導語：如何才能寫好一篇生物信息學的理解，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、初中物理學生粗心的產生原因分析

根據調查顯示，初中生物理學習中產生的粗心問題主要有以下三個方面的原因。

1.審題不清，容易進入題目設置的陷阱

初中生的社會閱歷尚淺，常常會出現驕傲自滿的情緒。因此，在審題的時候不能抱著一個正確的態度認真審題，常常是粗略的閱讀之后，就開始答題。不正確的審題方式，可能會遺漏許多有用的信息，造成解題的錯誤，這是粗心問題最直接的體現。不僅如此，有一部分的物理題目，會設置陷阱，一些粗心的學生可能因為粗心而進入陷阱，造成解題答案的錯誤。

2.受思維慣性影響，問題考慮不全面

受到青春期心理變化的影響，初中生形成了一定的思維定式，很難輕易地轉變過來。思考問題的時候常常受到慣性思維的影響，不去細致分析物理問題的本質，而憑感覺來尋找問題的答案，這是粗心大意的一種表現。例如物理題目，裝滿水的杯子，上面漂浮著一塊冰，由于冒出水面，如果冰塊融化后，水會不會溢出杯子？如果按照初中生的一貫想法，認為冰融化后肯定要溢出來。實則不然，根據浮力公式，冰塊融化后水的體積與冰塊漂浮所排開水的體積是一致的，所以水不會溢出來。在這個問題中，需要初中生避開慣性思維，利用所學的物理知識，細致分析才能得出正確答案。

3.知識結構不完善，忽略題目條件設置

初中生剛剛開始接觸物理學科，物理學知識可能還不夠深入和完善，因此初中生在做物理練習題的時候，常常對題目設置的條件不理解，或者理解得太片面，從而造成了粗心大意。也有學生忽略了物理公式應用的條件，看見相關數據，就死搬硬套，最后造成解題結果的錯誤。

二、糾正初中物理學生粗心的措施

初中生在學習物理時，粗心是一大弊病，針對出現粗心問題的原因，本文提出以下幾點意見，用以改正初中生物理學習時出現的粗心問題。

1.老師做好引導作用，培養學生的良好習慣

老師作為學生的人生向導，很多時候都是起到了引導作用。而針對學生出現的粗心問題，老師更要發揮引導作用，培養學生的良好習慣。例如在做題時，要求學生要逐字逐句進行審題，保證題目內容的不遺漏。再例如進行物理問題分析時，要有一定的事實依據，不能憑空想象，主觀臆斷地認為物理問題應該是這樣的。或者說，老師在課堂授課的過程中，要做好示范作用。講解例題時，認真審題，一步一步地分析題目，最后提出解題方法。一方面可以照顧學習基礎差的學生跟上思路，另一方面也能夠保證學生充分認識正確審題解題的良好習慣。

2.設置學習小組，在學習上相互幫助

老師畢竟不能夠時時刻刻陪在學生身邊，而學生一旦出現粗心遺漏的問題，老師也不能夠及時發現，從而造成一定的后果。而在老師的幫助下，建立物理學習小組，能夠有效地避免這一情況的發生。小組成員在一起學習，一旦有同學出現粗心的毛病，遺漏重要知識點，其他同學可以及時向他提出來，避免更大的問題出現。除了小組成員之間的互相監督，也存在相互競爭和相互合作，從而大大提高學生的學習效率和學習動力。

不過，老師要嚴格控制小組成員之間的關系以及紀律。防止小組成員之間因為惡意競爭，造成不必要的后果。例如為爭奪考試成績第一，故意傳遞錯誤知識點等。老師要給學生一個正確的競爭觀念，保證一個良好的學習環境。

3.培養學生正確的學習方法

一個好的學習方法，能夠令初中生的物理學習事半功倍，大大提高學生的學習效率，避免粗心毛病的產生。而老師作為引導者，可以幫學生逐步建立適合自己的學習方法。要求學生對自己的學習內容進行規劃，避免知識點由于粗心而遺漏。制訂復習計劃，及時對容易遺忘的知識點進行復習。也要制訂練習計劃，鞏固所學知識，保證所學物理知識的熟練運用。這樣一來就能夠形成一個適合自己的學習―鞏固―應用的學習模式，不僅提高了學習效率，也避免了由于粗心而遺漏的知識點。

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關鍵詞:生本教育;高中物理新課程;教學

中圖分類號:G632 文獻標識碼:A 文章編號:1002-7661(2012)22-144-01

一、教師要把握好從“師本教育”向“生本教育”理念的過渡,創新課堂教學

傳統的高中物理教學課堂中,教師處于“中心”的地位,由老師將所有的物理知識傳授給學生,學生處于一個被動接受的位置,不利于主體性的發揮;而高中物理新課程標準明確指出,要將學生的科學素養提高到一個新的層次,一切物理教學都應該以學生的全面發展為導向。因此,基于高中物理新課程的背景,教師應該在教學過程中滲透“生本教育”理念,實現角色的轉變;在高中物理教學中,教師要根據學生的需要和發展要求來規劃設計課程,給學生提供一個自我展示的機會,調動學生主動學習的積極性和創造性,進行自主學習能力的培養;要運用多種教學手段激發學生的學習興趣,使學生在興趣的指引下進行主動探究知識,讓“要我學”變為“我要學”;將“學會”成為“會學”。

在物理課程的教學中,教師應該把自己看做學生的引導者和領路人,把學生置于主體的位置,做好主導的相關工作,探究式物理教學與傳統教學并不是相沖突的,而是在原有基礎上的革新和深化,教師受到傳統教學模式的影響是比較深遠的,要進行轉變需要一個適應的過程,需要不斷地認識、實踐和總結,更要解放思想,放下包袱大膽嘗試;如何由“教書匠”向創新型的教師方向過渡,值得物理教師深思;在課堂教學中,教師應該準確把握教學思路,合理設置課程進度,并在教學方法上追求多樣性和趣味性,吸引學生的注意力,提高課堂教學質量,并有效提高學生的學習效能;此外,應該打破師生間的隔閡,師生間要增強互動和交流,教師及時了解學生的學習情況,為學生解疑答惑;不同學生之間存在著水平的差異,教師應該一視同仁的對待,尊重學生,提倡一種師生平等、關系和諧的局面。

二、在教學中提高學生為主體的意識,鼓勵學生積極思考積極發問

“生本教育”理念要求在教學過程中突出學生的“主體”地位,因為學生是知識的學習者,教師的教學活動都是為了學生能夠掌握大綱要求的知識,從而具備物理思想的素養,教師的最終目的就是為了培養有知識、有文化水平的學生,學生在物理學習過程中如果能收獲樂趣和成就感,就會激發學習的動機,從而保持持久的學習熱情和長久的熱愛。高中學生的學習負擔是很重的,繁重的課業壓力使很多學生感到力不從心,因此,如何在這種緊張的學習狀態下讓學生愛上物理并學好物理,需要教師多多傾注心力。雖然課本教材是很重要的物理學習資源,但是卻不是唯一的學習資源,因此,將眼光從課堂內擴展到課堂外是很重要的,可以定期開展物理相關知識的講座,實驗操作競賽或者發明創造評比等,都有利于拓展學生的物理思維,使物理學習沖破題海戰術的局限,讓學生卸下思想包袱,向更廣闊的物理領域發展;讓學生走出物理課堂進行體驗式物理學習,才能夠激發在物理學習中的靈感,使物理課程呈現出一片生機。物理教學中,通過一系列問題的設置來鍛煉學生的思維,使學生養成愛思考的習慣,是很重要的。教師提出問題后,學生就會調動已經存在的知識儲備和日漸形成的學習方法,進行積極的思維活動,最終解決問題,強化物理知識的運用;對“問題意識”有了一定的認識后,學生在學習過程中會自己發現問題,并提出問題,從而養成一種善于提問、主動思考的良好習慣,長此以往,學生們主動學習的意識和行為就會得到強化,從而真正發揮學生的主體作用。

當前的高中物理課堂中,并沒有徹底改變灌輸式的教育模式,學生被動學習的局面依然存在,學生的創造性和主觀能動性的發揮還是受到了很多的限制,因此,鼓勵學生積極思考并善于發問,能夠有效地提高學生學習的主動性,發掘學習物理的更大潛能。

三、利用物理實驗教學,提高學生自主探究物理問題的能力。

物理學科中,實驗占據了很大的比例,物理實驗有助于培養學生的動手能力和自主探究物理問題的能力。物理實驗要遵循一定的物理定律,使學生真正體會到物理知識的形成過程,證實物理結論的正確性和真實性,學生進行實驗嘗試,根據實驗現象進行總結歸納,這一過程是發現問題、提出問題,解決問題的過程,學生通過質疑和思考,和進行動手操作,在課堂中占據主體地位,真正體現了生本教育的理念。

總之,突出學生的主體地位,提高學生的自主學習能力和探究能力,是生本教育理念的基本要求,高中物理新課程標準對學生的要求提高了,“高分低能”已經是教育界應該摒棄的思想,被老師“牽著鼻子”學習的現象應該有所轉變,物理教學的設計應該始終圍繞學生這個中心,充分發揮學生的能動性,提高物理的科學素養。

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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：

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[關鍵詞]生物信息學 課程教學改革 創新能力培養

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0061-02

當前生物信息學的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存儲、分類、檢索和分析等方面，所以目前生物信息學可以狹義地理解為“將計算機科學和數學應用于生物大分子信息的獲取、加工、存儲、分類、檢索與分析，以達到理解這些生物大分子信息的生物學意義的交叉學科”。生物信息學的發展，對人們分子水平上認識生命活動的規律起著關鍵性的作用。生物信息學是一門理論性和實踐性都很強的課程，理論與實踐的結合十分緊密。生物信息學課程的授課內容分為理論基礎和上機操作部分，主要特點是傳授理論知識和培養實踐能力并舉。在生物信息學的課堂教學中，既要強調基本理論、基本知識的傳授，同時也要加強學生的實踐能力和創新能力的培養，以實際應用為主要側重點，著重培養學生的創新能力。根據生物信息學的課程特點，我們在理論教學、上機實踐操作及考試方式等方面進行了改革和探索，獲得了較好的教學效果。

一、激發學習興趣

生物信息學課程涉及的新技術較多，接觸的因特網也多為英文頁面，多數學生因而存在畏難情緒。對于分子生物學基礎及英文較差的學生，我們采用循序漸進的方式，鼓勵他們由淺入深地學習生物信息學的分析方法，由少到多地瀏覽英文網站，理解并掌握常用的生物信息學英文詞匯，從而增強了學習生物信息學的興趣和信心。學生通過對英文網站的不斷瀏覽，英文閱讀能力得到了很大提高；同時也開闊了視野，拓寬了知識面。隨著學生生物信息學分析能力及專業英語水平的提高，教師在理論課講解過程中，由少到多地逐步加大了英文教學的比例。總之，通過激發學生的學習興趣，幫助學生逐步建立起學習的興趣和自信心，為學好生物信息學這門課程打下了堅實的基礎。

二、重視雙基訓練

本課程首先結合人類基因組計劃介紹生物信息學的歷史發展和概況，然后順序介紹生物數據庫分類、序列相似性比較、數據庫搜索、分子系統發育樹分析、基因組學與基因預測、蛋白質結構預測等基本知識，以介紹基本理論和基本知識為主，啟發學生拓寬知識面，了解學科前沿和最新進展，培養學生解決生物信息學分析實際問題的能力，從而為今后進行生命科學研究奠定基礎。

生物信息學涉及的算法多數都較為枯燥，在授課過程中側重于分析方法的講解和應用。如在講授雙序列比對動態規劃算法Needleman-Wunsch全局比對和Smith-Waterman局部比對及分子系統發育樹構建UPGMA（Unweighted pair group method with arithmetic mean，非加權算術平均組隊法）等算法時，在多媒體教學的基礎上，結合板書演算實例、互動式“提問”等方法幫助學生理解算法的基本原理及分析方法；同時布置課后計算題作業，要求學生獨立完成后上交，并作為平時成績考核的主要依據之一，從而促進學生鞏固基本理論和基本知識。

三、雙語多媒體教學

為了適應生物信息學知識全球化的特點，使學生能夠更好地接受最新的生物信息學知識，我們制訂了生物信息學課程雙語教學計劃，并在教學過程中分階段逐步實施。在第一階段，以漢語講授為主，英語滲透，中文教材為主，相關英文文獻為輔；在此基礎上，逐步向第二階段過渡，即漢英整合，不分主次，PPT課件和Flas采用英文版本；最終的目標是第3階段，即選用英文教材，制作英文版本的PPT教學課件，采用全英文授課方式。整個過程循序漸進，逐步淘汰傳統的中文教學。

在講解數據庫查詢和BLAST（Basic local alignment search tools）分析、Bankit在線序列提交和Sequin離線序列提交及DNASTAR、DNAMAN、MEGA等軟件包使用方法時，改變以往靜態演示的舊有模式，應用屏幕錄像專家軟件制作多媒體動畫文件，將操作步驟和鼠標的移動軌跡、點擊抓取下來，以便讓學生直觀地觀看課件。通過現場操作核酸序列的查詢、蛋白質三維空間結構的顯示、限制性酶切圖譜繪制、PCR引物設計、序列組裝重疊群（contig）構建、分子系統進化樹構建等分析，應用多媒體設備將整個操作過程動態地逐一展示，直至最終完成整個過程，使學生得到了直觀體驗，加深了印象，從而更加容易掌握這些實踐操作。

四、加強上機操作

實踐教學相對于理論教學具有直觀性、驗證性、綜合性、啟發性和創新性的特點。為了提高學生的實踐操作能力，我們安排了多個驗證性、設計性上機實踐操作。《NCBI數據庫的檢索與使用》讓學生熟悉GenBank核酸序列的格式、主要字段的含義、序列下載的方法，并掌握Entrez檢索工具的使用方法；《BLAST數據庫搜索》讓學生掌握BLAST數據庫搜索的分析方法；《核酸和蛋白質序列的進化分析》讓學生掌握MEGA（Molecular evolutionary genetic analysis）和Clastalx等軟件構建分子系統進化樹的方法和步驟；《DNAMAN軟件的使用》讓學生掌握DNA序列的限制性酶切位點分析及PCR引物設計等基本操作方法；最后一次實踐上機課安排《核酸、蛋白序列的綜合分析》設計性實驗，讓同學們隨機組成兩人一組的研究小組，自選感興趣的基因并從GenBank數據庫中下載該基因的20條核酸序列及蛋白序列，分析其中1條核酸序列的堿基組成比例，反向互補序列、編碼的RNA序列及蛋白序列，分析其中1條蛋白序列的氨基酸組成比例、分子量、疏水性、等電點、亞細胞定位等物理、化學特性；同時基于DNA序列和蛋白質序列構建分子系統發育樹。

五、網絡教學資源

生物信息學對于網絡工具高度依賴，由于受學時限制，課堂教學的內容非常有限。為了給學生創造一個良好的自學環境，我們應用屏幕錄像軟件開發了上機實踐操作演示等教學資源；提供了課件供學生在網絡上下載使用，該課件覆蓋了生物信息學課程的全部教學內容，包括相關的動畫演示等信息；另外還提供了DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等軟件安裝程序及使用手冊，相關英文參考文獻等，從而有效地擴大了學生的自學空間。

六、科研教學相長

本課程由具有生物信息學或分子生物學博士學位的教師承擔，每位授課教師的科研課題均涉及生物信息學分析。在生物信息學的教學過程中，授課教師積極融合個人的科研工作經驗和成果，豐富了教學內容。如在講授Bankit在線序列提交及Sequin離線提交序列時，我們以提交至國際核酸序列數據庫GenBank的芒草（Miscanthus sinensis）肉桂醇脫氫酶（JQ598683）、過氧化氫酶（JQ598684）、咖啡酰輔酶A-O-甲基轉移酶（JQ598685）、肉桂酸-4-羥化酶（JQ598686）為例；在講授基因外顯子和內含子結構預測時，以牡丹（Paeonia suffruticosa）ACC氧化酶（FJ855434）和ACC合成酶（FJ769773）為例。通過把科研思路帶入教學中，有效培養了學生的科研能力及創新能力。此外，教學實踐也有利于教師全面了解生物信息學和相關學科的最新進展，不斷為科研提供新思路。

七、考試方式改革

生物信息學課程的目的是提高學生利用信息技術解決生物學問題的能力，因此主要考查學生綜合利用所學知識分析問題和解決問題的能力。在課程考核中結合平時書面作業、遞交上機操作練習和考試三方面情況，綜合評定。平時布置3次思考題目，以書面形式上交，占考核成績的20%；上機實踐操作的習題以電子版發送到教師的E-mail郵箱中，占考核成績的30%；課程結束后給學生1周的時間復習，而后在計算機上答題，包括基礎知識部分和上機操作部分，占考核成績的50%。經過綜合評定，能夠比較客觀地反映一個學生對該課程的實際掌握情況。采用這種考試方式后，一方面，促使學生在學習過程中，不必花大量工夫去死記硬背，而把重點放在了基本理論、基本知識的鞏固及實踐操作技能的提高上，有效地提高了學生的實踐操作能力和創新能力；另一方面，也促使教師在教學過程中，注重從能力培養的角度進行教學課堂設計，提升教學質量和水平。

在教學過程中，通過激發學生的學習興趣，采用雙語多媒體教學方式，在重視基本理論和基本知識講授的同時，加強上機實踐操作，充分利用網絡教學資源，將科研成果結合于教學過程中，結合考試方式改革與探索，大大提高了“生物信息學”課程的教學質量水平及教學效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 葛威，鮑大鵬，董戰峰，等.Visual BASIC編程在核酸序列分析中的應用研究初探[J].生物信息學，2004，（4）：43-46.

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摘要：師范教育改革下高師院校課程的重新建設已成為重中之重。如何在改革的新背景下建構合適的課程體系，成為高師院校要解決的問題。本文立足于師范教育改革背景下的需求，針對《生物信息學》課程的特點和教學中存在的問題進行初步探討，就其在教學方法的更新、教學標準的編寫、考核方法的改進等方面提出了一些思考，希望通過不斷的完善從而提高《生物信息學》課程的教學質量。

關鍵詞：師范教育改革；生物學信息學；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0102-02

隨著教育的發展，教師體制也不斷發生改變，順應發展的趨勢，教師資格證的改革開始不斷推進與完善。2012年《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》精神和教育部部署啟動全國中小學和幼兒園教師資格證改革試點工作，2013年《中小學教師資格考試暫行辦法》出臺并規定：試點啟動后入學的師范專業學生申請中小學教師資格應參加教師資格考試。2015年我國正式實施教師資格證國考制度，并實行五年一個周期的注冊制度。教師資格證制度的變革是對高師院校實施教學改革的促進同時也是對師范生的挑戰。改革制度下更要求提高教師的綜合素質和學生能力的培養，而《生物信息學》所具備的專業性與前沿性正是師范教育對學生著重培養的方向與目標。

《生物信息學》是一門交叉學科，包含了對生物信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內的所有方面，運用數學、計算機科學和生物學的各種工具闡明和理解大量數據所包含的生物學意義。隨著大規模的基因組測序工作的開展，生物學數據獲得了大量的積累，生物信息學悄然興起并得以蓬勃發展。生物信息學使學生了解學科前沿和新技術進展，同時培養學生綜合運用知識的能力。但目前多數院校只將其設為選修課程，重視程度很低，而且在教學內容、方法等方面存在一些問題。由于師范教育改革對師范生要求不斷提高，課程的學法和內容也要與時俱進，怎樣建構新的課程體系是高師院校需要解決的問題。

一、課程教學現狀

1.師資力量薄弱。生物信息學不僅對教師專業知識要求高，同時也需要有計算機理論基礎的教師來授課。但目前教授生物信息學課程的教師大多都為其他生物學課程的教師，這些教師往往缺乏專業的生物信息學分析軟件操作訓練和計算機基礎，不能將各學科更好融合。

2.教學方法滯后。生物信息學是一門交叉學科，但教師在教學過程依舊采用傳統教學方法，計算機輔助教學不常見，這種授課方式不僅效果欠佳也沒有發揮此學科的優勢。而且在教學過程中不注重培養學生對生物信息學的重要性的認識，所以學生認為該課程只是理論學科，認識不到其對實踐操作能力的重要和生物數據分析的意義。

3.實踐教學不足。受傳統的教學觀念影響，教師在教學過程中只注重理論教學忽視實踐教學，導致學生所學的理論知識與實踐脫節。因為生物信息學對于網絡高度依賴，但由于受學時限制，課堂教學的內容有限，實踐教學課時數較少，內容也比較簡單，缺乏完善的實踐教學過程，學生也缺乏實際動手操作的能力。

4.考評方案簡單。生物信息學的考核重點是學生對生物信息基本概念的理解，軟件操作的掌握程度及生物數據分析解釋的能力。但一些學校的考試形式還全部是理論知識，缺少實際操作能力的檢驗，這種考評辦法的評價效能差，而且不能體現學科的特點。

二、課程體系建設優化

1.提高教師素質。教師是教學的核心資源，其知識水平和操作技能都會影響教學的效果。提高教師素質首先要對任課教師開展《生物信息學課程教學改革和實踐》專題講座，其次鼓勵教師通過查閱相關文獻，了解課程的特點及發展，組織大家進行討論，再次，也要積極組織教師參加科研活動，提高科研新能力，在科研過程中進一步了解本學科的前沿內容。

2.編寫教學標準。如今的教師專業化不只是強調教師要有扎實的理論知識，更要有實踐能力。所以生物信息學的課程建設改革要組織新的教學內容，合理安排理論學時特別是實驗學時。課程標準對生物信息學的研究內容、現狀和發展前景做具體的介紹，主要對生物信息學的基本概念和基本方法進行講解，重點是分析軟件的操作方法和生物學數據庫的使用方法的講解。

3.改進教學方法。師范教育改革意味著對師范生各方面要求的逐漸提高，學生不能只被動接受知識，所以教師在教學中要利用多媒體輔助進行直觀教學，演示生物學數據庫的瀏覽與檢索，軟件的使用，基因序列的檢索、基因閱讀框架的找尋、序列比對、進化樹的構建等操作。教師也可以提供課件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等軟件安裝程序及使用手冊等擴大學生的自學空間，使學生的被動學習變為主動學習，也符合師范教育對學生創造能力、應用能力的培養。

4.教學科研結合。生物信息學教學強調能力的培養，且學科的交叉性也能使學生將所學知識與之結合。教師可以鼓勵學生參與相關課題研究，學校也可以提供機會讓學生參與到創新創業性研究的科研項目中，這樣的學習方式可以激發學生對科研的興趣，鞏固課程中所學到的知識，使學生掌握生物信息學課程的實踐技能，也更好的體現對師范生創新能力培養。

5.優化理論課結構。師范教育提倡以學生為主體的授課方式，所以課堂可以采取不同的學習方式如小組合作或學生講述等以此豐富理論課的教學模式。教師可以提出問題由小組成員討論研究學習，課堂也可以以自講的方式進行學習，學生通過查閱資料了解學科在臨床醫學、藥物產業等方面的應用以及在后基因組時代的主要研究內容等，不僅掌握了前沿知識同時也鍛煉教師技能，對于師范教育培養有很好的促進作用。

6.加強實驗課建設。師范教育在強調師范生理論知識的同時更注重實際的操作能力，所以實驗教學起著越來越重要的作用，在學習中通過生物數據庫的使用，可以提高學生處理生物信息的能力。生物學數據庫均可以通過網絡提供數據檢索服務，學生可以根據理論知識進行相應的實際操作。學院可以進一步開放實驗室，為學生創造動手操作的自學實驗環境。

7.改革考核方法。考試是檢測教學效果的方法，也是促進學生學習的有力手段。如何考核需要制定詳細的評價指標體系。生物信息學的考核改革是在基礎考核之上增加了小組答辯和論文成績。小組答辯以生物信息學在疾病研究中的應用為擬設計命題，培養學生協作收集整理相關文獻并展示其整合分析結果的能力。論文以蛋白質生物信息學分析在藥物靶點挖掘和藥物設計中的應用為題。最后根據論文結構完整性和內容獨創性、條理邏輯性和學術水平進行評分。

三、課程體系構建的進一步設想

進一步利用網絡學習平臺慕課擴展生物信息學的理論深度與新技術發展，學生可以進一步接觸并利用云計算等技術對大數據進行處理，或基于手機客戶端讓學生隨時可以查詢及學習，這樣的構建既是生物信息學課程建設的發展，也是培養學生能力的體現。生物信息學課程建設改革對學生綜合運用知識的能力起到了促進作用，也加強了理論聯系實踐的操作能力。生物信息學能夠培養學生全面掌握生物學知識，對今后選擇生物學科領域的工作有推動作用，也是師范生成為合格人民教師的理論基礎。

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收稿日期：2016-11-21

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關鍵詞：生物信息學；生物專業； 教學方法；學科交叉

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A

Abstract： The characteristics of the professional teaching of bioinformatics are introduced ， then the paper analyzes on the professional students of biological problems existing in the teaching of computer， biological computer curriculum teaching methods are put forward.

Keywords： Bioinformatics； biology； teaching method； course cross

0.概述

近年來，伴隨著生命科學的快速發展，有關生物的數據逐漸增多，而分析手段也很多，產生了生物信息學這個概念。生物信息學是由生物學與計算機科學、應用數學以及統計學等學科相互交叉而形成的一門新興學科，它使用計算機和信息技術對生物信息數據進行采集、處理、存儲、檢索和分析，從而達到揭示相關數據中所蘊含的生物學意義的目的[1]。為了快速有效地從海量的生物數據中獲得所需信息，提高發現問題、解決問題的能力，在生物信息學教學過程中有必要開設一些計算機課程、數學及工程相關課程，這樣可以啟發學生綜合運用數學、物理、工程科學和計算機知識的能力，拓寬其知識面，了解學科前沿和最新進展，培養跨越生命科學、計算科學、數理科學等不同領域的大科學素質和意識，為今后選擇新興交叉學科領域進行深造奠定基礎。因此很多大學增設了生物信息學這個本科專業，有的在計算機學院中增加生物信息專業本科，有的在生命學院增加生物信息本科，在本文中主要討論在生命學院中開始生物信息學專業。作為一門交叉學科，不同專業的學科體系對生物信息學課程教學提出了不同的要求，如何在生物專業學生中開展生物信息與計算機課程的結合，是培養更高理論和實踐能力的生物信息專業人才的關鍵。

1 生物信息學的特點

生物信息學涉及分子生物學、微生物學、生物化學、蛋白質化學、分子遺傳學、基因組學、生物物理學、概率論與數理統計、信息論及計算機技術等學科，學科交叉性極強。僅就計算機技術而言，計算機編程、數據庫技術和模式識別、軟件工程及網絡技術等都在生物信息學中有廣泛的應用[1，2]。因此，生物信息學是將不同領域知識高度集中的學科。

2 計算機課程的設置

對生物信息學來說，計算機技術就是一個工具，用來對生物數據進行處理。工欲善其事，必先利其器，所以要做好數據的分析工作，必須讓學生學好計算機課程，但更應該在生物信息學專業的教學計劃中把計算機課程設置恰當，讓學生受益[2]。

2.1 課程的選擇順序

生物信息學面對的是海量生物數據，所以首先需要學習使用編程工具，如JAVA或者C++語言或者Perl語言等編程工具，然后安排數據結構等課程對編程課程進行深入了解，后期安排數據庫技術、數據挖掘等課程，方便學生進行實踐應用。

2.2 教材和授課內容的合理選擇

在學習生物的學生中開設生物信息學專業，那么教材的選擇應該兼顧學生的知識背景和學習興趣，由于學生對蛋白、進化、蛋白質結構、基因序列有一些認識，但對計算機比較恐懼，因此計算機教材可選用比較簡單、易懂的，如JAVA課程主要講解編程思想，那么主要包括環境變量設置、語法和如何編程，那么選擇教材時就選包括這些內容的教材就可以了，并在上課過程中，結合一些生物信息軟件來講解，激發學生的學習興趣。同時，選擇適合的授課內容也是必不可少的環節：序列比對算法、基因識別算法、蛋白質結構預測、分子動力學模型及機器學習或模式識別算法在生物信息學中的應用等方面的內容，此外在大學初期也要加強數學、物理和計算機方面的基本知識的課程開設[2]。能夠從他們自己的知識體系出發， 闡述生物數據如何用計算機方法和技術進行獲得并處理；并且了解學生已經掌握哪些生物學知識，在授課過程中，針對學生的特點綜合使用多本教材更能達到預期效果。使學生認識到計算機技術和方法在生物學研究領域的廣闊應用空間。隨著生物信息學研究的深入，國內外出現了大量的生物信息學教材、專著和一些最新的文獻。

2.3從抽象到具體的教學理念

由于生物信息學涉及數學、統計學及算法等眾多理論知識，但有生物基礎的學生具有生物學知識儲備，缺乏計算機知識。所以在為生物學專業上進行計算機課程時盡量采用結合實例進行講解。首先，針對生物學專業學生計算機知識薄弱的特點，盡可能將生物信息學問題轉化為學生熟知領域的問題，例如，在講解蛋白質二級結構預測時，可考慮學生學習過螺旋、折疊和無規則卷曲的特征，講解模式識別算法預測二級結構的過程時用可采用一些模型如蘋果等進行形象講解更容易被學生接受了；其次，充分利用現代化教育技術及網絡資源，對于未接觸過計算機實驗學生來說，程序代碼對于他們而言是枯燥無味的，在教學過程中充分利用計算機實驗和網絡資源，讓學生了解計算機程序的運行過程和網絡中生物信息軟件的使用，從而對計算機處理生物學數據產生感性認識。例如，在講解利用聚類算法分析基因芯片數據時，可以先播放基因芯片制作過程的Flas，讓學生身臨其境，這樣不僅可以激發學生的學習興趣，更可以加深學生對知識的理解和掌握。或者講解聚類算法可以用物種分類進行類比來講解[2]。

2.4加強實驗環節

生物專業的生物信息學課程的教學過程就是讓學生了解并掌握計算機科學和技術如何處理分析生物學數據的過程。因此，進行理論教學的同時，實驗教學環節也是必不可少的[3]。計算機實驗不同于生物實驗，而是主要通過計算機進行處理，例如可通過計算機實驗直觀的了解三大核酸數據庫：蛋白質序列和結構數據庫的數據組織方式；通過實驗可以讓學生掌握如何利用Acclrys Discovery Stdio軟件進行蛋白質結構預測，感受蛋白質結構顯示軟件的強大威力，更重要的是，使學生了解到計算機技術和方法在生物數據處理過程中的舉足輕重的作用。從生物信息學實驗課中，他們可以領略到計算機科學技術的魅力，增加作為生物信息學專業學生的自豪感，并堅定學好生物信息學知識的信念。

3 后續課程的構想

在后續課程中，由于前面為學生設置數據庫原理與設計及數據挖掘等課程，可開設一些專題講座，如了解數據庫設計后，可結合生物專業的特點，可能了解了在網絡環境中三大核酸數據庫的組織結構，講解它們是如何采用數據庫知識進行組織的，并進行一些簡單數據庫的設計工作；在數據挖掘課程后可采用一些統計學軟件如MATLAB處理生物數據的一些專題[4，5]。又如開設講解生物信息學的研究熱點與與原來講解的課程進行對接。也可講解一下藥物信息學的設計、疾病靶點的選擇等，激發學生學習生物信息學的意義，讓有可能進一步深造的學生知道前進的動力。

4 結束語

作為一門新興的學科，生物信息學專業的發展非常迅速，新的理論、算法和應用程序不斷涌現。因此在進行生生物信息學專業教學中，不拘泥于現有的生物信息學教材和計算機教材時納入最新的研究成果，將相關研究領域的一些新的研究方法、網絡資源以及工具軟件介紹給學生。例如， GCG軟件是一套蛋白質、核酸序列分析軟件，一般在Linux環境下使用，包括130多個軟件，但現在這些類似功能的軟件很多可網絡上下載到Windows系統環境下進行蛋白質、核酸序列分析，因此可介紹這些軟件給同學使用，方便同學在自己的電腦里熟練使用這些軟件，同時有些軟件有更新的算法和版本也可以介紹，及時更新學生的知識體系，培養學生相關學科前沿的意識，拓展學生視野。

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一、前言

生物信息學（Bioinformatics）是隨著現代生命科學的發展而興起的交叉學科，旨在為生物學研究提供信息處理的支撐，從海量數據中挖掘生物信息，實現對生命科學問題的研究。生物信息學包含了對核酸和蛋白質的序列和結構信息的獲取、處理、存儲、分布、分析和解釋等各個方面的分析研究，是通過綜合利用生物學、計算機科學和信息技術等手段，來認識生命的起源、進化、遺傳和發育的本質，揭示海量數據中蘊含的生命奧秘或生物學內在規律的一門科學[1]。隨著測序技術的不斷發展，人類與其他物種基因組計劃相繼實施和完成，產生了海量的數據，尤其是近年來的各種組學數據，如蛋白質組、代謝組、基因組、轉錄組等生物學數據，生物信息學將在解讀基因組序列中的功能信息等方面發揮巨大的作用[2]。

二、生物信息學課程開展的現狀

生命科學的迅猛發展、生物技術在社會發展中的應用越來越廣泛，例如產前診斷、遺傳并篩查、腫瘤靶向治療等生物信息學相關的醫學應用，生物信息學的作用和地位也越來越重要。研究機構和高等院校，特別是息息相關的醫學院校，迫切需要通過各種形式的教學，系統地培養新的復合型研究力量的醫學工作者。因此，醫學院校針對醫學相關學生開展與其專業緊密結合的生物信息學課程已經成為必然趨勢[3]。目前，國內許多醫學院校相繼開設了生物信息學課程，將生物信息學作為必修或者選修課程。由于生物信息課程教學尚處于剛剛起步的探索階段，尚未形成一個完整的課程建設體系，再加上生物信息學研究的范圍廣、相關數據與分析工具資源繁多、涉及多學科知識尚缺乏系統成熟的理論方法，正處在迅速發展中等一系列特點，如何開展生物信息學教學尚有待探索。因此，生物信息學課程的教育理念、教學內容、方式和方法等迫切需要根據自身專業特點，科學確立教學目標，及時系統地總結規劃教學內容，探索和改革教學方法，以適應醫學專業背景學生的學習，對于促進醫學生自身綜合素質的提高有重要意義。本文結合南京醫科大學本科學生（主要為醫學相關專業學生，非生物信息學專業學生）開展的生物信息學課程進行調研和改進，對該課程的學生的反饋意見及各教研室教師的建議進行了深入分析。本著以學生需要為原則，針對學生的專業背景，適當調整教學內容和方法，理論教學與上機實踐有機結合，側重將生物信息學的思維融入解決生物醫學的問題，行成一套完整的、合理可行的醫學生物信息學課程理論、實驗教學方案。進而達到專業與課程相結合，激發學生的學習興趣，從而達到較好的教學效果。

三、教學內容及方法的具體實踐

（一）針對醫學專業學生，優化教學內容

生物信息學作為一門發展迅猛的多學科交叉的前沿學科，理論、研究方法、研究內容尚在不斷完善和更新中，其內容繁多復雜，更需要進行精心的選擇裁剪和編排組織，才能在有限的時間內實現既定的教學目標，使學生學習到有用的知識。教學中應充分結合當前研究前沿和進展、時刻更新教學內容，更應該根據學生的不同專業背景適當調整教學內容和教學方法。在醫學院校中，更要針對不同專業及背景的學生，制訂具有專業特色的教學大綱。教學應以學生的需求為前提，結合不同專業背景、就業選擇方向，調整培養方案和優化授課內容，以滿足他們的需求，使學生能夠學有所用。比如，針對臨床專業的學生，生物信息學教學應該偏重醫學研究中的方法和成果，本科教學注重轉化醫學、生物技術應用成果的普及，研究生教學注重利用生物信息手段和方法解決科研學習中遇到的實際問題；而針對法醫專業的學生，教學應該偏重新一代高通量測序技術的原理、數據分析、結果意義等方面。針對目前醫學院校中研究方向多元化的背景，強調教學與科研共促進，通過科研時刻關注、追蹤學科前沿，將最新的研究成果和在醫學上的應用展示給學生，豐富教育資源，使學生能在其他課程的學習時學以致用，從而高質量的完成教學任務。生物信息學亦是眾多科學研究工作中強有力的必不可少的研究手段，教學反過來也可促進科研的進一步開展和深入。因此，教學和科研相結合，可以拓寬知識面，全面了解生物信息學和相關學科最新進展，不斷為科研提供新的思路，不斷的完善生物信息學教學體系。只有堅持教學與科研同時進行、并緊跟科學前沿，并做到及時納入最新的研究成果，更新教學內容，才能給予學生高質量的前沿教學[4]。

（二）基于計算機的實驗教學，鍛煉動手能力

在生物信息學教學中，計算機實踐教學是不可缺少的部分，理論和實踐的有機結合才能達到更好的教學效果。只有親自動手進行生物數據的分析，學生才能建立一個感官的、多方面的認識。優化上機內容、改進上機教學方法，使得理論知識在上機教學中可以得到實現，實際操作充分理解理論課內容，由此激發學生動手實踐的激情和信心，更好地掌握知識。所以在生物信息的教學中，上機實驗課程應該占據較大的比例，并通過生動的課堂練習培養學生的興趣。實驗課內容的設計應該考慮醫學相關專業學生的背景，根據醫學問題作為出發點，以如何解決這些問題作為主線設計課程。所以，通過了解當前醫生常用的科研手段或當前醫院正在開展的臨床檢測項目，設計相關實驗課程、增加應用性實踐教學，并結合最新研究成果和基礎到臨床應用的實例、以及項目原理及優缺點，可以調動學生學習的主動性。例如，針對臨床專業開展常用的生存分析的原理和分析流程的實踐教學；針對法醫專業，開展常用的STR（短串聯重復序列）作為親權鑒定標志物的序列特點和可視化的教學等。另外，生物信息學本身是多學科交叉融合，知識面廣而雜，其相關數據庫資源，以及生物信息學工具、算法和軟件等均更新迅速。在理論教學中，授課教師時刻密切關注學科發展前沿、并將最新研究成果及學術發展動態，而在實驗課授課中，更應該注重教會學生，充分利用互聯網資源，獨立開展課題、綜合分析、解決問題。例如，?榱聳寡?生了解當前網絡數據共享的環境下，如何從網上搜索網絡資源、下載數據，我們下載了多種不同類型的數據，包括測序數據、芯片數據、注釋數據等，然后再從實際數據出發上機操作，介紹分析的方法和工具。

四、生物信息在醫學相關專業的應用

基礎科研成果的積累逐漸帶來了臨床應用的突破，而生物信息學的技術和數據在臨床應用的重要性也愈加重要。目前，醫療上的應用主要有生育健康、遺傳病檢測、傳染病藥物研發、腫瘤診斷及治療等幾大方面[5]。2014年7月國家衛生計生委承認基因測序技術在產前診斷的應用，批準了基因測序診斷產品的上市，2015年3月27日，國家衛生計生委醫政醫管局又通過了第一批腫瘤診斷與治療項目高通量基因測序技?g臨床試點單位。一些大型醫院已經把基因診斷作為患者必需的診斷項目，特別是產前無創診斷，很多醫院也正在籌建基因檢測中心。目前國內每年新增癌癥患者300萬人左右，且發病率呈上漲趨勢，腫瘤的基因檢測和靶向治療已經成為提高腫瘤治療效果的一條重要途徑。產前診斷和精準醫療的飛速發展所帶來的巨大臨床應用，亟需懂臨床一線的醫生了解前沿科技、懂生物信息、會臨床應用。根據市場反饋的情況，未來基因檢測在臨床上應用所占比例會越來越大，醫學工作者對生物信息知識的需求也越來越高。

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關鍵詞:生物信息學醫學統計學課堂教學

生物信息學融合了生物技術、計算機技術、數學和統計學的大量方法，已逐漸成為發現生命過程中所蘊涵知識的一門重要學科。其基本問題主要包括：DNA分析、蛋白質結構分析、分子進化。醫學統計學作為醫科院校的基礎課程之一，長期以來其理論和方法就廣泛應用于臨床醫學、基礎醫學的各類研究中。隨著生物新技術的誕生，在推動生物信息學發展的同時，醫學研究對象也由宏觀的病人、生物組織拓展到微觀的基因領域，所面對的實驗數據在性質和結構上也都有所不同，這對醫學統計學的應用提出了新的更高的要求。

目前，醫學統計學的很多原理和方法已成功地應用于這些新研究之中，并在此基礎之上有了新的發展和改進。如概率分布的知識與序列相似性分析、蛋白質分類等技術密切相關；方差分析、非參數檢驗方法經改進和結合后在基因表達數據的前期分析中發揮了較好的作用；而聚類分析、判別分析、相關分析這些大家所熟知的統計學方法更是在基因分類和調控網絡的建立中得到了廣泛的應用。在進行醫學統計學課堂教學時加入生物信息學方面的應用實例，不僅可以使學員了解本學科研究的前沿和醫學、生物信息學研究的新發展，還可以提高學員對于醫學統計學理論學習的興趣，掌握先進的生物實驗數據分析方法，提高今后從事醫學科研的能力。下面，本文在回顧醫學統計學授課主要內容的基礎上，就醫學和生物信息學中的可能應用舉例如下：

一、概率分布

概率分布（probabilitydistribution）是醫學統計學中多種統計分析方法的理論基礎。授課內容一般包括：二項分布、Possion分布、正態分布、t分布、F分布等。

借助概率分布常常可以幫助我們了解生命指標的特征、醫學現象的發生規律等等。例如，臨床檢驗中計量實驗室指標的參考值范圍就是依據正態分布和t分布的原理計算得到；許多醫學試驗的“陽性”結果服從二項分布，因此它被廣泛用于化學毒性的生物鑒定、樣本中某疾病陽性率的區間估計等；而一定人群中諸如遺傳缺陷、癌癥等發病率很低的非傳染性疾病患病數或死亡數的分布，單位面積（或容積）內細菌數的分布等都服從Poisson分布，我們就可以借助Poisson分布的原理定量地對上述現象進行研究。

在生物信息學中概率分布也有一定應用。例如，Poisson分布可以用于基因（蛋白質）序列的相似性分析。被研究者廣泛使用的分析工具BLAST(BasicLocalAlignmentSearchTool)能迅速將研究者提交的蛋白質（或DNA）數據與公開數據庫進行相似性序列比對。對于序列a和b，BLAST發現的高得分匹配區稱為HSPs。而HSP得分超過閾值t的概率P(H(a,b)>t)可以依據Poisson分布的性質計算得到。

二、假設檢驗

假設檢驗（hypothesis）是醫學統計學中統計推斷部分的重要內容。假設檢驗根據反證法和小概率原理，首先依據資料性質和所需解決的問題，建立檢驗假設；在假設該檢驗假設成立的前提下，采用適當的檢驗方法，根據樣本算得相應的檢驗統計量；最后，依據概率分布的特點和算得的檢驗統計量的大小來判斷是否支持所建立的檢驗假設，進而推斷總體上該假設是否成立。其基本方法包括：u檢驗、t檢驗、方差分析（ANOVA）和非參數檢驗方法。

假設檢驗為醫學研究提供了一種很好的由樣本推斷總體的方法。例如，隨機抽取某市一定年齡段中100名兒童，將其平均身高（樣本均數）與該年齡段兒童應有的標準平均身高（總體均數）做u檢驗，其檢驗結果可以幫助我們推斷出該市該年齡段兒童身高是否與標準身高一致，為了解該市該年齡段兒童的生長發育水平提供參考。又如，醫學中常常可以采用t檢驗、秩和檢驗比較兩種藥物的療效有無差別；用2檢驗比較不同治療方法的有效率是否相同等等。

這些假設檢驗的方法在生物實驗資料的分析前期應用較多，但由于研究目的和資料性質不同，一般會對某些方法進行適當調整和結合。

例如，基于基因芯片實驗數據尋找差異表達基因的問題。基因芯片（genechip）是近年來實驗分子生物學的技術突破之一，它允許研究者在一次實驗中獲得成千上萬條基因在設定實驗條件下的表達數據。為了從這海量的數據中尋找有意義的信息，在對基因表達數據進行分析的過程中，找到那些在若干實驗組中表達水平有明顯差異的基因是比較基礎和前期的方法。這些基因常常被稱為“差異表達基因”，或者“顯著性基因”。如果將不同實驗條件下某條基因表達水平的重復測量數據看作一個樣本，尋找差異表達基因的問題其實就可以采用假設檢驗方法加以解決。

如果表達數據服從正態分布，可以采用t-檢驗（或者方差分析）比較兩樣本（或多樣本）平均表達水平的差異。

但是，由于表達數據很難滿足正態性假定，目前常用的方法基于非參數檢驗的思想，并對其進行了改進。該方法分為兩步：首先，選擇一個統計量對基因排秩，用秩代替表達值本身；其次，為排秩統計量選擇一個判別值，在其之上的值判定為差異顯著。常用的排秩統計量有：任一特定基因在重復序列中表達水平M值的均值；考慮到基因在不同序列上變異程度的統計量，其中，s是M的標準差；以及用經驗Bayes方法修正后的t-統計量：，修正值a由M的方差s2的均數和標準差估計得到。

三、一些高級統計方法在基因研究中的應用

（一）聚類分析

聚類分析（clusteringanalysis）是按照“物以類聚”的原則，根據聚類對象的某些性質與特征，運用統計分析的方法，將聚類對象比較相似或相近的歸并為同一類。使得各類內的差異相對較小，類與類間的差異相對較大1。聚類分析作為一種探索性的統計分析方法，其基本內容包括：相似性度量方法、系統聚類法（HierarchicalClustering）、K-means聚類法、SOM方法等。

聚類分析可以幫助我們解決醫學中諸如：人的體型分類，某種疾病從發生、發展到治愈不同階段的劃分，青少年生長發育分期的確定等問題。

近年來隨著基因表達譜數據的不斷積累，聚類分析已成為發掘基因信息的有效工具。在基因表達研究中，一項主要的任務是從基因表達數據中識別出基因的共同表達模式，由此將基因分成不同的種類，以便更為深入地了解其生物功能及關聯性。這種探索完全未知的數據特征的方法就是聚類分析，生物信息學中又稱為無監督的分析（UnsupervisedAnalysis）。常用方法是利用基因表達數據對基因（樣本）進行聚類，將具有相同表達模式的基因（樣本）聚為一類，根據聚類結果通過已知基因（樣本）的功能去認識那些未知功能的基因。對于基因表達數據而言，系統聚類法易于使用、應用廣泛，其結果——系統樹圖能提供一個可視化的數據結構，直觀具體，便于理解。而在幾種相似性的計算方法中，平均聯接法(AverageLinkageClustering)一般能給出較為合理的聚類結果2。

（二）判別分析

判別分析（discriminantanalysis）是根據觀測到的某些指標的數據對所研究的對象建立判別函數，并進行分類的一種多元統計分析方法。它與聚類分析都是研究分類問題，所不同的是判別分析是在已知分類的前提下，判定觀察對象的歸屬3。其基本方法包括：Fisher線性判別（FLD）、最鄰近分類法（k-NearestNeighborClassifiers）、分類樹算法（ClassificationTreeAlgorithm），人工神經網絡（ANNs）和支持向量機（SVMs）。

判別分析常用于臨床輔助鑒別診斷，計量診斷學就是以判別分析為主要基礎迅速發展起來的一門科學。如臨床醫生根據患者的主訴、體征及檢查結果作出診斷；根據各種癥狀的嚴重程度預測病人的預后或進行某些治療方法的療效評估；以及流行病學中某些疾病的早期預報，環境污染程度的堅定及環保措施、勞保措施的效果評估等。

在生物信息學針對基因的研究工作中，由于借助了精確的生物實驗，研究者通常能得到基因（樣本）的準確分類，如，基因的功能類、樣本歸結于疾病（正常）狀態等等。當利用了這些分類信息時，就可以采用判別分析的方法對基因進行分類，生物信息學中又稱為有監督的分析（SupervisedAnalysis）。例如，基因表達數據分析中，對于已經過濾的基因，前三種方法的應用較為簡單。而支持向量機（SVMs）和人工神經網絡（ANNs）是兩種較新，但很有應用前景的方法。

（三）相關分析

相關分析（correlationanalysis）是醫學統計學中研究兩變量間關系的重要方法。它借助相關系數來衡量兩變量之間的關系是否存在、關系的強弱，以及相互影響的方向。其基本內容包括：線性相關系數、秩相關系數、相關系數的檢驗、典型相關分析等。

我們常常可以借助相關分析判斷研究者所感興趣的兩個醫學現象之間是否存在聯系。例如，采用秩相關分析我們發現某種食物中黃曲霉毒素相對含量與肝癌死亡率間存在正相關關系；采用線性相關方法發現中年女性體重與血壓之間具有非常密切的正相關關系等等。

生物信息學中可以利用相關分析建立基因調控網絡。如果將兩個不同的基因在不同實驗條件下的表達看作是兩個變量，相關分析所研究的正是兩者之間的調控關系。如采用線性相關系數進行兩基因關系的分析時，其大小反應了基因調控關系的強弱，符號則反應了兩基因是協同關系（相關系數為正），還是抑制關系（相關系數為負）。

四、意義

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>> e―learning E―Learning系統架構模式研究 E—LEARNING：傳統教學模式變革的方向 論E—learning教學模式在培訓中的應用 從高校教師角度分析E―learning教學模式 E—Learning在非洲 用友e-Learning 淺談E-Learning 信息化教育模式 構建e-Learning信息化教育模式初探 淺析E—learning課程結構的模式構建 完善ELearning 教學效果建議分析 E-Learning教學系統設計與實現 基于E—learning企業培訓課程的教學設計 E—learning學習平臺在教學中的應用 基于web的E―learning教學系統 基于E―Learning昀教學系統研究 U—Learning理念及LMS環境下PBL教學模式初探 Lessons in e-learning E—learning及其相關實踐 基于語音情感識別的e-Learning教學探索 常見問題解答 當前所在位置：l）等進行序列比對、蛋白質結構預測等生物信息學分析操作。

最后，任課教師在組織學生尋找每個“問題”解決方案的過程中，可以通過分組討論和集體討論等形式漸進式地引導學生，在師生不斷的交流和互動中，使學生不斷修正自己對“問題”的理解并最終找到所有“問題”的最佳解決方案，達到學習目標。

三、改革效果與評價

通過近3年的改革實踐，我們發現，在生物信息學實踐課中采用PBL與E-learning相結合的新型教學模式，能夠極大地激發學生的好奇心和學習主動性;國際互聯網上大量的信息資源和學習工具可以有效拓寬學生的學習渠道、豐富學生的學習內容;在實際的操作過程中，學生內在的學習潛能能夠被最大限度地挖掘出來，使學生對知識的學習由過去的被動吸收，變成了現在對知識的主動汲取，在提高學生認知水平和認知技能的同時，增強了學生的團隊意識和協作精神;教師也由過去傳統的課堂主宰者、學習效果裁判員，變成了學生自主學習過程中的組織者和引導者，使學生在知識學習過程中的核心地位得到了進一步的鞏固和強化。“找到了問題的解決辦法同時也學到了很多知識”、 “上課總是充滿好奇心”、“太神奇了，只依靠生物信息數據挖掘和在線軟件就可以進行不同物種間的進化關系分析”、“這門課有趣、不枯燥，學習起來不吃力”是近2年學生對生物信息學實踐課教學的客觀評價。當然，我們也注意到，在生物信息學實踐課中實施PBL與E-learning相結合的教學模式還有許多方面需要進一步的加強和改進，比如如何更加有效地利用有限的課時讓學生最大限度地獲取知識、如何在確保以學生為中心進行教學的同時進行“因材施教”的分層次教學等。

實踐教學是高等院校實施教育改革的重要環節，也是目前最有效的提高素質教育的教學形式之一，實踐課教學質量的好壞，會直接影響學生對課程基礎理論知識的理解、運用和學習的效果[6]。因此，只有在實踐課教學中不斷嘗試先進的教學理念和教學模式，才能緊隨時代步伐，探索出一條能夠滿足現代社會對人才需求的行之有效的實踐課教學之路。

參考文獻：

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篇10

關鍵詞：石榴；二氫黃酮醇 4-還原酶（DFR）；生物信息學；理化性質；跨膜結構

中圖分類號：Q811.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物學試驗數據，由分子生物學和信息科學技術相結合的生物信息學已成為后基因組時代用于揭示和探索生命奧秘的重要方法[8，9]。本研究采用生物信息學的方法，以石榴為重點，對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR核苷酸及相應氨基酸序列的外顯子、理化特性、親水性/疏水性和跨膜結構等進行預測和推斷，以期為深入開展二氫黃酮醇4-還原酶的酶學特性、花色素苷生物合成的分子機制等提供理論依據。

1材料與方法

11數據

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在線軟件 GENE SCAN 進行；DFR基因編碼蛋白的理化性質采用Protparam 預測；疏水性/親水性采用ProtScale進行預測；跨膜結構域采用 TMPred 預測。各分析軟件的網站見表 1。

2結果與分析

21核苷酸序列的外顯子分析

一般認為，P 值表示分析結果為外顯子的可能性，當 P>099 時為外顯子可能性極高；050

22氨基酸序列的理化性質分析

利用在線分析軟件Protparam分別對石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR氨基酸序列的理化性質進行分析，結果（表3）表明，這幾種植物DFR氨基酸殘基數差異較大，分別編碼280～1 345個氨基酸殘基不等。幾種植物的分子量大小差異也較大，粉花石榴DFR分子量最小為36 2487 D，姜荷花DFR分子量最大為108 3167 D。等電點PI差異較小，均在5左右。幾種植物中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，帶正電荷和負電荷氨基酸數均為0。通常不穩定系數小于 40 時，預測對應蛋白質在試驗中比較穩定，反之則不穩定。因此，除粉花石榴和紅花石榴中DFR屬于不穩定蛋白質外，其余均屬于穩定蛋白。

23疏水性/親水性的預測與分析

利用在線分析軟件ProtScale的Kyte and Doolittle算法對二氫黃酮醇還原酶進行疏水/親水性分析（正值表示疏水性，負值表示親水性，介于+05～-05 之間主要為兩性氨基酸）。結果（表4）表明，紅花石榴（圖1，其它幾種植物的圖片分析結果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明顯的疏水區和親水區，其中第141位最低，為-0222，第216位最高，值為2022，為親水性蛋白。

3討論與結論

通過在線分析工具和生物軟件對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物進行分析，結果表明這幾種植物的DFR基因都存在1個外顯子。氨基酸序列的理化性質分析表明，粉花石榴和紅花石榴的二氫黃酮醇還原酶蛋白屬于不穩定蛋白，其余幾種植物屬于穩定性蛋白。幾種觀賞植物DFR基因中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，這與陳大志等[8]在擬南芥等植物上得到的含量最豐富的氨基酸基本均為Ala、Glu、Leu、Lys和Val不一致，可能與物種自身的特性有關。除紅花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白質均為穩定蛋白質。

疏水性是20種氨基酸都固有的特性，即氨基酸遠離周圍水分子，將自己包埋進蛋白質核心的相對趨勢，通過了解肽鏈中不同肽段的疏水性，可以對跨膜蛋白的跨膜結構域進行預測[11]。因此，疏水性/親水性的預測和分析，對蛋白二級結構的預測及功能結構域的分選提供了重要的參考依據。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白中親水性氨基酸和疏水性氨基酸均勻分布在整條肽鏈中，親水性氨基酸多于疏水性氨基酸，均為親水性蛋白，存在疏水區和親水區，疏水位點和親水位點個數不同，這與肖繼坪等[12]在馬鈴薯上的研究結果一致。

跨膜結構是蛋白質通過與膜內在蛋白的靜電相互作用和氫鍵鍵合作用與膜結合的一段氨基酸片段，一般由 20 個左右的疏水性氨基酸殘基組成，主要形成α- 螺旋[13～14]。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白存在強烈推薦和可選擇2種跨膜模型，存在不同數量的跨膜螺旋，這為正確認識和理解蛋白質的功能、結構、分類、方位及細胞中的作用部位等均有重要的意義。

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