系统生物学研究精选(九篇)

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第1篇：系统生物学研究范文

关键词：网络环境 信息管理系统 功能设计

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

高等教育是我国教育体系的最高层次，它直接影响了我国培养高层次人才的水平。近几年随着我国各个行业改革步伐的加快，高等教育的改革也在逐年加快，招生规模日益扩大，学生人数也在稳步增加。高层次人才培养的水平不应该只表现在数量上面，更加重要的是质量上的高标准。这必然对管理上提出了更加高的要求。全国已经有许多高校研究开发了各自的学生信息管理系统，但是市场上面还没有一种非常灵活非常实用的学生信息管理系统软件。因此该文研究的基于网络环境的学生信息管理系统有一定的市场价值，下面首先介绍信息管理系统开发的主要过程，然后结合基于网络环境的学生信息管理系统的具体系统设计方面的需求分析、数据建模、功能设计方面进行一定的探讨。

1 信息管理系统开发过程

开发一个信息管理系统，通常需要经历下列几个阶段：

（l）阶段1：调查与分析。获得软件的需求信息和基本功能定义，形成基本的软件功能描述。（2）阶段2：数据建模。根据应用调查分析得到的信息，建立应用中涉及的数据以及操作数据的方法、流程，形成数据的流动图表。（3）阶段3：功能设计。针对应用调查与分析结果和数据建模，进行应用的详细功能设计，形成应用的软件设计文档。（4）阶段4：选择数据库系统。选择适合应用的数据库系统。（5）阶段5：选择网络体系结构。（6）阶段6：选择数据库访问技术。选择合适的数据库访问技术。（7）阶段7：代码设计。设计应用的软件代码。（8）阶段8：测试与调试。发现设计中的问题并及时更改，直到能稳定运行。（9）阶段9：发行应用软件。（10）阶段10：软件维护与升级。主要是对的软件系统在实际应用中出现的问题进行解决，并根据实际应用环境的变化对软件进行改进升级。

2 调查与分析

对软件需求的深入了解识是软件开发工作至关重要的一个步骤，不论开发人员设计的软件系统如何的好，代码编写如何的高效，没有很好的需求分析，这个软件工程会在应用过程中给用户带来失望，给开发者造成很大的麻烦。调查与分析也就是需求分析，该文研究的基于网络环境的学生信息管理系统是一个在武汉工程大学进行内部运行的关于学生管理的计算机网络应用系统，它基于学生综合信息数据库，涉及学生基本信息、班级信息、奖励处分、奖学金、学籍异动等信息以及学工处正常运转等信息的综合处理，为学生、学校老师提供及时周到的信息服务，同时也是保证学生管理工作正常运行的重要辅助手段之一。随着全国高校的迅速发展，以及各个兄弟院校信息化进程的加快，学生与老师、老师与学校、学校与学校之间的网络互连，以及与Internet的互连都成为发展的必然趋势。

该项目在需求上具有以下特点：

（1）信息种类较多，处理流程较复杂，为学校和师生提供全过程及时周到的信息、服务，是本系统最基本也是最重要的任务，因此学生信息必须全面细致准确，记录时间进程清晰，信息数据的变化能及时地反映到学校各相关部门和所有执行人员。（2）不同学生，其信息内容、表达方式和处理方式有一定差异，不同学院的组织机构形式不同，其工作的模式也不尽相同，因此必须将所有信息纳入学校的统一管理，而且也必须具有一定的灵活性。（3）学生信息来源应同时包括人工和自动两种方式。（4）使用方便，易学易用。学生信息管理系统需要很多人并行操作使用，或者一人操作多个子系统。同时，考虑到学校现有部分工作人员和维护人员的计算机素质还不太高，因此系统应具有友好的人机界面，操作简便灵活，各子系统的用户界面在外观和操作方式上必须协调一致，并提供方便快捷的在线帮助。（5）具有较高的可靠性和可用性。系统应能长时间持续无故障运行，其核心设备网络及数据库服务器应配备备份服务器，数据库数据进行定期复制和备份，当服务器出现意外故障时，整个系统应能自动切换到备份服务器上继续工作，不至于数据丢失。（6）系统易于管理维护，应具有简单方便的系统管理工具，包括：用户权限管理、各工作站功能管理、系统运行参数管理、运行日志管理、集成的网络管理和系统监控、调试、诊断工具。（7）良好的系统伸缩性。系统可以建设在不同的系统中，客户端的系统伸缩性较好。（8）良好的性能价格比。由于学校项目资金有限，因此在充分满足系统应用功能需求、系统性能和保证系统安全可靠性的前提下，必须选用价廉物美，经济实用的系统和产品，提高性能价格比，这样对软件的可靠性和健壮性也就提出了更高的要求。（9）系统应具有良好的开放性，外部接口清晰而标准。

3 功能设计

这里的功能设计是指详细的功能设计，在需求分析完成后，设计人员已经有了一个概要设计的功能描述，但是这个并不是软件开发过程中可以使用的功能设计文档，还需要对软件的功能进行更加详细的定义。本系统主要有下列功能模块，如图1。

3.1 用户信息管理模块

在用户信息和用户权限管理方面，学生信息管理系统设计采用了一套比较严格的用户信息管理办法。主要是采用三级权限分配机制，给不同级别用户分配不同的权限，这样可以防止非法用户对学生信息的修改、删除，保持学生信息的稳定和安全。

3.2 学生基本信息管理模块

学生基本信息管理是比较重要的信息管理模块，学生基本信息管理包括学生的基本信息（姓名、性别、出生日期等）和社会关系信息、学习简历信息的录入、修改和删除等，每届学生毕业以后，需要对毕业生进行基本信息的转换，将在校生信息转换成校友信息，在每年新生开学的时候，需要新生的信息导入，并录入学生的社会关系和学习简历信息，为学生在校信息的管理提供基本数据信息支持。

3.3 学生在校信息管理模块

学生在校信息管理是学生在校各项信息管理的集合，包括

（1）学生学籍异动

学生学籍信息记录了每个在校学生的学籍情况，由于入学时学生的基础、爱好和特长不一样，基础知识掌握的水平不一样，那么领悟知识的能力和学生的基本素质也就不一样，这难免存在个别学生的升降级、转院系、专业等情况，学籍异动管理模块具有处理学生学籍异动记录的功能。

（2）学生奖励处分管理

这个模块用于管理学生在校期间的奖励和处分的信息，通过学生管理部分的信息录入和撤销，对学生在校期间的行为表现可以有一个明了的轮廓。

（3）学生奖学金信息管理

随着高等教育逐步实现收费上学，学校的奖学金的发放种类较多，奖学金管理模块用于管理学生获得奖学金的信息，对于学生操行评定的登记确定和学生就业的信息检索有重要的作用。

（4）学生综合测评信息管理

在学生交费上学的同时，学校综合测评的范围占学生人数的60%，为了准确地将综合测评获得学生的登记、人数统计分析准确，并将现金通过银行支付到“一卡通”上，要做到准确无误的数据管理。

（5）学生上网登记信息管理

为了让在校学生充分享受学校的丰富网络资源，学校在学生宿舍为学生安装了校园宽带网络，学生通过到网管中心申请开通网络以及交费的过程，实现了数据的共享和网络资源的充分利用。

（6）学生宿舍信息管理

学生宿舍管理属于后勤管理的一部分，宿舍管理信息包括学生宿舍楼栋信息、宿舍信息，以及学生在宿舍的入住信息，宿舍信息的准确采集，为学校后勤人员对宿舍进行合理分配，新生入学宿舍的合理安排，以及学生所在宿舍信息的检索提供了有益的帮助。

3.4 学生信息检索与统计模块

学生信息检索是学生信息管理系统中开放的信息管理模块，学生管理人员通过对学生信息检索达到查询学生信息的目的。

用户检索学生信息的方法：可以通过院系、班级来检索，也可以通过学生生源地区、学生宿舍来检索，还可以通过输入学生学号检索，检索的方便性极大地提高了检索的效率。检索信息的完整，可以了解学生在校期间的学习、生活、奖惩等情况。

3.5 系统附件

系统附件是用户和用户之间以及用户本人进行信息传送和信息记录的模块，包括短信发送和阅读，记事本，通讯录，公众论坛和单独聊天室等。这些功能的开发大大方便了用户之间的信息传送，权限的分级管理，使信息安全得到了充分的保障。

3.6 系统数据备份与事件记录模块

系统数据备份和事件记录包含以下三个方面的内容。

（l）数据备份和回复：这方面采用的有四个办法：一是在服务器上安装正版的操作系统，并保持服务器操作系统的及时更新；二是在服务器上安装防火墙和防病毒软件，拒绝和记录非法用户攻击的记录；三是利用软件ghost，将操作系统和数据库安装在不同的驱动器上，在操作系统受到攻击而瘫痪的时候，可以在20分钟以内将操作系统恢复成受到攻击以前的状态；四是采用双机备份的技术，在另外一个服务器上安装相同的数据库，这个数据库在设定的时间内对重要信息进行备份，在主数据库受到攻击后能在5分钟将数据恢复完成。

（2）用户事件记录：由于客户端的使用人数逐步增加，目前用户人数已经达到9000多人，预计在2010年可以超过10000人，这其中不包括学生通过网页访问的人数，为了记录用户在登陆学生信息管理系统中的事件信息，软件设计了事件记录器，记录用户在管理重要事件时的时间、计算机IP和时间内容。事件记录器的应用大大方便了用户的事件查询和非法用户的登陆。

（3）程序文件的自动更新：由于登陆的用户较多，而程序在设计的过程中需要修改，如何将修改的文件及时更新到用户的本地计算机上，如果采用ftp文件传输的办法，很难到位，毕竟会使用ftp的用户不多，在设计学生信息管理系统的时候可以设计程序自动更新的方法：当用户合法登陆时，会根据本地程序的版本号与服务器上版本号进行对比，如果发现服务器的版本号高于本地计算机上的版本号，程序会自动提示启动更新程序，并将更新后的文件存放与客户端所在的目录中，大大方便了程序的更新和上传，提高了工作效率。

4 结语

该文结合武汉工程大学学生管理工作的实际，讨论了基于网络环境的学生信息管理系统设计流程，给出系统各个功能模块的定义。旨在解决传统的学生工作信息管理所存在的问题和现有学生信息管理系统存在的不足。为学生工作管理处理学生信息提供了一条方便、快捷的途径，并为高校学生工作信息化管理提供了新的

方法。

参考文献

第2篇：系统生物学研究范文

关键词： 积件系统 中学生物学 教育应用 实践研究

《基础教育课程改革纲要》明确指出“要大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，为教师教学和学生发展提供丰富多彩的教育资源环境和学习工具”，计算机辅助教学（CAI）成为大多数教师最常使用的教学手段。然而，随着现代教育技术的发展和CAI课件的广泛使用，其固化性强、开放性差及互动性不足等缺点日益显现，极大地制约现代教学的发展。

1997年3月，全国中小学计算机教育工作会议提出，必须寻求适合中国教育特色与课程教学的CAI发展道路，即第二代教学软件――CAI积件的开发[1]。同年，上海师范大学黎加厚教授系统阐述了“积件”的概念：是师生根据教学需要自主组合运用的教学信息和教学处理策略库与工作平台，由积件库和组合平台构成，能充分发挥师生的创造力，拓展CAI资源的通用性和实用性[2]。因此，积件即积件系统[3]开始受到学术界的广泛关注，并掀起一系列研究热潮。

本文梳理了近10年我国有关积件系统的研究文献，期望通过分析研究现状、发现研究问题、总结研究经验，为中学生物学积件系统的发展提供参考。

1.积件系统研究文献统计及分析

通过“中国知网CNKI数据库”对有关积件系统的学术论文进行跨库检索，检索主题设定为“积件”，检索范围包括“期刊、特色期刊、博士、硕士、国内会议、国际会议、报纸、专利、成果、学术辑刊”等10个数据库，发表时间为2006―2015年，结果共检索得到1282篇相关文献（截止2015年8月16日）。对这些文献进行阅读、分析和筛选得出与积件系统密切相关（以积件系统为文章主旨）的426篇文献，并对其进行统计学分析（结果见表1、2）。由此可以看出：

表1 2006―2015年积件系统相关文献数量统计

注：括号内的数字代表文献数量中的硕士论文篇数。

表2 2006―2015年积件系统相关文献年占比统计

首先，有关积件系统研究的内容主要包括理论探讨、技术开发、教育应用及研究反思等四个方向。其中有关积件系统理论探讨的文献总占比29%，内容包括积件系统的起源、定义、特点、组成、开发的必要性及原则、开发软件简介等，均为期刊类文献，其间2006―2010年文献量大，为主要研究方向，2010年后占比逐年下降，说明学者对纯理论的积件系统探讨已逐步成熟。积件系统技术开发的文献总占比21%，主要涉及积件库的建构、积件制作软件（如Flash、Authorware等）的应用、积件的存放与管理、积件组合平台的开发等，此类研究年占比不高，但2007―2009年文献中的硕士学位论文数量较多，有一定参考意义。积件系统教育应用（与具体学科教学的结合研究）的文献总占比最大，为48%，且呈逐步上升态势。本文将该领域文献进一步细分为应用理论研究和应用实践研究，其中应用理论研究包含积件系统介绍、与具体学科结合的基础、开发软件的选择等，占31%，应用实践研究涉及积件制作、积件系统建构、教育实验研究等，占17%。由此可知，积件系统的教育应用研究大多停留在理论层面，积件或积件系统建构及实践应用研究并不多。积件系统的研究反思是学者对当下积件系统理论及建设方面的现状和问题的思考，仅占2%，却对积件系统发展有重要的学术意义。

其次，由上述分析可知，我国积件系统研究的总体发展趋势是从纯理论介绍向教育教学实际应用转变。但大部分教育教学实际应用文献（理论类）并未把握住研究的核心思想，而是直接套用积件系统理论，用大量篇幅介绍其起源、特点和组成部分。尽管如此，有关实践研究的文献占比还是呈逐年上升趋势，硕士学位论文数量增加，由此体现出学者对积件系统实用研究的期待和努力。

第三，由年文献量对比可知，我国积件系统的研究态势呈下滑趋势，表明积件系统研究进入实际应用阶段后，因开发难度较大，致使有实际成效的研究不多。

第四，进一步对积件系统教育应用研究文献在不同学科的分布情况进行统计（结果见表3）可知：积件系统的教育应用研究在各学科中的发展极不平衡，其中生物学积件系统的研究在整个教育领域中处于中等水平，但较大地落后于同是自然科学的物理、化学，且近四年均未有相关文献报道。

表3 各学科积件系统教育应用文献数量统计

2.中学生物学积件系统的研究现状

结合文献统计及分析结果，进一步对我国中学生物学积件系统的研究展开分析，总结如下。

2.1研究内容

积件系统由积件库与积件组合平台构成。积件库是教学资源的集合，包括五种类型：多媒体教学资源库、微教学单元库、虚拟积件资源库、资料呈现方式库和教与学策略库。其中多媒体教学资源库是目前积件库建设的重要对象，该资源库中的内容就是积件，包括文本、图形、图像、声音、动画及视频等六种形式[4]。

（1）积件系统开发平台选择

积件开发软件有Flash、PowerPoint、Authorware、3DStudioMax等，其中Flash因操作控制方便、处理能力强和兼容性高等优点成为最常使用的动画类积件开发软件，图片处理软件有Photoshop、Coreldarw等，视频处理软件有会声会影等。积件的存放平台可依托校园网，使师生能通过网络访问对积件素材进行下载、修改和上传等操作，以丰富积件库。而积件的组合可选用PowerPoint作为平台进行操作。

（2）积件的制作与整合

中学生物学积件的获取有两种方式：已有资源的优化整合和教师动手制作。目前，已有资源的优化整合是中学生物学积件的主要来源，如收集、整理科普及教学光盘中的动画、视频素材，对其进行分割、合并，获取积件;或将网络上已有的不同版本的Flash课件、图片、动画、元件优化整合到一个Flash文档中，制作成积件，此方式只是简单地对已有资源进行分割整合。而教师动手制作则要求教师在确定积件开发的相关学科知识点后搜集素材、制定脚本进行原创式积件制作，该方式对教师软件操作技能要求较高，难度较大，故资源较少。

2.2存在的问题与不足

根据分析可知，大部分文献强调的是积件系统开发的必要性、与学科结合的可行性，在此基础上进一步探讨积件系统开发和建构的具体案例并不多。在积件制作中，大多只是对已有资源进行简单的分割、组合，没有较大规模的原创式制作，也没有对新建积件进行教育实验研究以检测其教学效果。所以中学生物学积件系统的研究多停留在理论层面，而积件系统开发不完善，教师对开发软件不熟悉，致使理论指导下的实践研究出现停滞，研究步入瓶颈期。

3.发展我国中学生物学积件系统研究的策略

积件系统已成为现代教育技术的发展方向，针对我国中学生物学积件系统研究存在的问题，本文提出如下策略。

3.1注重实践研究

积件系统从1997年发展至今在理论上已趋于成熟，数学、物理、化学等学科在实践中取得一定成效。中学生物学应将研究重点从理论探讨转向实践应用，在平台选择的同时，结合实例介绍平台的使用步骤和积件的制作方法，将新建积件切实应用于教学实践，检验其教学效果，以丰富多媒体教学资源库，真正做到积件系统与生物学教学的完美结合，推动中学生物学现代教育技术的发展。

3.2完善积件系统开发的技术路线

积件系统的开发不仅是平台的选择，还要有规范的开发流程。本文结合当前各学科积件系统的开发步骤，设计中学生物学积件系统开发的技术路线，主要包括知识点筛选、积件制作、积件库建构、积件组合平台选择、积件系统教育实验研究、研究数据反馈、积件系统再修改等步骤（见图1）。

图1 积件系统开发技术路线图

3.3提高教师的软件操作能力

中学生物学积件系统开发的主要限制因素在于一线教师对开发软件的利用能力，且生命活动过程复杂，对能力要求更高。因此，有效提高一线教师和在校师范生的软件操作能力极为重要。对于高等师范院校的学生，可增设Flash、Authorware等软件操作培训课，并组织与计算机专业学生多交流，共同举办和参与积件制作竞赛等;对于在职教师可注重对青年教师的培养，集中进行专业培训、竞赛和交流等。

4.结语

积件系统的开发与应用成为现代教育技术研究的重要方向。中学生物学积件系统的研究进入瓶颈期，究其原因在于研究还停留在理论层面，实际开发应用不多。因此，应将研究重点集中在积件和积件系统的具体实践开发上，注重积件技术与教学实践的密切结合，同时积极提高教师的软件操作能力，吸纳跨专业人才的加入，共同促进中学生物学积件系统研究不断发展。

参考文献：

[1]徐莹.以基于积件思想的内接资源包改进高中思想政治课件研究[D].广西：广西师范大学，2013.

[2]黎加厚.从课件到积件：我国学校课堂计算机辅助教学的新发展[J].电化教育研究，1997（4）：50-53.

[3]刘晓雪，李远蓉.重新认识积件理论[J].电化教育研究，2004（5）：23-27.

[4]袁倩，陈迪.我国积件系统建设过程中的反思[J].网络教育，2007（7）：47-50.

[5]崔绪昌.浅谈积件在初中生物学教学中的应用[J].生物学教学，2008，33（8）：30-31.

[6]徐莹.积件问题研究现状浅析[J].天中学刊，2012，27（5）：139-140.

[7]王扬.师范生物教学中关于课件向积件发展的必要性[J].考试周刊，2007（49）：99-100.

[8]赵玉柱.如何实现flash课件整合[J].中学生物教学，2008（6）：48-49.

[9]刘甜.化学Flash课件的开发与积件库的建立[D].贵州：贵州师范大学，2014.

[10]袁倩.积件系统建设中出现的问题及思考[J].中小学电教，2006（9）：56-58.

[11]林玲，蔡智慧.生理学CAI积件库建设初探[J].卫生职业教育，2008，26：63-64.

第3篇：系统生物学研究范文

关键词：教学质量 监测与评估系统 高效复习

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）04（c）-0036-02

1 研究背景、意义和国内外研究现状

《基础教育课程改革纲要》提出：“大力推行信息技术在教学过程中的普遍应用”。一方面是师生应对高考的需要；另一方面是学生个人成长和发展的需要，只有这样，教师和学生才能更好地适应这个时代。

经济发达国家已经建立了较完善的考试专业机构，很多机构根据自己的职能建立了数字化试卷分析系统，但这对目前中国学校来说并不符合国情。试卷分析在国内属于起步阶段，以往对学生考卷的分析，大多是用人工方式来完成的，操作过程周期长且容易出错。引进计算机辅助工具（如Excel）后，情况有所改善，在数据量少的情况下，这些软件基本可以胜任。但是当数据量大到一定程度时，就需要专门的系统来分析和处理这些数据信息。教学质量监测与评估系统辅助分析是其必由之路，在一定意义上，它能促进成绩考核和教学管理的定量化、科学化。

2 教学质量监测与评估系统的选择、学习和分析

目前，国内比较成熟的教学质量监测与评估系统有：全通数码科技有限公司自主研发的产品MEQS，深圳海云天公司研发的海云天教育测评及教育质量评估体系以及南昌丽升信息技术有限公司的LeaScent教学质量检测与评估系统等。

教学质量监测与评估系统一般具有如下功能：（1）答题卡制作；（2）试卷扫描；（3）识别裁切；（4）试卷分发；（5）阅卷客户端；（6）数据统计报表。因其有针对性和可移植性，基本符合“教育测量学”要求的统计分析与评价功能。下面以LeaScent教学质量检测与评估系统为例，介绍学生、家长和教师使用较多的“数据统计报表”功能。

数据统计报表功能主要包括：（1）成绩报表中分析了各班各科各题的正答率、难度系数、区分度、均分、标准差，还根据试题作答情况统计出试题的闪光灯、薄弱点；（2）综合指标分析统计各班的有效人数、最高分、最低分、均分、优秀率、及格率、低分率、标准差、众数等信息；（3）分数段统计表灵活变动，可根据学校具体要求来进行设置，细分到1分一个分数段，统计年级各班均分、优秀数、及格数的排名和各分数段每个班所占的人数比；（4）分数段频数分析显示各班分数段之间的人数和年级累加总人数，附带频数分析图能直观的看出各班之间的差距；（5）考试情况统计表中详细记录了考号填涂有问题的学生姓名、考号；（6）总分排名显示每个学生各科目成绩的具体分数，总分、单科的年级排名、班级排名；（7）总分报表导出能提供给每个学生一张自己的成绩单；（8）可生成学生脱机查询库，便于学生查询自己的试卷成绩信息。

3 高三生物考试分析及对策

借助教学质量监测与评估系统对考试进行分析和教学调整，拟以“问题、反思、策略”为主线，根据系统分析结果，分析教学中存在的问题、进行反思，提出解决问题的策略，推进有效教学，提高教学质量。下面以2012年至2013学年某次生物全市模拟考试为例进行分析。

3.1 考试试题信度分析

本套试题没有超纲、试题不偏，考查内容都是高考所要求的考点。重点考查了本学科的核心知识（光合作用、呼吸作用、细胞分裂遗传的基本规律、基因表达、可遗传变异的类型、基因工程、现代生物进化理论内环境稳态的调节机制、二次免疫、生态系统的功能，DNA的粗提取和蛋白质的分离，生态工程的原理，探究实验）；试题分布广泛（细胞结构和功能、减数分裂、种群和群落没有出题）且较合理，难度适中，基本没有学生做过的原题，多为改编试题，无特别新颖试题（高考中的新材料题）。着重考查学生对知识的理解能力、分析能力、应用能力和实验探究能力，在核心知识和能力考查方面、题型、题量、试卷编制等都符合高考的要求或与高考一致，因此，总体来说本套试题具有较好的可信度。

3.2 考试情况及分析

从考试均分看：本次考试总体情况良好，考试成绩与兄弟学校考试成绩比较可以看出，均分高出约11分，如果排除阅卷不统一造成的误差，至少均分也要高出5分以上；仅从客观题（选择题）来看，我校的均分比其他学校的均分高约20%。

从临界生（是指上一本边缘的学生）的转化情况看：临界生工作取得了明显的效果，各个班级上次的临界生这次都有不同程度的转化，如2班，上次班主任确定的9个临界生中，已经有6人被转化，补差工作也有明显的效果，参加补差的学生都有不同程度的提高。

由此可知，本次考试有明显的进步，可以说取得了良较好的成绩。但是通过学生各试题的得分情况分析、学生答题卷的分析以及对答卷的面批、和学生面谈的综合分析，还存在许多问题，下面就学生本次考试及学习过程中的问题进行分析。

3.3 问题诊断分析

3.3.1 易错题的分析

试卷第3题：占人类基因组中近一半的“垃圾”DNA之前一直被认为是没有意义的，科学家新发现一种酶，该酶能在基因组的任何位置中“剪切”和“黏贴、垃圾”DNA，

而“垃圾”DNA的移动对细胞会产生影响。下列关于说法错误的是（ ）。

A 该酶的成分可以是蛋白质或脂质

B 该酶作用于磷酸二酯键

C 该酶是由活细胞产生的有机物

D 该酶有高效性和专一性

分析：本题均分为2.9分（满分4分），难度系数0.72，区分度0.28。

考点分析：本题考查酶的化学本质（种类），酶的作用特点（高效性、专一性）。题干给予最新的科研成果，选项中设置干扰项，着重考查学生信息获取能力以及运用相关生物学知识规律推理判断能力。

错因分析：错误选项B（7人）、C（23人）、D（144人）。

学生错误集中在D选项的主要原因：（1）知识方面：知识点（酶的本质-蛋白质/RNA）遗忘，也有不少思维敏捷的同学认为此酶可能是新发现的全新的酶类，不同于已知的任何一种酶类，误认为A正确；（2）能力以及应考策略方面：本题给予新信息，题目中设置对应的干扰项，对学生新信息获取以及排除干扰能力有一定要求。题干“该酶在基因组任何位置”，选项D“专一性”，不少同学将该酶与限制酶比较，认为材料中的信息已经了此酶的专一性。酶的专一性有绝对专一与相对专一之分（簇专一，键专一等），不少同学对酶专一认识不足，在信息与干扰下选择D。

3.3.2 易错题的诊断与矫正试题

（对应试卷第3题）当某种RNA存在时，生物体内的某种化学反应能正常进行，当这种RNA被有关的酶水解后，此种化学反应的速率便慢了下来。由此可以说明：

A RNA是核酸的一种

B RNA也可起生物催化剂的作用

C RNA主要存在于细胞质中

D RNA是该种生物的遗传物质

正确答案B：此题考察酶的化学本质， 题目中给予新的信息，要求学生根据信息做相关判断。考察的知识点，能力要求与试卷试题高度吻合。

3.4 反思和体会

（1）进一步落实学生知识结构的形成。以教材为蓝本，先按每节知识为单位，引导学生构建知识体系，然后，再以章为单位构建。最好的方式是引导学生自己构建，充分发挥学生的主体作用，老师不要包办。

（2）狠抓核心概念的教学。对核心概念不仅要从概念的内涵、外延，讲清楚、将透彻；而且，尽量将相关概念联系起来，通过比较、分析，加深学生对核心概念的理解，避免学生对核心概念的混淆。

（3）始终坚持“以培养学生的能力为主”的教学思想。在今后的复习过程中，根据教学的具体内容，围绕考纲要求的十一种能力，有计划、有步骤的一一加以落实。尤其要把学生对知识的迁移能力、从文字、图表中获取知识的能力，实验探究能力、审题和答题能力放在首位。

（4）重视对临界生的面批、面谈工作。通过面批临界生的答卷和相互交谈，将“掌握学情、落实教学方法”真正落到实处；准确把握学生存在的具体问题：能力、方法、思路、技巧等。确定知识的难点、重点和易错点，落实矫正的具体措施；使我们的教学更加具有针对性。

参考文献

[1] 郑均辉.试卷分析系统的研究与实现[Z].2010.

[2] 刘颖梅，罗键，高红英，等.高三生物第一轮复习教学反思[J].生命世界，2010（1）：95-96.

[3] 徐殊均.信息技术与高三生物自主学习整合的实证研究[Z].2011.

[4] 陈熙.试卷分析与评价的指标体系及其应用[J].西北医学教育，2006，14（5）：589.

第4篇：系统生物学研究范文

关键词：红外光点测试系统；射箭技术

中图分类号：G804.66文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2007)05-0629-05

射箭在我国是一项古老而又年轻的体育运动项目。随着时代的变迁，射箭的技术和动作姿势 ，以及对射手们的训练也逐渐有了较为完整的理论指导。本研究借助Qualisys红外光点运动测试系统对北京射箭队运动员的射箭技术进行生物力学分 析，一方面探讨应用这一测试设备对射箭技术进行分析与诊断的可行性与操作方法，另一方 面对北京射箭队运动员的射箭技术进行分析与诊断，提出技术改进建议。

1研究对象与方法

1.1研究对象研究对象为北京射箭队运动员，基本情况见表1。

1.2研究方法 应用Qualisys红外远射运动测试系统对运动员射箭技术进行采集与分析。该系统由于不需要 人工识别测量点，消除了坐标数据获得过程中的人为误差，而且该系统拍摄频率可以达到每 秒500幅，因此特别适合于测试身体运动位移细微的动作技术。

本研究分别在受试者弓（四个点）、两侧手中指掌指关节、腕关节、肘关节、肩关节、髋关 节粘贴标志点。数据采集频率为每秒100幅。由于硬件设备计算速度的限制，采集时间设为6s。

进行正式测试前，首先对测试空间进行坐标参数标定，标定通过后要求受试者在标定范围内 完成整个射箭动作。由于采集时间的限制，本研究只能采集到运动员整个动作技术中基本阶 段的开弓、固姿与瞄准、继续用力与撒放动作。

选择运动员10环动作进行数据分析。数据处理应用Qtools、Excel等计算软件。以弓上标志 点位移的突然变化作为撒放时刻。本研究中Y轴正方向指向箭发射方向，X轴正方向与Y 轴垂直，指向运动员右侧，Z轴正方向指向竖直上方。

2结果与分析

射箭整个动作技术可分为准备阶段、基本阶段、结束阶段三个动作阶段，由于采集时间的限 制，本研究只对射箭基本阶段中的开弓、固势与瞄准、继续用力与撒放动作技术进行分析。

2.1开弓阶段 开弓动作是举弓动作的继续，在持弓臂伸展的基础上拉弓臂后伸，背部肌群的收缩和拉弦臂 肩带内收肌群的力量将弓沿箭线拉开。开弓的技术规范是保持身体姿势，特别是前臂和躯干 的角度不变。拉弓臂以肩关节为圆心，以上臂长为半径做圆周运动，外观是肘的引伸，实际 是以背肌开弓，拉弦手的手指、手背、手腕并不用力。拉弦手要沿箭线直接靠向颌下，不可 去迎合弓弦和拉弦手。

2.1.1拉弦手运动情况 图1所示前四名受试运动员开弓阶段拉弦手在不同平面上的位移情况。从图1可以看出，运动员拉弦手在水平面内的运动并不是直接向后的，而是在向后拉弦开弓的同时均有向 左（靠内）方向的运动，说明此时运动员向内拉弦靠向颌下。拉弦手在矢 状面内的运动也不是水平向后的，而是向后拉弦的同时有向下运动的现象，且多数运动员是 向下运动到一定位置后又有上挑动作出现（如图1矢状面中B、C、D三名运动员）。图中所示 拉弦手 的运动与技术要求是不符的，因为开弓阶段拉弦手除了应沿箭线向后运动外不应向任何方向 运动，否则瞄准面将有可能发生偏离，导致在固势瞄准阶段需进一步调整。

2.1.2持弓臂运动情况 图2所示A和C两名运动员持弓手开弓阶段在三个方向上的位移情况。从图中可以看出， A运动员在三个方向上的位移均无规律，不但在垂直方向和左右方向上飘忽不定，甚至在前 后方向上也由前向后移动了近4 mm，说明该运动员持弓臂撑弓能力不足，表现为极不稳定 的持弓技术。而C运动员持弓手在开弓阶段的运动虽也有变化起伏，但相对而言比较平缓稳 定。该运动员持弓由左向右、由上向下开弓瞄准，在前后方向上略有后移。图2是本研 究中持弓手在开弓阶段运动最无规律和最有稳定规律的两名运动员，其他运动员持弓手动作 介于这两名运动员之间。

2.1.3躯干运动情况 开弓阶段运动员躯干应保持稳定。本研究将两肩连线和两髋连线的交角定义为躯干扭转角， 并用这一指标评价运动员躯干上下两部分的相对扭转运动。从图3中所示A、D、E3名运动员 在开弓阶段躯干扭转角度变化可以看出，多数运动员躯干在开弓阶段一直在扭转。本研究中 躯干扭转幅度平均为4.4°，最大幅度为6.1°，只有一名运动员躯干几乎没有扭转，扭转角 度仅为0.2°。开弓阶段躯干扭转的原因是由于肩背部肌群收缩用力撑弓拉弦，当用力不平 衡时两肩产生相对于下身的扭转动作。

除了躯干扭转动作外，本研究运动员开弓阶段躯干还有不同程度的晃动。图4显示本研 究A和C两名受试运动员开弓阶段躯干在水平面内的移动情况。从图中可以看出，不同运动员 身体晃动趋势并不相同。但X方向运动要远大于Y方向运动。由于X方向是水平面内垂直于箭 线的方向，也即运动员站立时的前后方向，因此图中曲线显示运动员在开弓过程中躯干的 运动主要向前移重心，移动幅度平均为5.8 mm，而在运动员左右方向，即箭线方向的运动幅 度不大，平均为1.2 mm，且有的运动员向左（前）运动，有的运动员向右（后）运动。 图3开弓阶段躯干扭转角度变化图4两名运动员开弓阶段躯干在X、Y方向上的位移

2.2固势与瞄准 固势是开弓动作的延伸，是动作形成的关键一环，是射好一支箭的基础。其结构的规范与否 直接关系到命中率，所以固势动作的质量一定要高。图5所示运动员右肘关节在开弓向固势过渡过程中的位移情况，从图中可以看出，运动员右 肘向后运动的速度在开弓阶段较快，而固势阶段速度明显下降但并没有停顿。 固势动作缓慢接近停止，因此随着固势时间的延长，相关肌肉可能会出现松弛的现象。

据比赛现场观测统计，运动员低环位中靶的箭往往瞄准时间偏长。而瞄准时间偏长，往 往是由于瞄准动作不顺利，动作不协调造成的。从肌肉收缩的松弛特性来分析，当瞄准时间 偏长时，射箭用力的诸肌肉中的弹性成份会产生松弛现象。此时，虽然运动员主观感觉上仍 保持原先的用力状态，或加力进行瞄准动作，但实际上拉弓或推弓力已因松弛特性而有所下 降。瞄准时间偏长的箭，肌肉用力受到松弛特性的影响较大，是瞄准时间偏长的箭命中环位 偏低的另一个原因。本研究中运动员平均固势瞄准时间为3.54 s，最少为2.50 s，最多为4. 30 s。 2.2.1两臂用力分析 开弓、继续用力动作，就是两臂通过肌肉用力，抵抗和克服弓的弹性力的作用，使弓的 拉距不断扩大的肌肉用力过程。因此射箭时的两臂用力形式与弓的弹性力的作用形式相适应 。

由于弓的弹性力对持弓臂产生压力与内合力的作用。因此持弓臂相应产生推力与抗内合 力。持弓臂所产生的推弓力合力并非沿着持弓臂纵轴发生推力，而是与纵轴形成一定大小的 夹角。这样才能很好地克服弓的弹性力的作用，将弓稳固地支持住。该力产生两个分力，一 个分力沿着持弓臂纵轴，抵抗和克服弓的弹性力的压力作用；另一个分力与持弓臂纵轴垂直 ，抵抗克服弓的弹性力的内合力的作用，所以亦称抗内合力。

推弓力是由持弓臂肩部的前锯肌收缩，使肩胛骨产生外展（远离脊柱）活动，使肩胛骨 稳固地固定在合适的位置，通过肩胛骨的肩关节面对持弓臂产生推力。抗内合力是通过持弓 臂肩关节的三角肌后份的收缩力，使持弓臂产生水平伸的动作趋势，产生抗内合力，将持弓 臂固定在合理的持弓位置。

为了抵抗弓的弹性力的作用，将弓拉开，拉弓臂通过勾弦手指对弓产生拉弓力。所以拉弓力 也称开弓、继续用力动作的动力。拉弓力也可以分解为沿着拉弓臂上臂的纵轴，背向肩关节 的一个分力来抵抗弓的弹性力的压力的作用，另一个分力与上臂纵轴垂直，它是克服和抵抗 内合作用，其作用是使弓的拉距不断地增大，所以该力是开弓、继续用力动作中起主要作用 ，也是开弓的动力。由解剖学知识，不难了解到，前一分力主要由前锯肌收缩力产生的。后 一分力主要由三角肌后份收缩力产生的。

2.2.2拉弦手运动 图6所示4名运动员固势阶段拉弦手在水平面和矢状面的运动情况。图中看出， 在水平面内，虽然拉弦手一直保持向后运动，但仍同时具有向左或右（即向内或向外）的运 动，有的运动员还十分明显。拉弦手在向后运动的同时还伴随着向下 运动。在固势时拉弦手需要继续用力，人弓系统在动态中瞄准撒放，但拉弦手幅度过大或不 平缓的运动显然是不合理的，特别是在左右和上下方向的运动，将影响箭线的方向，给瞄准 造成困难。图6固势阶段拉弦手水平面上、矢状面的位移情况

2.2.3持弓臂的运动 开弓、继续用力动作阶段，弓的拉距是在不断扩大的。因此作用于运动员两臂的弓的弹性力 也相应增大。

射箭时运动员的持弓臂手会在前后方向、左右方向及上下方向上产生位移。从图7中可以看 出，多数运动员的弓在固势阶段有向后运动的现象，说明运动员前撑用力并不积极。有的运 动员在固势阶段后期弓还有忽前忽后、左右晃动的现象。例如F运动员虽然向后运动幅度很 小，但整个固势阶段出现了两次向前向后和向左向右的反复。运动员A的弓一直较大幅度的 向后运动，联系图6中其拉弦手的运动状况可以发现，在固势阶段该运动员具有整体向后运 动的趋势。以上情况说明，持弓臂的前撑用力技术尚有待完善。

除运动员F外（图7），多数运动员弓在上下方向的运动幅度很小。显然，F运动员在固势 过程中弓晃动明显。

在运动幅度上，运动员在左右方向平均移动56 mm，最大70 mm，最小43 mm；在前后方向上 平均移动4.2 mm，最大5.5 mm，最小3.1 mm；在上下方向上平均移动8.7 mm，最大为105mm，最小为6.7 mm。显然在运动员主要为箭线方向的移动。这一结果可说明两方面情况：一 方面说明瞄准开始时，准星在上下方向较靠近靶心，而在左右方向上则较远离靶心。因此瞄 准动作在左右方向上的移动要大于上下方向上的移动；另一方面说明，依据肩部肌肉配布情 况，决定了持弓臂在上下方向上容易稳定，而在左右方向上，活动较大，不易稳定。所以测 试结果表明，左右方向上位移量要大于上下方向上的位移量。以上状况是否合理，有待进一 步分析。

另外从对弓上下两个标志点之间的相对位移研究发现，在固势瞄准阶段弓上下两点之间相对 位移极小，说明弓在这一阶段的变形可以忽略不计。综合弓在三个方向的位移可以说明，固 势阶段影响弓的稳定性的因素主要是平动，它对箭的准确性产生一定影响。而弓的转动和变 形对稳定性的影响极小，几乎可以忽略。

2.2.4躯干运动 躯干保持稳定是固势瞄准的基础。图8所示固势阶段运动员躯干扭转情况。联系开弓阶段运 动员躯干扭转情况和图8中曲线变化可以看出，开弓阶段躯干发生扭转的运动员在固势阶 段继续保持扭转动作，但在固势阶段后期扭转停止，而开弓阶段躯干没有扭转的运动员在固 势阶段依然保持躯干无扭转运动。

在固势阶段，本研究运动员躯干扭转幅度平均为1.5°，最大为2.3°，最小为0.3°。

图9是本研究两名运动员固势瞄准阶段躯干在前后和上下方向的运动情况。不同运 动 员躯干运动方向并不相同，运动幅度也有一定差别。瞄准动作是通过身体多环节精细、协调 配合运动情况下完成的。它并不要求运动员在瞄准的一开始就力求“对准”靶心并稳住不动 地等待撒放。如果这么做，会使瞄准动作僵化。由于人体生理、心理、肌肉收缩等多方面因 素的影响，要想保持躯干绝对不动是不可能的，与其肌肉紧张身体僵硬的试图保持躯干固定 ，不如使其平稳的运动，并在运动中瞄准、撒放。因此，固势阶段躯干向某一方向平稳的运 动是提高瞄准质量的基础，合理的做法，是要求运动员在瞄准的开始时，有规律对准靶心附 近某一位置，然后用平稳的动作，较快的速度、准确地向靶心逼近，并在运动中进行撒放。

同开弓阶段一样，运动员躯干在其前后方向（X方向）运动的幅度要远大于在其左右方向（Y 方向）上的运动。本研究中运动员在固势阶段身体在前后（X方向）移动的幅度平均为8.6 m m，最大为11.5 mm，最小为6.1 mm，在左右（Y方向）移动的幅度平均4.7 mm，最大为6 .3 mm，最小为3.4 mm。图9两名运动员固姿瞄准阶段躯干在X、Y方向上的位移

2.2.5人弓整体运动情况 固势瞄准阶段虽然要求身体相对“固定”，但不是绝对不动，相反，在瞄准时还要强调 继续用力不能停顿。因此，身体与弓的运动形式将对能否高质量瞄准撒放产生重要影响。图 10显示了本研究中一名运动员在开弓、固势瞄准和撒放过程中两髋中点、两肩中点、 头和弓中部点四个位置在不同方向上的运动情况。从图中可以看出该运动员在各个方向均没 有做到人弓运动同步。在X方向弓和两髋中点运动基本同步，但却与头和两肩中点的运动方 向相反。在Y方向，开弓阶段头与其他三点运动方向相反，在固势前半阶段四点运动同步， 但到后半段两髋中点的运动方向与其他三点运动相反。在Z方向，人体上三点运动基本同步 ，但弓的运动呈波浪式下降。本研究其他运动员人弓运动情况与其近似，只是在运动幅度上 略有差异。

图11是A运动员持弓臂各关节点和弓在整个开弓、固势阶段在三个方向上的位移情况 。在X方向和Y方向开弓和固势前半段各点运动同步性较差，但固势后半段已基本做到同步运 动，说明该运动员能及时调整持弓臂各肌肉力量的分配，保持持弓的稳定。在Z方向除肩关 节外，持弓臂肘、腕、手和弓四点位移基本同步，都是呈波浪式下降。这说明该运动员持弓 臂腕肘关节固定良好，但肩关节稳定性较差。本研究其他运动员也有类似的现象发生，但幅 度稍小。图11A运动员持弓臂固姿阶段X、Y、Z方向位移

2.3撒放动作 由于红外光点运动分析系统不能记录运动员动作技术影像，因此本研究无法准确判定固势瞄 准与撒放动作之间的特征画面，同理也不能准确判定撒放瞬间画面。因此，本研究反复观察 研究运动员动作技术和红外光点记录数据之间的关系，以弓上标志点位移的突然变化作为撒 放时刻。

观察拉弓臂勾弦手上的红外光点检测资料发现，拉弦手撒放过程中普遍存在短暂的向前，即 向拉弓动作相反方向的移动。其位移幅度平均为4.5 mm，最多为9.7 mm，最少为1.3 mm，经 历时间平均为50 ms。图12中是本研究两名运动员撒放前后钩弦手在前后方向的位移曲线。 从中可以看出，瞄准阶段钩弦手平稳持续地向后运动，但在撒放前后却有短暂且明显的向前 运动，之后才是撒放后手的向后运动。由于不能准确判断撒放时刻，因此我们也不能判定钩 弦手的这种运动是撒放前特别忌讳的“松撒”错误，还是撒放后“反向”运动。图12拉弦手撒放前后在前后方向的位移

“松撒”不但会减少箭发射的能量，而且破坏了原先的瞄准状态，对箭命中环位造成不利影 响。但从对射箭动作的不利影响来讲，“反向”运动与“松撒”的不良影响的性质是一样的 ，只不过是在动作的大小程度上有差异而已。因此“反向”运动与“松撒”是同类性质的不 良动作，但它却普遍存在，因此这一现象应引起我们的重视 与研究。

3结论

1) 本研究应用Qualisys红外光点测试系统对射箭技术中人、弓微小运动进行了细致的记录 与描述。由于红外光点测量系统的测量采样频率及分辨率极高，测试误差小，因此该测量手 段可作为射箭技术特别是运动员和弓稳定性的测量与研究的理想手段。

2) 固势阶段影响弓的稳定性的因素主要是平动，它对箭的准确性产生一定影响。而转动对 稳定性的影响极小，几乎可以忽略。

3) 受试运动员在撒放前后普遍出现“松撒”和“反向”运动的现象。

4) 多数运动员在固势阶段很难做到人弓整体，持弓臂和身体的运动并不同步。

第5篇：系统生物学研究范文

关键词：计算系统生物学；教学；医学院校；课程

生命系统高度复杂,成千上万的基因相互作用,形成复杂的调控网络,继而完成特定的生物学过程。传统生物学实验从单个基因角度出发,探索生命现象或者疾病致病机制,忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用,限制了生物学研究的发展。随着高通量测序技术的发展,海量组学数据(基因组、转录组、蛋白质组、表观组、互作组等)的涌现,以及生物信息整合分析技术的开发,计算系统生物学应运而生[1]。计算系统生物学是生物信息专业本科生基础课程。自哈尔滨医科大学2003年开设生物信息专业以来,计算系统生物学一直是该专业学生的主干课程,经过多年的理论与实践教学,笔者将探讨该课程相关内容和教学方法,以期提高教学质量。

1计算系统生物学课程简介

计算系统生物学是一门新学科,以生物信息学为基础,以计算为工具,从系统的角度解决生物学和医学问题。计算系统生物学研究流程首先是实验数据的获得,其次是利用计算生物学建立生物模型。科学家把计算系统生物学分为“湿”的实验部分(实验室内的研究)和“干”的实验部分(计算机模拟和理论分析)。“干”和“湿”实验的完美整合才是真正的计算系统生物学[2]。计算系统生物学的核心是整合,包括三方面：将系统内不同性质的构成要素(基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究；从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合；研究思路和方法的整合(水平型和垂直型整合)。计算系统生物学与其他学科密切相关,如生物信息学、分子生物学、数学、计算机[3]。计算系统生物学不仅仅渗透到医药领域,也已经广泛应用到能源领域,工业生产、畜牧农林业等等。

2教学现状

计算系统生物学课程总学时数目是60学时,包括42学时理论学时和18学时实验学时。一般开设在本科三年级。该课程授课教师质量优,是从生物信息学方向毕业的博士,具有生物背景和数学背景,常年从事复杂疾病的系统生物学方面的研究。由于该课程在医学院校开设,必然需要一些具备计算机和算法良好基础的优秀教师参与授课,这样才能使得该课程具有良好的师资结构,保证好的授课效果。目前,据不完全统计,全国有30余家生物信息学专业开设计算系统生物学课程。不同背景的院校开设该课程,侧重点各有不同。工科院校侧重算法的开发和模型的建立。医学院校侧重生物学问题和疾病机制的探索。

3教学内容

目前没有规范的、成熟的中文计算系统生物学课程教材,均是授课教师编写的讲义。授课教师根据专业背景、专业人才培养定位,紧跟专业前沿研究内容,制定教学大纲和教学计划,包括理论课和实验课。教学大纲包括理论课每一个学时的授课内容(掌握和熟悉的内容)、教学基本要求、教学重点和难点。实验课需要明确实验名称、实验内容、实验目的和要求、实验程序、结果分析等。计算系统生物学的实验制定以理论为基础,将理论应用于时间,旨在提高学生动手操作能力。

4教学模式

4.1理论与实践结合

计算系统生物学课程依赖于专业基础课的内容,例如:组学的知识点、网络知识点、概率论、数理统计、计算机编程等。对于理论课,主要采用教师主导的传统讲授方法,运用PPT等多媒体授课,以弥补书本教材抽象、呆板的缺点。在授课课件中需要利用大量图片生动、形象地展示当前计算系统生物学研究领域的最新进展。收集或制作动画、视频教程在课堂上进行演示。从数据搜集、数据分析、数据综合、建立模型、干实验模拟、系统分析模型、提炼假设和预测,到最后的实验验证。这是一个经典的计算系统生物学分析流程。在理论知识的基础上,需要及时在实验课堂上进行实践。指导学生理解不同算法的基本原理,结合生物学问题,深入浅出地阐明计算系统生物学精髓。由于实验课课时有限,需要引导学生课后积极思考、探索有意思的生物问题,鼓励学生自己实践小课题,活学活用。鼓励学生自学,拓展知识面,积极关注最新科研动态,培养学生学习兴趣。

4.2案例式授课

计算系统生物学课程的理论知识是枯燥的,计算系统生物学是一门多学科交叉的科学,涉及的知识面广而深。例如:计算系统生物学涉及到数学知识,如贪婪算法、图算法、组合模式匹配、聚类和树、隐马氏模型、随机化算法等[4]。又如,涉及广泛的生物学知识点,必须有分子生物学、生物化学、细胞生物学知识储备。如何提高学生学习的积极性,学会将不同的知识点融会贯通的运用起来,是一个关键问题。在授课过程中,针对不同的教学内容和教学目的,需要采取不同的教学方法。因此,采取案例式方法授课,可以收到很好的教学效果。例如:在肿瘤系统生物学这部分知识点授课时,以肺癌为例,整合突变、拷贝数、甲基化等多维度分子改变识别肺癌相关基因[5]。首先,学生需要了解肺癌这个疾病的背景知识,了解不同分子改变的内涵；其次,要获得肺癌患者的数据,需要到公共数据库,如TheCancerGenomeAtlas等,搜集不同分子改变数据并进行处理；然后,根据一定的生物学假设,建立统计模型,应用到肺癌数据上；最后,进行癌基因的预测和验证。通过案例,引导学生思考,将不同的知识点进行融合利用,收到良好的教学效果。

4.3科研教学一体化

计算系统生物学是一门新学科,知识处于不断更新中。教师在授课过程中需要引导学生学会检索文献、阅读前沿英文文献,重视学生的创新思维,提高学生学习的积极性。我院实行学业导师制,学生在大三年级进入各位老师研究的课题组。那么,在授课过程中,授课教师需要注重引导学生将理论知识应用到解决科研问题上,将科学研究和教学一体化,以科研促进教学,学以致用,让学生感受到学到的知识的用处。这样学生对课程内容会产生兴趣,兴趣是最好的老师,这将有助于学生创新思维的训练和科研时间能力的培养。

5结语

总之,计算系统生物学教学目的是从大数据中挖掘有用的生物信息,并整合起来从整体上认识生物系统；用数学模型为生物系统建模,揭示生物机制和致病机制[6]。大数据时代下,精准医学的发展必然离不开计算系统生物学。通过该课程的授课,培养复合型的学生,提高学生的学习积极性、实践操作能力和解决实际问题的创新能力。同时,对我们任课教师也提出了更高的要求。授课教师需要不断提高自身素质,包括科研能力、教学水平等,积极和同专业的教师进行交流,不断地探索和完善计算系统生物学课程教学,培养具有跨越数理科学、生命科学、信息科学、医学等不同领域的优秀生物信息学人才。

参考文献

[1]刁妍妍,蔡超钱,蒋华良,等.计算系统生物学：理论、方法及在药物研发中的应用[J].生命科学,2010(10)：1035-1042.

[2]程妍,刘仲林.计算生物学一门充满活力的新兴交叉学科[J].科学学与科学技术管理,2006(3):11-15.

[3]高亚梅,韩毅强.《生物信息学》本科教学初探[J].生物信息学,2007(1):46-48.

[4]王兵,姚益平,邢飞.计算系统生物学中并行随机仿真方法研究进展[J].计算机工程与科学,2010,32(9):134-139.

[5]张百红,岳红云.肿瘤的系统生物学观点[J].中国肿瘤临床,2012(16):1233-1235.

第6篇：系统生物学研究范文

1、生物信息学(Bioinformatics)是研究生物信息的采集、处理、存储、传播，分析和解释等各方面的学科，也是随着生命科学和计算机科学的迅猛发展，生命科学和计算机科学相结合形成的一门新学科。它通过综合利用生物学，计算机科学和信息技术而揭示大量而复杂的生物数据所赋有的生物学奥秘。

2、生物信息学的另一个挑战是从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质结构。这个难题已困扰理论生物学家达半个多世纪，如今找到问题答案要求正变得日益迫切。诺贝尔奖获得者W. Gilbert在1991年曾经指出：“传统生物学解决问题的方式是实验的。现在，基于全部基因都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出发，然后再回到实验中去，追踪或验证这些理论假设”。

3、生物信息学的主要研究方向：基因组学 - 蛋白质组学 - 系统生物学 - 比较基因组学，1989年在美国举办生物化学系统论与生物数学的计算机模型国际会议，生物信息学发展到了计算生物学、计算系统生物学的时代。

（来源：文章屋网 ）

第7篇：系统生物学研究范文

关键词：穴位敷贴疗法；作用机理；中医药系统生物学；综述

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2017.03.033

中图分类号：R245.9 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2017）03-0134-03

Research Review of Functional Mechanism of Treatment by Way of Pasting TCM on Acupoints HE Yan-ping1， XIAO Xiao-qin1， DENG Gui-ming2， OUYANG Lin-qi2， CHEN Zhen2， ZHANG Zhi-guo2 （1. Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410208， China； 2. First Affiliated Hospital of Hunan University of Chinese Medicine， Changsha 410007， China）

Abstract： Treatment by way of pasting TCM on acupoints has a long history and the clinical efficacy is determined. In this article， based on the concept of TCM wholism and meridian theory， the mechanism of acupoint pasting therapy was expounded from the aspects of medicine effects on local stimulation of the body， meridian conduction， medicine transdermal absorption. Combining with the research hot spots of modern medicine transdermal delivery system， metabolomics， and efficacy material， this article proposed a new study mode of systems biology of TCM.

Key words： acupoint pasting therapy； mechanism of action； systems biology of TCM； review

穴位N敷疗法最早见于《五十二病方》，是以中医理论为基础，以整体观念和辨证论治为原则，根据经络学说，选取一定的腧穴，并采用适当的药物进行贴敷，通过经络刺激与药物的作用，调理脏腑阴阳，疏通经络气血，从而达到预防和治疗疾病目的的一种疗法[1-3]。

穴位敷贴疗法是中医外治法的特色，目前在临床上已经广泛应用于内、外、妇、儿等科急慢性疾病，疗效肯定，尤其对肺系疾病如哮喘、慢性支气管炎、过敏性鼻炎防治效果显著[4-8]。

穴位敷贴疗法作用机制非常复杂，在国内外研究者对中药穴位给药机制进行的初步研究中，一般认为是药物透皮吸收和经络系统对人体调节的双重效应[9]。本文主要从以下3方面论述穴位贴敷疗法作用

基金项目：国家中医药管理局中药炮制学重点学科（2012年）；湖南省中医药管理局重点项目（201443）；湖南省教育厅重点项目（13A067）；张志国全国名老中医药专家传承工作室建设项目（2016年）

通讯作者：肖小芹，E-mail：

机理，为今位贴敷疗法的临床应用和实验研究提供依据。

1 对机体的局部刺激

即相当于药物灸疗法，使局部血管扩张，促进血液循环，并通过神经反射，激发机体的调节作用。现代研究表明，当药物作用人体穴位后，使该穴位的组织结构、皮肤、神经、血管、淋巴均发生一定的变化，某些中药能刺激穴位使局部的温度增高，毛细血管扩张，有利于药物成分通过皮肤穿过毛孔不断地进入淋巴液、血液，从而发挥其药理作用。穴位敷贴还可能通过刺激机体局部以及药物的吸收、代谢对机体的有关物理和化学感受器产生影响，直接反射性地调整大脑皮层和植物神经系统的功能，通过细胞免疫和体液免疫增强抗病能力，从而达到防病治病的目的[10-11]。

但目前中药药效成分及经络调节机制尚未阐述清楚，寻找其他途径的研究方法对于揭示中药穴位贴敷给药的机制更有意义。而从中药药效物质基础和代谢组学探求中药药效物质基础已经成为当今中医药界乃至整个药学界关注焦点问题[12]。刘莉等[13]通过超高效液相色谱结合高分辨率质谱联用（UPLC-Q-TOF- MS）技术研究中药穴位贴敷治疗豚鼠尿液代谢物图谱，初步确认部分哮喘发作潜在的生物标志物和治疗哮喘潜在的生物标志物。该研究建立了基于豚鼠尿液的UPLC-Q-TOF-MS代谢组学研究方法，初步阐释了中药穴位敷贴治疗哮喘的代谢组学机制和中医穴位敷贴透皮给药的内涵。研究结果对用现代生物科学技术解释传统中药制剂理论有一定的启发作用。

2 穴位刺激及经络传导

研究表明经络和穴位不同于血管和血液，它可以使药物直接到达相关脏腑发挥作用，而不是像血管和血液将药物广泛分布到全身[10]。各种病邪侵犯人体，脏腑功能受损，导致经络涩滞，郁而不通，气血运行不畅，引起各种疾病，此时可能在经络循行部位尤其在其所属腧穴部位出现麻木、疼痛、红肿、结节或特定敏感区及与经络相关脏腑的疾病等异常情况。用中药贴敷相关穴位，激发经气，既有穴位刺激作用又通过经络传导，使药物充分发挥其功效。改善经络气血的运行，纠正脏腑的阴阳失衡，对五脏六腑的生理功能和病理状态具有良好的治疗和调整作用，从而达到抗御病邪，保卫机体的作用[14]。腧穴作为脏腑气血汇聚之所，有其独特的生理功能，现代医学研究还认为，经穴对药物具有外敏感性和放大效应，经络系统是低电阻的运行通道，因此，药物贴敷于特殊经穴，能迅速在相应组织器官产生较强的药理效应，起到单相或双相调节作用[11]。

3 透皮吸收

药物贴敷于相应穴位后，经皮肤渗透吸收，进而通过血液循环最终到达脏腑经气失调的病所，发挥药物的“归经”和功能效应，从而产生治疗疾病的作用[15-17]。

中药经皮给药系统（TDS）是将中药或中药提取物与适当基质和/或透皮吸收促进剂混合后，敷贴于皮肤表面或相应穴位以起到治疗作用[18]。穴位贴敷与TDS概念不谋而合，因此对TDS和中药体外透皮吸收的研究对揭示中药穴位给药机制具有重要意义。穴位敷贴具有经皮给药的优点，不仅可以避免因口服给药导致胃肠内消化酶对药物的分解作用和肝脏的首过效应，还可以通过控制药剂输送的速率，产生持续稳定的血药浓度，降低药物的毒副作用，减少给药次数，经济安全，简便易行。故将中药经皮给药与穴位功能结合起来研究其作用机理可以发挥更大的优势。

传统的穴位敷贴给药局限于丸、散、膏、糊等制剂，药物的溶解率不高，且有效成分难以迅速充分透皮透穴吸收利用，限制了药效发挥和进一步研究应用[19-20]。国内外研究者从物理促渗、化学促渗剂促渗和剂型因素3方面进行了中药经皮给药促渗技术的研究[21-24]，取得了很好的效果。本课题组曾对咳喘穴位贴散进行了质量控制研究及剂型改进，采用超临界CO2萃取技术提取了咳喘穴位贴散配方药物的有效部位[25]。在处方确定的基础上优选了基质的配比组成，筛选了1%氮酮为贴片透皮促进剂，对贴片的成型性进行了研究，采用热熔法制备了新型咳喘穴位贴片[26]；并进行了贴片体外透皮吸收和释放性研究以及2种剂型的体外透皮特性比较研究[27]。这些工作都表明利用现代科学和实验技术可以进一步促进穴位敷贴药物的渗透吸收，更好发挥其药理作用，为穴位敷贴进一步的研究与开发利用提供了扎实的基础。

4 展望

中药穴位敷贴疗法以中医整体观念和经络学说为指导，既有药物本身的渗透吸收作用，又有药物对穴位的刺激作用以及经络穴位的传导功能，它们之间相互影响、相互作用、相互补充，共同发挥整体叠加治疗作用。中药通过多成分、多靶点、多环节的整合效应而发挥其综合作用的优势。但传统的中医药理论只对方药效果给出直观和取象比类的说明，没有药效物质成分，也没有揭示产生药效的过程和机制，且中医理论没有指出疾病的病因病理的物质基础，有一定的局限性。近年来，中医药研究在国内外得到空前的重视和发展，各种现代科学和高新技术介入传统中医药研究开发，给中医药带来了新的发展机遇。系统生物学在目前中医药方法学创新研究中最受关注，系统生物学以整体性研究为特征，以整合多种组学信息为手段，力图实现从基因到细胞、组织、个体的各个层次的整合，是当前复杂生命体系研究中比较公认的思维方式和研究手段，中医药同样是一个复杂的系统，其理论中最具特色的“整体观”“辨证观”“动态观”，与系统生物学的研究思路十分一致。因此，积极引入系统生物学的新思路、新方法，将可能成为推动中医药的现代化探索一个突破口，也开辟了系统生物学研究的一个新兴领域――中医药系统生物学。因此，以中医药理论为指导，结合现代科学分析与生物信息学技术，基于中医药系统生物学模式进行探索，加强基础研究，从药效物质组学、代谢组学等方面研究中药穴位敷贴疗法治疗疾病的药效物质基础及作用机制，将可能发现穴位敷贴药物药效作用的活性分子群、作用机理及可能作用靶点，实现药效物质基础与作用机制研究的一体化。基于临床疗效确切的咳喘穴位贴散，同时对传统敷贴进行剂型和制作工艺的改革，借鉴现代透皮给药的新技术、新方法，研制高效、新型的外用敷N药物，将有更广阔的市场前景。

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第8篇：系统生物学研究范文

关键词 合成生物学；医药；能源；实践

中图分类号 R122 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）121-0161-01

目前科学家已测定了包括人类在内的700多种生物的基因组，这表明生命科学进入遗传密码的全面解析阶段，在分子水平研究基因结构和功能。这些成果为工程师创造新世界提供了有力的生物元器件。工程师可以用这些已知的功能，重新设计和构建具有新功能的生命，甚至可以全合成新生命，这就是进入21世纪新兴的合成生物学。合成生物学是继人类基因组研究之后，生物领域的又一热门学科，是整体系统论生物学思潮在工程学领域的

再现。

1 合成生物学与其他学科的关系

1.1 合成生物学与系统生物学

合成生物学的出现是与系统生物学的发展密不可分的。从哲学思维上，二者都遵从系统论，生物系统的整体功能不可分割。系统生物学将在基因、蛋白质、代谢物等多维分子水平获得大量的细胞行为知识和建立生物网络，为合成生物学提供理论和模型。合成生物学可为系统生物学的定量分析提供模式生物。

1.2 合成生物学与生物信息学、化学

如果把基因组测序看成阅读和解码遗传信息的过程，那么合成生物学就是人工书写和编程过程，是测序的逆过程。这个过程对生物信息学提出了更大的挑战，与所有的工程学一样，合成生物的设计和优化过程中需要用新的算法进行模拟和测试。合成生物的过程是以原料核酸的高速合成为基础的，因此需要高效、低成本的化学合成技术提供支持。目前，常规化学方法合成一个碱基核苷酸商业化价格是2元左右，而新方法有望把成本降到更低。

1.3 合成生物学与基因工程

二者既有联系，也有区别。就操作对象和主要技术手段而言，二者相同，都是以基因为对象，都需要核酸酶和连接酶作为剪切和组装的工具，也都需要载体来承载基因，进行扩大繁殖和保存。然而仅采用基因工程技术，只能在较小的范围内对已经存在生命进行改造，合成生物学研究将降低关键技术成本，解决基因操作的经济性问题，从而在工程领域将得到广泛应用。

2 医药与能源创新发展中的合成生物学技术

创新药物的发现是整个新药研究中最富创造性的环节。20世纪70年代之后，DNA重组技术、基因组学、蛋白质组学、生物信息学及生物芯片技术的研究成果为新药研究提供了指导性的理论知识和多样化的实验手段，极大地促进了新药的研制和产业化。

2.1 DNA重组技术与创新药物研究

DNA重组技术通过人为的基因拼接，构建携带外源目的基因的表达系统，在宿主细胞中表达外源基因编码的蛋白质、多肽类药物。DNA重组技术为创新药物的研究和产业化提供了全新的技术，开创了现代生物技术药物的新阶段。在微生物药物的制备中，具有良好遗传特性的高产菌株是产业化的关键。重组DNA技术已成功地应用于构建具有特定遗传特性的高产菌株。如将放线菌紫红素的合成基因导入紫红链霉菌，产生了新型抗生素二氢榴菌紫红素；将红霉素抗性基因转入红霉素产生菌，可构建出耐自身产物抑制的高产菌株；将透明颤菌的血红蛋白基因导人金霉素产生菌，工程菌可以在低溶氧条件下正常代谢，达到降低供氧能耗的目的。

2.2 蛋白质组学与创新药物研究

蛋白质组学（proteomics）是继人类基因组计划之后又一个引人注目的新兴学科。蛋白质组学是从整体蛋白质水平上，从更贴近生命活动规律的角度去探讨机体生理、病理现象及其本质。人体细胞有3000～10000种以上的蛋白质。蛋白质的种类和数量及其功能状态在同一机体的不同细胞中是不相同的，即使是同一种细胞，在不同时期，其蛋白质的种类和数量也不尽相同。正常和病变状态下细胞内的蛋白质谱存在差异，服药前后的蛋白质谱也存在差异，通过定性和定量地分析蛋白质谱的差异，可以探讨疾病发生的可能机制，发现药物作用的新靶点，从而为研发新药，研究药物作用机制以及指导临床合理用药提供重要的依据。

靶向药物的研制是创新药物研制的主流。据统计，已发展了多种类型的功能或疾病靶标，涉及：肿瘤、血液与造血、免疫调节、心肾系统、胃肠系统、神经系统、内分泌系统及泌尿系统等。据Drew报告（2000年），目前使用的、据认为安全有效的多种疾药的分子靶点483个，按生物化学分类，其中受体45％，酶28％，激素与细胞因子11％，其他为离子通道、核多体等。在分子水平对疾病研究结果显示，潜在的药物靶点数目可能为5000～10000个，均可能作为研制药物的作用靶点。

2.3 生物信息学与创新药物研究

生物信息学是生物学、数学、计算机科学和信息科学等多学科交叉产生的崭新学科。生物信息学借助计算机强大的信息储存和信息分析功能处理生物学领域、尤其是基因组学和蛋白质组学研究领域中爆炸性增长的海量数据。生物信息学的核心内容至少包括基因组信息学、蛋白质组信息学和代谢调控信息学三大部分。基因组信息学指对基因信息的获取、处理、存储和分析，目的是确定全部基因的确切位置，以及各DN段的功能。蛋白质组信息学包括对有关细胞或组织中的全部蛋白质的结构、组成、功能、定位以及各蛋白质问的相互作用的信息进行处理和分析，目的是确定各种蛋白质的组成、结构和功能及相互作用。

2.4 生物芯片技术与创新药物研究

生物芯片（biochip）是近年来生命科学、微电子学和生物信息学结合交叉领域的重大进展。生物芯片分为DNA芯片、RNA芯片、蛋白质芯片、抗体芯片、PCR芯片及药物传输芯片等。生物芯片通过原位化学合成或机械点样构成高密度探针微阵列。比如DNA芯片可在1　cm2的玻璃或硅片衬底上，集中排列数万至数十万个DNA探针。从理论上讲，十至数十个这样的芯片就可以全面检查一个人的基因，从而发现结构异常或功能异常的基因。生物芯片主要用于基因序列测定，分析基因组突变和单核苷酸多态性突变位点，同时也用于测定特定基因的表达水平和比较同源基因的表达差异，以实现对细胞、蛋白质、DNA及其他生物组分的准确、快速和大信息量的检测。生物芯片技术的发展为疾病的临床诊断和个性化治疗开辟了全新的途径，同时为创新药物的高通量筛选（high　throughput　screening，HTS）提供了强有力的技术支撑平台。

3 结束语

合成生物学为很多领域的研究提供新视角：生物学家用它来重建不同层次的研究对象，由此加深对生命活动和生命过程的理解；化学家用它创造新分子化合物；物理学家用它来发现自然状态下分子的运动行为；工程技术人员则用它进行药物、生物材料和生物能源等工程设计并简单、低廉、高效地制造，满足人类和社会发展的需要。

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第9篇：系统生物学研究范文

1990年启动的人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向了系统生物学时代,生物学由分解转向整合。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后,系统生物学的重要组成部分。细胞内的生命活动大多发生在代谢物层面,如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等,因此,代谢组学被认为是“组学”研究的最终方向[1]。中医药学是有着几千年历史的古老科学,中医药的现代化研究迫切要求将古老的中医“语言”用现代科学加以阐释,而近年来用现代医学的还原论思想模式来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。代谢组学与中医药学都是用整体思维模式来研究机体的,因此,如果能寻找到有机的切合点,将处于科学研究前沿的代谢组学与中医药学研究结合起来,势必能更好地推动中医药现代化的进展。笔者重点探讨了代谢组学与中医药学的联系及代谢组学在中医药现代研究中的应用,以期抛砖引玉,为代谢组学应用于中医药的现代化研究提供理论帮助。

1  代谢组学与中医药学理论体系的联系

   

中医药学是有着数千年历史的古老科学,在历代医家不懈的医疗实践中,形成了以整体观念和辨证论治为特点的理论体系。所谓整体观念,是关于人体自身的完整性及人与自然和社会环境统一性的认识,是整体思维方法在中医理论中的体现。中医药学非常重视人体的统一性和完整性,认为人体的每个局部都是整体的一部分,都具有整个生命的全部信息；另一方面注重人体与环境的统一性,认为人的生命活动与自然运动规律相统一。这种观念贯穿于中医学对人体的生理活动和病理变化乃至疾病的诊断、预防和治疗等各个方面的理性认识之中。近年来,中医药现代化研究已经成为学术科研上的焦点问题,学者们力图用现代科学方法论来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。这都是由于现代医学的方法论与中医药学的方法论之间存在着明显的鸿沟,中医药学研究用的是整体思辨的网状思维模式,它注重把握事物之间的联系,而不是事物本身,因而其知识结构是综合的、整体性的；同时,中医药学善于把人与环境因素综合地加以考虑,其思维呈网状结构。而现代医学研究是还原分析的链式思维模式,它是建立在实验分析基础上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之间的联系,其知识结构是分析性的、局部的。然而,人体本身是一个复杂的整体,人体的复杂性及疾病的联系性,与中医的整体网状思维模式接近现代医学,也正由一元化向多元化转变,由单一性向系统型转变。基因组计划基本完成,标志着生物学研究进入了“后基因时代”,而系统生物学研究是后基因时代的最主要研究任务。基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学都是系统生物学的重要组成部分,基因组学、转录组学和蛋白质组学分别从基因、mrna、蛋白质层面探寻生命的活动,然而,代谢物是生命活动的最终产物,代谢物的水平可以被看作是基因或环境发生变化时生物体作出的最终的应答,正如oliver fiehn所认为的“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”[3],“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么”[4]。因此,代谢组学是系统生物学研究的终点。总之,代谢组学属于全局系统生物学(global systems biology)研究方法,与中医药学的整体观念相对应；且代谢组学研究的目标是代谢物,而“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”,其研究更接近表现型,由此,代谢组学用于中医药现代化研究具有不可比拟的优势。

2  代谢组学与“证”的现代研究

辨证论治是中医学认识和治疗疾病的基本思路,是中医理论体系的基本特点之一。“证”是辨证论治的起点和核心。所谓“证”,是指在致病因素作用下,机体内外环境各系统之间相互关系发生紊乱所产生的综合反应,是反映疾病处于某一阶段病因、病性、病位、病势等病理要素的综合性诊断概念。因此,“证”的现代研究是中医药现代化研究的核心任务。近年来,学者们对“证”进行了广泛而深入的研究,主要集中在证候的标准化、客观化、证候的本质、计量诊断、证候的动物模型等方面。其中证的标准化、规范化是进行“证”的其它方面研究的基础,如果对证候没有一个客观的尺度加以评价,其它方面的研究也就无法进行。每一个证候都有其外象(外候)与内涵,证的标准化研究中,对其外候的研究主要是根据中医文献及临床资料,并结合临床流行病学研究,制订某些证的诊断标准,使辨证达到规范化,并将现代医学的实验指征结合到证的研究标准之中；但外候是用四诊——望、闻、问、切所获得的信息进行整理而得,很难量化,即使用流行病学方法加以分析,亦是靠专家经验打分,最多亦只是半定量。这种诊治的准确性很大程度上依赖医生的诊疗经验,无论在准确性、稳定性、敏感性等方面都更多地受到医患双方主观因素的影响。因此,从证的内涵方面去制定“证”的诊断标准十分有意义。近年来,学者们致力于探索证候的高特异性和高灵敏性的指标,试图建立证候实验诊断单个金指标,然而,由于证的整体性、动态性和异病同证、同病异证等特征,不可能用单一指标作定性、定量、定位的说明。据此,证候客观化研究采用综合指标,精选非特异指标进行特异组合,建立能反映证本质并能区别它证的定性、定量、定位综合实验指标,辅助四诊,确定证候诊断具有重要的意义。代谢组学正具备反映和解决这些问题的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能。它能够通过检测不同时间患者的尿液或血液,对这些代谢产物进行分析,从而确定不同的证所对应的代谢组,使“证”可以得到客观化的表述。另外,利用代谢组学方法,通过研究代谢物图谱随时间的变化,能够帮助人们更好地理解疾病过程中“证”的变化与机体内物质的代谢途径和代谢状况的关系,还有助于疾病生物标记物的发现和辅助诊断,使诊断、治疗达到个体化。其准确性依赖于仪器的性能,可以提高诊治的科学化、定量化,避免了人为因素的误诊。

3  代谢组学与中医药疗效的整体评价

既然疾病具有系统化、动态化、整体化的特征,所以,在治疗时应随疾病的进程不同相应地调整药物剂量和种类。因为疾病发生的不同阶段需要不同的药物组分发挥调节作用,而以单一成分作用到单靶点的西药对此束手无策。从这个意义上讲,中药没有无效成分。所谓无效成分只是相对疾病的不同阶段而言。因此,未来的若干年,复方药或多组分药将在疾病治疗中担当重要角色。中药及复方具有多种组分,其多效性、多靶点、多途径发挥作用等特点又为其临床疗效评价带来了很多难题。近年来,对于中医药的临床疗效评价,自觉不自觉地照搬西医过去生物医学模式的疗效评价和标准,从单侧面、单生物学因素着手,缺少系统地反映中医个体诊疗特色和复合干预策略的疗效评价方法和指标[5],这一点严重影响了中医药的质量和水平及其可信度。另一方面,又无法有效地将可能存在的临床疗效优势客观的表现出来。因此,中医药的临床疗效必须用系统方法学加以评价,寻找客观、系统的临床疗效评价方法是中医药现代研究中急需解决的重点问题。

代谢组学的出现为中医药临床疗效评价提供了全新的思路和工具,中药(尤其是复方)的整体性作用机制和疗效在系统代谢组学的研究方法下将可能得到充分的展示和挖掘。疾病状态可以引起机体内代谢物的整体发生变化,成功的治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须的代谢途径的调控[6]。利用代谢组学方法,通过监测分析尿液、血液、唾液及细胞和组织的提取液等一系列样品的谱图在用药前后的整体变化,再结合模式识别方法,不仅可以客观地评价药物对于疾病的治疗效果,还可以对人体功能活动、生存质量和影响健康等的重大事件加以评价。中药及复方的临床疗效评价得以客观化后,对于中医药学用循证医学的方法进行进一步疗效评价提供了可能性。另外,在中医药研究中要高度重视其对肠道菌群的影响。现代研究发现,在正常情况下肠道菌群之间存在着复杂的动态平衡关系,此种平衡不仅为肠道正常菌群的生存所需要,而且对其宿主的多种生理功能(尤其是代谢)乃至生命活动亦至关重要,即肠道微生物群落实际上参与了人体的生理、病理和药理(毒理)过程,形成了人类代谢网络中重要的组成部分。中医从整体出发研究人体的平衡与失调问题,并通过中药使其恢复平衡,与肠道内微生态环境的平衡理论有异曲同工之处。中药大多数给药途径是通过口服,经过消化道在局部起作用或通过吸收在全身起作用。中医药的整体观虽然与西医相比具有其特殊性,但与现代微生态学具有一致性,因此,肠道菌群研究很可能会成为用代谢组学的方法来研究中医药的突破口。正如代谢组学鼻祖nicholson教授所提出,“在global systems biology的框架下,将人看作一个superorganism来进行代谢组学研究的思想,把人与环境(地理的、社会的)、人与肠道菌群之间的相互作用加以综合考虑,使我们能够更全面、真实地反映人体疾病与代谢变化的关系,从而达到个性化医疗(personalized healthcare)的理想目标”[7]。这种思想与传统中医药强调人与社会环境的整体观、四时和饮食对人的影响、辨证施治等思想是一致的。

4  代谢组学与中药新药研究

中药的化学成分复杂,中药及复方在治疗疾病时,主要是由于药效组分在多靶点或多器官上发挥整体综合调节作用,具有多因微效的特点。正由于中药及复方的多组分和作用具有多效性、多靶点性、多途径性等特点,为其新药开发带来了诸多的障碍,如中药的质量控制、发挥作用的物质基础、作用机理、安全性研究等都是中药新药研究亟待解决的重点和难点问题[8]。

中药材的质量直接影响中药饮片和中成药的质量,最终影响其临床疗效。中药材的质量好坏与其所含的化学成分直接相关。因此,对中药组成成分的控制是中药材质量控制的着眼点。中药的多种组分,其实质就是其多种代谢产物的集合,其组成、含量和存在状态等受到产地、气候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。代谢组学可以用于分析中药中各种组分的类型、含量和状态随各种因素的变化,可以定量地对其进行评价,从而实现对其质量进行控制。所以,代谢组学用于中药栽培、采集、加工阶段,符合药品生产质量管理规范(gmp)的质量控制以及药物监督部门针对药物质量的控制,无疑是最佳方法。这种方法准确、重复性好,而且不依赖于操作人员的经验[9]。对于中药及复方的药理作用机制的研究,代谢组学也具有绝对的优势。成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须代谢途径的调控。药物的作用机制的研究就是研究药物在这种调控作用中所起到的作用和如何起作用。通过认识体液“代谢指纹图谱”变化的原因,联系基因组学和蛋白质组学的方法,可以寻找药物作用的靶点或受体,从而发现药物作用的机制。正如nicholson教授提出的proteo-metabonomics的概念,即将蛋白质组学与代谢组学相结合,以便更全面、有效和准确地寻找药物作用的生物标志物。在中药及复方的安全性评价方面,代谢组学通过分析与毒性作用的靶位和作用机制密切相关的生物体液中的代谢产物谱随时间的变化,可以确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物[10-11]。因此,代谢组学可以反映出毒性效应的终点状况,并且可以与生化和病理指标联系起来。所有的代谢物都有其特征nmr 谱峰,故代谢变化的指纹图谱可以作为毒物检测的定性依据,以便从功能和安全性两方面使药物筛选更有效,为新药临床前安全性评价提供可靠的技术支持和保障。因此,代谢组学在毒物药物学的研究中将发挥极其重要的作用。

5  结语

代谢组学是处于科学研究顶端的前沿性科学,近些年中,其发展非常迅速。虽然由于技术和设备等的局限,我国在这方面的研究才刚起步,但其在中医药领域的应用已初步显现出了明显的优势,将其用于中医药学的研究,必将对中医药的现代化研究起到推波助澜的作用。因此,引进先进的技术和设备,大力开展代谢组学在中医药领域的研究,对于推进中医药现代化的进程具有重要的现实意义。

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