生物信息学的作用范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学的作用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：蛋白质-蛋白质对接；分子动力学模拟；蛋白质-蛋白质相互作用

Abstract：Proteins that play a critical role in many cellular processes often perform their functions by interacting with other proteins. Therefore， the studies of protein-protein interactions are vital to exploring the essence of life， understanding the mechanism of diseases and developing new drugs to improve human health. With the sustained development of bioinformatics， more and more computational methods have been applied to structural and functional research of proteins. Protein-protein docking and molecular dynamics simulation are both widely applied to the studies of protein-protein interactions. This article reviews the theory of computational methods， softwares and the application in protein-protein interactions.

Key words：Protein-protein docking； Molecular dynamics simulation； Protein-protein interactions

众所周知，蛋白质在生物进程中扮演着重要的角色。蛋白质通过与其他生物大分子（如蛋白质，DNA和RNA）相互作用介导细胞内各种重要的生理过程，如基因的复制、转录、翻译以及细胞周期调控、信号转导、免疫反应等，其中，蛋白质-蛋白质相互作用尤为常见。因此蛋白质-蛋白质相互作用的研究有助于人们探明其细胞内功能，从而了解各种疾病发生机制，为进一步的新药研发提供帮助。目前为止，研究蛋白质-蛋白质相互作用主要有酵母双杂交、免疫共沉淀、亲和色谱、质谱、核磁共振等多种实验方法，这些技术为蛋白质相互作用研究做出了重要贡献，积累了宝贵的数据资源。

随着计算机处理能力的不断提升，生物信息学的理论模拟方法得到迅速发展和广泛应用。生物信息学整合数学，物理，化学，信息学等众多学科的优势，以计算模拟手段进行生物学相关研究。自Janin和同事们[1]首次运用自动化对接算法预测牛胰蛋白酶抑制剂-胰蛋白酶复合物3D结构至今，蛋白质-蛋白质对接领域已取得很大进步。该方法常用于蛋白质结构及功能研究，分析配体与蛋白质间或者蛋白质-蛋白质间的相互作用模式，便于研究者从原子水平探究受体-配体间作用机制。分子动力学模拟在诞生至今的几十年中不断随着计算机软硬件技术的快速提升而愈加发展完善，已经成为研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和动力学特性的重要工具。本文将对蛋白质-蛋白质对接和分子动力学模拟的基本原理及其在蛋白质间相互作用研究中的应用进行简要概述。

1 蛋白质-蛋白质对接

准确的蛋白质-蛋白质复合物结构是进行蛋白质-蛋白质相互作用研究的基础。然而，通过实验方法测定蛋白质-蛋白质复合物结构比测定单个蛋白质更加困难。随着计算机水平的不断发展，人们开始希望用计算模拟手段来预测蛋白质复合物的真实结构，并希望从原子层面来分析蛋白质-蛋白质相互作用的内部机制。蛋白质-蛋白质分子对接是一种常用的方法。它是指利用两个单体蛋白质的三维空间结构，来预测蛋白质-蛋白质复合物结构。解决蛋白质对接问题有两个关键因素：打分函数和搜索算法[2]。打分函数应能够区分出正确的或近似正确的蛋白质对接复合物，而且搜索算法需严格地探索由相互作用的蛋白质形成的巨大构象空间。

1.1打分函数 蛋白质-蛋白质对接可以被归类为一个全局最优化问题，其主要目的是找到蛋白质分子间最稳定关联结构。使用打分函数是准确评估结合蛋白间的相互作用所必需的。打分函数有两个作用：构象采集和母板选择及精制。打分函数的根本目的是从错误的对接取向中区分出正确或近似正确的对接取向。打分函数主要有两种类型：基于物理原理的函数和基于实验知识的函数。通常，基于物理原理的能量函数用分子力场如CHARMM[3]和AMBER[4]描述蛋白质-蛋白质相互作用。

打分函数可能包括几何学与化学的互补，静电力、范德华力和氢键的相互作用以及解相关能量项。最常用的打分函数是形状互补。经常将形状互补与FFT算法联合应用于详尽的全局搜索。静电场在带电粒子或极性分子间的相互作用中扮演着重要角色。泊松-玻尔兹曼方程常被用来解决从原子水平获得溶剂化生物分子系统的静电电位问题。打分函数包括了极其重要的离散和核心相互作用，通常用范德华力相互作用来描述。

1.2搜索算法 搜索算法的主要目的就是在势能图上定位最稳定的状态。对接复合物可能解的构象搜索可通过两种不同的方案执行。第一种方案是进行全空间搜索，第二种是随机地或按一定顺序只搜索局部空间。快速傅里叶变换是最为著名的用于全空间的搜索算法之一。Katchalski-Katzi[5]和助手首次将快速傅里叶变换法用于蛋白质对接，确定受体配体间几何契合。该方法被应用于许多程序，如GRAMM[6]， FTDock[7]，3D-Dock[8]以及ZDock[9]。局部搜索算法包括模拟退火，蒙特卡洛法及遗传算法等。Vieth和助手们[10]发现分子动力学法最适于进行大空间搜索，而遗传算法比其他算法更适合进行小空间搜索。大多数情况下，蒙特卡洛算法和分子动力学算法都用来进行蛋白质柔性处理。

1.3对接过程 蛋白质-蛋白质对接一般通用的过程包括：①尽可能多的从全局或局部搜索中生成对接复合物；②筛选和评估复合物；③精制和重排。这三步可被细分为更多步。第一步完成刚体的全局搜索，尽可能多的生成对接蛋白质-蛋白质构象。在第二步中，采用生物或实验信息和打分函数来扫描并评估第一步得到的对接复合物。错误对接复合物的得分比接近X射线结构复合物的得分高是很常见的，许多得分高的结构并不实际存在。应过滤掉这些不实际存在的结构，将剩下的对接复合物进行评估。第三步涉及到侧链及可能骨架的柔性。柔性处理时主要进行重排侧链。

2 分子动力学模拟

分子动力学模拟是一门利用经典力学来模拟大分子体系运动的方法，它综合了数学、统计物理、化学、计算机等多门学科的内容。分子力场是分子动力学模拟的基础。它采用简单的函数来描述分子能量与结构之间的关系。分子力场的基本函数形式包括了原子之间的成键相互作用与非键相互作用。非键相互作用主要包含了范德华力与长程静电力。

2.1分子动力学模拟过程 分子动力学模拟的步骤主要包括了四步：第一步是确定初始构象，初始构象尽量选越接近模拟系统的结构越好，通常是能量较低的构象。通常采用分子力学方法对其构象进行优化；第二步平衡相过程，在前一步中已经确定的模拟体系将进行平衡相过程。在构建平衡相的过程中，须对其构象以及温度等参数进行调控并加以监控，还要判断体系是否已经达到平衡；第三步生产相过程，模拟体系中的分子以及构成分子的原子开始根据初始速度运动，此时根据牛顿力学和预先给定的粒子间相互作用势来对各个粒子的运动轨迹进行计算，并从这个过程中抽取计算分析时所需要的数据和样本；第四步将对计算结果进行深入分析处理。

2.2研究进展及常用软件 Tajkhorshid等成功的模拟了水分子通过不同通道亚型的过程[11]。Xu等在水溶液和磷脂双层中对β淀粉样多肽进行了多次长时间分子动力学模拟，发现在生物膜和有机溶剂中以α螺旋为主，在水溶液中则以无规则卷曲为主[12]。京都大学医学研究科的岩田想[13]成功分析了存在于细胞的，负责将物质运送到细胞内的一种蛋白Mhp1的构造，运用该结果通过在计算机上模拟，在分子层次上弄清了Mhp1将物质运往细胞内的机制。

目前，用于分子动力学模拟的软件越来越成熟。较为常用的主要有：GROMACS，NAMD， AMBER，CHARMM，TINKER、LAMMPS等。GROMACS[14]是用户界面友好的分子动力学模拟软件，模拟中的参数条件和基本功能已经趋于成熟，里面包含多种力场，非常适用于模拟生物大分子这种复杂体系。同时由于其速度快，在非生物体系统中也得到了广泛的应用。AMBER[15]不仅是一个程序，而是包含了从体系准备到动力学模拟，再到轨迹分析等一系列程序的集合。同时，AMBER 还是一系列力场的名称，这些力场涵盖了蛋白质、核酸、糖类、脂类等众多生物大分子。NAMD同样适用于模拟计算蛋白质、核酸等生物大分子体系，而且并行计算效率非常高。

3 展望

目前，蛋白质分子对接及分子动力学模拟等计算手段虽然已广泛用于蛋白质-蛋白质间相互作用的相关研究，但还是存在一些值得改进的地方。例如，蛋白质-蛋白质对接过程中，蛋白质柔性的相关处理，构象搜索的合理性及打分函数的准确度；分子动力学模拟中力场的种类和所研究体系的匹配度等。随着计算机技术不断的发展，这些生物信息学方法有待进一步优化和相关软件需要进一步完善，从而使其更适用于蛋白质等生物大分子的模拟研究。总之，将生物信息学方法与传统实验手段相结合来进行蛋白质间相互作用等生物大分子体系研究，是一条有待进一步发展的有效途径。

参考文献：

[1]WodakS J，puter analysis of protein-protein interaction[J].Journal of molecular biology，1978，124：323-342.

[2]Taylor，J.S.and Burnett，RM.DARWIN：A program for docking flexible molecules[J].Proteins. 2000，41：173-191.

[3]Brooks，B.R.，States，D.J.， S.andKarplus，M.CHARMM： a program for macromolecular energy， minimization， and dynamics calculations[J]put.Chem.1983，4： 87-217.

[4]Ferguson， D.M.， Kollman，P.A.A second generation force field for the simulation of proteins， nucleic acids， and organic molecules[J]. J. Am. Chem. Soc，1995， 117： 5179-5197.

[5]Katchalski，Vakser，I.A.Molecular surface recognition： determination of geometric fit between proteins and their ligands by correlation techniques[J].Proc.Nat.Acad.Sci.USA，1992.89： 2195-2199.

[6]Tovchigrechko， Vakser， I.A.Development and Testing of an Automated Approach to Protein Docking[J].Proteins，2005，60：296-301.

[7]Gabb，H.A.，Sternberg，M.J.E.Modeling protein docking using shape complementarity， electrostatics and biochemical information[J].JMB.1997，272：106-120.

[8]Moont， Sternberg，M.J.E.Modelling protein-protein and protein-DNA docking[J].In Bioinformatics - From Genomes to Drugs，2001，1：361-404.

[9]Chen， R.and Weng，Z.A novel shape complementarity scoring function for protein-protein docking[J].Proteins，2003，51：397-408.

[10]Vieth， M.， Hirst.Assessing search strategies for flexible docking[J]put.Chem，1998，19： 1623-1631.

[11]Tajkhorshid，E， Schulten， K.，Control of the selectivity of the aquaporin water channel family by global orientational tuning[J]. Science， 2002， 296： 525-530.

[12]Xu ，Y.，Jiang， H.Conformational transition of amyloid beta-peptide[J].PNAS.USA，2005，102： 5403-5407.

[13]Shima mura，T.，Beckstein. Molecular basis of alternating access membrane transport by the sodium-hydantoin transporter Mhp1[J].Science.2010，328：470-473.

篇2

关键词：合作性学习；创新能力；生物教学

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）06-0007

一、重视课堂教学，培养学生的合作性学习与创新能力

1. 学习是一个主动化的过程，生物教学绝不能单纯是学生“被告诉”。学生只有在教师的指导下主动参与教学过程并且注重实践，才能在理解的基础上构建起自己头脑中的知识体系，并发挥自己的聪明才智，逐步形成创新精神和合作能力。为此，教师要进行启发式、探索式和讨论式教学，并注意创设激发学生创新学习和合作学习的教学情境，爱护和引导学生各种大胆的质疑、假设和尝试。如在选修三专题4《生物技术的安全性和理论问题》这一专题中，笔者对教材进行分析研究后，决定把这章书的课程教学过程完全交给学生来完成。操作大体如下：对《4.1转基因生物的安全性》这一节课中，笔者组织学生以辩论的形式进行开展，布置学生在课后准备好正方和反方的辩论材料，要求学生以学习小组为单位进行辩论。笔者的做法是：对每班的学生进行分组小组成员利用课后时间上网查阅相关的资料小组合作完成课件制作每小组代表在课堂上进行辩论教师进行点评。这种合作性学习的教学模式，大大提高了学生的学习兴趣，培养了学生主动探究的能力和合作能力，深受学生的欢迎。

2. 充分利用课本实验材料，培养学生创新能力和严谨的探究精神。新课标人教版高中生物教材中的实验课对学生的实验能力提出了更高的要求。笔者也充分利用课本实验材料对学生进行合作性学习和创新能力方面的培养。如在选修一专题5《课题1 DNA的粗提取和鉴定》这一节实验中，实验原理复杂，步骤繁琐，如果按照课本以鸡血为实验材料，则存在以下一些缺点：取材难、过滤难、颜色深、时间长。笔者根据自己所教班级的实际情况，指导学生对实验材料进行改进。给学生准备好实验材料：鸡血、香蕉、猪肝和鲤鱼精巢。让实验小组自由选择实验材料进行实验，最后小组分享各组的实验结果。通过小组的实验结果得出利用鲤鱼精巢作为实验材料的实验结果更明显，操作更简便，有效地解决了用鸡血作实验材料存在的问题。

3. 用合作、创新的思想指导学生进行高考复习。学生的基础知识、基本技能和训练是生物学科复习的两个基本点，也是学生能力培养的立足点。在扎实基础的前提下，可以通过挖掘一些辐射作用强的知识点，从点连成线，以线连成面，构成严整有序的知识网络体系。形成网络后，学生就能系统地理解和掌握知识，才能在解题时对知识进行有效、快速、全面的搜索，准确地运用。例如，在第二轮复习时，笔者拟定了一个专题：“蛋白质与生命”。课前指导学生以学习小组为单位亲自动手在所学过的内容中搜索出与蛋白质有关的知识点，制作成知识网络的卡片，在班级里进行展示，然后小组之间进行评价和总结，归纳出“蛋白质”这一内容所形成的知识网络，包括蛋白质的组成元素、基本单位、结构特点、功能；动物体内蛋白质的代谢；蛋白质在生命活动的调节中，特别是血糖调节、免疫等方面的重要作用；基因控制蛋白质合成的过程；与蛋白质有关的计算等。这种通过学生自己积极的思考、小组之间合作构建网络图的复习模式，有效地提高了学生的综合思维能力和知识迁移能力。

二、开发校本课堂，培养学生的合作性学习和创新能力

本校有100年的文化积淀，是自治区首批绿色学校，校园面积134969平方米。校园内树木葱笼、绿草茵茵。笔者结合校园资源组织学生进行《校园植物种类和数量调查》的调查活动。笔者给学生印发了分类调查的有关资料，讲解植物分类的基础知识和注意事项，提供必要的资料和工具，由学生以学习小组为单位独立自主地进行研究和实践。这次活动共调查了本校校园内主要的64种植物，分属35个科。通过《校园植物种类的数量调查》活动，不仅让学生了解到校园各种植物的中文名、中文别名、分类科属、拉丁名、主要特征等，也培养了学生爱护学校一花一草的思想，增强了学生的环保意识。除此之外，本校在明志楼二楼上还开放有让学生种植植物的空地，高一年级的每个班都能在空地上分到一块土地，笔者组织学生在空地上进行一些植物的种植。因为空地是在教学楼的二楼上，所以学生在种植植物的过程中很容易看到中午植物进行光合作用时，由于气孔关闭造成植物萎蔫的情况，也容易明白植物对无机盐的需要情况。通过种植植物的课外活动，使学生在实践中学到了生物知识，扩大了视野。

三、开展课外活动，培养学生合作性学习和创新能力

现行的人教版高中生物教材对学生的动手能力、创新能力提出了很高的要求。笔者在教学过程中也非常注重学生这一方面的培养。如在必修一第3节《细胞核――系统的控制中心》中的尝试制作真核细胞的三维结构模型这节课中，笔者的做法是：给了学生很大的创新空间：由学生课后完成，材料自备，既可以小组合作，也可以独立完成。当学生把他们的作品交来时，笔者不禁为学生丰富的想象力和大胆的创新意识感到惊喜和慨叹。从学生交来的作品中，学生制作模型的特点有两个“多样”：1. 材料多样：学生用的材料分别有：橡皮泥、水果皮、废弃的塑料外壳、纸盒、布块、废弃的篮球外壳、绿豆、黄豆等。2. 形状多样。有按照课本的介绍制作出来的，有的用废弃篮球壳做的半球状的，有的用布匹做的扁平状的，有的是盒子做的盒状的。笔者及时地对学生的创新能力给予了肯定，并指出其中的不足之处，引导学生加以改正，最后选出部分制作正确、手工精巧的作品进行奖励。作品比较突出的，把它放在实验室陈列展出。

篇3

论文摘 要:由于高职业教育改革和社会需求的变化,大学生就业面临着前所未有的挑战,就业难的问题越来越突出,除了市场需求方面的原因以外,还和大学生就业信息不健全、信息通道不流畅有很大的关系。因此，建立一个健全的、完备的、高效的就业信息资源体系,对大学生就业指导很有必要。高职院校图书馆是文献信息中心,应积极地为大学生就业指导提供信息服务。本文探讨图书馆在就业信息服务的作用,叙述了图书馆信息服务在大就业指导工作中的做法。

由于高等职业教育改革和社会需求的变化,大学生就业面临着前所未有的挑战。大学毕业生就业大众化的急速来临与社会大众对大学生精英认识的惯性矛盾,造成认识与现实的巨大差距,以至于造成“大学生就业难”。《普通高等学校图书馆规程(修订)》规定:“高等学校图书馆必须贯彻国家的教育方针,履行教育职能和信息服务职能,在提供信息服务的同时,还具有教育功能。”图书馆是办学的三大支柱之一,要利用自己的信息资源优势,开辟为就业指导工作服务的新领域,这是高职院校持续发展的需要,是读者服务职能拓展的需要,是图书馆提高竞争力的需要。

1 开展大学生就业指导工作的重要意义

教育部《普通高等学校毕业生就业工作暂行规定》强调“就业指导是高校教学工作的重要组成部分”。随着时代的不断发展变化,国家在大学毕业生就业工作中建立了“市场导向、政府调控、学校推荐、学生和用人单位双向选择”的机制,用人单位对大学毕业生的要求也越来越高,大学生就业难的问题越来越凸显出来,几乎成了人们普遍关注的热点。大学生就业难,与其信息的不健全、信息通道的不流畅有一定关系。在这种就业形势下建立一个健全的、完备的、高效的就业信息资源体系对大学生就业指导工作是很有必要的。图书馆作为高校的文献信息中心,应主动地为就业指导工作服务,建立大学生就业信息系统,提供高效优质的就业指导服务。

2 图书馆信息服务在就业指导教育中的作用和优势

2.1 作用

图书馆是信息资源是教学的三大支柱之一,集现代信息网络、信息技术与设备、各种信息载体与获取途径为一体的信息采集、组织加工、保存与传播的得天独厚的资源优势,在以读者和信息用户为核心,拓展信息服务工作范围,主动为大学生就业提供信息服务,这是高职教育以就业为导向的办学理念对图书馆信息咨询工作提出的新任务。图书馆开展就业信息专题服务,开发各种载体的信息资源,通过文献深加工而形成“综述”、“述评”,有助于大学生及时了解就业动态信息。体现了“读者第一、以人为本”的新理念。

2.2 优势

2.2.1 信息资源优势

图书馆有采集实体文献资源和搜集虚拟信息资源的制度,能入藏与择业和就业指导有关的书刊、音像资料等;还能联系各类型人才市场和毕业生招聘会的组办者,索取人才招聘信息。这是图书馆开展为大学生就业指导信息服务的资源保证。

2.2.2 网络资源优势

网络条件下的图书馆管理体制呈条块结构,高职院校图书馆与各类图书馆在持续发展的过程中,构建了互助的协作关系,资源共享。随着网络环境的不断完善,图书馆大多具备了较强的联网检索能力,毕业生可直接上网查找国内外就业信息。这是图书馆开展为大学生就业指导服务的信息网络保证。

3 图书馆为大学生就业指导工作提供信息服务的内容

3.1 建立大学生信息素质教育服务中心

大学生信息素质包括对信息重要性和需要的知识,为解决面临的问题确定、查寻、评价、组织和有效生产、使用与交流信息的能力,图书馆要利用自己的信息、人员、技术、环境方面的优势,从多方面着手培养大学生的信息素质；重视图书馆资源优势的宣传,努力建设自己的网络主页,设指南性栏目、就业信息资源介绍、检索技巧导引、图书馆bbs等多方面开展信息素质教育;加强资源开发利用工作,丰富的信息资源是信息素质教育的保证,要实施信息素质教育,图书馆必须具备充分的信息资源,从网络、杂志、报刊等处多方收集信息,评价和选择各类文献,实现合理馆藏,扩展学科信息知识的覆盖面。

3.2 完善大学生就业信息系统建设

就业信息包括就业政策信息、就业形势信息和人才需求信息。国家就业政策是国家根据一定时期社会生产力的发展和需求情况而制定的就业行为准则,包括就业体制、程序、时间等。图书馆就可以向大学生们提供经整理的就业形势与政策信息,让他们及时了解社会对人才的需求形势,了解有关城市或有关单位接受大学生的政策条件以及当地经济发展的形势;根据最新就业信息,分析预测就业形势。图书馆应系统地整合学院的专业设置、学科特色、人才培养模式等信息,结合企业用人要求等,建立就业信息体系,并与和其他网络系统联通,使就业的信息更加系统化、规范化、专业化和实用化,便于学生了解用人单位的具体情况地进行选择,更好地把握择业方向。

3.3 提供就业信息咨询

就业信息具有时效性、周期性、专指性、复杂性等特点,图书馆可以搜集相关时效性强的信资料,及时为学生服务。图书馆可以通过口头咨询、发放调查问卷、观察总结等多种途径主动了解学生的现时需求和潜在需求,做好相应记录,建立用户需求档案,及时进行分析总结。

4 图书馆为大学生就业信息服务的实践

4.1 加强就业文献阅读引导

（1）丰富的图书文献资源是图书馆赖以开展阅读引导教育的基础,图书馆应根据各种反馈信息,完整系统地入藏大学生就业内容的书刊文献和网络信息,搜集和整理就业政策法规、有关就业的文献精神及职业需求的文献信息,要宣传和报道就业政策、求职信息,帮助大学生贯彻执行国家的就业政策,系统掌握大量准确的职业需求信息,订购专为大学生就业服务的报刊,在现刊和过刊阅览室中常年设置就业信息专题书架,专题书架实行开架阅览,通过阅读类似《成功心理与人才发展》、《择业就业:大学生求职指南》、《大学生就业难原因剖析》、《当前大学毕业生低签约率的实证分析》、《经营自我与创造性经营》、《如何体现你的素质》、《企业招聘与企业文化的匹配探析》等资料,以提高毕业生的就业素质。

（2）编制就业信息专题书目,并把馆藏中最新就业信息书目、索引和重要信息原文及时传到图书馆网页上,便于毕业生多途径查询。另外安排专人或聘请有经验的教师举办专题讲座、读者座谈,开展书评、评选读书标兵等活动,如,“信息素养在择业中的作用”、“个人素质与企业文化”、“网络环境下如何搜集和利用信息”、“如何适应大众教育下的就业形势”等帮助学生分析、预测本年度就业形势、帮助大学生掌握搜集最新就业政策信息的技能。

4.2 举办就业信息能力讲座,提高求职技能,提升求职效率

图书馆要完整系统地搜集、整合网络信息和视频资料,并编制专题视频目录,举办就业视频讲座和专题报告,加强就业理论和实践的学习,图书馆员要主动做好视频资料的导读,如“网络环境下如何搜集和利用信息”、“大学生正确的就业观和择业技巧”等,帮助大学生提高求职技能和择业素质,写好求职信和自荐材料,客观地宣传自己和推销自己。图书馆员要积极引导大学生把静态文献信息与社会动态信息相结合,更直观地了解就业现状和人才需求,以提升大学生的求职效率。

4.3 网络导航

随着网络环境的不断完善,图书馆具备了较强的联网检索能力,图书馆对大学生进行网络信息获取能力、检索能力和应用能力的培训,网站上开设“就业教育”专栏,并成为大学生就业教育的主要窗口,可设“就业政策”、“就业形势”、“招聘信息”、“求职信息”、“求职技巧”、“就业讲堂”等栏目,指导大学生系统搜集有关的就业信息,整理相关就业政策法规,解答大学生有关就业的咨询话题,为其选择职业提供合理化建议或可行性意见。将网内外的就业信息资料按著录格式标准化、检索点规范化,以及检索途径便捷化的要求;建立“毕业生就业信息书目数据库”,并根据毕业生的需求、本校学科专业和文献类型,有选择地建立“毕业生就业信息全文数据库”。该数据库通过校园网与中国教育科研网(cernet)联结,供馆内外用户使用,促进就业信息资料网络化的共建、共享。

4.4 就业信息的加工、分类

就业信息资料形式多样,有成册的书刊型、报刊复印的零散型和网上下载的活页型等,收藏保管困难,也不利于应用。可采取以下方法加工装订:有关就业的政策、条例等指导性文献,以发表的时间为序装订成册;从报刊和网上收集到的零散信息资料,按就业的内容和类别进行装订。依据就业信息的内容性质,按《中图法》分类,再根据信息产生的时间作书次号,把相同内容、类别的信息资料集中在一起,并按时间先后排序,以便于毕业生按类别查阅特定时间的信息资料。

4.5 分层次提供就业信息咨询

图书馆提供就业信息咨询,其方式主要有以下3种:(1)辅导性咨询。根据毕业生需求,咨询馆员辅导毕业生查找和利用就业文献信息,并解答问题。(2)指导性咨询。即以个体为对象,咨询馆员将毕业生引向信息源,指导其查阅各种就业信息资料。(3)检索性咨询。一般有两种取向:一种是数据、报摘类信息检索,包括招聘人数、改革要点、就业趋势等;另一种是文献,全文类信息检索,它需要从目录、题录、文摘、索引等方面进行系统检索,提供咨询服务。

5 结语

图书馆既是学校的文献信息中心、学习资源中心,是培养人才的重要基地,利用图书馆丰富的文献信息资源,为大学生就业指导提供信息服务,是培养大学生树立就业信息意识、确立择业竞争意识,端正择业就业思想的过程,也是网络环境下,图书馆读者服务工作的特色服务。建立一个健全的、完备的、高效的就业信息资源体系,积极主动地为大学生就业提供信息帮助。通过图书馆为大学生就业提供信息服务的实践:阅读引导;举办视频讲座,实施网络导航,重视就业信息的搜集、加工、分类与利用;开展多元化的信息服务方式,使图书馆成为真正意义上的大学教育的三大支柱之一,走出一条信息服务创新之路。

参考文献

[1] 郭平.大学就业指导课的重要性及策略分析[j].教育与职业,2007(11).

篇4

关键词：生物信息学 教学模式 创新

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2017）08-0009-02

近些年，随着人类基因组测序完成，有关核酸、蛋白质等的分子生物学数据迅速增长。同时，计算机技术的发展也为生物数据的处理提供了有力支持[1]，促进了生物信息学的产生及发展。许多高校相继开设了生物信息学课程。生物信息学课程对培养创新型人才具有重要意义。[2]生物信息学是多领域融合的学科，对理论知识及实践的要求较高，因此如何提高生物信息学的教学质量及完善教学模式尤为重要。本文根据生物信息学的特点及目前发展现状，提出“教学-科研-创业”一体化的教学模式。并在实施过程中不断优化，为完善生物信息学的教学模式提供依据。

一、生物信息学课程的概述

生物信息学作为近些年新发展的学科。具有以下特征：第一，多学科融合。它将数学、计算机科学与生物学有机地结合在一起。[3]第二，数据的复杂性。目前国际上著名的数据库有GenBank、DDBJ和PIR等。[4]这些资源具有开放性，大部分数据库可免费下载。第三，学科知识的前沿性，生物信息学的发展和更新较其他学科更为迅速。[5]教师在教学过程中要不断地吸取新的知识以补充教材中的不足。[6]生物信息学的价值不仅体现在科学研究领域，同时对经济的发展也有影响。[6]所以，各高校设置生物信息学课程是必要的。

二、生物信息学教学现状

无论国外或国内对生物信息学的发展都是高度重视的。笔者在针对生物信息学本科教学过程进行调查中发现，生物信息学教学过程存在以下不足：

（一）专业型人才稀少

生物信息学所涉及的领域较广，它将数学、计算机科学和生物学相结合。[7]这一特点，要求从事生物信息学教学的教师自身知识背景要深厚，同时兼备生物学及信息技术的专业知识。由于各专业之间的交叉联系较少，导致相关生物信息学的专业人才稀少。这对于生物信息学教学是不利的。

（二）教学理念陈旧

生物信息学是将信息技术和生物课程有机结合。目前，在国内，生物信息学教学思想还比较落后，大部分还处于对构建完善的教学模式初步探索阶段。[8]由于不能将信息技术的优势极大地发挥，以至于生物信息学教学过程中存在一定的弊端。在教学设计中还沿用传统的教授法，使得学生对于学习生物信息学的兴趣减少，同时，忽略信息技术的应用对于培养和拓展学生思维方式的作用。

（三）实践教学存在不足

实践教学是生物信息学教学过程中必要的部分。生物信息学实践环节方面较为薄弱。一方面，课时安排不合理。大部分时间分配于理论课，而实践课的时间相对较少。另一方面，在硬件设施上，也不能满足实际需求。在很多高校中并没有独立的计算机机房以保障学生能够进行具体的操作。并且，在国内，虽然生物信息学的研究发展迅速，但所涉及的资源并不能共享，交流较少。

（三）“教-学-研”模式的构建

针对生物信息学课程自身特点及在教学过程中发现的问题，提出“教学-科研-创业”一体化教学模式。

1.教学理念的改革

从上述的分析中，针对教学理念落后问题，需要从生物信息学的教学要求与特点出发，改变常规的教学模式，采用“自主式、探究式”学习的思想，通过小组合作的学习方式，让学生主动学习。[9]根据生物信息学的课程内容可将其分为几个模块。例如：数据库介绍及应用、常用统计学方法、基因组学、蛋白质组学等。学生以小组为单位，对每一个模块进行探讨研究。学生可以通过上网查找资料，与老师进行交流及在课堂上展示成果并且小组间进行探讨等方式对该模块所涉及的相关知识进行学习。这样使得学生能够按照自己的要求扩展和交流生物信息学知识，丰富生物信息学的学习途径，并且师生之间建立平等和谐的关系。

2.理论联系实践，锻炼学生科研能力

教学是科研的前提条件，科研使教学内容多样化。[10]因此，在教学过程中，根据课程的特色，可将教学与科研彼此联系起来。首先，组建跨学科的教师团队。生物信息学是多学科交叉的课程，该领域的专业型人才稀少。解决这一问题是保障学生在科研过程中随时了解相关知识的关键。我们可以在教学过程中组建跨学科的教学团队。教师间可彼此沟通交流，针对学生们在科研过程中遇到的问题，能够提供专业性的建议，为科研提供强有力的理论基础。其次，教师积极鼓励学生参加科研项目。教师可根据教学内容与当下生物信息学领域中的研究热点方向，提出研究问题，使学生积极参加其中。在科研过程中，培养学生独立思考及动手操作能力，同时，增强团队合作意识。对生物信息学有进一步了解。最后，为了创造一个良好的科研条件，学校应提供一些硬件设施。例如：多媒体网络教室、与生物信息学相关的软件等。将教学与科研联系在一起，可有效地提高生物信息学教学质量。

3.教学与创业相结合，培养学生创新精神及创业能力

创业教育是一种实践，以学生为主体，将“教、学、做”三者合一。[11]所以在“教学-科研-创业”一体化教学模式中，创业与教学、科研相互联系，科研成果具体化，提高学生的创新创业能力。以吉林师范大学为例。教师在授n过程中，与学生一起对表观遗传学药物进行分析，并以此为研究课题，参加“第二届吉林省‘互联网+’大学生创新创业大赛”。项目中拟建一家有限责任公司，它将通过差异化的运营模式，以互联网为媒介，运用现代生物科技和计算机技术实现对表观遗传学药物信息的整合及数据的分析，并对药物靶点进行更深层次的挖掘。为特定的顾客提供个性化的服务，并以此获取利润。实例表明，在项目进行过程中，培养了学生科学严谨的思维方式及团结协作的精神。创业与教学、科研的有效结合，极大地调动了学生学习的积极性，并充分发挥了理论知识与实践结合的优势。

四、结语

总之，生物信息学教学应适当地将理论与实践结合。通过“教-研-创”一体化教学模式的尝试，不仅激发了学生学习的积极性，同时锻炼学生发现问题并且能够及时解决问题的能力。因此，该模式在生物信息W教学过程中具有一定的可操作性。随着生物信息学的发展，该模式将进一步完善，以期培养出综合型、创新型人才。

参考文献：

[1]朱杰.生物信息学的研究现状及其发展问题的探讨[J].生物信息学，2005，3（4）：185-188.

[2]倪青山，金晓琳，胡福泉.生物信息学教学中学生创新能力培养探讨[J].基础医学教育，2012，14（11）：816-818.

[3]赵屹，谷瑞升，杜生明.生物信息学研究现状及发展趋势[J].医学信息学杂志，2012（5）：2-6.

[4]何懿菡，孙坤.生物信息学研究进展[J].青海师范大学学报，2011，27（3）：69-72.

[5]虢毅，胡德华，邓昊.生物信息学课程“开放式、研究性”教学模式的探讨[J].生物信息学，2009，7（3）：227-228.

[6]戴凌燕，姜述君，高亚梅.《生物信息学》课程教学方法探索与实践[J].生物信息学，2009，7（4）：311-313.

[7]钱叶雄，朱国萍，聂刘旺.生物信息学课程“教、学、研”一体化创新教学模式探讨[J].安徽农业科学，2013，41（6）：2812-2813.

[8]刘宏生，郑方亮，艾海新.强化生物信息学实践教学的探索与成果[J].生物信息学，2010，8（4）：368-370.

[9]高亚梅，韩毅强.《生物信息学》本科教学初探[J].生物信息学，2007，5（1）：46-48.

[10]庄智象，戚亚军.教学与科研互动关系的价值重构及其对外语教师专业自主发展的启示[J].外语教学理论与实践，2015（3）：31-35.

[11]熊华军，岳芩.斯坦福大学创业教育的内涵及启示[J].比较教育研究，2011（11）：67-71.

篇5

摘要：师范教育改革下高师院校课程的重新建设已成为重中之重。如何在改革的新背景下建构合适的课程体系，成为高师院校要解决的问题。本文立足于师范教育改革背景下的需求，针对《生物信息学》课程的特点和教学中存在的问题进行初步探讨，就其在教学方法的更新、教学标准的编写、考核方法的改进等方面提出了一些思考，希望通过不断的完善从而提高《生物信息学》课程的教学质量。

关键词：师范教育改革；生物学信息学；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0102-02

随着教育的发展，教师体制也不断发生改变，顺应发展的趋势，教师资格证的改革开始不断推进与完善。2012年《国家中长期教育改革和发展规划纲要》精神和教育部部署启动全国中小学和幼儿园教师资格证改革试点工作，2013年《中小学教师资格考试暂行办法》出台并规定：试点启动后入学的师范专业学生申请中小学教师资格应参加教师资格考试。2015年我国正式实施教师资格证国考制度，并实行五年一个周期的注册制度。教师资格证制度的变革是对高师院校实施教学改革的促进同时也是对师范生的挑战。改革制度下更要求提高教师的综合素质和学生能力的培养，而《生物信息学》所具备的专业性与前沿性正是师范教育对学生着重培养的方向与目标。

《生物信息学》是一门交叉学科，包含了对生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，运用数学、计算机科学和生物学的各种工具阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。随着大规模的基因组测序工作的开展，生物学数据获得了大量的积累，生物信息学悄然兴起并得以蓬勃发展。生物信息学使学生了解学科前沿和新技术进展，同时培养学生综合运用知识的能力。但目前多数院校只将其设为选修课程，重视程度很低，而且在教学内容、方法等方面存在一些问题。由于师范教育改革对师范生要求不断提高，课程的学法和内容也要与时俱进，怎样建构新的课程体系是高师院校需要解决的问题。

一、课程教学现状

1.师资力量薄弱。生物信息学不仅对教师专业知识要求高，同时也需要有计算机理论基础的教师来授课。但目前教授生物信息学课程的教师大多都为其他生物学课程的教师，这些教师往往缺乏专业的生物信息学分析软件操作训练和计算机基础，不能将各学科更好融合。

2.教学方法滞后。生物信息学是一门交叉学科，但教师在教学过程依旧采用传统教学方法，计算机辅助教学不常见，这种授课方式不仅效果欠佳也没有发挥此学科的优势。而且在教学过程中不注重培养学生对生物信息学的重要性的认识，所以学生认为该课程只是理论学科，认识不到其对实践操作能力的重要和生物数据分析的意义。

3.实践教学不足。受传统的教学观念影响，教师在教学过程中只注重理论教学忽视实践教学，导致学生所学的理论知识与实践脱节。因为生物信息学对于网络高度依赖，但由于受学时限制，课堂教学的内容有限，实践教学课时数较少，内容也比较简单，缺乏完善的实践教学过程，学生也缺乏实际动手操作的能力。

4.考评方案简单。生物信息学的考核重点是学生对生物信息基本概念的理解，软件操作的掌握程度及生物数据分析解释的能力。但一些学校的考试形式还全部是理论知识，缺少实际操作能力的检验，这种考评办法的评价效能差，而且不能体现学科的特点。

二、课程体系建设优化

1.提高教师素质。教师是教学的核心资源，其知识水平和操作技能都会影响教学的效果。提高教师素质首先要对任课教师开展《生物信息学课程教学改革和实践》专题讲座，其次鼓励教师通过查阅相关文献，了解课程的特点及发展，组织大家进行讨论，再次，也要积极组织教师参加科研活动，提高科研新能力，在科研过程中进一步了解本学科的前沿内容。

2.编写教学标准。如今的教师专业化不只是强调教师要有扎实的理论知识，更要有实践能力。所以生物信息学的课程建设改革要组织新的教学内容，合理安排理论学时特别是实验学时。课程标准对生物信息学的研究内容、现状和发展前景做具体的介绍，主要对生物信息学的基本概念和基本方法进行讲解，重点是分析软件的操作方法和生物学数据库的使用方法的讲解。

3.改进教学方法。师范教育改革意味着对师范生各方面要求的逐渐提高，学生不能只被动接受知识，所以教师在教学中要利用多媒体辅助进行直观教学，演示生物学数据库的浏览与检索，软件的使用，基因序列的检索、基因阅读框架的找寻、序列比对、进化树的构建等操作。教师也可以提供课件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等软件安装程序及使用手册等扩大学生的自学空间，使学生的被动学习变为主动学习，也符合师范教育对学生创造能力、应用能力的培养。

4.教学科研结合。生物信息学教学强调能力的培养，且学科的交叉性也能使学生将所学知识与之结合。教师可以鼓励学生参与相关课题研究，学校也可以提供机会让学生参与到创新创业性研究的科研项目中，这样的学习方式可以激发学生对科研的兴趣，巩固课程中所学到的知识，使学生掌握生物信息学课程的实践技能，也更好的体现对师范生创新能力培养。

5.优化理论课结构。师范教育提倡以学生为主体的授课方式，所以课堂可以采取不同的学习方式如小组合作或学生讲述等以此丰富理论课的教学模式。教师可以提出问题由小组成员讨论研究学习，课堂也可以以自讲的方式进行学习，学生通过查阅资料了解学科在临床医学、药物产业等方面的应用以及在后基因组时代的主要研究内容等，不仅掌握了前沿知识同时也锻炼教师技能，对于师范教育培养有很好的促进作用。

6.加强实验课建设。师范教育在强调师范生理论知识的同时更注重实际的操作能力，所以实验教学起着越来越重要的作用，在学习中通过生物数据库的使用，可以提高学生处理生物信息的能力。生物学数据库均可以通过网络提供数据检索服务，学生可以根据理论知识进行相应的实际操作。学院可以进一步开放实验室，为学生创造动手操作的自学实验环境。

7.改革考核方法。考试是检测教学效果的方法，也是促进学生学习的有力手段。如何考核需要制定详细的评价指标体系。生物信息学的考核改革是在基础考核之上增加了小组答辩和论文成绩。小组答辩以生物信息学在疾病研究中的应用为拟设计命题，培养学生协作收集整理相关文献并展示其整合分析结果的能力。论文以蛋白质生物信息学分析在药物靶点挖掘和药物设计中的应用为题。最后根据论文结构完整性和内容独创性、条理逻辑性和学术水平进行评分。

三、课程体系构建的进一步设想

进一步利用网络学习平台慕课扩展生物信息学的理论深度与新技术发展，学生可以进一步接触并利用云计算等技术对大数据进行处理，或基于手机客户端让学生随时可以查询及学习，这样的构建既是生物信息学课程建设的发展，也是培养学生能力的体现。生物信息学课程建设改革对学生综合运用知识的能力起到了促进作用，也加强了理论联系实践的操作能力。生物信息学能够培养学生全面掌握生物学知识，对今后选择生物学科领域的工作有推动作用，也是师范生成为合格人民教师的理论基础。

参考文献：

[1]蓝秋燕.教师资格证“国考”下师范类教学法课程变革的探讨[J].高教论坛，2014，（3）.

[2]林玉生，汪磊，久梅.谈教师资格证国考框架下的高师心理学教学改革[J].辽宁师专学报（社会科学版），2016，（3）.

[3]赵屹，谷瑞升，杜生明.生物信息学研究现状及发展优势[J].医学信息学杂志，2012，33（5）.

[4]于啸，孙红敏.计算机专业设置生物信息学课程的建设与实践[J].计算机教育，2010，（14）.

[5]汤丽华.浅谈大学本科生物信息学课程建设与教学[J].高校讲坛，2010，（17）.

[6]陶嫦立.关于提高生物类专业《生物信息学》教学的一些建议[J].教育教学论坛，2016，（32）.

[7]石春海，肖建富，吴建国.构建优质教学体系 促进《遗传学》精品教育[J].遗传学教学，2013，35（1）.

[8]王彬，韩赞平，张泽民，等.《遗传学》课程建设的实践与思考[J].洛阳师范学院学报，2008，（5）.

[9]吴建盛，李政辉，张悦.强化创新型开放性实验 促进生物信息学课程建设[J].信息通信，2013，（6）.

收稿日期：2016-11-21

篇6

 

关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用

“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家collins f博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（human genome project，hgp）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（post genome era，pge）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。

1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。

2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。

3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用

传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。tang sy等学者研制出新一代抗aids药物saquinavir［12］。pungpo等已经设计出几种新型高效的抗hiv-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。

现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。

4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用

随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息

学的方法，先从模式生物中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。

5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用

在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 dna，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。

美国农业研究中心（ars） 的农药特性信息数据库（ppd） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（toyohashi university of technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（iris） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。

6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用

食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用pcr法［19］、rt-pcr法、荧光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重荧光定量pcr等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、elisa法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。

转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的dna提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。

生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。

参考文献：

［1］yockey hp，platzman rp，quastler h.symposium on information.theory in biology.pergamon press，new york，london，1958.

［2］郑国清，张瑞玲.生物信息学的形成与发展［j］.河南农业科学，2002，（11）：4-7.

［3］骆建新，郑崛村，马用信等.人类基因组计划与后基因组时代.中国生物工程杂志，2003，23，（11）：87-94.

［4］曹学军.基因研究的又一壮举——美国国家植物基因组计划［j］.国外科技动态，2001，1：24-25.

［5］michael b.genomics and plantcells：application ofgenomics strategies to arabidopsis cellbiology［j］.philostransr soc lond b bio sci，2002，357（1422）：731-736.

［6］卢新雄.植物种质资源库的设计与建设要求［j］.植物学通报，2006，23，（1）：119-125.

［7］guy d

，noel e，mike a.using bioinformatics to analyse germplasm collections ［j］.springer netherlands，2004：39-54.

［8］郑衍，王非.药物生物信息学，化学化工出版社，2004.1：214-215.

［9］俞庆森，邱建卫，胡艾希.药物设计.化学化工出版社，2005.1：160-164.

［10］austen m，dohrmann c.phenotype—first screening for the identification of novel drug targets.drug discov today，2005，10，（4）：275-282.

［11］arun agrawal，ashwini chhatre.state involvement and forest cogovernance：evidence from the indianhmi alayas.stcomp international developmen.t sep 2007：67-86.

［12］tang sy.institutionsand collective action：self-governance in irrigation ［m］.san francisco，ca：icspress，1999.

［13］pungpo p，saparpakorn p，wolschann p，et a.l computer-aided moleculardesign of highly potenthiv-1 rt inhibitors：3d qsar and moleculardocking studies of efavirenz derivatives［j］.sar qsar environres，2006，17，（4）：353-370.

［14］杨华铮，刘华银，邹小毛等.计算机辅助设计与合成除草剂的研究［j］.计算机与应用化学，1999，16，（5）：400.

［15］vassilev d，leunissen j，atanassov a.application of bioinformatics in plant breeding［j］.biotechnology & biotechnological equipment，2005，3：139-152.

［16］王春华，谢小保，曾海燕等.深圳市空气微生物污染状况监测分析［j］.微生物学杂志，2008，28，（4）：93-97.

［17］程树培，严峻，郝春博等.环境生物技术信息学进展［j］.环境污染治理技术与设备，2002，3，（11）：92-94.

［18］史应武，娄恺，李春.植物内生菌在生物防治中的应用［j］.微生物学杂志，2009，29，（6）：61-64.

［19］赵玉玲，张天生，张巧艳.pcr 法快速检测肉食品污染沙门菌的实验研究［j］.微生物学杂志，2010，30，（3）：103-105.

［20］徐义刚，崔丽春，李苏龙等.多重pcr方法快速检测4种主要致腹泻性大肠埃希菌［j］.微生物学杂志，2010，30，（3） ：25-29.

［21］索标，汪月霞，艾志录.食源性致病菌多重分子生物学检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2010，30，（6）：71-75

［22］朱晓娥，袁耿彪.基因芯片技术在基因突变诊断中的应用及其前景［j］.重庆医学，2010，（22）：3128-3131.

［23］陈彦闯，辛明秀.用于分析微生物种类组成的微生物生态学研究方法［j］.微生物学杂志，2009，29，（4）：79-83.

［24］王大勇，方振东，谢朝新等.食源性致病菌快速检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2009，29，（5）：67-72.

篇7

关键词：医学检验；生物信息学；课程教学

近年来，生物信息学在各医药院校越来越受到重视，多所院校相继在研究生教学中开设了生物信息学课程[1]。而对于医学本科层次是否需要开设生物信息学课程这一问题，虽然目前各方面的观点不一，但是已经有一些院校开始进行尝试。目前医学检验专业（五年制，毕业时授予医学学士学位）已调整为医学检验技术专业（四年制，毕业时授予理学学士学位），而生物信息学作为一门新课程，在医学检验（技术）专业学生培养中的作用正日益受到关注，逐步被某些院校选择作为必修课或者选修课。

一、开设课程的必要性

空前繁荣的生物医学大数据的产出，及其蕴含的重大生命奥秘的揭示，将决定现代生命科技和医药产业研发的高度，决定人们对疾病的认识和掌控能力，也将对主导生物医学大数据存储、管理、注释、分析全过程，解决生命密码的关键手段———现代生物信息学技术的发展带来前所未有的机遇和挑战[2]。对于医学专业学生而言，通过学习生物信息学，从而掌握利用各种网络信息资源来检索和获取生物信息数据，并选择和使用各种生物信息学软件来分析数据。在当今大数据时代，这方面的知识和技能的培养对于医学生今后从事医学科研工作是非常重要的。因此，在医学专业学生中开设生物信息学课程非常必要。我校从2010年开始将生物信息学设置为研究生教学的必修课；从2013年开始在医学检验专业中开设生物信息学选修课，自2015年开始转为医学检验技术专业。在医学检验技术专业中开设生物信息学课程，能够为该专业学生的临床和科研方面的素质积累提供必要的支持，更重要的是增强了在医学和信息科学交叉领域解决问题的技能，其意义几乎等同于在研究生教学中的设课意义。

二、教学内容的安排

医学检验技术专业的教学任务非常紧张，几乎将原来医学检验专业前八个学期（最后两个学期为实习阶段）课程压缩到六个学期来完成，学生学习压力可想而知。我校为了减轻学生负担，各课程的课时数都比医学检验专业有所减少。但生物信息学并未改变，仍然为16学时。为了在较短的学时内实现教学效果的最大化，我们结合该专业学生的特点和需求，将授课内容分为理论课和实践课两部分，实践课不占学时。理论课主要介绍基本的生物信息学理论、资源和数据的获取、分析方法和工具的使用；实践课则通过布置作业，课后上机操作来解决问题。理论课主要内容包括：生物信息学导论、DNA测序技术、序列的获取、双序列比对、多序列比对、蛋白质结构分析和预测共计六个专题。实践课主要内容包括：cDNA及基因组参考序列的获取；常见序列格式的释义与转换；双序列比对（局部比对）；多序列比对（全局比对）；蛋白质综合信息查询；蛋白质基本性质、疏水区、亚细胞定位、信号肽、跨膜区、模体及结构域分析与二级结构预测；蛋白质三级结构预测。在理论课实施过程中，注重将与生物信息学相关的生命科学和医学前沿的一些最新进展和最新成果引入理论知识讲授中，让学生在有限学时内能够进一步认识生物信息学的内涵和课程的价值，追踪前沿学科的动态，开拓视野。

三、教学方法的设计

生物信息学涉及多个学科领域，交叉性强，在较短的学时内学好这门课程的难度很大。学生的学习兴趣与教学内容和手段关系密切，除了精心选择教学内容外，教学方法上也有很多需要革新乃至创新的地方。在教学过程中，我们形成了颇具特色的教学经验，由授课教师独创的授课———实践———演示（Teaching-Practicing-Showing，TPS）教学模式已应用于教学。TPS教学模式着力于以实际问题为引线，将理论授课与上机实践有机地融为一体，逐步介绍生物数据分析的各项技能，并指导学生将其融会贯通以真正掌握相关的基本方法与常用工具。首先，在教学内容上引入具体实例来进行教学，比如讲解生物信息数据库（Gene、Nucleotide、UniProt、PDB等）时，通过给出检索某个人类疾病基因数据的例子来学习数据库的使用方法。课堂上教学实例的设计需要任课教师在备课时投入大量精力来完成，还需要教师具备多学科交叉的知识。教学实践表明，与医学相关的生物信息学分析实例可以让学生更好地认识该课程的作用，大幅度提高学生的学习兴趣和学习的主动性。此外，课堂教学手段也应该丰富多彩，多媒体教学中可以充分使用图片、动画等元素。其次，举例分析时可以进行一定的现场演示，比如讲解检索Unigene数据库时可以一边上网演示一边解释说明。

四、考核方式的变革

生物信息学作为选修课，既要遵循学校相关的考试制度，也要通过对考试方式的变革来提高考试效果。我们将理论考核与学生的实践能力考核联系起来，结合学生课外实践任务的完成情况和开卷考试成绩进行综合评定。在课程中安排一次课外实践任务，要求每位学生独立完成相关分析并提交书面分析报告，该部分占考核成绩的20%。具体内容为自行选择一个人类细胞外功能蛋白：1.利用ClustalX对各物种参考蛋白序列进行多序列比对（输出PS格式结果）；2.分析分子量、等电点、分子式、稳定性、亲疏水性及亚细胞定位；3.预测二级结构并模拟三维结构。课程结束后进行开卷考试，内容包括基础知识和综合分析，尽量采取灵活的出题方式，并控制题量，该部分占考核成绩的80%。近年来的教学实践表明，这种综合评定的方式能够反映学生对该课程的掌握程度，体现学生利用生物信息学知识解决问题的能力。

五、展望

实践表明，生物信息学课程教学能够给学生提供所需要的生物信息学知识和技能，但是在教学内容安排、教学方法设计、教学手段使用和教学效果评价等诸多环节都需要进一步探讨。在这个过程中，我们既需要吸收传统教学模式中的优点和精髓，做到严谨和切合实际，又需要更新教学理念，突出医学特色，大胆尝试新的教学方法和手段，最终形成本课程别具一格的教学特色。

作者:伦永志 单位:大连大学

参考文献

篇8

【关键词】大学本科 生物信息课程 建设 教学

生物信息学（Bioinformatics）是80年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的一门新的交叉学科，最初常被称为基因组信息学[1]。广义地说，生物信息学是用数理和信息科学的理论、技术和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物数据的一门学科。生物信息课程目前还属于一个新兴学科，发展时间比较短，再加上生物信息学研究的范围广、相关数据与分析工具资源繁多、涉及多学科知识、尚缺乏系统成熟的理论方法、正处在迅速发展中等一系列特点，因此该课程的发展一直面临较多的困难。但随着生物技术在社会发展中包括农业、医疗、生物技术等相关应用的越来越广泛，生物信息学的作用也越来越突出。因此，加强大学本科生生物信息学课程的建设和教学，对于促进生物信息学本身的发展和大学生自身综合素质的提高有重要意义。本文就目前大学本科生物信息课程的建设和教学策略进行探讨，为促进生物信息学发展打下基础。

1.结合课程本质，加强教材的编写

生物信息课程涉及分子生物学、生物技术、计算机网络、信息获取、数据挖掘、人类基因组等学科课程的内容，是一门非常典型的交叉学科，因此对于生物信息课程的建设要站在更高的平台上。首先，要选择合适的教材[2]。目前生物信息课程的开设还处于起步阶段，系统的教材不多。而且各学校学生的具体情况也有很大差异，因此要结合学生的具体情况，以及学校自身的授课方向，选择恰当的教材。有条件的学校应该编写校本教材，这样更有利于学生的学习。这样最大的好处在于可以形成独立的教学体系和教学大纲，并将传统的验证性实验改为设计性实验，不仅开设了课程设计，还开设了一周的本科生科研训练课程，以最大限度的激励学生学习的积极性；第二，要积极推进兄弟院校间的交流。作为一门新兴的交叉课程，不同学校间所总结的经验各不相同。为了尽快提高教学效率，推进课程的发展，必要的交流是非常重要的。通过交流，可以有效的节省各自摸索的时间，使教材的编写和其他相关的教学研究更有目的性。

2.加强教学与科研相结合，提高学生的实践能力

生物信息学是一门以生物技术、统计等相关知识为基础的课程，因此试验和实践在此门课程中非常重要。一方面是教师自身要积极地参与科研，用更多前沿的理论和实践知识来武装自己的头脑，这样才能在教学实践中用更加具有说服力的知识吸引学生。另一方面，教师也需要结合自身实际情况组织学生参与科研实践。比如华中科技大学的生物信息课程，就在教学过程中有效推行了“学研”结合的注重素质与能力培养的教学方法[3]。经过实践，不少本科生在课程学习过程中对很多生物信息学问题产生了浓厚兴趣，并自主地利用课余时间进行研究，不但有效提高了实际动手能力和学习知识的主动性，而且有的本科生在课程结束不久便完成甚至正式发表了优秀的研究论文。

3.转变课堂模式，充分利用现代教育技术

生物信息学课程之中有很多都是非常抽象的知识，如果教师单纯的用板书去描述，用语言去讲解，可能会影响教学效果。因此，在教学实践中，教师要充分利用现代教育技术，包括计算机、网络、多媒体等，用更为直观形象、便捷的方式来激发学生的学习兴趣，拓展学生思维[4]。比如在讲解蛋白质二级结构预测时，教师就可以用Flash形象将这种螺旋、折叠和无规则卷曲的特征做出来，然后慢慢的一帧一帧的去播放，让学生可以立体地看到不同结构的区别，这样学生自然就会慢慢的产生兴趣。另外，教师还可以利用网络平台，让学们分小组对一些现象进行研究，通过文献查阅、分析交流，将结果做成PPT，展示给全班同学，以此来调动学生们的主体性，使他们更好地参与课堂活动。

4.结语

生物信息学是生命科学和信息科学等多学科交叉融合的新兴学科，是当今全球最具发展前途的学科之一。但是，生物信息课程作为一门新兴课程，其课程建设和教学模式必然有很多问题存在。因此，结合教学实践不断的加强对该门课程的研究，这对于进一步发展生物信息课程，以及目前正在广泛开始的生物信息专业的发展，都具有举足轻重的意义。为此，我们就需要一方面要提高教师自身的综合素质，另一方面还要加强该门课程所需要的实践条件，只有这样才能更快、更好的促进生物信息课程的快速发展。

参考文献：

[1]丁彦蕊，蔡宇杰. 计算机专业生物信息学课程教学的实践探讨[J]. 安徽农业科学 ，2012（29）.

[2]孙啸，陆祖宏，谢建明.生物信息学基础[M].北京：清华大学出版社，2005：3.

篇9

单链抗体除本身的治疗作用外，还可作为载体与细胞因子等结合，构建成双功能抗体用于肿瘤的导像治疗。据文献报道［1~3］各衍生因子两个完整基因融合成单一蛋白，经抗肿瘤活性检测发现，融合蛋白具有双重活性，但融合蛋白的亲和性及抗肿瘤活性分别较衍生因子的功能及活性有所变化，可能由于融合蛋白结构变化导致功能及活性的变化。利用生物信息学网络资源分析融合蛋白的二级结构及其理化性质，为进一步探讨单链双功能抗体基因融合蛋白提供依据。

1 双功能抗体的研究进展

随着分子生物学的发展，肿瘤的药敏基因治疗成为各国学者研究的热点［3~5］。将目的基因导入靶细胞是基因治疗过程中的一个重要环节，因为目的基因导入靶细胞效率的高低将直接影响基因治疗的效果甚至成败。由逆转录病毒介导的基因转移所面临的最大问题是病毒转导效率较低，原因之一是由于包装后难以得到稳定产生较高滴度感染性逆转录病毒的包装细胞系。单链抗体（ScFv）是由Fv抗体衍生而来，将抗体重链可变区和轻链可变区通过一段连接肽连接而成，ScFv具有天然抗体的亲和力，而分子只有完整抗体的六分之一。具有分子小、穿透力强、容易进入实体瘤周围的血液循环等特点，体内应用具有较大的分布容积和较高的组织分布比例，ScFv是构建双功能抗体，双特异性抗体等多种新功能抗体分子的理想元件。一个蛋白或蛋白片段可以融合到ScFv片段上以配备附加的性质，如免疫毒素的产生，是通过将一个肿瘤特异的ScFv或Fab融合到一个内源化能杀死靶细胞的毒素上。许多细胞特异抗体可将试剂传递到肿瘤部位发挥其细胞毒元件的作用。肿瘤特异性抗体片段已经与细胞因子融合［4~8］。在这种情况下，称免疫细胞因子的分子注射到患者体内，在肿瘤细胞表面积聚，可以激活肿瘤附近的T淋巴细胞。这些融合蛋白内在的肿瘤结合活性允许使用低浓度，没有通常与系统细胞因子注射相关的副作用。

细胞因子融合蛋白均具有衍生因子的双重活性，其中有一些的活性较各自野生型低，或者与野生型因子的相加一致，或者其活性高于衍生因子的相加活性，人工构建的新蛋白可能具有与衍生因子无关的新活性［9~11］。事实证明：具有不同功能域的复合蛋白质以及连接肽的设计是今后寻找新的治疗因子的有效途径和研究方向。生物信息学可以促进药物的发现和开发过程，即充分利用生物信息学的生物学和遗传学信息来寻找和开发以基因为基础的药物。

2 双功能抗体的表达及其生物学性质的预测

对于cDNA序列包含一个完整的蛋白质编码区，重要的则是分析所编码蛋白质的功能。蛋白质序列的生物信息学分析是从理论分析迈向实验研究的最为重要的部分。如果拟对所感兴趣的基因投入实验研究，那么，基于生物信息学获得尽可能多的关于该基因/蛋白质的信息是十分重要和极其重要的，尤其是当采用生物信息学的分析得到其结构功能域的信息后，将对研究思路的制定提供重要的指导信息［12，13］。

传统生物学认为，蛋白质的序列决定了它的结构，也就决定了它的功能［14，15］。因此，随着近10年来生物学分子序列信息的爆炸性增长，大大促进了各种序列分析和预测技术的发展，目前已经可以用理论预测的方法获得大量的结构和功能信息，用生物信息学的方法，通过计算机模拟和计算来“预测”出未知蛋白质信息或提供与之相关的辅助信息，可以用较低的成本和较快的时间就能获得可靠的结果［16~18］。重组融合蛋白是通过DNA重组的方法，将功能上相关的两种蛋白用连接肽连接，以达到优化蛋白功能的目的，如免疫毒素和细胞因子融合蛋白，并已用于肿瘤治疗。我们在构建融合蛋白之后，运用生物信息学资源DNAssist核酸序列分析软件分析ScFv-TNF-αDNA序列翻译并获得了氨基酸序列，蛋白质分析软件（ANTHEPROT V5）分析融合蛋白的二级结构及其理化性质。利用生物信息学网络资源进行分析预测融合蛋白的性质，为进一步探讨单链双功能抗体基因融合蛋白提供依据。构建重组导向的融合蛋白［19］，通过重组PCR方法在编码ScFv与TNF-α的碱基之间引入酶切位点，并克隆到逆转录病毒表达载体PLxSN上表达，用脂质体转染法转染PA317包装细胞，G418筛选10天后共挑选50个细胞集落，扩大培养后测定29个细胞集落的病毒滴度，筛选出一株cfu>1×109/L的感染性重组病毒产生细胞系C26。 转贴于

1 Strube RW，Chen SY.Characterization of anti-cyclin E single-chain Fv antibodies and intrabodies in breast cancer cells：enhanced intracellular stability of novel sFv-F(c) intrabodies.J Immunol MethodsK，2002，263(1-2)：149-167.

2 Kim EJ，Cho D，Hwang SY，et al.Interleukin-2 fusion protein with anti-CD3 single-chain Fv (sFv) selectively protects T cells from dexamethasone-induced apoptosis.Vaccine，2001，20(3-4)：608-615.

3 Peng LS，Penichet ML，Dela Cruz JS，et al.Mechanism of antitumor activity of a single-chain interleukin-12 IgG3 antibody fusion protein (mscIL-12.her2.IgG3).J Interferon Cytokine Res，2001，21(9)：709-720.

4 Scherf U，Benhar I，Webber KO，et al.Cytotoxic and antitumor activity of a recombinant tumor necrosis factor-B1(Fv) fusion protein on LeY antigen-expressing human cancer cells.Clin Cancer Res，1996，2(9)：1523-1531.

5 Chen P，Chen CQ，Yao LB，et al.Reconstruction and analysis of a Human small molecular antibody to tumor necrosis factor alpha.Shengwu Huaxue Yu Shengwu Wuli Xuebao，2001，33(1)：71-76.

6 Wuest T，Gerlach E，Banerjee D，et al.TNF-Selectokine：a novel prodrug generated for tumor targeting and site-specific activation of tumor necrosis factor.Oncogene，2002，21(27)：4257-4265.

7 Ma J，Li Z，Luo D.Single chain antibody vaccination in mice against human ovarian cancer enhanced by microspheres and cytokines.J Drug Target，2003，11(3)：169-176.

8 Bremer E，Kuijlen J，Samplonius D，et al.Target cell-restricted and -enhanced apoptosis induction by a scFv：sTRAIL fusion protein with specificity for the pancarcinoma-associated antigen EGP2.Int J Cancer，2004，109(2)：281-290.

9 Trevor KT，Hersh EM，Brailey J，et al.Transduction of human dendritic cells with a recombinant modified vaccinia Ankara virus encoding MUC1 and IL-2.Cancer Immunol Immunother，2001，50(8)：397-407.

10 Niethammer AG，Xiang R，Ruehlmann JM，et al.Targeted interleukin 2 therapy enhances protective immunity induced by an autologous oral DNA vaccine against murine melanoma.Cancer Res，2001，61(16)：6178-6184.

11 Liu X，Zhang L，Zhang M，et al.Co-modification of IL-2-TNF alpha fusion gene and B7.1 gene to murine breast tumor cells leads to improved tumor rejection and vaccine effect.Chin Med J (Engl)，2000，113(2)：167-171.

12 张成岗，贺福初.生物信息学方法与实践.北京：科学出版社，2002，126-136.

13 黄韧，薛成.生物信息学网络资源与应用.广州：中山大学出版社，2003，237-306.

14 Guex N，Peitsch MC.SWISS-MODEL and the Swiss-PdbViewer：An environment for comparative protein modelling.Electrophoresis，1997，18(15)：2714-2723.

15 Guex N，DiemandA，Peitsch MC.Protein modelling for all.TiBS，1999，24(9)：364-367.

16 Claverie JM.Effective large-scale sequence similarity searches.Methods Enzymol，1996，266：212-227

17 Guigo R.Computational gene identification.J Mol Med，1997，75(6)：389-393.

篇10

关键词:Java教学;案例驱动;生物信息学专业;医科院校

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

随着生物信息学研究的飞速发展,带来了对开源、可重复利用和面向对象的程序包和软件的迫切需求。Java作为面向对象编程语言工具,在生物信息学的研究中具有广泛的应用。目前,学界已经针对生物信息学中的各种问题,开发了很多基于Java的软件工具,比如BioJava、Cytoscape等等。BioJava是用于分析和表示生物序列(如DNA、RNA和蛋白质)的基础库;Cytoscape是用于绘制和分析各种生物学网络,基于Cytoscape的插件已达数百种,针对各种类型的网络给出更有针对性的分析。此外,美国国立生物技术信息中心NCBI[4]作为生物信息学领域最权威和广泛使用的平台也提供了相应的Java API。这些都说明Java是从事生物信息学研究的强有力的工具。

在医科院校生物信息专业开设Java课程,特别是在完成生物信息相关专业基础课程后,学生通过学习Java课程,会使学生掌握从事生物信息研究的平台工具,从而更好的完成理论学习到实践环节的跨越。为了讲授好Java语言这门课程,我们对医科院校生物信息专业本科生的特点进行了深入的分析,并在我们的教学实践中注重与科研实践相结合,注重课程之间相衔接,注重课内课外相促进,寓学于做,以练带学,取得了较好的教学效果。

2由浅入深,注重课程联系,增强学生学习兴趣

作为一名医科院校生物信息专业的学生,要求既要有良好的数理基础与计算机应用知识,又要有较为系统扎实的生物信息学理论基础,学习广泛的课程,涉及数学、物理、计算机、生物等多个学科。计算机只是作为生物信息学学习和研究的应用工具,医科生不可能进行计算机专业的系统学习。因此,医科生普遍对自己的编程能力缺乏信心。针对这样的情况,我们在教学实践时会用一些生动有趣,并且几句简单的代码就能实现的功能,先把复杂的问题简单化,随着课程的不断推进,学生慢慢入门,再把简单的问题逐渐复杂化,让学生认识到编程语言不仅精妙深刻,而且博大精深,程序也可以编写的很美妙,这的确是可以终其一生去不断研究和探索的深刻学问。这样就使学生产生自己继续钻研下去的兴趣。

要增强学生学习的兴趣和动力,提升本课程在整个课程体系中的地位和作用也是十分重要的,因此在授课过程中我们非常注重与其他课程的衔接和联系,结合其他课程,设计案例。比如,此门Java课程与计算机图形学在同一学期开课,用applet实现分形几何中的绘图算法,即增强了Java的教学效果,又加深学生对图形学理论的理解。此外,之前开设过的数据库原理,如果在Java的教学中引入数据库的连接和数据库操作,岂不知新而温故。

3案例驱动,结合科研实际,提升课堂教学效果

在教学中,我们采用案例驱动的教学方法,每一部分的理论知识,都要配以相应的案例讲解来帮助学生消化和理解理论知识。教师讲解的案例都是代码级别的,定义规范,流程清楚,可读性强,具备参考价值,这样可以促使学生养成良好的编程习惯。另外,教师以多媒体手段演示代码的编制调试过程,使学生对编程环境更加熟悉,能够灵活运用跟踪、断点等调试手段,使学生能够置身于程序开发的氛围中,而不是被动的接受。

为了让学生更深刻的了解Java在生物信息领域研究中的实际应用,我们在教学中所使用的实例大部分来源于生物信息学科研实践中遇到的具体问题,把对这些实际的生物信息学问题的解决方案转化为课堂教学的生动案例,让学生看得到这些编程技术的实际作用,在学习中慢慢渗透和培养学生的科研能力。生物信息学是现代的前沿学科,很多毕业生将来可能会继续从事相关的科研工作,因此这方面的培养是非常必要的。如表1所示,我们列举了部分具体的教学内容及相应采用的实例。

表1教学内容与教学案例

教学内容 典型案例

Java基础知识 基因类和蛋白类的定义;实现基因DNA序列向蛋白氨基酸序列的转化算法。

Java与文件操作 实现多种分析软件的输入、输出数据格式的转换,主要用到BufferedReader、BufferedWriter、FileReader、FileWriter等类。

Java Applet 根据用户提供的转录因子集合,动态绘制这些转录因子所参与的基因转录调控网络图;用applet实现分形集合中的绘图算法。

Java与Servlet 简单实现多物种的转录因子和靶基因注释系统,即根据用户输入的转录因子或靶基因列表和选择的物种信息,以表单形式返回相对应的靶基因或转录因子信息。

Java与数据库 通过连接数据库,查询得到转录因子与靶基因间的对应关系,以及添加、修改和删除数据库中的转录因子与靶基因间的对应关系数据。

Java与网络 现有的基于Web的转录因子结合位点预测工具Match只支持单个序列的输入,不支持批量预测,通过网络编程利用Match工具实现转录因子结合位点的批量预测。

4以练带学,鼓励自主学习,培养实践创新能力

师傅领进门,修行靠个人。授课的目的是为了让学生牢牢掌握Java这门工具,要熟练掌握语言工具,动手联系往往比单纯的理论学习来得更重要。在课堂上教师通过对典型案例的讲授,教给了学生解决某些具体问题的方法,激发了学生渴望亲自动手实践的热情,他们愿意通过自己的努力来制作一份丰富的“大餐”。通过布置课程大作业,使其作为课程考试的一部分,这样就可以培养学生学以致用的能力。

课外大作业涉及了较为完整的软件开发过程,包括前期的系统设计,到后期的程序归档,以及帮助文档的编写和制作,通过这个流程让学生了解Java软件开发的全过程,积累了一定的软件开发经验。为激发大家的积极性,我们不限制题目内容,大家可以根据自己的兴趣,自己选题,以下列举学生的一些课程大作业的题目:分形树,Koch雪花,Flamboyent皇冠等计算图形学中分形几何图形的实现;读心术、拼写练习、围棋对弈等游戏的制作;计算器、日常事务管理器等工具软件的实现;还有分析基因序列特征、绘制蛋白互作网络图、批量预测转录调控关系等等的生物信息学软件。其中基本涵盖了上课时所讲授的大部分相关技术,我们对用到每种技术的使用频率进行了统计。如图1所示。

教为不教是我们教学的一个重要目的,培养学生自主学习的能力是学生培养创新实践能力的基本要求。在进行课程大作业的实践中,我们鼓励学生运用各种信息资源(如网络、书籍)来解决问题,利用搜索工具求解,通过专业论坛向其他编程爱好者请教,共同探讨来解决困难等等;我们提倡学生使用JDK帮助文档来查阅各种Java类的用法,而不是死记硬背,允许学习和利用他人已经编好的程序,

就像搭积木一样,逐渐累积起自己的知识体系,通过消化吸收他人的解题思想,通过查阅资料来解决自己的课程设计问题,培养学生举一反三的能力。

图1学生在课程实践中应用到的Java技术

5小结

为了提升Java课程的教学效果,在授课过程中我们对教学方法做了很多的探索和实践,紧紧围绕学生学习兴趣、课堂教学效果、创新实践能力培养这几个环节开展教学研究与教学实践,同时也很好的把握住了Java这门工具性语言实践性强以及在医科院校生物信息学专业应用目标明确的特点,从科研实践中提取大量案例融入课堂教学,并通过课外大作业进一步巩固学生所学理论,培养学生学以致用能力,取得了较好的教学效果,可以为同行提供一些借鉴。

参考文献:

[1]唐焕文,靳利霞. 生物信息学的产生、发展及应用前景[J]. 洛阳师范学院学报,2001(2).

[2]Holland, R.C., et al. BioJava: an open-source framework for bioinformatics[J]. Bioinformatics,2008,24(18):2096-7.

[3]Shannon, P., et al. Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks[J]. Genome Res,2003,13(11):2498-504.

[4]Jenuth, J.P. The NCBI. Publicly available tools and resources on the Web[J]. Methods Mol Biol,2000,132: 301-12.

[5]朱小英. 以项目方式驱动Java实验课程教学的创新[J]. 成都大学学报:教育科学版, 2008,22(08).

[6]曹旭. VFP程序设计教学中案例驱动教学法的优势[J]. 长春中医药大学学报,2009,25(2).