第一篇：關于提高生物類專業(yè)《生物信息學》教學的一些建議論文

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）32-0219-0

2生物信息學是在生命科學、計算機科學和數學的基礎上逐步發(fā)展而形成的一門新興交叉學科，其實質就是利用信息科學與技術對生物數據進行獲取、處理、存儲、發(fā)布、分析和解釋，進而揭示紛繁復雜的數據中所蘊含的生物學本質[1]。作為21世紀生命科學領域發(fā)展最為迅速的學科之一，生物信息學已經成為生命科學研究領域的重要學科[2]。實驗室的每一項技術，從簡單的基因克隆、基因數據分析到生物大分子進化研究都需要應用到生物信息學，因此，對于生物類專業(yè)的學生而言，掌握生物信息學的相關知識尤為重要。我國各大專院校都在不斷努力創(chuàng)新和改進現有生物信息學課程的教學方法與方式。因此，作者結合近五年來開設生物信息學課程的教學實踐，分析了目前生物信息學課程教學中存在的主要問題，提出幾點建議，希望能夠有助于推動生物類專業(yè)生物信息學課程教學質量的提高。

一、生物類專業(yè)生物信息學課程教學中的問題

1.生物信息學教材的選擇。生物信息學的發(fā)展速度快、內容廣泛，目前很多國內高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，國內引進的生物信息學相關的英文原版教材中有些屬于科普性質，內容過于簡單，而有些偏重介紹生物信息學的計算方法或模型的建立，過于復雜[3]。而國內相關教材更新較慢，課堂內容涵蓋的知識面和知識點相對減縮，而且一些前沿的數據和先進軟件沒有講授，這些對學生的發(fā)展和生物信息知識的合理運用極為不利[4]，因此，目前導致很多高校教師無法選擇適用于生物類專業(yè)的生物信息學教材。

2.教學大綱安排不合理。生物信息學是一門集分子生物學、計算機科學和數學等多個學科的交叉學科，它囊括了基因數據獲取、基因預測、序列比對、序列拼接、分子進化、蛋白質序列分析、蛋白質結構預測、分子建模、藥物設計以及基因芯片蛋白芯片等內容模塊，同時各領域內容還涉及到具體的計算方法、概率統(tǒng)計、機器語言等知識模塊。由于課時設置有限，如果教師在課堂教學對各領域內容面面俱到，會造成大部分內容都只是蜻蜓點水，學生學完以后雖然接觸了很多東西，但在生物研究中遇到實際問題還是束手無策。

3.教學內容滯后。生物信息學是一個快速發(fā)展的學科，隨著生物學科自身的發(fā)展和研究的深入，新的數據庫和信息資源不斷涌現，各種數據庫和軟件的更新?lián)Q代非常頻繁，如果教師所講授的在線服務器、分析軟件、講解實例都不是當前最普遍的，學生學完后打開最新的在線服務器或是相關分析軟件依然不會操作。

4.教學方法和教學手段存在不足。生物信息學教學普遍采用普通教室多媒體講授，而生物信息學課程是一個實踐操作課，學生經常要動手操作，普通多媒體教學與實踐操作教學相脫節(jié)。傳統(tǒng)的講授很難與實踐教學效果相比，很多學生雖完成了生物信息學課程學習，也接受了很多生物信息學的理論知識，但在進入大四階段做課題研究完成畢業(yè)論文時，遇到需要在數據庫查詢序列、用軟件分析序列或蛋白性質、結構特點等問題時依然束手無策。

二、生物類專業(yè)生物信息學課程教學建議

1.調整教學大綱。對于生物類專業(yè)的學生來說，生物信息學是生物研究中的輔助工具，不需要掌握生物信息學算法或軟件編程細節(jié)，而是培養(yǎng)學生運用生物信息學的方法來解決生物研究中遇到的問題，比如能夠應用檢索工具查找序列等相關的數據信息、利用比對軟件或是BLAST在線服務器對感興趣的序列進行比對分析、選擇適當的建樹方法對DNA或蛋白序列進行系統(tǒng)發(fā)育樹的構建、可分析蛋白序列信息并預測其三維結構以及引物設計等。因此對于生物類專業(yè)學生的教學，應重點培養(yǎng)學生的實踐能力，尤其是關于數據庫的使用和分析軟件的操作，使他們以后在生物相關領域的工作中能學以致用，所以對于當前生物類專業(yè)的培養(yǎng)目標應以應用為核心安排教學大綱。據此，確定了以下的教學內容：教學內容共54學時，分為理論基礎和上機實踐兩部分。理論教學內容共36學時包括：生物信息學緒論、生物信息數據庫的查詢與搜索、基因和蛋白質序列比對、序列拼接、生物進化與分子系統(tǒng)發(fā)育分析、基因預測與引物設計、蛋白質結構及其預測、計算機輔助藥物設計；上機實踐共18學時包括：常用生物數據庫的查詢與搜索、核酸序列檢索與分析、多重序列比對和系統(tǒng)發(fā)育樹的構建、PCR引物設計及評價、蛋白質序列分析及結構預測。

2.教學內容主次分明。由于生物信息學技術及分析手段更新迅速，教學內容會顯得越來越臃腫，作者建議對于生物類專業(yè)的學生可以以生物信息學方法的掌握和生物信息學工具的應用來設計教學內容，關于生物信息學本身涉及到的一些數學模型和編程算法，可簡略講授，教學過程中盡量把有限的教學學時用到以生物信息學為工具解決生物學研究問題的教學中去，避免“面面俱到”的灌輸式教育。例如，對于講授序列比對這一章的知識，關于序列比對所使用的方法PAM和BLOSUN矩陣，對于如何采用數學方法構建這些計分矩陣過程可略過，只需簡要介紹PAM和BLOSUN矩陣的概念意義以及用途，重點放在如何使用生物信息學軟件進行序列比對，并理解各參數設置的意義。另外，在生物信息學各教學內容模塊中涉及到的相關數據庫及軟件種類繁多，其數量在不斷增加，版本也在不斷更新。例如在講授生物信息數據庫的查詢與搜索這一章節(jié)時，涉及到的數據庫有核酸序列數據庫、蛋白質序列數據庫、蛋白質結構數據庫、基因組數據庫、蛋白組數據庫、代謝組數據庫等，而每個種類又含多個不同的數據庫，比如核酸序列數據庫有GenBank、EMBL和DDBJ等，蛋白質序列數據庫有swiss-prot、TrEMBL、NCBI和UniProt等。因此，我們重點介紹了3大站NCBI、EBI和SIB，其中我們著重介紹了NCBI的用于提取序列信息的工具――Entrez系統(tǒng)，Entrez將科學文獻、DNA和蛋白質序列數據庫、蛋白質三維結構數據、種群研究數據以及全基因組組裝數據整合成一個高度集成的系統(tǒng)。因此我們給學生演示并要求學生掌握如何采用Entrez查詢DNA和蛋白質序列等。另外在講授分子進化與系統(tǒng)發(fā)育分析這一章節(jié)時，要進行序列比對及系統(tǒng)發(fā)育樹的構建，可以使用ClustalW、BioEdit、DNAstar、phylip、MEGA、PAUP等本地軟件，也可以使用The PhylOgenetic Web Repeater（POWER）和Evolutionary Trace Server等網絡在線服務器分析。考慮到軟件的通用型、易用性及本專業(yè)學生的英語水平、計算機操作水平，我們選擇ClustalW進行多序列比對，然后采用phylip軟件包構建系統(tǒng)發(fā)育樹，并要求學生掌握如何使用這兩個軟件構建系統(tǒng)發(fā)育樹。MEGA及其他在線服務器只簡單介紹具體操作方法作為輔助資料供學生自學。

3.基礎理論結合實踐教學。生物信息學教學強調學生的實踐能力培養(yǎng)，僅靠理論授課而無實驗學時，學生學完后依然只是紙上談兵。因此建議，生物信息學的講授應在合適的微機環(huán)境下進行，在理論課學習后，馬上安排學生進行實踐課，演練所學的軟件和方法等。另外教師在講課時也可結合當前生命科學的發(fā)展特點，與生物信息學有機巧妙的結合起來，選擇幾個典型的案例，進行課堂講授，現場操作；或是布置實踐任務，讓學生課后完成，在課堂隨機抽點學生讓學生操作，使學生參與其中，在實踐中感受生物信息學知識是如何解決生物科研中的問題的。比如作者在一開始講授在數據庫中查詢序列時，將學生按5～6人分成興趣小組，結合自己的興趣選擇特定基因，在后續(xù)整個課程的學習過程中，比如在學習到序列比對、基因預測、引物設計、系統(tǒng)進化樹構建、蛋白質結構預測時，都要求學生圍繞該基因利用掌握的各種生物信息學分析方法對其進行分析，并在課堂上隨機抽點學生進行現場操作示范，對于學生遇到的問題馬上給予解惑并結合知識點再次強調講授。這樣既調動課堂氣氛，也提高學生的積極性，使學生有較強的參與感，同時又加強了學生分析問題、解決問題的綜合能力。

生物類專業(yè)學生學習生物信息學的中心任務就是學會使用生物信息學知識從紛繁復雜的生物數據中揭示隱含的生物學意義。因此在教學中，授課教師要緊跟生命科學的發(fā)展，及時調整教學大綱、選擇教學內容并突出重點、采用以培養(yǎng)學生實踐動手能力的教學方式，做好生物信息學的課程教學工作，提高該課程的教學質量，使學生學習了生物信息學后，能在今后的生物科研中學以致用，解決實際問題。

第二篇：生物信息學論文

淺談生物信息學的發(fā)展和前景

摘 要：本文闡述了生物信息學產生的背景，生物學數據庫，生物信息學的主要研究內容，與生物信息學關系密切的數學和計算機科學技術領域，生物信息學產業(yè)等內容，展望了其未來并提出了若干在我國發(fā)展生物信息學的建議。著重指出，理解大量生物學數據所包括的生物學意義已成為后基因組時代極其重要的課題。生物信息學的作用將日益重要。有理由認為，今日生物學數據的巨大積累將導致重大生物學規(guī)律的發(fā)現。生物信息學的發(fā)展在國內、外基本上都處在起步階段。因此，這是我國生物學趕超世界先進水平的一個百年一遇的極好機會。關鍵字：生物信息學產生背景發(fā)展現狀前景

隨著生物科學技術的迅猛發(fā)展，生物信息數據資源的增長呈現爆炸之勢，同時計算機運 算能力的提高和國際互聯(lián)網絡的發(fā)展使得對大規(guī)模數據的貯存、處理和傳輸成為可能，為了 快捷方便地對已知生物學信息進行科學的組織、有效的管理和進一步分析利用，一門由生命 科學和信息科學等多學科相結合特別是由分子生物學與計算機信息處理技術緊密結合而形 成的交叉學科——生物信息學(Bioinformatics)應運而生,并大大推動了相關研究的開展,被譽為“解讀生命天書的慧眼”。

一、生物信息學產生的背景

生物信息學是80年代未隨著人類基因組計劃（Human genome project)的啟動而興起的一門新的交叉學科。它通過對生物學實驗數據的獲取、加工、存儲、檢索與分析，進而達到揭示數據所蘊含的生物學意義的目的。由于當前生物信息學發(fā)展的主要推動力來自分子生物學，生物信息學的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存儲、分類、檢索和分析等方面，所以目前生物信息學可以狹義地定義為：將計算機科學和數學應用于生物大分子信息的獲取、加工、存儲、分類、檢索與分析，以達到理解這些生物大分子信息的生物學意義的交叉學科。事實上，它是一門理論概念與實踐應用并重的學科。

生物信息學的產生發(fā)展僅有10年左右的時間---bioinformatics這一名詞在1991年左右才在文獻中出現，還只是出現在電子出版物的文本中。事實上，生物信息學的存在已有30多年，只不過最初常被稱為基因組信息學。美國人類基因組計劃中給基因組信息學的定義：它是一個學科領域，包含著基因組信息的獲取、處理、存儲、分配、分析和解釋的所有方面。

自1990年美國啟動人類基因組計劃以來，人與模式生物基因組的測序工作進展極為迅速。迄今已完成了約40多種生物的全基因組測序工作，人基因組約3x109堿基對的測序工作也接近完成。至2000年6月26日，被譽為生命“阿波羅計劃”的人類基因組計劃終于完成了工作草圖，預示著完成人類基因組計劃已經指日可待。截止目前為止，僅登錄在美國GenBank數據庫中的DNA序列總量已超過70億堿基對。此外，迄今為止，已有一萬多種蛋白質的空間結構以不同的分辨率被測定?；赾DNA序列測序所建立起來的EST數據庫其紀錄已達數百萬條。在這些數據基礎上派生、整理出來的數據庫已達500余個。這一切構成了一個生物學數據的海洋。這種科學數據的急速和海量積累，在人類的科學研究歷史中是空前的。

數據并不等于信息和知識，但卻是信息和知識的源泉，關鍵在于如何從中挖掘它們。與

正在以指數方式增長的生物學數據相比，人類相關知識的增長（粗略地用每年發(fā)表的生物、醫(yī)學論文數來代表）卻十分緩慢。一方面是巨量的數據；另一方面是我們在醫(yī)學、藥物、農業(yè)和環(huán)保等方面對新知識的渴求，這些新知識將幫助人們改善其生存環(huán)境和提高生活質量。這就構成了一個極大的矛盾。這個矛盾就催生了一門新興的交叉科學，這就是生物信息學。

二、生物信息學研究的發(fā)展現狀

資金和實力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是結合成果，其投入相當的大。因為目前生物信息主要在于教學和和研究，商業(yè)領域的應用不算很廣。如一套LIMS加上軟件就要花上數千萬。加上相關項目的研究開發(fā)，不是國內相關的機構所能承受的。所以需要得到政府的支持和幫助。以及有識之士的投入。否則我們又將遠遠落后國外。國內的制藥行業(yè)將永不得翻身！基因的流失(國外一些國家打著給國內免費治療，分析疾病的考旗幟，暗中收集了國內不同省份，地區(qū)的遺傳類疾病和特性。這些資源，我們國家忽略，應當說目前還沒有這樣的實力進行研究）。落后就要挨打，21世紀是生物的世紀?；虼髴?zhàn)不可避免?；蚝图膊〉难芯亢艽蟪潭染褪菙祿姆治?。里面的領頭羊就是生物信息。國內應當在基礎教學，基礎研究并結合應用力度。

當然國內的人才濟濟，如有更多計算機領域和數學（統(tǒng)計方面的）人才參與到生物信息，將如虎添翼。目前我國生物信息學發(fā)展面臨著如下幾方面的困境：

⒈政府投資不足

雖然國際上生物信息學研究在各發(fā)達國家中比較受重視，但仍有不少研究機構抱怨政府資金投入不夠。最近美國許多研究院紛紛申請要求政府加大生物信息學工具與數據庫方面的投入，而且歐洲、日本、澳大利亞在這些領域也存在著資金困擾問題，歐洲生物信息學研究所（EBI）和歐洲基金會生命科學中心去年都遇到了麻煩。目前雖然危機已經暫時渡過，但未來幾年EBI數據庫和其它基礎結構仍將受到資金短缺的困擾，一致有人發(fā)出了“免費數據服務還能維持多久”的疑問。

2.來自商業(yè)機構的競爭

基因組研究潛在的巨大商業(yè)利潤使得國際上一批大型制藥公司和化學公司向該領域大規(guī)模的進軍。世界最大制藥集團之一的Giba Geigy和Sandoz合資建立的Novartis公司投資2.5億美元建立基因組研究所；Glaxo-Wellcome在基因組研究領域投入4700萬美元，將研究人員增加一倍;Smith Kline公司花125億美元擴展人基因組的順序，將生物信息學的研究人員從2人增加至70人，并將該公司藥物開發(fā)項目中的25%建立在基因組學之上。這一方面給生物信息學發(fā)展注入了生機，另一方面對那些政府支持的不以贏利為目的的研究機構造成了巨大的壓力，學術部門的資金投入遠遠不及工業(yè)部門，其負面沖擊力不可忽視。畢竟經濟利益的盲目追求會導致基因組研究的片面性，生物信息學長路漫漫，保護這些學術部門的良好發(fā)展非常有必要。

3.專業(yè)人才匱乏

目前該領域缺乏懂得如何利用計算機技術處理大量生物數據的生物學家，不少生物學家只是將計算機用來打字或作為圖紙的替代品。甚至出現了這樣有趣的現象：制藥業(yè)、工業(yè)、農業(yè)、生物技術研究團體經常在學術機構大肆搜查那些“可疑人”，更有甚者他們彼此間互挖“墻角”。雖然對于人才的渴求與日俱增，但全世界也僅有20多個專業(yè)人才培訓中心，而且這些中心本身也處在惡性循環(huán)中，那些經培訓后的人才往往由于高薪誘惑而投身應用工業(yè)部門，導致培訓教育人員越來越少，出現“斷層”現象。

綜上所述，不難看出，生物信息學并不是一個足以樂觀的領域，究竟原因，是由于其是基于分子生物學與多種學科交叉而成的新學科，現有的形勢仍表現為各種學科的簡單堆砌，相互之間的聯(lián)系并不是特別的緊密。在處理大規(guī)模數據方面，沒有行之有效的一般性方法；而對于大規(guī)模數據內在的生成機制也沒有完全明了，這使得生物信息學的研究短期內很難有突破性的結果。那么，要得到真正的解決，最終不能從計算機科學得到，真正地解決可能還是得從生物學自身，從數學上的新思路來獲得本質性的動力。毫無疑問，正如Dulbecco1986年所說：“人類的DNA序列是人類的真諦，這個世界上發(fā)生的一切事情，都與這一序列息息相關”。但要完全破譯這一序列以及相關的內容，我們還有相當長的路要走。

三、生物信息學的發(fā)展前景

《第三次技術革命》里有這樣描述：“一場與工業(yè)革命和以計算機為基礎的革命有相同影響力的變化正在開始。下一個偉大時代將是基因組革命時代，它現在處于初期階段?！被蚪M學的發(fā)展已經進入后基因組研究階段,致力于蛋白質功能研究的蛋白質組學和功能蛋白質組學正在蓬勃發(fā)展,在生物信息學發(fā)展的帶動下,我們必定能夠揭示各種生命現象的奧秘,并帶動多個學科的跨越式發(fā)展。生物信息學的發(fā)展將對分子生物學、藥物設計、工作流管理和醫(yī)療成像等領域產生巨大的影響,極有可能引發(fā)新的產業(yè)革命。此外,生物信息學所倡導的全球范圍的資源共享也將對整個自然科學乃至人類社會的發(fā)展產生深遠的影響。有理由相信，今日生物學數據的巨大積累將導致重大生物學規(guī)律的發(fā)現，生物信息學的發(fā)展在國內、外基本上都處在起步階段，因此，這是我國生物學趕超世界先進水平的一個百年一遇的極好機會。

生物學是生物信息學的核心和靈魂，數學與計算機技術則是它的基本工具。這一點必須著重指出。預測生物信息學的未來主要就是要預測他對生物學的發(fā)展將帶來什么樣的根本性的突破。這種預測是十分困難的，甚至幾乎不可能。但機不可失，時不再來，鑒于生物信息學在我國生物信息學和經濟發(fā)展中的重要意義和其發(fā)展的緊迫性，因此，由國家出面組織全國的力量，搞個類似“兩彈一星”那樣的，但是，規(guī)模要小的多，花錢也少的多的生物信息學發(fā)展計劃，不是不可以考慮的。要充分發(fā)揮中央與地方，生物學科研究人員等方方面面的積極性。生物信息學研究投資少，見效快，可充分發(fā)揮我國智力資源豐富的長處，是特別適合我國國情的一項研究領域。要在大學里建立生物信息學專業(yè)，設立碩士點和博士點，培養(yǎng)專門人才?？梢越M織一大批數學、物理、化學和計算機科技工作者，在自愿的基礎上，學習有關的生物學知識，開展多方面的生物信息學研究。

經過十幾年或更長的時間的努力，逐漸使我國成為生物信息學研究強國，是完全有可能的。信息學的商業(yè)價值十分顯著。國外很多大學，研究機構，軟件公司甚至政府機構紛紛成立各種生物信息機構，建立自立的生物信息集成系統(tǒng)，研制這方面的軟件，重金招聘人才，期望從中獲取更多的生物信息和數據加以研究和利用，縮短藥物開發(fā)周期，搶注基因專利，獲取更大利潤。我國如不加大資金投入力度，將來可能會花更多的錢去購買別人的軟件，使用專利基因或購買新的藥物。所幸，我國也開始重視這一學科：南、北方人類基因組中心的相繼建成，北大生物城的破土動工等，標志著我國對生物信息學的重視。我們有理由相信，我國的生物信息學在21世紀會有巨大的飛躍。

參考文獻

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第三篇：生物信息學論文

生物信息學的進展綜述

韓雪晴

（生物工程1201班，學號：201224340124）

摘要：生物信息學是一門研究生物和生物相關系統(tǒng)中信息內容和信息流向的綜合性系統(tǒng)科學。80年代以來新興的一門邊緣學科，信息在其中具有廣闊的前景。伴隨著人類基因組計劃的勝利完成與生物信息學的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，生物信息學的發(fā)展為生命科學的發(fā)展為生命科學的研究帶來了諸多的便利，對此作了簡單的分析。

關鍵詞：生物信息學；進展；序列比對；生物芯片

A review of the advances in Bioinformatics

Han Xueqing（Bioengineering, Class1201，Student ID：201224340124）

Abstract: Bioinformatics is the science of comprehensive system of information content and information flows to a study on the biological and bio related in the system.The edge of an emerging discipline since 80, has broad prospects in which information.With the human genome project was completed and the development of bioinformatics are inextricably linked, for the life science research development of bioinformatics for the development of life science has also brought a lot of convenience, has made the simple analysis.Keywords:

bioinformatics；progress；Sequence alignment；biochip

1、生物信息學的產生背景

生物信息學是20世紀80年代末開始，隨著基因組測序數據迅猛增加而逐漸興起的一門學科[1]。應用系統(tǒng)生物學的方法認識生物體代謝、發(fā)育、分化、進化以及疾患發(fā)生規(guī)律的不可或缺的工具[2]。及時、充分、有效地利用網絡上不斷增長的生物信息數據庫資源，已經成為生命科學和生物技術研究開發(fā)的必要手段，從而誕生了生物信息學。

2、生物信息學研究內容

主要是利用計算機存儲核酸和蛋白質序列，通過研究科學的算法，編制相應的軟件對序列進行分析、比較與預測，從中發(fā)現規(guī)律。白細胞介素-6(IL-6)是機體重要的免疫因子,但在兩棲類中未見報道。采用生物信息學方法對兩棲類模式動物非洲爪蟾IL-6進行分析[3]。以人IL-6基因對非洲爪蟾數據庫進行搜索、分析,并采用RT-PCR方法對所得序列進行驗證。結果表明,非洲爪蟾IL-6基因位于scaffold_52基因架上,具有保守的IL-6家族基序[4]。采用生物信息新方法進行不同物種的免疫基因挖掘、克隆,是一種有效的方法[5]。

2.1序列比對

比較兩個或兩個以上符號序列的相似性或不相似性。序列比對是生物信息學的基礎。兩個序列的比對現在已有較成熟的動態(tài)規(guī)劃算法，以及在此基礎上編寫的比對軟件包BLAST和FASTA[6]。序列數據庫搜索最著名且最常用的工具之一便是BLAST算法。FASTA算法是另一族常用的序列比對及搜索工具[7]。

2.2結構比對

比較兩個或兩個以上蛋白質分子空間結構的相似性或不相似性。

2.3蛋白質結構預測

從方法上來看有演繹法和歸納法兩種途徑。前者主要是從一些基本原理或假設出發(fā)來預測和研究蛋白質的結構和折疊過程。分子力學和分子動力學屬這一范疇。后者主要是從觀察和總結已知結構的蛋白質結構規(guī)律出發(fā)來預測未知蛋白質的結構[8]。

3、生物信息學的新技術 3.1 Lipshutz(Affymetrix,Santa clara,CA,USA)

描述了一種利用DNA探針陣列進行基因組研究的方法，其原理是通過更有效有作圖、表達檢測和多態(tài)性篩選方法，可以實現對人類基因組的測序[9]。光介導的化學合成法被應用于制造小型化的高密度寡核苷酸探針的陣列，這種通過軟件包件設計的寡核苷酸探針陣列可用于多態(tài)性篩查、基因分型和表達檢測[10]。

3.2基因的功能分析

Overton(University of Pennsylvania School of Medicine,Philadelphia,PA,USA)論述了人類基因組計劃的下一階段的任務基因組水平的基因功能分析。

4生物信息學前沿

4.1生物芯片技術

4.1.1生物芯片的簡介

生物芯片技術是通過縮微技術，根據分子間特異性地相互作用的原理，按照芯片上固化的生物材料的不同，可以將生物芯片劃分為基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片和組織芯片。4.1.2生物芯片的基本內容

生物芯片技術通過微加工工藝在厘米見方的芯片上集成有成千上萬個與生命相關的信息分子，它可以對生命科學與醫(yī)學中的各種生物化學反應過程進行集成，從而實現對基因、配體、抗原等生物活性物質進行高效快捷的測試和分析。4.1.3生物芯片的發(fā)展

生物芯片將會給21世紀整個人類生活帶來一場“革命”。生物芯片產業(yè)也有望與“微電子芯片”并列成為21世紀最大的產業(yè)之一。4.1.4與生物芯片相關的技術

平面微加工技術、微機械技術、CCD成像技術、基因芯片技術等。

4.2藥物設計與生物信息學

藥物基因組學可以說是基因功能學與分子藥理學的有機結合，在很多方面這種結合是非常必要的。藥物基因組學以藥物效應及安全性為目標，研究各種基因突變與藥效及安全性的關系。

4.3基因治療

基因治療（gene therapy）是指將外源正?；驅氚屑毎?，以糾正或補償因基因缺陷和異常引起的疾病，達到治療目的[11]。也就是將外源基因通過基因轉移技術將其插入病人的適當的受體細胞中，使外源基因制造的產物能治療某種疾病[12]。通過對miR-29a進行靶基因預測及相關生物信息學分析,為miR-29a靶基因的實驗驗證提供數據支持,以期為深入研究miR-29a的生物學功能和調控機制提供理論指導[13]。從廣義說，基因治療還可包括從DNA水平采取的治療某些疾病的措施和新技術。在基因治療中迄今所應用的目的基因轉移方法可分為兩大類：病毒方法和非病毒方法[14]。

4.4虛擬細胞--人工生命的模型

虛擬細胞是應用信息科學的原理和技術，通過數學的計算和分析，對細胞的結構和功能進行分析、整合和應用，以模擬和再現細胞和生命的現象的一門新興學科。虛擬細胞亦稱人工細胞或人工生命[15]。目前，國際上已有兩個虛擬細胞問世，一個是日本的原核虛擬細胞模型，一個是美國的真核虛擬細胞模型。

參考文獻

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第四篇：淺談教學反思提高生物教學水平論文

摘要：新課程改革后，生物學科的地位得到很大的提升，但同時也給廣大生物教師提出了更高的要求，如何快速地適應這一轉變，教學反思就是一種很好的手段。通過教學反思，可以促進教師主動地去學習新課程理念，反省教學中的不足，從而提升自身的教學水平。

關鍵詞：教學反思；新課程；高中生物

２０世紀８０年代，在歐美國家率先興起培養(yǎng)教師們的教學反思的能力，然后迅速波及世界各個范圍。所謂教學反思，是指教師對教學實踐的再認識、再思考，并通過總結來進一步地提高自身的教學水平。隨著生物課程的改革，關注教師的思維，培養(yǎng)反思型的生物教師也成為了必然。因此，筆者試圖從如何對教學觀念、教學過程以及教學課后等方面進行反思展開了初步的分析。

一、教學觀念的反思

在很長一段時間里，很多教師認為把生物知識教給學生，學生掌握、理解并會解題就算完成了教學任務。而新課程中，教師不單單要教給學生知識，而且要培養(yǎng)學生的科學能力和情感，這一理念轉化為新課程的三個維度：即知識、能力、情感與價值觀。新教材在很多章節(jié)里，設計了“問題探討”“資料分析”“與生活聯(lián)系”“科學—技術—社會”等等，這些設計無不滲透了新課程的理念。生物新課程的改革，不僅提高了生物在高考中的地位，更重要的是為生物教師提出了更高的要求：培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，實現學生的全面發(fā)展。如果我們教師觀念還停留在傳統(tǒng)知識灌輸模式下，那么新課程所倡導的提高學生生物科學素養(yǎng)就無從談起。因此，教師要積極地去反思自身的教學觀念，是否與新課程相接軌，只有這樣才能不斷促進自己主動去學習并理解新課程理念。例如必修三第二章第四節(jié)《免疫調節(jié)》，這一節(jié)免疫學概念多，免疫過程復雜，單純地把這些知識灌輸給學生，學生不但學習起來吃力，甚至會產生厭學的心理。如果教師嘗試著把生活實例與知識聯(lián)系起來，如“用給被不同毒蛇咬傷的病人注射不同的抗蛇毒血清的例子來幫助學生理解抗體的特異性”，“用艾滋病患者體內淋巴Ｔ細胞數量變化的數學曲線圖來理解Ｔ細胞在免疫過程中的作用”，這樣學生不僅在愉快的氣氛中習得概念，而且還注重了知識與現實生活的聯(lián)系。

二、教學過程的反思

提高學生生物科學素養(yǎng)作為新課程的基本理念，應該貫穿整個教學過程，如何實現這一點呢？在美國國家科學教育標準中，探究性學習不僅作為教學策略，而且還上升到科學教育的八大內容之一，從科學本質出發(fā)，倡導探究性學習符合科學自身的特點，對于學生理解科學的本質大有幫助。在開展探究性教學時，教師應當反思：

第一，討論的問題是否具有探究的價值。如人教版高中生物必修一中關于“植物細胞的吸水和失水”，有的同學提出問題“植物細胞會出現失水的情況嗎？”，顯然這個問題沒有探究的意義，因為日常生活中植物失水的現象屢見不鮮，比如放鹽后蘿卜會有水分滲出。如果引導學生透過現象去看本質，“植物細胞在什么情況下會失水？”“是否跟哺乳動物紅細胞失水一樣？”“原生質層相當于一層半透膜嗎？”，通過討論讓學生明白探究的目的，從而選擇具有探究價值的問題。

第二，在探究過程中是否體現了小組合作精神。科學探究不僅是讓學生去認識科學的本質，也是培養(yǎng)學生團隊合作精神的一個過程。教師可以通過設計有效的小組活動，讓學生較為完整地掌握生物學知識和技能。通過引導學生對問題進行探究，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力，同時學生搜集資料、調查訪問、評價和合作學習的能力均得到提高。由于學生在教學中總是主動積極地參與，所以他們的主體性也得到了最大限度的發(fā)揮。學生在小組學習中相互配合、相互學習，促進了學生學習方式發(fā)生了轉變，使學生真正成為學習的主人。

第三，探究過程中是否及時有效地修正與評價。評價應以激勵與向導為主，特別要重視對學生探究能力和情感態(tài)度與價值觀方面進行評價，通過評價可以激發(fā)學生的學習興趣，調動學生思維的積極性。

高中生物可以探究的問題很多，但過分地強調探究教學，事實上很多探究活動開展起來難度較大，甚至可能沒有必要去探究，這就有可能花了時間卻達不到效果。在有限的４５分鐘課堂里，教師應當追求課堂質量而不是數量，因此在教學過程中，可以靈活地選擇不同的教學方式，恰當地使用好教學輔助手段，從而保證教學的有效性。

三、教學課后的反思

課后反思是最常見的一種形式，課后反思側重于在每節(jié)課后對自己教學的成功與不足進行較深入的思考和總結。每一節(jié)課都會有一些驚喜與亮點，把這些一點一滴地記錄下來，通過長期的積累，就會成了自己一筆寶貴的財富，這些財富可能就是以后教學中的“法寶”。當然，更重要的是反思教學中的不足，對不足的地方進行有系統(tǒng)的整理與回顧，并對其作深刻的反思、探究和剖析，吸取教訓并加以改正，使今后的教學更加合理，更具有效性。下面筆者以實際教學中《免疫調節(jié)》這一節(jié)在教學后的一則反思為例：免疫調節(jié)這一節(jié)課涉及的概念多，內容抽象，學習起來難度大，因此首先應該激發(fā)學生的興趣，例如舉一些生活的病例和實例，讓學生明白免疫與我們的生活息息相關，我們應該去學習它。本節(jié)課的教學難點是體液免疫和細胞免疫，這兩個過程是比較復雜的，我運用了現代多媒體手段———動畫演示的方式把復雜的過程形象化，然后讓學生以小組合作形式完成概念圖的構建，而在實際課堂中，學生思維活躍，主動參與討論，感受到了獲得知識后的樂趣。另外通過對艾滋病資料的獲取以及對小男孩大衛(wèi)事例的分析，讓學生在習得概念的同時，也完成了對其情感的教育。但在組織教學時，由于時間緊張，對非特異性免疫以及免疫的系統(tǒng)組成的處理略顯簡潔。另外發(fā)現在小組討論過程中，有些同學還缺乏合作意識。

參考文獻：

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第五篇：生物教學論文

怎樣創(chuàng)設有效互動的生物課堂教學

十八里鋪中心校 李磊

新課程強調教學過程應突出和體現師生交往互動、共同發(fā)展?？梢哉f,交往互動是教學的本質,是新課程改革的核心,沒有交往互動,就不存在或發(fā)生教學。

在課堂教學中,實現有效互動,不僅是教師所追求的,更是學生所期盼的,那么,教師應怎樣創(chuàng)設一個有效互動的課堂教學局面?下面,本人結合生物學科特點和教學實踐,談談怎樣創(chuàng)設一個有效互動的生物課堂教學。

一、探索正確的課堂互動元素是創(chuàng)設有效互動課堂教學的前提

(一)教師民主型的教學風格,能為互動式教學創(chuàng)造良好的學習環(huán)境和氛圍

教師的民主型教學風格能對學生產生強有力的影響,那些被教師給予更多自主權的學生比那些被教師控制的學生具有更強的內在學習動機、具有更多的能動性。因此,在課堂教學中,教師要注重引導學生自主學習,低下身子和學生一起學習,努力建立民主、平等、和諧的師生關系,從而為構建師生交流、師生互動的課堂教學創(chuàng)造良好的環(huán)境和氛圍。

(二)培養(yǎng)和樹立學生的對話意識,是實施互動式教學的支撐

在教學過程中,教師的 “一言堂”、唱“獨角戲”等等壟斷課堂的做法會使學生的學習處于消極被動的狀態(tài),從而使課堂教學陷入沉悶的局面。在教學過程中,教師要學會“屈尊”和“傾聽”,要讓學生體會到教師的尊重和關愛,使學生的身心得到解放,學生才能敢想、敢說、敢問;教師要注重運用語氣委婉、溫和的語言,如“XX同學,你還有什么問題?”、“XX同學,你想說什么呢?”;教師對學生的參與和意見要多予以鼓勵,或表示贊許,這樣,學生才有對話的信心和欲望;教師要給學生提供交流對話的時間和機會,并教育學生要善于傾聽其他同學的發(fā)言;教師要根據教學實際,精心設計一些帶有思辯性的問題,如在《神經系統(tǒng)和神經調節(jié)》的教學中,教師可以提問“為什么我們的手被針刺了一下立即縮回,而不會讓針再扎得更深一些”,也要精心設計一些帶有開放性的話題,如在《我國動物資源的保護》教學中,提出“為保護動物資源,我們可以做些什么?”,這種問題的提出,學生一定有話可說。

(三)深入了解學生的心理特點及認知水平,是實施互動式教學的基礎和出發(fā)點

初中生渴望成功,針對這一重要心理特征,教學中,教師要給學生提供展示學習成果和表現的機會,并及時給予肯定和表揚,讓學生體驗到成功的喜悅,以激發(fā)他們的學習熱情。

初中生的認識水平和邏輯思維還不夠成熟。生物學中的許多概念和理論相對抽象、枯燥,學生難于理解,學習起來有一定困難。在教學過程中,教師要從學生已有的知識經驗、從日常生活現象、從實物、從活動、從視頻、從動畫等等方式、手段入手,在學生體驗、體會的基礎上,再通過啟發(fā)、點撥、引導,幫助學生理解。如在幫助學生建立反射的概念時,我通過 “學生摸獎活動”、“燙手活動”、在學生面前吃起咸梅、學生做“膝跳反射”等活動,然后引出反射概念,又通過師生共同舉例,如“吃東西分泌唾液”、“聽到鈴聲進入教室”,以此幫助學生建立反射概念。

二、采取恰當的互動教學策略是創(chuàng)設有效互動課堂教學的關鍵

在課堂教學中,教師在適當的時候采取恰當的互動教學策略是實現有效互動課堂教學的關鍵,如,在課堂氣氛過于沉悶時,要善于運用活動、問題、情景、幽默等手段打破冷場。教師要精心設計教學措施,使用合理有效、靈活多變的教學策略實施教學。

(一)運用啟發(fā)策略

在生物課堂教學中,運用啟發(fā)式的教學,要注重理論聯(lián)系實際,從學生的已有知識經驗、從日常生活現象的感性認識、從生動直觀的情景作為啟發(fā)的切入點和引發(fā)點,通過引導、點撥等方式,幫助學生實現知識的遷移、延伸和深入。如在 “探究環(huán)境對霉菌生活的影響”活動作出假設時,可以從日常生活現象進行啟發(fā):(1)冬天和夏天的食物,哪個季節(jié)的食物易變質、發(fā)霉?(2)雨天和干燥的天氣,哪種氣候條件下的食物會先發(fā)霉?(3)我們到超市買東西時,會發(fā)現很多食物是密封的,這是為什么呢?這樣,學生很容易想到在溫暖、潮濕、暴露于空氣的食物易發(fā)霉,并由此作出這樣的假設:霉菌適宜生活在溫暖、潮濕、空氣充足的環(huán)境中。在學生完成探究活動,得出上述結論時,教師進一步引導學生思考:你們知道我們應如何保存好食品嗎?這時,學生很快總結出保存食品的方法:低溫、干燥、密封。

(二)設置情景策略

在生物課堂教學中,教師可以通過引入、制造、優(yōu)化與教學目標、教學內容相適應的具體場面或氛圍來創(chuàng)設情景教學,使知識在其中得以存在和應用,它能夠激發(fā)和推動學習者的認知活動、實踐活動和情感活動。

從生活入手,如在《微生物在生物圈中的作用》教學時,向學生展示發(fā)霉的面包、發(fā)餿的稀飯和變質的牛奶。在學生觀察、體驗的基礎上,再設問:什么是微生物?微生物生活在怎樣的環(huán)境中?我們身邊是否有微生物?從而引入新課。

從社會入手,如在《預防傳染病》的教學中,通過介紹非典、禽流感、愛滋病等社會關注的傳染病疫情,再提問:什么是傳染病?怎樣預防傳染病?

從活動入手,如在植物《呼吸作用》的教學中,可先讓學生做一個小活動:屏住呼吸,看看誰堅持的時間長。然后教師問: “大家屏氣時有何感覺?”學生:“憋不住…”再遷移到植物的呼吸,教師:人需要呼吸,那么,植物是否也需要呼吸呢?

當然,還可以從多媒體教學手段、從科學史或人類史、以問題形式、用音樂背景入手等等方式創(chuàng)設教學情景。

教學中設計出形式生動、內容感人、寓于思考的教學情景是新課程的一個重要要求,它能夠為教學創(chuàng)造真實的問題情景,提供良好的學習活動氛圍。

(三)形成認知沖突策略

在教學過程中,教師應著力抓住教學契機,刻意營造認知沖突,把事物、概念之間的矛盾以問題的形式呈現出來,以此激發(fā)學習的求知欲望和學習熱情,教師進一步引導、分析、點撥,可取得很好的學習效果。如有句俗語: “糞大水勤,不用問人”,說明植物的生活需要水和無機鹽,此時教師可以提出:前面我們不是學習過“如果施肥過多時植物細胞會失水嗎”,這樣形成認知沖突,既引發(fā)了學生的思考,又加深了對知識的理解。

(四)采用小組合作學習策略

新課程提倡自主、合作、探究的學習方式,教師在教學中可根據教學情況及學生實際采用小組合作學習模式,促進學生合作性的學習,培養(yǎng)學生的合作意識。比如,在 “探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”、“探究螞蟻的覓食行為”等活動,采用小組合作學習是非常好的選擇。

三、突出課改理念的科學合理的教學設計是創(chuàng)設有效互動課堂教學的保證

設計一節(jié)符合新課程理念的課,要有以下三個特點:(一)關注學生的生活世界

教師要以學生的已有知識、生活經驗為基礎,以生物新課程標準的目標、要求,以學生的興趣、愛好、個性,特別是中學生好奇、好動的心理特點作為教學設計的依據。如在 “調查同學患近視眼的情況”進行如下的教學設計:(1)課前布置:①學生查找青少年近視眼誘發(fā)因素的有關資料②調查本學期與去年同一時期班級近視眼的患病率并進行比較③患近視眼的同學與正常視力的同學某些用眼習慣的比較(2)課堂上相互交流課前的資料查找和調查情況(3)組織學生討論:①如何克服不良用眼習慣、預防近視眼的發(fā)生?②應該養(yǎng)成怎樣的良好用眼習慣。

(二)重視學生的學習活動

將教學設計的著眼點落實到學生的學習活動上,如在《合理膳食》一節(jié)的教學片段設計如下:

1、多媒體展示能體現合理膳食重要意義的材料,以此幫助學生明白:“吃什么”、“怎樣吃”對人體健康的重要性。

2、組織學生完成“評價自身的營養(yǎng)狀況”活動,然后討論“如何改善自身的營養(yǎng)狀況”。

3、組織學生完成“調查自己的飲食結構和習慣”活動,并交流設計的問卷調查表,然后討論“如何糾正自己不良的飲食習慣和飲食結構”。以上將教學設計成一個個活動單元,明確活動的目的、過程、關注點、學生體驗等等,通過活動展開讓課堂散發(fā)生活的氣息,反映生命的價值,讓學生在各種活動中有所收獲、得到發(fā)展。

(三)以問題為中心

教學設計要以三維教學目標為基礎,以學生的認知為背景,設計出若干個相關的問題,引導學生尋找問題、發(fā)現問題、解決問題,引發(fā)學生學習和探究的動機,在問題的展開過程中實現教學目標。如在《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》片段教學設計:教師用多媒體展示 1906年以后的凱巴森林并以曲線圖的形式反映“凱巴森林中黑尾鹿的數量變化”,提出以下幾個問題讓學生思考、討論和交流:(1)從1906--1925年黑尾鹿的數量發(fā)生了怎樣的變化?(2)1925年以后森林中黑尾鹿的數量為什么不斷減少?(3)整個森林生態(tài)系統(tǒng)在30多年中發(fā)生了什么變化?是什么因素導致這種變化的?(4)你能得出生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定性的原因嗎?

生物教師要深刻領會、理解課程標準、課改精神,只有在這個前提下進行教學設計,才能很好的對課程內容、資源進行整合、優(yōu)化,并設計出相關的互動環(huán)節(jié),使知識在課堂中生成、深化,讓思維在教學中被激活、被豐富,從而實現課堂教學師生、生生之間的有效互動。

一節(jié)課如果學習內容、知識是膚淺的,學生的思維是處于低層次的,即使表面熱熱鬧鬧,師生、生生交流不斷,這種所謂 “互動”課堂教學顯然缺乏實效。教學中,教師要遵循知識的認識規(guī)律:從現象到本質、從形象到抽象、從許多個別的生物現象到生物學的基本規(guī)律、從知識經驗到解決實際問題。通過有價值、有思考性問題的呈現,引發(fā)學生深入的思維。