對生物信息學的理解精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的對生物信息學的理解主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：對生物信息學的理解范文

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；生物信息學；教學探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）29-0210-02

一、引言

生物信息學是由生物學與數(shù)學、計算科學交叉形成的前沿學科，主要通過研發(fā)并應用計算機技術(shù)及數(shù)學與統(tǒng)計方法，對海量生物數(shù)據(jù)進行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學問題，闡明新的生物學規(guī)律，獲得傳統(tǒng)生物學手段無法獲得的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。生物信息學是當今生命科學和自然科學的重大前沿領(lǐng)域之一，是多學科之間的交叉領(lǐng)域。因此，做好生物信息學教學工作對提高生物信息學研究水平具有重要的理論和實踐意義。

隨著高通量測序數(shù)據(jù)的大量出現(xiàn)，生命科學已經(jīng)進入到大數(shù)據(jù)時代，生物信息學研究的重點將轉(zhuǎn)移到組學的研究上。相應地，生物信息學教學的重點也要從單個基因的分析轉(zhuǎn)向多個基因甚至在組學水平的分析。在生物大數(shù)據(jù)背景下，對生物信息學專業(yè)的人才需求也將越來越大。本文結(jié)合生物大數(shù)據(jù)的特點和教學經(jīng)驗，談談目前生物信息學教學中存在的問題，并針對這些問題提出自己的建議和方法。

二、生物大數(shù)據(jù)的特點

“大數(shù)據(jù)”一詞最初起源于互聯(lián)網(wǎng)和IT行業(yè)，它具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)多樣化、高速、有價值等特點。生物大數(shù)據(jù)不僅帶有“大數(shù)據(jù)”的特點，而且具有生物數(shù)據(jù)自身的特性，具體表現(xiàn)在：

1.數(shù)據(jù)量大：全球每年生物數(shù)據(jù)總量已經(jīng)達到EB量級，完整的人體基因組有約30億個堿基對，個體化基因組差異達6百萬堿基。同時由于高通量測序成本的下降，目前大量的生物物種得以全基因組范圍的基因組從頭測序、重測序以及轉(zhuǎn)錄組測序，積累了大量的生物數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)種類多：由于測序儀器種類繁多，產(chǎn)生的測序數(shù)據(jù)格式也各不相同。除高通量測序產(chǎn)生的基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)外，另外還有蛋白組、代謝組、表型組、相互作用組的序列數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)增速快：這主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的急劇增長速度上，幾乎每一周都有關(guān)于某一物種的全基因組或者轉(zhuǎn)錄組測序的信息。尤其是隨著新一代測序技術(shù)的發(fā)展，更大數(shù)量級的基因組數(shù)據(jù)產(chǎn)出日漸增加――每臺高通量的測序儀每天可產(chǎn)生約100GB的數(shù)據(jù)。

4.數(shù)據(jù)價值高：隨著生物信息學的發(fā)展，越來越多有價值的信息可從生物數(shù)據(jù)中挖掘出來，這些價值不僅體現(xiàn)在生物科研領(lǐng)域，而且已應用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)學等領(lǐng)域。

三、大數(shù)據(jù)背景下生物信息學教學中存在的問題

經(jīng)過多年的發(fā)展，生物信息學教學雖然有了一定的提高和改善，但還存在一些問題，主要表現(xiàn)在：

（一）課程設(shè)置不合理

生物信息學是由生物學與數(shù)學、計算科學交叉形成的前沿學科，對生物背景的學生來說，需要掌握計算機和數(shù)學特別是統(tǒng)計學方面的知識和技能。但由于受課程設(shè)置的影響，很多學校只把C語言作為計算機的必修課，而沒有在大一或者大二年級開設(shè)概率論和數(shù)理統(tǒng)計，并且生物統(tǒng)計學等課程也只是在大三或者大四才作為選修課或者限定選修課來開設(shè)的，造成部分開課專業(yè)學生的數(shù)理基礎(chǔ)比較薄弱，因此在后續(xù)學習中存在一定的困難。

（二）教材內(nèi)容不夠全面

由于生物信息學發(fā)展日新月異，各種分析生物大數(shù)據(jù)的算法、方法和軟件層出不窮，并且其更新?lián)Q代是非常快的，而國內(nèi)外相關(guān)教材的內(nèi)容不夠全面，并且其更新速度較慢，不能緊跟生物信息學的最新發(fā)展，造成教師在授課時要綜合多本生物信息學教材的內(nèi)容，不利于學生對生物信息學內(nèi)容的全面掌握，從而制約了生物信息學教學的發(fā)展。

（三）教師的教學方法單一

生物信息學課程目前雖然在很多院校已經(jīng)開設(shè)，但由于該學科對教師的授課水平和學生的學習能力要求較高，目前多數(shù)學校對于生物信息學的授課方式還是以教師講授為主的填鴨式教學方式。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，傳統(tǒng)的教學方式和方法遠不能滿足生物信息學教學的需要。

四、生物大數(shù)據(jù)背景下生物信息學教學的建議和方法

為了適應大數(shù)據(jù)背景下生物信息學的教學形勢，針對目前教學中存在的問題，作者結(jié)合自己的教學實踐，建議從以下5個方面改進和提高生物信息學教學。

（一）合理設(shè)置基礎(chǔ)課，強化基礎(chǔ)理論

生物信息學是一門交叉性很強的學科，以復雜而強大的理論體系作為支撐，所涉及的內(nèi)容包括計算機編程、信息檢索以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。為了讓學生學好生物信息學這門課程，各院?？梢院侠碓O(shè)置生物信息學的專業(yè)基礎(chǔ)課，將生物信息學課程定位在大三或者大四年級學生，在大一、大二年級做好高等數(shù)學、數(shù)據(jù)庫原理以及Perl語言等與之相關(guān)課程的教學工作，這些學生在掌握了一些與生物信息學相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識后，其對生物信息學的學習能力和理解能力才會有較大的提高。此外，學校要鼓勵學生了解國內(nèi)外有關(guān)大數(shù)據(jù)和生物信息學技術(shù)的發(fā)展趨勢，并推薦有代表性且通俗易懂的文章和書籍，以強化學生的基礎(chǔ)理論體系，為生物信息學的學習提供必要的知識儲備

（二）培養(yǎng)大數(shù)據(jù)意識，加強對大數(shù)據(jù)分析的科學素養(yǎng)

生命科學研究已經(jīng)進入到大數(shù)據(jù)時代，生物大數(shù)據(jù)的挖掘已經(jīng)在農(nóng)林科學、醫(yī)學等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的效益，所以我們要培養(yǎng)學生樹立大數(shù)據(jù)思維意識，全面認識生物大數(shù)據(jù)帶來的機遇和挑戰(zhàn)。生物信息學以生物數(shù)據(jù)為對象展開分析，它同時具備具體性和抽象性的特點。具體性是指以數(shù)據(jù)為對象挖掘出的生物學知識是客觀存在的，其對生物學規(guī)律的解釋性較強；抽象性是針對生物信息學中的理論和方法而言的，一般要求學生具有一定的生物信息學專業(yè)基礎(chǔ)。在進行生物信息學教學時，要激發(fā)學生的學習興趣，逐漸培養(yǎng)學生的大數(shù)據(jù)意識，規(guī)范學生對大數(shù)據(jù)分析的基本方法?？梢酝ㄟ^實例，讓學生參與到具體的生物信息學分析中去，以便理解生物信息學數(shù)據(jù)分析的基本操作流程，并在業(yè)余時間開展生物大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)成功應用的案例調(diào)查，以便激發(fā)學生利用生物信息學手段分析大數(shù)據(jù)的熱情。

（三）優(yōu)化教材內(nèi)容，精心安排教學內(nèi)容

鑒于目前生物信息學發(fā)展速度快，而國內(nèi)外相關(guān)教材的更新速度較慢，所以要求在生物信息學教材的選取方面要下大力氣，并且在授課時整合各個教材的優(yōu)點。一般在生物信息學授課中整合以下三本書的內(nèi)容：David W. Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》、李霞主編的《生物信息學》以及陳銘編寫的《生物信息學》。

在教學過程中，為了使學生在有限的課堂教學時間內(nèi)掌握生物信息學課程的主要內(nèi)容，首先要優(yōu)化課程教學體系，統(tǒng)籌安排教學內(nèi)容，在生物信息授課中要抓住以下兩條主線：序列―結(jié)構(gòu)―功能―進化；基因組―轉(zhuǎn)錄組―蛋白組―相互作用組―代謝組，多組學貫穿。同時針對不同專業(yè)的特點與人才培養(yǎng)目標要求，合理分配各章節(jié)的教學課時，做到突出與專業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容重點精講。如在生物技術(shù)專業(yè)中，增加課時講授分子藥物設(shè)計章節(jié)，不僅要讓學生了解生物信息學與分子藥物設(shè)計的關(guān)系，而且要讓學生掌握計算機輔助藥物設(shè)計的理論方法以及軟件操作。因此，以生物信息學教學內(nèi)容的兩條主線為依托，緊密圍繞各專業(yè)的培養(yǎng)目標，做到理論聯(lián)系實際，構(gòu)建的教學體系和教學內(nèi)容既能讓學生掌握學科的知識理論體系，又有利于培養(yǎng)學生理解、分析、運用學科知識解決實際問題的能力。

（四）合理選用教學方法，提高教學效果

實踐表明，不同的教學內(nèi)容采用不同的教學方法授課可以收到良好的教學效果。為實現(xiàn)生物信息學課堂教學目標，完成相應的教學任務，教師要根據(jù)每堂課的教學內(nèi)容，采用合適的教學方法，調(diào)動學生學習的積極性和主動性，提高課堂教學效果?？梢詮慕鉀Q問題的角度出發(fā)進行理論教學。在理論課教學中，如果仍沿用傳統(tǒng)的灌輸式教學模式，肯定達不到預期的教學效果。課堂教學還可以根據(jù)需要，適時融入案例教學、問卷調(diào)查、多媒體展示、影片教學等方法，提高實際教學效果，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思考能力。

上機實習注重發(fā)揮學生的主觀能動性。生物信息學是一門實踐性很強的課程，上機實習是教學的重要環(huán)節(jié)，它不但能夠幫助學生更好地理解理論課所學知識，而且能夠提高學生運用生物信息學的理論和方法解決實際問題的能力，對培養(yǎng)學生獨立思考能力、觀察能力、動手能力起著重要作用，更是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑。

（五）理論和實踐相結(jié)合，注重考核的靈活化

生物信息學是一門融合了多個學科的實踐性很強的課程，對應的考核方式應該與其他專業(yè)課程有所區(qū)別，其最終的成績不應該只以理論課考試的成績?yōu)闇?。理論知識的考核注重學生對生物信息學基本概念、分析流程和主要分析算法的掌握情況，主要以試卷考核的方式為主，采用統(tǒng)一考核方式和評判標準。對于上機技能的考核，主要強調(diào)的是學生對不同類型數(shù)據(jù)進行分析時應掌握的相關(guān)軟件使用技能的考查，也應納入到學生的成績考核中，我們認為理論考試占70分、實習成績占30分是一個好的評價方式。

五、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)背景下對生物信息學的教學提出了新的更高的要求。本文針對《生物信息學》教學中存在的問題，結(jié)合自己的教學經(jīng)歷對改進生物信息學教學和方法進行了一些探討。本文認為要做好大數(shù)據(jù)時代的生物信息學教學，要從強化基礎(chǔ)理論、培養(yǎng)大數(shù)據(jù)意識、精心設(shè)計教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法和改革考核評價體系等五個方面來開展和抓好生物信息學教學。

參考文獻：

第2篇：對生物信息學的理解范文

摘要：為培養(yǎng)醫(yī)學院校生物科學和生物技術(shù)專業(yè)學生的生物信息學基礎(chǔ)知識的掌握和軟件的應用能力，結(jié)合近年該課程的教育教學改革實踐，不斷探索科學完善的教學體系和教學模式。從教學內(nèi)容、教學方式和實踐能力培養(yǎng)等幾個方面進行了探索與實踐。使學生在生物大數(shù)據(jù)時代，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力。

關(guān)鍵詞：生物信息學；生物科學；生物技術(shù)；教學模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0145-02

一、開設(shè)生物信息學課程的必要性

生物信息學學科發(fā)展迅速，不斷與其他學科相互滲透，而醫(yī)學院校生物科學和生物技術(shù)專業(yè)的學生主要從事生命科學相關(guān)的研發(fā)和技術(shù)，涉及生物、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。掌握生物信息學這門工具，為今后走上工作崗位，提供新的研究手段和途徑是十分必要的。因此，在醫(yī)學院校部分專業(yè)（如生物科學，生物技術(shù)等）開設(shè)生物信息學必選課程具有重要意義。

二、目前存在的問題

1.教學內(nèi)容陳舊和教學資源缺乏。我國高等院校開設(shè)生物信息學時間相對較晚，在教材選擇中首先調(diào)研了其他院校和目前出版的教材內(nèi)容情況。發(fā)現(xiàn)大部分生物信息學教材都包括生物大分子（核酸和蛋白質(zhì)）的信息資源，基因組分析信息資源，數(shù)據(jù)庫搜索軟件，核酸序列分析和多序列比對等軟件的核心內(nèi)容，除了共性的章節(jié)外，不同的教材內(nèi)容和重點各不相同。但是生物信息學發(fā)展迅速，除了基礎(chǔ)內(nèi)容外，大部分內(nèi)容都在快速地更新，比如引物設(shè)計軟件的使用等。而目前，生物信息學教學資源較匱乏，完善的生物信息學課程的教學大綱、教案、教學視頻、多媒體課件和習題等教學資源稀少。

2.課程內(nèi)容與教學課時不匹配，教學進程安排不夠合理。首先，由于生物信息學是一門多學科交叉的綜合性學科，生物信息學課程學習前需要理解和掌握一些生命科學相關(guān)知識背景，如基因組學、蛋白質(zhì)組學、生物化學、分子生物學和遺傳學等，深刻理解一些生物學基本概念，如基因序列、蛋白質(zhì)序列、非編碼區(qū)、啟動子等，并初步了解一些重要的生物學數(shù)據(jù)庫。因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費一定的時間介紹相關(guān)背景知識。然而由于醫(yī)學院校學生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學安排足夠多的課時。目前我校教學大綱規(guī)定的授課僅為20學時，學時少與教學內(nèi)容多的矛盾就顯得非常突出。教師需要在有限的教學時數(shù)下灌輸大量內(nèi)容，因此無法深入講解每個章節(jié)的內(nèi)容，增加了學生學習的難度，降低了教學質(zhì)量。

其次，教學進程安排不夠合理。以我校生物技術(shù)專業(yè)學生為例，本科二年級第一學期學習生物信息學課程。此階段學生雖然學習了一年多的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，但是專業(yè)基礎(chǔ)知識較為薄弱，同時實驗設(shè)計等相關(guān)實踐較少，缺乏對實驗細節(jié)的理解與實驗設(shè)計的整體把握。而生物信息學課程是一門實踐性學科，所以有必要在生物信息學課程的教學中滲透實驗設(shè)計的理念，課程學習中靈活運用專業(yè)基礎(chǔ)知識，達到學生的專業(yè)基礎(chǔ)知識與生物信息學的知識與不脫節(jié)，從而激發(fā)學生學習熱情。

3.教學模式單一，理論與實踐教學脫節(jié)。對于醫(yī)學院校生物科學和生物技術(shù)專業(yè)的學生，本課程培養(yǎng)的主要目標是：如何在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中查找想要的信息，如何通過在線程序或利用現(xiàn)有的分析軟件，處理相關(guān)數(shù)據(jù)，解決生物學問題。學生需要通過親身實踐，才能熟練掌握生物信息學的數(shù)據(jù)庫、分析方法、軟件。但是很多醫(yī)學院校教學條件有限，沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，教師在授課過程中根據(jù)課件照本宣科，并不能結(jié)合具體實例邊講解邊示范操作，同時，多數(shù)高校開設(shè)的生物信息學課程以理論教學為主，缺乏實踐教學課時。然而，生物信息學的學習，如數(shù)據(jù)庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、引物設(shè)計軟件的應用等都需要學生在實踐課中進行驗證或操作，理論知識與實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴重，從而影響了學生對課程的理解和掌握。

三、生物信息學教學模式改革探索

1.修改理論教學大綱，精選教學內(nèi)容。由于生物信息學內(nèi)容繁多，應針對不同專業(yè)特點精心挑選授課內(nèi)容，在有限的課時中讓學生學到最基本且重要的生物信息學理論知識。目前我們選用的是浙江大學出版社第一版的生物信息學，結(jié)合生物科學和生物技術(shù)兩個專業(yè)的特點，本教學團隊編寫了教學大綱，對教材內(nèi)容進行了更新和優(yōu)化，將重點集中于應用性較強的生物信息學實踐分析技能和離線單機版生物信息學軟件的使用上，具體內(nèi)容包括核酸及蛋白序列數(shù)據(jù)庫、序列的相似性搜索、序列比對、系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與預測和引物設(shè)計等基本內(nèi)容。同時考慮生物信息學學科的前沿性和交叉性，我們又增加了蛋白質(zhì)組學和非編碼RNA，基因芯片、qPCR、深度測序等操作原理及流程預測等內(nèi)容。為了適應生物信息學快速發(fā)展的要求，擴大學生的知識面，推薦了包括DavidW .Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和國家“十一五”規(guī)劃教材李霞主編的生物信息學等幾種不同類型的參考教材供同學課外閱讀。

2.創(chuàng)新教學方式，推行靈活多樣的教學模式。生物信息學的課程學習和軟件使用與網(wǎng)絡的使用緊密相關(guān)，一方面，為克服學生多，無法使每位學生實時進行電腦操作的弊端，我們利用能夠接收無線網(wǎng)絡信號的設(shè)備，實現(xiàn)上課時教室內(nèi)有網(wǎng)絡，這樣在授課過程中就可以實時在線帶領(lǐng)學生進行生物信息學分析，如稻菘獠檠、序列提交過程、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析、蛋白理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)預測等重要內(nèi)容，通過實時演示連貫教學內(nèi)容，讓學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對各種分析方法的學習和理解[1]。另一方面，由于課程學時（僅20學時）的限制，學生們不可能完全依賴課堂時間很好的掌握該課程，除了采取集中授課方式之外，本團隊利用搭建的“分子生物學”省級精品資源共享課程網(wǎng)絡平臺，開辟了“生物信息學”專欄，提供相關(guān)文獻、相關(guān)分析軟件及其使用步驟等信息；并聘請校內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜议_展專題講座，組織相關(guān)領(lǐng)域青年教師開展專題研討等形式，從而加深學生對課程內(nèi)容的理解。

3.緊密聯(lián)系科研，開展基于實踐的問題式教學。針對生物信息學課程的特點，打破應試考核方式，本教學團隊注重理論結(jié)合實踐的問題式教學方式引導。一方面，各專業(yè)課程中增加實踐教學課程比例，根據(jù)生命科學的發(fā)展，不斷充實實踐教學內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗，從而將生物信息學技術(shù)滲入日常教學環(huán)節(jié)中；另一方面，面向全校招募相關(guān)領(lǐng)域青年教師，鼓勵并指導學生參與青年教師科研項目，并積極申報國家級和省級大學生科研項目。目前創(chuàng)新性實驗和探索性實驗全面覆蓋生物科學和生物技術(shù)專業(yè)全體學生，學生在解決科研問題時逐步學會運用生物信息學知識，如文獻查閱、目的基因序列的獲取、基因序列的分析方法等，提高了學生生物信息學知識和技術(shù)的實踐能力和理論理解力。

四、結(jié)語

生物信息學是生命科學領(lǐng)域研究的重要的工具和載體[2]，針對生物信息學課程的特點，醫(yī)學院校生物信息課程的改革可進一步加強理論教學的系統(tǒng)性、規(guī)范性和針對性，提高學生對生物信息學知識的應用能力。在課程體系建設(shè)基礎(chǔ)上，大膽嘗試新的教學方法和手段，突出醫(yī)學特色，培養(yǎng)適用于現(xiàn)代精準醫(yī)療的創(chuàng)新型生物學專業(yè)人才。

參考文獻：

第3篇：對生物信息學的理解范文

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);生物信息學;教學;實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）47-0123-02

生物信息學（Bioinformatics）是在生命科學的研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學，是一門新興的交叉學科。生物信息學針對生物學問題，發(fā)展各種算法及軟件，對迅速增長的浩如煙海的核酸和蛋白質(zhì)序列進行收集、整理、儲存、、加工等，目的在于通過生物信息學手段及分析，逐步認識生命的起源、進化、遺傳和發(fā)育的本質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言，揭示生物體生理和病理過程的分子基礎(chǔ)，為探索生命的奧秘提供合理和最有效的方法或途徑[1]。作為當今生命科學和自然科學領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學科之一，生物信息學已成為介于生物學和計算機科學前沿的重要學科。實驗室的每一項技術(shù)，從簡單的克隆、PCR到基因數(shù)據(jù)分析都需要在計算機上應用生物信息學的方法進行處理。因此，對生物技術(shù)專業(yè)的學生而言，具備一定程度的理解和應用生物信息學方法和技術(shù)的能力是十分必要的。

目前，國內(nèi)外許多高等院校相繼開設(shè)了生物信息學課程，我校也于2007年針對生物技術(shù)專業(yè)學生開設(shè)了此門課程。該課程不僅是一門新興的學科，而且學習難度大，理論課內(nèi)容相對枯燥，如何讓學生更好地掌握本門課程的內(nèi)容，是教師在教學過程中值得深思的問題。實驗教學是幫助學生理解抽象理論知識的有力手段，在教學中顯得尤為重要，但由于開設(shè)專業(yè)的特殊性，生物信息學實驗教學一直比較薄弱。本文對過去實驗教學中存在的問題進行了分析，并針對問題結(jié)合《基因工程原理》課程以及自己的科研對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化和教學方法上的改進，取得了一定的成效。

一、過去教學中存在的問題

（一）實驗課教學學時偏少

生物技術(shù)專業(yè)五年制生物信息學課程總學時為72學時，其中理論48學時，實驗24學時。生物信息學課程最主要的目標是培養(yǎng)學生通過在線程序或利用生物信息學軟件來分析生物學問題的能力，有效解決學生實驗學時不足，實際操作時間少，解決實際問題能力較弱的問題。

（二）與其他課程聯(lián)系較少

生物信息學課程開設(shè)在生物技術(shù)專業(yè)教學進程的第6學期，此時學生已具備普通生物學、細胞生物學、分子生物學、生物化學、醫(yī)學免疫學、遺傳學、基因組學、基因工程原理等生命科學的基礎(chǔ)知識。但是，在生物信息學理論課和實踐課學習的內(nèi)容，如查閱的文獻、分析的目的則由授課教師自行指定，忽略了與其他課程的聯(lián)系，不利于學生系統(tǒng)地學習專業(yè)課的知識。

二、教學體系的改革和完善

（一）增加實驗課教學學時

從2012年起，我校生物技術(shù)專業(yè)由五年制調(diào)整為四年制，同時在修訂教學進程的時候?qū)W時調(diào)整為理論36學時，實驗36學時，理論課結(jié)束后即為該內(nèi)容的實踐部分，以此增加學生的實踐訓練時間。

（二）將基因工程原理實驗課程與生物信息學實踐相聯(lián)系

在基因工程原理的實驗中，我們把家蠅防御素基因作為目的基因，主要設(shè)計的實驗內(nèi)容包括：（1）目的基因的獲得：利用PCR技術(shù)擴增已經(jīng)克隆到pMD-18T載體上的家蠅防御素基因;（2）pSK質(zhì)粒載體的小量制備;（3）目的基因與載體的酶切;（4）目的基因與載體的連接;（5）大腸桿菌感受態(tài)細胞的制備;（6）重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化;（7）重組子的藍白斑篩選;（8）菌落PCR鑒定重組子[2]。

在學生對基因工程實驗內(nèi)容熟悉的基礎(chǔ)上，我們在生物信息學的教學過程中對學生提出問題：家蠅防御素基因現(xiàn)有的研究現(xiàn)狀是怎樣的？PCR擴增目的基因的過程中引物該如何設(shè)計？獲得陽性重組子后我們?nèi)绾闻袛喃@得的插入序列就是目的基因呢？

針對這樣的疑問，我們結(jié)合基因工程實驗對教學內(nèi)容進行適當?shù)恼{(diào)整：（1）PUBMED獲取文獻信息：由學生通過PUBMED查找近五年發(fā)表的有關(guān)家蠅防御素基因研究的文獻;（2）核酸序列分析：以家蠅防御素基因為對象，分核酸序列的檢索、搜索開放閱讀框（ORF）、限制性酶切分析、引物設(shè)計、載體序列識別、核酸序列的比對、分子質(zhì)量/堿基組成/堿基分布分析和序列轉(zhuǎn)換共8大部分內(nèi)容進行講解和學生實踐操作;（3）蛋白質(zhì)序列分析：同樣以家蠅防御素蛋白為對象，分蛋白質(zhì)序列檢索、蛋白質(zhì)序列比對、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析（蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子量、等電點、親疏水性分析、跨膜區(qū)分析、信號肽分析）、蛋白質(zhì)功能預測、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測（蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)預測）共5大部分內(nèi)容進行講解和指導學生進行實踐操作。

（三）以科研促進生物信息學的教學改革

筆者所在課程組主要集中于功能基因組學的研究，涉及了功能基因的獲取、生物信息學分析、功能驗證等方面的內(nèi)容。學生在課程學習中，參與到教師的科研課題中，學會運用生物信息學所學知識實際解決科研問題。學生可自行完成從文獻的查閱、目的序列的獲?。ㄓ晒矓?shù)據(jù)庫獲得或?qū)嶒炇覝y序獲得）、基因序列的分析、理論推導氨基酸序列基本性質(zhì)的分析及結(jié)構(gòu)和功能的預測、系統(tǒng)發(fā)育分析，如有可能，學生可通過實驗的方法驗證生物信息學分析的結(jié)果，同時鼓勵學生自主選擇感興趣的基因、蛋白進行課程設(shè)計研究，實踐結(jié)束后學生將結(jié)果以論文形式提交給教師。

三、教學探索的成效

生物信息學是一門實踐性很強的學科，實驗教學作為培養(yǎng)學生的重要手段，在該門課程學習中有著舉足輕重的作用。在醫(yī)學院校生物技術(shù)專業(yè)生物信息學課程的教學中，立足于生物醫(yī)學視角的實踐教學，以與醫(yī)學相關(guān)的基因、蛋白質(zhì)等數(shù)據(jù)作為研究的主體，結(jié)合基因工程實驗教學改革生物信息學的授課內(nèi)容，有利于學生對專業(yè)課程知識的系統(tǒng)學習。同時，結(jié)合生物信息學研究前沿和自主科研課題成果，形成科研教學相融合的實踐性教學，能夠充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性，進而激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新能力。教學與科研形成相輔相成的互助關(guān)系，科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源，明顯充實了教學內(nèi)容，提升了教學水平和學生能力。在教學改革探索過程中，已有學生參與到課題組的科研工作中，利用所學的生物信息學知識，通過指定題目或自主選題，順利完成畢業(yè)實習并發(fā)表了科研論文《印鼠客蚤線粒體COⅡ基因的克隆、序列測定和分子系統(tǒng)學分析》[3]、《美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能預測》[4]、《致倦庫蚊防御素基因的克隆與原核表達及蛋白純化》[5]、《德國小蠊致敏原Blag 2的Glu 233突變的分子對接研究》[6]、《伏馬菌素B1特異單鏈抗體的同源建模及分子對接模擬研究》[7]等，證明生物信息學課程教學改革切實可行。

參考文獻：

[1]郭麗，趙楊，柏建嶺，等.醫(yī)學院校生物統(tǒng)計學專業(yè)生物信息學教學探索[J].南京醫(yī)科大學學報（社會科學版），2013，10（5）：457-460.

[2]張潔，王S，劉紅美.結(jié)合科研改進基因工程實驗教學的教學實踐[J].教育教學論壇，2012，28（42）：70-71.

[3]王S，張迎春，張春林，等.印鼠客蚤線粒體COⅡ基因的克隆、序列測定和分子系統(tǒng)學分析[J].貴州科學，2012，30（5）：35-39.

[4]王S，龍高群，張春林，等.美洲大蠊i型溶菌酶基因的克隆及其功能預測[J].動物醫(yī)學進展，2012，33（9）：21-27.

[5]王S，王吉平，張春林，等.致倦庫蚊防御素基因的克隆與原核表達及蛋白純化[J].動物醫(yī)學進展，2012，33（11）：45-50.

第4篇：對生物信息學的理解范文

關(guān)鍵詞：微課；探究式教學；生物信息學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）28-0127-02

隨著網(wǎng)絡技術(shù)、信息技術(shù)和移動終端的快速發(fā)展，我們已進入“微信”、“微博”、“微電影”和“微課”的“微時代”?！拔⒄n”是指在5～10分鐘的時間內(nèi)，以視頻為主要載體，記錄教師在教學過程中圍繞某個知識點而開展的可視化、數(shù)字化的教學活動。由于微課可以通過智能手機、平板電腦等多種移動終端來制作、展現(xiàn)和學習交流，它已經(jīng)被越來越多的學生和教師接受。探究式教學是適應高等教育改革和發(fā)展的必然趨勢，如何在教學中更好地實施探究式教學，是目前生物信息學探究式教學模式在實踐環(huán)節(jié)面臨的重要問題。本文就如何在生物信息學探究性教學實踐中應用“微課”教學手段提高探究性教學效果進行了探討。

一、探究性教學是生物信息學教學的發(fā)展方向

探究式教學模式是指學生在教師的指導下，根據(jù)自身先前認知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)經(jīng)驗，通過體驗、發(fā)現(xiàn)、探索、協(xié)作等方式主動獲取知識、解決問題的一種教學模式。區(qū)別于以教師為中心、以知識掌握為本、以知識結(jié)構(gòu)為驅(qū)動的傳統(tǒng)教學，探究性教學以學生為中心，以能力發(fā)展為本，以問題或任務為驅(qū)動開展教學活動。

1.探究性教學是生物信息學教學改革的必然趨勢?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020年）》指出，要“遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教育教學改革，創(chuàng)新教育教學方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面”。同時，《國家中長期生物技術(shù)人才發(fā)展規(guī)劃（2010―2020年）》指出，我國生物技術(shù)的開發(fā)應用總體水平與世界先進水平還有較大差距，在支撐我國生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中缺乏高層次創(chuàng)新型人才和優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)型人才，需要增加人才資源開發(fā)投入，完善人才發(fā)展體制。綜合上述兩個綱要可以看出，未來迫切需要具有創(chuàng)新能力和素質(zhì)的生物專業(yè)人才，而創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵在教育。所以，以“自主、探究、合作”為主要特點的探究式教學，符合國家教育教學改革和生物人才的發(fā)展規(guī)劃，是生物信息學教學改革的必然趨勢。

2.探究性教學模式適于生物信息學交叉學科的教學。生物信息學是由生物學與數(shù)學、計算機科學等學科交叉形成的前沿學科，主要通過研發(fā)并應用計算機技術(shù)及數(shù)學與統(tǒng)計方法，對生物數(shù)據(jù)進行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學問題，闡明新的生物學規(guī)律，獲得傳統(tǒng)生物學手段無法獲得的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。生物信息學人才培養(yǎng)的主要目標是具有創(chuàng)新能力和素質(zhì)的生物信息學專業(yè)人才，這就要求在生物信息學實踐中，當提出某一生物學問題時，可以借鑒和利用不同學科的思路和方法去探究。只要有利于揭示生物學規(guī)律的結(jié)果都可以保留，而不必拘泥于不同探究結(jié)果的同一性。這與探究性教學中以培養(yǎng)學生的能力發(fā)展為目標是一致的。

二、生物信息學探究性教學中存在的主要問題

目前生物信息學探究性教學應用于教學實踐的時間不長，雖然取得了一定的成果，但在實踐環(huán)節(jié)還存在以下主要問題。

1.學生的基礎(chǔ)知識不扎實，導致探究性教學效果不好。生物信息學是生物、數(shù)學與計算機等學科形成的交叉學科，在進行探究性的教學過程中，涉及到數(shù)學與計算機方面的知識和技術(shù)比較多，而生物背景的學生在這方面的知識比較欠缺或者不強，所以在探究性問題的自主探究時，表現(xiàn)出參與的興趣不高、設(shè)計的方案較為單一、小組協(xié)作的效率較低等實際問題，從而導致探究性教學效果不好。

2.學生的動手實踐和創(chuàng)新能力不強，導致探究性教學沒有落到實處。在按照自主設(shè)計的探究方案進行上機實踐時，大部分學生的自主設(shè)計方案不能在上機時間內(nèi)完成。除過設(shè)計較為復雜的情況外，大部分原因是由于學生自身對計算機的linux操作系統(tǒng)、perl編程語言以及相關(guān)的操作技術(shù)不熟造成的，有些細節(jié)在他們的自主設(shè)計中沒有考慮到，所以總會碰到很多超乎其想象的問題。本來這些問題在課外時間學生可以繼續(xù)解決，但由于學生的學習科目很多，上機沒有完成的內(nèi)容很少有學生在課外繼續(xù)探究，導致探究性的上機實踐活動沒有落到實處。

3.教師的授課時間和水平限制，導致探究性教學的教師導向作用不明顯。教師能否提出啟發(fā)性的，適于進行探究性的問題是探究性教學能否取得成功的關(guān)鍵所在。但是由于課時和教學內(nèi)容的限制，很多提出的問題還是以教師為中心，學生沿著教師的思路向統(tǒng)一的結(jié)果或者答案靠攏，學生并沒有根據(jù)自身的知識結(jié)構(gòu)從多種途徑進行探索。

三、微課為生物信息學探究性教學的有效實施提供了新的思路和方法

微課是指以視頻為主要載體，記錄教師圍繞某個知識點或教學環(huán)節(jié)開展的簡短、完整的教學活動。其核心組成內(nèi)容包括微教學視頻以及與該教學主題相關(guān)的微教案、微課件、微練習、微反思、微點評、微反饋等輔教學資源。

微課的特點有三點：首先微課短小精悍，通過多媒體和網(wǎng)絡技術(shù)進行教學內(nèi)容傳播，有利于學生利用碎片化時間進行學習；其次，微課的教學容量小，主題突出，內(nèi)容獨立精練，有利于學生查缺補漏，各取所需，能夠?qū)崿F(xiàn)教與學的個性化選擇。最后，微課的時間一般很短，通常限制在5～10分鐘之間。

為在短時間內(nèi)達到良好的學習效果，微課常采用問題式的、案例化的教學方法，微課有助于激發(fā)學習者的學習興趣，啟迪學習者進行思考，這與探究式教學模式所主張的體驗式學習、自主學習的思想是一致的。所以在探究性教學中可以使用微課。另外，微課有很大的靈活性，可以針對生物信息學探究性教學中的某一具體問題進行微課授課，微課為生物信息學探究性教學的有效實施提供了新的思路和方法。

四、微課在生物信息學探究性教學實踐中的應用

按照生物信息學探究性教學的主要環(huán)節(jié)，微課可以分為課前預習類、課堂教學類、課后復習和拓展類。下面結(jié)合案例談談微課在生物信息學探究性教學實踐中的應用。

1.微課在課前預習中的應用。生物信息學探究性教學授課內(nèi)容大多涉及一些數(shù)理統(tǒng)計和計算機知識，然而對于生物背景的大學生在這方面基礎(chǔ)較弱。所以，教師可以根據(jù)學生學習新知識所需的數(shù)理知識設(shè)計制作具有針對性的微課，讓學生在預習新課時根據(jù)自己的實際情況選擇性地觀看微課，為后續(xù)新課的探究性學習打好基礎(chǔ)。例如在講到序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（Blast）一節(jié)內(nèi)容時，可以將Blast一節(jié)授課內(nèi)容中用到的正態(tài)分布、極值分布、統(tǒng)計學p值的顯著性檢驗等知識做成微課，供學生在課前預習。

2.微課在課堂教學中的應用。在生物信息學探究性教學的課堂教學實踐中，教師應該積極去引導和促進學生進行探究，過多使用微課的形式可能會讓學生失去探究的動力，形成對微課的依賴，所以在利用微課進行教學時，教學內(nèi)容應該有所選擇，應該主要針對教學中的重點和難點內(nèi)容制作微課，并上傳到相應的課程學習網(wǎng)站上，以便學生在課堂學習外，還可以利用課外時間進行觀看和探究。例如在講到“序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（Blast）”一節(jié)內(nèi)容時，在課堂教學中可以利用微課探究不同核酸或者蛋白打分矩陣的選擇對blast結(jié)果的影響，或者探究不同的E值對blast結(jié)果的影響。

3.微課在課后拓展中的應用。由于學生自身的知識結(jié)構(gòu)和理解能力的差異，他們對同一知識和操作的理解和掌握程度會有所不同，而課堂教學不可能針對每一個學生進行探究式教學，因此，教師可以根據(jù)課堂教學的實施狀況和學生的實際能力，將具有拓展性的學習輔助材料（教學視頻、輔文檔等）設(shè)計制作成微課程，以滿足學有余力的學生利用課外時間繼續(xù)進行探究性學習。例如“序列對數(shù)據(jù)庫的檢索（Blast）”一節(jié)課的教學結(jié)束后，可以在課后拓展內(nèi)容中利用微課引入近年發(fā)生的“中東呼吸綜合征（MERS）”，然后引導學生利用blast工具探究引起“中東呼吸綜合征”的冠狀病毒（MERS-CoV）序列特征，并分析其進化趨勢。

五、結(jié)語

在生物信息學探究性教學實踐過程中運用微課，有助于學生自主學習和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不僅提高了探究性教學在課堂中的教學效果，而且可以使學生的探究性學習延伸到課外。微課作為一種新型的教學技術(shù)，隨著其在生物信息學探究性教學實踐中的廣泛應用，必將促進生物信息學教學的改革和學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

參考文獻：

[1]胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發(fā)展的三個階段極其啟示[J].遠程教育雜志，2013，（4）：36-42.

[2]徐丹丹，偶志紅，畢小平.在藥學類專業(yè)教學中開展微課教學的嘗試[J].藥學教育，2014，30（2）：27-29.

[3]張林，柴惠，趙虹.生物信息學教學模式探討[J].新課程研究（中旬刊），2010，（06）.

[4]談松華.戰(zhàn)略機遇期中國高等教育改革走向[J].國家教育行政學院學報，2010，（02）.

[5]胡娜，常軍，徐玲.生物信息學教學改革與探索[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，（03）.

[6]夏錦文，程曉樵.研究性教學的理論內(nèi)涵與實踐要求[J].中國大學教學，2009，（12）.

[7]虢毅，胡德華，鄧昊.生物信息學課程“開放式、研究性”教學模式的探討[J].生物信息學，2009，（03）.

[8]吳曉茜.利用微課促進信息技術(shù)教學的有效途徑[J].課程教學研究，2013，（07）.

第5篇：對生物信息學的理解范文

[關(guān)鍵詞]生物信息學；案例教學；生物類專業(yè)

[中圖分類號]G64 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432（2014）48-0179-03

生物信息學是一門交叉科學，它包含了生物信息的獲取、處理、存儲、、分析和解釋等在內(nèi)的所有方面，綜合運用生物學、數(shù)學、計算機科學等方法，闡述和理解數(shù)據(jù)所包含的生物學意義。作為21世紀生命科學領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學科之一，生物信息學已成為介于生物學和計算機科學前沿的重要學科。實驗室的每一項技術(shù)，從簡單的克隆、PCR到基因數(shù)據(jù)分析都需要在計算機上進行處理。因此對生物學專業(yè)的學生而言，具有一定程度的理解和應用生物信息學技術(shù)的能力是十分必要的。而課程是為培養(yǎng)目標服務的。這就要求教師在有限的授課時間內(nèi)，使學生不僅掌握基本的理論知識，緊跟科研的最新進展，而且在今后的科研工作中能學以致用。

1 理論與實踐相結(jié)合的教學手段

根據(jù)當今生物信息學的發(fā)展方向，教師結(jié)合理論教學內(nèi)容增加綜合性、開放性實驗，使學生循序漸進地理解和掌握生物信息學的原理和方法，進而運用合適的生物信息學工具解決問題。本文以兩個案例解析這一教學過程。一是信息的簡單檢索。在獲取生物信息的同時，理解數(shù)據(jù)庫概念、動態(tài)規(guī)劃和bootstrap等算法；二是高通量測序的數(shù)據(jù)分析。在實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和分析的同時，掌握統(tǒng)計分析基礎(chǔ)知識。

1.1 生物信息的簡單檢索

近一二十年，生物學數(shù)據(jù)，尤其是序列數(shù)據(jù)，以指數(shù)級的方式增長。以GenBank的核酸數(shù)據(jù)庫為例，每12～20個月數(shù)據(jù)就翻一番，略高于Moore定律提供的參考數(shù)值。如何從這些海量數(shù)據(jù)中獲取想要的信息，已成為生物學專業(yè)學生必須掌握的技能之一。而如何正確獲取和應用信息，則需要了解數(shù)據(jù)是如何被存儲、解析，以及背后隱藏的算法。因此圍繞正確挖掘數(shù)據(jù)信息這一主題，設(shè)計以下案例，通過4步展開教和學。

1.1.1 講解

基于大數(shù)據(jù)教師引申出數(shù)據(jù)庫存儲信息的概念。而后分類介紹常用的基因組數(shù)據(jù)庫、核酸序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫以及各種常用復合數(shù)據(jù)庫。

1.1.2 演示

了解上述常用的數(shù)據(jù)庫之后，教師實例演示數(shù)據(jù)庫檢索。通過逐層提出問題，誘導學生思考如何利用上述不同的數(shù)據(jù)庫資源，一步一步挖掘所需的信息。例如，被測序的片段是哪個基因？該基因編碼的蛋白質(zhì)序列是什么？是否有保守的功能結(jié)構(gòu)域？在亞細胞的什么位置發(fā)揮什么功能？可能的三級結(jié)構(gòu)？和哪些蛋白或RNA存在可能的相互作用？它在進化中又是如何演變的？

1.1.3 實踐

讓學生上機操作上述實例，體驗各個數(shù)據(jù)庫的側(cè)重點，并理解不同軟件不同參數(shù)的意義或差別。比如GenBank和Swissprot的側(cè)重點，PAM-n和BLOSUM-n的選取。

1.1.4 成文

引導學生形成可重復計算的科學文檔。對每一個案例，教師展示常規(guī)性的文件組織形式：/data，/analysis，/scripts，/reference等。寫說明文檔的時候，要求學生記錄每一個分析步驟的所有細節(jié)：數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)址、軟件的名稱、版本、輸入的文件、精確的運行參數(shù)、結(jié)果的提取等。

通過這樣的案例教學模式，一是較好地將知識點融合串聯(lián)到教師講授和學生上機操作中。二是使學生不僅熟悉各種常見的數(shù)據(jù)庫，而且理解數(shù)據(jù)庫中各個軟件及其參數(shù)的意義，遇到實際問題也不再束手無策。而教師也可以充分參與到學生的學習中，對學生上機操作過程中出現(xiàn)的一些主要理論與技能問題了如指掌。通過教―學―練―教―練，達到學以致用的教學目的。三是培養(yǎng)學生創(chuàng)建較好的文檔及其組織形式，形成科學研究的可重復性（replication）和可復現(xiàn)性（reproducibility）。不僅有利于追溯前因，而且對代碼的復用，以及對結(jié)果應用于新項目都非常必要。

1.2 高通量測序數(shù)據(jù)的分析

隨著高通量測序技術(shù)的興起，大量物種的全基因組數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和其他類型數(shù)據(jù)被測定完成或正在進行中，每天都有成千上萬的數(shù)據(jù)被源源不斷地輸入相應的生物信息庫中。這些大規(guī)模數(shù)據(jù)的不斷產(chǎn)出，使得生物學專業(yè)學生掌握高通量數(shù)據(jù)分析技術(shù)已成為一種趨勢。因此，教師有必要將這部分內(nèi)容由理論講授過渡到上機操作。

1.2.1 介紹

教師以DNA測序技術(shù)發(fā)展為主線，理論介紹De Novo測序、ChIP-seq測序、RNA-seq測序、Methyl-seq測序等。并通過拍攝的錄像，向?qū)W生直觀地展示不同的測序儀及其特點。

1.2.2 演示

教師對整個分析過程進行詳細的闡述并實時上機演示（下圖）。以轉(zhuǎn)錄組RNA-seq為例，包括測序質(zhì)量的評估（堿基組成和堿基質(zhì)量分析）、clean reads的篩選、利用TopHat/Bowtie將篩選出來的reads比對到參考轉(zhuǎn)錄本、統(tǒng)計reads在參考基因上的分布情況及覆蓋度，判斷比對結(jié)果是否通過第二次質(zhì)控、通過cuffmerge將重復測序得到的reads形成一致性轉(zhuǎn)錄本、基因結(jié)構(gòu)優(yōu)化、基因覆蓋度統(tǒng)計、使用cuffdiff篩選差異表達基因和鑒別可變剪切體、對結(jié)果基因進行聚類分析、GO和pathway富集性分析。

1.2.3 實踐

讓學生分組討論并上機實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)分析流程。掌握基本的Linux命令、統(tǒng)計計算和可視化分析。

1.2.4 成文

引導學生形成規(guī)范化文檔和腳本，以便回溯和可重復性使用。

高通量數(shù)據(jù)分析不僅涉及的知識點多，而且需要在Linux下進行簡單的操作和軟件的使用。對生物學專業(yè)的學生來說，容易造成心理上的抗拒。教師可以采用“分而食之”的策略：將教學內(nèi)容分成相對獨立完整又有一定聯(lián)系的幾個部分（下圖）。對于每部分內(nèi)容，教師利用已講解的相關(guān)知識給學生實時演示，并給出教師自己的理解和結(jié)果。然后把學生分組，讓他們根據(jù)自己的理解，帶著興趣和疑問上機實踐。并在上機操作過程中，鼓勵學生之間、學生與教師之間及時討論交流。最后讓學生將所有內(nèi)容串聯(lián)起來，介紹本組的實驗內(nèi)容及解決辦法。通過這種方式能較明顯地消除心理顧慮，有助于學生獨立思考，獨立解決問題。

“RNA-seq數(shù)據(jù)分析”案例教學流程圖

2 以能力測試為中心的考核方式

對于生物學專業(yè)的學生而言，生物信息學是一門實踐性很強的學科。因此，教師采用以“能力測試”為中心，知識與技能考核并重的考核方式。以上述兩個案例為例，在期末考試中，教師將NCBI GEO中“（RNA-seq[Title]）AND “Mus musculus”[porgn：__txid10090]”722個實驗數(shù)據(jù)，隨機分配給每個學生。要求每個學生對分配到的RNA-seq數(shù)據(jù)進行差異表達分析，聚類分析和富集性分析。并選擇合適的基因，分析其保守的功能結(jié)構(gòu)域、亞細胞定位以及可能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能、可能結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子、相互作用的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡和信號通路、構(gòu)建相應的系統(tǒng)進化樹。

學生對上述每一個小題從“知識點”、“參考資料”、“使用軟件或工具”、“參數(shù)”、“腳本”、“結(jié)果”分別答題，不僅非常有效地明確所學的內(nèi)容，而且很好地杜絕了作弊行為。

3 教學效果

為了解案例教學的效果，本課程案例教改活動向2011級生物科學和免疫學專業(yè)學生QQ群發(fā)放電子問卷，共收回82份答卷，統(tǒng)計結(jié)果如下表所示。從表中可以看出，案例教學模式使學生有較強的參與感，能較好地提高學生的學習興趣，學生對理論問題的認識更為深刻。

4 結(jié) 論

案例教學基于具體的事例，將一系列的知識點有機地串聯(lián)起來，并通過實例操作達到學以致用的目的。從學生反饋意見可以看出，這種理論與實踐結(jié)合的教學模式，很好地提高了學生的學習興趣?？紤]到有限的授課時間和不同學生的學習背景，作為教師需要設(shè)計合適的案例，從而達到較好的教學效果。一般可以遵循以下原則。

4.1 具有代表性

所選的案例既要經(jīng)典又要緊跟科學前沿。比如第一個案例所蘊含的數(shù)據(jù)庫檢索、序列比對和系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建，在生物信息學中，屬于較經(jīng)典且核心的知識點。而第二個案例選擇的對象則與當前的科研熱點緊密聯(lián)系。

4.2 具有偏向性

生物信息學本身是個交叉學科，涉及的知識點相對較多。面對生物類專業(yè)背景的學生，我們側(cè)重生物信息學方法或者工具（軟件）的應用，而不是強調(diào)算法。比如第一個案例中系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建，我們只是以5條8bp長的序列為例講解最小進化法和鄰接法、最大簡約法、最大似然法以及貝葉斯推斷，重點在于強調(diào)不同的數(shù)據(jù)適合采用上述哪些方法以及如何用Mega等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)進化樹的構(gòu)建。

4.3 先后案例有層次性

比如第一個案例中，學生掌握了Windows下的序列比對。對于第二個案例中Linux下的Bowtie就容易理解并操作。

4.4 具有拓展性

比如第一個案例中，在Windows的DOS下進行批量序列比對時，不同的參數(shù)設(shè)置，輸出不同的數(shù)據(jù)格式。第二個案例中，Bowtie最多允許3個錯配，如果允許更多的錯配數(shù)，則可以采用SOAPaligner/ SOAP2實現(xiàn)。學生可以根據(jù)自己的興趣和能力，選擇拓展性內(nèi)容進行繼續(xù)學習。

4.5 良好的成文習慣

引導學生養(yǎng)成良好的文檔組織和書寫習慣。每一個案例，都要求學生形成可重復性和可復現(xiàn)性的文檔，對于整理分析思路、核實結(jié)果、重復使用代碼都起到事半功倍的效果。

生物信息學是現(xiàn)代生物科學研究的重要工具和載體。如何有效正確地應用生物信息學，是每一個生物實驗者需要具備的能力。教師應緊跟學科發(fā)展的速度，圍繞學以致用的原則，將案例教學科學地、和諧地應用到教學實踐中，不僅使學生掌握一定的理論知識，從而正確地應用軟件工具，而且逐漸培養(yǎng)學生自我分析和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]LuscombeNM，Greenbaum D，Gerstein M.Whatis bioinformatics？ A proposed definition and overview of the field[J].Methods Inf Med，2001，40（4）.

[2]ENCODE Project Consortium.An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome[J].Nature，2012，489（7414）.

[3]1000 Genomes Project Consortium，Abecasis GR，Auton A，Brooks LD，DePristo MA，Durbin RM，Handsaker RE，Kang HM，Marth GT，McVean GA.An integrated map of genetic variation from 1，092 human genomes[J].Nature，2012，491（7422）.

[4]Sandve GK，Nekrutenko A，Taylor J，Hovig E.Ten simple rules for reproducible computational research[J].PLoS Comput Biol，2013，9（10）.

[5]McCormick M，Liu X，Jomier J，Marion C，Ibanez L.ITK：enabling reproducible research and open science[J].Front Neuroinform，2014（8）.

[6]李偉蘭.論大學生學習心理障礙的成因及基本對策[J].湖北函授大學學報，2012，5（25）.

第6篇：對生物信息學的理解范文

關(guān)鍵詞:Java教學;案例驅(qū)動;生物信息學專業(yè);醫(yī)科院校

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

隨著生物信息學研究的飛速發(fā)展,帶來了對開源、可重復利用和面向?qū)ο蟮某绦虬蛙浖钠惹行枨?。Java作為面向?qū)ο缶幊陶Z言工具,在生物信息學的研究中具有廣泛的應用。目前,學界已經(jīng)針對生物信息學中的各種問題,開發(fā)了很多基于Java的軟件工具,比如BioJava、Cytoscape等等。BioJava是用于分析和表示生物序列(如DNA、RNA和蛋白質(zhì))的基礎(chǔ)庫;Cytoscape是用于繪制和分析各種生物學網(wǎng)絡,基于Cytoscape的插件已達數(shù)百種,針對各種類型的網(wǎng)絡給出更有針對性的分析。此外,美國國立生物技術(shù)信息中心NCBI[4]作為生物信息學領(lǐng)域最權(quán)威和廣泛使用的平臺也提供了相應的Java API。這些都說明Java是從事生物信息學研究的強有力的工具。

在醫(yī)科院校生物信息專業(yè)開設(shè)Java課程,特別是在完成生物信息相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程后,學生通過學習Java課程,會使學生掌握從事生物信息研究的平臺工具,從而更好的完成理論學習到實踐環(huán)節(jié)的跨越。為了講授好Java語言這門課程,我們對醫(yī)科院校生物信息專業(yè)本科生的特點進行了深入的分析,并在我們的教學實踐中注重與科研實踐相結(jié)合,注重課程之間相銜接,注重課內(nèi)課外相促進,寓學于做,以練帶學,取得了較好的教學效果。

2由淺入深,注重課程聯(lián)系,增強學生學習興趣

作為一名醫(yī)科院校生物信息專業(yè)的學生,要求既要有良好的數(shù)理基礎(chǔ)與計算機應用知識,又要有較為系統(tǒng)扎實的生物信息學理論基礎(chǔ),學習廣泛的課程,涉及數(shù)學、物理、計算機、生物等多個學科。計算機只是作為生物信息學學習和研究的應用工具,醫(yī)科生不可能進行計算機專業(yè)的系統(tǒng)學習。因此,醫(yī)科生普遍對自己的編程能力缺乏信心。針對這樣的情況,我們在教學實踐時會用一些生動有趣,并且?guī)拙浜唵蔚拇a就能實現(xiàn)的功能,先把復雜的問題簡單化,隨著課程的不斷推進,學生慢慢入門,再把簡單的問題逐漸復雜化,讓學生認識到編程語言不僅精妙深刻,而且博大精深,程序也可以編寫的很美妙,這的確是可以終其一生去不斷研究和探索的深刻學問。這樣就使學生產(chǎn)生自己繼續(xù)鉆研下去的興趣。

要增強學生學習的興趣和動力,提升本課程在整個課程體系中的地位和作用也是十分重要的,因此在授課過程中我們非常注重與其他課程的銜接和聯(lián)系,結(jié)合其他課程,設(shè)計案例。比如,此門Java課程與計算機圖形學在同一學期開課,用applet實現(xiàn)分形幾何中的繪圖算法,即增強了Java的教學效果,又加深學生對圖形學理論的理解。此外,之前開設(shè)過的數(shù)據(jù)庫原理,如果在Java的教學中引入數(shù)據(jù)庫的連接和數(shù)據(jù)庫操作,豈不知新而溫故。

3案例驅(qū)動,結(jié)合科研實際,提升課堂教學效果

在教學中,我們采用案例驅(qū)動的教學方法,每一部分的理論知識,都要配以相應的案例講解來幫助學生消化和理解理論知識。教師講解的案例都是代碼級別的,定義規(guī)范,流程清楚,可讀性強,具備參考價值,這樣可以促使學生養(yǎng)成良好的編程習慣。另外,教師以多媒體手段演示代碼的編制調(diào)試過程,使學生對編程環(huán)境更加熟悉,能夠靈活運用跟蹤、斷點等調(diào)試手段,使學生能夠置身于程序開發(fā)的氛圍中,而不是被動的接受。

為了讓學生更深刻的了解Java在生物信息領(lǐng)域研究中的實際應用,我們在教學中所使用的實例大部分來源于生物信息學科研實踐中遇到的具體問題,把對這些實際的生物信息學問題的解決方案轉(zhuǎn)化為課堂教學的生動案例,讓學生看得到這些編程技術(shù)的實際作用,在學習中慢慢滲透和培養(yǎng)學生的科研能力。生物信息學是現(xiàn)代的前沿學科,很多畢業(yè)生將來可能會繼續(xù)從事相關(guān)的科研工作,因此這方面的培養(yǎng)是非常必要的。如表1所示,我們列舉了部分具體的教學內(nèi)容及相應采用的實例。

表1教學內(nèi)容與教學案例

教學內(nèi)容 典型案例

Java基礎(chǔ)知識 基因類和蛋白類的定義;實現(xiàn)基因DNA序列向蛋白氨基酸序列的轉(zhuǎn)化算法。

Java與文件操作 實現(xiàn)多種分析軟件的輸入、輸出數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,主要用到BufferedReader、BufferedWriter、FileReader、FileWriter等類。

Java Applet 根據(jù)用戶提供的轉(zhuǎn)錄因子集合,動態(tài)繪制這些轉(zhuǎn)錄因子所參與的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡圖;用applet實現(xiàn)分形集合中的繪圖算法。

Java與Servlet 簡單實現(xiàn)多物種的轉(zhuǎn)錄因子和靶基因注釋系統(tǒng),即根據(jù)用戶輸入的轉(zhuǎn)錄因子或靶基因列表和選擇的物種信息,以表單形式返回相對應的靶基因或轉(zhuǎn)錄因子信息。

Java與數(shù)據(jù)庫 通過連接數(shù)據(jù)庫,查詢得到轉(zhuǎn)錄因子與靶基因間的對應關(guān)系,以及添加、修改和刪除數(shù)據(jù)庫中的轉(zhuǎn)錄因子與靶基因間的對應關(guān)系數(shù)據(jù)。

Java與網(wǎng)絡 現(xiàn)有的基于Web的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點預測工具Match只支持單個序列的輸入,不支持批量預測,通過網(wǎng)絡編程利用Match工具實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的批量預測。

4以練帶學,鼓勵自主學習,培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力

師傅領(lǐng)進門,修行靠個人。授課的目的是為了讓學生牢牢掌握Java這門工具,要熟練掌握語言工具,動手聯(lián)系往往比單純的理論學習來得更重要。在課堂上教師通過對典型案例的講授,教給了學生解決某些具體問題的方法,激發(fā)了學生渴望親自動手實踐的熱情,他們愿意通過自己的努力來制作一份豐富的“大餐”。通過布置課程大作業(yè),使其作為課程考試的一部分,這樣就可以培養(yǎng)學生學以致用的能力。

課外大作業(yè)涉及了較為完整的軟件開發(fā)過程,包括前期的系統(tǒng)設(shè)計,到后期的程序歸檔,以及幫助文檔的編寫和制作,通過這個流程讓學生了解Java軟件開發(fā)的全過程,積累了一定的軟件開發(fā)經(jīng)驗。為激發(fā)大家的積極性,我們不限制題目內(nèi)容,大家可以根據(jù)自己的興趣,自己選題,以下列舉學生的一些課程大作業(yè)的題目:分形樹,Koch雪花,Flamboyent皇冠等計算圖形學中分形幾何圖形的實現(xiàn);讀心術(shù)、拼寫練習、圍棋對弈等游戲的制作;計算器、日常事務管理器等工具軟件的實現(xiàn);還有分析基因序列特征、繪制蛋白互作網(wǎng)絡圖、批量預測轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)系等等的生物信息學軟件。其中基本涵蓋了上課時所講授的大部分相關(guān)技術(shù),我們對用到每種技術(shù)的使用頻率進行了統(tǒng)計。如圖1所示。

教為不教是我們教學的一個重要目的,培養(yǎng)學生自主學習的能力是學生培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力的基本要求。在進行課程大作業(yè)的實踐中,我們鼓勵學生運用各種信息資源(如網(wǎng)絡、書籍)來解決問題,利用搜索工具求解,通過專業(yè)論壇向其他編程愛好者請教,共同探討來解決困難等等;我們提倡學生使用JDK幫助文檔來查閱各種Java類的用法,而不是死記硬背,允許學習和利用他人已經(jīng)編好的程序,

就像搭積木一樣,逐漸累積起自己的知識體系,通過消化吸收他人的解題思想,通過查閱資料來解決自己的課程設(shè)計問題,培養(yǎng)學生舉一反三的能力。

圖1學生在課程實踐中應用到的Java技術(shù)

5小結(jié)

為了提升Java課程的教學效果,在授課過程中我們對教學方法做了很多的探索和實踐,緊緊圍繞學生學習興趣、課堂教學效果、創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)這幾個環(huán)節(jié)開展教學研究與教學實踐,同時也很好的把握住了Java這門工具性語言實踐性強以及在醫(yī)科院校生物信息學專業(yè)應用目標明確的特點,從科研實踐中提取大量案例融入課堂教學,并通過課外大作業(yè)進一步鞏固學生所學理論,培養(yǎng)學生學以致用能力,取得了較好的教學效果,可以為同行提供一些借鑒。

參考文獻:

[1]唐煥文,靳利霞. 生物信息學的產(chǎn)生、發(fā)展及應用前景[J]. 洛陽師范學院學報,2001(2).

[2]Holland, R.C., et al. BioJava: an open-source framework for bioinformatics[J]. Bioinformatics,2008,24(18):2096-7.

[3]Shannon, P., et al. Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks[J]. Genome Res,2003,13(11):2498-504.

[4]Jenuth, J.P. The NCBI. Publicly available tools and resources on the Web[J]. Methods Mol Biol,2000,132: 301-12.

[5]朱小英. 以項目方式驅(qū)動Java實驗課程教學的創(chuàng)新[J]. 成都大學學報:教育科學版, 2008,22(08).

[6]曹旭. VFP程序設(shè)計教學中案例驅(qū)動教學法的優(yōu)勢[J]. 長春中醫(yī)藥大學學報,2009,25(2).

第7篇：對生物信息學的理解范文

【關(guān)鍵詞】計算機應用；人工智能；生物信息學；數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

【中圖分類號】TP391

【文獻標識碼】A

【文章編號】1672—5158（2012）10-0078-01

一、生物信息數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀及問題

在生物信息學的發(fā)展過程中，逐步建立起了大量基于網(wǎng)絡的生物數(shù)據(jù)庫，而且開發(fā)了眾多檢索工具，從而實現(xiàn)了生物信息數(shù)據(jù)的智能處理和綜合分析。生物信息數(shù)據(jù)在具有增長迅猛、更新及時、種類繁多等特點的同時，更表現(xiàn)出高度的復雜性、多樣性和不一致性。

隨著生物信息數(shù)據(jù)量的激增以及數(shù)據(jù)處理能力的復雜程度不斷提高，現(xiàn)有的生物信息數(shù)據(jù)庫已經(jīng)逐漸暴露出許多問題。三大核酸數(shù)據(jù)庫依靠傳統(tǒng)方式交換數(shù)據(jù)，無法及時反應出其他專用生物信息數(shù)據(jù)庫的變化情況以及非核酸類數(shù)據(jù)信息。網(wǎng)上所提供的大部分數(shù)據(jù)分析工具采用面向問題的搜索方法，搜索效率隨著問題規(guī)模的擴大而降低，并且無法智能地對數(shù)據(jù)中存在的未知知識進行發(fā)掘。為此，在后基因組時代，需要將數(shù)據(jù)倉庫思想及智能數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)運用到生物信息學領(lǐng)域中。

二、基于生物信息數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

（一）　生物信息數(shù)據(jù)庫中的算法工具

在生物信息學中，基因比對是最常用和最經(jīng)典的研究手段。在核酸序列或蛋白質(zhì)序列之間進行兩兩比對，比較兩個序列之間的相似區(qū)域和保守性位點，尋找二者的相似形、同源性，進而探尋可能的分子進化關(guān)系，揭示序列中蘊涵的結(jié)構(gòu)、功能等信息。數(shù)據(jù)挖掘主要存在以下幾種經(jīng)典分析模式：關(guān)聯(lián)模式分析、序列模式分析、分類分析、聚類分析，其中關(guān)聯(lián)模式分析應用最為廣泛。

（二）　OLAP和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

傳統(tǒng)的針對數(shù)據(jù)庫的開發(fā)工具多為聯(lián)機事物處理模式，它主要是面向具體的查詢和統(tǒng)計，有著較為具體的應用目的。然而隨著越來越多數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)量的迅猛增長，OLTP在數(shù)據(jù)資源的充分利用、為用戶提供有效支持和幫助等方面，則顯得力不從心。因此，基于數(shù)據(jù)倉庫的聯(lián)機分析處理以及數(shù)據(jù)挖掘引起了日益廣泛的關(guān)注和應用。OLAP是一種自上而下、不斷深入的分析工具。用戶提出問題或假設(shè)，OLAP則負責從上而下深入地提取出關(guān)于該問題的詳細信息，并以可視化的方式呈現(xiàn)給用戶。DM是一種決策支持過程和挖掘性工具，它主要基于人工智能、機器學習、統(tǒng)計學等技術(shù)，高度自動化地對原始數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)中的模式，做出歸納性和預測性的推理。

（三）　基于生物信息數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的前提條件是必須具有海量數(shù)據(jù)，而這恰恰是數(shù)據(jù)倉庫的基本特點之一，二者緊密結(jié)合可以有效解決大量應用中出現(xiàn)的問題。在生物信息學領(lǐng)域，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以大幅提高研究人員的工作效率，改變原有的預測法；數(shù)據(jù)挖掘算法還可以結(jié)合生物信息專業(yè)領(lǐng)域的公式算法，根據(jù)研究人員的設(shè)想，對數(shù)據(jù)進行全面高效的分析。

基于數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)發(fā)展起來的智能決策技術(shù)具備了在生物信息學領(lǐng)域中大展身手的天賦，特別是基于海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和開采技術(shù)更具有廣泛的需求和應用背景。另一方面，目前生物信息學的研究方法和發(fā)展情況，已經(jīng)形成了較為完善的智能決策系統(tǒng)，成為數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)開采較為成功的應用案例。另外，現(xiàn)有各種生物信息應用分析軟件從一定程度上講，已經(jīng)反映并且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)倉庫及數(shù)據(jù)挖掘的思想和技術(shù)。

三、實現(xiàn)生物信息異地多源數(shù)據(jù)庫的綜合利用

（一）　建立基于Web的生物信息數(shù)據(jù)倉庫

基于現(xiàn)有的生物信息數(shù)據(jù)庫，運用數(shù)據(jù)倉庫思想，利用OLAP和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立生物信息數(shù)據(jù)倉庫，是一種不需要大幅增加硬件設(shè)備以及物理裝置的前提下，實現(xiàn)基于Web平臺的生物信息集成與處理平臺的可行方案。設(shè)計一個基于Web的生物信息數(shù)據(jù)倉庫，其主要結(jié)構(gòu)由五部分組成：外部數(shù)據(jù)源；基于Web的數(shù)據(jù)調(diào)度、傳輸；數(shù)據(jù)的變形整合；元數(shù)據(jù)規(guī)則、元數(shù)據(jù)管理；基于Web的綜合管理平臺。

DWBW以DDBJ／EMBI／GeneBank作為主要數(shù)據(jù)源，同時以其他主要的生物信息數(shù)據(jù)庫作為整個數(shù)據(jù)倉庫的基本數(shù)據(jù)源。通過分析數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，建立DWBW的元數(shù)據(jù)規(guī)則。這樣，基于上述各種數(shù)據(jù)庫就可以建立起一個基于Web的虛擬數(shù)據(jù)倉庫，由于不存在一個物理上位于某地的存儲中心來保存這些數(shù)據(jù)，用戶面對的只是基于網(wǎng)絡的分布式虛擬的數(shù)據(jù)倉庫。其模型、算法的運行由專用的分析工具服務器來完成，而對于數(shù)據(jù)的調(diào)用和整理都是在源數(shù)據(jù)庫上進行的，根據(jù)不同用戶提交問題的不同，具體分析過程則由分配服務器交給服務器去完成分析，只是最終將結(jié)果返回請求分類服務器，顯示給用戶。

DWBW將通過統(tǒng)一的基于Web的頁面與用戶進行交互，在后臺則主要由請求分類服務器、Web服務器及專用分析工具服務器共同完成對問題的提交和分析，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)倉庫元數(shù)據(jù)規(guī)則的理解，然后根據(jù)分類的結(jié)果，與相關(guān)分析工具進行匹配，將問題提交到相應的分析工具服務器進行處理。處理完成后返回給請求分類服務器，進而返回給提交問題的用戶。

（二）　DWBW的關(guān)鍵技術(shù)

生物信息學元數(shù)據(jù)的抽取。數(shù)據(jù)的整理和抽取，是開發(fā)所有數(shù)據(jù)倉庫時所遇到的最難解決也是最具挑戰(zhàn)性的問題之一。將不同時期生成的大量歷史數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、字段的定義以及對象之間的關(guān)系等一系列的描述信息整理出來，并制定一套通用可行的規(guī)范，本身就是一個工作量巨大、難度極高的問題。因此，數(shù)據(jù)倉庫元數(shù)據(jù)的抽取整理，成為建立DWBW的關(guān)鍵問題。數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換和裝載過程與一般數(shù)據(jù)倉庫建立過程中的數(shù)據(jù)整理不完全相同，其數(shù)據(jù)具有規(guī)范性強，存儲結(jié)構(gòu)相對簡單，轉(zhuǎn)換、裝載容易等特點。

虛擬生物信息數(shù)據(jù)倉庫的建立。虛擬生物信息數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)對生物信息平臺相關(guān)數(shù)據(jù)的組織和集成，并且將不同主題的數(shù)據(jù)對象分別存儲到各個數(shù)據(jù)集市中，同時還將建立起部分有價值數(shù)據(jù)的在線OLAP數(shù)據(jù)庫。虛擬數(shù)據(jù)倉庫采用中間件充當數(shù)據(jù)中心，提供信息的訪問接口，對存貯在不同數(shù)據(jù)源的生物信息數(shù)據(jù)進行存取操作。由于虛擬生物信息數(shù)據(jù)倉庫一般不是針對實時數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，所以對于時間效率的要求不如一般查詢統(tǒng)計那么高，這就確保了開發(fā)處于不同物理位置數(shù)據(jù)源的虛擬DWBW具有可行性。同時，對于一般性的查詢比對等基本操作，不會影響其工作效率和準確性。

基于Web面向用戶的綜合平臺的開發(fā)設(shè)計。此平臺主要提供一個用戶操作的平臺，除了集成基因比對、功能預測、序列分析、基因提交等傳統(tǒng)的操作以外，還允許用戶對虛擬數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提供更多的分析支持工具。

第8篇：對生物信息學的理解范文

關(guān)鍵詞：生物工程；專業(yè)外語；教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2016）26-0027-02

DOI：10.16657/ki.issn1673-9132.2016.26.016

當前，大學本科生物工程專業(yè)就業(yè)較為困難，反映出學生專業(yè)學習過程與社會需求之間的矛盾，課程設(shè)置、教學內(nèi)容、教學模式、考核方式等均不同程度地與社會發(fā)展不相適應。其中尤其需要對生物工程專業(yè)外語課程的教學模式和內(nèi)容進行改革，以契合一般市屬高校應用型人才培養(yǎng)目標的要求，切實體現(xiàn)有區(qū)別的、個性化的教學理念。

一、生物工程專業(yè)外語的教學目的

生物專業(yè)英語是面向生物工程專業(yè)高年級本科生開設(shè)的限選課程，本課程教學內(nèi)容主要涉及普通生物、微生物學、遺傳學、分子生物學等領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)知識。通過本課程，向?qū)W生介紹如何撰寫科技論文、投稿等方面的知識，幫助已有一定英語基礎(chǔ)的學生提高其閱讀、翻譯專業(yè)英語的能力，目的是擴大學生專業(yè)英語的詞匯量和閱讀量，讓學生掌握專業(yè)英語書刊的閱讀技巧，了解文獻檢索及科技論文的文體特點和寫作方法，從而為學術(shù)論文的閱讀寫作打下堅實的基礎(chǔ)。

二、常規(guī)生物工程專業(yè)外語的教學模式

（一）課程設(shè)置

多數(shù)高校生物工程專業(yè)在大三第二學期或大四第一學期開設(shè)專業(yè)外語課程，一般為每周2學時。貴陽學院生物與環(huán)境工程學院生物工程專業(yè)該門課程安排在第四學年的第一學期，學時數(shù)36學時，屬于專業(yè)選修課。這時學生已經(jīng)完成基礎(chǔ)外語和所有生物工程專業(yè)基礎(chǔ)課以及基因工程、分子生物學、遺傳學、發(fā)酵工程等專業(yè)課的學習，其實已經(jīng)學習了很多生物學的專業(yè)外語詞。此時，開設(shè)生物工程專業(yè)外語課可以幫助學生強化和復習以前其他專業(yè)課中接觸過的專業(yè)詞匯，進一步加深理解。

（二）教材

各高校生物工程專業(yè)外語的教材也各不相同，有的高校采用了姜巨全主編、化學工業(yè)出版社出版的高等教育“十二五”國家級規(guī)劃教材――《生物專業(yè)英語》作為教材，有的農(nóng)林高校采用了蕭浪濤主編、中國農(nóng)業(yè)出版社出版的《生物學專業(yè)英語》，該書是全國高等農(nóng)林院校十二五規(guī)劃教材。目前，最新的教材是科學出版社出版的《農(nóng)業(yè)與生物科學專業(yè)英語》，該書是譚萬忠、王進軍教授對專業(yè)英語課程長期教學經(jīng)驗與教學成果的總結(jié)，其內(nèi)容和編排都比較新穎。由于生物學發(fā)展迅猛，日新月異，教材的更新遠遠滯后于新技術(shù)、新方法、新理念和新詞匯的產(chǎn)生速度。有的學校采用任課教師自編講義作為教材，如選用SCI期刊中發(fā)表的重要學術(shù)論文，或者摘錄和提煉英文生物學相關(guān)專業(yè)書籍的內(nèi)容等。這些教學內(nèi)容往往比較生僻，通用性弱，尤其是基礎(chǔ)較差的學生學習起來比較困難，不好掌握。因此，亟待編寫實用性、可讀性和通用性強的生物學專業(yè)外語教程，以適應新的教學要求。

（三）課程考核

多數(shù)高校專業(yè)外語課程屬于專業(yè)選修課的范疇，通常以考查形成完全課程考核，因此很多學生對這門課程不夠重視，甚至完全不當回事。不同高校生物學專業(yè)外語的考查方式不盡相同，有的采用開卷答題，有的課程論文翻譯，有的還以PPT回報的方式考查，相對隨意和簡單的考查方式，使得很多學生忽略了該門課程的學習。因此，很有必要研究一套系統(tǒng)的有針對性的生物學專業(yè)外語教學內(nèi)容，并制訂出適用于不同基礎(chǔ)、不同層次學生的考核標準，逐步規(guī)范生物學專業(yè)外語的教學和考核過程，實現(xiàn)因材施教，科學考評。

三、生物工程專業(yè)外語教學模式的創(chuàng)新

教學模式的創(chuàng)新關(guān)鍵是要根據(jù)教學對象的特點，基于學生的學習基礎(chǔ)，認識能力以及可接受的教學方式，進行有針對性的啟發(fā)和引導。大學的教育重點不是知識本身，而是如何獲取知識、甄別知識以及運用知識進行創(chuàng)新、創(chuàng)造。因此，筆者認為生物工程專業(yè)外語教學模式創(chuàng)新應該從教學手段以及課程內(nèi)容兩方面入手。

（一）靈活多樣的教學手段

隨著手機APP應用時代的到來，學生成為“低頭族”的主要群體，因此開發(fā)具有一定趣味性和探索性的生物學專業(yè)外語學習的手機應用軟件，適應新時代學生的學習特質(zhì)，將有助于提高學生的學習興趣，吸引學生主動學習專業(yè)外語。在網(wǎng)絡時代，各種微課程教學資源越來越豐富，但如何根據(jù)每個學生的特點進行個性化教學依然比較困難，學?？梢試L試建立由生物專業(yè)教師與基礎(chǔ)英語教師聯(lián)合教學的在線平臺，讓生物學專業(yè)教師發(fā)揮生物專業(yè)教學的優(yōu)勢，基礎(chǔ)英語教師發(fā)揮英語語言教學的優(yōu)勢，相互配合，互為補充。這樣，不僅學生的選擇面更廣，也可以兼顧到不同學生的特點，實現(xiàn)了網(wǎng)絡平臺的差異化教學。通過靈活多樣的教學手段和方式提高學生對專業(yè)外語的學習興趣，擴展學生學習的時間和空間，在潛移默化中逐步提高了他們的專業(yè)外語水平。

（二）專業(yè)外語與其他相關(guān)課程的整合

大學生物工程專業(yè)通常都開設(shè)有文獻閱讀與檢索、科技論文寫作、生物信息學等課程，這些課程一般學時較短，教學內(nèi)容比較單一，重點培養(yǎng)學生查閱專業(yè)文獻、專業(yè)數(shù)據(jù)庫，運用數(shù)據(jù)或模型分析軟件，撰寫學位論文的基本知識和技能。其實這些課程之間并非孤立，它們之間有著緊密的聯(lián)系。學生只有具備一定的專業(yè)外語知識和查閱文獻及運用生物信息學軟件的能力，能夠在做好實驗后完成學術(shù)論文撰寫才算合格，才不枉費大學四年的學習?；诖?，筆者建議將文獻閱讀與檢索、科技論文寫作、生物信息學等課程與專業(yè)外語課程相整合，即在教授文獻檢索的方法、科技論文寫作的技巧、生物信息學軟件應用當中滲透專業(yè)外語教學，讓專業(yè)外語的教學不再孤立和抽象，從而與具體的知識運用和技能培養(yǎng)相結(jié)合，提煉和精簡其他課程的教學內(nèi)容，使其更好地與專業(yè)外語教學相關(guān)結(jié)合。

實踐證明，通過整合相關(guān)課程，精簡學習內(nèi)容，突出重點，壓縮專業(yè)綜合學時，能給學生更多自由空間，實現(xiàn)自主學習，同時還可以增強學生對這些知識的綜合認知力和理解力。

四、展望

當前有關(guān)生物專業(yè)英語教學改革與探討的論文雖然較多，但多數(shù)關(guān)注教學技巧提高①、教學內(nèi)容革新②、教學手段創(chuàng)新③等方面，少有關(guān)注教學內(nèi)容與生產(chǎn)實踐相脫節(jié)，知識水平與應用不相適應等問題。教學的目的是培養(yǎng)社會所需要的人才，人才培養(yǎng)的目標是運用所學知識進行創(chuàng)新、創(chuàng)造，并解決實際問題。今后在生物工程專業(yè)外語教學中，我們應更多關(guān)注如何培養(yǎng)和提高學生綜合運用知識的能力和水平，提高他們的綜合素養(yǎng)，讓他們真正學有所用，用之有道。

注釋：

① 王娟. 生物科學專業(yè)生物專業(yè)英語課程教學改革探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學， 2011，39（18）：11339-11340.

第9篇：對生物信息學的理解范文

信息、生物、新材料三大前沿領(lǐng)域

信息、生物、新材料是21世紀前30年發(fā)展最快、最熱門的三大領(lǐng)域，它們集結(jié)了當今世界最強勢的研究力量。但在這些關(guān)系未來發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域中，我國許多核心技術(shù)仍依賴追蹤、模仿和引進國外技術(shù)，原始創(chuàng)新能力明顯不足。

從更寬的視野來看，不僅僅是這三個領(lǐng)域的發(fā)展需要高揚“自主創(chuàng)新”的信心與勇氣。實際上，整個中國科技正面臨著前所未有的發(fā)展壓力：對外要適應國際科技競爭的緊迫形勢，對內(nèi)要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展進程中的重大戰(zhàn)略性需求。而原始創(chuàng)新能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的薄弱，已成為當前和未來相當長時期內(nèi)影響我國整體競爭力的極大障礙。

面向未來15年的《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》即將，科技部等有關(guān)部門正在著手制定科技“十一五規(guī)劃”——關(guān)于中國科技“未來”的探討與關(guān)注，在最近一年多來達到了前所未有的程度。就是在這樣帶著幾分焦灼、幾分期待、幾分信心的探討氛圍中，“自主創(chuàng)新”成為人們關(guān)于中國科技發(fā)展的共識。

帶著這個共識，再來看中國科技發(fā)展面臨的“壓力”，在很大程度上已經(jīng)變成了未來發(fā)展的重大機遇。未來10年，中國在這三大領(lǐng)域中最有可能實現(xiàn)自主創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)群究竟有哪些？有限的科技經(jīng)費究竟應當投入到哪些突破口？

下一代移動通信技術(shù)

移動通信是人類社會發(fā)展中的一大奇跡。2004年12月，全球（蜂窩）移動通信用戶總數(shù)已達17億以上，超過已有百年發(fā)展歷史的固定通信用戶數(shù)。過去10年，移動通信技術(shù)完成了由第一代模擬通信技術(shù)向第二代數(shù)字通信技術(shù)的過渡，當前正處于由其巔峰狀態(tài)向第三代（3G）移動通信技術(shù)過渡的進程中。

目前，世界發(fā)達國家紛紛投入力量進行第三代及下一代移動通信標準、技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)。

——3G移動通信：國際電信聯(lián)盟（ITU－T ）批準為3G 的三大標準分別是歐洲的WCDMA，美國高通公司的CDMA2000和中國大唐電信的TD－SCDMA。3G已在全球30多個國家開始商用。

——增強型3G（Enhanced 3G）：為了克服3G 技術(shù)不能很好支持流媒體等業(yè)務的不足，國際電信聯(lián)盟已在制定增強型3G技術(shù)標準。專家預測，增強型3G技術(shù)將進入商用。

——4G（或Beyond 3G）：下一代移動通信即所謂超3G（以下統(tǒng)稱Beyond 3G）技術(shù)的研究是國際上的熱點。Beyond 3G具有更高的速率與更好的頻譜利用率。 歐盟、日本、韓國等國家已開始4G框架的研究，預期Beyond 3G技術(shù)可望在2010年后開始商用。

中國移動用戶總數(shù)已達3.34億，居世界第一，總體技術(shù)水平與國際同步，處于由第二代向第三代的過渡時期。我國3G移動通信技術(shù)已經(jīng)具備了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的能力，我國大唐電信2000年5月提出的TD－SCDMA標準已成為國際電信聯(lián)盟正式采納的三大標準之一。此外，在國家“863”計劃的支持下，開展了Beyond 3G技術(shù)的研究，預期該技術(shù)可望在2010年后開始商用。

Beyond 3G技術(shù)對我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)具有十分重要的意義。 德爾菲專家調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國研發(fā)水平比領(lǐng)先國家落后5年左右， 通過自主開發(fā)或聯(lián)合開發(fā)，在未來5年可能形成自主知識產(chǎn)權(quán)。以華為、 中興為代表的一批高技術(shù)通信設(shè)備制造業(yè)公司，在第三代移動通信設(shè)備（3G）等研發(fā)方面緊跟國際前沿，打破了國外公司對高技術(shù)通信設(shè)備的壟斷，開始參與國際通信標準的制定，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，具備了參與國際競爭的能力，具備實現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的契機。

中國下一代網(wǎng)絡體系

下一代網(wǎng)絡（NGN）泛指以IP為核心，同時可以支持語音、 數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的因特網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡和固定電話通信網(wǎng)絡的融合網(wǎng)絡。

世界各國和國際通信標準化組織都在積極開展下一代網(wǎng)絡的研究開發(fā)工作。國際電信聯(lián)盟電信標準化部門（ITU－T）、歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）、互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）、第三代伙伴組織計劃（3GPP）等，都在致力于下一代網(wǎng)絡體系的研究。目前，美國、日本、韓國、新加坡以及歐盟都已啟動了下一代互聯(lián)網(wǎng)研究計劃，全面開展各項核心技術(shù)的研究和開發(fā)。

我國在下一代網(wǎng)絡的研究方面已取得了較大進展?！熬盼濉逼陂g，863計劃建成了“中國高速信息示范網(wǎng)”（CAINONET）、國家自然科學基金委支持的“中國高速互連研究試驗網(wǎng)NSFCNET”等重大項目，目前已開始基于NGN的軟交換技術(shù)在移動和多媒體通信中的應用研究。中興、華為等企業(yè)還推出了基于軟交換的NGN解決方案；在下一代互聯(lián)網(wǎng)研究上，中興、港灣網(wǎng)絡等推出的高端路由交換機，可應用于國家骨干IP網(wǎng)絡建設(shè)，以及大中型寬帶IP城域網(wǎng)核心骨干和匯聚。國內(nèi)公司還開始自行設(shè)計高端分組交換定制ASIC芯片。我國已成為少數(shù)幾個能夠提供全系列數(shù)據(jù)通信設(shè)備的國家之一。

下一代網(wǎng)絡技術(shù)對促進我國高新技術(shù)的發(fā)展，以及對改造和提升我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的作用，對國家安全至關(guān)重要。從總體上看，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跟隨國外發(fā)展，在技術(shù)選擇上缺乏系統(tǒng)研究，走過一些彎路，至今與國外仍存在較大差距。無論網(wǎng)絡用戶規(guī)模、網(wǎng)絡應用、網(wǎng)絡技術(shù)或網(wǎng)絡產(chǎn)品都尚有很大的發(fā)展空間。從全局著眼，應不失時機地開展中國下一代網(wǎng)絡體系的研究、應用試驗、關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。不能像第一代互聯(lián)網(wǎng)那樣，技術(shù)、標準都是外國的，給國家安全造成隱患。

納米級芯片技術(shù)

當前，集成電路的發(fā)展仍遵循“摩爾定律”，即其集成度和產(chǎn)品性能每18個月增加一倍，按照器件特征尺寸縮小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和設(shè)計技術(shù)優(yōu)化的途徑繼續(xù)發(fā)展。

自上世紀90年代以來， 全球集成電路制造技術(shù)升級換代速度加快。 當前國際上CMOS集成電路大規(guī)模生產(chǎn)的主流技術(shù)是130nm， 英特爾等部分技術(shù)先進的芯片制造公司已在用90nm進行高性能芯片生產(chǎn)。2005年，美國AMD公司已開始量產(chǎn)90nm的高性能芯片，國際上對65nm技術(shù)的開發(fā)也已成功。伴隨130nm到90nm技術(shù)的升級， 考慮到擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本，大多數(shù)公司將使用12英寸替代8英寸硅基片， 這也必將帶來半導體設(shè)備的大量更新。

近年來我國一些先進集成電路制造公司的崛起，使國內(nèi)集成電路制造工藝技術(shù)與國際先進水平的差距有了顯著的縮小，但整體水平仍與先進國家相差2～3代。目前，我國集成電路設(shè)計公司年設(shè)計能力已超過500種，主流設(shè)計水平達到180nm，130nm技術(shù)正在開發(fā)中，90nm技術(shù)的研發(fā)也開始著手進行。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，我國集成電路已初步形成由十多家芯片生產(chǎn)骨干企業(yè)、十多家重點封裝廠、二十多家初具規(guī)模的設(shè)計公司、若干家關(guān)鍵材料及專用設(shè)備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，設(shè)計、芯片制造、封裝三業(yè)并舉的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。以中科院計算所為代表的研究機構(gòu)和企業(yè)在CPU研發(fā)方面所取得的新進展，標志著我國集成電路設(shè)計具有較強能力，與國際先進水平的差距進一步縮小。目前我國芯片業(yè)大多集中在低端的交通、通信、銀行、信息管理、石油、勞動保障、身份識別、防偽等領(lǐng)域，IC卡芯片所占比重一直占據(jù)芯片總體市場的20％左右。

世界第一顆0.13微米工藝TD－SCDMA 3G手機核心芯片10月9日在重慶問世

今后的IC是納米制造技術(shù)的時代，而納米級芯片技術(shù)是我國趕超國際的關(guān)鍵，它的成功將會是我國IC工業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑和持續(xù)發(fā)展的動力，專家認為應優(yōu)先發(fā)展。

中文信息處理技術(shù)

包括漢字和少數(shù)民族文字在內(nèi)的中文信息處理技術(shù)，是漢語言學和計算機科學技術(shù)的融合，是一門與語言學、計算機科學、心理學、數(shù)學、控制論、信息論、聲學、自動化技術(shù)等多種學科相聯(lián)系的邊緣交叉性學科。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，中文信息處理技術(shù)已滲透到社會生活的各個方面。1994年，微軟開始進入中文軟件市場，微軟的WORD把國產(chǎn)WPS擠出了市場，繼而Windows中文版又把國產(chǎn)中文之星擠垮。微軟憑借其強大的優(yōu)勢地位，使國產(chǎn)的中文信息處理軟件舉步維艱。中文版的Windows、Office等占據(jù)了大部分的中文軟件市場，使中文信息處理逐漸喪失了其特殊地位。

經(jīng)過二三十年的努力，我國的中文信息處理，包括中文的編碼、字型、輸入、顯示、輸出等的基本處理技術(shù)已經(jīng)實用化，目前正在逐漸擺脫“字處理”階段，處于向更高級階段快速發(fā)展的時期。包括中文的文字識別機和手寫文字識別、語音合成、語音識別、語言理解和智能接口等技術(shù)的研究已獲得進展。中文的全文檢索、內(nèi)容管理、智能搜索、中文和其他文字之間的機器翻譯等技術(shù)也正在開發(fā)、研制，并取得了較大進展，涌現(xiàn)了聯(lián)想、方正、四通、漢王、華建等公司。

隨著中國加入WTO與世界各國交流的逐漸擴大以及網(wǎng)絡信息時代的來臨， 中文信息處理技術(shù)越發(fā)顯得重要，其自動化水平的提高，將大大促進我國科技、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展，同時使中華民族的文化在信息時代得到新的發(fā)展。未來無疑應當加強中文信息處理技術(shù)的研發(fā)投入與政策傾斜。

人類功能基因組學研究

20世紀末啟動的人類基因組計劃被公認為生命科學發(fā)展史上的里程碑，其規(guī)模和意義超過了曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃。隨著人類基因組、水稻基因組以及其他重要微生物等50多種生物基因組全序列測定工作的完成，國際基因組研究進入到功能基因組學新階段。

功能基因組學已成為21世紀國際研究的前沿，代表基因分析的新階段。它是利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使生物學研究從對單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進行系統(tǒng)的研究，是在基因組靜態(tài)的堿基序列弄清楚之后轉(zhuǎn)入對基因組動態(tài)的生物學功能學研究。從1997年迄今已發(fā)表的有關(guān)功能基因組學的論文數(shù)以千計，其中不少發(fā)表在《細胞》《自然》《科學》等國際著名刊物上。

目前功能基因組研究的重點集中在四個方面：一是基因測序技術(shù)研究。預計今后幾年內(nèi)，測序技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，特別是有一些重要的改進將直接用于功能基因組的研究；二是單核苷多態(tài)性（SNP）以及在此基礎(chǔ)上建立的SNP單體型研究；三是基因組有序表達的規(guī)律研究。主要包括基因的深入鑒定、基因表達與轉(zhuǎn)錄組研究、蛋白和蛋白質(zhì)組研究、代謝網(wǎng)絡和代謝分子研究、基因表達調(diào)控研究等；四是計算生物學和系統(tǒng)生物學研究。

近幾年來，在國家“863”計劃、國家重大科技專項等的資助下，我國功能基因組學研究取得了一系列進展。中華民族占世界人口的1／5，有豐富的遺傳疾病家系資源，這是我國發(fā)展功能基因組研究的有利因素?！笆濉逼陂g，我國參與國際蛋白質(zhì)組計劃、國際人類基因組單體型圖計劃，高質(zhì)量按時完成了項目中所承擔的21號染色體區(qū)域的任務，建立并完善了中華民族基因組和重要疾病相關(guān)基因SNPs及其單倍型的數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，在國際一流雜志上發(fā)表了一批高水平學術(shù)論文，申報了一批國家專利，收集、保存了一批寶貴的遺傳資源，并初步建立了遺傳資源收集網(wǎng)絡和資源信息庫的采集管理系統(tǒng)，組建了一批國家級基地，培養(yǎng)了一支隊伍，建立了一批技術(shù)平臺。但總體而言，我國在功能基因組研究及應用方面的原始創(chuàng)新成果數(shù)量較少，還不能為醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供足夠的知識和產(chǎn)品。

未來研究重點包括：

——功能基因組研究。重點開展植物功能基因組研究、人類功能基因組研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因組研究；

——蛋白質(zhì)組學研究。蛋白質(zhì)組學是一個新生領(lǐng)域，目前還處于初期發(fā)展階段，仍有許多困難有待克服。我國應選擇具有特色的領(lǐng)域開展研究；

——生物信息技術(shù)。我國的研究重點應集中在生物信息數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、生物信息的開發(fā)、加工、利用及生物信息并行處理方面；

——生物芯片技術(shù)及產(chǎn)品。通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準確、快速、大信息量的檢測。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、生化反應芯片和樣品制備芯片等。生物芯片的主要特點是高通量、微型化和自動化。我國生物芯片研究緊跟國際前沿，它將對我國生命科學研究、醫(yī)學診斷、新藥篩選具有革命性的推動作用，也將對我國人口素質(zhì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護等作出巨大的貢獻。

專家認為，我國人類功能基因組學研究的研發(fā)水平比領(lǐng)先國家落后5年左右， 若能高度重視，充分利用我國已有的技術(shù)和資源優(yōu)勢，未來10年我國可能實現(xiàn)人類功能基因組學研究的跨越發(fā)展。

蛋白質(zhì)組學研究

隨著被譽為解讀人類生命“天書”的人類基因組計劃的成功實施，生命科學的戰(zhàn)略重點轉(zhuǎn)移到以闡明人類基因組整體功能為目標的功能基因組學上。蛋白質(zhì)作為生命活動的“執(zhí)行者”，自然成為新的研究焦點。以研究一種細胞、組織或完整生物體所擁有的全套蛋白質(zhì)為特征的蛋白質(zhì)組學自然就成為功能基因組學中的“中流砥柱”，構(gòu)成了功能基因組學研究的戰(zhàn)略制高點。

目前蛋白質(zhì)組學的主要內(nèi)容是建立和發(fā)展蛋白質(zhì)組研究技術(shù)方法，進行蛋白質(zhì)組分析。為了保證分析過程的精確性和重復性，大規(guī)模樣品處理機器人也被應用到該領(lǐng)域。整個研究過程包括樣品處理、蛋白質(zhì)的分離、蛋白質(zhì)豐度分析、蛋白質(zhì)鑒定等步驟。

附圖

自1995年蛋白質(zhì)組一詞問世到現(xiàn)在，蛋白質(zhì)組學研究得到了突飛猛進的發(fā)展。我國的蛋白質(zhì)組研究也在迅速開展，并取得了許多有意義的成果，中國科學家已經(jīng)在重大疾病如肝癌，比較蛋白質(zhì)組學的研究等方面取得了重要成就，在“973 ”計劃的資助下，我國已經(jīng)開始了二維電泳蛋白組分離研究、圖像分析技術(shù)和蛋白質(zhì)組鑒定質(zhì)譜技術(shù)研究等。

如何抓住國際上蛋白質(zhì)組學研究剛剛啟動的時機，迅速地進入到蛋白質(zhì)組學研究的國際前沿，是擺在我國生命科學研究發(fā)展方向上的一個重要課題。

目前我國在該領(lǐng)域的研發(fā)基礎(chǔ)較好，只比先進國家落后5年左右。 蛋白質(zhì)組學屬科學前沿，專家建議結(jié)合我國現(xiàn)行的基因組研究及其他有我國特色或優(yōu)勢的領(lǐng)域開展研究，不要重復或追隨國際已有的工作，而應走自己的路，未來10年內(nèi)有可能取得重大科學突破。

生物制藥技術(shù)

生物制藥被稱為生物技術(shù)的“第一次浪潮”，其誘人前景引起了全世界各國政府、科技界、企業(yè)界的高度關(guān)注。

在過去的30年間，全球生物技術(shù)取得了令人矚目的成就。據(jù)美國著名咨詢機構(gòu)安永公司2004年和2005年發(fā)表的第十八和第十九次全球生物技術(shù)年度報告分析，2003年全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)營收達410億美元。目前已有190余種生物技術(shù)產(chǎn)品獲準上市，激發(fā)起投資者對生物技術(shù)股與融資的興趣。

近20年來，我國醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)取得了長足的進步，據(jù)《中國生物技術(shù)發(fā)展報告2004》統(tǒng)計，我國已有25種基因工程藥物和基因工程疫苗，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的上市藥物達9種，重組人ω－干擾素噴鼻劑2003年4月獲得國家臨床研究批文，可用于較大規(guī)模高危人群的預防。但總體上與世界先進水平相比還存在很大的差距，醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品的銷售收入僅占醫(yī)藥工業(yè)總銷售額的7.5％左右。

為加快我國生物制藥技術(shù)的發(fā)展，今后的研究開發(fā)重點是：

——生物技術(shù)藥物（包括疫苗）及制備技術(shù)。圍繞危害人民健康的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和腫瘤等重大疾病和疑難病癥的防治與診斷，應用基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程等技術(shù)，開發(fā)單克隆抗體、基因工程藥物、反義藥物、基因治療藥物、可溶性蛋白質(zhì)藥物和基因工程疫苗，拓寬醫(yī)藥新產(chǎn)品領(lǐng)域；

——高通量篩選技術(shù)。目前，國外許多制藥公司已把高通量篩選作為發(fā)現(xiàn)先導化合物的主要手段。典型的高通量篩選模式為每次篩選1000個化合物，而超高通量篩選可每天篩選10萬多個化合物。隨著分析容量的增大，分析檢測技術(shù)、液體處理及自動化、連續(xù)流動以及信息處理將成為未來高通量篩選技術(shù)研究的重點；

——天然藥物原料制備。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類患有3萬多種疾病，其中1／3靠對癥治療，極少數(shù)人能夠治愈，而大多數(shù)人缺乏有效的治療藥物。以往多用合成藥物，隨著科技的進步，人們自我保健意識增強，對天然藥物的追求與日俱增。當前世界各國都在加強天然藥物的研發(fā)。

生物信息學研究

在生命科學的研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析，對基因組研究相關(guān)生物信息獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋——上世紀80年代一經(jīng)產(chǎn)生，生物信息學就得到了迅猛發(fā)展。其研究一方面是對海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務；另一方面是利用這些數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。

具體地講，生物信息學是把基因組DNA序列信息分析作為源頭， 找到基因組序列中代表蛋白質(zhì)和RNA基因的編碼區(qū)；同時， 闡明基因組中大量存在的非編碼區(qū)的信息實質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，歸納、 整理與基因組遺傳信息釋放及其調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜的數(shù)據(jù)，從而認識代謝、發(fā)育、分化、進化的規(guī)律。另外生物信息學還利用基因組中編碼區(qū)的信息進行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的模擬和蛋白質(zhì)功能的預測，并將此類信息與生物體和生命過程的生理生化信息相結(jié)合，闡明其分子機理，最終進行蛋白質(zhì)、核酸的分子設(shè)計、藥物設(shè)計和個體化的醫(yī)療保健設(shè)計。

生物信息學的發(fā)展已經(jīng)將基因組信息學、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)計算與模擬以及藥物設(shè)計有機地連接在一起，它將導致生物學、物理學、數(shù)學、計算機科學等多種科學文化的融合，造就一批新的交叉學科。

科學家們普遍相信，本世紀最初的若干年是人類基因組研究取得輝煌成果的時代，也是生物信息學蓬勃發(fā)展的時代。據(jù)預測，到2005年生物信息的全球市場價值將達到400億美元。

我國生物信息學研究起步較早。20世紀80年代末，國內(nèi)學者就在《自然》上報道了免疫球蛋白基因超家族計算機分析的工作。目前，多家大學和研究機構(gòu)也相繼成立了生物信息中心或研究所，各種原始數(shù)據(jù)庫、鏡像數(shù)據(jù)庫和二級數(shù)據(jù)庫也已經(jīng)逐步建立，同時我國還建立了相關(guān)的工作站和網(wǎng)絡服務器，實現(xiàn)了與國際主要基因組數(shù)據(jù)庫及研究中心的網(wǎng)絡連接，開發(fā)了用于核酸、蛋白結(jié)構(gòu)、功能分析的計算工具以及蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預測、并行化的高通量基因拼接和基于群論方法開發(fā)的基因預測等多種軟件。中國學者還運用自主開發(fā)的電腦克隆程序，開展了大規(guī)模EST 數(shù)據(jù)分析，建立了一系列基因組序列分析新算法和新技術(shù)，并在國內(nèi)外著名科學雜志上發(fā)表了一系列論文，取得了引人注目的進展，尤其在人類基因組基因數(shù)目的預測上獲得了與目前的實驗事實相當吻合的結(jié)果，在國際上獲得普遍認可。

農(nóng)作物新品種培育技術(shù)

最近幾年，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生的巨大影響，已引起各國政府和科學家的高度重視。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域研究中最活躍的是育種技術(shù)——應用現(xiàn)代分子生物學和細胞生物學技術(shù)進行品種改良，創(chuàng)造更加適合人類需要的新物種，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害新品種。這使得新品種層出不窮，品種在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中的貢獻率將由現(xiàn)在的30％提高到50％。國際水稻研究所已經(jīng)培育出每公頃7500公斤的超級水稻，非洲培育出增產(chǎn)10倍的超級木薯。

我國該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)研究取得了一批創(chuàng)新成果：如植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細胞培育技術(shù)、秈稻的全基因組測序、花粉管通道轉(zhuǎn)基因方法等，使研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種成為現(xiàn)實和可能。目前，已培育出畝產(chǎn)達到807.4公斤的超級雜交稻；2004年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種植面積已占全國棉花種植面積的50％左右；利用細胞工程技術(shù)培育的抗白粉病、赤霉病和黃矮病等小麥新品種已累計推廣1100多萬畝；植物組織培養(yǎng)和快繁脫毒技術(shù)在馬鈴薯、甘蔗、花卉生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

專家認為，我國農(nóng)作物新品種培育的研發(fā)基礎(chǔ)較好，整體科研技術(shù)與國外處于同等水平，只要充分利用資源，發(fā)揮優(yōu)勢，很可能在該領(lǐng)域取得突破。

納米材料與納米技術(shù)

納米科技是上世紀末才逐步發(fā)展起來的新興科學領(lǐng)域，它的迅猛發(fā)展將在21世紀促使幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。納米材料是未來社會發(fā)展極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，許多科技新領(lǐng)域的突破迫切需要納米材料和納米科技支撐，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升也急需納米材料和技術(shù)的支持。

近年來，科技強國在該領(lǐng)域均取得了相當重要的進展。

在納米材料的制備與合成方面，美國科學家利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國科學家利用粉末冶金制成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅，實現(xiàn)了對納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實時監(jiān)測；德國科學家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導體單壁碳納米管成功分離；日本用單層碳納米管與有機熔鹽制成高度導電的聚合物納米管復合材料。

在納米生物醫(yī)學器件方面，科學家用特定的蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成場效應晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。另外，納米技術(shù)在醫(yī)學應用、納米電子學、納米加工、納米器件等方面也有新進展。與此同時，國外大企業(yè)紛紛介入，推動了納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進程。

當前納米材料研究的趨勢是，由隨機合成過渡到可控合成；由納米單元的制備，通過集成和組裝制備具有納米結(jié)構(gòu)的宏觀試樣；由性能的隨機探索發(fā)展到按照應用的需要制備具有特殊性能的納米材料。

納米材料和技術(shù)很可能在以下四個領(lǐng)域的應用上有所突破：一是IT產(chǎn)業(yè)（芯片、網(wǎng)絡通訊和納米器件）；二是在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應用納米生物傳感的早期診斷和治療，到2010年將給人類帶來新的福音；三是在顯示和照明領(lǐng)域的應用已有新的進展，納米光纖、納米微電極等已產(chǎn)生極大影響；四是納米材料技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，在基因修復和標記各種蛋白酶等方面蘊育新的突破，預計2010年納米技術(shù)對國際GDP的貢獻將超過2萬億美元。

我國納米材料研究起步較早，基礎(chǔ)較好，整體科研水平與先進國家相比處于同等水平，部分技術(shù)落后5年左右。目前有300多個從事納米材料基礎(chǔ)研究和應用的研究單位，并在納米材料研究上取得了一批重要成果，引起了國際上的廣泛關(guān)注。據(jù)英國有關(guān)權(quán)威機構(gòu)提供的調(diào)查顯示，我國納米專利申請件數(shù)排名世界第三位。

國內(nèi)目前已建成100多條納米材料生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量大都達到或接近國際水平。與發(fā)達國家相比，我國的差距一是在納米材料制備與合成方面尚處于粗放階段，缺乏應用目標的牽引，集成不夠；二是納米材料計量、測量和表征技術(shù)明顯落后于國外，對標準試樣和標準方法的建立重視不夠，對表征手段的建立投資不足；三是納米材料的基礎(chǔ)研究、應用研究和開發(fā)研究出現(xiàn)脫節(jié)，納米材料研究缺乏針對性；四是學科交叉、技術(shù)集成不夠。

鏈接：

信息技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性變革

目前，信息技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變革，在信息器件向高速化、微型化、一體化和網(wǎng)絡化發(fā)展的同時，軟件和信息服務成為發(fā)展重點。大規(guī)模集成電路正快速向系統(tǒng)芯片發(fā)展；移動通信技術(shù)正在向第三代、第四展，將提供更優(yōu)質(zhì)、更快速、更安全的服務，并帶來巨大的經(jīng)濟利益；電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合趨勢進一步加快，無線網(wǎng)絡成為世界關(guān)注的重點；全球化的信息網(wǎng)絡將像電力、電話一樣為社會公眾提供各種信息服務，越來越深刻地改變著人們的學習、工作和生活方式，也將對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生重大影響。

微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展方興未艾，極有可能引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)革命。

大顯神通的新材料

高性能結(jié)構(gòu)材料是具有高比強度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料，對支撐交通運輸、能源動力、電子信息、航空航天以及國家重大工程起著關(guān)鍵性作用。

新型功能材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學以及生物功能的材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料。當前國際上功能材料及其應用技術(shù)正面臨新的突破，諸如信息功能材料、超導材料、生物醫(yī)用材料、能源材料、生態(tài)環(huán)境材料及其材料的分子、原子設(shè)計正處于日新月異的發(fā)展之中。

信息功能材料發(fā)展的重點是磁性材料、電子陶瓷材料、壓電及光電(磁)晶體、高性能封裝材料等方面。超導材料的主要特征是零電阻和排磁通效應，是20世紀留給人類開發(fā)核聚變能、高效運輸工具、低耗傳輸電能和精密探測器件的新型功能材料。