遗传学的研究方向精选(九篇)

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第1篇：遗传学的研究方向范文

遗传学因为是基础学科，所以有一部分内容是属于其他学科交叉内容，那么在这些内容的教学方面可以将其进行精选，挑重点讲述，而对于遗传学中较难理解的教学内容，则选择优化教学方法，在授课的表述方面进行改进。也要注意补充一些遗传学最新发展的内容，让同学们了解遗传学的发展动向，激发学生的学习兴趣。同学们将会对自己所学习的方向有一定的认识，为今后选择个人研究方向奠定基础。

2多种授课方式相结合。

2.1多媒体教学与传统板书教学相结合。目前很多课程都倾向于多媒体教学，多媒体教学有着形式灵活多变，直观形象的有点，但是展示信息时常常速度过快让学生很难抓住重点，复习也很困难。而传统的板书教学虽然展示的信息量小，但却具有条理性，学生容易抓住要点。所以我们必须将传统的板书教学与多媒体教学结合起来，让这两种方法互相弥补。

2.2适当的采用PBL教学方法。对于教师来说，在基础学科上使用PBL教学方法是有着一定的难度的。特别是具有大量推理计算工作的遗传学教学。但是对于某些章节来说还是可以尝试采用PBL教学方法。比如在讲解生物进化章节的时候，完全可以先给学生一个有关进化的例子，再让学生回顾前几章所学的知识来提出自己的想法。这样可以提高学生对于遗传学学习的兴趣，有能够培养他们用遗传学的思想来思考问题，进一步检验了学生的学习情况。

3加强实验教学的改革。

3.1增加综合性试验比例。目前高校所开展的学生实验基本上都是验证性实验，都是老师先做好了，再讲给学生听，学生根据老师所讲的再做，其结果是每个人的结论都相同。这些验证性的实验项目过多，实验结果在未做之前就已经知道，学生做与不做都已经知道了实验的结果，实验过程不能调动学生的积极性、创造性，不利于学生的思考和发现。因此，我们在保留经典的验证性实验的基础上，增开了设计性、综合性实验。由老师指定一个实验课题，由学生自己去设计实验方案，充分调动学生们自己的主观能动性，同时教师在某些环节上进行指导，这样可以提高学生兴趣，培养学生独立分析问题与解决问题的能力。

3.2与其他学科一起开设实验教学。遗传学实验除了经典遗传学实验项目和细胞学实验项目外还设计到分子生物学实验。由于分子生物学也是生物技术专业的必修科目，所以在设计实验方面可以综合设计。这样避免了开课的重复性，又能够让学生掌握技术，提高学生对科学研究的兴趣。

4改变考核方式，采用多种指标评价学生。

目前，在长沙医学院采取的多为上机考试，考试内容死板无法很好的反映出学生的水平。所以为了更客观地反映学生的学习情况，除了上机考试外，还应参考学生的实验课情况、PBL教学过程中讨论的成绩。最好能让学生提出一些感兴趣的遗传学相关小课题，让同学们自己去查资料，以PPT的形式进行讲述，然后由老师打分，这样可以从多个方面来评价学生学习遗传学的能力，并且还能够提早培育他们阅读科研论文的兴趣与能力。

第2篇：遗传学的研究方向范文

关键词：农林院校；教学改革；遗传学；双语教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0060-02

双语的英文是“Bilingual”，即以两种语言并重地进行日常交流。我国的双语教学是指教师在课堂上运用汉语和英语两种语言进行非语言类学科专业课程（例如遗传学、生物化学等）的教学工作，通过专业课程学习来达到掌握第二语言的目的，最终达到师生均能运用汉语和英语进行学科的学习、思考和研究。成功有效的双语教学不仅仅是教师用英语上课，更重要的是师生之间在课堂上使用英语进行交流和互动。如果英语不是课堂交流用的语言，即使教师完全采用英语进行教学也不能被称为双语教学，只能是外语教学或英语教学。只有在创设了一定的语言环境条件，使英语经过一定的积累逐渐成为课堂交流用的语言之一，才使英语教学从外语教学（Foreign Language）转变为双语教学（Bilignual）。教育部[200114]号文件提出，本科教学要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学。教育部和财政部于2007年颁发的《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》进一步明确要推动双语教学改革，探索有效的双语教学模式，切实提高大学生的专业英语水平以及在科学研究中直接使用英语的能力[1]。各学校及具体开设课程的特点制定不同的教学计划，采用合适的教学模式达到较好的教学效果是各校在开展双语教学过程中需要考虑的首要问题。

一、实施遗传学双语教学存在的问题及困难

《遗传学》是生命科学的核心学科，是农业院校生物类及农学类专业的专业基础课程。采用英汉双语对遗传学进行教学对跟踪国际遗传学发展前沿、遗传学教学内容与水平同国际接轨等方面具有重要意义。该课程一般在大学三年级开设，此时大部分同学经过两年的外语学习，基本上已达到大学英语四级的水平，具备一定的听、说、读、写能力，为双语教学的实施奠定了一定的基础。但在农业院校实施遗传学双语教学仍面临着很多的困难和限制因素。

1.受遗传学学科本身特点的限制。遗传学是整个生命科学中相对难的课程之一，仅依靠描述与记忆无法完全掌握，大部分内容重在理解，而且需要通过典型的习题练习才能够对所学知识点真正地理解和掌握。单纯中文的讲授学生接受起来就有难度，进行双语教学无疑会加大遗传学的学习难度。双语教学如果实施不当的话还会干扰学生对知识点的理解和掌握，影响对本课程的学习效果。

2.受授课教师本身英语水平的限制。授课教师本身也很少受到双语教学的专项学习及训练，只是学习和工作期间阅读了较多的专业英文文献。要真正地在课堂上进行专业双语教学，就需要用英文进行讲解，这就要求专业老师要有很好的听和说的能力，增加了授课难度。

3.受学生英语水平和专业知识接受能力的限制。授课对象是大三上学期的学生，大多数是英语四级的水平，虽掌握一定的听、说、读、写能力，但专业知识积累相对较少，对专业英文文献基本上很少有接触。所以，想让学生用英语来理解遗传学知识，存在很大难度，给学生制造了一定的学习压力。

二、有效实施遗传学双语教学的策略

针对以上存在的困难和问题，要使《遗传学》双语教学能真正起到良好的教学效果，需要针对各学校的实际情况，从多方面着手做好多个方面的准备工作。

1.各学校根据自身的实际情况实施双语教师的培训计划。合适的双语教学老师是实施双语教学的最基本及最重要的条件。实施双语教学的老师首先要有丰富的教学经验，能熟悉地用汉语讲好本课程。其次，要有较强的英文听说能力。比较理想的情形是由具有一定教学经验的海外归国人员担任双语教学，或者从教学水平较高的教师中筛选英语水平较好的进行培训。目前国家、各省及各校均设置有各种不同类型的国际访问及教师成长计划，各学校最好能就各门学科的实际情况设置不同的访问要求及计划，具体要求教师结合教学和个人研究的方向进行双向的学习，最好能有计划地在所访问的大学跟班上课，真正提高教师英语学习及英语教学的水平。学校也可以聘请外籍专业教师或者有经验的优秀双语教师来校授课，这样该学科所有教师都可以亲临课堂观摩学习，直接减少了各位教师单独外出培训所需的经费支出，既节省了资源又增加了效率。

2.合适的教学对象的选择与教学班的组织。由于同一班级的同学英语水平存在较大差异，双语教学并不适合“一刀切”的整班上课，应以学生为主体自由选课，选择部分英语水平较好、专业知识较扎实、对遗传学双语教学具有浓厚兴趣和积极性的学生单独编班进行授课。首次开设双语课时也不适合整个课程全部章节都实施双语教学，可根据教学内容的差异在较易理解的章节实施双语教学，在部分理解困难的章节则可以根据学生的实际情况适当较少英语教学的比例，应始终以让学生充分理解掌握专业知识为首要目的。总之，实施双语教学需要因地制宜、循序渐近，不能仅仅追求形式上的双语教学而忽视了对教学内容的理解及掌握，这样反而会使教学的整体效果下降。

3.合适的教材、教案及教学课件。实施双语教学，需要有合适的英文教材：一是内容要合适，符合课程教学基本要求，具有先进性以保证教学质量；二是要求语言规范、简明易懂，便于教学。外文原版教材一般价格昂贵，内容比较多，学生理解起来有一定困难，同时也增加了学生的经济负担。相比而言，国内双语教材应该更适合于学生阅读和学习。但双语教师除了要全面掌握学生所选用教材的全部内容外，还需要通读原版英文教材，并用英文写出教案以及合适的教学课件，这都需要教师付出艰苦的劳动和努力。教师应充分利用多媒体和互联网资源（通常国外原版教材配有相应的教学软件和网上教学资源），帮助学生理解教学内容或者拓展和深化课堂教学内容。课后学生可使用E-mail与老师交流，有条件的地区还可利用互联网教学平台进行作业和试卷的批改及答疑工作。

4.另外教师还要注意调动学生主动学习的积极性，培养学生使用英语进行听、说、读、写的能力。让学生听老师用英文讲，听经典的英文视频录像；让学生大胆说，注重学术交流，多开展班级学术讨论会；让学生读经典遗传学读物及英文教材；鼓励学生用英文写作业和考试。其中，收集与遗传学研究有关的英文研究论文和综述文献让学生阅读对提高双语教学的效果至关重要。在实施双语教学的初级阶段，教师可以选取相对容易的经典遗传学内容，先用中文讲再将相关英文资料推荐给学生阅读，然后就阅读内容与学生用英文展开讨论，鼓励学生大胆用英文表达。由于教学学时的限制，不可能在每一节课都能做到如此细致地学习，可以根据学生的实际情况在一个学期内选择学生感兴趣的三到五个专题开展讨论，进行强化训练。教师还可有意识地布置翻译全文并查阅《Nature》、《Science》、《Heredity》、《Genetics》等刊登遗传学研究相关论文的世界知名学术期刊翻译摘要作为课外作业的一部分，然后进行阅读后的交流与讨论，这种双向的学习与交流对于短期内提高学生的听、说、读的能力至关重要。让学生根据讨论结果进行学习内容的总结以及直接用英语来完成作业和考试，则是提高学生的写作能力的有效方法。

双语教学可以说是一项新生事物。目前，很多农业院校的双语教学还处于起步和探索阶段，遗传学的双语教学仅在为数不多的高校和少数专业开出。作为一种新的教学形式，能否保证其健康发展受多方面因素的影响和制约，在实践中还有很多问题需要研究解决。双语教学对教师和学生的要求都比较高，尤其双语教师需要付出艰苦的劳动和努力。因此，学校要适当减轻双语教师其他方面的工作量，并在工作量补贴、职称评定等方面给予鼓励及激励政策，对于选修双语课的同学，也应当适当增加学分数。双语教学的好处是教师和学生同时受益，教师得到了锻炼，学生得到了提升。教师的业务水平可以得到大幅度地提升，学生毕业后在工作岗位上及后续研究生学习阶段中可以相对容易地进行英文文献的阅读与学习交流，出国深造者也能很快适应海外大学的教学活动。所以，在农林院校实施遗传学及其他专业课程的双语教学是在新的教学形势下提出的新的要求。各学校一定要根据自身的实际情况采取适合于自己的模式尽早地展开，使得英语教学活动深入到课堂，早日实现真正意义上的双语教学，使英语成为课堂学习及日常工作中真正交流的第二语言。

参考文献：

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[9]李桂玲，李欢庆，李瑞芳，张宗武.《遗传学》双语教学的实践和探索[J].科技视界，2012，（24）：8-12.

第3篇：遗传学的研究方向范文

关键词：遗传学教学；高等教育；教学质量

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2096-000X（2018）03-0071-03

遗传学是研究自然界生物的遗传和变异规律的一门科学，是生命科学最重要和基础的分支之一，也是生物类专业的必修课程之一。随着分子生物学研究技术的不断提高，现代遗传学发展迅速，研究内容迅速积累，研究范围不断扩大。

近年来高校教学改革不断推进，本科教学中各学科课时量不断缩减，例如菏泽学院生物科学专业遗传学课时量由最初的102学时，减少到86学时，有些专业甚至减少幅度更大，因此，学生普遍感觉遗传学课程的教学内容繁杂、学时紧、难度大，是一门较难学习和掌握的课程。近年来，遗传学及其相关课程的教改研究屡有报道[1，2]，我们深受启发。基于《遗传学》教学过程实际情况，采取了若干教学内容、方法的改进，有助于提高学生学习的主动性，有效提高《遗传学》的教学质量。

一、做好高校《遗传学》与高中《生物学》衔接与过渡

《遗传学》是许多高校生命科学有关专业的必修课之一，为了体现学科的完整性，高校的《遗传学》的教材中都会将高中《生物学》中涉及遗传学的内容包含进去。例如：“细胞有丝分裂”“孟德尔定律”等内容在高中《生物学》中已作详细讲解和教学。但是，现在高中教学应试教育色彩浓厚，为了能够在各种考试或竞赛中取得好成绩，往往会在知识传授过程中超前讲授，但由于课时、实验条件、教师专业背景、学生知识结构的限制，很多知识点很难讲解透彻，学生往往也是一知半解、囫囵吞枣。因此，在高校《遗传学》教学设计、教学过程中，就要单独设计这些内容，通过知识扩展，既保证《遗传学》学科的完整性，又让学生能在高中《生物学》知识基础上提升，避免产生《遗传学》是高中《生物学》简单重复的错误概念，降低对《遗传学》学习的重视程度与热情。同时，在高校《遗传学》教学过程中，还要做好与其他相关课程，如，《生物化学》《细胞生物学》《分子生物学》《基因工程》等课程交叉内容的衔接与教学重点的明晰。

二、教学中采用“提问式”教学方式

提问式教学法，就是教师根据教学大纲，结合实际，在教学过程中提出问题，由学生独立思考解决问题，通过教师与学生的良性互动，达到对知识点的巩固与拓展的目的[3]。经典遗传学部分在地方普通高校《遗传学》的教学内容中一般比重较大，这部分内容知识相对陈旧。因此，需要教师在教学过程中，有效运用多种教学手段增加师生间的互动，提高同学的参与度，调动学生的学习兴趣，达到提高教学质量和教学效果的目的。因此，提问式教学法在地方普通高校《遗传学》教学过程中显得尤为重要。在设置问题时，既要以教学大纲为基础，又要结合同学们感兴趣的实际境况。例如，讲授到“反应规范”时，提出了日常生活中有哪些生物、哪些性状的反应规范宽窄不同的问题。引导学生将日常生活中的生物现象与遗传学联系起来，加深遗传物质基础与内、外环境互作，共同决定生物性狀的理解。教学过程中，通过合理的问题设置，引导同学开放思想、独立思考、相互讨论。通过有目的的设计问题，提出问题，有助于增强教师对课堂知识教学的引导能力，提高课堂活跃度和趣味性，促进教学计划的高效完成。

另外，教学过程中，我们采用现代多媒体技术教学，将教学过程中，抽象的、微观的现象，变得更加直观、形象，有利于学生的理解。例如，普通遗传学的理论教学过程很多内容都涉及到染色体的分裂、交换过程，用普通的方式很难观察到，教师上课时可以利用多媒体将分辨率更高的电镜照片展示给学生，使知识具体化、直观化，提高授课效率。

三、重视实验教学，实验教学与理论教学相结合

遗传学是一门以实验为基础的自然科学。实验教学不仅是教师帮助学生掌握基本的实验操作技术的过程，更是提高学生综合素质和创新思维的重要环节[4]。目前我们主要采取以下措施。1.重新修订教学大纲。增加了实验课时在整个课程中所占比例，同时将实验内容划分为：验证性、综合性与研究性三个板块，减少了验证性实验，以综合性与研究性实验为主。2.开放实验室。生物学实验普遍存在一个问题，即课前、课后实验补充时间长，课堂操作时间短。如，植物有丝分裂、植物多倍体诱导等实验，实验前期需要花较长时间培养、处理实验材料。由于课堂计划学时限制，学生都是以处理好的材料直接操作，学生难以全面把握从材料培养到材料处理，染液配制等实验的全过程，限制了学生的学习主动性。开设综合性实验与拓展性实验的主要目的是培养学生综合运用进行研究和创新能力。但是这两类实验不仅课前准备时间长，而且课后还需要很长时间观察实验结果，例如，果蝇的单、双因子、伴性遗传杂交实验、植物有性杂交实验等。实验前期需要培养、准备杂交的亲本，课堂上仅仅可以完成杂交组合的设置，课后还需要很长时间观察与记录杂交结果。因此，我们将实验室全学年内对上课学生开放，鼓励学生积极参与到实验前期材料的培养、预处理，药品试剂配制等工作中来；实验后要求学生自己管理实验材料，做到随时观察实验结果的动态变化，随时记录实验现象，及时分析实验现象。3.教师理论课与实验课一肩挑。这样有利于在理论教学过程中联系实验和实践，实验原理与理论课讲授有机结合，通过观察学生实验操作情况，进一步了解学生对课堂理论的理解掌握情况。4.调整实验课的考核方式。将原来考核只停留在理论测验与实验报告成绩评定的方式，改为平时实验操作为主，结合实验报告、期末理论与实验技能综合考评的考核方式（表1）。通过这些措施改进，很好地激发了广大学生实验课的动手操作的积极性和主动性，增加了学生自觉理论联系实践的思考，提升了学生的综合实验能力和创新能力。

四、引入网络资源

由于遗传学学科发展迅速，并与生物学各个分支学科交叉，理论与实验技术不断更新。与重点高校相比，地方高校普遍存骨干教师，教学经验丰富、但年龄偏大，对前沿知识了解不够，不能很好的引导学生对前沿知识进行探索；青年教师虽然学历较高，知识体系较新，但是由于研究方向过于专一与缺乏教学经验，难以全面的、系统的将遗传学知识传授给学生[5]。而且，地方高校用于师资专业知识继续教育经费的投入严重不足，教师缺乏外出接受系统专业知识继续培训与参加专业会议的机会，限制了教师团队的快速成长和知识体系的更新。当下互联网时代，国内外许多高校、科研院所的教学、科研资源实现了网上共享，如，国家精品课程资源网、各高校自建精品课程、爱课程网站、网易公开课等网站汇聚了大量的优质教学资源，还有一些科研达人在主流视频网站分享了自己的实验操作视频。每学期教研室都会根据授课学生的专业不同，筛选一批优质网络资源推荐给学生。这些优质的教学资源可以极大开阔学生的视野与思维，在分享资源的过程中，青年教师也学习了其他高校优秀教师的教学方法、理念，加快了自我成长的速度。此外，遗传学及其相关学科发展速度非常快，新的研究成果、实验技术、新的科学理论不断涌现，遗传学知识体系更新较快，这就要求遗传学教学要与学科发展的步伐相协调，因此，我们每学期都向学生推荐相关的科研学术期刊及在线网站，满足部分学习能力强的学生把握遗传学及其相关学科前沿动态的需求。

通过引入优质的网络资源，实现了部分学生由被动学习向主动学习的过渡，提高学生的自主学习的热情，这部分学生能够在课余时间主动与同学、老师讨论课程学术问题，增强了学生对科学前沿问题的思考。

五、教学过程中注重培养学生的科研素质

深化教育改革，全面推进素质教育是新时期大学教育的重点。科研素质作为素质教育的重要方面应主动融入到专业教学中。遗传与变异现已成为当今生命科学研究的热点之一，所以作为一名合格的高校教师在遗传学的教学过程中，除了将课本的知识传授给学生外，更要通过合理设计教学环节，利用现代化的教学手段，在学习专业知识的过程中培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科研素质。

目前我们主要采取了以下一些措施：

1.追踪社会与专业有关的热点问题。教学过程中，引入学生感兴趣的热点问题，让学生认识到自己所学的知识不仅限于书本，而是一门贴近社会大众生活、具有旺盛生命的学科，激发学生积极主动认识未知世界。例如，讲到性别遗传机制时，引入大家耳熟能详的“下蛋公鸡，公鸡中的战斗机”小品台词供大家讨论。从而引出不同性别的家禽类动物同时具有两套性腺，正常情况下，公鸡中雄性生殖腺发育，雌性生殖腺退化。在外界刺激，如受到惊吓，可能会导致体内性激素分泌紊乱，产生雌性激素，抑制雄性生殖腺，促进雌性生殖腺发育，产生正常的卵子，这时公鸡下蛋也就顺其自然了。反之，母鸡打鸣的现象也就好理解了。这样的实例，不仅有助于学生对性别这一相对“特殊”性状，其实与生物其他性状一致，都是由内在的遗传物质与外在环境共同作用决定的这一遗传机制的理解；更有助于学生拉近原本感觉“虚”的理论知识与“现实”之间的距离，提高学生自觉的运用所学理论知识回答现实问题的意识。

2.将科技前沿融入课堂。遗传学不仅发展迅速，而且与生物化学、分子生物学、细胞生物学等学科不断交叉、融合，课程信息量巨大，难度不断增加，严重影响了教学效果与学生素质提升。因此，课堂上如何紧跟科学研究的发展前沿，将发展前沿的新知识与普通遗传学传统知识点的有机结合，将有助于提高学生的创新能力。例如，讲到遗传重组时，我们引入近几年基因编辑的研究热点——Crispr/Cas基因编辑技术，通过动画形式简明介绍该技术的主要实验原理及商业开发等，同时为学生推荐拓展的学习材料。通过这些前沿科技的讲解加深了学生学习基础知识主动性，拉近了传统理论知识与现实应用之间的距离。

3.引导學生进行科学研究。现在国家越来越重视大学生综合素质的培养，每年各级部门都会拨出大量资金用于支持大学生创新创业、科研训练等项目。学生对此类项目非常感兴趣，会积极主动地、带有一定想法与教师交流。借此机会，教师可以鼓励并帮助学生积极申报各级各类的创新创业、科研训练等项目，或者在教师的科研课题中寻找自己感兴趣的方向。通过指导学生撰写申报书、项目设计、实验研究及结题等的各环节的工作，提高学生综合实践能力，提高学生在实践过程中发现问题，利用所学理论知识解决实践问题的能力。现在学生思维活跃，在与学生充分交流的过程中也会为教师科学研究提供灵感，促进教师科研的继续深入，充分体现教学相长的魅力。

总之，我们以提高学生综合素质为目的，在现有教学条件下，从做好与高中《生物学》知识衔接，课堂上采用适宜的教学方式和教学手段，加强实验教学，引入先进的网络资源和教学过程中注重学生的科研素质培养等环节着手，充分调动了学生学习的主动性，取得一定的教学效果，在一定程度上促进了学生的创新思维能力的培养。但仍需要认真探索不同专业的教学内容，教学方法、方式，与此同时，需要加强教师队伍的专业素质的继续教育，建立一个更加完善的遗传学教学体系，以适应新时期高等教育发展的需要。

作者：高昌勇等

    参考文献： 

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[2]邢万金，莫日根.在遗传学课堂教学中培养本科生科研素质[J].遗传，2016，38（11）：1030-1038. 

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[5]王建武，相微微.网络资源在地方高校遗传学教学中的作用初探[J].河南教育：高校版，2016（4）：14-15. 

第4篇：遗传学的研究方向范文

发表在《科学》杂志上的两篇研究揭示啮齿类动物的中含有一定数量的RNA，这些RNA分子能够影响子代的代谢活动。由于这些RNA是帮助合成蛋白质的关键元件（即转运RNA），因此这一发现揭示了一类新型的遗传物质。来自西雅图西北太平洋糖尿病研究所的遗传学家约瑟夫・纳多认为这一发现十分的令人震惊，但也不是完全毫无可能。

这一项研究揭示了一类新的RNA分子――转运RNA。其中一项工作中，遗传学家奥利弗・ 兰度向雄鼠饲喂低蛋白的饲料，发现这些雄鼠细胞中参与胆固醇与脂肪代谢的基因表达水平上升。之后，他们分析了这些雄鼠中的成分，发现其中含有相当数量的转运RNA，并且证明了这些转运RNA是在经过附睾过程中积累的。

另外一项研究则是由中科院的一个研究组做出的。他们通过向雄鼠饲喂高脂或低脂的食物，之后将这些雄鼠的注入未受精的卵子中。之后，他们开始追踪后代的代谢活动的规律（这些后代小鼠均饲喂正常食物）。结果显示，饲喂高脂食物的雄鼠的后代虽然体型较瘦，但还是显现出了肥胖与糖尿病的相关症状：葡萄糖摄入异常，胰岛素耐受。为了证明是否转运RNA参与其中，研究者将这些转运RNA单独注入未受精卵子中并让其接受正常的受精。结果显示，即使单独注入接受高脂食物的雄鼠中的转运RNA，也会使后代产生代谢异常的症状。

如今，研究者需要回答“这些遗传性状是否稳定，能否通过改变饮食的方式矫正”。RN段的作用并不一定都是有害的，如果坏的饮食习惯能够遗传给下一代的话，那么我们有理由相信好的饮食习惯也能遗传下去。 父亲可能影响孩子脑发育

美国宾夕法尼亚大学的研究人员在国际学术期刊PNAS上发表了一项研究进展，他们在分子水平上发现了应激如何改变雄性小鼠的，并通过这种方式影响其后代对应激的应答情况。他们还发现这种变化是通过表观遗传学的方式或microRNA进行传递的，并非通过改变DNA。

在早期研究中，研究人员已经证实在之前通过更换笼盒或进行狐狸尿（捕猎者气味）暴露处理雄性小鼠，使其处于应激状态，其后代对应激的应答情况会存在障碍。研究人员将受到应激的雄性小鼠和未受到应激的雄性小鼠的进行对比分析，发现在应激小鼠中有9种microRNA表达出现升高。

为进一步证实这一结果，研究人员将这9种microRNA通过显微注射的方式注入小鼠受精卵，随后植入正常雌性小鼠体内进行繁殖，并以假注射或注射单个microRNA作为对照。当子代小鼠成年后，研究人员检测了这些小鼠对应激的应答情况。研究人员表示，检测结果与他们之前观察到的结果完全匹配。

当接受多microRNA注射的小鼠受到轻微应激，它们体内可的松水平更低，这表明这些小鼠在早期神经发育过程中存在非常广泛的变化。

研究人员对这几个microRNA的靶向mRNA进行了分析，结果表明来自母亲卵细胞的mRNA受到了microRNA的攻击，并导致这些受到攻击的mRNA水平发生下降，研究人员还特别指出，这些受到影响的mRNA主要编码参与染色质重塑的蛋白分子。

研究人员表示，他们接下来准备对导致microRNA释放的上游因子进行进一步研究以及是否能够通过给予奖励等方式对上述过程进行干预，防止雄性亲代将异常应激反应传递给下一代。 母亲遗传给女儿负责情绪调节的脑结构

第5篇：遗传学的研究方向范文

关键词：PBL教学法；人类发育与遗传学；整合课程

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0081-03

人类发育与遗传学整合课程是我校借鉴哈佛大学医学院课程改革经验，经过垂直整合和水平整合建立的，由遗传学、胚胎学和生殖内分泌三部分组成的整合课程，开设于二年级下学期。该整合课程以遗传学为基础，以疾病为中心，阐述人体在个体发育过程中，正常形态结构与功能的发生以及异常畸形或疾病发生的可能机制[1]。因此，它是一门基础理论与临床实践密切结合的课程。在教学实践中，既要教授学生基础知识和基本技能，还要培养学生运用、拓展知识的能力。

基于问题的学习（Problem-based Learning，PBL）是1969年Barrows教授在加拿大多伦多McMaster University首创的教学方法。该教学法以问题为基础，以学生为中心，用问题情景引导学生主动思考、自主学习，有效地促进知识整合和能力提高[2，3]。它体现了现代医学教育“教为主导、学为主体”的教育宗旨，因此在我国国内医学教育上的运用日益广泛[4-7]。我们将PBL教学法应用于2011级临床医学专业的人类发育与遗传学整合课程教学，取得了良好效果。

一、资料与方法

（一）一般资料

中国医科大学2011级临床医学专业2个大班250人随机分成两组：实验组124人，采用PBL教学法；对照组126人，采用传统讲授教学模式。由于临床医学专业本科生入学时采用“蛇形”顺序分班，因此，两组学生在性别、年龄、基础知识背景等方面无显著性差异（P>0.05），采用教材均为我校主编的“十一五”国家级规划教材《人类发育与遗传学》。

（二）方法

实验组和对照组的总学时数相同。对照组采用传统讲授教学模式，由教师按照教学大纲要求系统讲授。实验组在学习基础理论后开展PBL教学。

1.PBL教学病例。我们根据教学内容和教学要点，选择典型、简明的教学病例，这些病例多为来自临床医院的真实病例，经过教师与临床医生共同的“修整、加工”后成为教学病例。教学病例必须准确、严密、完整，并且具有代表性（突出疾病特点）和综合性（多学科交互影响）。例如，我们在PBL教学中选择了一个真实的Turner综合征临床病例，包括病史过程、体征特点、临床辅助检查等。学生首先能够根据这些资料，初步诊断为生殖系统和性别发育异常，并围绕胚胎发育（尤其是性别发育）展开讨论，归纳出该病胚胎发育异常的特点（这是第一层次问题）；接着学生联想到性别发育异常引起的性激素改变，并进一步围绕性别发育的内分泌基础展开讨论，归纳出该病性激素水平的异常及其引起的相应临床表现（这是第二层次问题）；随后学生根据性别发育的遗传学知识，围绕性染色体、X、Y染色质等展开讨论，归纳出该病性染色体数目异常（即少了一条X染色体）的特点，并提出需要补充细胞遗传学核型分析、性染色质检测等（这是第三层次问题）；最后学生会探讨染色体数目异常的原因，并围绕减数分裂、配子发生展开讨论，归纳出该病是由于减数分裂X染色体丢失/不分离造成的（这是第四层次问题）。当然，学生也会根据该病性激素水平异常提出相应的治疗方案（这是第五层次问题）。因此，通过PBL教学法，学生可以由浅入深，从胚胎学、生殖学和遗传学三方面对Turner综合征的发病机制形成全面、系统的认识。

2.PBL的实施过程。教师在课前2周布置病例，学生通过图书馆查阅、网上搜索等途径，发掘并提出病例相关问题，经课堂汇总后在课前1周确定讨论的问题提纲。随后学生自由组织为6～8人的讨论小组，围绕讨论的问题提纲，结合教师推荐的参考书籍或相关网址，获得问题的答案和解决办法，制作PPT。在课堂上，每个小组以小组长展示PPT，其他成员帮助补充的形式对问题进行讲解，阐述自己的观点，同时回答其他小组提出的扩展问题或质疑。教师及时围绕讨论的问题给予必要的引导和调整，并结合病例讲解最新研究进展和医学伦理问题，以达到教学效果的最大化。最后，教师对各组发言进行点评，并引领学生归纳总结，巩固教学重点和难点内容。学生通过完成课后作业梳理知识，培养能力。

3.PBL教学效果评价。对PBL教学效果的评价主要包括对认知领域的评估和对非认知领域的评估两部分，前者主要包括对知识的理解、分析和应用能力，通过期末考试的论述题或病例分析来评估；后者主要包括逻辑思维、语言表达等综合素质，通过问卷调查进行评估。

（三）统计学处理

应用SPSS13.0统计软件进行统计学处理，计量资料采用t检验，以P

二、结果

（一）考试成绩分析

实验组和对照组学生虽然在考试总成绩方面比较差异无统计学意义（P>0.05），但在反映学生对知识的理解、分析和应用能力的病例分析试题（满分10分）方面，实验组显著高于对照组（P

（二）教学效果评价

调查问卷由实验组学生匿名填写，发放124份，回收124份，回收率100%。通过问卷调查，学生对PBL教学法评价比较高，认为经PBL教学后掌握知识更系统、更连贯，分析问题、解决问题的能力得到很大提高，同时还培养了团队合作精神，总体满意度达到90%以上，见表2。

三、讨论

教学过程既是学生在教师指导下的认知过程，也是能力的提高过程。因此，教学过程应彻底摆脱传统的以教师讲授为主的“填鸭式”教学，转变为在教师指导下学生主动获取知识的“互动式”教学。PBL教学法正是以问题为基础、以学生为主体、以教师为主导的教学模式。它把教学重点放在创设学习情境、提供相关信息和引导积极思维，具有互动性、探索性和创新性的特点，符合现代医学教育“教为主导、学为主体”的教学理念，更有助于激发学生学习的积极性和主动性，提高学生分析问题和解决问题的能力，以及培养团队合作与沟通能力[8-9]。

人类发育与遗传学整合课程是我校借鉴哈佛大学医学院课程改革经验开设的整合课程。在哈佛大学医学院，这门课程是全程采用PBL教学法。由于我国医学院校学生的基础理论知识与哈佛医学生（毕业于生物系）差别悬殊，所以我们没有照搬哈佛医学院全程PBL的教学模式，而是在部分教学重点章节开展PBL教学法。这也是在我们的研究中，实验组和对照组学生考试总成绩比较差异无统计学意义的原因之一。但是，通过对考试试卷中病例分析题的比较，我们发现：（1）实验组学生得分率明显高于对照组，提示PBL教学法有助于学生分析问题和解决问题能力的提高。（2）实验组学生答题内容比对照组更广泛、更全面，提示PBL教学法有助于学生将知识点融合贯通，建立系统的分子医学理论。来自于问卷调查的结果也验证了PBL教学法在培养自主学习习惯、提高分析解决问题能力、培养团队合作等方面的作用。

当然，在PBL教学过程中也面临一些问题。个别学生习惯于传统的灌输式教学，缺乏自主学习的积极性而表现为不适应PBL教学模式。PBL教学法对教师的知识面、教学水平以及教学过程中角色的合理转变等提出了更高于传统教学的要求。上述问题的解决与完善将极大地促进PBL教学法的发展与应用，值得深入研究。

综上所述，我们认为，PBL教学法在人类发育与遗传学整合课程教学中是可行的。学生在学习基础理论后通过PBL教学不仅可以提高教学效果，还可以培养学生自主学习、分析解决问题的能力。

参考文献：

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第6篇：遗传学的研究方向范文

关键词　方向感；认知地图：空间表征；遗传影像学

分类号　B842

1　引言

一百年前，人类拥有了第一架飞机；一百年后，人类拥有了整个天空，并开始向外太空延展我们的足迹。我国继载人飞船成功发射后，正在为“天宫一号”空间站的建立积极地进行准备――预计在“天宫一号”发射之后，将相继发射神舟飞船，与“天宫一号”实现空间对接。这项事业，不仅仅是回应人类探索外世界的好奇心，而且也是对一个国家的科学技术和经济实力的挑战。在这个挑战中，我国心理学家必须就其所涉及的认知能力展开细致深入的研究，其中核心的认知能力之一就是方向感。例如，宇航员升空执行任务之前必须在天象仪室中熟悉星空图，找出自己将要飞行的路线，一旦载人飞船的自动导航系统出现故障，宇航员就必须自己操控，必须迅速地根据直接感知或仪表显示来判断自身所在的方位、外部客体的位置以及自己与外部世界的空间关系，并且在头脑中迅速形成自身当前状态的正确表象从而快速准确地操控飞船。这种及时形成空间表征并根据方向感采取相应飞行措施的能力，是选拔和训练宇航员的关键。另一方面，如何根据人类方向感的认知特点，合理设计空间站的布局，也需要心理学研究的支持。

方向感的重要性不仅体现在航空航天中，它与我们的日常生活也息息相关。例如，怎样在错综复杂的地形和纵横交错的道路中找到回家的路。怎样在商铺林立的街道中根据路标找到目标商铺的位置，怎样根据地图在陌生的城市旅行等等。因此，车站、机场、商场、住宅小区等建筑的设计规划都应参照人类方向感的特征。方向感对人们的日常生活和科技发展都有显著的影响，研究它不仅能使我们更好地了解人类方向感的基础成分、加工过程和神经机制，而且能进一步推进空间导航的研究与相关技术的开发，从而促进现代科技的发展和指导城市规划，最终提高国民生活质量。因此，方向感的研究日益受到重视，已成为认知心理学、神经科学、地理学以及人工智能等领域的重要课题(牟炜民，赵民涛，李晓鸥，2006；赵民涛，2006)。

迄今，认知心理学对方向感的研究已取得了大量成果。认知心理学家采用信息加工的观点对方向感本身的结构和过程进行研究，揭示了方向感的心理表征，即空间信息如何被获得、储存、加工和使用。近年来随着研究技术的发展，研究者们将脑成像、单细胞记录等技术引入到认知心理学中，发现了方向感的诸多心理过程的神经基础。所以，本文将主要关注认知心理学方面的研究，特别是应用脑成像等技术取得的一些最新成果。但值得注意的是，虽然心理学家们对方向感开展了大量研究，许多重要的问题至今仍然没有好的答案。例如，个体如何表征周围环境的位置信息、环境定路标的信息及环境的内在空间结构信息，个体空间表征的形成是由哪些因素决定并怎样受各因素的调节。

本文将根据方向感受损病人的研究、正常人的脑成像研究及行为学方面的考察，从人类认知系统中空间信息的输入通道、空间关系的表征以及空间信息的整合三个方面入手，深入探讨方向感的心理过程及其对应的神经机制，并通过总结比较方向感个体差异的研究和环境、训练、遗传等对方向感的作用来进一步探寻方向感的决定因素，为将来的研究提供一些思路。

2　方向感的认知结构

方向感，顾名思义，就是对当前方向的感知和确定，常常与对所处位置的确认及对周围环境关系的确定有关，主要体现为对行进线索的辨认、对所处方位的记忆以及对周围环境的认知，并调整自己以适应外界环境来获取自己的方位。早在1873年，Darwin就提出了方向感这一概念。至此以后，越来越多的科研人员开始了对方向感的研究，并尝试对方向感的概念进行精确定义，其中最具有代表性的就是1977年Kozlowski和Bryant这两位心理学先驱提出的定义：“对现阶段所处位置的意识及通过周围环境的关系来确定自己所在位置的方向的能力”。

从这个定义出发，后续研究者对于方向感的研究主要集中在以下四个方面：第一类是关注和研究方向感的组成因素，比如Takeachi(1992)通过问卷调查发现方向感包括方向意识和空间记忆两个主要因素，进而通过对方向感的因素分析来更具体地研究方向感的组成因素；第二类研究把方向感作为一种基本的人格特质或恒定的空间能力进行测量，主要是通过问卷量表来判定个体的差异，如圣塔芭芭拉方向感问卷(the Santa Barbara Sense of Direction Scale，SBSOD)(Hegarty，Richardson，Montello，Lovelace，& Subbiah，2002)；第三类是研究空间环境中方向感的具体行为表现，通过实地的行为实验发现不同个体的方向感的行为表现存在显著差异，具体表现为复杂环境中的原路返回、对沿途风景或路标的再认、对地形的描绘、对路途距离的估计及对视野外目的地方向的指认等能力的差异(comell，Sorenson，&Mio，2003；Li，2007)；第四类是神经机制的研究，借助fMRI等脑成像技术来探寻方向感的加工脑区，从而揭示方向感的内在表征(Epstein，Higgins，& Thompson-Schill，2005；Ohnishi，Matsuda，Hirakata，& Ugawa，2006；Wolbers，Hegarty,Buchel，& Loomis，2008)。

前人对方向感的定义和已有研究结果均表明方向感是一种复杂的心理过程，涉及感知觉、注意、学习记忆和思维决策。具体而言，方向感是一种定位当前位置和选择前往目的地的路线及方向的能力，包括对路标的辨认和记忆即对空间地点的表征，对路标间的空间关系的辨认和记忆即对空间关系的表征，以及对这些表征的整合进而确定自己位置和将要行动的朝向。这里，我们认为方向感的内部加工过程可以分为三个主要阶段：先是外界信息的输入，个体通过视觉和(或)本体感觉接受外部信息；然后是形成内部表

征，即由不同的脑区对输入的信息进行加工形成对路标的记忆和对运动路径的记忆，并根据这些路标和路径的记忆在大脑不同区域形成不同的空间关系的表征；最后这些表征会投射到更高级的脑区如联合区，并由这些区域进行整合，以供个体获得方位和朝向的信息、采取合适的行动。其中，内部表征有三种形式：最基本的表征是关于路标信息的表征，即对显著的、有路标作用的建筑物进行表征，并通过该建筑来引导个体的朝向和路线；第二种是自我参照表征(egocentric representation)，即以自我位置为参照标准来认识环境，物置是相对于观察者自己(如眼睛、头和躯体等)来表征的；另一种表征则为环境参照表征(allocentric representation)，即物置是相对于环境中其他物体(如标志性建筑、主要道路等)来表征的。

前人的研究使我们对方向感的认知结构有了大致了解，但是更多问题还亟待解决。例如，大量研究表明方向感存在显著的个体差异(Comell et al.，2003；Fields&Shelton，2006；Kato& Takeuchi，2003)，但个体差异究竟体现在哪个加工过程?此外，方向感的各个加工过程是否存在交互作用，如空间路标的表征是否有利于空间关系的形成，而空间关系的形成是否影响空间路标的选择?方向感的各个过程均受到多方面因素的影响，并且这些因素对方向感的影响程度也不同。我们认为要理解人类的方向感能力，就必须把各个过程整合起来，在一个整体的框架中进行深入的研究。就此，我们提出了方向感的认知加工模型(图1)。根据方向感的定义和方向感的内部加工过程表征及外在的行为表现，可知方向感主要体现为表征空间关系和辨认、识记路标两种方式，所以我们把方向感分解为空间关系的加工和路标信息的加工这两个认知过程进行研究。空间关系加工可以通过对个体环境参照表征和自我参照表征的测查来研究，路标信息加工则可以通过对个体路标识别和记忆能力的测量来考核。这样就能设计相应的行为实验对空间关系和路标信息分别进行测量，并综合测试研究结果从而全面考察方向感。基于该模型，我们可以对不同个体的方向感进行研究，并能具体分析个体的每一个加工过程，更好地理解方向感以及认识个体差异，从而科学地为个体设计相应的方向感训练策略。如运用到航空航天中，则可以利用此模型对每个宇航员进行详细的测试，并针对不同的空间环境进行相应的方向感训练。

3　方向感的神经机制

现在，大量行为研究发现不同个体的方向感存在显著的行为差异(cornell et al.，2003；Iachini，Ruotolo，& Ruggiero，2009)。方向感好的人在某一路线上行走几次后，就能准确地回忆起路标和路标间的相对位置。而方向感差的个体则往往需要更多的努力和更多次的熟悉线路才能记住路线(Iachin et al.，2009)。并且实验被试的自我报告也显示方向感差异显著的个体之间的空间参照框架和行走策略也不一样：方向感好的人能够很好地形成一个关于环境的认知地图，并能选择一个正确的行走方向，如向南或向北；而方向感较差的人则往往可能是以自己为参照来建构周围环境的空间关系，如自己的左侧或右侧，于是在其他线索缺乏的情况下，就很难根据自己的上下左右来确定在环境中的方位(Heth，Cornell，& Flood，2002；Jeanne Sholl，Acacio，Makar，&Leon，2000；Kato et al.，2003)。通过这些研究结果，我们可以看出方向感的加工不是单一的、自动的，而是涉及到很多的内部加工过程，需要一定的心理努力来进行定向和定位。这些内部加工过程和心理努力是方向感形成和运作的真正机制，但它们都发生在黑匣子(大脑)内，仅凭研究人们的外部行为是难以企及的。

随着脑成像和神经电生理技术的出现和发展，研究者们能够打开黑匣子，直接观察到大脑的活动，从而能更好地研究方向感的内部加工机制。利用脑成像技术，研究者已经发现在大脑中存在一些加工方向感信息的区域：Epstein，Harris，Stanley和Kanwisher等人(1998，1999)首先运用功能核磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)发现大脑的海马旁回中有一个特定区域对空间场景有较强的选择性，他们将这一区域命名为旁海马空间加工区(parahippocampal place area，PPA)；后来，MacEvoy和Epstein(2007)通过对比fMRI记录的被试在执行方向感任务和非方向感任务时大脑的活动，发现包括旁海马回(parabippocampus gyrus)在内，压后皮层(retrosplenial codex)、后顶叶和内侧顶叶(posterior and medial parietal cortices)等大脑区域在完成方向感任务时都有较强的激活。电生理方面的研究也取得了相当多的成果：Taube，Muller和Ranck(1990)在老鼠丘脑发现了对个体朝向有特异性反应的朝向神经元(head direction cell)；O’Keefe和Burgess(2005)发现老鼠海马中存在着对空间位置信息具有特异性反应的位置神经元(place cell)；Halting，Fyhn，Molden和Moser(2005)在老鼠大脑的内嗅皮层(entorhinal cortex)发现了支持空间地图表征的微观神经生理基础；Ekstroom，Kahana，Caplan，Fields，Isham和Newman(2003)运用颅内时间相关电位(EvenVrelated Potentials，ERP)与虚拟现实技术，在人脑中记录到了位置和朝向两种神经元的特异性活动。这些对动物和人类的研究极大地推进了人们对空间认知的神经机制的理解(Epstein，Parker，& Feiler，2007；Maguire，Burke，Phillips，& Staunton，1996)。

同时，对特定认知功能受损的脑损伤病人的研究也是我们了解认知过程的神经机制的一个有效渠道。近年来，对方向感严重受损的病人的研究极大地促进了对空间认知的神经机制的探索。如本文第二部分所述，方向感是一个复杂的过程，包括感知觉、注意、学习、记忆和思维等过程，任何一个加工过程的损坏都可能导致空间方向的迷失，即日常生活中所谓的迷路，程度严重的即为空间地形失认症(topographical disorientation)。空间地形失认症可能发生于以下四个层次：1)知觉障碍，尽管在一个很熟悉的环境中，仍然无法辨认路标；2)尽管知觉能力完好，但是对路标的选择和加工出现问题；3)尽管能很

好的感知并记忆路标，但是无法记住路标在空间中的位置；4)尽管对路标及其空间位置都能很好的感知并记忆，但是联合区域功能受损，无法整合空间参照表征和环境参照表征，并调整自己的朝向与选择的线路一致(Aguirre & D'Esposito，1999；Aguirre，Zarahn，& D'Esposito，1998)。空间地形失认症的这四种类型正好反映了方向感认知结构的四个主要过程。在这部分中，我们将基于方向感的脑成像研究和空间地形失认症的病人研究，从方向感的上述四个加工过程出发，来深入分析方向感的神经机制。

3.1感知觉输入

3.1.1本体感觉输入

方向感所涉及的本体感觉是指个体通过对自己行走过程中的运动速度、行走方向等的感知来推测自己所处的位置和行进的方向。当天黑等使得明显的路标获得比较困难时，可以通过对自己本体感觉的估计来推测行进方向；或者在简单的行走路线中，也可以通过对往左、往右等简单运动的感觉来推测自己的位置和行进方向。本体感觉信息的输入受运动系统、本体感觉边缘系统等的控制，这两个区域的受损都会导致个体对自我感觉的评估变差，从而影响方向感的正确判断(Yamamoto&Shelton，2007)。

3.1.2视觉输入(地形、建筑物)

方向感涉及对环境中的信息进行加工，所以要具备正常的方向感加工，必须有完整的视觉通路，通过视网膜、初级视觉皮层、高级视觉皮层等以获得环境中路标的信息。利用简单的运动行为信息来判断方向可能会造成比较大的误差，因而相对于本体感觉，更准确的方式是利用视觉输入，通过获得视觉信息中建筑物等路标的信息来确定自己所处位置与环境的关系。所以为了确保空间认知的顺利进行，最初的信息接收系统(视觉、触觉、运动觉等)必须运作正常，才能保证后期加工系统接受到的信息原本是准确可靠的。

3.2路标的选择和加工

路标的选择和加工是指对输入的视觉信息中的路标进行加工，并根据后阶段的空间表征对风景、建筑物等进行选择性的加工、储存，对于具有指示性作用的路标进行深层加工，然后把信息传递到联合区使路标和空间表征结合起来，以供个体判定自己所在方位。

关于方向感的路标加工过程，在病人研究中取得了较多成果。1945年Paterson报道了空间地形失认症的一种亚型――路标失认症(landmark agnostic)(Calton & Taube，2009；Epstein et al.，2007；Takahashi & Kawamura，2002)。患有这种失认症的病人无法对感知觉到的路标进行加工，无法再认或者回忆出路线上出现过的路标，不能使用明显的路标进行定向。这些病人也无法报告街道、房屋或交叉路口这样的地标。为了弥补这种缺陷，他们会选择注意邮箱或街道标志等细节来获取方位信息。虽然他们对于不同地点之间位置关系的信息保存的很好，可以画出不同地点之间的路线地图，但是他们的再认能力受损，阻碍了他们在真实世界中的路线执行。对这些病人的大脑结构扫描发现，与正常人相比他们的旁海马回和舌回(lingual gyms)区域有明显缺损，说明旁海马回和舌回参与了对环境中的路标信息的加工(Aguirre et al.，1999；Maguire et al.，1996)。并且Takahashi等人(2002)通过对不同环境下路标失认症病人的元分析发现：旁海马回右后侧部分的损伤会导致对新环境中建筑等物体的加工受损，而旧环境中物体的加工和再认能力的受损对应除了右侧旁海马回后部受损外，舌回后半部分及临近梭状回(fusiform gyrus)的部分脑区也受损；说明旁海马回与建筑物体的加工有关，而舌回等则与旧环境中物体的记忆和提取有关。且Epstein，DeYoe，Press，Rosenhe和Kanwisher(2001)报道的脑功能成像研究结果显示，右脑的旁海马回损坏的病人不能对新环境进行加工，会产生一种顺行性的路标失认症，但是对于受损前保存的信息仍然能够进行很好的加工，进一步说明旁海马回只涉及加工阶段而不涉及后续的高级皮层加工。

上述对脑损伤病人的研究更多的是来自对损伤大脑解剖结构进行的分析，而较少地对这些区域的功能进行探索。近年来，更多的研究开始专注于正常被试在加工路标时大脑的活动。例如，Owen，Milner，Petrides和Evans等(1996)利用正电子断层发射扫描技术(positron emission tomo-gramphy，PET)发现，当被试在物体一地点配对任务中，相比单一的地点或物体的记忆任务，旁海马回的激活增强显著，说明旁海马回和空间地点有关的风景、建筑加工有关。相继地，Epstein等人(1998)运用fMRI发现当被试注视风景等物体时大脑中的旁海马回激活明显增强，证实了旁海马回对加工风景、建筑等物体具有重要的作用。但是外部世界中存在着大量各种各样的风景、建筑，而在特定的环境下只有某些物体具有路标作用，那么大脑是否能选择性地表征作为路标的物体而不浪费心理资源加工非路标性的物体?为回答这个问题，Maguire，Frackowiak和Frith(1996)让被试处于虚拟的真实环境中，对比PET记录到的被试分别加工有路标作用的物体和没有路标作用的物体时大脑的激活，发现右脑的旁海马回的激活明显不同，说明右侧旁海马回对于空间环境中的物体进行了加工，且对具有路标作用物体进行了特异性的加工。且Epstein(2008)进一步研究发现PPA(包括旁海马回和舌回两部分)对于风景本身的加工较少，而对于与观察者所在位置、方向有关的风景加工较多，说明PPA的激活较少地依赖于刺激材料本身，而是更多地依赖于观察者是否利用该刺激来追踪路线，即PPA对环境中的路标物体进行了选择性加工。同样，通过虚拟迷宫行走研究，发现被试对具有指示性作用的物体(路标)和没有指路作用的物体之间的再认提取成绩不一样，且当呈现的物体在迷宫中具有指路性作用时旁海马回有明显的激活，说明大脑旁海马回能自动有选择性地加工具有路标性质的物体(Janzen & van Turennout，2004)。

除了旁海马回，还有一些其他的区域与路标的加工有关。右侧颞叶(right temporal lobe)对于空间的记忆，特别是回忆复杂场景内容和目标地点有重要的作用(Maguire et al.，1996)。另外，Epstein(2008)使用fMRI发现在再认、回忆等提取性的任务中压后皮层区域(retrosplenial cortices)有激活，说明压后皮层跟地标信息的提取有密切的关系。

从上面可以看出，对于空间中的物体，先由旁海马回选择性地加工具有路标指示作用的物体，然后右侧颞叶储存这些路标，舌回与压后皮

层则主要参与这些地标信息的提取。

3.3空间关系加工(策略和表征)

空间中的信息通过视觉输入等进入大脑，在经过大脑的初步加工后，这些空间信息以具体的客体表征形式存在大脑中，但各个物体在环境中的位置以及物体间的空间关系又是怎样表征的?通常，我们会用某种特定空间参照框架(经纬度、个体所在位置等)对物体的空间方位及与其他物体的关系进行描述和确定；同样，在空间方向感的记忆存储中，物体方位与空间关系的心理表征也会通过选择特定的空间参照框架进行。表征物置与空间关系的参照框架通常分成两类：自我参照系统和环境参照系统(Janzen et al.，2004；Burgess，2008)。在自我参照系统中，物体的位置是相对于观察者来表征的，如某物体在观察者的前后左右，所以随着观察者的运动，物体相对于个体的位置就会发生变化，其空间表征也就不断变化。而在环境参照系统中，物体的位置是相对于环境中其他物体(如标志性建筑、主要方向等)来表征的，如某建筑在东南方向，所以是相对恒常和不变的，物置与空间关系都被表征在记忆中，而且是持久和稳定的。在探路过程中，这两种表征的选择会受个体对线路的熟悉程度、所用的经验策略的影响，因此不同个体采用的策略不同，其空间关系的表征也相应的有所不同。

3.3.1自我参照的空间表征

自我参照的空间表征是以自己为参考点来对环境中物体的空间位置进行表征，如某物体在个体右边的多少米处。此类表征最典型的行为证据是：当要求被试从一组图片中选出某一特定建筑物的照片时，如果某张照片上建筑物的拍摄角度与个体之前习惯采用的观察角度相同，与其他角度相比，那么这张照片上的建筑物最容易被识别出来(Epstein et al.，2005)。自我空间表征包括：个体的本体感觉、头动和眼动，心理距离的表征，已走过路线的时空关系的表征(Janzen et al.，2004)。

自我参照空间表征受损的病人最早于1919年由Holmes发现，此后更多类似病例相继被发现。很多研究者也对这类病人进行了元分析，发现这些病人能够很好地再认和回忆路标，但是对于环境中物体相对于自己的空间表征却有明显的缺陷。最典型的症状就是无法估计物体与自己的距离，也很难确定物体相对于自己的方位，即这类病人无法建立以自我为中心的参照系统，因而无法完成进一步的对空间环境信息的加工(Aguirre et al.，1999)。且Wilson，Berry，Gracey，Harrison，Stow和Macniven(2005)对该类病人进行了一系列详细的行为研究，排除了该类被试因为其他能力受损而影响自我参照表征的可能性，证实的确由于无法表征路标相对于自己的位置，无法建构建筑物、目的地与当前所处点的位置关系而造成了方向感能力的缺损。

同时，对该类病人进行脑结构扫描，发现他们在顶叶皮层下后侧区域(posterior parietal lobe)有明显损伤(iAguirre et al.，1999；Aguirre et al.，1998；WenigeL Ruhleder,Wolf'Lange，& Irle，2009；Wilson et al.，2005)。与此一致的是，对正常被试的脑成像研究发现，在自我参照的空间任务中，顶叶(parietal cortices)有明显的激活(Nico&Daprafi，2009；Zaehle，Jordan，Wustenberg，Baudewig，Dechent，& Mast，2007)。可见，自我参照空间表征的关键区域是大脑中的顶叶部分。

3.3.2环境参照的空间表征

与自我参照的空间表征相对应的是环境参照的空间表征，即根据各个路标的位置形成稳定的空间关系并据此确定环境的主方向(东南西北)。Mou和McNamara(2002)进行的行为研究发现，当给个体呈现与周围物体角度相符合的图片时再认正确率显著高于与周围物体不匹配角度拍摄的图片，说明了环境参照的空间表征确实存在。而且对环境参照表征能力受损的病人研究发现，他们能够很好地辨认显著路标，也具各自我参照的空间表征能力，但这些病人不能用辨认的路标形成一个空间关系并找到行走的主方向，即不能形成空间关系的环境参照表征(Ekstrom et al.，2003)。

通过对这些环境参照的空间表征能力受损的个体与正常个体的大脑进行解剖学上的比较，发现他们在扣带回后部和海马受损。海马是记忆系统中最重要的结构之一，对于表征环境中某地点相对于其他路标的位置具有重要作用。研究发现，双侧海马损伤的病人在环境参照的空间任务中，对空间关系的回忆成绩很差，说明人类的海马对于环境参照的空间记忆有重要的影响(Parslow,Morris，Fleminger，Rahman，Abrahams，& Recce，2005)。除了海马，Moffat，Elkins和Resnick(2006)通过对被试进行虚拟条件下的环境参照任务实验，发现扣带回激活明显，说明环境参照的空间表征也受到扣带回的控制。另外，对内侧颞叶损伤的病人进行分析，发现他们常有顺行性遗忘症，主要表现为空间记忆的破坏(Maguire et al.，1996)。

为了进一步排除其他任务的干扰，单独研究环境空间参照的相关脑区，Zeahle等人(2007)通过环境参照路径的语言指导，让被试判断最后各物体间的空间关系，发现环境参照的空间表征激活了大脑的右侧顶叶和腹外侧的双侧枕颞叶及海马，说明人类的环境参照的空间表征受到大脑广泛区域的调控。

3.4自我参照和环境参照的整合

当空间信息被正确感知，特别是路标信息得到了充分的加工，以及自我参照和环境参照的空间表征都顺利完成后，一个关键的步骤就是在高级脑区对这些信息进行整合，把关于路标的信息、路标间的空间关系及路标与个体的关系整合起来，这样才能把信息输入负责思维、决策的脑区供个体进行路线的选择。

在现实生活中，行走过程中存在个体观察角度的变化和周围物体的相对运动，所以需要自我参照和环境参照的转换和结合(Burgess，2006)。其中，自我参照的空间表征与短时的信息整合和方向感判断有关，但长时和复杂的方向判断却是和环境参照的空间表征相关的(Burgess，2008)。Epstein等人(2005)的实验也发现，随着时间的推移，被试对于角度变换的风景图片的判断成绩明显提高，从单一角度的加工逐渐转为多角度的加工。所以，在进行复杂和长时的空间导航中，两种表征的相互转换和结合是顺利完成导航任务所必须的。且有些病人最常见的病症就是无法对自我参照表征的空间信息及环境参照表征的空间信息进行转化，例如，无法利用地图进行导航，或者无法根据地图指示确定某地点距离当前地

点的方位，也无法在地图上标示某点距离当前位置的角度偏向，这也进一步说明了转换整合对导航和方向感建立的重要性(Epstein，2008)。但是，在完成简单的导航任务时，自我参照和环境参照这两种表征是可以并行存在，相互分离而不需要转换和整合(Burgess，2006；Burgess，Spiers，& Paleologou，2004；Zaehle et al.，2007)。

进一步研究表明，这种整合能力和压后皮层等有密切的关系。Epstein(2008)观察到压后皮层受损的病人虽然各个过程对应的能力都完好，但还是无法进行正常的导航和路线寻找。进一步研究发现压后皮层参与的整合过程主要体现在以下两方面：第一，压后皮层能够调整个体的方向以适应环境表征的空间关系，关于这一点的证据是，Cho和Sharp(2001)在大鼠中发现压后皮层中存在保持头部朝向的细胞，当大鼠头的朝向与环境朝向一致时有强烈激活，而且信号的产生来自路标、本体感觉和个体运动等线索的结合(Owen et al.，1996)，同样在人类被试的研究中也发现压后皮层对于头朝向的调整有明显的激活反应(Maguire，2001)；第二，压后皮层是从后侧顶叶的自我参照空间表征到内侧颞叶的环境参照空间表征的过渡转换区域(Maguire，2001，)，典型的压后皮层受损的病人往往不能很好地在自我参照和环境参照的空间表征之间进行转换，比如完全不能用地图来标示他和某建筑物之间的空间关系或者不能在地图上标明他当前的位置，还有当要求他们在前进中进行某些方向变化时他们则不能很好地调整自我角度以跟随之前的行进路线，这种转变的困难也反映了他们导航能力的严重受损(Byrne，Becker，& Burgess，2007；Epstein，2008)。另外，来自前侧丘脑和背外侧额叶提供的头朝向和工作记忆的输入对于这种转变和整合也有非常重要的作用(Byrne et al.，2007)。

3.5方向感的神经网络结构

Aguirre等人(1999)指出，若要在空间中有良好的方向感和寻路能力，必须能够辨认及识记标志性的路标，确定这些路标和我们当前所处位置的空间关系，并利用环境参考系统确定前进的主方向，以使我们达到目的地。其中任何一种能力的缺失都将导致地形失认症。由此可见，方向感是一个连续的认知加工过程，每个过程都由特定的脑区调控，感知觉的输入、地标的选择与加工、空间关系加工以及自我和环境参照系统的整合这四部分既是方向感这一复杂认知活动的主要成分，也对应了该活动的四个阶段。这四个阶段分别是：首先，外界信息经视觉或本体感觉等感觉通道进入到大脑中；然后，这些由感觉系统获得的信息输入至旁海马回等区域，进行对环境中路标的选择性加工和记忆；之后，加工完的信息再分别传入负责进一步加工的后侧顶叶、扣带回和海马皮层，形成相应的空间关系表征；最后，压后皮层等脑区将自我参照的空间表征和环境参照的空间表征进行整合，整合后的信息再传入更高级的皮层，形成关于空间方向感的判断并指导行动。

从已有研究我们知道了方向感是一个对环境中的空间信息加工、运用多种表征和记忆方式、并且受多个脑区控制的复杂过程。但是，这些脑区如顶叶、颞叶等是如何相互联系、彼此影响，进而形成方向感加工的神经网络?它们如何协调使得方向感的各个加工过程完美结合以形成完好的方向感?要解决这些问题，必须把神经系统中加工方向感的各个区域联合起来进行研究，即采用神经网络的方法进行分析。

在动物研究中已经证明了方向感存在复杂的神经网络联结：通过对大鼠完成方向感任务时各个脑区的单细胞记录，发现大鼠中存在方向感的加工网络，而且后侧顶叶、新皮层(neocortex)、运动皮层(motor cortex)及边缘系统(associatedlimbic cortex)等之间存在广泛的神经联结，且方向感相关加工脑区中的“朝向细胞(head directioncells)”、“位置细胞(place cells)”的活动进一步为方向感网络结构的存在提供了神经结构基础(calton et al.，2009)。根据大鼠的神经网络结构，我们可以对人的神经网络结构进行类似的推测，且来自人类被试的研究也初步证实了方向感神经网络的存在。Maguire，Burgess，Donnett，Frackowiak，Frith和O'Keefe(1998)通过扫描被试在熟悉复杂的虚拟现实城镇中导航时大脑各个部分的激活，发现大脑中存在关于导航的网络联结：其中右侧海马的激活与个体是否清楚知道目的地位置并很好地进行导航有关，而怎样到达目的地则和右侧尾状核有关，大脑右侧的这两个区域的活动又和自我参照的空间表征有关，另外右侧顶叶与双侧顶颞叶的激活也有关。这些相互联系的脑区活动说明在人类大脑中可能存在一个广泛连接的网络来完成导航活动。并且Burgess(2008)在综述中报告顶叶与自我参照空间表征有关，压后皮层和顶枕叶对于自我参照空间表征和环境参照空间表征的过渡和转换有关，且初级及次级视觉皮层、躯体感觉皮层、额叶联合区及新皮层的感觉之间也存在联结，更进一步说明方向感确实存在一个神经加工网络(calton et al.，2009)。进而，来自Ekstrom等人(2003)的人体颅内单细胞记录发现在人类导航系统中存在神经元网络连接，类似于大鼠研究，他们在人体海马中发现对空间位置敏感的细胞，在旁海马回中发现对路标敏感的细胞，在前额叶和颞叶中发现对联结目标和地点兴奋的细胞，这些相应的细胞活动为人类大脑中相互联结的神经网络提供了基础，说明了方向感神经网络结构存在的可能性。

综上，基于大鼠神经网络结构以及人类的电生理研究，我们提出了方向感的神经网络结构(图2)。其中，压后皮层连接前顶叶和边缘系统并进行顶叶与海马空间信息的过渡，加工路标问路线的信息和朝向，提供一些拓扑信息促进海马和内嗅皮层对于空间距离和认知地图的形成。旁海马回、压后皮层、后侧顶叶和内侧顶叶等区域在方向感中具有重要作用，并且这些区域在大脑中形成相互联结的网络结构，但各个区域在方向感加工过程中的同步情况以及怎样相互影响，则有待进一步的研究。

已有研究大多关注的是自下而上的加工过程，而真正探路过程中涉及到许多自上而下的过程，比如个体对方向感路标的选择，已有的记忆对方向感加工的作用，道路前进中网络结构的加工更新，以及对各种表征之间调控的选择等等。研究这些问题不仅有助于我们理解方向感的加工，而且对指导实际生活也大有裨益，如对方向感差的个体采用怎样的训练方式能提高其方向感，以及不同建筑物采用什么设计方式能更有利于人们的导航等等。

4　方向感的影响因素

在日常生活中，经常有人抱怨自己的方向感不好，尽管他们有意识地对自己的方向感进行训练，但还是经常迷路。方向感的性别差异就是最典型的例子之一，大量研究表明男性和女性的方向感存在质上的差异(coluccia，Iosue，& Brandimonte，2007；Jeanne Sholl et al.，2000；LOvd6n，Herlitz，Sehellenbach，Grossman-Hutter，Kruge，& Lindenberger,2007)。在熟悉的环境中，女性反应比较快，且能很好的根据突出、明显的路标进行定向；而在陌生的环境中，男性的方向感则比较好，他们能对整个环境的关系进行分析以获得自己当前的方向(colueeia et al.，2007；Jeanne Sholl et al.，2000)。与行为研究相一致，脑成像的研究也发现了方向感在性别上的差异。不同性别的人在进行方向感加工时调用的脑区不一样：在复杂的环境中，男性的左侧海马相对女性激活强度更大，而女性的右侧顶叶激活相对男性更强(Gron，Wunderlich，Spitzer，Tomczak，& Riepe.2000)。这些脑区激活和应用不同策略进行导航时激活的脑区相一致：男性倾向于用整体认知和确定的空间主方向进行方向感加工，而海马在加工地点和路线时的激活正好反映了对环境线索的整合及对几何形状的加工以形成相对稳定的认知地图；而女性倾向于用路标并根据自我参照来对空间进行加工，顶叶负责加工的则正是路标记忆等信息(Chien-Hsiung Chen，Chang，& Chang，2009)。可见，方向感作为一种个人的基本能力，确实存在显著的个体差异并存在加工区域的不同，但这种差异是由什么原因导致的?现在普遍认为人的认知能力和性格是由遗传和环境两方面决定的，方向感也不例外。在这一部分，我们将根据现有的研究结果，从环境和遗传两个方面来探讨导致个体方向感差异的因素。

4.1环境与训练

人是社会性的动物，一生都处在社会之中，时刻都受到周围环境的影响，不同的生存环境会对个体的方向感产生不同的影响。其中Berry(1971)发现，人的空间能力会受到生活经验和文化背景的影响。例如，狩猎文化与空间技能的关系密切，原始狩猎民族在到处环境类似的森林或草原中仍总能返回住处，这种从小的生活经验对他们方向感的提高有很大的作用。一个人在任何地方、任何时候，或多或少、有意无意都会受到固有文化的影响，其行为也总带有自己文化的烙印。例如，西班牙Barcelona族的人用“面向大海”，“朝向大山”等来制定他们方向感的主方向，而其他的部落则根据他们自己的文化背景来确定他们方向感的主方向，这些文化的差异直接导致了个体方向感的不同(Fleteher-Janzen，Strickland，& Reynolds，2000)。

另外，训练对于方向感也有显著的影响(Hund&Nazarczuk，2009)。在Maguire，Gadian，Johnsrude，Good，Ashburner和Frackowiak(2000)的研究中发现，出租车司机的海马等与方向感相关的区域的体积显著大于其他人，且他们在方向感问卷中的得分也明显高于其他人，说明日常训练确实对方向感能力的提高有显著作用。且Epstein(2008)发现，当单侧的压后皮层受损后，病人的空间能力急速下降，尽管他们可以再认出房屋建筑，也能确定他现在所处的位置，但他不能从中获得关于该点相对于其他地点的方向等信息。但有趣的是，如果通过训练，若干个月后，病人则可以渐渐恢复这种空间能力，这进一步说明了良好的训练使得对应的对侧脑区功能增强从而弥补了该侧脑区功能的损失(Epstein，2008)。可见，训练和环境对个体的方向感有显著的影响，长期在地形难辨的环境中活动、鼓励户外活动的文化和良好的导航训练都能提升人们的方向感。

4.2遗传

行为遗传学的研究已证实了人类大多数的心理特质都具有中等程度的遗传，特别是认知能力，遗传对其的影响非常重要(Boomsma，Busjahn，& Peltonen，2002)。方向感作为认知能力的一种，我们猜测遗传对它也有一定的影响。当前，动物遗传学的研究和人类双生子的研究也都证实了我们的猜测。

通过标准交叉连锁分析，即让方向感能力强和方向感能力弱的大鼠正反杂交，然后分析杂交产出的第一代大鼠的方向感的性状分离，发现位于x染色体上的基因能影响大鼠的空间导航能力，说明存在独立的基因决定着动物的空间导航行为，其中x染色体上基因的不同导致雌雄大鼠的表现型概率不一样，这可能是导致雌雄大鼠方向感差异的原因(Boles，1980；Ruiz-Opazo & Tonkiss，2004)。迄今，在动物中找到了两个主要影响方向感的基因。一是BCL-2，该基因通过影响中枢神经细胞来影响方向感的整个加工网络(Rondi-Reig，Lemaigre-Dubreuil，Montecot，Muller，Martinou，Caston，2001)。研究者们让BCL-2基因在大鼠中过量表达，发现大鼠的方向感中的环境参照表征受到严重影响，无法利用路标等形成空间关系，无法形成认知地图，还无法调整头朝向与路线一致。二是S100β，多项研究一致发现S100β对方向感的调控作用十分显著。敲除大鼠的S100β基因后其海马的突触可塑性增强，在随后的迷宫任务中发现大鼠的与海马有关的空间学习和记忆能力上升(Nishiyama，Knopfel，Endo，& Itohara，2002)。而Gerlai，Wojtowicz，Marks和Roder(1995)在研究中发现携带大量人类S100β基因副本的转基因老鼠呈现出了异常的探索行为和突触进程并导致了海马机能障碍，使方向感能力下降。

动物遗传学的研究使我们推测人的方向感可能也受到基因的调控。关于遗传对人类方向感的作用，更为直接的证据来自双胞胎的研究。Polk，Park和Smith(2007)对24对同卵双胞胎和异卵双胞胎进行了研究，通过比较发现当让双胞胎们回忆电脑屏幕上呈现的人脸、地点、房屋、物体以及一些生造出来的单词(这些单词可以读但毫无意义)时脑区的激活不同，在回忆地点时，同卵双胞胎的大脑活动模式的相似程度高于异卵双胞胎，但是在回忆物体和单词时则没有这样的差异。这一结果表明，人们对地点的记忆能力受到遗传的影响。Polk表示，人们对地点的识别能力的继承符合人类生存发展的需要，是在人类进化过程中经过自然选择进入遗传基因的。因为方向感的加工离不开路标的识别能力，而人们对于地点的识别能力会受到遗传的影响，由此可见个体的方向感确实会受到遗传的影响。

综上所述，方向感受到遗传的调控，一种可能的方式是基因通过影响大脑中某些区域的结构与功能来对它们参与的方向感加工过程进行调制。基因正常的表达可以说是个体具有正常方向感的前提，但基因是如何来调控方向感的加工过程则有待进一步的研究。

5　展望

目前的研究只能说明遗传会影响方向感，但尚无研究报道遗传对人类方向感的影响是如何实现的，即有哪些基因在调控方向感、它们的作用又是如何表达的。所幸的是在动物的基因研究中已发现了一些调控方向感的基因和受体，这就预示着人体中可能也存在相对应的基因对方向感进行调控，这为研究者们研究人类方向感的遗传机制指明了方向。

研究人类方向感基因的主要方式之一，是研究先天性的认知缺陷患者、高危基因携带人群与发育异常导致的空间能力严重受损的个体。首先对比这些个体和正常个体的基因型及其表达，然后根据基因型或蛋白质浓度的异常，特别是影响与空间能力相关脑区的基因或蛋白质的异常，推测出可能调控方向感的基因，并进一步通过动物的基因实验、人类基因的数量性状连锁分析等方式进行验证。例如，逐步神经退行性疾病(如阿尔茨海默症，Alzheimer Syndrome)个体的S100p蛋白浓度显著高于正常人；同时，阿尔茨海默症最先出现的症状就是方向感的受损：并且病人最先受影响的脑区是海马、顶叶和内嗅皮层，而这些区域对于空间信息的加工有重要的作用(Peskind，Griffin，Akama，RasMnd，& Van Eldik，2001)。且通过阿尔茨海默病人和正常人的比较，发现该类病人在海马中的S100β蛋白明显增多，而海马对于空间学习和方向感又有很重要的作用，所以可以进一步推测S100β对于人类的方向感作用显著，这点在我们实验室的相关研究中也已取得初步证明。

第7篇：遗传学的研究方向范文

关键词：计算机辅助教育；遗传算法；组卷系统

中图分类号：TP399

学校最繁忙的工作莫过于对全体学生的学习能力的检测，这务必需要出无数试题，组无数套卷子，策划不同的试题方案，而其中对知识点控制又是重中之重。随着学校规模的扩大，需要的组卷就越来越繁多，如果完全依靠人工来控制，难免会出现一些错误和人力资源的浪费和组卷中相似试题的重复和知识点的重复，以至于不能全面地考查学生对所学知识点的掌握。本设计开发一个算法，通过计算机编写、运行程序，智能地对题库中的试题进行检索、分析、组合、去重。依靠该设计可以方便的管理周口师院学生的期中、期末以及各种大小型考试的各科试卷的各种题型的分布比率。大大减少了错误出现的几率和人力资源和纸张的浪费，同时对学生起到查缺补漏、全面考核的作用，并且大大缩短了组卷试卷，提高了组卷质量，从很大程度上减轻教务工作人员和组卷老师的负担。

本课题旨在设计开发一个组卷系统，通过计算机编写、运行程序，智能地对题库中的试题进行检索、分析、组合、去重，使系统对试题在组卷时能够使知识点分数分布达到要求，以达到有效去重的目的。

1 系统分析与设计

1.1 遗传算法。遗传算法的正式研究始于1975年，由美国Michigan大学的Holland教授及其学生实行的。遗传算法成功借鉴孟德尔遗传学说中的基因遗传原理与达尔文进化论中的适者生存、优胜劣态的原理，是一种随机全局搜索的并行化优化算法。

遗传算法对求解的问题一无所知，它是从问题的解空间中一个种群开始的，而种群则是由一群个体组成。在求解时，遗传算法首先进行种群初始化，即产生一定数目的父个体，计算父个体中每个个体的适应度值，此时父代即产生了，将父代置于问题的解空间。通过设计的函数计算每个个体的适应度值，适应度较高的个体说明较适应环境，反之，说明不适应环境。遗传操作从父代中选择较适应环境的个体参与交叉、变异过程，从而产生更好的个体，此时的这些个体称为子代。这样，一代一代的进化，直到收敛到最适应环境的个体为止。选择、交叉和变异是遗传算法中的三个基本操作。

1.2 组卷系统功能模块分析与设计。组卷系统应具有用户管理、题库管理、组卷、试卷管理等功能，面向的用户主要有系统管理员、考试决策者、教师。系统管理员指组卷系统中可以管理用户、维护数据库、课程维护等；考试决策者指考试的决策者，一般为院系领导，可以进行组卷与试卷管理，考试决策者也可以是经系统管理授权的教师用户；教师负责所教课程的课程章节维护、题目类型维护、试题维护等，一般为该课程的任课教师，若经系统管理员授权，某些教师用户可以有双重身份，既是教师用户，又是考试决策者。

组卷系统根据需要划分为系统管理、题库管理、试卷管理、系统帮助功能。

组卷模块是整个组卷系统的核心，组卷过程采用交互方式，即用户输入各种组卷的约束条件。（1）考试相关信息设置。组卷用户进入课程选择界面，选择将要进行组卷的课程。选择相应的课程后，进入该课程的操作界面。（2）设置组卷各约束条件的权重比例。本组卷系统采用遗传算法进行组卷，其中适应度函数的设计采用的是权重系数法，系统对各约束目标的相应权值有相应的默认值，但组卷用户可根据需要做相应的更改。组卷算法流程图如图1所示。（3）对输入的约束条件进行检测。本系统组卷前对用户提出的约束目标进行检测，并提出相应的修改意见，这样可进一步减少组卷过程出现错误或组卷失败的可能，提高组卷的工作效率与成功率。（4）进行组卷。如果约束条件检测无误，则用户可以点击组卷按钮进行组卷。

图1 组卷算法流程图

1.3 组卷系统数据库设计。本组卷系统的数据库设计的原则是：试题库实现动态维护，可以对题型、试题等及时的添加、修改、删除；题库中的题量应足够大，试题的类型比例、知识点比例、难度比例等均应分布合理，为组出好的试卷提供基础；题库设计还应考虑组卷采用的算法，便于组卷算法的实现。

由于本系统在利用遗传算法对组卷问题进行设计时，编码时采用的是按题型进行分段实数编码，因此，进行题库设计时，将所有试题按题型进行存储，各题型表中存的是同一题型的试题。

数据库中的选择题表、填空题表、操作题表、程序设计题表等均为存储不同题型试题的表，为了叙述方便，本文将它们统称为试题表。试题表主要是对试题信息进行描述的表。试题表的设计是最重要的，试题表在设计时要能反应每道试题的特征属性与试题内容本身。在对试题表进行设计时，应在保证组卷质量的前提下，尽量使试题的特征属性简单、合理，且保证试题的完整性及使用试题时能够响应迅速。

2 去重功能的设计与实现

在本系统中客观题的组卷根据用户提出的知识点（也可叫章节-知识点）分布要求，直接抽取符合要求的试题组出试卷。但一道题可能涉及多个知识点（即涉及多个章节），且题目的叙述也有可能相同，因此，本系统中采用将组出的试卷中的试题在生成试卷的基础上做修改。在组卷系统中由教师手工完成，试题去重的基本思想为：（1）在组卷系统中，由教师控制各章节试题所占的总分值；（2）抽取第一道试题，显示该试题各章节所占的分值，然后系统将用户设定的各章节的分值与根据该题中各章节的分值相减，如果达到要求，则结束，否则，转（3）；（3）抽取第二道试题，继续做（2），直到满足要求或成为负值，则转（4）；（4）最后由教师将试题的分值做调整，以满足试卷的满分值。

3 总结

本文在分析国内外大量文献的基础上，通过查阅国内外文献，了解各组卷系统所采用的组卷算法并进行比较，确定本组卷系统所用的组卷算法，分析了组卷系统要实现的功能需求，确定本系统的题库设计方案，最后利用遗传算法完成了组卷，在组卷中解决了试题去重问题。

参考文献：

[1]王宇颖，陈振，苏小红.自动组卷中试题去重技术研究[J].哈尔滨工业大学学报， 2009（1）：1-10.

[2]谢志强.题库系统中试卷生成与分析的研究[D]. 湘潭：湘潭大学，2005：3-8.

[3]梁兴建.程序设计类大学课程的智能组卷策略研究[D].西安：电子科技大学，2009：3-10.

[4]唐玲.改进的遗传算法在智能组卷系统中的应用研究[D].大连：大连交通大学，2008：1-120.

[5]A Kong，D Zhang，M Kamel.Palm print identification using feature level fusion[J]，Pattern Recognition，2006，39（3）：478-487

[6]杨路明，陈大鑫.改进遗传算法在试题自动组卷中的应用研究[J].计算机与数字工程，2004（05）：10-22.

作者简介：张栋梁（1982-），男，硕士，主要研究方向：计算机应用与人工智能；陈森（1985-），男，助教，河南周口人，研究方向：多媒体技术与信息处理。

第8篇：遗传学的研究方向范文

本文的主角――南开大学泰达学院邓新教授，是国内病原细菌致病机理研究方向的杰出代表，长期致力于此项研究，逐渐成长为微生物领域的“领跑者”。

业精于勤，行成于思

业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。邓新教授于1979年出生在湖南省韶山市，于1997-2004年在中国农业大学攻读学士、硕士学位；2004-2009在美国堪萨斯州立大学获得博士学位；2010-2015在美国芝加哥大学从事博士后研究；2015年9月，36岁的邓新博士回国担任南开大学泰达学院教授，从事致病性细菌的致病机制相关研究。

邓新博士在病原菌致病机理方向取得了系列性成果，发表 SCI 收录文章 31 篇，其中以第一作者或通讯作者身份在Cell Host Microbe、PLOS Biology、Nucleic Acids Research等权威杂志上发表12篇高水平文章。主要包括：

铜绿假单胞菌是医院内引起感染最多的病原菌之一，它的一个重要特性是对许多抗生素具备很高的内在抗药性，使其成为难以治疗的病原菌。在铜绿假单胞菌中，其致病性和耐药性受到群体感应系统的严格控制，理解该系统的分子机制，可用于筛选新型抗菌药物的靶点，已经成为目前微生物学和医学中研究的主要课题。邓新教授对多个重要调节子的调节机制做了深入研究，利用组学、生物化学、遗传学的手段，系统而精细地解析了多个重要毒力调节子的分子调控机制，为寻找新的药物靶点奠定了坚实的理论基础。

丁香假单胞菌是农作物的主要病原菌之一。目前丁香假单胞菌已经在世界各大作物产区蔓延，给世界农业带来巨大的经济损失，促使国内外专家学者对该菌展开了深入研究。邓新教授在丁香假单胞菌与植物相互作用研究方面，通过构建转座子突变库筛选到多个影响丁香假单胞菌三型分泌系统激活的基因；解析了这些基因控制细菌致病性的分子调控机制，提供了多个抗菌靶标基因。

第9篇：遗传学的研究方向范文

关键词：PID控制；遗传算法；Matlab仿真

0 引言

PID控制作为最早实用化的控制算法已有70多年历史，现在仍然是控制系统中应用最为普遍的一种控制规律。它所涉及的算法和控制结构简单，实际经验以及理论分析都表明，这种控制规律对许多工业过程进行控制时， 一般都能得到较为满意的控制效果。随着控制理论的发展，尤其是人工智能研究的日趋成熟，许多先进的算法理论逐渐被应用到传统的PID控制中，并取得了更为优越的控制效果。本文就以传统PID控制和遗传算法理论为基础，简述了基于遗传算法整定的PID控制基本理论和方法。

1 PID控制

通过将偏差的比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative）进行线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，这种控制方法叫做PID控制。在自动控制发展的历程中，常规PID控制得到了广泛的应用，整个控制系统由常规PID控制器和被控对象组成，根据系统给定值r（t）与实际输出值y（t）存在的控制偏差e（t）=r（t）-y（t）组成控制规律。PID控制器将偏差e（t）的比例-积分-微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其基本控制规律为

式中，Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，u（t）为控制量，e（t）为偏差。

2 遗传算法基本操作

遗传算法，简称GA（Genetic Algorithms），是由美国Michigan大学的Holland教授于上世纪六十年代率先提出的一种高效并行全局最优搜索方法。遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和孟德尔遗传学机理的生物进化过程的计算模型，它将“优胜劣汰，适者生存”的生物进化理论引入优化参数形成的编码串联群体中，按所选择的适配值函数通过遗传中的复制、交叉和变异对种群个体进行筛选，并保留适配值高的种群个体，组成新的群体。新的群体既继承了上一代的种群信息，又包含有优于上一代的个体信息，这样周而复始，种群中个体的适应度不断提高，直到满足一定的特定条件而停止运算，从而得到最优解。

遗传算法的关键技术包含以下几个方面：

（1）遗传编码：遗传算法的编码方式主要有二进制编码、十进制编码、实数编码等。二进制编码是比较常见的编码方式，它将解空间编码成二进制串，然后对其进行遗传算法运算，二进制编码既符合计算机处理信息的原理，也方便了对染色体进行复制、交叉和变异等操作，但它通常都需要进行参数进制转换，需要对高维参数进行编码时很难平衡编码长度和变量精度之间的关系，算法的执行效率也是一大问题。实数编码将问题的解用一个实数来表示，解决了编码对算法精度和存储空间的影响，精度高，便于大空间搜索，适于高维复杂优化问题。

（2）适应度评估：遗传算法依照与个体适应度成正比的几率决定当前种群中各个个体遗传到下一代群体中的机会，个体适应度大的个体更容易被遗传到下一代，而用来衡量个体适应度大小的函数则被称为个体适应度函数。为正确分析遗传概率，通常要求所有个体的适应度必须为非负值，因此需要确定由目标函数到个体适应度值之间的转换规则。

（3）遗传算子：遗传算法的遗传算子主要包括选择算子、交叉算子和变异算子。选择算子是指从当前种群中根据“优胜劣汰、适者生存”的自然原理，选择适应度值高的个体以产生池的过程。选择的主要目的是避免有效基因的损失，提高全局收敛性和计算效率，通常使用的方法有适应度比例法、期望值法、排位次法等；交叉算子是指将两个父代个体的相关染色体的特定基因，加以重组排列出新个体的过程。交叉算子是遗传算法的核心，并决定遗传算法的收敛性和、，可提高算法执行过程中的优化效率，常用的交叉运算方式有单点交叉、多点交叉和均匀交叉运算等；变异算子是指以一定的概率模拟自然界生物进化中染色体上某等位基因发生的突变现象，从而改变遗传基因的过程。若只有选择和交叉，而缺乏变异，则有可能使进化过程在早期就陷入局部解而进入终止过程，造成算法的早熟收敛，变异操作一定程度上克服了这种情况，有利于在尽可能大的空间中获得质量较高的优化解。

（4）算法参数：遗传算法运行时有几个参数需要在种群初始化或者种群进化过程中进行合理的选择和控制，主要包括个体编码长度l、群体规模M（一般取20～100）、终止进化代数G（一般取100～500）、交叉概率Pc（一般取0.4～0.99）和变异概率Pm（一般取0.0001～0.1）。

3 基于遗传算法的PID控制

在传统的控制理论当中，PID控制的好坏主要取决于三个控制参数调节的好坏，而遗传算法的出现则提供了一种优化参数调节的可行方法。利用遗传算法对PID控制参数进行寻优并寻找合适的控制参数，使得设定的性能指标达到最优化，这就是基于遗传算法的PID控制的基本思想。

选取被控对象为二阶传递函数，采样时间为1ms，

采用10位二进制编码方式，样本群体规模为M=30，终止进化代数G=100，交叉概率为Pc=0.60，变异概率为Pm=0.001，进行Matlab仿真实验，其阶跃响应如图1所示。

4 结果讨论

由Matlab仿真实验结果可见，基于二进制编码遗传算法的PID控制阶跃响应过渡平稳，能快速达到控制要求，控制效果较为优良。根据遗传算法的特性，在实际应用中通过改变编码方式、交叉变异概率、样本数量及终止进化代数等参数都能显著影响到控制效果，这也为进一步提升遗传算法的优化方案指明了发展方向。

参考文献

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