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生物信息學的重要性范文1
關鍵詞：生物信息學；教材；師范院校
20世紀80年代末以來，生物信息學以驚人的發展速度，獲得了很多突破性成就，正日益成為生命科學在21世紀發展的核心內容。對于未來生物科學中堅力量的現代生物科學工作者而言，掌握生物信息學的相關知識尤為重要。
作為一門新興的課程，生物信息學課程在全國很多高等院校都已經開設，并進行了一些卓有成效的探索和改革。我們結合自身的教學實踐和相關學校的教學現狀，對師范院校生物信息學課程教學內容、師資力量、教學模式和方法、跨學科合作、教學實踐實施情況等方面的現狀進行了積極分析和思考。目前，師范院校生物信息學教學的現狀如下。
一、教學內容陳舊、教學資源缺乏
生物信息學是一門新興的學科，在高等院校開設時間較晚，我國對生物信息學專業精品課程的建設方面投入不夠，成熟的生物信息學教學大綱、教案、多媒體課件、教學視頻和習題等教學資源稀少。目前，市場上也缺乏相關的生物信息學教學多媒體課件和音像制品輔導材料等相關產品，造成生物信息學教學資源匱乏的現狀。
目前師范院校所用教材大多數是徐程主編的《生物信息與數據處理》，蔣彥等編著的《基礎生物信息學及應用》等幾種不同版本的教材。這些教材在知識性、科學性和系統性方面還行，但是在教學內容的新穎性、時效性和實踐性以及生物相關背景的介紹和對師范院校的適用性等方面有所欠缺。生物信息學的知識日新月異，新的數據庫、新的軟件、新的算法層出不窮，而生物信息學的課堂往往不能及時地將最新進展呈現給學生，導致課堂內容陳舊，不利于學生的發展和對生物信息知識的合理掌握，從而影響了生物信息學教學的質量。
二、師資力量缺乏
生物信息學是一門新興的交叉學科，需要熟練掌握計算機與生物學知識的老師來授課。然而，實際上，由于缺少生物信息學的專業教師，教授該學科的教師多為生物學其他課程兼任，這些老師往往缺乏專門的生物信息學訓練，在知識的傳授和應用方面存在欠缺。與生物信息學教學要求存在著較大的差距，不能很好地滿足教學大綱的要求。另外，師范院校通常將生物信息學作為選修課來開設，該課程在專業建設和人才培養方案中的地位偏低，造成相關部門對師資培養不夠重視。
三、教學模式和方法落后
由于生物信息學課程涉及大量的數據庫和軟件知識，教師普遍采用多媒體教學。而多媒體課件的容量通常很大，學生忙于筆記，難以把握重難點。同時，幻燈片展示的知識點猶如放電影一般一閃而過，學生沒有足夠的時間思考和消化，跟不上教師的進度。教師進行多媒體教學時，往往是一堂課上從頭講到尾，語調缺乏抑揚頓挫，沒有起伏，學生很容易昏昏欲睡。因此，教師雖然使用的是先進的教學工具，采用模式的卻是傳統的灌輸式教學，只管埋頭照本宣科，不管學生接收領悟多少。學生為了達到期末考試標準，只顧死記硬背，這樣的教育讓學生失去創新精神和主動思考的能力，失去對生物信息課程的興趣。
四、缺乏與相關學科的合作交流
生物信息學實際上是生物學與計算機科學的交叉學科。然而一般高校往往只在生命科學學院開設生物信息學，由生物學老師來擔任授課老師。由于對計算機科學知識的缺乏，導致生物專業教師對生物信息學課程很難深入開展；另一方面，計算機科學專業由于沒有開設生物信息學課程，使學生不能了解到生物信息學的重要性，以及如何使計算機科學更快更好地發揮其在生物信息學中的作用。總的來說，生物信息學課程的建設欠缺相關學科的協作，不能有效地整合資源，不利于培養復合型人才。
五、缺乏實踐教學內容
現有的生物信息學課程也有一些實踐內容，但實踐課時數少，內容相對簡單，缺乏系統完善的實踐過程。教師為學生講授具體知識時，通常只通過多媒體課件演示操作，并沒有為學生設置具體的動手操作步驟。使得學生對信息反饋遲鈍，印象不深刻，不容易掌握方法。生物信息學實踐教學并不需要價格昂貴的實驗設備，只需要一網的電腦和一些相關的分析軟件便可以進行實驗。然而，目前的狀況是，生物信息學課程中真正開展實踐性教學的內容少之又少。
生物信息學的學習是一個長期積累的過程，教學水平的提高也需要在大量的教學實踐中不斷總結和完善。我們通過分析發現，在師范院校生物信息學教學中仍存在很多問題，其原因是多方面的，需要教學工作者進一步深入探討并提出切實可行的策略。
參考文獻：
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[4]郝新保.充分利用網絡資源開展生物信息學教育[J].中國醫
生物信息學的重要性范文2
關鍵詞：生物信息學 課堂教學 實驗教學 現代教育技術
前言
生物信息學(Bioinformatics)是一門新興的交叉學科。廣義地說，生物信息學從事對生物信息的獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋，并綜合運用數學、計算機科學和生物學工具，以達到理解數據中的生物學含義的目標［1］。其含義是雙重的:一是對海量數據的收集、整理與服務，即管理好這些數據;二是從中發現新的規律，也就是使用好這些數據。以1987年出現Bioinformatics這一詞匯為標志，生物學已不再是僅僅基于試驗觀察的科學。伴隨著21世紀的到來，生物學的重點和潛在的突破點已經由20世紀的試驗分析和數據積累，轉移到數據分析及其指導下的試驗驗證上來。生物信息學作為一門學科被廣泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具對生物學發展至關重要，因此成為生命科學研究型人才必須掌握的現代知識。今天的實驗生物學家，只有利用計算生物學的成果，才能跳出實驗技師的框架，作出真正創新的研究。現在基因組信息學和后基因組信息學資源已經成了地球上全人類的共同財富。如何獲取和利用基因組和后基因組學提供的大量信息，如何具有享用全人類共有的資源的初步能力，成了當今世紀生命科學學生必須掌握的基本技術和知識以及必須具有的初步能力［2］。
生物信息學以互聯網為媒介，數據庫為載體，利用數學知識、各種計算模型，并以計算機為工具，進行各種生物信息分析，以理解海量分子數據中的生物學含義。區別于其他生命科學課程，其在教學過程中要求有發達的互聯網和計算機作為必備條件。調查顯示國內高校都已建立校園網，其中擁有1000M主干帶寬的高校已占調查總數的64.9%，2005年一些綜合類大學和理工類院校已率先升級到萬兆校園網［3］，這些都為生物信息學課程在高校開設提供了良好的物質基礎。該門課程與現代網絡和信息技術密不可分，在教學工作中充分利用現代教育技術較其他課程更具優勢。另外，該門課程尚未完全形成成熟的課程體系，為教師學習借鑒先進的教育思想與教學實踐經驗，在各方面嘗試教學改革提供了廣闊的空間。
1 課堂教學
生物信息學主要以介紹原理、方法為主，深入淺出，注重知識更新。課堂講授以介紹生物信息學的相關算法、原理、方法為主，而這也是教學的重點和難點。在教學中對于這部分內容應遵循深入淺出、避繁就簡的原則，結合具體實例分析算法，避免空洞復雜的算法講解，以免學生覺得枯燥乏味、晦澀難懂，產生畏懼心理，望而生畏;注重講解算法的思想和來龍去脈，讓學生真正掌握解決問題的思路，培養其科學思維能力，并采用探討式教學鼓勵學生思考，通過討論與研究的方式循序漸進地掌握復雜的內容，介紹相關的教學和物理學知識，使學生充分體會到生物信息學與其他學科的關系及其他學科的思想方法對于生物科學的重要性，培養其自覺地將其他學科的方法和思想應用于解決生物學問題的科學素質。在教學工作中教師必須能夠緊跟學科發展方向，隨時進行知識更新，了解最新的前沿動態，掌握新方法，將最新的知識和方法教給學生。同時，也要在教學中鼓勵學生通過各種途徑自覺地關注學科發展動態，拓寬知識面，培養其自學能力和創新意識。
2 充分利用現代化教育技術，采用啟發式教學
目前，高等院校在教室內配備的多媒體投影播放系統促進了多媒體教學的廣泛應用。生物信息學采用多媒體教學是適應學科特點、提高教學效果和充分利用現代化教育技術的一項基本要求。作為生物信息學教學的基本模式，多媒體教學使講解的內容更加直觀形象，尤其是對于具體數據庫的介紹以及數據庫檢索、數據庫相似性搜索、序列分析和蛋白質結構預測等內容涉及的具體方法和工具的講解，可以激發學生的學習興趣，加深學生對知識的理解和掌握，提高學生理論與實踐相結合的能力。同時，由于生物信息學依賴于網絡資源和互聯網上的分析工具和軟件，教室內的多媒體計算機連接到互聯網，極大地提高了教學效果。但在實際教學中發現，多媒體教室也有局限性，學生主要以聽講為主，不能及時實踐，教師講解與學生實踐相脫節，如果將生物信息學課程安排在計算機房內進行，并采用多媒體電子教室的教學方式，就可以解決上述問題。在教學中采用啟發式教學，可為學生建立教學情景，學生通過與教師、同學的協商討論、參與操作，能夠發現知識、理解知識并掌握知識。
3 采用講、練做一體化的教學模式，注重學生實踐能力的培養
生物信息學課堂教學應積極學習借鑒職業培訓和計算機課程教學中講、練、做一體化的教學模式，在理論教學中增加實訓內容，在實踐教學中結合理論講授，改變傳統的以教師為中心、以教材和講授為中心的教學方式。根據教學內容和學生的認知規律，應靈活地采用先理論后實踐或先實踐后理論或邊理論邊實踐的方法，融生物信息學理論教學與實踐操作為一體，使學生的知識和能力得到同步、協調、綜合的發展。
通常可采用先講后練的方法，即首先介紹原理、方法，之后設計相關的實訓內容讓學生上機實踐。對于操作性內容和生物信息分析的方法和工具的講解可采取進行實際演示的方法，教師邊講解邊示范，學生在聽課時邊聽講、邊練習，或者教師講解結束后學生再進行練習。理論與實踐高度結合，可充分發揮課堂教學的生動性、直觀性，加深學生對知識的理解，培養和提高學生的實踐操作能力。
4 優化生物信息學實驗教學內容，發揮網絡教學優勢
生物信息學實驗教學主要是針對海量生物數據處理與分析的實際需要，培養學生綜合運用生物信息學知識和方法進行生物信息提取、儲存、處理、分析的能力，提高學生應用理論知識解決問題的能力和獨立思考、綜合分析的能力。
生物信息學實驗教學內容的選擇與安排應按照循序漸進的原則，針對特定的典型性的生物信息學問題設計，以綜合性、設計性實驗內容為主，明確目的要求，突出重點，充分發揮學生的主觀能動性和探索精神，以激發學生學習的主動性和創造性為出發點，加強學生創新精神和實驗能力的培養。生物信息學實驗教學以互聯網為媒介、計算機為工具，全部在計算機網絡實驗室內完成。在教學中，充分利用網絡的交互特點實現信息技術與課程的結合。教師通過電子郵件將實驗教學內容、實驗序列、工具等傳遞給學生，學生同樣通過電子郵件將實驗報告、作業、問題和意見等反饋給教師，教師在網上批改實驗報告后將成績和評語發送給學生，讓學生及時了解自己的學習情況。教師可以通過網上論壇、聊天室和及時通訊工具QQ、MSN等對學生的實驗進行指導，與其討論問題等。網絡環境下的生物信息學實驗教學不僅能提高學生的學習興趣，給學生的學習和師生的互動帶來極大的方便，提高教師的工作效率，而且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。
5 生物信息學采用無紙化考試，加強實踐能力考核
生物信息學主要是學習利用互聯網、計算機和應用軟件進行生物信息分析的基本理論和基本方法?？荚囍攸c是考查學生對生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和對結果的分析解釋能力。因此，在生物信息學考試中可嘗試引入實踐技能考試，通過上機實踐操作重點考核學生知識應用能力。實踐技能考試采用無紙化考試方式，學生在互聯網環境下，對序列進行生物信息分析并對結果進行解釋，不僅可考查學生對基本知識和基本原理的掌握，而且可考查學生進行生物信息分析的實際能力和分析思考能力。通過實踐技能考試，淡化理論考試，克服傳統的死記硬背，可促進學生注重提高理論用于實踐的綜合能力，同時可更有效地提高學生計算機應用能力。學生成績評定大部分是以學生的考試成績為主，難以對學生的學習情況和學習過程作全面地評價。因此，除采用實踐技能考試并將其作為學生成績的主要部分外，還應加強對學生平時學習態度、學習能力、創新思維等方面的考查。
總之，生物信息學教學是網絡環境下生物教學的全新內容。上述教學措施提高了學生的學習積極性、實踐操作能力、解決實際問題的綜合應用能力及創新能力，收到了良好的教學效果，得到了學生的普遍歡迎，具有較強的可操作性和實踐性。在今后的教學實踐中，教師自身素質的提高和進一步的教學改革，將會不斷完善生物信息學教學，培養具有跨越生命科學、信息科學、數理科學等不同領域的“大科學”素質和意識的生物信息學人才。
參考文獻:
[1]趙國屏等.生物信息學[M].科學出版社，2002.
生物信息學的重要性范文3
《生物醫學傳感器》是生物醫學工程專業一門重要的專業基礎課,屬于各種專業技術交叉的邊緣學科,是生物醫學技術與微電子技術結合的紐帶。課程要求學生了解各類生物醫學測量技術中常用的物理、化學和生物傳感器的構成原理、性能特點等各種基礎知識,掌握各種傳感器在醫學上的各項應用方法,為使學生將來在生物醫電領域設計、研究出更好的醫電產品打下堅實的基礎。生物醫學工程專業是南京郵電大學近年新設立的專業,專業課程的建設剛剛起步,而國內外有些高校開設的《生物醫學傳感器》課程已經建設成為精品課程,而且建立了課程的教學網站,因此,南京郵電大學本課程的建設與國內外其他開設本專業的高校相比還存在一定的差距?，F階段,保證專業課的教學質量和教學水平、體現課程的特色是教學的首要任務。本文首先分析了南京郵電大學的特色和課程的特點,結合南京郵電大學開拓信息學科的新領域的辦學思路,提出教學內容的改革,在教學內容上體現電子信息的特色;結合本專業在信息時代和信息環境下的發展背景,提出引導式教學方法。把上述方法應用于2006級生物醫學工程專業《生物醫學傳感器》課程的教學,取得了較好的效果。
一、課程建設的背景和現狀
南京郵電大學是信息類高校,信號與信息處理是南京郵電大學的強勢學科。在這樣的背景下開設《生物醫學傳感器》課程結合了南京郵電大學在信息與電子技術的傳統,開拓信息學科新領域的辦學思路。課程授課總學時數為48學時,其中含6學時課內實驗。本課程具有以下幾個特點:首先,課程涉及到的基礎知識面寬廣,包括物理、化學、生物、電子電路等多方面的知識,需要在掌握電路基礎、模擬電子線路、數字電路、微機原理、數字信號處理、程序設計、工程生理學等課程知識的基礎上進行學習。其次,課程本身的內容與南京郵電大學的強勢學科信號與信息處理的關系不是十分密切,而南郵是信息類的高校,專業培養目標定位在“適應生物醫學及信息產業發展的需要”,以及“開拓信息學科的新領域”的辦學思路上,需要使課程的教學內容及信號與信息處理學科的研究內容緊密結合。再次,課程開設的時間在大四上學期,此時學生的目標更加明確,就是尋求更好的就業機會或深造機會,因此在教學中需要結合實際情況和學生的需求,適當調整教學內容和教學方法。最后,本課程和工程應用緊密結合,很多生物醫學傳感器產品已經非常成熟,一批實力強勁的醫療儀器企業正在蓬勃發展,所以,教學內容應與工程實際相結合,突出應用性。根據上述的課程特點進行相應的教學內容和教學方法改革,在保證教學質量和教學水平的前提下,以培養學生創新精神、提高學生綜合能力和就業能力為重點,建立體現電子信息特色的《生物醫學傳感器》課程新的教學體系,力求課程質量和教學質量上一個新臺階。
二、信息類高校環境下本課程的教學內容設置
南京郵電大學是信息類高校,又處于信息時代,本專業大部分學生對通信和電子信息有著濃厚的興趣,在傳感器、電子信息、生物醫學工程之間建立聯系,既能夠拓寬學生的知識面,又能激發學生的學習熱情。在教學內容的設置上,首先應該保證教學大綱中制定的基本教學內容,然后在此基礎上引入信號與信息處理學科相關的內容作為知識講座,這部分內容總的授課學時數不超過2學時,主要集中在無線體域網、生物識別與信息安全、生物芯片與生物信息學等幾個方面。
(一)生物醫學傳感器與無線體域網[1](P1-16)[2](P33-34)
無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork,WSN)是當今無線通信領域的研究熱點,無線體域網(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)就是以人體為中心,由和人體相關的網絡元素(包括個人終端,分布在人身體上、衣物上、人體周圍一定距離范圍如2米內、甚至人身體內部的傳感器、組網設備)等組成的通信網絡,是一種特殊的無線傳感器網絡。無線體域網的一個重要應用就是用于人體健康狀況的監控,如監測血壓、心律、體溫、運動速度等參數,測量這些參數所涉及的壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器等都是《生物醫學傳感器》課程的重要內容,把這部分內容作為知識講座可以拓寬學生的知識面,激發學生的學習興趣,對鞏固課程的理論知識起到積極的作用。
(二)生物醫學傳感器與生物識別技術[3](B20)
生物識別技術(BiometricIdentificationTechnology)是指利用人體生物特征或行為特征進行身份認證的技術。生理特征有手形、指紋、臉形、虹膜、視網膜、脈搏、耳廓等,行為特征有簽字、聲音、按鍵力度、步態特征等。大部分的生物特征都是通過光學傳感器如CCD或CMOS形成圖像信號,例如人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、靜脈等(也有用半導體電容式傳感器獲得指紋圖像),隨后進行特征提取和分析比對,因此生物識別技術也是傳感器、信息處理與生物醫學工程的結合點之一。
(三)生物醫學傳感器與生物芯片、生物信息學[4](P209-213)
人類基因組計劃(HumanGenomeProject,HGP)是人類為了認識自己而進行的一項偉大而影響深遠的研究計劃。目前的問題是面對大量的基因或基因片斷序列如何研究其功能,只有知道其功能才能真正體現HGP計劃的價值--破譯人類基因這部天書。生物信息學將在其中扮演至關重要的角色。生物芯片技術就是為實現這一環節而建立的,生物芯片是生物傳感器的陣列和集成化,使對個體生物信息進行高速、并行采集和分析成為可能,必將成為未來生物信息學研究中的一個重要信息采集和處理平臺,成為基因組信息學研究的主要技術支撐。簡言之,生物芯片是生物信息學的主要技術支撐和操作平臺,而生物信息學的研究又與信息科學的研究領域息息相關,因此,把生物芯片和生物信息學作為《生物醫學傳感器》課程與電子信息領域的第三個結合點。
上述三個內容就是本課程為體現“適應生物醫學及信息產業發展的需要”的專業培養目標,以及“開拓信息學科的新領域”的辦學思路而設置的體現信息環境下本課程教學特色的教學內容。
三、引導式教學方法的嘗試
授課對象是即將步入社會或繼續深造的生物醫學工程專業學生,雖然同樣是信息類高校的學生,他們的就業機會和出路遠不如南京郵電大學的熱門專業,而且大學教育更強調的是素質教育和創新型人才的培養[5](P43-45),因此尋求合適的教學方法顯得至關重要。在教學過程中,除了采用目前普遍使用的現代化教學手段,如多媒體動畫和網絡課件以外[6](P98-99),在教學方法上嘗試采用引導式教學,引導學生注重學習能力、綜合能力和就業能力的提高,引導學生注重創業能力的培養,引導學生關注生物醫學傳感器發展的前沿動態。#p#分頁標題#e#
(一)啟發學生注重學習能力的提高
授課對象是即將步入社會或繼續深造的學生,無論對于哪一類學生,學習能力都是至關重要的。在專業課的教學中普遍存在這樣一種現象,很多大學生認為學校的課程設置有失水準,課堂上所學的知識沒有用武之地,進入工作崗位以后幾乎一切都要重新學習,教學與實際嚴重脫節。然而專業課的學習是一個打好理論基礎的階段,也是一個知識積累的階段,同時,通過教與學的過程,使學生在潛移默化中提高了自己獲取知識的能力,培養良好的學習方法和學習習慣。正是知識積累程度和學習方法兩方面的差異造成了每個學生的學習能力各不相同,這也正是為什么有的學生能事半功倍,而有些學生卻事倍功半。對于《生物醫學傳感器》課程,內容龐雜,如各種物理傳感器的伏安特性、頻率響應、溫度特性等,極易混淆,又如“壓電效應”和“應變效應”,兩者既有區別,又有聯系,講授相關知識時要引導學生注意前后知識的融會貫通和分析比較。因此,在教學過程中不能只是照本宣科、強調應試教育,更要啟發學生在學習的過程中找到合適的學習方法,提高學習效率,使自己在有限的時間內獲取知識的精華。這個過程在大學教學中必不可少,有了扎實的理論知識和高效的學習方法,大學生在以后的學習和工作中將會事半功倍,獲益非淺。
(二)引導學生注重綜合能力、就業能力的提高
若干年前,大學生畢業后融入社會的時候,一紙文憑就能證明他的價值,學士學位、碩士學位、博士學位便把人分成了三六九等,那是一個憑著文憑就業的年代,那是一個以文憑的高低來衡量人能力高低的年代。而如今,大學生遍地都是,研究生也多如牛毛,文憑不再能一紙定乾坤,它只是塊“敲門磚”而已,有了它只是代表有了一個機會,能否把握住這個機會全憑個人能力,不僅要有過硬的專業技能、學習能力和創新能力,同時要有良好的心理素質、身體素質和組織能力、協調能力、社會活動能力等適應社會、適于生存的能力,這也就是所謂的綜合能力、現代社會中的生存能力。筆者所接觸的生物醫學工程專業學生中也存在這樣的問題,他們普遍反映所學的專業沒有用武之地,也不是自己感興趣的專業,導致學生學習的最終目標就是掙夠學分、拿到文憑,他們還沒有意識到能力的重要性,這樣培養出的畢業生根本沒有競爭性。如何讓自己的學生在這種形勢下脫穎而出,成了高等學校與教師面臨的嚴峻的問題。于是,在中國教育體制中占據多年的應試教育逐漸退出歷史舞臺,取而代之的是素質教育。在專業課的教學中寬基礎、淡專業,注意各個學科間的融會貫通,教師在其中充當導學的角色,介紹課程的基本內容、知識結構特點、相關的基礎知識、啟發性地提出問題。培養學生獲取知識的能力、分析問題和解決問題的能力,以及創造性的思維能力,同時引導學生注重自身綜合能力、就業能力的提高。
(三)引導學生注重創業能力的培養
目前大學生就業已經完全市場化,而就業市場卻是“僧多粥少”,競爭十分激烈。大學生轉變就業觀念是緩解就業緊張局勢的關鍵環節。不要把觀念停留在“就業”上,尤其在南京郵電大學其他熱門專業行業收入不菲的情況下,不要只關注有限的高收入、高待遇的崗位,應樹立艱苦“創業”的意識,不僅為自己解決就業問題,也為更多的人提供就業機會。從教學環節上講,引入現代化的教學方法和手段,廣泛運用現代教育技術,把多媒體課堂教學和現代遠程教育逐步滲透到傳統的教育模式之中,改變教與學的關系,突出學生的主體地位,開發學生的潛能,激發學生主動求知的欲望,給學生以充分自由發展的空間,使學生能夠發現問題,并積極獨立地尋找解決問題的途徑,從而形成良好的思維習慣。另外,增加實踐教學的類型和模式,在教學過程中設計一些一題多解、綜合練習、設計一些簡單的電路等,促使學生將所學的知識轉化為實踐運用的能力,以提高在校大學生的創新能力、動手能力,有力地促進了大學生綜合能力和綜合素質的提高,從而提高了職業崗位的適應能力。
生物信息學的重要性范文4
2006年，第二次全國殘疾人抽樣調查結果顯示，關節病是目前我國肢體致殘的兩大主要原因之一，遠遠高于脊髓灰質炎、腦癱及交通事故等，而在這些關節病中類風濕性關節炎（RA）的致殘率高居首位。RA是我國常見的一種慢性致殘性自身免疫病，相關專家預計，目前我國類風濕關節炎患者超過440萬人。遺憾的是，大量患者未得到規范有效的治療。
張鵬，中國科學院深圳先進技術研究院轉化醫學研究與發展中心執行主任，師從我國著名骨科專家戴尅戎院士，主攻類風濕性關節炎發病機理和治療。
作為知名骨科專家秦嶺教授領導的轉化醫學中心的核心成員，張鵬博士研究團隊以骨科炎癥性疾病為研究重點，從病因、發病機理、治療以及康復等方面進行系統研發。以對發病機理的探討作為基礎研究提升水平的基石，以對該類疾病治療手段的創新以及相關產品或技術的臨床應用和產業化作為最高目標，以服務廣大骨科患者作為宗旨，正在走一條具有自身特色的骨科轉化研發之路。
“老藥新用”，攻堅類風濕
張鵬曾在導師戴尅戎院士的指導下，在國際上首次驗證了手術懸吊方式刺激迷走神經進而激活“膽堿能抗炎通路”對于RA模型早期炎癥發展的抑制作用。研究結果發表在SCI 期刊《Inflammation Research》上。隨后該論文陸續被《Nature Review Rheumatology》和《Nature Review Immunology》等高端雜志引用，截至目前該文章已被引用11次。
針對目前全球范圍內新藥研發遇到“冷冬”的大環境，張鵬課題組聯合計算機化學及生物信息學相關的專家，通過計算機輔助藥物預測結合目前骨關節炎基礎研究中的最新成果，在臨床用藥中篩選具有治療RA及骨關節炎等疾病的藥物新功效，即“老藥新用”在骨關節炎癥中的應用。
張鵬曾在《Inflammation Research》、《Therapeutic Advances in Musculoskeletal Disease》、《ScientificWorldJournal》等雜志發表文章，闡述了RA治療中的“老藥新用”策略：以膽堿能受體作為潛在的治療靶點，通過應用最新的藥物靶點檢索手段—“蛋白質折疊碼”技術，在臨床用藥中篩選新的抗風濕功效，進而通過臨床前實驗手段（體外細胞學、動物模型體內）驗證其生物學特性，從而提出了一整套基于現代生物信息學最新技術的“老藥新用”策略，并在RA治療中進行具體實施。
目前，基于神經內科用藥GTS-21（膽堿能受體激動劑）探討其治療RA的研究已經獲得國家自然科學基金的支持，進展順利。該項目是張鵬博士倡導的骨關節炎癥“老藥新用”策略的具體實施之一。
研究小組基于傳統中藥在RA治療中的特殊療效，從祖國醫學理論出發，結合現代藥理學的開發，從具有“舒筋活絡，祛風除濕”的中藥品種中提取若干有效成分，用于對RA療效的觀察。從臨床前研究的角度，采用體外細胞及動物模型為研究對象，進行了前期實驗。目前已經篩選到了若干有效的中藥活性成分，推進下一步的機理研究，最終期望將有活性的成分開發成RA治療中的療效確切的藥用品種。
本項目應用研發團隊核心成員楊家安博士具有自主知識產權的“蛋白質折疊碼”技術，可將復雜的蛋白空間三位信息轉成具有一維結構的編碼，并對藥物結合靶點特性以及藥物數據庫進行掃描比對，具有高效準確的特點。張鵬博士主導聯合楊家安博士等核心人員建立了一整套“基礎研究靶點—蛋白質折疊碼技術掃描分析—臨床用藥數據庫比對篩選—生物學有效性驗證”的“老藥新用”研發策略體系。
據張鵬介紹，該研究策略在目前原創性化學新藥研發遇到巨大挑戰的大背景下，可為新藥研發提供重要借鑒?！袄纤幮掠谩钡牟呗钥蔀樾滤帲?.6類新藥）的研發提供捷徑。由于“老藥”已經在臨床中廣泛應用，在安全性上具有保障，可避免藥物上市后因不良反應而“退市”的情況，同時可大大降低藥物研發成本及臨床用藥價格，進而惠及大眾。
除此之外，張鵬研究團隊對于膠原誘導性關節炎模型（CIA 模型）的創新性發現完善了對該疾病模型的認識。在此項研究中，張鵬發現了先前文獻中未作報道的CIA模型發病足爪關節破壞規律以及特殊的組織病理學表現，為全面了解CIA模型發病的特點和規律提供了實驗依據。通過放射學和組織學觀察，進一步完善了對其發病特點的描述，明確了該模型距下關節以及距舟關節為最早受累足爪關節的發病特點，在組織學觀察中發現了相鄰關節軟骨的“融合”現象，并在“融合”部位發現了新生血管的侵入以及新骨的生成，進而提出了“炎癥影響關節軟骨的終末分化狀態進而啟動軟骨內骨化”的科學假設，為研究RA發病中關節軟骨在骨贅生成中的作用提供了重要的實驗支持。相關成果發表在風濕病領域國際SCI期刊《Rheumatology International》 上。
致力轉化醫學，打造人才梯隊
生物信息學的重要性范文5
關鍵詞： 離散數學 計算機科學 數據結構
離散數學是計算機應用必不可少的工具，例如數理邏輯在數據模型、計算機語義、人工智能等方面的應用，集合論在數據庫技術中的應用，代數系統在信息安全中的密碼學方面的應用，圖論在信息檢索、網絡布線、指令系統優化等方面的應用。
1.離散數學與其他課程的關系
1.1離散數學與數據結構的關系
離散數學與數據結構的關系非常緊密，數據結構課程描述的對象有四種，分別是線形結構、集合、樹形結構和圖結構，這些對象都是離散數學研究的內容。線形結構中的線形表、棧、隊列等都是根據數據元素之間關系的不同而建立的對象，離散數學中的關系這一章就是研究有關元素之間的不同關系的內容；數據結構中的集合對象及集合的各種運算都是離散數學中集合論研究的內容；離散數學中的樹和圖論的內容為數據結構中的樹形結構對象和圖結構對象的研究提供很好的知識基礎。
1.2離散數學與數據庫原理的關系
目前數據庫原理主要研究的數據庫類型是關系數據庫。關系數據庫中的關系演算和關系模型需要用到離散數學中的謂詞邏輯的知識；關系數據庫的邏輯結構是由行和列構成的二維表，表之間的連接操作需要用到離散數學中的笛卡兒積的知識，表數據的查詢、插入、刪除和修改等操作都需要用到離散數學中的關系代數理論和數理邏輯中的知識。
1.3離散數學與數字邏輯的關系
數字邏輯為計算機硬件中的電路設計提供了重要理論，而離散數學中的數理邏輯部分為數字邏輯提供了重要的數學基礎。在離散數學中命題邏輯中的連結詞運算可以解決電路設計中的由高低電平表示的各信號之間的運算以及二進制數的位運算等問題。
1.4離散數學與編譯原理的關系
編譯原理和技術是軟件工程技術人員很重要的基礎知識，編譯程序是非常復雜的系統程序，包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、代碼優化、目標代碼生成、依賴機器的代碼優化7個階段。離散數學中的計算模型[2]這一章的語言和文法、有限狀態機、語言的識別和圖靈機等知識點為編譯程序中的詞法分析和語法分析提供了基礎。
2.離散數學在計算機學科中的應用
2.1數理邏輯在人工智能中的應用
人工智能是計算機學科中一個非常重要的方向，離散數學在人工智能中的應用主要是數理邏輯部分在人工智能中的應用。人類的自然語言可以用符號進行表示。語言的符號化就是數理邏輯研究的基本內容，計算機智能化的前提就是將人類的語言符號化成機器可以識別的符號，這樣計算機才能進行推理，才能具有智能。由此可見數理邏輯中重要的思想、方法及內容已貫穿人工智能的整個學科。
2.2圖論在數據結構中的應用
離散數學在數據結構中的應用主要是圖論部分在數據結構中的應用，樹在圖論中具有重要的地位。樹是一種非線性數據結構，在現實生活中可以用樹表示某一家族的家譜或某公司的組織結構，也可以用它來表示計算機中文件的組織結構，樹中二叉樹在計算機科學中有著重要的應用。二叉樹共有三種遍歷方法：前序遍歷法、中序遍歷法和后序遍歷法。
通過訪問不同的遍歷序列，可以得到不同的節點序列，通常在計算機中利用不同的遍歷方法讀出代數表達式，以便在計算機中對代數表達式進行操作。
2.3集合論在數據庫系統理論中的應用
集合論是離散數學中極其重要的一部分，它在數據庫中有廣泛的應用。我們可以利用關系理論使數據庫從網絡型、層次型轉變成關系型，這樣使數據庫中的數據容易表示，并且易于存儲和處理，使邏輯結構簡單、數據獨立性強、數據共享、數據冗余可控和操作簡單。當數據庫中記錄較多時，集合中的笛卡兒積方便了記錄的查詢、插入、刪除和修改。
2.4代數系統在通信方面的應用
代數系統在計算機中的應用廣泛，例如有限機，開關線路的計數等方面。但最常用的是在糾錯碼方面的應用。在計算機和數據通信中，經常需要將二進制數字信號進行傳遞，這種傳遞常常距離很遠，所以難免出現錯誤。通常采用糾錯碼避免這種錯誤的發生，而設計的這種糾錯碼的數學基礎就是代數系統。
2.5離散數學在生物信息學中的應用
生物信息學是現代計算機科學中一個嶄新的分支，它是計算機科學與生物學相結合的產物。由于DNA是離散數學中的序列結構，美國科學院院士，近代離散數學的奠基人Rota教授預言，生物學中的組合問題將成為離散數學的一個前沿領域。DNA計算機的基本思想是：以DNA堿基序列作為信息編碼的載體，利用現代分子生物學技術，在試管內控制酶作用下的DNA序列反應，作為實現運算的過程；這樣，以反應前DNA序列作為輸入的數據，反應后的DNA序列作為運算的結果，DNA計算機幾乎能夠解決所有的NP完全問題。
3.結語
現在我國每一所大學的計算機專業都開設離散數學課程，正因為離散數學在計算機科學中的重要性，可以說沒有離散數學就沒有計算機理論，也就沒有計算機科學。所以，應努力學習離散數學，推動離散數學的研究，使它在計算機中有更廣泛的應用。
參考文獻：
[1]朱家義，苗國義等.基于知識關系的離散數學教學內容設計[J].計算機教育，2010（18）：98-100.
[2]方世昌.離散數學.西安電子科技大學出版社，1985.
[3]陳敏，李澤軍.離散數學在計算機學科中的應用[J].電腦知識與技術，2009，5（1）：251-252.
[4]B.Kolman，R.Busby&S.Ross.Discrete Mathematical Structure.
生物信息學的重要性范文6
【關鍵詞】生物統計學 教學手段 教學實踐 學習主動性
【基金資助】國家自然科學基金（31271008）。
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）02-0173-02
1.前言
隨著現代科技的進步及研究手段的不斷發展，生物科學成為2l世紀最具有吸引力和發展潛力的學科門類之一。生物統計學是利用概率論和數理統計的原理和方法來分析和解釋生物科學研究中的各種生命現象的學科。生物統計學不僅在傳統生物學、醫學和農林學中被廣泛應用，而且現代的生物信息學、基因和蛋白質組學等均是建立在生物統計學基礎上的，系統生物學、心理學、教育學等同樣離不開生物統計學的知識[1，2]。數理統計的基礎思想為生物統計學提供了牢固的基石，生物科學試驗調查和實驗數據是生物統計學處理的對象，計算機為生物統計學提供了強有力的工具。在工作中，經常會有老師或研究生問到科研過程或實驗結果處理時涉及的生物統計學問題。由此可見，生物統計學在科研和工作過程中的重要性。經過幾年的生物統計學教學，我們發現學生們并沒有意識到統計學的重要性，多數只是應付性的學習，缺乏主動性。因此，需要深入的分析在生物統計學教學過程中及學生學習過程中存在的問題和不足。
2.生物統計學教學中存在的問題
2.1 多媒體的作用沒有充分發揮，教學缺乏生動性
隨著計算機和網絡技術的快速發展，多媒體技術在高校教學中不僅提高了課堂教學效率，在一定程度上也獲得了良好的教學效果[3]。然而目前多媒體在課堂上主要以處理符號、文字、圖形為主，而對基于大量運算才能輸出的聲音、影像、動畫等信息，以及人機交互操作完成教學或訓練功能的表現明顯不足。
生物統計學的核心內容是一系列統計方法，涉及大量的公式、字母、符號等。在課堂教學實踐中，單純利用多媒體進行教學就會出現單調、枯燥的現象，缺乏吸引力，學生們將產生視覺疲勞，注意力下降，影響學習效率。講這些內容時，就不能只以傳統板書和幻燈顯示的形式進行講述，要把用復雜數學公式解決問題的過程和計算結果以生動的形式表現出來，如動畫、3D影像，與學生交互式的操作等。利用相關的軟件結合相應試題的解析，將會調動學生們的學習興趣和參與熱情，集中注意力，提高課堂講課的生動性和學生們對講授內容的接收效率，同時還能夠提高學生分析和解決實際問題的能力，提高教學質量。
2.2 教學實踐環節較薄弱
生物統計學是一門實用性課程，其目的是使學生能夠充分掌握生物統計學知識，并利用其解決實際問題[4，5]。然而，由于教學計劃中課時數的限制，需要老師在課堂上要適時安排實踐環節，使得理論與實踐環節相結合，加強生物統計的實踐技能訓練和素質培訓。
2.3 學生們缺乏學習主動性
生物統計學屬于工具性課程，在科研的實驗設計及數據處理過程中起著非常重要的作用。多數學生還未直接接觸實驗設計和數據的統計分析，對科研的概念比較模糊，沒有直觀認識，難以理解相關的理論知識和統計分析方法，容易產生難學、不想學的思想。盡管在教學過程中，教師多次反復強調本門課程的重要性，但是，學生們在學習階段由于意識不到課程的重要性，因而其學習興趣不夠。只有少數認真的學生會課下看書，仔細完成課下作業，多數的學生采用“應付式”的學習方式。“應付式”的學生會不加思考的草草的交上作業本，更有甚者課上不聽講，課下不復習，嚴重缺乏學習興趣和主動性，這可能和人的“直接利益”思想相關。心理學認為“人的一切活動就是為了追求自己的個人利益”。學生們有可能認為生物統計學對其的“直接利益”就是平時作業成績和考試成績，故他們采用被動式的學習態度。
2.4 教材內容缺乏學生參與的先驗設計
目前國內大多教材的設計仍是以傳統模式為主，首先介紹概念、方法，給出公式，再舉例印證?，F代心理學和教育學已經證明，傳統的教材組織和課堂講述過程不利于啟發學生的思維，學生會感覺枯燥，認為上課聽講與課后自己看書的效果是一樣的，因此在課堂上不會集中注意力，也不會主動地融入到教學過程中來。缺乏主動反饋、師生緊密融為一體的課堂氛圍，從而大大影響了教學效果。
3.結語
在教學過程中，教師為教學活動的組織者、學生探索知識的引導者和合作者。我們不能使用傳統的填鴨式和一言堂式的教學方法，不能使用強制的手段逼迫學生被動地接受知識。教師在教學過程中不斷發現問題，并探究采用合適的教改方法和手段進行創新，改進教學課程體系，加強教學效果。學生起著主體的作用，必須充分調動并發揮學生的主觀能動性，把素質教育融合入生物統計學課程教學過程中，把考核學生應用知識的能力和綜合分析問題的能力作為重點，培養他們的實踐能力和綜合素質。
參考文獻：
[1]杜榮騫主編. 生物統計學（第3版）. 北京：高等教育出版社， 2009.
[2]邵云，姜麗娜，李春喜. 《生物統計學》立體化教材建設實踐與思考. 高等教育研究學報， 2012， 35（1）：84-86.
[3]丁建華. 《生物統計學》教學方法與技巧探討. 安徽農學通報， 2011， 17（19）：171-175.
[4]周海廷，，趙全等. 生物統計學精品課程建設的實踐與體會.西南科技大學高教研究，2008， （2）：52―54.
[5]葉子弘，崔海峰，陳春，金園庭. 生物統計學課程“能力素質培訓計劃”的構建及分析， 安徽農業科學， 2011 39（10）：6268-6269.
