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2010年夏,我們單位參加無錫市疾控錢云老師組織授課的該項目師資培訓班后,返回社區,選擇群眾基礎較好的陽山社區,針對實際,精心準備,并結合高血壓、糖尿病兩大慢病為具體切入點,開展了《高血壓、糖尿病等慢病自我管理技能推廣培訓》講座。在內容編排上作了增減,一方面加進了高血壓、糖尿病的有關健康科普知識,使講座更具實用性和說服力。另一方面,對講座中有些一時難以為基層居民理解接受的知識作了選擇梳理,從而保證了大家在短時間內接受體驗慢病知識的實效性。反饋表明,我們帶來了一種新的醫療理念,一種新的慢病應對思維,取得了預期效果。
陽山是著名桃鄉,根據居民隨陽山水蜜桃種植特殊性多有起居早晚、忙閑不定這一特點,及中老年人慢病特點,在授課時,我們以講解為主,穿插講一些居民身邊的活生生的失敗或成功的病例,讓大家從具體案例中體會到慢病管理的重要性和益處,吸取教訓,改進不足,做得更好。在課件中,具體加進了目前CDC重點關注之“高血壓、糖尿病”兩大慢病的健康科普知識與“和平共處原則”,如何管理,如何服藥,什么是它們的應急狀況、必須立即醫療干預等等。結合一些桃農的疑問:為什么賣桃子的時候不覺得累,賣過了,閑了,反而覺得累,要生病?我們就試著利用祖國的中醫中藥知識,用王琦教授的“9種體質相”理論跟他們解釋:什么是陰虛體質,陰虛的人為什么不覺得累,怎么調理等等。針對居民關注的一些具體健康問題如整體健康自評、健康擔憂、疲勞、氣短、疼痛、失能、情緒低落及社會活動/角色受限等,我們也按培訓要求做了簡單扼要的闡述,并讓大家互動,互相交流應付慢性不適的經驗與體會,讓學員互相學習,取長補短,共同體驗和戰勝疾病痛苦。針對失眠患者,我們教他們怎樣有效助眠、不拒絕助眠藥,并用季羨林大師和身邊一些長壽者的實例,解開他們的的困惑。針對各種疼痛,我們也提出了一些可以試試的緩解方法,如冥想、太極,適當參與麻將、撲克等民間娛樂,尤其如參與陽山地區群眾基礎較好的健身舞、門球、爬山等鍛煉活動。課后,一些居民由衷感慨道:原來看病可以這么看,原來我們可以與慢病和平共處。
我國的醫療體制雖然正在轉型,但由于國情所致,在解決一些慢性病問題時,醫療干預所起作用有限、且費用昂貴已成詬病,又由于慢性病人的預防性干預和衛生保健活動通常都必須長期在社區和家里執行,單純的醫療行為可操作性和可持續性均有不足。慢性病已成為我國多數地區的主要健康問題之一,隨著我國人口老齡化的加劇,慢性病者患病的絕對數和相對數更將日益增加。這些均是客觀存在的事實。而通過這次交流傳播,我們體會到,該技能的推廣培訓的確可以讓一部分社區居民學會自我管理,解決一些健康問題和慢病困擾。
關鍵詞:個性化習題;生物信息學;QQ群
中圖分類號:G811.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)48-0171-02
生物信息學是生物學、計算機科學和信息技術等支持的,包括存儲、組織和生物數據檢索的一個現代交叉學科。隨著分子生物學和信息技術的不斷突破,各種生物數據的獲得變得非常容易,但是如何對這些數據進行組織、分析和處理,并從中發掘出能用于解決生物科學問題的信息,成為目前生命科學的難點和熱點。生物信息學因此應運而生,其本身不僅是研究現代生物學,也是研究其對工業、醫療等重要領域影響的一門實踐性學科(Bloom,2001)。
一般認為,生物信息學主要滲透到統計數學、計算機和生命科學,尤其是生命科學的組學領域(郭麗等,2014),因此在教學中,生物信息學的教學內容往往因學生背景不同而會有不同的側重。這就需要教師根據學生的背景及知識結構的需求來合理安排教學。本文根據近年來對生物信息學教學的經驗,從教學方法、個性化練習題對學生上機的促進及QQ群投票功能在教學中的應用等方面進行了總結,對如何能夠提高生命科學學院的學生學習此門課程的興趣進行了探討。
一、現代教學方法的利與弊
隨著計算機科技的不斷進步,教學已經從傳統的板書模式進入到現代多媒體教學模式中。多媒體技術應用的初衷是提高學生的參與度,滿足教學手段更民主、多元化及個性化的教學目標,其優點為表現力豐富,可以通過動畫、視頻、圖像、音頻等效果將抽象難懂的問題直觀化。其次,節省了大量的板書時間,同時教師可將教學的重點、難點鏈接,以益于學生直觀地了解并進行思維拓展(張林,2011)。多媒體最明顯的一個特點就是教學容量加大,但正是這些優勢也伴隨相應的問題:(1)重形式而忽視教學內容。很多學校在進行教學管理及評價時,過分關注多媒體課件的形式以及學生的感受,導致有些教師過分注重多媒體的表現形式而忽視了教學的主要內容。(2)教學容量和學生的吸收量之間反差較大。由于教學內容和容量的增大,教師并沒有根據授課對象的具體情況合理安排和講授學科內容,而被動的成了多媒體的播放員和解說員。總之,多媒體教學利大于弊,因而成為教學改革和發展的必然產物,雖有缺點,但不能因噎廢食,需通過其他方法來克服弊端才能達到完美的教學效果。
二、個性化習題是學生實踐提高的強力推動器
生物信息學是一門實踐性非常強的學科,為了加強學生的實踐能力,教師要綜合應用啟發式、運用式及討論式等多種教學方法來激發學生的興趣。筆者在課堂實踐中,充分發揮個性化習題的作用,將教師的科研滲入到課堂,注重理論與實踐相結合,努力提高學生解決實際問題的綜合能力。比如,在講授第五章內容電子克隆部分,此章節目的是通過一段表達序列標簽(EST),綜合應用Blast、序列比對、步查法等方法查找各種數據庫,通過軟件的應用進行拼接、預測、去除內含子等方法,最終獲得可能的全長cDNA序列并加以注釋。在以往的教學練習中,全班同學的任務一樣,難以知道學生是否真正掌握所教授的內容,為此,筆者將學生分組,每組自行通過閱讀文獻獲得一條其感興趣的EST序列,或者利用他們的畢業論文中涉及的EST序列去進行電子克隆練習,通過這種個性化習題的隨堂練習,能顯著強化學生的計算機應用能力和實踐能力,同時也能提高學生在教學中的積極性、主動性和創新性。
三、發揮QQ群的投票功能在教學練習中的作用
生物信息學是一門交叉學科,對于非生物信息學專業的生命學院的學生而言,雖然教學大綱只要求學生掌握一些基本軟件的原理及數據庫的熟練使用。但是,這需要學生具有扎實的生物化學、遺傳學、細胞學及分子生物學的基礎知識。比如,在講授第三章“核酸序列的分析”時,會要求學生利用已知的EST序列去Blast查找與之有同源性的基因組序列,進行序列比對,預測并利用Bioedit軟件找出此基因的啟動子、終止子和剪接點。這首先要求學生必須明確這些分子生物學的概念,否則在有限的生物信息學課堂上,會變成分子生物學或遺傳學的復習課。而課外QQ群就起到了非常重要的交流促進作用。筆者在將QQ群的功能應用到課外教學輔助平臺的基礎上,充分發掘QQ群的投票及評論功能為教學所用,例如教授第三章前,將課件放到QQ群的文件中,讓學生去預習。為激發學生預習的主動性,要求學生在評論中列出對本章的主要知識點或難點,并對課件中涉及的名詞進行解釋。為進一步加強理解,對投票功能進行設置,相應的對投票選項1、2、3、4分別設置成A、B、C、D,這樣教師可根據需要將知識點轉化成練習題,以加強學生的學習。同時,也可鼓勵學生將一些新的感興趣的話題或問題置于QQ群。總之,QQ群的投票功能可以成為教師與學生課下交流的一扇窗口,成為生物信息學的一種及時且重要的學習工具。
四、建議與展望
生物信息學是一門新興學科,但我國無論是在對學科的重視還是發展程度上,與國外都存在一定的差距。在美國,計算生物學國際協會教育委員會一直致力于將生物信息學整合到高中生物教材中,學生在高中即接觸生物信息學,而且高校對高中生物信息學的教學提供相應的培訓課程和網上資源,生物信息學和其他分子生物學、植物學等一樣較早的深入到學生的知識體系中。而我國由于該學科產生的歷史較短,課程的開設集中在“985”、“211”重點院校的生物信息學專業,盡管近十年來,各大高校也意識到此學科的重要性,且課程也在逐步在開設,但由于學時短,很多教學僅限于學生掌握基本的數據庫的查詢。為使生物信息學能在普通院校的生命科學學院能很好的開展,各個高校應建立合適的課程教學內容。雖然近年“生物信息學”課程在各高校紛紛開設,但由于生物信息學是一門發展中的學科,它的理論及內容尚在不斷完善與更新中(郭麗等,2014)。因此,對于教材的選擇,不能只追逐信息量充足、內容新穎、知識選材前瞻性好的教材(楊娥等,2014)。作為普通院校的非生物信息學專業的本科生,想在較短的時間內(36課時)很好掌握如此大信息量的知識較為困難(劉宏生等,2010)。因此,需要依據學生基礎及院校的人才培養目標和現今生物信息學發展的現狀建立合理的課程內容體系。另外,由于缺乏合適的專業人才,生物專業的生物信息學的師資力量薄弱,無法建成高水平的教學隊伍。因此,加大生物信息學教師的培養力度,建成一支專業的、年齡和知識結構合理的師資隊伍,是提高本科院校生物信息學教學的關鍵問題之一。
參考文獻:
[1]Bloom,M. Biology in silico:The bioinformatics revolution[J]. The American Biology Teacher,2001,63(6):397-403.
[2]郭麗,趙楊,婁冬華,等.生物信息學實踐課教學改革探索[J].南京醫科大學學報(社會科學版),2014,(2):165-167.
[3]張林,柴惠.現代教學手段在生物信息學教學中的應用[J].新課程研究,2011,(219):156-157.
1.1事實(Facts)
作為整個信息鏈的起點,事實就是事物在人類視野(感觀/邏輯)中的原始映像[1]。事實是事情的真實情況,包括事物、事件、事態,即客觀存在的一切物體與現象、社會上發生的不平常事情和局勢及情況的變異態勢[2]。事實也是人類知識的起源,人類全部知識的最初信息基礎就是事實。
1.2數據(Data)
通常認為,數據是對事物純粹的、客觀的記錄,是原始的未經解讀的數字、文字、圖像、符號、聲音、計算機代碼等[3]。而數據本身缺乏關聯和目的性,但當數據結合一定的背景、規則、意義之后,就會形成信息。
1.3信息(Information)
作為整個信息鏈中的中心鏈環的信息,它的下游是面向物理屬性的,上游是面向認知屬性的。“信息”既有物理屬性也有認知屬性,因此成為“信息鏈”的代表稱謂。
1.4知識(Knowledge)
知識來自于信息,信息只有同接收者的個人經驗、信息與知識準備結合,也就是同接收者的個人背景融合才能轉化為知識,它比數據或信息更接近行動。知識必須經過學習或研究以及從信息中經過去粗取精、去偽存真等加工才能夠獲得[4]。
1.5情報(Intelligence)
情報是為實現主體某種特定目的,有意識地對有關的事實、數據、信息、知識等要素進行加工后得到的產物。情報既包含有信息的成分,也包含有知識的成分。從信息層面看,情報所包含的信息是與人類社會有關的;從知識層面看,情報是與知識的利用價值緊緊聯系在一起的。從一定程度上來說,情報是知識的子集。1.6智慧(Wisdom)智慧是能迅速、靈活、正確地理解和解決事物的能力。這種能力來源于人類基于已有的知識,是針對物質世界運動過程中產生的問題,根據獲得的信息進行分析、對比、演繹,找出解決方案的能力。從嚴格意義上來講,智慧是屬于知識層面的,是人類大腦運用知識活動的產物———即運作和應用知識的知識。有知識不一定有智慧,但有智慧一定有知識。知識只有轉化為智慧,才能顯示出其真正的價值。
1.7事實、數據、信息、知識、情報、智慧之間的關系
數據是客觀事實的記錄,信息是有意義的事實和數據,知識是系統化的信息,情報是進入人類社會交流系統的運動著的知識,智慧是運用信息和知識解決問題的能力。這樣由事實(Facts)數據(Data)信息(In-formation)知識(Knowledge)情報(Intelligence)智慧(Wisdom)層層遞進,構成了一條完整的信息鏈,見圖1[5]。
2醫學信息學的相關概念
2.1國外醫學信息學定義的三種導向
2.1.1以信息技術為導向定義側重于技術和工具,即通常強調以計算機為基礎的技術。“臨床計算”、“醫學中的計算機”、“醫學計算機科學”、“計算機在醫學中的應用”等認識比較常見[6]。
2.1.2以角色、任務或面向領域為導向定義側重于組織內部信息人員的角色。例如,護理信息學、牙醫信息學等通過醫學信息學分支學科來定義。
2.1.3以概念為導向定義側重于如數據、信息和知識這些概念在醫學領域中的特定內涵。從總體上來看,國外醫學信息學的定義是朝著形成基于數據、信息、知識的醫學信息學定義方向發展的。
2.2中國醫學信息學定義的兩種傾向
2.2.1基于字面拆分后的概念解析
第一種拆分是將“醫學信息學”拆分為“醫學”+“信息學”(medicalinformatics)———偏重于方法論層面。把“醫學信息學”定義為信息學在醫學領域中的應用,同時確定醫學信息學的范圍是“醫學”和“信息學”之交叉。前者指其應用領域,后者指其方法學。第二種拆分是將“醫學信息學”拆分為“醫學信息”+“學”(medicalinformationscience)———側重于學科體系層面(即理論與技術方法統一的學科體系)。把醫學信息學定義為研究“醫學信息”的一門科學,即研究醫學領域中的信息現象和信息規律的一門科學。
2.2.3基于國外醫學信息學定義的翻譯與重組
此類定義大多為將國外醫學信息學的定義翻譯成不同形式的漢語語言并且進行重組,與國外對醫學信息學的定義無太大區別。
3醫學信息學研究中的信息鏈
3.1“數據信息”鏈
這一環節的重點在于對醫療大數據的應用。當下全球大量的公共衛生信息、電子病歷信息、用藥信息、住院信息、圖像信息、管理信息、基因信息、醫學知識庫信息以及實驗室數據等構成了醫療衛生大數據[7]。隨著信息技術與衛生及生物醫學日益緊密的結合,大數據對衛生及生物醫學的研究與應用也將產生深刻影響。因此,如何更好地利用大數據便成為信息技術與衛生及生物醫學領域共同面對的挑戰。大數據在醫療行業可應用于臨床、研發、公共衛生和創新商業模式等領域,在健康領域的終極應用是疾病診斷和預測性治療。雖然醫療大數據的研究和應用如火如荼,但在應用過程中也面臨著諸多問題,如數據的存儲、數據的整合、數據的挖掘利用和保護等方面都面臨著一些問題。這也就需要我們在利用醫療大數據的同時,變革數據管理方式、建立完善的區域衛生信息化標準體系、積極探索利用數據挖掘技術等等各種措施,利用創新的方法和模式,發揮大數據在醫院行政管理、健康教育與管理、衛生信息服務和疾病的控制預防中的作用和價值。
3.2“信息知識”鏈
這一環節主要關注醫學知識庫的建立。數據庫是計算機應用系統中的一種專門管理數據資源的系統,它有文字、符號、圖形、圖像、數字及聲音等多種形式。而知識庫是知識工程中結構化、易操作、易利用、有組織的知識集群,是針對某一(或某些)領域問題求解的需要,采用某種(或若干)知識表示方式在計算機存儲器中存儲、組織、管理和使用的互相聯系的知識集合區別與聯系[8]。知識庫的概念來自兩個不同的領域,一個是人工智能及其分支———知識工程領域,另一個是傳統的數據庫領域。人工智能和數據庫兩項計算機技術的有機結合,促成了知識庫系統的產生和發展。建立醫學知識庫,需要一支多學科人才的專業隊伍,并且要能夠適應數字化醫療向智慧化醫療的轉變需要,構建大型的一站式通用智能醫學知識庫。建立知識庫,要以本體為建設思路和方法,不僅要構建西醫學科的知識庫,更要構建中醫學科知識庫,且重視與“大數據”醫療的整合,更好地利用臨床信息,將有用的信息知識化。
3.3“知識智慧”鏈
這一環節的著重點在于智慧醫療的實現。2008年,IBM首先提出了“智慧醫療”的概念。早期的智慧醫療強調物聯網的作用,設想把物聯網技術充分應用到醫療領域中,以實現醫療的信息互聯、共享協作、臨床創新、科學診斷以及公共衛生預防。而未來的智慧醫療將是以衛生信息化和信息共享為基礎,以患者為中心,以個性化、智能化醫療服務為核心的醫療服務體系[9]。智慧醫療包括了智慧醫院、區域醫療、家庭自助健康監護等多種服務方式,它將成為未來醫療衛生信息化發展的主要潮流。智慧醫療可以創建一個更加合理的醫療產業鏈,并且使用戶體會到更加智能化和協調化的醫療服務[10]。
4醫學信息學的未來發展方向
4.1學科體系的協同融合,加速了生物醫學信息學的形成與發展
醫學信息學(MedicalInformatics,MI)和生物信息學(Bioinformatics,BI)雖然產生背景不同,但是進入后基因組時代之后,生物信息學和醫學信息學的邊界趨于模糊,互相滲透和結合的趨勢明顯。其目的就是要提供新的生物醫學知識的開發和共享框架。正是兩者的協同融合加速產生了一門新的學科———生物醫學信息學(BiomedicalInformatics,BMI)。可以預見的是,基于相同的學科理論基礎和彼此交叉融合的研究內容,生物醫學信息學一定是醫學信息學和生物信息學未來的發展方向。
4.2學科研究向促進“轉化研究”的方向發展
首先,在信息鏈的研究視角下,醫學信息學的發展會更加注重信息鏈中的要素從低層次到高層次的鏈環轉化;其次,在醫療領域,醫學信息學面臨的最大的挑戰是如何將生物醫學研究領域的成果快速、可靠地轉化為現實可用的臨床解決方案。同時,醫學信息學出現了新的分支學科,即轉化醫學信息學。轉化醫學信息學通常被認為是以轉化醫學中的相關信息問題為研究對象,結合信息科學、理論基礎和應用技術,服務于轉化醫學的研究,其目的是促進基礎醫學研究成果順利向臨床應用轉化[11]。轉化醫學信息學的研究內容包括醫學信息的標準化和醫學數據的組織與存儲等。它可以利用信息技術有效地加快基礎研究變為臨床應用,有力地促進轉化醫學的發展。
4.3學科的社會服務功能不斷提升
4.3.1個性化
個性化意味著衛生信息管理和衛生信息服務以用戶為中心,圍繞每個用戶的狀態、需求乃至興趣愛好來采集信息或提供信息服務。可以設想,在未來每個患者都將擁有自己的個人健康中心。
4.3.2智能化
智能化意味著通過對既有信息的分析,挖掘其中的規律,利用獲得的規律來處理新的信息,并給用戶提供科學合理的建議。
4.4新技術支撐和引領著醫學信息學的未來發展
在未來發展中,許多嶄新的技術可以有效地促進醫學信息學的研究和應用的發展。遠程醫療(Telemedicine):計算機技術、多媒體技術、通信技術與醫療技術結合。移動醫療(MobileHealth):通過移動通信技術來提供醫療服務。健康物聯網(TheInternetofthings):利用物聯網進行健康和疾病的管理。健康云(Healthcloud):以SaaS的方式向醫院和醫療機構提供醫院管理和居民健康檔案管理方面的服務。醫療大數據(Medicalbigdata):大數據技術與醫療行業結合,充分開發利用醫療數據蘊含的信息與價值。轉化醫學(TranslationalMedicine):建立基礎研究與臨床醫療間更為直接便捷的聯系。智慧醫療(Wisemedical):使用物聯網技術打造健康檔案和醫療信息平臺,實現患者與醫護人員、醫療機構和醫療設備的互動。
4.5我國醫學信息學學科發展亟待解決的問題
我國醫學信息學最近幾年發展很快,但學科研究體系不夠完善和成熟、學科建設和理論研究比較薄弱、標準設置滯后、系統規劃和人才不足等問題制約了醫學信息學的健康發展。
4.5.1亟需解決學科正名和專業名稱規范化問題
醫學信息學在國內的學科地位的確很尷尬,主要表現在國內的三大學科體系(目錄),即“中國圖書館分類法”(簡稱中圖法)、“國家標準的學科分類與代碼”(簡稱國標法)、“教育部頒布的學科專業目錄”(簡稱教育法)中均沒有“醫學信息學”的類名。因此,當務之急是要盡快確立“醫學信息學”的學科名稱及其在學科體系中的位置。醫學信息教育在國內看似很火爆,其實是亂象叢生。此前教育部只批了中南大學、南通大學、徐州醫學院的醫學信息學專業,但國內很多學校都在信息管理與信息系統等專業后面加括號注明“醫學信息學方向”,然后對外宣稱是醫學信息學專業。與此類似的還有一種叫“衛生信息管理專業”。顯然這都是不負責任的做法。因此,希望教育主管部門加大宏觀指導與調控力度,規范醫學信息學的學科建設與專業教育。首先,在學科及專業目錄上設立獨立的“醫學信息學”,既不要讓“醫學信息學”依托(附)于其他學科/專業,也不需要在別的學科/專業后面的括號內出現“醫學信息學”。根據教育部2012年9月頒布的《普通高等學校本科專業目錄》,建議將“醫學信息學”納入到“特設專業”中的“1010醫學技術類”。其次,成立全國醫學信息學教學指導委員會(教指委),規范指導醫學信息學的專業教育。再次,協調指導“醫學信息”類的學術組織,整合醫學信息學的學術研究力量和研究隊伍,指引醫學信息學的健康發展。
4.5.2加強學科課程的設置和培養目標的確立
我國醫學信息學專業的本科課程設置比較落后,學科的課程體系不完善且專業教材缺乏,不同學校的教學內容和培養目標差別很大,體現不出學科的重要性和交叉復雜性。故要求科學合理地加強學科的課程設置,正確處理好計算機科學、醫學和信息科學之間的關系,參照國外已有的教學方案并聯系自己的教學實際情況去充實教學計劃,擴寬教學范疇,使整個醫學信息學的教育更加合理。4.5.3實現專業教育體系化,加強專業人才的培養由于沒有認識到醫學信息學教育的重要意義,醫學信息學地位不高,所以學科的科研投入、教育投入和人才培養都面臨難題,教材和師資的缺乏也導致了專業教育規范化和體系化不足。為此,要深刻認識到醫學信息學教育的意義,推動專業教育向規范化和體系化邁進。醫學信息學作為一門新興學科,其發展需要大批的高水平人才。人才的培養需要在專業教育中實現,只有通過規范科學的教育體系培養高素質的醫學信息學人才,培養醫學信息學研究的復合型人才和對在崗人員進行進修培訓,才能適應醫學信息學的快速發展。
5結語
速度就是效果
截止2012年,華大基因共擁有4大平臺,包括新一代測序平臺、云計算平臺、蛋白質譜平臺及國家基因庫。在新一代測序平臺中包括羅氏旗下的454生命科學推出最新升級版Roche 454 GS FLX+測序儀、Illumina公司推出的HiSeq 2000測序儀、基于半導體芯片的新一代測序技術Ion Torrent等多種不同的測序技術平臺。以Illumina Hiseq 2000測序儀為例,相對于傳統測序的96道毛細管測序,高通量測序一次實驗可以讀取40萬到400萬條序列。讀取長度根據平臺不同從25bp到450bp不等,不同的測序平臺在一次實驗中,可以讀取1G到14G不等的堿基數,這樣龐大的測序能力是傳統測序儀所不能比擬的。華大深圳數據中心138臺高通量測序儀單次運行就能產生350GB數據,一天的數據產出量大概是10TB。為應對巨大的數據產出量,從2009年開始華大基因對EMC Isilon橫向擴展存儲系統分別進行了功能測試和性能測試。如今,已經部署了超過7.4PB(7400TB)的Isilon設備,包括:17個節點IQ 36000x集群一套、10個節點IQ 72000x集群一套、13個點節IQ 36000x集群一套、10個節點IQ36000x集群一套。
華大基因研究院生物信息學研究主管表示,“我們每天有數千個應用程序在訪問EMC Isilon存儲,其在高并發訪問條件下的性能令人印象深刻。”生命科學和基因研究都要產生大量的數據,并且這些數據還需要永 遠的保存起來。而從技術上來說,Isilon橫向擴展NAS存儲解決方案提供高效的單個文件系統/單個卷,可擴展至20PB。通過將存儲整合成一個單一,可擴展卷,讓任何人都可以來管理,Isilon存儲增加了數據管理的簡易性,減少了人員培訓的時間,簡化了大數據生命周期管理。對于像華大基因這樣的研究機構,數據是核心資產。如何保證輸入(原始)數據的萬無一失,如何確保存儲系統可靠穩定,以及如何保證數據生命周期內的安全,是很多高性能用戶最為關注的。Isilon N+M架構讓用戶根據應用和數據生命周期價值的不同,選擇存儲安全配置策略,靈活滿足不同業務、不同應用和不同數據對安全性的要求。Isilon的FlexProtect技術保證了數據的高可用和業務連續性。
2012年4月,華大基因又推出了基于Hadoop架構的云計算平臺,并在11月最新版的生物信息學軟件,包括最新版SOAP系列軟件、遺傳變異檢測軟件、宏基因組測序數據分析軟件Metacluster 4.0及兩個基于云計算的軟件Hecate2和Gaea2。這也是華大基因選擇和持續采用Isilon集群存儲的重要考慮之一。Isilon和Hadoop做了緊密技術整合,使存儲能很好地支持Hadoop架構的云計算服務。如果使用傳統存儲,Hadoop仍有一些固有問題需要解決。例如,ApacheTMHadoopTM的NameNode存在單點故障問題。NameNode用于管理HDFS中存儲的元數據文件,它是HDFS文件系統的核心部分,存放著文件系統中所有文件的目錄樹。客戶端應用程序通過NameNode來定位、添加、修改、拷貝、移動和刪除文件。如果NameNode發生故障,文件系統就會離線。
精益求精
目前,華大基因每年的業務量成倍增長:2010年4PB,2011年8PB,2012年10PB。華大基因計算中心主管介紹,這些針對數據的典型應用包含了結構化和非結構化的計算模式,同時對一個任務的數據量的規模非常大,對計算內存和存儲帶寬的需求也非常高。目前華大基因一天在計算集群上數據的吞吐量大概為320T,這相當于Google的十分之一。華大基因現在有接近2000個計算節點,總的計算核心大概2萬個。處理如此規模的數據量,對IT提出了巨大的挑戰。而Isilon在性能、擴展性、簡單易用、數據安全性方面的表現讓華大找到了精益求精的出路。
在性能方面,將500TB容量、13個節點分為一組,可以達到2GB/秒的存取速度。在擴展性方面,Isilon設備的安裝部署十分快捷簡單,每套系統只需要大約半天時間即可上線提供使用。容量擴展的同時,整個計算平臺的性能也得以提升。華大基因計算中心系統管理人員說:“Isilon系統非常可靠,安裝部署十分方便,運維工作也很簡單輕松。”其中,華大基因最初購買的10個節點集群擴容成17個節點,就是由華大基因自己完成的。
在簡單易用方面,除了安裝部署簡便以外,運維管理也非常簡單。華大基因7.4PB的設備,只需要3名工程師就能管理。平時只要看看控制面板有沒有告警之類的信息就可以了。如果有告警,系統同時也會發郵件通知管理員。Isilon一個文件系統可以支持15PB容量,華大基因所有存儲容量都可以放在一個文件系統中,由系統自動按需分配使用。
以轉化理念指導醫學院校的人才培養
由于臨床工作與基礎研究的脫節,醫師與基礎研究之間缺少溝通交流,許多臨床有價值的發現亦無法準確反饋給基礎研究者。那么,在我國準備進一步擴大轉化醫學的研究規模、進一步深化轉化醫學的研究內涵的今天,作為醫學院校及醫院科研工作的管理人員應該如何以轉化醫學理念指引科研方向呢?著眼于重大疾病并以此作為科研出發點醫學科學研究服務于人。只有當提出的科研問題來自于臨床實踐,以解決重大疾病為出發點,才能體現其真正的價值。轉化醫學旨在促進基礎醫學研究成果快速轉化到臨床應用,如果將研究的對象鎖定在患者身上,注重疾病的早期檢查和早期評估,并據此進行科研選題和研究,當獲得成果時可同時開展轉化研究,使研究成果迅速用于臨床,再根據臨床效果發展為深層次的研究,如此反復,形成良性循環,最終造福于人類健康。進行轉化性醫學研究的目的是培養既會研究又能看病、有轉化醫學理念和能力、基礎與臨床結合的高水平人才。目前,轉化醫學的主要研究領域:①腫瘤:通過基因組、蛋白質組學分析,找出腫瘤發生的標記物;利用癌細胞代謝產物圖譜和定量分析系統,檢測處于早期階段的癌細胞;應用分子生物學手段,研究細胞信號傳導通路在腫瘤發生發展中的作用;應用藥理學分析手段,評價藥物在治療腫瘤中的效果等。②傳染病:包括艾滋病、肝炎、流感、瘧疾等的發病機制;抗病毒的藥物和抑制劑;疫苗的研發以及免疫佐劑的效果等。③心腦血管疾病:找出與疾病發病相關的高風險因素,做到早期預防;分析在疾病發生發展過程中發揮重要作用的蛋白分子,制備蛋白抑制劑或單克隆抗體;尋求改善循環功能的藥物,根據患者發病機制不同,設立個性化治療方案,伍用藥物的同時注意藥代動力學的改變并降低藥物的毒副作用等。④神經系統疾病:針對阿爾茨海默氏病的發病機制與聯合治療方案的研究;改善帕金森癥狀的新藥物的研發;基因治療與干細胞治療等。⑤其它:除上述領域外,轉化醫學研究還涉及代謝疾病、運動系統疾病、遺傳病和器官移植等方面。雖然我國的轉化醫學研究才剛剛起步,較大規模的專門的轉化醫學中心還比較少,但很多大學、醫院科研機構和生物醫藥公司之間開展的合作,都可以歸為轉化醫學,專門的轉化醫學中心也已經開始建立。上海交通大學與阿斯利康合作,建立新藥物研發基地;北京協和醫院成立轉化醫學中心;中國醫科大學成功引進高水平人才,組建轉化醫學研究所,以“教育部醫學細胞生物學重點實驗室”為依托,橫向整合“遼寧省實驗動物轉基因重點實驗室”以及“臨床老年病研究室”,并與“遼寧省內分泌疾病重點實驗室”合作,圍繞細胞衰老及與衰老相關疾病(神經退行性變、腫瘤、心血管疾病、糖尿病等)一系列課題展開研究工作。以轉化醫學思維指導醫學人才的培養轉化醫學是溝通臨床和基礎的橋梁,因此從事該研究的專業人員需同時具有相當的臨床及基礎科研背景,即基礎-臨床復合型人才。臨床醫師每日需要進行繁忙的工作,會有較多問題需要解決。要在進行臨床工作的同時從事相關的基礎研究是很不現實的。而相關醫學基礎研究人員多為生物學背景,擁有熟練的實驗操作技能和扎實的理論基礎,但其一般沒有參加臨床工作的經歷,無法從事醫療服務,很難把握臨床需求。因此,重視和加緊培養兼備多方面知識技能的復合型人才尤為重要。在本科教育階段,引導學生逐漸認識到基礎學科與臨床學科互為依存的關系,既要強化其基本實驗技能的培訓,又要重視其臨床經驗的積累。研究生教育是我國培養高等醫學人才的最高階段,也是培養轉化醫學人才的最重要平臺。對碩、博士研究生輸入并幫助其建立轉化醫學理念,指導其從臨床實踐中選題并進行研究,從一開始就樹立正確的、基于臨床的科研方向。在繼續教育課程中,安排一定比例的轉化醫學課程(如轉化醫學概念、歷史背景、當今發展、未來作用、臨床研究路徑變遷,基礎研究課程),訓練臨床醫師縝密的科研思維、使他們了解基本的實驗技巧和方法、認識循證醫學的設計理念等,對于提高臨床醫師對自己從事的臨床工作認識,重視其所掌握的臨床資源,使醫師的認識從原來較低的疾病診治層面上升到學科發展的層次,從而逐步培養我們國家自己的轉化醫學研究人才并形成人才梯隊。中國醫科大學自2004年啟動美國中華醫學基金會項目,并舉辦全校性PBL教學培訓,突破傳統灌輸式教學模式,以病例為中心,整合生理學、病理學、病理生理學和藥理學等領域,以培養學生的綜合思維能力和學習技巧,摒除了以往將醫學基礎知識切割、學生學完不知所用的弊端[7];在醫學本科教育結束之前,除了著重加強學生對臨床知識和技能的掌握之外,還鼓勵學生“回歸基礎”,可以根據自己的興趣結合在臨床實習的見聞,選擇進入相應的基礎學科展開科學實驗,以臨床需要指導基礎研究;對于七年制和八年制學生的培養,學校更是要求學生深入基礎研究,培養全面設計實驗研究的思維,掌握分子生物學實驗技術和數據分析方法,從而提高在臨床工作中分析問題、解決問題的能力。
合理構建轉化醫學管理模式
如何依據我國國情、有效利用已有資源,合理組建轉化醫學研究機構,實現各研究平臺的整合與人性化管理,目前仍處于探索階段。轉化醫學的實踐活動需要掌握多方面的能力,對組織與管理水平都有深度和廣度的要求。首先,學校的教務部門與醫院的科教部門在轉化醫學雙向研究合作的過程中,利用掌握的臨床學科資源,引導臨床科學家和學院研究人員進行各種形式的交流,鼓勵員工提出臨床面臨的難題和解決后效益,促使基礎研究者有的放矢,將加速轉化醫學研究。其次,要注重整合資源,建立共享平臺,建立整合患者的危險因素、臨床診治、生存和預后等臨床組學(clinomics)數據庫資料,以及具有完整的患者生物標本的、開放式的疾病轉化研究平臺,把實驗室和運用生物信息學技術發現的生物標志物進行快速鑒定和評估,以真正實現轉化醫學的目的。惡性腫瘤等重大復雜疾病的防治研究,需要整合生物技術、計算數學、生物信息學、計算機科學和I臨床醫學等多學科研究人員的交叉研究,才能揭示環境、生活方式、遺傳等因素對癌癥發生的相互作用。最后是政策引導,國家各種研究基金和藥物開發項目的實施原則要有利于貫徹轉化醫學的理念,鼓勵發展交叉學科,注重成果轉化,這將有助于在實際工作中形成臨床與基礎研究一體化的研究團隊和學術思想。4結語轉化醫學研究是新世紀醫學發展的新方向,轉化醫學的發展將推動醫學應用科學的發展,是醫學科研的希望與未來。作為一個多學科交叉的領域,要發展、成熟,并推動其它領域的進步,要經過很長的積累和不斷的革新,需要整合多學科知識、彼此相互交流和完善,才能最大限度的發揮轉化醫學的作用。我國已經具備了開展轉化醫學研究的基本條件,并取得了初步成績,結合我國病例資源豐富的優勢大力發展轉化醫學,將促進我國生物醫藥研發、在重大疾病發病機制研究上取得突破性進展。我國高等醫學院校應抓住機遇,以轉化醫學理念為指導,培養高水平綜合素質人才,制定轉化醫學研究計劃,為基礎和臨床研究構建廣闊、完善的交流平臺,最終提高我國的醫學科學水平,為全人類的生命健康做出貢獻。
作者:宋曉宇 徐紅德 馮艷玲 曹流 單位:中國醫科大學轉化醫學研究所
移動學習的力量移動學習的出現讓傳統教學出現了革命性的變化。在傳統的信息化課堂教學中,教師利用PPT或視頻傳遞相關信息和知識點,學生接受信息、知識點并完成作業,最后通過考試對學生進行評估。在學習過程中,教師作為主體負責提供內容、反饋并評估學生。傳統的課堂教學對學生所造成的壓力較大,也沒有除了考試外的有效評估手段,教師很難得知學生到底有沒有理解獲取的信息。另外,傳統的課堂教學將教師置于長時間的工作環境中——他們負責收集、提供、反饋和評估,尤其是在班級人數超過40人的情況下,教師的工作負荷讓他們無法進行自身職業發展,導致未來的諸多教學問題。
移動學習的出現在某種意義上改變了這一狀況。首先,移動學習通過科技的輔助,提供了一整套管理和評估方法,將教師從大量的重復勞動中解放出來。例如,在一次考試后,教師批改試卷時需要收集錯題信息并分析信息,這個過程煩瑣且冗長,有了科技的輔助,教師只需要點幾個按鈕即可了解學生的基本情況。考試的錯題信息會通過直觀的統計圖的方式展現給教師,也便于橫向和縱向對比。
其次,教師傳遞的信息并不一定能被學生完全理解,移動學習允許學生使用完全理解的信息幫助學習。Stephen Krashen提出了輸入假設(comprehensibleinput),認為學生只有在接受可理解的信息時,才能最終獲得知識。但Susan Gass和Michael Long等研究者認為可理解信息只是單方面的。由于每位學生的智商、理解能力、背景知識等個人狀況都不相同,教師提供的可理解信息并不確定能夠被所有的學生理解。于是Susan Gass和Michael Long就提出了被理解的信息輸入(comprehended input),即輸入信息只有被接收者真正理解時才有價值。這就像生物信息學家向地質學家講述蛋白質的折疊、誤折和聚合一樣,即便生物信息學家使用了淺顯易懂的語言(他們認為自己傳達出了可理解的信息),由于缺乏相關背景知識,地質學家依舊無法真正理解蛋白質的折疊問題(信息并沒有被理解)。在移動學習中,學生通過自己的理解能力和相關的背景知識自己決定是否對相關信息進行深挖或補充,或是尋找更容易理解的信息幫助自己理解——通過視頻、動畫、互動等方式實現。
再次,移動學習能讓學生更好地參與和控制學習過程,也讓教師更好地了解學生的學習過程。個性化學習環境強調了學生對于學習過程的掌控和調整,而移動學習恰恰是建立個性化學習環境的方式之一。在傳統的課堂學習里,學生跟著教師的節奏進行學習,無論理解能力好壞,都必須接受完全一樣的信息。另外,有些學生習慣于寫,有些學生習慣于讀,還有些學生習慣于聽,不同的學習風格無法最大化課堂教學效果。但在移動學習中,學生可以按照自己的學習習慣和自己集中注意力的能力對學習過程進行掌控,以達到最好的學習效果。與此同時,教師的教學也可以更有針對性。教師可以通過移動設備觀察合作、參與環節,并通過設備收集的數據了解學生的優勢和劣勢,對此做出有針對性的幫助即可滿足學生需求。當每位學生都使用移動設備時,完成整體任務的比例可以觀察,這相較于傳統課堂是一個極大的進步。傳統課堂的小組討論和小組合作中,如果有學生不參與討論或合作,在最終的結果中很難體現,但有了科技的幫助,教師有能力了解每一位學生對某一任務的貢獻和完成度,了解學生的學習狀態并做出即時反饋。當然,評估標準的設定也不再是全國或全省一個標準。由于教師有能力收集到充足的數據,他們可以根據學生的水平設計完全符合他們成長規律的標準,并幫助學生最終達到這些標準。
最后,移動學習提供了溝通和交流的環境,幫助學生真正地理解知識,完成創造過程。學生通常在討論中才能夠理解、應用所學到的知識,而這卻是傳統課堂不具備的。在移動學習中,學生可以利用設備的種種特性,創造屬于他們自己的內容,分享內容給伙伴,分享達到學習目標的不同途徑。
教師也不需要在45分鐘內不斷講述各種知識點。相反,教師只需要在課程開始時將含有知識點的資源交由學生自己定位、搜尋、過濾和評估相關信息,再由教師引導學生完成對信息的討論、總結、反思和創造等過程。在課堂外,教師則可以根據學生情況提供各種資源鏈接,即可引導出類似課堂中的學習過程。
移動學習的出現,對教師教學的方式方法有著極大的影響,更完全變革了學生學習的方法。教師不再只是信息傳遞者,還需要兼備極強的信息創造、收集、分析、評估和引導能力。學生也不再只是信息接收者,還需要兼備極強的思維、辯證、判斷、定位、過濾、互動、溝通等能力。移動學習也不再是傳統教育所代表的行為和認知過程,更是一種創造、批判、交流和互動的過程。圖1~3分別為傳統學習、信息化學習和移動學習的特點。總的來說,移動學習改變了過去傳統的學習,包括了書本、考試和教師等因素,并創造了包含信息資源、形成性和總結性評估以及輔導員的全新學習模式。移動學習將書本變成了多媒體的信息資源,考試變成了形成性的評估,以了解學生的實時狀態,并結合總結性評估重新對學生的表現進行統計。
移動學習在國內的發展瓶頸
1. 移動學習≠ 移動化學習
TechEDGE中國子項目在2013年10月針對國內的中小學教師做了一次調查,研究他們使用教育科技進行教學的態度和方法。在調查中,我們涉及移動教學相關的部分。調查結果顯示,超過90%的教師都在日常生活中使用手機、平板電腦或電子閱讀設備,大約23%的教師在課堂中使用了移動設備進行教育,使用的主要設備為平板電腦。100%使用平板電腦的教師把平板電腦當作一種信息展示設備使用,即多媒體播放設備。他們要求學生使用平板電腦觀看與課程相關的PPT或視頻,把移動設備當作一種教學設備而不是學習設備。對照Laurillard的對話框架,學生使用移動設備的學習過程沒有對應四個過程中的任何一個,而變成了和黑板一樣的信息傳遞平臺。同時,過度依賴第三方的課件內容強制學生根據教師的節奏和內容進行學習,忽略了互聯網和軟件應用在學習中的作用。在移動科技環境的公式中,一旦移動軟件應用s(MA)和互聯網i的作用消失,移動科技環境A就變成了僅包括設備d和移動能力m,限制了學習的發生。因為缺少的移動應用和互聯網功能所帶給學生的互動、討論和反饋環節,移動學習的優勢變成了單純的移動化學習,在特性上很難和傳統學習方式區分。
2. 教師職業發展
教師在學生的學習過程中扮演著極其重要的角色,移動學習中也不例外。移動科技在學習中的應用減少了對教師教學行為的依賴,卻對教師的整體設計和掌控能力提出了更高的要求。首先,教師需要學習如何將21世紀能力和課程進行整合。這是一項龐大的工程,不僅需要教師了解整合、傳遞和評估的過程,更需要教師提高課堂的自由度,允許學生發散思維、使用移動設備整合信息。其次,國內對教師的職業發展關注度很高,投入了大量的人力、物力、財力幫助教師適應新時代的教學,但國內的教師職業能力培養卻很容易成為“ 一錘子買賣”,即對某一部分的知識只進行若干次的培訓, 完成培訓后缺乏跟進。這就像在學校四周建立四面墻, 將學校孤立在新的信息時代。TechEDGE項目總負責人Guy Trainin指出,教師常常被強制進行各種培訓,而他們通常對培訓內容并沒有多大的興趣,這也是導致跟進的培訓無法進行或根本沒有跟進相關培訓的原因之一。如何利用移動設備幫助學生進行學習是一個長期的過程,科技和設備的特性在發展,在教學和學習中的方法也不同。軟件開發者也在不斷地開發功能更全、操作更為簡單的軟件滿足師生的需求。如果教師不能及時跟進,自己原有的方法和內容很快就會落后——而學生一直都走在科技的最前沿,這也就造成了學生學習和教師教學之間出現新的間隔。最后,培訓對教師需求的定位不明。信息技術培訓和課程整合培訓完全是兩方面的培訓,教師有能力使用各種科技并不代表著他們有能力將各種科技整合進課程。這一點在移動學習上尤為明顯。3. 21世紀能力的缺失AT C 2 1 S 在2009年了21世紀學生所需要具備的十種能力,包括:(1) 創造和創新;(2)辯證思維、問題解決和決策;(3)學習如何去學習;(4)溝通;(5)合作;(6)信息讀寫能力;(7 )將技術作為工具進行研究的能力;(8)公民意識;(9)未來生活和職業;(10)個人和社會責任。這些能力和移動學習息息相關,甚至在某種程度上決定了移動學習的效果。
當我們進行移動學習時,免不了利用互聯網和相關軟件應用搜尋需要的信息資料。在這個環節中,信息讀寫能力的作用就會體現出來。信息讀寫能力(Information Literacy)不僅僅包括了閱讀或輸入相關的信息,更包括了搜尋、定位、評估、過濾、創造、分享以及高效使用信息的能力。信息讀寫能力在過去的20年內變化極大。試想在20年前,我們在圖書館中搜索信息,利用相關詞條在大范圍的索引中尋找信息,一旦在索引中搜尋到相關的信息,就可以直接定位,如果重復這一過程若干次,就能找到自己想要的信息。而在移動學習中,信息的搜尋變得極為困難——雖然信息的獲取變得更為簡單,但如何找到有效信息成為學習中的一大難題。當我們在搜索引擎中輸入一個或若干個
關鍵詞 ,如不是專有名詞,可能會得出數百萬條結果。顯然,逐條篩選這些結果是不現實的。這時,我們就需要利用信息讀寫能力幫助我們完成信息搜尋工作。在一般情況下,由于網絡環境中輸入信息的人員層次參差不齊,思維方式更是完全不同,對于相同信息的詮釋也就完全不同,甚至有些信息是完全錯誤的。在搜尋信息中如何過濾無效信息、評估并定位有效信息,對國內學生來說是一個極大的挑戰,對學生的辯證思維能力、問題解決能力和決策能力都是一種考驗(這些能力都是21世紀能力中的一部分),并且這些能力在學校中是很少被提及的。即便學生找尋到相關信息,如何將信息轉化并創造出自己和伙伴們能理解的內容,也有很多的困難(假設我們不允許單純的信息復制)。
與此同時,由于國內學生的學習主要為個人學習,很少在課堂外進行合作或溝通,在學生遇到信息讀寫困難時缺乏討論、反饋和互動的環境和行為(有些學生可能會用即時通訊工具相互詢問,但相關的討論耗時勞神且無正確結果的保證),使得提高信息讀寫能力更加困難。與此同時,學生對移動學習認知的局限性也讓他們失去了很多學習機會:學習不僅僅是觀看視頻,更是將過去和現在的信息進行關聯、分析和重復的過程。這也是21世紀能力中強調的學習如何學習的能力。
4. 移動學習的環境
目前國內的中學生很多都有了自己的手機或平板電腦,家長對學生使用移動設備的管理力度也有所降低,但依然視移動設備尤其是智能手機和平板電腦為娛樂設備而非學習設備。在學校方面,管理者站在維護學校安全和穩定的角度,限制學生使用移動設備。不可否認,缺乏自我管理能力的學生在擁有移動設備后的確可能影響學習,但更多的學生則會進行移動學習——他們搜索、創造和分享信息,溝通交流、存儲相關資料(很多學生的個人空間里都有如何學習各種科目或某知識點的相關資料)。不過,由于網絡的限制(大多數學校不提供無限網絡連接且手機數據流量較貴),他們無法隨時隨地連接網絡搜索資料支持自己的學習。缺乏了網絡支持的移動學習,移動學習的信息優勢就難以體現。
5. 軟件應用和軟件語言
在移動學習中,我們最常遇到的就是語言問題。我們常常能夠找到非常適合自己或學生學習的軟件應用,卻因為語言不通而不得不放棄。比如,socrative就是一款非常優秀的免費即時測驗軟件,但這款軟件沒有漢化版,甚至沒有推出漢化版的計劃。這也就意味著無論是教師還是學生,都必須懂得一些英語或其他語言,才能幫助學習繼續下去。這個問題在各個平臺上都很明顯。
國內也有很多的軟件廠商開發各類學習軟件,但從TechEDGE中國子項目的研究來看,目前還沒有出現具備創新性和易用性的應用。大多數的應用都是和網站的學習內容捆綁,在一定程度上限制了學生的信息讀寫能力和利用科技的研究能力。一些應用只是學習網站的專屬瀏覽器或多媒體播放器,將移動設備變成了展示設備。也有一些軟件雖然轉為學習設計,卻忽略了學習的本質。例如,一些背單詞軟件通過單詞對照表和不斷重復幫助學生完成英語學習。第二語言研究者早已通過實驗證明,通過單詞對照表學習單詞是不科學的和沒有輸出的。
如果無法解決語言和軟件應用問題,移動學習在國內的發展會受到限制,學生和教師都會丟失一些完成學習的機會,令移動學習的優勢大打折扣。
結語
對于移動學習的未來,我們很難預測未來有什么變化,就像是十年前我們甚至不知道移動學習會真的有幫助一樣:設備的技術革新、軟件應用開發的進步以及互聯網質量的提高都會對移動學習的方式方法有著極大程度的影響。但有一點可以肯定:移動學習可以幫助學生提高學習成績,并幫助他們培養能力以適應21世紀的需求。
相對于近些年轟轟烈烈的農村中小學現代遠程教育和熱潮迭起的職業教育而言,2006年對于教育信息化,也許真的可以說今年無大事。經過十多年從無到有的快速發展,教育行業信息化目前已進入相對平穩的增長期。
但是,在無大事的表面現象之下,卻涌動著深層的新鮮的變化。這些來自第一線的變化,經過了最初的浮躁,開始回歸理性,而且,也開始了真正意義上的探索。這都預示著,教育信息化已進入應用轉型時期,教育行業用戶更多地開始考慮應用的問題,在資金投入、系統建設和采購標準上日趨理性。無論是高校、職校還是中小學等,在重大應用、資源建設、關鍵技術研究、縮小東西部數字鴻溝等等各個方面都有了跨越式的發展。
因為教育信息化啟動的步伐不一致,有的建設比較晚,但是起點比較高,建設的效果比較好;有的起步比較早,但是建設過程當中由于沒有統一標準,形成了很多的信息孤島,存在著很多問題。教育信息化很重要的問題就是資源的共享和整合,這是一個深層次管理問題,或者說是一個機制的問題。因此教育信息化的下一步工作就是機制、體制的進一步深化改革。教育信息化最終的目的是要用最小投入得到最大回報――怎么以最低的投入得到最大的回報,也就是性價比最好。而在信息化過程中,技術是一種手段,這條建設道路還會非常艱苦、漫長和曲折。
一 中國教育科研網格ChinaGrid項目完成
網格是繼傳統因特網、Web之后,信息革命的第三大浪潮。網格試圖實現互聯網上所有資源的全面連通,即把整個因特網整合成一臺巨大的超級計算機,實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源等資源的全面共享。網格因此被看成是未來的互聯網技術。網格研究的一個共同點是實現包括信息、知識在內的各種資源的智能共享。
2006年9月,清華大學、北京大學等全國12所知名高校聯合承擔的教育部中國教育科研網格ChinaGrid項目宣告完成。經過十多位專家近3年的聯合攻關,該項目已整合了全國13個省市、20所重要高校的大量網格資源,聚合計算能力超過每秒16萬億次,存儲容量超過170TB,成為世界上最大的超級網格之一。
目前,項目組已成功開發和部署了生物信息學、圖像處理、計算流體力學、海量信息處理和大學課程在線等5類應用網格。
點 評:
該項目把國家教育信息資源多快好省地整合起來,高效利用和共享。同時開發的網格中間件CGSP已經受到國際組織高度關注,并且在引導著國際上ChinaGrid技術標準的形成。
二 國家基礎教育資源網上西部行活動正式啟動
資源是教育信息化建設的重中之重。現在已初步形成了資源建設的有效機制。優秀的資源正在往西部輸送。
2006年6月,國家基礎教育資源網上西部行活動正式啟動。這個活動是國家基礎教育資源共建共享聯盟與中國互聯網協會寬帶P2P應用推進聯盟聯合舉辦的。活動從6月2日開始,到年底結束,為期7個月,主要面向新疆、內蒙古、寧夏、貴州、江西、湖南、陜西、吉林等8個省(自治區)的中小學教師及學生,利用先進的P2P技術,將資源聯盟內各知名學校的優秀教育信息資源,無償傳送給急需這些資源的廣大師生,并且進行長期的內容支持。
點 評:
利用互聯網新技術縮小數字鴻溝,為西部網絡教育建立一種創新的模式,讓西部的孩子們享受信息技術帶來的便利。這是一種新鮮的模式。
三 中小學教師新課程國家遠程培訓項目啟動
2006年8月,一次影響廣泛深遠的教師遠程培訓拉開了序幕。“32班廣西鹿寨學員簽到、22班河南新密學員簽到、20班濟南歷城簽到……”隨著分布在28個省份的47個縣級教師培訓機構通過視頻會議系統陸續向北京現場進行網上報到,教育部中小學教師新課程國家遠程培訓項目正式啟動。
這次培訓歷時半個月。培訓以解決基層教師在實施新課程過程中的問題和困惑為目標;課程內容以案例為載體展開,盡可能通過不同年級不同學科的案例解答一線教師的困惑,聚焦新課程實施過程中的疑點、難點與重點,力求解決實際問題。
點 評:
由于嘗試采用了網絡視頻直播及文本閱讀等形式,打破了空間的限制,使得全國近萬名教師可以同時在線接受高質量的培訓。這是一種大規模、高效益、低成本的教師培訓方式。
四 廣泛普及農村中小學教學光盤的應用
2006年5月,教育部向各地教育行政部門發出通知,要求廣泛普及教學光盤的應用。通知指出,保證每套設備每周使用不少于20課時。要進一步增加教學光盤播放設備和成套教學光盤的配備,加大教學光盤和播放設備進教室的力度。工程招標結余資金主要用于為農村小學和教學點增加配備電視機、DVD播放機和成套教學光盤,不得挪作他用。通知還強調,要切實保證采購光盤的質量。要采取公開招投標的方式采購教學光盤。
點 評:
廣泛普及教學光盤的應用,將有力地緩解邊遠山區和貧困地區教育資源匱乏、教師不足和教育質量不高的問題。
五 首個數字化學習港典型應用示范學習中心運行
學習型的社會,離不開社區教育。社區教育是具有“全員”、“全程”、“全面”特點的區域教育,它能把教育延伸到社會基層,完成終身學習這樣的需求。
近幾年,社區教育正在風生水起,煥發出勃勃的生機。2006年9月,上海遠程教育系統落地楊浦區延吉新村街道,10萬居民可在居委會和地區圖書館任意選學各種課程。延吉街道黨工委書記樓滿信說:“投入30萬元讓10萬居民永久享用上億元的教育資源,太值了!”
2006年10月,全國首個數字化學習港典型應用示范學習中心在天津市南開區水上街欣苑小區正式啟動運行。中心建有學習咨詢區、學習體驗區、休閑式的數字學習吧及多媒體視聽教室,共擁有100多臺數字學習終端,可以提供本專科等多層次、多門類,上百個專業課程的遠程教育,并設置各類資格證書教育、繼續教育、勞動技能培訓,以及市民基本素養、化生活藝術、健康保健等社區居民教育課程。
關鍵詞 高級生物化學 教學 理論 創新 實踐
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.04.049
在工科院校中,“高級生物化學”是微生物學、發酵工程和生化與分子生物學專業研究生的重要基礎課程,是連接“生物化學”和“分子生物學”的橋梁。它既是本科“生物化學”課程的提高和深華,又是研究生階段 “分子遺傳學”、“分子生物學”等課程的基礎。課程的目的是強化和拓寬研究生生物化學的基本理論知識,多角度地認識生物化學的基本原理和現象,并在此基礎上強化生物化學的實驗理論、技能和分析能力,為研究生研究實驗設計的合理性奠定基礎。在工科院校中,“高級生物化學”課程主要涉及蛋白質結構功能、蛋白質穩定性、蛋白質合成與運輸、基因與基因組學、蛋白質組學、代謝組學等章節的內容。近年來,生物化學領域的新進展、新發現層出不窮,高級生物化學成為生命科學領域極其活躍的帶頭學科。對于一些應用型的工科院校,高級生物化學課程將蛋白質化學和組學相關的基礎理論及前沿進展傳授給學生,培養善于理論學習,長于工程實踐,勇于集成創新的應用型生物技術人才。
1教材中英文結合
目前高級生物化學學科發展迅速,新知識新技術不斷更新換代。目前唯一的高級生物化學教材是李關榮主編的高等學校規劃教材《高級生物化學》,①內容涉及蛋白質結構、功能、尋靶、基因與染色體、基因技術、生物膜與跨膜轉運、生物信息轉導、基因表達調控、代謝調節策略等,偏重理論知識的講授。相對高級生物化學,生物化學課程的教材則很多,包括王鏡巖主編的《生物化學》②(高等教育出版社,2002年出版),于曉虹主編的《生物化學》③(浙江大學出版社,2012年出版,面向21世紀精品課程教材,全國高等醫藥教育規劃教材),劉國琴主編的《生物化學》④(中國農業大學出版社,2011年出版)等。王鏡巖主編的《生物化學》內容全面,講解細致,一直作為本科教學的典范,在本科院校的生物化學課程中廣泛采用,但作為工科院校的研究生教材,該教材一來與本科教學重復,二來內容過于基礎,缺乏前沿性。于曉虹主編的《生物化學》,內容著重闡述人體基礎生物化學知識,為遠程專升本教材,內容與本科教材有所區別,編寫著重符合這專升本學生的需要,不適合作為研究生的教材。劉國琴主編的《生物化學》是面向生物學專業本科生編寫的理科教材,內容包括三部分:首先,重點討論了蛋白質、核酸、酶、糖類和脂質等生物大分子的結構、功能以及結構與功能之間的關系,同時介紹了這些生物大分子的重要生物化學性質及相關分離、分析技術的基本原理和應用特點;其次,對糖類、脂質、氨基酸、核苷酸的分解代謝和合成代謝及其代謝調節進行了系統、概要介紹;最后,主要以原核生物為例討論了從DNA到RNA再到蛋白質的遺傳信息流的分子機制。該教材內容上和王鏡巖主編的《生物化學》有相似之處,適合選作生物學專業和生物技術專業教材,也適合生命科學相關學科,如醫藥、食品、農林等領域本科生使用。
除了以上教材,David Hames編著,王學敏等翻譯的《生物化學》⑤(第3版·中譯版)全書共13章,分別是:細胞結構與成像、氨基酸與蛋白質、酶、抗體、生物膜與細胞信號、DNA的結構與復制、RNA合成與加工、蛋白質合成、重組DNA技術、糖代謝、脂質代謝、呼吸和能量、氮代謝。該書屬于精要速覽系列叢書,是國外暢銷教材,該書結構新穎,視角獨特,重點明確,脈絡分明,圖表簡明清晰,適合作為工科院校研究生教材。同時,由于研究生教學對于英語的閱讀能力也具有較高要求,因此還可配合英文版作為課外閱讀教材,也便于雙語教學和國外客座教授的講學。
2教學模式以啟發式引導為主線
高級生物化學是一門抽象的學科,因此在教學中加入形象生動的flash動畫,使學生對生物化學相關蛋白質、核酸等結構與功能的關系、分子作用機理等概念的理解更為深入;同時通過大量生物化學相關小電影的優美畫面引起學生對該課程的濃厚興趣。在課堂教學導入部分采用老師提問學生回答,通過案例進行啟發教學的模式,在此環節,提問可引發學生自主思考,通過學生的各種答案教師引出需要講授的內容,該方法可大大調動學生的學習積極性。在整個課堂教學中,摒棄傳統的以教為主的模式,把學放在首位,對特定原理的學習采用探究式教學的方法。
在老師講解基礎知識的基礎上,引入課堂討論環節,議題與生物化學基本理論和概念充分結合,與本學科的發展與應用緊密聯系,通過對前沿問題的討論可激發學生的興趣并發揮主觀能動性,為進一步的深入學習奠定良好的基礎。在課堂討論環節,老師可安排討論的題目供學生選擇,也可由學生根據興趣自由選題,然后公開宣講,老師和同學既是聽眾,也是討論的參與者,通過提問、討論和解決問題,拓寬學生的眼界和思路。老師應及時對討論過程進行點評,一方面充分肯定學生顯示的創造性思維能力,一方面對思維中的不足進行糾正。課堂討論環節可培養學生創新創造、分析解決問題的能力,同時也促使老師自我知識不斷豐富和補充。
與此同時,將學術報告引進課堂,每個班級的生物化學課程均邀請1~2位國內外生物化學領域的知名專家為研究生做學術報告。這些多樣的學術報告,既讓研究生了解了生物化學學科的前沿進展,又讓學生有了學術交流的機會,還可培養學生的科研思維和科學精神。
3充分利用網絡資源
高級生物化學的發展日新月異,互聯網累積了海量的生物信息資源,將對我們的教學工作起到非常重要的作用。在高級生物化學課程的教學中強調互聯網資源運用的重要性,通過學生網絡應用的親身體驗喚起學生的求知欲,在課堂教學過程中,對常用數據庫進行介紹,提高學生信息收集和辨別的技巧和能力。例如,目前大多數的蛋白質序列結構和功能方面的信息都可以直接從網絡公共數據庫中得到,其中最常用的核苷酸序列數據庫包括GenBank、EMBL、DDBJ 等,這些數據庫中還同時包括了大量與序列直接相關的注釋信息,方便學生從中獲得需要的知識。另外,蛋白分析專家系統ExpertProtein Analysis System(簡稱ExPASy,http://expasy.ch,隸屬于瑞士生物信息學研究所,國際上蛋白質組和蛋白質分子模型研究中心)可為用戶提供大量蛋白質信息資源。因此,在高級生物化學的教學中首先詳細介紹一些數據庫的使用方法,再通過具體舉例使同學掌握基本的查詢方法和結果分析方法,并通過布置課后作業,使學生通過自己的實踐更好地掌握數據庫的運用方法。
4開放式實踐教學貫穿始終
高級生物化學的理論知識相對比較抽象,對于初涉該專業的研究生而言較難理解,在理論教學中穿插大量實例是達到良好教學效果的必由之路。首先在教學過程中加入教師親身經歷的實驗事例,例如根據工科院校背景重點講解酶制劑的分子改造實例,使學生通過實例學習更好地掌握該課程的精髓,提高分析解決實際問題的能力。
在實踐教學方面,由于在本科階段生物化學課程的講授中已按排了生物化學基本單元操作實驗,如蛋白質的兩性反應和等電點的測定、凝膠過濾層析測定蛋白質的相對分子質量、總含氮量的測定—微量凱氏定氮法、紫外分光光度法測定核酸含量、糖化型淀粉酶活力的測定及、酶作用的專一性、酶的激活和抑制、碘乙酸抑制糖酵解、底物濃度對酶活性的影響—蔗糖酶米氏常數的測定、蛋白酶活力的測定、酵母蔗糖酶的純化及其酶性質的研究等。因此在高級生物化學的實踐教學中,不再安排單獨的實驗單元操作,而采取開放式實踐教學模式,即選定相關學院生物化學方面相關老師所在的實驗室作為開放實驗室,對有興趣的學生進行時間、空間、內容和方法均開放的培訓,通過一些小實驗的自我設計和驗證激發學生的學習熱情,以達到更好的教學效果。同時通過開放性實驗,使研究生對于整個實驗的設計和操作更為理解,可為研究生進一步的課題選擇奠定基礎。
5 結語
同濟大學
位于上海的同濟大學,建筑學屬國家一級重點學科和國家級特色學科。該專業擁有一套與眾不同的藝術理念,不盲目跟風,教師團隊實力雄厚,在國內建筑領域有一定的社會影響。報考該專業的學生要求具備一定的繪畫能力,學制五年。
土木工程原隸屬建設部,在橋梁、鋼結構、混凝土結構、地下建筑等方面云集了很多重量級專家。學生經過一段時間的學習會掌握建筑工程、地下工程、橋梁工程、巖土工程、鐵路與城市鐵道工程等多方向的知識。
車輛工程在全國算得上是數一數二的,是國家級特色專業,它下設6個方向,學生可以任選。在課程安排上,學生除了學習汽車專業知識(雙語教學)外,還必須掌握英語和德語。學校與多家企業、社會機構設立了專項獎學金,國內外的企業對該專業畢業生的需求非常大。 同濟大學的三好塢
臨床醫學有著百年的歷史,學校依然對其加大建設。現與多所德國大學有著實質性的合作,不斷提升醫療水平,提升軟硬實力。
藝術設計專業方向是環境藝術設計專業(同濟大學的優勢專業),擁有雄厚的師資力量,常與同領域的各機構合作密切。
德語專業實力較強,科技德語方向是特色,學生還需要學習高等數學、普通物理、機械識圖、計算機應用等理工類基礎課程以及外貿、經濟管理類相關課程。
北京郵電大學
北郵由單一的郵電學院發展成現在的綜合性大學,形成了完整的電信類學科群,在郵電、通信領域,絕對是一塊金字招牌。
電子工程學院的電子科學與技術、電子信息科學與技術、光信息科學與技術三個本科專業社會需求較大,頗受社會和用人單位的歡迎,就業率位居全校第一。
信息工程學院和許多大公司聯合建立實驗室,與法國電信北京研發中心、美國ADI公司、天津移動等建立了良好的合作關系。
計算機學院在寬帶網絡方面非常出名,以通信軟件為特色,計算機技術(軟件、硬件和網絡)與通信技術相結合,也是響當當的,每年許多大公司都會來這里招人。
此外,學校還有一些綜合性的特色專業,像經管、文法、英語等,這些具備通信背景的學科在社會上也是很有競爭力的,在電信法、電信產業經濟等方面也都有很深入的研究,以電信產業為依托發展自己的長項。
天津大學
建筑學專業在國內國際上都可堪稱是一流的,是綜合研究建筑、建筑群、室內外環境等方面的學科,培養學生不僅能打造出科學的建筑,而且能打造出藝術的建筑。它是該學科目前全國僅有的3個重點學科之一。教學亮點是挑選部分高考成績非常突出的學生,單獨組成一個班進行為期一年的集別培訓,一年以后學生可以根據自己的喜好和特點自主選擇任何專業。
天津大學化工學院的專業特色方向是現代傳質理論與分離工程、生物信息學與生物化工、新型催化材料與反應工程、綠色化學新工藝與產品工程等。 天津大學的北洋大學堂紀念亭
測控技術與儀器專業屬國家特色學科,十分注重對學生實踐能力的培養,擁有數臺價值上千萬元的現代化先進儀器設備和國內一流實驗室,設有現代化的“精密測試技術及儀器國家重點實驗室”。
華北電力大學
學校校部設在北京,分設保定校區,兩地實行一體化管理。
現擁有熱能工程、電力系統及其自動化2個國家重點學科,核工程與核技術、自動化、工商管理3個國家特色學科。其中電氣工程及其自動化、動力工程和自動化控制學科是華北電力大學最具特色的學科。電氣工程及其自動化本科設電力系統及其自動化(電力)等6個專業方向,是我國電力人才的重點培養基地,畢業生大部分都投身于我國的電力事業,就業前景良好。
動力工程主要與大型汽輪發電機組、節能理論技術、新能源和新能量轉換、狀態檢修等領域的科學和技術打交道,從這個專業學到的知識可以廣泛運用在各大發電廠、供電輸電單位,畢業生就業形勢不錯。
自動化控制是能源與動力工程學院的品牌專業,學生畢業后主要從事程序控制、運動控制、過程控制等工作,學院不僅注重對學生知識能力的培養,而且還特別重視培養學生的專業技術解決能力。
電子科技大學
電子科技大學位于成都,通信學院是電子科大最牛的學院,除了它本身師資力量雄厚外,實驗室就撐起了“半壁江山”,其中寬帶光纖傳輸與通信系統技術國家重點實驗室籌建于1990年,中國的海底光纜多半都是出自這個實驗室的研究成果。該學院下屬的通信工程專業被評為第一批特色專業。
電子工程學院是電子科大成立最早規模最大的學院。學院的微波工程系、電子工程系、信息工程系許多老師都在意大利宇航局、德國慕尼黑大學、美國Intel公司等交流過。這個學科的人很容易進入各大通信公司、手機生產商。
光電信息學院在光通信、光纖傳感等方面獨步“武林”,每年都有西門子、強生等大公司來招聘人才,也和四個部省級重點實驗室以及一個工程中心有聯系。許多同學研究各種醫療器械,比如心電圖儀、內窺鏡子類等。不要小看這些東西,在電子儀器里,這一塊的利潤超過手機和相機,而且市場巨大。
西安電子科技大學以信息與電子學科為主,是全國37所示范性軟件學院的高校之一,也是全國20所獲批設立集成電路人才培養基地的高校之一。
西安電子科技大學特色專業:通信工程、信息安全、網絡工程、集成電路設計與集成系統、軟件工程(嵌入式系統方向)、軟件工程(WEB工程與信息系統方向)、電子信息工程、微電子學、計算機科學與技術、智能科學與技術、機械設計制造及其自動化、電子信息科學與技術、電子科學與技術、電磁場與無線技術和電子封裝技術。
東北大學
東北大學座落在沈陽,材料與冶金學院是國家重點建設學院,設有軋鋼技術與連軋自動化國家重點實驗室等,冶金工程、材料科學與工程是首批國家一級重點學科,所覆蓋的二級學科均為國家重點學科。
軟件學院設有軟件工程、信息安全兩個專業。一些信譽好的IT認證課程已納入課程體系,學生通過認證考試既可獲得獎勵學分,又可獲得獎勵補貼,專業課程雙語教學比例達到 60%以上。
裝備制造業在國內具有很大影響,畢業生可以從事多領域的研究和建設。 東北大學的校標取“白山黑水”之意
日語專業從對日語的聽、說、讀、寫、譯全面掌握,到熟悉日本文化、社會,畢業后,除了攻讀研究生外,還可以到外經貿部門與企業就職。
礦工程專業是國家重點學科,采礦工程實驗室是遼寧省重點實驗室。作為該專業的畢業生,同樣可在深造和就業兩個方向上,根據自身條件加以選擇。
冶金工程在眾多開設冶金工程專業的院校中,算是資歷、實力最強的了,是國家一級重點學科。學生有獲得“專業獎學金”的機會,就業率很高。
河海大學
河海大學位于南京,水利水電學院是我國水利學科專業設置歷史悠久、水利特色最為顯著的學院,是國家一級重點學科,在三峽、小浪底、南水北調等重大工程中,都有河海大學水利工程學的優秀學子的參與。
土木工程是河海大學的另一個傳統優勢專業,在國際國內都頗有影響,擁有一批國內外知名的專家學者,參與國家重大科研項目不計其數,足可見其雄厚的學科實力。
港口航道與海岸工程是河海大學和江蘇省的品牌專業,也是這個學校一直以來就業率很高的專業之一,就業領域十分廣泛。
水文與水資源工程擁有水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,以及由多名院士、教授、博導組成的雄厚的師資隊伍。