系统生物学的特点范文

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篇1

关键词：证候系统生物学；慢性乙型肝炎；基本概念；研究思路；技术方法

中图分类号：R512.62

文献标识码：A

文章编号：1673-7717(2009)06-1130-05

目前，我国慢性肝炎以慢性乙型肝炎为主，在严重危害我国公民身心健康的传染性疾病中高居首位。中医针对慢性乙型肝炎病程进展的不同阶段所出现的“证”进行辨证论治，行之有效，但由于对证候的生物学基础缺乏全面、系统和深入地研究，严重阻碍了疗效的进一步提高。运用系统生物学(基因组学、蛋白质组学、代谢组学等)的理论与技术构建慢性乙型肝炎中医证候系统生物学研究平台，建立慢性乙型肝炎证候系统生物学的系统研究方法、研究慢性乙型肝炎中医主要证候(肝郁脾虚、湿热中阻、瘀血阻络、脾肾阳虚、肝肾阴虚)的系统生物学基础，形成完整的上述慢性乙型肝炎主要证候的系统生物学研究结果，提升中医药防治慢性乙型肝炎机制研究的能力和水平，有重要的科学意义和必要性。

1　基本概念

证候系统生物学是综合运用中医证候学和现代系统生物学的理论与方法的新交叉学科。中医证候是中医认识、诊断疾病，据此遣方治疗和观察疗效的基本概念。“证”是疾病发生、发展过程中某一特定空间、时间的本质特征，“候”是疾病发生、发展过程中某一特定空间、时间的情况、现象、信息流，“证候”是疾病本质与现象的统一体，藏于内的“证”通过现于外的“候”而反映出来。通过辨析疾病外在的现象(候)就能把握疾病内在的本质(证)，这一过程即“辨证”。有鉴于此，现代中医临床上，“证”与“证候”又常通用。疾病的本质极其复杂，反映疾病本质的现象变化莫测，加上人们的认识手段、方法和能力总是有限的，故“辨证”的结果通常不是唯一的，其准确性亦须实践检验。证(证候)是致病因素(单一或综合)与机体相互作用的综合反应状态，是对人体疾病过程中某一阶段(空间、时间)的病因、病位、病性、病势以及治疗反应等病理生理状态的高度概括，它反应了疾病变化的个体性、阶段性、动态性和方向性。

中医针对慢性乙型肝炎病程进展的不同阶段所出现的“证”进行辨证论治，行之有效，体现动态化、个体化特点，但由于对证候的生物学基础缺乏全面、系统和深入地研究，严重阻碍了疗效的进一步提高。随着系统生物学技术不断成熟和飞速发展，为揭示慢性乙型肝炎中医证候的系统生物学基础和提高临床疗效提供了强有力的工具和机遇。

根据人类基因组计划创始人莱洛伊・胡德(Leroy Hood)的定义，系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、蛋白质等)的构成，以及在特定条件下，如遗传的、环境的因素变化时，分析这些组分间相互关系的学科。也就是说，系统生物学不同于以往的实验生物学――仅关注个别的基因和蛋白质，它要研究所有的基因、蛋白质等组分间的所有相互关系。同时，通过整合各组成成分的信息，以图画或数学方法建立能描述系统结构和行为的模型。系统生物学的理想就是要得到一个尽可能接近真正生物系统的理论模型，这些模型不仅可以模拟生物系统的行为，而且可以用来预测该系统受到干扰后未来的行为。它的技术平台为组学，即基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、表型组学和计算机生物学。

2　科学意义

运用系统生物学(基因组学、蛋白质组学、代谢组学，等)的理论与技术构建慢性乙型肝炎中医证候系统生物学研究平台，建立慢性乙型肝炎证候系统生物学的系统研究方法、研究慢性乙型肝炎中医主要证候(肝郁脾虚、湿热中阻、瘀血阻络、脾肾阳虚、肝肾阴虚)的系统生物学基础，形成完整的上述慢性乙型肝炎主要证候的生物学研究结果，提升中医药防治慢性乙型肝炎机制研究的能力和水平，至少可解决如下重大科学问题。

篇2

一、整合生物信息学的研究领域

尽管目前一般意义上的生物信息学还局限在分子生物学层次，但广义上的生物信息学是可以研究生物学的任何方面的。生命现象是在信息控制下不同层次上的物质、能量与信息的交换，不同层次是指核酸、蛋白质、细胞、器官、个体、群体和生态系统等。这些层次的系统生物学研究将成为后基因组时代的生物信息学研究和应用的对象。随着在完整基因组、功能基因组、生物大分子相互作用及基因调控网络等方面大量数据的积累和基本研究规律的深入，生命科学正处在用统一的理论框架和先进的实验方法来探讨数据间的复杂关系，向定量生命科学发展的重要阶段。采用物理、数学、化学、力学、生物等学科的方法从多层次、多水平、多途径开展交叉综合研究，在分子水平上揭示生物信息及其传递的机理与过程，描述和解释生命活动规律，已成生命科学中的前沿科学问题（摘自：国家“十一五”生命科学发展规划），为整合生物信息学的发展提供了数据资源和技术支撑。

当前，由各种Omics组学技术，如基因组学（DNA测序），转录组学（基因表达系列分析、基因芯片），蛋白质组学（质谱、二维凝胶电泳、蛋白质芯片、X光衍射、核磁共振），代谢组学（核磁共振、X光衍射、毛细管电泳）等技术，积累了大量的实验数据。约有800多个公共数据库系统和许多分析工具可利用通过互联网来解决各种各样的生物任务。生物数据的计算分析基本上依赖于计算机科学的方法和概念，最终由生物学家来系统解决具体的生物问题。我们面临的挑战是如何从这些组学数据中，利用已有的生物信息学的技术手段，在新的系统层次、多水平、多途径来了解生命过程。整合生物信息学便承担了这一任务。

图1简单描述了生物信息学、系统生物学与信息学、生物学以及基因组计划各个研究领域的相关性。可以看出基因组计划将生物学与信息学前所未有地结合到了一起，而生物信息学的兴起是与人类基因组的测序计划分不开的，生物信息学自始至终提供了所需的技术与方法，系统生物学强调了生物信息学的生物反应模型和机理研究，也是多学科高度交叉，促使理论生物学、生物信息学、计算生物学与生物学走得更近，也使我们研究基因型到表型的过程机理更加接近。虚线范围代表整合生物信息学的研究领域，它包括了基因组计划的序列、结构、功能、应用的整合，也涵盖了生物信息学、系统生物学技术与方法的有机整合。

整合生物信息学的最大特点就是整合，不仅整合了生物信息学的研究方法和技术，也是在更大的层次上整合生命科学、计算机科学、数学、物理学、化学、医学，以及工程学等各学科。其生物数据整合从微观到宏观，应用领域整合涉及工、农、林、渔、牧、医、药。本文将就整合生物信息学的生物数据整合、学科技术整合及其他方面进行初步的介绍和探讨。

二、生物数据挖掘与整合

生物系统的不同性质的组分数据，从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次。大量组分数据的收集来自实验室（湿数据）和公共数据资源（干数据）。但这些数据存在很多不利于处理分析的因素，如数据的类型差异，数据库中存在大量数据冗余以及数据错误；存储信息的数据结构也存在很大的差异，包括文本文件、关系数据库、面向对象数据库等；缺乏统一的数据描述标准，信息查询方面大相径庭；许多数据信息是描述性的信息，而不是结构化的信息标示。如何快速地在这些大量的包括错误数据的数据量中获取正确数据模式和关系是数据挖掘与整合的主要任务。

数据挖掘是知识发现的一个过程，其他各个环节，如数据库的选择和取样，数据的预处理和去冗余，错误和冲突，数据形式的转换，挖掘数据的评估和评估的可视化等。数据挖掘的过程主要是从数据中提取模式，即模式识别。如DNA序列的特征核苷碱基，蛋白质的功能域及相应蛋白质的三维结构的自动化分类等。从信息处理的角度来说，模式识别可以被看作是根据一分类标准对外来数据进行筛选的数据简化过程。其主要步骤是：特征选择，度量，处理，特征提取，分类和标识。现有的数据挖掘技术常用的有：聚类、概念描述、连接分析、关联分析、偏差检测和预测模型等。生物信息学中用得比较多的数据挖掘的技术方法有：机器学习，文本挖掘，网络挖掘等。

机器学习通常用于数据挖掘中有关模式匹配和模式发现。机器学习包含了一系列用于统计、生物模拟、适应控制理论、心理学和人工智能的方法。应用于生物信息学中的机器学习技术有归纳逻辑程序，遗传算法，神经网络，统计方法，贝叶斯方法，决策树和隐马尔可夫模型等。值得一提的是，大多数数据挖掘产品使用的算法都是在计算机科学或统计数学杂志上发表过的成熟算法，所不同的是算法的实现和对性能的优化。当然也有一些人采用的是自己研发的未公开的算法，效果可能也不错。

大量的生物学数据是以结构化的形式存在于数据库中的，例如基因序列、基因微阵列实验数据和分子三维结构数据等，而大量的生物学数据更是以非结构化的形式被记载在各种文本中，其中大量文献以电子出版物形式存在，如PubMed Central中收集了大量的生物医学文献摘要。

文本挖掘就是利用数据挖掘技术在大量的文本集合中发现隐含的知识的过程。其任务包括在大量文本中进行信息抽取、语词识别、发现知识间的关联等，以及利用文本挖掘技术提高数据分析的效率。近年来，文本挖掘技术在生物学领域中的应用多是通过挖掘文本发现生物学规律，例如基因、蛋白及其相互作用，进而对大型生物学数据库进行自动注释。但是要自动地从大量非结构性的文本中提取知识，并非易事。目前较为有效的方法是利用自然语言处理技术NLP，该技术包括一系列计算方法，从简单的关键词提取到语义学分析。最简单的NLP系统工作通过确定的关键词来解析和识别文档。标注后的文档内容将被拷贝到本地数据库以备分析。复杂些的NLP系统则利用统计方法来识别不仅仅相关的关键词，以及它们在文本中的分布情况，从而可以进行上下文的推断。其结果是获得相关文档簇，可以推断特定文本内容的特定主题。最先进的NLP系统是可以进行语义分析的，主要是通过分析句子中的字、词和句段及其相关性来断定其含义。

生物信息学离不开Internet网络，大量的生物学数据都储存到了网络的各个角落。网络挖掘指使用数据挖掘技术在网络数据中发现潜在的、有用的模式或信息。网络挖掘研究覆盖了多个研究领域，包括数据库技术、信息获取技术、统计学、人工智能中的机器学习和神经网络等。根据对网络数据的感兴趣程度不同，网络挖掘一般还可以分为三类：网络内容挖掘、网络结构挖掘、网络用法挖掘。网络内容挖掘指从网络内容/数据/文档中发现有用信息，网络内容挖掘的对象包括文本、图像、音频、视频、多媒体和其他各种类型的数据。网络结构挖掘的对象是网络本身的超连接，即对网络文档的结构进行挖掘，发现他们之间连接情况的有用信息（文档之间的包含、引用或者从属关系）。在网络结构挖掘领域最著名的算法是HITS算法和PageRank算法（如Google搜索引擎）。网络用法挖掘通过挖掘相关的网络日志记录，来发现用户访问网络页面的模式，通过分析日志记录中的规律。通常来讲，经典的数据挖掘算法都可以直接用到网络用法挖掘上来，但为了提高挖掘质量，研究人员在扩展算法上进行了努力，包括复合关联规则算法、改进的序列发现算法等。

网络数据挖掘比单个数据仓库的挖掘要复杂得多，是一项复杂的技术，一个难以解决的问题。而XML的出现为解决网络数据挖掘的难题带来了机会。由于XML能够使不同来源的结构化的数据很容易地结合在一起，因而使搜索多个异质数据库成为可能，从而为解决网络数据挖掘难题带来了希望。随着XML作为在网络上交换数据的一种标准方式，目前主要的生物信息学数据库都已经提供了支持XML的技术，面向网络的数据挖掘将会变得非常轻松。如使用XQuery 标准查询工具，完全可以将 Internet看作是一个大型的分布式XML数据库进行数据浏览获取、结构化操作等。

此外，数据挖掘还要考虑到的问题有：实时数据挖掘、人为因素的参与、硬件设施的支持、数据库的误差问题等。

一般的数据（库）整合的方法有：联合数据库系统（如ISYS和DiscoveryLink）, 多数据库系统（如TAMBIS）和数据仓库（如SRS和Entrez）。这些方法因为在整合的程度，实体化，查询语言，应用程序接口标准及其支持的数据输出格式等方面存在各自的特性而各有优缺点。同时，指数增长的生物数据和日益进步的信息技术给数据库的整合也带来了新的思路和解决方案。如传统的数据库主要是提供长期的实验数据存储和简便的数据访问，重在数据管理，而系统生物学的数据库则同时对这些实验数据进行分析，提供预测信息模型。数据库的整合也将更趋向数据资源广、异质程度高、多种数据格式、多途径验证（如本体学Ontology的功能对照）、多种挖掘技术、高度智能化等。

三、生命科学与生物信息学技术的整合

生物信息学的研究当前还主要集中在分子水平，如基因组学/蛋白质组学的分析，在亚细胞、细胞、生物组织、器官、生物体及生态上的研究才刚刚开始。从事这些新领域的研究，理解从基因型到表型的生命机理，整合生物信息学将起到关键性的作用。整合生物信息学将从系统的层次多角度地利用已有的生物、信息技术来研究生命现象。另外，由其发展出的新方法、新技术，其应用潜力也是巨大的。图2显示了生命科学与生物信息学技术的整合关系。

目前生命科学技术如基因测序、QTL定位、基因芯片、蛋白质芯片、凝胶电泳、蛋白双杂交、核磁共振、质谱等实验技术，可以从多方面，多角度来分析研究某一生命现象，从而针对单一的实验可能就产生大量的不同层次的生物数据。对于每个技术的数据分析，都有了大量的生物信息学技术，如序列分析、motif寻找、基因预测、基因注解、RNA分析、基因芯片的数据分析、基因表达分析、基因调控网络分析、蛋白质表达分析、蛋白质结构预测和分子模拟、比较基因组学研究、分子进化和系统发育分析、生物学系统建模、群体遗传学分析等。整合生物信息学就是以整合的理论方法，通过整合生物数据，整合信息技术来推动生命科学干实验室与湿实验室的组合研究。其实践应用涉及到生物数据库的整合、功能基因的发现、单核苷酸多态性/单体型的了解、代谢疾病的机理研究、药物设计与对接、软件工具以及其他应用。

在整合过程中，还应该注意以下几方面内容：整合数据和文本数据挖掘方法，数据仓库的设计管理，生物数据库的错误与矛盾，生物本体学及其质量控制，整合模型和模拟框架，生物技术的计算设施，生物信息学技术流程优化管理，以及工程应用所涉及的范围。

四、学科、人才的整合

整合生物信息学也是学科、教育、人才的整合。对于综合性高等院校，计算机科学/信息学、生物学等学科为生物信息学的发展提供了学科基础和保障。如何充分利用高校雄厚的学科资源，合理搭建生物信息学专业结构，培养一流的生物信息学人才，是我们的任务和目标。

计算机科学/信息学是利用传统的计算机科学，数学，物理学等计算、数学方法，如数据库、数据发掘、人工智能、算法、图形计算、软件工程、平行计算、网络技术进行数据分析处理，模拟预测等。生物信息学的快速发展给计算机科学也带来了巨大的挑战和机遇，如高通量的数据处理、储存、检索、查询，高效率的算法研究，人工智能的全新应用，复杂系统的有效模拟和预测。整合生物信息学的课程设计可以提供以下课程：Windows/Unix/Linux操作系统、C++/Perl/Java程序设计、数据库技术、网络技术、网络编程、SQL、XML相关技术、数据挖掘，机器学习、可视化技术、软件工程、计算机与网络安全、计算机硬件、嵌入式系统、控制论、计算智能，微积几何、概率论、数理统计、线性代数、离散数学、组合数学、计算方法、随机过程、常微分方程、模拟和仿真、非线性分析等等。

生物学是研究生命现象、过程及其规律的科学，主要包括植物学等十几个一级分支学科。整合生物信息学的课程设计可以提供以下课程：普通生物学、生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、发育生物学、病毒学、免疫学、流行病学、保护生物学、生态学、进化生物学、神经生物学、基础医学、生物物理学、细胞工程、基因工程、分子动力学、生物仪器分析及技术、植物学、动物学、微生物学及其他生物科学、生物技术专业的技能课程。

作为独立学科的生物信息学，其基本的新算法，新技术，新模型，新应用的研究是根本。课程涉及到生物信息学基础、生物学数据库、生物序列与基因组分析、生物统计学、生物芯片数据分析、蛋白质组学分析、系统生物学、生物数据挖掘与知识发现、计算生物学、药物设计、生物网络分析等。另外，整合生物信息学的工程应用，也需要了解以下学科，如生物工程、生物技术、医学影像、信号处理、生化反应控制、生物医学工程、数学模型、试验设计、农业系统与生产等。

此外，整合生物信息学的人才培养具有很大的国际竞争压力，培养优秀的专业人才，必须使其具备优良的生物信息科学素养，具有国际视野，知识能力、科研创新潜力俱佳的现代化一流人才。所以要始终紧跟最新的学术动态和发展方向，整合学科优势和强化师资力量，促进国际交流。

五、总结及展望

二十一世纪是生命科学的世纪，也是生物信息学快速不断整合发展的时代，整合生物学的研究和应用将对人类正确认识生命规律并合理利用产生巨大的作用。比如进行虚拟细胞的研究，整合生物信息学提供了从基因序列，蛋白结构到代谢功能各方面的生物数据，也提供了从序列分析，蛋白质拓扑到系统生物学建模等方面的信息技术，从多层次、多水平、多途径进行科学研究。

整合生物信息学是基于现有生物信息学的计算技术框架对生命科学领域的新一轮更系统全面的研究。它依赖于生物学，计算机学，生物信息学/系统生物学的研究成果（包括新数据、新理论、新技术和新方法等），但同时也给这些学科提供了更广阔的研究和应用空间，并推动整个人类科学的进程。

我国的生物信息学教育在近几年已经有了长足的进步和发展。未来整合生物信息学人才的培养还需要加强各学科有效交叉，尤其是计算机科学，要更紧密地与生命科学结合起来，共同发展，让我们的生命科学、计算机科学和生物信息学的教育和科研走得更高更前沿。

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篇3

关键词：代谢物组学；血液指纹图谱；中医药信息学；藏象信息模型

中图分类号：R2－03　文献标识码：A　文章编号：1673－7717(2007)09－1903－02

近年来，笔者结合系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科的最新研究成果，提出了血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。为方便大家了解和认识这一方法，下面以代谢物组学为参照介绍它的一些特点。

1　代谢物组学

代谢物组学是以代谢物分析的整体方法来研究功能蛋白如何产生能量和处理体内物质，评价细胞和体液的内源性和外源性代谢物浓度与功能关系的学科。是系统生物学的重要组成部分。通常采用绘图技术，现代分析测定方法(NMR，HPLC，MS)，以及应用计算机技术和统计学方法，以高通量实验和大规模计算为特征，完成细胞或者生物样品所有代谢物的“指纹图谱”。

其核心思想是它能够通过整体代谢物图谱，直接认识生物体的生理和生化状态，代谢物组学通过研究“代谢指纹图谱”的变化，能更直接地反映体内生物化学过程和状态的变化。其研究对象主要是生物体液，如尿液、血液，主要研究手段是核磁共振。代谢物组学在药物模型识别和确证、作用机制研究和安全性评价等方面具有重要的理论意义和应用价值。

2　血液指纹图谱中医药信息学研究方法

在日、年等完整的生命节律时段内，连续提取血液并制作血液指纹图谱，根据中医子午流注和藏气法时等中医时间医学理论，构建动态的――有时间变量的中医学的人体生命信息模型，血液指纹图谱藏象信息模型。实现中医学的理论表达，并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。

3　以代谢物组学为参照介绍血液指纹图谱中医药信息学研究方法

指纹图谱方法是一种信息学方法，代谢物组学研究表明，指纹图谱方法可以直接认识生物体的生理和生化状态和随时空变化的情况。不仅关心代谢物质的整体也关注其动态变化规律。

血液指纹图谱能比代谢指纹图谱，更完整的认识生物体的生理和生化状态。代谢物组指生物体内的所有小分子代谢物，是生物体的特定部分在特定环境中，经基因组表达和新陈代谢产生的中介物及终产物。血液所包含的成分比这还要多，血液大致相当于系统整体代谢物组。所以，血液指纹图谱能比代谢指纹图谱，更完整的认识生物体的生理和生化状态。

中医通过子午流注和藏气法时等中医时间医学理论，对生物体的生理和生化状态即功能单位进行划分，系统生物学以信息建模与系统整合为目标，血液指纹图谱藏象信息模型实现了这一目标，而且遵循了中医对系统“由上而下”划分的原则，进行的信息建模。

藏象生理血液指纹图谱即人体正常的生理和生化状态，藏象病理血液指纹图谱即人体异常的生理和生化状态，也就是证的血液指纹图谱。

1992年程士德教授在他编写的《内经理论体系纲要》一书中说：“藏象学说的实质就是关于人体形态结构、生理功能、物质代谢、病理变化的高度概括，是一个综合性的概念。”中医药学从认识和掌握人体功能状态的变化规律人手，初步揭示了人体生命活动的变化规律。证候既然是中医对疾病过程中人体功能状态的概括和总结，因此，用生理学方法探讨中医证候是证候研究的前提。

中医学的证候的观点，即对人体状态加以认识、分类和调控的观点，是目前现代医学对人体状态分类所没有的，通过中医对人体所处证候的分类，用现代科技手段通过对生理信息的处理，从而认识人体的状态特征，是中医学证候现代研究的基础性和前提工作。

证是人体在疾病过程中某一阶段的病理概括，是机体对病因的整体反应状态，它反映了藏象、经络、气血津液等功能结构的异常变化。不同的证候标示着机体不同层面的整体功能异常，“中医把认识疾病的焦点放在了整体功能上，用各种辨证方法把病人身上出现的整体功能异常辨别为各种有特异临床表现的证，每一种证实际上都是有特征内容和表现的整体功能异常态”，可见，证的本质应是整体功能的，而不是解剖形态的。

证本质研究又是证型规范化的前提与基础，是中、西医两种医学体系深层次沟通的必由途径。所以深入地探索中医“证”的诊断或评价指标、尝试对其进行定性定量的表达研究，是中医证型规范化及建立中医疗效评价指标体系的重要指标，具有实际的临床应用价值。

4　血液指纹图谱突破了制约代谢物组学中医研究的瓶颈

目前，代谢物组学通常采取核磁共振(NMR)、质谱(MS)、高效液相色谱(HPLC)为代谢物组“绘制图谱”。代谢组学之父、英国伦敦帝国理工学院Jeremy Nicholson教授认为，人体应该作为一个完整的系统来研究，应用代谢组学和全面性系统策略来理解疾病过程，与中医的整体观念和辨证论治思维方式不谋而合。

中医界非常多的学者也赞同这个观点，但是，NMR这样的昂贵设备限制了代谢物组学中医研究的开展。而血液指纹图谱藏象信息模型的研究，主张以红外和拉曼光谱制作血液指纹图谱，这样，既可以保证指纹图谱的测定简单、可行、有效，又保证了指纹图谱所必须具备的特异性、重现性和再现性。而且大大的降低了血液指纹图谱研究的成本，以红外和拉曼光谱制作代谢指纹图谱，也将大大降低代谢物组学中医研究的成本，推动这一新兴学科快速发展。

篇4

【摘要】中西医结合防治慢性肾脏病有优势，也存在一些问题。通过中西医结合防治慢性肾脏病的措施，对中医药治疗肾脏病作用机制的研究；加强优化方案的研究；探索中医肾本质的研究，组织普查，加大宣传，早期预防。降低慢性肾脏病给社会、家庭、患者造成的危害，以提高中西医结合防治慢性肾脏病的诊疗水平。

【关键词】中西医结合；慢性肾脏病的危害；优势； 讨论

1 慢性肾脏病的危害

慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）已经成为全球性公共健康问题。国际肾脏病学会预测全球每十人中就有一人患有慢性肾脏病，预计2015年全球约3600万人死于慢性肾脏病引起的心血管疾病。慢性肾脏病防治是跨越国家、民族、政治等全球性公共健康问题，是无论发达国家还是发展中国家，都必须面对的严重挑战。慢性肾脏疾病具有“三高”特点，即患病率高、合并心血管病率高和死亡率高。同时，它还具有“三低”的特点，即知晓率低、人们对这种病合并心血管疾病的知晓率低、防治率低。慢性肾脏疾病如果治疗不及时，会发展至终末期肾功能衰竭，即肾脏被逐渐破坏，最后肾功能几乎全部损坏，结果是代谢产物及多余的水分在体内堆积，引起水分及电解质紊乱。如不接受透析，患者将有生命危险。目前我国尚无准确的CKD流行病学数据。据2005年北京市石景山地区40岁以上常住居民CKD的流行病学调查显示，CKD患病率为9.4%。据此推算，我国CKD病人将超过1亿。CKD患者血肌酐超过150 μmol/L时，死于心血管并发症者是普通人群的15倍。防治CKD，运用中西医结合的方法去积极干预，具有十分重要的意义。

2 中西医结合治疗CKD的优势

许多肾脏病专家都在积极探索肾脏病治疗的中西医结合之路，如陈香美教授科技项目“免疫球蛋白A（immunoglobulin A, IgA）型肾病中医证治规律研究”，为IgA型肾病的中医证治规律提供科学证据；黎磊石院士开发研究中药提取物雷公藤多苷，为临床肾脏病的治疗提供有效的药物。中西医结合在肾脏病领域有明显的优势。

2.1科学诊断慢性肾脏病，提高治疗敏感性。如，肾病综合征不同的病理类型都可以表现脾肾阳虚证型，而微小病变的脾肾阳虚证对治疗反应好，预后好，局灶节段硬化的脾肾阳虚证对治疗反应差，预后差。西医诊断下的中医辨证，加强了中医对肾病预后的认识。

2.2 加强临床疗效，中医、西医对疾病治疗的不同阶段，各有利弊，中西医结合能互补，使病人得到较好的治疗。如，IgA型肾病表现为单纯性血尿时，西医无特异性疗法，中医汤剂加火把花根或雷公藤多苷有比较好的疗效；中西医结合治疗在肾脏疾病各个不同阶段切入，各施所长才能得到最佳的治疗。如，难治性肾病综合征在使用泼尼松、细胞毒剂、血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂、等治疗的同时，再结合雷公藤多苷、火把花根片或中药汤剂等中西医结合疗法，其疗效较单纯中医或西医疗法显著提高。中药还可明显减轻大剂量激素引起的医源性柯兴氏综合征副反应，减轻环磷酰胺引起的消化道反应及骨髓和性腺功能的抑制。

3 中西医结合治疗CKD存在的问题

中西医结合在肾脏病领域有明显的优势,也存在不少的问题

3.1缺乏循证医学证据， 疗效机制不明确: 有关中西医结合治疗各种肾脏病报道很多，但绝大部分都停留在专家个人的经验和各自单位的临床观察，没有进行多中心大样本随机双盲对照临床试验，其疗效的客观性很难确定。中药的成分复杂，经过炮制、配伍、煎煮和体内代谢后，成分的变化更是不得而知。因此，中药很难用单一指标去考察其疗效，作用机制不明。在中药治疗的基础上，联合西药治疗，其疗效机制更是不清楚。

3.2 缺失基础理论指导， 尚未形成中西医结合医学理论:中医学的特点是辨证论治，其“证”的研究是中医基础理论的核心，是中医现代化的瓶颈。目前中医临床是以“整体观念”为主导思想，以辨证论治为特色的系统论思想指导实践；西医是以“还原论”为主导思想，以逻辑思维为特征，以实验手段为主要研究方法，借助物理学、化学和生物学等手段来指导实践。中医、西医都是在各自的理论指导下进行临床实践，还没有形成中西医结合医学理论，新理论的形成还有待漫长的时日。

4 中西医结合防治CKD的讨论

4.1加强中医药治疗CKD作用机制的研究 : 加强中医药治疗肾脏病的作用机制研究是目前的热点，许多肾病工作者研究了治肾病中药复方或单味药对肾脏病理和功能的改善作用，以及对细胞因子和基因的调节作用，为临床寻找有效的药物，做了大量有意义的工作。鉴于中药多成分、多靶点、多途径和多效应的特点，很难判断有效或无效成分，也很难用单一指标考察其疗效，对它的代谢途径不清楚，半衰期不明，其疗效机制还是用“黑箱理论”去解释。由于目前的技术和方法所限，这种研究要延续很长一段时间。加大中医药治疗肾脏病的作用机制研究，为肾脏病领域的研究提供借鉴。

4.2 利用系统生物学的方法，探索中医肾本质的研究 :自20世纪80年代以来，对肾阴虚证、肾阳虚证进行了环磷酸腺苷、环磷酸鸟苷、内分泌、免疫和基因等深入的研究，取得了很大成绩，但还没有找到中医肾虚证的特异指标。系统生物学是由基因组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、表型组学及生物信息学等组成，通过生物信息学把基因、蛋白质、代谢产物及表型等横向的研究结果整合起来，采用系统综合的思路和手段从整体水平上动态地对一个集合体的存在特征、活动规律和相互联系加以描述。中医传统理论最具特色的就是“整体观”和“辨证观”，与现代的系统生物学思路不谋而合。以功能基因组学和蛋白质组学为核心的系统生物学方法，将为中医肾虚证本质的研究提供科学的手段。

4.3优化中西医结合治疗CKD单病种方案的研究 :目前，中西医结合治疗肾病的报道很多，疗效也比较好，但现在还没有中西医结合治疗CKD的优化方案出台。国家“十一五”科技支撑计划已经开始资助中医肾病临床优化方案的研究，如杭州市中医院王永钧教授牵头的11家医院肾科参与的“CKD 3期中医证治优化方案的示范研究”和上海中医药大学龙华医院陈以平教授牵头的“中医综合治疗膜性肾病多中心前瞻性临床研究”。程振远教授等多位专家提出多种免疫抑制剂早期中小剂量干预，非激素治疗或小剂量激素配合治疗的多靶点治疗方案。他们的研究方法和结果将为中西医结合治疗CKD优化方案的研究提供借鉴。优化方案制定后，进行多中心、大样本、随机盲法对照临床试验，客观评价其方案的疗效和安全性。第一次临床试验结果出来后，针对临床试验存在的问题，将方案再优化再试验直至优化出满意的方案。

4.4组织普查，加大宣传，早期预防，积极干预治疗:中华医学会肾脏病分会已经在媒体开展宣传，举行讲座，组织普查，以引起社会的广泛重视，并组织专业人士参与大规模尿常规普查。CKD患病率和病死率高，合并心血管事件的危险性增加，医疗费用昂贵，但知晓率却不足10%。有的人一生都没有做过尿液检查，肾脏有没有问题一无所知。因此，2006年国际肾脏病学会和国际肾脏基金联合会联合倡议，将每年3月份的第2个星期四定为“世界肾脏日”，目的就是唤起全球各界人士对CKD的高度关注。早期预防，积极干预治疗。要整合各种社会资源，有效提高我国慢性肾脏病知晓率、早期诊断率，提高慢性肾脏病临床诊治水平，降低慢性肾脏病给社会、家庭、患者造成的危害。

参考文献

［1］ 陈香美, 王海燕. 提高慢性肾脏病的知晓率、治疗率和控制率，减轻对国民健康的危害［J］. 中华内科杂志. 2006; 45(6).

［2］ 张路霞, 左力, 徐国宾, 等. 北京市石景山地区中老年人群中慢性肾脏病的流行病学研究［J］. 中华肾脏病杂志. 2006; 22(2).

［3］ 王钢. 中医肾脏病学研究方向与展望［J］. 中国中西医结合肾病杂志. 2004; 5(6).

［4］ 孙泽庭, 聂正怀, 邓崇平. 中西医结合的现状与思考［J］. 医学与哲学. 2006; 27(3).

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1方法

1．1基于RA热证的对证中药定向文本挖掘文本挖掘分为文本数据收集、处理、结构化分析、可视化以及评价5个步骤［6］。首先，登录中国生物医学文献数据库，检索关键词“类风湿关节炎OR类风湿性关节炎”。文献14435篇(检索日期:2011年9月15日)。将收集来的数据，以ANSI编码格式保存。利用文本提取工具，对下载的非结构化的TXT文本数据进行信息提取，保存成格式化的、便于数据库(Access)和大型数据库(MicrosoftSQLServer，SQL)处理的格式。通过关键词对构造算法［7］进行数据清洗工作。然后结合专业知识进行解析，继续按关键词对构造算法进行噪音清洗，直到噪音降到满意为止。然后，结合中医证候要素特点进行定向文本挖掘，在RA数据集内，按照“热”为关键词对文献的主题词进行检索，将数据集定义为“热”子集。然后，针对这个数据子集，分别执行后续的计算［7］。经过计算，可以得到中医治疗RA热证要素的中药用药规律。用可视化软件Cytoscape2．8．2进行可视化处理，并以网络图的形式展现出来。

1．2PubChem数据库搜索药物靶蛋白将定向文本挖掘出的对证治疗RA热证的中药分别输入PubChem数据库［8］检索，找到每种有效成分的人类活性靶蛋白。

1．3基因芯片分析典型RA热证与正常人外周血CD4+T细胞差异基因中日友好医院门诊病人中，随机选取符合纳入标准的早期RA女性患者，RA证候问卷表采集患者各项证候信息，参照相应标准进行寒、热证候判断，筛选出符合纳入标准的RA女性热证患者12名。同时按照排除标准选取中国中医科学院12名健康志愿者(年龄在18岁至70岁之间)作为对照组。采集RA热证患者及健康人空腹静脉血，分离纯化得到CD4+T淋巴细胞，用于基因表达谱芯片分析。比较RA热证与正常人差异基因，选取1．4倍以上的上调及下调的差异基因分析，具体分析步骤见本课题组前期研究报道［9］。

1．4分别构建RA热证对证中药靶标网络及RA热证生物学网络并进行对应分析利用IPA(IngenuityPathwayAnalysis)生物分析软件，在线提交定向文本挖掘出的基于RA热证对证药物的靶蛋白列表及RA热证与正常人差异基因列表。分别构建基于RA热证对证中药靶标蛋白的相互作用网络以及基于RA热证与正常人比较差异基因的相互作用网络。利用软件中的Network、CanonicalPathway、Functions及Comparison等功能模块进行分析，获得药物靶标网络功能及重要生物学通路。同时，比较药物靶标网络和RA热证分子网络，寻找和分析二者的生物学通路的异同。

2结果

2．1RA热证定向文本挖掘结果通过定向文本挖掘，筛选出治疗RA热证的4个常用中药:黄柏、知母、苍术及牛膝，将其作为研究的对象，见图1。

2．2RA热证对证中药靶蛋白及靶标网络通过检索PubChem数据库，分别找到RA热证的对证中药:黄柏、知母、苍术及牛膝4味中药共有靶蛋白123个(略)。通过IPA软件将这些靶蛋白构建RA热证的对证中药靶蛋白的相互作用网络，见图2A所示。经IPA分析，该网络排名前5位的生物学功能见表1。

2．3RA热证与正常人差异基因生物学网络及功能RA热证与正常人CD4+T淋巴细胞的差异基因中，上调基因15个，下调基因6个，详见本课题组前期研究报道［9］。基于上述差异基因和IPA构建的蛋白质相互作用网络见图2B。经IPA分析，该网络主要生物学功能见表2。

2．4RA热证差异基因及其对证中药靶蛋白的共同生物学通路在IPA系统的Comparison功能中，比较RA热证差异基因及其对证中药靶蛋白的共同生物学通路，发现在细胞免疫反应相关的信号通路中，二者都参与了共同的生物学通路:GM-CSF信号通路，CTLA4信号通路，T细胞受体信号通路及辅助T细胞中的CD28信号通路，如图3～4所示。在图4中，我们可以看到，这4条生物学通路中，RA热证差异基因及其对证中药靶蛋白都有参与，但作用的靶点并不尽相同。在GM-CSF信号通路中(图4，A)，RA热证与正常人比较，BCL2A1(Bfl-1)基因表达上调，而RA热证对证药靶点为GM-CSF信号通路中的AKT和Bcl-xL，这些分子最终共同干预细胞的存活及增殖。在细胞毒性的T淋巴细胞中CTLA4信号通路(图4，B)、T细胞受体信号通路(图4，C)及辅助T细胞中的CD28信号通路(图4，D)中，RA热证与正常人比较，上调了通路中的CTLA4基因，而对证中药靶点为AKT和NF-κB，都通过信号通路的网络影响到整个通路的生物学功能。

3讨论

文本挖掘技术能以线性和非线性方式解析数据，且能进行高层次的知识整合，又善于处理模糊和非量化数据［10］。大量的中医药临床报道积累了丰富的文本数据，为文本挖掘提供了充分的数据条件［7，11］。蛋白质相互作用网络(Protein-proteinInteractionNetwork)是研究生物功能或病理变化分子基础的新途径和新方法，也是目前国际上生物信息学研究的热点之一［12，13］。发现并建立与疾病相关的分子作用网络，对于认识复杂疾病至关重要，也是现代生物医学研究所面临的重大挑战［14］。网络药理学基本思路是理解疾病“表型-基因-靶点-药物”相互作用网络特征，通过网络分析，观察药物对疾病网络的干预与影响，寻找可能的组合药物靶标，预测最优化的组合药物［15］。

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1．1转化医学的发展历程及现状

转化医学提倡以患者个体为中心，强调多学科交叉合作。转化医学作为一个新的领域，从发展走向成熟，需要多专业的交流与协作。在国外转化医学起步较早。2003年，美国国立卫生研究院（NIH）宣布了发展生物医学的长期计划，主要是培养具有不同专业背景、能在基础研究和临床工作间互相协作研究的团队。在NIH的推动下，2011年美国已有包括哈佛大学、耶鲁大学、斯坦福大学等名校在内的38个大学和医学院建立了进行转化研究的医学中心；2005年苏格兰政府与惠氏制药公司合作，建立了世界上第一个转化医学合作研究中心；2007年，欧盟实施的第7个框架研究计划，将预算中的60亿欧元用于转化医学研究方面。同时世界著名医学类核心期刊都为转化医学开辟了专栏，相继组建了ScienceTranslationalMedicine、JournalofTranslationalMedicine和TranslationalResearch等国际性专业杂志。相比较而言，中国在转化医学的研究和实践方面尚处于初级阶段，但发展势头日趋高涨。2007年上海交通大学成立了专门从事转化医学研究的“Med－X研究院”；2008年上海复旦大学依托其附属医院，率先成立了“出生缺陷研究中心”；2009年中南大学湘雅医院组建了“湘雅转化医学研究中心”，研究恶性肿瘤；2011年总医院附属八一脑科医院建立了国内第一个“神经科学转化医学中心”等。

2010年陈竺等在《科学》杂志上发表了一项研究成果，揭示了砷剂治疗急性早幼粒细胞性白血病（APL）的直接药物作用靶点为PML－RARa。这一研究成果对于推动该类型白血病的分子靶向治疗具有重要意义。砷剂成功治疗APL的研究成果成为我国转化医学研究的典范之一。

1．2转化医学的研究内容

转化医学是蛋白质组学和基因组学及生物信息学等生物医学发展的时代产物，其中心思想是以解决临床和健康问题为目标的实验室基础研究。转化研究是转化医学中最重要的内容之一，主要包括：①分子靶向治疗；②寻找适当生物分子标志物，提高临床辅助技术对临床工作的辅助效力；③药物二期临床实验。此外，还有基因诊断治疗、干细胞与再生医学、基因组药理学与个体化医学。其中最重要的环节是生物分子标志物的研究。

1．2．1基于分子分型的个体化治疗恶性肿瘤、心脑血管病及糖尿病等大多数慢性病是多病因疾病，其发病机制复杂、疾病异质性很大，因此，对这些疾病不能采用单一方法来进行诊治。着眼于患者的遗传、分子生物学特征和疾病基本特征进行分子分型，以此为基础实施个体化治疗是现代医学的目标。实施个体化的治疗，可以对治疗方法、药物、剂量进行优化，达到最好的治疗效果。

1．2．2生物分子标志物的鉴定与运用基于各种组学方法筛选出早期诊断疾病、预测疾病、判断药物治疗效果和评估患者预后的生物分子标志物及药物靶标，如DNA、miRNA、蛋白质及多肽、炎性因子及其通路等，有利于针对性地探索新的药物和治疗方法，提高药物筛选的成功率，缩短药物研究从实验走向临床应用阶段的时间。这些分子标志物的开发应用，对疾病的预防、诊断、治疗和预后有重要指导作用。

1．2．3药物临床实验及研发美国曾有报告称，研制一种新药，从选题到临床应用，平均要用14年的时间。近40年来，美国在恶性肿瘤的研究方面投入2000多亿美元，收获了156万篇研究论文，但肿瘤患者的生存率却没有得到显著改变。转化医学通过收集和分析分子生物学和生物信息学的海量数据，筛选出分子标志物和药物靶标，有效地降低在临床二期实验中药物靶点验证性研究的失败率，提高了基础研究的转化率和速度，为新药的临床应用和个体化治疗研究开辟出一条革命性的道路。

2转化医学与中医药学的基本理念一致

中医学是我国医学重要的组成部分，进入新世纪，中医学先进的理念与落后的技术手段之间的矛盾愈发突出，限制了中医理论的广泛传播及其诊疗技术的普及与应用。然而转化医学的出现为中医药的现代化研究提供了一个良好的发展机遇。转化医学的基本理念与中医药学从临床到基础理论再到临床的发展历程和“辨证论治”的个体化治疗思想不谋而合。

2．1转化医学与中医学的运行模式相同临床实践一直是中医学产生、发展、繁荣的根本原因，从临床积累的经验中抽提理论，再用理论指导临床实践的过程是中医药发展的经典模式。基于基础科学与临床应用出现严重脱节而产生的转化医学，其主要目的就是加强基础医学与临床医学之间的联系，将实验室的研究成果快速转化为临床应用，同时临床上出现的新问题可以指导基础研究方向。虽然传统中医学不进行实验室研究，但其“临床－理论－临床”这个螺旋上升的模式与转化医学的运行模式是一致的。

2．2转化医学与中医学的理念统一基础医学与临床医学存在着方法论方面的差异，主要体现在：临床医学以系统论为导向，基础医学则以简化论为基础。转化医学研究的对象是人，人的健康除与人体结构与功能相关外，还涉及自然环境和社会环境因素的作用，这决定了转化医学必然是一种复杂性研究系统。以转化医学为基础的系统生物学应用系统工程的概念、定量分析生物系统若干组成部分的动态相互作用，通过反复计算和／或数学建模及试验来研究复杂的生物系统。中医学是借助古代哲学、自然科学和临床实践发展起来的一种系统科学，其蕴含的“整体观”、“天人合一”等思想，与系统生物学的理念相统一。

2．3转化医学与中医学所倡导的治疗方式相同现代疾病谱逐渐向慢性病方向转变，其发病原因有多种且机制复杂，以往的单一治疗方法难以奏效。转化医学针对这一问题提出了基于患者遗传、分子生物学特征和分子分型的个体化治疗方案。中医学治病的基本原则———辨证论治，其本质就是个体化医学，体现了现代个体化医学的特征。

3中医药转化医学的特点

3．1以中医基础理论为指导原则中医基础理论是中医学的精髓，如果中医药的研究忽视中医学的特色，一味地追求细胞乃至分子层面的机制，或盲目地模仿化学药物研发模式，必然导致临床与科研的脱节，最后中医临床只能依据古代经典，缺乏令人信服的科学证据。因此，中医药转化医学研究必须以中医基础理论为指导，才能更好地服务于临床。

3．2以患者个体为中心中医学的整体观既强调人是一个有机整体，又强调人与自然、社会环境的密切相关，并建立“观其脉证，知犯何逆，随证治之”的辨证论治体系，也是一种人本主义的医学研究模式。

3．3基础研究与临床应用之间相互促进的连续过程中医药转化医学的实质是理论与实践的结合，是基础与临床的整合，具有“实验室－临床－实验室－临床”不断循环的运作特色。中医学也是在不断的临床实践中逐渐发展壮大。只有通过基础与临床之间不断地循环转化，才能促进中医医疗技术水平的整体提高。

4中医药转化医学的实施

中医药转化医学研究如何开展，如何顺应世界医学发展潮流，是当前中医药界必须思考的一个重要问题，其中中医药语言现代化和中医临床、中药创新药物研究的现代化是中医药转化医学实施的关键。

4．1建立中医学转化研究机构有条件的研究型或教研型中医药大学、研究型医院或国家中医临床研究基地可采用加盟或联合方式进行资源整合，建立以临床和基础及药物研发为主体，结合中医古籍研究的跨学科中医药转化研究中心，并吸引相关企业共同参与，以平台管理方式进行统一部署和联合攻关，构建起一条高效率的转化链。此外，也可以通过内部选拔或对外招聘的方式组建一个交叉学科研究室。此外，生物医学信息学为解决转化医学相关问题提供了一系列方法学，其研究者应该成为中医药转化医学研究团队的核心成员。

4．2加强转化医学推广教育和转化型人才培养长久以来，基础研究领域人才的提拔和奖励主要依据研究者的论文，而不是其带来了多大的临床效果。而临床医生则缺少时间去阅读相关文献，这在相当程度上限制了基础研究与临床之间的交流。要解决这个问题，就必须加强基础研究者和临床医生之间的交流、合作。当前中医药基础研究的人才队伍建设比较薄弱，整体科研水平较低，知识结构也较单一，学科渗透和交叉能力相对欠缺，对世界医学最新进展和前沿动态信息了解滞后，创新能力不足。因此，需要加强对既懂中医又具有现代西医科学实验技能，并有转化医学理念的复合型人才的培养。国内中医药大学与开设的中医学国家理科基地专业是一个很好的探索。

4．3加大扶持力度与政策引导长期以来，高昂的经费支出是造成转化医学研究发展十分缓慢的核心问题，原因在于科研成果从实验室走向临床的转化过程成本高，前期的巨大投入使许多企业和医疗机构失去投资的动力。其次，中医药转化研究的过程涉及多学科、多部门的利益协调，很容易在关键环节产生脱节现象。因此，政府除了要在政策上加以倾斜和扶持，引导大型企业赞助中医药转化研究外，还应制定有效的体制、规定，将各学科、各部门紧密地联系在一起，形成一个团结高效的研究团队。

4．4紧密结合中医特色和优势，展开中医药转化研究中医药转化研究是中医药现代化研究的需求，有助于更好地促进和加快中医药向更深层次水平迈进。中医药转化研究的开展应紧密结合中医特色和优势。主要包括：①重视中医经典的指导作用：2006年颁布的《中医药创新发展规划纲要》，明确了中医药发展的“继承、创新、现代化、国际化”四项基本任务，强调在“继承”基础上加以丰富发展、充实完善，才会有中医的创新。②推动经典复方的方剂组学研究：方剂组学以中医方剂作为研究内容，以提取物的质量控制为前提，以临床疗效为基础，然后应用基因组学和蛋白质组学明确其作用靶点、研究其调控机制。③协作进行病证结合的转化医学研究：陈可冀院士认为，西医诊断与中医辨证的病证结合充分体现了中西医两种医学的优势互补，是中西医结合的最佳模式。④注重结合中医临床：进行中医药转化研究时，必须充分体现中医整体观及辨证论治的特色，针对证候的分类、治则治法、方药选用、证候转变、疗效评价等关键环节，应用各种组学技术，筛选出不同层面的与证候发生发展、辨证分类、治法方药和疗效评价相关联的敏感性生物标志物群，并给予其在脏腑及四诊信息中的定位。

5结语

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【关键词】课题研究；生物学原理；生物科学素养；能力

笔者参加了我校报批的《初中生物教学中培养学生生物科学素养的途径与方法的研究》市级课题研究。“利用生物学原理，培养学生的生物科学素养”是其研究的项目之一。为了通过实际的课堂教学实践验证“利用生物学原理，培养学生的生物科学素养”是“初中生物教学中培养学生生物科学素养的途径与方法的研究”中的一种切实可行的方法和手段。兹将本人负责的项目作如下总结：

生物学原理是生物科学素养的主要载体，而生物学原理的教学则构建了培养学生生物科学素养的主要平台。生物学原理科学课程倡导培养学生的科学素养，科学素养的中心特点是，理解重要的科学观念，懂得科学技术潜含的力量及各自的局限性；具备科学思考的能力；能够将科学知识和科学思维方式运用于个人决策或参与公共文化事务之中 。生物学原理是观察、实验、思维相结合的产物，它不仅呈现了生物科学的事实观念和特点，而且还呈现了生物科学的探究方法和探究方法。因此，生物学原理是生物科学素养的重要载体，而生物学原理的教学则构造了培养学生生物科学素养的重要平台 。

生物学原理的重要特点生物学原理反映了生物界中的现象、过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，反映了生命活动中的本质关系，是生命活动的基本规律及形成机理 。生命性生物学原理重要阐明生物生命活动的规律，而生命活动规律重要表现在新陈代谢、应激性、生长发育、繁殖、遗传变化、进化及系统发生等方面 。生命性是生物学的根本特性，生物学原理是围绕生命活动这个中心展开的。综合性生物界具有少样性，生命系统具有少层次性，而且是高度组织化的，如生命系统的层次有细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈 。在生物系统不同层次上有着各自的生物学原理，但每一具体的原理都不是孤立存在的，它们之间存在着一定的关系 。许少原理不仅超越了生物科学单一学科分支的范畴，涉及到各种生物类群，而且涉及数学、物理、化学等其它学科，特别是近代生物科学的综合性发展更加注重了学科知识与技术的综合运用 。因此，生物学原理的综合性特点为培养学生的生物科学素养提供了更为广泛的资源和空间 。

加强生物学中心观念的教学生物学原理是建立在生物学观念基础上的更深一层次的生物学知识，它反映了生物学事实或观念之间的相互关系 。学生形成生物学观念和掌握生物学原理之间存在着不可分割的辩证关系 。一方面，形成生物学观念是掌握生物学原理的基础，观念不清就无法掌握生物学原理；另一方面，掌握生物学原理可以使学生从生命活动变化中去进一步地理解巩固生物学观念 。教师引导学生建立正确的生物观念是使学生掌握生物学原理的前提，没有这个前提生物学原理的教学就无从谈起 。加强观念教学必须使学生获得足够的感性认识 。教师要创设便于理解观念的良好环境，提供探索生物学观念所必须的感性材料或典型事例 。

教育的目的在于提高公民的素质，提高素质不等于片面追求高学历，教育必须与生产劳动相接合，必须为现代化建设服务，培养德、智、体、美、劳全面发展的建设者和接班人。但在现实的教育形式下，学校片面的追求升学率的提高，而普遍忽略其他方面的教育及培养。在很大程度上与素质教育相背，教育与素质教育和实践相互脱节，学生毕业走入社会，技术、技能等能力极其低下，创新意识薄弱，知识面狭窄，应用能力不足等缺陷。学生的生物科学素养极其低下，严重影响了教育事业的发展进程，中学生物教学中存在的问题严重制约着学生生物素养的培养和提高。因此，利用生物学原理培养学生的生物科学素养显得尤为重要。

生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力，包括理解科学、技术与社会的相互关系，理解科学的本质以形成科学的态度和价值观。它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。其最基本的含义是指学生能够合理地将所学到的科学知识运用到社会及个人生活中。生物学素养是公民科学素养中重要的组成成分。是人们在认识自然和应用生物科学知识的过程中表现出来的内在本质，包括人们所掌握的生物科学知识、技能和方法，以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质等方面。是公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力、以及相关的情感态度价值观。它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有的基础上不断提高自身科学素养的能力。

良好的科学素养是一个人成功的基石。科学素养是一个人综合素质和能力的体现。需要在长期的学习、工作和生活中逐步培养和建立起来。作为一名从事一线教学的生物学教师，深知自己的责任和义务，必须更新观念、改进教法、改进评价方法、重视理论和实践的联系、全面提高学生的素质和能力。

在科学技术不断地改变着我们的生活，改变我们周围世界的今天，具有科学素养是现在每个初中生毕业后必不可少的能力。通过此课题的研究，转变教学观念，将生物教学与个人和社会相联系，加强书本知识与生活相联系，使学生从生活中走进书本，再从书本回归生活，使生物学与学生生活之间架起桥梁，引导学生善于思考生活中的生物学，善于捕捉、获取、积累生活中的生物学知识，使抽象、枯燥的生物学知识具体化、生活化，使学生进一步对生物学产生亲切感、真实感，同时感受到生物学的趣味与作用，领悟科学探究的各种技能，培养科学精神，形成良好的科学态度和科学情感，进而增强对生物学知识的应用意识，有效地提高生物科学素养。

在教学中要使学生通过生物课学习能在以下四方面得到发展：科学的态度和科学的世界观， 科学探究方法与技能 ，科学、技术和社会，生物学的知识和技能。

生物学属于一门自然科学课程，是一个内容丰富的知识体系。其中包括人类认识自然界的一些途径和方法，这些方法反映出自然科学与其他领域认知模式的不同，也体现了科学最基本的特征和本质。生物学教育的宗旨是培养学生的生物科学素养，不仅要传播科学的事实和概念，更要体现科学是一个探究的过程。理解这一新的课程理念，将有助于生物教学改革和实践，通过生物课培养学生兴趣、动手能力，以及发现问题、分析问题和解决问题的能力。

生物科学素养的提高并非一朝一夕就能实现的，它需要我们教师在日常教学中从点点滴滴做起，切实把新课标的理念贯彻于课堂教学之中。有目的有意识地培养学生的科学精神、态度和价值观，重视方法、技能的提高和训练，使学生养成良好的科学行为和习惯，提高学生的综合素质和能力，潜移默化地提高学生的生物学科学素养。

生物科学是21世纪发展最为迅速的学科之一。生物科学素养的教育内容应主要包括科学知识、科学方法、科学态度、科学精神和科学价值五个方面。培养学生具备一定的生物科学素养和创新精神，掌握生物研究的科学方法，才能够适应社会经济和生命科学的发展。笔者根据参加课题研究的实际教学经验，将义务教育阶段有关利用生物学原理能提高学生生物科学素养的教学内容大致分为植物、动物、人体生理、微生物、实验等五个方面。例如实验教学方面，众所周知，生物学是一门实验性很强的学科，科学实验是生命科学最基本的研究方法，是培养和提高学生生物科学素养的最佳方法之一。通过实验锻炼学生的动手能力，进而提高学生的社会生存能力。同样对生物学知识的学习、生物学能力的获得和生物科学素养的达成同样也离不开实验。实验教学既是生物学教学的重要内容，又是一种有效的教学手段，更是培养学生科学素养的重要环节。在中学生物学实验教学过程中重视学生科学素养的培养，有利于学生获得系统生物学知识，掌握科学的实验方法，发展各种能力，树立良好的科学态度，养成科学的协作精神。生物实验教学为学生提高生物科学素养搭建了一个发展平台。

生物学课程中的实验教学是学生积极主动地获取生物科学知识，领悟科学研究方法而进行的各种活动。通过设计实验过程、收集和分析资料并得出结论，使学生认识、经历科学研究的过程，并训练其使用有关的具体方法完成每一个步骤，是培养学生发现问题、分析问题、解决问题等能力的有效操作方式。

把实验课和理论课、活动课、课外实习、野外考察及社会实践结合起来，使实验课教学开放空间向课外和校外延伸，突出地方特色，充分利用当地的生物资源。如：植物学实验中植物各器官形态结构的观察，可以和野外考察结合起来，以野外的植物为材料，观察记录不同植物根、茎、叶的形态特征，花及果实的类型，植物各器官系统的功能，以及植物形态结构和功能与植物生活环境适应性，使学生以新的目光新的角度，发现一些课堂上没有接触到的新知识新问题，开阔学生学习和思维的空间，将学到的知识应用于实际，培养学生热爱大自然、热爱生命科学和思想情怀。充分发挥学生在生物学实验教学过程中的主观能动性，提高学生对生物学实验课的兴趣，增加师生之间、同学之间沟通与交流，学生的学习由“被动注入式”变成“主动吸收式”，有利于培养学生的观察力、动手能力、科研创新能力、独立思考获取知识能力、信息收集鉴别处理能力、合作交流能力；有利于培养学生的团队精神、协作精神、进取精神、创新精神和科学探索精神，加深学生对生物科学过程和科学方法的理解，切实提高学生生物科学素养[1]。

生物科学知识与我们的现实生活密切相连，通过生物科学素养的培养可以使学生从现实的生活当中体验到科学的重要性，意识到只有自己的科学素养提高了才能用科学的眼光看待周围的事物，用科学的行为来对待周围的事物，用科学的思维约束自己的行为，当他们能够认认真真地对待这一切并能不断地反思自己的所作所为时，自身的科学素质也就自然而然的提高了，而科学素质的提高对于我们国家建立和谐社会以及执行可持续发展的战略决策具有极为重要的意义，因此学生科学素养的提高对于我国的现代化建设以及国家精神文明的提高有着举足轻重的作用。

生物学新课程开创了科学、技术和社会（STS）教育的新局面，新的课程标准把了解科学、技术、社会的相互关系，关注和参与生物科学技术有关的社会问题的讨论和决策，作为生物科学素养和重要组成部分。在STS教育中，如何培养学生的科学素养，如何培养学生对自然和社会的责任感，是每一位教育工作者必须思考和面临的问题。通过实际的教学实践，体会到教师对活动内容的选择很大程度上决定着STS教育的效果。课堂上若选择一些学生感谢到亲切、实在、能接触到相关问题或与社会生产、生活、发展有关的热点问题组织教学活动，通常能取得较好的教学效果[2]。

参考文献

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关键词：中医学，科学方法，文化基础

中医学的临床疗效已经得到广泛的认可，其独特的健康观念、医学理念、治疗技术、养生方法所获得的认同已达到前所未有的程度。不论是在常见病、多发病治疗，还是在诸多疑难病甚至新发疾病的应对方面，中医药学的独特作用不仅得到了直接受益者的青睐，更得到学术界以至更大范围的认同，其国际影响也正从民间到学界再到官方日益扩大。然而，对于作为方法的中医学的独特认知方式的解读还远未深入。对具有鲜明中华文化独特性的医学理念、疾病观念、概念系统与直接具体的临床疗效之间关系的解析，仍在相当程度上停留于、满足于以传统中医自身的言说方式反复陈说而不能深入分析个性与共性之间的复杂关系。对于像青蒿素等具有特定代表性的不同类型的重大成就与系统性的中医药学的深层关联的探索仍然强调的是实践层面的意义。系统生物学等一系列前沿科学方法的引进、借鉴对于探求中医药学的“作用机理”之类的问题还只是开启了令人有几分乐观的研究进路，在临床成功经验与作用机制之间及其巨大的灰色地带的开垦有待长期执着的不懈努力。

1中医独特的认知方式潜藏着有待深入解析的奥秘

曾经，在中国的土地上，把中西医学的差异说成是两种医学理论体系的差异是一种有一定普遍性的表述。但是，这种差异究竟意味着什么，学界似乎并没有一条共同的思想基线。在长期存在并持续至今的关于中医药研究、评价中的种种论争，都与这一问题密切相关。当我们说中西医是两种不同的医学理论体系究竟意味着什么？两种体系的地位可以对等吗？二者之间的沟通、对话是可能的吗？其实，早有学者指出，中国文化和希腊文化各有自己的概念体系，各有自己的学术框架，据此都可以对自然、宇宙和人体进行系统的研究。中国的主要方法，当然也不是唯一的方法，是寻求事物之间的共性，寻找同类关系，寻找感应关系[1]。也有人说，中国思想的出发点是“事”。“事”不是实体，而是实体之间的动态关系。在思想主旨上，西方哲学是关于必然性的思想，而中国哲学是关于可能性的思想[2]。这种特征在中医药学的理论实践中得到了深刻体现。中医药学在实践中已经不容置疑地成功彰显着中医学理论的强大生命力，也集中体现着中国思想的独特传统价值。

中医学当然有自己的鲜明文化特色，有独特的生命观、健康观、疾病观。这些观念的现实价值，在中医临床实践的世界之中才能真正体现。传统中医诊疗所达至的境界，有时看似简单，却并非仅仅靠一般经验的重复、累积、再现就能透彻说明，中医独特的认知方式潜藏着有待深入解析的奥秘。中医的眼光看到了什么？有限的表观信息何以能传达出科学手段并未关注到的“世界”？事实上，真正对于中医的有深度的理解只能基于对中医药临床成就的深刻认识。因为，基于中医千百年实践的系统化经验的理论说明具有相当的有效性，并且具有独特的不可替代性。例如，中医临床中既有相对稳定、效不更方的典型证候，更有“但见一证便是”与随证加减。而这里的随证加减并不是简单地对症用药，因为每一个看似单纯的症状实际上都是在一个解释系统中被准确定位的，它基于另外一种症状鉴别诊断系统。中医药学理论与实践的关系固然复杂，但其独特认知方式的现实解释功能不容忽视。在这里，认识世界和改造世界有高度的统一性。一个简单的例证就是，面对同一个风湿病病人或高血压病人，一位西医专家和中医专家关注病人的角度会有相当大的差异，并会导向不同的治疗策略。

在迫不及待地不断追求新技术的取向和刻意捍卫正宗的复古倾向之外，作为方法的中医学有待于在新观念指引下进行深入开掘和重新阐发，这可以而且应当成为中医药学超出临床实践意义的重要科学贡献。在当今的医学语境下，聚焦中医临床实践，对中医对疾病的认知方式做更深入的开掘性解读不仅有助于实际问题的解决，还可以为当今医学发展带来更深刻的启示并做出科学性的贡献。

2超越传统的本质论疾病观与线性还原的因果论

2.1“刷新”我们的疾病观

简单地说，我们可以把疾病看成对健康的偏离。或者进一步说，疾病是机体在一定的条件下，受病因损害作用后，因自稳调节紊乱而发生的异常生命活动过程，引发一系列代谢、功能、结构的变化，表现为症状、体征和行为的异常。传统的疾病观，总是试图确定疾病的某种本质，对导致疾病的原因进行无穷追问。具有很大相对性的疾病分类在某些人眼中似乎成了必须遵循的铁律。时下学者比较中西医学时，也每每以所谓“证”状态与“病”本质作对比，其实也是受到这种束缚的表现。关于疾病的分类与本质的本体论的强制性导致了现代医学研究在应对生命科学的复杂性与医学的不确定性的单一向度。走进中医的世界，眼前展现的是迥然有别的医学天地。用完全不同的概念、术语表达的其实是疾病世界的不同维度。但要把这套系统言说直接“翻译”成现代医学术语在当下阶段几乎不可能。而有时超出预期、时常被视为神奇的中医临床疗效，在其自身的境界里其实顺理成章。这样的境界值得我们以谦抑的态度审慎对待，虚心学习。

在此，我们不妨回忆一下沈自尹院士早在二十多年前的见解。他曾说道，过去一直认为感染性炎症是细菌或病毒等外邪所引起，只要消除细菌或病毒，炎症自然会消退。但研究表明，清热解毒药不单纯在于抗菌、抗病毒，而是对复杂的细胞因子网络进行精密协调，由此抑制炎症介质的合成和释放，从而改善了炎症与组织损害。因此，需要转变对清热解毒药作用环节的认识，不能仅认为清热解毒药是祛邪以安正，清热解毒药杀菌灭毒之力实际不如其调节细胞因子、炎症介质之功效，其中实含有扶正(扶正不一定是指补法与滋补药，免疫调节就必须通过人体的正气)以祛邪之深意。也就是说，清热解毒中药在严重感染的状态下，不仅能“祛邪”，还能“扶正”。这些研究成果提出了对待外来因素所致疾患还须注意从保护与提高非特异的免疫功能着眼。特异性的杀菌作用固然是好，但还有非特异的免疫功能，那却是人体生来就有而且是最基本的防御杀敌能力[3]。这样，“感染”、“抗感染”的内涵就都有了新变化。对疾病原因的寻求也超越了简单的线性关系的思路。

沈院士[4]还指出，针刺也能提高机体非特异性的抗病能力，同样说明对待感染性疾病不能全赖高度特异性的抗菌药物。这对西医来说将是概念上的转变，这是中医药研究不容低估的贡献。

2.2所谓“关系本体”有其科学内涵

证是什么？迄今为止，对这一中医学最具典型性的概念的共识度还有很高的相对性甚至表面性，相关认识差异的存在并不只取决于所谓表征指标的客观性问题。一般说来，证作为同时并存的一组症状的组合有其空间维度；其形成的过程及影响因素又有时间维度的考量，证候状态虽有一定的稳定性也有相当的恒动性；其每一构成要素都处于复杂网络的某个节点，时时会出现主次关系的变化。线性因果关系可以无穷无尽地追问，相关联动的结构关系断面剖析也有重要的认识论价值。在这种意义上说，不同于实体本体的所谓“关系本体”就不仅是一个哲学概念，而具有其科学内涵。

关于急腹症的中西医结合研究等也同样曾经开启了抗感染的新境界，但其意义也还没有得到彻底、充分的解读。通里攻下、急下存阴等治法机理的研究，同样改变了人们对疾病的理解。某些证本质的探索，还有其他诸多治法的研究也曾触及到过去几乎不被人知的看似不相干的疾病之间的共同“本质”，其足以带来某种颠覆性观念转变的意义也没有得到足够的阐释。其实，复杂性研究之不重因果而重相关的取向有其深刻内涵。表面看来比较直观的症状组合所代表的内在关联要求更具系统性的解读方法。

近年来，学界普遍认为系统生物学将可能解读中医药复杂理论体系的科学内涵，系统生物学使西医从整体的方面去认识人体及疾病成为可能，认为系统生物学是中西医结合的桥梁[5]。最近，王喜军教授团队的一项关于中药六味地黄丸的研究表明，六味地黄丸通过调控苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸、硫酸高香草酸、溶血性磷脂酰胆碱等30个血液代谢标记物及12个相关的靶标代谢通路，显著影响大鼠生长发育过程中血液代谢轮廓，并圈定了硫酸高香草酸、苯丙氨酸、甘氨胆酸等8个代谢标记物为六味地黄丸影响大鼠生长发育的核心代谢标记物。证明了六味地黄丸能够显著调控大鼠生长发育过程中的血液代谢网络，从而影响大鼠的生长发育[6]。这类研究的方法论意义值得持久深入地探究下去，世界可以因你看它的方式而不同。

2.3寻求“以变而在”的方法论

在另一个方向上，与清热解毒研究可以成为对照的对虚证本质和补益药的研究发现虚证普遍具有细胞免疫功能低下的情况，尽管虚证的表现各不相同。而很多种补益药，无论健脾、补肾、滋阴、温阳，只要用药对证(指补益药针对虚证状态)，都可增强细胞免疫，表现为上向调节，这几乎已成为补虚药的共性。这对中、西医两方面都具有意味深长的启迪[7]。异病同治、同病异治，辨病辨证相结合等实际具有极为丰富的科学内涵。

哲学家赵汀阳有一段重要论述：“中国的连续性从无断裂，其关键之存在论理由是，中国是一个以‘变在’(becoming)为方法论的文明，而不是一个固守其‘存在’(being)本质的文明。空间性的中国之所以能够长存而不被外力所解构，实得益于时间性的中国方法论，即自古以变而在的生长方式，所以万变反而不离其宗。中国存在之本在于其变在之方法论，或可称为作为方法论之中国。”笔者之所以不避文抄公之嫌，大段引用我们并不熟悉的这些表述，实际只是想借用“以变而在”这一颇为精到的概括，虽然不能简单地以此概括中医学的方法特征，但中医学变动不居的“恒动观”确实与之有异曲同工之感。赵汀阳先生还讲到，人们已经知道了各种事物(问题)之间的相关性甚至比事物本身还重要，于是进一步的问题就是，以什么样的路径进入由事物(问题)之间的相关性所构成的思想空间才最能够理解这个思想空间。中国顽强之长存能力就在于以变而在的方法论，这意味着，中国精神世界的元规则是作为方法的中国，而不是作为教义的中国[2]。这同样提醒我们要极端重视作为方法的中医学的科学价值。正是中医学的认识方式给我们呈现了不同的认识取向，足以刺激我们尝试寻求另外一种完全不同的疾病认识、分类方式。中医学整体恒动的疾病观、变与不变动态统一的辨证方法正是近于以变而在的方法论的体现，实际上昭示着一个不同凡响的别样世界。

3追问的逻辑与逻辑的追问

3.1中西医之差异是中西文化差异的镜子

中西文化是如此之不同，以至于双方都愿意承认这几乎就是两个世界。二者之间差异的突出表现常被定位在思维方式不同。所幸，对两种文化之间对话的必要性或可能性的共识越来越高。不过，正如有识者指出的，按照西方哲学结构去重新安排和解释中国哲学的问题损害了中国哲学的思想意义和力度，就好像要按照书架的结构去重组椅子一样会破坏本来的性能。尤其是，中国关心的语言局限性是，特定的语义永远网不住无常的事物，因此永远不能拘泥，只有灵活的心和亲身的体会才能跟上自然的节奏[8]。如前所述，对健康疾病之变动不居的认识方法自有其长处。

3.2中医的“概念”是更大的思考单元

有必要强调一点，形式逻辑并不发达的中国思维方式有别于西方的概念思维。中医的“概念”是更大的思考单元。中医的“概念化”方式与中国思想文化的特点有内在的相关性，中医学显在的理论系统并未实现严格的内部自洽。例如，肾、阳、肾阳、肾阳虚这些概念之间的关系就不是层级严格的线性关系。但我们可以着力于对传统言说方式表达的相关性经验间的潜在关联的内在逻辑做深入解读，而这终将导致系统化成功经验下潜在规律的逐步发现。概念体系其实很像人际等级体系，一些概念有特别重要的地位，如果一个重要概念被翻译为没有分量的概念，它本来所意味着的思想问题也就好像变得微不足道。不过，面对这样的传统体系我们的逻辑追问只能适可而止。我们不应当也不可能强求以一种一统天下归于气般的一以贯之的解题方式来研究中医药学，不管是理论还是实践经验。积极利用现代科学技术的研究、充分尊重传统观念与实践经验的传承创新和在以上两者之间不断往复的深度对话与诠释性解析，才是通向未来的光明之路。

3.3走向创新通用概念

时下许多论者谈论中医问题每每把哲学观念当成具体知识，急于以之说明个别问题，而其实际陈述更多体现为理念却缺乏明晰性与可操作性。捍卫中医的言说者众，隔靴搔痒亦复不少，而维系中医内在生命的临床行动者们每每语焉不详甚至失语。以自视超迈的理念能高视却难以阔步，要走出行动者失语的悖论需要走出浮泛的哲学辩护。我们需要基于中医的认识与实践寻求创造新型的通用概念。

赵汀阳[8]也曾说道，东方的智慧似乎包含着另一种可能解决问题的想象力。中国哲学的独特视野还发现了一些在西方哲学里没有被重视却非常重要的问题。假如一旦能够使某些(数量不用很多)中国概念成为世界通用的概念体系的一部分，即成为人类在思考任何事情所使用的普遍(universalandgeneral)概念，或者说，使中国语言中的某些关键词成为普遍通用的关键词，那么这将意味着中国思想能够成为通用的思想工具和根据的一部分。从客观的角度看，中国概念进入人类通用概念体系将扩大人类思维的能力。在如何对待中医学的问题上，我们有理由做这样的期待。而这，正可以成为中国文化的创造性转化和创新性发展的代表。

3.4让“科学”向“传统”致敬，让“传统”向“科学”致谢

中药有效性是中医药治疗优势的直接体现，而有效性的科学阐释是连接中医学与现代医学科学的关键渠道，中药有效性评价也是发现药效物质基础的前提[9]。用一种新的生物学语言，科学地表达中药的有效性，让现代生命科学领域认识和接受中医理论及临床实践的科学价值是当代中医药研究的重要使命。中医方证代谢组学(Chinmedomics)是近年来兴起的一种研究中药方剂有效性及其药效物质基础的整合策略，是中医药现代化研究方法学意义上的创新。它基于中药复方给药形式的特殊性及方证对应疗效的专属性特点，以代谢组学技术建立方剂有效性评价体系，揭示证候生物学本质；以证候生物标记物发现为切入点，以方剂为研究对象，为中药有效性评价提供了有效途径，通过揭示临床常见中医证候的生物标记物及其相关方剂的有效性，推动了证候的精准诊断及临床治疗经验的挖掘，为提升中医理论及临床实践的科学价值的认识提供了全新的科学解释。这种方法学上的创新开辟了中医药研究的新境界，得到了学界广泛认同，发挥了重要的示范引领作用。

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关键词：生物信息学 实践能力 课程体系 培养模式

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）07（a）-0047-02

1 生物信息学概述

伴随现代高通量分子生物学技术的快速发展，生物信息学在生物医药领域的应用日益深入[1]。作为数学理论、计算机技术和生物医药研究的整合学科，生物信息学在生物进化、生理功能、疾病治疗、药物开发、农林产业等众多领域均具有重要的应用价值，是研究生命科学、医药科学内在定量规律的重大交叉前沿学科。鉴于生物信息学的重要研究价值和广阔的产业化前景，发展生物信息学专业教育，有计划的建设生物信息学专业课程体系，开展面向实践能力的生物信息学人才培养对促进现代生物医学发展有重要的意义[2]。

2 生物信息学教育发展现状

生物信息学发展起步于20世纪末，在短短的十几年中，生物信息学已经发展成为了横跨多个研究领域的朝阳专业，国内众多高等学府、科研院所相继开设了生物信息本科和研究生专业[3]。但是，在实际的教学和研究过程中，绝大数单位依托于单一的数学、计算机或生物学专业开展，人才培养模式尚处于探索阶段，在培养过程存在生物信学理论基础薄弱、课程体系不健全、课程内容不完善、专业教材匮乏、专业师资队伍缺乏等问题。

哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院是全国领先创办生物信息学专业的单位之一，多年来致力于生物信息学的科学研究和本、硕、博各类人才培养，坚持以学生为本，以培养高素质生物信息学专门人才为目标，深化教学改革，以满足日益发展的生物信息学高端人才需要[4]。为解决生物信息学的教育教学问题，培养高水平的现代生物信息学人才，我们提出立足国内高等生命科学与医学教育，建立面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系，以实现高质量培养具有理工科创新思维能力的生物医学人才，为我国生命科学―医药学科教育教学、科学研究和产业化输送大批专门人才。

3 生物信息课程体系建设

3.1 课程建设目标和指导方针

结合生物信息学才培养目标，经过数十名骨干教师十余年生物信息学教学实践及人才培养成果经验反馈，我们适时调整本科生课程及教学内容，逐步建立起面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系。奠定了本科生的人文素养与科学素养并重，公共基础理论及专业理论相辅相乘，重视学生理工生物医学全方面素质提高，重点突出学生实践能力的人才培养方针，并在实践中培养了大批具有创新思维能力的优秀高端生物信息学专业人才。

3.2 生物信息学课程体系建设方案

考虑到生物信息学多学科交叉特点和国家大学生培养要求，及学生未来就业深造所必需的基础和专业能力，我们在国内率先开创了生物信息学专业人才培养课程体系，并在医学院校独立开展近40余门数理基础课程和生物信息学专业课程。主要的课程建设情况如下：

（1）公共基础课程（国家限修课）：政治理论课程、公共外语、体育。

（2）生物医学基础课程：解剖生理学、发育生物学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、生物技术实验、分子药理学等。

（3）计算机基础课程：计算机基础、高级语言程序设计（C++&JAVA）、数据结构、Perl语言程序设计、数据库系统原理、Linux操作系统与程序设计等（上述课程均含上机实践）。

（4）数学基础课程：数学分析、高等代数、概率论与数理统计、数理逻辑、组合数学与图论、微分动力学方程、运筹学等（上述课程均含上机实践）。

（5）专业基础课程：信息论基础、生物统计学、生物医学图像处理、模式识别、优化算法、随机过程、生物信息学概论、生物信息数据挖掘、生物信息软件设计与开发、分子生物软件工程、生物信息学数据可视化、专业外语等（上述课程均含实验）。

（6）专业课程：生物芯片技术、结构生物学、分子进化、分子生物网络、基因组信息学、蛋白质组信息学、药物基因组信息学、统计遗传学、计算表观遗传学、计算机辅助药物设计等（上述课程均含实验）。

（7）综合实践课程：课题标书设计、科研论文写作、生物信息学进展等。

我们在实践基础上开创的面向实践能力培养的生物信息学专业课程体系不同于其他院校，具有明显的跨专业交叉性教学计划特色。该课程体系着眼于基础理论与实践应用相结合、素质培养与专业培养相结合、扎实稳妥与创新思维相结合。注重学生在医学、生物学、数学、计算机科学方面的基础性教育，同时，强调了创新型人才培养、高精尖人才培养、特色化人才培养。厚基础、宽口径，使学生在本科阶段不但打好将来从事生物信息学、系统生物学、生物医药等相关领域创新性研究工作基础，更重要的是该专业课程体系与实践密切联系，切合相关研究开发与产业实际，能够培养学生从事原始创新研究与产业开发的能力。

4 生物信息学本科生培养模式建设

4.1 五年制分段培养与多学科教育体系

目前，我们根据生物信息学交叉学科人才培养特点，考虑到基础课程多，实践能力要求高等因素，采取“2+2+1”的五年制本科人才培养模式，包括两年理论基础课程、两年专业课程与一年实践应用课程培养（含科研训练+毕业设计）。此模式在学生就业和用人单位反馈中证实具有显著的人才培养效果。

课程体系建设依托于生物医学综合优势及深厚的数学、计算机科学功底，通过理论教学与实践训练中的知识技能交叉、渗透，培养适应21世纪生命学科与转化医学领域急需的生物信息学复合型人才。在此基础上，从学科的交叉性出发，进一步加强不同类别课程之间的有机融合，加大相关领域知识的整合力度，建立更为紧密、完善，符合生物信息学学科特点的课程体系，将进一步推动学科的发展和系统性教育理论体系的建立。

4.2 面向实践能力培养的本科生教育模式

在本科学生的培养过程中，我们特别重视学生实践能力的培养，通过教研一体化、学业导师制、报告研讨制等先进的教学方法，引导学生早期接触生物信息学应用领域和科学研究，在巩固学习知识的同时，加强对学科的认识和对未来的把握。

“教研一体化”的实践教学模式：面向实践能力培养的课程体系建设，要求教学模式上的改革，使得人才培养模式由注重多数学生基础理论知识培养的大众教育，向注重少数高精尖创新能力培养的精英式教育转变。充分利用骨干教师在生物信息学领域的研究经验，将科学研究成果快速转化成优秀的教学素材，培养学生动手、实践、创新能力，注重培养学生实际产业化的认知水平和实践能力。

本科生学业导师制：本科生进入专业课教学阶段，实行学业导师制。采取学生与一线骨干教师双向选择方式，使每名学生拥有自己的学业指导教师。导师为学生提供思想教育和专业辅导，并通过指导大学生数学建模竞赛、创新创业科研训练、早期科学研究等方法促进学生的学习尽头和对专业的深入认识。

专题报告与研讨制度：本科生毕业设计阶段，强调学生的“主体”学习地位，使学生选择感兴趣的学科方向，在导师指导下进行科研训练与实践。要求学生自主利用网络等各方面资源，获取学科前沿信息，并以专题报告形式展示学习成果，通过提问、研讨、总结，提升自身专业素养及专业技能，独立完成达到核心期刊发表水平的生物信息这科研课题。

5 生物信息学课程体系建设的意义

在全体师生的努力下，经过多年的实践探索，我们对生物信息学课程体系从基础到实践的不同阶段进行分段式、推进式的改革与建设。在政策措施、人员配备、经费匹配等各方面给予鼎力支持。优先保证面向实践能力培养的生物信息学课程体系快速、有效的建设，已经形成国内顶尖的生物信息学本科教育理论和实践团队，并为国家输送着大批高水平生物信息学人才。

面向实践能力培养的生物信息学课程体系建设，一方面能够完善生物医学本科生、研究生的知识结构，提高运用理工科思维和技能解决复杂生命科学问题的综合科研能力，更为有效的实现生命科学攻关和创新研究理论形成；另一方面，生物医药是我国科技研发的薄弱环节，在课程体系建设基础上，培养适用于现代高通量分子生物学技术的创新型生物信息学人才，将为我国的医药物研发提供强有力的推动作用，并有利于创新临床诊断技术开发和个性化医疗的实现，促进科技转化，产生潜在的、不可估量的经济价值。

6 致谢

本文研究内容是在黑龙江省高等教育教学改革专项项目，黑龙江省高教学会重点课题创新型生物医学信息学人才培养模式研究，黑龙省创新创业人才培养项目面向生物信息产业开发的创新型专业人才培养模式研究与实践，哈尔滨医科大学医学教育研究课题面向实践能力培养的生物信息学专业课程整合设计研究资助下完成的，课程体系的建设得到哈尔滨医科大学学校领导的支持，并得到兄弟院校相关领域专家、学者的帮助，在此一并感谢。

参考文献

[1] Ned Wingreen and David Botstein. Back to the Future：Education for Systems-level Biologists[J].Nature Review Molecular Cell Biology，2006，7（11）：829-832.

[2] 徐良德，马晔，孙红梅，等.八年制医学教育中开展《生物信息学》教学的实践探讨[J].素质教育，2011，11：33-34.

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论文摘要：研讨式教学模式将研究与讨论贯穿于教学的全过程，有助于调动学生的积极性、加深对知识的理解、增进学习效果。通过确立授课目标、精心设计和组织授课内容、在实践中不断总结经验，在“生物信息学”的授课过程中对研讨式教学模式进行了探索和实践。

论文关键词：生物信息学；课堂研讨；案例分析

21世纪是生命科学的世纪，生物技术飞速发展，生物学数据大量积累。而生物信息学正是在这种大背景下蓬勃兴起的交叉型学科，旨在用信息学方法解决生物学问题。为了培养复合型人才，大力发展交叉学科，国防科技大学（以下简称“我校”）近年来面向全校理工科研究生开设了“生物信息学”选修课程。

“生物信息学”作为新兴的交叉学科，具有融合性、发展性和开放性的特点。融合性是指生物信息学涉及的生物、计算机、数学等多个学科的交叉与融合。从20世纪90年代到现在，该学科发展非常迅速，研究热点发生了数次改变。开放性是指该学科存在大量有待探索和研究的新问题。这些特点一方面为课堂教学提供了大量的主题和素材，一方面也对授课方式提出了较高的要求。经过认真分析，选定研讨式教学作为该课程的主要授课方式。研讨式教学即研究讨论式教学，是将研究与讨论贯穿于教学的全过程。在教师的具体指导下，充分发挥学生的主体作用，通过自我学习、自我教育、自我提高来获取知识和强化能力培养。通过确立教学目标，精心设计和组织教学内容，在实践中贯彻研讨式教学理念和方法，在生物信息学课程中对研讨式教学模式进行了理论探索和实践创新。

一、教学目标的确立

合理的课程目标与定位是决定课程建设成败和教学效果的基础，其主要依据是人才培养需求和授课对象的实际情况。首先，教学对象是研究生，已具备一定的自主学习和创新思维的能力。教师不仅要传授知识，而且要讲解基本的研究方法，让学生具备独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。其次，作为军校学生，以后从事的工作可能涉及很多学科方向，展现如何针对一门新的学科方向进行研究的整体思路显得很有意义。最后，考虑到学生不同的知识背景，对于各部分内容的理解程度不同，必须兼顾不同的专业方向，让每个学生都能有所收获。因此，确立教学目标为：介绍生物信息学的基本概念和方法，通过案例分析展现科学研究的基本方法和实践过程。

二、教学内容的设计和组织

1.教学内容的总体设计

确定了教学目标之后，需要对课程的教学内容进行总体设计。参考国内外多所高校的相关课程设置，如北京大学的“生物信息学导论”、中科大的“生物信息学”、中科院的“生物信息学与系统生物学”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，发现这些课程主要是针对生物专业的学生开设，侧重于方法学介绍。而我校学生大部分是工科背景，对于统计和机器学习方法有一定基础，重点是了解相关的生物学问题，并应用已有的工科知识去分析和解决这些问题。同时，随着生物信息学的快速发展，研究领域不断扩大，有必要展现该学科的最新进展。

因此，课程内容总体设计上以生物学问题为主线，结合最新的研究成果，对各种计算方法的应用过程进行深入和细致的讲解。在介绍生物信息学的研究现状和生物学基础知识之后，分多个专题详述生物信息学最新的研究进展，各专题在内容上相互衔接，由浅入深，以便学生理解和接受。以问题为导向的课程设计对于启发学生思考，积极参与课堂研讨具有重要作用。

进一步，为了突出部分重点专题及其分析方法，采用案例分析课的形式，针对一些重要问题进行深入探讨。鼓励学生应用所学知识，结合自身的专业背景，通过积极地思考和讨论提出相应的解决方案。案例选择为教师有一定研究基础的开放性问题，一方面介绍已有的研究成果，一方面结合教师的研究体会，通过积极讨论拓展新的研究思路。案例分析课有助于学生更多地参与课堂研讨，对于知识的综合应用和科学研究过程产生切身体会。

2.教学内容的组织

研讨式教学的关键是调动学生的积极性，鼓励学生踊跃地参与课堂讨论，提出自己的观点。通过集中备课，学习和吸取老教师的成功经验，总结调动学生积极性的基本要素，对授课内容进行了认真的组织和编排。

（1）重点突出，详略得当。由于生物信息学涵盖内容非常丰富，有必要对课程内容进行取舍，在保证知识面的基础上，突出授课的重点。减少或删除重要性较低的部分，采用图片和动画等形式对重要的知识点加以强调，以深化学生的理解。只有学生对重点内容理解透彻，才能激发出浓厚的学习兴趣，积极参与课堂研讨，碰撞出智慧的火花。

（2）新颖有趣，实例丰富。在课程内容上应充分体现知识性和趣味性，以丰富的实例展现生物信息学中基本的概念和方法。学生往往关注与日常生活休戚相关的内容，期望能用所学知识解释常见现象，因此实例选择应贴近生活体验。课件中准备了大量的实例，例如，在讲完构建进化树之后，举例说明为什么人类的祖先是从非洲走出来的；在生物代谢一章，通过卖火柴的小女孩的故事阐释生物代谢过程的高效性；在蛋白质结构部分，讨论为什么湿着头发睡觉，头发容易变翘。通过实例分析，增加学生对于所学知识的理解和参与课堂研讨的积极性。

（3）设置思考题，留出想象空间。针对重要的知识点，预先设置思考题，以启发和扩展学生思路。生物信息学作为一门新兴学科，存在大量没有确定结论的开放性问题，有待深入探究。例如“人类与小鼠的基因组差别很小，为什么形态上有那么大的差别”，“生物系统模拟中，是否越复杂的模型越好”。针对这些问题适时地开展课堂研讨，有助于激发学生的学习兴趣，开阔其视野。

三、研讨式教学的开展

在授课过程中，教师应努力营造活跃的课堂气氛，密切观察学生的动向，及时沟通存在的问题，选择合适的时机开展课堂研讨。不断地积累经验，使课堂讨论达到更好的效果。在开展课堂研讨时，尤其应注意以下几点：

1.因材施教

在“生物信息学”课程中，学生的专业背景不尽相同，少部分学生来自生物专业，其他大部分是工科背景，如自动化、计算机仿真和认知科学等。因此，在主题的选择和研讨环节的设计上，应充分考虑到学生的需求和背景知识，发掘大家共同的兴趣点。实践证明，不同的学科背景可以有效地促进交流，提供对于同一问题的不同视角。例如，生物专业的学生可以解释有关生物技术的问题，而仿真专业的学生对于系统的建模方法有深入的理解。有效的课堂讨论，能够促进各种思路的融合，碰撞出灵感的火花。

2.及时沟通

研讨式教学需要教师对授课整体情况有较好的把握。例如，有一章的内容是生物学基础，教师针对这部分内容进行了充分准备，包括大量的图片和动画，并穿插了很多科学家的故事。但授课效果不尽理想，到了预设问题的环节，只有一两个学生参与讨论，大部分学生都一脸茫然。通过及时沟通，发现了两个问题。一是背景知识不够，学生对于预设问题了解不多；二是重要性认识不足，学生认为生物学的基础知识与本课程的学习关系不大。考虑到学生的疑问，对授课内容进行及时调整，进一步强调所学知识对于生物信息学的意义，并通过具体实例激发学生的学习兴趣。在实例的启发下，学生开展了积极的讨论，加深了对于所学知识的认识。开展研讨式教学，应以学生为主体，及时地沟通发现课堂中存在的问题，并相应地调整授课内容。即使教师讲得天花乱坠，如果学生知其然，不知其所以然，也不可能达到好的授课效果。

3.审时度势

课堂研讨开展的时机很重要。例如，当讲到生物信息学概况时，学生反应不是很强烈。而当教师结合自身经验谈研究体会时，学生很有兴趣，表情变得活跃，适合开展课堂讨论。此时，可以组织学生交流学习目的、预期和存在的疑问，以便教师进行有针对性地授课。研讨式教学一方面强调学生的主体地位，一方面要求教师发挥主导作用，密切注意学生动向，发现学生的兴趣点，引导讨论的逐步展开和深入。

4.自主提问

如果教师能够营造出一种轻松愉悦的课堂氛围，学生往往能够主动发问，提出不同观点，而不拘泥于预先设置的问题。实践证明，通过学生自主提问展开的课堂研讨，往往效果更好。在前期铺垫时，启发学生自主思考并积极讨论，分析该领域可能存在的问题和发展方向。当讲到后续内容时，学生有了一定的心理预期，很想了解该领域的研究现状和发展趋势，以验证与预期是否一致。同时，自主提问对于生物信息学研究有很好的推动作用，学生经常能够独辟蹊径，提出全新的思路，拓展研究内容的广度和深度。

5.课堂报告

在授课过程中，鼓励学生结合所学知识选择感兴趣的专题，阅读相关文献并进行课堂报告。由于学生的选题更接近彼此的思维方式，能够反映一些共性的问题，对于扩展思路很有帮助。在报告过程中，教师可适时点评，穿插课堂讨论，以深化学生对问题的理解。课堂报告可以全面地锻炼学生的表达能力、写作能力和创新思维能力，提高学生的综合素质。