生物信息學的研究意義精選(九篇)

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第1篇：生物信息學的研究意義范文

關鍵詞：物理學；實驗；儀器；考試

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0269-02

隨著科學技術的進步和國家財力的增強，作為基礎課的物理學實驗也出現了許多新的教學形式。恢復高考制度以來，特別是近十幾年，網絡教學、遠程教學、演示教學、仿真教學、綜合性教學、設計性教學和計算機輔助教學等教學模式不斷涌現[1-3]，時刻在改變著物理學實驗的傳統教學模式。這些變革是對傳統教學的一種沖擊，同時也是一種挑戰，如何更好地適應高等教育的發展形勢，不斷改革，就成了必須要有所突破的“瓶頸”，于是就出現了對物理實驗的一系列改革實踐和探討[4-6]，許多新的教學模式和方法不斷被提出。

在上級相關部門的支持下，2008年初，我們物理系爭取到了一筆實驗室建設經費，根據要求，這批經費主要用于對常規的和基礎性的物理實驗儀器設備的更新改造中，要使其惠及大部分學習普通物理學理論和實驗的本科生。這時候，就面臨著一些問題，是徹底拋棄一些舊儀器讓其更新換代，換上最先進的現代化儀器設備？還是有所保留？如何保留？經過認真學習、研究和調研，并結合實驗室的實際情況，我們提出了自己的思路：既要重視儀器的先進性，又要考慮學生學習物理學原理的系統性和實用性。做到以實用和培養學生能力為主，盡可能將資金花在刀刃上，避免浪費，同時，又要有一定的先進性。

一、現代與傳統相結合，既重先進，又不忽視基本原理的掌握

現在生產的實驗儀器，大都很現代化，學生做實驗，一般只需要連接很少的幾根線，按下開關，幾分鐘，甚至幾秒鐘就能完成一個實驗，基本上不需要學生了解其工作原理；但這樣的實驗看起來很先進、很實用，實際上，它不適合對學生能力尤其是儀器運行的物理學原理的學習和培養，而僅適合于作其他科學的研究。

針對這種情況，我們購置新設備后，沒有放棄傳統儀器，而是相互印證教學，達到了較好的效果。

例如：在物理學實驗中，有一個“電位差計”的實驗，目的是讓學生學會使用電位差計測電位差，認識其工作原理，將來學生可以結合實際工作，設計出滿足專業需要的儀器設備。如果僅僅會使用，是不符合我們物理學實驗的教學目地的，這時，我們就新老儀器一起應用于教學。

如圖1所示，是近年來儀器生產廠家生產的一種電位差計，只要將“待測電位差”的兩個線頭連好，接通電源，選擇合適量程，即可從“結果顯示屏”上讀出待測的電位差值的大小，其測量過程最多幾分鐘，很快且很現代化，但展示在學生面前的是個“黑箱”，學生只會測量，但不了解其測試原理，達不到我們的教學目的。

同樣是測量電位差，如下頁圖2所示，是早年我們實驗室的老師，根據需要設計的一套測試裝置，看起來設備簡陋，很落后，但是，其工作原理很明確，就是根據惠斯通電橋平衡原理，通過電橋平衡求得的。

通過老師的講解，學生可以從圖2中認識交直流變換電源、電阻箱、開關、標準電源、檢流計等常用器材和部件，通過用導線將這些部件連接起來，并檢查錯誤，使其能正常運行，可以使學生了解一個完整的電路及其工作原理，這對學生由理論學習上升到實際操作，做到理論與實踐相結合是很有好處的。

通過講解和學習，雖然儀器粗糙，但物理學原理很直觀明了，學生很容易看懂和學會，這對培養學生掌握基本原理，提高實驗和創新技能十分有益。

因此，在學生做實驗時，讓學生同時做圖1和圖2兩個實驗，并讓學生進行比較，這對提高學生學習興趣，提升學生對原理的掌握和認識，很有幫助。

二、充分利用實驗場所，努力培養學生動手能力

有了較充裕的資金后，是一種設備買十幾套或幾十套，讓學生同時做，還是多買幾種少買幾套讓學生分別做，也是需要考慮的實際問題。

經過我們的認真調研和分析，結合實際情況，我們決定，一種儀器買6套，每個實驗室放三種儀器，這樣，與一個實驗室放一種儀器共18套相比，具有明顯的優勢，我們分析：首先，這樣做有效地避免了重復，節約了資金。使學生在同等條件下，可以多見多做二種不同的實驗。其次，節約了實驗空間，降低了建筑和空間開支，假設一個實驗室只能容下18套實驗儀器，原來只能放一種儀器，學生認識和學習的是“一”，那么，現在這個實驗室放三種6套實驗儀器，學生可以學習三種不同儀器的使用方法和原理，得到的是“三”。第三，方便了學生自學。目前，我們的教學方法是，老師第一次上課時，將該實驗室內三個實驗的儀器全部介紹完，學生以后憑記憶和自學來做實驗，如不明白，還可問老師和同學，同樣是一個實驗室18套儀器，如果是同種儀器的一個實驗，則老師講解后，學生就做，學生可以不假思索很快完成，而現在是三種不同的實驗，每種實驗儀器6套，學生聽講完后，學生只做其中的一個實驗，下次再來做另外一個。這樣，等下次來時，學生可能忘了，這時，需要憑他的記憶，再加上自學和同學或老師的指點來完成實驗，我們認為，更有利于對學生實驗動手能力和對知識獲取的培養。

三、結束語

經過幾年的實踐，我們探索了在空間和資金有限的條件下，如何搞好基礎課教學，如何將現代化先進儀器與傳統設備相結合，合理利用場地和設備，如何將培養學生能力與學生分數相結合的教學思路。隨著國家經濟形勢的逐漸好轉，相信以后國家對高等教育的投入會逐年加大，相關問題值得我們繼續研究。

參考文獻：

[1]王墨林，羅樂.大學物理實驗網絡教學系統的設計[J].實驗室研究與探索，2012，31（12）：140-144.

[2]王月明，劉官元，董大明.網絡背景下大學物理實驗教學模式探討[J].大學物理實驗，2010，23（3）：15-18.

[3]崔文芳.物理實驗教學助推學生創新能力提升[J].現代閱讀，2012，（10）：147-147.

[4]楊宏偉.物理學（第三版）[M].北京：中國農業出版社，2012.

第2篇：生物信息學的研究意義范文

關鍵詞：生物信息學 實踐能力 課程體系 培養模式

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）07（a）-0047-02

1 生物信息學概述

伴隨現代高通量分子生物學技術的快速發展，生物信息學在生物醫藥領域的應用日益深入[1]。作為數學理論、計算機技術和生物醫藥研究的整合學科，生物信息學在生物進化、生理功能、疾病治療、藥物開發、農林產業等眾多領域均具有重要的應用價值，是研究生命科學、醫藥科學內在定量規律的重大交叉前沿學科。鑒于生物信息學的重要研究價值和廣闊的產業化前景，發展生物信息學專業教育，有計劃的建設生物信息學專業課程體系，開展面向實踐能力的生物信息學人才培養對促進現代生物醫學發展有重要的意義[2]。

2 生物信息學教育發展現狀

生物信息學發展起步于20世紀末，在短短的十幾年中，生物信息學已經發展成為了橫跨多個研究領域的朝陽專業，國內眾多高等學府、科研院所相繼開設了生物信息本科和研究生專業[3]。但是，在實際的教學和研究過程中，絕大數單位依托于單一的數學、計算機或生物學專業開展，人才培養模式尚處于探索階段，在培養過程存在生物信學理論基礎薄弱、課程體系不健全、課程內容不完善、專業教材匱乏、專業師資隊伍缺乏等問題。

哈爾濱醫科大學生物信息科學與技術學院是全國領先創辦生物信息學專業的單位之一，多年來致力于生物信息學的科學研究和本、碩、博各類人才培養，堅持以學生為本，以培養高素質生物信息學專門人才為目標，深化教學改革，以滿足日益發展的生物信息學高端人才需要[4]。為解決生物信息學的教育教學問題，培養高水平的現代生物信息學人才，我們提出立足國內高等生命科學與醫學教育，建立面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系，以實現高質量培養具有理工科創新思維能力的生物醫學人才，為我國生命科學―醫藥學科教育教學、科學研究和產業化輸送大批專門人才。

3 生物信息課程體系建設

3.1 課程建設目標和指導方針

結合生物信息學才培養目標，經過數十名骨干教師十余年生物信息學教學實踐及人才培養成果經驗反饋，我們適時調整本科生課程及教學內容，逐步建立起面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系。奠定了本科生的人文素養與科學素養并重，公共基礎理論及專業理論相輔相乘，重視學生理工生物醫學全方面素質提高，重點突出學生實踐能力的人才培養方針，并在實踐中培養了大批具有創新思維能力的優秀高端生物信息學專業人才。

3.2 生物信息學課程體系建設方案

考慮到生物信息學多學科交叉特點和國家大學生培養要求，及學生未來就業深造所必需的基礎和專業能力，我們在國內率先開創了生物信息學專業人才培養課程體系，并在醫學院校獨立開展近40余門數理基礎課程和生物信息學專業課程。主要的課程建設情況如下：

（1）公共基礎課程（國家限修課）：政治理論課程、公共外語、體育。

（2）生物醫學基礎課程：解剖生理學、發育生物學、生物化學、細胞生物學、分子生物學、生物技術實驗、分子藥理學等。

（3）計算機基礎課程：計算機基礎、高級語言程序設計（C++&JAVA）、數據結構、Perl語言程序設計、數據庫系統原理、Linux操作系統與程序設計等（上述課程均含上機實踐）。

（4）數學基礎課程：數學分析、高等代數、概率論與數理統計、數理邏輯、組合數學與圖論、微分動力學方程、運籌學等（上述課程均含上機實踐）。

（5）專業基礎課程：信息論基礎、生物統計學、生物醫學圖像處理、模式識別、優化算法、隨機過程、生物信息學概論、生物信息數據挖掘、生物信息軟件設計與開發、分子生物軟件工程、生物信息學數據可視化、專業外語等（上述課程均含實驗）。

（6）專業課程：生物芯片技術、結構生物學、分子進化、分子生物網絡、基因組信息學、蛋白質組信息學、藥物基因組信息學、統計遺傳學、計算表觀遺傳學、計算機輔助藥物設計等（上述課程均含實驗）。

（7）綜合實踐課程：課題標書設計、科研論文寫作、生物信息學進展等。

我們在實踐基礎上開創的面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系不同于其他院校，具有明顯的跨專業交叉性教學計劃特色。該課程體系著眼于基礎理論與實踐應用相結合、素質培養與專業培養相結合、扎實穩妥與創新思維相結合。注重學生在醫學、生物學、數學、計算機科學方面的基礎性教育，同時，強調了創新型人才培養、高精尖人才培養、特色化人才培養。厚基礎、寬口徑，使學生在本科階段不但打好將來從事生物信息學、系統生物學、生物醫藥等相關領域創新性研究工作基礎，更重要的是該專業課程體系與實踐密切聯系，切合相關研究開發與產業實際，能夠培養學生從事原始創新研究與產業開發的能力。

4 生物信息學本科生培養模式建設

4.1 五年制分段培養與多學科教育體系

目前，我們根據生物信息學交叉學科人才培養特點，考慮到基礎課程多，實踐能力要求高等因素，采取“2+2+1”的五年制本科人才培養模式，包括兩年理論基礎課程、兩年專業課程與一年實踐應用課程培養（含科研訓練+畢業設計）。此模式在學生就業和用人單位反饋中證實具有顯著的人才培養效果。

課程體系建設依托于生物醫學綜合優勢及深厚的數學、計算機科學功底，通過理論教學與實踐訓練中的知識技能交叉、滲透，培養適應21世紀生命學科與轉化醫學領域急需的生物信息學復合型人才。在此基礎上，從學科的交叉性出發，進一步加強不同類別課程之間的有機融合，加大相關領域知識的整合力度，建立更為緊密、完善，符合生物信息學學科特點的課程體系，將進一步推動學科的發展和系統性教育理論體系的建立。

4.2 面向實踐能力培養的本科生教育模式

在本科學生的培養過程中，我們特別重視學生實踐能力的培養，通過教研一體化、學業導師制、報告研討制等先進的教學方法，引導學生早期接觸生物信息學應用領域和科學研究，在鞏固學習知識的同時，加強對學科的認識和對未來的把握。

“教研一體化”的實踐教學模式：面向實踐能力培養的課程體系建設，要求教學模式上的改革，使得人才培養模式由注重多數學生基礎理論知識培養的大眾教育，向注重少數高精尖創新能力培養的精英式教育轉變。充分利用骨干教師在生物信息學領域的研究經驗，將科學研究成果快速轉化成優秀的教學素材，培養學生動手、實踐、創新能力，注重培養學生實際產業化的認知水平和實踐能力。

本科生學業導師制：本科生進入專業課教學階段，實行學業導師制。采取學生與一線骨干教師雙向選擇方式，使每名學生擁有自己的學業指導教師。導師為學生提供思想教育和專業輔導，并通過指導大學生數學建模競賽、創新創業科研訓練、早期科學研究等方法促進學生的學習盡頭和對專業的深入認識。

專題報告與研討制度：本科生畢業設計階段，強調學生的“主體”學習地位，使學生選擇感興趣的學科方向，在導師指導下進行科研訓練與實踐。要求學生自主利用網絡等各方面資源，獲取學科前沿信息，并以專題報告形式展示學習成果，通過提問、研討、總結，提升自身專業素養及專業技能，獨立完成達到核心期刊發表水平的生物信息這科研課題。

5 生物信息學課程體系建設的意義

在全體師生的努力下，經過多年的實踐探索，我們對生物信息學課程體系從基礎到實踐的不同階段進行分段式、推進式的改革與建設。在政策措施、人員配備、經費匹配等各方面給予鼎力支持。優先保證面向實踐能力培養的生物信息學課程體系快速、有效的建設，已經形成國內頂尖的生物信息學本科教育理論和實踐團隊，并為國家輸送著大批高水平生物信息學人才。

面向實踐能力培養的生物信息學課程體系建設，一方面能夠完善生物醫學本科生、研究生的知識結構，提高運用理工科思維和技能解決復雜生命科學問題的綜合科研能力，更為有效的實現生命科學攻關和創新研究理論形成；另一方面，生物醫藥是我國科技研發的薄弱環節，在課程體系建設基礎上，培養適用于現代高通量分子生物學技術的創新型生物信息學人才，將為我國的醫藥物研發提供強有力的推動作用，并有利于創新臨床診斷技術開發和個性化醫療的實現，促進科技轉化，產生潛在的、不可估量的經濟價值。

6 致謝

本文研究內容是在黑龍江省高等教育教學改革專項項目，黑龍江省高教學會重點課題創新型生物醫學信息學人才培養模式研究，黑龍省創新創業人才培養項目面向生物信息產業開發的創新型專業人才培養模式研究與實踐，哈爾濱醫科大學醫學教育研究課題面向實踐能力培養的生物信息學專業課程整合設計研究資助下完成的，課程體系的建設得到哈爾濱醫科大學學校領導的支持，并得到兄弟院校相關領域專家、學者的幫助，在此一并感謝。

參考文獻

[1] Ned Wingreen and David Botstein. Back to the Future：Education for Systems-level Biologists[J].Nature Review Molecular Cell Biology，2006，7（11）：829-832.

[2] 徐良德，馬曄，孫紅梅，等.八年制醫學教育中開展《生物信息學》教學的實踐探討[J].素質教育，2011，11：33-34.

第3篇：生物信息學的研究意義范文

關鍵詞：生物信息學 交叉學科 學生培養

一、生物信息學的產生

生物學是一門古老的學科，在人類歷史發展的長河中，人類從未停止過對生命奧秘的探索。人們逐漸認識到，雖然生物種類多種多樣，但是它們的最基本分子卻是相同的。DNA、RNA和蛋白質等分子構成了生命的基本單位，再由細胞到組織、器官，最后器官系統組成完整的生物體。

傳統的生物學研究中，由于受到技術水平的限制，生物學家多采用低通量的生物實驗方法，其研究對象通常是一個基因或者幾個基因組成的通路。在這種情況下，實驗后的簡單觀察就可以滿足研究需要。隨著生物研究的不斷深入，積累了大量實驗數據，人們不禁想到，如何把不同的實驗結果整合起來？另一方面，隨著生物技術的發展，大量新興技術出現，產生了海量的數據。例如90年代興起的基因芯片技術，單張芯片就可以測定成千上萬個基因在某一狀態下的表達情況。1990年啟動的人類基因組計劃更為生命科學的研究提供了海量的序列數據。面對如此多的數據，以前依靠生物實驗研究單個或幾個基因的方法很難再適用，生命科學、統計學、計算機科學和信息科學等若干學科的交叉學科――生物信息學應運而生。生物信息學以計算機、統計、模式識別等方法為手段，以生物數據為研究對象，通過對大量生物數據的儲存、處理和分析，提取其中有意義的生物知識[1]，從而最終揭示蘊藏在核酸序列和蛋白質序列中的信息，對了解生命活動的基本規律出貢獻。

二、生物信息學在生命科學研究中的作用

作為一門新興的學科，大家對生物信息的作用并不十分明確。很多人認為生物信息學只是為實驗科學服務。從廣義上講，這種說法也不無道理，但是生物信息學并不是實驗科學的附屬品，與生物實驗一樣，它也是解決生物問題的一種手段。為了解決生物問題，生物學家依靠的是實驗臺，生物信息學家依靠的是計算機。

在生命科學的發展過程中，以分子生物學的產生為界，可以分為傳統生物學和現代生物學。傳統生物學和現代生物學取得的成就為生命科學的發展做出了巨大貢獻。人類基因組計劃啟動以來，人們一度認為只要把各種生物基因組的全部堿基排列順序測定清楚，生命的遺傳奧秘就會顯露無余，但是真實的情況遠不像想象的那樣簡單。人類的個體發育開始于一個單細胞受精卵，受精卵經過一系列的細胞分裂和分化，產生具有不同形態和功能的細胞，不同細胞之間相互作用構成各種組織和器官。雖然人類基因組中有兩萬多個基因，但是在單個細胞當中，同時起作用的基因往往是很少的。有些基因只在特定階段起作用，有些基因只在特定組織起作用。只關心某個基因或蛋白的功能是不夠的，因為在不同時空條件下，同一個基因或蛋白的功能可能不同。生物是一個復雜的系統，其表型和功能不僅體現于基因數量和序列的不同，更體現在基因、蛋白以及其他生物分子之間的相互作用之中。因此，把研究對象當成一個整體，系統地分析內部的相互關系尤其重要。但是無論是傳統生物學還是現代生物學，都是一門實驗學科，生物學的發展中缺乏一種系統思想。生物信息學可以從大量生物數據中提取有意義的生物知識，通過對已有數據的總結，進一步推測生物體的某些性質和變化趨勢，生物信息學為大量生物數據的整合提供了可能，與生物實驗一樣，是生物研究中的一種重要途徑。

三、生物信息學學生的培養

生物信息學是一門交叉學科，要求學生具有較好的分子生物學、計算機科學、數學和統計學素養，目前國內只有少數幾個學校設立了生物信息學本科專業，大部分的學生都是進入研究生階段才開始生物信息學的培養。在進入生物信息學專業前，本科階段可能接受過計算機、統計學、信息學、生物學等某一方面的教育，但要進行生物信息學的研究，大多需要補充其他方面的知識。

生物信息學研究可以分為兩類：第一，在深刻理解生物問題的基礎上，利用計算技術解決生物問題，第二，為生物學家提供性能更好的方法（算法）。理工科背景學生的生物知識較少，但是對于各種計算方法的原理和使用非常熟悉，對于這類學生的培養，第二類問題比較適合他們入門。在生物信息領域，有很多經典的分類問題。這些問題已經明確了分類目標，并且大都有通用的數據集。但是這類工作也受到了生物學家的質疑，因為大部分工作都是把已有的經典算法用在生物數據上，由于對生物問題不夠了解，最后成為只有做生物信息的人才看的方法。這也在一定程度上導致了部分生物學家對生物信息存在偏見，認為生物信息就是提出新算法，做一些數據庫。要想真正讓生物學家認識到生物信息學的重要性，就要以解決生物問題為根本出發點，即使是做預測方法，也要建立在解決生物問題的基礎上。做出更好預測方法的關鍵是深入理解生物問題并抓住關鍵特征。舉個例子，要把男生和女生分開，我們可以根據很多特征，比如身高、體重、頭發長短，雖然大多數情況下來說，男生比女生高、比女生重、比女生頭發短。但是只基于這些特征還是會造成很多的分類錯誤，因為這些特征不是男生女生差別的最根本因素。如果我們是根據性染色體來分，那正確率的提高就非常顯著了。在預測問題中，利用五花八門的方法并不是關鍵，如何能夠對生物問題深入了解并找到關鍵特征，才是最主要的。

作為一門新興的學科，大家對生物信息的了解還很少，很多人對它的定位也不同。但既然是生物信息，就是先生物后信息，可見生物的重要性。所以，在生物信息的研究過程中，對生物問題只限于表面地理解，勢必不能做出好的工作。只有對生物問題有了深入了解，才能發現其中的問題。能夠找到值得做的問題，可以說工作已經成功了一大半。當然，解決問題過程中也會有很多困難，比如發現了值得研究的課題，但在解決的過程當中發現某些數據無法獲得，或者某些技術超出了自己的能力范圍。在這種情況下，可以首先想想有沒有其它變通的辦法可以解決問題，如果經過慎重的考慮都無法找到，就要果斷的放棄。這里要強調一定要慎重考慮，不能遇到一點困難就放棄。

相比理工科背景的學生，生物背景的學生有著扎實的生物學知識基礎。但是如果是從本科階段直接進入生物信息學，由于還沒有進行過實驗操作，他們對生物問題的理解也很難非常深入。不管是理工科背景還是生物背景的學生，豐富的生物學知識都是進行好的生物信息學研究的前提。在培養學生時不可忽視對其基礎生物學知識的傳授和教育，并適當引導其對生物學問題的思考。生物學問題可以很大也可以很小。大的生物學問題任何一個懂得基礎生物學知識的人都可以提出，但也是最難解決的，比如到底是什么改變使細胞惡變，自身免疫病是如何形成的，心血管病糖尿病等復雜疾病是如何發生的，為何有人容易生某種病而其他人不易感。小的生物學問題就是各自領域的具體研究課題，比如表觀遺傳學領域的DNA去甲基化酶是否存在，基因表達調控領域的轉錄起始頻率是如何決定的，RNA領域的大量非編碼RNA的作用，蛋白修飾領域新發現的修飾如何調控蛋白的功能等等。在腦中提出并試圖思考一系列大大小小的生物學問題是對學生培養目標的第一步。這些問題的產生的前提是對生物學知識的熟悉掌握。然而在對學生培養的過程中沒必要也不可能告訴他們所有的知識，生物學知識教育的原則是為他們打開門，當他們思考問題的時候知道去哪里找到相關的知識。

另一方面，只有生物學基礎知識和問題是不夠的。很多問題在生物信息學產生之前就存在了，傳統的方法無法帶給人們問題的答案。人們一直期待新的方法去理解和解決這些問題。生物信息學的產生無疑提供給人們另一種思考生物問題的方式，為一些經典問題的解決提供了可能。例如最近的大規模的腫瘤基因組測序和分析使我們發現了很多新的腫瘤相關基因[2]。對于生物背景的學生，在教學中要把這樣的例子介紹給學生，生物背景的學生在理解信息學理論方面會存在困難。最初很難要求他們理解所有具體過程。但是至少要讓他們知道這些方法的基本原理，還有在什么情況下使用。這樣在以后的研究中遇到類似問題才能想到應該選擇什么樣的信息學工具去解決，在具體應用過程中加深對整個過程的理解。生物背景的學生如果想成為生物信息學專家，只會應用是不夠的，補充一些計算機、統計、信息方面的基礎知識是必不可少的。

生物信息學是一門仍處在快速發展之中的學科。還沒有一本教材能夠滿足生物信息學教學的需要，生物信息學立足于分子生物學、模式識別、計算機科學與技術、數學和統計學等學科，所以學生要先對這些學科的基本概念和系統有一個較為全面和直觀的認識，為日后的科研打下堅實的基礎。另外，培養過程中要包括大量的實例介紹，對一些重要的應用還加以詳細解剖，使得同學們不再僅掌握理論，而是能夠學會如何在實際工作中靈活應用這些理論。在此基礎之上，向同學們推薦一些最新的論文、期刊、參考讀物和相關的學術報告，讓同學們能夠切身感受到學科發展的前沿，培養學生的創新能力。21世紀是生命科學的時代，也是信息科學的時代。生物信息學在這樣的歷史條件下產生并壯大，它作為多個領域的交叉新興學科，對生命科學研究有著巨大的推動力。生物信息學是一門應用性非常強的學科，也是一門非常活躍的前沿學科，良好的教學效果必須以先進的內容體系為基礎，我們應時刻注意以科研促進教學，教學科研相長，使教學研究達到更高的水平。

[參考文獻]

[1]蔣彥等.基礎生物信息學及應用[M].北京：清華大學出版社,2003

第4篇：生物信息學的研究意義范文

關鍵詞：醫學檢驗；生物信息學；課程教學

近年來，生物信息學在各醫藥院校越來越受到重視，多所院校相繼在研究生教學中開設了生物信息學課程[1]。而對于醫學本科層次是否需要開設生物信息學課程這一問題，雖然目前各方面的觀點不一，但是已經有一些院校開始進行嘗試。目前醫學檢驗專業（五年制，畢業時授予醫學學士學位）已調整為醫學檢驗技術專業（四年制，畢業時授予理學學士學位），而生物信息學作為一門新課程，在醫學檢驗（技術）專業學生培養中的作用正日益受到關注，逐步被某些院校選擇作為必修課或者選修課。

一、開設課程的必要性

空前繁榮的生物醫學大數據的產出，及其蘊含的重大生命奧秘的揭示，將決定現代生命科技和醫藥產業研發的高度，決定人們對疾病的認識和掌控能力，也將對主導生物醫學大數據存儲、管理、注釋、分析全過程，解決生命密碼的關鍵手段———現代生物信息學技術的發展帶來前所未有的機遇和挑戰[2]。對于醫學專業學生而言，通過學習生物信息學，從而掌握利用各種網絡信息資源來檢索和獲取生物信息數據，并選擇和使用各種生物信息學軟件來分析數據。在當今大數據時代，這方面的知識和技能的培養對于醫學生今后從事醫學科研工作是非常重要的。因此，在醫學專業學生中開設生物信息學課程非常必要。我校從2010年開始將生物信息學設置為研究生教學的必修課；從2013年開始在醫學檢驗專業中開設生物信息學選修課，自2015年開始轉為醫學檢驗技術專業。在醫學檢驗技術專業中開設生物信息學課程，能夠為該專業學生的臨床和科研方面的素質積累提供必要的支持，更重要的是增強了在醫學和信息科學交叉領域解決問題的技能，其意義幾乎等同于在研究生教學中的設課意義。

二、教學內容的安排

醫學檢驗技術專業的教學任務非常緊張，幾乎將原來醫學檢驗專業前八個學期（最后兩個學期為實習階段）課程壓縮到六個學期來完成，學生學習壓力可想而知。我校為了減輕學生負擔，各課程的課時數都比醫學檢驗專業有所減少。但生物信息學并未改變，仍然為16學時。為了在較短的學時內實現教學效果的最大化，我們結合該專業學生的特點和需求，將授課內容分為理論課和實踐課兩部分，實踐課不占學時。理論課主要介紹基本的生物信息學理論、資源和數據的獲取、分析方法和工具的使用；實踐課則通過布置作業，課后上機操作來解決問題。理論課主要內容包括：生物信息學導論、DNA測序技術、序列的獲取、雙序列比對、多序列比對、蛋白質結構分析和預測共計六個專題。實踐課主要內容包括：cDNA及基因組參考序列的獲取；常見序列格式的釋義與轉換；雙序列比對（局部比對）；多序列比對（全局比對）；蛋白質綜合信息查詢；蛋白質基本性質、疏水區、亞細胞定位、信號肽、跨膜區、模體及結構域分析與二級結構預測；蛋白質三級結構預測。在理論課實施過程中，注重將與生物信息學相關的生命科學和醫學前沿的一些最新進展和最新成果引入理論知識講授中，讓學生在有限學時內能夠進一步認識生物信息學的內涵和課程的價值，追蹤前沿學科的動態，開拓視野。

三、教學方法的設計

生物信息學涉及多個學科領域，交叉性強，在較短的學時內學好這門課程的難度很大。學生的學習興趣與教學內容和手段關系密切，除了精心選擇教學內容外，教學方法上也有很多需要革新乃至創新的地方。在教學過程中，我們形成了頗具特色的教學經驗，由授課教師獨創的授課———實踐———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教學模式已應用于教學。TPS教學模式著力于以實際問題為引線，將理論授課與上機實踐有機地融為一體，逐步介紹生物數據分析的各項技能，并指導學生將其融會貫通以真正掌握相關的基本方法與常用工具。首先，在教學內容上引入具體實例來進行教學，比如講解生物信息數據庫（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）時，通過給出檢索某個人類疾病基因數據的例子來學習數據庫的使用方法。課堂上教學實例的設計需要任課教師在備課時投入大量精力來完成，還需要教師具備多學科交叉的知識。教學實踐表明，與醫學相關的生物信息學分析實例可以讓學生更好地認識該課程的作用，大幅度提高學生的學習興趣和學習的主動性。此外，課堂教學手段也應該豐富多彩，多媒體教學中可以充分使用圖片、動畫等元素。其次，舉例分析時可以進行一定的現場演示，比如講解檢索Unigene數據庫時可以一邊上網演示一邊解釋說明。

四、考核方式的變革

生物信息學作為選修課，既要遵循學校相關的考試制度，也要通過對考試方式的變革來提高考試效果。我們將理論考核與學生的實踐能力考核聯系起來，結合學生課外實踐任務的完成情況和開卷考試成績進行綜合評定。在課程中安排一次課外實踐任務，要求每位學生獨立完成相關分析并提交書面分析報告，該部分占考核成績的20%。具體內容為自行選擇一個人類細胞外功能蛋白：1.利用ClustalX對各物種參考蛋白序列進行多序列比對（輸出PS格式結果）；2.分析分子量、等電點、分子式、穩定性、親疏水性及亞細胞定位；3.預測二級結構并模擬三維結構。課程結束后進行開卷考試，內容包括基礎知識和綜合分析，盡量采取靈活的出題方式，并控制題量，該部分占考核成績的80%。近年來的教學實踐表明，這種綜合評定的方式能夠反映學生對該課程的掌握程度，體現學生利用生物信息學知識解決問題的能力。

五、展望

實踐表明，生物信息學課程教學能夠給學生提供所需要的生物信息學知識和技能，但是在教學內容安排、教學方法設計、教學手段使用和教學效果評價等諸多環節都需要進一步探討。在這個過程中，我們既需要吸收傳統教學模式中的優點和精髓，做到嚴謹和切合實際，又需要更新教學理念，突出醫學特色，大膽嘗試新的教學方法和手段，最終形成本課程別具一格的教學特色。

作者:倫永志 單位:大連大學

參考文獻

第5篇：生物信息學的研究意義范文

關鍵詞：生物信息學;雙語教學;改革及實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）46-0125-02

生物信息學是生物學、計算機科學及應用數學等學科相互交叉而形成的一門新興學科。它以DNA和蛋白質為研究對象，通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、檢索與分析，進而達到揭示實驗數據所蘊含的生物學意義的目的[1]。基于“加強基礎、拓寬專業、強化能力、提高素質”的人才培養指導思想，河南科技大學生物科學及生物技術本科專業開設了《生物信息學》課程，以便讓學生理解并掌握生物信息學領域的基本概念和基本理論，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力，從而適應今后工作和學習的需要。

生物信息學的研究對象為各種分子生物學數據，是在全世界各個實驗室中產生的，然后再提交到相應的數據庫中[2]。目前，這些大型分子生物學數據庫在存儲、檢索和可視化上，都是英文界面;《生物信息學》課程中講授的生物信息學軟件也均以英文為界面[3]。由于生物信息學學科的前沿性和交叉性，使得《生物信息學》課程的教學有其特殊性，其中一點就是適宜于開展較高水平的雙語教學。通過雙語教學，可使學生盡快掌握以英文為界面的生物信息學網絡資源及相關生物信息學分析軟件的使用，提高本科生生物信息學基本的分析技能，繼而培養其創新能力。根據《生物信息學》的課程特點，我們開展了雙語教學的改革和實踐，獲得了較好的教學效果。

一、激發學生學習興趣

《生物信息學》課程涉及的知識點較多，在線生物信息學分析平臺均為英文界面，多數學生因而存在一定的畏難情緒。因此，在授課的過程中，首先引導學生加強生物信息學基本分析方法及專業英語的學習。學生通過瀏覽英文網站，英文閱讀能力得到了很大提高;同時也開拓了視野，提升了知識面。總之，通過激發學生的學習興趣，幫助學生逐步建立起學習的興趣和自信心，為開展《生物信息學》雙語教學打下了堅實的基礎。

二、選用英文原版教材

目前，適宜于本科生《生物信息學》雙語教學的英文原版教材較為欠缺[4]。其原因有兩點：一方面，部分《生物信息學》原版英文教材非常昂貴，因成本原因不適宜于本科生選用;另一方面，通俗易懂、適合入門的《生物信息學》英文教材又少之又少。項目組最終篩選到了一本適宜于我校生物科學和生物技術專業本科生選用的英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，該教材淺顯易懂，實踐操作性強，適宜于生物信息學初學者選用;另一方面，打印或復印該教材的成本較低，學生易于接受。

三、更新優化教學內容

基于英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，適當更新并優化了教學內容，重點傳授了應用性較強的生物信息學實踐分析技能。如核酸及蛋白序列數據庫的查詢、核酸及蛋白序列的相似性搜索、序列比對、分子系統進化樹構建、蛋白物理特性及3D結構的預測等分析技能。另外還講授了離線單機版生物信息學軟件如DNAMAN 6.0、Primer Premier 5.0、MEGA 5.0的使用方法。

四、適當講解理論算法

在注重傳授生物信息學實踐分析技能的同時，適當講解生物信息學理論算法。由于生物信息學涉及的算法多數都較為枯燥，在授課過程中側重于分析方法的講解和應用。如在講授Needleman-Wunsch全局比對和Smith-Waterman局部比對及分子系統發育樹構建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權算術平均組隊法）等算法時，在多媒體教學的基礎上，結合互動式“提問”及“板書”等方法輔助學生理解算法的基本原理及分析方法;同時布置課后計算題作業，要求學生獨立完成后上交，從而促進學生鞏固基本理論和基本知識[5]。

五、采用雙語多媒體授課

為了更好地執行《生物信息學》課程的雙語教學任務，我們首先制定了《生物信息學》課程雙語教學計劃。即選用英文教材，制作英文PPT教學課件，采用中英文相結合的授課方式。隨著學生生物信息學分析能力及專業英語水平的不斷提高，逐步在授課過程中由少到多地加大英文授課的比例。項目組已于2014-2015學年第2學期成功應用英漢雙語完成了《生物信息學》課程的雙語教學任務，教學效果良好。

六、實時演示在線分析過程

我校基于網絡安全的考慮，在教室內僅能登陸校園網而不能登陸外網。在以往的《生物信息學》教學過程中，只能采用網頁抓圖的靜態教學方式，造成學生對生物信息學分析方法的體驗不夠強烈。為了達到更好的教學效果，項目組購置了能夠接收無線網絡信號的設備，在教室內可實時在線進行生物信息學分析，在講解數據庫查詢、BLAST分析、Bankit序列提交、蛋白質結構域分析、蛋白質物理特性及3D結構預測等內容時，學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對生物信息學分析方法的印象，從而更加容易掌握這些實踐操作。

七、網絡教學資源建設

由于受學時的限制，《生物信息學》課堂教學的內容非常有限。為了讓學生更好地利用生物信息學豐富的網絡資源，我們基于學校開發的網絡教學綜合平臺，構建了《生物信息學》課程網絡平臺。平臺不僅提供雙語多媒體課件、教學視頻、作業及相關要求等教學資料;還提供了Primer Premier、DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BioEdit軟件安裝程序和使用手冊、生物信息學英文文獻及常用的在線生物信息學分析工具的鏈接等內容。

八、科研與教學相長

在生物信息學課程的雙語教學過程中，我們堅持教學和科研互動，實現科研與教學相長。一方面，主講教師將科研中積累到的涉及到生物信息學的研究成果應用于《生物信息學》教學過程中，豐富了教學內容。如在講授Bankit在線序列提交序列時，我們以提交至國際核酸序列數據庫GenBank的芍藥（Paeonia lactiflora）乙烯受體ETR1（JX406435）、ETR2（KP265307）、ERS1（KP265307）、EIN4（KP265308）基因序列為例;在講授基因外顯子和內含子結構預測時，以芍藥ACO（KJ719260）和ACS（KP265309）基因組DNA序列為例;在講授Primer Premier軟件時，以芍藥ACO基因為例，分別設計用于半定量RT-PCR、CDS擴增及原核表達載體構建所需的PCR引物。通過把科研思路帶入教學中，從而有效培養了學生的科研能力及創新能力。另一方面，教學實踐也有利于教師全面了解生物信息學和相關學科的最新進展，不斷為科研提供新思路。

九、考試方式改革

《生物信息學》課程教學的目的是提高學生利用信息技術解決生物學問題的能力。因此，考試主要考查學生綜合利用所學知識分析問題和解決問題的能力。項目組對考試方式進行了改革，改閉卷考試為大作業。要求學生一人一題，綜合應用所學的生物信息學分析技能對所研究的核酸及其編碼的蛋白序列進行序列查詢、序列同源性搜索，PCR引物的設計，分子系統進化樹的構建，蛋白的物理性質及3D結構預測等分析，占考核成績的70%。采用這種考試方式，一方面促使學生在學習過程中不必花大量工夫去死記硬背，而把重點放在了基本理論、基本知識的鞏固及實踐操作技能的提高上，有效地提高了學生的實踐操作能力和創新能力;另一方面，也促使教師在教學過程中，注重從能力培養的角度進行教學課堂設計，提升教學質量和水平。

參考文獻：

[1]賀林.解碼生命――人類基因組計劃和后基因組計劃[M].北京：科學出版社，2000

[2]周到，黃敏.生物信息學雙語教學探討[J].科教文匯旬刊，2013，（231）：48-49.

[3]戴凌燕，姜述君，高亞梅.《生物信息學》課程教學方法探索與實踐[J].生物信息學，2009，7（4）：311-313.

第6篇：生物信息學的研究意義范文

摘要：生物信息學是較新的交叉學科，大部分文獻資料都是英文的，對學生的專業英Z能力要求較高，僅靠開幾門課遠遠不夠。應用驅動的生物信息學專業英語教學體系在大學英語和專業英語課程的基礎上，以應用為驅動和引導，以網絡資源查詢、專業軟件使用及專業文獻資料的閱讀及寫作為核心內容，使學生在課程設計、綜合實驗及科研等實踐過程中提高專業英語水平，收到了良好的效果。

關鍵詞：應用驅動；生物信息學；專業英語

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0232-02

一、前言

生物信息學是近年新興的一門交叉學科，其研究內容包含了生物信息的獲取、處理、儲存、分發、分析和解釋等在內的所有方面，它綜合運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量數據所包含的生物學意義（張春霆，2000）。與其他的生物學專業一樣，該專業要求學生掌握基本的專業英語閱讀和寫作能力；同時，由于是新興專業，其大部分專業資料，包括專業網絡資源、常用軟件和文獻資料等大都是英文，并且對生物學、計算機及數學領域的專業英語詞匯都有一定要求，因此，生物信息學專業對于專業英語的要求比其他專業更高一些。近年，人們陸續提出將任務或項目驅動教學法（周冬菊等，2011）、CBI（Content-based Instruction）專業英語教學法（智慧，2011）等應用于生物類專業英語教學，并強調網絡資源和應用（劉進平等，2011，2013）以及科研文獻（方強&趙威，2014）等在生物類專業英語教學中的作用。重慶郵電大學生物信息學院生物信息學本科專業通過總結不同的教學方法，結合生物信息學專業自身的特點，系統地提出了應用驅動的生物信息學專業英語教學體系，并收到了良好的教學效果。

二、體系構成

應用驅動的生物信息學專業英語教學體系由兩部分組成：①基礎部分，包括大學英語和生物信息學專業英語；②應用部分，包括雙語教學課程、生物信息學網絡資源、生物學軟件及專業文獻資料閱讀及寫作。內容由淺到深，從基礎教學逐步過渡到專業應用。整個體系以應用為驅動和向導，其核心內容是網絡資源查詢、專業軟件使用及專業文獻資料的閱讀及寫作，其形式主要為課程設計、綜合實驗及學生課外科研。

1.大學英語。大學英語教學分為基礎階段和應用提高階段（田志環，2008），大學英語是基礎階段的主要英語教學形式，在高中階段語法學習的基礎上，鞏固提高學生的英語聽、說、讀、寫能力，為后面的應用階段英語教學奠定基礎。

2.專業英語課程。生物信息學專業英語課程是基礎階段到應用提高階段的過渡，其教材根據本專業的特點采用自編教材，內容除生物信息相關內容外，還兼顧生物、計算機和數學（主要是概率統計）等領域。生物信息學專業英語課程內容分三個層次：專業英語，主要是理科專業英語的特點，常用句型；生物類專業英語，主要是了解生物學專業名詞的構詞特點及熟悉常見生物學專業名詞；生物信息學專業英語，了解生物信息學常見的研究領域，熟悉生物信息學專業詞匯。內容從一般到特殊，學生通過該課程的學習初步了解生物信息學專業英語的特點，掌握基本的專業詞匯。

3.雙語教學專業課。生物信息學專業的雙語課程是整個專業英語教學體系的核心，是學生掌握專業英語詞匯的主要途徑。雙語課程包括分子生物學、進化生物學、Perl程序設計等，其教材采用國外原版教材（影印版），教師上課幻燈片主要用英語，講解用英語+漢語，配合學生的課前預習和課后復習，在掌握專業知識的同時，熟悉生物信息學專業詞匯，提高專業英語閱讀能力。

4.網絡資源。隨著生物信息學的快速發展，網絡上英文的生物信息學資源也越來越多，主要包括生物學數據庫、多媒體生物信息學資料（如新一代測序儀介紹等）及公開課視頻資料。網絡生物數據庫如GenBank、UniProt、Ensembl、Pfam、PDB等包含了大量的生物學數據及分析工具，內容系統完整，更新速度快，是生物科研工作者的寶庫，同時也是生物信息學專業英語學習的寶貴資源。這些數據庫的幫助頁面有詳細的資源介紹及使用方法說明，若能仔細閱讀，在學習這些網絡資源的同時，專業英語能力也會有極大的提高。另外，網絡上的很多公開課，如亞利桑那大學的“生物多樣性”、可汗學院的“生物學”及“概率”、麻省理工學院的“生物學導論”等，都是很好的在線學習資源。

5.生物信息學軟件。生物信息學領域很多常用的軟件，如序列比對軟件BLAST、FAST、TeeCoffee、ClustalW/X系統發育分析軟件MEGA、PAUP、PHYLIP、PAML，新一代測序數據分析軟件Velvet、SOAP、Bowtie、BWA等及其他生物信息學領域的很多軟件的界面及幫助文檔都是英文，在掌握使用這些軟件的同時，也可以熟悉相關領域的英文專業詞匯。

6.專業文獻資料閱讀。在學生的生物信息學課程設計、生物信息學綜合實驗、畢業設計、科研班及創新實驗等課程及活動中，需要閱讀適量的英文文獻。在前面掌握了一定量的專業詞匯的基礎上，通過英文文獻資料的閱讀，進一步提高了學生的專業英語閱讀水平，并初步掌握生物信息學專業英語寫作的基本要求，對于學生以后的研究生階段的學習或專業相關工作奠定了專業英語基礎。

三、教學效果

專業英語學習的最終目的是應用，主要包括專業英語文獻資料的閱讀及論文寫作，因此，對于教學效果也主要從閱讀和寫作兩方面進行評價。

1.專業英語閱讀。經過幾年系統的專業英語學習，學生從入學時覺得專業英語神秘莫測，看到英文資料就跳過，到畢業時能比較順利地閱讀專業文獻資料，查詢GenBank等英文專業數據庫，也不再害怕使用英文界面的專業軟件。

2.專業英語寫作。在專業英語閱讀能力提高的基礎上，學生的專業英語寫作能力也有了較大提高。尤其是科研班的同學，基本上可以用英語將自己的科研工作總結成論文初稿，畢業論文中的英文摘要也較少出現語法和拼寫錯誤。

經過四年的學習，學生生物信息學專業英語的閱讀和寫作能力都有了較大提高，為進一步的學習和工作打下了良好的基礎。

四、結語

該體系以應用為導向，從基礎到應用，由易到難，主要培養學生的生物信息學專業英語閱讀能力，兼顧專業英語寫作訓練，取得了較好的效果。英語的學習是一個積累與逐步提高的過程，專業英語更是如此，尤其是專業詞匯的積累需要大量的閱讀與寫作實踐。因此，要使學生學好專業英語，僅靠開幾門課是遠遠不夠的。學生通過課程設計及生物信息學綜合實驗等應用性課程及課外科研活動，在掌握了專業知識的同時提高了專業英語閱讀和寫作能力，為進一步深造打下基礎。

參考文獻：

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[3]智慧.基于CBI教學理念的生物信息學專業英語教學模式設計[J].創新教育，2011，（28）.

[4]劉進平，莊南生，王英，唐燕瓊，許云，黃小龍.生物類專業英語利用互聯網資源輔助教學法[J].科技信息，2011，（14）.

[5]劉進平，莊南生，王英，唐燕瓊，許云，黃小龍.“以應用為中心”的生物類專業英語教學改革與實踐[J].大學教育，2013，（12）.

[6]方強，趙威.將科研文獻引入生物科學專業英語的教改實踐和探討[J].教育科學論壇，2014，（32）.

[7]田志環.生物學專業英語教學的探索與實踐[J].高教論壇，2008，（5）.

第7篇：生物信息學的研究意義范文

[關鍵詞]生物信息學；案例教學；生物類專業

[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、、分析和解釋等在內的所有方面，綜合運用生物學、數學、計算機科學等方法，闡述和理解數據所包含的生物學意義。作為21世紀生命科學領域發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，從簡單的克隆、PCR到基因數據分析都需要在計算機上進行處理。因此對生物學專業的學生而言，具有一定程度的理解和應用生物信息學技術的能力是十分必要的。而課程是為培養目標服務的。這就要求教師在有限的授課時間內，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 理論與實踐相結合的教學手段

根據當今生物信息學的發展方向，教師結合理論教學內容增加綜合性、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，理解數據庫概念、動態規劃和bootstrap等算法；二是高通量測序的數據分析。在實現大規模數據處理和分析的同時，掌握統計分析基礎知識。

1.1 生物信息的簡單檢索

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

1.1.1 講解

基于大數據教師引申出數據庫存儲信息的概念。而后分類介紹常用的基因組數據庫、核酸序列數據庫、蛋白質序列數據庫、蛋白質結構數據庫以及各種常用復合數據庫。

1.1.2 演示

了解上述常用的數據庫之后，教師實例演示數據庫檢索。通過逐層提出問題，誘導學生思考如何利用上述不同的數據庫資源，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序列是什么？是否有保守的功能結構域？在亞細胞的什么位置發揮什么功能？可能的三級結構？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，體驗各個數據庫的側重點，并理解不同軟件不同參數的意義或差別。比如GenBank和Swissprot的側重點，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：數據庫的網址、軟件的名稱、版本、輸入的文件、精確的運行參數、結果的提取等。

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據庫，而且理解數據庫中各個軟件及其參數的意義，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。三是培養學生創建較好的文檔及其組織形式，形成科學研究的可重復性（replication）和可復現性（reproducibility）。不僅有利于追溯前因，而且對代碼的復用，以及對結果應用于新項目都非常必要。

1.2 高通量測序數據的分析

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

1.2.1 介紹

教師以DNA測序技術發展為主線，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，向學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）。以轉錄組RNA-seq為例，包括測序質量的評估（堿基組成和堿基質量分析）、clean reads的篩選、利用TopHat/Bowtie將篩選出來的reads比對到參考轉錄本、統計reads在參考基因上的分布情況及覆蓋度，判斷比對結果是否通過第二次質控、通過cuffmerge將重復測序得到的reads形成一致性轉錄本、基因結構優化、基因覆蓋度統計、使用cuffdiff篩選差異表達基因和鑒別可變剪切體、對結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上述數據分析流程。掌握基本的Linux命令、統計計算和可視化分析。

1.2.4 成文

引導學生形成規范化文檔和腳本，以便回溯和可重復性使用。

高通量數據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：將教學內容分成相對獨立完整又有一定聯系的幾個部分（下圖）。對于每部分內容，教師利用已講解的相關知識給學生實時演示，并給出教師自己的理解和結果。然后把學生分組，讓他們根據自己的理解，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容串聯起來，介紹本組的實驗內容及解決辦法。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數據分析”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個實驗數據，隨機分配給每個學生。要求每個學生對分配到的RNA-seq數據進行差異表達分析，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構域、亞細胞定位以及可能的蛋白質結構和功能、可能結合的轉錄因子、相互作用的蛋白質網絡和信號通路、構建相應的系統進化樹。

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”、“腳本”、“結果”分別答題，不僅非常有效地明確所學的內容，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學生QQ群發放電子問卷，共收回82份答卷，統計結果如下表所示。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 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，這種理論與實踐結合的教學模式，很好地提高了學生的學習興趣。考慮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

所選的案例既要經典又要緊跟科學前沿。比如第一個案例所蘊含的數據庫檢索、序列比對和系統進化樹的構建，在生物信息學中，屬于較經典且核心的知識點。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。面對生物類專業背景的學生，我們側重生物信息學方法或者工具（軟件）的應用，而不是強調算法。比如第一個案例中系統進化樹的構建，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，重點在于強調不同的數據適合采用上述哪些方法以及如何用Mega等軟件實現系統進化樹的構建。

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，不同的參數設置，輸出不同的數據格式。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，則可以采用SOAPaligner/ SOAP2實現。學生可以根據自己的興趣和能力，選擇拓展性內容進行繼續學習。

4.5 良好的成文習慣

引導學生養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性的文檔，對于整理分析思路、核實結果、重復使用代碼都起到事半功倍的效果。

生物信息學是現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，而且逐漸培養學生自我分析和解決問題的能力。

參考文獻：

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[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8篇：生物信息學的研究意義范文

江賜忠，美國衣阿華州立大學遺傳學博士，同濟大學特聘教授、博士生導師。先后獲得教育部“新世紀優秀人才”、上海市科委“浦江計劃人才”、上海市教育發展基金會“曙光計劃人才”、上海市教委“東方學者”榮譽稱號與資助。在Nature、Genome Research、Nucleic Acids Research等著名國際學術期刊上發表SCI收錄論文37篇，單篇論文已被引用超過400次。出版國際英文專著的一個章節。

十月，Science以“生物信息學，神秘的新職業”為題發文，“在大數據時代，這是個有趣的地方，也是令人激動的時刻。”一位教授這樣評價道。

我們處在一個大數據的時代，由于高通量測序技術飛速發展，在生物醫學研究中已經得到廣泛應用，每天都會產生海量數據。數據量如此之大，部分是由于思維方式已經從數據的生成轉變為數據的分析，因此就更需要有專家能夠用高效的方式去分析挖掘，讓其對科學家和臨床醫生具有意義，并最終惠及客戶和患者。

這些海量數據就象一堆沙子，生物信息學專家就好比淘金人，要從沙子中淘出金子來。美國衣阿華州立大學遺傳學博士，同濟大學特聘教授、博士生導師江賜忠就是一位致力于我國生物信息學發展的“淘金者”。

興趣成就夢想

人們常說，興趣是最好的老師，江賜忠正是在興趣的牽引下進入生物信息學領域的研究。

江賜忠說他每當念及童年時光，對大自然里的各種小動物都記憶猶新。夏天把抓來的螢火蟲放在紙疊的燈籠里，看它們一閃一閃地發光;觀注成群結隊的螞蟻有序地把蒼蠅一只一只地往洞里搬，從小就愛上這絢麗多彩大自然里各種可愛的小精靈。因此小學的自然課、中學的植物學與動物學都是他最喜歡的課，他從洋蔥表皮細胞顯微鏡觀察認識了生命微觀結構，由光合作用實驗開始了解生命奧秘。帶著對生物的喜愛與生命奧秘的好奇，江賜忠考大學時第一志愿選擇了生命科學。

后來在美國讀博士學位期間，對人類健康、中醫藥、當代科學研究方法、甚至是商業等都有很深影響的國際合作項目“人類基因組計劃”正在如火如荼地進行，也帶動對酵母、秀麗線蟲、果蠅等其它模式生物基因組測序，產生大量基因組測序數據。加上計算機軟硬件的迅速發展，逐漸產生了一門新興的交叉學科――生物信息學。這門學科主要是結合計算機、數學、統計等方法，從海量數據中挖掘出規律與有用的信息，用于解釋生物現象、闡述其機制、解決相關生物醫學問題。如鑒定出某種疾病發生發展中起重要作用的基因、潛在的藥物靶點等。

江賜忠所在的衣阿華州立大學在這期間成立了生物信息學專業，“我有幸加入這個專業，接受系統的生物信息學學習與技能訓練。其實我一直也很喜歡計算機。通過加入生物信息學專業，正好圓了我學習計算機的夢。碰巧我的博士學位論文前半部分是做實驗獲得數據，后半部分主要就用計算機進行分析所得的數據。”他告訴記者。

興趣和堅持，是通向科研成功的兩顆啟明星。因此，有興趣為始，還要以毅力相伴。博士畢業后，江賜忠就開始完全轉入專業的生物信息學分析。這樣，他無縫過渡到生物信息學與基因組學這個領域。2007年高通量測序技術開始興起，他參與到核小體、組蛋白等表觀遺傳高通量數據分析的項目中，掌握了高通量數據分析的最新技術。也正是高通量測序與染色質免疫沉淀技術的興起，表觀遺傳組學研究取得突飛猛進的發展，成為當前生物醫學研究熱點，江賜忠也成為這個領域眾多研究者的一員。

科學無國界，科學家有自己的祖國

一個國家的科研水平與實力和國家的強大息息相關。在上世紀90年代早期及之前，中國國內的工作想在《科學》、《自然》等國際頂尖學術期刊上發表基本上是個可望不可及的追求。但是，最近十幾年，國內實驗室的工作每年都有多篇在《科學》、《自然》、《細胞》等國際頂尖學術期刊上發表。中國正在走向世界，他最希望的是中國的生物信息科學也能夠走在世界的最前列。

回國工作后，江賜忠主持參與了國家“973”重大科學研究計劃項目、國家自然基金委重大研究計劃與面上項目。根據中國出生缺陷防治報告，我國出生缺陷占新生兒的約5%，每年約有100萬缺陷兒出生，給家庭和社會造成極大負擔。導致缺陷兒的原因很大一部分與表觀遺傳紊亂有關。而核小體作為染色體的基本結構單元，通過開放或屏蔽DNA序列來控制轉錄因子與DNA結合，從而調控基因的轉錄表達。核小體在基因組中定位的變化與染色質結構的變化是重要的表觀遺傳基因調控機制。核小體的正確定位與染色質的正確結構在胚胎發育中起著重要作用，但分子機制并不清楚。

鑒于此，江賜忠團隊聯合了國內四家高校研究所，在生殖發育、表觀遺傳、與生物信息方面的杰出研究團隊，一起申請到“973”重大科學研究計劃項目“胚胎發育中的核小體重排與染色質重塑”。該項目結合生物信息學手段，主要從胚胎與干細胞兩個層次來研究核小體定位與染色質結構變化在胚胎發育中的作用機制，以期能夠獲得早期胚胎發育母源驅動向合子啟動轉化（MZT）這一重要過程、以及干細胞全能性維持與分化中核小體定位與染色質結構變化模式及表觀遺傳基因調控機制，為降低出生缺陷率、提高我國人口健康水平奠定基礎。

目前，項目研究已經取得一批成果。如染色質重塑酶是影響核小體定位的重要因素之一。染色質重塑酶缺失會導致果蠅胚胎發育停滯，但其分子機制并不清楚。在果蠅中Brahma由Brm基因編碼。為此，他們在果蠅三齡幼蟲中敲降Brm基因，以此研究核小體定位變化與全局基因表達譜變化。結果發現，Brm敲降導致整個基因組核小體占有（occupancy）變化，全局基因組上核小體密度變低。相對照，Brm敲降對核小體的位置偏移影響較小，約75%的核小體偏移少于10bp。Brm敲降對核小體定位的固定性（即相位）也有影響。核小體定位偏移、丟失與獲得、相位變化都富集在基因啟動子區。Brm敲降還導致了基因5’端大量區域核小體串（即3個及以上連續核小體）發生變化。

有意思的是，這些區域上的基因在發育與形態發生上有重要功能。這一定程度上解釋了Brm敲降導致果蠅胚胎發育停滯的原因。這些區域上富含AT富有的轉錄因子的模體（motif），因此Brm敲降可能通過影響這些轉錄因子對DNA的結合，從而調控其靶基因活性，影響胚胎正常發育。該結果已發表在Nucleic Acids Research （2014）。

讓世界關注中國

江賜忠始終認為，一個人的力量不足為奇，只有集眾之力才能形成一股巨大的推動力量。他先后參加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics，2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop，2010年與2012年冷泉港亞洲會議Epigenetics， Chromatin & Transcription，2012年的International Workshop and Summer School on Crops等國際會議，同時他們也邀請了時為北卡羅來納州大學教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的Jason Lieb教授等國內外知名學者來校訪問交流。通過這些學術交流，他們充分了解相關領域國際上的最新研究動態與現狀，與國際接軌。

“生物信息學是門交叉學科，既要有牢固的生物學知識，又要有很強的數理知識與編程能力。要同時掌握這些跨學科知識與技能不是件容易的事情，這就造成這方面人才的匱乏。據我所知，我國目前設有本科生物信息學專業的高校并不多。幸運的是，我在的同濟大學生命學院有開設生物信息學本科專業。因此，我國很必要加強生物信息學專業人才的培養與儲備。”江賜忠對于人才的重視和渴望溢于言表。

第9篇：生物信息學的研究意義范文

本文作者：劉斐、虞堅爾 單位：上海中醫藥大學附屬市中醫醫院、上海市中醫醫院

中醫講究望聞問切，辨證論治。舌診，中醫望診的重要客觀指標。舌為心之苗，脾之外候，苔由胃氣所生。臟腑通過經脈與舌相聯系，手少陰之別系舌本，足少陰之脈挾舌本，足厥陰之脈絡舌本，足太陰之脈連舌本，散舌下，因此，通過診察舌質和舌苔的形態、色澤、潤燥等，可以判斷疾病的性質、病勢的淺深、氣血的盛衰、津液的盈虧及臟腑的虛實等。但因其受光線、食物、藥物、醫生經驗等很多因素的影響，使臨床醫生對其特點很難把握。那么生物信息學的第一個體現就是舌診儀的誕生，舌診儀采用光電轉換原理和計算機技術，將舌質或舌苔顏色的判斷用三組數碼顯示出來，它不僅為名老中醫觀察舌象的變化提供了手段，而且給中、青年醫生舌診提供了可取的寶貴經驗。在此基礎上，王愛民等[2]基于學習矢量量化（LVQ）神經網絡分類器，實現了舌象分析中的舌色、苔色自動分類。在分類器的設計中，提出了基于“2σ”準則的訓練樣本篩選方法，并采用Fisher比率作為色度空間選擇的依據，有效提高了分類正確率。沈蘭蓀等[3]提出了舌圖像的彩色校正、舌體區域分割、舌質與舌苔特征分析、舌象裂紋分析等一系列實用的算法。胡申寧等[4]利用主成分分析（PCA）的全局性，在HSV顏色空間中對舌象進行特征提取、降維，并通過AdaBoost把一系列弱分類器提升為強分類器，對舌象顏色進行了深入的分類研究。脈診，中醫診斷的另一個重要指標。血液在脈管中循行，心主血脈，肺朝百脈，脾胃為氣血生化之源，脾主統血，血液的循行有賴于脾氣的統攝；肝藏血，主疏泄，有調節血量的作用；腎藏精，精血互生；六腑傳化飲食和水液，構成血液形成的基礎物質；由此可見，五臟六腑無不參與脈象的形成，脈象的變化不僅可以反映五臟功能活動，也可反映六腑的變化。晉•王叔和《脈經》將脈象總結為二十四種；元•滑壽《診家樞要》發展為三十種脈象；明•李時珍《瀕湖脈學》定為二十七脈；明•李士材《診家正眼》再增入疾脈，至今已有二十八種脈象，其中的變化不言而喻。沙洪等[5]根據中醫脈象的多信息特征，在超聲圖像動態分析和識別技術的基礎上，將B型超聲與柔性傳感器結合構建了脈診復合信息檢測系統，對超聲波動態圖像、壓力脈搏波、光電容積脈搏波和心電圖進行信息整合，并通過計算機信息處理技術綜合分析，建立了脈象特征分析方法，形成了描述中醫脈診“位數形勢”4種屬性的優化解決方案。證候學，辨證論治的中心原則，但疾病是復雜多樣的，病人暴露出的癥狀有時并不能讓臨床醫生準確的把握。王米渠等[6]認為根據差異基因表達與虛寒證的相關程度，可以建立虛寒證基因表達譜的數學模型，進而探討虛寒證的基因診斷指標和療效的分子評價。魏嵋等[7]研究發現差異表達蛋白質APO-A1、APO-A4具有潛在的作為CHB濕熱中阻證診斷、預后標記物或治療靶點的意義。張洛欣等[8]利用生物信息技術使腎陽虛證信息融合，使其數學模型化，從低層次走向高層次證候姿態。

中藥有升降沉浮，四氣五味，歸經，不同的中藥配伍有不同的作用，道地藥材與非道地藥材的療效亦不同。究竟中藥如何作用于人體，通過什么途徑達到治療目的，究竟是哪種成分在起作用，以及臨床醫生如何把握中藥的不同配伍。基于這種海量的中藥信息，目前國內已經出現了一些中藥數據庫，學者可以利用其數據庫檢索到每味中藥的主要成分、化學結構，以及中藥在體內的各級代謝物，通過代謝物找到藥物治療的靶點，并且可以通過局域比對，找到靶點蛋白，這就是所謂的藥理網絡，這樣可以對中藥多環節、多靶點的治療特點進行準確的把握。另外，劉淑群等[9]通過建立道地中藥生物信息數據庫、開發生物信息計算方法和分析軟件、探索個體用藥的生物信息學基礎，使“道地”屬性具有明確的標準性和可控性。通過生物信息技術，學者們還可以得到某中藥成分的蛋白表達或者異構體的信息，如宋東杰等[10]利用生物信息學軟件分析貫葉金絲桃查爾酮合成酶基因編碼蛋白的多種蛋白質性質，獲取了該基因的相關因素。沈霞等[11]應用SYSBL軟件優化得到綠原酸及其異構體的三維結構，并采用三維結構疊合分析法研究綠原酸及其異構體立體結構差異，為設計、篩選抗流感病毒的先導化合物奠定結構基礎。

中醫藥文化是中華民族幾千年智慧的結晶，從中醫四診到辨證治療，信息量之大之精密，挖掘不是一朝一夕的事情，更不能由于現代醫學的沖擊，盲目地去生搬硬套，如有些醫生簡單的將中醫藥套用西醫的模式，一見病毒感染就一味的選用清熱解毒，這種簡單的將中西醫結合，不但沒有使中醫發展，反而丟棄了原本的中醫精神，合理的利用現代的生物信息技術，傳承中醫文化才是中醫現代化的必然之路。尤其是名老中醫的經驗，不管從辨證方面還是藥物配伍方面，對于臨床醫生來說都是很寶貴的財富，如果可以合理地利用生物信息學技術，將經驗轉為信息，將模糊變為清晰，將只可意會轉為規律可循，那么傳承創新指日可待。