生物信息学的理解精选(九篇)

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第1篇：生物信息学的理解范文

一、高一新生物理学习产生困难的原因

学生学习高一物理产生困难的原因是多方面的，主要包括教材因素、学生因素和教师因素。

1.教材因素

（1）从定性思维到定量思维的变化。初中教材大部分只要求初步了解，只作定性研究，高中则要求深入理解，作定量研究，教材的抽象性和概括性大大加强。例如在“弹力”这一问题上，初中教材中，先通过学生对日常生活经验的感性认识，介绍弹性、塑性、弹性限度，再通过压尺子、拉弹簧，感受到这些物体对手有力的作用，从而提出这种力叫弹力。至于“什么是弹力？弹力是如何产生的？弹力的大小、方向和作用点又是怎样的？……”初中物理课本中没讲，也不做任何要求，而高中物理则要求学生必须扎实掌握。

（2）从形象思维到抽象思维的变化。初中物理教学大多以生动的自然现象和直观实验为依据，学生建立物理概念和归纳物理规律基本上是通过形象思维来完成的，对抽象思维能力要求不高。一旦进入高中，物理教学则从形象思维向抽象思维过渡，对学生的思维能力要求更高。如高一的质点、轻杆等理想化模型，匀速运动、匀加速直线运动、匀速圆周运动等理想化运动过程，这些对习惯于形象思维的学生来说，往往感到模型抽象，不可以想象。至于高一物理教材中静摩擦力的方向、加速度的概念、力的合成与分解中的矢量问题更要求学生有较强的抽象思维能力。

（3）从标量到矢量的变化。初中大多数物理量是标量，标量运算是代数运算，即使是矢量的问题也只限于知道和了解层次，矢量运算也仅限于一条直线上。进入高中，矢量问题就成了物理内容的一个体系问题，矢量运算更是一个难点，尤其是不在一条直线上的矢量运算，需要相当长时间的训练，才能提高学生运用数学知识进行矢量运算的能力。另外，矢量运算常常要用到三角函数的知识，而这一知识要到高一下学期数学教材中才能学到，可见，学科之间的不衔接也加大了矢量运算的难度。

（4）从静态到动态的变化。初中的计算，只是根据公式代入已知的“量”来求未知的“量”，所进行的变量讨论和分析与“函数”结合不紧密，主要是静态的。到了高中，“公式”已经变为“函数式”了，“量”“数”演变为“变数”“变量”了。特别值得注意的是，新教材速度公式中vt的下角标的t去掉了，变为v=v0+at，为的是更加强调它的动态性。另外很多与时间有关的物理公式，都表明某物理量是时间的函数，随着时间的变化而变化，如x=v0t+at2，x=Asin（wt+φ），而且这些变化规律还往往是非线性的，为了让学生突破这一从静态到动态的飞跃，相应的数学知识是非常重要的，可是有些数学知识跟不上物理的教学进度，这也增大了高一物理学习的难度。

2.学生因素

升入高中后，学生会出现两种极端情况。一种是有相当部分的学生如释重负，过分地放松自己，导致学习目标不明确，学习成绩一落千丈。另一种是部分初中物理成绩优秀的学生，一开始学习积极性很高，不但囫囵吞枣地把高一教材提前通读一遍，而且还买了不少参考书，盲目地乱做习题。但是当通过几次考试后，发现自己的成绩总是很低，由于没有一定的心理准备，加上又不了解物理学科在高中阶段的特点，不能客观地认识自己的学习能力，初进高中的学习热情突然被无情的分数浇灭。

3.教师因素

高中物理教师大部分没有经历过初中物理教学，对初中物理教材研究不够，而部分高一物理教师又是刚刚从高三下来，教学往往以高三的标准要求学生，这样人为地抬高了初中、高中衔接的台阶。另外，家长和社会过于注重孩子的学习成绩，会导致学校将学生成绩作为对教师考核的唯一指标，于是有些高一教师一味地将教学内容加深、加难，在初始阶段就要求学生一律达到高考水平。这种深、难、急的教学要求，严重地阻碍了学生对基础知识的学习和基本技能的训练，从而挫伤了学生学习物理的积极性和自信心。

二、高一教师物理教学应该采用的策略

明白了问题的症结所在，那该如何解决初中、高中物理教学的衔接呢？

1.研究教材，明确初中、高中的衔接知识点

作为高一的物理教师应该熟悉初中教材和高中教材，明确衔接的知识点，使学生利用旧知识同化新知识，以便减缓初中、高中知识衔接的坡度。

如初中《 物理 》与高中《 物理 必修1 》的知识相比较，对应衔接的主要知识如表1所示。

不难看出，高一物理刚开始的部分内容绝大多数都是在初中物理基础上的进一步扩展。因此，高一物理教师要仔细研究初中教材和高中教材的相关内容，找出对物理问题的语言表达、研究方法、思维特点等方面的差别和内在联系，用学生学过的比较熟悉的知识进行铺垫和引入，使他们感到自然和亲切，从而减少学生物理学习的困难。

2.灵活多变，教学方式多样化

初中的课堂教学，气氛活跃，形式不断变换，这是符合这一年龄段学生的心理和生理特征的。教育心理学告诉我们，人的“注意”是有时间限度的，超过限度，注意力下降，兴趣疲劳。一般而言，初中生注意力的持续时间不超过10分钟，而高中生虽然注意力持续时间会长一些，但是节节课都是一种形式，就会导致学生的注意力下降，学习效率低下，严重影响学习的效果。所以灵活多样的教学方式，有利于学生集中注意力，而且各种教学方式有各种教学方式的功能。比如让学生自学，培养学生良好的学习行为和学习习惯，强化学生在学习中的主体地位；让学生独立思考，培养学生解决问题的能力，提高推理、分析、判断能力；让学生讨论，培养学生的语言能力，增强交流意识，提高学生的人际交往能力；让学生听教师讲，培养学生虚心好学的品质，提高学生的接受能力；让学生探究，培养学生的创新精神，提高学生的动手能力。

3.循序渐进，采用“梯度式”教学进程

所谓“梯度式”进程是在新课的教学中，教师应掌握各阶段的教学要求所能达到的水平，加强基础知识的教学和基本技能的训练，不能一步求成。这里有二层意思，第一，在知识的理解上，要循序渐进。例如，在讲重力加速度g（g=9.8m/s2）时，要跟学生在初中学过的重力与质量的比值g（g=9.8N/kg）联系起来，说明它们其实是同一个物理量，只是在理解上加深了；在学了牛顿第二定律和万有引力定律以后，要进一步指出，重力加速度g还是一个动力学物理量，甚至可以理解为是重力场强度。第二，在问题的解答上，要层层加深。例如，物体放在水平面上，受到一个斜向上的力的作用，求水平面受到的压力。由于在初中学生的头脑中水平面上的物体的压力就等于重力的思想根深蒂固，多数学生很难正确解答上述问题。那么，在学过求滑动摩擦力和物体的加速度以后，仍然要对上述物理模型反复练习，让学生有一个逐步加深理解的过程。

4.加强实验，激发学生学习物理的兴趣

高一物理教学如何培养学生的学习兴趣，如何使学生的学习兴趣持久，关键是要加强物理实验教学，做好物理探究实验。物理实验形象生动，富有动手操作和探索因素，迎合了学生的心理特征，是学生吸收信息最有效的一种形式，能触发学生心理活动的潜力，增强学生学习的积极性。因此，在高一物理教学中，应尽量给出一些具体直观的感性材料，强化学生对于概念、规律等的理解，帮助学生由直观形象思维向逻辑抽象思维过渡。例如，研究斜面上物体受到重力的分解，可以把物体放在海绵上，通过对海绵压缩的程度，来判断正压力跟斜面倾角的关系。又如，在学习“自由落体运动”时，学生往往认为重的物体比轻的物体下落得快，当学生看到小纸片与硬币在抽成真空的牛顿管中同时落地时，他们感到惊讶，同时也激发了他们的学习兴趣和求知欲望。

第2篇：生物信息学的理解范文

生物信息学主要由基因组学、蛋白质组学、系统生物学、比较基因组学、计算生物学等学科构成，主要涉及的内容有生物数据的收集、存档、显示和分析，体外预测、模拟基因及蛋白质的结构和功能，对生物的遗传基因图谱进行分析处理，对大量的核苷酸和氨基酸序列进行比对分析，确定进化地位等。从生物信息学的概念及其涉及的内容中可以明确生物信息学不是一门独立的学科，所以要求教师在教学过程中掌握多领域的知识和技能，才能较好地把握该课程。

1．高等数学和统计学基础

生物信息学将数学和统计学作为主要的计算理论基础，主要包括数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面。此外还包括隐马尔科夫链模型(HMM)在序列识别上的应用，蛋白质空间结构预测的最优理论，DNA超螺旋结构的拓扑学，遗传密码和DNA序列的对称性方面的群论等。因此，在生物信息学教学过程中要求教师具备数学及统计学的计算方法的基础知识，能够利用牛顿迭代法、线性方程回归分析、矩阵求拟、最小二乘法等进行数学建模和计算，从而对基因和蛋白质序列进行比对、进化分析和绘制遗传图谱等。

2．生物科学基础

生物信息学包含的生物类学科有，生物化学、分子生物学、遗传学等基础学科，基因工程、蛋白工程、生物技术等应用学科。根据其课程特点，学生在学习生物信息学课程前需要学习生物化学、分子生物学、遗传学、基因组学、蛋白质组学等基本生物学课程，对于基因序列、蛋白质序列、启动子、非编码区等概念有深刻的理解，同时需要对一些重要的生物学数据库有一定的了解，如美国基因数据库(GeneBank)、欧洲分子生物学实验室数据库(Embl)和日本核酸数据库(DDBJ)等。此外，要求学生能够利用生物学数据库查找基因序列、蛋白质序列、基因及蛋白质结构模型，能够读懂数据库中基因和蛋白质的信息注释，能够计算蛋白质序列的分子量和等电点，能够为扩增特定的基因片段设计引物，能够对特定物种进行系统发育分析等。

3．计算机科学基础

计算机是生物信息学的主要辅助工具，利用生物信息学研究生物系统的过程需要能够熟练使用计算机对大量的生物信息数据进行处理和分析，这主要包括对数据信息进行搜索(收集和筛选)、处理(编辑、整理、管理和显示)及利用(计算、模拟)。所以，学生在学习生物信息学的过程中需要了解和掌握一些常用的生物信息学软件，如BLAST和FASTA序列比对分析软件，Oligo和Primer引物设计软件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等综合分析软件。此外，学生还需要学习和掌握一些常用的计算机语言，如正则表达式、Unixshell脚本语言和Perl语言。利用生物信息学在处理和分析海量生物数据的过程中，计算机软硬件资源需要配合处理分析软件的运行，因此要求计算机操作系统使用Unix和Linux操作系统，这些操作系统需要大量的操作命令进行输入执行过程，对于经常使用Windows操作系统的学生来说是一个较难跨越的障碍。

二、生物信息学课程教学中存在的问题

目前国内大多数高校的生物信息学教学采用传统的教学模式，即以课堂式的理论教学为主，缺乏必要的实践教学。理论教学模式固定、教学方法单一、教学内容狭窄，通常是介绍性、科普性的课程，甚至作为公选课程。少数高校开展生物信息学的实践课程教学，但多以验证性实验为主，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验，而开放性实验更无从谈起。

1．教学模式固定单一

生物信息学在内容层面涵盖诸多学科领域，注重应用性和实践性。然而，目前大部分高校把生物信息学作为一门孤立的课程，这导致教师需要将大多数课程内容压缩到一门课程进行教学，在有限的教学时数下灌输大量内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。再者，大多数高校仅开展生物信息学的理论教学，忽视实践教学过程，造成生物信息学理论与实践内容的脱节，使学生在学习完理论知识后难以深入理解和吸收，无法将所学的知识应用到后续的工作和学习中，最终未能体现出该门课程的价值。

2．教师专业背景薄弱

作为一门交叉学科，生物信息学的教学要求教师具有较强的数学、生物学和计算机科学背景。然而，目前从事生物信息学教学的教师即便具备深厚的生物学背景，但是多数教师在数学和计算机方面较为薄弱，并不具备完整的生物信息学知识体系，对生物信息学发展趋势也了解不多。在师资缺乏的情况下，院系开设生物信息学课程，教师为了完成教学任务，仅仅在教学中进行介绍性的讲解，在课程考查方式上通过小论文、综述和课外活动等方式完成该课程的学习。因此，无论是理论教学还是实践教学均无法实现该课程大纲的要求，从而影响学生对生物信息学课程的理解和掌握，生物信息学的实践操作能力更无从谈起。

3．实践教学薄弱，专业教材缺乏

生物信息学实践课需要学生在网络环境下用计算机学习NCBI数据库的检索与使用、序列比对分析软件的应用、蛋白质空间结构图视软件的应用、序列拼接软件的应用等。但是目前，大多数高校开设的生物信息学课程多以理论教学为主，实践教学课时非常少或者为零，学生对于生物信息学课程的学习仅仅通过教材上抽象的文字描述进行理解和掌握，这导致学生在理论课中学到的知识无法在实践课中进行验证或操作，严重影响了生物信息学的教学质量，也偏离了教学大纲中强调的重在培养学生实践操作能力的培养目标。另外，目前还没有适用于生物科学专业的生物信息学教材。国内各大高校使用的教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本，这些教材偏重介绍生物信息学的理论和方法，涉及的实践内容较少，学生需要具有较高的相关知识才能接受和使用这些教材。因此，部分高校在生物信息学教学过程中往往使用自家编写的简化教材，从而造成生物信息学教学内容不统一，教学大纲混乱等情况。

4．实践课程经费不足，实践教学环境落后

当今，许多发达国家都很重视生物信息学的教学和研究，积极开展各种生物信息资源的收集和分析工作，培养大量生物信息学人才，为整个生物学的理论研究及其相关产业创新(主要是医药和农业)提供指导和支撑。国内对生物信息学的关注和认识起步较晚，其发展落后于国际发达国家。国家和高校对生物信息学的教学和科研资金投入力度不大，缺乏必要的仪器设备，生物信息学的实践教学条件得不到保障，比如大多数高校的生物科学专业没有相应的计算机实训室，配套软件也相对匮乏，落后于国际发展水平。

三、生物信息学教学模式改革的探索

1．修改理论和实践教学大纲，编写适用的实践教材

根据当今生物信息学的发展方向，制定和修改理论教学大纲，除了引物设计、基因和蛋白质序列比对、基因和蛋白质结构功能预测等基本内容外，还需添加系统进化树分析、聚类分析、蛋白质互作网络谱图等较为综合的内容。另外，增加实践教学课程比例，充实实践教学内容，结合理论教学内容增加综合性、设计性实验，适当提供科研环境，鼓励开展开放性实验。目前国内并没有系统的、专业的生物信息学实践教材，因此针对高校生物科学专业方向的特点，联合多学科领域(数学、生物科学、计算机科学)编写相应的生物信息学实践教材，在制定、修改实践教学大纲和编写教材的过程中结合学生的接受能力，由浅入深，多设实例和相关练习，使学生循序渐进的理解和掌握生物信息学的原理和方法，掌握更多的生物信息学工具。

2．紧密联系科研、基于实践问题开展教学

通过实践教学把生物信息学教学与科研有机结合起来，能够促进教学与科研的共同发展。在紧密联系科研的过程中，采用基于问题的教学(PBL)方法，通过实践教学环节，培养和训练学生把所学的生物信息学的知识和方法应用于各种生物科学领域的科研活动中，通过解决实际问题训练学生的实践技能，从而促进教学与科研的双重发展。例如，在生物信息学实践教学中多加入生产和科研中遇到的经典实例，鼓励学生利用相关的生物信息学软件及相关的理论和方法解决问题。学生也可以选择自己感兴趣的课题，利用自己熟悉的、合适的生物信息学软件和相关知识开展课题研究。此外，专业教师在指导学生课题研究的过程中还可以发现理论和实践教学的不足，不断的完善生物信息学理论和实践课程大纲和内容，提高教学质量。

3．开展多学科实践结合的教学模式

生物信息学属交叉学科，包含了不同领域的专业知识和技能，为使生物信息学教学达到教学的目标，该课程教学需要采用多学科实践结合的教学模式。多学科实践结合的教学模式是指联合不同领域、不同学科、不同专业的课程在教学的过程中结合生物信息学涉及到的知识和技能进行基础性、铺垫性教学。比如，在高等数学和统计学的教学过程中，针对生物信息学的需求，适当增加数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面的基础内容，同时，开设实例实践教学，使学生理解和掌握隐马尔科夫链模型，牛顿迭代法、最小二乘法等方法的应用原理和规则;在生物科学专业课程设置上，尤其是实践课程的教学过程中，结合生物信息学涉及的引物设计、序列比对分析、基因及蛋白质结构功能预测等方面开展相应的设计性、综合性、开放性实验项目，使学生了解和掌握基本的生物信息学原理及软件的应用;在计算机科学的教学过程中，应根据生物信息学的需求，开设正则表达式、Perl语言、R语言等课程学习，以及增加Linux和Unix操作系统课程学习，使学生在学习生物信息学前打好坚实的基础。值得注意的是，生物信息学课程与其他课程的开设时间和顺序需要有一定的探索和评估，对于开设该课程的时间把握是开展多学科实践结合的教学模式的关键因素。过早开设生物信息学则会导致学生在不具备相应学科基础的条件下跨越式的接触生物信息学，无法理解和掌握相关的知识和技能;过晚开设则会使学生学习了相关学科知识和技能后，由于课程衔接不紧，导致在学习生物信息学时出现理解滞后和无法适应的现象。因此，针对不同专业和学科的特点，根据具体情况进行统筹安排，使生物信息学和其他相关学科课程有很好的衔接和过渡，以确保和提高生物信息学的教学质量。

四、结语

第3篇：生物信息学的理解范文

关键词：生物信息学 课堂教学 实验教学 现代教育技术

前言

生物信息学(Bioinformatics)是一门新兴的交叉学科。广义地说，生物信息学从事对生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释，并综合运用数学、计算机科学和生物学工具，以达到理解数据中的生物学含义的目标［1］。其含义是双重的:一是对海量数据的收集、整理与服务，即管理好这些数据;二是从中发现新的规律，也就是使用好这些数据。以1987年出现Bioinformatics这一词汇为标志，生物学已不再是仅仅基于试验观察的科学。伴随着21世纪的到来，生物学的重点和潜在的突破点已经由20世纪的试验分析和数据积累，转移到数据分析及其指导下的试验验证上来。生物信息学作为一门学科被广泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具对生物学发展至关重要，因此成为生命科学研究型人才必须掌握的现代知识。今天的实验生物学家，只有利用计算生物学的成果，才能跳出实验技师的框架，作出真正创新的研究。现在基因组信息学和后基因组信息学资源已经成了地球上全人类的共同财富。如何获取和利用基因组和后基因组学提供的大量信息，如何具有享用全人类共有的资源的初步能力，成了当今世纪生命科学学生必须掌握的基本技术和知识以及必须具有的初步能力［2］。

生物信息学以互联网为媒介，数据库为载体，利用数学知识、各种计算模型，并以计算机为工具，进行各种生物信息分析，以理解海量分子数据中的生物学含义。区别于其他生命科学课程，其在教学过程中要求有发达的互联网和计算机作为必备条件。调查显示国内高校都已建立校园网，其中拥有1000M主干带宽的高校已占调查总数的64.9%，2005年一些综合类大学和理工类院校已率先升级到万兆校园网［3］，这些都为生物信息学课程在高校开设提供了良好的物质基础。该门课程与现代网络和信息技术密不可分，在教学工作中充分利用现代教育技术较其他课程更具优势。另外，该门课程尚未完全形成成熟的课程体系，为教师学习借鉴先进的教育思想与教学实践经验，在各方面尝试教学改革提供了广阔的空间。

1 课堂教学

生物信息学主要以介绍原理、方法为主，深入浅出，注重知识更新。课堂讲授以介绍生物信息学的相关算法、原理、方法为主，而这也是教学的重点和难点。在教学中对于这部分内容应遵循深入浅出、避繁就简的原则，结合具体实例分析算法，避免空洞复杂的算法讲解，以免学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂，产生畏惧心理，望而生畏;注重讲解算法的思想和来龙去脉，让学生真正掌握解决问题的思路，培养其科学思维能力，并采用探讨式教学鼓励学生思考，通过讨论与研究的方式循序渐进地掌握复杂的内容，介绍相关的教学和物理学知识，使学生充分体会到生物信息学与其他学科的关系及其他学科的思想方法对于生物科学的重要性，培养其自觉地将其他学科的方法和思想应用于解决生物学问题的科学素质。在教学工作中教师必须能够紧跟学科发展方向，随时进行知识更新，了解最新的前沿动态，掌握新方法，将最新的知识和方法教给学生。同时，也要在教学中鼓励学生通过各种途径自觉地关注学科发展动态，拓宽知识面，培养其自学能力和创新意识。

2 充分利用现代化教育技术，采用启发式教学

目前，高等院校在教室内配备的多媒体投影播放系统促进了多媒体教学的广泛应用。生物信息学采用多媒体教学是适应学科特点、提高教学效果和充分利用现代化教育技术的一项基本要求。作为生物信息学教学的基本模式，多媒体教学使讲解的内容更加直观形象，尤其是对于具体数据库的介绍以及数据库检索、数据库相似性搜索、序列分析和蛋白质结构预测等内容涉及的具体方法和工具的讲解，可以激发学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和掌握，提高学生理论与实践相结合的能力。同时，由于生物信息学依赖于网络资源和互联网上的分析工具和软件，教室内的多媒体计算机连接到互联网，极大地提高了教学效果。但在实际教学中发现，多媒体教室也有局限性，学生主要以听讲为主，不能及时实践，教师讲解与学生实践相脱节，如果将生物信息学课程安排在计算机房内进行，并采用多媒体电子教室的教学方式，就可以解决上述问题。在教学中采用启发式教学，可为学生建立教学情景，学生通过与教师、同学的协商讨论、参与操作，能够发现知识、理解知识并掌握知识。

3 采用讲、练做一体化的教学模式，注重学生实践能力的培养

生物信息学课堂教学应积极学习借鉴职业培训和计算机课程教学中讲、练、做一体化的教学模式，在理论教学中增加实训内容，在实践教学中结合理论讲授，改变传统的以教师为中心、以教材和讲授为中心的教学方式。根据教学内容和学生的认知规律，应灵活地采用先理论后实践或先实践后理论或边理论边实践的方法，融生物信息学理论教学与实践操作为一体，使学生的知识和能力得到同步、协调、综合的发展。

通常可采用先讲后练的方法，即首先介绍原理、方法，之后设计相关的实训内容让学生上机实践。对于操作性内容和生物信息分析的方法和工具的讲解可采取进行实际演示的方法，教师边讲解边示范，学生在听课时边听讲、边练习，或者教师讲解结束后学生再进行练习。理论与实践高度结合，可充分发挥课堂教学的生动性、直观性，加深学生对知识的理解，培养和提高学生的实践操作能力。

4 优化生物信息学实验教学内容，发挥网络教学优势

生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要，培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力，提高学生应用理论知识解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。

生物信息学实验教学内容的选择与安排应按照循序渐进的原则，针对特定的典型性的生物信息学问题设计，以综合性、设计性实验内容为主，明确目的要求，突出重点，充分发挥学生的主观能动性和探索精神，以激发学生学习的主动性和创造性为出发点，加强学生创新精神和实验能力的培养。生物信息学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具，全部在计算机网络实验室内完成。在教学中，充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工具等传递给学生，学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况。教师可以通过网上论坛、聊天室和及时通讯工具QQ、MSN等对学生的实验进行指导，与其讨论问题等。网络环境下的生物信息学实验教学不仅能提高学生的学习兴趣，给学生的学习和师生的互动带来极大的方便，提高教师的工作效率，而且可以及时了解掌握学生的学习情况，有利于教师不断调整教学方案，达到更好的教学效果。

5 生物信息学采用无纸化考试，加强实践能力考核

生物信息学主要是学习利用互联网、计算机和应用软件进行生物信息分析的基本理论和基本方法。考试重点是考查学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力。因此，在生物信息学考试中可尝试引入实践技能考试，通过上机实践操作重点考核学生知识应用能力。实践技能考试采用无纸化考试方式，学生在互联网环境下，对序列进行生物信息分析并对结果进行解释，不仅可考查学生对基本知识和基本原理的掌握，而且可考查学生进行生物信息分析的实际能力和分析思考能力。通过实践技能考试，淡化理论考试，克服传统的死记硬背，可促进学生注重提高理论用于实践的综合能力，同时可更有效地提高学生计算机应用能力。学生成绩评定大部分是以学生的考试成绩为主，难以对学生的学习情况和学习过程作全面地评价。因此，除采用实践技能考试并将其作为学生成绩的主要部分外，还应加强对学生平时学习态度、学习能力、创新思维等方面的考查。

总之，生物信息学教学是网络环境下生物教学的全新内容。上述教学措施提高了学生的学习积极性、实践操作能力、解决实际问题的综合应用能力及创新能力，收到了良好的教学效果，得到了学生的普遍欢迎，具有较强的可操作性和实践性。在今后的教学实践中，教师自身素质的提高和进一步的教学改革，将会不断完善生物信息学教学，培养具有跨越生命科学、信息科学、数理科学等不同领域的“大科学”素质和意识的生物信息学人才。

参考文献:

[1]赵国屏等.生物信息学[M].科学出版社，2002.

第4篇：生物信息学的理解范文

关键词：生物信息学；课堂研讨；案例分析

作者简介：刘伟（1979-），女，辽宁铁岭人，国防科技大学机电工程与自动化学院，讲师；张纪阳（1979-），男，湖南泌阳人，国防科技大学机电工程与自动化学院，讲师。（湖南?长沙?410073）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）23-0060-02

21世纪是生命科学的世纪，生物技术飞速发展，生物学数据大量积累。而生物信息学正是在这种大背景下蓬勃兴起的交叉型学科，旨在用信息学方法解决生物学问题。为了培养复合型人才，大力发展交叉学科，国防科技大学（以下简称“我校”）近年来面向全校理工科研究生开设了“生物信息学”选修课程。

“生物信息学”作为新兴的交叉学科，具有融合性、发展性和开放性的特点。[1]融合性是指生物信息学涉及的生物、计算机、数学等多个学科的交叉与融合。从20世纪90年代到现在，该学科发展非常迅速，研究热点发生了数次改变。开放性是指该学科存在大量有待探索和研究的新问题。这些特点一方面为课堂教学提供了大量的主题和素材，一方面也对授课方式提出了较高的要求。经过认真分析，选定研讨式教学作为该课程的主要授课方式。研讨式教学即研究讨论式教学，是将研究与讨论贯穿于教学的全过程。[2]在教师的具体指导下，充分发挥学生的主体作用，通过自我学习、自我教育、自我提高来获取知识和强化能力培养。[3]通过确立教学目标，精心设计和组织教学内容，在实践中贯彻研讨式教学理念和方法，在生物信息学课程中对研讨式教学模式进行了理论探索和实践创新。

一、教学目标的确立

合理的课程目标与定位是决定课程建设成败和教学效果的基础，其主要依据是人才培养需求和授课对象的实际情况。首先，教学对象是研究生，已具备一定的自主学习和创新思维的能力。教师不仅要传授知识，而且要讲解基本的研究方法，让学生具备独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。其次，作为军校学生，以后从事的工作可能涉及很多学科方向，展现如何针对一门新的学科方向进行研究的整体思路显得很有意义。最后，考虑到学生不同的知识背景，对于各部分内容的理解程度不同，必须兼顾不同的专业方向，让每个学生都能有所收获。因此，确立教学目标为：介绍生物信息学的基本概念和方法，通过案例分析展现科学研究的基本方法和实践过程。

二、教学内容的设计和组织

1.教学内容的总体设计

确定了教学目标之后，需要对课程的教学内容进行总体设计。参考国内外多所高校的相关课程设置，如北京大学的“生物信息学导论”、中科大的“生物信息学”、中科院的“生物信息学与系统生物学”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，发现这些课程主要是针对生物专业的学生开设，侧重于方法学介绍。而我校学生大部分是工科背景，对于统计和机器学习方法有一定基础，重点是了解相关的生物学问题，并应用已有的工科知识去分析和解决这些问题。同时，随着生物信息学的快速发展，研究领域不断扩大，有必要展现该学科的最新进展。

因此，课程内容总体设计上以生物学问题为主线，结合最新的研究成果，对各种计算方法的应用过程进行深入和细致的讲解。在介绍生物信息学的研究现状和生物学基础知识之后，分多个专题详述生物信息学最新的研究进展，各专题在内容上相互衔接，由浅入深，以便学生理解和接受。以问题为导向的课程设计对于启发学生思考，积极参与课堂研讨具有重要作用。

进一步，为了突出部分重点专题及其分析方法，采用案例分析课的形式，针对一些重要问题进行深入探讨。鼓励学生应用所学知识，结合自身的专业背景，通过积极地思考和讨论提出相应的解决方案。案例选择为教师有一定研究基础的开放性问题，一方面介绍已有的研究成果，一方面结合教师的研究体会，通过积极讨论拓展新的研究思路。案例分析课有助于学生更多地参与课堂研讨，对于知识的综合应用和科学研究过程产生切身体会。

2.教学内容的组织

研讨式教学的关键是调动学生的积极性，鼓励学生踊跃地参与课堂讨论，提出自己的观点。通过集中备课，学习和吸取老教师的成功经验，总结调动学生积极性的基本要素，对授课内容进行了认真的组织和编排。

（1）重点突出，详略得当。由于生物信息学涵盖内容非常丰富，有必要对课程内容进行取舍，在保证知识面的基础上，突出授课的重点。减少或删除重要性较低的部分，采用图片和动画等形式对重要的知识点加以强调，以深化学生的理解。只有学生对重点内容理解透彻，才能激发出浓厚的学习兴趣，积极参与课堂研讨，碰撞出智慧的火花。

（2）新颖有趣，实例丰富。在课程内容上应充分体现知识性和趣味性，以丰富的实例展现生物信息学中基本的概念和方法。学生往往关注与日常生活休戚相关的内容，期望能用所学知识解释常见现象，因此实例选择应贴近生活体验。课件中准备了大量的实例，例如，在讲完构建进化树之后，举例说明为什么人类的祖先是从非洲走出来的；在生物代谢一章，通过卖火柴的小女孩的故事阐释生物代谢过程的高效性；在蛋白质结构部分，讨论为什么湿着头发睡觉，头发容易变翘。通过实例分析，增加学生对于所学知识的理解和参与课堂研讨的积极性。

第5篇：生物信息学的理解范文

关键词：生物信息学；实践教学；教学模式

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）06-0179-03

Innovative Teaching Pattern of Bioinformatics

Zhu Liucun et al.

（School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China）

Abstract：As a newly-developing interdiscipline，bioinformatics has received incessant attention on the research of teaching models.Traditional teaching methods focus on the pattern of direct instruction and demonstration from the lecturer which students were used to learning in China.However，this straight teaching pattern usually lacks of capacity of arousing students' interest in learning，let alone achieves the aim of making them complete their work with the knowledge they learned in class.Recently，case-based learning，problem-based learning and program-based learning are known as successfully innovative teaching models.In this paper，by combining these three models and considering the background of students and characteristic of bioinformatics，we propose a new teaching pattern to be geared to the needs of the undergraduates learning bioinformatics.We look forward to the innovation and development this teaching pattern may achieve so as to enhance the students' capacity of independent study and thinking.

Key words：Bioinformatics；Practice teaching；Teaching pattern

1 前言

生物信息学是生命科学的重要前沿交叉学科之一，综合计算机科学、数学、生物学等学科的技术和方法，以计算机为主要的工具，对生物原始数据进行研究、存档、分析和处理，以阐明其具有的生物学意义[1，2]。随着人类基因组计划的成功完成，测序技术的不断发展，越来越多的生物基因序列数据被载入到数据库中。而大数据时代的到来要求我们能大规模的分析处理这些数据，因此生物信息学进入高速发展的黄金期。

目前生物信息学在许多高校本科生物专业中开设，目的是让学生掌握生物信息学的相关技术及分析数据能力，并具有查找、跟踪生物信息学前沿性技术的能力。然而，在与学生的交流过程中，笔者发现几个普遍存在的问题：有的学生反映，听完课很快就忘了；有的学生感觉很多概念太难懂；而更为关键的是，很多学生学完这门课之后，仍然不知道遇到具体的问题应当如何去做，甚至根本想不到用生物信息学课上学到的方法去解决他们的实际问题。究其原因，主要是由于国内的生物信息学教学基本以教师讲授为主，缺少与学科本身交叉前沿性特点相结合的教学方法[3]，导致学生学习积极性不高，变成简单的重复老师的实验操作，失去独立思考的能力，这就违背了开设这门课的初衷。为此，本文就目前流行的3种创新教学模式的特点进行分析，结合生物信息学特点，归纳出一套适合本科生物信息学教学的方法。

2 几种创新教学模式介绍

2.1 案例式教学法 案例式教学法（Case-Based Learning）是指教师根据教学内容设计案例，利用案例材料指导学生参与教学活动，充分发挥学生主导地位的方法[3，4]。不同于传统教学灌输的方式，案例式教学更加注重学生能力的培养，不直接提供解决问题的标准答案，而是通过结合具体案例讨论得到解决问题的方法。

2.2 问题式教学法 问题式教学法（Problem-Based Learning）是以问题为导向的开放式教学模式[5]，主张让学生自主学习去解决问题，培养学生的学习主动性，加深学生对理论知识的理解和应用。其特点是将教材的知识点以问题的形式呈现在学生的面前，让学生在探索解决问题的过程中展开探索，教师和学生一起协作寻找解决问题的方法，从而掌握课本中的知识。在研究活动中，学生可以充分利用身边的资源，比如图书馆的文献检索系统、网络学习软件以及多媒w等多种形式进行自主学习。问题式教学模式营造了一种轻松快乐的学习氛围，提高了学生相互合作的团队意识，为以后步入社会工作打下坚实的基础。比如，在BLAST软件使用教学中，可以先给学生提出如何对两条DNA序列进行比对的问题，让他们通过自学与相互讨论的方式掌握BLAST的使用方法并将2条DNA序列利用BLAST进行比对并对比对结果加以阐述。

2.3 项目式教学法 项目式教学法（Program-Based Learning）是以项目为主线，在老师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生处理，包括对信息的收集、方案的设计、项目的实施及最终评价[6]。学生通过对该项目的进行，了解并把握整个程及每一个环节中的基本要求，以此来培养学生独立分析解决问题的能力，让学生提高自己的动手能力、组织协作能力和综合概括的能力，拓展学生思考问题的深度和广度。这种教学法应用非常广泛，尤其是在职业教育中。

3 应用于生物信息W课程的创新教学模式

那么采取哪种教学方式才能够让学生顺利掌握知识点，并且能应用到实际当中去呢？一般的生物学课程，只要在理论课后加入实践课的内容，就可以解决这个问题，例如细胞生物学，只要再加入细胞生物学实验，那么学生对这门课的理解就会加深很多，对这门课的应用也会有一定的了解。然而笔者在实际的教学过程中却发现，这样的方式并不适合生物信息学这门课程，这是由于多数学生在上机实践之后，仍然不是太理解课上讲的一些概念，也不知道如何将这些方法运用到实际中。造成这种情况的原因主要有两点，一个是生物信息学这门课程所要求的数学和计算机方面基础，绝大多数学生物的学生都比较薄弱，甚至有部分同学在计算机编程方面是零基础。这使得他们在理论课上，对一些概念只是强行记住，并没有真正理解。而在上机实践环节中，他们又只是走马观花地将整个流程给过了一遍，并不知道这些操作是用来做什么的。另一个原因则是生物信息学与其他生物学的课程之间有脱节，这使得生物信息学的知识点很难融入到学生的现有知识体系当中去，这样就导致了学生不知道这些知识点的用途。因此，必须在激发学生学习兴趣的基础上，深入剖析生物信息学的基本概念，并且结合生物学中的实际问题，引导学生对其进行解决，才能让学生真正掌握这门课。而传统的老师讲、学生听的授课方式显然是不能满足这一要求的。

案例式教学法起源于美国哈佛商学院，最早应用于商业管理课程。其重点在于对一些热门且有争议的问题进行反复讨论，加深学生对知识点的理解。而生物信息学课程的内容大多比较确定，比较前沿有争议的话题又离日常生活较远，极少出现热门话题。因此，笔者认为案例式教学法目前可以偶尔用作课堂教学穿插，不适合全面应用于本科生物信息学课程。

问题式教学模式与项目式教学模式在本质上是相同的，均是以学生为主体，让学生带着问题或者有明确的目标的去主动利用身边资源查找相关知识解决问题完成目标，使学生在探索过程不仅掌握了知识，同时萌生自主学习的动机和欲望，提高了自主学习能力。两种教学模式的区别在于问题式教学法是将书本中的知识点凝练为问题再分析问题并解决问题，而项目式教学法则是根据老师提出的项目要求，以收集信息、设计方案、实施项目、最终评价为线索进行教学。问题式教学提出的问题与书本知识更为接近且较为零散，学生在针对问题进行分析和解决的过程中，容易对教学内容缺乏整体认识，即难以将知识点连成线，也很难结合实际问题。而项目式教学法是目前最适合提高学生能力的教学方法。然而在实际教学过程中，笔者发现大多数学生对项目式教学并不适应，很多学生在理解项目时就遇到了困难，在项目设计时感到无从下手。

因此，笔者在对两种教学方法进行研究归纳之后，将问题式教学法与项目式教学法相结合，总结出一套适合本科生物信息学教学的方法。具体为：首先教师根据课程安排制定一个可扩展的课题，明确课题要求，并根据课题内容将知识点拆分，以问题形式展现给学生，教师先就这些问题讲一些例子，学生查找资料。在此基础上，学生既对课题内容有整体认识，又在分析、解决一系列小问题时学习到知识点、收集了项目信息。随后通过参与定期分组讨论，与老师进行沟通的方式，学生最终可以拟定项目的方案并付诸实施。这种教学模式让学生了解实际工作的流程，培养基本的工作能力。在与教师的交流讨论中收获更多的专业知识，与同学之间的合作交流中查漏补缺，完善自己的不足，达到相互提高的作用。例如，在教学中，教师可以设计一个题为“构建一个可以预测乳腺癌患者生存时间的基因模型”的项目，并将项目拆解为：如何查找潜在包含乳腺癌患者信息的数据库？如何筛选与生存时间相关的基因？如何构建模型？如何评价模型的好坏四个问题？同时，为了让学生在实践中更好下手，可以依次为各个问题举例加以说明。如查找数据库环节，可以列举NCBI中的GEO数据库与美国政府发起的癌症和肿瘤基因图谱计划涉及的TCGA数据库两个例子，让学生先从这两个数据库获取相关的数据，对数据本身有所认识，再利用校园网资源查找更多的数据库。在此过程中，学生全程参与项目实现的各个流程，不仅学会了自主查找资料与学习，还提高了同学间的优势互补与团队协作的能力，提高学生学习的积极性，获得独立思考的能力。

参考文献

[1]龚乐君，杨荣根.浅谈计算机交叉学科――生物信息学教学中的探讨[J].新教育时代电子杂志（教师版），2014（19）：123-124.

[2]徐培杰.生物信息学研究现状[J].科技信息，2013（10）：268-269.

[3]刘念.案例教学法在《生物信息学》本科教学中的应用[J].考试周刊，2016（78）：152，191.

[4]张俊河，董卫华，王芳，等.案例教学法在医学生物化学教学中的应用[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2010（02）：139-142.

第6篇：生物信息学的理解范文

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.

第7篇：生物信息学的理解范文

一、过去教学中存在的问题

（一）实验课教学学时偏少

生物技术专业五年制生物信息学课程总学时为72学时，其中理论48学时，实验24学时。生物信息学课程最主要的目标是培养学生通过在线程序或利用生物信息学软件来分析生物学问题的能力，有效解决学生实验学时不足，实际操作时间少，解决实际问题能力较弱的问题。

（二）与其他课程联系较少

生物信息学课程开设在生物技术专业教学进程的第6学期，此时学生已具备普通生物学、细胞生物学、分子生物学、生物化学、医学免疫学、遗传学、基因组学、基因工程原理等生命科学的基础知识。但是，在生物信息学理论课和实践课学习的内容，如查阅的文献、分析的目的则由授课教师自行指定，忽略了与其他课程的联系，不利于学生系统地学习专业课的知识。

二、教学体系的改革和完善

（一）增加实验课教学学时

从2012年起，我校生物技术专业由五年制调整为四年制，同时在修订教学进程的时候将学时调整为理论36学时，实验36学时，理论课结束后即为该内容的实践部分，以此增加学生的实践训练时间。

（二）将基因工程原理实验课程与生物信息学实践相联系

在基因工程原理的实验中，我们把家蝇防御素基因作为目的基因，主要设计的实验内容包括：（1）目的基因的获得：利用PCR技术扩增已经克隆到pMD-18T载体上的家蝇防御素基因；（2）pSK质粒载体的小量制备；（3）目的基因与载体的酶切；（4）目的基因与载体的连接；（5）大肠杆菌感受态细胞的制备；（6）重组质粒的转化；（7）重组子的蓝白斑筛选；（8）菌落PCR鉴定重组子[2]。在学生对基因工程实验内容熟悉的基础上，我们在生物信息学的教学过程中对学生提出问题：家蝇防御素基因现有的研究现状是怎样的？PCR扩增目的基因的过程中引物该如何设计？获得阳性重组子后我们如何判断获得的插入序列就是目的基因呢？针对这样的疑问，我们结合基因工程实验对教学内容进行适当的调整：（1）PUBMED获取文献信息：由学生通过PUBMED查找近五年发表的有关家蝇防御素基因研究的文献；（2）核酸序列分析：以家蝇防御素基因为对象，分核酸序列的检索、搜索开放阅读框（ORF）、限制性酶切分析、引物设计、载体序列识别、核酸序列的比对、分子质量/碱基组成/碱基分布分析和序列转换共8大部分内容进行讲解和学生实践操作；（3）蛋白质序列分析：同样以家蝇防御素蛋白为对象，分蛋白质序列检索、蛋白质序列比对、蛋白质基本性质分析（蛋白质的氨基酸组成、分子量、等电点、亲疏水性分析、跨膜区分析、信号肽分析）、蛋白质功能预测、蛋白质结构预测（蛋白质二级结构和三级结构预测）共5大部分内容进行讲解和指导学生进行实践操作。

（三）以科研促进生物信息学的教学改革

笔者所在课程组主要集中于功能基因组学的研究，涉及了功能基因的获取、生物信息学分析、功能验证等方面的内容。学生在课程学习中，参与到教师的科研课题中，学会运用生物信息学所学知识实际解决科研问题。学生可自行完成从文献的查阅、目的序列的获取（由公共数据库获得或实验室测序获得）、基因序列的分析、理论推导氨基酸序列基本性质的分析及结构和功能的预测、系统发育分析，如有可能，学生可通过实验的方法验证生物信息学分析的结果，同时鼓励学生自主选择感兴趣的基因、蛋白进行课程设计研究，实践结束后学生将结果以论文形式提交给教师。

三、教学探索的成效

第8篇：生物信息学的理解范文

Shortliffe教授指出，医生对于计算机和新技术越来越依赖就是其中一个重要问题。由于患者的个体状况和疾病状况千差万别，医生在诊疗过程中的逻辑推理也各有特色。但是，计算机的应用有可能削弱医生和患者之间的和谐关系，使医患之间的互动和整个诊疗过程变得呆板机械。在某些情况下，医生不是根据自己的知识、经验和逻辑对患者做出诊断，而是依赖于他们使用计算机的方式来做出判断。实际上，计算机永远不可能代替人脑，更不可能超过人脑。只有当计算机和人类的智慧与实践相结合，才能发挥出真正的作用。

生物医学信息学的定义

根据美国医药信息学会（American Medical Informatics Association, AMIA）的定义：Biomedical Informatics (BMI) is the interdisciplinary, scientific field that studies and pursues the effective uses of biomedical data, information, and knowledge for scientific inquiry, problem solving and decision making, motivated by efforts to improve human health.

生物医学信息学（BMI）是一门研究如何有效利用生物医学数据、信息和知识的跨学科科学，以满足科学查询、解决问题和制定决策的需求，并通过不断的努力，推动和提高人们的健康。

生物医学信息学的关键属性

生物医学信息学主要从事生物医学数据、信息、知识的产生、存储、获取、使用及共享的理论、方法和过程的研究、开发和应用。

生物医学信息学建立在计算机技术、通讯技术以及信息科学的基础上，是IT技术在生物医学领域上的应用。

生物医学信息学在方法学上可以支持从分子水平到大众水平的研究、推论、建模、模拟、实验和转化。覆盖从基础医学、临床科研，到临床诊疗、公共卫生等多种生物医学领域的研究和应用。

生物医学信息学认为生物医学信息的最终使用者是人。因此，社会科学和行为科学对于技术性解决方案的设计和评价，以及对于复杂经济、伦理、社会、教育和组织架构的演进，起到了非常重要的影响作用。

BMI各应用领域的相互关系和区别

在生物医学信息学领域有很多看似非常相近的术语和名词，很容易被混淆和乱用，例如：信息学、医学信息学、生物信息学、卫生信息学、生物医学信息学、公共卫生信息学等等。如何理解这些术语？它们之间的区别和联系又是怎样的呢？

Shortliffe教授解释说：生物医学信息学是一门基础性生物医学科学，是一门应用潜力非常广泛的科学。生物医学信息学研究和发展的推动力，是生物学和医学领域的临床、科研和实践中所遇到的各种问题。生物医学信息学将生物医学的理论和方法与计算机、信息和通讯技术相结合，以创新和发展新的方法和理论为目标。这些核心理论和方法包括数学建模、数据库理论、认知科学、统计学、数据挖掘，自然语言处理等等，反过来又促进生物医学科学和健康科学的研究、应用和创新。

生物医学信息学理论、方法和技术首先被应用到临床医疗、诊断和护理等临床医学领域，同时也被应用在牙科和兽医学领域。这些领域关注的是患者个体，是以患者为中心实现临床相关信息的采集、集成、共享和应用，因此被称为临床信息学。

与临床信息学紧密联系在一起的是公共卫生信息学，它的应用不是针对单一的患者个体，而是关注整个人群，以大众健康和管理为目标。临床信息学和公共卫生信息学共享了很多相同的方法和技术，这两个方面结合在一起就是我们通常所说的医学信息学。因此，生物医学信息学不能等同于医学信息学。

生物医学信息学在生物学领域的应用，特别是在细胞生物学和分子生物学上的应用，主要关注的是细胞和分子水平的过程，这部分被称为生物信息学。

生物医学信息学在放射影像、图像成像和分析、以及影像管理方面的应用被称作影像信息学。影像信息学以组织和器官为主要对象，包括：放射影像、病理影像、超声影像、皮肤病学、以及分子可视化等等应用领域。

据Shortliffe教授介绍，其实这些应用领域的边际是非常模糊的，例如生物信息学和影像信息学相结合就产生了分子生物成像学；生物信息学和临床信息学的结合形成了药物基因组学，而临床信息学和公共卫生信息学相结合则形成了大众消费健康学。

BMI和HIT的关系

生物医学信息学与计算机科学（软件和硬件）、临床科学、基础生物医学科学、流行病学、统计学、生物工程学、管理科学及认知科学与决策密切相关。

生物医学信息学（BMI）与医学信息技术（Healthcare Information Technology, HIT）有着密切的关系，但相互各有侧重。BMI更偏重于BMI理论的研究、方法的建立、教学、以及这些理论和方法在生物医学研究领域应用。其主要参与者是学术研究人员、科研机构及相关实验室。而HIT则更偏重于应用，主要是把BMI的方法、理念以及研究成果与医疗临床实践相结合，并通过厂商开发成相应的医疗信息系统产品，供医院和卫生行政机构使用。其主要参与者是医疗IT厂商、医疗临床机构及卫生行政机构等。在美国，生物医学信息学领域的学术组织是美国医药信息学会（AMIA），而医学信息技术领域的学术组织是美国医疗信息管理和系统协会（HIMSS）。

加强生物医学信息学教育和培训

生物医学信息学对于生物医学研究、企业应用系统的研发、图书馆情报学和知识管理、公共卫生统计、生物技术和制药、临床实践和管理、以及政府决策研究，都将发挥重要的作用。

但是，目前要真正把信息技术应用到生物医学领域以及临床诊疗中，还存在一个非常大的障碍，就是缺乏同时具备信息技术知识和生物医学领域知识的复合型人才。因此，作为交叉科学的生物医学信息学，要肩负起自己的使命，要为复合型人才的培养做出贡献。各医学院校和研究机构，在开展常规的生物医学信息学学位教育之外，还应该积极开设信息学相关的培训，为医学生和护理学生提供双学位课程。另外，要加强对医药卫生专业人员的信息学继续教育，并积极为临床医护人员所进行生物信息学研究提供必要的支持和协作。

Shortliffe教授还指出： IT基础架构（IT Infrastructure）一向被公认为是实现安全、有效、以患者为中心、及时、高效率和公平六个医疗目标的基础。但是，临床信息系统设计和实施40年来的经验和教训告诉我们：成功的系统不仅仅取决于技术，而更取决于人、文化和创新性的流程。

第9篇：生物信息学的理解范文

>> 丹参类贝壳杉烯氧化酶（SmKOL）基因全长克隆及其生物信息学分析 红白忍冬SABATH甲基转移酶基因克隆及其生物信息学分析 雷公藤贝壳杉烯酸氧化酶基因的全长cDNA克隆与表达分析 丹参SmNAC1基因的克隆和生物信息学分析 黄芩葡萄糖醛酸水解酶基因的克隆、生物信息学分析及表达 太子参分解代谢关键酶8′羟化酶基因的克隆及生物信息学分析 人组蛋白去乙酰化酶11的克隆表达与生物信息学分析 金铁锁糖基转移酶PtT1的克隆与生物信息学分析 平邑甜茶MhWRKY15基因cDNA克隆及其生物信息学分析 茶陵野生稻冷响应基因OrCr3的克隆及其生物信息学分析 唇形科植物脚6基脚6基焦磷酸合酶编码基因及其氨基酸序列的生物信息学分析 棉铃虫类胰蛋白酶的生物信息学分析 玉米谷胱甘肽过氧化物酶的生物信息学分析 黔北麻羊RERGL基因cDNA克隆与生物信息学分析 小菜蛾p38MAPK基因的克隆与生物信息学分析 高丛越桔UFGT基因电子克隆和生物信息学分析 小菜蛾PxALP1基因的克隆与生物信息学分析 希金斯炭疽菌腺苷酸环化酶生物信息学分析 黄瓜DVR基因的生物信息学分析 FZ6基因及其蛋白的生物信息学分析 常见问题解答 当前所在位置：l）查找开放阅读框（ORF）。生物信息学分析主要采用一些网上软件包进行分析，如采用Interpro （http：//ebi.ac.uk/tools/interproscan）进行结构域比对，ExPASy在线服务器的Compute pI/Mw工具（http：///compute_pi/）预测相对分子质量与理论等电点，TargetP1.1 server （http： //cbs.dtu. dk /serv- ices/targetP/）进行信号肽分析，Psort （http：//psort.hgc.jp/）及WOLFPSORT （http：///）分析亚细胞定位，TRMHMM server v 2.0 （http：// cbs. dtu.dk/services/TMHMM-2.0/）进行跨膜域分析，Predictprotein （https：///）进行二级结构预测，SWISS-MODEL （http：//swissmodel.expasy. org/）进行二级结构分析和结构域的三维同源建模。使用DNAMAN软件对序列进行多重比对，用ClustalW分析软件与其他植物的MCS氨基酸序列进行同源比对，根据分析结果选择17种植物的MCS氨基酸用MEGA 5.1软件构建进化树。

2.4 SmKOL基因的表达分析 取0.1 g毛状根样品采用Trizol试剂盒提取总RNA，用Takara反转录试剂盒反转录成cDNA。其过程为：总RNA模板1 μL（约200 ng），dNTP 1 μL， Radom 6 mers 2 μL，不含RNase的去离子水至10 μL，离心，置于PCR仪上，65 ℃ 5 min，之后冰上急冷。然后加入5×PrimerScript Buffer 4 μL，RNase Inhibitor 0.5 μL，PrimerScript Rtase 1 μL，RNase free H2O 4.5 μL。PCR反应条件为30 ℃ 10 min，42 ℃ 60 min，70 ℃ 15 min，所得cDNA用于Real-time PCR。根据丹参内参β-actin和目标基因SmKOL的核苷酸序列设计引物。其中β-actin上游引物为5′ -AGGAACCACCGATCCAGACA-3′，下游引物为5′ -GGTGCCCTGAGGTCCTGTT-3′；SmKOL上游引物为5′ -GCTTCTGGCAAGGCAATCAAC-3′，下游引物为5′ -CTTTTCCTCGTTGAGTTGGTCG-3′。转录后的cDNA用管家基因引物β-actin进行普通PCR反应，用于反转录质量控制，待目的基因引物及管家基因引物检测合格后，在ABI7300 RT-PCR仪上进行荧光定量检测，反应体系为：5 μL Power SYBR Green PCR Master Mix，0.2 μL引物F，0.2 μL引物R，1.0 μL cDNA，3.6 μL ddH2O。PCR反应条件为95 ℃ 30 s；95 ℃ 5 s；60 ℃ 34 s，40个扩增循环；检测溶解曲线。反应结束后分析荧光值变化曲线和溶解曲线。每个反应重复3次，采用2-ΔΔCT法分析结果。

3 结果

3.1 丹参毛状根SmKOL基因的全长克隆及序列分析 将基因cDNA序列进行Blast比对分析，结果表明测得的片段与其他植物中的KO基因有70%左右的同源性，并有相似的保守区域。将所得的片段进行拼接，获得基因全长序列，共1 884 bp核苷酸，命名为SmKOL，GenBank登录号为KJ606394，DNAMAN软件结合ORF Finder在线软件对SmKOL基因全长cDNA序列进行分析，推测编码519个氨基酸的蛋白质，并含有完整的开放阅读框（open reading frame， ORF），SmKOL基因的开放阅读框位于23～1 582 bp，序列的1～22 bp为5′非翻译区（5′UTR），1 583～1 884 bp为3′非翻译区（3′UTR）。

Blast结果显示SmKOL基因与甜橙Citrus sinensis的KO基因有68%相似， 西洋梨Pyrus communis的KO基因有66%相似、苜蓿Medicago truncatula的KO基因有67%相似、葡萄Vitis vinifera的KO基因有65%相似、拟南芥Arabidopsis thaliana的KO基因有64%相似、粳稻Oryza sativa Japonica Group的KOL基因有57%相似。KOL具有比较保守的结构域，用DNAMAN程序对比葡萄（AFD54196.1）、苜蓿（XP_003637273.1）、西洋梨（AEK01241.1）、粳稻（AAT81230.1）拟南芥（AED93499.1）的氨基酸序列进行多序列比对（图1）。结果表明家族具有较高同源性。使用Interpro结构域比对，结果表明SmKOL具有与IPR001128的Cytochrome P450 domain和IPR017972的Cytochrome P450相同保守位点（图2）。

3.2 KOL氨基酸序列的分子系统进化树分析 将SmKOL与GenBank中的17种植物的17种蛋白进行比对分析，在软件MEGA 5.1上采用相邻链接法构建KOL进化树，进行聚类分析（图3）。SmKOL与阿拉比卡种小果咖啡KOL聚为一类，两者在本文所选蛋白中的亲缘关系最近。

3.3 理化性质和3D结构预测 使用ExPASy在线服务器的Compute pI/Mw工具预测，SmKOL蛋白的相对分子质量为58.88 kDa，等电点pI 7.62。亚细胞定位结果表明可能定位于细胞质或者细胞核。信号肽分析表明为分泌蛋白，前23个氨基酸可能是信号肽，跨膜域分析可能为膜蛋白。SmKOL蛋白的二级结构预测结果显示，α螺旋结构占50.10%、β折叠结构占6.36%、无规则卷曲结构占43.55%。蛋白质的功能很大程度上取决于其空间结构，无规则卷曲结构决定了蛋白质，尤其是酶的功能部位常常位于这种构象区域，而α螺旋主要对蛋白质骨架起稳定作用，通过对蛋白质二级与三级结构预测和分析，有助于理解蛋白质功能与结构的关系[10]。使用Swiss Model进行同源建模，以人Cytochrome P450 2R1蛋白A链（PDB注册号3czh.1.A）作为同源模板，用于建模的氨基酸序列残基为46～511位，序列相似性为23.56%，模型质量得分（GMQE）0.55（图4）。

3.4 SmKOL受茉莉酸甲酯（MeJA）诱导的诱导表达分析 实时荧光定量PCR实验数据结果采用2-ΔΔCT法进行相对定量表达分析，即确定目标基因（SmKOL）和参照基因（β-actin）有相近的扩增效率，就可以确定不同样本中目标基因表达水平的相对差异。不同时段MeJA诱导的丹参毛状根中SmKOL相对表达发现，MeJA能明显诱导丹参毛状根中SmKOL基因mRNA的表达。实验检测了丹参毛状根经MeJA处理12，24，36，120 h后SmKOL基因的诱导表达情况，结果显示经MeJA处理后的SmKOL基因的诱导表达水平在0～36 h逐渐升高，在36 h时达到最大值，随后120 h时SmKOL基因的表达量下降（图5）。

4 讨论

由于丹参毛状根具有遗传稳定性高、产率高等优点，近年来常应用于次生代谢产物的生产。本研究首次从丹参毛状根中克隆得到了赤霉素代谢途径上的KOL基因，获得含有完整ORF的基因全长，并利用生物信息学的方法对其核酸及其推测的蛋白序列组成进行分析。结果表明，该基因与其他物种中的KO基因有较高的同源性，命名为SmKOL，它具有Cytochrome P450 domain，这在所有的家族成员中都是保守的。

同时，SmKOL基因诱导表达结果表明，经诱导子MeJA诱导后，SmKOL的mRNA表达量逐渐上调，在36 h达到最大值，之后表达量下降。随着丹参赤霉素生物合成途径中基因的不断挖掘，为在分子水平上认识赤霉素合成途径中的编码基因、调控方式、酶反应动力学及其代谢调节的分子机制奠定基础[11]。SmKOL基因的克隆为进一步研究该基因的功能和丹参赤霉素生物合成及其次生代谢调控机制提供了靶基因。

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Cloning and bioinformatics analysis of ent-kaurene oxidase

synthase gene in Salvia miltiorrhiza

HU Ya-ting1， GAO Wei2， LIU Yu-jia2， CHENG Qi-qing2， SU Ping2， LIU Yu-zhong1， CHEN Min1*

（1. State Key Laboratory of Dao-di Herbs， National Resource Center for

Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China；

2. School of Traditional Chinese Medicine， Capital Medical University， Beijing 100069， China）

[Abstract] Based on the transcriptome database of Salvia miltiorrhiza， specific primers were designed to clone a full-length cDNA of ent-kaurene oxidase synthase （SmKOL） using the RACE strategy. ORF Finder was used to find the open reading frame of SmKOL cDNA， and ClustalW has been performed to analysis the multiple amino acid sequence alignment. Phylogenetic tree has been constructed using MEGA 5.1. The transcription level of SmKOL from the hairy roots induced by elicitor methyl jasmonate （MeJA） was qualified by real-time quantitative PCR. The full length of SmKOL cDNA was of 1 884 bp nucleotides encoding 519 amino acids. The molecular weight of the SmKOL protein was about 58.88 kDa with isoelectric point （pI） of 7.62. Results of real-time quantitative PCR analyses indicated that the level of SmKOL mRNA expression in hairy roots was increased by elicitor oMeJA，and reached maximum in 36 h. The full-length cDNA of SmKOL was cloned from S. miltiorrhiza hairy root， which provides a target gene for further studies of its function， gibberellin biosynthesis and regulation of secondary metabolites.