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生物信息學(xué)范文第1篇

關(guān)鍵詞：推薦系統(tǒng)；生物信息學(xué)

推薦系統(tǒng)(RecommenderSystem)[1]是個性化信息服務(wù)的主要技術(shù)之一，它實(shí)現(xiàn)的是“信息找人，按需服務(wù)”；通過對用戶信息需要、興趣愛好和訪問歷史等的收集分析，建立用戶模型，并將用戶模型應(yīng)用于網(wǎng)上信息的過濾和排序，從而為用戶提供感興趣的資源和信息。生物信息學(xué)(Bioinformatics)[2,3]是由生物學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相互交叉所形成的一門新型學(xué)科；其實(shí)質(zhì)是利用信息科學(xué)的方法和技術(shù)來解決生物學(xué)問題。20世紀(jì)末生物信息學(xué)迅速發(fā)展，在信息的數(shù)量和質(zhì)量上都極大地豐富了生物科學(xué)的數(shù)據(jù)資源，而數(shù)據(jù)資源的急劇膨脹需要尋求一種科學(xué)而有力的工具來組織它們，基于生物信息學(xué)的二次數(shù)據(jù)庫[4]能比較好地規(guī)范生物數(shù)據(jù)的分類與組織，但是用戶無法從大量的生物數(shù)據(jù)中尋求自己感興趣的部分（著名的生物信息學(xué)網(wǎng)站NCBI(美國國立生物技術(shù)信息中心)，僅僅是小孢子蟲(Microsporidia)的DNA序列就達(dá)3399種），因此在生物二次數(shù)據(jù)庫上建立個性化推薦系統(tǒng)，能使用戶快速找到自己感興趣的生物信息。特別是在當(dāng)前生物信息數(shù)據(jù)量急劇增長的情況下，生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)將發(fā)揮強(qiáng)大的優(yōu)勢。

1推薦系統(tǒng)的工作流程

應(yīng)用在不同領(lǐng)域的推薦系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)也不完全相同。一般而言，推薦系統(tǒng)的工作流程[5]如圖1所示。

(1)信息獲取。推薦系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)是用戶信息。用戶信息包括用戶輸入的關(guān)鍵詞、項(xiàng)目的有關(guān)屬性、用戶對項(xiàng)目的文本評價或等級評價及用戶的行為特征等，所有這些信息均可以作為形成推薦的依據(jù)。信息獲取有兩種類型[6]，即顯式獲取(Explicit)和隱式獲取(Implicit)，由于用戶的很多行為都能暗示用戶的喜好，因此隱式獲取信息的準(zhǔn)確性比顯式高一些。

(2)信息處理。信息獲取階段所獲得的用戶信息，一般根據(jù)推薦技術(shù)的不同對信息進(jìn)行相應(yīng)的處理。用戶信息的存儲格式中用得最多的是基于數(shù)值的矩陣格式，最常用的是用m×n維的用戶—項(xiàng)目矩陣R來表示，矩陣中的每個元素Rij=第i個用戶對第j個項(xiàng)目的評價，可以當(dāng)做數(shù)值處理，矩陣R被稱為用戶—項(xiàng)目矩陣。

(3)個性化推薦。根據(jù)形成推薦的方法的不同可以分為三種，即基于規(guī)則的系統(tǒng)、基于內(nèi)容過濾的系統(tǒng)和協(xié)同過濾系統(tǒng)?；谝?guī)則的推薦系統(tǒng)和基于內(nèi)容過濾的推薦系統(tǒng)均只能為用戶推薦過去喜歡的項(xiàng)目和相似的項(xiàng)目，并不能推薦用戶潛在感興趣的項(xiàng)目。而協(xié)同過濾系統(tǒng)能推薦出用戶近鄰所喜歡的項(xiàng)目，通過用戶與近鄰之間的“交流”，發(fā)現(xiàn)用戶潛在的興趣。因此本文所用的算法是基于協(xié)同過濾的推薦算法。

(4)推薦結(jié)果。顯示的任務(wù)是把推薦算法生成的推薦顯示給用戶，完成對用戶的推薦。目前最常用的推薦可視化方法是Top－N列表[7]，按照從大到小順序把推薦分值最高的N個事物或者最權(quán)威的N條評價以列表的形式顯示給用戶。

2生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

綜合各種推薦技術(shù)的性能與優(yōu)缺點(diǎn)，本文構(gòu)造的生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是在用戶登錄生物信息學(xué)網(wǎng)站時，所留下的登錄信息通過網(wǎng)站傳遞到推薦算法部分；推薦算法根據(jù)該用戶的用戶名從數(shù)據(jù)庫提取出推薦列表，并返回到網(wǎng)站的用戶界面；用戶訪問的記錄返回到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)定時調(diào)用推薦算法，對數(shù)據(jù)庫中用戶訪問信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，形成推薦列表。

本系統(tǒng)采用基于近鄰的協(xié)同過濾推薦算法，其結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步細(xì)化為如圖3所示。算法分為鄰居形成和推薦形成兩大部分，兩部分可以獨(dú)立進(jìn)行。這是該推薦系統(tǒng)有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)勢之一。由于信息獲取后的用戶—項(xiàng)目矩陣維數(shù)較大，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展性降低。本系統(tǒng)采用SVD矩陣降維方法，減少用戶—項(xiàng)目矩陣的維數(shù)，在計(jì)算用戶相似度時大大降低了運(yùn)算的次數(shù)，提高了推薦算法的效率。

(1)信息獲取。用戶對項(xiàng)目的評價是基于用戶對某一個項(xiàng)目(為表示簡單，以下提及的項(xiàng)目均指網(wǎng)站上的生物物種)的點(diǎn)擊次數(shù)來衡量的。當(dāng)一個用戶注冊并填寫好個人情況以后，系統(tǒng)會自動為該用戶創(chuàng)建一個“信息矩陣”，該矩陣保存了所有項(xiàng)目的ID號以及相應(yīng)的用戶評價，保存的格式為：S+編號+用戶評價，S用于標(biāo)記項(xiàng)目，每個項(xiàng)目編號及其評價都以“S”相隔開；編號是唯一的，占5位；用戶評價是用戶點(diǎn)擊該項(xiàng)目的次數(shù)，規(guī)定其范圍是0~100，系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)增加到100時不再變化。這樣做可防止形成矩陣時矩陣評價相差值過大而使推薦結(jié)果不準(zhǔn)確。(2)信息處理。信息處理是將所有用戶的信息矩陣轉(zhuǎn)換為用戶—項(xiàng)目矩陣，使用戶信息矩陣數(shù)值化，假設(shè)系統(tǒng)中有M個用戶和N個項(xiàng)目，信息處理的目的就是創(chuàng)建一個M×N的矩陣R，R[I][J]代表用戶I對項(xiàng)目J的評價。

(3)矩陣處理。協(xié)同過濾技術(shù)的用戶—項(xiàng)目矩陣的數(shù)據(jù)表述方法所帶來的稀疏性嚴(yán)重制約了推薦效果，而且在系統(tǒng)較大的情況下，它既不能精確地產(chǎn)生推薦集，又忽視了數(shù)據(jù)之間潛在的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不了用戶潛在的興趣，而且龐大的矩陣增加了計(jì)算的復(fù)雜度，因此有必要對該矩陣的表述方式做優(yōu)化，進(jìn)行矩陣處理。維數(shù)簡化是一種較好的方法，本文提出的算法應(yīng)用單值分解(SingularValueDecomposition，SVD)技術(shù)[8]，對用戶—項(xiàng)目矩陣進(jìn)行維數(shù)簡化。

(4)相似度計(jì)算。得到降維以后的用戶矩陣US，就可以尋找每個用戶的近鄰。近鄰的確定是通過兩個用戶的相似度來度量的。本文采用Pearson相關(guān)度因子[9]求相似度。(5)計(jì)算用戶鄰居。該方法有兩種[10]，即基于中心的鄰居(Center－BasedNeighbor)和集合鄰居(AggregateNeighbor)。本系統(tǒng)采用了第一種方法，直接找出與用戶相似度最高的前N個用戶作為鄰居，鄰居個數(shù)N由系統(tǒng)設(shè)定，比如規(guī)定N＝5。

(6)推薦形成。推薦形成的前提是把當(dāng)前用戶的鄰居ID號及其與當(dāng)前用戶的相似度保存到數(shù)據(jù)庫中，而在前面的工作中已找出各用戶的鄰居以及與用戶的相似度，推薦形成部分只需要對當(dāng)前登錄用戶進(jìn)行計(jì)算。推薦策略是：對當(dāng)前用戶已經(jīng)訪問過的項(xiàng)目不再進(jìn)行推薦，推薦的范圍是用戶沒有訪問的項(xiàng)目，其目的是推薦用戶潛在感興趣的項(xiàng)目；考慮到系統(tǒng)的項(xiàng)目比較多，用戶交互項(xiàng)目的數(shù)量很大，所以只篩選出推薦度最大的N個項(xiàng)目，形成Top－N推薦集，設(shè)定N＝5。

3生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以用圖4來表示。數(shù)據(jù)庫部分主要存儲用戶信息和項(xiàng)目信息，用SQLServer2000實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)了與用戶交互必需的存儲過程以及觸發(fā)器，也使用SQLServer2000，主要完成以下功能：初始化新用戶信息矩陣；插入新項(xiàng)目時更新所有用戶的信息矩陣；用戶點(diǎn)擊項(xiàng)目時更新該用戶對項(xiàng)目的評價；刪除項(xiàng)目時更新所有用戶的信息矩陣。用戶訪問層主要涉及網(wǎng)頁與用戶的交互和調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層的存儲過程，在這里不做詳細(xì)的介紹。

推薦算法完成整個個性化推薦的任務(wù)，用Java實(shí)現(xiàn)。

(1)數(shù)據(jù)連接類DataCon。該類完成與SQLServer2000數(shù)據(jù)庫的連接，在連接之前必須要下載三個與SQLServer連接相關(guān)的包，即msutil.jar、msbase.jar和mssqlserver.jar。

(2)數(shù)據(jù)操作類DataControl。該類負(fù)責(zé)推薦算法與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換，靜態(tài)成員Con調(diào)用DataCon.getcon()獲得數(shù)據(jù)庫連接，然后對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行各種操作。把所有方法編寫成靜態(tài)，便于推薦算法中不創(chuàng)建對象就可以直接調(diào)用。

(3)RecmmendSource與CurrentUserNeighbor。這兩個類作為FCRecommand類的內(nèi)部類，RecmmendSource用于保存當(dāng)前用戶的推薦列表，包括推薦項(xiàng)目號和推薦度；CurrentUserNeighbor用于保存鄰居信息，包括鄰居ID號、相似度及其訪問信息。

(4)協(xié)同過濾推薦算法FCRecommand。該類實(shí)現(xiàn)了整個推薦算法，主要分為鄰居形成方法FCArithmetic和推薦形成方法GenerateRecommend。

下面給出方法FCArithmetic的關(guān)鍵代碼：

Matrixuser_item=this.User_Item_Arry();//獲取用戶—項(xiàng)目矩陣

user_item=this.SVD_Calculate(user_item);//調(diào)用SVD降維方法

Vectorc_uservector=newVector();//當(dāng)前用戶向量

Vectoro_uservector=newVector();//其他用戶向量

Vectorc_user_correlate_vector=newVector();

//當(dāng)前用戶與其他用戶之間相似度向量

for(inti=0;ifor(intj=0;jc_uservector.addElement(user_item.get(i,j));

//1.獲得當(dāng)前用戶向量

for(intk=0;ko_uservector.clear();

for(intl=0;lo_uservector.addElement(user_item.get(k,l));

//2.獲得其他用戶的向量

//3.計(jì)算當(dāng)前用戶與其他用戶的相似度

usercorrelativity=this.Correlativity(c_uservector,o_uservector);

c_user_correlate_vector.addElement(usercorrelativity);

}

//4.根據(jù)當(dāng)前用戶與其他用戶的相似度，計(jì)算其鄰居

this.FindUserNeighbor(i,c_user_correlate_vector);

}

根據(jù)鄰居形成方法FCArithmetic，可以得到每個用戶的鄰居。作為測試用例，圖6顯示用戶Jack與系統(tǒng)中一部分用戶的相似度，可以看出它與自己的相似度必定最高；并且它與用戶Sugx訪問了相同的項(xiàng)目，它們之間的相似度也為1，具有極高的相似度。

4結(jié)束語

在傳統(tǒng)推薦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前生物信息學(xué)網(wǎng)站的特點(diǎn)，提出一個基于生物信息平臺的推薦系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)生物信息網(wǎng)站平臺信息迷茫的缺點(diǎn)，為用戶推薦其感興趣物種的DNA或蛋白質(zhì)序列。

優(yōu)點(diǎn)在于協(xié)同過濾的推薦算法能發(fā)現(xiàn)用戶潛在的興趣，能促進(jìn)生物學(xué)家之間的交流；推薦算法的鄰居形成與推薦形成兩部分可以單獨(dú)運(yùn)行，減少了系統(tǒng)的開銷。進(jìn)一步的工作是分析生物數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及生物數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，增加用戶和項(xiàng)目數(shù)量，更好地發(fā)揮推薦系統(tǒng)的優(yōu)勢。

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生物信息學(xué)范文第2篇

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；教材；師范院校

20世紀(jì)80年代末以來，生物信息學(xué)以驚人的發(fā)展速度，獲得了很多突破性成就，正日益成為生命科學(xué)在21世紀(jì)發(fā)展的核心內(nèi)容。對于未來生物科學(xué)中堅(jiān)力量的現(xiàn)代生物科學(xué)工作者而言，掌握生物信息學(xué)的相關(guān)知識尤為重要。

作為一門新興的課程，生物信息學(xué)課程在全國很多高等院校都已經(jīng)開設(shè)，并進(jìn)行了一些卓有成效的探索和改革。我們結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐和相關(guān)學(xué)校的教學(xué)現(xiàn)狀，對師范院校生物信息學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、師資力量、教學(xué)模式和方法、跨學(xué)科合作、教學(xué)實(shí)踐實(shí)施情況等方面的現(xiàn)狀進(jìn)行了積極分析和思考。目前，師范院校生物信息學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀如下。

一、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)資源缺乏

生物信息學(xué)是一門新興的學(xué)科，在高等院校開設(shè)時間較晚，我國對生物信息學(xué)專業(yè)精品課程的建設(shè)方面投入不夠，成熟的生物信息學(xué)教學(xué)大綱、教案、多媒體課件、教學(xué)視頻和習(xí)題等教學(xué)資源稀少。目前，市場上也缺乏相關(guān)的生物信息學(xué)教學(xué)多媒體課件和音像制品輔導(dǎo)材料等相關(guān)產(chǎn)品，造成生物信息學(xué)教學(xué)資源匱乏的現(xiàn)狀。

目前師范院校所用教材大多數(shù)是徐程主編的《生物信息與數(shù)據(jù)處理》，蔣彥等編著的《基礎(chǔ)生物信息學(xué)及應(yīng)用》等幾種不同版本的教材。這些教材在知識性、科學(xué)性和系統(tǒng)性方面還行，但是在教學(xué)內(nèi)容的新穎性、時效性和實(shí)踐性以及生物相關(guān)背景的介紹和對師范院校的適用性等方面有所欠缺。生物信息學(xué)的知識日新月異，新的數(shù)據(jù)庫、新的軟件、新的算法層出不窮，而生物信息學(xué)的課堂往往不能及時地將最新進(jìn)展呈現(xiàn)給學(xué)生，導(dǎo)致課堂內(nèi)容陳舊，不利于學(xué)生的發(fā)展和對生物信息知識的合理掌握，從而影響了生物信息學(xué)教學(xué)的質(zhì)量。

二、師資力量缺乏

生物信息學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，需要熟練掌握計(jì)算機(jī)與生物學(xué)知識的老師來授課。然而，實(shí)際上，由于缺少生物信息學(xué)的專業(yè)教師，教授該學(xué)科的教師多為生物學(xué)其他課程兼任，這些老師往往缺乏專門的生物信息學(xué)訓(xùn)練，在知識的傳授和應(yīng)用方面存在欠缺。與生物信息學(xué)教學(xué)要求存在著較大的差距，不能很好地滿足教學(xué)大綱的要求。另外，師范院校通常將生物信息學(xué)作為選修課來開設(shè)，該課程在專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)方案中的地位偏低，造成相關(guān)部門對師資培養(yǎng)不夠重視。

三、教學(xué)模式和方法落后

由于生物信息學(xué)課程涉及大量的數(shù)據(jù)庫和軟件知識，教師普遍采用多媒體教學(xué)。而多媒體課件的容量通常很大，學(xué)生忙于筆記，難以把握重難點(diǎn)。同時，幻燈片展示的知識點(diǎn)猶如放電影一般一閃而過，學(xué)生沒有足夠的時間思考和消化，跟不上教師的進(jìn)度。教師進(jìn)行多媒體教學(xué)時，往往是一堂課上從頭講到尾，語調(diào)缺乏抑揚(yáng)頓挫，沒有起伏，學(xué)生很容易昏昏欲睡。因此，教師雖然使用的是先進(jìn)的教學(xué)工具，采用模式的卻是傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，只管埋頭照本宣科，不管學(xué)生接收領(lǐng)悟多少。學(xué)生為了達(dá)到期末考試標(biāo)準(zhǔn)，只顧死記硬背，這樣的教育讓學(xué)生失去創(chuàng)新精神和主動思考的能力，失去對生物信息課程的興趣。

四、缺乏與相關(guān)學(xué)科的合作交流

生物信息學(xué)實(shí)際上是生物學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科。然而一般高校往往只在生命科學(xué)學(xué)院開設(shè)生物信息學(xué)，由生物學(xué)老師來擔(dān)任授課老師。由于對計(jì)算機(jī)科學(xué)知識的缺乏，導(dǎo)致生物專業(yè)教師對生物信息學(xué)課程很難深入開展；另一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)由于沒有開設(shè)生物信息學(xué)課程，使學(xué)生不能了解到生物信息學(xué)的重要性，以及如何使計(jì)算機(jī)科學(xué)更快更好地發(fā)揮其在生物信息學(xué)中的作用。總的來說，生物信息學(xué)課程的建設(shè)欠缺相關(guān)學(xué)科的協(xié)作，不能有效地整合資源，不利于培養(yǎng)復(fù)合型人才。

五、缺乏實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)有的生物信息學(xué)課程也有一些實(shí)踐內(nèi)容，但實(shí)踐課時數(shù)少，內(nèi)容相對簡單，缺乏系統(tǒng)完善的實(shí)踐過程。教師為學(xué)生講授具體知識時，通常只通過多媒體課件演示操作，并沒有為學(xué)生設(shè)置具體的動手操作步驟。使得學(xué)生對信息反饋遲鈍，印象不深刻，不容易掌握方法。生物信息學(xué)實(shí)踐教學(xué)并不需要價格昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要一網(wǎng)的電腦和一些相關(guān)的分析軟件便可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。然而，目前的狀況是，生物信息學(xué)課程中真正開展實(shí)踐性教學(xué)的內(nèi)容少之又少。

生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，教學(xué)水平的提高也需要在大量的教學(xué)實(shí)踐中不斷總結(jié)和完善。我們通過分析發(fā)現(xiàn)，在師范院校生物信息學(xué)教學(xué)中仍存在很多問題，其原因是多方面的，需要教學(xué)工作者進(jìn)一步深入探討并提出切實(shí)可行的策略。

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生物信息學(xué)范文第3篇

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；考試；網(wǎng)絡(luò)

生物信息學(xué)（Bioinformatics）是建立在分子生物學(xué)的基礎(chǔ)上，隨著20世紀(jì)90年代人類基因組計(jì)劃的實(shí)施以及高通量自動化測序技術(shù)的應(yīng)用而誕生的。生物信息學(xué)是以DNA和蛋白質(zhì)序列等數(shù)據(jù)為核心，綜合運(yùn)用高等數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)工具，通過數(shù)據(jù)庫的建立、生物學(xué)數(shù)據(jù)的檢索、生物學(xué)數(shù)據(jù)的處理、生物學(xué)數(shù)據(jù)的利用（計(jì)算生物學(xué)）等，以達(dá)到詮釋數(shù)據(jù)中的生物學(xué)意義的目的。目前生物信息學(xué)的主要的研究方向有：序列比對、基因識別、基因重組、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)反應(yīng)的預(yù)測，以及建立進(jìn)化模型等。[1，2]生物信息學(xué)作為一門新型交叉學(xué)科，我國很多高校先后在生物科學(xué)、生物技術(shù)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)等專業(yè)開設(shè)了生物信息學(xué)課程。此外，北京大學(xué)、清華大學(xué)和浙江大學(xué)等部分高校還在高校招生中增設(shè)了生物信息學(xué)專業(yè)。按照教學(xué)規(guī)律，生物信息學(xué)是在學(xué)生掌握生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)知識的基礎(chǔ)上開設(shè)的。通過生物信息學(xué)課程的學(xué)習(xí)，不僅可以加深對分子生物學(xué)和基因工程等課程的理解，而且可以為進(jìn)一步學(xué)習(xí)基因組學(xué)（Genomics）和蛋白質(zhì)組學(xué)（Protemics）奠定基礎(chǔ)。[3]我校在國內(nèi)較早地涉足該課程的教學(xué)工作，筆者于2007年開始在生物技術(shù)和生物科學(xué)專業(yè)本科生中開設(shè)了生物信息學(xué)課程，其中生物技術(shù)專業(yè)作為必修課程，生物科學(xué)專業(yè)列為選修課程。對本科生而言，通過該課程的學(xué)習(xí)，要求獲得如下生物信息學(xué)的知識和技能：（1）熟練掌握和使用生物信息學(xué)中的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，包括DNA序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、已測定全序列的動植物和微生物的完整基因組數(shù)據(jù)庫以及國內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫。（2）熟練掌握DNA和蛋白質(zhì)序列的同源性比較和分析。（3）能分析DNA序列轉(zhuǎn)錄翻譯成氨基酸序列的結(jié)構(gòu)和功能。（4）熟練掌握生物信息學(xué)常用的分析軟件。實(shí)際操作能力是生物信息學(xué)教學(xué)過程中需要重點(diǎn)培養(yǎng)的能力。另一方面，考試是對學(xué)生知識和能力的一種測量，它的功能是量化學(xué)生的知識和能力，以及通過考試促進(jìn)學(xué)生的知識和能力的增長提高?？荚囀墙虒W(xué)過程中的一個重要的環(huán)節(jié)，是檢查學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度、應(yīng)用所學(xué)知識的綜合能力及衡量教師教學(xué)效果的主要形式，它可以督促學(xué)生全面系統(tǒng)地復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)的知識和技能，是評定學(xué)生成績的有效手段。科學(xué)、合理的考試，可以使學(xué)生明了學(xué)習(xí)的差距，自動調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)方向，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，教師亦可通過考試了解教學(xué)效果，調(diào)節(jié)和改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，充分發(fā)揮考試的導(dǎo)向作用，提高教學(xué)質(zhì)量。[4，5]

一、常規(guī)考試方法在生物信息學(xué)課程考試中存在的問題

常規(guī)傳統(tǒng)的考試方式是每位學(xué)生使用同一份完全同的試卷，在同一時間中進(jìn)行考試。對于生物信息學(xué)課程來說，由于其課程的特點(diǎn)所限，在考試整個過程中，為了完成試卷中操作題的解答，需要使用聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，因此，生物信息學(xué)課程常規(guī)的考試方式是每位學(xué)生發(fā)給考題完全相同的紙質(zhì)試卷，學(xué)生將答案寫在紙質(zhì)的考卷上，其中操作題利用聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)完成操作后將答案寫在紙質(zhì)的試卷上。我們自2007年開始經(jīng)過5年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，常規(guī)傳統(tǒng)的考試方法存在一些亟待解決的問題。由于參加考試的每位學(xué)生是同一份完全相同的試卷，同時考試過程中必須使用聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，根據(jù)考試結(jié)果中出現(xiàn)少量完全雷同的卷面顯示，雖然考試過程中有監(jiān)考教師的嚴(yán)格監(jiān)督和巡查，依然有少量的學(xué)生通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的及時在線信息系統(tǒng)，如：QQ、MSN、e-mail等，相互傳遞試題的答案并進(jìn)行比對，因此，在客觀上難以徹底杜絕考試作弊現(xiàn)象。鑒于這種情況，迫切需要探索一種新的考試方式，克服傳統(tǒng)考試方式的局限性，以適應(yīng)生物信息學(xué)課程的特點(diǎn)和需要，達(dá)到更加客觀、科學(xué)、公正地評價學(xué)生考試和課程成績的目的。

二、新的考試方法的探索——網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的構(gòu)建

為解決上述生物信息學(xué)課程考試中出現(xiàn)的問題，筆者構(gòu)建了生物信息學(xué)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，以便替代傳統(tǒng)的考試方法（圖1）。本考試系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

第一，建立較大容量的試題庫。試題庫中題型包括選擇題、判斷題、簡答題和操作題等四種題型，分別含有500、100、50和50道題。每套完整的試題滿分為100分，其中設(shè)置為選擇題50分（每題1分，共50小題）、判斷題10分（每題1分，共10題）、簡答題20分（每題5分，共4題）、操作題20分（每小題10分，共2題），每套試卷也可以根據(jù)考試需要重新設(shè)置每種題型的分值和題目數(shù)量。試題庫題目主要以《基礎(chǔ)生物信息學(xué)及其應(yīng)用》和《簡明生物信息學(xué)》等教材為依據(jù)。[6，7]題庫中的題目考核內(nèi)容涵蓋教材的所有章節(jié)和主要知識點(diǎn)，其中的操作題目覆蓋課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。

第二，自動隨機(jī)組卷。隨機(jī)組題方式設(shè)置2種，一是全體參加考試的學(xué)生試卷中所有試題都相同，但每道題目的題號前后順序有別；二是每位學(xué)生的試卷中不僅試題的題號順序不同，而且試題也不完全相同。兩種組題方式各有利弊，前者能保證每位學(xué)生的試卷難度系數(shù)完全相同，但只是學(xué)生的試卷中試題的順序不同，題目依然還是相同的；后者則能保證徹底杜絕參加考試的學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)比對試題答案的可能，但由于每位學(xué)生的試題不同，因此可能導(dǎo)致不同的學(xué)生之間的試題難度系數(shù)存在一定的差異。兩種不同的組題方式還有待在今后的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行比較和科學(xué)選擇。

第三，自動閱卷和人工閱卷方式相結(jié)合。閱卷方式中設(shè)置客觀試題（包括選擇題和判斷題）自動閱卷和自動評分，主觀題（包括簡答題和操作題）采用在計(jì)算機(jī)上人工閱卷。同時也留有全部設(shè)置為人工閱卷的后臺操作系統(tǒng)。

第四，考試時間設(shè)置倒計(jì)時?？梢园凑諏W(xué)校的考試時間安排，設(shè)置固定時長的考試時間，考試開始后設(shè)置的固定時長開始倒計(jì)時，到點(diǎn)后自動保存試卷和答案并關(guān)閉考試系統(tǒng)。參加考試的學(xué)生也可以點(diǎn)擊按鈕保存試卷和答案提前交卷。此外，考試系統(tǒng)主界面還設(shè)置了課程的一些相關(guān)信息（如授課教師、學(xué)校名稱、課程簡介等），并設(shè)置將來將考試系統(tǒng)轉(zhuǎn)入網(wǎng)絡(luò)課程一部分的鏈接，為將來進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展該考試系統(tǒng)提供了窗口。

科學(xué)、合理、公正的考試，對課程教學(xué)可以起積極促進(jìn)作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生個性的發(fā)展；反之，則不僅不利于教學(xué)，而且會挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自尊心，阻礙學(xué)生創(chuàng)造力和個性的發(fā)展。筆者構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)自動組題的生物信息學(xué)考試系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)生物信息學(xué)課程的客觀公正的考試，在客觀上徹底杜絕考試作弊現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到科學(xué)檢測學(xué)生對生物信息學(xué)課程基礎(chǔ)知識和操作能力掌握的情況，客觀公正地評價學(xué)生的考試成績和課程成績。

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生物信息學(xué)范文第4篇

生物信息學(xué)教學(xué)模式探索任務(wù)引領(lǐng)生物信息學(xué)是用數(shù)理和信息科學(xué)的觀點(diǎn)、理論和方法研究生命現(xiàn)象、組織和分析呈現(xiàn)指數(shù)增長的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的一門學(xué)科，它是生物醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、信息科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的嶄新交叉學(xué)科。生物信息學(xué)幾乎是今后所有生物（醫(yī)藥）研究開發(fā)所必需的工具。

21世紀(jì)是生物科學(xué)的世紀(jì)。近年，我國生物技術(shù)公司對生物信息學(xué)人員的相關(guān)需求也迅速增加，浙江理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)在進(jìn)行了行業(yè)調(diào)研并進(jìn)行專業(yè)課程體系構(gòu)建研究后，于2006年定位和開設(shè)了生物信息學(xué)課程。該門課程經(jīng)過8年多的建設(shè)后，對教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)、課程目標(biāo)的設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)教法的選擇等方面進(jìn)行了卓有成效的探索，這些探索所形成的結(jié)論，可為即將開設(shè)或正在進(jìn)行該課程教學(xué)改革的學(xué)校提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

一、生物信息學(xué)的課程特點(diǎn)

諾貝爾獎獲得者W.Gilbert1991年提出了這樣一個觀點(diǎn)：傳統(tǒng)生物學(xué)解決問題的方式是實(shí)驗(yàn)的，而現(xiàn)在，基于全部基因都將知曉，并以電子可操作的方式駐留在數(shù)據(jù)庫中，新的生物學(xué)研究模式的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)是理論的，是一個科學(xué)家先從理論推測出發(fā)設(shè)定研究目標(biāo)，然后再回到實(shí)驗(yàn)中去追蹤或驗(yàn)證這些理論假設(shè)。而生物信息學(xué)研究正是從英特網(wǎng)上源源不斷地采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、歸類與重組，發(fā)現(xiàn)新線索、新現(xiàn)象和新規(guī)律，用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作設(shè)計(jì)，是一條既快又省的研究路線。它對于找尋一個研究項(xiàng)目的突破口是非常重要的，選定合適的研究出發(fā)點(diǎn)，可避免許多不必要的重復(fù)，最大程度節(jié)約研究資源，使研究成果最大化。鑒于該門技術(shù)對生物科學(xué)的理論、實(shí)踐要求以及對信息技術(shù)掌握的要求，生物信息學(xué)課程與其他課程的教學(xué)有很大不同。

1.在課程目標(biāo)定位中，提高學(xué)生對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力是該門課程的重要目標(biāo)之一。學(xué)生必需使用強(qiáng)大的搜索功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、檢索和分析，學(xué)校在教學(xué)資源配置上必需向此傾斜。

2.該門課程學(xué)科交叉性強(qiáng)，所涉及的生物及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的相關(guān)知識更新都很快，導(dǎo)致其理論和實(shí)踐內(nèi)容不斷推陳出新，這使得在教學(xué)內(nèi)容選擇上要緊跟這些更新，不斷進(jìn)行調(diào)整。

3.課程教學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)，同時涉及生物技術(shù)專業(yè)實(shí)踐和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)踐，這需要教師在授課過程中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律合理安排實(shí)踐項(xiàng)目，發(fā)揮好這兩種技術(shù)的協(xié)同作用。

二、生物信息學(xué)課程教學(xué)模式探索

1.教學(xué)目標(biāo)與其所培養(yǎng)學(xué)生的核心技能

合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求與授課對象的實(shí)際情況。經(jīng)過對該門課程教學(xué)對象的研究發(fā)現(xiàn)，在生物專業(yè)課程體系下培養(yǎng)的本科生，其前導(dǎo)課程主要集中在生物領(lǐng)域，通常沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、編程等知識。對信息檢索、模型建立、軟件的識別及應(yīng)用的能力相當(dāng)薄弱。因此，本門課程將提高學(xué)生的信息技術(shù)能力也作為一個重要的課程目標(biāo)。學(xué)生在本門課程中將學(xué)習(xí)與生物技術(shù)相關(guān)的各種數(shù)據(jù)庫和軟件的使用。當(dāng)然，對學(xué)生信息技術(shù)能力的要求也定位在能使用、會使用就行，不需要將學(xué)生掌握生物數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和軟件開發(fā)作為課程教學(xué)的目標(biāo)。

在課程目標(biāo)的設(shè)定過程中，應(yīng)牢記高校對文化的傳承的功能，要使學(xué)生了解生物信息學(xué)發(fā)展的歷程。在生物信息學(xué)學(xué)科發(fā)展過程中所涌現(xiàn)出來的著名學(xué)者，眾所周知的震撼人心、啟迪心靈的奇聞秩事，能使學(xué)生對這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣，甚至更深刻地領(lǐng)會這門課程的含義。

熟練掌握生物數(shù)據(jù)庫的檢索和使用是生物信息學(xué)課程教學(xué)的首要目標(biāo)。到目前為止，生物學(xué)數(shù)據(jù)庫總數(shù)已達(dá)500個以上，在DNA序列方面有GenBank、EMBL和DDBJ等；在蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)方面有UniProt、SWISS-PROT、PIR和MIPS等；在蛋白質(zhì)和其他生物大分子的結(jié)構(gòu)方面有PDB等；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類方面有SCOP和CATH等。各數(shù)據(jù)庫均通過Internet提供多種形式的數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。例如，NCBI-GenBank數(shù)據(jù)庫就提供Retrieve（Email），Entrez（Web集成信息檢索）及Query（Email集成檢索）等多種方式的檢索服務(wù)。這類檢索服務(wù)是生物數(shù)據(jù)庫所能提供的多種服務(wù)中最基本的信息共享和應(yīng)用服務(wù)，也是生物專業(yè)學(xué)生和科研工作者經(jīng)常使用的。在教學(xué)過程中需通過設(shè)計(jì)檢索任務(wù)來完成對這些數(shù)據(jù)庫使用方法的學(xué)習(xí)，如通過生物數(shù)據(jù)庫檢索家蠶profilin基因的相關(guān)信息。

增強(qiáng)學(xué)生使用生物信息處理軟件的能力，是生物信息學(xué)課程教學(xué)的重要目標(biāo)。在世界各地，科學(xué)家每天都要通過序列比對軟件進(jìn)行成千上萬次的序列比對。學(xué)生需要通過課程的學(xué)習(xí)熟練掌握各種生物信息處理軟件，有時還有必要進(jìn)行一些簡單程序的設(shè)計(jì)，進(jìn)而掌握發(fā)現(xiàn)新線索、查找新規(guī)律的工具。例如，目前，借助于生物信息手段的蛋白質(zhì)預(yù)測是提供蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能信息的重要方法，對這種預(yù)測方法的學(xué)習(xí)將使學(xué)生更多更快地了解蛋白質(zhì)的信息，加深對生物技術(shù)科學(xué)的理解和運(yùn)用。除了生物數(shù)據(jù)庫和生物軟件使用學(xué)習(xí)外，還要著重體現(xiàn)生物學(xué)文獻(xiàn)調(diào)研和閱讀、論文撰寫等基本能力的訓(xùn)練，如EndNote文獻(xiàn)管理軟件的使用。

2.教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)順序的組織

生物信息學(xué)的課程教學(xué)內(nèi)容的選擇，要緊隨生物信息學(xué)的發(fā)展方向，涵蓋最前沿知識和最先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。與此同時，教學(xué)內(nèi)容的選擇還應(yīng)充分考慮學(xué)生基礎(chǔ)和對該門課程的需求。生物信息學(xué)選課學(xué)生通常有兩類，一類是具有較為扎實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生，他們學(xué)習(xí)目的非常明確，其學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于提高對生物信息實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的分析解釋和驗(yàn)證能力。另一類是生物學(xué)基礎(chǔ)相對較弱的學(xué)生，這些學(xué)生主要是為了了解生物信息學(xué)發(fā)展前沿、掌握檢索能力以及初步的分析技能，對分析、處理、預(yù)測結(jié)果的驗(yàn)證涉及不多。無論哪種學(xué)生，都比較欠缺信息技術(shù)方面的知識，因此，這類知識在前面部分介紹。而后面部分則隨學(xué)生的類型有所改變，我們根據(jù)授課學(xué)生的分類選擇不同的授課內(nèi)容和授課重點(diǎn)，嘗試據(jù)此來劃分教學(xué)組織的各個階段，在每個教學(xué)節(jié)點(diǎn)精心設(shè)置任務(wù)（如表1所示）。

與其他課程的教學(xué)一樣，生物信息學(xué)課程的教學(xué)需遵守學(xué)生對知識的掌握規(guī)律，其內(nèi)容的選擇與安排應(yīng)按照循序漸進(jìn)的原則。從第一階段到第二階段，教學(xué)內(nèi)容“由易到難”。隨著教學(xué)過程的深入，課程內(nèi)容更側(cè)重于對生物信息學(xué)某一專業(yè)領(lǐng)域的引導(dǎo)，此時授課教師的指導(dǎo)更加重要，這類領(lǐng)域往往與開課院系專業(yè)的優(yōu)勢研究領(lǐng)域和導(dǎo)師研究方向相結(jié)合。

3.課程教學(xué)方法的改革

生物信息學(xué)是一門涉及知識面深刻而廣泛，學(xué)生獨(dú)立自學(xué)的難度很大的交叉科學(xué)。依據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論的特點(diǎn)，這類難度大、技術(shù)性和實(shí)踐性強(qiáng)的課程要特別重視以學(xué)生為教學(xué)主體的教學(xué)方法，應(yīng)嘗試從任務(wù)引領(lǐng)入手，將生物信息學(xué)的一些重要學(xué)習(xí)內(nèi)容逐步展現(xiàn)出來。

在生物信息學(xué)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于任務(wù)引領(lǐng)，設(shè)定與學(xué)生生活相貼近的、接合學(xué)科發(fā)展前沿的引領(lǐng)任務(wù)。例如，可以從高水平雜志（Nature、Science）上根據(jù)任務(wù)引領(lǐng)的關(guān)鍵詞搜索綜述，根據(jù)綜述總結(jié)出該任務(wù)發(fā)展脈絡(luò)，提煉教學(xué)任務(wù)，將較為抽象的計(jì)算機(jī)算法、生物學(xué)基礎(chǔ)知識融于任務(wù)中，使學(xué)生有積極參與的意愿。及時將任務(wù)相關(guān)工具提供給學(xué)生，或是提前引導(dǎo)學(xué)生自己查詢工具，使學(xué)生有完成任務(wù)的基礎(chǔ)。

學(xué)生在每個節(jié)點(diǎn)都非常清晰地知道下個節(jié)點(diǎn)的主題，并在完成教師的任務(wù)過程中，構(gòu)建局部知識框架，形成自己的見解。教師需在課堂上和課堂以外及時掌握學(xué)生對各個節(jié)點(diǎn)知識的掌握情況，找到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，針對重點(diǎn)、難點(diǎn)解惑，提高教學(xué)效果。這樣可以使選擇的教學(xué)任務(wù)吸引學(xué)生、引領(lǐng)學(xué)科前沿，還能在教學(xué)過程與學(xué)生的互動中有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

4.重視切合課程設(shè)計(jì)的教材編寫

生物信息學(xué)不同于其他學(xué)科，其很多內(nèi)容和知識節(jié)點(diǎn)更新很快，很多最新成果必須教師根據(jù)生物信息學(xué)發(fā)展前沿及時整理和總結(jié)，其教學(xué)內(nèi)容設(shè)置著重于保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前沿性。教材的更新和修訂周期較短，幾乎每學(xué)期均需要重新修訂。

2001年，教育部在[2001]4號文件中明確要求直屬高校的“本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)”，在信息技術(shù)、生物科學(xué)、管理、金融、法律等專業(yè)力爭在3年內(nèi)使外語講授的課程達(dá)到所開課程的5%～10%，尤其強(qiáng)調(diào)了生物科學(xué)更要先行一步?，F(xiàn)實(shí)情況也使英文自編教材的編寫刻不容緩，現(xiàn)在，絕大部分前沿生物數(shù)據(jù)信息（最主要的核酸和蛋白質(zhì)）數(shù)據(jù)庫均為全英文操作界面，操作者只有熟練掌握生物信息學(xué)英文術(shù)語才能自如地使用該系統(tǒng)，才能更有效的進(jìn)行生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)和研究工作。在英文自編教材編寫時，理論部分的參考書我們精心應(yīng)選定了具有非常嚴(yán)謹(jǐn)理論體系和反應(yīng)了最前沿生物信息技術(shù)的《BIOINFORMATICS：Databases，Tools， and Algorithms》。編寫時需要特別注意應(yīng)依據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)來設(shè)定來序化任務(wù)，突出不同教學(xué)階段的教學(xué)重點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)過程是個循序漸進(jìn)的過程。我校采用的自編教材根據(jù)教學(xué)階段共設(shè)置五個引領(lǐng)任務(wù)：

（1）Pubmed檢索profilin基因研究進(jìn)展；

（2）家蠶profilin基因結(jié)構(gòu)分析與PCR擴(kuò)增引物的設(shè)計(jì)；

（3）家蠶profilin基因同源序列的獲取與進(jìn)化樹的構(gòu)建；

（4）家蠶profilin蛋白二級和三級結(jié)構(gòu)的模擬；

（5）家蠶profilin蛋白理化性質(zhì)和功能位點(diǎn)的分析.

5.合理配置網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源

首先，學(xué)會利用互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件進(jìn)行生物信息分析的基本方法和技能本身就是生物信息學(xué)教學(xué)重點(diǎn)。以往普通的多媒體教室已難以提供一個交互式的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的教學(xué)環(huán)境，如果想上好生物信息學(xué)這門課程，網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源的應(yīng)用，將貫穿于整個生物信息學(xué)課程（從任務(wù)下發(fā)及申領(lǐng)、任務(wù)控制及執(zhí)行、任務(wù)完成結(jié)果檢驗(yàn)與反饋）的整個教與學(xué)的過程。而我們通過極域電子教室和學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺結(jié)合，較好的實(shí)現(xiàn)了生物信息學(xué)交互式的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的教學(xué)環(huán)境。

課前，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺將任務(wù)教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)序列、工具等傳遞給學(xué)生，學(xué)生通過登陸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用網(wǎng)絡(luò)資源和軟件嘗試完成預(yù)習(xí)任務(wù)。此處可以設(shè)置學(xué)情反饋點(diǎn)，教師通過網(wǎng)絡(luò)論壇等形式掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況。授課過程中，教師利用教師機(jī)客戶端的文件分發(fā)系統(tǒng)將任務(wù)教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)序列、工具等發(fā)送到學(xué)生桌面，再通過廣播教學(xué)多媒體技術(shù)為學(xué)生形象的講解任務(wù)內(nèi)容以及完成方法。每位學(xué)生在教師的監(jiān)督下在互聯(lián)網(wǎng)上執(zhí)行任務(wù)。教師在監(jiān)控學(xué)生完成任務(wù)過程中，不斷的得到學(xué)生任務(wù)進(jìn)程的反饋，對于任務(wù)中學(xué)生出現(xiàn)共性問題，利用網(wǎng)絡(luò)、廣播教學(xué)或演示等形式及時解決。課下，學(xué)生同樣可通過學(xué)校4A網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將任務(wù)報(bào)告、作業(yè)、問題和意見等反饋給教師，教師在平臺上批改任務(wù)報(bào)告后將成績和評語發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生及時了解自己的學(xué)習(xí)情況，師生還可以通過平臺中的網(wǎng)絡(luò)論壇進(jìn)行問題討論等。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生物信息學(xué)任務(wù)引領(lǐng)式教學(xué)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能創(chuàng)造更為有效的師生互動信息教學(xué)環(huán)境。

三、結(jié)束語

經(jīng)過多年的生物信息學(xué)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果想建設(shè)好生物信息學(xué)課程，我們需要設(shè)定非常清晰的教學(xué)目標(biāo)，理清課程需要培養(yǎng)學(xué)生的核心技能；結(jié)合行業(yè)發(fā)展的技術(shù)前沿精心選擇教學(xué)內(nèi)容，合理序化教學(xué)順序；要依據(jù)建構(gòu)教學(xué)理論，重視以學(xué)生為教學(xué)主體的教學(xué)方法，嘗試從任務(wù)引領(lǐng)入手引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；要重視切合課程設(shè)計(jì)的教材編寫，理論部分引自精選英文參考書，設(shè)計(jì)教材結(jié)構(gòu)應(yīng)切合任務(wù)引領(lǐng)的教學(xué)方法；合理配置網(wǎng)絡(luò)資源和多媒體教學(xué)資源，加強(qiáng)學(xué)生互動，為成功地實(shí)現(xiàn)“反轉(zhuǎn)課堂”提供保障。

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生物信息學(xué)范文第5篇

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；生物技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）36-0197-03

一、生物信息學(xué)課程的教學(xué)背景

生物信息學(xué)（Bioinformafics）是一門集數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及生物學(xué)等多學(xué)科交叉而形成的新興熱點(diǎn)學(xué)科，實(shí)質(zhì)就是利用信息科學(xué)與技術(shù)解決生物學(xué)問題。它的內(nèi)涵目前包含了分子生物大數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內(nèi)的所有方面。依據(jù)分子生物大數(shù)據(jù)的類型不同，生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)對象分布在基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等不同水平層次的數(shù)據(jù)以及跨層次的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和表觀遺傳修飾等縱向連接。依據(jù)學(xué)科任務(wù)的不同，生物信息學(xué)一方面要組織好生物大數(shù)據(jù)的儲存和獲取，一方面要開發(fā)優(yōu)良的算法和工具軟件對生物大數(shù)據(jù)教學(xué)分析，同時還要利用這些生物大數(shù)據(jù)和工具來產(chǎn)生新的生物學(xué)認(rèn)識，為下游的濕實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。近年來，隨著高通量生物大數(shù)據(jù)檢測技術(shù)，如基因芯片技術(shù)、高通量測序技術(shù)等的發(fā)展，生物信息學(xué)已經(jīng)在生物、醫(yī)學(xué)、藥物開發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用等眾多領(lǐng)域普及推廣了起來。大量的生物數(shù)據(jù)急迫地需要處理，相應(yīng)地產(chǎn)生了對生物信息專門人才的廣泛需求。

因此，《生物信息學(xué)》課程也快速地在各院校大學(xué)生教學(xué)中開展了起來，甚至在局部高校產(chǎn)生了生物信息學(xué)本科專業(yè)。然而在實(shí)際的教學(xué)中也伴隨著種種問題，影響了該課程的教學(xué)效果。本文現(xiàn)就近年來在生物背景的學(xué)生中所開展的生物信息學(xué)的教學(xué)實(shí)踐淺談一點(diǎn)體會，對其存在的問題和對策作一論述。

二、生物信息學(xué)課程教學(xué)改革

（一）教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)

生物信息學(xué)屬于多學(xué)科交叉學(xué)科，需要在分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、高等數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)編程等的課程基礎(chǔ)上進(jìn)行講授。不同學(xué)科基礎(chǔ)以及不同來源的生物數(shù)據(jù)反映在教學(xué)內(nèi)容上，生物信息學(xué)的一個特點(diǎn)就是信息量大。它囊括了概率統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)語言、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)、生物數(shù)據(jù)庫介紹、序列比對、分子進(jìn)化分析、基因組序列分析、基因注釋與功能分類、基因表達(dá)譜分析、蛋白質(zhì)表達(dá)與結(jié)構(gòu)分析、生物分子網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算表觀遺傳學(xué)等眾多的內(nèi)容模塊。

從歷史發(fā)展角度看，這些內(nèi)容以基因組測序?yàn)橹黧w，生物信息學(xué)的發(fā)展可以劃分為3個階段：前基因組時代、基因組時代以及后基因組時代（又稱為功能基因組時代）。以人類基因組計(jì)劃的完成為時間節(jié)點(diǎn)標(biāo)記，目前的生物信息學(xué)已經(jīng)進(jìn)入到了功能基因組學(xué)時代。因此，體現(xiàn)在當(dāng)前的生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容上的另外一個特點(diǎn)就是“新”。

（二）教材的選擇

生物信息學(xué)教學(xué)內(nèi)容的以上特征要求在教材的選擇上更需要全面衡量考慮。由于對生物信息學(xué)知識的大量需求，目前教材市場上的相關(guān)書籍也琳瑯滿目，選擇余地較大。我們推薦的教材是科學(xué)出版社2010年第二版的Instant Notes Bioinformatics，由T. Charlie Hodgman等人編寫[1]。這本書的教學(xué)內(nèi)容以基因組的生物信息學(xué)分析為主體，兼顧概率統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)、代謝組學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)知識和后續(xù)功能基因組分析。其中尤以序列比對、打分矩陣、系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建分析為核心內(nèi)容。這種課程設(shè)置把龐大的生物信息學(xué)體系縮小集中在了序列分析部分，這樣既便于學(xué)生系統(tǒng)充分地掌握生物信息學(xué)知識，又兼顧了學(xué)科的發(fā)展基礎(chǔ)和趨勢。

另外，本教材為英文教材，這適應(yīng)了生物信息學(xué)快速發(fā)展的要求，讓學(xué)生近距離地體驗(yàn)到學(xué)科前沿氣息。為了擴(kuò)大學(xué)生的知識渠道來源，我在教學(xué)中推薦了幾種不同類型的參考書籍。其中，David W. Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和本校陶士珩教授主編的《生物信息學(xué)》，在教學(xué)內(nèi)容以及體系上均和本教材較為相近[2，3]。喬納森.佩夫斯納著，孫之榮主譯的《生物信息學(xué)與功能基因組學(xué)》則更側(cè)重功能基因組學(xué)的內(nèi)容[4]。李霞主編的《生物信息學(xué)》在內(nèi)容全面、豐富的同時，也較為側(cè)重功能基因組學(xué)的內(nèi)容，同時還強(qiáng)調(diào)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用和研究熱點(diǎn)[5]。

該書使用了彩印版，同時伴有光盤、習(xí)題集以及參考答案，目前在教材市場上較為受歡迎。最后，考慮到生物學(xué)背景的學(xué)生在計(jì)算機(jī)實(shí)際動手能力方面相對較為弱勢，我在教學(xué)中還特別推薦了幾本結(jié)合生物信息學(xué)與編程語言的書籍供同學(xué)們課后學(xué)習(xí)。這些教材包括：A.基于Perl語言的《Beginning Perl for Bioinformatics》、《Mastering Perl for Bioinformatics》；B.基于R語言的《R Programming for Bioinformatics》；C.基于Python語言的《Bioinformatics Programming Using Python》[6-9]。

（三）學(xué)時和考核方式的設(shè)定

生物信息學(xué)課程盡管面臨學(xué)科發(fā)展的迫切需要，教學(xué)內(nèi)容廣泛而眾多，但由于大學(xué)本科生的學(xué)時學(xué)分限制，目前我們的相關(guān)教學(xué)僅包括32學(xué)時的理論學(xué)時以及兩周的生物信息學(xué)實(shí)習(xí)。為了彌補(bǔ)學(xué)時不足的限制，我們更突出強(qiáng)調(diào)了實(shí)際表現(xiàn)的考核方式?？己顺煽冎械钠綍r成績由30%上升到40%，包括平時表現(xiàn)、隨堂測驗(yàn)以及課后作業(yè)等。

（四）存在的主要問題與解決辦法

1.激發(fā)興趣。由于所教授的學(xué)生為生物學(xué)背景，不少學(xué)生均對數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等數(shù)理課程較為恐懼，缺乏學(xué)習(xí)興趣和韌性。這是本課程講授過程中所面臨的第一大問題。為此，我嘗試了多種教學(xué)辦法進(jìn)行解決，取得了一定的效果。

（1）去除學(xué)生的恐懼心理。從心理學(xué)上講，恐懼的形成源于過去失敗經(jīng)歷的陰影以及對于未知事物的不確定性。因此，我在教學(xué)中注意突出生物學(xué)在生物信息學(xué)中的重要地位，以生物信息學(xué)領(lǐng)域的成功科學(xué)家為例，破除以往失敗經(jīng)歷的陰影。同時，適當(dāng)?shù)貪饪s教學(xué)內(nèi)容，降低學(xué)生對未知事物不確定性的恐懼。

（2）激發(fā)學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的熱情。通過教學(xué)的互動，讓學(xué)生在互動中消除對生物信息學(xué)的陌生感，熟悉生物信息學(xué)，激起學(xué)習(xí)的欲望。

（3）在學(xué)習(xí)中感受生物信息學(xué)發(fā)展的脈搏。通過介紹生物信息學(xué)的發(fā)展史，對比歷史上類似的科學(xué)發(fā)展歷程，讓學(xué)生深刻地領(lǐng)悟到當(dāng)前的生物信息學(xué)在學(xué)科史中的定位。

（4）在實(shí)踐中感受生物信息學(xué)的魅力。比如，在進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建的講授中，同學(xué)們可以看到由于數(shù)學(xué)算法的使用，原本枯燥無味的序列數(shù)據(jù)居然能夠反映物種和基因的進(jìn)化歷程。通過教學(xué)中的改革實(shí)踐，同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣有了較大的提升。

2.夯實(shí)基礎(chǔ)。生物學(xué)背景的學(xué)生另外一個特點(diǎn)是數(shù)理基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語言編程能力相對較為薄弱。在教學(xué)過程中，我首先注意引導(dǎo)學(xué)生揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮學(xué)生在生物學(xué)理解能力上的優(yōu)勢，避免進(jìn)入基礎(chǔ)性的數(shù)學(xué)算法糾纏中。同時，讓學(xué)生認(rèn)識到，作為一個交叉性的學(xué)科，生物信息學(xué)的上下游學(xué)科鏈較長，同學(xué)們可以根據(jù)自身?xiàng)l件選擇進(jìn)入不同的環(huán)節(jié)。比如，擅長基礎(chǔ)性的算法工具軟件開發(fā)的同學(xué)可以進(jìn)入上游的理論環(huán)節(jié)，擅長生物學(xué)理解的同學(xué)可以使用這些工具進(jìn)入下游的生物信息應(yīng)用領(lǐng)域。第三，在課程設(shè)置上，著重加強(qiáng)生物信息學(xué)方向的數(shù)理基礎(chǔ)課程，比如生物統(tǒng)計(jì)、Linux以及Perl語言等，改善生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在生物信息學(xué)方向的薄弱環(huán)節(jié)。最后，向同學(xué)們強(qiáng)調(diào)，注意在學(xué)習(xí)的過程中提高學(xué)習(xí)能力才是根本。讓同學(xué)們意識到，基礎(chǔ)不是問題，只要提高了學(xué)習(xí)能力，持之以恒地去實(shí)踐，均能學(xué)好本門課程。

3.緊跟前沿。生物信息學(xué)是一門前沿性很強(qiáng)的學(xué)科。為了既能提高學(xué)生的知識水平，又提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，這就要求在教學(xué)中既要恰當(dāng)?shù)丶舨弥R結(jié)構(gòu)和體系，又要有提供充分的學(xué)習(xí)鍛煉空間。為此，我們將課程設(shè)置為雙語課程，這樣做的好處是既不耽誤知識的學(xué)習(xí)，又能適當(dāng)?shù)靥岣邔W(xué)生的適應(yīng)能力，為學(xué)生在將來英文環(huán)境較普遍的生物信息學(xué)領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)研究應(yīng)用打下扎實(shí)基礎(chǔ)。同時，為了更適應(yīng)將來學(xué)生對生物信息的使用環(huán)境，同時也為了降低難度，我們的雙語課程更側(cè)重閱讀、理解能力的提高，以避免簡化為英語學(xué)習(xí)課，和普通的英文課程內(nèi)容的重疊。另外，前沿性很強(qiáng)的生物信息學(xué)處處蘊(yùn)藏著創(chuàng)新的機(jī)會，在教學(xué)過程中，我注意鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新意識。比如，學(xué)生在上課過程中的一些小想法，我鼓勵其大膽投入，形成研究性論文。

4.注重實(shí)踐性。生物信息學(xué)在教學(xué)中既要注重對學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變的教育，形成用生物信息學(xué)去看待生物大數(shù)據(jù)的思想，而不僅僅是解決某個具體生物學(xué)問題的“小工具”，又要求學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中具備一定的實(shí)踐能力。由于長久以來的教育體制和學(xué)習(xí)習(xí)慣的制約，同學(xué)們的學(xué)習(xí)重點(diǎn)仍然集中在知識的記憶、考試的應(yīng)付上面，缺乏對實(shí)際動手能力的正確認(rèn)識。這給生物信息學(xué)這門課程的教學(xué)，特別是實(shí)踐教學(xué)帶來了較大的壓力。為此，我在教學(xué)中著重采用身邊的典型案例教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。比如，以往屆學(xué)生由于其突出的實(shí)踐能力最后促成了他畢業(yè)就業(yè)的成功為例，說明動手能力的重要性。貫穿在課程教學(xué)中，我對學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的理念是鼓勵其獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)，盡量少干涉，允許其在實(shí)踐中犯錯誤，在犯錯中學(xué)習(xí)提高。經(jīng)過思想觀念的轉(zhuǎn)變、實(shí)踐中的反復(fù)雕琢提高，學(xué)生們的實(shí)踐動手能力都得到了較好的提升。

三、結(jié)語

生物信息學(xué)是一門快速發(fā)展的新型熱門學(xué)科，其發(fā)展與生命科學(xué)發(fā)展是相輔相成的。本文針對《生物信息學(xué)》的教學(xué)進(jìn)行了一些探討，特別是針對生物背景學(xué)生的教學(xué)進(jìn)行了深入集中的研究。

本文認(rèn)為，只有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)基礎(chǔ)，注重實(shí)踐動手能力，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿趨勢，這樣才能切實(shí)做好生物信息學(xué)的課程教學(xué)工作，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，以此滿足我國目前該領(lǐng)域?qū)θ瞬诺慕逃枰囵B(yǎng)出具有一定的實(shí)踐操作能力和很強(qiáng)的創(chuàng)新能力的大學(xué)生。

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