生物信息學(xué)的優(yōu)勢精選(九篇)
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第1篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
“怎樣實現(xiàn)信息技術(shù)與生物教學(xué)的真正整合？”這是我面臨的課題之一。當(dāng)前，盡管在理論上有不少文章對信息技術(shù)在生物教學(xué)中的優(yōu)勢進行了詳盡的闡述，相關(guān)生物教學(xué)軟件的智能化程度也有了長足的進步，然而一個不容回避的事實是，信息技術(shù)對生物教育的影響并不大，信息技術(shù)教育與生物教育還是嚴重脫節(jié)，廣大教師和信息技術(shù)之間仍存在著難以跨越的鴻溝，絕大多數(shù)的生物課依舊是粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)模式。為什么信息技術(shù)進入生物課的步履如此艱難呢？我認為原因是多方面的。下面結(jié)合個人的教學(xué)實踐，談?wù)剬π畔⒓夹g(shù)與生物教學(xué)整合的思考。
一、要實現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科課程整合，教育思想和教育理論的轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵：
對于信息技術(shù)與課程整合，許多人有著不同的理解。信息技術(shù)與課程整合的涵義，不是簡單地把信息技術(shù)僅僅作為輔助教師教學(xué)的演示工具，而是要實現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的“融合”：要求在現(xiàn)代的教育思想，理論的指導(dǎo)下，把以計算機及網(wǎng)絡(luò)為核心的信息技術(shù)作為促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)的認知工具與情感激勵工具，豐富教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具，并將這些工具全面的應(yīng)用到各科教學(xué)中，使各種教學(xué)資源，各個教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié)，經(jīng)過整理，組合，相互融合，在整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聚集效應(yīng)，從而促進傳統(tǒng)教學(xué)方式的根本變革，也就是促進以教師為中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)與教學(xué)模式的變革，從而達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的目標(biāo)。
所以對信息技術(shù)的定位只能是工具，信息技術(shù)與課程整合的關(guān)鍵在于教育思想，理論的轉(zhuǎn)變。如果還是以教師為中心進行教學(xué)，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生一直處于被動接受的狀態(tài)，即使把信息技術(shù)作為輔助教師教學(xué)的演示工具，這也只能是新瓶裝老酒。信息技術(shù)與課程整合呼喚現(xiàn)代教育意識和現(xiàn)代教育觀念，如“主導(dǎo)主體教學(xué)理論”，既強調(diào)教師的主導(dǎo)作用，又體現(xiàn)學(xué)生的認識主體地位。只有實現(xiàn)了教育思想，理論的轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)與學(xué)科課程整合才開始具有靈魂，才能真正發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性，積極性與創(chuàng)造性，才能使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正成為信息加工的主體和知識意義的主動建構(gòu)者，而不是外部刺激的被動接受器和知識灌輸?shù)膶ο?，而教師則應(yīng)成為課堂教學(xué)的組織者和指導(dǎo)者。
二、要結(jié)合本學(xué)科和教育對象的特點進行整合：
隨著多媒體計算機的發(fā)展和普及，多媒體計算機已也逐步進入了中學(xué)的課堂。以多媒體計算機為主的信息技術(shù)，在學(xué)校的應(yīng)用也變成了可能。所謂的多媒體計算機就是指能處理文本、圖形、圖像、聲音、音效、動畫，并配以圖形界面的計算機。
生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的一門自然科學(xué)，是一門實踐性很強的實驗科學(xué)，其產(chǎn)生和發(fā)展都離不開對生命現(xiàn)象，生命活動的觀察，實驗及實踐中的應(yīng)用。但是有許多生命現(xiàn)象、生理活動，如細胞的有絲分裂和減數(shù)分裂的動態(tài)變化過程，卻是很難簡單的用語言、板書或掛圖所能講清楚的，這時常將它們作為一個抽象的概念來解釋，學(xué)生在學(xué)習(xí)時就缺乏感性認識，因此常常感到枯燥無味，很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，于是“生物課”變成了“死物課”。再者，中學(xué)生認識對象和認識方式的特點，是以學(xué)習(xí)間接經(jīng)驗為主，思維正處于從形象思維向抽象思維過渡的時期。因此，中學(xué)生物學(xué)教學(xué)過程，必須以觀察，實驗等直觀形式為基礎(chǔ)。把信息技術(shù)應(yīng)用于生物課的教學(xué)，可以讓學(xué)生通過事物的形、聲、色的變化來獲取知識，認識事物的內(nèi)在的規(guī)律，而不是通過抽象的信息獲取知識，使教學(xué)上的一些重點、難點得以突破。
例如，在“有絲分裂”的教學(xué)中，對于有絲分裂過程中染色體的變化特點以及染色體，染色單體和DNA的關(guān)系一直是教學(xué)中的難點，如何突破呢？如果用傳統(tǒng)的教學(xué)模式――粉筆加掛圖，則很難講清在分裂間期染色單體如何形成的以及在分裂期又如何分開，并且平均分配到兩個子細胞中去的動態(tài)過程。那么采用信息技術(shù)呢？下面我以植物細胞為例來談?wù)勅绾瓮黄葡嚓P(guān)難點：
1.播放植物細胞結(jié)構(gòu)的動畫課件，展示植物細胞結(jié)構(gòu)示意圖，邊提問邊演示，每提到細胞某一結(jié)構(gòu)，則該部分閃動。（復(fù)習(xí)前面的知識，承上啟下）
2.播放植物細胞有絲分裂的全程動態(tài)畫面，讓學(xué)生對細胞有絲分裂過程的認識有一個大概的輪廓。
3.在分裂間期，細胞中看不出有什么變化，這時可以將細胞核中的一條染色質(zhì)長絲放大，然后顯示它經(jīng)過復(fù)制以后形成一條具有2條姐妹染色單體的染色體的過程。此處若用掛圖來說明可能就達不到應(yīng)有的效果。
4.播放分裂前期的動態(tài)畫面并指出觀察的重點：細胞核內(nèi)的染色質(zhì)的變化以及細胞結(jié)構(gòu)的變化。此處特別是要突出染色質(zhì)長絲如何高度螺旋化，縮短變粗，形成圓柱狀或棒狀染色體的。這一動態(tài)過程用傳統(tǒng)的教學(xué)模式是難以突破的。另外，此時還要專門演示染色體、染色單體和DNA的關(guān)系：每條染色體上具有2條單體，其中一條閃動表示染色單體，每條單體中又有一條細絲表示DNA（DNA也閃動）。
5.播放細胞分裂中期的動態(tài)畫面，并提示觀察的重點：注意染色體是怎樣運動的。此處要演示染色體怎樣從散亂的狀態(tài)在紡錘絲的牽引下整齊地排列在赤道板中央的動態(tài)過程。
6.播放分裂后期的動態(tài)畫面，并指出觀察重點：細胞中的染色體是怎么分配的。此處可以清楚地顯示染色單體如何在紡錘絲的牽引下分開形成2條染色體，染色體又怎樣平均分配到細胞的兩極的。
7.播放分裂末期的動態(tài)畫面，并指出觀察重點：（1）細胞內(nèi)有哪些主要變化？（2）兩個子細胞是怎么分開的？此處重點顯示染色體解螺旋形成染色質(zhì)的過程。
8.以一對染色體為例，演示細胞周期中各時期的細胞染色體變化示意圖，回顧各個時期的變化特點。
實踐證明，在有絲分裂這部分內(nèi)容的教學(xué)中，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而應(yīng)用信息技術(shù)多媒體課件輔助教學(xué)，可以把復(fù)雜的問題具體化，把抽象的問題形象化，動中有靜，靜中有動，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們積極主動參與到教學(xué)中，從而大大提高了課堂教學(xué)效益。
總之，只有結(jié)合本學(xué)科和教育對象特點進行課程整合，才能真正達到整合的目的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。
三、要本著從實際出發(fā)，因地制宜的原則，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)技術(shù)手段在教學(xué)中的積極作用：
第2篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
關(guān)鍵詞： 信息技術(shù) 中學(xué)生物教學(xué) 教學(xué)實例 教學(xué)整合
1.理論背景
信息技術(shù)與生物課程整合的可能性應(yīng)從信息技術(shù)、生物學(xué)科的特點出發(fā)，還要尋求支撐的理論依據(jù)。
1.1信息技術(shù)的特點。
資源的海量化，形式的多樣化，活動的交互性，學(xué)習(xí)的主動性，這些特點決定了學(xué)習(xí)主體進行自主選擇、探究。
1.2生物學(xué)科本身的特點。
研究對象的生動和豐富性：生物及其環(huán)境的聲、形、色等可用圖片，電影和動畫以充分展現(xiàn)；實驗科學(xué)，對于一些宏觀和微觀的實驗，如生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)，可以憑借信息技術(shù)再現(xiàn)。
2.整合的意義
2.1《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》。
《生物課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，力圖改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力，以及交流和合作的能力等，并突出創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。
2.2拓寬信息來源，增大信息量。
“整合”使教學(xué)內(nèi)容不再局限在教科書內(nèi)，大量信息來源于教科書之外，如光盤、數(shù)字化圖書館等，特別是通過Internet可以到任何一個網(wǎng)站上查詢和搜集所需要的信息，可以下載網(wǎng)上有關(guān)生物的影視信息在課上播放，并可及時將生命科學(xué)、技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展動態(tài)補充為課程內(nèi)容。
2.3信息技術(shù)與創(chuàng)設(shè)虛擬情境。
知識是學(xué)習(xí)者在與情境的交互作用過程中自行構(gòu)建的。因此，情境化學(xué)習(xí)在生物課程別受到關(guān)注。利用多媒體計算機可以通過3Dmax三維動畫技術(shù)、Flash二維動畫技術(shù)，創(chuàng)設(shè)出逼真的生物形象和生活場景，使學(xué)生有身臨其境的感覺，有利于學(xué)生利用已有的知識和經(jīng)驗與當(dāng)前學(xué)習(xí)的新知識整合，建構(gòu)新的認知結(jié)構(gòu)。還可以利用多媒體計算機技術(shù)虛擬那些難以觀察的生命現(xiàn)象和生理過程，甚至實現(xiàn)虛擬實驗。
3.教學(xué)實踐
3.1課題選擇。
什么樣的內(nèi)容適合用多媒體進行教學(xué)？通過多次教學(xué)實踐證明，只要能找到多媒體教學(xué)與相關(guān)知識的整合點，這樣的內(nèi)容就可以進行多媒體教學(xué)。
3.2教學(xué)設(shè)計（以人教版高中生物必修二“DNA分子的結(jié)構(gòu)”為例）。
DNA分子的結(jié)構(gòu)
教學(xué)目標(biāo)：
知識目標(biāo)：
1.概述DNA分子的結(jié)構(gòu)的主要特點；
2.制作DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；
3.討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建歷程。
能力目標(biāo)：
1.制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，鍛煉學(xué)生的動手、動腦，以及空間思維能力；
2.對科學(xué)探索基因的本質(zhì)的過程進行分析和討論，領(lǐng)悟假說――演繹和模型方法在這些研究中的應(yīng)用。
情感目標(biāo)：
1.認同與人合作在科學(xué)研究中的重要性，討論技術(shù)進步在探索遺傳物質(zhì)奧秘中的重要作用；
2.認同人類對遺傳物質(zhì)的認識過程是不斷深化、不斷完善的過程。
教學(xué)重點：
1.DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點；
2.制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
教學(xué)難點：
DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點。
授課類型：新授課
教學(xué)過程：
課前準(zhǔn)備：
前一周就要求學(xué)生收集有關(guān)DNA的信息（主要是關(guān)于DNA的結(jié)構(gòu)和DNA的應(yīng)用）。
學(xué)生上臺講解：
引入：
十年前還鮮為人知的DNA，現(xiàn)在已經(jīng)家喻戶曉了，現(xiàn)在DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型已經(jīng)成為分子生物學(xué)的象征，甚至成為高科技的象征。但是DNA是由什么構(gòu)成？他們是如何連接，以及有什么樣的特點呢？這是我們今天要探討的話題。
一、DNA雙螺旋模型的構(gòu)建
1.科學(xué)家
貢獻最大的三位科學(xué)家是：?搖?搖?搖?搖、?搖?搖?搖?搖、?搖?搖?搖?搖。
2.探究歷程：?搖?搖?搖?搖
DNA的化學(xué)組成 磷酸脫氧核糖含氮堿基（A、T、C、G）
脫氧核苷酸一條脫氧核苷酸鏈DNA分子
3.模型制作
【模型建構(gòu)1】：脫氧核苷酸
【模型建構(gòu)2】:一條脫氧核苷酸鏈
【模型建構(gòu)3】:DNA平面結(jié)構(gòu)
【模型建構(gòu)4】:DNA雙螺旋
二、DNA的分子結(jié)構(gòu)
DNA分子結(jié)構(gòu)主要特點
（1）DNA分子是由?搖?搖?搖?搖條?搖?搖 ?搖?搖長鏈盤旋而成的?搖?搖?搖?搖結(jié)構(gòu)。
（2）?搖?搖?搖?搖交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；?搖?搖?搖?搖在內(nèi)側(cè)。
（3）兩條鏈上的堿基通過?搖?搖?搖?搖連接起來，A與T、G與C形成堿基對，遵循?搖?搖?搖?搖。
DNA堿基量的關(guān)系是：
整個DNA分子中：
①A=T；G=C②A+G=T+C；A+G=T+C=A+C=T+G=1/2（A+G+C+T）③（A+G）/（T+C）=（A+C）/（T+G）=1即：DNA分子中任一非互補堿基之和恒等，=1/2DNA堿基總數(shù)
例1：已知1個DNA分子中有1800個堿基對，其中胞嘧啶有1000個，這個DNA分子中應(yīng)含有的脫氧核苷酸的數(shù)目和腺嘌呤的數(shù)目分別是（）
A．1800個和800個 B．1800個和l800個
C．3600個和800個 D．3600個和3600個
例2：若DNA分子中一條鏈的堿基A：C：T：G＝l：2：3：4，則另一條鏈上A：C：T：G的值為（）
A．l：2：3：4B．3：4：l：2
C．4：3：2：1D．1：3：2：4
三、小結(jié)
（一）DNA雙螺旋模型的構(gòu)建
組成脫氧核苷酸單鏈雙鏈雙螺旋
（二）DNA分子的立體結(jié)構(gòu)
主要特點（1）2條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)（2）外側(cè)――基本骨架：磷酸和脫氧核糖交替連接內(nèi)側(cè)――堿基對（3）堿基互補配對原則
記憶節(jié)節(jié)清:
DNA分子結(jié)構(gòu)主要特點
（1）DNA分子是由 2 條長鏈按反向平行的方式盤旋而成雙螺旋結(jié)構(gòu)。
（2）脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。
（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接起來，A與T、G與C形成堿基對，遵循堿基互補配對原則。
4.教學(xué)體會
多媒體教學(xué)充分調(diào)動了學(xué)生探求知識的主動性和積極性，大大提高了學(xué)習(xí)興趣，而且利用多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，內(nèi)容具有時代性，手法具有多樣性，使學(xué)生在較短的時間內(nèi)接受了大量的信息，增加了教學(xué)容量，拓寬了學(xué)生的知識面。
多媒體教學(xué)氛圍輕松活潑，而使學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生了改變，由原來的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，由過去的“被動灌輸式”變?yōu)楝F(xiàn)在的“主動探究式”，實現(xiàn)了真正意義上的“興趣學(xué)習(xí)”和“主動學(xué)習(xí)”。
多媒體教學(xué)給學(xué)生展示自我提供了廣闊的舞臺，無論是哪位同學(xué)都可以在BBS上發(fā)表他的問題或想法，其他同學(xué)亦可加入討論。
多媒體教學(xué)具有及時反饋的特點，從而可以及時了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，突破了傳統(tǒng)課堂難以實施的“個體化”和“因材施教”等的局限。因此，利用多媒體網(wǎng)絡(luò)組織教學(xué)，可以實現(xiàn)從班級整體教學(xué)向個體教學(xué)的轉(zhuǎn)變，改變了以前那種全體學(xué)生都學(xué)習(xí)相同內(nèi)容的教學(xué)方式，真正做到了因材施教。
參考文獻：
［1］張昊.淺談生物學(xué)科與信息技術(shù)的有效整合.
第3篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
教育的使命是開發(fā)人的創(chuàng)造潛能。初中學(xué)生天真可愛、活潑好動、好奇心強、求知欲旺盛，樂于接受新鮮事物，具有發(fā)明創(chuàng)造的潛能。那么，如何在教學(xué)過程中挖掘、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造潛能是新課標(biāo)下教師教學(xué)的重點。下面就本人在探究教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的嘗試、體會、收獲作一簡單分析。
一、 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，打開思維的大門
興趣是培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)及身邊事物產(chǎn)生探索意識的基礎(chǔ)。積極的情緒能提高人的活動能力，并能激發(fā)人的探究心理。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生想學(xué)樂學(xué)的基本情感，是創(chuàng)造力發(fā)展的必要條件。只有設(shè)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃幼灾鲗W(xué)習(xí)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、自主學(xué)習(xí)能力和實踐能力。
如何激發(fā)學(xué)生主動探索的興趣，是教師首先要考慮的核心問題。在教學(xué)實踐中，教師應(yīng)抓住學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會表現(xiàn)出強烈的求知欲，對知識充滿好奇心這一心理特征，對教學(xué)環(huán)節(jié)、方法及課堂的講授進行精心設(shè)計，創(chuàng)設(shè)生動的教學(xué)情境，吸引學(xué)生的注意力，力爭將學(xué)生的興趣調(diào)動起來，使學(xué)生樂于參與到“教”與“學(xué)”的活動中來。
教學(xué)過程中學(xué)生最感興趣的便是大家熟悉的生活中的一些現(xiàn)象。如果能經(jīng)常啟發(fā)學(xué)生用已有的生物學(xué)知識去解釋生活中出現(xiàn)的現(xiàn)象，學(xué)生就會感到知識的價值，進而能最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和主動性。初中的學(xué)生思想活躍、求知欲旺盛，對一知半解的或理解錯誤的事物、現(xiàn)象等更有著強烈的好奇心，這樣可以從現(xiàn)象入手，促使學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，進入質(zhì)疑狀態(tài)，從而激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興奮點。如： “為什么下雨過后蚯蚓會大量爬出洞穴？ 移栽幼苗的時候為什么要帶土坨？ 一次施肥過多為什么會造成燒苗？為什么在適宜條件下綠豆能萌發(fā)而大米粒不能？ 為什么相同時間內(nèi)慢跑比打籃球耗氧量大？ 為什么嬰兒總是伴隨著啼哭降生？ 為什么人在完成吞咽動作的同時不能進行呼吸?”等等。有了這樣的興趣作為引導(dǎo)，學(xué)生就會不斷地在學(xué)習(xí)中思索，在思索中探究，從而逐步地培養(yǎng)樂于思考的習(xí)慣，培養(yǎng)良好的思維品質(zhì)。另外在授課中也要充分利用多種直觀教具或動手做一些小實驗，化靜為動，化抽象為具體，變復(fù)雜為簡單，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)中適時舉行不同形式、不同內(nèi)容的知識競賽或辯論賽等，也是集中學(xué)生注意力，增加學(xué)習(xí)新鮮感，活躍課堂氣氛，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效方法。
實踐證明，培養(yǎng)學(xué)生探索新事物的興趣，對學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展具有巨大的推動作用。它能增強學(xué)生的創(chuàng)造動機，提高觀察事物的敏感性，也能幫助學(xué)生增強克服困難的決心和信心，激發(fā)他們的創(chuàng)造熱情。
二、科學(xué)觀察，大膽質(zhì)疑，發(fā)散思維
善于觀察是探究問題、認識問題的第一步。可以說敏銳的觀察力是創(chuàng)新思維的起步器，沒有觀察就沒有發(fā)現(xiàn)，也不會有創(chuàng)造。絕大多數(shù)學(xué)生對生物有著濃厚的興趣，也樂于去觀察相關(guān)的生命現(xiàn)象，但觀察時往往漫無目的，空有一份熱情，沒有思考的意識，這樣思維僅停留在事物的表面，失去了觀察的真正意義。所以在探究教學(xué)中教師要重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的觀察習(xí)慣和能力，注重引導(dǎo)學(xué)生仔細認真、有目的、有順序、有比較、有主次的觀察，提高觀察的效率，并能在深入細致的觀察中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題。 “學(xué)啟于思，思源于疑?！背Ｓ幸牲c、常有問題，才能常有思考、常有創(chuàng)新。如果通過細心地觀察后，學(xué)生能夠從中產(chǎn)生疑問，有一種“心欲求而不得，口欲言而不能”的情緒，那么學(xué)生的求知欲會更加的旺盛，學(xué)生的思維也會很快進入主動、積極、愉快的獲取知識的狀態(tài)中，學(xué)生很自然地成為了知識的積極探求者。
如學(xué)生通過自己親自發(fā)豆芽，認真觀察種子的萌發(fā)過程，提出了許多有價值且超出課本的問題 “蠶豆萌發(fā)所需的水最多時間最長，黃豆、紅豆次之，綠豆最容易萌發(fā)需時也最短，種子萌發(fā)時的需水量是和其體積成正比嗎？” “種子萌發(fā)長成小苗后發(fā)現(xiàn)其根深深地扎入了吸水紙中，這和植物根的吸水性有關(guān)系嗎？” 再如學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)“韭菜和韭黃都是由韭菜種子發(fā)育而成，為什么韭菜是綠色的，而韭黃是黃白色的？” “幼小的蚯蚓沒有環(huán)帶，而成熟的蚯蚓具有環(huán)帶，環(huán)帶有什么作用呢？” “為什么腌制后的黃瓜比腌制前的軟？碟中的湯汁是從哪里來的？”等等。學(xué)生在觀察中發(fā)現(xiàn)問題、主動思考解決問題，真正成為了學(xué)習(xí)的主體，并獲得了豐富的情感體驗。培養(yǎng)學(xué)生的問題意識同時也有利于培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，所以教師在教學(xué)過程中，只有讓學(xué)生敢于質(zhì)疑、善于質(zhì)疑、不斷追求深入，才能使學(xué)生更好地領(lǐng)略知識的浩瀚，才能最終深化學(xué)生的思維過程。
三、整合資源、自主探究、延伸思維
實施探究性學(xué)習(xí)意在讓學(xué)生親自體驗科學(xué)知識的獲取過程，在主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、尋找規(guī)律以及解決問題的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。
學(xué)生是學(xué)習(xí)及自我發(fā)展的主體，教師要盡量給他們創(chuàng)造充足的自主學(xué)習(xí)的空間，讓他們多觀察、多思考、多分析、多討論，充分發(fā)揮其主觀能動性，而教師只是作為學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、引導(dǎo)者、合作者，必要時給以解釋，但不能全部灌輸，要進行有保留地適時得當(dāng)?shù)攸c撥，要授之以“漁”，使學(xué)生勇于突破自己的思維定勢，提高創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生用最少的時間和精力獲取最大的效益。
在教學(xué)中，凡是學(xué)生通過查閱資料、觀察思考、分析討論等能解決的問題，盡量讓他們自學(xué)，充分利用身邊的各種資源、積極主動地獲取知識，不斷激發(fā)他們的探究欲望，強化探究學(xué)習(xí)的動機。在教學(xué)中，教師要以鼓勵和信任的態(tài)度對待學(xué)生，看到每一個學(xué)生的閃光點，爭取使每個學(xué)生都可以大膽地、盡情地交換各自的看法，不拘泥于形式，充分展示學(xué)生的思維過程，讓他們在成功的體驗中提高學(xué)習(xí)潛能和創(chuàng)造能力。
例如，在“探究魚鰭在游泳中的作用”這一實驗中，全班同學(xué)以實驗小組為單位，都能主動提出本組的探究問題、作出假設(shè)，并且自己設(shè)計實驗方案，再根據(jù)自己的方案，親自動手實驗，親自體驗，整個過程中教師沒有干預(yù)。實踐證明學(xué)生在利用自己掌握的生物學(xué)知識、技能去探究解決相關(guān)問題時，興趣濃厚，情緒高漲，合作愉快，而且成果顯著，擺脫了對教師過多地依賴，真正體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，同時也提高了他們分析、判斷、推理、創(chuàng)新等多種思維能力。
四、融會貫通、創(chuàng)新優(yōu)化、拓展思維
絕大多數(shù)學(xué)生都喜歡自己獨立完成生物實驗，親自觸摸、觀察、思考、體驗，然而過去的生物實驗，課題、過程、材料、工具等都對學(xué)生做了限制和規(guī)定，學(xué)生只是機械地完成教師規(guī)定的任務(wù)?，F(xiàn)在新教材則提供了大量的自主探究實驗，給學(xué)生更多的自和選擇權(quán)，讓學(xué)生的聰明才智、學(xué)習(xí)潛能有了發(fā)揮的場所，可以說探究學(xué)習(xí)越來越顯現(xiàn)出在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、構(gòu)建基礎(chǔ)知識和培養(yǎng)創(chuàng)新能力等方面的獨特優(yōu)勢。
在生物教學(xué)中，對于一些比較深奧的生物學(xué)知識，如果通過具體的實驗來揭示，對增強學(xué)生的感性體驗、化解難點等方面都有很大的好處。例如，在“發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換”的內(nèi)容中，呼吸的原理一直是教學(xué)中抽象性強、難理解、易錯解的難點，而且初一的學(xué)生沒有相應(yīng)的物理知識基礎(chǔ)，所以知識理解接受起來都相對困難。如果讓學(xué)生親自動手制作相應(yīng)的模型，通過實踐親自體驗，學(xué)生會在操作、交流中漸漸理解其中的道理，同時創(chuàng)造能力、動手能力、合作能力也都得到了培養(yǎng)。
學(xué)生的大腦并不是一張白紙，他們積累了許多生活經(jīng)驗，再加之好奇心強、求知欲旺盛，他們在探究中往往會涌現(xiàn)出很多的奇思妙想。為了發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，在某些探究活動中，教師應(yīng)允許學(xué)生在一定范圍內(nèi)自己設(shè)計探究方案或優(yōu)化教材中提供的方案。
例如，在探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件時，學(xué)生常常會提出肥料、土壤、陽光、空氣、水分、溫度等6個因素。雖然肥料、土壤、陽光等條件根據(jù)常識及生活經(jīng)驗分析能夠排除，但最好仍然安排他們針對這些因素親自動手做對照實驗來驗證假設(shè)，并用理論知識解釋，究竟為什么這些因素不是種子萌發(fā)的必備條件，同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、提出問題、分析問題和解決問題的探究能力。另外，在探究空氣因素時，為了能夠更好地體現(xiàn)以空氣為單一變量的對照原則，全體學(xué)生又通過討論交流，重新對該實驗設(shè)計進行了優(yōu)化 （第一，使用剛冷卻的涼開水；第二，在水面表層滴植物油，使水與空氣隔絕） ，使水中溶解的氧含量降低到最少。這次探究挖掘出了學(xué)生巨大的潛能，教師更應(yīng)相信只要留給學(xué)生充足的空間，他們定能展開思維的翅膀遨游于知識的海洋。
五、討論交流、總結(jié)評價、升華思維
課堂上適時組織小組討論是學(xué)生積極參與教學(xué)的過程，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的有效途徑。每個學(xué)生由于興趣愛好及生活環(huán)境不同而具有不同的特點。有些內(nèi)容對某些學(xué)生來說是熟知的、容易理解的，而對另一些學(xué)生來說則是陌生的、難以理解的。所以教師要多創(chuàng)造小組合作學(xué)習(xí)的機會，讓學(xué)生在一定的情境下，通過相互啟發(fā)、相互幫助完成自主學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生獲得大量感性材料而尚未得出結(jié)論時組織學(xué)生討論、分析綜合，可以促進學(xué)生思維能力的發(fā)展；當(dāng)學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)了難點,學(xué)生不易理解時組織討論,雖然有時討論會陷入困境，但學(xué)生經(jīng)歷了研究和思考，思維也會在探索的道路上得到發(fā)展。有時學(xué)生可能產(chǎn)生爭論，但通過集思廣益，學(xué)生的思維能夠得到從發(fā)散到集中的訓(xùn)練。另外,新課程中有許多資料分析的內(nèi)容，如單靠學(xué)生個人進行分析，有時較難弄懂，而如果通過小組合作學(xué)習(xí)，互相啟發(fā)、討論交流，從各個角度多向思維，就能較快理解、掌握資料所包含的信息，提高資料的閱讀分析能力。通過多次實踐證明，學(xué)生能在與他人交流中建立積極的心態(tài)，靈活多變地解決所提出的問題，并將這些問題的內(nèi)涵擴展到自己的學(xué)習(xí)生活中，淡化了學(xué)生對老師的依賴，逐步培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的習(xí)慣，同時也有助于學(xué)生創(chuàng)造性人格的形成。
第4篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué) 創(chuàng)新實踐能力 教學(xué)改革
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0143-02
2013年三位美國科學(xué)家以“為復(fù)雜化學(xué)體系設(shè)計了多尺度模型”而獲得了諾貝爾化學(xué)獎，從此生物信息學(xué)（Bioinformatics）真正走到了自然科學(xué)的前臺，成為未來發(fā)展的重要方向和熱點。生物信息學(xué)是以生物學(xué)為核心和靈魂，以數(shù)學(xué)和計算機為基本工具的一門交叉學(xué)科，綜合運用數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和生物學(xué)的各種工具，獲取、處理、存儲、分發(fā)、分析和解釋生物信息，進而揭示大量數(shù)據(jù)所蘊含的生物學(xué)意義。生物信息學(xué)已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科發(fā)展的強大推動力量，目前已經(jīng)成為高等院校生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的主要專業(yè)課程。要實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢，離不開科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)自然成為高等院校的主要責(zé)任，高等院校教師需要根據(jù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的要求不斷的開展教學(xué)改革。鑒于生物信息學(xué)的重要作用，最近幾年各高等院校都相繼開設(shè)了生物信息學(xué)課程，但是由于生物信息學(xué)是一門廣泛的交叉學(xué)科，需要學(xué)生具有較扎實的多學(xué)科基礎(chǔ)知識，且生物信息學(xué)自身發(fā)展迅速，新概念、新算法、新數(shù)據(jù)庫等層出不窮，需要教師不斷跟進，因此生物信息學(xué)的教學(xué)與其他學(xué)科顯示出明顯的不同，舊的教學(xué)方法不能適應(yīng)生物信息學(xué)課程的發(fā)展。生物信息學(xué)教學(xué)改革的內(nèi)容應(yīng)該著重于提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。該文將生物信息學(xué)教學(xué)改革中總結(jié)的經(jīng)驗，從教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考試改革等方面，對在生物信息學(xué)課程的教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力進行了討論。
1 教學(xué)理念上強調(diào)學(xué)生的實踐能力和自主創(chuàng)新思維的培養(yǎng)
生物信息學(xué)是一門實踐性非常強的學(xué)科，同時具有多學(xué)科交叉的特點。對于非生物信息學(xué)專業(yè)的生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生，主要課堂目標(biāo)是熟練應(yīng)用各種軟件、數(shù)據(jù)庫解決實際的生物學(xué)問題，而不是研究新算法、開發(fā)新程序。非生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生一般具有較好的生物學(xué)基礎(chǔ)，對于核酸、蛋白質(zhì)等相關(guān)知識已經(jīng)較為熟悉，在教學(xué)中不必過多重復(fù)，而對于生物信息學(xué)中的數(shù)學(xué)模型，程序原理等內(nèi)容具有較大的學(xué)習(xí)障礙，經(jīng)過我們的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于這些內(nèi)容的不理解并不會顯著影響其應(yīng)用軟件的實踐能力。因此，對于非生物信息學(xué)專業(yè)的生物信息學(xué)本科課程，應(yīng)當(dāng)簡化復(fù)雜難懂的理論知識，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，使學(xué)生可以應(yīng)用生物信息學(xué)工具對生物數(shù)據(jù)進行分析，解決實際問題，在使用生物信息學(xué)工具解決實際問題的時候?qū)ι镄畔W(xué)產(chǎn)生興趣，增強創(chuàng)新實踐能力。
2 采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學(xué)方法
為了強調(diào)學(xué)生的實踐動手能力，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學(xué)方法。（1）將授課地點定在計算機網(wǎng)絡(luò)教室，接駁互聯(lián)網(wǎng)的計算機安裝有課堂管理系統(tǒng)，實時演示教師的操作。教師在授課過程中結(jié)合具體實例邊講解邊示范操作，學(xué)生邊聽課邊練習(xí)。（2）對課件增加圖片、視頻、音頻等多媒體素材，使抽象的、靜態(tài)的生物信息學(xué)知識以具體的、動態(tài)的形式演示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對知識的掌握程度。例如在講解蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)相關(guān)知識時，教師需準(zhǔn)備好各種蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)素材，并使用（同時教會學(xué)生使用）專業(yè)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)看圖軟件進行演示操作，這樣可以顯著提高學(xué)生的實際操作興趣。（3）進行課程錄像，記錄課堂上老師的講課現(xiàn)場和計算機操作屏幕的錄像，將視頻放到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，供學(xué)生課后觀看，降低生物信息學(xué)學(xué)習(xí)難度。（4）進行隨堂在線操作練習(xí)，以教師和學(xué)生分別自設(shè)題目的方式開展創(chuàng)新實踐練習(xí)，促進學(xué)生創(chuàng)新性思維方式，注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學(xué)生計算機應(yīng)用能力。（5）采用雙語授課，提高學(xué)生專業(yè)英語能力。生物信息學(xué)的實際操作離不開數(shù)據(jù)庫和軟件，而目前國際上通用的生物信息學(xué)在線數(shù)據(jù)庫和常用軟件的界面都是英文，因此學(xué)生必須能看懂生物信息學(xué)相關(guān)概念的英文說法。我們采用雙語授課，對課程中的關(guān)鍵信息再使用中文重點講解一遍。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生對英文授課及英文軟件有懼怕和惰性心理，對此我們采用循序漸進多次重復(fù)的方式幫助學(xué)生克服最初的懼怕建立信心，在英語授課前一周，教師將多媒體課件通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)送給學(xué)生，并列出來關(guān)鍵名詞，供學(xué)生提前預(yù)習(xí)，減少課堂上直接聽英文的難度，在數(shù)據(jù)庫和軟件中，安排學(xué)生多次使用同一個軟件，同一個數(shù)據(jù)庫，對常用的詞語進行重點說明，從而減小學(xué)習(xí)壓力，增強學(xué)習(xí)信心。本方法增強了學(xué)生主動學(xué)習(xí)生物信息學(xué)自主能力，同時提高了學(xué)生英文聽、說、讀、寫等能力。（6）發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容從網(wǎng)上下載教學(xué)輔助資料，充分利用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有資源，并通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為學(xué)生提供教學(xué)資源，將制作的教學(xué)課件、教學(xué)大綱、教學(xué)錄像、參考文獻、思考題、自測題等上傳到教學(xué)平臺上，使學(xué)生隨時隨地在教學(xué)平臺里面進行下載教學(xué)課件、回答問題、提出問題，老師或者同學(xué)可以對所提問題進行網(wǎng)上解答、探討。教師還可以通過網(wǎng)上論壇、聊天室、QQ、E-mail等對學(xué)生學(xué)習(xí)和生活進行指導(dǎo)和關(guān)心，可以及時了解掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有利于教師不斷調(diào)整教學(xué)方案，達到更好的教學(xué)效果。
3 教學(xué)內(nèi)容上增強課程應(yīng)用性
生物信息學(xué)的課程內(nèi)容很多，具有很強的跨專業(yè)性，由于課時和學(xué)生專業(yè)的限制，我們應(yīng)選擇性地進行授課，教學(xué)內(nèi)容主要強調(diào)課程實踐應(yīng)用性。（1）要在課程的第一節(jié)課明確生物信息學(xué)在生物學(xué)中的作用，講解幾個有趣而又簡單的生物信息學(xué)應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）對于理論知識只講解其中最為基礎(chǔ)而不可缺少的，并結(jié)合實際操作使學(xué)生形象化、具體化。授課中穿插講解有趣而簡單的生物信息學(xué)應(yīng)用實例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（3）增加實驗課學(xué)時，增強學(xué)生動手操作實踐能力。生物信息學(xué)主要是通過計算機軟件完成對生物數(shù)據(jù)的分析，分析過程中易出現(xiàn)各種錯誤，需要在多次操作實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗才能熟悉。因此增加實驗課學(xué)時會明顯增加學(xué)生的實踐能力。我們每一節(jié)課分為兩部分，理論講解和實驗操作，在理論講解完成后，馬上開展實驗操作，這樣可以讓學(xué)生理解軟件中應(yīng)用的原理，不會出現(xiàn)在實驗課時理論與實驗脫節(jié)的現(xiàn)象。（4）生物信息學(xué)發(fā)展迅速，需不斷把握國際最新進展，更新知識庫，使學(xué)生學(xué)到最新的技術(shù)，更好的應(yīng)用到實踐中。因此我們密切關(guān)注學(xué)科發(fā)展動態(tài)，掌握最新研究成果，每學(xué)期的教學(xué)隨時進行知識更新，及時將國內(nèi)外及教師的新知識、新成果作為教學(xué)內(nèi)容的一部分傳遞給學(xué)生。同時我們使用雙語授課，并保證授課內(nèi)容緊跟生物信息學(xué)的前沿，保證學(xué)生學(xué)到的都是最新的知識，刺激學(xué)生探索與實踐的欲望。
4 考試改革上促進學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維
考試改革的目的是強化實踐教學(xué)，注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng);發(fā)揮教學(xué)中的積極性、主動性、創(chuàng)新性;在加強素質(zhì)教育的基礎(chǔ)上擴寬專業(yè)教育;培養(yǎng)“寬厚型、復(fù)合型、創(chuàng)新型、外向型”人才。考試可分為期末考試、平時練習(xí)和上機考試等三部分。期末考試使用傳統(tǒng)的考試方式。平時練習(xí)為教學(xué)中的課堂練習(xí)題的評分。對于上機考試，我們引入無紙化考核，通過上機實踐操作，重點考核學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的隨堂在線操作，隨堂在線測試的內(nèi)容主要是使用各種軟件和數(shù)據(jù)庫分析生物數(shù)據(jù)的操作實踐，增強學(xué)生理論應(yīng)用實踐的綜合能力。例如給出一個蛋白質(zhì)的名稱，讓學(xué)生查詢此蛋白質(zhì)的序列、理化性質(zhì)、翻譯后修飾等信息，預(yù)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)等操作。學(xué)生使用計算機在線完成指定的生物信息學(xué)分析內(nèi)容，考查學(xué)生掌握實踐操作的程度，促進學(xué)生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學(xué)生計算機應(yīng)用能力。這種考試模式可以顯著的提高學(xué)生實踐的積極性。
5 結(jié)語
總之，生物信息學(xué)教學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)的能力和在實踐中自主創(chuàng)新獲取知識的技能，使學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。為了提高學(xué)生創(chuàng)新性思維和實踐操作能力，生物信息學(xué)教學(xué)改革應(yīng)從以下幾方面進行：在教學(xué)理念上，強調(diào)學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新思維的培養(yǎng);在教學(xué)方法上，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學(xué)方法;在教學(xué)內(nèi)容上，增加實驗學(xué)時，增強課程應(yīng)用性，理論為實踐服務(wù);在考試改革上，采用多種考查考核方式促進學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新思維。在今后的教學(xué)工作中，我們將繼續(xù)探索行之有效的教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)模式，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實踐意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，以滿足現(xiàn)代社會對創(chuàng)新型人才的需求。
參考文獻
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第5篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；形成性評價；教育教學(xué)改革
中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）22-0147-02
生物信息學(xué)（Bioinformatics）是近二十年來迅速發(fā)展起來的一門新興前沿學(xué)科，它綜合利用計算機科學(xué)和信息技術(shù)，通過對海量生物學(xué)數(shù)據(jù)的處理和分析，揭示其中蘊藏的內(nèi)在聯(lián)系和生物學(xué)含義，進而提煉有用的生物學(xué)知識。隨著人類基因組和多種模式生物測序的完成，有關(guān)核酸、蛋白序列和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長，面對如此龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)資源，運用計算機獲取管理分析數(shù)據(jù)、控制分析誤差、加速分析過程勢在必行，生物信息學(xué)應(yīng)運而生并迅速蓬勃發(fā)展起來，并逐步成為生命科學(xué)在信息時展的核心內(nèi)容之一，對生命科學(xué)研究帶來革命性變革。受到國際大環(huán)境的影響，國內(nèi)各重點大學(xué)紛紛開展了生物信息學(xué)專業(yè)的設(shè)立，一般醫(yī)學(xué)院校也開展了生物信息學(xué)必修及選修課課程，由于生物信息學(xué)是新興學(xué)科，在教學(xué)現(xiàn)狀上存在很多不足，如：教學(xué)手段落后；只注重理論教學(xué)，忽視理論應(yīng)用于實踐的重要性，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的理論知識與實際工作脫節(jié)；教學(xué)內(nèi)容簡單，體系不完整，完成課程后學(xué)生不能將所學(xué)知識融會貫通；不注重培養(yǎng)學(xué)生的整體生物信息學(xué)思維。如何提高生物信息學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量是教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容。
一、生物信息學(xué)的教學(xué)特點
1.是多學(xué)科、綜合交叉的產(chǎn)物。生物信息學(xué)是一門由計算機技術(shù)、數(shù)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)多學(xué)科綜合交叉的新興學(xué)科，對本課程的學(xué)習(xí)，除了要求掌握獲取和利用大量生物數(shù)據(jù)信息的基本知識和技術(shù)外，還要求掌握相關(guān)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機程序設(shè)計、分子生物學(xué)等醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識相關(guān)的知識和技術(shù)，培養(yǎng)的是復(fù)合型、交叉型人才。
2.數(shù)據(jù)、信息量龐雜，發(fā)展迅速。目前生物信息數(shù)據(jù)處于高速的實時更新中，數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容相當(dāng)豐富，同時亦包含大量的冗余及錯誤數(shù)據(jù)，僅GenBank數(shù)據(jù)庫就包含了來源于十多萬個物種的數(shù)據(jù)，除了人類還包括小鼠、擬南芥、水稻、斑馬魚、果蠅等模式生物及原核生物、病毒等數(shù)據(jù)。近十年來，核酸堿基數(shù)目大約每14個月就翻一倍，2014年1月2日，在Nucleotide數(shù)據(jù)庫中輸入Human，就可以獲取30 942 725條數(shù)據(jù)，而兩年前這數(shù)字僅為14 617 064。面對這么龐雜的海量數(shù)據(jù)，教學(xué)內(nèi)容必須圍繞方式、方法來展開。
3.教學(xué)及課后學(xué)習(xí)應(yīng)用必須在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行。海量的數(shù)據(jù)均存儲在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫中，信息的獲取、分析和處理都必須通過Internet網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。因此教學(xué)活動亦必須圍繞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境展開，利用網(wǎng)絡(luò)，傳授學(xué)生獲取數(shù)據(jù)信息并開發(fā)和利用的技能，強化操作訓(xùn)練，增強學(xué)生分析解決問題的能力。綜合來說，生物信息學(xué)的教學(xué)內(nèi)容豐富，教學(xué)方法多樣，考核評價及教學(xué)效果反饋復(fù)雜，因此，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)評價不能適應(yīng)生物信息學(xué)教學(xué)的發(fā)展。
二、形成性評價的內(nèi)涵
形成性評價（Formative assecssment）是1967年由美國的評價學(xué)專家斯克里芬（M. Scriven）提出的，后被美國的教育學(xué)家布盧姆（B.S.Bloom）應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域。指在教育活動中，即學(xué)生知識、技能及態(tài)度的形成過程中檢測學(xué)生的進步，監(jiān)控學(xué)生知識與技能的獲得，評價學(xué)生的學(xué)習(xí)進展情況，最終通過反饋來調(diào)整教學(xué)以提高教學(xué)質(zhì)量。形成性評價是在教學(xué)過程中為了獲得有關(guān)教學(xué)的反饋信息，改進教學(xué)，使學(xué)生知識達到的掌握程度所進行的系統(tǒng)性評價。
三、形成性評價應(yīng)用于生物信息學(xué)的優(yōu)勢
形成性評價強調(diào)的是對教和學(xué)過程進行多層次、多元化的分析和判斷，促進教和學(xué)過程的完善和發(fā)展，同時，形成性評價還強調(diào)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行評價，它不僅從評價者的需要出發(fā)，更注重從被評價者的需要出發(fā)，重視學(xué)生在學(xué)習(xí)中的體驗，重視師生間的交流，使學(xué)生在評價中能正確了解自我、完善自我，利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。
1.評價貫穿整個學(xué)習(xí)過程，符合生物信息學(xué)內(nèi)容的復(fù)雜性。生物信息學(xué)內(nèi)容豐富、龐雜，更新快，傳統(tǒng)的終結(jié)性評價只考察學(xué)生掌握的部分內(nèi)容，因此評價過于片面，而形成性評價貫穿在學(xué)生學(xué)習(xí)的整個過程，對學(xué)生日常學(xué)習(xí)過程的表現(xiàn)、所取得的成績及所反映的情感、態(tài)度、學(xué)習(xí)策略等方面做出評價，更符合生物信息學(xué)的教學(xué)工作。
2.評價主體更加多元，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，有益于生物信息學(xué)技術(shù)的自主學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的終結(jié)性評價主要是教師對學(xué)生的評價，學(xué)生往往處于被動狀態(tài)，無法激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。形成性評價則強調(diào)學(xué)生的主動參與，使學(xué)生成為積極評價的主體，加強評價者與被評價者之間的互動，鼓勵學(xué)生自我評價與同學(xué)間互評，促使他們不斷回顧和反思自己的學(xué)習(xí)過程及方法，從而進一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性。這點與生物信息學(xué)課程的教學(xué)方法多樣性不謀而合，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、多方法、多手段綜合運用的能力。
3.評價結(jié)果更全面，更符合生物信息學(xué)教學(xué)目標(biāo)。終結(jié)性評價常以一次或少數(shù)幾次測試來批判，重知識輕能力，重片面的知識結(jié)果輕學(xué)習(xí)過程，而形成性評價的內(nèi)容貫穿整個教與學(xué)的過程，不僅注重學(xué)生對知識的掌握情況，而且也重視評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、策略及情感因素，因此更全面更科學(xué)。
4.評價結(jié)果的反饋作用更有針對性，有利于及時調(diào)整教學(xué)方法。形成性評價能及時準(zhǔn)確地反映學(xué)生在一定階段的學(xué)習(xí)情況，給學(xué)生及教師提供及時的反饋，更有針對性地幫助學(xué)生建立自信心，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，同時可以使教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需要，以便調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方法，從而提高教學(xué)效果。
四、形成性評價在生物信息學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略
1.統(tǒng)一規(guī)劃，制定綜合評價方案。開課之初，制定詳細的學(xué)習(xí)評價體系，將該學(xué)期的學(xué)習(xí)教學(xué)大綱及課程進度表發(fā)給每一位同學(xué)，由學(xué)生及教師共同參與制定學(xué)習(xí)計劃及學(xué)習(xí)評價表，每一部分分別由教師評價、學(xué)生自評、和小組同學(xué)互評三項構(gòu)成。教師需事先給出評價范例和評估標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)進行合理的描述和解釋，以便學(xué)生對照執(zhí)行。在每次自評及互評后，教師應(yīng)利用E-mail及QQ等在線工具及時的將結(jié)果反饋，指出評價過程中的問題及改進的意見。評價方案獲得學(xué)生的認可方能使學(xué)生樂于參與，樂于反思和改進自我，并在評價中體驗成功和快樂。
2.建立學(xué)習(xí)及評價小組。生物信息學(xué)的學(xué)習(xí)方法、獲取數(shù)據(jù)信息的手段很多，學(xué)習(xí)小組的成立有利于在學(xué)習(xí)過程中及時交流、相互學(xué)習(xí)促進和共同解決問題，小組成員間相互更為了解，可以開展課堂學(xué)習(xí)及課外自主學(xué)習(xí)的監(jiān)控和評估，并保證學(xué)生互評環(huán)節(jié)的順利開展。每次互評將根據(jù)參與程度、合作行為、知識掌握程度等記錄在冊，教師亦應(yīng)關(guān)注和指導(dǎo)小組評價工作的開展，并及時做好小組成員間的協(xié)調(diào)工作。
3.建立學(xué)生學(xué)習(xí)檔案。生物信息學(xué)課程基本都依賴網(wǎng)絡(luò)來完成，每次課堂學(xué)習(xí)后練習(xí)、學(xué)生間討論及學(xué)生自評互評等都以電子檔案的形式保存，可以包括文字、圖片、聲音、視頻等。學(xué)習(xí)檔案體現(xiàn)了學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程，展示學(xué)生努力學(xué)習(xí)后所取得的進步和成績，也客觀地反映學(xué)生的不足，有利于學(xué)生形成自我反思和自我評估，有助于培養(yǎng)獨立的自我學(xué)習(xí)習(xí)慣，增強參與感和學(xué)習(xí)積極性。
4.綜合成績評定。在學(xué)期末，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程，將對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的監(jiān)控納入最后的成績評定，制定合理的比例方案，用綜合成績評定取代單一的終結(jié)行評定方法，更全面的評價學(xué)生。
綜上所述，形成性評價體系更適應(yīng)生物信息學(xué)教學(xué)特點，有傳統(tǒng)評價無法比擬的優(yōu)點，但同時增加了教師的工作量，無形中實施難度亦加大。為了更好地實施形成性評價，首先應(yīng)明確的是，這不是教師個人的問題，學(xué)校、院系及各部門均應(yīng)統(tǒng)一認識，建立從上而下的評價機制和比較完善的教學(xué)管理及學(xué)分管理制度。其次，健全教師參與形成性評價的激勵制度，解決教師業(yè)績考核等制約形成性評價實施的因素，建立具體的獎勵制度使教師自覺納入形成性評價，優(yōu)化課題教學(xué)模式。最后，鼓勵教師以團隊形式參與形成性評價教學(xué)改革，分享教學(xué)經(jīng)驗，探討教學(xué)問題，進一步提高教學(xué)效果。
參考文獻：
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第6篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
關(guān)鍵詞：推薦系統(tǒng)；生物信息學(xué)
推薦系統(tǒng)(RecommenderSystem)[1]是個性化信息服務(wù)的主要技術(shù)之一，它實現(xiàn)的是“信息找人，按需服務(wù)”；通過對用戶信息需要、興趣愛好和訪問歷史等的收集分析，建立用戶模型，并將用戶模型應(yīng)用于網(wǎng)上信息的過濾和排序，從而為用戶提供感興趣的資源和信息。生物信息學(xué)(Bioinformatics)[2,3]是由生物學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)相互交叉所形成的一門新型學(xué)科；其實質(zhì)是利用信息科學(xué)的方法和技術(shù)來解決生物學(xué)問題。20世紀末生物信息學(xué)迅速發(fā)展，在信息的數(shù)量和質(zhì)量上都極大地豐富了生物科學(xué)的數(shù)據(jù)資源，而數(shù)據(jù)資源的急劇膨脹需要尋求一種科學(xué)而有力的工具來組織它們，基于生物信息學(xué)的二次數(shù)據(jù)庫[4]能比較好地規(guī)范生物數(shù)據(jù)的分類與組織，但是用戶無法從大量的生物數(shù)據(jù)中尋求自己感興趣的部分（著名的生物信息學(xué)網(wǎng)站NCBI(美國國立生物技術(shù)信息中心)，僅僅是小孢子蟲(Microsporidia)的DNA序列就達3399種），因此在生物二次數(shù)據(jù)庫上建立個性化推薦系統(tǒng)，能使用戶快速找到自己感興趣的生物信息。特別是在當(dāng)前生物信息數(shù)據(jù)量急劇增長的情況下，生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)將發(fā)揮強大的優(yōu)勢。
1推薦系統(tǒng)的工作流程
應(yīng)用在不同領(lǐng)域的推薦系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)也不完全相同。一般而言，推薦系統(tǒng)的工作流程[5]如圖1所示。
(1)信息獲取。推薦系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)是用戶信息。用戶信息包括用戶輸入的關(guān)鍵詞、項目的有關(guān)屬性、用戶對項目的文本評價或等級評價及用戶的行為特征等，所有這些信息均可以作為形成推薦的依據(jù)。信息獲取有兩種類型[6]，即顯式獲取(Explicit)和隱式獲取(Implicit)，由于用戶的很多行為都能暗示用戶的喜好，因此隱式獲取信息的準(zhǔn)確性比顯式高一些。
(2)信息處理。信息獲取階段所獲得的用戶信息，一般根據(jù)推薦技術(shù)的不同對信息進行相應(yīng)的處理。用戶信息的存儲格式中用得最多的是基于數(shù)值的矩陣格式，最常用的是用m×n維的用戶—項目矩陣R來表示，矩陣中的每個元素Rij=第i個用戶對第j個項目的評價，可以當(dāng)做數(shù)值處理，矩陣R被稱為用戶—項目矩陣。
(3)個性化推薦。根據(jù)形成推薦的方法的不同可以分為三種，即基于規(guī)則的系統(tǒng)、基于內(nèi)容過濾的系統(tǒng)和協(xié)同過濾系統(tǒng)。基于規(guī)則的推薦系統(tǒng)和基于內(nèi)容過濾的推薦系統(tǒng)均只能為用戶推薦過去喜歡的項目和相似的項目，并不能推薦用戶潛在感興趣的項目。而協(xié)同過濾系統(tǒng)能推薦出用戶近鄰所喜歡的項目，通過用戶與近鄰之間的“交流”，發(fā)現(xiàn)用戶潛在的興趣。因此本文所用的算法是基于協(xié)同過濾的推薦算法。
(4)推薦結(jié)果。顯示的任務(wù)是把推薦算法生成的推薦顯示給用戶，完成對用戶的推薦。目前最常用的推薦可視化方法是Top－N列表[7]，按照從大到小順序把推薦分值最高的N個事物或者最權(quán)威的N條評價以列表的形式顯示給用戶。
2生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的設(shè)計
綜合各種推薦技術(shù)的性能與優(yōu)缺點，本文構(gòu)造的生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能是在用戶登錄生物信息學(xué)網(wǎng)站時，所留下的登錄信息通過網(wǎng)站傳遞到推薦算法部分；推薦算法根據(jù)該用戶的用戶名從數(shù)據(jù)庫提取出推薦列表，并返回到網(wǎng)站的用戶界面；用戶訪問的記錄返回到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)定時調(diào)用推薦算法，對數(shù)據(jù)庫中用戶訪問信息的數(shù)據(jù)進行分析計算，形成推薦列表。
本系統(tǒng)采用基于近鄰的協(xié)同過濾推薦算法，其結(jié)構(gòu)可以進一步細化為如圖3所示。算法分為鄰居形成和推薦形成兩大部分，兩部分可以獨立進行。這是該推薦系統(tǒng)有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)勢之一。由于信息獲取后的用戶—項目矩陣維數(shù)較大，使得系統(tǒng)的可擴展性降低。本系統(tǒng)采用SVD矩陣降維方法，減少用戶—項目矩陣的維數(shù)，在計算用戶相似度時大大降低了運算的次數(shù)，提高了推薦算法的效率。
(1)信息獲取。用戶對項目的評價是基于用戶對某一個項目(為表示簡單，以下提及的項目均指網(wǎng)站上的生物物種)的點擊次數(shù)來衡量的。當(dāng)一個用戶注冊并填寫好個人情況以后，系統(tǒng)會自動為該用戶創(chuàng)建一個“信息矩陣”，該矩陣保存了所有項目的ID號以及相應(yīng)的用戶評價，保存的格式為：S+編號+用戶評價，S用于標(biāo)記項目，每個項目編號及其評價都以“S”相隔開；編號是唯一的，占5位；用戶評價是用戶點擊該項目的次數(shù)，規(guī)定其范圍是0~100，系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)增加到100時不再變化。這樣做可防止形成矩陣時矩陣評價相差值過大而使推薦結(jié)果不準(zhǔn)確。(2)信息處理。信息處理是將所有用戶的信息矩陣轉(zhuǎn)換為用戶—項目矩陣，使用戶信息矩陣數(shù)值化，假設(shè)系統(tǒng)中有M個用戶和N個項目，信息處理的目的就是創(chuàng)建一個M×N的矩陣R，R[I][J]代表用戶I對項目J的評價。
(3)矩陣處理。協(xié)同過濾技術(shù)的用戶—項目矩陣的數(shù)據(jù)表述方法所帶來的稀疏性嚴重制約了推薦效果，而且在系統(tǒng)較大的情況下，它既不能精確地產(chǎn)生推薦集，又忽視了數(shù)據(jù)之間潛在的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不了用戶潛在的興趣，而且龐大的矩陣增加了計算的復(fù)雜度，因此有必要對該矩陣的表述方式做優(yōu)化，進行矩陣處理。維數(shù)簡化是一種較好的方法，本文提出的算法應(yīng)用單值分解(SingularValueDecomposition，SVD)技術(shù)[8]，對用戶—項目矩陣進行維數(shù)簡化。
(4)相似度計算。得到降維以后的用戶矩陣US，就可以尋找每個用戶的近鄰。近鄰的確定是通過兩個用戶的相似度來度量的。本文采用Pearson相關(guān)度因子[9]求相似度。(5)計算用戶鄰居。該方法有兩種[10]，即基于中心的鄰居(Center－BasedNeighbor)和集合鄰居(AggregateNeighbor)。本系統(tǒng)采用了第一種方法，直接找出與用戶相似度最高的前N個用戶作為鄰居，鄰居個數(shù)N由系統(tǒng)設(shè)定，比如規(guī)定N＝5。
(6)推薦形成。推薦形成的前提是把當(dāng)前用戶的鄰居ID號及其與當(dāng)前用戶的相似度保存到數(shù)據(jù)庫中，而在前面的工作中已找出各用戶的鄰居以及與用戶的相似度，推薦形成部分只需要對當(dāng)前登錄用戶進行計算。推薦策略是：對當(dāng)前用戶已經(jīng)訪問過的項目不再進行推薦，推薦的范圍是用戶沒有訪問的項目，其目的是推薦用戶潛在感興趣的項目；考慮到系統(tǒng)的項目比較多，用戶交互項目的數(shù)量很大，所以只篩選出推薦度最大的N個項目，形成Top－N推薦集，設(shè)定N＝5。
3生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的實現(xiàn)
生物信息學(xué)推薦系統(tǒng)的實現(xiàn)可以用圖4來表示。數(shù)據(jù)庫部分主要存儲用戶信息和項目信息，用SQLServer2000實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)了與用戶交互必需的存儲過程以及觸發(fā)器，也使用SQLServer2000，主要完成以下功能：初始化新用戶信息矩陣；插入新項目時更新所有用戶的信息矩陣；用戶點擊項目時更新該用戶對項目的評價；刪除項目時更新所有用戶的信息矩陣。用戶訪問層主要涉及網(wǎng)頁與用戶的交互和調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層的存儲過程，在這里不做詳細的介紹。
推薦算法完成整個個性化推薦的任務(wù)，用Java實現(xiàn)。
(1)數(shù)據(jù)連接類DataCon。該類完成與SQLServer2000數(shù)據(jù)庫的連接，在連接之前必須要下載三個與SQLServer連接相關(guān)的包，即msutil.jar、msbase.jar和mssqlserver.jar。
(2)數(shù)據(jù)操作類DataControl。該類負責(zé)推薦算法與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換，靜態(tài)成員Con調(diào)用DataCon.getcon()獲得數(shù)據(jù)庫連接，然后對數(shù)據(jù)庫進行各種操作。把所有方法編寫成靜態(tài)，便于推薦算法中不創(chuàng)建對象就可以直接調(diào)用。
(3)RecmmendSource與CurrentUserNeighbor。這兩個類作為FCRecommand類的內(nèi)部類，RecmmendSource用于保存當(dāng)前用戶的推薦列表，包括推薦項目號和推薦度；CurrentUserNeighbor用于保存鄰居信息，包括鄰居ID號、相似度及其訪問信息。
(4)協(xié)同過濾推薦算法FCRecommand。該類實現(xiàn)了整個推薦算法，主要分為鄰居形成方法FCArithmetic和推薦形成方法GenerateRecommend。
下面給出方法FCArithmetic的關(guān)鍵代碼：
Matrixuser_item=this.User_Item_Arry();//獲取用戶—項目矩陣
user_item=this.SVD_Calculate(user_item);//調(diào)用SVD降維方法
Vectorc_uservector=newVector();//當(dāng)前用戶向量
Vectoro_uservector=newVector();//其他用戶向量
Vectorc_user_correlate_vector=newVector();
//當(dāng)前用戶與其他用戶之間相似度向量
for(inti=0;ifor(intj=0;jc_uservector.addElement(user_item.get(i,j));
//1.獲得當(dāng)前用戶向量
for(intk=0;ko_uservector.clear();
for(intl=0;lo_uservector.addElement(user_item.get(k,l));
//2.獲得其他用戶的向量
//3.計算當(dāng)前用戶與其他用戶的相似度
usercorrelativity=this.Correlativity(c_uservector,o_uservector);
c_user_correlate_vector.addElement(usercorrelativity);
}
//4.根據(jù)當(dāng)前用戶與其他用戶的相似度，計算其鄰居
this.FindUserNeighbor(i,c_user_correlate_vector);
}
根據(jù)鄰居形成方法FCArithmetic，可以得到每個用戶的鄰居。作為測試用例，圖6顯示用戶Jack與系統(tǒng)中一部分用戶的相似度，可以看出它與自己的相似度必定最高；并且它與用戶Sugx訪問了相同的項目，它們之間的相似度也為1，具有極高的相似度。
4結(jié)束語
在傳統(tǒng)推薦系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前生物信息學(xué)網(wǎng)站的特點，提出一個基于生物信息平臺的推薦系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)生物信息網(wǎng)站平臺信息迷茫的缺點，為用戶推薦其感興趣物種的DNA或蛋白質(zhì)序列。
優(yōu)點在于協(xié)同過濾的推薦算法能發(fā)現(xiàn)用戶潛在的興趣，能促進生物學(xué)家之間的交流；推薦算法的鄰居形成與推薦形成兩部分可以單獨運行，減少了系統(tǒng)的開銷。進一步的工作是分析生物數(shù)據(jù)的特點及生物數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，增加用戶和項目數(shù)量，更好地發(fā)揮推薦系統(tǒng)的優(yōu)勢。
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第7篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
生命科學(xué)是21世紀的前沿學(xué)科，隨著人類基因組研究計劃的完成，人類更壯觀的生命科學(xué)時代已向我們走來。針灸學(xué)是生命科學(xué)的分支學(xué)科之一，針灸學(xué)研究不僅是針灸學(xué)的，更是生命科學(xué)研究的一個重要組成部分[1]，所有適合生命科學(xué)研究的理論、技術(shù)與方法，都同樣適合針灸學(xué)研究。
1 生命科學(xué)與針灸學(xué)
針灸通過調(diào)整臟腑的陰陽氣血、虛實正邪等達到治療作用。它將疾病的病理過程作為一個整體，根據(jù)機體不同狀況，選用不同穴位和不同針刺手法，影響多靶點和疾病過程的多個環(huán)節(jié)，激發(fā)機體自身內(nèi)在的調(diào)整能力達到治療目的[2]。其整合作用不僅表現(xiàn)在影響疾病的病理過程，對體質(zhì)改善也有作用，在解決疾病易感性方面優(yōu)勢明顯。當(dāng)前，人類的疾病已由以感染和營養(yǎng)失調(diào)為主的單因素疾病轉(zhuǎn)向以機體自身代謝和調(diào)控失常為主的多因素疾病[3]，以多環(huán)節(jié)、多靶點的整合調(diào)節(jié)為特點的針灸學(xué)，具有發(fā)展的獨特優(yōu)勢。 現(xiàn)代生命科學(xué)對生命層次的整體性認識及各層次間的功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系理解，與中醫(yī)整體觀是不謀而合的，在思維模式上有許多相似之處，不同的是表述方式和研究層次的差異。引入生命科學(xué)技術(shù)研究針灸既不會脫離中醫(yī)整體觀念等基礎(chǔ)理論，而且還會使針灸研究更加客觀化、定量化，使針灸的抽象思維建立在科學(xué)實驗的基礎(chǔ)之上。針灸學(xué)的任務(wù)是應(yīng)用針灸的方法探索生命科學(xué)并在臨床上應(yīng)用其成果。利用多學(xué)科交叉的理論與技術(shù)優(yōu)勢研究針灸學(xué)，必將為解決當(dāng)代生命科學(xué)重大問題做出突破性貢獻。
針灸作用涉及到神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫等多種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相互作用，不同針刺條件可能會產(chǎn)生不同療效，傳統(tǒng)方法無法同時了解不同系統(tǒng)間動態(tài)作用，針灸的研究總是難以深入發(fā)展[4]。針灸刺激可以引起人體各系統(tǒng)生理、生化水平上的多項指標(biāo)的同步變化，失去了它治療某種疾病機制上的相對特異性，難以取得突破性進展；針灸對某些基因表達具有一定調(diào)控作用，但針灸的調(diào)控?zé)o靶基因，且不清楚針灸對結(jié)構(gòu)基因的功能有無調(diào)控；某些研究結(jié)果不能很好的指導(dǎo)臨床。
人類基因組計劃的突破，成為分子水平上理解機體器官以及分析與操縱分子DNA的又一里程碑，與之相發(fā)展并衍生一系列現(xiàn)代生物技術(shù)前沿：基因組學(xué)技術(shù)、生物芯片技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和生物信息技術(shù)[5]。生命科學(xué)的發(fā)展從形態(tài)分類到細胞生物、分子生物。從研究方法途徑來說，解剖學(xué)、細胞學(xué)、分子生物學(xué)互相滲透結(jié)合在一起，如果針灸不在細胞層次、分子層次、結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系層次、信號傳遞與效應(yīng)層次、基因型與表現(xiàn)型層次上進行學(xué)科交叉，吸收最新觀念、方法、技術(shù)，就會被淘汰。
2 生命科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用與針灸學(xué)研究
針灸研究吸收、借鑒現(xiàn)代生命科學(xué)的新成果，可使針灸療法更加科學(xué)化，現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展為針灸現(xiàn)代化提供了千載難逢的良機。針灸臨床和基礎(chǔ)研究的成果已經(jīng)并將繼續(xù)為充實生命科學(xué)提供客觀資料，為進一步探索生命科學(xué)開辟新的思路。經(jīng)絡(luò)現(xiàn)象、腧穴功能、經(jīng)穴-臟腑相關(guān)、針灸調(diào)節(jié)作用及機制、針刺麻醉和針刺鎮(zhèn)痛原理等研究結(jié)果，涉及到不少目前尚未能被生命科學(xué)解釋的問題。
基因組學(xué)從分子水平辯證地研究整體的功能和聯(lián)系，它從細胞超微結(jié)構(gòu)及分子相互作用闡述了生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，再經(jīng)綜合分析，用現(xiàn)代系統(tǒng)論、控制論、信息論和協(xié)調(diào)論等學(xué)說，把“孤立”的物質(zhì)與組成整體的所有器官聯(lián)系在一起，把局部的作用和整體的健康狀況聯(lián)系在一起?；蚪M學(xué)研究充分認識到基因之間相互聯(lián)系的復(fù)雜性，反映出基因組學(xué)與中醫(yī)(針灸)學(xué)在思維方法學(xué)上的趨近性，顯示出研究思路與方法相互滲透的可能性。許多學(xué)者著手于研究針刺對早期基因家族、神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)、激素及其相關(guān)受體的影響及基因技術(shù)在針灸基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)針灸可能對某些疾病或病理現(xiàn)象具有一些基因水平的調(diào)節(jié)作用。我們應(yīng)當(dāng)從調(diào)控基因的功能著手治療疾病，進行針灸的多環(huán)節(jié)、多靶點的調(diào)節(jié)作用研究[6]。
生物芯片技術(shù)的發(fā)展不僅為生命科學(xué)的諸多領(lǐng)域研究帶來一場革命，而且給我國新藥的研究和開發(fā)以及中醫(yī)藥現(xiàn)代化帶來了一次新的契機?；蛐酒械腄NA微陣列可同時對大量基因的表達水平、突變和多態(tài)性進行快速準(zhǔn)確的檢測，觀察針灸作用后大量基因表達改變的情況，不僅使我們能夠了解到各種基因表達的變化情況，而且能夠?qū)蜷g相互作用的關(guān)系和調(diào)控的渠道有初步的了解，有利于研究針灸這種全方位、多靶點作用的整體治療方法及治療過程中復(fù)雜的基因表達調(diào)控機制。抑制削減雜交技術(shù)是通過自身前后所提取的cDNA雜交，抑制并扣除其表達相同的非目的基因，而顯示出兩者表達有差異的目的基因。對于研究針灸這類作用靶點廣泛，涉及大量未知基因表達的研究特別有用，對研究針灸的分子療效及基因表達調(diào)控機制有重要意義。
蛋白質(zhì)組學(xué)是對機體或組織或細胞的全部蛋白質(zhì)的表達和功能模式進行研究，能清楚地表述細胞或組織或機體在特定時間和空間上表達的所有蛋白質(zhì)。中醫(yī)認為，疾病的發(fā)生主要是人體整體功能的失調(diào)，證候是疾病發(fā)展過程中某一階段的病機概括。證候既然是有規(guī)律的病理表現(xiàn)，就必然有其物質(zhì)基礎(chǔ)支配機制。中醫(yī)證的本質(zhì)是細胞內(nèi)基因誘生性表達的細胞因子，證的基本發(fā)病機制是由于細胞因子網(wǎng)絡(luò)功能紊亂的結(jié)果[7-8]。細胞因子的本質(zhì)是多肽，即蛋白質(zhì)組研究的主要內(nèi)容之一。從蛋白質(zhì)水平可以反映細胞或組織特異性表型和表達模式，與臨床癥狀和體征有必然內(nèi)在聯(lián)系。針灸作用突出的是多層次、多臟器、多水平調(diào)理過程，與整體和全局為出發(fā)點的蛋白質(zhì)組學(xué)有著天然的親和性。雙向電泳、色譜、蛋白質(zhì)芯片及質(zhì)譜分析等技術(shù)為蛋白質(zhì)組學(xué)研究針灸提供支持。生物體在生長、發(fā)育和適應(yīng)環(huán)境的過程中蛋白質(zhì)始終處于動態(tài)的變化過程，采用對基因組的表達產(chǎn)物-全套蛋白質(zhì)的研究對于針灸現(xiàn)代化具有重要的意義。針灸發(fā)揮作用的基本環(huán)節(jié)是效應(yīng)物質(zhì)與生命分子之間的直接或間接的相互作用。針灸效應(yīng)必然會引起從遺傳信息到整體功能實現(xiàn)中的分子、細胞、器官、整體多個層面的結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)的改變。雖然決定這些結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)是基因，但其直接的決定因素主要是基因翻譯后的蛋白質(zhì)。以蛋白質(zhì)表達為指標(biāo)，采用蛋白質(zhì)組相關(guān)分析技術(shù)，以蛋白質(zhì)調(diào)控改變和功能修飾為研究方向，比較分析針灸前后組織、細胞的蛋白質(zhì)組，進行針灸效應(yīng)的多環(huán)節(jié)、多靶點調(diào)整作用的研究，使我們能在分子水平了解針灸的作用靶點及方式、代謝途徑，有可能對針灸作用機理取得突破性進展；研究針灸對蛋白質(zhì)表達譜的影響，依據(jù)針灸經(jīng)典處方中不同穴位對應(yīng)基因及蛋白表達點以及表達量，與穴位配伍及刺激參數(shù)相關(guān)聯(lián)，分析處方組成中各穴位間的密切關(guān)系，闡明針灸處方的組成原理；確定針灸不同經(jīng)脈對應(yīng)基因及蛋白表達靶點，并根據(jù)表達量的多少與對應(yīng)臟腑相關(guān)聯(lián)，同時分析不同經(jīng)脈對應(yīng)基因及蛋白靶點之間的相互作用，探討經(jīng)脈-臟腑相關(guān)。
生物信息學(xué)是在人類基因組計劃研究中面對巨大且具有高度復(fù)雜性的生物數(shù)據(jù)的管理和分析需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的一門新興學(xué)科[9]。以生物信息學(xué)的有關(guān)理論與方法作為橋梁，將生命科學(xué)中最前沿、最熱點的研究與中醫(yī)針灸聯(lián)系起來，以信息、系統(tǒng)的觀點切入針灸研究，有助于深入了解以整體觀、辨證論治、辨經(jīng)論治為核心的針灸療法。將診斷、辨證和治療的各種數(shù)據(jù)集中起來，借鑒當(dāng)代生物信息技術(shù)，充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有的文獻信息資源，建立各專業(yè)及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，可逐步達到文獻和信息的數(shù)字化。通過對數(shù)據(jù)進行整理、完善和提高，以及與國際相關(guān)數(shù)據(jù)庫信息網(wǎng)的連接，高效地獲得大量有用的信息，從多層次信息中發(fā)掘中醫(yī)針灸的科學(xué)內(nèi)涵。
3 結(jié)語
21世紀是信息時代，以生物信息技術(shù)為橋梁的綜合研究很可能是針灸現(xiàn)代化研究的突破口?；蚪M和蛋白質(zhì)組研究與生物信息學(xué)技術(shù)互相推動，并行發(fā)展。近年來，強調(diào)整體思維模式的中醫(yī)學(xué)正逐漸受到世界醫(yī)學(xué)界的重新認識和再評價，高通量、大規(guī)模平行性研究方法如生物芯片、大規(guī)模篩查系統(tǒng)和生物信息學(xué)等，為研究中醫(yī)藥基本理論提供了新的思路和方法。而充分運用基因組、蛋白質(zhì)組、生物信息學(xué)等現(xiàn)代先進科技手段來分析針灸效應(yīng)，以“國際通用的醫(yī)學(xué)語言”闡明針灸效應(yīng)及作用原理對針灸現(xiàn)代化研究具有重要意義。盡管我國在針灸臨床研究上取得了許多重要的成果，但由于方法學(xué)上存在著某些不夠規(guī)范的地方，限制了世界醫(yī)學(xué)科學(xué)界對它的進一步認同，對生命科學(xué)技術(shù)在針灸學(xué)研究中的應(yīng)用進行深入探討非常必要。
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第8篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
在8月21日舉行的ChinaGrid第四屆學(xué)術(shù)年會上,ChinaGrid專家組副組長、清華大學(xué)教授鄭緯民介紹說:“ChinaGrid一期建設(shè)完成了網(wǎng)格技術(shù)平臺架構(gòu)的搭建和驗證,實現(xiàn)了資源的共享,對高校的教育科研特別是數(shù)據(jù)庫查找等應(yīng)用起到了非常好的促進作用。ChinaGrid一期建立了圖像處理網(wǎng)格、生物信息學(xué)網(wǎng)格、大學(xué)課程在線網(wǎng)格、計算流體力學(xué)網(wǎng)格、海量信息處理網(wǎng)格等五大網(wǎng)格應(yīng)用,對高性能計算的應(yīng)用具有非常大的推動作用?！?/p>
網(wǎng)格與云計算異曲同工
ChinaGrid從2002年8月開始籌備,2003年1月正式進入建設(shè)階段,連通了國內(nèi)13個省市的20多所著名學(xué)校,其中12所高校作為最初參建者,都建立基于高性能計算系統(tǒng)的ChinaGrid主節(jié)點,并協(xié)辦開發(fā)了核心的ChinaGrid公共支撐平臺軟件(CGSP)。不過,由于各節(jié)點的建設(shè)全部由參與建設(shè)的高校自籌資金,資金相對缺乏,而且各節(jié)點的計算資源主要是各高校自用,從某種程度上說,使得ChinaGrid資源的全面共享和應(yīng)用的深入發(fā)展受到了一定限制。
2009年,ChinaGrid將啟動二期建設(shè),目標(biāo)是建立6個大型的數(shù)據(jù)中心,同時建立涉及材料、能源、氣候環(huán)境、媒體計算、網(wǎng)絡(luò)行為等領(lǐng)域的8個重點學(xué)科網(wǎng)格,并且要開發(fā)一些用于網(wǎng)格的公共軟件,更有效地實現(xiàn)集群的調(diào)度。
“由于資金有限,ChinaGrid二期只能先建立8個學(xué)科網(wǎng)格。在ChinaGrid二期建設(shè)過程中,我們將把與各學(xué)科相關(guān)的資料、開源工具等都放到網(wǎng)格中去,為老師、學(xué)生提供一個資源庫。另外,我們要充分利用ChinaGrid網(wǎng)格計算平臺的優(yōu)勢,為那些計算資源缺乏的學(xué)校提供網(wǎng)格計算資源?！编嵕暶窠榻B說,“目前,ChinaGrid主要是為教育系統(tǒng)內(nèi)部的用戶提供教育和科研方面的服務(wù)。”
在學(xué)術(shù)年會上,來自墨爾本大學(xué)的拉庫馬爾•巴亞博士介紹了云計算技術(shù)的最新發(fā)展情況,并闡述了建立以市場為導(dǎo)向的云計算架構(gòu)的理論。今天,關(guān)于云計算的定義眾說紛紜。拉庫馬爾認為云計算具有以下特征:云是一種并行、分布式系統(tǒng),云是通過內(nèi)部連接和虛擬化組成的計算系統(tǒng),云可以實現(xiàn)自動配置,云表現(xiàn)為一個或更多統(tǒng)一的計算資源,云的最終落腳點是服務(wù)。雖然云計算還要解決很多問題,如安全、可用性、風(fēng)險管理、可靠性、可擴展性等,但是拉庫馬爾認為,建立以滿足客戶需求和市場為導(dǎo)向的云計算架構(gòu)已經(jīng)變成了現(xiàn)實。
“未來,人們還可以建立一個云的網(wǎng)格,跨越云及其他IT資源,對時間和成本進行優(yōu)化,找到資源與價格的平衡點?！崩瓗祚R爾表示?！皬募夹g(shù)實現(xiàn)上看,云與網(wǎng)格的差別不大,都是并行的、分布式的系統(tǒng)?！闭劦骄W(wǎng)格與云計算的關(guān)系,鄭緯民表示,“網(wǎng)格是將所有的計算中心連接起來做事,強調(diào)的是資源共享,而云計算強調(diào)的是服務(wù);網(wǎng)格的特點是利用多個地方的資源,強調(diào)通用性,而云計算大多表現(xiàn)為專用服務(wù),以一個地方或一種服務(wù)為主,比如谷歌就是一朵搜索云,ChinaGrid二期要建設(shè)的8個學(xué)科網(wǎng)格也可以看作是8朵云?！?/p>
高性能計算超越摩爾定律
ChinaGrid的建設(shè)目標(biāo)是將網(wǎng)格計算與高性能計算技術(shù)融合起來,為國內(nèi)高校的教學(xué)和科研工作提供先進的技術(shù)服務(wù)平臺。從以前只有少數(shù)科研機構(gòu)采用高性能計算機到現(xiàn)在高性能計算機已經(jīng)成為許多院校必備的基礎(chǔ)設(shè)施,高性能計算機大規(guī)模進入中國高校正是高性能計算走向商業(yè)化、普及化的必然結(jié)果,也為英特爾在高性能計算領(lǐng)域的快速發(fā)展提供了契機。在2008年中國高性能計算機性能TOP100排行榜中,上榜的國內(nèi)高校的高性能計算機多數(shù)采用了英特爾架構(gòu)。
“目前,全球1/5的CPU都是用于高性能計算?！庇⑻貭柟痉?wù)器平臺事業(yè)部高性能計算業(yè)務(wù)總經(jīng)理理查德•戴考特表示,“高性能計算領(lǐng)域是IT新技術(shù)的試驗田,比如Linux、集群、InfiniBand等新技術(shù)的應(yīng)用都是從高性能計算開始的。人們對于性能的追求是永無止境的。高性能計算的發(fā)展已經(jīng)超越了摩爾定律,它將引領(lǐng)著未來IT技術(shù)的發(fā)展?！?/p>
ChinaGrid一期部署的5種應(yīng)用網(wǎng)格對計算性能的要求十分苛刻,比如海量信息處理網(wǎng)格、計算流體力學(xué)網(wǎng)格上運行的應(yīng)用本身就是傳統(tǒng)的高性能計算應(yīng)用。隨著二期8個學(xué)科網(wǎng)格的加入,用戶必然對ChinaGrid各節(jié)點的高性能計算系統(tǒng)提出更高的性能要求,以獲得更佳的服務(wù)響應(yīng)速度。以高性能計算機的核心CPU為例,英特爾在產(chǎn)品上不斷推陳出新,剛不久的至強5500的計算性能是上一代至強5400的兩倍,而且通過引入英特爾快速通道互聯(lián)技術(shù)及集成DDR3內(nèi)存控制器,使其服務(wù)器平臺上內(nèi)存及芯片組之間的帶寬比至強5400提高了數(shù)倍。這些新特性使得至強5500無論在面對運算敏感型還是帶寬敏感型的計算時都能游刃有余。在今年6月公布的TOP500排行榜上,33臺基于英特爾Nehalem的高性能計算機上榜,其中有兩臺還進入了TOP20,而這一成績是在Nehalem僅三個月后取得的。據(jù)了解,南京大學(xué)已經(jīng)準(zhǔn)備采用至強5500構(gòu)建計算能力為35萬億次的高性能計算系統(tǒng)。
據(jù)理查得透露,2010年,英特爾將推出Nehalem EX,其性能、內(nèi)存比上一代至強7400都有大幅度提高,不僅可以應(yīng)用于高性能計算,也可以用于普通的商業(yè)應(yīng)用。理查得表示:“Nehalem EX的推出將開創(chuàng)高性能計算領(lǐng)域的新格局。以前,胖節(jié)點系統(tǒng)的應(yīng)用于并不多,而Nehalem EX最突出的特點在于,不需要節(jié)點連接器即可輕松構(gòu)建8路系統(tǒng),這必將促進胖節(jié)點的部署。在高性能計算系統(tǒng)中,單節(jié)點一定要保證最高的性能。胖節(jié)點的好處很多,比如減少節(jié)點總數(shù),從而減少連接和進程,系統(tǒng)更穩(wěn)定,而且可以有效節(jié)省能耗?！?/p>
高性能計算機是一種工具
在中國,教育科研領(lǐng)域一直是高性能計算發(fā)展的源動力。但是近兩年,在全球范圍內(nèi),高性能計算的應(yīng)用發(fā)生了很大變化,高性能計算與金融、制造、動漫等商業(yè)應(yīng)用的結(jié)合越來越緊密,其增長速度也超過了教育科研領(lǐng)域。在中國,這種趨勢也越來越明顯。理查德認為,由于傳統(tǒng)制造業(yè)融入了更多設(shè)計的部分,未來制造業(yè)將成為中國高性能計算領(lǐng)域一個新的增長點。
ChinaGrid的長遠目標(biāo)是建成全國乃至全球最大、最先進和最實用的網(wǎng)格系統(tǒng)之一,不僅覆蓋高等院校,還將包括全國中、小學(xué)校和其他教育科研機構(gòu)。ChinaGrid建設(shè)和應(yīng)用規(guī)模的擴大,必將引發(fā)更復(fù)雜和多樣化的需求,用戶也將面臨更多挑戰(zhàn),比如更高的計算性能,在性能提升與節(jié)能減排之間尋找平衡點,應(yīng)對處理器多核架構(gòu)普及可能帶來的軟件開發(fā)及優(yōu)化方面的壓力等。
在構(gòu)建高性能計算系統(tǒng)時,用戶可以參考以下幾項標(biāo)準(zhǔn):系統(tǒng)是否具有出眾的浮點計算和并行處理能力;系統(tǒng)是否擁有易管理性、節(jié)能性;系統(tǒng)是否易于部署、應(yīng)用和擴展;系統(tǒng)能否在多核架構(gòu)下并行化軟件的開發(fā)。
第9篇：生物信息學(xué)的優(yōu)勢范文
乳腺癌發(fā)生機制和癌細胞耐藥機制至今仍尚未完全闡明；近年來科研工作者對乳腺癌相關(guān)組織或細胞中微小RNA（micro RNA，miRNA）進行了研究，為闡明乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展機制，并對其治療提供了嶄新的思路。
1 miRNA簡介
miRNA是一類長度約為18～25個核苷酸(nucleotide，nt)(平均22 nt)的非編碼小RNA分子，通過與mRNA的3端非翻譯區(qū)(3′untranslated region，3′UTR)結(jié)合而介導(dǎo)翻譯水平的調(diào)控。miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的指導(dǎo)下，轉(zhuǎn)錄成命名為primiRNA的初級轉(zhuǎn)錄物。然后primiRNA進入由Drosha酶和輔助因子DGCR8(Disgorge syndrome critical region gene 8)／Pasha所構(gòu)成的復(fù)合體中，在細胞核中被剪切成長約60～70 nt）、具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的miRNA前體(precursor microRNA，premiRNA)。在核膜轉(zhuǎn)運蛋白（exportin）5(Exp5)的協(xié)助下，premicroRNA從核內(nèi)被轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)中，經(jīng)Dicer酶的作用被進一步剪切成21～25 nt的成熟miRNA。成熟的miORNA整合入基因沉默復(fù)合體(RNAinduced silencingcomplex，Rlsc)形成miRISC復(fù)合物，通過直接剪切靶mRNA或者與靶mRNA的非翻譯區(qū)互補結(jié)合，抑制靶mRNA的翻譯、影響蛋向質(zhì)的合成，從而來調(diào)控多種生物學(xué)行為。miRNA涉及的主要生物學(xué)領(lǐng)域有：干細胞的分化〔1〕，細胞的凋亡〔2〕，出生缺陷〔3〕以及腫瘤的發(fā)生〔4〕。
2 miRNA的研究方法
mRNA的研究方法主要包括兩大類，即生物信息學(xué)分析和生物學(xué)實驗方法。在miRNA研究的初期，生物信息學(xué)方法發(fā)揮了非常重要的作用，可為miRNA研究提供有益的線索，指導(dǎo)實驗的進行。而生物學(xué)實驗則能提供直接而有力的證據(jù)，對預(yù)測結(jié)果加以確認。二者各有優(yōu)勢，互為補充，有機地將miRNA的生物信息學(xué)分析方法和生物學(xué)實驗方法相結(jié)合，是miRNA研究的合理選擇。
2.1 生物信息學(xué)分析方法
2.1.1 miRNA基因預(yù)測 miRNA克隆是發(fā)現(xiàn)miRNA基因的主要方法，但該方法存在許多缺陷，比如由于受所選取的組織樣品量的限制，一些低表達量的miRNA可能會被遺漏，出現(xiàn)假陰性的結(jié)果。隨著人們對miRNA結(jié)構(gòu)特點及保守性的逐漸了解，依據(jù)miRNA在進化過程中的保守性及其莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體結(jié)構(gòu)特點編寫計算機程序，對miRNA進行預(yù)測正成為尋找新miRNA基因的主要方法。Lim等使用MjrScan軟件，分別在線蟲和人中鑒定了30個和38個新的miRNA基因〔5〕。MirScan采用了一種獨特的算法，即首先通過RNA fold軟件尋找保守的并且可以形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)的序列作為候選miRNA前體，然后再與已知miRNA進行相似性比較，對候選前體評分，得分超過某一設(shè)定域值者作為候選的miRNA基因〔6〕。但只有少數(shù)候選miRNA基因已被實驗確證：還有些候選基因的表達模式尚未知曉，未檢測出其表達，因而出現(xiàn)假陽性結(jié)果〔7〕。
2.1.2 miRNA靶基因預(yù)測 成熟的miRNA通過其序列5′端的2～8個堿基(seed區(qū))與mRNA上的相應(yīng)靶點結(jié)合，發(fā)揮其抑制翻譯和誘導(dǎo)mRNA降解的功能〔8〕。人們只有先對miRNA靶基因進行預(yù)測，才能對miRNA靶基因開展鑒定和功能研究等后續(xù)工作。從已知的miRNA與靶基因的相互作用中，人們發(fā)現(xiàn)miRNA 5′端的seed區(qū)可以與靶mRNA 3′端UTR區(qū)或者CDS區(qū)結(jié)合。因此，這一特點被各種靶基因預(yù)測方法廣泛采用。同時結(jié)合miRNA與靶基因形成二聚體的熱力學(xué)穩(wěn)定性和二級結(jié)構(gòu)分析軟件，如MFold、RNAFold和RNAhybrid等，以及將miRNA的57端與靶基因的互補情況等作為其他限制條件來進行miRNA靶基因預(yù)測。目前，不同研究小組已開發(fā)出多個miRNA靶基因預(yù)測軟件，如TargetScan、miR。anda、Pictar、DIANAMicr。oT和miRBase Targets等。
不同的預(yù)測方法，其程序算法不盡相同，結(jié)果很可能有較大偏籌；為減小不同方法帶來的偏差，在實際應(yīng)用中，需要多種算法聯(lián)合分析。例如〔9〕：當(dāng)分析miRNA在人血管緊張素I型受體(hAT1R)基因上的靶位時，miRanda軟件預(yù)測出27個結(jié)合位點，TargetScan預(yù)測結(jié)果超過37個結(jié)合位點，其中有8個位點與miRanda結(jié)果重復(fù)：而應(yīng)用PicTar算法，卻未找到結(jié)合位點。也有觀點表明：至少應(yīng)由上述兩種算法預(yù)測出的miRNA的結(jié)合位點，才對后續(xù)的miRNA靶位的證明實驗有較大意義〔10〕。
2.2 miRNA靶標(biāo)基因的體外驗證 在生物信息學(xué)軟件預(yù)測之后，為了排除預(yù)測的無功能位點和進一步對miRNA進行功能研究，還需進行miRNA靶標(biāo)基因的確認和鑒定。該實驗過程需先將靶mRNA完整的3′UTR序列克隆至SV40啟動子驅(qū)動的報告基因(通常為螢火蟲熒光素酶)的下游，如果一個特定miRNA可以與這個靶mRNA3′UTR相結(jié)合，就會抑制報告蛋白的生成，因此可通過檢測被抑制的報告蛋白的活性(或表達程度)，來判斷miRNA／mRNA之間的交互作用〔10〕。該方法簡單易行，但其只是一種體外驗證方法，不能完全模擬體內(nèi)真實的調(diào)控環(huán)境。因此，當(dāng)探討特意miRNA在某一生理或病理過程中的功能、宣召其靶基因時，應(yīng)選擇合適的細胞膜性或其他有效的實驗工具。
2.3 miRNA與mRNA的共表達及miRNA對靶蛋白的作用 一種miRNA只有與其靶基因mRNA在生物體內(nèi)共表達(coexpression)，才能發(fā)揮其抑制靶基因表達的功能。miRNA與其靶基因是否共表達，可以簡單地通過northern blot或者熒光定量PCR(qPCR)來證實。由于TaqMan定量PCR方法操作簡便，可重復(fù)性強，被推薦為分析特定miRNA與靶mRNA的常用方法。例如，生物信息學(xué)預(yù)測hATlR基因的3′UTR區(qū)存在miR155的結(jié)合位點，研究者提取了血管平滑肌細胞(VSMCs)的總RNA，并以此為模板進行qPCR檢測，分析hATlR和miR.155二者是否在特定細胞中存在共表達的現(xiàn)象。研究結(jié)果表明hATlR和miR155均在VSMCs細胞中有表達，并且hATIR的表達水平受miR155的抑制〔11〕。
此外，研究者還可以利用miRNA對靶蛋白的調(diào)控，來證實miRNA對靶點的作用。通常是先將存在miRNA／mRNA共表達的細胞暫時過度的表達所要研究的miRNA，利用Western印跡方法分析靶基因所編碼蛋白的表達變化，從而進一步驗證miRNA對靶蛋白的作用。除Western blot以外，ELISA或者免疫化學(xué)熒光試驗方法也可以用來對蛋白質(zhì)的表達進行定量的研究。
2.4 miRNA生物學(xué)功能的研究 如果通過實驗?zāi)軌蜃C實某個miRNA可以對其靶基因進行相應(yīng)的調(diào)控，則需進一步研究miRNA的生物學(xué)功能。主要包括細胞增殖、細胞分化、細胞凋亡、細胞遷移等常規(guī)生物學(xué)方法，還可以通過檢測細胞表型改變等間接方法研究miRNA對蛋白質(zhì)的影響〔12〕。
3 乳腺癌細胞中miRNA的相關(guān)特征
研究者以乳腺癌細胞系、正常乳腺組織和乳腺癌組織作為研究對象，利用不同方法檢測出眾多與乳腺癌相關(guān)的miRNA，然后利用某些分子生物學(xué)標(biāo)記和細胞代謝活動的相關(guān)數(shù)據(jù)，推測這些miRNA的功能。在乳腺癌中各種miRNAs的功能不盡相同，對于其功能的分類也會因需要而有所差異；這里我們把乳腺癌相關(guān)miRNA分為癌基因miRNA和抑癌基因miRNA兩類：當(dāng)某些miRNA的表達在腫瘤中升高時，就被看做是癌基因；反之，則為抑癌基因〔14〕。
3.1 抑癌基因miRNA
3.1.1 miR206 miR206是Iorio等比較正常乳腺組織與癌組織中miRNA表達差異時，最早發(fā)現(xiàn)的與乳腺癌發(fā)生相關(guān)miRNA〔14〕。miR206在乳腺癌中的表達水平和ER的表達成負相關(guān)，機制比較復(fù)雜，包括蛋白質(zhì)的磷酸化、乙?；UMO化修飾、多泛素化修飾等。在ERα陰性乳腺癌細胞中，其表達量有所上升，提示miR206的功能可能與下調(diào)ERα基因的表達有關(guān)。Adams等發(fā)現(xiàn)：miR206可以與ERα受體mRNA的3′UTR端兩個特異序列結(jié)合，下調(diào)ERQ的翻譯，而不會影響ER13基因的表達；同時發(fā)現(xiàn)雌二醇（E2)或特異性ERα激動劑PPT也能明顯下調(diào)miR206的水平。值得注意的是，ERα激活劑可以抑制miR206的表達，ERβ激活劑或者黃體激素卻沒有抑制作用，這說
明miR206對ERα基因表達的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中存在反饋調(diào)節(jié)。此外他們還發(fā)現(xiàn)mir21、let27d也能調(diào)控ERα mRNA的表達水平，提示不同的miRNA可以調(diào)控同一個靶基因〔15〕。在ERα陽性乳腺癌細胞中，miR206的表達量則明顯下降，若再將miR206轉(zhuǎn)入雌激素依賴的MCF7乳腺癌細胞中，癌細胞的增殖受到抑制，這同樣說明miR206對乳腺癌細胞中ERα的表達的負調(diào)控作用〔16〕。miR206可能在乳腺癌惡性轉(zhuǎn)化及其轉(zhuǎn)化過程中ER受體表達缺失導(dǎo)致非雌激素依賴性生長中起調(diào)控作用，但具體功能仍有待于進一步研究〔17〕。
3.1.2 miR175p miR175p是來源于經(jīng)常發(fā)生雜合子丟失(LOH)的染色體13q31區(qū)域的一簇miRNA。有學(xué)者通過生物信息學(xué)算法推測miR175p的潛在靶點為AIB1一種可以上調(diào)ERα和E2F1轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄輔助激活因子〔18，19〕。miR175p通過抑制AIBl的表達，從而使ER和E2F的表達發(fā)生改變。降低AIBl的表達可以使E2依賴性的乳腺癌細胞、非E2依賴性的乳腺癌細胞、ER菲依賴型的乳腺癌細胞的增殖速度下降〔20〕。此外，miR175p／miR20a家族的表達水平與腫瘤細胞中cyclin D1的表達呈負相關(guān)性，miR175p／miR20a通過與cyclin D1 3′端UTR區(qū)保守序列結(jié)合，來抑制cyclin D1的翻譯。cyclin D1也可以反饋調(diào)節(jié)miR175p／miR20a的表達，miR175p對細胞周期的調(diào)控，可能是乳腺癌發(fā)生的原因之一〔21〕。
3.1.3 miR27b 功胞色素P450 1Bl(cytochrome P450，family 1，subfamily b，polypeptide 1，CYPIBI)是細胞色素氧化酶P450家族1Ⅱ家族B的惟一成員：CYPlBl的作用是催化某些致癌物和17β的代謝；包括乳腺癌在內(nèi)的眾多腫瘤中都能檢測到其過表達〔22〕。CYPlBl基因mRNA序列中所預(yù)測的miRNA結(jié)合位點與miR27b的序列有良好的匹配關(guān)系。與正常組織細胞相對比，miR27b在乳腺癌細胞MCF7中的表達水平明顯下降，同時CYP1B1處于高表達水平，由此說明miR27b有下調(diào)CYPlBl表達的功能〔23〕。
3.1.4 miR125a和miR125b 這組miRNA在過度表達HER2的乳腺癌細胞中顯著下調(diào)〔24〕。通過生物信息學(xué)方法在HER2和HER3基因3′UTR區(qū)域發(fā)現(xiàn)了miR125的靶點。在乳腺癌細胞中，高表達的HER2基因和其蛋白產(chǎn)物，可導(dǎo)致乳腺腫瘤進一步的惡化〔25〕。在細胞實驗中，SKBR3(一種ErbB2依賴性的人類乳腺癌細胞系)細胞中miR125a和miR125b過表達，可以抑制HER2、HER3的轉(zhuǎn)錄、表達，從而降低SKBR3細胞的附壁生長能力、細胞轉(zhuǎn)移能力、侵襲力，起到了抑制腫瘤的作用。但miR125a、miR125b過表達對HER2非依賴性的乳腺癌細胞系MCF10A的抑制作用卻不明顯〔26〕。
3.1.5 miR200c Hurteau等應(yīng)用生物信息學(xué)方法和定量RTPCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)miR200c的靶位之一是一種重要的腫瘤延長因子TCF8(也稱作σEF1)，該因子介導(dǎo)上皮鈣黏蛋白抑制物的轉(zhuǎn)錄和乳腺癌上皮細胞的可塑性調(diào)定〔27〕。在原本低表達miR200c的MDAMB231乳腺癌細胞中，增加miR200c的表達量后，TCF8的水平出現(xiàn)下降，鈣黏連蛋白E的水平有所恢復(fù)，細胞異型性程度也有所下降〔28〕。miR200c的這種作用機制，可阻止乳腺癌細胞“上皮間充質(zhì)細胞(EMT)”的轉(zhuǎn)變過程，也阻礙了細胞的惡變〔29〕。
3.1.6 miR335、miR126和miR206 miR335、miR126和miR206是一族可能與乳腺癌轉(zhuǎn)移、擴散相關(guān)的miRNA。通過與非選擇性的乳腺癌MDAMB231細胞進行對比，研究者首先找出了六種 (rrliR335，miR126，miR206，miR122a，miR199a*，miR489)在高轉(zhuǎn)移乳腺癌細胞系中表達量降低的miRNA。在乳腺癌骨轉(zhuǎn)移細胞和肺轉(zhuǎn)移細胞中，恢復(fù)miR335、miR126、miR206的表達水平后，小鼠模型中腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移能力明顯下降。在培養(yǎng)的細胞中，過度表達miR126后可抑制細胞的增殖：而在體外試驗中，miR335和miR206的表達可使細胞的侵襲力降低；在乳腺癌臨床標(biāo)本中，低表達miR335和miR126的臨床病例，因腫瘤的惡襲而表現(xiàn)為極低的生存率。研究者還在侵襲性細胞找出了四個miRNA335的直接作用靶點，它們分別是蛋白酪氨酸性磷酸酶 (PTPRN2)，酪氨酸蛋白激酶(MERTK)，成分同生蛋白C(TNC)和以SRY基因為基本成員的一類控制發(fā)育的SOX4。這些靶點的表達水平可以作為精確判斷腫瘤侵襲性依據(jù)〔17〕。
3.1.7 Let7家族 根據(jù)腫瘤干細胞假說，腫瘤干細胞與腫瘤的發(fā)生、進展、轉(zhuǎn)移、耐藥以及復(fù)發(fā)有直接關(guān)系〔30〕。具有自我增殖能力的乳腺癌干細胞(BTIC)可以通過分選純化的CD44+CD24/low細胞或者孤立懸浮培養(yǎng)的細胞球而獲得。有實驗表明，從乳腺癌患者體內(nèi)分離出來的細胞以及富含CD44+CD24/low細胞的Sk3rd細胞中，let7家族的miRNA在潛在的乳腺癌干細胞表達有顯著的下降。在小鼠模型內(nèi)，過表達let7家族miRNA后，可以降低腫瘤細胞的增殖、形成乳腺球囊細胞團、生長和轉(zhuǎn)移的能力，因此在今后的臨床治療中，Let7家族具有很大的應(yīng)用前景〔31〕。
3.1.8 miR205 在乳腺癌細胞MCF7、MDAMB231中，miR205表達比良性乳腺腫瘤細胞和正常乳腺細胞低。miR205可調(diào)控表皮生長因子ErbB3和血管內(nèi)皮生長因子A(VEGFA)，miR205通過直接與靶蛋白mRNA的3′UTR端結(jié)合，抑制靶蛋白的生成。在腫瘤細胞中過表達miR205，可以抑制癌細胞的增殖、非停泊性生長和侵襲〔32〕。因此在乳腺癌細胞中轉(zhuǎn)染miR205可以在未來臨床中，作為治療乳腺惡性腫瘤的方法。
3.2 起癌基因作用的miRNA
3.2.1 miR21 科研工作者應(yīng)用實時RPCR研究5種乳腺癌腫瘤中的157種miRNA時，發(fā)現(xiàn)miR21的表達明顯升高〔33〕，并發(fā)現(xiàn)敲除miR21的MCF7乳腺癌細胞表現(xiàn)為敲除量依賴性的低生長、高凋亡；在小鼠轉(zhuǎn)移模型中miR21有抑制腫瘤增殖和降低腫瘤標(biāo)記物Ki67抗體結(jié)合能力的作用〔34〕。為進一步了解miR21作用的分子生物學(xué)機制，應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，對比過表達的腫瘤細胞和miR21敲除的腫瘤細胞的蛋白質(zhì)表達差異，發(fā)現(xiàn)具有抑制腫瘤作用的原肌凝蛋白(TPMl)是潛在靶點之一〔35〕。Yan LX等檢測了113例乳腺癌標(biāo)本中miR21的表達情況，可知miR21高表達的患者由于早期癥狀不明顯、癌細胞通過淋巴轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為愈后較差、生存期較短。因此miR21可以作為乳腺癌預(yù)后效果和疾病進展的一項監(jiān)測指標(biāo)〔36〕。近期Wickljamasinghe NS等人發(fā)現(xiàn)，E2可以通過ER介導(dǎo)，使miR21的靶位丟失，從而抑制miR21在MCF7乳腺癌細胞中的表達〔37〕。
3.2.2 miR155、miR9和miR10 研究人員在篩選乳腺癌細胞和人正常乳腺上皮細胞之間差異表達的miRNA時，發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞中miR155、miR91、miR10b的表達量都有顯著的上升。不同于miR155和miR9的是，miR10b僅在轉(zhuǎn)移的乳腺癌細胞中高度表達。功能學(xué)研究表明，體外miR10b的過度表達可以促進細胞的遷徙和侵襲，在體內(nèi)miR10b則可以啟動腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。研究人員還發(fā)現(xiàn)，與浸潤性小葉癌相關(guān)的轉(zhuǎn)錄蛋白Twist的高表達，可直接誘導(dǎo)miR10b的表達。miR10b的推測靶點為轉(zhuǎn)錄因子的同源異型盒D10(HOXD10)，miR10b抑制HOXD10的翻譯，導(dǎo)致細胞在啟動轉(zhuǎn)移基因的產(chǎn)物RAs同源基因家族成員C的誘導(dǎo)下發(fā)生了一系列的異常變化〔38〕。
3.2.3 miR27 miR27a是對SKBr3細胞應(yīng)用凋亡前計量的組胺脫乙酰激酶抑制劑LAQ824治療后，表達下調(diào)的一種miRNA〔39〕。miR27潛在的靶點是細胞轉(zhuǎn)錄因子ZBTB10／RINZF，一種調(diào)控細胞周期的特殊轉(zhuǎn)錄因子蛋白(SPl)的抑制物。miR27作為一種腫瘤癌基因miRNA，通過調(diào)節(jié)ZBTB10表達后從而使SPl蛋白過度表達，引起細胞癌變；miR27也可使SP2和SP3過度表達，這同樣具有引起癌變的作用〔40〕。
3.2.4 miR22 1／222 乳腺癌MCF7和T47D細胞中過表達miR221／222，使雌激素受體表達量下降，同時高度表達miR221／222的MCF7和T47D的細胞對于抗腫瘤藥物他莫兩芬(tamoxifen)有耐藥作用。由此推測miR221／222的靶位為雌激素受體修復(fù)基因和乳腺癌抗激素治療的基因〔41〕。
3.2.5 miR210 miR210是Foekens JA等近期發(fā)現(xiàn)的與乳腺癌相關(guān)的miRNA。miR210是在低氧環(huán)境下被誘導(dǎo)產(chǎn)生、從而引起細胞癌變〔42〕，并且與ER+／LNN和ER／LNN乳腺癌的轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)有密切關(guān)系，也是非轉(zhuǎn)移性乳腺癌預(yù)后較差的有效標(biāo)志之一〔43〕。
4 展望
目前臨床中，局部的手術(shù)范圍日趨保守，化療、放療、內(nèi)分泌治療及生物治療等綜合治療的有效性使得乳腺癌的長期生存率不斷提高，生活質(zhì)量也不斷改善，但總生存率仍然不理想。生物分子靶向治療是一項十分有希望的治療手段。尋找新的治療靶點，正是目前研究的熱點。FDA于2007年批準(zhǔn)了GSK公司研發(fā)的針對HER2和EGFR的雙靶點小分子靶向藥物L(fēng)apatinib，在臨床上取得了比較好的療效。miRNA的發(fā)現(xiàn)及其乳腺癌相關(guān)靶基因的確定，初步揭示了其在乳腺癌發(fā)生和發(fā)展中的調(diào)控作用，為尋找乳腺癌生物治療的新靶標(biāo)提供了很有希望的方向。如本文所述，一種miRNA有多個相關(guān)的靶基因，如果以這些miRNA為治療靶點，其效率可能遠比針對單一的靶基因高。同時恢復(fù)或沉默腫瘤相關(guān)的miRNA技術(shù)，在乳腺癌的治療領(lǐng)域中將會有潛在的應(yīng)用前景。與miRNA功能相似的siRNA相關(guān)藥物已經(jīng)進入臨床試驗階段，但miRNA是內(nèi)源性的短鏈RNA，因此理論上針對miRNA的治療將比siRNA具有更高的安全性。目前miRNA在乳腺癌的研究剛剛起步，對其功能及其靶基因的認識還不清楚。miRNA及其靶基因預(yù)測方法的日益成熟、檢測技術(shù)的日新月異，一定能夠極大地推動miRNA在多種生理學(xué)和病理學(xué)過程中的重要調(diào)控作用，而miRNA與腫瘤的相關(guān)研究為腫瘤的預(yù)防和治療開辟了嶄新的領(lǐng)域，miRNA的干擾技術(shù)有可能成為治療乳腺癌的一種新的手段。miRNA基因芯片技術(shù)也很可能成為腫瘤診斷的工具，以調(diào)控機體生命活動的miRNA為靶點或以miRNA為治療手段的設(shè)想，以后可能會成為研究焦點。
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