生物信息学论文范文
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第1篇
一、正在出现的技术
Klingler(Lncytepharmaceuticals,PaloAlto,CA,USA)强调基因组学正推动制药业进入信息时代。随着不断增加的序列、表达和作图数据的产生，描述和开发这些数据的信息工具变得对实现基因组研究的任务至关重要。他谈到了Incytepharmaceuticals对大规模基因组数据和生物信息学的贡献。
Lipshutz(Affymetrix,Santaclara,CA,USA)描述了一种利用DNA探针阵列进行基因组研究的方法，其原理是通过更有效有作图、表达检测和多态性筛选方法，可以实现对人类基因组的测序。光介导的化学合成法被应用于制造小型化的高密度寡核苷酸探针的阵列，这种通过软件包件设计的寡核苷酸探针阵列可用于多态性筛查、基因分型和表达检测。然后这些阵列就可以直接用于并行DNA杂交分析，以获得序列、表达和基因分型信息。Milosavljevic(CuraGen,Branford,CT,USA)介绍了一种新的基于专用定量表达分析方法的基因表达检测系统，以及一种发现基因的系统GeneScape。为了有效地抽样表达，特意制作片段模式以了解特定基因的子序列的发生和冗余程度。他在酵母差异基因表达的大规模研究中对该技术的性能进行了验证，并论述了技术在基因的表达、生物学功能以及疾病的基础研究中的应用。
二、基因的功能分析
Overton(UniversityofPennsylvaniaSchoolofMedicine,Philadelphia,PA,USA)论述了人类基因组计划的下一阶段的任务——基因组水平的基因功能分析。这一阶段产生的数据的分析、管理和可视性将毫无疑问地比第一阶段更为复杂。他介绍了一种用于脊椎动物造血系统红系发生的功能分析的原型系统E-poDB，它包括了用于集成数据资源的Kleisli系统和建立internet或intranet上视觉化工具的bioWidget图形用户界面。EpoDB有可能指导实验人员发现不可能用传统实验方法得到的红系发育的新的药物靶，制药业所感兴趣的是全新的药物靶，EpoDB提供了这样一个机会，这可能是它最令人激动的地方。
Sali(Rockefelleruniversity,NewYork,NY,USA)讨论了同源蛋白质结构模建。比较蛋白质模建（comparativeproteinmodeling）也称为同源模建（homologymodeling），即利用实验确定的蛋白质结构为模式（模型）来预测另一种具有相似氨基酸序列的蛋白质（靶）的构象。此方法现在已经具有了足够的精确性，并且被认为效果良好，因为蛋白质序列的一个微小变化通常仅仅导致其三维结构的细微改变。
Babbitt(UniversityofCalifornia,SanFrancisco,CA,USA)讨论了通过数据库搜索来识别远缘蛋白质的方法。对蛋白质超家族的结构和功能的相互依赖性的理解，要求了解自然所塑造的一个特定结构模板的隐含限制。蛋白质结构之间的最有趣的关系经常在分歧的序列中得以表现，因而区分得分低（low-scoring）但生物学关系显著的序列与得分高而生物学关系较不显著的序列是重要的。Babbit证明了通过使用BLAST检索，可以在数据库搜索所得的低得分区识别远缘关系（distantrelationship）。Levitt(Stanforduniveersity,PaloAlto,CA,USA)讨论了蛋白质结构预测和一种仅从序列数据对功能自动模建的方法。基因功能取决于基因编码的蛋白质的三级结构，但数据库中蛋白质序列的数目每18个月翻一番。为了确定这些序列的功能，结构必须确定。同源模建和从头折叠（abinitiofolding）方法是两种现有的互为补充的蛋白质结构预测方法；同源模建是通过片段匹配（segmentmatching）来完成的，计算机程弃SegMod就是基于同源模建方法的。
三、新的数据工具
Letovsky(JohnshopkinsUniversity,Baltimore,MD,USA)介绍了GDB数据库，它由每条人类染色体的许多不同图谱组成，包括细胞遗传学、遗传学、放射杂交和序列标签位点（STS）的内容，以及由不同研究者用同种方法得到的图谱。就位置查询而言，如果不论其类型（type）和来源（source），或者是否它们正好包含用以批定感兴趣的区域的标志（markers），能够搜索所有图谱是有用的。为此目的，该数据库使用了一种公用坐标系统（commoncoordinatesystem）来排列这些图谱。数据库还提供了一张高分辨率的和与其他图谱共享许多标志的图谱作为标准。共享标志的标之间的对应性容许同等于所有其它图谱的标准图谱的分配。
Markowitz(LawrenceberkeleyLaboratory,Berkeley,CA,USA)讨论了分布式数据库与局部管理的关系，以及用基于工具的方法开发分子生物学数据库（MDBs）的问题。许多方案当前正在促进搜索多种不同来源MDBs的数据，包括建立数据仓库；这要求对各种MDBs的组合有一种全局观，并从成员MDBs中装填数据入中心数据库。这些方案的主要问题是开发整体视图（globalviews），构建巨大的数据仓库并使集成的数据库与不断发展中的成员MDBs同步化的复杂性。Markowitz还讨论了对象协议模型（objectprotocolmodel,OPM），并介绍了支持以下用途的工具：建立用于文本文件或者关系MDBs的OPM视图；将MDBs作成一个数据库目录，提供MDB名称、定位、主题、获取信息和MDB间链接等信息；说明、处理和解释多数据库查询。Karp(SRIinternational,MenloPark,CA,USA)解释了Ocelot,一种能满足管理生物学信息需求的面向对象知识陈述系统（一种面向对象系统的人工智能版）。Ocelot支持略图展开（schemaevolution）并采用一种新的最优化并行控制机制（同时进行多项访问数据的过程），其略图驱动图形编辑器提供了交互式浏览和编辑功能，其注释系统支持数据库开发者之间的结构通讯。
Riley(MarinebiologicalLaboratory,WoodsHole,MA,USA)在讨论大肠杆菌蛋白质的功能同时，特别提到了GPEC数据库，它包括了由实验确定的所有E.coli基因的功能的信息。该数据库中最大比例的蛋白质是酶，其次则为转运和调控蛋白。
Candlin(PEappliedBiosystems,FosterCity,CA,USA)介绍了一种新的存储直接来自ABⅠPrismdNA测序仪的数据的关系数据库系统BioLIMS。该系统可以与其它测序仪的数据集成，并可方便地与其它软件包自动调用，为测序仪与序列数据的集成提供了一种开放的、可扩展的生物信息学平台。
Glynais(NetGenics,Cleveland,OH,USA)认为生物信息学中最关键的问题之一是软件工具和数据库缺乏灵活性。但是，软件技术的发展已得到了其它领域如金融业和制造业的发展经验的借鉴，可以使来自不同软件商的运行于各种硬件系统的软件共同工作。这种系统的国际标准是CORBA，一种由250多个主要软件和硬件公司共同合作开发的软件体系。联合使用CORBA和Java可以开发各种通过一个公用用户界面访问任何种类的数据或软件工具的网络应用软件，也包括生物信息学应用软件。Overton不同意Glynias的这种想法，他强调说CORBA仅对软件集成有用，不兼容的数据库软件可能是计算生物学所面临的最困难问题，一些制药公司和数据库仓库最近资助了一项用OCRBA链接不同的数据库的计划[2,3]。
四、制药先导的发现
Burgess(Sturcturalbioinformatics,SanDiego,CA,USA)讨论了填补基因组学和药物设计之间鸿沟的蛋白质结构中的计算问题。在缺乏主要疾病基因或药物靶的精确描述数据的情况下，药物设计者们不得不采用大规模表达蛋白质筛选方法；而结构生物信息学则采用一种更为实用有效的计算方法直接从序列数据中确定靶蛋白质的活性位点的精细结构特征，它利用一种集成专家系统从现实的或虚拟的化学文库中进行迅速的计算筛选，可以达到一个很大的规模。
Elliston(Genelogic,Columbia,MD,USA)讨论了治疗药物开发中发现新的分子靶的过程，着重讨论了基因发现方法。他认为，随着日益临近的人类基因组测序的完成，几乎全部基因的特征将在序列水平得到揭示。但是，对基因的认识将有赖于更多的信息而不仅仅是序列，需要考虑的第一类信息是转录表达水平信息，而Genelogic公司的GeneExpress就是一个由mRNA表达谱、转录因子位点、新基因和表达序列标签组成的数据库。
Liebman(Vysis,Downessgrove,IL,USA)介绍了Vysis公司开发的计算和实验方法，这些主法不仅用于管理序列数据，而且被用于以下用途：分析临床数据库和自然—突变数据库；开发新的算法以建立功能同源性（区别于序列同源性）模拟生物学通路以进行风险评估；药物设计的靶评估；联系复杂的通路特性以便识别副作用；开发疾病发展的定性模型并解释临床后果。
随着发现的新基因的日益增多，这个问题显得格外重要：基因的功能是什么？Escobedo(Chirontechnologies,Emeryville,CA,USA)提出了这个问题的一种方法：将分泌蛋白质的基因的功能克隆与筛选这些克隆（可能的药物靶）结合起来。在这种方法中，在微粒体cDNA文库池中进行体外翻译避免了劳动密集的克隆、表达和纯化步聚，对文库池中的翻译产物在细胞水平进行筛选，测试其在细胞增殖和分化中的作用。例如，在用这种方法识别的111个克隆中，56个属于已知的分泌蛋白质，25个为膜相关蛋白，另外30个功能未知，可能是新的蛋白质。一种相似的方法在转移到小鼠模型系统中的基因传导载体中构建分泌蛋白质的cDNA文库来克隆特定的功能基因。
Ffuchs(Glaxowellcome,ResearchTrianglePark,NC,USA)讨论了生物信息学更为广义的影响：它不仅影响到新药物靶基的发现，还对改善药物开发的临床前期和临床期的现状极具重要性。众所周知，涉汲数以千计病人的临床试验（可能是药物开发最为花钱的部分）的设计不论多么仔细，也不能为正确的药物选择正确的病人。而在基因组水平划分病人群体的方法可以大大改善发现新药的效率。Fuchs介绍了一种将病人的基因型和表型标志结合起来以改善临床前期和临床期药物开发过程的系统GeneticinformationSystem.他强调将遗传学和生物信息学数据同化学、生物化学、药理学和医学数据连接起来的集成信息管理和分析方法是极其重要的。
Green(HumanGenomeSciences,Rockville,MD,USA)介绍了他的测序工作中采用的数据管理工具。基于EST的测序方法所面临的挑战是，在对几百个cDNA克复测序之后，产生的数据堆积如山。由于大多数人类基因都是用这种方法发现并在么有数据库中分类编排的，面临的识别开放读框、重叠序列的重叠图谱、组织特异表达和低丰度mRNA基因的任务是令人生畏的。HumangenomeSciences公司开发了一些可用户化数据库工具，在同一个数据库中可包括以下功能：WWW上访问和检索数据，序列拼接，临视潜在药物靶基因的研究进展等。这些能够管理多项任务——从注释基因序列到成功开发基因产物进入药物发现的流程——的软件工具，极其可望从一种基于基因组知识的药物发现方法中得到新的药物靶。
Summer-Smith(Base4bioinformatics,Mississauga,Ontario,Canada)描述了一种相关的策略。药物发现阶段中所要求的软件工具的任务是多样化的，要能注释基因，并阐明它的生理和病理功能及其商业潜质。对这样多种来源的信息的集成与分析，在派生的、项目取向的数据库（project-specificdatabase,PSD）中可以很好完成。由于项目贯穿于发现到开发全过程，其间又不断加入背景的成员，PSD在项目的管理与发展中成为一种关键性的资源。
按照Smith(Bostonuniversity,Boston,MA,USA)的观点[2]，我们并不需要更快捷的计算机或更多的计算机科学家，而是需要更的生物学家和生物化学家来解释序列的功能。这对有些软件或硬件专家来说是个打击，但生物学系统的复杂性是令人生畏的，并且对基因功能的认识可能需要生物学方法和计算方法的结合。探索基因的功能很可能要花费生物学家们数十年的时间，本次会议表明没有任何单一的方法可以得出一个答案；但是，将计算生物学同大规模筛先结合起来识别一种化学靶物（hit）是一种产生化学工具来探索基因功能的方法，这些化学工具接下来就可以用作理解基因功能的“探针”。这种方法在Butt(GeneTranscriptionTechnologies,Philadelphia,PA,USA)的描述中，既是一种检查基因功能的简单方法，也是为潜在的药物靶发现化学先导物的简单方法，他描述了一种可以在酵母中重建人类基因功能的酵母大规模筛选系统。在此系统中，可以迅捷地在一个化学文库中发现配基。这种技术的重要特征是它不仅仅是发现一种药物靶的配基的筛板（screen），相反，由于该系统的高速度，它也是发现先导靶基因的一种筛板。过去，世界上的制药公司通常在某一时间内仅能对有限数目（约20多个）的药物靶基因进行工作，鉴于此，我们需要根本不同的方法如基因组学来打开通向“新”生物学的通路。由于机器人和合成化学的进步，药物发现中最关键的问题不再是得到一种先导化合物（leadcompound），而是得到导向靶基因。此次会议为从计算和实验方法中发展出的新生物学迈出很好的一步。
参考文献
1LimHA,BatttR.TIBTECH,1998;16(3)):104
第2篇
关键词：推荐系统；生物信息学
推荐系统(RecommenderSystem)[1]是个性化信息服务的主要技术之一，它实现的是“信息找人，按需服务”；通过对用户信息需要、兴趣爱好和访问历史等的收集分析，建立用户模型，并将用户模型应用于网上信息的过滤和排序，从而为用户提供感兴趣的资源和信息。生物信息学(Bioinformatics)[2,3]是由生物学、应用数学和计算机科学相互交叉所形成的一门新型学科；其实质是利用信息科学的方法和技术来解决生物学问题。20世纪末生物信息学迅速发展，在信息的数量和质量上都极大地丰富了生物科学的数据资源，而数据资源的急剧膨胀需要寻求一种科学而有力的工具来组织它们，基于生物信息学的二次数据库[4]能比较好地规范生物数据的分类与组织，但是用户无法从大量的生物数据中寻求自己感兴趣的部分（著名的生物信息学网站NCBI(美国国立生物技术信息中心)，仅仅是小孢子虫(Microsporidia)的DNA序列就达3399种），因此在生物二次数据库上建立个性化推荐系统，能使用户快速找到自己感兴趣的生物信息。特别是在当前生物信息数据量急剧增长的情况下，生物信息学推荐系统将发挥强大的优势。
1推荐系统的工作流程
应用在不同领域的推荐系统，其体系结构也不完全相同。一般而言，推荐系统的工作流程[5]如图1所示。
(1)信息获取。推荐系统工作的基础是用户信息。用户信息包括用户输入的关键词、项目的有关属性、用户对项目的文本评价或等级评价及用户的行为特征等，所有这些信息均可以作为形成推荐的依据。信息获取有两种类型[6]，即显式获取(Explicit)和隐式获取(Implicit)，由于用户的很多行为都能暗示用户的喜好，因此隐式获取信息的准确性比显式高一些。
(2)信息处理。信息获取阶段所获得的用户信息，一般根据推荐技术的不同对信息进行相应的处理。用户信息的存储格式中用得最多的是基于数值的矩阵格式，最常用的是用m×n维的用户—项目矩阵R来表示，矩阵中的每个元素Rij=第i个用户对第j个项目的评价，可以当做数值处理，矩阵R被称为用户—项目矩阵。
(3)个性化推荐。根据形成推荐的方法的不同可以分为三种，即基于规则的系统、基于内容过滤的系统和协同过滤系统。基于规则的推荐系统和基于内容过滤的推荐系统均只能为用户推荐过去喜欢的项目和相似的项目，并不能推荐用户潜在感兴趣的项目。而协同过滤系统能推荐出用户近邻所喜欢的项目，通过用户与近邻之间的“交流”，发现用户潜在的兴趣。因此本文所用的算法是基于协同过滤的推荐算法。
(4)推荐结果。显示的任务是把推荐算法生成的推荐显示给用户，完成对用户的推荐。目前最常用的推荐可视化方法是Top－N列表[7]，按照从大到小顺序把推荐分值最高的N个事物或者最权威的N条评价以列表的形式显示给用户。
2生物信息学推荐系统的设计
综合各种推荐技术的性能与优缺点，本文构造的生物信息学推荐系统的总体结构如图2所示。
生物信息学推荐系统实现的主要功能是在用户登录生物信息学网站时，所留下的登录信息通过网站传递到推荐算法部分；推荐算法根据该用户的用户名从数据库提取出推荐列表，并返回到网站的用户界面；用户访问的记录返回到数据库，系统定时调用推荐算法，对数据库中用户访问信息的数据进行分析计算，形成推荐列表。
本系统采用基于近邻的协同过滤推荐算法，其结构可以进一步细化为如图3所示。算法分为邻居形成和推荐形成两大部分，两部分可以独立进行。这是该推荐系统有别于其他系统的优势之一。由于信息获取后的用户—项目矩阵维数较大，使得系统的可扩展性降低。本系统采用SVD矩阵降维方法，减少用户—项目矩阵的维数，在计算用户相似度时大大降低了运算的次数，提高了推荐算法的效率。
(1)信息获取。用户对项目的评价是基于用户对某一个项目(为表示简单，以下提及的项目均指网站上的生物物种)的点击次数来衡量的。当一个用户注册并填写好个人情况以后，系统会自动为该用户创建一个“信息矩阵”，该矩阵保存了所有项目的ID号以及相应的用户评价，保存的格式为：S+编号+用户评价，S用于标记项目，每个项目编号及其评价都以“S”相隔开；编号是唯一的，占5位；用户评价是用户点击该项目的次数，规定其范围是0~100，系统设定当增加到100时不再变化。这样做可防止形成矩阵时矩阵评价相差值过大而使推荐结果不准确。(2)信息处理。信息处理是将所有用户的信息矩阵转换为用户—项目矩阵，使用户信息矩阵数值化，假设系统中有M个用户和N个项目，信息处理的目的就是创建一个M×N的矩阵R，R[I][J]代表用户I对项目J的评价。
(3)矩阵处理。协同过滤技术的用户—项目矩阵的数据表述方法所带来的稀疏性严重制约了推荐效果，而且在系统较大的情况下，它既不能精确地产生推荐集，又忽视了数据之间潜在的关系，发现不了用户潜在的兴趣，而且庞大的矩阵增加了计算的复杂度，因此有必要对该矩阵的表述方式做优化，进行矩阵处理。维数简化是一种较好的方法，本文提出的算法应用单值分解(SingularValueDecomposition，SVD)技术[8]，对用户—项目矩阵进行维数简化。
(4)相似度计算。得到降维以后的用户矩阵US，就可以寻找每个用户的近邻。近邻的确定是通过两个用户的相似度来度量的。本文采用Pearson相关度因子[9]求相似度。(5)计算用户邻居。该方法有两种[10]，即基于中心的邻居(Center－BasedNeighbor)和集合邻居(AggregateNeighbor)。本系统采用了第一种方法，直接找出与用户相似度最高的前N个用户作为邻居，邻居个数N由系统设定，比如规定N＝5。
(6)推荐形成。推荐形成的前提是把当前用户的邻居ID号及其与当前用户的相似度保存到数据库中，而在前面的工作中已找出各用户的邻居以及与用户的相似度，推荐形成部分只需要对当前登录用户进行计算。推荐策略是：对当前用户已经访问过的项目不再进行推荐，推荐的范围是用户没有访问的项目，其目的是推荐用户潜在感兴趣的项目；考虑到系统的项目比较多，用户交互项目的数量很大，所以只筛选出推荐度最大的N个项目，形成Top－N推荐集，设定N＝5。
3生物信息学推荐系统的实现
生物信息学推荐系统的实现可以用图4来表示。数据库部分主要存储用户信息和项目信息，用SQLServer2000实现。
数据访问层实现了与用户交互必需的存储过程以及触发器，也使用SQLServer2000，主要完成以下功能：初始化新用户信息矩阵；插入新项目时更新所有用户的信息矩阵；用户点击项目时更新该用户对项目的评价；删除项目时更新所有用户的信息矩阵。用户访问层主要涉及网页与用户的交互和调用数据访问层的存储过程，在这里不做详细的介绍。
推荐算法完成整个个性化推荐的任务，用Java实现。(1)数据连接类DataCon。该类完成与SQLServer2000数据库的连接，在连接之前必须要下载三个与SQLServer连接相关的包，即msutil.jar、msbase.jar和mssqlserver.jar。
(2)数据操作类DataControl。该类负责推荐算法与数据库的数据交换，静态成员Con调用DataCon.getcon()获得数据库连接，然后对数据库进行各种操作。把所有方法编写成静态，便于推荐算法中不创建对象就可以直接调用。
(3)RecmmendSource与CurrentUserNeighbor。这两个类作为FCRecommand类的内部类，RecmmendSource用于保存当前用户的推荐列表，包括推荐项目号和推荐度；CurrentUserNeighbor用于保存邻居信息，包括邻居ID号、相似度及其访问信息。
(4)协同过滤推荐算法FCRecommand。该类实现了整个推荐算法，主要分为邻居形成方法FCArithmetic和推荐形成方法GenerateRecommend。
下面给出方法FCArithmetic的关键代码：
Matrixuser_item=this.User_Item_Arry();//获取用户—项目矩阵
user_item=this.SVD_Calculate(user_item);//调用SVD降维方法
Vectorc_uservector=newVector();//当前用户向量
Vectoro_uservector=newVector();//其他用户向量
Vectorc_user_correlate_vector=newVector();
//当前用户与其他用户之间相似度向量
for(inti=0;ifor(intj=0;jc_uservector.addElement(user_item.get(i,j));
//1.获得当前用户向量
for(intk=0;ko_uservector.clear();
for(intl=0;lo_uservector.addElement(user_item.get(k,l));
//2.获得其他用户的向量
//3.计算当前用户与其他用户的相似度
usercorrelativity=this.Correlativity(c_uservector,o_uservector);
c_user_correlate_vector.addElement(usercorrelativity);
}
//4.根据当前用户与其他用户的相似度，计算其邻居
this.FindUserNeighbor(i,c_user_correlate_vector);
}
根据邻居形成方法FCArithmetic，可以得到每个用户的邻居。作为测试用例，图6显示用户Jack与系统中一部分用户的相似度，可以看出它与自己的相似度必定最高；并且它与用户Sugx访问了相同的项目，它们之间的相似度也为1，具有极高的相似度。
4结束语
在传统推荐系统的基础上，结合当前生物信息学网站的特点，提出一个基于生物信息平台的推荐系统，解决了传统生物信息网站平台信息迷茫的缺点，为用户推荐其感兴趣物种的DNA或蛋白质序列。
优点在于协同过滤的推荐算法能发现用户潜在的兴趣，能促进生物学家之间的交流；推荐算法的邻居形成与推荐形成两部分可以单独运行，减少了系统的开销。进一步的工作是分析生物数据的特点及生物数据之间的关系，增加用户和项目数量，更好地发挥推荐系统的优势。
参考文献：
［1］PAULR，HALRV.Recommendersystems[J].CommunicationsoftheACM，1997,40(3):56－58.
[2]陈新.生物信息学简介[EB/OL].(2001).166.111.68.168/bioinfo/papers/Chen_Xin.pdf.
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[5]AIRIAS,TAKAHISAA,HIROYAI,etal.Personalizationsystembasedondynamiclearning:InternationalSemanticWebConference[C].Sardinia:[s.n.],2002.
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[8]PRYORMH.Theeffectsofsingularvaluedecompositiononcollaborativefiltering[EB/OL].(1998).cs.dartmouth.edu/reports/TR98－338.pdf.
第3篇
关键词：医学检验；生物信息学；课程教学
近年来，生物信息学在各医药院校越来越受到重视，多所院校相继在研究生教学中开设了生物信息学课程[1]。而对于医学本科层次是否需要开设生物信息学课程这一问题，虽然目前各方面的观点不一，但是已经有一些院校开始进行尝试。目前医学检验专业（五年制，毕业时授予医学学士学位）已调整为医学检验技术专业（四年制，毕业时授予理学学士学位），而生物信息学作为一门新课程，在医学检验（技术）专业学生培养中的作用正日益受到关注，逐步被某些院校选择作为必修课或者选修课。
一、开设课程的必要性
空前繁荣的生物医学大数据的产出，及其蕴含的重大生命奥秘的揭示，将决定现代生命科技和医药产业研发的高度，决定人们对疾病的认识和掌控能力，也将对主导生物医学大数据存储、管理、注释、分析全过程，解决生命密码的关键手段———现代生物信息学技术的发展带来前所未有的机遇和挑战[2]。对于医学专业学生而言，通过学习生物信息学，从而掌握利用各种网络信息资源来检索和获取生物信息数据，并选择和使用各种生物信息学软件来分析数据。在当今大数据时代，这方面的知识和技能的培养对于医学生今后从事医学科研工作是非常重要的。因此，在医学专业学生中开设生物信息学课程非常必要。我校从2010年开始将生物信息学设置为研究生教学的必修课；从2013年开始在医学检验专业中开设生物信息学选修课，自2015年开始转为医学检验技术专业。在医学检验技术专业中开设生物信息学课程，能够为该专业学生的临床和科研方面的素质积累提供必要的支持，更重要的是增强了在医学和信息科学交叉领域解决问题的技能，其意义几乎等同于在研究生教学中的设课意义。
二、教学内容的安排
医学检验技术专业的教学任务非常紧张，几乎将原来医学检验专业前八个学期（最后两个学期为实习阶段）课程压缩到六个学期来完成，学生学习压力可想而知。我校为了减轻学生负担，各课程的课时数都比医学检验专业有所减少。但生物信息学并未改变，仍然为16学时。为了在较短的学时内实现教学效果的最大化，我们结合该专业学生的特点和需求，将授课内容分为理论课和实践课两部分，实践课不占学时。理论课主要介绍基本的生物信息学理论、资源和数据的获取、分析方法和工具的使用；实践课则通过布置作业，课后上机操作来解决问题。理论课主要内容包括：生物信息学导论、DNA测序技术、序列的获取、双序列比对、多序列比对、蛋白质结构分析和预测共计六个专题。实践课主要内容包括：cDNA及基因组参考序列的获取；常见序列格式的释义与转换；双序列比对（局部比对）；多序列比对（全局比对）；蛋白质综合信息查询；蛋白质基本性质、疏水区、亚细胞定位、信号肽、跨膜区、模体及结构域分析与二级结构预测；蛋白质三级结构预测。在理论课实施过程中，注重将与生物信息学相关的生命科学和医学前沿的一些最新进展和最新成果引入理论知识讲授中，让学生在有限学时内能够进一步认识生物信息学的内涵和课程的价值，追踪前沿学科的动态，开拓视野。
三、教学方法的设计
生物信息学涉及多个学科领域，交叉性强，在较短的学时内学好这门课程的难度很大。学生的学习兴趣与教学内容和手段关系密切，除了精心选择教学内容外，教学方法上也有很多需要革新乃至创新的地方。在教学过程中，我们形成了颇具特色的教学经验，由授课教师独创的授课———实践———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教学模式已应用于教学。TPS教学模式着力于以实际问题为引线，将理论授课与上机实践有机地融为一体，逐步介绍生物数据分析的各项技能，并指导学生将其融会贯通以真正掌握相关的基本方法与常用工具。首先，在教学内容上引入具体实例来进行教学，比如讲解生物信息数据库（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）时，通过给出检索某个人类疾病基因数据的例子来学习数据库的使用方法。课堂上教学实例的设计需要任课教师在备课时投入大量精力来完成，还需要教师具备多学科交叉的知识。教学实践表明，与医学相关的生物信息学分析实例可以让学生更好地认识该课程的作用，大幅度提高学生的学习兴趣和学习的主动性。此外，课堂教学手段也应该丰富多彩，多媒体教学中可以充分使用图片、动画等元素。其次，举例分析时可以进行一定的现场演示，比如讲解检索Unigene数据库时可以一边上网演示一边解释说明。
四、考核方式的变革
生物信息学作为选修课，既要遵循学校相关的考试制度，也要通过对考试方式的变革来提高考试效果。我们将理论考核与学生的实践能力考核联系起来，结合学生课外实践任务的完成情况和开卷考试成绩进行综合评定。在课程中安排一次课外实践任务，要求每位学生独立完成相关分析并提交书面分析报告，该部分占考核成绩的20%。具体内容为自行选择一个人类细胞外功能蛋白：1.利用ClustalX对各物种参考蛋白序列进行多序列比对（输出PS格式结果）；2.分析分子量、等电点、分子式、稳定性、亲疏水性及亚细胞定位；3.预测二级结构并模拟三维结构。课程结束后进行开卷考试，内容包括基础知识和综合分析，尽量采取灵活的出题方式，并控制题量，该部分占考核成绩的80%。近年来的教学实践表明，这种综合评定的方式能够反映学生对该课程的掌握程度，体现学生利用生物信息学知识解决问题的能力。
五、展望
实践表明，生物信息学课程教学能够给学生提供所需要的生物信息学知识和技能，但是在教学内容安排、教学方法设计、教学手段使用和教学效果评价等诸多环节都需要进一步探讨。在这个过程中，我们既需要吸收传统教学模式中的优点和精髓，做到严谨和切合实际，又需要更新教学理念，突出医学特色，大胆尝试新的教学方法和手段，最终形成本课程别具一格的教学特色。
作者:伦永志 单位:大连大学
参考文献
第4篇
1996年5月， 国家教委颁发了《全日制普通高级中学生物教学大纲（供试验用）》（以下简称新大纲）。 同年8月，国家教委基础教育司在山西省大同市召开了全国各省、自治区、直辖市的普教处主任和教研室主任 以及人教社有关负责人参加的“普通高级中学新课程方案研讨会”。会上宣布将于1997年秋季在山西、江西、 天津市开始使用新教材，进行新课程方案的试点工作。作为高中二年级开设的生物课，当前抓紧学习新大纲， 为在1998年秋季按照新大纲的要求来试用新教材进行教学，有着现实的意义。现就初学新大纲的一些体会，试 对高中生物新大纲的特点做一浅析，供同行参考。
新大纲分为五部分，即教学目的、课程安排、教学目标、教学内容和教学中应注意的几个问题、考试、考 查、教学评估及教学设备，内容突出了“面向全体学生，面向21世纪”的总体要求。
依据《全日制中学生物学教学大纲（修订本）》（以下简称旧大纲）编写的现行高中生物（全一册·人教 版）教材内容，体系完整、知识系统性较强，内容与课时吻合。但更多讲述的是经典的生物学知识，较少联系 当前迅速发展的生物科学新成果；在实验课的安排上，仅有5 个实验，且有一实验为选做，实际只要求完成4个 实验， 因而不利于对学生进行能力培养和科学素质——科学态度、科学方法、科学世界观的培养。新大纲所反 映的教学目标和教学内容，则更新了部分传统的理论性内容，如删去了“生命起源”和“生物进化的证据”等 专题，代之以“现代的生物进化观点简介”内容。此外，更扩展了有关环境、营养、保健等联系实际的知识， 且增强了对学生的社会责任感的思想教育。体现出了时代要求的特征。现从下列7个方面来浅析其特点。
1.知识体系作了较大调整
旧大纲对高中生物必修内容侧重的是讲述生命科学规律，对高三年级的选修内容则为复习高二年级的知识 和初中的生理卫生内容，不仅知识体系重复，更体现出是为适应高考的需要而学（选修教材内容系高考所划定 的考试范围）。新大纲将旧大纲的8个单元调整为10个单元， 又将“生命活动的调节”内容移至“生物的生殖 和发育”之前讲述，体系略有修改，使内容顺理成章，通过各单元间内在联系使学生接受新知识。而选修内容 体系则以全新的知识为主线，选取了与人类生存发展密切相关的内容，如“人体生命活动的调节和免疫”“细 胞与细胞工程”“遗传与基因工程”等。反映出新大纲有着适应21世纪现代化科学的特色。
2.明确提出了教学目标的三方面要求
旧大纲只是提出了教学内容，而无具体的教学目标要求。新大纲则在教学目标问题上，首次从知识、思想 、能力3 个方面提出了明确的要求。
知识教育方面：要在打好基础知识的前提下，使学生知道如何运用生物学知识来解决生活、生产、科学技 术发展和环境保护等方面的问题，并对现代生物科学的新成就和发展趋势有所了解。
思想教育方面：要继续进行辩证唯物主义和爱国主义教育，同时加强科学世界观教育，以形成生物的进化 观点和生态学观点；还要加强科学态度和科学价值观方面的教育，促进对保护生物资源之重要性的认识。
能力培养方面：由于高中阶段的学生，思维活动较活跃，思维方式即将定型，因而一方面要重视基本技能 的训练，培养学生的观察能力、实验能力、思维和自学能力，同时要培养学生的分析、综合、比较、判断和推 理的科学研究能力以及创造能力。
3.教学的知识点有所更新
新大纲对教学的知识点有较多的更新。原则是：在突出基础性，对基础知识进行精选的前题下，要体现出 知识的先进性，要加强知识的实用性，要考虑学生的可接受性，还要重视与九年义务教育知识的衔接性。
新大纲在教学目的中指出：“生物课程是普通高中开设的一门学科类基础课程”，说明了高中仍应着眼于 基础教育。因此，新大纲对现行高中生物教材的知识点进行了选择，删去了当今学术界已经不用和使用价值不 大的，诸如原生质概念和生命起源化学进化过程的内容等，保留了关于生命的物质基础和生命结构的基本单位 、关于生命活动的本质和生命活动的基本规律、关于生物进化和生物与环境关系等基础性的知识，还增添了动 物行为产生的生理基础，加强了与九年义务教育知识的衔接。此外，新大纲还选择了一些理论较浅且易被学生 接受的反映现代生物科学水平的先进知识，如细胞的分化和衰老、细胞的癌变、无公害绿色食品、生物净化等 ，填补了现行生物教材在知识先进性和实用性方面的不足。
4.重视理论联系实际
新大纲选取补充的新知识点，普遍具有实用性。除重视教材内容与生产实际、生活实际的联系外，更从理 论联系实际出发，在讲解某个知识点后，配合安排了相应的学生实验或实习。有利于实现“要使学生……知道 这些知识在生产、生活和社会实践等方面的应用”这一教学目的。例如，必修课中，在讲“组成生物体的化合 物”知识点后，配有“生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定”实验；在讲“人类遗传病与优生”知识点 后，安排有“调查人群中的遗传病”实习；在讲“环境污染对生物的不利影响”知识点后，配合了“调查或观 察环境污染对生物的影响”实习等。这些都为学生提供了理论在实践应用上的示例。在选修课中联系生产和生 活的新知识则更多，如“生物固氮在农业生产中的应用”“自生固氮菌的分离实验”“微生物的营养和生长” “学习细菌培养的基本技术实验”“营养与健康的关系”和“几种果蔬V[,c] 含量的测定实验”等，都是教给 学生如何理论联系实际的具体典例，体现了国际上“科学—技术—社会”（STS）的现代教育思想。
5.强调科学素质的培养
旧大纲在教学目的中仅提出了关于基础知识、基本技能和能力培养的要求。新大纲则提出了科学素质的培 养要求：“要使学生掌握生物科学的一些基本方法……提高科学素质”。在教学目标中更进一步明确提出了“ 养成实事求是的科学态度”“初步掌握基本的生物科学研究方法”的要求。
科学素质的培养包括了科学知识、科学态度、科学方法、科学手段、科学精神、科学思维能力等方面。对 于生物学科来说，通过实验和实习，能够兼顾多方面的科学素质培养，因而是培养科学素质的可行途径。
从数量来看，旧大纲安排的学生实验和实习，只有必修课的5 个（选修课的实验为初中生理卫生课和必修 课的重复）。新大纲的必修课则安排有25个实验和实习，选修课又安排有6个。 各种不同实验项目无疑是对各 种科学方法、科学手段的培养。
从类型来看，旧大纲安排的学生实验和实习只有一种定性的、验证性的观察实验类型。新大纲的实验类型 除保留了观察实验， 还增加了5种新实验类型：定性分析类型（生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定） ；定量分析类型（几种果蔬V[c]含量的测定）；模拟探究类型（性状分离比例几率的模拟，模拟通过分子杂交 鉴定人与猿间的亲缘关系）；自行设计类型（植物向性和感应性现象的实验设计，设计并制作小生态瓶）；基 本技术类型（细菌培养的基本技术和植物组织培养技术）。这些不同类型的实验必然有利于科学思维能力的培 养。
6.增加了灵活性
旧大纲对于每单元的知识点有较详细且具体的规定，限制了教学内容的拓展。新大纲则是概括性地提出了 应讲的知识点，并未明确所包含的具体内容，在知识点的深度和广度上有着较大的伸缩余地。例如，“高等动 物的个体发育”问题，教材应涉及哪些卵裂阶段和有关内容，新大纲不似旧大纲有详尽规定，因而教师教到何 种程度，就有了相当的灵活性。既有利于“一纲多本”的教材编写实施，还可以适应不同地区的各类学校和不 同学生学习情况的需要，进行灵活教学。
此外，对某些难度稍大的知识点（基因连锁与互换规律、光合作用碳代谢类型简介、酶工程简介等），新 大纲将之安排为选讲内容，对某些需用时较长的实验（动物激素饲喂小动物，用当地某种生物做有性杂交试验 等），新大纲又将之列为供学生选作的内容，充分显示出新大纲有着弹性的特点。
7.完善了教学大纲的功能和作用
第5篇
良好的教学情境能够吸引学生的注意力，调动学生学习的积极性和主动性，增强学生对生物学习的兴趣。当学生对生物知识产生兴趣以后，学习就不再是一种负担，而是一种倘徉在知识海洋中的享受，这样才能提高学生学习的有效性。通过信息技术创造良好的教学情境，则可以达到这一目的。例如，在学习人教版必修1第2章第2节“生命活动的主要承担者——蛋白质”当中，教师可以利用Flas展示“氨基酸脱水缩合”的过程，在展示的过程中，每产生一根肽键都要用声音来对学生的感官进行刺激，在这种环境当中学生能够更好地学习这些知识，同时，教师在再利用自己的知识进行点拨，让学生在观察的过程中寻找规律性的东西，如说氨基酸的个数与脱下来的水分子数之间的关系等，这样的教学过程比较生动直观，教学的过程既尊重了学生的主体意识，又利用了良好的教学情境，满足了学生的学习需要。在高中生物课程学习当中，可以使用这种教学方法的知识点有很多，如说“细胞的吸水与失水”、“有氧呼吸和无氧呼吸”等，当然，教师在实践中需要根据教学的需要构造相应的教学情境。
2利用信息技术培养学生的创新思维能力
教育的目标并不是单纯地传播知识，而是让学生在学习知识的同时，能够对所学到的知识进行加工和创新，并应用到工作和生活当中。高中生物的学习也是如此，在教学的过程中，教师必须将培养学生的创新思维能力作为重要的教学目标。信息技术本身就是一种灵活性的教学手段，并且信息技术始终处在不断的发展和创新的过程当中，将其应用到高中生物教学当中，对于培养学生的创新思维能力具有重要意义。高中生物教师在运用信息技术的时候，可以利用校园网、互联网、公共教育网站、专业教育网站等平台和资源，为生物的教学与学习服务，让学生利用这些平台和资源进行探索，深化自己的思想和认识。例如，在学习“光合作用”这一知识点的时候，教师可以让学生通过这些平台和资源查找鲁宾和卡门的实验的过程和内容，了解当H218O、CO2和H2O、C18O2当中的O转移到C6H12O6的变化和过程，网上有很多类似的资源，不同于课本中的知识，这些资源多数是视频资源，将实验的过程全部展示出来，学生观看这些资源能够对光合作用的过程有更加深刻的理解。教师在教学的过程中，可以设置一些启迪学生思考的问题。例如，一旦停止光合作用，ATP、NADPH等物质会发生什么样的变化等，这样的问题能够活跃学生的思维，使其能够在学习光合作用知识的同时，将所学的知识不自觉地运用到实践当中。当然，高中生物课程上有很多实验，这些实验在网络上有很多类似的实验过程，有的一样、有的不一样，学生观察相同的实验过程，可以将其运用到相同的实验当中，避免实验的失败。
3利用信息技术帮助学生突破学习的难点
由于很多生物知识并不能直观地展示出来，学生在学习的时候就会感觉到很抽象，即便是教师在教学的过程中说得很细致，很多学生对于一些知识还是一知半解。在具体的教学过程中，教师可以将抽象的生物知识具体化、动态化，利用信息技术手段，直观地展示给学生，将复杂的知识点简单化，能够帮助学生认识、学习、理解和掌握。例如，在学习必修二“DNA分子的结构”“DNA的复制”、“基因的表达”这些内容的过程中，对于大多数学生来说这些内容非常抽象，也比较神秘，学习起来难度非常大，教师在教学的过程中，就可以利用信息技术，将这些知识直观化，并说明这些知识点之间的关系。在教学的过程中，教师可以先利用课件展示DNA分子的空间机构，再利用动画展示DNA的复制和表达的过程，在这一过程中教师可以根据课件的内容提出一些问题，如DNA是如何进行复制的，如果在复制的过程中出现干扰会出现什么样的后果等，然后再让学生总结DNA复制的特点。又如，在学习“遗传规律”这部分知识的时候，等位基因和非等位基因之间分离及组合的互不干扰，属于微观的、动态的变化，这种变化一般情况下学生观察不到，就可以利用信息技术模拟原始生殖细胞在进行减数分裂时等位基因随同源染色体的彼此分离而分离，又随非同源染色体自由组合而组合的动态变化过程，这样就能带给学生直观的认识和感受，学习起来就会感觉到这部分知识不再神秘。
第6篇
生物学知识具有一定的抽象性，所以在高中生物课教学中，教师需要对课本中高度概括的生物学知识、概念、原理进行一定的解释和分析，引导学生去建立一定的知识网络，让学生将知识内容梳理清晰，更好地进行学习。因此，在生物课堂教学中，教师除了要利用传统的生物学教具以外，还需要利用信息技术，让学生通过计算机、网络等获得丰富的教学资源去了解生物知识，更为直观地接触生物学的内容，为学生创造更加适合其进行想象和联想的思考环境。例如，在讲授《光合作用的原理与应用》时，教师可以先利用多媒体视频、PPT、图片、科学纪录片等方式，让学生对植物的光合作用进行一定的了解，激发学生的学习欲望。然后利用课件等形式来为学生讲解一些光合作用的过程和每一个环节中的具体情况和作用，让学生对植物的光合作用有一个完整而清晰的理解，提高学生的学习效率。
2突出教学重点
在高中生物教学中，会涉及很多学生难以理解的生命现象和一些难以观察的具体的生物反应，这些知识如果单纯依靠教师的口头讲解，有时是很难被学生所理解的。在这样的情况下，教师可以利用多媒体课件对生物教学中的重点和难点进行讲解，使学生形成更加清晰和明确的生物知识网络。例如，在讲授《细胞的增殖》这一节内容时，教师可以利用多媒体课件，结合相应的知识内容，将重点、难点突出出来，教师可以将细胞增殖的整个过程进行分解，利用一系列的图片对细胞增殖的过程进行一定的解析。形象化、直观化的图片会使得学生的思维更加快速地进入思考的环境之中，从而减小对增殖规律的理解难度，提升学生的学习效果。
3展示实验过程，提高学生的认识程度
第7篇
【论文摘要】物理学是一切自然科学和技术科学的基础，来源于生活实践又应用于生活实践，对科学的发展、社会的进步起着不可估量的作用。对于青少年来说，它可以揭开大千世界的奥秘，又可以使他们志向高远，憧憬未来，应该是学生们最为钟情的一门课程。然而，有时它竟是学生最为恐惧和头疼的课程，本文重在解决高中学生学习物理时出现的问题。
经过多方面的调查研究、沟通交流，发现绝大多数的高中学生，在谈到高中学习时，都反映高中的物理是所学科目中最难的，高中学生学习物理感觉较难的原因主要有：初、高中物理教材研究的内容、深度及初高中物理学习方法的要求不同，是学生感觉较难的客观原因；物理学习中没有斗志、毅力，不自信、心理素质差及学生的性别心理不同，是学生感觉难学的主观原因。作为物理教师对此问题如果认识不清，将直接影响学生高中三年的物理学习，也难保证教学任务的完成。通过对学生学习中存在原因的研究，作者总结出解决方案如下，以供大家参考：
一、培养学生对物理的学科情感，提高学生的学习情商
首先，教师要使学生对学习物理有兴趣、有信心。“兴趣是最好的老师”，学生的学习活动最易从兴趣出发，教学中若不重视激发和培养学生的学习兴趣，学生便会失去学习的信心和动力，对概念、定理和重要定律似是而非、模棱两可，这就必然导致学生做不好题，对物理感到头痛，学习情绪低落，成绩自然无法提高。苏霍姆林斯基曾把学生的情感比作土地，把学生的智力比作种籽，他说：“只关心种籽而忘了耕地等于撒下种籽喂麻雀。”因此可知，兴趣和很好的动机，能够很大地促进学生学习的热情。激发学生的兴趣，教师要充分发挥主导的作用，并体现出学生的主体地位；要改变一讲到底的做法，而是根据教学目的，通过“设疑”、“析疑”启发学生的思维，鼓励学生提问和发表自己的见解，参与课堂讨论，营造一个宽松和谐的教学环境；要处理好师生关系，激励学生不怕挫折，勇于前进；要“思学生所想，解学生所难，料学生所错，投学生所好”。
其次，注重物理实验在教学中的作用。新课改中物理实验的教学加重了，演示实验可以使他们“眼见为实”，学生实验更使他们有自己动手的机会，课外小实验又有趣，学生都比较乐于参与。经过调查，实验是深受学生欢迎的，良好的实验课可以提高学生的兴趣，并且简单的、生活化的实验材料可以给学生亲切感，消除对物理学科的畏难情绪。
再次，加强多媒体的应用。多媒体技术服务于教学主要有以下优点：（1）将文字、图像、声音、动画有机结合，多种感官刺激，易于激发学生兴趣。（2）传输信息量大，传递速度可随机调节，以及操作的可重复性，易于学生对知识的接受。（3）交互性强，有益于学生主体地位的培养。以计算机为核心的信息技术推动社会进入了一个信息化的社会，新课改下以多媒体技术为灵魂的现代信息教育技术赋予传统教育以新的内涵。
认识到学习兴趣、学科情感对物理教学的重要性并能采取相应的措施，学生就会早日进入物理学习的正轨，主动克服物理学习的困难，教与学也就更加相辅相成了。
二、重视与加强培养学生良好的学习方法
西方一位颇有名气的学者埃德加•富尔在《学会生存》中写道：“未来的文盲不再是不识字的人，而是没有学会怎样学习的人。”美国的《九十年代的挑战》一书中指出：“在不断变动的世界上，没有任何一门或一套课程可供不可见的未来使用，或可供你终身受用。现在需要的最重要的技能是学会如何学习。”因此，物理教学过程，不仅是传授知识、技能的过程，更应是教会学生如何学习物理的过程。物理教学，原本就有教师的教和学生的学两个方面，当前物理教学中普遍存在着重教师教法的探讨轻学生学法的研究的现象，这对于开发学生智力，培养学生能力，提高物理教学质量，从而实现素质教育是极为不利的。实践证明：学生学物理效率的高低、成绩的好坏，很大程度上取决于学生学习方法是否科学，因此，我们不仅应重视教师教法的探讨，更应重视学生学法的指导研究。新课改更重视培养学生的科学探索过程，毕竟，科学过程是科学家们从事科学活动的智力劳动过程。把科学过程与科学思维、科学方法引入物理课程，不仅能使学生有身临其境之感，而且能领略前辈大师的研究方法、科学思想、科学精神，得其精髓，有所借鉴。所以，物理课程不应该把人类认识自然的历史擦去，科学家们曲折顽强而又闪烁着智慧的创造性思维和实践过程，不能被公式和逻辑的面纱遮盖。离开了引向结果的方法过程，而只追求裸的结果，就等于没有结果。第斯多惠指出：“一个坏的教师奉送真理，一个好的教师则教人发现真理。”我们认为，学生学习的过程实际上就是学生获取、整理、贮存、运用知识和获得学习能力的过程，因此，中学物理学习方法应主要包括如下几个方面：一是学生获取物理知识的方法，如：观察、实验、预习、听课、做笔记、思考、作业、考试的方法等；二是学生整理知识的方法；三是学生记忆的方法；四是学生运用知识处理物理问题的方法，如等效法、联想法、类比法、化归法、外推法等一般科学方法，再如临界问题分析法、动态电路分析法等具体解题方法；五是学生选择合适学法的方法，如学生如何选择合乎自身学习特点的记忆方法、做笔记的方法等。新课改理念下的教师，决非仅仅是知识的传授者，而应该把自己视为激发、鼓励、促进学生学习和探索的引导者、促进者、咨询者、支持者，应从“知识传授者”转变为“知识探索的导航者”。学生则成为教学活动的主体，具有自主性，能自我调控，主动接受教育影响，通过一系列的自主学习活动，积极地把书本上介绍的科学知识转化为自己的精神财富，并能用于实践。
教师与学生都要认识到学习方法的重要，教师如果能指导学生掌握一套良好的学习方法，学生必然会喜欢物理并能够顺利适应高中的物理教学。
三、注意性别差异，消除性别差异心理
虽然学生存在性别差异，但是要让他们都明白：每个人的大脑生理结构都是相同的，不存在思维学习上的差异。在高中物理学习中，女生处于劣势不是绝对的，不应盲目自卑，通过努力，女生也可以取得优秀的成绩，比如，2007年全国各省的高考状元绝大多数是女生。所以，教师要多通过事例与学生交流、沟通，多给女生以充分的鼓励，树立其自信心，消除过重的心理压力，让其明白“人人是可树之人”，绝不放弃与轻视任何一个学生，使每一位学生都有信心学好物理。
以上我们针对高中学生学习物理感觉较难的主客观原因，提出了一些解决的建议，我们认为教师在具体教学中应循序渐进、因势利导，逐步培养学生的学习兴趣、信心及各个方面的能力，使其养成好的学习方法；同时，当学生在物理学习上遇到心理障碍时，我们一定要想办法帮助他们尽早克服，使他们尽快适应高中学习的过渡期。相信只要我们共同关注教育的发展、重视学生的成长、思考教育中出现的问题并想法解决，必将取得师生的和谐发展、共同进步，教育事业的明天也将会更加灿烂。
【参考文献】
第8篇
新大纲的基本特点
1．充分体现了生物学科教学的全面育人功能新
大纲不论在指导思想上，还是在教学目的的确定、教学内容的选择与安排等方面，都力求体现“三个面向”的精神，力求适应21世纪我国社会主义现代化建设对高中生物教学的客观要求，充分体现了生物学科培养全面发展的现代人的育人功能。
（1）知识内容体现基础性、时代性、实用性，并注意了同义务教育大纲的衔接。新大纲必修部分包括三方面内容：一是关于生命的物质基础和结构基础的内容；二是关于生命活动本质的内容；三是生物界的发展和生物与环境的内容。这些内容是揭示生命活动基本规律的知识，是对初中生物课知识的综合、概括和提高，是作为未来社会各类人才都必须的基础知识，突出了基础性的特点。
新大纲在内容选择上体现了很强的时代性。如必修部分的“细胞的分化与衰老”、“细胞的癌变”；选修部分的“免疫知识”、“生物固氮”、“发酵工程”、“细胞工程”、“基因工程”及选修和必修部分都涉及的“生态环境的保护”等，这些内容反映了现代生物科学的新进展，带有很浓的时代气息。
作为基础教育的一部分，新大纲在内容选择上还十分重视知识内容的实用性。如必修部分的“细胞的癌变”、“植物激素的调节及其应用”、“人类遗传病与优生”、“环境与人体健康”、“无公害绿色食品”等；选修部分的“人体生命活动的调节和免疫”、“生物固氮在农业生产上的应用”、“细胞质遗传及其在育种中的应用”、“地球、生物圈与人”等。这些内容与生产、日常生活和自然实际密切相关。通过这些知识的学习有利于使学生认识生物学知识在生活、生产、科学技术发展等方面的应用，获得有利于增强体质、加强自我保健的知识。
（2）更加重视对学生科学素质的培养。培养学生的科学素质包括：科学知识、科学态度、科学方法、科学手段、解决问题的能力等。新大纲在教学目的中明确指出：“要使学生掌握生物科学的一些基本方法，具有较强的观察、实验、思维、自学等能力，提高科学素质。”明确了观察、实验、思维、自学方面的能力，提出有“较强”的能力要求。比原大纲只提出“自学”、“观察”、“分析和解释”的“初步能力”有更进一步的提高。在教学目标中进一步将科学素质培养目的具体化：在能力要求中提出了要求“比较熟练地掌握显微镜的使用”；要求“能够运用语言、文字、图、表正确描述所观察到的生物体和生命现象”；要求“初步形成分析、综合、比较、判断和推理的能力”；要求“初步掌握基本的生物科学研究方法，并逐步确立适合自己的一套学习方法，养成良好的自学习惯”；要求有“初步的研究能力和创造能力”。
在知识教育目标中增加了“使学生了解现代生物科学研究主要的新成就和发展趋势”的要求。
在思想教育目标中增加了“养成实事求是的科学态度，培养不断探求新知识的精神和合作精神”的要求。
对学生科学素质培养的加强，还突出表现在增加了较多的实验、实习的数量和类型。原大纲高中必修部分只有5个实验、实习，新大纲增加到了24个。原大纲中的实验大多是观察实验，新大纲增加了“生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定”，“酶的高效性和专一性”，“DNA的粗提取与鉴定”，“几种果蔬VC含量的测定”等定性和定量实验。此外，还安排了“性状分离比例几率的模拟”，“模拟通过分子杂交鉴定人与猿间的亲缘关系”等模拟实验，特别是增加了“植物的向性和感应性现象的实验设计和观察”，“设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性”，“根据当地农业生产情况，设计一个农业生态系统”等让学生自己设计实验的项目。
实验数量的增加，使学生具有更多的动手操作、进行实验的机会，实验类型的丰富可使学生接触到更多的生命科学实验、研究方法，因而有利于培养其科学素质。
（3）更加明确了思想教育要求。原大纲思想教育要求只提到辩证唯物主义和爱国主义两方面。新大纲在教学目的中增加了“帮助学生逐步建立科学世界观，培养高尚的道德情操”的要求；在教学目标中提出了“初步形成生物进化观点和生态观点，逐步建立科学的世界观”，“懂得爱护自然界的生物，认识保护生物资源的重要性，形成环境保护意识”，“养成实事求是的科学态度，培养不断探求新知识的精神和合作精神”等要求。大纲还把“提高身体心理素质”作为教学目的明确提出，在教学目标中提出要“促使生理和心理健康”，在“教学中应注意的几个问题中”提出要“培养学生良好的道德情操、行为习惯和心理素质。”这些要求一方面结合了生物学科的特点，另一方面体现了培养社会主义接班人的思想素质要求。不仅要求学生形成辩证唯物主义的观点，能够热爱祖国，热爱家乡，而且能够对于生物界、生物科学、大自然和生态以及人类社会普遍存在的资源开发、人口控制、环境保护等重大问题有正确科学的观点，形成高尚的品质和情操，在未来社会的激烈竞争中，能够具有创新和合作进取精神，具有良好的道德情操、行为习惯和心理素质。
大纲还在“教学中应注意的几个问题”中对思想品德教育的方法和手段提出了要求。要求“努力挖掘教材中的德育要素，做到教书育人。在教学中要做到潜移默化，寓德于教。”“要坚持教学的科学性和思想性相统一，增强思想品德教育的针对性和实效性。”提出了帮助学生树立科学的世界观，对学生进行生态学观点和环境保护意识的教育及生物进化观的教育，增强学生的民族自豪感，教育学生热爱祖国、热爱家乡，帮助学生树立科学的价值观，培养学生良好的道德情操、行为习惯和心理素质等的方法和途径。
2．充分体现了“指导”的职能
大纲是指导教学的纲领性文件，是编写教材的依据、教学的依据、评估教学的依据和考试的依据。新大纲不仅明确了教学的知识点，而且提出了3个层次的教学要求，即“了解”、“理解”、“掌握”，并且在附录中对3个层次的要求作了明确的说明。同样，大纲在学生实验、实习方面也提出了“初步学会”、“学会”2个层次的要求，对这2个层次的涵义作了明确的界定。从而能更好地发挥大纲的4个依据作用。尤其是可以克服教师在教学、教学评估及考试中的主观随意性，保证教学质量。
大纲首次对“考试、考查、教学评估”以及“教学设备”提出了明确要求。规定必修课的考试，第一学期由学校进行；第二学期属会考性质的水平考试，要求学生能达到教学大纲的基本要求，考试由各省（自治区、直辖市）教育行政部门统一安排。选修课的考试由各校安排，一般每学期一次。大纲对生物实验考查也提出了要求。大纲还对教学评估提出了要求，提出了教学评估的目的，明确了课堂教学评估及实验教学评估的主要项目。课堂教学评估包括：目的要求；教学内容；教学结构；方法、手段；教学效果。实验教学评估项目包括：目的要求；教材用具；实验操作；实验效果；实验开设率等。大纲在“教学设备”中提出，要“配备各项有关实验设备，使之达到国家教委制订的高中生物教学大纲和教学仪器配备目录规定的要求”，要保证按质按量完成高中生物课堂教学、观察、实验、探究、实习、演示等教学活动。
此外，大纲还对生物教师、实验员及学校在充分利用现有教学设备，合理和科学地管理、使用现有设备上提出了要求。
大纲是指导教学的纲领性文件，它的这些规定，充分体现了其“指导”职能，有利于保证教学的到位，保证实验、实习的质量，对提高高中生物教学质量具有重大的意义。
3．体现了统一性和灵活性
大纲作为一种指导教学的纲领性文件，为保证教学质量，必须有其统一的要求。大纲提出的教学目的、教学目标要求，是通过教学必须达到的，大纲规定的课时安排必须执行，大纲规定的基本教学内容范围及深度也是教学的基本依据，这是大纲的统一性。与原大纲相比，新大纲教学目的要求、教学目标明确具体，特别是对各知识点和学生实验、实习提出了不同层次的统一要求，减少了教师教学中的随意性。但是，我国幅员辽阔，地区间、学校间差异较大，从适应不同学校、不同学生的需要来看，在保证达到基本教学要求的前提下，应有一定的灵活性。
新大纲的灵活性体现在：一是对知识点的叙述较为概括，如生物体的基本特征，原大纲中列出了“细胞结构、新陈代谢、生长现象、应激性、生殖和发育、遗传和变异、生物与环境的相互影响”等，新大纲只列“生物的基本特征”，不再列出特征的具体内容。又如，染色体变异，原大纲中列出了“染色体数目变异，染色体组的概念，二倍体、单倍体、多倍体的概念，人工诱导多倍体在育种上的应用”等细目，新大纲只列出“染色体变异”，对具体的内容不作过细、过死的规定。新大纲的灵活性还表现在有些知识内容和学生实验、实习项目是作为选讲、选做列出的。如“基因的连锁和互换规律”、“光合作用的碳代谢类型简介”、“生物固氮过程简介”、“酶工程简介”等都是选讲内容；“影响酶活性的实验”、“ATP的生理作用”、“动物激素饲喂小动物的实验”、“用当地某种生物做有性杂交实验”、“调查人群中的遗传脖、“自生固氮菌的分离”、“学习植物组织培养技术”等实验、实习项目都列作选做。
此外，大纲还安排了10课时的地方教材和机动时间。要求“在教学中要注意因地制宜，联系本地区的生物种类和经济发展等实际情况进行教学。同时，要认真完成生物课乡土教材的教学任务。”乡土教材的教学要求，为各地因地制宜，选择教学内容创造了条件。
贯彻新大纲精神应注意的几个问题
新大纲的颁布，为开创我国高中生物教学新局面创造了良好的条件，但是要贯彻新大纲的精神，实施大纲的教学要求，还必须解决好以下几个问题：
1．要认真学习新大纲，深刻领会新大纲的精神
如前所述，新大纲与原大纲无论在教学目的要求、教学目标、知识内容选择及教学要求、思想品德及能力培养等方面均有较大的区别。只有深刻领会这些精神，才能使大纲的精神得到充分的体现，落到实处。
2．要加强学习，更新知识，适应新的教学要求
新大纲增加了不少原大纲中所没有的知识内容。这些内容大多反映现代生物科学的新进展，教师若不加强学习，更新、扩展自己的知识，就难以适应新的教学要求。
3．转变教育思想，改进教学方法
新大纲从素质教育和从培养未来社会合格的接班人出发，提出了更高的要求，如思想品德教育、能力培养等方面的要求，要达到这些目标要求，教师必须转变教育思想，真正从素质教育要求出发，改进教学方法，使长期存在的应试教育向素质教育转化，从面向少数学生向面向全体学生转化，从重智育向知、情、意、行协调发展转化，从重知识、理论向理论联系实际、知识和技能、能力并重转化。
4．积极创造条件，开好实验
生物学是一门实验科学，观察和实验是生物科学的基本研究方法。新大纲增加了许多实验和实习的内容，体现了生物学科的特点。但是开设实验受到许多条件的制约。在原有5个实验、实习的基础上增加到24个，学校的实验设备难以适应新的教学要求，学校及有关部门应尽早根据新大纲的要求，配备实验设备；教师应在已有条件的基础上尽量创造条件，开齐上好实验，否则就难以落实大纲的教学要求。
第9篇
在传统高中生物教学中，教学的重点是对书本知识的强调，主要使用以教师讲授，学生倾听接受教学模式。引入信息技术教学之后，多媒体也多用作知识的展示和呈现。不少教师也仅仅是将多媒体课件依照顺序播放下去，同时加上教师生动的讲述。这种教学情形中，仅仅是将多媒体当做教学工具，还是没有摆脱“教师为中心”传统的教学模式。不能最大限度地发挥计算机教学的效果，让学生的被动学习变成主动学习。直接影响生物教学的课堂教学效果。这样只能称“流水课”，学生的思路仍然是在教师引导下朝着既定流程上来。需要认识到的是，生物的新课程改革与这种教学模式是完全不同的。所以说，生物课堂的信息技术教学需要在教育理论指导下，进行自主教学模式的改革。
2建构主义理论
建构主义是出自于认知理论的分支，最早是由认知发展领域最有影响的瑞士著名心理学家皮亚杰在20世纪的60年代提出的，之后经过了杜威、维果斯基的不断完善。建构主义学习者以自己原有的知识和经验为基础,对新信息重新认知与编码,从而促进对知识的学习。在这个过程中，要在与周围环境相互作用的过程中逐步建构起对外部世界的认识,从而使个体认知发生心理机制或途径的同化和顺应。构建主义在理论中的应用，可以将学生在学习中的内驱力激发出来，使得学生的学习活动协调增强。建构主义理论强调学生自觉，并且学生要主动去完成,教师适应外界环境的目的是帮助并且促进学生对知识实现建构。传统“灌输式”教学束缚了学生的认知，但是建构主义教学理论强调学生的主体地位,倡导以学生为中心,形成积极主动的建构过程。
3建构主义模式下的高中生物信息技术教学优越性
3.1拓展了知识建构方式
知识建构方式主要是通过网络通信技术在多媒体技术中的运用实现的。生物学的主要研究目的是解决真实的生命现象，直接观察动态过程可以使教学效果直接明显。例如，在讲自由组合定律的过程中，同源染色体上等位基因分离，非等位基因自由组合的规律学生很难理解，如果在课堂上采用多媒体和网络技术，教师就可以通过播放、暂停、重播多媒体课件让学生进行学习，遇到学生在课堂上提出的问题，也可以现场使用网络通讯技术进行搜索学习。
3.2降低知识建构难度
创建教学情境是建构主义视域下降低知识建构难度的明显效果。建构主义模式下利于建立真正以学生为主体的教学模式。学生在信息技术教学的条件下，可通过自己的亲身感受学习到知识的精髓。例如，当讲授“细胞”生理活动的时候，要使学生了解细胞的吸水与失水。整个细胞吸水与失水过程都可通过Flas来显示，既快捷又简单，而且因为大屏幕投影，所以学生可以看得明白、看得真切，后排的学生也可以准确观察到。必要时，有教师的讲解教学难点，教学过程就变得简单了。
3.3利于进课堂交流促进学习
第10篇
中图分类号： G643；Q-3 文献标识码： B 文章编号： 1008-2409(2008)05-0967-03
人类基因组计划的成功实施使生命科学进入了信息时代。基因组学、蛋白质组学和生物芯片 技术的发展，使得与生命科学相关的数据量呈线性高速增长。对这些数据全面、正确的解读 ，为阐明生命的本质提供了可能。连接生物数据与医学科学研究的是生物信息学(Bioinform atics)。应用生物信息学研究方法分析生物数据，提出与疾病发生、发展相关的基因或基因 群，再进行实验验证，是一条高效的研究途经。医学是研究生命的科学，医学研究在基础上 就注定离不开对生物信息的了解。
我国目前医学研究生教学模式主要有两种, 一是医学本科教育延续过来的理论型, 这种类型 的教育是在本科教学大纲的基础上, 按照教学计划进行理论讲授, 最后按照导师指定的课题 完成毕业论文。这种培养模式突出理论学习, 忽视了实验机能和科研能力的培养。二是科研 能力培养的前轻后重型, 前期只是进行理论授课, 后期由导师指导学生的科研。这种模式虽 然开设了一定的实验项目, 但对研究生科研能力的培养缺乏系统性, 并且前期的培养不足直 接影响到研究生后期的学位课题和论文的进度、质量。
因此，笔者对生物信息学在医学硕士研究生中的教育初探，不但有利于该门课程尚未完全形 成成熟的课程体系之际，为教师学习借鉴先进的教育思想与教学实践经验，更有利于医学硕 士研究生对生物信息学的学习。
1 生物信息学的研究范围
生物信息学是一门新兴的交叉学科，涉及生物学、数学和信息科学等学科领域，并注定以互 联网为媒介，数据库为载体，利用数学知识、各种计算模型，并以计算机为工具，进行各种 生物信息分析，以理解海量分子数据中的生物学含义。
生物信息包括多种类型的数据，如核酸和蛋白质序列、蛋白质二级结构和三级结构的数据等 。由实验获得的核酸蛋白序列和三维结构数据等构成初级数据，由此构建的数据库称初级数 据库。由初级数据分析得来的诸如二级结构、疏水位点、结构域(Domain)，由核酸序列翻译 来的蛋白质以及预测的二级三级结构，称为二级数据。创新算法和软件是生物信息学持续发 展的基础，高通量生物学研究方法和平台技术是验证生物信息学研究结果的关键技术。因此 ，现代生物信息学是现代生命科学与信息科学、计算机科学、数学、统计学、物理学和化学 等学科相互渗透而形成的交叉学科，是应用计算机技术和信息论方法研究蛋白质及核酸序列 等各种生物信息的采集、存储、传递、检索、分析和解读，以帮助了解生物学和遗传学信息 的科学。从其研究所涉及的学科上看，生物信息学是集生物学、数学、信息学和计算机科学 一体化的一门新的科学；从其研究的主要内容上看，基因组信息学、蛋白质的结构模拟以及 药物设计是生物信息学的三个重要组成部分，并有机地结合在一起［1］。
2 医学硕士研究生中的生物信息学教学初探
2.1 课堂教学重在教授实践技巧与方法
生物信息学在医学研究生中的教学应以教授实践技巧为主，以介绍原理为辅，深入浅出，注 重课堂知识与科研实践的紧密结合。课堂讲授应简要介绍生物信息学的相关算法、原理，着 重介绍其使用技巧与方法，真正做到“有的放矢”，而这也是教学的重点和难点。
在教学中对于这部分内容应遵循深入浅出、避繁就简的原则，结合具体实例分析算法，避免 空洞复杂的算法讲解让学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂，产生畏惧心理，知难而退；注重讲解 使用技巧与方法的思想和来龙去脉，让学生真正掌握解决问题的思路，培养其科学思维能力 ，并采用探讨式教学鼓励学生思考，通过讨论与研究的方式循序渐进的掌握复杂的内容，介 绍相关的教学和物理学知识，使学生充分体会到生物信息学与其他学科的关系，其他学科的 思想方法对于生物科学的重要性，培养其自觉地将其他学科的方法和思想应用于解决生物 学问题的科学素质。 任何学科都处于不断地发展、更新中，生物信息无论是理论研究还是 应用研究仍处于不断发展完善中，同时随着新的应用领域和新问题的发现，其他学科的方 法也在不断地应用于生物信息学，进一步增加了其多学科交叉融合的深度和广度。
2.2 充分利用现代化教育技术，采用案例教学
目前，高等院校在教室内配备的多媒体投影播放系统，促进了多媒体教学的广泛应用。生物 信息学采用多媒体教学是适应学科特点、提高教学效果和充分利用现代化教育技术的一项基 本要求。作为生物信息学教学的基本模式，多媒体教学使讲解的内容更加直观形象，尤其是 对于具体数据库的介绍以及数据库检索、数据库相似性搜索、序列分析和蛋白质结构预测等 内容涉及到的具体方法和工具的讲解，可以激发学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和 掌握，提高学生理论与实践相结合的能力。
但多媒体教室也有局限性，学生主要以听讲为主不能及时实践，教师讲解与学生实践相脱节 ，如果将生物信息学课程安排在计算机房内进行，并采用多媒体电子教室的教学方式可以解 决上述问题。在教学中采用启发式教学，为学生建立教学情景，学生通过与教师、同学的协 商讨论，参与操作，发现知识，理解知识并掌握知识。例如在讲授“目的基因序列的查寻” 时，除对基本内容的介绍，如数据库的发展、分类等，其他采用案例法，让学生利用搜索工 具查找三大公共核酸数据库，并通过数据库网站的介绍内容对该数据库的发展、内容、特点 进行学习并总结，通过讨论和实际的数据库浏览操作了解三大公共核酸数据库并且掌握数据 库使用方法。
2.3 采用“讲、练”一体化的教学模式，强调学生实践能力的培养
生物信息学课堂教学积极学习借鉴职业培训和计算机课程教学中“讲、练、做”一体化的教 学模式，在理论教学中增加实训内容，在实践教学中结合理论讲授，改变了传统的“以教师 为中心、以教材和讲授为中心”教学方式。
根据教学内容和学生的认知规律，灵活地采用先理论后实践或先实践后理论或边理论边实践 的方法，融生物信息学理论教学与实践操作为一体，使学生的知识和能力得到同步、协调、 综合发展。通常采用先讲后练的方法，即首先介绍原理、方法，之后设计相关的实训内容 让学生上机实践。对于操作性内容和生物信息分析的方法和工具的讲解采取了进行实际演示 的方法，教师边讲解边示范，学生在听课时边听讲边练习或者教师讲解结束后学生再进行练 习，理论与实践高度结合，充分发挥课堂教学的生动性、直观性，加深学生对知识的理解， 培养和提高学生的实践操作能力。
2.4 发挥网络教学优势，优化生物信息学实验教学内容
生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要，培养学生综合运用生 物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力，提高学生应用理论知识 解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。生物信息学实验教学内容的选择与安排应按 照循序渐进的原则，针对特定的典型性的生物信息学问题设计，以综合性、设计性实验内容 为主，明确目的要求，突出重点，充分发挥学生的主观能动性和探索精神，以激发学生学习 的主动性和创造性为出发点，加强学生创新精神和实验能力的培养。生物信息学实验教学以 互联网为媒介、计算机为工具，全部在计算机网络实验室内完成。在教学中，充分利用网络 的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工 具等传递给学生，学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教 师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况。
生物信息实验教学与现代网络和信息技术密不可分，在教学工作中充分利用现代教育技术较 其他课程更具优势。区别于其他生命科学课程，在教学过程中要求有发达的互联网和计算机 作为必备条件。调查显示国内高校都已建立校园网，其中拥有1000 M主干带宽的高校已占调 查 总数的64.9％，2005年一些综合类大学和理工类院校将率先升级到万兆校园网［2］ ，这些都为生物信息学课程在高校开设提供了良好的物质基础。
2.5 考试无纸化，加强实践能力考核
考试重点是考查学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力 。因此，在生物信息学考试中尝试引入实践技能考试，重点考核学生知识应用能力。实践技 能考试采用无纸化考试方式，学生在互联网环境下，对序列进行生物信息分析并对结果进行 解释，不仅考核学生对基本知识和基本原理的掌握，而且考查学生进行生物信息分析的实际 能力和分析思考能力。通过实践技能考试，淡化理论考试，克服传统的死记硬背，促进学生 注重提高理论用于实践的综合能力，同时更有效地提高学生计算机应用能力。除采用实践技 能考试并将其作为学生成绩的主要部分外，还加强了对学生平时学习态度、学习能力、创新 思维等方面的考核。
总之，生物信息学教学是网络环境下生物教学的全新内容。通过上述教学措施，提高了学生 的 学习积极性、实践操作能力、解决实际问题的综合应用能力及创新能力，收到了良好的教学 效果，得到了学生的普遍欢迎，具有较强的可操作性和实践性。在今后的教学实践中，随着 教师自身素质的提高和进一步的教学改革将会不断完善生物信息学教学，培养具有“大科学 ”素质和意识的医学研究生人才。
参考文献：
［1］ 张阳德．生物信息学［M］．北京：科学出版社，2004：4．
第11篇
关键词：生物技术;生物信息学;教学;实践
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）47-0123-02
生物信息学（Bioinformatics）是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学，是一门新兴的交叉学科。生物信息学针对生物学问题，发展各种算法及软件，对迅速增长的浩如烟海的核酸和蛋白质序列进行收集、整理、储存、、加工等，目的在于通过生物信息学手段及分析，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合理和最有效的方法或途径[1]。作为当今生命科学和自然科学领域发展最为迅速的学科之一，生物信息学已成为介于生物学和计算机科学前沿的重要学科。实验室的每一项技术，从简单的克隆、PCR到基因数据分析都需要在计算机上应用生物信息学的方法进行处理。因此，对生物技术专业的学生而言，具备一定程度的理解和应用生物信息学方法和技术的能力是十分必要的。
目前，国内外许多高等院校相继开设了生物信息学课程，我校也于2007年针对生物技术专业学生开设了此门课程。该课程不仅是一门新兴的学科，而且学习难度大，理论课内容相对枯燥，如何让学生更好地掌握本门课程的内容，是教师在教学过程中值得深思的问题。实验教学是帮助学生理解抽象理论知识的有力手段，在教学中显得尤为重要，但由于开设专业的特殊性，生物信息学实验教学一直比较薄弱。本文对过去实验教学中存在的问题进行了分析，并针对问题结合《基因工程原理》课程以及自己的科研对教学内容进行了优化和教学方法上的改进，取得了一定的成效。
一、过去教学中存在的问题
（一）实验课教学学时偏少
生物技术专业五年制生物信息学课程总学时为72学时，其中理论48学时，实验24学时。生物信息学课程最主要的目标是培养学生通过在线程序或利用生物信息学软件来分析生物学问题的能力，有效解决学生实验学时不足，实际操作时间少，解决实际问题能力较弱的问题。
（二）与其他课程联系较少
生物信息学课程开设在生物技术专业教学进程的第6学期，此时学生已具备普通生物学、细胞生物学、分子生物学、生物化学、医学免疫学、遗传学、基因组学、基因工程原理等生命科学的基础知识。但是，在生物信息学理论课和实践课学习的内容，如查阅的文献、分析的目的则由授课教师自行指定，忽略了与其他课程的联系，不利于学生系统地学习专业课的知识。
二、教学体系的改革和完善
（一）增加实验课教学学时
从2012年起，我校生物技术专业由五年制调整为四年制，同时在修订教学进程的时候将学时调整为理论36学时，实验36学时，理论课结束后即为该内容的实践部分，以此增加学生的实践训练时间。
（二）将基因工程原理实验课程与生物信息学实践相联系
在基因工程原理的实验中，我们把家蝇防御素基因作为目的基因，主要设计的实验内容包括：（1）目的基因的获得：利用PCR技术扩增已经克隆到pMD-18T载体上的家蝇防御素基因;（2）pSK质粒载体的小量制备;（3）目的基因与载体的酶切;（4）目的基因与载体的连接;（5）大肠杆菌感受态细胞的制备;（6）重组质粒的转化;（7）重组子的蓝白斑筛选;（8）菌落PCR鉴定重组子[2]。
在学生对基因工程实验内容熟悉的基础上，我们在生物信息学的教学过程中对学生提出问题：家蝇防御素基因现有的研究现状是怎样的？PCR扩增目的基因的过程中引物该如何设计？获得阳性重组子后我们如何判断获得的插入序列就是目的基因呢？
针对这样的疑问，我们结合基因工程实验对教学内容进行适当的调整：（1）PUBMED获取文献信息：由学生通过PUBMED查找近五年发表的有关家蝇防御素基因研究的文献;（2）核酸序列分析：以家蝇防御素基因为对象，分核酸序列的检索、搜索开放阅读框（ORF）、限制性酶切分析、引物设计、载体序列识别、核酸序列的比对、分子质量/碱基组成/碱基分布分析和序列转换共8大部分内容进行讲解和学生实践操作;（3）蛋白质序列分析：同样以家蝇防御素蛋白为对象，分蛋白质序列检索、蛋白质序列比对、蛋白质基本性质分析（蛋白质的氨基酸组成、分子量、等电点、亲疏水性分析、跨膜区分析、信号肽分析）、蛋白质功能预测、蛋白质结构预测（蛋白质二级结构和三级结构预测）共5大部分内容进行讲解和指导学生进行实践操作。
（三）以科研促进生物信息学的教学改革
笔者所在课程组主要集中于功能基因组学的研究，涉及了功能基因的获取、生物信息学分析、功能验证等方面的内容。学生在课程学习中，参与到教师的科研课题中，学会运用生物信息学所学知识实际解决科研问题。学生可自行完成从文献的查阅、目的序列的获取（由公共数据库获得或实验室测序获得）、基因序列的分析、理论推导氨基酸序列基本性质的分析及结构和功能的预测、系统发育分析，如有可能，学生可通过实验的方法验证生物信息学分析的结果，同时鼓励学生自主选择感兴趣的基因、蛋白进行课程设计研究，实践结束后学生将结果以论文形式提交给教师。
三、教学探索的成效
生物信息学是一门实践性很强的学科，实验教学作为培养学生的重要手段，在该门课程学习中有着举足轻重的作用。在医学院校生物技术专业生物信息学课程的教学中，立足于生物医学视角的实践教学，以与医学相关的基因、蛋白质等数据作为研究的主体，结合基因工程实验教学改革生物信息学的授课内容，有利于学生对专业课程知识的系统学习。同时，结合生物信息学研究前沿和自主科研课题成果，形成科研教学相融合的实践性教学，能够充分调动学生学习的主动性和积极性，进而激发学生的求知欲和创新能力。教学与科研形成相辅相成的互助关系，科研成果转化为教学资源，明显充实了教学内容，提升了教学水平和学生能力。在教学改革探索过程中，已有学生参与到课题组的科研工作中，利用所学的生物信息学知识，通过指定题目或自主选题，顺利完成毕业实习并发表了科研论文《印鼠客蚤线粒体COⅡ基因的克隆、序列测定和分子系统学分析》[3]、《美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能预测》[4]、《致倦库蚊防御素基因的克隆与原核表达及蛋白纯化》[5]、《德国小蠊致敏原Blag 2的Glu 233突变的分子对接研究》[6]、《伏马菌素B1特异单链抗体的同源建模及分子对接模拟研究》[7]等，证明生物信息学课程教学改革切实可行。
参考文献：
[1]郭丽，赵杨，柏建岭，等.医学院校生物统计学专业生物信息学教学探索[J].南京医科大学学报（社会科学版），2013，10（5）：457-460.
[2]张洁，王S，刘红美.结合科研改进基因工程实验教学的教学实践[J].教育教学论坛，2012，28（42）：70-71.
[3]王S，张迎春，张春林，等.印鼠客蚤线粒体COⅡ基因的克隆、序列测定和分子系统学分析[J].贵州科学，2012，30（5）：35-39.
[4]王S，龙高群，张春林，等.美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能预测[J].动物医学进展，2012，33（9）：21-27.
[5]王S，王吉平，张春林，等.致倦库蚊防御素基因的克隆与原核表达及蛋白纯化[J].动物医学进展，2012，33（11）：45-50.
第12篇
论文摘要：生物信息学是生物科学中一门新兴的前沿学科。针对目前国内生物信息学教学现状，基于其他学科的成功教学模式，结合生物信息学课程特点，提出“以知识为中心，理论教学与实验教学有机结合”的教学模式。
2l世纪是高科技发展的世纪，随着人类基因组计划的完成、遗传语言的破译、生物大分子的功能与结构研究，一门崭新的、拥有巨大发展潜力的新的学科生物信息学悄然兴起并得以蓬勃发展。生物信息学已成为分子生物学家和从事生物学研究和学习的科研人员、教师和学生的必备工具。在生物信息学开设条件尚不成熟的情况下，目前还没有完善的教学模式，如何在高校进行生物信息学教学则亟需探索。为此，笔者根据几年的生物信息学教学实践，提出几点见解，期盼能“抛砖引玉”，引起同行专家学者的关注，由此推动生物信息学教学质量的提高。
1生物信息学概述
生物信息学(Bioinformatics)是生物学、数学和计算机科学交叉所形成的一门新兴学科，它主要运用信息科学和计算机手段通过数据分析和处理．揭示海量数据间的内在联系和生物学含义，进而提炼有用的生物学知识。诺贝尔奖获得者W．Gilbert在1991年曾经指出：“传统生物学解决问题的方式是实验的。现在，基于全部基因都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的，一个科学家将从理论推测出发，然后再回到实验中去追踪或验证这些理论假设”。该论点预示了生物信息学在生物科学中的重要地位。
生物信息学的最大特点；一是数据库庞杂，仅人类基因组一项，就大约有3．0×l0个A、G、C、T构成：二是操作主要在网络环境中运行，通过网络强大的搜索功能实现数据储存、检索和分析；三是由于是一门由计算机技术、数学、生物学等多学科综合交叉产物．它的理论及内容尚在不断地完善与更新中。
2教学现状
2．1缺乏合格的生物信息学师资，教师队伍的整体数量和质量与我国生物信息学教育快速发展的规模极不相称。
2．2对生物信息学专业人才培养的认识各异，造成课程设置不合理。我国高等教育的传统模式在创新性人才和交叉学科人才的培养方面本身就存在不少薄弱环节，如何通过生物信息学专业课程教学与实践加强学生的研究能力，从而加快培养不同专业背景的“复合型”人才是摆在我们面前的一项艰巨任务
2．3生物信息学教育与其他专业的合作还有待加强。尽管生物信息学是一门新兴学科，但与其他专业之间存在不少联系。现阶段的问题是不同专业学科的教师之间缺乏交流与合作，难以满足生物信息学教学的需求。
2．4在教学方法上．重视系统知识的传授和授课计划的完成，而忽视学生能力和素质的培养。此外，缺乏理论教学与实验教学的有机整合，实验教学只是以验证理论为目的，内容单一，无创新点，忽视了对学生实际操作能力的培养。
2．5教学中还缺乏适合的理论和实验教材。授权影印国外原版教科书和翻译书籍仍占主导地位，而国人自编的教材寥寥无几。例如，我们在教学实践中已深感到《基础生物信息学及其应用》一书已不能满足实际教学工作的需要，但由于种种原因．修订版迟迟未能完成。此外，系统性也是目前生物信息学教材中普遍存在的一个问题。
3创新教学模式探讨
作为教学论三大流派之一的建构主义认为：学生在现实世界的真实环境中去感受和体验该知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其他事物之间联系，通过学生的自主学习和协助学习，来完成对所学知识的意义建构。多媒体计算机和网络通信技术的发展，为建构主义学习环境提供了理想认知工具．能更有效地促进学生的认知发展。基于其他学科的成功教学模式。结合生物信息学课程特点，笔者提出“一个中心，两者结合”的教学模式。即“以知识为中心，理论教学与实验教学有机结合”。突出学生的主体地位，强化了个性教育。
3。1知识定位为中心以教学活动的真正对象——知识定位为中心．在不同的具体教学活动中教师与学生的“主角”与“配角”地位相互转换．即在某些教学环节中，教师是知识建构的主角，学生当配角，而在另一些教学环节中，则相反。同时，针对不同的教学内容和教学需要．采取不同的教学方法。生物信息学是一门多学科交叉的科学，涉及的知识面即深又广，学生进行独立自学的难度很大。尤其是生物信息学中的相关数学知识，诸如隐马尔科夫链、动态规划算法和几何拓扑理论等，在教学中则需采用教师主导的传统讲授方法。
课堂教学受学时的限制，通过探究式方法，引导学生利用课余时间拓展知识，是不可或缺的教学方法，其教学过程大致分为3个步骤：首先确立教学目标，目标可以由教师设定，也可以是学生所感兴趣的内容。如：玉米基因组SSR引物设计，这类问题一般无法找到现成答案．必须通过学生自己去查阅和检索相关数据库后综合分析才可得到。其次进行分组．对一个崭新事物的认识单靠个人智慧的力量往往难以全面兼顾，需要集体的智慧。分组就是将学生随机分组．以组为单位去检索相关基因和蛋白质数据库。如何使用检索工具、哪些数据库需要检索、哪些指标是可以限定、哪些地方不可以忽略等方面的问题，指导教师可给予一定的启发提示和帮助，但不能替代完成。最后集中讨论，由小组成员围绕指定的问题，如SSR引物，则本着资源共享的原则，陈述检索过程、分析结果，并就检索过程中存在的问题及技巧进行共同讨论，最后由指导教师就检索结果进行取舍、总结，对学生的学习情况作出点评。并提出改进意见及进一步要求。
3．2理论教学与实验教学的有机整合
3．2．1通过生物数据库的使用，提高学生处理生物信息的能力由于大型服务器和计算机的参与，分子生物学对生物分子(主要是核酸和蛋白质)研究工作的效率大大提高。到目前为止，生物学数据库总数已达500个以上，在DNA序列方面有GenBank、EMBL和DDBJ等；在蛋白质一级结构方面有SWISS—PROT、PIR和MIPS等：在蛋白质和其他生物大分子的结构方面有PDB等：在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等．各数据库均通过Intemet提供多种形式的数据检索服务。例如：NCBI—Gen．Bank数据库就提供Retrieve(Email)，Entrez(Web集成信息检索)及Query(Email集成检索)等多种方式的检索服务。这类检索服务是生物数据库所能提供的多种服务中最基本的信息共享和应用服务．也是生物专业学生和科研工作者经常使用的。
3．2．2通过序列比对软件的开发．增强学生使用生物信息处理软件的能力将未知序列同整个数据库中的已知序列进行比较分析是研究者手中的一个强有力的研究手段。对2个物种进行全基因组序列比较已不再是一个梦想．进行序列比较的目的之一是判断2个序列之间是否具有足够的相似性，从而判定二者之间是否具有同源性。在世界各地，科学家每天都要进行成千上万次的序列比对和数据库搜索。实验操作中通过序列比对软件开发的培训，使学生熟练掌握生物信息处理软件．并能编制解决相关问题的小软件。
3．2．3运用生物信息学相关知识，提高学生获取蛋白质信息的能力由于构成蛋白质的20种氨基酸化学构造上的差别远远大于构成核酸的4种碱基的差别。因而蛋白质在结构和功能上存在更大的多样性。目前实验方法获取蛋白质结构信息仍然需要大量的时间，而且对技术和技巧都有很高的要求。越来越多的蛋白质在测定空间结构后尚不清楚其生物功能，因此蛋白质功能预测日益受到重视。预测的方法是目前提供蛋白质结构及功能信息的重要方法。蛋白质结构与功能的复杂性必须借助生物信息学的技术手段才能更好的阐明，通过对生物信息学的学习和掌握，可使学生更多更快地了解蛋白质的信息。
3．2．4优化实验教学内容，发挥网络教学优势生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要，培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力．提高学生应用理论知识解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。生物信息学实验教学内容的选择与安排应按照循序渐进的原则．针对特定的典型性的生物信息学问题设计，以综合性、设计性实验内容为主，明确目的要求，突出重点，充分发挥学生的主观能动性和探索精神，以激发学生学习的主动性和创造性为出发点，加强学生创新精神和实验能力的培养。
生物信息学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具，全部在计算机网络实验室内完成。在教学中，充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工具等传递给学生，学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况。
第13篇
此书是WILEY从书“生物信息学：计算技术与应用”中的一本。蛋白质生物信息学在生物医药研发中具有广泛的应用，比如先导化合物设计、分子对接、药理活性预测等等。本书汇集了蛋白质生物信息学领域最为前沿的主题，既有对技术演变的解析，也有很多具体的应用实例。
本书共有5大部分26章。第1部分 从蛋白质序列到结构，含第1-5章：1.蛋白质技术成为研究植物发育遗传的重要工具；2.蛋白质序列主题信息的搜寻；3.识别蛋白质的钙结合位点；4.综述：利用非平衡数据学习方法进行蛋白质甲基化预测；5.蛋白质翻译后修饰位点的分析和预测。第2部分 蛋白质化学分析和测试，含第6-12章：6.蛋白质局部结构的预测；7.预测蛋白质结构的边界；8.预测蛋白质的RNA结合位点；9.检测蛋白质二硫键连接方式的算法框架；10.蛋白质接触序的预测技术进展；11.预测半胱氨酸氧化状态的计算策略；12.冷冻电镜三维结构重构的计算方法。第3部分 蛋白质序列比对及其评估，含第13-17章：13.蛋白质结构比对的基础知识；14.发掘蛋白质3D结构来优化结构比对；15.搜寻非序列性蛋白结构相似性的算法方法论；16.利用分形方法来预测蛋白质类属和功能；17.蛋白质三级结构评估。第4部分 生物网络中的蛋白质相互作用，含第18-22章：18.蛋白质相互作用的网络算法；19.识别蛋白质相互作用网络中的蛋白复合物；20.蛋白质相互作用网络中的功能模块分析；21.代谢网络的高效比对；22.蛋白质相互作用网络的比对：算法和工具。第5部分 蛋白质生物信息学的应用，含第23-26章：23.用支持向量机进行蛋白质分子与药物的活性匹配；24.寻找生物网络中的重复区：挑战、趋势与应用；25.MeTaDoR: 生物膜外周靶向蛋白的网络资源和预测服务；26.基于生物网络的基因表达特征分析。
潘毅是美国乔治亚州立大学计算机系的教授和系主任，中国长沙中南大学客座教授。他的研究兴趣是云计算、无线网络和生物信息学。目前发表了200余篇研究论文。
本书兼具系统性和深入性，每章都是由数位专家精心撰写，适合生物信息学、蛋白质组学、计算机科学领域人员参考。
魏玉保，博士生
第14篇
江赐忠，美国衣阿华州立大学遗传学博士，同济大学特聘教授、博士生导师。先后获得教育部“新世纪优秀人才”、上海市科委“浦江计划人才”、上海市教育发展基金会“曙光计划人才”、上海市教委“东方学者”荣誉称号与资助。在Nature、Genome Research、Nucleic Acids Research等著名国际学术期刊上发表SCI收录论文37篇，单篇论文已被引用超过400次。出版国际英文专著的一个章节。
十月，Science以“生物信息学，神秘的新职业”为题发文，“在大数据时代，这是个有趣的地方，也是令人激动的时刻。”一位教授这样评价道。
我们处在一个大数据的时代，由于高通量测序技术飞速发展，在生物医学研究中已经得到广泛应用，每天都会产生海量数据。数据量如此之大，部分是由于思维方式已经从数据的生成转变为数据的分析，因此就更需要有专家能够用高效的方式去分析挖掘，让其对科学家和临床医生具有意义，并最终惠及客户和患者。
这些海量数据就象一堆沙子，生物信息学专家就好比淘金人，要从沙子中淘出金子来。美国衣阿华州立大学遗传学博士，同济大学特聘教授、博士生导师江赐忠就是一位致力于我国生物信息学发展的“淘金者”。
兴趣成就梦想
人们常说，兴趣是最好的老师，江赐忠正是在兴趣的牵引下进入生物信息学领域的研究。
江赐忠说他每当念及童年时光，对大自然里的各种小动物都记忆犹新。夏天把抓来的萤火虫放在纸叠的灯笼里，看它们一闪一闪地发光;观注成群结队的蚂蚁有序地把苍蝇一只一只地往洞里搬，从小就爱上这绚丽多彩大自然里各种可爱的小精灵。因此小学的自然课、中学的植物学与动物学都是他最喜欢的课，他从洋葱表皮细胞显微镜观察认识了生命微观结构，由光合作用实验开始了解生命奥秘。带着对生物的喜爱与生命奥秘的好奇，江赐忠考大学时第一志愿选择了生命科学。
后来在美国读博士学位期间，对人类健康、中医药、当代科学研究方法、甚至是商业等都有很深影响的国际合作项目“人类基因组计划”正在如火如荼地进行，也带动对酵母、秀丽线虫、果蝇等其它模式生物基因组测序，产生大量基因组测序数据。加上计算机软硬件的迅速发展，逐渐产生了一门新兴的交叉学科――生物信息学。这门学科主要是结合计算机、数学、统计等方法，从海量数据中挖掘出规律与有用的信息，用于解释生物现象、阐述其机制、解决相关生物医学问题。如鉴定出某种疾病发生发展中起重要作用的基因、潜在的药物靶点等。
江赐忠所在的衣阿华州立大学在这期间成立了生物信息学专业，“我有幸加入这个专业，接受系统的生物信息学学习与技能训练。其实我一直也很喜欢计算机。通过加入生物信息学专业，正好圆了我学习计算机的梦。碰巧我的博士学位论文前半部分是做实验获得数据，后半部分主要就用计算机进行分析所得的数据。”他告诉记者。
兴趣和坚持，是通向科研成功的两颗启明星。因此，有兴趣为始，还要以毅力相伴。博士毕业后，江赐忠就开始完全转入专业的生物信息学分析。这样，他无缝过渡到生物信息学与基因组学这个领域。2007年高通量测序技术开始兴起，他参与到核小体、组蛋白等表观遗传高通量数据分析的项目中，掌握了高通量数据分析的最新技术。也正是高通量测序与染色质免疫沉淀技术的兴起，表观遗传组学研究取得突飞猛进的发展，成为当前生物医学研究热点，江赐忠也成为这个领域众多研究者的一员。
科学无国界，科学家有自己的祖国
一个国家的科研水平与实力和国家的强大息息相关。在上世纪90年代早期及之前，中国国内的工作想在《科学》、《自然》等国际顶尖学术期刊上发表基本上是个可望不可及的追求。但是，最近十几年，国内实验室的工作每年都有多篇在《科学》、《自然》、《细胞》等国际顶尖学术期刊上发表。中国正在走向世界，他最希望的是中国的生物信息科学也能够走在世界的最前列。
回国工作后，江赐忠主持参与了国家“973”重大科学研究计划项目、国家自然基金委重大研究计划与面上项目。根据中国出生缺陷防治报告，我国出生缺陷占新生儿的约5%，每年约有100万缺陷儿出生，给家庭和社会造成极大负担。导致缺陷儿的原因很大一部分与表观遗传紊乱有关。而核小体作为染色体的基本结构单元，通过开放或屏蔽DNA序列来控制转录因子与DNA结合，从而调控基因的转录表达。核小体在基因组中定位的变化与染色质结构的变化是重要的表观遗传基因调控机制。核小体的正确定位与染色质的正确结构在胚胎发育中起着重要作用，但分子机制并不清楚。
鉴于此，江赐忠团队联合了国内四家高校研究所，在生殖发育、表观遗传、与生物信息方面的杰出研究团队，一起申请到“973”重大科学研究计划项目“胚胎发育中的核小体重排与染色质重塑”。该项目结合生物信息学手段，主要从胚胎与干细胞两个层次来研究核小体定位与染色质结构变化在胚胎发育中的作用机制，以期能够获得早期胚胎发育母源驱动向合子启动转化（MZT）这一重要过程、以及干细胞全能性维持与分化中核小体定位与染色质结构变化模式及表观遗传基因调控机制，为降低出生缺陷率、提高我国人口健康水平奠定基础。
目前，项目研究已经取得一批成果。如染色质重塑酶是影响核小体定位的重要因素之一。染色质重塑酶缺失会导致果蝇胚胎发育停滞，但其分子机制并不清楚。在果蝇中Brahma由Brm基因编码。为此，他们在果蝇三龄幼虫中敲降Brm基因，以此研究核小体定位变化与全局基因表达谱变化。结果发现，Brm敲降导致整个基因组核小体占有（occupancy）变化，全局基因组上核小体密度变低。相对照，Brm敲降对核小体的位置偏移影响较小，约75%的核小体偏移少于10bp。Brm敲降对核小体定位的固定性（即相位）也有影响。核小体定位偏移、丢失与获得、相位变化都富集在基因启动子区。Brm敲降还导致了基因5’端大量区域核小体串（即3个及以上连续核小体）发生变化。
有意思的是，这些区域上的基因在发育与形态发生上有重要功能。这一定程度上解释了Brm敲降导致果蝇胚胎发育停滞的原因。这些区域上富含AT富有的转录因子的模体（motif），因此Brm敲降可能通过影响这些转录因子对DNA的结合，从而调控其靶基因活性，影响胚胎正常发育。该结果已发表在Nucleic Acids Research （2014）。
让世界关注中国
江赐忠始终认为，一个人的力量不足为奇，只有集众之力才能形成一股巨大的推动力量。他先后参加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics，2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop，2010年与2012年冷泉港亚洲会议Epigenetics， Chromatin & Transcription，2012年的International Workshop and Summer School on Crops等国际会议，同时他们也邀请了时为北卡罗来纳州大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的Jason Lieb教授等国内外知名学者来校访问交流。通过这些学术交流，他们充分了解相关领域国际上的最新研究动态与现状，与国际接轨。
“生物信息学是门交叉学科，既要有牢固的生物学知识，又要有很强的数理知识与编程能力。要同时掌握这些跨学科知识与技能不是件容易的事情，这就造成这方面人才的匮乏。据我所知，我国目前设有本科生物信息学专业的高校并不多。幸运的是，我在的同济大学生命学院有开设生物信息学本科专业。因此，我国很必要加强生物信息学专业人才的培养与储备。”江赐忠对于人才的重视和渴望溢于言表。
第15篇
关键词： 生物信息学 案例教学法 实践教学
1.生物信息学学科特点
生物信息学是当今生命科学的重大前沿领域之一，是一门交叉学科，包含生命过程中各种信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，综合运用数学、计算机科学和生物学等方法与技术，阐明和理解大量数据包含的生物学意义[1]。随着20世纪80年代人类基因组计划的实施，生物信息学蓬勃发展，并渗透到生物学研究的各个领域。掌握生物信息学相关技术及分析能力已成为生物专业本科毕业生的必要要求[2]。因此，做好生物信息学教学工作对提高生物信息学研究水平具有重要的理论和实践意义[3]。然而由于学科的综合性和学科本身的迅猛发展，生物信息学课程教学仍然处于探索阶段，目前还没有成熟的生物信息学教学模式，各高校尚处于摸索探讨阶段。
2.案例教学法概述
案例教学法（Case-Based Learning），指在教师的指导下，根据教学目的，通过呈现案例材料，组织学生以团体和小组讨论、角色扮演等方式对案例进行调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动；经过分析讨论，将课本中的理论与案例材料结合起来，并利用理论分析说明复杂的案例内容。案例教学法引导学生学习新的知识，加深对理论的认识，训练学生运用所学知识分析和解决实际生物学问题[4]。
不同于传统教学模式注重“知识的传授”，案例教学法更注重“能力培养”。案例教学法不直接给学生提供解决案例问题的标准答案或者具体方法，而通过教师引导学生积极讨论得出问题的解决方法，侧重于理论应用，是一种“以学习者为中心的学习方法”。
案例教学可划分为讲解定义型、综合分析型和操作技能型三种类型。（1）讲解定义型，引入案例，对基本概念和原理进行讲解；（2）综合分析型，提出问题，学生通过讨论给出解决案例问题的方案或者对已有方案进行评价；（3）操作技能型，引入案例，使学生掌握相关理论课程的基本应用技能。案例教学还可以综合其他教学方法，如以问题为基础的教学法共同改善课堂教学效果[5]。
案例教学法基本环节包括：教师根据学科特点提出案例；引导学生辩论交流、提出解决方案；完成与解决案例；教师评价与总结[4]，[6]，[7]。案例教学过程中，首先教师把握整体教学进度，选用与本专业课程有关的案例，案例选择要具体、易于学习和理解，能够引起学生的兴趣，调动学生学习主动性；其次，将案例分解，从子案例中提出问题，启发学生思考，鼓励学生对案例进行分析、讨论甚至辩论，提出解决方法，逐步完成案例；最后，引导学生完成和解决案例，分析点评整个案例教学过程及结果[4]。
3.案例教学法应用于生物信息学本科教学的意义
生物信息学课堂讲授以介绍生物信息学的相关算法、原理、方法为主，这也是教学的重点和难点。传统“知识传授”型讲课方式容易让学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂，产生畏惧心理[8]。运用案例教学法，能够帮助学生更深入理解算法的思想，真正掌握解决问题的思路，培养科学的思维能力。
另外，生物信息学是一门实用性较强的学科，大学本科阶段开设生物信息学课程主要目的不是开发新的数据库和发展新的生物数据分析方法，而是如何利用现有数据库资源查找特定数据，并根据科研实践需要分析整合数据资源，为后续科研奠定基础，具有极强的实践意义。要达到实践目的，除了让学生掌握生物信息学的基本理论和方法、数据库和软件的原理外，更重要的是让学生亲身实践，在实践中对所学理论进行验证、对数据和软件的使用加以熟悉[9]。但生物信息学涉及专业领域内容广泛，学生不可能做到完全亲身实践，因此，案例教学法能替代亲身实践，吸取前人经验，是理论联系实践的一个便捷通道，是培养学生解决实际问题能力的好方法[7]。
4.案例教学法在生物信息学本科教学中的应用
4.1 案例选择
笔者针对生物信息学本科的教学大纲和知识体系，以及多年从事昆虫线粒体基因组分析的科研工作情况，精心选择了一系列分析案例，其中以鳞翅目灰蝶科线粒体基因组[10]数据分析为例说明。
4.2 教学过程
4.2.1学生分组。根据学生专业、兴趣分组，每组6人，统一采用同一案例。
4.2.2案例背景介绍。让学生了解该论文的目的、操作过程及意义。学生查找相关文献资料，归纳总结知识背景。
4.2.3案例分解。将整个案例分为若干个子案例：①序列数据来源；②序列比对分析③计算遗传距离；④分子系统发育重建；⑤蛋白质家族和基序与结构域分析；⑥蛋白质三级结构与结构分类分析。对每一个子案例完成的关键步骤提出问题，启发学生思考，鼓励学生对案例进行分析、讨论甚至辩论，提出解决方法，逐步完成案例。每个子案例的顺利完成都需要特定的生物信息知识作为基础，对应于教学大纲中完整的知识体系。
4.2.4评价考核。引导学生完成案例，教师归纳学生在整个案例教学过程中出现的普遍性问题并进一步讲解，对于个别小组在解决案例过程中展现出来的创造性解决方案进行分享学习。采用PPT成果展示、提交每一个子案例生物信息分析结果和解释报告，考查学生对案例设计的相关生物信息学理论知识和操作技能的掌握情况。
案例教学法作为一种具有启发性和实践性的教学方法，有效提高学生利用生物信息学工具获取相关知识解决生物学问题的学习兴趣和能力，增强教学效果。然而实践过程中还存在一些问题，例如：如何选择合适的案例既能激发学生的学习兴趣又反映生物信息学教学大纲的知识体系内容、如何有效把握课堂讨论的节奏和方向及与其他教学方法的融合，在今后教学工作中还需要不断改进教学方法，优化教学模式，丰富教学案例库，在实践中不断探索案例教学法在生物信息学本科教学中的适用性和有效性。
参考文献：
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[4]张林，柴惠.CM教学法和PBL教学法的结合应用研究――以医学生物信息学为平台[J].中国高等医学教育，2012（8）：116-117.
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