引論：我們為您整理了13篇生物信息學論文范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
21世紀是生命科學的世紀，伴隨著人類基因組計劃的勝利完成，與此同時，諸如大腸桿菌、結核桿菌、啤酒酵母、線蟲、果蠅、小鼠、擬南芥、水稻、玉米等等其它一些模式生物的基因組計劃也都相繼完成或正在順利進行。人類基因組以及其它模式生物基因組計劃的全面實施，使分子生物數據以爆炸性速度增長。在計算機科學領域，按照摩爾定律飛速前進的計算機硬件，以及逐步受到各國政府重視的信息高速公路計劃的實施，為生物信息資源的研究和應用帶來了福音。及時、充分、有效地利用網絡上不斷增長的生物信息數據庫資源，已經成為生命科學和生物技術研究開發的必要手段，從而誕生了生物信息學。
二、生物信息學研究內容
（一）序列比對
比較兩個或兩個以上符號序列的相似性或不相似性。序列比對是生物信息學的基礎。兩個序列的比對現在已有較成熟的動態規劃算法，以及在此基礎上編寫的比對軟件包BALST和FASTA，可以免費下載使用。這些軟件在數據庫查詢和搜索中有重要的應用。有時兩個序列總體并不很相似，但某些局部片斷相似性很高。Smith-Waterman算法是解決局部比對的好算法，缺點是速度較慢。兩個以上序列的多重序列比對目前還缺乏快速而又十分有效的算法。
（二）結構比對
比較兩個或兩個以上蛋白質分子空間結構的相似性或不相似性。
（三）蛋白質結構預測
從方法上來看有演繹法和歸納法兩種途徑。前者主要是從一些基本原理或假設出發來預測和研究蛋白質的結構和折疊過程。分子力學和分子動力學屬這一范疇。后者主要是從觀察和總結已知結構的蛋白質結構規律出發來預測未知蛋白質的結構。同源模建和指認（Threading）方法屬于這一范疇。雖然經過30余年的努力，蛋白結構預測研究現狀遠遠不能滿足實際需要。
（四）計算機輔助基因識別
給定基因組序列后，正確識別基因的范圍和在基因組序列中的精確位置.這是最重要的課題之一，而且越來越重要。經過20余年的努力，提出了數十種算法，有十種左右重要的算法和相應軟件上網提供免費服務。原核生物計算機輔助基因識別相對容易些，結果好一些。從具有較多內含子的真核生物基因組序列中正確識別出起始密碼子、剪切位點和終止密碼子，是個相當困難的問題，研究現狀不能令人滿意，仍有大量的工作要做。
（五）非編碼區分析和DNA語言研究
在人類基因組中，編碼部分進展總序列的3－5%，其它通常稱為“垃圾”DNA，其實一點也不是垃圾，只是我們暫時還不知道其重要的功能。分析非編碼區DNA序列需要大膽的想象和嶄新的研究思路和方法。DNA序列作為一種遺傳語言，不僅體現在編碼序列之中，而且隱含在非編碼序列之中。
三、生物信息學的新技術
（一）Lipshutz(Affymetrix,Santaclara,CA,USA)
描述了一種利用DNA探針陣列進行基因組研究的方法，其原理是通過更有效有作圖、表達檢測和多態性篩選方法，可以實現對人類基因組的測序。光介導的化學合成法被應用于制造小型化的高密度寡核苷酸探針的陣列，這種通過軟件包件設計的寡核苷酸探針陣列可用于多態性篩查、基因分型和表達檢測。然后這些陣列就可以直接用于并行DNA雜交分析，以獲得序列、表達和基因分型信息。Milosavljevic(CuraGen,Branford,CT,USA)介紹了一種新的基于專用定量表達分析方法的基因表達檢測系統，以及一種發現基因的系統GeneScape。為了有效地抽樣表達，特意制作片段模式以了解特定基因的子序列的發生和冗余程度。他在酵母差異基因表達的大規模研究中對該技術的性能進行了驗證，并論述了技術在基因的表達、生物學功能以及疾病的基礎研究中的應用。（二）基因的功能分析
Overton(UniversityofPennsylvaniaSchoolofMedicine,Philadelphia,PA,USA)論述了人類基因組計劃的下一階段的任務基因組水平的基因功能分析。這一階段產生的數據的分析、管理和可視性將毫無疑問地比第一階段更為復雜。他介紹了一種用于脊椎動物造血系統紅系發生的功能分析的原型系統E-poDB，它包括了用于集成數據資源的Kleisli系統和建立internet或intranet上視覺化工具的bioWidget圖形用戶界面。EpoDB有可能指導實驗人員發現不可能用傳統實驗方法得到的紅系發育的新的藥物靶，制藥業所感興趣的是全新的藥物靶，EpoDB提供了這樣一個機會，這可能是它最令人激動的地方。
Babbitt(UniversityofCalifornia,SanFrancisco,CA,USA)討論了通過數據庫搜索來識別遠緣蛋白質的方法。對蛋白質超家族的結構和功能的相互依賴性的理解，要求了解自然所塑造的一個特定結構模板的隱含限制。蛋白質結構之間的最有趣的關系經常在分歧的序列中得以表現，因而區分得分低（low-scoring）但生物學關系顯著的序列與得分高而生物學關系較不顯著的序列是重要的。Babbit證明了通過使用BLAST檢索，可以在數據庫搜索所得的低得分區識別遠緣關系（distantrelationship）。Levitt(Stanforduniveersity,PaloAlto,CA,USA)討論了蛋白質結構預測和一種僅從序列數據對功能自動模建的方法。基因功能取決于基因編碼的蛋白質的三級結構，但數據庫中蛋白質序列的數目每18個月翻一番。為了確定這些序列的功能，結構必須確定。同源模建和從頭折疊（abinitiofolding）方法是兩種現有的互為補充的蛋白質結構預測方法；同源模建是通過片段匹配（segmentmatching）來完成的，計算機程棄SegMod就是基于同源模建方法的。
（三）新的數據工具
Letovsky(JohnshopkinsUniversity,Baltimore,MD,USA)介紹了GDB數據庫，它由每條人類染色體的許多不同圖譜組成，包括細胞遺傳學、遺傳學、放射雜交和序列標簽位點（STS）的內容，以及由不同研究者用同種方法得到的圖譜。就位置查詢而言，如果不論其類型（type）和來源（source），或者是否它們正好包含用以批定感興趣的區域的標志（markers），能夠搜索所有圖譜是有用的。為此目的，該數據庫使用了一種公用坐標系統（commoncoordinatesystem）來排列這些圖譜。數據庫還提供了一張高分辨率的和與其他圖譜共享許多標志的圖譜作為標準。共享標志的標之間的對應性容許同等于所有其它圖譜的標準圖譜的分配。
Candlin(PEappliedBiosystems,FosterCity,CA,USA)介紹了一種新的存儲直接來自ABⅠPrismdNA測序儀的數據的關系數據庫系統BioLIMS。該系統可以與其它測序儀的數據集成，并可方便地與其它軟件包自動調用，為測序儀與序列數據的集成提供了一種開放的、可擴展的生物信息學平臺。
篇2
同時，生物統計作為數理統計在生本論文由整理提供物學領域的應用，是教學難度較大的一門課程。因此，在生物統計學精品課程建設過程中，針對各專業培養目標的定位，因材施教，更新教育理念，加強實踐訓練，在教學方法和教學手段上進行改革和大膽探索。
二、二十一世紀對生物統計學課程的重新定位
（一）新世紀對生物統計學課程提出的新要求。
二十世紀上半葉農業和遺傳統計學首先獲得了發展，在其基礎上發展起來的生物統計學、統計流行病學、隨機化臨床試驗學已經成為攻克人類疾病的一個里程碑。這在過去的半個世紀里顯著提高了人類的期望壽命。
21世紀人類基因組，基因芯片等實驗科學產生出的巨量數據，需要新工具來組織和提取重要信息。
將數據轉化為信息需要統計理論和實踐本論文由整理提供方面的洞察力、技術和訓練。
未來的生物統計學將會與信息技術密切結合，較少側重傳統數理統計，而會更多注意數據分析，尤其是大型數據庫的處理。生物統計學越來越不同于其它數學領域，計算機和信息科學工具至少和概率論一樣重要。
（二）生物統計學對大學生素質培養的作用。
生物統計學的一個重要特點就是通過樣本來推斷和估計總體，這樣得到的結論有很大的可靠性但有一定的錯誤率，這是統計分析的基本特點，因此在生物統計課程的學習中培養了一種新的思維方法———從不肯定性或概率的角度來思考問題和分析科學試驗的結果。
生物統計學是通過個別的試驗研究得出其一般性結論，屬于歸納推理的范疇。但其有別于簡單枚舉法和科學歸納法，是一種或然性歸納推理或者概率歸納推理。在生命科學的研究中絕大多數涉及到的是隨機事件，因此，生物統計學不僅是試驗設計與統計方法的教學，更重要的還是大學生思維方式的培養，這對提高大學生的素質很有必要。
生物統計學包括試驗設計和統計方法兩個有機聯系的組成部分。通過試驗設計的教學可提高大學生設計研究課題試驗方案的能力，使之明確課題的研究目的、試驗因素與水平以及試驗設計方法等方面的內容。通過統計方法的教學除讓學生弄清各種統計方法的內涵外，還需要使學生能夠正確地選擇最適合的統計方法，以揭示資料潛在的信息，達到研究的最終目的，從而提高大學生科學研究素質。
三、教學方法和教學手段的改革
（一）加強電子課件及網絡平臺本論文由整理提供建設。
生物統計學是應用概率論和數理統計原理研究生物界數量變化的學科，而概率統計的理論和思維方法對本科生來說有一定的難度，加之課程學時的減少（由原來的60-70學時，降到現在的40學時左右）,如何深入淺出地引導學生入門，并使學生在了解概率統計思想的基礎上，掌握常用統計分析方法的應用及使用條件是課程的教學難點。為此，我們利用多媒體技術，制作了與教材配套的課件，通過在課堂上把抽象內容形象化與直觀化，收到了良好教學效果。建設了一個生物統計學教學網絡支撐平臺，現有課程簡介、教學大綱、師資力量、授課教案、電子版《生物統計學》教材、課程錄像、實習指導、在線測試題、參考文獻、其它教學資源等欄目，免費向全校師生開放。
（二）將多媒體教學優勢與學生的認知規律有機結合，用較少的學時得到良好的教學效果。
多媒體具有信息量大、形象化、直觀化的特點。
但是如果不能很好地將多媒體這些特點與學生的認知規律相結合，多媒體教學就可能會帶來一些弊端諸如：（1）內容多，幻燈片變換快，由照本宣科變為照屏宣科，為新的“滿堂灌”；（2）課件圖片多，內容以展示為主，缺乏啟發性；（3）教學內容常用滿屏的方式顯示（即所謂“死屏”）,老師照著屏幕上的內容給學生講解，失去了傳統教學方法，老師邊講邊板書能給學生留下比較深刻印象的特點，缺乏吸引力。
而多媒體在教學中只能充當工具的角色，在教學過程中必須將多媒體信息量大、形象化、直觀化的特點與學生的認知規律緊密結合在一起。在制作課件時，采用啟發式教學方式，精煉教學內容，模仿傳統教學書寫板書的過程，根據教學內容的難易程度，采用逐字、逐句、逐段顯示教學內容的動畫方式。在課堂教學中，老師仍然保持傳統教學方法的教姿教態，在授課的過程中與學生保持互動，根據學生在課堂上接受知識的能力，掌握屏幕上顯示內容的速度，必要時輔以板書進行講解。這樣做既發揮了多媒體教學的特點，又充分照顧到學生的認知規律，在內容沒本論文由整理提供有縮減，學時減少近三分之一的情況下，仍然取得良好的教學效果。
（三）長期堅持教育教學方法及教學規律的研究。
生物統計學的理論基礎是概率論與數理統計，從這個層面上講，它有非常濃的數學味道，但是它又有別于概率論與數理統計，生物統計學更主要強調的是概率論及數理統計的思想和方法在解決生命科學中一些具體問題的應用。因此在教學過程中就存在一個“度”的把握問題，如果將概率論及數理統計的原理講得太多，一是學時不允許，二是學生難以消化，得不到好的教學效果；如果只注重方法的講解，學生知其然不知其所以然，就會誤入亂套公式的歧途。經過將教學的重點放在教學中引導學生重點掌握統計方法的功能與用途，方法與步驟，防止各類方法的誤用，淡化定理的證明與公式的推導。在教學內容的安排上采用“保干削枝”，即在學時減少很多的情況下，將一些次要的統計方法去掉，也要保證有足夠的學時講授理論分布與抽樣分布、統計假設測驗等方面的內容，讓學生掌握生物統計學中所蘊含的概率論及數理統計的思想精髓，從而避免學生亂套統計公式。
（四）密切跟蹤生命科學發展的前沿動向，探索生物統計學解決前沿問題的理論與方法。
統計學在生物學中的應用已有長遠的歷史，本論文由整理提供許多統計的理論與方法也是自生物上的應用發展而來，而且生物統計是一個極重要的跨生命科學各研究領域的平臺?，F在基因組學、蛋白質組學與生物信息學的蓬勃發展，使得生物統計在這些突破性生物科技領域上扮演著不可或缺的角色。
在課程建設中，隨時注意納入生物統計學在前沿領域研究應用的內容，增強課程的活力，提高教師和學生面向生物產業主戰場解決實際問題的能力。
四、加強實踐教學，注重學生能力培養
生物統計學要不要開實驗課，怎樣開實驗課，一直存在爭議，在此認為生物統計學不僅應該開設實驗課，而且還要將實踐教學的重點放在計算機技術和統計軟件的應用上，讓學生不僅掌握統計方法，而且加深對原理的認識，獲得就業或升學的必備計算機統計技能，提高解決復雜問題的能力。
（一）開展統計軟件的實習，擴大學生的視野，提高學生素質。
20世紀20年展起來的多元統計方法雖然對于處理多變量的種類數據問題具有很大的優越性，但由于計算工作量大，使得這些有效的統計分析方法一開始并沒有能夠在實踐中很好推廣開來。而電子計算機技術的誕生與發展，使得復雜的數據處理工作變得非常容易，所以充分利用現代計算技術，通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來，讓用戶直接看到統計輸出結果與有關解釋，從而使統計方法的普及變得非常容易。在課程體系改革中，各課程的教學時數與達到培養目標所需完成的教學內容相比還是不足的。為此，可以通過標準的統計軟件的教學實習來達到以點帶面，擴大學生視野，提高學生素質。超級秘書網
為此我們建立了一個專用于實習教學的生物統計電腦實驗室?，F共有50余臺電腦，并連接到校園網。實驗室配備有指導教師，負責對上機的學生答疑。除按教學計劃進行的正常實習教學外，實驗室還對優秀學生免費開放，鼓勵他們結合教師的科研活動，應用所學生物統計學知識，學習新的生物統計學知識，掌握應用計算機解決生物統計學問題的技能。
（二）全方位、多層次的實踐教學。
為了進一步培養學生實際動手能力和科學嚴謹的治學態度，必須將本課程的實踐教學活動延伸到課堂教學外，開展全方位、多層次的實踐教學。
在原綿陽農專期間，主要在作物育種、作物本論文由整理提供栽培、動物營養等課程實驗與實習中，根據相關內容加入了試驗設計方法以及數據統計分析的相關內容。
組建了西南科技大學生命科學與工程學院以后，由原來的單一農科專業變成了理、工、農三大學科均有專業的格局。雖然專業的學科歸屬不同，但有一點是相通的，其內涵均屬于生命科學的范疇。以科學研究的方法進行劃分，均屬于實驗科學。
掌握正確的實驗設計方法，從不確定性數據中挖掘事物的客觀規律，是實驗科學工作者必備的技能。因此，我們將原來只是在農科專業上延伸實踐教學的作法推廣到全院的所有專業，結合實驗課教學的改革，對發酵工藝學實驗、植物細胞工程實驗、食用菌實驗、微生物學實驗等課程的內容全部或部分改為用生物統計學指導學生自主進行實驗設計，把過去單一的實驗流程、樣品觀察或檢測實驗改變為試驗條件的優化試驗，提出在不同條件下對樣品測定的比較試驗設計、單因素試驗設計、多因素試驗設計、正交試驗設計、均勻試驗設計，對試驗結果要求學生使用統計學的方法對進行分析和討論，最后得出最佳試驗條件。
這樣的實驗教學改革起到了一箭雙雕的作用，從專業基礎課或專業課的角度看，改驗證性實驗為設計型、綜合性實驗，增強了學生解決實際問題的能力，培養了學生創新思維的能力；從生物統計學角度看，將課程的教學實踐延伸到課程外，彌補了學時的不足，更重要的是學生將自己學到的統計學知識，轉化為解決實際問題的能力，知識得到很好的內化。
此外，在學生課外科技活動中指導學生選用正確的實驗設計和數據的統計分析方法，提升科技作品的檔次；在畢業論文（設計）中要求學生采用恰當的生物統計學方法進行設計與分析，寫出高質量的畢業論文（設計）。
通過這樣的教學實踐，訓練了學生的統計思維能力，使學生充分認識到掌握生物統計學這一工具的重要性和必要性，增強了學生學好用好這門工具的信心，提高了學生從復雜的生命現象中挖掘事物客觀發展規律的能力。
篇3
高等教育提倡“以人為本”的素質教育理念，而學生教學信息員隊伍的建立無疑是落實這一先進理念的有效途徑。高等院校建立學生信息員隊伍的根本目的就在于讓學生充分融入到學校教育教學管理工作中來，如此，既能使學校的各項教育管理措施切實符合學生的實際學習與發展需要，同時又能將“學生主體”的先進理念真正落實到實處，為最大限度上調動學生的主觀能動性、推動他們積極、主動的參與到學校教學管理活動奠定了良好的基礎。
⒉有利于促進學校領導加強對于教學工作方面的管理力度
隨著高等教育的普及，高校學生在校人數較之以往有了大幅度的提升；除此之外，學分制的實施與推廣也使得以往傳統而落后的教育模式遠遠難以滿足當今高等教育的發展趨勢。從這層意義展開來講，高等院校的管理者理當深入教學一線對學校的教育教學現狀做一個細致的調查與研究，可是由于實際力量極為有效，高等院校的教學主管部門往往是心有余而力不足。學生教學信息員隊伍的建立就很好的解決了這一問題。讓學生參與到學校教學管理工作當中，一方面可以有效減輕管理者的壓力以及負擔，在一定程度上緩和管理工作與學生基數龐大、管理事項瑣碎之間的突出矛盾；另一方面通過學生教學信息員隊伍的深入調查與歸納，主管教學管理工作的領導者還可以有針對性的采取改進措施，真正做到有的放矢、對癥下藥，這對于學校領導加強教學管理工作的力度、不斷完善教學管理機制做好了充分的準備。
⒊有利于切實提高教師隊伍的教學效率以及質量
學生教學信息員隊伍負責向學校反映各科教師的真實教學水平以及質量；負責匯集與整理學生對學校教學管理制度、學風建設、師資配備力量等問題的意見與建議等。通過對相關反饋信息的分析，可以給廣大一線教師提供很多的信息和內容，有利于教師不斷更新自身的教育理念、轉變課堂教學模式或者組織形式。對教師自身教學水平以及學校整體教學質量的提高產生巨大的意義與影響。
二、學生教學信息員隊伍管理過程中應當注意的問題
⒈注重學生教學信息員的個人工作態度
學生教學信息員隊伍作為溝通學生、教師、學校管理者這三方的紐帶，是保證學校整體教學質量有效提高的重要因素。因此，學生教學信息員的個人素質以及工作態度不但影響所反饋信息的真實性，客觀性，也關系到信息員隊伍整體素質的提升，更重要的是還在一定程度上關系著學生信息員制度是否能順利實施從而充分發揮其重要作用，為學校管理者了解教學狀況、提高教學質量貢獻自己最大的力量。從這一層背景來講，注重學生教學信息員的個人綜合素質以及工作態度就分外重要了。總的說來，學生信息員必須具備以下素質：⑴自身要有端正的學習態度學生教學信息員本身就是協調學校教學管理方面的工作，因此，他們首先自身必須具明確的學習目的及其端正的學習態度，如此的話，才能真正起到良好的榜樣示范作用，促使其他學生向自己看齊，整個學校范圍內自然會形成一個優良的學習環境與氛圍。⑵組織管理能力學生信息員需要深入到學生與教師群體之中，頻繁的開展教學信息的調查、搜集與整理工作，這就要求他們必須具備良好的溝通協調能力與組織管理能力，這樣才能確?；顒拥捻樌麑嵤?。⑶要有無私奉獻的精神與端正客觀的工作態度學生信息員隊伍需要迅速、及時的反映各科教師的最新工作狀態，以及學生對學校教學管理制度的種種意見與看法，因此，這就需要個體信息員具備無私奉獻的精神品質，甘愿放棄自己部分的休息時間從事相關信息收集和整理工作。除此之外，學生信息員還必須持有實事求是、公正客觀的工作態度，這樣才能保證信息的真實性與合理性，從而為進一步改善學校整體的教學質量提供充足的保障。
⒉制定完善的例會制度
制定完善的例會制度，是保證學生信息員工作順利開展的必要措施。在固定的例會上，不但可以通報每位學生信息員的考勤記錄，促使他們真正將自身融入到這項工作之中；而且還可以組織學生信息員成員之間就自己的工作經驗以及看法等充分進行溝通與交流，這對于提高工作效率有著非常大的幫助。
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2.信息技術教學能實現生物教學中微觀向宏觀的轉變
微觀性在中學生物學中是一個重要的特性。如，細胞是生命中最基本的單位，這節就講述了細胞的結構和功能；細胞的繁衍和分化；癌變和衰老等一切關于微觀生物學的實質，但其微觀性較強，學生在學習過程中會有很大的阻礙，也讓初學者很難邁出這第一步門檻，造成很多學生對生物學失去了興趣。傳統的教學是以老師的語言敘述、板書的描寫、模型的展示來對學生進行教學，逼迫學生重復記憶學習，使學生產生了厭煩的情緒。我們運用信息技術就可以解決這方面的問題。例如，利用多媒體講述“細胞器———系統內的分工與合作”這節內容效果會大大不同，通過色彩形象的細胞亞顯微結構整體演示，在學生的腦海中形成了整體的印象，之后演示細胞質基質部分閃動方式和顏色的體現，這樣可以使學生對細胞質基質和細胞器更好地區分開。接著逐一對細胞器進行逐一的擴大和特寫，通過學生的仔細觀察、認真的感知和自主探究的過程掌握了各個細胞器的結構和功能。
3.對生物實驗進行模擬，從而達到教學質量的提高生物學中離不開生物實驗，在實驗中，學生可以親身經歷科學研究的基本過程，這對學生理解和掌握所學知識起到了重要的作用。通過實驗還可以提高學生的動手能力、創新能力、互相交流的能力等。但是實際的教學中，實驗經常會被許多方面的條件制約導致無法實施。這樣教師只能借助教材空講實驗，學生也只能勉強地熟記實驗的過程，學生的學習質量可想而知。現在信息技術走進教學，為中學生物實驗提供了寬闊的空間，也解決了技術條件不足的問題。
二、信息技術教學在中學生物教學中存在的缺點與不足
篇5
課堂教學時間只有短短的四十五分鐘，為了在有限的時間內完成大量的教學任務，很多時候，教師在備課的時候必須要對一些內容進行刪減，而經過刪減后的教學內容容易出現這樣幾個問題，一是教學內容過于單薄，缺少必要的材料支撐，二是教學內容理論性過強，內容相對比較枯燥，三是教學內容的完整性被切割，知識顯得過于零散，不利于學生知識系統的形成。怎樣才能解決教學內容和教學時間之間的矛盾呢？多媒體工具就可以起到重要的作用了。在傳統的教學工具下，教師需要一字一筆地將重要的教學內容寫在黑板上，形成板書，這樣的方式不但效率低下，內容量也十分有限。而有了多媒體信息工具就完全改變了這一局面，教師可以通過制作課件，將教學內容先準備好，到了課堂上直接運用電子白板，在幾秒鐘內就將教學內容呈現到學生眼前，大大提高了課堂教學知識的傳遞密度。
篇6
傳統教學中以語言描述、黑板板書為傳遞信息的主要方式，費時費力，教師教學負擔沉重，但整個課堂教學密度與課堂容量非常小，如何在有限的時間內盡可能多地實現知識的互動呢？現代信息技術實現了輸出方式的多元化，正是進行高密度的知識傳授，大信息量的優化處理的重要手段。首先，教師可以提前將所要講述的內容存儲于電腦，課上只要進行相應的操作，就可以將所要講解的內容圖文并茂地呈現出來，將教師從繁重的板書中解脫出來，教師就可以有更多的時間來與學生進行互動探究，從而能在有限的時間內盡可能多地來傳遞信息。其次，表現手段多元，擴大信息輸出量。現代信息技術以圖片、文字、音頻、視頻等來傳遞信息，這使得信息的種類更為多元，內容更為豐富。1.圖片。眾所周知，圖形不是語言，但是卻比語言更加直觀、更加形象，更能吸引學生的注意力，同時還包含著更多更豐富的信息，甚至可以傳遞許多語言所不能表達與描述的信息。2.動畫。動畫將圖片與文字結合在一起，并能夠利用圖形的縮放、移動、顏色的漸變等一些特殊效果來集中展現，更加生動，富有動態感?，F代信息技術都可以充分利用圖形、動畫等來將學生帶入圖文并茂、聲像俱全、動靜結合的教學情境中，這正是增大知識密度、擴大課堂容量的重要手段。
三、運用現代信息技術豐富教學內容
生物學科是一門研究人類生產生活的生命學科，其內容廣泛，跨越度大，小到細胞大到生物全部都是生物學科的研究對象，可以說只要有生命存在的地方就有生命研究。這決定了我們的生物教學不能只是就教材講教材，而是要踐行新課改所倡導的大教學觀，將教學的觸角延伸到無限的生命空間。生物學科既然是研究生命運動的，其傳遞信息的方式就不僅是文字以及插圖，還有更為豐富的表現形式。現代信息技術不僅有強大的互聯網為依托，同時還具有強大的綜合功能與表現效果，可以實現多種教學資源的優化與重組，開發出以教材為中心的多種資源的整合，極大地豐富教學內容，讓我們的生物教學與社會接軌，與世界同步。如我們可以將當今全世界人類所面對的人口、資源、環境、糧食等話題以圖文聲像地形式引入課題，讓學生真正學到有用的生物知識，能夠更深刻地認識到生物學科與人類息息相關。
四、運用現代信息技術更能全面實現因材施教
學生存在一定的差異，這是客觀事實。在傳統教學中這是教學的最大問題，但是在現代教學中這卻正是教學的重要資源。學生有著鮮明的個性，促進學生富有個性的成長，引導學生展開富有個性的學習，這正是新課程改革的重要理念?，F代信息技術具有很強的交互性，信息量大，處理速度快，可以為學生提供個別化的學習環境，讓學生根據自己的基礎知識、接受水平來選取適合自己的學習方法、學習進度與難易程度，更能真正實現因材施教。處于這樣的學習環境與學習模式之中，更能突出學生學習的主體性，展現學生不同的學習個性，讓每個學生都可以基于自身基礎選擇最為合適的方法展開自主學習，使得學習更加貼近學生的最近發展區，更能促進學生自身的全面發展。
篇7
從本質上來看，生物醫學圖像成像技術（下文簡稱“圖像成像技術”）與醫學影像技術的區別并不大，僅僅是人們更習慣將其表達為醫學影像。生物醫學圖像成像技術的研究內容為：利用染色方法和光學原理，清晰地表達出機體內的相關信息，并將其轉變為可視圖像。圖像成像技術研究的圖像對象有：人體的標本攝影圖像、觀察手繪圖像、斷層圖像（如ECT、CT、B超、紅外線、X光）、臟器內窺鏡圖像、激光共聚焦顯微鏡圖像、活細胞顯微鏡圖像、熒光顯微鏡圖像、組織細胞學光學顯微鏡圖像、基因芯片、核酸、電泳等顯色信息圖像、納米原子力顯微鏡圖像、超微結構的電子顯微鏡圖像等等。
圖像成像技術主要包括2個部分：現代數字成像和傳統攝影成像。通常可采用掃描儀、內窺鏡數碼相機、采集卡、數字攝像機等進行數字圖像采集；顯微圖像采集則可應用光學顯微鏡成像設備及超微結構電子顯微鏡成像設備；特殊光源采集可應用超聲成像儀器、核磁共振成像儀器及X光成像設備。目前，各種醫學圖像技術的發展都十分迅速，特別是MRI、CT、X線、超聲圖像等技術。在醫學圖像成像技術方面，如何提高成像分辨力、成像速度、拓展成像功能，尤其是在生理功能及人體化學成分檢測方面，已經引起了相關領域的重視。
1.2圖像處理
生物醫學圖像處理技術，是指應用計算機軟硬件對醫學圖像進行數字化處理后，進行數字圖像采集、存儲、顯示、傳輸、加工等操作的技術。圖像處理是對獲取的醫學圖像進行識別、分析、解釋、分割、分類、顯示、三維重建等處理，以提取或增強特征信息。目前，醫學領域所應用的圖像處理技術種類較多，統計學知識、成像技術知識、解剖學知識、臨床知識等的圖像處理均得到了較快的發展。另外，人工神經網絡、模糊處理等技術也引起了圖像處理研究領域的廣泛重視。
1.3圖像分析及圖像傳輸
生物醫學圖像分析技術，是指測量和標定醫學圖像中的感興趣目標，以獲取感興趣目標的客觀信息，建立相應的數據描述。通過計算測定的圖像數據，可揭示機體功能及形態，推斷損傷或疾病的性質及其與其他組織的關系，進而為臨床診斷、治療提供可靠依據。生物醫學圖像傳輸技術，是指應用網絡技術，在互聯網上開展醫學圖像信息的查詢與檢索。通過網上傳輸圖像，在異地間進行圖像信息交流，可實現遠程診斷。同時，在院內通過PACS（數字醫學系統—醫學影像存檔與通信系統），也能在醫院內部實現醫學圖像的網絡傳遞。
篇8
2.專業需求。專業知識、專業研究方法、專業檢索方法。學生論文寫作需要對本專業有著較全面地了解，并要求對某些方面有較專深的知識技能，這樣才能寫好文章。圖書館在這方面似乎難以給學生以重要的幫助。但圖書館可利用自己信息中心的地位和各系部資料室、指導教師聯系，幫助整理專業信息，逐步發展出即懂信息又了解相關專業知識的學科館員，培養出本校的信息專家，可為學生提供良好的專業信息服務。
二、圖書館的服務方式
隨著網絡環境發展,高校圖書館在大力購買印刷型文獻的同時,又不斷增加數字化文獻的入藏比例。這些舉措,促進了高校文獻信息資源的不斷完善,夯實了高校圖書館利用館藏文獻資源為畢業生撰寫學位論文服務的基礎。現代知識爆炸環境下更加重視信息的利用和用戶的評價。圖書館員雖然不能象指導教師一樣去全面幫助學生，但可以從圖書館的職能出發，為學生提供方便的信息服務。特別是網絡環境下，高校文獻資源的收集、存儲、加工、利用的方式日新月異。這就給高校圖書館的文獻管理、檢索服務提出了新的要求，它要求高校圖書館要與時俱進,創新文獻管理、檢索服務內容和方式。
1.充分利用圖書館的傳統服務方式。(1)以講座、授課的形式進行文獻檢索課教學和指導。我校曾經舉辦過一次CNKI數據庫使用方法講座，由清華大學教師講授，聽課師生非常多，說明師生對講座的重視及對檢索教育需求的廣泛。如：每年定期舉辦這樣的講座一定非常受歡迎。文獻檢索課教學需求也非常大。(2)以專題講座或整理資料的形式進行專題服務。(3)建立咨詢臺為學生提供面對面的咨詢服務。
2.建設圖書館網頁，并努力開發網絡服務功能，提高圖書館的現代化服務能力。網絡不但可以多用戶，多功能，而且能夠方便地將資源進行存儲，真正實現資源的共享。各種傳統服務方式都可通過網絡實現，還可開發更新的服務形式以達到更好的效果，主要如：(1)虛擬參考咨詢服務是一種基于網絡環境的幫助服務機制，咨詢員和讀者通過計算機和網絡接受提問和給出答案。目前，國內外圖書情報機構提供兩種虛擬參考咨詢系統。一種是異步參考咨詢系統;一種是實時參考咨詢服務。異步參考咨詢主要采用電子郵件和web表單方式。實時參考咨詢是參考咨詢員和讀者通過網絡以即時交互的方式來咨詢問題的服務方式。它是一種真正的在虛擬環境下讀者與專家的交互過程，它的最大優點是交互性和實時性。國內較典型的主要有國家科學數字圖書館數字參考咨詢系統、北京大學圖書館參考咨詢系統、清華大學圖書館參考咨詢系統等。(2)網絡資源導航主要是以本校專業為基礎將資源進行整理，并以網頁形式提供給讀者以便于使用本校資源(3)個性化服務主要包括個性化定制和個性化知識推送兩種服務形式。MyLibrary是一個用戶驅動的個性化集成定制系統,提供以圖書館信息資源為主的資源集合的個性化定制功能,其目的是根據用戶的需求特征,通過用戶定制、系統推薦和推送功能,為用戶提供個性化的信息服務,減少由于信息過載對用戶造成的困擾。個性化知識推送是對讀者需求進行分析后可將相關知識資源直接推薦給讀者，主要是一種輔助檢索的功能。天津泰達圖書館由中國數字圖書館公司幫助開發的mylibrary和個性化服務系統就是兩種服務的體現。(4)網絡學術社區可以說是網絡學術服務的最佳形式，它是一個集資源與交流為一體的網絡學術平臺，以資源為基礎，以網絡為平臺，以個性化服務為目標構建一個學術交流平臺，用戶可以構建自己的學術圈，可查找資源、，并尋找自己的學術同仁，討論學術問題。目前主要以Blog形式進行，還在開發探索階段。
[此論文為河北省科技廳軟科學課題《大學生信息素質與讀書策略研究》的階段研究成果，課題編號：074572234。]
參考文獻：
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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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近些年，生物信息學順應時代變化而成為生命科學的新興領域。[1]生物信息學主要是對核酸和蛋白質兩個大方向的數據進行處理與分析。[2]目前，生物信息學作為基礎課程在各高校生物科學專業及相關專業開設。其教學質量的高低對于培養學生的綜合能力具有重要的意義。[3]因此，各高校在教材選擇、課程安排、教學內容、實踐教學等方面不斷進行改進。[4]優秀的生物信息學教材是提高教學質量的基礎。對不同的教材進行對比分析，從中選取適合相關專業的教材，是教師的必要工作。本文對五種生物信息學教材進行分析，為不同專業對于教材的選擇提供參考和建議。
一、研究方法及教材簡介
（一）文獻研究法
筆者主要從以下三個方面進行文獻檢索。首先，搜索與生物信息學教材分析相關的著作。其次，利用中國知網、萬方數據庫等檢索與教材分析相關的期刊論文。最后，借鑒優秀教師的教案，仔細閱讀并進行分析。深入了解相關生物信息學教材分析的背景以便進行整理分析。
（二）對比研究法
本文主要選取了五種生物信息學教材，根據教材的基本框架結構及特點，對其進行對比分析，分析總結不同教材之間異同。
二、生物信息學教材分析
隨著課程改革的不斷完善，針對不同地區、不同專業，教材的使用也趨向多元化。生物信息學教材是教師進行教學活動的基礎。對不同的生物信息學教材進行對比，以便教師作出最適合的選擇。如表1所示，對五種教材從宏觀角度進行內容上的分析。
如表1所示，從中可看出這五種教材從整體編寫方面，都涵蓋了核酸和蛋白質兩個主要層面。主要內容包括：生物信息學的概念及發展歷程、數據庫的介紹、生物信息學常用統計方法、基因組學、蛋白質組學等幾大方面。并且，大多數教材都附有思考題，有利于學生課后對知識進行運用及加深理解。只是隨著生物信息學的飛速發展，不同版本的教材增添了新的相關的知識。同時不同教材的側重點略有差異。
另一方面，從表1中可看出，五種教材所包含的章節為7到15章不等。這說明，隨著科學技術的不斷發展，更多的前沿知識不斷地填充到教材中。所以，隨著時間的變化，不同的教材，具有各自的特色。
首先，教材的側重點不同。隨著各物種的基因組計劃的不斷完成，生物信息學發展實現了質的飛躍。并且融入到各個領域中。例如：由李霞、雷建波編寫的《生物信息學》，側重介紹了生物信息學與疾病的相關聯性。教材在內容和形式上有所創新。突出實用性，以臨床實際問題作為編寫出發點；而劉娟編寫的《生物信息學》一書中，以豐富的實例，重點介紹了相關數據庫和軟件的功能、應用策略和使用方法。在章節編排上涉及微陣列數據分析的內容，突出了生物信息學與數學的融合。
其次，不同教材的難度存在差異性。陶士珩編寫的《生物信息學》較基礎，包含了生物信息學基本內容，力求使學生全面了解和掌握生物信息學領域的重要基礎知識與基本操作技能。而陳銘編寫的《生物信息學》，根據生物信息學多學科融合的特點，增添編程與統計學知識，教材所涉及的知識范圍廣泛。使得無論是對教師還是學生來講，都要求具有深厚的學科背景。
最后，學科之間聯系程度差異。生物信息學作為一項生物科學的工具，不僅僅應用于生物學，同時，在醫學、農業專業、計算機科學等領域。[10]但不同教材所體現生物信息學與其他學科的聯系程度不盡相同。例如：吳祖建編寫的《生物信息學分析實踐》一書，主要包含了數據庫檢索、引物設計、序列分析等諸多技術問題。書中以圖表形式為主，文字介紹為輔，以讓學生學會操作為主，將生物信息學與計算機科學緊密結合。
三、結語
生物信息學重要特點為學科交叉性，涉獵范圍廣。不同的生物信息學教材適用于不同專業。本文對五種教材進行對比分析，根據教材不同特色并結合不同專業特點，為教師選擇適合的教材提出建議。陶士珩、劉娟編寫的兩版不同《生物信息學》，內容基礎，適用農業專業和師范專業作為教學用書；李霞、雷健波編寫的教材，主要突出了與醫學相關聯系，適用于醫學專業用書；陳銘、吳祖建所編寫教材，注重與計算機科學的關聯，實踐性強，有利于培養學生動手操作能力，適用于計算機專業。
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1 生物信息學概述
伴隨現代高通量分子生物學技術的快速發展，生物信息學在生物醫藥領域的應用日益深入[1]。作為數學理論、計算機技術和生物醫藥研究的整合學科，生物信息學在生物進化、生理功能、疾病治療、藥物開發、農林產業等眾多領域均具有重要的應用價值，是研究生命科學、醫藥科學內在定量規律的重大交叉前沿學科。鑒于生物信息學的重要研究價值和廣闊的產業化前景，發展生物信息學專業教育，有計劃的建設生物信息學專業課程體系，開展面向實踐能力的生物信息學人才培養對促進現代生物醫學發展有重要的意義[2]。
2 生物信息學教育發展現狀
生物信息學發展起步于20世紀末，在短短的十幾年中，生物信息學已經發展成為了橫跨多個研究領域的朝陽專業，國內眾多高等學府、科研院所相繼開設了生物信息本科和研究生專業[3]。但是，在實際的教學和研究過程中，絕大數單位依托于單一的數學、計算機或生物學專業開展，人才培養模式尚處于探索階段，在培養過程存在生物信學理論基礎薄弱、課程體系不健全、課程內容不完善、專業教材匱乏、專業師資隊伍缺乏等問題。
哈爾濱醫科大學生物信息科學與技術學院是全國領先創辦生物信息學專業的單位之一，多年來致力于生物信息學的科學研究和本、碩、博各類人才培養，堅持以學生為本，以培養高素質生物信息學專門人才為目標，深化教學改革，以滿足日益發展的生物信息學高端人才需要[4]。為解決生物信息學的教育教學問題，培養高水平的現代生物信息學人才，我們提出立足國內高等生命科學與醫學教育，建立面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系，以實現高質量培養具有理工科創新思維能力的生物醫學人才，為我國生命科學―醫藥學科教育教學、科學研究和產業化輸送大批專門人才。
3 生物信息課程體系建設
3.1 課程建設目標和指導方針
結合生物信息學才培養目標，經過數十名骨干教師十余年生物信息學教學實踐及人才培養成果經驗反饋，我們適時調整本科生課程及教學內容，逐步建立起面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系。奠定了本科生的人文素養與科學素養并重，公共基礎理論及專業理論相輔相乘，重視學生理工生物醫學全方面素質提高，重點突出學生實踐能力的人才培養方針，并在實踐中培養了大批具有創新思維能力的優秀高端生物信息學專業人才。
3.2 生物信息學課程體系建設方案
考慮到生物信息學多學科交叉特點和國家大學生培養要求，及學生未來就業深造所必需的基礎和專業能力，我們在國內率先開創了生物信息學專業人才培養課程體系，并在醫學院校獨立開展近40余門數理基礎課程和生物信息學專業課程。主要的課程建設情況如下：
（1）公共基礎課程（國家限修課）：政治理論課程、公共外語、體育。
（2）生物醫學基礎課程：解剖生理學、發育生物學、生物化學、細胞生物學、分子生物學、生物技術實驗、分子藥理學等。
（3）計算機基礎課程：計算機基礎、高級語言程序設計（C++&JAVA）、數據結構、Perl語言程序設計、數據庫系統原理、Linux操作系統與程序設計等（上述課程均含上機實踐）。
（4）數學基礎課程：數學分析、高等代數、概率論與數理統計、數理邏輯、組合數學與圖論、微分動力學方程、運籌學等（上述課程均含上機實踐）。
（5）專業基礎課程：信息論基礎、生物統計學、生物醫學圖像處理、模式識別、優化算法、隨機過程、生物信息學概論、生物信息數據挖掘、生物信息軟件設計與開發、分子生物軟件工程、生物信息學數據可視化、專業外語等（上述課程均含實驗）。
（6）專業課程：生物芯片技術、結構生物學、分子進化、分子生物網絡、基因組信息學、蛋白質組信息學、藥物基因組信息學、統計遺傳學、計算表觀遺傳學、計算機輔助藥物設計等（上述課程均含實驗）。
（7）綜合實踐課程：課題標書設計、科研論文寫作、生物信息學進展等。
我們在實踐基礎上開創的面向實踐能力培養的生物信息學專業課程體系不同于其他院校，具有明顯的跨專業交叉性教學計劃特色。該課程體系著眼于基礎理論與實踐應用相結合、素質培養與專業培養相結合、扎實穩妥與創新思維相結合。注重學生在醫學、生物學、數學、計算機科學方面的基礎性教育，同時，強調了創新型人才培養、高精尖人才培養、特色化人才培養。厚基礎、寬口徑，使學生在本科階段不但打好將來從事生物信息學、系統生物學、生物醫藥等相關領域創新性研究工作基礎，更重要的是該專業課程體系與實踐密切聯系，切合相關研究開發與產業實際，能夠培養學生從事原始創新研究與產業開發的能力。
4 生物信息學本科生培養模式建設
4.1 五年制分段培養與多學科教育體系
目前，我們根據生物信息學交叉學科人才培養特點，考慮到基礎課程多，實踐能力要求高等因素，采取“2+2+1”的五年制本科人才培養模式，包括兩年理論基礎課程、兩年專業課程與一年實踐應用課程培養（含科研訓練+畢業設計）。此模式在學生就業和用人單位反饋中證實具有顯著的人才培養效果。
課程體系建設依托于生物醫學綜合優勢及深厚的數學、計算機科學功底，通過理論教學與實踐訓練中的知識技能交叉、滲透，培養適應21世紀生命學科與轉化醫學領域急需的生物信息學復合型人才。在此基礎上，從學科的交叉性出發，進一步加強不同類別課程之間的有機融合，加大相關領域知識的整合力度，建立更為緊密、完善，符合生物信息學學科特點的課程體系，將進一步推動學科的發展和系統性教育理論體系的建立。
4.2 面向實踐能力培養的本科生教育模式
在本科學生的培養過程中，我們特別重視學生實踐能力的培養，通過教研一體化、學業導師制、報告研討制等先進的教學方法，引導學生早期接觸生物信息學應用領域和科學研究，在鞏固學習知識的同時，加強對學科的認識和對未來的把握。
“教研一體化”的實踐教學模式：面向實踐能力培養的課程體系建設，要求教學模式上的改革，使得人才培養模式由注重多數學生基礎理論知識培養的大眾教育，向注重少數高精尖創新能力培養的精英式教育轉變。充分利用骨干教師在生物信息學領域的研究經驗，將科學研究成果快速轉化成優秀的教學素材，培養學生動手、實踐、創新能力，注重培養學生實際產業化的認知水平和實踐能力。
本科生學業導師制：本科生進入專業課教學階段，實行學業導師制。采取學生與一線骨干教師雙向選擇方式，使每名學生擁有自己的學業指導教師。導師為學生提供思想教育和專業輔導，并通過指導大學生數學建模競賽、創新創業科研訓練、早期科學研究等方法促進學生的學習盡頭和對專業的深入認識。
專題報告與研討制度：本科生畢業設計階段，強調學生的“主體”學習地位，使學生選擇感興趣的學科方向，在導師指導下進行科研訓練與實踐。要求學生自主利用網絡等各方面資源，獲取學科前沿信息，并以專題報告形式展示學習成果，通過提問、研討、總結，提升自身專業素養及專業技能，獨立完成達到核心期刊發表水平的生物信息這科研課題。
5 生物信息學課程體系建設的意義
在全體師生的努力下，經過多年的實踐探索，我們對生物信息學課程體系從基礎到實踐的不同階段進行分段式、推進式的改革與建設。在政策措施、人員配備、經費匹配等各方面給予鼎力支持。優先保證面向實踐能力培養的生物信息學課程體系快速、有效的建設，已經形成國內頂尖的生物信息學本科教育理論和實踐團隊，并為國家輸送著大批高水平生物信息學人才。
面向實踐能力培養的生物信息學課程體系建設，一方面能夠完善生物醫學本科生、研究生的知識結構，提高運用理工科思維和技能解決復雜生命科學問題的綜合科研能力，更為有效的實現生命科學攻關和創新研究理論形成；另一方面，生物醫藥是我國科技研發的薄弱環節，在課程體系建設基礎上，培養適用于現代高通量分子生物學技術的創新型生物信息學人才，將為我國的醫藥物研發提供強有力的推動作用，并有利于創新臨床診斷技術開發和個性化醫療的實現，促進科技轉化，產生潛在的、不可估量的經濟價值。
6 致謝
本文研究內容是在黑龍江省高等教育教學改革專項項目，黑龍江省高教學會重點課題創新型生物醫學信息學人才培養模式研究，黑龍省創新創業人才培養項目面向生物信息產業開發的創新型專業人才培養模式研究與實踐，哈爾濱醫科大學醫學教育研究課題面向實踐能力培養的生物信息學專業課程整合設計研究資助下完成的，課程體系的建設得到哈爾濱醫科大學學校領導的支持，并得到兄弟院校相關領域專家、學者的幫助，在此一并感謝。
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1工科專業的生物信息學課程教學問題
1.1課程教學內容新穎繁多，與專業課程體系設計不匹配
生物信息學作為一門新興的交叉學科，要求學生了解、掌握的基礎知識非常多，但學校側重于工程人才培養，工科應用課程多，生物基礎知識薄弱，且將生物信息學作為專業選修課，僅安排24學時的授課時間，這就形成教學內容新穎繁多與專業課程體系安排設計不匹配，難以有效利用已學知識對這個綜合性新興學科課程進行全面學習，部分大學生還因學無所成或跟不上授課進程而產生厭學情緒。
1.2授課學時短，教學和考核模式落后
生物信息學知識龐博、原理抽象、實踐性強，但因課程授課學時嚴重不足，課堂教學通常以理論教學為主，采用以教師講授為主體的傳授式教學方法，幻燈片課件展示容量很大，學生缺少足夠的時間思考和消化，常感到學習千頭萬緒，不得要領。傳統教學方式無法滿足該課程教學需求，在生物信息學教學中存在較大局限性。在傳統教學方法下，課程考核仍以卷面形式進行，忽視實踐技能，不能有效考查大學生的學習效果。因此，傳統教學和考核方法忽視了該課程前沿性、實踐性強的特點，使學生失去了主動思考和積極創新的動力和機會。
1.3教學資源不充足，教材選擇困難
生物信息學作為一門新興學科，教學資源不充足成為普遍現象。生物信息學教材在教學內容的新穎性、時效性和對各專業的適用性等方面有所欠缺，例如一些數據庫及軟件總在不停更新，教材內容有比較大的滯后性。由于高校開設該課程的時間通常較晚，適用于工科專業的生物信息學教學資源，如教學教案、多媒體課件、教學視頻等尤為欠缺。同時，由于生物信息學課程的前沿性，與生物信息學有關的網頁大部分都是英文，工科大學生的生物信息學專業詞匯極其匱乏，開展實踐教學時學生學習非常吃力，甚至造成學生學習困難，教學效果比較差。
2工科專業的生物信息學課程教學改革
2.1根據專業特點改革教學內容
結合工科專業特點及培養特色，選用相對簡潔，基礎知識與實踐應用相結合的教材，如陳銘編寫《生物信息學（第二版）》等。同時不拘泥于教材，針對具體講授情況進行有機取舍和補充，合理制訂教學方案。比如，對浙江大學生物工程專業的本科生來說，生物信息學更多的是一種輔助分析工具，不需要深入學習數據庫的構建方法、軟件算法等基礎知識，更多的是培養他們應用生物信息學技術和思維方法來服務本專業知識的能力。因此，大力引入實踐教學，大幅度壓縮理論教學，理論教學和實踐上機操作時間基本按等比例分配。改革后的理論教學內容包括生物數據庫及其信息檢索、序列比對與分子進化、核酸序列分析、蛋白質性質和結構分析、基因組信息學、蛋白質組信息學等；實踐教學引入了常用生物信息學數據庫的應用、核酸和蛋白質序列的進化分析、DNA序列的信息學和功能分析、蛋白質序列分析和結構預測、常用生物軟件的應用、綜合實驗等。該教學計劃不僅使學生有效學習生物信息學的理論和技術，還可使學生深刻體會和貫通一些生物化學、分子生物學、基因工程等生物課程的知識，夯實了工科大學生的生物學基礎理論知識，為學生開展專業相關的實踐創新項目和后續畢業論文設計提供技術支持。
2.2革新基于多媒體的互聯網教學方法
多媒體網絡教室借助于計算機網絡和多媒體技術，輕松實現生物信息學理論講授、數據庫搜索及軟件應用演示，便于師生課堂交流，增強學生的教學參與意識[4]。再加上大多生物信息學數據庫及軟件工具在因特網上免費提供，引導學生充分利用這些網絡資源尤為重要。因此，必須建立有效的基于多媒體的生物信息學互聯網教學方法，給大學生提供更多動手操作機會，改善學習效果，充分體現生物信息學的實踐性?；诖?，將每個生物信息學教學主題的課堂講授內容分為2部分：一是用幻燈片進行理論知識講授和操作演示，二是指導學生利用豐富的網絡資源和軟件工具完成相關上機實習，引導學生進行探索式練習，培養主動學習的習慣。例如在GenBank數據庫教學活動中，首先用幻燈片講授該數據庫的簡要情況；接著演示GenBank數據庫的搜索方法和搜索結果的要點，結合搜索內容講解核酸及蛋白序列的格式、主要字段的含義、序列下載的方式；最后，布置相關上機操作內容，由學生上機操作該數據的搜索，并對搜索到的序列進行解讀，教師全程指導解疑。另外，為擺脫該課程學時短的限制，結合教學內容適量安排課后作業，鼓勵學生利用課余時間上機操作，鞏固和拓展生物信息學知識。這樣的教學方式簡明扼要，既節約了課堂時間，還教會了學生主動獲取信息的手段。
2.3開設創新型開放性實驗
生物信息學課程的開放性和前沿性可以開拓學生的視野，幫助開發新的思維方式。因此，在生物信息學實踐環節增設創新型開放性實驗[5]，綜合采取啟發式、研討式、運用式等教學方法[6]，強調大學生的創新思維、實踐動手能力的培養，有效調動學生的學習興趣。新型開放性實驗包括演示實驗實例模塊和綜合研究實驗模塊，讓學生自己提出問題、設計和探索解決方案，引導學生獨立思考、大膽動手，充分發揮學生的主動性和創造性，培養學生發現問題、綜合分析處理問題、信息的收集和整理、創造性思維等獨立動手能力以及團結協作能力。就綜合實驗模塊而言，例如，學生想研究自己感興趣的一個基因，要求學生獨立查找相關文獻和資料，收集和分析核酸、蛋白質序列及其同源性關系，預測該基因的結構、功能，最后總結這個實驗過程并分析實驗結果，撰寫一份實驗報告。通過創新型開放性實驗訓練，可以全方位、多角度、重能力地訓練學生的綜合素質。
2.4制訂理論與實踐并重的教學效果考核方法
根據新的教學內容和模式，積極改革生物信息學考核方式，制定理論和實踐并重的考核制度，增強考察大學生對生物信息分析的基本技能的掌握程度以及對結果的分析能力。例如，課程的學生總評成績由平時成績和期末成績組成，分別占25%和75%。期末成績評定由理論考核和上機考核組成，比例分別占40%和35%。上機考核包括2部分：一是針對課堂教學內容隨堂布置上機作業，讓學生深化理論教學和演示實驗教學的學習，評定學生作業成績；二是讓學生選定感興趣的研究課題或教師設定研究主題，學生結合所學生物信息學知識，獨立制訂完整的研究方案，通過上機操作完成方案中的生物信息學操作，并對結果進行解讀，形成一份實驗報告，教師評定學生的報告成績。通過這種考核可以全面評定學生的學習效果，促進學生主動學習，同時還可以準確發現教學過程中存在的問題，為課程教學的進一步優化提供指導。
3結語
根據生物信息學課程特點，針對工科專業培養特點，結合近年來筆者的課程教學實踐，精心選擇教學內容，突出并合理組織實踐教學，注重培養大學生的核心技能；充分采用基于多媒體的互聯網絡教學，增設創新型開放性實驗，構建多樣性教學方法，強調學生的創新思維、實踐動手能力的培養；注重教學效果評價，制訂突出實踐能力的考核方法，促進學生主動學習能力。通過這些教學改革和實踐，逐步探索適合工科大學生的生物信息學課堂教學模式，有效提高課堂教學效果，切實增強學生的專業知識和技能。
參考文獻
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篇13
生物信息學將數學和統計學作為主要的計算理論基礎，主要包括數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面。此外還包括隱馬爾科夫鏈模型(HMM)在序列識別上的應用，蛋白質空間結構預測的最優理論，DNA超螺旋結構的拓撲學，遺傳密碼和DNA序列的對稱性方面的群論等。因此，在生物信息學教學過程中要求教師具備數學及統計學的計算方法的基礎知識，能夠利用牛頓迭代法、線性方程回歸分析、矩陣求擬、最小二乘法等進行數學建模和計算，從而對基因和蛋白質序列進行比對、進化分析和繪制遺傳圖譜等。
2．生物科學基礎
生物信息學包含的生物類學科有，生物化學、分子生物學、遺傳學等基礎學科，基因工程、蛋白工程、生物技術等應用學科。根據其課程特點，學生在學習生物信息學課程前需要學習生物化學、分子生物學、遺傳學、基因組學、蛋白質組學等基本生物學課程，對于基因序列、蛋白質序列、啟動子、非編碼區等概念有深刻的理解，同時需要對一些重要的生物學數據庫有一定的了解，如美國基因數據庫(GeneBank)、歐洲分子生物學實驗室數據庫(Embl)和日本核酸數據庫(DDBJ)等。此外，要求學生能夠利用生物學數據庫查找基因序列、蛋白質序列、基因及蛋白質結構模型，能夠讀懂數據庫中基因和蛋白質的信息注釋，能夠計算蛋白質序列的分子量和等電點，能夠為擴增特定的基因片段設計引物，能夠對特定物種進行系統發育分析等。
3．計算機科學基礎
計算機是生物信息學的主要輔助工具，利用生物信息學研究生物系統的過程需要能夠熟練使用計算機對大量的生物信息數據進行處理和分析，這主要包括對數據信息進行搜索(收集和篩選)、處理(編輯、整理、管理和顯示)及利用(計算、模擬)。所以，學生在學習生物信息學的過程中需要了解和掌握一些常用的生物信息學軟件，如BLAST和FASTA序列比對分析軟件，Oligo和Primer引物設計軟件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等綜合分析軟件。此外，學生還需要學習和掌握一些常用的計算機語言，如正則表達式、Unixshell腳本語言和Perl語言。利用生物信息學在處理和分析海量生物數據的過程中，計算機軟硬件資源需要配合處理分析軟件的運行，因此要求計算機操作系統使用Unix和Linux操作系統，這些操作系統需要大量的操作命令進行輸入執行過程，對于經常使用Windows操作系統的學生來說是一個較難跨越的障礙。
二、生物信息學課程教學中存在的問題
目前國內大多數高校的生物信息學教學采用傳統的教學模式，即以課堂式的理論教學為主，缺乏必要的實踐教學。理論教學模式固定、教學方法單一、教學內容狹窄，通常是介紹性、科普性的課程，甚至作為公選課程。少數高校開展生物信息學的實踐課程教學，但多以驗證性實驗為主，缺乏和專業相適應的綜合性、設計性實驗，而開放性實驗更無從談起。
1．教學模式固定單一
生物信息學在內容層面涵蓋諸多學科領域，注重應用性和實踐性。然而，目前大部分高校把生物信息學作為一門孤立的課程，這導致教師需要將大多數課程內容壓縮到一門課程進行教學，在有限的教學時數下灌輸大量內容，增加了學生學習的難度，降低了教學質量。再者，大多數高校僅開展生物信息學的理論教學，忽視實踐教學過程，造成生物信息學理論與實踐內容的脫節，使學生在學習完理論知識后難以深入理解和吸收，無法將所學的知識應用到后續的工作和學習中，最終未能體現出該門課程的價值。
2．教師專業背景薄弱
作為一門交叉學科，生物信息學的教學要求教師具有較強的數學、生物學和計算機科學背景。然而，目前從事生物信息學教學的教師即便具備深厚的生物學背景，但是多數教師在數學和計算機方面較為薄弱，并不具備完整的生物信息學知識體系，對生物信息學發展趨勢也了解不多。在師資缺乏的情況下，院系開設生物信息學課程，教師為了完成教學任務，僅僅在教學中進行介紹性的講解，在課程考查方式上通過小論文、綜述和課外活動等方式完成該課程的學習。因此，無論是理論教學還是實踐教學均無法實現該課程大綱的要求，從而影響學生對生物信息學課程的理解和掌握，生物信息學的實踐操作能力更無從談起。
3．實踐教學薄弱，專業教材缺乏
生物信息學實踐課需要學生在網絡環境下用計算機學習NCBI數據庫的檢索與使用、序列比對分析軟件的應用、蛋白質空間結構圖視軟件的應用、序列拼接軟件的應用等。但是目前，大多數高校開設的生物信息學課程多以理論教學為主，實踐教學課時非常少或者為零，學生對于生物信息學課程的學習僅僅通過教材上抽象的文字描述進行理解和掌握，這導致學生在理論課中學到的知識無法在實踐課中進行驗證或操作，嚴重影響了生物信息學的教學質量，也偏離了教學大綱中強調的重在培養學生實踐操作能力的培養目標。另外，目前還沒有適用于生物科學專業的生物信息學教材。國內各大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，這些教材偏重介紹生物信息學的理論和方法，涉及的實踐內容較少，學生需要具有較高的相關知識才能接受和使用這些教材。因此，部分高校在生物信息學教學過程中往往使用自家編寫的簡化教材，從而造成生物信息學教學內容不統一，教學大綱混亂等情況。
4．實踐課程經費不足，實踐教學環境落后
當今，許多發達國家都很重視生物信息學的教學和研究，積極開展各種生物信息資源的收集和分析工作，培養大量生物信息學人才，為整個生物學的理論研究及其相關產業創新(主要是醫藥和農業)提供指導和支撐。國內對生物信息學的關注和認識起步較晚，其發展落后于國際發達國家。國家和高校對生物信息學的教學和科研資金投入力度不大，缺乏必要的儀器設備，生物信息學的實踐教學條件得不到保障，比如大多數高校的生物科學專業沒有相應的計算機實訓室，配套軟件也相對匱乏，落后于國際發展水平。
三、生物信息學教學模式改革的探索
1．修改理論和實踐教學大綱，編寫適用的實踐教材
根據當今生物信息學的發展方向，制定和修改理論教學大綱，除了引物設計、基因和蛋白質序列比對、基因和蛋白質結構功能預測等基本內容外，還需添加系統進化樹分析、聚類分析、蛋白質互作網絡譜圖等較為綜合的內容。另外，增加實踐教學課程比例，充實實踐教學內容，結合理論教學內容增加綜合性、設計性實驗，適當提供科研環境，鼓勵開展開放性實驗。目前國內并沒有系統的、專業的生物信息學實踐教材，因此針對高校生物科學專業方向的特點，聯合多學科領域(數學、生物科學、計算機科學)編寫相應的生物信息學實踐教材，在制定、修改實踐教學大綱和編寫教材的過程中結合學生的接受能力，由淺入深，多設實例和相關練習，使學生循序漸進的理解和掌握生物信息學的原理和方法，掌握更多的生物信息學工具。
2．緊密聯系科研、基于實踐問題開展教學
通過實踐教學把生物信息學教學與科研有機結合起來，能夠促進教學與科研的共同發展。在緊密聯系科研的過程中，采用基于問題的教學(PBL)方法，通過實踐教學環節，培養和訓練學生把所學的生物信息學的知識和方法應用于各種生物科學領域的科研活動中，通過解決實際問題訓練學生的實踐技能，從而促進教學與科研的雙重發展。例如，在生物信息學實踐教學中多加入生產和科研中遇到的經典實例，鼓勵學生利用相關的生物信息學軟件及相關的理論和方法解決問題。學生也可以選擇自己感興趣的課題，利用自己熟悉的、合適的生物信息學軟件和相關知識開展課題研究。此外，專業教師在指導學生課題研究的過程中還可以發現理論和實踐教學的不足，不斷的完善生物信息學理論和實踐課程大綱和內容，提高教學質量。
3．開展多學科實踐結合的教學模式
生物信息學屬交叉學科，包含了不同領域的專業知識和技能，為使生物信息學教學達到教學的目標，該課程教學需要采用多學科實踐結合的教學模式。多學科實踐結合的教學模式是指聯合不同領域、不同學科、不同專業的課程在教學的過程中結合生物信息學涉及到的知識和技能進行基礎性、鋪墊性教學。比如，在高等數學和統計學的教學過程中，針對生物信息學的需求，適當增加數學建模、統計方法、動態規劃方法、數據挖掘等方面的基礎內容，同時，開設實例實踐教學，使學生理解和掌握隱馬爾科夫鏈模型，牛頓迭代法、最小二乘法等方法的應用原理和規則;在生物科學專業課程設置上，尤其是實踐課程的教學過程中，結合生物信息學涉及的引物設計、序列比對分析、基因及蛋白質結構功能預測等方面開展相應的設計性、綜合性、開放性實驗項目，使學生了解和掌握基本的生物信息學原理及軟件的應用;在計算機科學的教學過程中，應根據生物信息學的需求，開設正則表達式、Perl語言、R語言等課程學習，以及增加Linux和Unix操作系統課程學習，使學生在學習生物信息學前打好堅實的基礎。值得注意的是，生物信息學課程與其他課程的開設時間和順序需要有一定的探索和評估，對于開設該課程的時間把握是開展多學科實踐結合的教學模式的關鍵因素。過早開設生物信息學則會導致學生在不具備相應學科基礎的條件下跨越式的接觸生物信息學，無法理解和掌握相關的知識和技能;過晚開設則會使學生學習了相關學科知識和技能后，由于課程銜接不緊，導致在學習生物信息學時出現理解滯后和無法適應的現象。因此，針對不同專業和學科的特點，根據具體情況進行統籌安排，使生物信息學和其他相關學科課程有很好的銜接和過渡，以確保和提高生物信息學的教學質量。
