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生物信息學的研究意義范文1
關鍵詞：中職；食品生物；信息化教學
中圖分類號：G712 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）10-036-01
由于信息化在各行各業中都開始廣泛的應用，在食品工業中也逐漸發揮著重要的作用。許多視頻共成長的問題，都可以借助計算機得以解決，諸如食品科學信息的收集、分析、查詢、檢索等。所以，在教學過程中就應當將信息化的元素融入到教學中來，以培養出具備高水平、高素質的學生。
一、信息化教學在中職食品生物工藝專業教學中的重要性
在食品工程中，信息技術的應用主要體現在計算機科學和食品科學技術的基礎上。在中職食品生物工藝專業的教學中，應用信息技術一方面能夠幫助學生提升計算機應用水平，另一方面還能幫助學生掌握食品工程中經常使用的計算機技術，有效提升視頻人才的科學素養與科研能力。再加上信息爆炸，知識更新的速度讓教學陷入了尷尬的境地。在課程中需要大量增加新的知識和內容，另一方面學生的負擔也因此加重，學校和教師都面臨著壓力。信息化教學能夠很好地協調這一矛盾，通過傳統教學與信息化教學的相互融合形成優勢互補，從而改善教學結構。因此，面對信息化的浪潮，為了更好地深化教育改革，需要在食品生物工藝專業應用信息化教學。
二、信息技術在中職食品生物工藝專業教學中的應用
1、常規教學中的應用
信息技術在中職食品生物工藝專業教學中的常規應用主要指的是多媒體課件的使用。多媒體不僅能為學生呈現出文字、圖畫，減輕教師的工作量，還能降所學內容以視頻、聲音等方式呈現，吸引了學生注意力的同時，也加深了知識在學生腦海中的印象。教師甚至可以根據自己的需要，使用DV、手機等工具進行視頻的錄制，然后經過軟件處理在課堂上得以呈現，極大程度上方便了教學。
2、網絡精品課程
網絡精品課程是一種全新的教學模式，相比于傳統的教學模式，更具分享性。由于自主課堂的開放性，能夠讓學生和教師在網絡平臺上自由交流，并共享優質的資源，不受時間和空間的約束，提升的教學的效率，拓寬了教學的形式。
3、虛擬仿真實訓軟件
虛擬仿真實訓軟件能夠對教學過程進行智能模擬，學生可以借助人機對話的發昂視，主動地進行學習、復習、測試等，并及時將信息反饋給教師，讓教師了解學生掌握知識點的狀況。同時，虛擬仿真實訓軟件的使用，還能降實際生產過程中的各種工作情境進行模擬，從而對實踐環節教育資源缺乏經費不足的情況進行緩解。例如在進行“啤酒的生產工藝和生產參數”知識點進行教學時，通過虛擬仿真實訓軟件，能夠有效地提升學生的興趣，幫助他們更好地掌握知識技能。
三、信息化教學在中職食品生物工藝專業應用對策
1、與食品生物工藝專業相結合
由于食品生物工藝專業涉及到很多實踐內容的學習，而教學的設備、資源有限，往往不能讓所有學生都參與到實踐中來。對于工藝流程內容的學習，教師可以利用動畫或是錄像來演示，幫助學生更好地理解知識，并提升學生的動手操作能力。
2、激發學生的學習興趣
由于中職學生的年齡較小，而食品生物工藝專業的學習涉及到很多環節和知識點，學生對于該專業難免喪失興趣。但是興趣對于學生的重要性不言而喻，只有對該專業保持興趣，學生才能真正融入到課堂的學習中來。因此，利用信息化教學的各種手段，能夠將豐富、新鮮、有趣的信息以各種各樣的方式傳遞給學生，特別是使用視頻、聲音等方式，相比于傳統的板書更能吸引學生的學習興趣，同時還能增強學生對知識點掌握的程度。
3、提升教師對信息化技術的掌握
許多中職教師還沿用傳統的教學方式，對于信息化技術的掌握不夠透徹。許多老師將信息化應用于課堂上，只是使用多媒體課件，而課件內容的選擇和材料的制作，都是從網上直接找來的，沒有結合本班學生的實際情況。使用這樣的課件進行教學，很難真正發揮其應有的作用。除了使用多媒體課件之外，許多教師還是沿用著傳統的教學手段，并沒有從根本上理解信息化教學的內涵。教師應當合理選擇、利用信息化的資源，并將食品生物工藝專業的知識與信息技術進行科學的整合，從而優化教學方案。而教師對于信息化技術的掌握程度也會對這一過程造成直接的影響，因此教師應當提升自己的信息化素養，真正發揮信息化教學的優勢。
4、提升教學資源建設水平
教學資源是課堂質量好壞的重要評價標準之一，因此，選擇恰當的教學資源，并將這些資源與信息技術結合在一起，就能更有效的實現教學目的。首先，教學資源建設應當結合學生的特征，通過對該階段學生心理、思維等多個方面的分析，結合專業知識，確定教學資源。中職學生的年齡較小，因此在教學資源的選擇上，應當簡單易懂，讓學生不會因聽不懂課而討厭上課。同時還可以將心理學的內容應用于教學資源建設中，關注學生對于本專業學習的心理，從而讓學生快樂學習的同時，掌握專業知識與技能。
目前，信息化教學如一股春風，迅速席卷了教育的各個領域。在中職食品生物工藝專業中，如何應用信息化教學也成為相關從業者研究的重點問題。而中職學生的年齡較小，對于學習的興趣不高，缺少學習的動力等問題也卻是阻礙著教學目標的實現。同時學校資源有限，師資力量不足等問題，同樣需要信息化教學來彌補。只有將信息化教學與本專業的內容相結合、激發學生的學習興趣、提升教師對信息化家書的掌握、提升教學資源水平的建設，才能真正實現教學目標，讓學生在快樂學習的同時提升專業水平。
參考文獻：
[1] 劉春清.鄔曉晨.食品生物工藝專業教學指導方案研制[J]. 中國科教創新導刊. 2013（20）
生物信息學的研究意義范文2
生物信息學是在生命科學、計算機科學和數學的基礎上逐步發展而形成的一門新興交叉學科，其實質就是利用信息科學與技術對生物數據進行獲取、處理、存儲、、分析和解釋，進而揭示紛繁復雜的數據中所蘊含的生物學本質[1]。作為21世紀生命科學領域發展最為迅速的學科之一，生物信息學已經成為生命科學研究領域的重要學科[2]。實驗室的每一項技術，從簡單的基因克隆、基因數據分析到生物大分子進化研究都需要應用到生物信息學，因此，對于生物類專業的學生而言，掌握生物信息學的相關知識尤為重要。我國各大專院校都在不斷努力創新和改進現有生物信息學課程的教學方法與方式。因此，作者結合近五年來開設生物信息學課程的教學實踐，分析了目前生物信息學課程教學中存在的主要問題，提出幾點建議，希望能夠有助于推動生物類專業生物信息學課程教學質量的提高。
一、生物類專業生物信息學課程教學中的問題
1.生物信息學教材的選擇。生物信息學的發展速度快、內容廣泛，目前很多國內高校使用的教材多為國外教材的影印版或者中文翻譯版本，國內引進的生物信息學相關的英文原版教材中有些屬于科普性質，內容過于簡單，而有些偏重介紹生物信息學的計算方法或模型的建立，過于復雜[3]。而國內相關教材更新較慢，課堂內容涵蓋的知識面和知識點相對減縮，而且一些前沿的數據和先進軟件沒有講授，這些對學生的發展和生物信息知識的合理運用極為不利[4]，因此，目前導致很多高校教師無法選擇適用于生物類專業的生物信息學教材。
2.教學大綱安排不合理。生物信息學是一門集分子生物學、計算機科學和數學等多個學科的交叉學科，它囊括了基因數據獲取、基因預測、序列比對、序列拼接、分子進化、蛋白質序列分析、蛋白質結構預測、分子建模、藥物設計以及基因芯片蛋白芯片等內容模塊，同時各領域內容還涉及到具體的計算方法、概率統計、機器語言等知識模塊。由于課時設置有限，如果教師在課堂教學對各領域內容面面俱到，會造成大部分內容都只是蜻蜓點水，學生學完以后雖然接觸了很多東西，但在生物研究中遇到實際問題還是束手無策。
3.教學內容滯后。生物信息學是一個快速發展的學科，隨著生物學科自身的發展和研究的深入，新的數據庫和信息資源不斷涌現，各種數據庫和軟件的更新換代非常頻繁，如果教師所講授的在線服務器、分析軟件、講解實例都不是當前最普遍的，學生學完后打開最新的在線服務器或是相關分析軟件依然不會操作。
4.教學方法和教學手段存在不足。生物信息學教學普遍采用普通教室多媒體講授，而生物信息學課程是一個實踐操作課，學生經常要動手操作，普通多媒體教學與實踐操作教學相脫節。傳統的講授很難與實踐教學效果相比，很多學生雖完成了生物信息學課程學習，也接受了很多生物信息學的理論知識，但在進入大四階段做課題研究完成畢業論文時，遇到需要在數據庫查詢序列、用軟件分析序列或蛋白性質、結構特點等問題時依然束手無策。
二、生物類專業生物信息學課程教學建議
1.調整教學大綱。對于生物類專業的學生來說，生物信息學是生物研究中的輔助工具，不需要掌握生物信息學算法或軟件編程細節，而是培養學生運用生物信息學的方法來解決生物研究中遇到的問題，比如能夠應用檢索工具查找序列等相關的數據信息、利用比對軟件或是BLAST在線服務器對感興趣的序列進行比對分析、選擇適當的建樹方法對DNA或蛋白序列進行系統發育樹的構建、可分析蛋白序列信息并預測其三維結構以及引物設計等。因此對于生物類專業學生的教學，應重點培養學生的實踐能力，尤其是關于數據庫的使用和分析軟件的操作，使他們以后在生物相關領域的工作中能學以致用，所以對于當前生物類專業的培養目標應以應用為核心安排教學大綱。據此，確定了以下的教學內容：教學內容共54學時，分為理論基礎和上機實踐兩部分。理論教學內容共36學時包括：生物信息學緒論、生物信息數據庫的查詢與搜索、基因和蛋白質序列比對、序列拼接、生物進化與分子系統發育分析、基因預測與引物設計、蛋白質結構及其預測、計算機輔助藥物設計；上機實踐共18學時包括：常用生物數據庫的查詢與搜索、核酸序列檢索與分析、多重序列比對和系統發育樹的構建、PCR引物設計及評價、蛋白質序列分析及結構預測。
2.教學內容主次分明。由于生物信息學技術及分析手段更新迅速，教學內容會顯得越來越臃腫，作者建議對于生物類專業的學生可以以生物信息學方法的掌握和生物信息學工具的應用來設計教學內容，關于生物信息學本身涉及到的一些數學模型和編程算法，可簡略講授，教學過程中盡量把有限的教學學時用到以生物信息學為工具解決生物學研究問題的教學中去，避免“面面俱到”的灌輸式教育。例如，對于講授序列比對這一章的知識，關于序列比對所使用的方法PAM和BLOSUN矩陣，對于如何采用數學方法構建這些計分矩陣過程可略過，只需簡要介紹PAM和BLOSUN矩陣的概念意義以及用途，重點放在如何使用生物信息學軟件進行序列比對，并理解各參數設置的意義。另外，在生物信息學各教學內容模塊中涉及到的相關數據庫及軟件種類繁多，其數量在不斷增加，版本也在不斷更新。例如在講授生物信息數據庫的查詢與搜索這一章節時，涉及到的數據庫有核酸序列數據庫、蛋白質序列數據庫、蛋白質結構數據庫、基因組數據庫、蛋白組數據庫、代謝組數據庫等，而每個種類又含多個不同的數據庫，比如核酸序列數據庫有GenBank、EMBL和DDBJ等，蛋白質序列數據庫有swiss-prot、TrEMBL、NCBI和UniProt等。因此，我們重點介紹了3大門戶網站NCBI、EBI和SIB，其中我們著重介紹了NCBI的用于提取序列信息的工具――Entrez系統，Entrez將科學文獻、DNA和蛋白質序列數據庫、蛋白質三維結構數據、種群研究數據以及全基因組組裝數據整合成一個高度集成的系統。因此我們給學生演示并要求學生掌握如何采用Entrez查詢DNA和蛋白質序列等。另外在講授分子進化與系統發育分析這一章節時，要進行序列比對及系統發育樹的構建，可以使用ClustalW、BioEdit、DNAstar、phylip、MEGA、PAUP等本地軟件，也可以使用The PhylOgenetic Web Repeater（POWER）和Evolutionary Trace Server等網絡在線服務器分析。考慮到軟件的通用型、易用性及本專業學生的英語水平、計算機操作水平，我們選擇ClustalW進行多序列比對，然后采用phylip軟件包構建系統發育樹，并要求學生掌握如何使用這兩個軟件構建系統發育樹。MEGA及其他在線服務器只簡單介紹具體操作方法作為輔助資料供學生自學。
生物信息學的研究意義范文3
關鍵詞：大數據；生物信息學；教學探索
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）29-0210-02
一、引言
生物信息學是由生物學與數學、計算科學交叉形成的前沿學科，主要通過研發并應用計算機技術及數學與統計方法，對海量生物數據進行管理、整合、分析、建模，從而解決重要的生物學問題，闡明新的生物學規律，獲得傳統生物學手段無法獲得的創新發現。生物信息學是當今生命科學和自然科學的重大前沿領域之一，是多學科之間的交叉領域。因此，做好生物信息學教學工作對提高生物信息學研究水平具有重要的理論和實踐意義。
隨著高通量測序數據的大量出現，生命科學已經進入到大數據時代，生物信息學研究的重點將轉移到組學的研究上。相應地，生物信息學教學的重點也要從單個基因的分析轉向多個基因甚至在組學水平的分析。在生物大數據背景下，對生物信息學專業的人才需求也將越來越大。本文結合生物大數據的特點和教學經驗，談談目前生物信息學教學中存在的問題，并針對這些問題提出自己的建議和方法。
二、生物大數據的特點
“大數據”一詞最初起源于互聯網和IT行業，它具有數據量大、數據多樣化、高速、有價值等特點。生物大數據不僅帶有“大數據”的特點，而且具有生物數據自身的特性，具體表現在：
1.數據量大：全球每年生物數據總量已經達到EB量級，完整的人體基因組有約30億個堿基對，個體化基因組差異達6百萬堿基。同時由于高通量測序成本的下降，目前大量的生物物種得以全基因組范圍的基因組從頭測序、重測序以及轉錄組測序，積累了大量的生物數據。
2.數據種類多：由于測序儀器種類繁多，產生的測序數據格式也各不相同。除高通量測序產生的基因組和轉錄組數據外，另外還有蛋白組、代謝組、表型組、相互作用組的序列數據和結構數據。
3.數據增速快：這主要體現在數據的急劇增長速度上，幾乎每一周都有關于某一物種的全基因組或者轉錄組測序的信息。尤其是隨著新一代測序技術的發展，更大數量級的基因組數據產出日漸增加――每臺高通量的測序儀每天可產生約100GB的數據。
4.數據價值高：隨著生物信息學的發展，越來越多有價值的信息可從生物數據中挖掘出來，這些價值不僅體現在生物科研領域，而且已應用于農業和醫學等領域。
三、大數據背景下生物信息學教學中存在的問題
經過多年的發展，生物信息學教學雖然有了一定的提高和改善，但還存在一些問題，主要表現在：
（一）課程設置不合理
生物信息學是由生物學與數學、計算科學交叉形成的前沿學科，對生物背景的學生來說，需要掌握計算機和數學特別是統計學方面的知識和技能。但由于受課程設置的影響，很多學校只把C語言作為計算機的必修課，而沒有在大一或者大二年級開設概率論和數理統計，并且生物統計學等課程也只是在大三或者大四才作為選修課或者限定選修課來開設的，造成部分開課專業學生的數理基礎比較薄弱，因此在后續學習中存在一定的困難。
（二）教材內容不夠全面
由于生物信息學發展日新月異，各種分析生物大數據的算法、方法和軟件層出不窮，并且其更新換代是非常快的，而國內外相關教材的內容不夠全面，并且其更新速度較慢，不能緊跟生物信息學的最新發展，造成教師在授課時要綜合多本生物信息學教材的內容，不利于學生對生物信息學內容的全面掌握，從而制約了生物信息學教學的發展。
（三）教師的教學方法單一
生物信息學課程目前雖然在很多院校已經開設，但由于該學科對教師的授課水平和學生的學習能力要求較高，目前多數學校對于生物信息學的授課方式還是以教師講授為主的填鴨式教學方式。隨著大數據時代的到來，傳統的教學方式和方法遠不能滿足生物信息學教學的需要。
四、生物大數據背景下生物信息學教學的建議和方法
為了適應大數據背景下生物信息學的教學形勢，針對目前教學中存在的問題，作者結合自己的教學實踐，建議從以下5個方面改進和提高生物信息學教學。
（一）合理設置基礎課，強化基礎理論
生物信息學是一門交叉性很強的學科，以復雜而強大的理論體系作為支撐，所涉及的內容包括計算機編程、信息檢索以及數據庫技術等。為了讓學生學好生物信息學這門課程，各院?？梢院侠碓O置生物信息學的專業基礎課，將生物信息學課程定位在大三或者大四年級學生，在大一、大二年級做好高等數學、數據庫原理以及Perl語言等與之相關課程的教學工作，這些學生在掌握了一些與生物信息學相關的基礎理論知識后，其對生物信息學的學習能力和理解能力才會有較大的提高。此外，學校要鼓勵學生了解國內外有關大數據和生物信息學技術的發展趨勢，并推薦有代表性且通俗易懂的文章和書籍，以強化學生的基礎理論體系，為生物信息學的學習提供必要的知識儲備
（二）培養大數據意識，加強對大數據分析的科學素養
生命科學研究已經進入到大數據時代，生物大數據的挖掘已經在農林科學、醫學等領域產生巨大的效益，所以我們要培養學生樹立大數據思維意識，全面認識生物大數據帶來的機遇和挑戰。生物信息學以生物數據為對象展開分析，它同時具備具體性和抽象性的特點。具體性是指以數據為對象挖掘出的生物學知識是客觀存在的，其對生物學規律的解釋性較強；抽象性是針對生物信息學中的理論和方法而言的，一般要求學生具有一定的生物信息學專業基礎。在進行生物信息學教學時，要激發學生的學習興趣，逐漸培養學生的大數據意識，規范學生對大數據分析的基本方法?？梢酝ㄟ^實例，讓學生參與到具體的生物信息學分析中去，以便理解生物信息學數據分析的基本操作流程，并在業余時間開展生物大數據在農業和醫藥行業成功應用的案例調查，以便激發學生利用生物信息學手段分析大數據的熱情。
（三）優化教材內容，精心安排教學內容
鑒于目前生物信息學發展速度快，而國內外相關教材的更新速度較慢，所以要求在生物信息學教材的選取方面要下大力氣，并且在授課時整合各個教材的優點。一般在生物信息學授課中整合以下三本書的內容：David W. Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》、李霞主編的《生物信息學》以及陳銘編寫的《生物信息學》。
在教學過程中，為了使學生在有限的課堂教學時間內掌握生物信息學課程的主要內容，首先要優化課程教學體系，統籌安排教學內容，在生物信息授課中要抓住以下兩條主線：序列―結構―功能―進化；基因組―轉錄組―蛋白組―相互作用組―代謝組，多組學貫穿。同時針對不同專業的特點與人才培養目標要求，合理分配各章節的教學課時，做到突出與專業密切相關的內容重點精講。如在生物技術專業中，增加課時講授分子藥物設計章節，不僅要讓學生了解生物信息學與分子藥物設計的關系，而且要讓學生掌握計算機輔助藥物設計的理論方法以及軟件操作。因此，以生物信息學教學內容的兩條主線為依托，緊密圍繞各專業的培養目標，做到理論聯系實際，構建的教學體系和教學內容既能讓學生掌握學科的知識理論體系，又有利于培養學生理解、分析、運用學科知識解決實際問題的能力。
（四）合理選用教學方法，提高教學效果
實踐表明，不同的教學內容采用不同的教學方法授課可以收到良好的教學效果。為實現生物信息學課堂教學目標，完成相應的教學任務，教師要根據每堂課的教學內容，采用合適的教學方法，調動學生學習的積極性和主動性，提高課堂教學效果?？梢詮慕鉀Q問題的角度出發進行理論教學。在理論課教學中，如果仍沿用傳統的灌輸式教學模式，肯定達不到預期的教學效果。課堂教學還可以根據需要，適時融入案例教學、問卷調查、多媒體展示、影片教學等方法，提高實際教學效果，培養學生的綜合素質和創新思考能力。
上機實習注重發揮學生的主觀能動性。生物信息學是一門實踐性很強的課程，上機實習是教學的重要環節，它不但能夠幫助學生更好地理解理論課所學知識，而且能夠提高學生運用生物信息學的理論和方法解決實際問題的能力，對培養學生獨立思考能力、觀察能力、動手能力起著重要作用，更是培養學生創新能力的重要途徑。
（五）理論和實踐相結合，注重考核的靈活化
生物信息學是一門融合了多個學科的實踐性很強的課程，對應的考核方式應該與其他專業課程有所區別，其最終的成績不應該只以理論課考試的成績為準。理論知識的考核注重學生對生物信息學基本概念、分析流程和主要分析算法的掌握情況，主要以試卷考核的方式為主，采用統一考核方式和評判標準。對于上機技能的考核，主要強調的是學生對不同類型數據進行分析時應掌握的相關軟件使用技能的考查，也應納入到學生的成績考核中，我們認為理論考試占70分、實習成績占30分是一個好的評價方式。
五、結束語
大數據背景下對生物信息學的教學提出了新的更高的要求。本文針對《生物信息學》教學中存在的問題，結合自己的教學經歷對改進生物信息學教學和方法進行了一些探討。本文認為要做好大數據時代的生物信息學教學，要從強化基礎理論、培養大數據意識、精心設計教學內容、創新教學方法和改革考核評價體系等五個方面來開展和抓好生物信息學教學。
參考文獻：
生物信息學的研究意義范文4
關鍵詞： 生物信息學 農業研究領域 應用
“生物信息學”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學者lim在1991年發表的文章中首次使用。生物信息學自產生以來，大致經歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個發展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項目首席科學家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計劃（human genome project，hgp）的所有目標全部實現［3］。這標志著后基因組時代（post genome era，pge）的來臨，是生命科學史中又一個里程碑。生物信息學作為21世紀生物技術的核心，已經成為現代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質和生命，其研究成果必將深刻地影響農業。本文重點闡述生物信息學在農業模式植物、種質資源優化、農藥的設計開發、作物遺傳育種、生態環境改善等方面的最新研究進展。
1.生物信息學在農業模式植物研究領域中的應用
1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃（npgi），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經濟價值的關鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計劃是與人類基因組工程（hgp）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學的方法系統地研究這些重要農作物的基因表達、蛋白質互作、蛋白質和核酸的定位、代謝物及其調節網絡等，從而從分子水平上了解細胞的結構和功能［5］。目前已經建立的農作物生物信息學數據庫研究平臺有植物轉錄本（ta）集合數據庫tigr、植物核酸序列數據庫plantgdb、研究玉米遺傳學和基因組學的mazegdb數據庫、研究草類和水稻的gramene數據庫、研究馬鈴薯的pomamo數據庫，等等。
2.生物信息學在種質資源保存研究領域中的應用
種質資源是農業生產的重要資源，它包括許多農藝性狀（如抗病、產量、品質、環境適應性基因等）的等位基因。植物種質資源庫是指以植物種質資源為保護對象的保存設施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質資源庫，在我國也已建成30多座作物種質資源庫。種質入庫保存類型也從單一的種子形式，發展到營養器官、細胞和組織，甚至dna片段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應用各種分子標記來鑒定種質資源。例如微衛星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質資源進行分子標記產生了大量的數據，因此需要建立生物信息學數據庫和采用分析工具來實現對這些數據的查詢、統計和計算機分析等［7］。
3.生物信息學在農藥設計開發研究領域中的應用
傳統的藥物研制主要是從大量的天然產物、合成化合物，以及礦物中進行篩選，得到一個可供臨床使用的藥物要耗費大量的時間與金錢。生物信息學在藥物研發中的意義在于找到病理過程中關鍵性的分子靶標、闡明其結構和功能關系，從而指導設計能激活或阻斷生物大分子發揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發方向。生物信息學為藥物研發提供了新的手段［8，9］，導致了藥物研發模式的改變［10］。目前，生物信息學促進農藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設計出兩種具有與唾液酸酶結合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經進入臨床試驗階段。tang sy等學者研制出新一代抗aids藥物saquinavir［12］。pungpo等已經設計出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物［13］。楊華錚等人設計合成了十多類數百個除草化合物，經生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。
現代農藥的研發已離不開生物信息技術的參與，隨著生物信息學技術的進一步完善和發展，將會大大降低藥物研發的成本，提高研發的質量和效率。
4.生物學信息學在作物遺傳育種研究領域中的應用
隨著主要農作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關分子基礎的進一步闡明，人們可以利用生物信息學的方法，先從模式生物
中尋找可能的相關基因，然后在作物中找到相應的基因及其位點。農作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列、分子標記、圖譜和功能方面的數據，可通過建立生物信息學數據庫來整合這些數據，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎上，育種學家就可以應用計算機模型來提出預測假設，從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優良農作物品種。
5.生物信息學在生態環境平衡研究領域中的應用
在生態系統中，基因流從根本上影響能量流和物質流的循環和運轉，是生態平衡穩定的根本因素。生物信息學在環境領域主要應用在控制環境污染方面，主要通過數學與計算機的運用構建遺傳工程特效菌株，以降解目標基因及其目標污染物為切入點，通過降解污染物的分子遺傳物質核酸 dna，以及生物大分子蛋白質酶，達到催化目標污染物的降解，從而維護空氣［16］、水源、土地等生態環境的安全。
美國農業研究中心（ars） 的農藥特性信息數據庫（ppd） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環境中轉運和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術大學（toyohashi university of technology） 多環芳烴危險性有機污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環保局綜合風險信息系統數據庫（iris） 涉及 600種化學污染物，列出了污染物的毒性與風險評價參數，以及分子遺傳毒性參數［17］。除此之外，生物信息學在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網絡的普及，情報、信息等學科的資源共享，勢必會創造出一個環境微生物技術信息的高速發展趨勢。
6.生物信息學在食品安全研究領域中的應用
食品在加工制作和存儲過程中各種細菌數量發生變化，傳統檢測方法是進行生化鑒定，但所需時間較長，不能滿足檢驗檢疫部門的要求，運用生物信息學方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進而運用pcr法［19］、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重熒光定量pcr等技術，可快速準確地檢測出細菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術也是未來食品病毒檢測的發展方向。
轉基因食品檢測是通過設計特異性的引物對食品樣品的dna提取物進行擴增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉基因農產品數據庫信息的及時更新，可準確了解各國新出現和新批準的轉基因農產品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時對檢驗方法進行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學在食品領域的應用還比較有限，但隨著食品安全檢測數據庫的不斷完善，相信相關的生物信息學技術將在食品領域發揮越來越重要的作用。
生物信息學廣泛用于農業科學研究的各個領域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報部門，以及信息中介服務機構提供相關服務，通過出版物、信息共享平臺、數字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學發展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學能夠更好地為我國農業持續健康發展發揮作用。
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生物信息學的研究意義范文5
關鍵詞：生物信息學 創新實踐能力 教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0143-02
2013年三位美國科學家以“為復雜化學體系設計了多尺度模型”而獲得了諾貝爾化學獎，從此生物信息學（Bioinformatics）真正走到了自然科學的前臺，成為未來發展的重要方向和熱點。生物信息學是以生物學為核心和靈魂，以數學和計算機為基本工具的一門交叉學科，綜合運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，獲取、處理、存儲、分發、分析和解釋生物信息，進而揭示大量數據所蘊含的生物學意義。生物信息學已經成為生物醫學、農學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學等學科發展的強大推動力量，目前已經成為高等院校生命科學相關專業學生必須掌握的主要專業課程。要實現中華民族偉大復興的中國夢，離不開科學技術的創新驅動，創新人才的培養自然成為高等院校的主要責任，高等院校教師需要根據培養學生創新實踐能力的要求不斷的開展教學改革。鑒于生物信息學的重要作用，最近幾年各高等院校都相繼開設了生物信息學課程，但是由于生物信息學是一門廣泛的交叉學科，需要學生具有較扎實的多學科基礎知識，且生物信息學自身發展迅速，新概念、新算法、新數據庫等層出不窮，需要教師不斷跟進，因此生物信息學的教學與其他學科顯示出明顯的不同，舊的教學方法不能適應生物信息學課程的發展。生物信息學教學改革的內容應該著重于提高學生的創新實踐能力。該文將生物信息學教學改革中總結的經驗，從教學理念、教學方法、教學內容和考試改革等方面，對在生物信息學課程的教學中如何培養學生創新實踐能力進行了討論。
1 教學理念上強調學生的實踐能力和自主創新思維的培養
生物信息學是一門實踐性非常強的學科，同時具有多學科交叉的特點。對于非生物信息學專業的生命科學相關專業學生，主要課堂目標是熟練應用各種軟件、數據庫解決實際的生物學問題，而不是研究新算法、開發新程序。非生物信息學專業的學生一般具有較好的生物學基礎，對于核酸、蛋白質等相關知識已經較為熟悉，在教學中不必過多重復，而對于生物信息學中的數學模型，程序原理等內容具有較大的學習障礙，經過我們的教學發現，學生對于這些內容的不理解并不會顯著影響其應用軟件的實踐能力。因此，對于非生物信息學專業的生物信息學本科課程，應當簡化復雜難懂的理論知識，注重培養學生的實踐能力，使學生可以應用生物信息學工具對生物數據進行分析，解決實際問題，在使用生物信息學工具解決實際問題的時候對生物信息學產生興趣，增強創新實踐能力。
2 采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法
為了強調學生的實踐動手能力，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法。（1）將授課地點定在計算機網絡教室，接駁互聯網的計算機安裝有課堂管理系統，實時演示教師的操作。教師在授課過程中結合具體實例邊講解邊示范操作，學生邊聽課邊練習。（2）對課件增加圖片、視頻、音頻等多媒體素材，使抽象的、靜態的生物信息學知識以具體的、動態的形式演示，提高學生的學習興趣，加深學生對知識的掌握程度。例如在講解蛋白質三維結構相關知識時，教師需準備好各種蛋白質的三維結構素材，并使用（同時教會學生使用）專業蛋白質三維結構看圖軟件進行演示操作，這樣可以顯著提高學生的實際操作興趣。（3）進行課程錄像，記錄課堂上老師的講課現場和計算機操作屏幕的錄像，將視頻放到網絡教學平臺上，供學生課后觀看，降低生物信息學學習難度。（4）進行隨堂在線操作練習，以教師和學生分別自設題目的方式開展創新實踐練習，促進學生創新性思維方式，注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學生計算機應用能力。（5）采用雙語授課，提高學生專業英語能力。生物信息學的實際操作離不開數據庫和軟件，而目前國際上通用的生物信息學在線數據庫和常用軟件的界面都是英文，因此學生必須能看懂生物信息學相關概念的英文說法。我們采用雙語授課，對課程中的關鍵信息再使用中文重點講解一遍。教學中發現大多數學生對英文授課及英文軟件有懼怕和惰性心理，對此我們采用循序漸進多次重復的方式幫助學生克服最初的懼怕建立信心，在英語授課前一周，教師將多媒體課件通過網絡教學平臺發送給學生，并列出來關鍵名詞，供學生提前預習，減少課堂上直接聽英文的難度，在數據庫和軟件中，安排學生多次使用同一個軟件，同一個數據庫，對常用的詞語進行重點說明，從而減小學習壓力，增強學習信心。本方法增強了學生主動學習生物信息學自主能力，同時提高了學生英文聽、說、讀、寫等能力。（6）發揮網絡教學的優勢，教師可根據教學內容從網上下載教學輔助資料，充分利用網絡的現有資源，并通過網絡教學平臺為學生提供教學資源，將制作的教學課件、教學大綱、教學錄像、參考文獻、思考題、自測題等上傳到教學平臺上，使學生隨時隨地在教學平臺里面進行下載教學課件、回答問題、提出問題，老師或者同學可以對所提問題進行網上解答、探討。教師還可以通過網上論壇、聊天室、QQ、E-mail等對學生學習和生活進行指導和關心，可以及時了解掌握學生的學習情況，有利于教師不斷調整教學方案，達到更好的教學效果。
3 教學內容上增強課程應用性
生物信息學的課程內容很多，具有很強的跨專業性，由于課時和學生專業的限制，我們應選擇性地進行授課，教學內容主要強調課程實踐應用性。（1）要在課程的第一節課明確生物信息學在生物學中的作用，講解幾個有趣而又簡單的生物信息學應用，提高學生的學習興趣。（2）對于理論知識只講解其中最為基礎而不可缺少的，并結合實際操作使學生形象化、具體化。授課中穿插講解有趣而簡單的生物信息學應用實例，提高學生的學習興趣。（3）增加實驗課學時，增強學生動手操作實踐能力。生物信息學主要是通過計算機軟件完成對生物數據的分析，分析過程中易出現各種錯誤，需要在多次操作實踐中不斷總結經驗才能熟悉。因此增加實驗課學時會明顯增加學生的實踐能力。我們每一節課分為兩部分，理論講解和實驗操作，在理論講解完成后，馬上開展實驗操作，這樣可以讓學生理解軟件中應用的原理，不會出現在實驗課時理論與實驗脫節的現象。（4）生物信息學發展迅速，需不斷把握國際最新進展，更新知識庫，使學生學到最新的技術，更好的應用到實踐中。因此我們密切關注學科發展動態，掌握最新研究成果，每學期的教學隨時進行知識更新，及時將國內外及教師的新知識、新成果作為教學內容的一部分傳遞給學生。同時我們使用雙語授課，并保證授課內容緊跟生物信息學的前沿，保證學生學到的都是最新的知識，刺激學生探索與實踐的欲望。
4 考試改革上促進學生實踐能力和創新思維
考試改革的目的是強化實踐教學，注重創新能力的培養;發揮教學中的積極性、主動性、創新性;在加強素質教育的基礎上擴寬專業教育;培養“寬厚型、復合型、創新型、外向型”人才。考試可分為期末考試、平時練習和上機考試等三部分。期末考試使用傳統的考試方式。平時練習為教學中的課堂練習題的評分。對于上機考試，我們引入無紙化考核，通過上機實踐操作，重點考核學生在互聯網環境下的隨堂在線操作，隨堂在線測試的內容主要是使用各種軟件和數據庫分析生物數據的操作實踐，增強學生理論應用實踐的綜合能力。例如給出一個蛋白質的名稱，讓學生查詢此蛋白質的序列、理化性質、翻譯后修飾等信息，預測蛋白質二級結構，三維結構等操作。學生使用計算機在線完成指定的生物信息學分析內容，考查學生掌握實踐操作的程度，促進學生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時更有效地提高學生計算機應用能力。這種考試模式可以顯著的提高學生實踐的積極性。
5 結語
總之，生物信息學教學需要培養學生自主創新學習的能力和在實踐中自主創新獲取知識的技能，使學生知識、能力、素質協調發展。為了提高學生創新性思維和實踐操作能力，生物信息學教學改革應從以下幾方面進行：在教學理念上，強調學生的實踐動手能力、創新思維的培養;在教學方法上，采用啟蒙式、研討式、運用式等生動形象的教學方法;在教學內容上，增加實驗學時，增強課程應用性，理論為實踐服務;在考試改革上，采用多種考查考核方式促進學生實踐能力、創新思維。在今后的教學工作中，我們將繼續探索行之有效的教學方法、教學手段和教學模式，啟發學生的創新實踐意識，培養學生的創新思維和實踐能力，以滿足現代社會對創新型人才的需求。
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生物信息學的研究意義范文6
摘要：為培養醫學院校生物科學和生物技術專業學生的生物信息學基礎知識的掌握和軟件的應用能力，結合近年該課程的教育教學改革實踐，不斷探索科學完善的教學體系和教學模式。從教學內容、教學方式和實踐能力培養等幾個方面進行了探索與實踐。使學生在生物大數據時代，具備初步的生物信息學分析技能和實踐操作能力。
關鍵詞：生物信息學；生物科學；生物技術；教學模式改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0145-02
一、開設生物信息學課程的必要性
生物信息學學科發展迅速，不斷與其他學科相互滲透，而醫學院校生物科學和生物技術專業的學生主要從事生命科學相關的研發和技術，涉及生物、醫藥、食品、環境、農業等領域。掌握生物信息學這門工具，為今后走上工作崗位，提供新的研究手段和途徑是十分必要的。因此，在醫學院校部分專業（如生物科學，生物技術等）開設生物信息學必選課程具有重要意義。
二、目前存在的問題
1.教學內容陳舊和教學資源缺乏。我國高等院校開設生物信息學時間相對較晚，在教材選擇中首先調研了其他院校和目前出版的教材內容情況。發現大部分生物信息學教材都包括生物大分子（核酸和蛋白質）的信息資源，基因組分析信息資源，數據庫搜索軟件，核酸序列分析和多序列比對等軟件的核心內容，除了共性的章節外，不同的教材內容和重點各不相同。但是生物信息學發展迅速，除了基礎內容外，大部分內容都在快速地更新，比如引物設計軟件的使用等。而目前，生物信息學教學資源較匱乏，完善的生物信息學課程的教學大綱、教案、教學視頻、多媒體課件和習題等教學資源稀少。
2.課程內容與教學課時不匹配，教學進程安排不夠合理。首先，由于生物信息學是一門多學科交叉的綜合性學科，生物信息學課程學習前需要理解和掌握一些生命科學相關知識背景，如基因組學、蛋白質組學、生物化學、分子生物學和遺傳學等，深刻理解一些生物學基本概念，如基因序列、蛋白質序列、非編碼區、啟動子等，并初步了解一些重要的生物學數據庫。因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費一定的時間介紹相關背景知識。然而由于醫學院校學生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學安排足夠多的課時。目前我校教學大綱規定的授課僅為20學時，學時少與教學內容多的矛盾就顯得非常突出。教師需要在有限的教學時數下灌輸大量內容，因此無法深入講解每個章節的內容，增加了學生學習的難度，降低了教學質量。
其次，教學進程安排不夠合理。以我校生物技術專業學生為例，本科二年級第一學期學習生物信息學課程。此階段學生雖然學習了一年多的專業基礎理論知識，但是專業基礎知識較為薄弱，同時實驗設計等相關實踐較少，缺乏對實驗細節的理解與實驗設計的整體把握。而生物信息學課程是一門實踐性學科，所以有必要在生物信息學課程的教學中滲透實驗設計的理念，課程學習中靈活運用專業基礎知識，達到學生的專業基礎知識與生物信息學的知識與不脫節，從而激發學生學習熱情。
3.教學模式單一，理論與實踐教學脫節。對于醫學院校生物科學和生物技術專業的學生，本課程培養的主要目標是：如何在現有數據庫中查找想要的信息，如何通過在線程序或利用現有的分析軟件，處理相關數據，解決生物學問題。學生需要通過親身實踐，才能熟練掌握生物信息學的數據庫、分析方法、軟件。但是很多醫學院校教學條件有限，沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，教師在授課過程中根據課件照本宣科，并不能結合具體實例邊講解邊示范操作，同時，多數高校開設的生物信息學課程以理論教學為主，缺乏實踐教學課時。然而，生物信息學的學習，如數據庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、引物設計軟件的應用等都需要學生在實踐課中進行驗證或操作，理論知識與實踐環節脫節嚴重，從而影響了學生對課程的理解和掌握。
三、生物信息學教學模式改革探索
1.修改理論教學大綱，精選教學內容。由于生物信息學內容繁多，應針對不同專業特點精心挑選授課內容，在有限的課時中讓學生學到最基本且重要的生物信息學理論知識。目前我們選用的是浙江大學出版社第一版的生物信息學，結合生物科學和生物技術兩個專業的特點，本教學團隊編寫了教學大綱，對教材內容進行了更新和優化，將重點集中于應用性較強的生物信息學實踐分析技能和離線單機版生物信息學軟件的使用上，具體內容包括核酸及蛋白序列數據庫、序列的相似性搜索、序列比對、系統進化樹的構建以及蛋白質的結構與預測和引物設計等基本內容。同時考慮生物信息學學科的前沿性和交叉性，我們又增加了蛋白質組學和非編碼RNA，基因芯片、qPCR、深度測序等操作原理及流程預測等內容。為了適應生物信息學快速發展的要求，擴大學生的知識面，推薦了包括DavidW .Mount編寫的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和國家“十一五”規劃教材李霞主編的生物信息學等幾種不同類型的參考教材供同學課外閱讀。
2.創新教學方式，推行靈活多樣的教學模式。生物信息學的課程學習和軟件使用與網絡的使用緊密相關，一方面，為克服學生多，無法使每位學生實時進行電腦操作的弊端，我們利用能夠接收無線網絡信號的設備，實現上課時教室內有網絡，這樣在授課過程中就可以實時在線帶領學生進行生物信息學分析，如稻菘獠檠、序列提交過程、蛋白質結構域分析、蛋白理化性質及結構預測等重要內容，通過實時演示連貫教學內容，讓學生得到了更加直觀的實踐體驗，加深了對各種分析方法的學習和理解[1]。另一方面，由于課程學時（僅20學時）的限制，學生們不可能完全依賴課堂時間很好的掌握該課程，除了采取集中授課方式之外，本團隊利用搭建的“分子生物學”省級精品資源共享課程網絡平臺，開辟了“生物信息學”專欄，提供相關文獻、相關分析軟件及其使用步驟等信息；并聘請校內外相關領域專家開展專題講座，組織相關領域青年教師開展專題研討等形式，從而加深學生對課程內容的理解。
3.緊密聯系科研，開展基于實踐的問題式教學。針對生物信息學課程的特點，打破應試考核方式，本教學團隊注重理論結合實踐的問題式教學方式引導。一方面，各專業課程中增加實踐教學課程比例，根據生命科學的發展，不斷充實實踐教學內容，增加綜合性、設計性實驗，從而將生物信息學技術滲入日常教學環節中；另一方面，面向全校招募相關領域青年教師，鼓勵并指導學生參與青年教師科研項目，并積極申報國家級和省級大學生科研項目。目前創新性實驗和探索性實驗全面覆蓋生物科學和生物技術專業全體學生，學生在解決科研問題時逐步學會運用生物信息學知識，如文獻查閱、目的基因序列的獲取、基因序列的分析方法等，提高了學生生物信息學知識和技術的實踐能力和理論理解力。
四、結語
生物信息學是生命科學領域研究的重要的工具和載體[2]，針對生物信息學課程的特點，醫學院校生物信息課程的改革可進一步加強理論教學的系統性、規范性和針對性，提高學生對生物信息學知識的應用能力。在課程體系建設基礎上，大膽嘗試新的教學方法和手段，突出醫學特色，培養適用于現代精準醫療的創新型生物學專業人才。
參考文獻：
