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生物信息學方向范文第1篇

關(guān)鍵詞： 生物信息學 研究生教學 實踐

1.引言

生物信息學（bioinformatics）是一門新興的交叉學科，生物學與醫(yī)學、數(shù)學、計算機科學是其中三個主要組成部分。生物信息學作為跨越生命科學和信息科學兩大熱點領(lǐng)域的學科，擁有蓬勃的生命力。面對人類基因組計劃所產(chǎn)生的龐大的分子生物學信息，生物信息學的重要性已越來越突出，它無疑將會為生命科學的研究帶來革命性的變革。［1］［2］國內(nèi)外對生物信息學的人才需求也在激增。

目前，生物信息學在我國尚處于起步階段，因為要進行生物信息學的研究，對人員要求很高，需要深厚的生物大分子結(jié)構(gòu)和功能方面的背景知識，需要扎實的應(yīng)用數(shù)學或統(tǒng)計學知識，還需要精通計算機，至少得具備三者之二。但實際情況是大部分從事生物學研究的人不熟悉計算機，而從事計算機科學的人員多數(shù)又缺乏對生物學的了解。盡管如此，生物信息學的教育在國內(nèi)外高等院校及科研機構(gòu)越來越普及。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國超過30個高?；蚩蒲袡C構(gòu)開設(shè)生物信息學專業(yè)課程。［3］這些研究與教育一般分散在多個系所屬的多個專業(yè)中，如生命科學院（北京大學等）、計算機學院（哈爾濱工業(yè)大學等）、理學院（天津大學等），我校是由計算機學院開設(shè)全校公共課。不同學校根據(jù)自身的情況，在開設(shè)生物信息學這門課時，側(cè)重點都不一樣。如果由醫(yī)學院的教師授課，則側(cè)重點可能在致病基因的研究方面，［4］計算機專業(yè)教師授課則可能側(cè)重于數(shù)據(jù)庫的管理、查詢等方面，［5］理學院的教師授課則可能側(cè)重于生物信息學中的數(shù)學問題。筆者是計算機專業(yè)出身的，研究方向為圖像處理與模式識別，所以主要從計算機和數(shù)學的角度去授課。另外，研究生教學又與本科生教學［6］不同，研究生教學更加應(yīng)該注重培養(yǎng)學生的主動學習意識和綜合能力。筆者將教學實踐中的心得進行了初步的總結(jié)，以供商榷。

2.注重培養(yǎng)學生的學習興趣

從培養(yǎng)學生的學習興趣出發(fā)，在課堂教學過程中，充分利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，如圖像、視頻等。比如在介紹模式生物時，可以給出各種模式生物的圖像；在介紹各種各樣的生物數(shù)據(jù)庫時，可以在課堂上現(xiàn)場上網(wǎng)登陸數(shù)據(jù)庫，演示和介紹各個數(shù)據(jù)庫的特點和使用方法等。研究生不同于本科生，本科生可能比較習慣于教師的灌輸性教學，而研究生教學更加鼓勵學生主動自覺地學習。這從“研究”一詞的英文解釋“re-search”――再（“re-”）探索（“search”）中也可以看出。教師在研究生學習過程中主要起引路的作用，而不可能手把手帶著學生研究。生物信息學更是如此，它是一門新興的交叉學科，很多理論和研究內(nèi)容還不成熟，需要科學工作者不斷地探索。因此，通過生動形象的啟發(fā)式課堂教學，培養(yǎng)學生的學習興趣，對學生以后的進一步研究有著重要的作用和意義。

3.注重培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)

在生物信息學的上課過程中安排幾次學生的課堂報告。具體做法是：由教師或?qū)W生在國外重要期刊（如Bioinformatics）或會議上找與學生自身的研究方向比較相近的生物信息學方面的最新文獻，然后幾個學生一組共同針對某幾篇文獻進行閱讀、理解，最后以報告的形式跟大家一起交流和討論。在這個過程中，可以培養(yǎng)學生的如下幾個方面的能力：

（1）搜尋資料的能力?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)非常發(fā)達，網(wǎng)絡(luò)資源也非常豐富，如何從紛繁復雜的網(wǎng)絡(luò)資源中找到自己所需的資料不是一件容易的事。學生可以通過學校購買的數(shù)據(jù)庫進行查找適合自己的文獻資料，也可以通過搜索引擎進行查找。通過這個過程，學生可以了解有哪些數(shù)據(jù)庫可以利用，哪些網(wǎng)站資源比較豐富，以及選擇什么關(guān)鍵詞進行查找比較有效，等等。

（2）閱讀外文文獻的能力。學生在本科階段一般沒有讀外文文獻的習慣，而進入研究生學習階段，為了了解和研究國際前沿領(lǐng)域，就必須閱讀大量外文文獻，畢竟國外的科技實力在很多方面還是處于領(lǐng)先位置的。給學生指定幾篇優(yōu)秀的外文文獻進行閱讀和理解，可以一定程度上鍛煉學生閱讀外文文獻的能力。因為要想真正理解文獻的內(nèi)容，就必須對文獻進行仔細認真的閱讀和研究。

（3）團結(jié)協(xié)作的能力。每個課堂報告都是由幾個學生共同參與完成的，在這過程中有組織協(xié)調(diào)和分工的問題，這需要大家共同努力，團結(jié)協(xié)作。團結(jié)協(xié)作在當今社會越來越被推崇，所以培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作的能力對于他們以后進入社會很有幫助。從實際執(zhí)行的情況看，效果還不錯。比如有的學生數(shù)學基礎(chǔ)好，他就負責理解文獻中的公式和算法部分；有的學生計算機能力比較強，他就負責編程實現(xiàn)、課件制作等。

（4）口頭表達的能力。課堂報告的最后陳述和討論可以鍛煉學生的口頭表達能力。有的學生平時很少有作報告的機會，所以口頭表達的能力得不到鍛煉。本課程提供給學生一次口頭表達能力鍛煉的機會，讓學生體會到如何組織報告內(nèi)容、如何把自己理解的內(nèi)容介紹給聽眾是比較有效的，是容易被大家理解和接受的。

4.理論與實踐相結(jié)合，鼓勵交叉性研究

為了做到學有所用，筆者從每個學生自身的研究方向出發(fā)，為每個學生指定與其研究方向相關(guān)的生物信息學方面的最新文獻進行閱讀和理解。鼓勵學生進行跨學科切交叉性研究，將所學的生物信息學知識應(yīng)用于實際的研究中，或者利用已掌握的知識促進生物信息學的研究。比如課堂上的計算機學院的學生有研究圖像處理與模式識別的，就給他們安排一些生物圖像處理、基因識別等方面的文獻。這種交叉性的學習和研究，有可能激發(fā)學生的靈感，獲得比較大的創(chuàng)新性成果。

5.結(jié)語

生物信息學課程教學的實踐表明，學生經(jīng)過這門課程的學習，學到了一定的內(nèi)容，如對生物信息學這門課有了比較清楚的了解和認識、綜合素質(zhì)得到了一定的提高、找到了一些適合自己的研究切入點等?？偟膩碚f，教學效果不錯，但還需要進一步探索，進一步完善。

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生物信息學方向范文第2篇

關(guān)鍵詞：生物信息學；課堂研討；案例分析

作者簡介：劉偉（1979-），女，遼寧鐵嶺人，國防科技大學機電工程與自動化學院，講師；張紀陽（1979-），男，湖南泌陽人，國防科技大學機電工程與自動化學院，講師。（湖南?長沙?410073）

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0060-02

21世紀是生命科學的世紀，生物技術(shù)飛速發(fā)展，生物學數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學科，旨在用信息學方法解決生物學問題。為了培養(yǎng)復合型人才，大力發(fā)展交叉學科，國防科技大學（以下簡稱“我?！保┙陙砻嫦蛉＠砉た蒲芯可_設(shè)了“生物信息學”選修課程。

“生物信息學”作為新興的交叉學科，具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點。[1]融合性是指生物信息學涉及的生物、計算機、數(shù)學等多個學科的交叉與融合。從20世紀90年代到現(xiàn)在，該學科發(fā)展非常迅速，研究熱點發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點一方面為課堂教學提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認真分析，選定研討式教學作為該課程的主要授課方式。研討式教學即研究討論式教學，是將研究與討論貫穿于教學的全過程。[2]在教師的具體指導下，充分發(fā)揮學生的主體作用，通過自我學習、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養(yǎng)。[3]通過確立教學目標，精心設(shè)計和組織教學內(nèi)容，在實踐中貫徹研討式教學理念和方法，在生物信息學課程中對研討式教學模式進行了理論探索和實踐創(chuàng)新。

一、教學目標的確立

合理的課程目標與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對象的實際情況。首先，教學對象是研究生，已具備一定的自主學習和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學生具備獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學生，以后從事的工作可能涉及很多學科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學科方向進行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學生不同的知識背景，對于各部分內(nèi)容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業(yè)方向，讓每個學生都能有所收獲。因此，確立教學目標為：介紹生物信息學的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學研究的基本方法和實踐過程。

二、教學內(nèi)容的設(shè)計和組織

1.教學內(nèi)容的總體設(shè)計

確定了教學目標之后，需要對課程的教學內(nèi)容進行總體設(shè)計。參考國內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置，如北京大學的“生物信息學導論”、中科大的“生物信息學”、中科院的“生物信息學與系統(tǒng)生物學”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對生物專業(yè)的學生開設(shè)，側(cè)重于方法學介紹。而我校學生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計和機器學習方法有一定基礎(chǔ)，重點是了解相關(guān)的生物學問題，并應(yīng)用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學的快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷擴大，有必要展現(xiàn)該學科的最新進展。

因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計上以生物學問題為主線，結(jié)合最新的研究成果，對各種計算方法的應(yīng)用過程進行深入和細致的講解。在介紹生物信息學的研究現(xiàn)狀和生物學基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學最新的研究進展，各專題在內(nèi)容上相互銜接，由淺入深，以便學生理解和接受。以問題為導向的課程設(shè)計對于啟發(fā)學生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。

進一步，為了突出部分重點專題及其分析方法，采用案例分析課的形式，針對一些重要問題進行深入探討。鼓勵學生應(yīng)用所學知識，結(jié)合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結(jié)合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應(yīng)用和科學研究過程產(chǎn)生切身體會。

2.教學內(nèi)容的組織

研討式教學的關(guān)鍵是調(diào)動學生的積極性，鼓勵學生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學習和吸取老教師的成功經(jīng)驗，總結(jié)調(diào)動學生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進行了認真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當。由于生物信息學涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進行取舍，在保證知識面的基礎(chǔ)上，突出授課的重點。減少或刪除重要性較低的部分，采用圖片和動畫等形式對重要的知識點加以強調(diào)，以深化學生的理解。只有學生對重點內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學習興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。

（2）新穎有趣，實例豐富。在課程內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)知識性和趣味性，以豐富的實例展現(xiàn)生物信息學中基本的概念和方法。學生往往關(guān)注與日常生活休戚相關(guān)的內(nèi)容，期望能用所學知識解釋常見現(xiàn)象，因此實例選擇應(yīng)貼近生活體驗。課件中準備了大量的實例，例如，在講完構(gòu)建進化樹之后，舉例說明為什么人類的祖先是從非洲走出來的；在生物代謝一章，通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，討論為什么濕著頭發(fā)睡覺，頭發(fā)容易變翹。通過實例分析，增加學生對于所學知識的理解和參與課堂研討的積極性。

生物信息學方向范文第3篇

 

關(guān)鍵詞： 生物信息學 農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域 應(yīng)用

“生物信息學”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學者lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學自產(chǎn)生以來，大致經(jīng)歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個發(fā)展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項目首席科學家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計劃（human genome project，hgp）的所有目標全部實現(xiàn)［3］。這標志著后基因組時代（post genome era，pge）的來臨，是生命科學史中又一個里程碑。生物信息學作為21世紀生物技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點闡述生物信息學在農(nóng)業(yè)模式植物、種質(zhì)資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設(shè)計開發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進展。

1.生物信息學在農(nóng)業(yè)模式植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃（npgi），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經(jīng)濟價值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計劃是與人類基因組工程（hgp）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達、蛋白質(zhì)互作、蛋白質(zhì)和核酸的定位、代謝物及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等，從而從分子水平上了解細胞的結(jié)構(gòu)和功能［5］。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學數(shù)據(jù)庫研究平臺有植物轉(zhuǎn)錄本（ta）集合數(shù)據(jù)庫tigr、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫plantgdb、研究玉米遺傳學和基因組學的mazegdb數(shù)據(jù)庫、研究草類和水稻的gramene數(shù)據(jù)庫、研究馬鈴薯的pomamo數(shù)據(jù)庫，等等。

2.生物信息學在種質(zhì)資源保存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，它包括許多農(nóng)藝性狀（如抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等）的等位基因。植物種質(zhì)資源庫是指以植物種質(zhì)資源為保護對象的保存設(shè)施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質(zhì)資源庫，在我國也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫。種質(zhì)入庫保存類型也從單一的種子形式，發(fā)展到營養(yǎng)器官、細胞和組織，甚至dna片段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應(yīng)用各種分子標記來鑒定種質(zhì)資源。例如微衛(wèi)星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質(zhì)資源進行分子標記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此需要建立生物信息學數(shù)據(jù)庫和采用分析工具來實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和計算機分析等［7］。

3.生物信息學在農(nóng)藥設(shè)計開發(fā)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物，以及礦物中進行篩選，得到一個可供臨床使用的藥物要耗費大量的時間與金錢。生物信息學在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過程中關(guān)鍵性的分子靶標、闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，從而指導設(shè)計能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發(fā)之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學為藥物研發(fā)提供了新的手段［8，9］，導致了藥物研發(fā)模式的改變［10］。目前，生物信息學促進農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設(shè)計出兩種具有與唾液酸酶結(jié)合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結(jié)合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經(jīng)進入臨床試驗階段。tang sy等學者研制出新一代抗aids藥物saquinavir［12］。pungpo等已經(jīng)設(shè)計出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物［13］。楊華錚等人設(shè)計合成了十多類數(shù)百個除草化合物，經(jīng)生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。

現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開生物信息技術(shù)的參與，隨著生物信息學技術(shù)的進一步完善和發(fā)展，將會大大降低藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。

4.生物學信息學在作物遺傳育種研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關(guān)分子基礎(chǔ)的進一步闡明，人們可以利用生物信息

學的方法，先從模式生物中尋找可能的相關(guān)基因，然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點。農(nóng)作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列、分子標記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，可通過建立生物信息學數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎(chǔ)上，育種學家就可以應(yīng)用計算機模型來提出預測假設(shè)，從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。

5.生物信息學在生態(tài)環(huán)境平衡研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

在生態(tài)系統(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運轉(zhuǎn)，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學在環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用在控制環(huán)境污染方面，主要通過數(shù)學與計算機的運用構(gòu)建遺傳工程特效菌株，以降解目標基因及其目標污染物為切入點，通過降解污染物的分子遺傳物質(zhì)核酸 dna，以及生物大分子蛋白質(zhì)酶，達到催化目標污染物的降解，從而維護空氣［16］、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。

美國農(nóng)業(yè)研究中心（ars） 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫（ppd） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環(huán)境中轉(zhuǎn)運和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術(shù)大學（toyohashi university of technology） 多環(huán)芳烴危險性有機污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環(huán)保局綜合風險信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（iris） 涉及 600種化學污染物，列出了污染物的毒性與風險評價參數(shù)，以及分子遺傳毒性參數(shù)［17］。除此之外，生物信息學在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡(luò)的普及，情報、信息等學科的資源共享，勢必會創(chuàng)造出一個環(huán)境微生物技術(shù)信息的高速發(fā)展趨勢。

6.生物信息學在食品安全研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品在加工制作和存儲過程中各種細菌數(shù)量發(fā)生變化，傳統(tǒng)檢測方法是進行生化鑒定，但所需時間較長，不能滿足檢驗檢疫部門的要求，運用生物信息學方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進而運用pcr法［19］、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重熒光定量pcr等技術(shù)，可快速準確地檢測出細菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術(shù)也是未來食品病毒檢測的發(fā)展方向。

轉(zhuǎn)基因食品檢測是通過設(shè)計特異性的引物對食品樣品的dna提取物進行擴增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫信息的及時更新，可準確了解各國新出現(xiàn)和新批準的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時對檢驗方法進行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限，但隨著食品安全檢測數(shù)據(jù)庫的不斷完善，相信相關(guān)的生物信息學技術(shù)將在食品領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

生物信息學廣泛用于農(nóng)業(yè)科學研究的各個領(lǐng)域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報部門，以及信息中介服務(wù)機構(gòu)提供相關(guān)服務(wù)，通過出版物、信息共享平臺、數(shù)字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學發(fā)展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學能夠更好地為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。

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生物信息學方向范文第4篇

一、前言

生物信息學（Bioinformatics）是隨著現(xiàn)代生命科學的發(fā)展而興起的交叉學科，旨在為生物學研究提供信息處理的支撐，從海量數(shù)據(jù)中挖掘生物信息，實現(xiàn)對生命科學問題的研究。生物信息學包含了對核酸和蛋白質(zhì)的序列和結(jié)構(gòu)信息的獲取、處理、存儲、分布、分析和解釋等各個方面的分析研究，是通過綜合利用生物學、計算機科學和信息技術(shù)等手段，來認識生命的起源、進化、遺傳和發(fā)育的本質(zhì)，揭示海量數(shù)據(jù)中蘊含的生命奧秘或生物學內(nèi)在規(guī)律的一門科學[1]。隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展，人類與其他物種基因組計劃相繼實施和完成，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，尤其是近年來的各種組學數(shù)據(jù)，如蛋白質(zhì)組、代謝組、基因組、轉(zhuǎn)錄組等生物學數(shù)據(jù)，生物信息學將在解讀基因組序列中的功能信息等方面發(fā)揮巨大的作用[2]。

二、生物信息學課程開展的現(xiàn)狀

生命科學的迅猛發(fā)展、生物技術(shù)在社會發(fā)展中的應(yīng)用越來越廣泛，例如產(chǎn)前診斷、遺傳并篩查、腫瘤靶向治療等生物信息學相關(guān)的醫(yī)學應(yīng)用，生物信息學的作用和地位也越來越重要。研究機構(gòu)和高等院校，特別是息息相關(guān)的醫(yī)學院校，迫切需要通過各種形式的教學，系統(tǒng)地培養(yǎng)新的復合型研究力量的醫(yī)學工作者。因此，醫(yī)學院校針對醫(yī)學相關(guān)學生開展與其專業(yè)緊密結(jié)合的生物信息學課程已經(jīng)成為必然趨勢[3]。目前，國內(nèi)許多醫(yī)學院校相繼開設(shè)了生物信息學課程，將生物信息學作為必修或者選修課程。由于生物信息課程教學尚處于剛剛起步的探索階段，尚未形成一個完整的課程建設(shè)體系，再加上生物信息學研究的范圍廣、相關(guān)數(shù)據(jù)與分析工具資源繁多、涉及多學科知識尚缺乏系統(tǒng)成熟的理論方法，正處在迅速發(fā)展中等一系列特點，如何開展生物信息學教學尚有待探索。因此，生物信息學課程的教育理念、教學內(nèi)容、方式和方法等迫切需要根據(jù)自身專業(yè)特點，科學確立教學目標，及時系統(tǒng)地總結(jié)規(guī)劃教學內(nèi)容，探索和改革教學方法，以適應(yīng)醫(yī)學專業(yè)背景學生的學習，對于促進醫(yī)學生自身綜合素質(zhì)的提高有重要意義。本文結(jié)合南京醫(yī)科大學本科學生（主要為醫(yī)學相關(guān)專業(yè)學生，非生物信息學專業(yè)學生）開展的生物信息學課程進行調(diào)研和改進，對該課程的學生的反饋意見及各教研室教師的建議進行了深入分析。本著以學生需要為原則，針對學生的專業(yè)背景，適當調(diào)整教學內(nèi)容和方法，理論教學與上機實踐有機結(jié)合，側(cè)重將生物信息學的思維融入解決生物醫(yī)學的問題，行成一套完整的、合理可行的醫(yī)學生物信息學課程理論、實驗教學方案。進而達到專業(yè)與課程相結(jié)合，激發(fā)學生的學習興趣，從而達到較好的教學效果。

三、教學內(nèi)容及方法的具體實踐

（一）針對醫(yī)學專業(yè)學生，優(yōu)化教學內(nèi)容

生物信息學作為一門發(fā)展迅猛的多學科交叉的前沿學科，理論、研究方法、研究內(nèi)容尚在不斷完善和更新中，其內(nèi)容繁多復雜，更需要進行精心的選擇裁剪和編排組織，才能在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)既定的教學目標，使學生學習到有用的知識。教學中應(yīng)充分結(jié)合當前研究前沿和進展、時刻更新教學內(nèi)容，更應(yīng)該根據(jù)學生的不同專業(yè)背景適當調(diào)整教學內(nèi)容和教學方法。在醫(yī)學院校中，更要針對不同專業(yè)及背景的學生，制訂具有專業(yè)特色的教學大綱。教學應(yīng)以學生的需求為前提，結(jié)合不同專業(yè)背景、就業(yè)選擇方向，調(diào)整培養(yǎng)方案和優(yōu)化授課內(nèi)容，以滿足他們的需求，使學生能夠?qū)W有所用。比如，針對臨床專業(yè)的學生，生物信息學教學應(yīng)該偏重醫(yī)學研究中的方法和成果，本科教學注重轉(zhuǎn)化醫(yī)學、生物技術(shù)應(yīng)用成果的普及，研究生教學注重利用生物信息手段和方法解決科研學習中遇到的實際問題；而針對法醫(yī)專業(yè)的學生，教學應(yīng)該偏重新一代高通量測序技術(shù)的原理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果意義等方面。針對目前醫(yī)學院校中研究方向多元化的背景，強調(diào)教學與科研共促進，通過科研時刻關(guān)注、追蹤學科前沿，將最新的研究成果和在醫(yī)學上的應(yīng)用展示給學生，豐富教育資源，使學生能在其他課程的學習時學以致用，從而高質(zhì)量的完成教學任務(wù)。生物信息學亦是眾多科學研究工作中強有力的必不可少的研究手段，教學反過來也可促進科研的進一步開展和深入。因此，教學和科研相結(jié)合，可以拓寬知識面，全面了解生物信息學和相關(guān)學科最新進展，不斷為科研提供新的思路，不斷的完善生物信息學教學體系。只有堅持教學與科研同時進行、并緊跟科學前沿，并做到及時納入最新的研究成果，更新教學內(nèi)容，才能給予學生高質(zhì)量的前沿教學[4]。

（二）基于計算機的實驗教學，鍛煉動手能力

在生物信息學教學中，計算機實踐教學是不可缺少的部分，理論和實踐的有機結(jié)合才能達到更好的教學效果。只有親自動手進行生物數(shù)據(jù)的分析，學生才能建立一個感官的、多方面的認識。優(yōu)化上機內(nèi)容、改進上機教學方法，使得理論知識在上機教學中可以得到實現(xiàn)，實際操作充分理解理論課內(nèi)容，由此激發(fā)學生動手實踐的激情和信心，更好地掌握知識。所以在生物信息的教學中，上機實驗課程應(yīng)該占據(jù)較大的比例，并通過生動的課堂練習培養(yǎng)學生的興趣。實驗課內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)該考慮醫(yī)學相關(guān)專業(yè)學生的背景，根據(jù)醫(yī)學問題作為出發(fā)點，以如何解決這些問題作為主線設(shè)計課程。所以，通過了解當前醫(yī)生常用的科研手段或當前醫(yī)院正在開展的臨床檢測項目，設(shè)計相關(guān)實驗課程、增加應(yīng)用性實踐教學，并結(jié)合最新研究成果和基礎(chǔ)到臨床應(yīng)用的實例、以及項目原理及優(yōu)缺點，可以調(diào)動學生學習的主動性。例如，針對臨床專業(yè)開展常用的生存分析的原理和分析流程的實踐教學；針對法醫(yī)專業(yè)，開展常用的STR（短串聯(lián)重復序列）作為親權(quán)鑒定標志物的序列特點和可視化的教學等。另外，生物信息學本身是多學科交叉融合，知識面廣而雜，其相關(guān)數(shù)據(jù)庫資源，以及生物信息學工具、算法和軟件等均更新迅速。在理論教學中，授課教師時刻密切關(guān)注學科發(fā)展前沿、并將最新研究成果及學術(shù)發(fā)展動態(tài)，而在實驗課授課中，更應(yīng)該注重教會學生，充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，獨立開展課題、綜合分析、解決問題。例如，?榱聳寡?生了解當前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享的環(huán)境下，如何從網(wǎng)上搜索網(wǎng)絡(luò)資源、下載數(shù)據(jù)，我們下載了多種不同類型的數(shù)據(jù)，包括測序數(shù)據(jù)、芯片數(shù)據(jù)、注釋數(shù)據(jù)等，然后再從實際數(shù)據(jù)出發(fā)上機操作，介紹分析的方法和工具。

四、生物信息在醫(yī)學相關(guān)專業(yè)的應(yīng)用

基礎(chǔ)科研成果的積累逐漸帶來了臨床應(yīng)用的突破，而生物信息學的技術(shù)和數(shù)據(jù)在臨床應(yīng)用的重要性也愈加重要。目前，醫(yī)療上的應(yīng)用主要有生育健康、遺傳病檢測、傳染病藥物研發(fā)、腫瘤診斷及治療等幾大方面[5]。2014年7月國家衛(wèi)生計生委承認基因測序技術(shù)在產(chǎn)前診斷的應(yīng)用，批準了基因測序診斷產(chǎn)品的上市，2015年3月27日，國家衛(wèi)生計生委醫(yī)政醫(yī)管局又通過了第一批腫瘤診斷與治療項目高通量基因測序技?g臨床試點單位。一些大型醫(yī)院已經(jīng)把基因診斷作為患者必需的診斷項目，特別是產(chǎn)前無創(chuàng)診斷，很多醫(yī)院也正在籌建基因檢測中心。目前國內(nèi)每年新增癌癥患者300萬人左右，且發(fā)病率呈上漲趨勢，腫瘤的基因檢測和靶向治療已經(jīng)成為提高腫瘤治療效果的一條重要途徑。產(chǎn)前診斷和精準醫(yī)療的飛速發(fā)展所帶來的巨大臨床應(yīng)用，亟需懂臨床一線的醫(yī)生了解前沿科技、懂生物信息、會臨床應(yīng)用。根據(jù)市場反饋的情況，未來基因檢測在臨床上應(yīng)用所占比例會越來越大，醫(yī)學工作者對生物信息知識的需求也越來越高。

生物信息學方向范文第5篇

關(guān)鍵詞：生物信息學 課堂教學 實驗教學 現(xiàn)代教育技術(shù)

前言

生物信息學(Bioinformatics)是一門新興的交叉學科。廣義地說，生物信息學從事對生物信息的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋，并綜合運用數(shù)學、計算機科學和生物學工具，以達到理解數(shù)據(jù)中的生物學含義的目標［1］。其含義是雙重的:一是對海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務(wù)，即管理好這些數(shù)據(jù);二是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，也就是使用好這些數(shù)據(jù)。以1987年出現(xiàn)Bioinformatics這一詞匯為標志，生物學已不再是僅僅基于試驗觀察的科學。伴隨著21世紀的到來，生物學的重點和潛在的突破點已經(jīng)由20世紀的試驗分析和數(shù)據(jù)積累，轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)分析及其指導下的試驗驗證上來。生物信息學作為一門學科被廣泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具對生物學發(fā)展至關(guān)重要，因此成為生命科學研究型人才必須掌握的現(xiàn)代知識。今天的實驗生物學家，只有利用計算生物學的成果，才能跳出實驗技師的框架，作出真正創(chuàng)新的研究?，F(xiàn)在基因組信息學和后基因組信息學資源已經(jīng)成了地球上全人類的共同財富。如何獲取和利用基因組和后基因組學提供的大量信息，如何具有享用全人類共有的資源的初步能力，成了當今世紀生命科學學生必須掌握的基本技術(shù)和知識以及必須具有的初步能力［2］。

生物信息學以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，數(shù)據(jù)庫為載體，利用數(shù)學知識、各種計算模型，并以計算機為工具，進行各種生物信息分析，以理解海量分子數(shù)據(jù)中的生物學含義。區(qū)別于其他生命科學課程，其在教學過程中要求有發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)和計算機作為必備條件。調(diào)查顯示國內(nèi)高校都已建立校園網(wǎng)，其中擁有1000M主干帶寬的高校已占調(diào)查總數(shù)的64.9%，2005年一些綜合類大學和理工類院校已率先升級到萬兆校園網(wǎng)［3］，這些都為生物信息學課程在高校開設(shè)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。該門課程與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)密不可分，在教學工作中充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)較其他課程更具優(yōu)勢。另外，該門課程尚未完全形成成熟的課程體系，為教師學習借鑒先進的教育思想與教學實踐經(jīng)驗，在各方面嘗試教學改革提供了廣闊的空間。

1 課堂教學

生物信息學主要以介紹原理、方法為主，深入淺出，注重知識更新。課堂講授以介紹生物信息學的相關(guān)算法、原理、方法為主，而這也是教學的重點和難點。在教學中對于這部分內(nèi)容應(yīng)遵循深入淺出、避繁就簡的原則，結(jié)合具體實例分析算法，避免空洞復雜的算法講解，以免學生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產(chǎn)生畏懼心理，望而生畏;注重講解算法的思想和來龍去脈，讓學生真正掌握解決問題的思路，培養(yǎng)其科學思維能力，并采用探討式教學鼓勵學生思考，通過討論與研究的方式循序漸進地掌握復雜的內(nèi)容，介紹相關(guān)的教學和物理學知識，使學生充分體會到生物信息學與其他學科的關(guān)系及其他學科的思想方法對于生物科學的重要性，培養(yǎng)其自覺地將其他學科的方法和思想應(yīng)用于解決生物學問題的科學素質(zhì)。在教學工作中教師必須能夠緊跟學科發(fā)展方向，隨時進行知識更新，了解最新的前沿動態(tài)，掌握新方法，將最新的知識和方法教給學生。同時，也要在教學中鼓勵學生通過各種途徑自覺地關(guān)注學科發(fā)展動態(tài)，拓寬知識面，培養(yǎng)其自學能力和創(chuàng)新意識。

2 充分利用現(xiàn)代化教育技術(shù)，采用啟發(fā)式教學

目前，高等院校在教室內(nèi)配備的多媒體投影播放系統(tǒng)促進了多媒體教學的廣泛應(yīng)用。生物信息學采用多媒體教學是適應(yīng)學科特點、提高教學效果和充分利用現(xiàn)代化教育技術(shù)的一項基本要求。作為生物信息學教學的基本模式，多媒體教學使講解的內(nèi)容更加直觀形象，尤其是對于具體數(shù)據(jù)庫的介紹以及數(shù)據(jù)庫檢索、數(shù)據(jù)庫相似性搜索、序列分析和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測等內(nèi)容涉及的具體方法和工具的講解，可以激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對知識的理解和掌握，提高學生理論與實踐相結(jié)合的能力。同時，由于生物信息學依賴于網(wǎng)絡(luò)資源和互聯(lián)網(wǎng)上的分析工具和軟件，教室內(nèi)的多媒體計算機連接到互聯(lián)網(wǎng)，極大地提高了教學效果。但在實際教學中發(fā)現(xiàn)，多媒體教室也有局限性，學生主要以聽講為主，不能及時實踐，教師講解與學生實踐相脫節(jié)，如果將生物信息學課程安排在計算機房內(nèi)進行，并采用多媒體電子教室的教學方式，就可以解決上述問題。在教學中采用啟發(fā)式教學，可為學生建立教學情景，學生通過與教師、同學的協(xié)商討論、參與操作，能夠發(fā)現(xiàn)知識、理解知識并掌握知識。

3 采用講、練做一體化的教學模式，注重學生實踐能力的培養(yǎng)

生物信息學課堂教學應(yīng)積極學習借鑒職業(yè)培訓和計算機課程教學中講、練、做一體化的教學模式，在理論教學中增加實訓內(nèi)容，在實踐教學中結(jié)合理論講授，改變傳統(tǒng)的以教師為中心、以教材和講授為中心的教學方式。根據(jù)教學內(nèi)容和學生的認知規(guī)律，應(yīng)靈活地采用先理論后實踐或先實踐后理論或邊理論邊實踐的方法，融生物信息學理論教學與實踐操作為一體，使學生的知識和能力得到同步、協(xié)調(diào)、綜合的發(fā)展。

通?？刹捎孟戎v后練的方法，即首先介紹原理、方法，之后設(shè)計相關(guān)的實訓內(nèi)容讓學生上機實踐。對于操作性內(nèi)容和生物信息分析的方法和工具的講解可采取進行實際演示的方法，教師邊講解邊示范，學生在聽課時邊聽講、邊練習，或者教師講解結(jié)束后學生再進行練習。理論與實踐高度結(jié)合，可充分發(fā)揮課堂教學的生動性、直觀性，加深學生對知識的理解，培養(yǎng)和提高學生的實踐操作能力。

4 優(yōu)化生物信息學實驗教學內(nèi)容，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學優(yōu)勢

生物信息學實驗教學主要是針對海量生物數(shù)據(jù)處理與分析的實際需要，培養(yǎng)學生綜合運用生物信息學知識和方法進行生物信息提取、儲存、處理、分析的能力，提高學生應(yīng)用理論知識解決問題的能力和獨立思考、綜合分析的能力。

生物信息學實驗教學內(nèi)容的選擇與安排應(yīng)按照循序漸進的原則，針對特定的典型性的生物信息學問題設(shè)計，以綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容為主，明確目的要求，突出重點，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和探索精神，以激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性為出發(fā)點，加強學生創(chuàng)新精神和實驗能力的培養(yǎng)。生物信息學實驗教學以互聯(lián)網(wǎng)為媒介、計算機為工具，全部在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室內(nèi)完成。在教學中，充分利用網(wǎng)絡(luò)的交互特點實現(xiàn)信息技術(shù)與課程的結(jié)合。教師通過電子郵件將實驗教學內(nèi)容、實驗序列、工具等傳遞給學生，學生同樣通過電子郵件將實驗報告、作業(yè)、問題和意見等反饋給教師，教師在網(wǎng)上批改實驗報告后將成績和評語發(fā)送給學生，讓學生及時了解自己的學習情況。教師可以通過網(wǎng)上論壇、聊天室和及時通訊工具QQ、MSN等對學生的實驗進行指導，與其討論問題等。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的生物信息學實驗教學不僅能提高學生的學習興趣，給學生的學習和師生的互動帶來極大的方便，提高教師的工作效率，而且可以及時了解掌握學生的學習情況，有利于教師不斷調(diào)整教學方案，達到更好的教學效果。

5 生物信息學采用無紙化考試，加強實踐能力考核

生物信息學主要是學習利用互聯(lián)網(wǎng)、計算機和應(yīng)用軟件進行生物信息分析的基本理論和基本方法?？荚囍攸c是考查學生對生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和對結(jié)果的分析解釋能力。因此，在生物信息學考試中可嘗試引入實踐技能考試，通過上機實踐操作重點考核學生知識應(yīng)用能力。實踐技能考試采用無紙化考試方式，學生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，對序列進行生物信息分析并對結(jié)果進行解釋，不僅可考查學生對基本知識和基本原理的掌握，而且可考查學生進行生物信息分析的實際能力和分析思考能力。通過實踐技能考試，淡化理論考試，克服傳統(tǒng)的死記硬背，可促進學生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時可更有效地提高學生計算機應(yīng)用能力。學生成績評定大部分是以學生的考試成績?yōu)橹?，難以對學生的學習情況和學習過程作全面地評價。因此，除采用實踐技能考試并將其作為學生成績的主要部分外，還應(yīng)加強對學生平時學習態(tài)度、學習能力、創(chuàng)新思維等方面的考查。

總之，生物信息學教學是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下生物教學的全新內(nèi)容。上述教學措施提高了學生的學習積極性、實踐操作能力、解決實際問題的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力，收到了良好的教學效果，得到了學生的普遍歡迎，具有較強的可操作性和實踐性。在今后的教學實踐中，教師自身素質(zhì)的提高和進一步的教學改革，將會不斷完善生物信息學教學，培養(yǎng)具有跨越生命科學、信息科學、數(shù)理科學等不同領(lǐng)域的“大科學”素質(zhì)和意識的生物信息學人才。

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