学培养特别强调实践性，特别会安排学生利用暑期在医院进行为期2～4周的实践培训，从而让学生了解医院的功能组织、病人流、信息流以及帮助患者的态度等［7］。

（三）中国生物医学信息学专业及课程情况调研

自20世纪80年代开始，我国医学信息学领域也在不断发展与前进。1980年，中国医药信息学会成立，并作为国家成员单位参与国际医学信息学会；同年，中国生物医学工程学会成立，后续陆续成立了医学影像信息与控制分会、生物医学测量分会、数字医疗及医疗信息化分会等与生物医学信息领域相关的分会；1985年，当时的白求恩医科大学创办了医学图书情报系，湖南医科大学、同济医科大学、中国医科大学也相继成立了医学图书情报系（后陆续更名为医学信息学系或者生物医学信息学系），后续许多高校（复旦大学、四川大学、吉林大学、中南大学）也专门成立了医学信息相关专业的研究生学位点；特别地，中南大学、南通大学、徐州医科大学等分别于2003年、2007年、2010年相继获批医学信息学本科专业，国内还有50多所医学院校虽未获批设置医学信息学专业，但在相应专业名称后标明“医学信息（学）”或者“医学信息（学）方向”，有效推动了医学信息专业教育。但2013年，《普通高等学校本科专业目录》将原“医学信息学”专业归并到“生物信息学”专业，同年出版的《学位授予和人才培养一级学科简介》将“医学信息学”纳入“基础医学（1001）”下的第7个分支学科范围［8］。上述发展过程说明了我国生物医学信息学专业还在不断摸索与尝试的过程中。

目前，我国生物医学信息学专业在不同高校的所属院系不尽相同，以笔者所在的浙江大学为例，并没有单独的医学信息学系而是归到生物医学工程专业下开展教学及科研工作，而如中南大学生物医学信息学系则是归在生命科学学院的。因此，不同高校的教学内容也有所差异，有些高校侧重生物信息学（如北京大学、复旦大学等），有些高校侧重医学信息及与生物医学工程技术的结合（如浙江大学、清华大学等），还有些高校则侧重医学文献检索及情报方面（如中国医学科学院医学信息研究所、南通大学等），学科分类及培养体系还存在分散度高、系统性及规范性有待进一步提升等问题［9］。不过相信在医疗大数据、医学人工智能、精准医学等前沿方向的不断推动下，我国生物医学信息学专业及课程建设会不断完善。

二、课程面临的挑战

为了推动生物医学工程专业本科生对于生物医学信息学这一新兴学科方向有较为全面而系统的认知，浙江大学专门开设了面向本科生的“生物医学信息学”课程，该课程综合考虑了科学性、新颖性、实用性，既介绍了生物医学信息学的基础知识，也介绍了国内外的最新发展和应用现状、面临的问题及解决的对策。通过“生物医学信息学”的开设，试图让学生对生物医学信息学有一个比较完整和系统的了解，并对当前生物医学信息学的实际应用有比较具体和深入的认识，学习到生物医学信息系统的研发方法。但是，作为授课教师，笔者在教学过程中逐步体会到现有课程教学面临的一些挑战，具体归纳如下。

第一，课程内容涉及信息科学、生物学、医学、心理学、社会科学等多学科交叉，如何与本科前序课程之间有效衔接存在挑战。“生物医学信息学”课程目前主要面向生物医学工程专业三年级本科生开设，学生前序课程主要围绕“微积分”“线性代数”“计算机技术基础”等基础课程展开，而“生物医学信息学”课程不可避免地会涉及生物、医学、心理学、认知科学、社会科学等多个学科的基础知识，学生往往会由于缺乏相应的知识而对课程内容的学习感到吃力。因此，如何做好与前序课程知识的衔接是课程教学面临的挑战。