生物信息学的研究意义精选(九篇)
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第1篇：生物信息学的研究意义范文
关键词：物理学；实验；仪器；考试
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）28-0269-02
随着科学技术的进步和国家财力的增强，作为基础课的物理学实验也出现了许多新的教学形式。恢复高考制度以来，特别是近十几年，网络教学、远程教学、演示教学、仿真教学、综合性教学、设计性教学和计算机辅助教学等教学模式不断涌现[1-3]，时刻在改变着物理学实验的传统教学模式。这些变革是对传统教学的一种冲击，同时也是一种挑战，如何更好地适应高等教育的发展形势，不断改革，就成了必须要有所突破的“瓶颈”，于是就出现了对物理实验的一系列改革实践和探讨[4-6]，许多新的教学模式和方法不断被提出。
在上级相关部门的支持下，2008年初，我们物理系争取到了一笔实验室建设经费，根据要求，这批经费主要用于对常规的和基础性的物理实验仪器设备的更新改造中，要使其惠及大部分学习普通物理学理论和实验的本科生。这时候，就面临着一些问题，是彻底抛弃一些旧仪器让其更新换代，换上最先进的现代化仪器设备？还是有所保留？如何保留？经过认真学习、研究和调研，并结合实验室的实际情况，我们提出了自己的思路：既要重视仪器的先进性，又要考虑学生学习物理学原理的系统性和实用性。做到以实用和培养学生能力为主，尽可能将资金花在刀刃上，避免浪费，同时，又要有一定的先进性。
一、现代与传统相结合，既重先进，又不忽视基本原理的掌握
现在生产的实验仪器，大都很现代化，学生做实验，一般只需要连接很少的几根线，按下开关，几分钟，甚至几秒钟就能完成一个实验，基本上不需要学生了解其工作原理；但这样的实验看起来很先进、很实用，实际上，它不适合对学生能力尤其是仪器运行的物理学原理的学习和培养，而仅适合于作其他科学的研究。
针对这种情况，我们购置新设备后，没有放弃传统仪器，而是相互印证教学，达到了较好的效果。
例如：在物理学实验中，有一个“电位差计”的实验，目的是让学生学会使用电位差计测电位差，认识其工作原理，将来学生可以结合实际工作，设计出满足专业需要的仪器设备。如果仅仅会使用，是不符合我们物理学实验的教学目地的，这时，我们就新老仪器一起应用于教学。
如图1所示，是近年来仪器生产厂家生产的一种电位差计，只要将“待测电位差”的两个线头连好，接通电源，选择合适量程，即可从“结果显示屏”上读出待测的电位差值的大小，其测量过程最多几分钟，很快且很现代化，但展示在学生面前的是个“黑箱”，学生只会测量，但不了解其测试原理，达不到我们的教学目的。
同样是测量电位差，如下页图2所示，是早年我们实验室的老师，根据需要设计的一套测试装置，看起来设备简陋，很落后，但是，其工作原理很明确，就是根据惠斯通电桥平衡原理，通过电桥平衡求得的。
通过老师的讲解，学生可以从图2中认识交直流变换电源、电阻箱、开关、标准电源、检流计等常用器材和部件，通过用导线将这些部件连接起来，并检查错误，使其能正常运行，可以使学生了解一个完整的电路及其工作原理，这对学生由理论学习上升到实际操作，做到理论与实践相结合是很有好处的。
通过讲解和学习，虽然仪器粗糙，但物理学原理很直观明了，学生很容易看懂和学会，这对培养学生掌握基本原理，提高实验和创新技能十分有益。
因此，在学生做实验时，让学生同时做图1和图2两个实验，并让学生进行比较，这对提高学生学习兴趣，提升学生对原理的掌握和认识，很有帮助。
二、充分利用实验场所，努力培养学生动手能力
有了较充裕的资金后，是一种设备买十几套或几十套，让学生同时做，还是多买几种少买几套让学生分别做，也是需要考虑的实际问题。
经过我们的认真调研和分析，结合实际情况，我们决定，一种仪器买6套，每个实验室放三种仪器，这样，与一个实验室放一种仪器共18套相比，具有明显的优势，我们分析：首先，这样做有效地避免了重复，节约了资金。使学生在同等条件下，可以多见多做二种不同的实验。其次，节约了实验空间，降低了建筑和空间开支，假设一个实验室只能容下18套实验仪器，原来只能放一种仪器，学生认识和学习的是“一”，那么，现在这个实验室放三种6套实验仪器，学生可以学习三种不同仪器的使用方法和原理，得到的是“三”。第三，方便了学生自学。目前，我们的教学方法是，老师第一次上课时，将该实验室内三个实验的仪器全部介绍完，学生以后凭记忆和自学来做实验，如不明白，还可问老师和同学，同样是一个实验室18套仪器，如果是同种仪器的一个实验，则老师讲解后，学生就做，学生可以不假思索很快完成，而现在是三种不同的实验，每种实验仪器6套，学生听讲完后，学生只做其中的一个实验，下次再来做另外一个。这样，等下次来时，学生可能忘了，这时，需要凭他的记忆，再加上自学和同学或老师的指点来完成实验，我们认为，更有利于对学生实验动手能力和对知识获取的培养。
三、结束语
经过几年的实践，我们探索了在空间和资金有限的条件下，如何搞好基础课教学，如何将现代化先进仪器与传统设备相结合，合理利用场地和设备，如何将培养学生能力与学生分数相结合的教学思路。随着国家经济形势的逐渐好转，相信以后国家对高等教育的投入会逐年加大，相关问题值得我们继续研究。
参考文献：
[1]王墨林，罗乐.大学物理实验网络教学系统的设计[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：140-144.
[2]王月明，刘官元，董大明.网络背景下大学物理实验教学模式探讨[J].大学物理实验，2010，23（3）：15-18.
[3]崔文芳.物理实验教学助推学生创新能力提升[J].现代阅读，2012，（10）：147-147.
[4]杨宏伟.物理学（第三版）[M].北京：中国农业出版社，2012.
第2篇：生物信息学的研究意义范文
关键词：生物信息学 实践能力 课程体系 培养模式
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）07（a）-0047-02
1 生物信息学概述
伴随现代高通量分子生物学技术的快速发展，生物信息学在生物医药领域的应用日益深入[1]。作为数学理论、计算机技术和生物医药研究的整合学科，生物信息学在生物进化、生理功能、疾病治疗、药物开发、农林产业等众多领域均具有重要的应用价值，是研究生命科学、医药科学内在定量规律的重大交叉前沿学科。鉴于生物信息学的重要研究价值和广阔的产业化前景，发展生物信息学专业教育，有计划的建设生物信息学专业课程体系，开展面向实践能力的生物信息学人才培养对促进现代生物医学发展有重要的意义[2]。
2 生物信息学教育发展现状
生物信息学发展起步于20世纪末，在短短的十几年中，生物信息学已经发展成为了横跨多个研究领域的朝阳专业，国内众多高等学府、科研院所相继开设了生物信息本科和研究生专业[3]。但是，在实际的教学和研究过程中，绝大数单位依托于单一的数学、计算机或生物学专业开展，人才培养模式尚处于探索阶段，在培养过程存在生物信学理论基础薄弱、课程体系不健全、课程内容不完善、专业教材匮乏、专业师资队伍缺乏等问题。
哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院是全国领先创办生物信息学专业的单位之一，多年来致力于生物信息学的科学研究和本、硕、博各类人才培养，坚持以学生为本，以培养高素质生物信息学专门人才为目标，深化教学改革，以满足日益发展的生物信息学高端人才需要[4]。为解决生物信息学的教育教学问题，培养高水平的现代生物信息学人才，我们提出立足国内高等生命科学与医学教育，建立面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系，以实现高质量培养具有理工科创新思维能力的生物医学人才，为我国生命科学―医药学科教育教学、科学研究和产业化输送大批专门人才。
3 生物信息课程体系建设
3.1 课程建设目标和指导方针
结合生物信息学才培养目标，经过数十名骨干教师十余年生物信息学教学实践及人才培养成果经验反馈，我们适时调整本科生课程及教学内容，逐步建立起面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系。奠定了本科生的人文素养与科学素养并重，公共基础理论及专业理论相辅相乘，重视学生理工生物医学全方面素质提高，重点突出学生实践能力的人才培养方针，并在实践中培养了大批具有创新思维能力的优秀高端生物信息学专业人才。
3.2 生物信息学课程体系建设方案
考虑到生物信息学多学科交叉特点和国家大学生培养要求，及学生未来就业深造所必需的基础和专业能力，我们在国内率先开创了生物信息学专业人才培养课程体系，并在医学院校独立开展近40余门数理基础课程和生物信息学专业课程。主要的课程建设情况如下：
（1）公共基础课程（国家限修课）：政治理论课程、公共外语、体育。
（2）生物医学基础课程：解剖生理学、发育生物学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、生物技术实验、分子药理学等。
（3）计算机基础课程：计算机基础、高级语言程序设计（C++&JAVA）、数据结构、Perl语言程序设计、数据库系统原理、Linux操作系统与程序设计等（上述课程均含上机实践）。
（4）数学基础课程：数学分析、高等代数、概率论与数理统计、数理逻辑、组合数学与图论、微分动力学方程、运筹学等（上述课程均含上机实践）。
（5）专业基础课程：信息论基础、生物统计学、生物医学图像处理、模式识别、优化算法、随机过程、生物信息学概论、生物信息数据挖掘、生物信息软件设计与开发、分子生物软件工程、生物信息学数据可视化、专业外语等（上述课程均含实验）。
（6）专业课程：生物芯片技术、结构生物学、分子进化、分子生物网络、基因组信息学、蛋白质组信息学、药物基因组信息学、统计遗传学、计算表观遗传学、计算机辅助药物设计等（上述课程均含实验）。
（7）综合实践课程：课题标书设计、科研论文写作、生物信息学进展等。
我们在实践基础上开创的面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系不同于其他院校，具有明显的跨专业交叉性教学计划特色。该课程体系着眼于基础理论与实践应用相结合、素质培养与专业培养相结合、扎实稳妥与创新思维相结合。注重学生在医学、生物学、数学、计算机科学方面的基础性教育，同时，强调了创新型人才培养、高精尖人才培养、特色化人才培养。厚基础、宽口径，使学生在本科阶段不但打好将来从事生物信息学、系统生物学、生物医药等相关领域创新性研究工作基础，更重要的是该专业课程体系与实践密切联系，切合相关研究开发与产业实际，能够培养学生从事原始创新研究与产业开发的能力。
4 生物信息学本科生培养模式建设
4.1 五年制分段培养与多学科教育体系
目前，我们根据生物信息学交叉学科人才培养特点，考虑到基础课程多，实践能力要求高等因素，采取“2+2+1”的五年制本科人才培养模式，包括两年理论基础课程、两年专业课程与一年实践应用课程培养（含科研训练+毕业设计）。此模式在学生就业和用人单位反馈中证实具有显著的人才培养效果。
课程体系建设依托于生物医学综合优势及深厚的数学、计算机科学功底，通过理论教学与实践训练中的知识技能交叉、渗透，培养适应21世纪生命学科与转化医学领域急需的生物信息学复合型人才。在此基础上，从学科的交叉性出发，进一步加强不同类别课程之间的有机融合，加大相关领域知识的整合力度，建立更为紧密、完善，符合生物信息学学科特点的课程体系，将进一步推动学科的发展和系统性教育理论体系的建立。
4.2 面向实践能力培养的本科生教育模式
在本科学生的培养过程中，我们特别重视学生实践能力的培养，通过教研一体化、学业导师制、报告研讨制等先进的教学方法，引导学生早期接触生物信息学应用领域和科学研究，在巩固学习知识的同时，加强对学科的认识和对未来的把握。
“教研一体化”的实践教学模式：面向实践能力培养的课程体系建设，要求教学模式上的改革，使得人才培养模式由注重多数学生基础理论知识培养的大众教育，向注重少数高精尖创新能力培养的精英式教育转变。充分利用骨干教师在生物信息学领域的研究经验，将科学研究成果快速转化成优秀的教学素材，培养学生动手、实践、创新能力，注重培养学生实际产业化的认知水平和实践能力。
本科生学业导师制：本科生进入专业课教学阶段，实行学业导师制。采取学生与一线骨干教师双向选择方式，使每名学生拥有自己的学业指导教师。导师为学生提供思想教育和专业辅导，并通过指导大学生数学建模竞赛、创新创业科研训练、早期科学研究等方法促进学生的学习尽头和对专业的深入认识。
专题报告与研讨制度：本科生毕业设计阶段，强调学生的“主体”学习地位，使学生选择感兴趣的学科方向，在导师指导下进行科研训练与实践。要求学生自主利用网络等各方面资源，获取学科前沿信息，并以专题报告形式展示学习成果，通过提问、研讨、总结，提升自身专业素养及专业技能，独立完成达到核心期刊发表水平的生物信息这科研课题。
5 生物信息学课程体系建设的意义
在全体师生的努力下，经过多年的实践探索，我们对生物信息学课程体系从基础到实践的不同阶段进行分段式、推进式的改革与建设。在政策措施、人员配备、经费匹配等各方面给予鼎力支持。优先保证面向实践能力培养的生物信息学课程体系快速、有效的建设，已经形成国内顶尖的生物信息学本科教育理论和实践团队，并为国家输送着大批高水平生物信息学人才。
面向实践能力培养的生物信息学课程体系建设，一方面能够完善生物医学本科生、研究生的知识结构，提高运用理工科思维和技能解决复杂生命科学问题的综合科研能力，更为有效的实现生命科学攻关和创新研究理论形成；另一方面，生物医药是我国科技研发的薄弱环节，在课程体系建设基础上，培养适用于现代高通量分子生物学技术的创新型生物信息学人才，将为我国的医药物研发提供强有力的推动作用，并有利于创新临床诊断技术开发和个性化医疗的实现，促进科技转化，产生潜在的、不可估量的经济价值。
6 致谢
本文研究内容是在黑龙江省高等教育教学改革专项项目，黑龙江省高教学会重点课题创新型生物医学信息学人才培养模式研究，黑龙省创新创业人才培养项目面向生物信息产业开发的创新型专业人才培养模式研究与实践，哈尔滨医科大学医学教育研究课题面向实践能力培养的生物信息学专业课程整合设计研究资助下完成的，课程体系的建设得到哈尔滨医科大学学校领导的支持，并得到兄弟院校相关领域专家、学者的帮助，在此一并感谢。
参考文献
[1] Ned Wingreen and David Botstein. Back to the Future：Education for Systems-level Biologists[J].Nature Review Molecular Cell Biology，2006，7（11）：829-832.
[2] 徐良德，马晔，孙红梅，等.八年制医学教育中开展《生物信息学》教学的实践探讨[J].素质教育，2011，11：33-34.
第3篇：生物信息学的研究意义范文
关键词：生物信息学 交叉学科 学生培养
一、生物信息学的产生
生物学是一门古老的学科，在人类历史发展的长河中，人类从未停止过对生命奥秘的探索。人们逐渐认识到，虽然生物种类多种多样，但是它们的最基本分子却是相同的。DNA、RNA和蛋白质等分子构成了生命的基本单位，再由细胞到组织、器官，最后器官系统组成完整的生物体。
传统的生物学研究中，由于受到技术水平的限制，生物学家多采用低通量的生物实验方法，其研究对象通常是一个基因或者几个基因组成的通路。在这种情况下，实验后的简单观察就可以满足研究需要。随着生物研究的不断深入，积累了大量实验数据，人们不禁想到，如何把不同的实验结果整合起来？另一方面，随着生物技术的发展，大量新兴技术出现，产生了海量的数据。例如90年代兴起的基因芯片技术，单张芯片就可以测定成千上万个基因在某一状态下的表达情况。1990年启动的人类基因组计划更为生命科学的研究提供了海量的序列数据。面对如此多的数据，以前依靠生物实验研究单个或几个基因的方法很难再适用，生命科学、统计学、计算机科学和信息科学等若干学科的交叉学科――生物信息学应运而生。生物信息学以计算机、统计、模式识别等方法为手段，以生物数据为研究对象，通过对大量生物数据的储存、处理和分析，提取其中有意义的生物知识[1]，从而最终揭示蕴藏在核酸序列和蛋白质序列中的信息，对了解生命活动的基本规律出贡献。
二、生物信息学在生命科学研究中的作用
作为一门新兴的学科，大家对生物信息的作用并不十分明确。很多人认为生物信息学只是为实验科学服务。从广义上讲，这种说法也不无道理，但是生物信息学并不是实验科学的附属品，与生物实验一样，它也是解决生物问题的一种手段。为了解决生物问题，生物学家依靠的是实验台，生物信息学家依靠的是计算机。
在生命科学的发展过程中，以分子生物学的产生为界，可以分为传统生物学和现代生物学。传统生物学和现代生物学取得的成就为生命科学的发展做出了巨大贡献。人类基因组计划启动以来，人们一度认为只要把各种生物基因组的全部碱基排列顺序测定清楚，生命的遗传奥秘就会显露无余，但是真实的情况远不像想象的那样简单。人类的个体发育开始于一个单细胞受精卵，受精卵经过一系列的细胞分裂和分化，产生具有不同形态和功能的细胞，不同细胞之间相互作用构成各种组织和器官。虽然人类基因组中有两万多个基因，但是在单个细胞当中，同时起作用的基因往往是很少的。有些基因只在特定阶段起作用，有些基因只在特定组织起作用。只关心某个基因或蛋白的功能是不够的，因为在不同时空条件下，同一个基因或蛋白的功能可能不同。生物是一个复杂的系统，其表型和功能不仅体现于基因数量和序列的不同，更体现在基因、蛋白以及其他生物分子之间的相互作用之中。因此，把研究对象当成一个整体，系统地分析内部的相互关系尤其重要。但是无论是传统生物学还是现代生物学，都是一门实验学科，生物学的发展中缺乏一种系统思想。生物信息学可以从大量生物数据中提取有意义的生物知识，通过对已有数据的总结，进一步推测生物体的某些性质和变化趋势，生物信息学为大量生物数据的整合提供了可能，与生物实验一样，是生物研究中的一种重要途径。
三、生物信息学学生的培养
生物信息学是一门交叉学科，要求学生具有较好的分子生物学、计算机科学、数学和统计学素养，目前国内只有少数几个学校设立了生物信息学本科专业，大部分的学生都是进入研究生阶段才开始生物信息学的培养。在进入生物信息学专业前，本科阶段可能接受过计算机、统计学、信息学、生物学等某一方面的教育，但要进行生物信息学的研究，大多需要补充其他方面的知识。
生物信息学研究可以分为两类：第一，在深刻理解生物问题的基础上，利用计算技术解决生物问题，第二，为生物学家提供性能更好的方法（算法）。理工科背景学生的生物知识较少，但是对于各种计算方法的原理和使用非常熟悉，对于这类学生的培养，第二类问题比较适合他们入门。在生物信息领域，有很多经典的分类问题。这些问题已经明确了分类目标，并且大都有通用的数据集。但是这类工作也受到了生物学家的质疑，因为大部分工作都是把已有的经典算法用在生物数据上，由于对生物问题不够了解，最后成为只有做生物信息的人才看的方法。这也在一定程度上导致了部分生物学家对生物信息存在偏见，认为生物信息就是提出新算法，做一些数据库。要想真正让生物学家认识到生物信息学的重要性，就要以解决生物问题为根本出发点，即使是做预测方法，也要建立在解决生物问题的基础上。做出更好预测方法的关键是深入理解生物问题并抓住关键特征。举个例子，要把男生和女生分开，我们可以根据很多特征，比如身高、体重、头发长短，虽然大多数情况下来说，男生比女生高、比女生重、比女生头发短。但是只基于这些特征还是会造成很多的分类错误，因为这些特征不是男生女生差别的最根本因素。如果我们是根据性染色体来分，那正确率的提高就非常显著了。在预测问题中，利用五花八门的方法并不是关键，如何能够对生物问题深入了解并找到关键特征，才是最主要的。
作为一门新兴的学科，大家对生物信息的了解还很少，很多人对它的定位也不同。但既然是生物信息，就是先生物后信息，可见生物的重要性。所以，在生物信息的研究过程中，对生物问题只限于表面地理解，势必不能做出好的工作。只有对生物问题有了深入了解，才能发现其中的问题。能够找到值得做的问题，可以说工作已经成功了一大半。当然，解决问题过程中也会有很多困难，比如发现了值得研究的课题，但在解决的过程当中发现某些数据无法获得，或者某些技术超出了自己的能力范围。在这种情况下，可以首先想想有没有其它变通的办法可以解决问题，如果经过慎重的考虑都无法找到，就要果断的放弃。这里要强调一定要慎重考虑，不能遇到一点困难就放弃。
相比理工科背景的学生，生物背景的学生有着扎实的生物学知识基础。但是如果是从本科阶段直接进入生物信息学，由于还没有进行过实验操作，他们对生物问题的理解也很难非常深入。不管是理工科背景还是生物背景的学生，丰富的生物学知识都是进行好的生物信息学研究的前提。在培养学生时不可忽视对其基础生物学知识的传授和教育，并适当引导其对生物学问题的思考。生物学问题可以很大也可以很小。大的生物学问题任何一个懂得基础生物学知识的人都可以提出，但也是最难解决的，比如到底是什么改变使细胞恶变，自身免疫病是如何形成的，心血管病糖尿病等复杂疾病是如何发生的，为何有人容易生某种病而其他人不易感。小的生物学问题就是各自领域的具体研究课题，比如表观遗传学领域的DNA去甲基化酶是否存在，基因表达调控领域的转录起始频率是如何决定的，RNA领域的大量非编码RNA的作用，蛋白修饰领域新发现的修饰如何调控蛋白的功能等等。在脑中提出并试图思考一系列大大小小的生物学问题是对学生培养目标的第一步。这些问题的产生的前提是对生物学知识的熟悉掌握。然而在对学生培养的过程中没必要也不可能告诉他们所有的知识，生物学知识教育的原则是为他们打开门，当他们思考问题的时候知道去哪里找到相关的知识。
另一方面，只有生物学基础知识和问题是不够的。很多问题在生物信息学产生之前就存在了，传统的方法无法带给人们问题的答案。人们一直期待新的方法去理解和解决这些问题。生物信息学的产生无疑提供给人们另一种思考生物问题的方式，为一些经典问题的解决提供了可能。例如最近的大规模的肿瘤基因组测序和分析使我们发现了很多新的肿瘤相关基因[2]。对于生物背景的学生，在教学中要把这样的例子介绍给学生，生物背景的学生在理解信息学理论方面会存在困难。最初很难要求他们理解所有具体过程。但是至少要让他们知道这些方法的基本原理，还有在什么情况下使用。这样在以后的研究中遇到类似问题才能想到应该选择什么样的信息学工具去解决，在具体应用过程中加深对整个过程的理解。生物背景的学生如果想成为生物信息学专家，只会应用是不够的，补充一些计算机、统计、信息方面的基础知识是必不可少的。
生物信息学是一门仍处在快速发展之中的学科。还没有一本教材能够满足生物信息学教学的需要，生物信息学立足于分子生物学、模式识别、计算机科学与技术、数学和统计学等学科，所以学生要先对这些学科的基本概念和系统有一个较为全面和直观的认识，为日后的科研打下坚实的基础。另外，培养过程中要包括大量的实例介绍，对一些重要的应用还加以详细解剖，使得同学们不再仅掌握理论，而是能够学会如何在实际工作中灵活应用这些理论。在此基础之上，向同学们推荐一些最新的论文、期刊、参考读物和相关的学术报告，让同学们能够切身感受到学科发展的前沿，培养学生的创新能力。21世纪是生命科学的时代，也是信息科学的时代。生物信息学在这样的历史条件下产生并壮大，它作为多个领域的交叉新兴学科，对生命科学研究有着巨大的推动力。生物信息学是一门应用性非常强的学科，也是一门非常活跃的前沿学科，良好的教学效果必须以先进的内容体系为基础，我们应时刻注意以科研促进教学，教学科研相长，使教学研究达到更高的水平。
[参考文献]
[1]蒋彦等.基础生物信息学及应用[M].北京：清华大学出版社,2003
第4篇：生物信息学的研究意义范文
关键词：医学检验；生物信息学；课程教学
近年来，生物信息学在各医药院校越来越受到重视，多所院校相继在研究生教学中开设了生物信息学课程[1]。而对于医学本科层次是否需要开设生物信息学课程这一问题，虽然目前各方面的观点不一，但是已经有一些院校开始进行尝试。目前医学检验专业（五年制，毕业时授予医学学士学位）已调整为医学检验技术专业（四年制，毕业时授予理学学士学位），而生物信息学作为一门新课程，在医学检验（技术）专业学生培养中的作用正日益受到关注，逐步被某些院校选择作为必修课或者选修课。
一、开设课程的必要性
空前繁荣的生物医学大数据的产出，及其蕴含的重大生命奥秘的揭示，将决定现代生命科技和医药产业研发的高度，决定人们对疾病的认识和掌控能力，也将对主导生物医学大数据存储、管理、注释、分析全过程，解决生命密码的关键手段———现代生物信息学技术的发展带来前所未有的机遇和挑战[2]。对于医学专业学生而言，通过学习生物信息学，从而掌握利用各种网络信息资源来检索和获取生物信息数据，并选择和使用各种生物信息学软件来分析数据。在当今大数据时代，这方面的知识和技能的培养对于医学生今后从事医学科研工作是非常重要的。因此，在医学专业学生中开设生物信息学课程非常必要。我校从2010年开始将生物信息学设置为研究生教学的必修课；从2013年开始在医学检验专业中开设生物信息学选修课，自2015年开始转为医学检验技术专业。在医学检验技术专业中开设生物信息学课程，能够为该专业学生的临床和科研方面的素质积累提供必要的支持，更重要的是增强了在医学和信息科学交叉领域解决问题的技能，其意义几乎等同于在研究生教学中的设课意义。
二、教学内容的安排
医学检验技术专业的教学任务非常紧张，几乎将原来医学检验专业前八个学期（最后两个学期为实习阶段）课程压缩到六个学期来完成，学生学习压力可想而知。我校为了减轻学生负担，各课程的课时数都比医学检验专业有所减少。但生物信息学并未改变，仍然为16学时。为了在较短的学时内实现教学效果的最大化，我们结合该专业学生的特点和需求，将授课内容分为理论课和实践课两部分，实践课不占学时。理论课主要介绍基本的生物信息学理论、资源和数据的获取、分析方法和工具的使用；实践课则通过布置作业，课后上机操作来解决问题。理论课主要内容包括：生物信息学导论、DNA测序技术、序列的获取、双序列比对、多序列比对、蛋白质结构分析和预测共计六个专题。实践课主要内容包括：cDNA及基因组参考序列的获取；常见序列格式的释义与转换；双序列比对（局部比对）；多序列比对（全局比对）；蛋白质综合信息查询；蛋白质基本性质、疏水区、亚细胞定位、信号肽、跨膜区、模体及结构域分析与二级结构预测；蛋白质三级结构预测。在理论课实施过程中，注重将与生物信息学相关的生命科学和医学前沿的一些最新进展和最新成果引入理论知识讲授中，让学生在有限学时内能够进一步认识生物信息学的内涵和课程的价值，追踪前沿学科的动态，开拓视野。
三、教学方法的设计
生物信息学涉及多个学科领域，交叉性强，在较短的学时内学好这门课程的难度很大。学生的学习兴趣与教学内容和手段关系密切，除了精心选择教学内容外，教学方法上也有很多需要革新乃至创新的地方。在教学过程中，我们形成了颇具特色的教学经验，由授课教师独创的授课———实践———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教学模式已应用于教学。TPS教学模式着力于以实际问题为引线，将理论授课与上机实践有机地融为一体，逐步介绍生物数据分析的各项技能，并指导学生将其融会贯通以真正掌握相关的基本方法与常用工具。首先，在教学内容上引入具体实例来进行教学，比如讲解生物信息数据库（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）时，通过给出检索某个人类疾病基因数据的例子来学习数据库的使用方法。课堂上教学实例的设计需要任课教师在备课时投入大量精力来完成，还需要教师具备多学科交叉的知识。教学实践表明，与医学相关的生物信息学分析实例可以让学生更好地认识该课程的作用，大幅度提高学生的学习兴趣和学习的主动性。此外，课堂教学手段也应该丰富多彩，多媒体教学中可以充分使用图片、动画等元素。其次，举例分析时可以进行一定的现场演示，比如讲解检索Unigene数据库时可以一边上网演示一边解释说明。
四、考核方式的变革
生物信息学作为选修课，既要遵循学校相关的考试制度，也要通过对考试方式的变革来提高考试效果。我们将理论考核与学生的实践能力考核联系起来，结合学生课外实践任务的完成情况和开卷考试成绩进行综合评定。在课程中安排一次课外实践任务，要求每位学生独立完成相关分析并提交书面分析报告，该部分占考核成绩的20%。具体内容为自行选择一个人类细胞外功能蛋白：1.利用ClustalX对各物种参考蛋白序列进行多序列比对（输出PS格式结果）；2.分析分子量、等电点、分子式、稳定性、亲疏水性及亚细胞定位；3.预测二级结构并模拟三维结构。课程结束后进行开卷考试，内容包括基础知识和综合分析，尽量采取灵活的出题方式，并控制题量，该部分占考核成绩的80%。近年来的教学实践表明，这种综合评定的方式能够反映学生对该课程的掌握程度，体现学生利用生物信息学知识解决问题的能力。
五、展望
实践表明，生物信息学课程教学能够给学生提供所需要的生物信息学知识和技能，但是在教学内容安排、教学方法设计、教学手段使用和教学效果评价等诸多环节都需要进一步探讨。在这个过程中，我们既需要吸收传统教学模式中的优点和精髓，做到严谨和切合实际，又需要更新教学理念，突出医学特色，大胆尝试新的教学方法和手段，最终形成本课程别具一格的教学特色。
作者:伦永志 单位:大连大学
参考文献
第5篇：生物信息学的研究意义范文
关键词：生物信息学;双语教学;改革及实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）46-0125-02
生物信息学是生物学、计算机科学及应用数学等学科相互交叉而形成的一门新兴学科。它以DNA和蛋白质为研究对象，通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示实验数据所蕴含的生物学意义的目的[1]。基于“加强基础、拓宽专业、强化能力、提高素质”的人才培养指导思想，河南科技大学生物科学及生物技术本科专业开设了《生物信息学》课程，以便让学生理解并掌握生物信息学领域的基本概念和基本理论，具备初步的生物信息学分析技能和实践操作能力，从而适应今后工作和学习的需要。
生物信息学的研究对象为各种分子生物学数据，是在全世界各个实验室中产生的，然后再提交到相应的数据库中[2]。目前，这些大型分子生物学数据库在存储、检索和可视化上，都是英文界面;《生物信息学》课程中讲授的生物信息学软件也均以英文为界面[3]。由于生物信息学学科的前沿性和交叉性，使得《生物信息学》课程的教学有其特殊性，其中一点就是适宜于开展较高水平的双语教学。通过双语教学，可使学生尽快掌握以英文为界面的生物信息学网络资源及相关生物信息学分析软件的使用，提高本科生生物信息学基本的分析技能，继而培养其创新能力。根据《生物信息学》的课程特点，我们开展了双语教学的改革和实践，获得了较好的教学效果。
一、激发学生学习兴趣
《生物信息学》课程涉及的知识点较多，在线生物信息学分析平台均为英文界面，多数学生因而存在一定的畏难情绪。因此，在授课的过程中，首先引导学生加强生物信息学基本分析方法及专业英语的学习。学生通过浏览英文网站，英文阅读能力得到了很大提高;同时也开拓了视野，提升了知识面。总之，通过激发学生的学习兴趣，帮助学生逐步建立起学习的兴趣和自信心，为开展《生物信息学》双语教学打下了坚实的基础。
二、选用英文原版教材
目前，适宜于本科生《生物信息学》双语教学的英文原版教材较为欠缺[4]。其原因有两点：一方面，部分《生物信息学》原版英文教材非常昂贵，因成本原因不适宜于本科生选用;另一方面，通俗易懂、适合入门的《生物信息学》英文教材又少之又少。项目组最终筛选到了一本适宜于我校生物科学和生物技术专业本科生选用的英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，该教材浅显易懂，实践操作性强，适宜于生物信息学初学者选用;另一方面，打印或复印该教材的成本较低，学生易于接受。
三、更新优化教学内容
基于英文原版教材《Bioinformatics For Dummies》，适当更新并优化了教学内容，重点传授了应用性较强的生物信息学实践分析技能。如核酸及蛋白序列数据库的查询、核酸及蛋白序列的相似性搜索、序列比对、分子系统进化树构建、蛋白物理特性及3D结构的预测等分析技能。另外还讲授了离线单机版生物信息学软件如DNAMAN 6.0、Primer Premier 5.0、MEGA 5.0的使用方法。
四、适当讲解理论算法
在注重传授生物信息学实践分析技能的同时，适当讲解生物信息学理论算法。由于生物信息学涉及的算法多数都较为枯燥，在授课过程中侧重于分析方法的讲解和应用。如在讲授Needleman-Wunsch全局比对和Smith-Waterman局部比对及分子系统发育树构建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加权算术平均组队法）等算法时，在多媒体教学的基础上，结合互动式“提问”及“板书”等方法辅助学生理解算法的基本原理及分析方法;同时布置课后计算题作业，要求学生独立完成后上交，从而促进学生巩固基本理论和基本知识[5]。
五、采用双语多媒体授课
为了更好地执行《生物信息学》课程的双语教学任务，我们首先制定了《生物信息学》课程双语教学计划。即选用英文教材，制作英文PPT教学课件，采用中英文相结合的授课方式。随着学生生物信息学分析能力及专业英语水平的不断提高，逐步在授课过程中由少到多地加大英文授课的比例。项目组已于2014-2015学年第2学期成功应用英汉双语完成了《生物信息学》课程的双语教学任务，教学效果良好。
六、实时演示在线分析过程
我校基于网络安全的考虑，在教室内仅能登陆校园网而不能登陆外网。在以往的《生物信息学》教学过程中，只能采用网页抓图的静态教学方式，造成学生对生物信息学分析方法的体验不够强烈。为了达到更好的教学效果，项目组购置了能够接收无线网络信号的设备，在教室内可实时在线进行生物信息学分析，在讲解数据库查询、BLAST分析、Bankit序列提交、蛋白质结构域分析、蛋白质物理特性及3D结构预测等内容时，学生得到了更加直观的实践体验，加深了对生物信息学分析方法的印象，从而更加容易掌握这些实践操作。
七、网络教学资源建设
由于受学时的限制，《生物信息学》课堂教学的内容非常有限。为了让学生更好地利用生物信息学丰富的网络资源，我们基于学校开发的网络教学综合平台，构建了《生物信息学》课程网络平台。平台不仅提供双语多媒体课件、教学视频、作业及相关要求等教学资料;还提供了Primer Premier、DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BioEdit软件安装程序和使用手册、生物信息学英文文献及常用的在线生物信息学分析工具的链接等内容。
八、科研与教学相长
在生物信息学课程的双语教学过程中，我们坚持教学和科研互动，实现科研与教学相长。一方面，主讲教师将科研中积累到的涉及到生物信息学的研究成果应用于《生物信息学》教学过程中，丰富了教学内容。如在讲授Bankit在线序列提交序列时，我们以提交至国际核酸序列数据库GenBank的芍药（Paeonia lactiflora）乙烯受体ETR1（JX406435）、ETR2（KP265307）、ERS1（KP265307）、EIN4（KP265308）基因序列为例;在讲授基因外显子和内含子结构预测时，以芍药ACO（KJ719260）和ACS（KP265309）基因组DNA序列为例;在讲授Primer Premier软件时，以芍药ACO基因为例，分别设计用于半定量RT-PCR、CDS扩增及原核表达载体构建所需的PCR引物。通过把科研思路带入教学中，从而有效培养了学生的科研能力及创新能力。另一方面，教学实践也有利于教师全面了解生物信息学和相关学科的最新进展，不断为科研提供新思路。
九、考试方式改革
《生物信息学》课程教学的目的是提高学生利用信息技术解决生物学问题的能力。因此，考试主要考查学生综合利用所学知识分析问题和解决问题的能力。项目组对考试方式进行了改革，改闭卷考试为大作业。要求学生一人一题，综合应用所学的生物信息学分析技能对所研究的核酸及其编码的蛋白序列进行序列查询、序列同源性搜索，PCR引物的设计，分子系统进化树的构建，蛋白的物理性质及3D结构预测等分析，占考核成绩的70%。采用这种考试方式，一方面促使学生在学习过程中不必花大量工夫去死记硬背，而把重点放在了基本理论、基本知识的巩固及实践操作技能的提高上，有效地提高了学生的实践操作能力和创新能力;另一方面，也促使教师在教学过程中，注重从能力培养的角度进行教学课堂设计，提升教学质量和水平。
参考文献：
[1]贺林.解码生命――人类基因组计划和后基因组计划[M].北京：科学出版社，2000
[2]周到，黄敏.生物信息学双语教学探讨[J].科教文汇旬刊，2013，（231）：48-49.
[3]戴凌燕，姜述君，高亚梅.《生物信息学》课程教学方法探索与实践[J].生物信息学，2009，7（4）：311-313.
第6篇：生物信息学的研究意义范文
摘要：生物信息学是较新的交叉学科，大部分文献资料都是英文的，对学生的专业英Z能力要求较高，仅靠开几门课远远不够。应用驱动的生物信息学专业英语教学体系在大学英语和专业英语课程的基础上，以应用为驱动和引导，以网络资源查询、专业软件使用及专业文献资料的阅读及写作为核心内容，使学生在课程设计、综合实验及科研等实践过程中提高专业英语水平，收到了良好的效果。
关键词：应用驱动；生物信息学；专业英语
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0232-02
一、前言
生物信息学是近年新兴的一门交叉学科，其研究内容包含了生物信息的获取、处理、储存、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义（张春霆，2000）。与其他的生物学专业一样，该专业要求学生掌握基本的专业英语阅读和写作能力；同时，由于是新兴专业，其大部分专业资料，包括专业网络资源、常用软件和文献资料等大都是英文，并且对生物学、计算机及数学领域的专业英语词汇都有一定要求，因此，生物信息学专业对于专业英语的要求比其他专业更高一些。近年，人们陆续提出将任务或项目驱动教学法（周冬菊等，2011）、CBI（Content-based Instruction）专业英语教学法（智慧，2011）等应用于生物类专业英语教学，并强调网络资源和应用（刘进平等，2011，2013）以及科研文献（方强&赵威，2014）等在生物类专业英语教学中的作用。重庆邮电大学生物信息学院生物信息学本科专业通过总结不同的教学方法，结合生物信息学专业自身的特点，系统地提出了应用驱动的生物信息学专业英语教学体系，并收到了良好的教学效果。
二、体系构成
应用驱动的生物信息学专业英语教学体系由两部分组成：①基础部分，包括大学英语和生物信息学专业英语；②应用部分，包括双语教学课程、生物信息学网络资源、生物学软件及专业文献资料阅读及写作。内容由浅到深，从基础教学逐步过渡到专业应用。整个体系以应用为驱动和向导，其核心内容是网络资源查询、专业软件使用及专业文献资料的阅读及写作，其形式主要为课程设计、综合实验及学生课外科研。
1.大学英语。大学英语教学分为基础阶段和应用提高阶段（田志环，2008），大学英语是基础阶段的主要英语教学形式，在高中阶段语法学习的基础上，巩固提高学生的英语听、说、读、写能力，为后面的应用阶段英语教学奠定基础。
2.专业英语课程。生物信息学专业英语课程是基础阶段到应用提高阶段的过渡，其教材根据本专业的特点采用自编教材，内容除生物信息相关内容外，还兼顾生物、计算机和数学（主要是概率统计）等领域。生物信息学专业英语课程内容分三个层次：专业英语，主要是理科专业英语的特点，常用句型；生物类专业英语，主要是了解生物学专业名词的构词特点及熟悉常见生物学专业名词；生物信息学专业英语，了解生物信息学常见的研究领域，熟悉生物信息学专业词汇。内容从一般到特殊，学生通过该课程的学习初步了解生物信息学专业英语的特点，掌握基本的专业词汇。
3.双语教学专业课。生物信息学专业的双语课程是整个专业英语教学体系的核心，是学生掌握专业英语词汇的主要途径。双语课程包括分子生物学、进化生物学、Perl程序设计等，其教材采用国外原版教材（影印版），教师上课幻灯片主要用英语，讲解用英语+汉语，配合学生的课前预习和课后复习，在掌握专业知识的同时，熟悉生物信息学专业词汇，提高专业英语阅读能力。
4.网络资源。随着生物信息学的快速发展，网络上英文的生物信息学资源也越来越多，主要包括生物学数据库、多媒体生物信息学资料（如新一代测序仪介绍等）及公开课视频资料。网络生物数据库如GenBank、UniProt、Ensembl、Pfam、PDB等包含了大量的生物学数据及分析工具，内容系统完整，更新速度快，是生物科研工作者的宝库，同时也是生物信息学专业英语学习的宝贵资源。这些数据库的帮助页面有详细的资源介绍及使用方法说明，若能仔细阅读，在学习这些网络资源的同时，专业英语能力也会有极大的提高。另外，网络上的很多公开课，如亚利桑那大学的“生物多样性”、可汗学院的“生物学”及“概率”、麻省理工学院的“生物学导论”等，都是很好的在线学习资源。
5.生物信息学软件。生物信息学领域很多常用的软件，如序列比对软件BLAST、FAST、TeeCoffee、ClustalW/X系统发育分析软件MEGA、PAUP、PHYLIP、PAML，新一代测序数据分析软件Velvet、SOAP、Bowtie、BWA等及其他生物信息学领域的很多软件的界面及帮助文档都是英文，在掌握使用这些软件的同时，也可以熟悉相关领域的英文专业词汇。
6.专业文献资料阅读。在学生的生物信息学课程设计、生物信息学综合实验、毕业设计、科研班及创新实验等课程及活动中，需要阅读适量的英文文献。在前面掌握了一定量的专业词汇的基础上，通过英文文献资料的阅读，进一步提高了学生的专业英语阅读水平，并初步掌握生物信息学专业英语写作的基本要求，对于学生以后的研究生阶段的学习或专业相关工作奠定了专业英语基础。
三、教学效果
专业英语学习的最终目的是应用，主要包括专业英语文献资料的阅读及论文写作，因此，对于教学效果也主要从阅读和写作两方面进行评价。
1.专业英语阅读。经过几年系统的专业英语学习，学生从入学时觉得专业英语神秘莫测，看到英文资料就跳过，到毕业时能比较顺利地阅读专业文献资料，查询GenBank等英文专业数据库，也不再害怕使用英文界面的专业软件。
2.专业英语写作。在专业英语阅读能力提高的基础上，学生的专业英语写作能力也有了较大提高。尤其是科研班的同学，基本上可以用英语将自己的科研工作总结成论文初稿，毕业论文中的英文摘要也较少出现语法和拼写错误。
经过四年的学习，学生生物信息学专业英语的阅读和写作能力都有了较大提高，为进一步的学习和工作打下了良好的基础。
四、结语
该体系以应用为导向，从基础到应用，由易到难，主要培养学生的生物信息学专业英语阅读能力，兼顾专业英语写作训练，取得了较好的效果。英语的学习是一个积累与逐步提高的过程，专业英语更是如此，尤其是专业词汇的积累需要大量的阅读与写作实践。因此，要使学生学好专业英语，仅靠开几门课是远远不够的。学生通过课程设计及生物信息学综合实验等应用性课程及课外科研活动，在掌握了专业知识的同时提高了专业英语阅读和写作能力，为进一步深造打下基础。
参考文献：
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[4]刘进平，庄南生，王英，唐燕琼，许云，黄小龙.生物类专业英语利用互联网资源辅助教学法[J].科技信息，2011，（14）.
[5]刘进平，庄南生，王英，唐燕琼，许云，黄小龙.“以应用为中心”的生物类专业英语教学改革与实践[J].大学教育，2013，（12）.
[6]方强，赵威.将科研文献引入生物科学专业英语的教改实践和探讨[J].教育科学论坛，2014，（32）.
[7]田志环.生物学专业英语教学的探索与实践[J].高教论坛，2008，（5）.
第7篇：生物信息学的研究意义范文
[关键词]生物信息学；案例教学；生物类专业
[中图分类号]G64 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432（2014）48-0179-03
生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、处理、存储、、分析和解释等在内的所有方面，综合运用生物学、数学、计算机科学等方法，阐述和理解数据所包含的生物学意义。作为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一，生物信息学已成为介于生物学和计算机科学前沿的重要学科。实验室的每一项技术，从简单的克隆、PCR到基因数据分析都需要在计算机上进行处理。因此对生物学专业的学生而言，具有一定程度的理解和应用生物信息学技术的能力是十分必要的。而课程是为培养目标服务的。这就要求教师在有限的授课时间内，使学生不仅掌握基本的理论知识，紧跟科研的最新进展，而且在今后的科研工作中能学以致用。
1 理论与实践相结合的教学手段
根据当今生物信息学的发展方向，教师结合理论教学内容增加综合性、开放性实验，使学生循序渐进地理解和掌握生物信息学的原理和方法，进而运用合适的生物信息学工具解决问题。本文以两个案例解析这一教学过程。一是信息的简单检索。在获取生物信息的同时，理解数据库概念、动态规划和bootstrap等算法；二是高通量测序的数据分析。在实现大规模数据处理和分析的同时，掌握统计分析基础知识。
1.1 生物信息的简单检索
近一二十年，生物学数据，尤其是序列数据，以指数级的方式增长。以GenBank的核酸数据库为例，每12～20个月数据就翻一番，略高于Moore定律提供的参考数值。如何从这些海量数据中获取想要的信息，已成为生物学专业学生必须掌握的技能之一。而如何正确获取和应用信息，则需要了解数据是如何被存储、解析，以及背后隐藏的算法。因此围绕正确挖掘数据信息这一主题，设计以下案例，通过4步展开教和学。
1.1.1 讲解
基于大数据教师引申出数据库存储信息的概念。而后分类介绍常用的基因组数据库、核酸序列数据库、蛋白质序列数据库、蛋白质结构数据库以及各种常用复合数据库。
1.1.2 演示
了解上述常用的数据库之后，教师实例演示数据库检索。通过逐层提出问题，诱导学生思考如何利用上述不同的数据库资源，一步一步挖掘所需的信息。例如，被测序的片段是哪个基因？该基因编码的蛋白质序列是什么？是否有保守的功能结构域？在亚细胞的什么位置发挥什么功能？可能的三级结构？和哪些蛋白或RNA存在可能的相互作用？它在进化中又是如何演变的？
1.1.3 实践
让学生上机操作上述实例，体验各个数据库的侧重点，并理解不同软件不同参数的意义或差别。比如GenBank和Swissprot的侧重点，PAM-n和BLOSUM-n的选取。
1.1.4 成文
引导学生形成可重复计算的科学文档。对每一个案例，教师展示常规性的文件组织形式：/data，/analysis，/scripts，/reference等。写说明文档的时候，要求学生记录每一个分析步骤的所有细节：数据库的网址、软件的名称、版本、输入的文件、精确的运行参数、结果的提取等。
通过这样的案例教学模式，一是较好地将知识点融合串联到教师讲授和学生上机操作中。二是使学生不仅熟悉各种常见的数据库，而且理解数据库中各个软件及其参数的意义，遇到实际问题也不再束手无策。而教师也可以充分参与到学生的学习中，对学生上机操作过程中出现的一些主要理论与技能问题了如指掌。通过教―学―练―教―练，达到学以致用的教学目的。三是培养学生创建较好的文档及其组织形式，形成科学研究的可重复性（replication）和可复现性（reproducibility）。不仅有利于追溯前因，而且对代码的复用，以及对结果应用于新项目都非常必要。
1.2 高通量测序数据的分析
随着高通量测序技术的兴起，大量物种的全基因组数据、转录组数据和其他类型数据被测定完成或正在进行中，每天都有成千上万的数据被源源不断地输入相应的生物信息库中。这些大规模数据的不断产出，使得生物学专业学生掌握高通量数据分析技术已成为一种趋势。因此，教师有必要将这部分内容由理论讲授过渡到上机操作。
1.2.1 介绍
教师以DNA测序技术发展为主线，理论介绍De Novo测序、ChIP-seq测序、RNA-seq测序、Methyl-seq测序等。并通过拍摄的录像，向学生直观地展示不同的测序仪及其特点。
1.2.2 演示
教师对整个分析过程进行详细的阐述并实时上机演示（下图）。以转录组RNA-seq为例，包括测序质量的评估（碱基组成和碱基质量分析）、clean reads的筛选、利用TopHat/Bowtie将筛选出来的reads比对到参考转录本、统计reads在参考基因上的分布情况及覆盖度，判断比对结果是否通过第二次质控、通过cuffmerge将重复测序得到的reads形成一致性转录本、基因结构优化、基因覆盖度统计、使用cuffdiff筛选差异表达基因和鉴别可变剪切体、对结果基因进行聚类分析、GO和pathway富集性分析。
1.2.3 实践
让学生分组讨论并上机实现上述数据分析流程。掌握基本的Linux命令、统计计算和可视化分析。
1.2.4 成文
引导学生形成规范化文档和脚本，以便回溯和可重复性使用。
高通量数据分析不仅涉及的知识点多，而且需要在Linux下进行简单的操作和软件的使用。对生物学专业的学生来说，容易造成心理上的抗拒。教师可以采用“分而食之”的策略：将教学内容分成相对独立完整又有一定联系的几个部分（下图）。对于每部分内容，教师利用已讲解的相关知识给学生实时演示，并给出教师自己的理解和结果。然后把学生分组，让他们根据自己的理解，带着兴趣和疑问上机实践。并在上机操作过程中，鼓励学生之间、学生与教师之间及时讨论交流。最后让学生将所有内容串联起来，介绍本组的实验内容及解决办法。通过这种方式能较明显地消除心理顾虑，有助于学生独立思考，独立解决问题。
“RNA-seq数据分析”案例教学流程图
2 以能力测试为中心的考核方式
对于生物学专业的学生而言，生物信息学是一门实践性很强的学科。因此，教师采用以“能力测试”为中心，知识与技能考核并重的考核方式。以上述两个案例为例，在期末考试中，教师将NCBI GEO中“（RNA-seq[Title]）AND “Mus musculus”[porgn：__txid10090]”722个实验数据，随机分配给每个学生。要求每个学生对分配到的RNA-seq数据进行差异表达分析，聚类分析和富集性分析。并选择合适的基因，分析其保守的功能结构域、亚细胞定位以及可能的蛋白质结构和功能、可能结合的转录因子、相互作用的蛋白质网络和信号通路、构建相应的系统进化树。
学生对上述每一个小题从“知识点”、“参考资料”、“使用软件或工具”、“参数”、“脚本”、“结果”分别答题，不仅非常有效地明确所学的内容，而且很好地杜绝了作弊行为。
3 教学效果
为了解案例教学的效果，本课程案例教改活动向2011级生物科学和免疫学专业学生QQ群发放电子问卷，共收回82份答卷，统计结果如下表所示。从表中可以看出，案例教学模式使学生有较强的参与感，能较好地提高学生的学习兴趣，学生对理论问题的认识更为深刻。
4 结 论
案例教学基于具体的事例，将一系列的知识点有机地串联起来，并通过实例操作达到学以致用的目的。从学生反馈意见可以看出，这种理论与实践结合的教学模式，很好地提高了学生的学习兴趣。考虑到有限的授课时间和不同学生的学习背景，作为教师需要设计合适的案例，从而达到较好的教学效果。一般可以遵循以下原则。
4.1 具有代表性
所选的案例既要经典又要紧跟科学前沿。比如第一个案例所蕴含的数据库检索、序列比对和系统进化树的构建，在生物信息学中，属于较经典且核心的知识点。而第二个案例选择的对象则与当前的科研热点紧密联系。
4.2 具有偏向性
生物信息学本身是个交叉学科，涉及的知识点相对较多。面对生物类专业背景的学生，我们侧重生物信息学方法或者工具（软件）的应用，而不是强调算法。比如第一个案例中系统进化树的构建，我们只是以5条8bp长的序列为例讲解最小进化法和邻接法、最大简约法、最大似然法以及贝叶斯推断，重点在于强调不同的数据适合采用上述哪些方法以及如何用Mega等软件实现系统进化树的构建。
4.3 先后案例有层次性
比如第一个案例中，学生掌握了Windows下的序列比对。对于第二个案例中Linux下的Bowtie就容易理解并操作。
4.4 具有拓展性
比如第一个案例中，在Windows的DOS下进行批量序列比对时，不同的参数设置，输出不同的数据格式。第二个案例中，Bowtie最多允许3个错配，如果允许更多的错配数，则可以采用SOAPaligner/ SOAP2实现。学生可以根据自己的兴趣和能力，选择拓展性内容进行继续学习。
4.5 良好的成文习惯
引导学生养成良好的文档组织和书写习惯。每一个案例，都要求学生形成可重复性和可复现性的文档，对于整理分析思路、核实结果、重复使用代码都起到事半功倍的效果。
生物信息学是现代生物科学研究的重要工具和载体。如何有效正确地应用生物信息学，是每一个生物实验者需要具备的能力。教师应紧跟学科发展的速度，围绕学以致用的原则，将案例教学科学地、和谐地应用到教学实践中，不仅使学生掌握一定的理论知识，从而正确地应用软件工具，而且逐渐培养学生自我分析和解决问题的能力。
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[6]李伟兰.论大学生学习心理障碍的成因及基本对策[J].湖北函授大学学报，2012，5（25）.
第8篇：生物信息学的研究意义范文
江赐忠，美国衣阿华州立大学遗传学博士，同济大学特聘教授、博士生导师。先后获得教育部“新世纪优秀人才”、上海市科委“浦江计划人才”、上海市教育发展基金会“曙光计划人才”、上海市教委“东方学者”荣誉称号与资助。在Nature、Genome Research、Nucleic Acids Research等著名国际学术期刊上发表SCI收录论文37篇，单篇论文已被引用超过400次。出版国际英文专著的一个章节。
十月，Science以“生物信息学，神秘的新职业”为题发文，“在大数据时代，这是个有趣的地方，也是令人激动的时刻。”一位教授这样评价道。
我们处在一个大数据的时代，由于高通量测序技术飞速发展，在生物医学研究中已经得到广泛应用，每天都会产生海量数据。数据量如此之大，部分是由于思维方式已经从数据的生成转变为数据的分析，因此就更需要有专家能够用高效的方式去分析挖掘，让其对科学家和临床医生具有意义，并最终惠及客户和患者。
这些海量数据就象一堆沙子，生物信息学专家就好比淘金人，要从沙子中淘出金子来。美国衣阿华州立大学遗传学博士，同济大学特聘教授、博士生导师江赐忠就是一位致力于我国生物信息学发展的“淘金者”。
兴趣成就梦想
人们常说，兴趣是最好的老师，江赐忠正是在兴趣的牵引下进入生物信息学领域的研究。
江赐忠说他每当念及童年时光，对大自然里的各种小动物都记忆犹新。夏天把抓来的萤火虫放在纸叠的灯笼里，看它们一闪一闪地发光;观注成群结队的蚂蚁有序地把苍蝇一只一只地往洞里搬，从小就爱上这绚丽多彩大自然里各种可爱的小精灵。因此小学的自然课、中学的植物学与动物学都是他最喜欢的课，他从洋葱表皮细胞显微镜观察认识了生命微观结构，由光合作用实验开始了解生命奥秘。带着对生物的喜爱与生命奥秘的好奇，江赐忠考大学时第一志愿选择了生命科学。
后来在美国读博士学位期间，对人类健康、中医药、当代科学研究方法、甚至是商业等都有很深影响的国际合作项目“人类基因组计划”正在如火如荼地进行，也带动对酵母、秀丽线虫、果蝇等其它模式生物基因组测序，产生大量基因组测序数据。加上计算机软硬件的迅速发展，逐渐产生了一门新兴的交叉学科――生物信息学。这门学科主要是结合计算机、数学、统计等方法，从海量数据中挖掘出规律与有用的信息，用于解释生物现象、阐述其机制、解决相关生物医学问题。如鉴定出某种疾病发生发展中起重要作用的基因、潜在的药物靶点等。
江赐忠所在的衣阿华州立大学在这期间成立了生物信息学专业，“我有幸加入这个专业，接受系统的生物信息学学习与技能训练。其实我一直也很喜欢计算机。通过加入生物信息学专业，正好圆了我学习计算机的梦。碰巧我的博士学位论文前半部分是做实验获得数据，后半部分主要就用计算机进行分析所得的数据。”他告诉记者。
兴趣和坚持，是通向科研成功的两颗启明星。因此，有兴趣为始，还要以毅力相伴。博士毕业后，江赐忠就开始完全转入专业的生物信息学分析。这样，他无缝过渡到生物信息学与基因组学这个领域。2007年高通量测序技术开始兴起，他参与到核小体、组蛋白等表观遗传高通量数据分析的项目中，掌握了高通量数据分析的最新技术。也正是高通量测序与染色质免疫沉淀技术的兴起，表观遗传组学研究取得突飞猛进的发展，成为当前生物医学研究热点，江赐忠也成为这个领域众多研究者的一员。
科学无国界，科学家有自己的祖国
一个国家的科研水平与实力和国家的强大息息相关。在上世纪90年代早期及之前，中国国内的工作想在《科学》、《自然》等国际顶尖学术期刊上发表基本上是个可望不可及的追求。但是，最近十几年，国内实验室的工作每年都有多篇在《科学》、《自然》、《细胞》等国际顶尖学术期刊上发表。中国正在走向世界，他最希望的是中国的生物信息科学也能够走在世界的最前列。
回国工作后，江赐忠主持参与了国家“973”重大科学研究计划项目、国家自然基金委重大研究计划与面上项目。根据中国出生缺陷防治报告，我国出生缺陷占新生儿的约5%，每年约有100万缺陷儿出生，给家庭和社会造成极大负担。导致缺陷儿的原因很大一部分与表观遗传紊乱有关。而核小体作为染色体的基本结构单元，通过开放或屏蔽DNA序列来控制转录因子与DNA结合，从而调控基因的转录表达。核小体在基因组中定位的变化与染色质结构的变化是重要的表观遗传基因调控机制。核小体的正确定位与染色质的正确结构在胚胎发育中起着重要作用，但分子机制并不清楚。
鉴于此，江赐忠团队联合了国内四家高校研究所，在生殖发育、表观遗传、与生物信息方面的杰出研究团队，一起申请到“973”重大科学研究计划项目“胚胎发育中的核小体重排与染色质重塑”。该项目结合生物信息学手段，主要从胚胎与干细胞两个层次来研究核小体定位与染色质结构变化在胚胎发育中的作用机制，以期能够获得早期胚胎发育母源驱动向合子启动转化（MZT）这一重要过程、以及干细胞全能性维持与分化中核小体定位与染色质结构变化模式及表观遗传基因调控机制，为降低出生缺陷率、提高我国人口健康水平奠定基础。
目前，项目研究已经取得一批成果。如染色质重塑酶是影响核小体定位的重要因素之一。染色质重塑酶缺失会导致果蝇胚胎发育停滞，但其分子机制并不清楚。在果蝇中Brahma由Brm基因编码。为此，他们在果蝇三龄幼虫中敲降Brm基因，以此研究核小体定位变化与全局基因表达谱变化。结果发现，Brm敲降导致整个基因组核小体占有（occupancy）变化，全局基因组上核小体密度变低。相对照，Brm敲降对核小体的位置偏移影响较小，约75%的核小体偏移少于10bp。Brm敲降对核小体定位的固定性（即相位）也有影响。核小体定位偏移、丢失与获得、相位变化都富集在基因启动子区。Brm敲降还导致了基因5’端大量区域核小体串（即3个及以上连续核小体）发生变化。
有意思的是，这些区域上的基因在发育与形态发生上有重要功能。这一定程度上解释了Brm敲降导致果蝇胚胎发育停滞的原因。这些区域上富含AT富有的转录因子的模体（motif），因此Brm敲降可能通过影响这些转录因子对DNA的结合，从而调控其靶基因活性，影响胚胎正常发育。该结果已发表在Nucleic Acids Research （2014）。
让世界关注中国
江赐忠始终认为，一个人的力量不足为奇，只有集众之力才能形成一股巨大的推动力量。他先后参加了2009年的The 16th Conversation for Journal of Biomolecular Structure and Dynamics，2010年的The 8th International Bioinformatics Workshop，2010年与2012年冷泉港亚洲会议Epigenetics， Chromatin & Transcription，2012年的International Workshop and Summer School on Crops等国际会议，同时他们也邀请了时为北卡罗来纳州大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）的Jason Lieb教授等国内外知名学者来校访问交流。通过这些学术交流，他们充分了解相关领域国际上的最新研究动态与现状，与国际接轨。
“生物信息学是门交叉学科，既要有牢固的生物学知识，又要有很强的数理知识与编程能力。要同时掌握这些跨学科知识与技能不是件容易的事情，这就造成这方面人才的匮乏。据我所知，我国目前设有本科生物信息学专业的高校并不多。幸运的是，我在的同济大学生命学院有开设生物信息学本科专业。因此，我国很必要加强生物信息学专业人才的培养与储备。”江赐忠对于人才的重视和渴望溢于言表。
第9篇：生物信息学的研究意义范文
本文作者：刘斐、虞坚尔 单位：上海中医药大学附属市中医医院、上海市中医医院
中医讲究望闻问切，辨证论治。舌诊，中医望诊的重要客观指标。舌为心之苗，脾之外候，苔由胃气所生。脏腑通过经脉与舌相联系，手少阴之别系舌本，足少阴之脉挟舌本，足厥阴之脉络舌本，足太阴之脉连舌本，散舌下，因此，通过诊察舌质和舌苔的形态、色泽、润燥等，可以判断疾病的性质、病势的浅深、气血的盛衰、津液的盈亏及脏腑的虚实等。但因其受光线、食物、药物、医生经验等很多因素的影响，使临床医生对其特点很难把握。那么生物信息学的第一个体现就是舌诊仪的诞生，舌诊仪采用光电转换原理和计算机技术，将舌质或舌苔颜色的判断用三组数码显示出来，它不仅为名老中医观察舌象的变化提供了手段，而且给中、青年医生舌诊提供了可取的宝贵经验。在此基础上，王爱民等[2]基于学习矢量量化（LVQ）神经网络分类器，实现了舌象分析中的舌色、苔色自动分类。在分类器的设计中，提出了基于“2σ”准则的训练样本筛选方法，并采用Fisher比率作为色度空间选择的依据，有效提高了分类正确率。沈兰荪等[3]提出了舌图像的彩色校正、舌体区域分割、舌质与舌苔特征分析、舌象裂纹分析等一系列实用的算法。胡申宁等[4]利用主成分分析（PCA）的全局性，在HSV颜色空间中对舌象进行特征提取、降维，并通过AdaBoost把一系列弱分类器提升为强分类器，对舌象颜色进行了深入的分类研究。脉诊，中医诊断的另一个重要指标。血液在脉管中循行，心主血脉，肺朝百脉，脾胃为气血生化之源，脾主统血，血液的循行有赖于脾气的统摄；肝藏血，主疏泄，有调节血量的作用；肾藏精，精血互生；六腑传化饮食和水液，构成血液形成的基础物质；由此可见，五脏六腑无不参与脉象的形成，脉象的变化不仅可以反映五脏功能活动，也可反映六腑的变化。晋•王叔和《脉经》将脉象总结为二十四种；元•滑寿《诊家枢要》发展为三十种脉象；明•李时珍《濒湖脉学》定为二十七脉；明•李士材《诊家正眼》再增入疾脉，至今已有二十八种脉象，其中的变化不言而喻。沙洪等[5]根据中医脉象的多信息特征，在超声图像动态分析和识别技术的基础上，将B型超声与柔性传感器结合构建了脉诊复合信息检测系统，对超声波动态图像、压力脉搏波、光电容积脉搏波和心电图进行信息整合，并通过计算机信息处理技术综合分析，建立了脉象特征分析方法，形成了描述中医脉诊“位数形势”4种属性的优化解决方案。证候学，辨证论治的中心原则，但疾病是复杂多样的，病人暴露出的症状有时并不能让临床医生准确的把握。王米渠等[6]认为根据差异基因表达与虚寒证的相关程度，可以建立虚寒证基因表达谱的数学模型，进而探讨虚寒证的基因诊断指标和疗效的分子评价。魏嵋等[7]研究发现差异表达蛋白质APO-A1、APO-A4具有潜在的作为CHB湿热中阻证诊断、预后标记物或治疗靶点的意义。张洛欣等[8]利用生物信息技术使肾阳虚证信息融合，使其数学模型化，从低层次走向高层次证候姿态。
中药有升降沉浮，四气五味，归经，不同的中药配伍有不同的作用，道地药材与非道地药材的疗效亦不同。究竟中药如何作用于人体，通过什么途径达到治疗目的，究竟是哪种成分在起作用，以及临床医生如何把握中药的不同配伍。基于这种海量的中药信息，目前国内已经出现了一些中药数据库，学者可以利用其数据库检索到每味中药的主要成分、化学结构，以及中药在体内的各级代谢物，通过代谢物找到药物治疗的靶点，并且可以通过局域比对，找到靶点蛋白，这就是所谓的药理网络，这样可以对中药多环节、多靶点的治疗特点进行准确的把握。另外，刘淑群等[9]通过建立道地中药生物信息数据库、开发生物信息计算方法和分析软件、探索个体用药的生物信息学基础，使“道地”属性具有明确的标准性和可控性。通过生物信息技术，学者们还可以得到某中药成分的蛋白表达或者异构体的信息，如宋东杰等[10]利用生物信息学软件分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的多种蛋白质性质，获取了该基因的相关因素。沈霞等[11]应用SYSBL软件优化得到绿原酸及其异构体的三维结构，并采用三维结构叠合分析法研究绿原酸及其异构体立体结构差异，为设计、筛选抗流感病毒的先导化合物奠定结构基础。
中医药文化是中华民族几千年智慧的结晶，从中医四诊到辨证治疗，信息量之大之精密，挖掘不是一朝一夕的事情，更不能由于现代医学的冲击，盲目地去生搬硬套，如有些医生简单的将中医药套用西医的模式，一见病毒感染就一味的选用清热解毒，这种简单的将中西医结合，不但没有使中医发展，反而丢弃了原本的中医精神，合理的利用现代的生物信息技术，传承中医文化才是中医现代化的必然之路。尤其是名老中医的经验，不管从辨证方面还是药物配伍方面，对于临床医生来说都是很宝贵的财富，如果可以合理地利用生物信息学技术，将经验转为信息，将模糊变为清晰，将只可意会转为规律可循，那么传承创新指日可待。
