第一篇：關(guān)于提高生物類專業(yè)《生物信息學(xué)》教學(xué)的一些建議論文

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）32-0219-0

2生物信息學(xué)是在生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展而形成的一門新興交叉學(xué)科，其實(shí)質(zhì)就是利用信息科學(xué)與技術(shù)對(duì)生物數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、處理、存儲(chǔ)、發(fā)布、分析和解釋，進(jìn)而揭示紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)本質(zhì)[1]。作為21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，生物信息學(xué)已經(jīng)成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要學(xué)科[2]。實(shí)驗(yàn)室的每一項(xiàng)技術(shù)，從簡單的基因克隆、基因數(shù)據(jù)分析到生物大分子進(jìn)化研究都需要應(yīng)用到生物信息學(xué)，因此，對(duì)于生物類專業(yè)的學(xué)生而言，掌握生物信息學(xué)的相關(guān)知識(shí)尤為重要。我國各大專院校都在不斷努力創(chuàng)新和改進(jìn)現(xiàn)有生物信息學(xué)課程的教學(xué)方法與方式。因此，作者結(jié)合近五年來開設(shè)生物信息學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，分析了目前生物信息學(xué)課程教學(xué)中存在的主要問題，提出幾點(diǎn)建議，希望能夠有助于推動(dòng)生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

一、生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)中的問題

1.生物信息學(xué)教材的選擇。生物信息學(xué)的發(fā)展速度快、內(nèi)容廣泛，目前很多國內(nèi)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，國內(nèi)引進(jìn)的生物信息學(xué)相關(guān)的英文原版教材中有些屬于科普性質(zhì)，內(nèi)容過于簡單，而有些偏重介紹生物信息學(xué)的計(jì)算方法或模型的建立，過于復(fù)雜[3]。而國內(nèi)相關(guān)教材更新較慢，課堂內(nèi)容涵蓋的知識(shí)面和知識(shí)點(diǎn)相對(duì)減縮，而且一些前沿的數(shù)據(jù)和先進(jìn)軟件沒有講授，這些對(duì)學(xué)生的發(fā)展和生物信息知識(shí)的合理運(yùn)用極為不利[4]，因此，目前導(dǎo)致很多高校教師無法選擇適用于生物類專業(yè)的生物信息學(xué)教材。

2.教學(xué)大綱安排不合理。生物信息學(xué)是一門集分子生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉學(xué)科，它囊括了基因數(shù)據(jù)獲取、基因預(yù)測、序列比對(duì)、序列拼接、分子進(jìn)化、蛋白質(zhì)序列分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子建模、藥物設(shè)計(jì)以及基因芯片蛋白芯片等內(nèi)容模塊，同時(shí)各領(lǐng)域內(nèi)容還涉及到具體的計(jì)算方法、概率統(tǒng)計(jì)、機(jī)器語言等知識(shí)模塊。由于課時(shí)設(shè)置有限，如果教師在課堂教學(xué)對(duì)各領(lǐng)域內(nèi)容面面俱到，會(huì)造成大部分內(nèi)容都只是蜻蜓點(diǎn)水，學(xué)生學(xué)完以后雖然接觸了很多東西，但在生物研究中遇到實(shí)際問題還是束手無策。

3.教學(xué)內(nèi)容滯后。生物信息學(xué)是一個(gè)快速發(fā)展的學(xué)科，隨著生物學(xué)科自身的發(fā)展和研究的深入，新的數(shù)據(jù)庫和信息資源不斷涌現(xiàn)，各種數(shù)據(jù)庫和軟件的更新?lián)Q代非常頻繁，如果教師所講授的在線服務(wù)器、分析軟件、講解實(shí)例都不是當(dāng)前最普遍的，學(xué)生學(xué)完后打開最新的在線服務(wù)器或是相關(guān)分析軟件依然不會(huì)操作。

4.教學(xué)方法和教學(xué)手段存在不足。生物信息學(xué)教學(xué)普遍采用普通教室多媒體講授，而生物信息學(xué)課程是一個(gè)實(shí)踐操作課，學(xué)生經(jīng)常要?jiǎng)邮植僮鳎胀ǘ嗝襟w教學(xué)與實(shí)踐操作教學(xué)相脫節(jié)。傳統(tǒng)的講授很難與實(shí)踐教學(xué)效果相比，很多學(xué)生雖完成了生物信息學(xué)課程學(xué)習(xí)，也接受了很多生物信息學(xué)的理論知識(shí)，但在進(jìn)入大四階段做課題研究完成畢業(yè)論文時(shí)，遇到需要在數(shù)據(jù)庫查詢序列、用軟件分析序列或蛋白性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等問題時(shí)依然束手無策。

二、生物類專業(yè)生物信息學(xué)課程教學(xué)建議

1.調(diào)整教學(xué)大綱。對(duì)于生物類專業(yè)的學(xué)生來說，生物信息學(xué)是生物研究中的輔助工具，不需要掌握生物信息學(xué)算法或軟件編程細(xì)節(jié)，而是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用生物信息學(xué)的方法來解決生物研究中遇到的問題，比如能夠應(yīng)用檢索工具查找序列等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息、利用比對(duì)軟件或是BLAST在線服務(wù)器對(duì)感興趣的序列進(jìn)行比對(duì)分析、選擇適當(dāng)?shù)慕浞椒▽?duì)DNA或蛋白序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建、可分析蛋白序列信息并預(yù)測其三維結(jié)構(gòu)以及引物設(shè)計(jì)等。因此對(duì)于生物類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，尤其是關(guān)于數(shù)據(jù)庫的使用和分析軟件的操作，使他們以后在生物相關(guān)領(lǐng)域的工作中能學(xué)以致用，所以對(duì)于當(dāng)前生物類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)以應(yīng)用為核心安排教學(xué)大綱。據(jù)此，確定了以下的教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容共54學(xué)時(shí)，分為理論基礎(chǔ)和上機(jī)實(shí)踐兩部分。理論教學(xué)內(nèi)容共36學(xué)時(shí)包括：生物信息學(xué)緒論、生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索、基因和蛋白質(zhì)序列比對(duì)、序列拼接、生物進(jìn)化與分子系統(tǒng)發(fā)育分析、基因預(yù)測與引物設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其預(yù)測、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)；上機(jī)實(shí)踐共18學(xué)時(shí)包括：常用生物數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索、核酸序列檢索與分析、多重序列比對(duì)和系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建、PCR引物設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)、蛋白質(zhì)序列分析及結(jié)構(gòu)預(yù)測。

2.教學(xué)內(nèi)容主次分明。由于生物信息學(xué)技術(shù)及分析手段更新迅速，教學(xué)內(nèi)容會(huì)顯得越來越臃腫，作者建議對(duì)于生物類專業(yè)的學(xué)生可以以生物信息學(xué)方法的掌握和生物信息學(xué)工具的應(yīng)用來設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，關(guān)于生物信息學(xué)本身涉及到的一些數(shù)學(xué)模型和編程算法，可簡略講授，教學(xué)過程中盡量把有限的教學(xué)學(xué)時(shí)用到以生物信息學(xué)為工具解決生物學(xué)研究問題的教學(xué)中去，避免“面面俱到”的灌輸式教育。例如，對(duì)于講授序列比對(duì)這一章的知識(shí)，關(guān)于序列比對(duì)所使用的方法PAM和BLOSUN矩陣，對(duì)于如何采用數(shù)學(xué)方法構(gòu)建這些計(jì)分矩陣過程可略過，只需簡要介紹PAM和BLOSUN矩陣的概念意義以及用途，重點(diǎn)放在如何使用生物信息學(xué)軟件進(jìn)行序列比對(duì)，并理解各參數(shù)設(shè)置的意義。另外，在生物信息學(xué)各教學(xué)內(nèi)容模塊中涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)庫及軟件種類繁多，其數(shù)量在不斷增加，版本也在不斷更新。例如在講授生物信息數(shù)據(jù)庫的查詢與搜索這一章節(jié)時(shí)，涉及到的數(shù)據(jù)庫有核酸序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、基因組數(shù)據(jù)庫、蛋白組數(shù)據(jù)庫、代謝組數(shù)據(jù)庫等，而每個(gè)種類又含多個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫，比如核酸序列數(shù)據(jù)庫有GenBank、EMBL和DDBJ等，蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫有swiss-prot、TrEMBL、NCBI和UniProt等。因此，我們重點(diǎn)介紹了3大站NCBI、EBI和SIB，其中我們著重介紹了NCBI的用于提取序列信息的工具――Entrez系統(tǒng)，Entrez將科學(xué)文獻(xiàn)、DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、種群研究數(shù)據(jù)以及全基因組組裝數(shù)據(jù)整合成一個(gè)高度集成的系統(tǒng)。因此我們給學(xué)生演示并要求學(xué)生掌握如何采用Entrez查詢DNA和蛋白質(zhì)序列等。另外在講授分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育分析這一章節(jié)時(shí)，要進(jìn)行序列比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建，可以使用ClustalW、BioEdit、DNAstar、phylip、MEGA、PAUP等本地軟件，也可以使用The PhylOgenetic Web Repeater（POWER）和Evolutionary Trace Server等網(wǎng)絡(luò)在線服務(wù)器分析。考慮到軟件的通用型、易用性及本專業(yè)學(xué)生的英語水平、計(jì)算機(jī)操作水平，我們選擇ClustalW進(jìn)行多序列比對(duì)，然后采用phylip軟件包構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，并要求學(xué)生掌握如何使用這兩個(gè)軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。MEGA及其他在線服務(wù)器只簡單介紹具體操作方法作為輔助資料供學(xué)生自學(xué)。

3.基礎(chǔ)理論結(jié)合實(shí)踐教學(xué)。生物信息學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)，僅靠理論授課而無實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，學(xué)生學(xué)完后依然只是紙上談兵。因此建議，生物信息學(xué)的講授應(yīng)在合適的微機(jī)環(huán)境下進(jìn)行，在理論課學(xué)習(xí)后，馬上安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐課，演練所學(xué)的軟件和方法等。另外教師在講課時(shí)也可結(jié)合當(dāng)前生命科學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)，與生物信息學(xué)有機(jī)巧妙的結(jié)合起來，選擇幾個(gè)典型的案例，進(jìn)行課堂講授，現(xiàn)場操作；或是布置實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生課后完成，在課堂隨機(jī)抽點(diǎn)學(xué)生讓學(xué)生操作，使學(xué)生參與其中，在實(shí)踐中感受生物信息學(xué)知識(shí)是如何解決生物科研中的問題的。比如作者在一開始講授在數(shù)據(jù)庫中查詢序列時(shí)，將學(xué)生按5～6人分成興趣小組，結(jié)合自己的興趣選擇特定基因，在后續(xù)整個(gè)課程的學(xué)習(xí)過程中，比如在學(xué)習(xí)到序列比對(duì)、基因預(yù)測、引物設(shè)計(jì)、系統(tǒng)進(jìn)化樹構(gòu)建、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測時(shí)，都要求學(xué)生圍繞該基因利用掌握的各種生物信息學(xué)分析方法對(duì)其進(jìn)行分析，并在課堂上隨機(jī)抽點(diǎn)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場操作示范，對(duì)于學(xué)生遇到的問題馬上給予解惑并結(jié)合知識(shí)點(diǎn)再次強(qiáng)調(diào)講授。這樣既調(diào)動(dòng)課堂氣氛，也提高學(xué)生的積極性，使學(xué)生有較強(qiáng)的參與感，同時(shí)又加強(qiáng)了學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力。

生物類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)生物信息學(xué)的中心任務(wù)就是學(xué)會(huì)使用生物信息學(xué)知識(shí)從紛繁復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)中揭示隱含的生物學(xué)意義。因此在教學(xué)中，授課教師要緊跟生命科學(xué)的發(fā)展，及時(shí)調(diào)整教學(xué)大綱、選擇教學(xué)內(nèi)容并突出重點(diǎn)、采用以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的教學(xué)方式，做好生物信息學(xué)的課程教學(xué)工作，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生學(xué)習(xí)了生物信息學(xué)后，能在今后的生物科研中學(xué)以致用，解決實(shí)際問題。

第二篇：生物信息學(xué)論文

淺談生物信息學(xué)的發(fā)展和前景

摘 要：本文闡述了生物信息學(xué)產(chǎn)生的背景，生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，生物信息學(xué)的主要研究內(nèi)容，與生物信息學(xué)關(guān)系密切的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，生物信息學(xué)產(chǎn)業(yè)等內(nèi)容，展望了其未來并提出了若干在我國發(fā)展生物信息學(xué)的建議。著重指出，理解大量生物學(xué)數(shù)據(jù)所包括的生物學(xué)意義已成為后基因組時(shí)代極其重要的課題。生物信息學(xué)的作用將日益重要。有理由認(rèn)為，今日生物學(xué)數(shù)據(jù)的巨大積累將導(dǎo)致重大生物學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。生物信息學(xué)的發(fā)展在國內(nèi)、外基本上都處在起步階段。因此，這是我國生物學(xué)趕超世界先進(jìn)水平的一個(gè)百年一遇的極好機(jī)會(huì)。關(guān)鍵字：生物信息學(xué)產(chǎn)生背景發(fā)展現(xiàn)狀前景

隨著生物科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生物信息數(shù)據(jù)資源的增長呈現(xiàn)爆炸之勢，同時(shí)計(jì)算機(jī)運(yùn) 算能力的提高和國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的貯存、處理和傳輸成為可能，為了 快捷方便地對(duì)已知生物學(xué)信息進(jìn)行科學(xué)的組織、有效的管理和進(jìn)一步分析利用，一門由生命 科學(xué)和信息科學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合特別是由分子生物學(xué)與計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)緊密結(jié)合而形 成的交叉學(xué)科——生物信息學(xué)(Bioinformatics)應(yīng)運(yùn)而生,并大大推動(dòng)了相關(guān)研究的開展,被譽(yù)為“解讀生命天書的慧眼”。

一、生物信息學(xué)產(chǎn)生的背景

生物信息學(xué)是80年代未隨著人類基因組計(jì)劃（Human genome project)的啟動(dòng)而興起的一門新的交叉學(xué)科。它通過對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析，進(jìn)而達(dá)到揭示數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義的目的。由于當(dāng)前生物信息學(xué)發(fā)展的主要推動(dòng)力來自分子生物學(xué)，生物信息學(xué)的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存儲(chǔ)、分類、檢索和分析等方面，所以目前生物信息學(xué)可以狹義地定義為：將計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)應(yīng)用于生物大分子信息的獲取、加工、存儲(chǔ)、分類、檢索與分析，以達(dá)到理解這些生物大分子信息的生物學(xué)意義的交叉學(xué)科。事實(shí)上，它是一門理論概念與實(shí)踐應(yīng)用并重的學(xué)科。

生物信息學(xué)的產(chǎn)生發(fā)展僅有10年左右的時(shí)間---bioinformatics這一名詞在1991年左右才在文獻(xiàn)中出現(xiàn)，還只是出現(xiàn)在電子出版物的文本中。事實(shí)上，生物信息學(xué)的存在已有30多年，只不過最初常被稱為基因組信息學(xué)。美國人類基因組計(jì)劃中給基因組信息學(xué)的定義：它是一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，包含著基因組信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、分配、分析和解釋的所有方面。

自1990年美國啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃以來，人與模式生物基因組的測序工作進(jìn)展極為迅速。迄今已完成了約40多種生物的全基因組測序工作，人基因組約3x109堿基對(duì)的測序工作也接近完成。至2000年6月26日，被譽(yù)為生命“阿波羅計(jì)劃”的人類基因組計(jì)劃終于完成了工作草圖，預(yù)示著完成人類基因組計(jì)劃已經(jīng)指日可待。截止目前為止，僅登錄在美國GenBank數(shù)據(jù)庫中的DNA序列總量已超過70億堿基對(duì)。此外，迄今為止，已有一萬多種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)以不同的分辨率被測定。基于cDNA序列測序所建立起來的EST數(shù)據(jù)庫其紀(jì)錄已達(dá)數(shù)百萬條。在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上派生、整理出來的數(shù)據(jù)庫已達(dá)500余個(gè)。這一切構(gòu)成了一個(gè)生物學(xué)數(shù)據(jù)的海洋。這種科學(xué)數(shù)據(jù)的急速和海量積累，在人類的科學(xué)研究歷史中是空前的。

數(shù)據(jù)并不等于信息和知識(shí)，但卻是信息和知識(shí)的源泉，關(guān)鍵在于如何從中挖掘它們。與

正在以指數(shù)方式增長的生物學(xué)數(shù)據(jù)相比，人類相關(guān)知識(shí)的增長（粗略地用每年發(fā)表的生物、醫(yī)學(xué)論文數(shù)來代表）卻十分緩慢。一方面是巨量的數(shù)據(jù)；另一方面是我們?cè)卺t(yī)學(xué)、藥物、農(nóng)業(yè)和環(huán)保等方面對(duì)新知識(shí)的渴求，這些新知識(shí)將幫助人們改善其生存環(huán)境和提高生活質(zhì)量。這就構(gòu)成了一個(gè)極大的矛盾。這個(gè)矛盾就催生了一門新興的交叉科學(xué)，這就是生物信息學(xué)。

二、生物信息學(xué)研究的發(fā)展現(xiàn)狀

資金和實(shí)力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是結(jié)合成果，其投入相當(dāng)?shù)拇蟆Ｒ驗(yàn)槟壳吧镄畔⒅饕谟诮虒W(xué)和和研究，商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不算很廣。如一套LIMS加上軟件就要花上數(shù)千萬。加上相關(guān)項(xiàng)目的研究開發(fā)，不是國內(nèi)相關(guān)的機(jī)構(gòu)所能承受的。所以需要得到政府的支持和幫助。以及有識(shí)之士的投入。否則我們又將遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后國外。國內(nèi)的制藥行業(yè)將永不得翻身！基因的流失(國外一些國家打著給國內(nèi)免費(fèi)治療，分析疾病的考旗幟，暗中收集了國內(nèi)不同省份，地區(qū)的遺傳類疾病和特性。這些資源，我們國家忽略，應(yīng)當(dāng)說目前還沒有這樣的實(shí)力進(jìn)行研究）。落后就要挨打，21世紀(jì)是生物的世紀(jì)。基因大戰(zhàn)不可避免。基因和疾病的研究很大程度就是數(shù)據(jù)的分析。里面的領(lǐng)頭羊就是生物信息。國內(nèi)應(yīng)當(dāng)在基礎(chǔ)教學(xué)，基礎(chǔ)研究并結(jié)合應(yīng)用力度。

當(dāng)然國內(nèi)的人才濟(jì)濟(jì)，如有更多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和數(shù)學(xué)（統(tǒng)計(jì)方面的）人才參與到生物信息，將如虎添翼。目前我國生物信息學(xué)發(fā)展面臨著如下幾方面的困境：

⒈政府投資不足

雖然國際上生物信息學(xué)研究在各發(fā)達(dá)國家中比較受重視，但仍有不少研究機(jī)構(gòu)抱怨政府資金投入不夠。最近美國許多研究院紛紛申請(qǐng)要求政府加大生物信息學(xué)工具與數(shù)據(jù)庫方面的投入，而且歐洲、日本、澳大利亞在這些領(lǐng)域也存在著資金困擾問題，歐洲生物信息學(xué)研究所（EBI）和歐洲基金會(huì)生命科學(xué)中心去年都遇到了麻煩。目前雖然危機(jī)已經(jīng)暫時(shí)渡過，但未來幾年EBI數(shù)據(jù)庫和其它基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仍將受到資金短缺的困擾，一致有人發(fā)出了“免費(fèi)數(shù)據(jù)服務(wù)還能維持多久”的疑問。

2.來自商業(yè)機(jī)構(gòu)的競爭

基因組研究潛在的巨大商業(yè)利潤使得國際上一批大型制藥公司和化學(xué)公司向該領(lǐng)域大規(guī)模的進(jìn)軍。世界最大制藥集團(tuán)之一的Giba Geigy和Sandoz合資建立的Novartis公司投資2.5億美元建立基因組研究所；Glaxo-Wellcome在基因組研究領(lǐng)域投入4700萬美元，將研究人員增加一倍;Smith Kline公司花125億美元擴(kuò)展人基因組的順序，將生物信息學(xué)的研究人員從2人增加至70人，并將該公司藥物開發(fā)項(xiàng)目中的25%建立在基因組學(xué)之上。這一方面給生物信息學(xué)發(fā)展注入了生機(jī)，另一方面對(duì)那些政府支持的不以贏利為目的的研究機(jī)構(gòu)造成了巨大的壓力，學(xué)術(shù)部門的資金投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及工業(yè)部門，其負(fù)面沖擊力不可忽視。畢竟經(jīng)濟(jì)利益的盲目追求會(huì)導(dǎo)致基因組研究的片面性，生物信息學(xué)長路漫漫，保護(hù)這些學(xué)術(shù)部門的良好發(fā)展非常有必要。

3.專業(yè)人才匱乏

目前該領(lǐng)域缺乏懂得如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理大量生物數(shù)據(jù)的生物學(xué)家，不少生物學(xué)家只是將計(jì)算機(jī)用來打字或作為圖紙的替代品。甚至出現(xiàn)了這樣有趣的現(xiàn)象：制藥業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)研究團(tuán)體經(jīng)常在學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)大肆搜查那些“可疑人”，更有甚者他們彼此間互挖“墻角”。雖然對(duì)于人才的渴求與日俱增，但全世界也僅有20多個(gè)專業(yè)人才培訓(xùn)中心，而且這些中心本身也處在惡性循環(huán)中，那些經(jīng)培訓(xùn)后的人才往往由于高薪誘惑而投身應(yīng)用工業(yè)部門，導(dǎo)致培訓(xùn)教育人員越來越少，出現(xiàn)“斷層”現(xiàn)象。

綜上所述，不難看出，生物信息學(xué)并不是一個(gè)足以樂觀的領(lǐng)域，究竟原因，是由于其是基于分子生物學(xué)與多種學(xué)科交叉而成的新學(xué)科，現(xiàn)有的形勢仍表現(xiàn)為各種學(xué)科的簡單堆砌，相互之間的聯(lián)系并不是特別的緊密。在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，沒有行之有效的一般性方法；而對(duì)于大規(guī)模數(shù)據(jù)內(nèi)在的生成機(jī)制也沒有完全明了，這使得生物信息學(xué)的研究短期內(nèi)很難有突破性的結(jié)果。那么，要得到真正的解決，最終不能從計(jì)算機(jī)科學(xué)得到，真正地解決可能還是得從生物學(xué)自身，從數(shù)學(xué)上的新思路來獲得本質(zhì)性的動(dòng)力。毫無疑問，正如Dulbecco1986年所說：“人類的DNA序列是人類的真諦，這個(gè)世界上發(fā)生的一切事情，都與這一序列息息相關(guān)”。但要完全破譯這一序列以及相關(guān)的內(nèi)容，我們還有相當(dāng)長的路要走。

三、生物信息學(xué)的發(fā)展前景

《第三次技術(shù)革命》里有這樣描述：“一場與工業(yè)革命和以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的革命有相同影響力的變化正在開始。下一個(gè)偉大時(shí)代將是基因組革命時(shí)代，它現(xiàn)在處于初期階段。”基因組學(xué)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入后基因組研究階段,致力于蛋白質(zhì)功能研究的蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)正在蓬勃發(fā)展,在生物信息學(xué)發(fā)展的帶動(dòng)下,我們必定能夠揭示各種生命現(xiàn)象的奧秘,并帶動(dòng)多個(gè)學(xué)科的跨越式發(fā)展。生物信息學(xué)的發(fā)展將對(duì)分子生物學(xué)、藥物設(shè)計(jì)、工作流管理和醫(yī)療成像等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響,極有可能引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命。此外,生物信息學(xué)所倡導(dǎo)的全球范圍的資源共享也將對(duì)整個(gè)自然科學(xué)乃至人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。有理由相信，今日生物學(xué)數(shù)據(jù)的巨大積累將導(dǎo)致重大生物學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，生物信息學(xué)的發(fā)展在國內(nèi)、外基本上都處在起步階段，因此，這是我國生物學(xué)趕超世界先進(jìn)水平的一個(gè)百年一遇的極好機(jī)會(huì)。

生物學(xué)是生物信息學(xué)的核心和靈魂，數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)則是它的基本工具。這一點(diǎn)必須著重指出。預(yù)測生物信息學(xué)的未來主要就是要預(yù)測他對(duì)生物學(xué)的發(fā)展將帶來什么樣的根本性的突破。這種預(yù)測是十分困難的，甚至幾乎不可能。但機(jī)不可失，時(shí)不再來，鑒于生物信息學(xué)在我國生物信息學(xué)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要意義和其發(fā)展的緊迫性，因此，由國家出面組織全國的力量，搞個(gè)類似“兩彈一星”那樣的，但是，規(guī)模要小的多，花錢也少的多的生物信息學(xué)發(fā)展計(jì)劃，不是不可以考慮的。要充分發(fā)揮中央與地方，生物學(xué)科研究人員等方方面面的積極性。生物信息學(xué)研究投資少，見效快，可充分發(fā)揮我國智力資源豐富的長處，是特別適合我國國情的一項(xiàng)研究領(lǐng)域。要在大學(xué)里建立生物信息學(xué)專業(yè)，設(shè)立碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)，培養(yǎng)專門人才。可以組織一大批數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和計(jì)算機(jī)科技工作者，在自愿的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)有關(guān)的生物學(xué)知識(shí)，開展多方面的生物信息學(xué)研究。

經(jīng)過十幾年或更長的時(shí)間的努力，逐漸使我國成為生物信息學(xué)研究強(qiáng)國，是完全有可能的。信息學(xué)的商業(yè)價(jià)值十分顯著。國外很多大學(xué)，研究機(jī)構(gòu)，軟件公司甚至政府機(jī)構(gòu)紛紛成立各種生物信息機(jī)構(gòu)，建立自立的生物信息集成系統(tǒng)，研制這方面的軟件，重金招聘人才，期望從中獲取更多的生物信息和數(shù)據(jù)加以研究和利用，縮短藥物開發(fā)周期，搶注基因?qū)＠@取更大利潤。我國如不加大資金投入力度，將來可能會(huì)花更多的錢去購買別人的軟件，使用專利基因或購買新的藥物。所幸，我國也開始重視這一學(xué)科：南、北方人類基因組中心的相繼建成，北大生物城的破土動(dòng)工等，標(biāo)志著我國對(duì)生物信息學(xué)的重視。我們有理由相信，我國的生物信息學(xué)在21世紀(jì)會(huì)有巨大的飛躍。

參考文獻(xiàn)

1.陳潤生.生物信息學(xué).生物物理學(xué)報(bào),1999,15(1):5

2.北京生物技術(shù)和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心.世紀(jì)之交的新科學(xué):生物信息學(xué).生物技術(shù)通 報(bào),1999,(8):49

3.楊福愉.展望21世紀(jì)的分子生物學(xué).生物物理學(xué)報(bào),1999,15(1):1

4.鄭國清,張瑞玲,;生物信息學(xué)的形成與發(fā)展;河南農(nóng)業(yè)科學(xué);2002.11

5.王玉梅,王艷.國外生物信息學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)分析;科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì);2002.06

6.張春霆.生物信息學(xué)昀壩狀與展望;世界科技研究與發(fā)展.2000,22(6)

第三篇：生物信息學(xué)論文

生物信息學(xué)的進(jìn)展綜述

韓雪晴

（生物工程1201班，學(xué)號(hào)：201224340124）

摘要：生物信息學(xué)是一門研究生物和生物相關(guān)系統(tǒng)中信息內(nèi)容和信息流向的綜合性系統(tǒng)科學(xué)。80年代以來新興的一門邊緣學(xué)科，信息在其中具有廣闊的前景。伴隨著人類基因組計(jì)劃的勝利完成與生物信息學(xué)的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，生物信息學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)的研究帶來了諸多的便利，對(duì)此作了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；進(jìn)展；序列比對(duì)；生物芯片

A review of the advances in Bioinformatics

Han Xueqing（Bioengineering, Class1201，Student ID：201224340124）

Abstract: Bioinformatics is the science of comprehensive system of information content and information flows to a study on the biological and bio related in the system.The edge of an emerging discipline since 80, has broad prospects in which information.With the human genome project was completed and the development of bioinformatics are inextricably linked, for the life science research development of bioinformatics for the development of life science has also brought a lot of convenience, has made the simple analysis.Keywords:

bioinformatics；progress；Sequence alignment；biochip

1、生物信息學(xué)的產(chǎn)生背景

生物信息學(xué)是20世紀(jì)80年代末開始，隨著基因組測序數(shù)據(jù)迅猛增加而逐漸興起的一門學(xué)科[1]。應(yīng)用系統(tǒng)生物學(xué)的方法認(rèn)識(shí)生物體代謝、發(fā)育、分化、進(jìn)化以及疾患發(fā)生規(guī)律的不可或缺的工具[2]。及時(shí)、充分、有效地利用網(wǎng)絡(luò)上不斷增長的生物信息數(shù)據(jù)庫資源，已經(jīng)成為生命科學(xué)和生物技術(shù)研究開發(fā)的必要手段，從而誕生了生物信息學(xué)。

2、生物信息學(xué)研究內(nèi)容

主要是利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)核酸和蛋白質(zhì)序列，通過研究科學(xué)的算法，編制相應(yīng)的軟件對(duì)序列進(jìn)行分析、比較與預(yù)測，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。白細(xì)胞介素-6(IL-6)是機(jī)體重要的免疫因子,但在兩棲類中未見報(bào)道。采用生物信息學(xué)方法對(duì)兩棲類模式動(dòng)物非洲爪蟾IL-6進(jìn)行分析[3]。以人IL-6基因?qū)Ψ侵拮笖?shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索、分析,并采用RT-PCR方法對(duì)所得序列進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,非洲爪蟾IL-6基因位于scaffold_52基因架上,具有保守的IL-6家族基序[4]。采用生物信息新方法進(jìn)行不同物種的免疫基因挖掘、克隆,是一種有效的方法[5]。

2.1序列比對(duì)

比較兩個(gè)或兩個(gè)以上符號(hào)序列的相似性或不相似性。序列比對(duì)是生物信息學(xué)的基礎(chǔ)。兩個(gè)序列的比對(duì)現(xiàn)在已有較成熟的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，以及在此基礎(chǔ)上編寫的比對(duì)軟件包BLAST和FASTA[6]。序列數(shù)據(jù)庫搜索最著名且最常用的工具之一便是BLAST算法。FASTA算法是另一族常用的序列比對(duì)及搜索工具[7]。

2.2結(jié)構(gòu)比對(duì)

比較兩個(gè)或兩個(gè)以上蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的相似性或不相似性。

2.3蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)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(shè)出發(fā)來預(yù)測和研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和折疊過程。分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)屬這一范疇。后者主要是從觀察和總結(jié)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律出發(fā)來預(yù)測未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)[8]。

3、生物信息學(xué)的新技術(shù) 3.1 Lipshutz(Affymetrix,Santa clara,CA,USA)

描述了一種利用DNA探針陣列進(jìn)行基因組研究的方法，其原理是通過更有效有作圖、表達(dá)檢測和多態(tài)性篩選方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人類基因組的測序[9]。光介導(dǎo)的化學(xué)合成法被應(yīng)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(shè)計(jì)的寡核苷酸探針陣列可用于多態(tài)性篩查、基因分型和表達(dá)檢測[10]。

3.2基因的功能分析

Overton(University of Pennsylvania School of Medicine,Philadelphia,PA,USA)論述了人類基因組計(jì)劃的下一階段的任務(wù)基因組水平的基因功能分析。

4生物信息學(xué)前沿

4.1生物芯片技術(shù)

4.1.1生物芯片的簡介

生物芯片技術(shù)是通過縮微技術(shù)，根據(jù)分子間特異性地相互作用的原理，按照芯片上固化的生物材料的不同，可以將生物芯片劃分為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片。4.1.2生物芯片的基本內(nèi)容

生物芯片技術(shù)通過微加工工藝在厘米見方的芯片上集成有成千上萬個(gè)與生命相關(guān)的信息分子，它可以對(duì)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)中的各種生物化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因、配體、抗原等生物活性物質(zhì)進(jìn)行高效快捷的測試和分析。4.1.3生物芯片的發(fā)展

生物芯片將會(huì)給21世紀(jì)整個(gè)人類生活帶來一場“革命”。生物芯片產(chǎn)業(yè)也有望與“微電子芯片”并列成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)之一。4.1.4與生物芯片相關(guān)的技術(shù)

平面微加工技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、CCD成像技術(shù)、基因芯片技術(shù)等。

4.2藥物設(shè)計(jì)與生物信息學(xué)

藥物基因組學(xué)可以說是基因功能學(xué)與分子藥理學(xué)的有機(jī)結(jié)合，在很多方面這種結(jié)合是非常必要的。藥物基因組學(xué)以藥物效應(yīng)及安全性為目標(biāo)，研究各種基因突變與藥效及安全性的關(guān)系。

4.3基因治療

基因治療（gene therapy）是指將外源正常基因?qū)氚屑?xì)胞，以糾正或補(bǔ)償因基因缺陷和異常引起的疾病，達(dá)到治療目的[11]。也就是將外源基因通過基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將其插入病人的適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞中，使外源基因制造的產(chǎn)物能治療某種疾病[12]。通過對(duì)miR-29a進(jìn)行靶基因預(yù)測及相關(guān)生物信息學(xué)分析,為miR-29a靶基因的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支持,以期為深入研究miR-29a的生物學(xué)功能和調(diào)控機(jī)制提供理論指導(dǎo)[13]。從廣義說，基因治療還可包括從DNA水平采取的治療某些疾病的措施和新技術(shù)。在基因治療中迄今所應(yīng)用的目的基因轉(zhuǎn)移方法可分為兩大類：病毒方法和非病毒方法[14]。

4.4虛擬細(xì)胞--人工生命的模型

虛擬細(xì)胞是應(yīng)用信息科學(xué)的原理和技術(shù)，通過數(shù)學(xué)的計(jì)算和分析，對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析、整合和應(yīng)用，以模擬和再現(xiàn)細(xì)胞和生命的現(xiàn)象的一門新興學(xué)科。虛擬細(xì)胞亦稱人工細(xì)胞或人工生命[15]。目前，國際上已有兩個(gè)虛擬細(xì)胞問世，一個(gè)是日本的原核虛擬細(xì)胞模型，一個(gè)是美國的真核虛擬細(xì)胞模型。

參考文獻(xiàn)

[1].張陽德，生物信息學(xué)（第二版）科學(xué)出版社，2010，21世紀(jì)高等院校教材ISBN978-7-03-023931-0 [2].邁克爾 R.巴恩斯(Barnes.M.R.)，遺傳學(xué)工作者的生物信息學(xué)，科學(xué)出版社2010年10月1日出版ISBN 9787030254900 [3].齊志濤;張啟煥;王資生;許偉;黃貝;王愛民，非洲爪蟾IL-6基因的克隆及生物信息學(xué)分析 出版日期: 2010 [4].齊志濤;張啟煥;黃貝;王資生;仇明;黃金田;許偉;王愛民.非洲爪蟾BAFF及其信號(hào)通路相關(guān)基因的比較生物信息學(xué)分析,生物技術(shù),2011,(4):

[5].廖明幟，生物背景學(xué)生的《生物信息學(xué)》課程教學(xué)思考與探索，教育教學(xué)論壇，2014年第36期

[6].Dan E.Krane&Michael L.Raymer，生物信息學(xué)概論，清華大學(xué)出版社 2010年出版

[7].Eddy S R.Profile Hidden Markov Models.Bioinformatics,1998,14(9):755~763 [8].Coombes KR,Fristche HA,Clarke,et al.Qutility control and peak finding for proteomics data collected from nipple aspirate fluid by surface-en-hanced laser desorption and ionization.Clin Chem,2013,49(10):1615~1623 [9].Lim HA,Batt tR.TIBTECH,1998;16(3)):104.[10].Williams n.Science,1997;277(5328):902.[11].顧健人，曹雪濤，基因治療，北京：科學(xué)出版社，2011 [12].余國膺，生物信息學(xué)，中國心臟起博與心電生理雜志，2014年01期 [13].施偉杰

曾玉

姚純

曹笑梅

童華，miR-29a靶基因預(yù)測及其相關(guān)生物信息學(xué)分析，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2014年32期

[14].安冬

姜濤

張翠麗

殷玉玲

曹雪姣

辛毅，臧師竹利用生物信息學(xué)研究肥胖與2型糖尿病患者肝組織基因表達(dá)變化，《現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展》 2014年30期

[15].孫冬泳，湯健，虛擬細(xì)胞-人工生命的模型，中華醫(yī)學(xué)雜志，2011，21（81）：1342~1344

第四篇：淺談教學(xué)反思提高生物教學(xué)水平論文

摘要：新課程改革后，生物學(xué)科的地位得到很大的提升，但同時(shí)也給廣大生物教師提出了更高的要求，如何快速地適應(yīng)這一轉(zhuǎn)變，教學(xué)反思就是一種很好的手段。通過教學(xué)反思，可以促進(jìn)教師主動(dòng)地去學(xué)習(xí)新課程理念，反省教學(xué)中的不足，從而提升自身的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：教學(xué)反思；新課程；高中生物

２０世紀(jì)８０年代，在歐美國家率先興起培養(yǎng)教師們的教學(xué)反思的能力，然后迅速波及世界各個(gè)范圍。所謂教學(xué)反思，是指教師對(duì)教學(xué)實(shí)踐的再認(rèn)識(shí)、再思考，并通過總結(jié)來進(jìn)一步地提高自身的教學(xué)水平。隨著生物課程的改革，關(guān)注教師的思維，培養(yǎng)反思型的生物教師也成為了必然。因此，筆者試圖從如何對(duì)教學(xué)觀念、教學(xué)過程以及教學(xué)課后等方面進(jìn)行反思展開了初步的分析。

一、教學(xué)觀念的反思

在很長一段時(shí)間里，很多教師認(rèn)為把生物知識(shí)教給學(xué)生，學(xué)生掌握、理解并會(huì)解題就算完成了教學(xué)任務(wù)。而新課程中，教師不單單要教給學(xué)生知識(shí)，而且要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力和情感，這一理念轉(zhuǎn)化為新課程的三個(gè)維度：即知識(shí)、能力、情感與價(jià)值觀。新教材在很多章節(jié)里，設(shè)計(jì)了“問題探討”“資料分析”“與生活聯(lián)系”“科學(xué)—技術(shù)—社會(huì)”等等，這些設(shè)計(jì)無不滲透了新課程的理念。生物新課程的改革，不僅提高了生物在高考中的地位，更重要的是為生物教師提出了更高的要求：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。如果我們教師觀念還停留在傳統(tǒng)知識(shí)灌輸模式下，那么新課程所倡導(dǎo)的提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)就無從談起。因此，教師要積極地去反思自身的教學(xué)觀念，是否與新課程相接軌，只有這樣才能不斷促進(jìn)自己主動(dòng)去學(xué)習(xí)并理解新課程理念。例如必修三第二章第四節(jié)《免疫調(diào)節(jié)》，這一節(jié)免疫學(xué)概念多，免疫過程復(fù)雜，單純地把這些知識(shí)灌輸給學(xué)生，學(xué)生不但學(xué)習(xí)起來吃力，甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)的心理。如果教師嘗試著把生活實(shí)例與知識(shí)聯(lián)系起來，如“用給被不同毒蛇咬傷的病人注射不同的抗蛇毒血清的例子來幫助學(xué)生理解抗體的特異性”，“用艾滋病患者體內(nèi)淋巴Ｔ細(xì)胞數(shù)量變化的數(shù)學(xué)曲線圖來理解Ｔ細(xì)胞在免疫過程中的作用”，這樣學(xué)生不僅在愉快的氣氛中習(xí)得概念，而且還注重了知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。

二、教學(xué)過程的反思

提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)作為新課程的基本理念，應(yīng)該貫穿整個(gè)教學(xué)過程，如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)呢？在美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中，探究性學(xué)習(xí)不僅作為教學(xué)策略，而且還上升到科學(xué)教育的八大內(nèi)容之一，從科學(xué)本質(zhì)出發(fā)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)符合科學(xué)自身的特點(diǎn)，對(duì)于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)大有幫助。在開展探究性教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)反思：

第一，討論的問題是否具有探究的價(jià)值。如人教版高中生物必修一中關(guān)于“植物細(xì)胞的吸水和失水”，有的同學(xué)提出問題“植物細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)失水的情況嗎？”，顯然這個(gè)問題沒有探究的意義，因?yàn)槿粘Ｉ钪兄参锸默F(xiàn)象屢見不鮮，比如放鹽后蘿卜會(huì)有水分滲出。如果引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象去看本質(zhì)，“植物細(xì)胞在什么情況下會(huì)失水？”“是否跟哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞失水一樣？”“原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜嗎？”，通過討論讓學(xué)生明白探究的目的，從而選擇具有探究價(jià)值的問題。

第二，在探究過程中是否體現(xiàn)了小組合作精神。科學(xué)探究不僅是讓學(xué)生去認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，也是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神的一個(gè)過程。教師可以通過設(shè)計(jì)有效的小組活動(dòng)，讓學(xué)生較為完整地掌握生物學(xué)知識(shí)和技能。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探究，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)學(xué)生搜集資料、調(diào)查訪問、評(píng)價(jià)和合作學(xué)習(xí)的能力均得到提高。由于學(xué)生在教學(xué)中總是主動(dòng)積極地參與，所以他們的主體性也得到了最大限度的發(fā)揮。學(xué)生在小組學(xué)習(xí)中相互配合、相互學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。

第三，探究過程中是否及時(shí)有效地修正與評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)應(yīng)以激勵(lì)與向?qū)橹鳎貏e要重視對(duì)學(xué)生探究能力和情感態(tài)度與價(jià)值觀方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過評(píng)價(jià)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性。

高中生物可以探究的問題很多，但過分地強(qiáng)調(diào)探究教學(xué)，事實(shí)上很多探究活動(dòng)開展起來難度較大，甚至可能沒有必要去探究，這就有可能花了時(shí)間卻達(dá)不到效果。在有限的４５分鐘課堂里，教師應(yīng)當(dāng)追求課堂質(zhì)量而不是數(shù)量，因此在教學(xué)過程中，可以靈活地選擇不同的教學(xué)方式，恰當(dāng)?shù)厥褂煤媒虒W(xué)輔助手段，從而保證教學(xué)的有效性。

三、教學(xué)課后的反思

課后反思是最常見的一種形式，課后反思側(cè)重于在每節(jié)課后對(duì)自己教學(xué)的成功與不足進(jìn)行較深入的思考和總結(jié)。每一節(jié)課都會(huì)有一些驚喜與亮點(diǎn)，把這些一點(diǎn)一滴地記錄下來，通過長期的積累，就會(huì)成了自己一筆寶貴的財(cái)富，這些財(cái)富可能就是以后教學(xué)中的“法寶”。當(dāng)然，更重要的是反思教學(xué)中的不足，對(duì)不足的地方進(jìn)行有系統(tǒng)的整理與回顧，并對(duì)其作深刻的反思、探究和剖析，吸取教訓(xùn)并加以改正，使今后的教學(xué)更加合理，更具有效性。下面筆者以實(shí)際教學(xué)中《免疫調(diào)節(jié)》這一節(jié)在教學(xué)后的一則反思為例：免疫調(diào)節(jié)這一節(jié)課涉及的概念多，內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)起來難度大，因此首先應(yīng)該激發(fā)學(xué)生的興趣，例如舉一些生活的病例和實(shí)例，讓學(xué)生明白免疫與我們的生活息息相關(guān)，我們應(yīng)該去學(xué)習(xí)它。本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是體液免疫和細(xì)胞免疫，這兩個(gè)過程是比較復(fù)雜的，我運(yùn)用了現(xiàn)代多媒體手段———?jiǎng)赢嬔菔镜姆绞桨褟?fù)雜的過程形象化，然后讓學(xué)生以小組合作形式完成概念圖的構(gòu)建，而在實(shí)際課堂中，學(xué)生思維活躍，主動(dòng)參與討論，感受到了獲得知識(shí)后的樂趣。另外通過對(duì)艾滋病資料的獲取以及對(duì)小男孩大衛(wèi)事例的分析，讓學(xué)生在習(xí)得概念的同時(shí)，也完成了對(duì)其情感的教育。但在組織教學(xué)時(shí)，由于時(shí)間緊張，對(duì)非特異性免疫以及免疫的系統(tǒng)組成的處理略顯簡潔。另外發(fā)現(xiàn)在小組討論過程中，有些同學(xué)還缺乏合作意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

［１］劉加霞，申繼亮．國外教學(xué)反思內(nèi)涵研究述評(píng)［Ｊ］．比較教育研究，２００３，１６１（１０）：３０．

［２］曹京．生物教學(xué)應(yīng)注重教學(xué)反思［Ｊ］．基礎(chǔ)教育參考，２０１１（２）：６０．

［３］人民教育出版社課程研究所．生物教師培訓(xùn)手冊(cè)［Ｍ］．北京：人民教育出版社．

第五篇：生物教學(xué)論文

怎樣創(chuàng)設(shè)有效互動(dòng)的生物課堂教學(xué)

十八里鋪中心校 李磊

新課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程應(yīng)突出和體現(xiàn)師生交往互動(dòng)、共同發(fā)展。可以說,交往互動(dòng)是教學(xué)的本質(zhì),是新課程改革的核心,沒有交往互動(dòng),就不存在或發(fā)生教學(xué)。

在課堂教學(xué)中,實(shí)現(xiàn)有效互動(dòng),不僅是教師所追求的,更是學(xué)生所期盼的,那么,教師應(yīng)怎樣創(chuàng)設(shè)一個(gè)有效互動(dòng)的課堂教學(xué)局面?下面,本人結(jié)合生物學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)踐,談?wù)勗鯓觿?chuàng)設(shè)一個(gè)有效互動(dòng)的生物課堂教學(xué)。

一、探索正確的課堂互動(dòng)元素是創(chuàng)設(shè)有效互動(dòng)課堂教學(xué)的前提

(一)教師民主型的教學(xué)風(fēng)格,能為互動(dòng)式教學(xué)創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍

教師的民主型教學(xué)風(fēng)格能對(duì)學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)有力的影響,那些被教師給予更多自主權(quán)的學(xué)生比那些被教師控制的學(xué)生具有更強(qiáng)的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、具有更多的能動(dòng)性。因此,在課堂教學(xué)中,教師要注重引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),低下身子和學(xué)生一起學(xué)習(xí),努力建立民主、平等、和諧的師生關(guān)系,從而為構(gòu)建師生交流、師生互動(dòng)的課堂教學(xué)創(chuàng)造良好的環(huán)境和氛圍。

(二)培養(yǎng)和樹立學(xué)生的對(duì)話意識(shí),是實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)的支撐

在教學(xué)過程中,教師的 “一言堂”、唱“獨(dú)角戲”等等壟斷課堂的做法會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)處于消極被動(dòng)的狀態(tài),從而使課堂教學(xué)陷入沉悶的局面。在教學(xué)過程中,教師要學(xué)會(huì)“屈尊”和“傾聽”,要讓學(xué)生體會(huì)到教師的尊重和關(guān)愛,使學(xué)生的身心得到解放,學(xué)生才能敢想、敢說、敢問;教師要注重運(yùn)用語氣委婉、溫和的語言,如“XX同學(xué),你還有什么問題?”、“XX同學(xué),你想說什么呢?”;教師對(duì)學(xué)生的參與和意見要多予以鼓勵(lì),或表示贊許,這樣,學(xué)生才有對(duì)話的信心和欲望;教師要給學(xué)生提供交流對(duì)話的時(shí)間和機(jī)會(huì),并教育學(xué)生要善于傾聽其他同學(xué)的發(fā)言;教師要根據(jù)教學(xué)實(shí)際,精心設(shè)計(jì)一些帶有思辯性的問題,如在《神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)調(diào)節(jié)》的教學(xué)中,教師可以提問“為什么我們的手被針刺了一下立即縮回,而不會(huì)讓針再扎得更深一些”,也要精心設(shè)計(jì)一些帶有開放性的話題,如在《我國動(dòng)物資源的保護(hù)》教學(xué)中,提出“為保護(hù)動(dòng)物資源,我們可以做些什么?”,這種問題的提出,學(xué)生一定有話可說。

(三)深入了解學(xué)生的心理特點(diǎn)及認(rèn)知水平,是實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)

初中生渴望成功,針對(duì)這一重要心理特征,教學(xué)中,教師要給學(xué)生提供展示學(xué)習(xí)成果和表現(xiàn)的機(jī)會(huì),并及時(shí)給予肯定和表揚(yáng),讓學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅,以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

初中生的認(rèn)識(shí)水平和邏輯思維還不夠成熟。生物學(xué)中的許多概念和理論相對(duì)抽象、枯燥,學(xué)生難于理解,學(xué)習(xí)起來有一定困難。在教學(xué)過程中,教師要從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、從日常生活現(xiàn)象、從實(shí)物、從活動(dòng)、從視頻、從動(dòng)畫等等方式、手段入手,在學(xué)生體驗(yàn)、體會(huì)的基礎(chǔ)上,再通過啟發(fā)、點(diǎn)撥、引導(dǎo),幫助學(xué)生理解。如在幫助學(xué)生建立反射的概念時(shí),我通過 “學(xué)生摸獎(jiǎng)活動(dòng)”、“燙手活動(dòng)”、在學(xué)生面前吃起咸梅、學(xué)生做“膝跳反射”等活動(dòng),然后引出反射概念,又通過師生共同舉例,如“吃東西分泌唾液”、“聽到鈴聲進(jìn)入教室”,以此幫助學(xué)生建立反射概念。

二、采取恰當(dāng)?shù)幕?dòng)教學(xué)策略是創(chuàng)設(shè)有效互動(dòng)課堂教學(xué)的關(guān)鍵

在課堂教學(xué)中,教師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候采取恰當(dāng)?shù)幕?dòng)教學(xué)策略是實(shí)現(xiàn)有效互動(dòng)課堂教學(xué)的關(guān)鍵,如,在課堂氣氛過于沉悶時(shí),要善于運(yùn)用活動(dòng)、問題、情景、幽默等手段打破冷場。教師要精心設(shè)計(jì)教學(xué)措施,使用合理有效、靈活多變的教學(xué)策略實(shí)施教學(xué)。

(一)運(yùn)用啟發(fā)策略

在生物課堂教學(xué)中,運(yùn)用啟發(fā)式的教學(xué),要注重理論聯(lián)系實(shí)際,從學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、從日常生活現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)、從生動(dòng)直觀的情景作為啟發(fā)的切入點(diǎn)和引發(fā)點(diǎn),通過引導(dǎo)、點(diǎn)撥等方式,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移、延伸和深入。如在 “探究環(huán)境對(duì)霉菌生活的影響”活動(dòng)作出假設(shè)時(shí),可以從日常生活現(xiàn)象進(jìn)行啟發(fā):(1)冬天和夏天的食物,哪個(gè)季節(jié)的食物易變質(zhì)、發(fā)霉?(2)雨天和干燥的天氣,哪種氣候條件下的食物會(huì)先發(fā)霉?(3)我們到超市買東西時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)很多食物是密封的,這是為什么呢?這樣,學(xué)生很容易想到在溫暖、潮濕、暴露于空氣的食物易發(fā)霉,并由此作出這樣的假設(shè):霉菌適宜生活在溫暖、潮濕、空氣充足的環(huán)境中。在學(xué)生完成探究活動(dòng),得出上述結(jié)論時(shí),教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考:你們知道我們應(yīng)如何保存好食品嗎?這時(shí),學(xué)生很快總結(jié)出保存食品的方法:低溫、干燥、密封。

(二)設(shè)置情景策略

在生物課堂教學(xué)中,教師可以通過引入、制造、優(yōu)化與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的具體場面或氛圍來創(chuàng)設(shè)情景教學(xué),使知識(shí)在其中得以存在和應(yīng)用,它能夠激發(fā)和推動(dòng)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知活動(dòng)、實(shí)踐活動(dòng)和情感活動(dòng)。

從生活入手,如在《微生物在生物圈中的作用》教學(xué)時(shí),向?qū)W生展示發(fā)霉的面包、發(fā)餿的稀飯和變質(zhì)的牛奶。在學(xué)生觀察、體驗(yàn)的基礎(chǔ)上,再設(shè)問:什么是微生物?微生物生活在怎樣的環(huán)境中?我們身邊是否有微生物?從而引入新課。

從社會(huì)入手,如在《預(yù)防傳染病》的教學(xué)中,通過介紹非典、禽流感、愛滋病等社會(huì)關(guān)注的傳染病疫情,再提問:什么是傳染病?怎樣預(yù)防傳染病?

從活動(dòng)入手,如在植物《呼吸作用》的教學(xué)中,可先讓學(xué)生做一個(gè)小活動(dòng):屏住呼吸,看看誰堅(jiān)持的時(shí)間長。然后教師問: “大家屏氣時(shí)有何感覺?”學(xué)生:“憋不住…”再遷移到植物的呼吸,教師:人需要呼吸,那么,植物是否也需要呼吸呢?

當(dāng)然,還可以從多媒體教學(xué)手段、從科學(xué)史或人類史、以問題形式、用音樂背景入手等等方式創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景。

教學(xué)中設(shè)計(jì)出形式生動(dòng)、內(nèi)容感人、寓于思考的教學(xué)情景是新課程的一個(gè)重要要求,它能夠?yàn)榻虒W(xué)創(chuàng)造真實(shí)的問題情景,提供良好的學(xué)習(xí)活動(dòng)氛圍。

(三)形成認(rèn)知沖突策略

在教學(xué)過程中,教師應(yīng)著力抓住教學(xué)契機(jī),刻意營造認(rèn)知沖突,把事物、概念之間的矛盾以問題的形式呈現(xiàn)出來,以此激發(fā)學(xué)習(xí)的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情,教師進(jìn)一步引導(dǎo)、分析、點(diǎn)撥,可取得很好的學(xué)習(xí)效果。如有句俗語: “糞大水勤,不用問人”,說明植物的生活需要水和無機(jī)鹽,此時(shí)教師可以提出:前面我們不是學(xué)習(xí)過“如果施肥過多時(shí)植物細(xì)胞會(huì)失水嗎”,這樣形成認(rèn)知沖突,既引發(fā)了學(xué)生的思考,又加深了對(duì)知識(shí)的理解。

(四)采用小組合作學(xué)習(xí)策略

新課程提倡自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式,教師在教學(xué)中可根據(jù)教學(xué)情況及學(xué)生實(shí)際采用小組合作學(xué)習(xí)模式,促進(jìn)學(xué)生合作性的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)。比如,在 “探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”、“探究螞蟻的覓食行為”等活動(dòng),采用小組合作學(xué)習(xí)是非常好的選擇。

三、突出課改理念的科學(xué)合理的教學(xué)設(shè)計(jì)是創(chuàng)設(shè)有效互動(dòng)課堂教學(xué)的保證

設(shè)計(jì)一節(jié)符合新課程理念的課,要有以下三個(gè)特點(diǎn):(一)關(guān)注學(xué)生的生活世界

教師要以學(xué)生的已有知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),以生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)、要求,以學(xué)生的興趣、愛好、個(gè)性,特別是中學(xué)生好奇、好動(dòng)的心理特點(diǎn)作為教學(xué)設(shè)計(jì)的依據(jù)。如在 “調(diào)查同學(xué)患近視眼的情況”進(jìn)行如下的教學(xué)設(shè)計(jì):(1)課前布置:①學(xué)生查找青少年近視眼誘發(fā)因素的有關(guān)資料②調(diào)查本學(xué)期與去年同一時(shí)期班級(jí)近視眼的患病率并進(jìn)行比較③患近視眼的同學(xué)與正常視力的同學(xué)某些用眼習(xí)慣的比較(2)課堂上相互交流課前的資料查找和調(diào)查情況(3)組織學(xué)生討論:①如何克服不良用眼習(xí)慣、預(yù)防近視眼的發(fā)生?②應(yīng)該養(yǎng)成怎樣的良好用眼習(xí)慣。

(二)重視學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)

將教學(xué)設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)落實(shí)到學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)上,如在《合理膳食》一節(jié)的教學(xué)片段設(shè)計(jì)如下:

1、多媒體展示能體現(xiàn)合理膳食重要意義的材料,以此幫助學(xué)生明白:“吃什么”、“怎樣吃”對(duì)人體健康的重要性。

2、組織學(xué)生完成“評(píng)價(jià)自身的營養(yǎng)狀況”活動(dòng),然后討論“如何改善自身的營養(yǎng)狀況”。

3、組織學(xué)生完成“調(diào)查自己的飲食結(jié)構(gòu)和習(xí)慣”活動(dòng),并交流設(shè)計(jì)的問卷調(diào)查表,然后討論“如何糾正自己不良的飲食習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)”。以上將教學(xué)設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)活動(dòng)單元,明確活動(dòng)的目的、過程、關(guān)注點(diǎn)、學(xué)生體驗(yàn)等等,通過活動(dòng)展開讓課堂散發(fā)生活的氣息,反映生命的價(jià)值,讓學(xué)生在各種活動(dòng)中有所收獲、得到發(fā)展。

(三)以問題為中心

教學(xué)設(shè)計(jì)要以三維教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ),以學(xué)生的認(rèn)知為背景,設(shè)計(jì)出若干個(gè)相關(guān)的問題,引導(dǎo)學(xué)生尋找問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的動(dòng)機(jī),在問題的展開過程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。如在《生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性》片段教學(xué)設(shè)計(jì):教師用多媒體展示 1906年以后的凱巴森林并以曲線圖的形式反映“凱巴森林中黑尾鹿的數(shù)量變化”,提出以下幾個(gè)問題讓學(xué)生思考、討論和交流:(1)從1906--1925年黑尾鹿的數(shù)量發(fā)生了怎樣的變化?(2)1925年以后森林中黑尾鹿的數(shù)量為什么不斷減少?(3)整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)在30多年中發(fā)生了什么變化?是什么因素導(dǎo)致這種變化的?(4)你能得出生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定性的原因嗎?

生物教師要深刻領(lǐng)會(huì)、理解課程標(biāo)準(zhǔn)、課改精神,只有在這個(gè)前提下進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),才能很好的對(duì)課程內(nèi)容、資源進(jìn)行整合、優(yōu)化,并設(shè)計(jì)出相關(guān)的互動(dòng)環(huán)節(jié),使知識(shí)在課堂中生成、深化,讓思維在教學(xué)中被激活、被豐富,從而實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)師生、生生之間的有效互動(dòng)。

一節(jié)課如果學(xué)習(xí)內(nèi)容、知識(shí)是膚淺的,學(xué)生的思維是處于低層次的,即使表面熱熱鬧鬧,師生、生生交流不斷,這種所謂 “互動(dòng)”課堂教學(xué)顯然缺乏實(shí)效。教學(xué)中,教師要遵循知識(shí)的認(rèn)識(shí)規(guī)律:從現(xiàn)象到本質(zhì)、從形象到抽象、從許多個(gè)別的生物現(xiàn)象到生物學(xué)的基本規(guī)律、從知識(shí)經(jīng)驗(yàn)到解決實(shí)際問題。通過有價(jià)值、有思考性問題的呈現(xiàn),引發(fā)學(xué)生深入的思維。