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2010年夏,我们单位参加无锡市疾控钱云老师组织授课的该项目师资培训班后,返回社区,选择群众基础较好的阳山社区,针对实际,精心准备,并结合高血压、糖尿病两大慢病为具体切入点,开展了《高血压、糖尿病等慢病自我管理技能推广培训》讲座。在内容编排上作了增减,一方面加进了高血压、糖尿病的有关健康科普知识,使讲座更具实用性和说服力。另一方面,对讲座中有些一时难以为基层居民理解接受的知识作了选择梳理,从而保证了大家在短时间内接受体验慢病知识的实效性。反馈表明,我们带来了一种新的医疗理念,一种新的慢病应对思维,取得了预期效果。
阳山是著名桃乡,根据居民随阳山水蜜桃种植特殊性多有起居早晚、忙闲不定这一特点,及中老年人慢病特点,在授课时,我们以讲解为主,穿插讲一些居民身边的活生生的失败或成功的病例,让大家从具体案例中体会到慢病管理的重要性和益处,吸取教训,改进不足,做得更好。在课件中,具体加进了目前CDC重点关注之“高血压、糖尿病”两大慢病的健康科普知识与“和平共处原则”,如何管理,如何服药,什么是它们的应急状况、必须立即医疗干预等等。结合一些桃农的疑问:为什么卖桃子的时候不觉得累,卖过了,闲了,反而觉得累,要生病?我们就试着利用祖国的中医中药知识,用王琦教授的“9种体质相”理论跟他们解释:什么是阴虚体质,阴虚的人为什么不觉得累,怎么调理等等。针对居民关注的一些具体健康问题如整体健康自评、健康担忧、疲劳、气短、疼痛、失能、情绪低落及社会活动/角色受限等,我们也按培训要求做了简单扼要的阐述,并让大家互动,互相交流应付慢性不适的经验与体会,让学员互相学习,取长补短,共同体验和战胜疾病痛苦。针对失眠患者,我们教他们怎样有效助眠、不拒绝助眠药,并用季羡林大师和身边一些长寿者的实例,解开他们的的困惑。针对各种疼痛,我们也提出了一些可以试试的缓解方法,如冥想、太极,适当参与麻将、扑克等民间娱乐,尤其如参与阳山地区群众基础较好的健身舞、门球、爬山等锻炼活动。课后,一些居民由衷感慨道:原来看病可以这么看,原来我们可以与慢病和平共处。
我国的医疗体制虽然正在转型,但由于国情所致,在解决一些慢性病问题时,医疗干预所起作用有限、且费用昂贵已成诟病,又由于慢性病人的预防性干预和卫生保健活动通常都必须长期在社区和家里执行,单纯的医疗行为可操作性和可持续性均有不足。慢性病已成为我国多数地区的主要健康问题之一,随着我国人口老龄化的加剧,慢性病者患病的绝对数和相对数更将日益增加。这些均是客观存在的事实。而通过这次交流传播,我们体会到,该技能的推广培训的确可以让一部分社区居民学会自我管理,解决一些健康问题和慢病困扰。
关键词:个性化习题;生物信息学;QQ群
中图分类号:G811.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)48-0171-02
生物信息学是生物学、计算机科学和信息技术等支持的,包括存储、组织和生物数据检索的一个现代交叉学科。随着分子生物学和信息技术的不断突破,各种生物数据的获得变得非常容易,但是如何对这些数据进行组织、分析和处理,并从中发掘出能用于解决生物科学问题的信息,成为目前生命科学的难点和热点。生物信息学因此应运而生,其本身不仅是研究现代生物学,也是研究其对工业、医疗等重要领域影响的一门实践性学科(Bloom,2001)。
一般认为,生物信息学主要渗透到统计数学、计算机和生命科学,尤其是生命科学的组学领域(郭丽等,2014),因此在教学中,生物信息学的教学内容往往因学生背景不同而会有不同的侧重。这就需要教师根据学生的背景及知识结构的需求来合理安排教学。本文根据近年来对生物信息学教学的经验,从教学方法、个性化练习题对学生上机的促进及QQ群投票功能在教学中的应用等方面进行了总结,对如何能够提高生命科学学院的学生学习此门课程的兴趣进行了探讨。
一、现代教学方法的利与弊
随着计算机科技的不断进步,教学已经从传统的板书模式进入到现代多媒体教学模式中。多媒体技术应用的初衷是提高学生的参与度,满足教学手段更民主、多元化及个性化的教学目标,其优点为表现力丰富,可以通过动画、视频、图像、音频等效果将抽象难懂的问题直观化。其次,节省了大量的板书时间,同时教师可将教学的重点、难点链接,以益于学生直观地了解并进行思维拓展(张林,2011)。多媒体最明显的一个特点就是教学容量加大,但正是这些优势也伴随相应的问题:(1)重形式而忽视教学内容。很多学校在进行教学管理及评价时,过分关注多媒体课件的形式以及学生的感受,导致有些教师过分注重多媒体的表现形式而忽视了教学的主要内容。(2)教学容量和学生的吸收量之间反差较大。由于教学内容和容量的增大,教师并没有根据授课对象的具体情况合理安排和讲授学科内容,而被动的成了多媒体的播放员和解说员。总之,多媒体教学利大于弊,因而成为教学改革和发展的必然产物,虽有缺点,但不能因噎废食,需通过其他方法来克服弊端才能达到完美的教学效果。
二、个性化习题是学生实践提高的强力推动器
生物信息学是一门实践性非常强的学科,为了加强学生的实践能力,教师要综合应用启发式、运用式及讨论式等多种教学方法来激发学生的兴趣。笔者在课堂实践中,充分发挥个性化习题的作用,将教师的科研渗入到课堂,注重理论与实践相结合,努力提高学生解决实际问题的综合能力。比如,在讲授第五章内容电子克隆部分,此章节目的是通过一段表达序列标签(EST),综合应用Blast、序列比对、步查法等方法查找各种数据库,通过软件的应用进行拼接、预测、去除内含子等方法,最终获得可能的全长cDNA序列并加以注释。在以往的教学练习中,全班同学的任务一样,难以知道学生是否真正掌握所教授的内容,为此,笔者将学生分组,每组自行通过阅读文献获得一条其感兴趣的EST序列,或者利用他们的毕业论文中涉及的EST序列去进行电子克隆练习,通过这种个性化习题的随堂练习,能显著强化学生的计算机应用能力和实践能力,同时也能提高学生在教学中的积极性、主动性和创新性。
三、发挥QQ群的投票功能在教学练习中的作用
生物信息学是一门交叉学科,对于非生物信息学专业的生命学院的学生而言,虽然教学大纲只要求学生掌握一些基本软件的原理及数据库的熟练使用。但是,这需要学生具有扎实的生物化学、遗传学、细胞学及分子生物学的基础知识。比如,在讲授第三章“核酸序列的分析”时,会要求学生利用已知的EST序列去Blast查找与之有同源性的基因组序列,进行序列比对,预测并利用Bioedit软件找出此基因的启动子、终止子和剪接点。这首先要求学生必须明确这些分子生物学的概念,否则在有限的生物信息学课堂上,会变成分子生物学或遗传学的复习课。而课外QQ群就起到了非常重要的交流促进作用。笔者在将QQ群的功能应用到课外教学辅助平台的基础上,充分发掘QQ群的投票及评论功能为教学所用,例如教授第三章前,将课件放到QQ群的文件中,让学生去预习。为激发学生预习的主动性,要求学生在评论中列出对本章的主要知识点或难点,并对课件中涉及的名词进行解释。为进一步加强理解,对投票功能进行设置,相应的对投票选项1、2、3、4分别设置成A、B、C、D,这样教师可根据需要将知识点转化成练习题,以加强学生的学习。同时,也可鼓励学生将一些新的感兴趣的话题或问题置于QQ群。总之,QQ群的投票功能可以成为教师与学生课下交流的一扇窗口,成为生物信息学的一种及时且重要的学习工具。
四、建议与展望
生物信息学是一门新兴学科,但我国无论是在对学科的重视还是发展程度上,与国外都存在一定的差距。在美国,计算生物学国际协会教育委员会一直致力于将生物信息学整合到高中生物教材中,学生在高中即接触生物信息学,而且高校对高中生物信息学的教学提供相应的培训课程和网上资源,生物信息学和其他分子生物学、植物学等一样较早的深入到学生的知识体系中。而我国由于该学科产生的历史较短,课程的开设集中在“985”、“211”重点院校的生物信息学专业,尽管近十年来,各大高校也意识到此学科的重要性,且课程也在逐步在开设,但由于学时短,很多教学仅限于学生掌握基本的数据库的查询。为使生物信息学能在普通院校的生命科学学院能很好的开展,各个高校应建立合适的课程教学内容。虽然近年“生物信息学”课程在各高校纷纷开设,但由于生物信息学是一门发展中的学科,它的理论及内容尚在不断完善与更新中(郭丽等,2014)。因此,对于教材的选择,不能只追逐信息量充足、内容新颖、知识选材前瞻性好的教材(杨娥等,2014)。作为普通院校的非生物信息学专业的本科生,想在较短的时间内(36课时)很好掌握如此大信息量的知识较为困难(刘宏生等,2010)。因此,需要依据学生基础及院校的人才培养目标和现今生物信息学发展的现状建立合理的课程内容体系。另外,由于缺乏合适的专业人才,生物专业的生物信息学的师资力量薄弱,无法建成高水平的教学队伍。因此,加大生物信息学教师的培养力度,建成一支专业的、年龄和知识结构合理的师资队伍,是提高本科院校生物信息学教学的关键问题之一。
参考文献:
[1]Bloom,M. Biology in silico:The bioinformatics revolution[J]. The American Biology Teacher,2001,63(6):397-403.
[2]郭丽,赵杨,娄冬华,等.生物信息学实践课教学改革探索[J].南京医科大学学报(社会科学版),2014,(2):165-167.
[3]张林,柴惠.现代教学手段在生物信息学教学中的应用[J].新课程研究,2011,(219):156-157.
1.1事实(Facts)
作为整个信息链的起点,事实就是事物在人类视野(感观/逻辑)中的原始映像[1]。事实是事情的真实情况,包括事物、事件、事态,即客观存在的一切物体与现象、社会上发生的不平常事情和局势及情况的变异态势[2]。事实也是人类知识的起源,人类全部知识的最初信息基础就是事实。
1.2数据(Data)
通常认为,数据是对事物纯粹的、客观的记录,是原始的未经解读的数字、文字、图像、符号、声音、计算机代码等[3]。而数据本身缺乏关联和目的性,但当数据结合一定的背景、规则、意义之后,就会形成信息。
1.3信息(Information)
作为整个信息链中的中心链环的信息,它的下游是面向物理属性的,上游是面向认知属性的。“信息”既有物理属性也有认知属性,因此成为“信息链”的代表称谓。
1.4知识(Knowledge)
知识来自于信息,信息只有同接收者的个人经验、信息与知识准备结合,也就是同接收者的个人背景融合才能转化为知识,它比数据或信息更接近行动。知识必须经过学习或研究以及从信息中经过去粗取精、去伪存真等加工才能够获得[4]。
1.5情报(Intelligence)
情报是为实现主体某种特定目的,有意识地对有关的事实、数据、信息、知识等要素进行加工后得到的产物。情报既包含有信息的成分,也包含有知识的成分。从信息层面看,情报所包含的信息是与人类社会有关的;从知识层面看,情报是与知识的利用价值紧紧联系在一起的。从一定程度上来说,情报是知识的子集。1.6智慧(Wisdom)智慧是能迅速、灵活、正确地理解和解决事物的能力。这种能力来源于人类基于已有的知识,是针对物质世界运动过程中产生的问题,根据获得的信息进行分析、对比、演绎,找出解决方案的能力。从严格意义上来讲,智慧是属于知识层面的,是人类大脑运用知识活动的产物———即运作和应用知识的知识。有知识不一定有智慧,但有智慧一定有知识。知识只有转化为智慧,才能显示出其真正的价值。
1.7事实、数据、信息、知识、情报、智慧之间的关系
数据是客观事实的记录,信息是有意义的事实和数据,知识是系统化的信息,情报是进入人类社会交流系统的运动着的知识,智慧是运用信息和知识解决问题的能力。这样由事实(Facts)数据(Data)信息(In-formation)知识(Knowledge)情报(Intelligence)智慧(Wisdom)层层递进,构成了一条完整的信息链,见图1[5]。
2医学信息学的相关概念
2.1国外医学信息学定义的三种导向
2.1.1以信息技术为导向定义侧重于技术和工具,即通常强调以计算机为基础的技术。“临床计算”、“医学中的计算机”、“医学计算机科学”、“计算机在医学中的应用”等认识比较常见[6]。
2.1.2以角色、任务或面向领域为导向定义侧重于组织内部信息人员的角色。例如,护理信息学、牙医信息学等通过医学信息学分支学科来定义。
2.1.3以概念为导向定义侧重于如数据、信息和知识这些概念在医学领域中的特定内涵。从总体上来看,国外医学信息学的定义是朝着形成基于数据、信息、知识的医学信息学定义方向发展的。
2.2中国医学信息学定义的两种倾向
2.2.1基于字面拆分后的概念解析
第一种拆分是将“医学信息学”拆分为“医学”+“信息学”(medicalinformatics)———偏重于方法论层面。把“医学信息学”定义为信息学在医学领域中的应用,同时确定医学信息学的范围是“医学”和“信息学”之交叉。前者指其应用领域,后者指其方法学。第二种拆分是将“医学信息学”拆分为“医学信息”+“学”(medicalinformationscience)———侧重于学科体系层面(即理论与技术方法统一的学科体系)。把医学信息学定义为研究“医学信息”的一门科学,即研究医学领域中的信息现象和信息规律的一门科学。
2.2.3基于国外医学信息学定义的翻译与重组
此类定义大多为将国外医学信息学的定义翻译成不同形式的汉语语言并且进行重组,与国外对医学信息学的定义无太大区别。
3医学信息学研究中的信息链
3.1“数据信息”链
这一环节的重点在于对医疗大数据的应用。当下全球大量的公共卫生信息、电子病历信息、用药信息、住院信息、图像信息、管理信息、基因信息、医学知识库信息以及实验室数据等构成了医疗卫生大数据[7]。随着信息技术与卫生及生物医学日益紧密的结合,大数据对卫生及生物医学的研究与应用也将产生深刻影响。因此,如何更好地利用大数据便成为信息技术与卫生及生物医学领域共同面对的挑战。大数据在医疗行业可应用于临床、研发、公共卫生和创新商业模式等领域,在健康领域的终极应用是疾病诊断和预测性治疗。虽然医疗大数据的研究和应用如火如荼,但在应用过程中也面临着诸多问题,如数据的存储、数据的整合、数据的挖掘利用和保护等方面都面临着一些问题。这也就需要我们在利用医疗大数据的同时,变革数据管理方式、建立完善的区域卫生信息化标准体系、积极探索利用数据挖掘技术等等各种措施,利用创新的方法和模式,发挥大数据在医院行政管理、健康教育与管理、卫生信息服务和疾病的控制预防中的作用和价值。
3.2“信息知识”链
这一环节主要关注医学知识库的建立。数据库是计算机应用系统中的一种专门管理数据资源的系统,它有文字、符号、图形、图像、数字及声音等多种形式。而知识库是知识工程中结构化、易操作、易利用、有组织的知识集群,是针对某一(或某些)领域问题求解的需要,采用某种(或若干)知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理和使用的互相联系的知识集合区别与联系[8]。知识库的概念来自两个不同的领域,一个是人工智能及其分支———知识工程领域,另一个是传统的数据库领域。人工智能和数据库两项计算机技术的有机结合,促成了知识库系统的产生和发展。建立医学知识库,需要一支多学科人才的专业队伍,并且要能够适应数字化医疗向智慧化医疗的转变需要,构建大型的一站式通用智能医学知识库。建立知识库,要以本体为建设思路和方法,不仅要构建西医学科的知识库,更要构建中医学科知识库,且重视与“大数据”医疗的整合,更好地利用临床信息,将有用的信息知识化。
3.3“知识智慧”链
这一环节的着重点在于智慧医疗的实现。2008年,IBM首先提出了“智慧医疗”的概念。早期的智慧医疗强调物联网的作用,设想把物联网技术充分应用到医疗领域中,以实现医疗的信息互联、共享协作、临床创新、科学诊断以及公共卫生预防。而未来的智慧医疗将是以卫生信息化和信息共享为基础,以患者为中心,以个性化、智能化医疗服务为核心的医疗服务体系[9]。智慧医疗包括了智慧医院、区域医疗、家庭自助健康监护等多种服务方式,它将成为未来医疗卫生信息化发展的主要潮流。智慧医疗可以创建一个更加合理的医疗产业链,并且使用户体会到更加智能化和协调化的医疗服务[10]。
4医学信息学的未来发展方向
4.1学科体系的协同融合,加速了生物医学信息学的形成与发展
医学信息学(MedicalInformatics,MI)和生物信息学(Bioinformatics,BI)虽然产生背景不同,但是进入后基因组时代之后,生物信息学和医学信息学的边界趋于模糊,互相渗透和结合的趋势明显。其目的就是要提供新的生物医学知识的开发和共享框架。正是两者的协同融合加速产生了一门新的学科———生物医学信息学(BiomedicalInformatics,BMI)。可以预见的是,基于相同的学科理论基础和彼此交叉融合的研究内容,生物医学信息学一定是医学信息学和生物信息学未来的发展方向。
4.2学科研究向促进“转化研究”的方向发展
首先,在信息链的研究视角下,医学信息学的发展会更加注重信息链中的要素从低层次到高层次的链环转化;其次,在医疗领域,医学信息学面临的最大的挑战是如何将生物医学研究领域的成果快速、可靠地转化为现实可用的临床解决方案。同时,医学信息学出现了新的分支学科,即转化医学信息学。转化医学信息学通常被认为是以转化医学中的相关信息问题为研究对象,结合信息科学、理论基础和应用技术,服务于转化医学的研究,其目的是促进基础医学研究成果顺利向临床应用转化[11]。转化医学信息学的研究内容包括医学信息的标准化和医学数据的组织与存储等。它可以利用信息技术有效地加快基础研究变为临床应用,有力地促进转化医学的发展。
4.3学科的社会服务功能不断提升
4.3.1个性化
个性化意味着卫生信息管理和卫生信息服务以用户为中心,围绕每个用户的状态、需求乃至兴趣爱好来采集信息或提供信息服务。可以设想,在未来每个患者都将拥有自己的个人健康中心。
4.3.2智能化
智能化意味着通过对既有信息的分析,挖掘其中的规律,利用获得的规律来处理新的信息,并给用户提供科学合理的建议。
4.4新技术支撑和引领着医学信息学的未来发展
在未来发展中,许多崭新的技术可以有效地促进医学信息学的研究和应用的发展。远程医疗(Telemedicine):计算机技术、多媒体技术、通信技术与医疗技术结合。移动医疗(MobileHealth):通过移动通信技术来提供医疗服务。健康物联网(TheInternetofthings):利用物联网进行健康和疾病的管理。健康云(Healthcloud):以SaaS的方式向医院和医疗机构提供医院管理和居民健康档案管理方面的服务。医疗大数据(Medicalbigdata):大数据技术与医疗行业结合,充分开发利用医疗数据蕴含的信息与价值。转化医学(TranslationalMedicine):建立基础研究与临床医疗间更为直接便捷的联系。智慧医疗(Wisemedical):使用物联网技术打造健康档案和医疗信息平台,实现患者与医护人员、医疗机构和医疗设备的互动。
4.5我国医学信息学学科发展亟待解决的问题
我国医学信息学最近几年发展很快,但学科研究体系不够完善和成熟、学科建设和理论研究比较薄弱、标准设置滞后、系统规划和人才不足等问题制约了医学信息学的健康发展。
4.5.1亟需解决学科正名和专业名称规范化问题
医学信息学在国内的学科地位的确很尴尬,主要表现在国内的三大学科体系(目录),即“中国图书馆分类法”(简称中图法)、“国家标准的学科分类与代码”(简称国标法)、“教育部颁布的学科专业目录”(简称教育法)中均没有“医学信息学”的类名。因此,当务之急是要尽快确立“医学信息学”的学科名称及其在学科体系中的位置。医学信息教育在国内看似很火爆,其实是乱象丛生。此前教育部只批了中南大学、南通大学、徐州医学院的医学信息学专业,但国内很多学校都在信息管理与信息系统等专业后面加括号注明“医学信息学方向”,然后对外宣称是医学信息学专业。与此类似的还有一种叫“卫生信息管理专业”。显然这都是不负责任的做法。因此,希望教育主管部门加大宏观指导与调控力度,规范医学信息学的学科建设与专业教育。首先,在学科及专业目录上设立独立的“医学信息学”,既不要让“医学信息学”依托(附)于其他学科/专业,也不需要在别的学科/专业后面的括号内出现“医学信息学”。根据教育部2012年9月颁布的《普通高等学校本科专业目录》,建议将“医学信息学”纳入到“特设专业”中的“1010医学技术类”。其次,成立全国医学信息学教学指导委员会(教指委),规范指导医学信息学的专业教育。再次,协调指导“医学信息”类的学术组织,整合医学信息学的学术研究力量和研究队伍,指引医学信息学的健康发展。
4.5.2加强学科课程的设置和培养目标的确立
我国医学信息学专业的本科课程设置比较落后,学科的课程体系不完善且专业教材缺乏,不同学校的教学内容和培养目标差别很大,体现不出学科的重要性和交叉复杂性。故要求科学合理地加强学科的课程设置,正确处理好计算机科学、医学和信息科学之间的关系,参照国外已有的教学方案并联系自己的教学实际情况去充实教学计划,扩宽教学范畴,使整个医学信息学的教育更加合理。4.5.3实现专业教育体系化,加强专业人才的培养由于没有认识到医学信息学教育的重要意义,医学信息学地位不高,所以学科的科研投入、教育投入和人才培养都面临难题,教材和师资的缺乏也导致了专业教育规范化和体系化不足。为此,要深刻认识到医学信息学教育的意义,推动专业教育向规范化和体系化迈进。医学信息学作为一门新兴学科,其发展需要大批的高水平人才。人才的培养需要在专业教育中实现,只有通过规范科学的教育体系培养高素质的医学信息学人才,培养医学信息学研究的复合型人才和对在岗人员进行进修培训,才能适应医学信息学的快速发展。
5结语
速度就是效果
截止2012年,华大基因共拥有4大平台,包括新一代测序平台、云计算平台、蛋白质谱平台及国家基因库。在新一代测序平台中包括罗氏旗下的454生命科学推出最新升级版Roche 454 GS FLX+测序仪、Illumina公司推出的HiSeq 2000测序仪、基于半导体芯片的新一代测序技术Ion Torrent等多种不同的测序技术平台。以Illumina Hiseq 2000测序仪为例,相对于传统测序的96道毛细管测序,高通量测序一次实验可以读取40万到400万条序列。读取长度根据平台不同从25bp到450bp不等,不同的测序平台在一次实验中,可以读取1G到14G不等的碱基数,这样庞大的测序能力是传统测序仪所不能比拟的。华大深圳数据中心138台高通量测序仪单次运行就能产生350GB数据,一天的数据产出量大概是10TB。为应对巨大的数据产出量,从2009年开始华大基因对EMC Isilon横向扩展存储系统分别进行了功能测试和性能测试。如今,已经部署了超过7.4PB(7400TB)的Isilon设备,包括:17个节点IQ 36000x集群一套、10个节点IQ 72000x集群一套、13个点节IQ 36000x集群一套、10个节点IQ36000x集群一套。
华大基因研究院生物信息学研究主管表示,“我们每天有数千个应用程序在访问EMC Isilon存储,其在高并发访问条件下的性能令人印象深刻。”生命科学和基因研究都要产生大量的数据,并且这些数据还需要永 远的保存起来。而从技术上来说,Isilon横向扩展NAS存储解决方案提供高效的单个文件系统/单个卷,可扩展至20PB。通过将存储整合成一个单一,可扩展卷,让任何人都可以来管理,Isilon存储增加了数据管理的简易性,减少了人员培训的时间,简化了大数据生命周期管理。对于像华大基因这样的研究机构,数据是核心资产。如何保证输入(原始)数据的万无一失,如何确保存储系统可靠稳定,以及如何保证数据生命周期内的安全,是很多高性能用户最为关注的。Isilon N+M架构让用户根据应用和数据生命周期价值的不同,选择存储安全配置策略,灵活满足不同业务、不同应用和不同数据对安全性的要求。Isilon的FlexProtect技术保证了数据的高可用和业务连续性。
2012年4月,华大基因又推出了基于Hadoop架构的云计算平台,并在11月最新版的生物信息学软件,包括最新版SOAP系列软件、遗传变异检测软件、宏基因组测序数据分析软件Metacluster 4.0及两个基于云计算的软件Hecate2和Gaea2。这也是华大基因选择和持续采用Isilon集群存储的重要考虑之一。Isilon和Hadoop做了紧密技术整合,使存储能很好地支持Hadoop架构的云计算服务。如果使用传统存储,Hadoop仍有一些固有问题需要解决。例如,ApacheTMHadoopTM的NameNode存在单点故障问题。NameNode用于管理HDFS中存储的元数据文件,它是HDFS文件系统的核心部分,存放着文件系统中所有文件的目录树。客户端应用程序通过NameNode来定位、添加、修改、拷贝、移动和删除文件。如果NameNode发生故障,文件系统就会离线。
精益求精
目前,华大基因每年的业务量成倍增长:2010年4PB,2011年8PB,2012年10PB。华大基因计算中心主管介绍,这些针对数据的典型应用包含了结构化和非结构化的计算模式,同时对一个任务的数据量的规模非常大,对计算内存和存储带宽的需求也非常高。目前华大基因一天在计算集群上数据的吞吐量大概为320T,这相當于Google的十分之一。华大基因现在有接近2000个计算节点,总的计算核心大概2万个。处理如此规模的数据量,对IT提出了巨大的挑战。而Isilon在性能、扩展性、简单易用、数据安全性方面的表现让华大找到了精益求精的出路。
在性能方面,将500TB容量、13个节点分为一组,可以达到2GB/秒的存取速度。在扩展性方面,Isilon设备的安装部署十分快捷简单,每套系统只需要大约半天时间即可上线提供使用。容量扩展的同时,整个计算平台的性能也得以提升。华大基因计算中心系统管理人员说:“Isilon系统非常可靠,安装部署十分方便,运维工作也很简单轻松。”其中,华大基因最初购买的10个节点集群扩容成17个节点,就是由华大基因自己完成的。
在简单易用方面,除了安装部署简便以外,运维管理也非常简单。华大基因7.4PB的设备,只需要3名工程师就能管理。平时只要看看控制面板有没有告警之类的信息就可以了。如果有告警,系统同时也会发邮件通知管理员。Isilon一个文件系统可以支持15PB容量,华大基因所有存储容量都可以放在一个文件系统中,由系统自动按需分配使用。
以转化理念指导医学院校的人才培养
由于临床工作与基础研究的脱节,医师与基础研究之间缺少沟通交流,许多临床有价值的发现亦无法准确反馈给基础研究者。那么,在我国准备进一步扩大转化医学的研究规模、进一步深化转化医学的研究内涵的今天,作为医学院校及医院科研工作的管理人员应该如何以转化医学理念指引科研方向呢?着眼于重大疾病并以此作为科研出发点医学科学研究服务于人。只有当提出的科研问题来自于临床实践,以解决重大疾病为出发点,才能体现其真正的价值。转化医学旨在促进基础医学研究成果快速转化到临床应用,如果将研究的对象锁定在患者身上,注重疾病的早期检查和早期评估,并据此进行科研选题和研究,当获得成果时可同时开展转化研究,使研究成果迅速用于临床,再根据临床效果发展为深层次的研究,如此反复,形成良性循环,最终造福于人类健康。进行转化性医学研究的目的是培养既会研究又能看病、有转化医学理念和能力、基础与临床结合的高水平人才。目前,转化医学的主要研究领域:①肿瘤:通过基因组、蛋白质组学分析,找出肿瘤发生的标记物;利用癌细胞代谢产物图谱和定量分析系统,检测处于早期阶段的癌细胞;应用分子生物学手段,研究细胞信号传导通路在肿瘤发生发展中的作用;应用药理学分析手段,评价药物在治疗肿瘤中的效果等。②传染病:包括艾滋病、肝炎、流感、疟疾等的发病机制;抗病毒的药物和抑制剂;疫苗的研发以及免疫佐剂的效果等。③心脑血管疾病:找出与疾病发病相关的高风险因素,做到早期预防;分析在疾病发生发展过程中发挥重要作用的蛋白分子,制备蛋白抑制剂或单克隆抗体;寻求改善循环功能的药物,根据患者发病机制不同,设立个性化治疗方案,伍用药物的同时注意药代动力学的改变并降低药物的毒副作用等。④神经系统疾病:针对阿尔茨海默氏病的发病机制与联合治疗方案的研究;改善帕金森症状的新药物的研发;基因治疗与干细胞治疗等。⑤其它:除上述领域外,转化医学研究还涉及代谢疾病、运动系统疾病、遗传病和器官移植等方面。虽然我国的转化医学研究才刚刚起步,较大规模的专门的转化医学中心还比较少,但很多大学、医院科研机构和生物医药公司之间开展的合作,都可以归为转化医学,专门的转化医学中心也已经开始建立。上海交通大学与阿斯利康合作,建立新药物研发基地;北京协和医院成立转化医学中心;中国医科大学成功引进高水平人才,组建转化医学研究所,以“教育部医学细胞生物学重点实验室”为依托,横向整合“辽宁省实验动物转基因重点实验室”以及“临床老年病研究室”,并与“辽宁省内分泌疾病重点实验室”合作,围绕细胞衰老及与衰老相关疾病(神经退行性变、肿瘤、心血管疾病、糖尿病等)一系列课题展开研究工作。以转化医学思维指导医学人才的培养转化医学是沟通临床和基础的桥梁,因此从事该研究的专业人员需同时具有相当的临床及基础科研背景,即基础-临床复合型人才。临床医师每日需要进行繁忙的工作,会有较多问题需要解决。要在进行临床工作的同时从事相关的基础研究是很不现实的。而相关医学基础研究人员多为生物学背景,拥有熟练的实验操作技能和扎实的理论基础,但其一般没有参加临床工作的经历,无法从事医疗服务,很难把握临床需求。因此,重视和加紧培养兼备多方面知识技能的复合型人才尤为重要。在本科教育阶段,引导学生逐渐认识到基础学科与临床学科互为依存的关系,既要强化其基本实验技能的培训,又要重视其临床经验的积累。研究生教育是我国培养高等医学人才的最高阶段,也是培养转化医学人才的最重要平台。对硕、博士研究生输入并帮助其建立转化医学理念,指导其从临床实践中选题并进行研究,从一开始就树立正确的、基于临床的科研方向。在继续教育课程中,安排一定比例的转化医学课程(如转化医学概念、历史背景、当今发展、未来作用、临床研究路径变迁,基础研究课程),训练临床医师缜密的科研思维、使他们了解基本的实验技巧和方法、认识循证医学的设计理念等,对于提高临床医师对自己从事的临床工作认识,重视其所掌握的临床资源,使医师的认识从原来较低的疾病诊治层面上升到学科发展的层次,从而逐步培养我们国家自己的转化医学研究人才并形成人才梯队。中国医科大学自2004年启动美国中华医学基金会项目,并举办全校性PBL教学培训,突破传统灌输式教学模式,以病例为中心,整合生理学、病理学、病理生理学和药理学等领域,以培养学生的综合思维能力和学习技巧,摒除了以往将医学基础知识切割、学生学完不知所用的弊端[7];在医学本科教育结束之前,除了着重加强学生对临床知识和技能的掌握之外,还鼓励学生“回归基础”,可以根据自己的兴趣结合在临床实习的见闻,选择进入相应的基础学科展开科学实验,以临床需要指导基础研究;对于七年制和八年制学生的培养,学校更是要求学生深入基础研究,培养全面设计实验研究的思维,掌握分子生物学实验技术和数据分析方法,从而提高在临床工作中分析问题、解决问题的能力。
合理构建转化医学管理模式
如何依据我国国情、有效利用已有资源,合理组建转化医学研究机构,实现各研究平台的整合与人性化管理,目前仍处于探索阶段。转化医学的实践活动需要掌握多方面的能力,对组织与管理水平都有深度和广度的要求。首先,学校的教务部门与医院的科教部门在转化医学双向研究合作的过程中,利用掌握的临床学科资源,引导临床科学家和学院研究人员进行各种形式的交流,鼓励员工提出临床面临的难题和解决后效益,促使基础研究者有的放矢,将加速转化医学研究。其次,要注重整合资源,建立共享平台,建立整合患者的危险因素、临床诊治、生存和预后等临床组学(clinomics)数据库资料,以及具有完整的患者生物标本的、开放式的疾病转化研究平台,把实验室和运用生物信息学技术发现的生物标志物进行快速鉴定和评估,以真正实现转化医学的目的。恶性肿瘤等重大复杂疾病的防治研究,需要整合生物技术、计算数学、生物信息学、计算机科学和I临床医学等多学科研究人员的交叉研究,才能揭示环境、生活方式、遗传等因素对癌症发生的相互作用。最后是政策引导,国家各种研究基金和药物开发项目的实施原则要有利于贯彻转化医学的理念,鼓励发展交叉学科,注重成果转化,这将有助于在实际工作中形成临床与基础研究一体化的研究团队和学术思想。4结语转化医学研究是新世纪医学发展的新方向,转化医学的发展将推动医学应用科学的发展,是医学科研的希望与未来。作为一个多学科交叉的领域,要发展、成熟,并推动其它领域的进步,要经过很长的积累和不断的革新,需要整合多学科知识、彼此相互交流和完善,才能最大限度的发挥转化医学的作用。我国已经具备了开展转化医学研究的基本条件,并取得了初步成绩,结合我国病例资源丰富的优势大力发展转化医学,将促进我国生物医药研发、在重大疾病发病机制研究上取得突破性进展。我国高等医学院校应抓住机遇,以转化医学理念为指导,培养高水平综合素质人才,制定转化医学研究计划,为基础和临床研究构建广阔、完善的交流平台,最终提高我国的医学科学水平,为全人类的生命健康做出贡献。
作者:宋晓宇 徐红德 冯艳玲 曹流 单位:中国医科大学转化医学研究所
移动学习的力量移动学习的出现让传统教学出现了革命性的变化。在传统的信息化课堂教学中,教师利用PPT或视频传递相关信息和知识点,学生接受信息、知识点并完成作业,最后通过考试对学生进行评估。在学习过程中,教师作为主体负责提供内容、反馈并评估学生。传统的课堂教学对学生所造成的压力较大,也没有除了考试外的有效评估手段,教师很难得知学生到底有没有理解获取的信息。另外,传统的课堂教学将教师置于长时间的工作环境中——他们负责收集、提供、反馈和评估,尤其是在班级人数超过40人的情况下,教师的工作负荷让他们无法进行自身职业发展,导致未来的诸多教学问题。
移动学习的出现在某种意义上改变了这一状况。首先,移动学习通过科技的辅助,提供了一整套管理和评估方法,将教师从大量的重复劳动中解放出来。例如,在一次考试后,教师批改试卷时需要收集错题信息并分析信息,这个过程烦琐且冗长,有了科技的辅助,教师只需要点几个按钮即可了解学生的基本情况。考试的错题信息会通过直观的统计图的方式展现给教师,也便于横向和纵向对比。
其次,教师传递的信息并不一定能被学生完全理解,移动学习允许学生使用完全理解的信息帮助学习。Stephen Krashen提出了输入假设(comprehensibleinput),认为学生只有在接受可理解的信息时,才能最终获得知识。但Susan Gass和Michael Long等研究者认为可理解信息只是单方面的。由于每位学生的智商、理解能力、背景知识等个人状况都不相同,教师提供的可理解信息并不确定能够被所有的学生理解。于是Susan Gass和Michael Long就提出了被理解的信息输入(comprehended input),即输入信息只有被接收者真正理解时才有价值。这就像生物信息学家向地质学家讲述蛋白质的折叠、误折和聚合一样,即便生物信息学家使用了浅显易懂的语言(他们认为自己传达出了可理解的信息),由于缺乏相关背景知识,地质学家依旧无法真正理解蛋白质的折叠问题(信息并没有被理解)。在移动学习中,学生通过自己的理解能力和相关的背景知识自己决定是否对相关信息进行深挖或补充,或是寻找更容易理解的信息帮助自己理解——通过视频、动画、互动等方式实现。
再次,移动学习能让学生更好地参与和控制学习过程,也让教师更好地了解学生的学习过程。个性化学习环境强调了学生对于学习过程的掌控和调整,而移动学习恰恰是建立个性化学习环境的方式之一。在传统的课堂学习里,学生跟着教师的节奏进行学习,无论理解能力好坏,都必须接受完全一样的信息。另外,有些学生习惯于写,有些学生习惯于读,还有些学生习惯于听,不同的学习风格无法最大化课堂教学效果。但在移动学习中,学生可以按照自己的学习习惯和自己集中注意力的能力对学习过程进行掌控,以达到最好的学习效果。与此同时,教师的教学也可以更有针对性。教师可以通过移动设备观察合作、参与环节,并通过设备收集的数据了解学生的优势和劣势,对此做出有针对性的帮助即可满足学生需求。当每位学生都使用移动设备时,完成整体任务的比例可以观察,这相较于传统课堂是一个极大的进步。传统课堂的小组讨论和小组合作中,如果有学生不参与讨论或合作,在最终的结果中很难体现,但有了科技的帮助,教师有能力了解每一位学生对某一任务的贡献和完成度,了解学生的学习状态并做出即时反馈。当然,评估标准的设定也不再是全国或全省一个标准。由于教师有能力收集到充足的数据,他们可以根据学生的水平设计完全符合他们成长规律的标准,并帮助学生最终达到这些标准。
最后,移动学习提供了沟通和交流的环境,帮助学生真正地理解知识,完成创造过程。学生通常在讨论中才能够理解、应用所学到的知识,而这却是传统课堂不具备的。在移动学习中,学生可以利用设备的种种特性,创造属于他们自己的内容,分享内容给伙伴,分享达到学习目标的不同途径。
教师也不需要在45分钟内不断讲述各种知识点。相反,教师只需要在课程开始时将含有知识点的资源交由学生自己定位、搜寻、过滤和评估相关信息,再由教师引导学生完成对信息的讨论、总结、反思和创造等过程。在课堂外,教师则可以根据学生情况提供各种资源链接,即可引导出类似课堂中的学习过程。
移动学习的出现,对教师教学的方式方法有着极大的影响,更完全变革了学生学习的方法。教师不再只是信息传递者,还需要兼备极强的信息创造、收集、分析、评估和引导能力。学生也不再只是信息接收者,还需要兼备极强的思维、辩证、判断、定位、过滤、互动、沟通等能力。移动学习也不再是传统教育所代表的行为和认知过程,更是一种创造、批判、交流和互动的过程。图1~3分别为传统学习、信息化学习和移动学习的特点。总的来说,移动学习改变了过去传统的学习,包括了书本、考试和教师等因素,并创造了包含信息资源、形成性和总结性评估以及辅导员的全新学习模式。移动学习将书本变成了多媒体的信息资源,考试变成了形成性的评估,以了解学生的实时状态,并结合总结性评估重新对学生的表现进行统计。
移动学习在国内的发展瓶颈
1. 移动学习≠ 移动化学习
TechEDGE中国子项目在2013年10月针对国内的中小学教师做了一次调查,研究他们使用教育科技进行教学的态度和方法。在调查中,我们涉及移动教学相关的部分。调查结果显示,超过90%的教师都在日常生活中使用手机、平板电脑或电子阅读设备,大约23%的教师在课堂中使用了移动设备进行教育,使用的主要设备为平板电脑。100%使用平板电脑的教师把平板电脑当作一种信息展示设备使用,即多媒体播放设备。他们要求学生使用平板电脑观看与课程相关的PPT或视频,把移动设备当作一种教学设备而不是学习设备。对照Laurillard的对话框架,学生使用移动设备的学习过程没有对应四个过程中的任何一个,而变成了和黑板一样的信息传递平台。同时,过度依赖第三方的课件内容强制学生根据教师的节奏和内容进行学习,忽略了互联网和软件应用在学习中的作用。在移动科技环境的公式中,一旦移动软件应用s(MA)和互联网i的作用消失,移动科技环境A就变成了仅包括设备d和移动能力m,限制了学习的发生。因为缺少的移动应用和互联网功能所带给学生的互动、讨论和反馈环节,移动学习的优势变成了单纯的移动化学习,在特性上很难和传统学习方式区分。
2. 教师职业发展
教师在学生的学习过程中扮演着极其重要的角色,移动学习中也不例外。移动科技在学习中的应用减少了对教师教学行为的依赖,却对教师的整体设计和掌控能力提出了更高的要求。首先,教师需要学习如何将21世纪能力和课程进行整合。这是一项庞大的工程,不仅需要教师了解整合、传递和评估的过程,更需要教师提高课堂的自由度,允许学生发散思维、使用移动设备整合信息。其次,国内对教师的职业发展关注度很高,投入了大量的人力、物力、财力帮助教师适应新时代的教学,但国内的教师职业能力培养却很容易成为“ 一锤子买卖”,即对某一部分的知识只进行若干次的培训, 完成培训后缺乏跟进。这就像在学校四周建立四面墙, 将学校孤立在新的信息时代。TechEDGE项目总负责人Guy Trainin指出,教师常常被强制进行各种培训,而他们通常对培训内容并没有多大的兴趣,这也是导致跟进的培训无法进行或根本没有跟进相关培训的原因之一。如何利用移动设备帮助学生进行学习是一个长期的过程,科技和设备的特性在发展,在教学和学习中的方法也不同。软件开发者也在不断地开发功能更全、操作更为简单的软件满足师生的需求。如果教师不能及时跟进,自己原有的方法和内容很快就会落后——而学生一直都走在科技的最前沿,这也就造成了学生学习和教师教学之间出现新的间隔。最后,培训对教师需求的定位不明。信息技术培训和课程整合培训完全是两方面的培训,教师有能力使用各种科技并不代表着他们有能力将各种科技整合进课程。这一点在移动学习上尤为明显。3. 21世纪能力的缺失AT C 2 1 S 在2009年了21世纪学生所需要具备的十种能力,包括:(1) 创造和创新;(2)辩证思维、问题解决和决策;(3)学习如何去学习;(4)沟通;(5)合作;(6)信息读写能力;(7 )将技术作为工具进行研究的能力;(8)公民意识;(9)未来生活和职业;(10)个人和社会责任。这些能力和移动学习息息相关,甚至在某种程度上决定了移动学习的效果。
当我们进行移动学习时,免不了利用互联网和相关软件应用搜寻需要的信息资料。在这个环节中,信息读写能力的作用就会体现出来。信息读写能力(Information Literacy)不仅仅包括了阅读或输入相关的信息,更包括了搜寻、定位、评估、过滤、创造、分享以及高效使用信息的能力。信息读写能力在过去的20年内变化极大。试想在20年前,我们在图书馆中搜索信息,利用相关词条在大范围的索引中寻找信息,一旦在索引中搜寻到相关的信息,就可以直接定位,如果重复这一过程若干次,就能找到自己想要的信息。而在移动学习中,信息的搜寻变得极为困难——虽然信息的获取变得更为简单,但如何找到有效信息成为学习中的一大难题。当我们在搜索引擎中输入一个或若干个
关键词 ,如不是专有名词,可能会得出数百万条结果。显然,逐条筛选这些结果是不现实的。这时,我们就需要利用信息读写能力帮助我们完成信息搜寻工作。在一般情况下,由于网络环境中输入信息的人员层次参差不齐,思维方式更是完全不同,对于相同信息的诠释也就完全不同,甚至有些信息是完全错误的。在搜寻信息中如何过滤无效信息、评估并定位有效信息,对国内学生来说是一个极大的挑战,对学生的辩证思维能力、问题解决能力和决策能力都是一种考验(这些能力都是21世纪能力中的一部分),并且这些能力在学校中是很少被提及的。即便学生找寻到相关信息,如何将信息转化并创造出自己和伙伴们能理解的内容,也有很多的困难(假设我们不允许单纯的信息复制)。
与此同时,由于国内学生的学习主要为个人学习,很少在课堂外进行合作或沟通,在学生遇到信息读写困难时缺乏讨论、反馈和互动的环境和行为(有些学生可能会用即时通讯工具相互询问,但相关的讨论耗时劳神且无正确结果的保证),使得提高信息读写能力更加困难。与此同时,学生对移动学习认知的局限性也让他们失去了很多学习机会:学习不仅仅是观看视频,更是将过去和现在的信息进行关联、分析和重复的过程。这也是21世纪能力中强调的学习如何学习的能力。
4. 移动学习的环境
目前国内的中学生很多都有了自己的手机或平板电脑,家长对学生使用移动设备的管理力度也有所降低,但依然视移动设备尤其是智能手机和平板电脑为娱乐设备而非学习设备。在学校方面,管理者站在维护学校安全和稳定的角度,限制学生使用移动设备。不可否认,缺乏自我管理能力的学生在拥有移动设备后的确可能影响学习,但更多的学生则会进行移动学习——他们搜索、创造和分享信息,沟通交流、存储相关资料(很多学生的个人空间里都有如何学习各种科目或某知识点的相关资料)。不过,由于网络的限制(大多数学校不提供无限网络连接且手机数据流量较贵),他们无法随时随地连接网络搜索资料支持自己的学习。缺乏了网络支持的移动学习,移动学习的信息优势就难以体现。
5. 软件应用和软件语言
在移动学习中,我们最常遇到的就是语言问题。我们常常能够找到非常适合自己或学生学习的软件应用,却因为语言不通而不得不放弃。比如,socrative就是一款非常优秀的免费即时测验软件,但这款软件没有汉化版,甚至没有推出汉化版的计划。这也就意味着无论是教师还是学生,都必须懂得一些英语或其他语言,才能帮助学习继续下去。这个问题在各个平台上都很明显。
国内也有很多的软件厂商开发各类学习软件,但从TechEDGE中国子项目的研究来看,目前还没有出现具备创新性和易用性的应用。大多数的应用都是和网站的学习内容捆绑,在一定程度上限制了学生的信息读写能力和利用科技的研究能力。一些应用只是学习网站的专属浏览器或多媒体播放器,将移动设备变成了展示设备。也有一些软件虽然转为学习设计,却忽略了学习的本质。例如,一些背单词软件通过单词对照表和不断重复帮助学生完成英语学习。第二语言研究者早已通过实验证明,通过单词对照表学习单词是不科学的和没有输出的。
如果无法解决语言和软件应用问题,移动学习在国内的发展会受到限制,学生和教师都会丢失一些完成学习的机会,令移动学习的优势大打折扣。
结语
对于移动学习的未来,我们很难预测未来有什么变化,就像是十年前我们甚至不知道移动学习会真的有帮助一样:设备的技术革新、软件应用开发的进步以及互联网质量的提高都会对移动学习的方式方法有着极大程度的影响。但有一点可以肯定:移动学习可以帮助学生提高学习成绩,并帮助他们培养能力以适应21世纪的需求。
相对于近些年轰轰烈烈的农村中小学现代远程教育和热潮迭起的职业教育而言,2006年对于教育信息化,也许真的可以说今年无大事。经过十多年从无到有的快速发展,教育行业信息化目前已进入相对平稳的增长期。
但是,在无大事的表面现象之下,却涌动着深层的新鲜的变化。这些来自第一线的变化,经过了最初的浮躁,开始回归理性,而且,也开始了真正意义上的探索。这都预示着,教育信息化已进入应用转型时期,教育行业用户更多地开始考虑应用的问题,在资金投入、系统建设和采购标准上日趋理性。无论是高校、职校还是中小学等,在重大应用、资源建设、关键技术研究、缩小东西部数字鸿沟等等各个方面都有了跨越式的发展。
因为教育信息化启动的步伐不一致,有的建设比较晚,但是起点比较高,建设的效果比较好;有的起步比较早,但是建设过程当中由于没有统一标准,形成了很多的信息孤岛,存在着很多问题。教育信息化很重要的问题就是资源的共享和整合,这是一个深层次管理问题,或者说是一个机制的问题。因此教育信息化的下一步工作就是机制、体制的进一步深化改革。教育信息化最终的目的是要用最小投入得到最大回报――怎么以最低的投入得到最大的回报,也就是性价比最好。而在信息化过程中,技术是一种手段,这条建设道路还会非常艰苦、漫长和曲折。
一 中国教育科研网格ChinaGrid项目完成
网格是继传统因特网、Web之后,信息革命的第三大浪潮。网格试图实现互联网上所有资源的全面连通,即把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源等资源的全面共享。网格因此被看成是未来的互联网技术。网格研究的一个共同点是实现包括信息、知识在内的各种资源的智能共享。
2006年9月,清华大学、北京大学等全国12所知名高校联合承担的教育部中国教育科研网格ChinaGrid项目宣告完成。经过十多位专家近3年的联合攻关,该项目已整合了全国13个省市、20所重要高校的大量网格资源,聚合计算能力超过每秒16万亿次,存储容量超过170TB,成为世界上最大的超级网格之一。
目前,项目组已成功开发和部署了生物信息学、图像处理、计算流体力学、海量信息处理和大学课程在线等5类应用网格。
点 评:
该项目把国家教育信息资源多快好省地整合起来,高效利用和共享。同时开发的网格中间件CGSP已经受到国际组织高度关注,并且在引导着国际上ChinaGrid技术标准的形成。
二 国家基础教育资源网上西部行活动正式启动
资源是教育信息化建设的重中之重。现在已初步形成了资源建设的有效机制。优秀的资源正在往西部输送。
2006年6月,国家基础教育资源网上西部行活动正式启动。这个活动是国家基础教育资源共建共享联盟与中国互联网协会宽带P2P应用推进联盟联合举办的。活动从6月2日开始,到年底结束,为期7个月,主要面向新疆、内蒙古、宁夏、贵州、江西、湖南、陕西、吉林等8个省(自治区)的中小学教师及学生,利用先进的P2P技术,将资源联盟内各知名学校的优秀教育信息资源,无偿传送给急需这些资源的广大师生,并且进行长期的内容支持。
点 评:
利用互联网新技术缩小数字鸿沟,为西部网络教育建立一种创新的模式,让西部的孩子们享受信息技术带来的便利。这是一种新鲜的模式。
三 中小学教师新课程国家远程培训项目启动
2006年8月,一次影响广泛深远的教师远程培训拉开了序幕。“32班广西鹿寨学员签到、22班河南新密学员签到、20班济南历城签到……”随着分布在28个省份的47个县级教师培训机构通过视频会议系统陆续向北京现场进行网上报到,教育部中小学教师新课程国家远程培训项目正式启动。
这次培训历时半个月。培训以解决基层教师在实施新课程过程中的问题和困惑为目标;课程内容以案例为载体展开,尽可能通过不同年级不同学科的案例解答一线教师的困惑,聚焦新课程实施过程中的疑点、难点与重点,力求解决实际问题。
点 评:
由于尝试采用了网络视频直播及文本阅读等形式,打破了空间的限制,使得全国近万名教师可以同时在线接受高质量的培训。这是一种大规模、高效益、低成本的教师培训方式。
四 广泛普及农村中小学教学光盘的应用
2006年5月,教育部向各地教育行政部门发出通知,要求广泛普及教学光盘的应用。通知指出,保证每套设备每周使用不少于20课时。要进一步增加教学光盘播放设备和成套教学光盘的配备,加大教学光盘和播放设备进教室的力度。工程招标结余资金主要用于为农村小学和教学点增加配备电视机、DVD播放机和成套教学光盘,不得挪作他用。通知还强调,要切实保证采购光盘的质量。要采取公开招投标的方式采购教学光盘。
点 评:
广泛普及教学光盘的应用,将有力地缓解边远山区和贫困地区教育资源匮乏、教师不足和教育质量不高的问题。
五 首个数字化学习港典型应用示范学习中心运行
学习型的社会,离不开社区教育。社区教育是具有“全员”、“全程”、“全面”特点的区域教育,它能把教育延伸到社会基层,完成终身学习这样的需求。
近几年,社区教育正在风生水起,焕发出勃勃的生机。2006年9月,上海远程教育系统落地杨浦区延吉新村街道,10万居民可在居委会和地区图书馆任意选学各种课程。延吉街道党工委书记楼满信说:“投入30万元让10万居民永久享用上亿元的教育资源,太值了!”
2006年10月,全国首个数字化学习港典型应用示范学习中心在天津市南开区水上街欣苑小区正式启动运行。中心建有学习咨询区、学习体验区、休闲式的数字学习吧及多媒体视听教室,共拥有100多台数字学习终端,可以提供本专科等多层次、多门类,上百个专业课程的远程教育,并设置各类资格证书教育、继续教育、劳动技能培训,以及市民基本素养、化生活艺术、健康保健等社区居民教育课程。
关键词 高级生物化学 教学 理论 创新 实践
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.04.049
在工科院校中,“高级生物化学”是微生物学、发酵工程和生化与分子生物学专业研究生的重要基础课程,是连接“生物化学”和“分子生物学”的桥梁。它既是本科“生物化学”课程的提高和深华,又是研究生阶段 “分子遗传学”、“分子生物学”等课程的基础。课程的目的是强化和拓宽研究生生物化学的基本理论知识,多角度地认识生物化学的基本原理和现象,并在此基础上强化生物化学的实验理论、技能和分析能力,为研究生研究实验设计的合理性奠定基础。在工科院校中,“高级生物化学”课程主要涉及蛋白质结构功能、蛋白质稳定性、蛋白质合成与运输、基因与基因组学、蛋白质组学、代谢组学等章节的内容。近年来,生物化学领域的新进展、新发现层出不穷,高级生物化学成为生命科学领域极其活跃的带头学科。对于一些应用型的工科院校,高级生物化学课程将蛋白质化学和组学相关的基础理论及前沿进展传授给学生,培养善于理论学习,长于工程实践,勇于集成创新的应用型生物技术人才。
1教材中英文结合
目前高级生物化学学科发展迅速,新知识新技术不断更新换代。目前唯一的高级生物化学教材是李关荣主编的高等学校规划教材《高级生物化学》,①内容涉及蛋白质结构、功能、寻靶、基因与染色体、基因技术、生物膜与跨膜转运、生物信息转导、基因表达调控、代谢调节策略等,偏重理论知识的讲授。相对高级生物化学,生物化学课程的教材则很多,包括王镜岩主编的《生物化学》②(高等教育出版社,2002年出版),于晓虹主编的《生物化学》③(浙江大学出版社,2012年出版,面向21世纪精品课程教材,全国高等医药教育规划教材),刘国琴主编的《生物化学》④(中国农业大学出版社,2011年出版)等。王镜岩主编的《生物化学》内容全面,讲解细致,一直作为本科教学的典范,在本科院校的生物化学课程中广泛采用,但作为工科院校的研究生教材,该教材一来与本科教学重复,二来内容过于基础,缺乏前沿性。于晓虹主编的《生物化学》,内容着重阐述人体基础生物化学知识,为远程专升本教材,内容与本科教材有所区别,编写着重符合这专升本学生的需要,不适合作为研究生的教材。刘国琴主编的《生物化学》是面向生物学专业本科生编写的理科教材,内容包括三部分:首先,重点讨论了蛋白质、核酸、酶、糖类和脂质等生物大分子的结构、功能以及结构与功能之间的关系,同时介绍了这些生物大分子的重要生物化学性质及相关分离、分析技术的基本原理和应用特点;其次,对糖类、脂质、氨基酸、核苷酸的分解代谢和合成代谢及其代谢调节进行了系统、概要介绍;最后,主要以原核生物为例讨论了从DNA到RNA再到蛋白质的遗传信息流的分子机制。该教材内容上和王镜岩主编的《生物化学》有相似之处,适合选作生物学专业和生物技术专业教材,也适合生命科学相关学科,如医药、食品、农林等领域本科生使用。
除了以上教材,David Hames编著,王学敏等翻译的《生物化学》⑤(第3版·中译版)全书共13章,分别是:细胞结构与成像、氨基酸与蛋白质、酶、抗体、生物膜与细胞信号、DNA的结构与复制、RNA合成与加工、蛋白质合成、重组DNA技术、糖代谢、脂质代谢、呼吸和能量、氮代谢。该书属于精要速览系列丛书,是国外畅销教材,该书结构新颖,视角独特,重点明确,脉络分明,图表简明清晰,适合作为工科院校研究生教材。同时,由于研究生教学对于英语的阅读能力也具有较高要求,因此还可配合英文版作为课外阅读教材,也便于双语教学和国外客座教授的讲学。
2教学模式以启发式引导为主线
高级生物化学是一门抽象的学科,因此在教学中加入形象生动的flash动画,使学生对生物化学相关蛋白质、核酸等结构与功能的关系、分子作用机理等概念的理解更为深入;同时通过大量生物化学相关小电影的优美画面引起学生对该课程的浓厚兴趣。在课堂教学导入部分采用老师提问学生回答,通过案例进行启发教学的模式,在此环节,提问可引发学生自主思考,通过学生的各种答案教师引出需要讲授的内容,该方法可大大调动学生的学习积极性。在整个课堂教学中,摒弃传统的以教为主的模式,把学放在首位,对特定原理的学习采用探究式教学的方法。
在老师讲解基础知识的基础上,引入课堂讨论环节,议题与生物化学基本理论和概念充分结合,与本学科的发展与应用紧密联系,通过对前沿问题的讨论可激发学生的兴趣并发挥主观能动性,为进一步的深入学习奠定良好的基础。在课堂讨论环节,老师可安排讨论的题目供学生选择,也可由学生根据兴趣自由选题,然后公开宣讲,老师和同学既是听众,也是讨论的参与者,通过提问、讨论和解决问题,拓宽学生的眼界和思路。老师应及时对讨论过程进行点评,一方面充分肯定学生显示的创造性思维能力,一方面对思维中的不足进行纠正。课堂讨论环节可培养学生创新创造、分析解决问题的能力,同时也促使老师自我知识不断丰富和补充。
与此同时,将学术报告引进课堂,每个班级的生物化学课程均邀请1~2位国内外生物化学领域的知名专家为研究生做学术报告。这些多样的学术报告,既让研究生了解了生物化学学科的前沿进展,又让学生有了学术交流的机会,还可培养学生的科研思维和科学精神。
3充分利用网络资源
高级生物化学的发展日新月异,互联网累积了海量的生物信息资源,将对我们的教学工作起到非常重要的作用。在高级生物化学课程的教学中强调互联网资源运用的重要性,通过学生网络应用的亲身体验唤起学生的求知欲,在课堂教学过程中,对常用数据库进行介绍,提高学生信息收集和辨别的技巧和能力。例如,目前大多数的蛋白质序列结构和功能方面的信息都可以直接从网络公共数据库中得到,其中最常用的核苷酸序列数据库包括GenBank、EMBL、DDBJ 等,这些数据库中还同时包括了大量与序列直接相关的注释信息,方便学生从中获得需要的知识。另外,蛋白分析专家系统ExpertProtein Analysis System(简称ExPASy,http://expasy.ch,隶属于瑞士生物信息学研究所,国际上蛋白质组和蛋白质分子模型研究中心)可为用户提供大量蛋白质信息资源。因此,在高级生物化学的教学中首先详细介绍一些数据库的使用方法,再通过具体举例使同学掌握基本的查询方法和结果分析方法,并通过布置课后作业,使学生通过自己的实践更好地掌握数据库的运用方法。
4开放式实践教学贯穿始终
高级生物化学的理论知识相对比较抽象,对于初涉该专业的研究生而言较难理解,在理论教学中穿插大量实例是达到良好教学效果的必由之路。首先在教学过程中加入教师亲身经历的实验事例,例如根据工科院校背景重点讲解酶制剂的分子改造实例,使学生通过实例学习更好地掌握该课程的精髓,提高分析解决实际问题的能力。
在实践教学方面,由于在本科阶段生物化学课程的讲授中已按排了生物化学基本单元操作实验,如蛋白质的两性反应和等电点的测定、凝胶过滤层析测定蛋白质的相对分子质量、总含氮量的测定—微量凯氏定氮法、紫外分光光度法测定核酸含量、糖化型淀粉酶活力的测定及、酶作用的专一性、酶的激活和抑制、碘乙酸抑制糖酵解、底物浓度对酶活性的影响—蔗糖酶米氏常数的测定、蛋白酶活力的测定、酵母蔗糖酶的纯化及其酶性质的研究等。因此在高级生物化学的实践教学中,不再安排单独的实验单元操作,而采取开放式实践教学模式,即选定相关学院生物化学方面相关老师所在的实验室作为开放实验室,对有兴趣的学生进行时间、空间、内容和方法均开放的培训,通过一些小实验的自我设计和验证激发学生的学习热情,以达到更好的教学效果。同时通过开放性实验,使研究生对于整个实验的设计和操作更为理解,可为研究生进一步的课题选择奠定基础。
5 结语
同济大学
位于上海的同济大学,建筑学属国家一级重点学科和国家级特色学科。该专业拥有一套与众不同的艺术理念,不盲目跟风,教师团队实力雄厚,在国内建筑领域有一定的社会影响。报考该专业的学生要求具备一定的绘画能力,学制五年。
土木工程原隶属建设部,在桥梁、钢结构、混凝土结构、地下建筑等方面云集了很多重量级专家。学生经过一段时间的学习会掌握建筑工程、地下工程、桥梁工程、岩土工程、铁路与城市铁道工程等多方向的知识。
车辆工程在全国算得上是数一数二的,是国家级特色专业,它下设6个方向,学生可以任选。在课程安排上,学生除了学习汽车专业知识(双语教学)外,还必须掌握英语和德语。学校与多家企业、社会机构设立了专项奖学金,国内外的企业对该专业毕业生的需求非常大。 同济大学的三好坞
临床医学有着百年的历史,学校依然对其加大建设。现与多所德国大学有着实质性的合作,不断提升医疗水平,提升软硬实力。
艺术设计专业方向是环境艺术设计专业(同济大学的优势专业),拥有雄厚的师资力量,常与同领域的各机构合作密切。
德语专业实力较强,科技德语方向是特色,学生还需要学习高等数学、普通物理、机械识图、计算机应用等理工类基础课程以及外贸、经济管理类相关课程。
北京邮电大学
北邮由单一的邮电学院发展成现在的综合性大学,形成了完整的电信类学科群,在邮电、通信领域,绝对是一块金字招牌。
电子工程学院的电子科学与技术、电子信息科学与技术、光信息科学与技术三个本科专业社会需求较大,颇受社会和用人单位的欢迎,就业率位居全校第一。
信息工程学院和许多大公司联合建立实验室,与法国电信北京研发中心、美国ADI公司、天津移动等建立了良好的合作关系。
计算机学院在宽带网络方面非常出名,以通信软件为特色,计算机技术(软件、硬件和网络)与通信技术相结合,也是响当当的,每年许多大公司都会来这里招人。
此外,学校还有一些综合性的特色专业,像经管、文法、英语等,这些具备通信背景的学科在社会上也是很有竞争力的,在电信法、电信产业经济等方面也都有很深入的研究,以电信产业为依托发展自己的长项。
天津大学
建筑学专业在国内国际上都可堪称是一流的,是综合研究建筑、建筑群、室内外环境等方面的学科,培养学生不仅能打造出科学的建筑,而且能打造出艺术的建筑。它是该学科目前全国仅有的3个重点学科之一。教学亮点是挑选部分高考成绩非常突出的学生,单独组成一个班进行为期一年的集别培训,一年以后学生可以根据自己的喜好和特点自主选择任何专业。
天津大学化工学院的专业特色方向是现代传质理论与分离工程、生物信息学与生物化工、新型催化材料与反应工程、绿色化学新工艺与产品工程等。 天津大学的北洋大学堂纪念亭
测控技术与仪器专业属国家特色学科,十分注重对学生实践能力的培养,拥有数台价值上千万元的现代化先进仪器设备和国内一流实验室,设有现代化的“精密测试技术及仪器国家重点实验室”。
华北电力大学
学校校部设在北京,分设保定校区,两地实行一体化管理。
现拥有热能工程、电力系统及其自动化2个国家重点学科,核工程与核技术、自动化、工商管理3个国家特色学科。其中电气工程及其自动化、动力工程和自动化控制学科是华北电力大学最具特色的学科。电气工程及其自动化本科设电力系统及其自动化(电力)等6个专业方向,是我国电力人才的重点培养基地,毕业生大部分都投身于我国的电力事业,就业前景良好。
动力工程主要与大型汽轮发电机组、节能理论技术、新能源和新能量转换、状态检修等领域的科学和技术打交道,从这个专业学到的知识可以广泛运用在各大发电厂、供电输电单位,毕业生就业形势不错。
自动化控制是能源与动力工程学院的品牌专业,学生毕业后主要从事程序控制、运动控制、过程控制等工作,学院不仅注重对学生知识能力的培养,而且还特别重视培养学生的专业技术解决能力。
电子科技大学
电子科技大学位于成都,通信学院是电子科大最牛的学院,除了它本身师资力量雄厚外,实验室就撑起了“半壁江山”,其中宽带光纤传输与通信系统技术国家重点实验室筹建于1990年,中国的海底光缆多半都是出自这个实验室的研究成果。该学院下属的通信工程专业被评为第一批特色专业。
电子工程学院是电子科大成立最早规模最大的学院。学院的微波工程系、电子工程系、信息工程系许多老师都在意大利宇航局、德国慕尼黑大学、美国Intel公司等交流过。这个学科的人很容易进入各大通信公司、手机生产商。
光电信息学院在光通信、光纤传感等方面独步“武林”,每年都有西门子、强生等大公司来招聘人才,也和四个部省级重点实验室以及一个工程中心有联系。许多同学研究各种医疗器械,比如心电图仪、内窥镜子类等。不要小看这些东西,在电子仪器里,这一块的利润超过手机和相机,而且市场巨大。
西安电子科技大学以信息与电子学科为主,是全国37所示范性软件学院的高校之一,也是全国20所获批设立集成电路人才培养基地的高校之一。
西安电子科技大学特色专业:通信工程、信息安全、网络工程、集成电路设计与集成系统、软件工程(嵌入式系统方向)、软件工程(WEB工程与信息系统方向)、电子信息工程、微电子学、计算机科学与技术、智能科学与技术、机械设计制造及其自动化、电子信息科学与技术、电子科学与技术、电磁场与无线技术和电子封装技术。
东北大学
东北大学座落在沈阳,材料与冶金学院是国家重点建设学院,设有轧钢技术与连轧自动化国家重点实验室等,冶金工程、材料科学与工程是首批国家一级重点学科,所覆盖的二级学科均为国家重点学科。
软件学院设有软件工程、信息安全两个专业。一些信誉好的IT认证课程已纳入课程体系,学生通过认证考试既可获得奖励学分,又可获得奖励补贴,专业课程双语教学比例达到 60%以上。
装备制造业在国内具有很大影响,毕业生可以从事多领域的研究和建设。 东北大学的校标取“白山黑水”之意
日语专业从对日语的听、说、读、写、译全面掌握,到熟悉日本文化、社会,毕业后,除了攻读研究生外,还可以到外经贸部门与企业就职。
矿工程专业是国家重点学科,采矿工程实验室是辽宁省重点实验室。作为该专业的毕业生,同样可在深造和就业两个方向上,根据自身条件加以选择。
冶金工程在众多开设冶金工程专业的院校中,算是资历、实力最强的了,是国家一级重点学科。学生有获得“专业奖学金”的机会,就业率很高。
河海大学
河海大学位于南京,水利水电学院是我国水利学科专业设置历史悠久、水利特色最为显著的学院,是国家一级重点学科,在三峡、小浪底、南水北调等重大工程中,都有河海大学水利工程学的优秀学子的参与。
土木工程是河海大学的另一个传统优势专业,在国际国内都颇有影响,拥有一批国内外知名的专家学者,参与国家重大科研项目不计其数,足可见其雄厚的学科实力。
港口航道与海岸工程是河海大学和江苏省的品牌专业,也是这个学校一直以来就业率很高的专业之一,就业领域十分广泛。
水文与水资源工程拥有水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,以及由多名院士、教授、博导组成的雄厚的师资队伍。