生物信息学的前景范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学的前景，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】新课改 高中生物 情景教学

情景教学是提高学生学习兴趣，促使课堂教学效率提升的有效方法，对于课堂教学目标的实现具有重要意义。本文以高中生物为例，对于如何使用情景教学，提升高中生物教学质量作一简要分析。

一、创设问题情境

在教学过程中，要想取得良好的教学效果，就要学生能不断地发现问题、提出问题。从而增强他们的问题意识。在教学课堂中，通过问题情境的创设，让学生的认知冲突得到引发，从而让学生探究的好奇心被引发出来。最终让学生在学习过程中想不断询问。比如，高中生物中，“减数分裂”是教学重点，同时也是一个教学难点。在教学过程中，如何才能激发学生的探究兴趣呢？在导课的时候，我就向学生说：“有性生殖过程中，两性生殖细胞是如何形成的？是否是有丝分裂？假若是，以人为例，结果会怎样？”同时，对学生进行相关知识的引导，学生从人的生殖发育过程出发，对不同细胞的染色体数量进行分析。通过这样的引导，学生很快就发现了学习中的问题。

就是：假如是两性生殖细胞，和卵细胞的染色体数均为46条。但是在受精后，染色体的数量增加一倍，增加到92条。通过这种方式可以让生物前后代遗传性状在一定程度上的改变。从中可以看出，通过有丝分裂不能得到有性生殖细胞。当学习到这样的程度，学生发现了自己的原有的知识不能解决问题，于是就迫切想要通过学习新知识来解决这个问题。在这个时候，教师也要相机追问。对学生提问：“要保证子代与亲代保持染色体不变其关键是什么？”对教师提出的这个问题，学生很轻松就回答出来：“产生的两性生殖细胞的染色体数减半”。教师要将这个问题及时展示给学生，让学生进行自主探究，同时给学生一些指导。教师要引导学生对知识进行归纳总结，这样构建起完善新的知识结构。

二、创设生活情境

生物学科同其他学科相比较，主要表现在生活性更强更直接。主要原因是生活是学生生物学知识的基本来源。学生生物学知识的最大应用场所也是表现生活场景中。因此，教师在教学过程中，要想创设良好的教学情境就要利用我们生活中的生动具体的事实。比如，在对免疫进行教学的时候，我们可以从生活中去防疫站打针的的场景辅助教学。讲到病毒的相关知识的时候，可以将SARS流行时的情境穿来。比如，在讲到呼吸的时候，可以从减肥等方面这些熟悉的，又是学生感兴趣的场景进行。但是，生物中有些知识同我们的距离是比较远的。在教学这些知识的时候，可以通过类比的方式来进行。

三、创设直观情境

在生物教学过程中，教师要通过直观的手段，创设良好的教学情境。让学生看到感觉到、能摸到他们所不理解的知识。教师可以通过实物模型、展示挂图或多媒体课件这些形式，为学生创设一个直观的教学情境。教师将这些教学素材展示出来之后，可以采用生动的语言进行讲解。调动学生的感觉器官从而进行有效性学习。从而让学生感受到许多形象的生物学科知识。比如，在讲述动、植物细胞有丝分裂过程的时候，这些知识是比较枯燥难懂的，假如照着书本上的知识进行教学，学生会越听越糊涂。在教学过程中，可以采用flas并配合精练的语言讲解，通过这种形式可以获得较好的教学效果。在教学过程中要运用直观情境创设方法，让抽象的知识变得主观。可以有效学生的思维能力。

四、创设实验情境

在生物课堂的教学过程中，教师一定要将演示实验做到位。通过良好的实验教学情境，可以让学生探究知识的热情得到最大程度的激发。在高中生物课本中，没有太多的演示实验。因此，教师要对教材进行充分的挖掘，组织设计一些有效的实验，给学生展示一个良好的、形象生动的情境。可以让学生对生物学概念原理的理解与认可。比如，在进行“影响淀粉酶活性的条件”的实验的时候，可以采取下列教学方法进行。将学生进行分组，可以采用平均人数的分法。当学生完成实验之后，教师要引导学生对实验过程中的各种情况进行必要的讨论。教师也可以参与到具体的讨论之后，从而引导学生从相应的讨论中找到生物实验过程中有着规律性的知识。从而可以将生物知识较好地展示出来。在这样的讨论阶段，学生可以对自己的探究过程进行回顾，从而对具体进行深层次的探究。

总之，在教学过程中采用情境教学法的时候，要对教学内容进行紧密的结合。在对教学目标进行完成的时候，要紧密结合生活实际，创设较好的教学情境。同时要根据不同的教学内容，创设不同的教学情境，让学生的学习动机得到激发，从而进行有效性学习。

参考文献：

篇2

关键词：新课改背景下 学科特点 生物教学情境 学习积极性主动性

农村中学的生源素质一般较差，学生基础知识掌握不牢，对学习新知识普遍存在着畏难情绪，学生多半比较好动贪玩，但他们也有着得天独厚的优势，那就是与大自然接触的机会比较多，对生物的知识有着较多的生活体验，还保存着不泯灭的好奇心。如果我们教师能够切实贯彻基础教育课程改革的具体目标，关注学生的学习兴趣和经验，培养学生形成积极主动的学习态度，就能激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师，就像昆虫学家法布尔因为兴趣耗费一生来观察昆虫。我国数学家陈景润，也因为老师的一次生动启示激发他对数学皇冠上的明珠产生了浓厚的兴趣、奋发图强、潜心钻研，终于在世界数学领域创立了“陈氏定理”。还有，兴趣让达尔忘记了异味将昆虫含在口中……

自古至今，多少成功人士，他们的成就大多来源于不懈的追求，来自他们小时候的兴趣与爱好，因此可以说兴趣的力量是巨大的，不可估量的。

那么怎样才能在农村初中生物学教学的过程中激发和培养学生的学习生物的兴趣呢？并且使兴趣持久，且转化为学习的动力呢？培养学生学习生物学兴趣的方法和途径是多种多样的，这也是“仁者见仁，智者见智”。本人主要从以下几个方面来谈一谈自己如何培养学生学习生物学的兴趣。

一、充分发挥生物学的学科特点――活生生的实物展现

生物学作为一门基础性的自然科学，是研究各种生命现象和生命活动规律的科学、生物在哪里？它就在每一个人身边，在人与自然的奇妙天地，中学生正值花季少年，最富好奇心，有着强烈的求知欲，面对大千世界如此绚丽多彩的生命现象，必然会激发他们极大的兴趣，必然有无数个为什么出现在他们脑海中，兴趣会激发他们的好奇心和求知欲，引导他们主动观察思考，而这正是新课程改革所要达到的目标。

尽可能利用本地常见的生物来演示来实验以便激发学生的兴趣。例如在人教版七年级上册第三单元《生物圈中的绿色植物》，本人利用学校依山傍海的独特地理资源，采集了学校周边常见的水绵、墙藓、芒萁等植物在实验室上课、这些植物对学生来说，简直熟悉到视而不见，但一旦摆放到实验台上、又重新迅速激起他们的兴趣，不约而同拿起放大镜兴趣盎然地仔细观察探究。又如在讲《开花和结果》时，让学生解剖校园内种植的羊蹄角的花，学生两个人一组津津有味地拿起解剖工具在仔细地观察探究，切实地在感受体验生物实验的奥妙。

二、利用学生形成教育资源，激发学生的兴趣

本地的学生有许多家庭有开展养殖业和种植业，许多学生长年累月耳闻目染，对此类生物可算是小行家，教师可在课前摸底调查统计，当上到有关章节时、让此类同学事先准备，上课时当主角、现身介绍、不足的地方他人补充讨论，总结出本节的要点。又如讲到八年级下册《两栖动物的生殖和发育》。让养牛蛙的同学们带来几只牛蛙、介绍牛蛙的一生，学生主动参与，非常投入，他们兴奋不已，经过讨论补充，归纳得出本节课所要学习的内容，使学生对学习生物产生浓厚的兴趣。

三、设计生物教学情境

激发学生的求知欲，精心设计良好的教学情境可以学生由境入情、学习进入最佳状态激发学生探究的欲望，运用些诗句，设计一些提问，可以点燃学生的学习热情，调动学生的学习积极性。

在进行《昆虫的生殖和发育》的教学时、引用唐朝李商隐的诗“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”，设计提问：“这首诗艺术性很好，但从家蚕的发育过程来分析，这首诗有不准确的地方，应如何改其中的两个字，才可以使其既有科学性，又不失艺术性呢？”在讲到细菌和真菌作为分解者参与物质循环时、引用了“落红不是无情物，化作春泥更护花”。并提出为什么，以激发学生探讨问题的兴趣。

四、建立友好和谐的师生关系

农村学生有相当一部分是留守儿童，缺少关爱，我们要多关心他们的日常生活，多与他们沟通，做他们的贴心朋友，使学生对老师产生信任感，建立民主和谐的师生关系。正如古人所说的“亲其师而信其道”，教师逐步培养学生的自学能力，增强他们的自信心。农村学生上课时较腼腆，我们要多鼓励他们，在探究实验时，他们有时提出相反的错误看法时，我们也要灵活驾驭课堂给以学生表现的机会，巧妙设置疑问，并加以指导点拨，促使学生认真思考，帮助学生解答疑问，从而激发了学生的兴趣性和积极性，形成健康积极的心态，主动学习，进取向上。学习生物的兴趣也就自然高涨起来。

五、 加强课堂教学与日常生活的联系

初中学生活泼好动，好奇心强，常常会对生活中碰到的事情产生疑问。教师可以利用学生的这种心理特征，把初中生物学教学融入生活，挖掘课程中的趣味性，有利于学生对生物知识的理解和掌握，调动学生的学习积极性。

（一）关注社会生活中的热点问题

在信息时代，社会新闻逐渐渗透到学生的日常生活中，社会新闻中蕴藏着丰富的生物教育资源，并且其传播范围广，传播速度快，把这些教育资源应用到日常教学中，有利于提高学生的学习兴趣，也有利于学生情感态度与价值观的培养。

（二）关心家庭生活中的细节问题

将生活中产生的问题引入课堂教学后，不仅能极大地激发学生的学习兴趣，开拓学生的视野、培养学生理论联系实际、学以致用的能力，同时也能提高课堂教学的效率，培养学生热爱自然、珍惜生命的高尚情操。

我国古代伟大的教育家孔子说过：“知之者不如好知者。”心理学研究指出：学生的学习兴趣能唤起学生的求知欲，推动学生克服学习上的困难。物理学家爱因斯坦说：“兴趣是最好老师、它永远胜过责任感。”可见激发了学生的学习兴趣，引发学生的学习动机，那么他就会自觉动、热心地、专业致志地去接受新知识，变苦学为乐学、变要我学为我要学，从而事半功倍地完成学习任务。

参考文献：

篇3

“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］.spri

nger 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4

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).

篇5

【关键词】信息时代;医学信息化;发展前景;研究

1.引言

随着现代信息技术的发展与广泛应用，加快了人类信息社会的建设步伐，信息化、数字化已经逐渐进入到医学的各领域中，成为医学界不可或缺的重要工具与手段。信息技术的高速发展正改变着医学的教学、研究、医疗服务等的诸多传统方式，并随着现代信息技术的不断发展而不断推陈出新。但是，我们不能否认，现代信息技术在医学方面的应用不仅为医学的认知带来了新的渠道，转变了医学的思想观念与工作方式，同时也为医学界带来了一些问题，例如：新的伦理问题等。因此，在医学信息化建设迅速发展的今天，如何才能更好的将信息技术运用到医学中，医学信息化的发展前景如何？对医学界具有十分重要的现实意义与长远意义。

不可否认，医学信息化的建设是长期的，只有符合医学发展的信息化才具有生命力。在医院中，我们随处可见的CT、彩超等大型的数字化医疗设备、计算机网络的各种医疗收费系统、医疗信息处理系统等，还有在医学教学、科研领域，都逐渐开始使用现代信息技术的辅助来提升教学与科研的水平。信息技术在医学中的应用与改造与创新，使得医学的教学、科研、临床、管理、药品、医学器械的研制等都在借助信息技术来加快自身的发展，很难想象没有现代信息技术、计算机技术、网络技术的医学院校或者医院将会使什么模样。

2.信息时代医学信息化所面临的新挑战

2.1 数据的共享问题

美国在医学信息化数据的共享方面比较开放，美国的国立生物技术信息中心中存储大量的数据信息，这些数据信息对科学家是无偿提供研究的。但是，在我国的生物医学研究部门或者是医疗机构中，已经积累了大量的科研与临床数据，这些数据目前大多数仍处于独立使用的状态中，各机构之间缺乏数据共享数据孤岛现象严重制约着我国生物医学的研究与发展，同时也为我国社会医疗健康保障体系的建立带来了困难。在实际中，这些医疗机构之间由于存在各种利益关系，一般都对自己所持有的医学科研数据及诊疗数据资料保密，不愿意向同行与社会提供数据共享的服务。

2.2 数据标准化的问题

美国的著名劳伦斯伯克利国家实验基因租的科学部主任表示，最理想的状态就是能够建立统一的电子医疗系统，这些医疗病历系统应该具有统一的标准。但是，在我国的医学现实中并非如此。各医院存储的各种数据标准不同，不同的系统在存储的信息方面也不一样，目前，医疗系统与医疗科研机构之间的信息数据标准很难实现统一。究其原因主要是由于各种医疗设备的生产厂家、医疗系统的软件开发商之间的技术标准各不相同造成的。例如：不同的医院对信息管理系统中的电子病例数据信息的记录格式、标准不同，而信息中心的数据存储设备在构架上也不相同，这就造成各医院之间的医疗数据信息无法实现交流沟通、共享。如果同一个病人想在不同的医院进行治疗，就必须在不同的医院分别再做一次相应的检查，这不仅增加了病人的经济负担，严重的更影响了病人的最佳治疗时期。因此，要想在医学领域实现信息化就必须先打破各医院之间的技术壁垒，解决信息化的标准化问题。

2.3 医学信息化综合应用型人才严重匮乏

目前，医学信息学是建立在生物医学、信息技术、统计学、管理学等多学科基础上的一门交叉性的学科，在实际中，真正了解并掌握、精通信息科学知识的专业人才非常少。为了真正实现医学信息化并促进多学科的研究与教学，于2009年美国的特拉华大学创立了生物信息学与计算机生物学中心，这一中心集中了来自美国的5个学院的60多名知名教师，并创立了负责多个生物信息学教育的研究项目。纵观我国高校的现状，还尚未成立专门的医学信息专业，或者是生物医学与信息学相交叉的学科专业。在生物医学研究领域中的一些复合型研究人才大部分是由学生自己自学而成的，或者是由不同学科的导师共同培养而成的。这种状况就造成我国医疗信息化应用人才的严重匮乏，并为我国医疗信息化人才的培养带来了阻碍。不过我们坚信，在不久的将来，我国的医学教育界一定会认识到这一问题。

3.信息时代医学信息化的发展前景

3.1 医学信息化正朝着远程医疗与区域医疗的信息化发展

早在上世纪90年代，我国就曾经提出过实现远程医疗的发展，很多偏远地区的医院与大城市中具有实力的综合医院之间建立了远程医疗咨询会与会诊联系，但是由于当时采取的是调制解调器的电话网络或较高成本的卫星传输信息，在实际应用中很难得以实现，因此也就未在全国范围内进行推广。进入信息时代，随着互联网技术的发展与计算机技术的进步，网络音频技术、视频会议技术等在医学界得到广泛的推广，并实现了远程医疗教育，从而推动了我国医学影像信息的异地远程传输，进一步推动了我国的远程医疗发展。随着医学界对信息共享、电子病历等问题的探讨与研究，我国医学信息化逐渐向着区域医疗卫生信息化的方向发展。

3.2 数字化医院是医学信息化发展的必然趋势

目前对于数字化医院的定义至今还尚无定论，从一般意义上来看，它与医学信息化所寓意的实质性内容并不存在本质上的区别。目前，我国以病人为中心的HIS建设还处于初级阶段，虽然已经在很多方面发挥了重大作用，但是还远远不能满足病人、医护人员、管理者实现方便、低廉、高效、安全的就诊环境与模式，因此，数字化医院的发展还需要建立信息化条件下合理的诊疗流程与复合业务的需求。总之，实现数字化医院在研究、开发、应用方面还存在很大的发展空间。

总之，目前我国医疗领域信息化应用还属于起步阶段，还存在一些问题。但是我们坚信，在不远的将来，在我国政策的推动下、在信息科学技术的不断发展下，信息时代医疗信息化的发展将不断深入，将在我国生物医学领域中得到不断地发展与进步。

参考文献

[1]许德玮，桑梓勤.基于云计算的医疗卫生位置服务平台研究[J].医学信息学杂志，2013（6）：8-13.

篇6

【关键词】医学数据挖掘;挖掘特点;挖掘过程;应用现状

1.引言

在临床研究中，随着近年来大型医院信息管理系统的发展，有关病人和疾病的电子格式的数据日益增多，通过临床日常工作和各项检查数据进行的数据采掘研究也逐年增加。有人应用数据采掘技术在心电图中寻找并且定位心肌梗塞的关键指征;还有人应用大型的数据采掘软件（如DMSS软件，Data Mining Surveillance System）对ICU病房的微生物学数据进行分析，发现感染和抗药性模式上的变化;还有人对医院感染和卫生检测数据进行数据采掘研究。由于基因组学的革命产生了大量的电子格式的生物信息学信息。人们将信息学的研究方法引进生物学的研究中，产生了新的学科-生物信息学（Bioinformatics）。数据采掘也成为在大量的生物信息学术举重发现知识的重要工具。通过WWW可以进入公共数据库（如GenBank、EMBL）获取公开的测序数据，这些数据中蕴含着大量的未知的信息，对它们进行数据采掘会得出丰硕的成果。如Zweiger等提出可以对基因组数据中的基因表达微列阵进行挖掘以发现新的知识。有人还开发出领域服务器直接从BLAST检索中测定蛋白质的同源性。Whisstock等通过在基因组序列中采掘确认与已知的蛋白质家族的远距离同源蛋白。Grelle等尝试在基因和蛋白质中寻找其选择性表达。因此，掌握医学数据挖掘的能力越来越成为开展基础医学和临床医学等医学课题的先决条件。

2.医学数据的特点

挖掘医学数据库跟挖掘其它类型的数据库相比，具有其自身的独特性。医学数据首先是以治愈患者为目的而搜集的，其次才是用于医学研究的资源。医学数据具有如下特点。

2.1 医学数据的隐私性

医学数据不可避免地涉及到患者的一些隐私信息，当这些隐私信息使患者在日常生活中遭遇到不可预料的侵扰时，就产生了隐私性问题。隐私性不同于安全性和机密性，当未被授权的个人或机构设法取得这些隐私信息时，就产生了安全性问题;当拥有隐私信息的研究人员与未经授权的个人或机构共享这些患者信息时，就暴露出了机密性问题。医学数据挖掘者有义务和职责在保护患者隐私的基础上进行科学研究，并且确保这些医学数据的安全性和机密性。

2.2 医学数据的多样性

由于医学数据是从医学影像、实验数据以及医生与病人的交流中获得的，所以原始的医学数据具有多种形式。医学数据包括影像（如SPECT）、信号（如ECG）、纯数据（如体征参数化验结果）、文字（如病人的身份记录、症状描述、检测和诊断结果的文字表述）等。医学数据的多样性是它区别于其它领域数据的最显著特征。

2.3 医学数据的不完整性

医学数据的搜集和处理过程经常相互脱节，搜集是以治愈患者为直接目的，而处理是以寻找某种疾病的一般规律为目的，因此搜集的信息可能无法涵盖研究需要的所有信息。此外，人为因素也可能导致据记录的偏差和残缺，许多医学数据的表达、记录本身也具有不确定和模糊性。病例和病案的有限性使医学数据库不可能对任何一种疾病信息都能全面地反映。

2.4 医学数据的冗余性

医学数据库是一个庞大的数据资源，每天都会有大量的记录存储到数据库中，其中可能会包含重复的、无关紧要的、甚至是相互矛盾的记录。例如，对同一疾病，病人所表现的症状、化验结果和治疗措施都可能相同。此外，医学数据还具有时间性特征，医学检测的信号如ECG、影像SPECT都是时间函数，具有较强的时效性。

3.数据挖掘的过程

数据挖掘的过程一般由三个主要的阶段构成：数据准备、开采操作、结果表达和解释，对知识的发现可以描述为这三个阶段的反复过程。

3.1 准备数据

这个阶段又可进一步分成三个子步骤：数据集成、数据选择、数据预处理。数据集成将多文件和多数据库运行环境中的数据进行组合，解决语义模糊性，处理数据中的遗漏和清洗无效数据等。数据选择的目的是辨别出需要分析的数据集合，缩小处理范围，提高数据挖掘的质量。预处理是为了克服目前数据挖掘工具的局限性。

3.2 数据挖掘

这个阶段进行实际性分析工作，包括的要点是：先决定如何产生假设，是让数据挖掘系统为用户产生假设，还是用户自己对数据库中可能包含的知识提出假设，前一种称为发现型的数据挖掘;后一种称为验证型的数据挖掘。再选择合适的工具进行发掘知识的操作，最后进行证实。

3.3 结果表述和解释

根据用户的需求对提取的信息进行分析，挑选出有效信息，并且通过决策支持工具进行移交。因此，这一步骤的任务不仅是把结果表达出来（例如采用信息可视化方法），还要对信息进行过滤处理，如果不能令用户满意，需要重复以上数据挖掘的过此，这一步骤的任务不仅是把结果表达出（例如采用信息可视化方法），还要对信息进行过滤处理，如果不能令用户满意，需要重复以上数据挖掘的过程。

4.数据挖掘的应用

在基础医学领域，数据采掘研究在药学和病理学的研究和开发中有广阔的应用前景，并取得了较为突出的成果。如利用趋势分析筛选药物，将某种药物在一定时期内的反应收集起来加以分析。在大型化学数据库中自动寻找药效基团，利用神经网络技术对世界卫生组织的药物副作用数据库的二百万条报告进行数据采掘，发现药物间相互作用。

在病理学研究中，有人提出采用数据发掘技术对显微标本中获得的大量数据（如计数、大小、形状特点、生理学评估、质地等分析数据）进行分析，总结出其中的关键性指标;还可以对大分子及其化合物的电子显微镜三维致密重建图形进行数据采掘分析。

在基因学研究中，通过WWW可以进入公共数据库（如GenBank、EMBL）获取公开的测序数据，这些数据中蕴含着大量的未知的信息，对它们进行数据采掘会得出丰硕的成果。如Zweiger等提出可以对基因组数据中的基因表达微列阵进行挖掘以发现新的知识。有人还开发出领域服务器直接从BLAST检索中测定蛋白质的同源性。Whisstock等通过在基因组序列中采掘确认与已知的蛋白质家族的远距离同源蛋白。Grelle等尝试在基因和蛋白质中寻找其选择性表达。

5.数据挖掘的现状

生物医学数据库是一个复杂数据库，包括电子病历、医学影像、病理参数、化验结果等。目前数据挖掘技术主要应用于以结构化数据为主的关系数据库、事务数据库和数据仓库，对复杂类型数据的挖掘尚在起步阶段。造成这种局面的可能原因有：挖掘结果的可理解性欠佳;挖掘结果数量过大，难以处置：挖掘方法在实际应用中与用户的交互作用不理想等。数据挖掘在经过多年的发展之后已经形成相对成的技术体系，特别是在数据挖掘设计、数据抽取以及联机分析处理技术等方面都取得了令人满意的进展，为数据挖掘的应用奠定了技术基础。随着数据挖掘技术的广泛应用和各种挖掘算法的不断改进完善，结合生物医学信息自身的特殊性和复杂性，处理好挖掘过程中的关键技术，使数据挖掘技术在处理生物医学资料中的功能日益强大。数据挖掘技术在生物医学研究、医疗卫生管理与决策中的应用范围也会越来越广，并带来可观的经济和社会效益。

综上所述，可以预见数据采掘技术在医学领域中具有广阔的应用前景，随着大型数据库和网络技术的普及应用，必将有大量的电子格式的数据在国内的各行各业、尤其是医疗部门中出现，信息专业的研究与开发人员应当抓住机遇，做好技术上的准备，迎接挑战。

参考文献

[1]张世红，徐国桓，刘会霞，等.数据挖掘在医学上的应用[J].医学情报工作，2004，6.

[2]李雯娟.基于医学信息数据仓库的数据挖掘研究[D].重庆医科大学，2009，4.

[3]杨宏宝.基于数据仓库的中医内科决策支持系统[D].湖南中医药大学，2008，3.

篇7

信息、生物、新材料三大前沿领域

信息、生物、新材料是21世纪前30年发展最快、最热门的三大领域，它们集结了当今世界最强势的研究力量。但在这些关系未来发展的关键领域中，我国许多核心技术仍依赖追踪、模仿和引进国外技术，原始创新能力明显不足。

从更宽的视野来看，不仅仅是这三个领域的发展需要高扬“自主创新”的信心与勇气。实际上，整个中国科技正面临着前所未有的发展压力：对外要适应国际科技竞争的紧迫形势，对内要满足经济社会发展进程中的重大战略性需求。而原始创新能力和技术创新能力的薄弱，已成为当前和未来相当长时期内影响我国整体竞争力的极大障碍。

面向未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》即将，科技部等有关部门正在着手制定科技“十一五规划”——关于中国科技“未来”的探讨与关注，在最近一年多来达到了前所未有的程度。就是在这样带着几分焦灼、几分期待、几分信心的探讨氛围中，“自主创新”成为人们关于中国科技发展的共识。

带着这个共识，再来看中国科技发展面临的“压力”，在很大程度上已经变成了未来发展的重大机遇。未来10年，中国在这三大领域中最有可能实现自主创新的关键技术群究竟有哪些？有限的科技经费究竟应当投入到哪些突破口？

下一代移动通信技术

移动通信是人类社会发展中的一大奇迹。2004年12月，全球（蜂窝）移动通信用户总数已达17亿以上，超过已有百年发展历史的固定通信用户数。过去10年，移动通信技术完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡，当前正处于由其巅峰状态向第三代（3G）移动通信技术过渡的进程中。

目前，世界发达国家纷纷投入力量进行第三代及下一代移动通信标准、技术和产品的开发。

——3G移动通信：国际电信联盟（ITU－T ）批准为3G 的三大标准分别是欧洲的WCDMA，美国高通公司的CDMA2000和中国大唐电信的TD－SCDMA。3G已在全球30多个国家开始商用。

——增强型3G（Enhanced 3G）：为了克服3G 技术不能很好支持流媒体等业务的不足，国际电信联盟已在制定增强型3G技术标准。专家预测，增强型3G技术将进入商用。

——4G（或Beyond 3G）：下一代移动通信即所谓超3G（以下统称Beyond 3G）技术的研究是国际上的热点。Beyond 3G具有更高的速率与更好的频谱利用率。 欧盟、日本、韩国等国家已开始4G框架的研究，预期Beyond 3G技术可望在2010年后开始商用。

中国移动用户总数已达3.34亿，居世界第一，总体技术水平与国际同步，处于由第二代向第三代的过渡时期。我国3G移动通信技术已经具备了实现产业化的能力，我国大唐电信2000年5月提出的TD－SCDMA标准已成为国际电信联盟正式采纳的三大标准之一。此外，在国家“863”计划的支持下，开展了Beyond 3G技术的研究，预期该技术可望在2010年后开始商用。

Beyond 3G技术对我国经济社会发展和国防建设具有十分重要的意义。 德尔菲专家调查统计结果显示，我国研发水平比领先国家落后5年左右， 通过自主开发或联合开发，在未来5年可能形成自主知识产权。以华为、 中兴为代表的一批高技术通信设备制造业公司，在第三代移动通信设备（3G）等研发方面紧跟国际前沿，打破了国外公司对高技术通信设备的垄断，开始参与国际通信标准的制定，开发具有自主知识产权的核心技术，具备了参与国际竞争的能力，具备实现技术和产业跨越式发展的契机。

中国下一代网络体系

下一代网络（NGN）泛指以IP为核心，同时可以支持语音、 数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。

世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。国际电信联盟电信标准化部门（ITU－T）、欧洲电信标准化协会（ETSI）、互联网工程任务组（IETF）、第三代伙伴组织计划（3GPP）等，都在致力于下一代网络体系的研究。目前，美国、日本、韩国、新加坡以及欧盟都已启动了下一代互联网研究计划，全面开展各项核心技术的研究和开发。

我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”期间，863计划建成了“中国高速信息示范网”（CAINONET）、国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网NSFCNET”等重大项目，目前已开始基于NGN的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用研究。中兴、华为等企业还推出了基于软交换的NGN解决方案；在下一代互联网研究上，中兴、港湾网络等推出的高端路由交换机，可应用于国家骨干IP网络建设，以及大中型宽带IP城域网核心骨干和汇聚。国内公司还开始自行设计高端分组交换定制ASIC芯片。我国已成为少数几个能够提供全系列数据通信设备的国家之一。

下一代网络技术对促进我国高新技术的发展，以及对改造和提升我国传统产业具有举足轻重的作用，对国家安全至关重要。从总体上看，我国互联网技术跟随国外发展，在技术选择上缺乏系统研究，走过一些弯路，至今与国外仍存在较大差距。无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼，应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。不能像第一代互联网那样，技术、标准都是外国的，给国家安全造成隐患。

纳米级芯片技术

当前，集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”，即其集成度和产品性能每18个月增加一倍，按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。

自上世纪90年代以来， 全球集成电路制造技术升级换代速度加快。 当前国际上CMOS集成电路大规模生产的主流技术是130nm， 英特尔等部分技术先进的芯片制造公司已在用90nm进行高性能芯片生产。2005年，美国AMD公司已开始量产90nm的高性能芯片，国际上对65nm技术的开发也已成功。伴随130nm到90nm技术的升级， 考虑到扩大生产规模和降低成本，大多数公司将使用12英寸替代8英寸硅基片， 这也必将带来半导体设备的大量更新。

近年来我国一些先进集成电路制造公司的崛起，使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距有了显著的缩小，但整体水平仍与先进国家相差2～3代。目前，我国集成电路设计公司年设计能力已超过500种，主流设计水平达到180nm，130nm技术正在开发中，90nm技术的研发也开始着手进行。从产业发展看，我国集成电路已初步形成由十多家芯片生产骨干企业、十多家重点封装厂、二十多家初具规模的设计公司、若干家关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，设计、芯片制造、封装三业并举的蓬勃发展态势。以中科院计算所为代表的研究机构和企业在CPU研发方面所取得的新进展，标志着我国集成电路设计具有较强能力，与国际先进水平的差距进一步缩小。目前我国芯片业大多集中在低端的交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等领域，IC卡芯片所占比重一直占据芯片总体市场的20％左右。

世界第一颗0.13微米工艺TD－SCDMA 3G手机核心芯片10月9日在重庆问世

今后的IC是纳米制造技术的时代，而纳米级芯片技术是我国赶超国际的关键，它的成功将会是我国IC工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力，专家认为应优先发展。

中文信息处理技术

包括汉字和少数民族文字在内的中文信息处理技术，是汉语言学和计算机科学技术的融合，是一门与语言学、计算机科学、心理学、数学、控制论、信息论、声学、自动化技术等多种学科相联系的边缘交叉性学科。

随着互联网的发展，中文信息处理技术已渗透到社会生活的各个方面。1994年，微软开始进入中文软件市场，微软的WORD把国产WPS挤出了市场，继而Windows中文版又把国产中文之星挤垮。微软凭借其强大的优势地位，使国产的中文信息处理软件举步维艰。中文版的Windows、Office等占据了大部分的中文软件市场，使中文信息处理逐渐丧失了其特殊地位。

经过二三十年的努力，我国的中文信息处理，包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等的基本处理技术已经实用化，目前正在逐渐摆脱“字处理”阶段，处于向更高级阶段快速发展的时期。包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解和智能接口等技术的研究已获得进展。中文的全文检索、内容管理、智能搜索、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制，并取得了较大进展，涌现了联想、方正、四通、汉王、华建等公司。

随着中国加入WTO与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临， 中文信息处理技术越发显得重要，其自动化水平的提高，将大大促进我国科技、国民经济和社会发展，同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。未来无疑应当加强中文信息处理技术的研发投入与政策倾斜。

人类功能基因组学研究

20世纪末启动的人类基因组计划被公认为生命科学发展史上的里程碑，其规模和意义超过了曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。随着人类基因组、水稻基因组以及其他重要微生物等50多种生物基因组全序列测定工作的完成，国际基因组研究进入到功能基因组学新阶段。

功能基因组学已成为21世纪国际研究的前沿，代表基因分析的新阶段。它是利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究，是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。从1997年迄今已发表的有关功能基因组学的论文数以千计，其中不少发表在《细胞》《自然》《科学》等国际著名刊物上。

目前功能基因组研究的重点集中在四个方面：一是基因测序技术研究。预计今后几年内，测序技术将继续发展，特别是有一些重要的改进将直接用于功能基因组的研究；二是单核苷多态性（SNP）以及在此基础上建立的SNP单体型研究；三是基因组有序表达的规律研究。主要包括基因的深入鉴定、基因表达与转录组研究、蛋白和蛋白质组研究、代谢网络和代谢分子研究、基因表达调控研究等；四是计算生物学和系统生物学研究。

近几年来，在国家“863”计划、国家重大科技专项等的资助下，我国功能基因组学研究取得了一系列进展。中华民族占世界人口的1／5，有丰富的遗传疾病家系资源，这是我国发展功能基因组研究的有利因素。“十五”期间，我国参与国际蛋白质组计划、国际人类基因组单体型图计划，高质量按时完成了项目中所承担的21号染色体区域的任务，建立并完善了中华民族基因组和重要疾病相关基因SNPs及其单倍型的数据库的建设，在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文，申报了一批国家专利，收集、保存了一批宝贵的遗传资源，并初步建立了遗传资源收集网络和资源信息库的采集管理系统，组建了一批国家级基地，培养了一支队伍，建立了一批技术平台。但总体而言，我国在功能基因组研究及应用方面的原始创新成果数量较少，还不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。

未来研究重点包括：

——功能基因组研究。重点开展植物功能基因组研究、人类功能基因组研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因组研究；

——蛋白质组学研究。蛋白质组学是一个新生领域，目前还处于初期发展阶段，仍有许多困难有待克服。我国应选择具有特色的领域开展研究；

——生物信息技术。我国的研究重点应集中在生物信息数据库的构建、生物信息的开发、加工、利用及生物信息并行处理方面；

——生物芯片技术及产品。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、生化反应芯片和样品制备芯片等。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。我国生物芯片研究紧跟国际前沿，它将对我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选具有革命性的推动作用，也将对我国人口素质、农业发展、环境保护等作出巨大的贡献。

专家认为，我国人类功能基因组学研究的研发水平比领先国家落后5年左右， 若能高度重视，充分利用我国已有的技术和资源优势，未来10年我国可能实现人类功能基因组学研究的跨越发展。

蛋白质组学研究

随着被誉为解读人类生命“天书”的人类基因组计划的成功实施，生命科学的战略重点转移到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。蛋白质作为生命活动的“执行者”，自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研究的战略制高点。

目前蛋白质组学的主要内容是建立和发展蛋白质组研究技术方法，进行蛋白质组分析。为了保证分析过程的精确性和重复性，大规模样品处理机器人也被应用到该领域。整个研究过程包括样品处理、蛋白质的分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。

附图

自1995年蛋白质组一词问世到现在，蛋白质组学研究得到了突飞猛进的发展。我国的蛋白质组研究也在迅速开展，并取得了许多有意义的成果，中国科学家已经在重大疾病如肝癌，比较蛋白质组学的研究等方面取得了重要成就，在“973 ”计划的资助下，我国已经开始了二维电泳蛋白组分离研究、图像分析技术和蛋白质组鉴定质谱技术研究等。

如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机，迅速地进入到蛋白质组学研究的国际前沿，是摆在我国生命科学研究发展方向上的一个重要课题。

目前我国在该领域的研发基础较好，只比先进国家落后5年左右。 蛋白质组学属科学前沿，专家建议结合我国现行的基因组研究及其他有我国特色或优势的领域开展研究，不要重复或追随国际已有的工作，而应走自己的路，未来10年内有可能取得重大科学突破。

生物制药技术

生物制药被称为生物技术的“第一次浪潮”，其诱人前景引起了全世界各国政府、科技界、企业界的高度关注。

在过去的30年间，全球生物技术取得了令人瞩目的成就。据美国著名咨询机构安永公司2004年和2005年发表的第十八和第十九次全球生物技术年度报告分析，2003年全球生物技术产业营收达410亿美元。目前已有190余种生物技术产品获准上市，激发起投资者对生物技术股与融资的兴趣。

近20年来，我国医药生物技术产业取得了长足的进步，据《中国生物技术发展报告2004》统计，我国已有25种基因工程药物和基因工程疫苗，具有自主知识产权的上市药物达9种，重组人ω－干扰素喷鼻剂2003年4月获得国家临床研究批文，可用于较大规模高危人群的预防。但总体上与世界先进水平相比还存在很大的差距，医药生物技术产品的销售收入仅占医药工业总销售额的7.5％左右。

为加快我国生物制药技术的发展，今后的研究开发重点是：

——生物技术药物（包括疫苗）及制备技术。围绕危害人民健康的神经系统、免疫系统、内分泌系统和肿瘤等重大疾病和疑难病症的防治与诊断，应用基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等技术，开发单克隆抗体、基因工程药物、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质药物和基因工程疫苗，拓宽医药新产品领域；

——高通量筛选技术。目前，国外许多制药公司已把高通量筛选作为发现先导化合物的主要手段。典型的高通量筛选模式为每次筛选1000个化合物，而超高通量筛选可每天筛选10万多个化合物。随着分析容量的增大，分析检测技术、液体处理及自动化、连续流动以及信息处理将成为未来高通量筛选技术研究的重点；

——天然药物原料制备。目前，已经发现人类患有3万多种疾病，其中1／3靠对症治疗，极少数人能够治愈，而大多数人缺乏有效的治疗药物。以往多用合成药物，随着科技的进步，人们自我保健意识增强，对天然药物的追求与日俱增。当前世界各国都在加强天然药物的研发。

生物信息学研究

在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析，对基因组研究相关生物信息获取、加工、储存、分配、分析和解释——上世纪80年代一经产生，生物信息学就得到了迅猛发展。其研究一方面是对海量数据的收集、整理与服务；另一方面是利用这些数据，从中发现新的规律。

具体地讲，生物信息学是把基因组DNA序列信息分析作为源头， 找到基因组序列中代表蛋白质和RNA基因的编码区；同时， 阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在DNA序列中的遗传语言规律；在此基础上，归纳、 整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。另外生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机理，最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。

生物信息学的发展已经将基因组信息学、蛋白质的结构计算与模拟以及药物设计有机地连接在一起，它将导致生物学、物理学、数学、计算机科学等多种科学文化的融合，造就一批新的交叉学科。

科学家们普遍相信，本世纪最初的若干年是人类基因组研究取得辉煌成果的时代，也是生物信息学蓬勃发展的时代。据预测，到2005年生物信息的全球市场价值将达到400亿美元。

我国生物信息学研究起步较早。20世纪80年代末，国内学者就在《自然》上报道了免疫球蛋白基因超家族计算机分析的工作。目前，多家大学和研究机构也相继成立了生物信息中心或研究所，各种原始数据库、镜像数据库和二级数据库也已经逐步建立，同时我国还建立了相关的工作站和网络服务器，实现了与国际主要基因组数据库及研究中心的网络连接，开发了用于核酸、蛋白结构、功能分析的计算工具以及蛋白质三维结构预测、并行化的高通量基因拼接和基于群论方法开发的基因预测等多种软件。中国学者还运用自主开发的电脑克隆程序，开展了大规模EST 数据分析，建立了一系列基因组序列分析新算法和新技术，并在国内外著名科学杂志上发表了一系列论文，取得了引人注目的进展，尤其在人类基因组基因数目的预测上获得了与目前的实验事实相当吻合的结果，在国际上获得普遍认可。

农作物新品种培育技术

最近几年，农业生物技术的发展对农业产业结构调整产生的巨大影响，已引起各国政府和科学家的高度重视。农业生物技术领域研究中最活跃的是育种技术——应用现代分子生物学和细胞生物学技术进行品种改良，创造更加适合人类需要的新物种，获得高产、优质、抗病虫害新品种。这使得新品种层出不穷，品种在农业增产中的贡献率将由现在的30％提高到50％。国际水稻研究所已经培育出每公顷7500公斤的超级水稻，非洲培育出增产10倍的超级木薯。

我国该领域的基础研究和高技术研究取得了一批创新成果：如植物转基因技术、细胞培育技术、籼稻的全基因组测序、花粉管通道转基因方法等，使研制具有自主知识产权的转基因农作物新品种成为现实和可能。目前，已培育出亩产达到807.4公斤的超级杂交稻；2004年转基因抗虫棉的种植面积已占全国棉花种植面积的50％左右；利用细胞工程技术培育的抗白粉病、赤霉病和黄矮病等小麦新品种已累计推广1100多万亩；植物组织培养和快繁脱毒技术在马铃薯、甘蔗、花卉生产中发挥了重要的作用。

专家认为，我国农作物新品种培育的研发基础较好，整体科研技术与国外处于同等水平，只要充分利用资源，发挥优势，很可能在该领域取得突破。

纳米材料与纳米技术

纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。

近年来，科技强国在该领域均取得了相当重要的进展。

在纳米材料的制备与合成方面，美国科学家利用超高密度晶格和电路制作的新方法，获得直径8nm、线宽16nm的铂纳米线；法国科学家利用粉末冶金制成了具有完美弹塑性的纯纳米晶体铜，实现了对纳米结构生长过程中的形状、尺寸、生长模式和排序的原位、实时监测；德国科学家巧妙地利用交流电介电泳技术，将金属与半导体单壁碳纳米管成功分离；日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料。

在纳米生物医学器件方面，科学家用特定的蛋白质或化合物取代用硅纳米线制成场效应晶体管的栅极用以诊断前列腺癌、直肠癌等疾病，成百倍地提高了诊断的灵敏度。另外，纳米技术在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展。与此同时，国外大企业纷纷介入，推动了纳米技术产业化的进程。

当前纳米材料研究的趋势是，由随机合成过渡到可控合成；由纳米单元的制备，通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样；由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料。

纳米材料和技术很可能在以下四个领域的应用上有所突破：一是IT产业（芯片、网络通讯和纳米器件）；二是在生物医药领域应用纳米生物传感的早期诊断和治疗，到2010年将给人类带来新的福音；三是在显示和照明领域的应用已有新的进展，纳米光纤、纳米微电极等已产生极大影响；四是纳米材料技术与生物技术相结合，在基因修复和标记各种蛋白酶等方面蕴育新的突破，预计2010年纳米技术对国际GDP的贡献将超过2万亿美元。

我国纳米材料研究起步较早，基础较好，整体科研水平与先进国家相比处于同等水平，部分技术落后5年左右。目前有300多个从事纳米材料基础研究和应用的研究单位，并在纳米材料研究上取得了一批重要成果，引起了国际上的广泛关注。据英国有关权威机构提供的调查显示，我国纳米专利申请件数排名世界第三位。

国内目前已建成100多条纳米材料生产线，产品质量大都达到或接近国际水平。与发达国家相比，我国的差距一是在纳米材料制备与合成方面尚处于粗放阶段，缺乏应用目标的牵引，集成不够；二是纳米材料计量、测量和表征技术明显落后于国外，对标准试样和标准方法的建立重视不够，对表征手段的建立投资不足；三是纳米材料的基础研究、应用研究和开发研究出现脱节，纳米材料研究缺乏针对性；四是学科交叉、技术集成不够。

链接：

信息技术正在发生结构性变革

目前，信息技术正在发生结构性的变革，在信息器件向高速化、微型化、一体化和网络化发展的同时，软件和信息服务成为发展重点。大规模集成电路正快速向系统芯片发展；移动通信技术正在向第三代、第四展，将提供更优质、更快速、更安全的服务，并带来巨大的经济利益；电信网、计算机网和有线电视网三网融合趋势进一步加快，无线网络成为世界关注的重点；全球化的信息网络将像电力、电话一样为社会公众提供各种信息服务，越来越深刻地改变着人们的学习、工作和生活方式，也将对产业结构调整产生重大影响。

微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术、网络技术等领域的发展方兴未艾，极有可能引发新一轮产业革命。

大显神通的新材料

高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料，对支撑交通运输、能源动力、电子信息、航空航天以及国家重大工程起着关键性作用。

新型功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的材料，是信息技术、生物技术、能源技术和国防建设的重要基础材料。当前国际上功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如信息功能材料、超导材料、生物医用材料、能源材料、生态环境材料及其材料的分子、原子设计正处于日新月异的发展之中。

信息功能材料发展的重点是磁性材料、电子陶瓷材料、压电及光电(磁)晶体、高性能封装材料等方面。超导材料的主要特征是零电阻和排磁通效应，是20世纪留给人类开发核聚变能、高效运输工具、低耗传输电能和精密探测器件的新型功能材料。

篇8

转化医学(translationalmedicine),又称为转化研究。这个概念主要来源于20世纪90年代的“转化研究”(translationalresearch)一词———1993年,乳腺癌易感基因(breastcancersusceptibilitygene1,BRCA1)被发现,并成为新一代的生物标志和靶点应用于早期诊断,从而把实验室内的的发现真正转变成临床的应用工具。自此,“转化研究”开始逐渐被人们所认知[2]。作为一个新兴的医学概念,转化医学主要包括以下几个方面:①通过实验研究在人类中验证新的治疗策略;②研制新的医疗仪器和发展新的诊断手段;③在以治愈疾病为目标的同时,加深对人类疾病及其复杂性的了解[3]。作为基因组和生物信息学革命的时代产物之一,“转化医学”虽然是一个专业术语,但却贯穿于医疗研究与疾病防治的始终。

国外医学界近年来非常重视转化医学的研究工作。2003年美国国立卫生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)董事Zerhouni在Science发表了名为TheNIHRoadmap的文章,引领全世界的研究人员把目光聚焦在转化医学[4]。目前国际上多间大学都已开始设置临床和转化科学中心,NIH设立了“临床和转化科学奖”,JournalofTranslationalMedicine、TranslationalResearch、Science子刊TranslationalMedicine等期刊陆续创立,更加体现了现在医学界对转化医学这一“桥梁”的迫切需求和向往。在国内,国家新科技体系构明确了“一个中心:国家转化整合医学研究中心;三个支撑:研究型医院、研究现场、协同科技环境体系的科技支撑战略”的新思路。目前,医学临床、药学等领域的转化医学已经轰轰烈烈地展开,各研究中心如雨后春笋般纷纷建立,但在预防医学中对转化医学的研究才刚刚起步,许多学科还是一片空白,亟待广大卫生工作者的关注和涉猎。

2预防医学中的转化之路

大量数据表明,随着工业化、城镇化、人口老龄化和生活方式的变化,慢性病已成为威胁我国人民健康的主要公共卫生问题。然而慢性病是可以预防和早期诊断的。因此,只有构建强大的预防医学创新体系,将高速发展的预防医学基础研究尽快应用到实际公共卫生服务中,才能达到更全面更有效的三级预防,以最小的投入赢得最大效益,增进全民健康水平,真正实现人人享有卫生保健的宏伟目标。

2.1转化医学在毒理学领域中的应用和前景在预防医学领域中,毒理学的研究任务主要是描述机体与外源化学物的中毒机理,对外来化学物进行安全性评价,从而为制订有关卫生标准和管理方案提供可靠的科学依据。现在,大量新化学物投入使用,给人类健康带来了许多潜在的隐患。而现行的化学物危险度评价体系,尤其是对毒效应无阈值的化学物的检测评价,存在多种局限性和缺陷,如可以测试的化学品数量少;动物实验周期长;评价的费用高;化学物危险性评价存在物种差异等,这些缺陷正是转化医学在毒理学应用的重大课题[5]。

生物标志物的检测是转化医学在环境和职业毒理学应用的中心环节。新的化学物毒性评价策略提出,应该把当前以死亡、突变、肿瘤形成等终点事件(apicalendpoints)为观察指标的毒性效应评价体系,转换为基于毒作用机制研究结果,以毒性通路(toxicitypathways)相关生物标志表达异常为观察指标的高通量(high-throughout)毒性效应评价体系。即利用高通量的生物技术及生物信息学的发展,测定毒作用导致的“通路”或“关键事件(keyevents)”改变,建立相应的细胞预测模型并进行剂量-反应关系的检测,结合环境检测水平和人群暴露状况进行危险度评价,从而开展预防医学现场的推应用,以此为基础提出实际有效的防治措施。这一依赖灵敏快捷的细胞试验进行危险度评价的理念能大大减少动物试验体系所需的花费和时间,因而与转化医学概念相呼应[6]。

为此,近年来,部分学者已经致力于开展毒理学细胞模型的研究,力图以体外细胞取代传统的动物模型,以获得更快速,更具代表性的检测工具和评价手段。例如,Lundberg等[7]于2002年通过成功导入了猿猴病毒40(SV40)的早期区和端粒酶催化亚基———人端粒酶逆转录酶(hTERT)构建了永生化的原代人类呼吸道上皮细胞,这些永生化细胞可被H-ras或者K-ras致癌基因诱导致恶性转变。在随后的研究中,亦提示出该类细胞株模型对于致癌物的检测可大大缩短细胞转化的间期,从而具有潜在的应用于化学致癌活性筛查的价值。这些研究成果,将为环境致癌物毒性检测带来快速简便的应用手段和工具[8]。综上所述,对于卫生毒理中的基础研究来说,必须在研究过程中始终贯穿转化医学的理念,才能真正实现基础研究成果与预防实践指导间快速有效的转化。

2.2转化医学在营养学领域中的应用和前景从18世纪起源至今,营养学已经从单纯的食品安全和膳食结构的研究开始走向分子营养学的突破期。近年来分子营养学的研究,尤其是对植物化学物的研究更是方兴未艾。如大豆异黄酮,最初是由于流行病学研究显示食用豆制品对女性围绝经期症状、心血管疾病、某些癌症有着重要的防治作用而被发现的[9-12]。经过多学科证实其具有类雌激素的作用。随后,其他植物化学物质如番茄红素,花青素,大蒜素等植物化学物质也逐渐通过基础研究阐明其健康促进的功效,而被广泛应用于改善人群的健康状态和辅助治疗各种疾病,使得营养基础研究的成果发挥了重要的保护人体健康的功效。

如果说植物化学物的研究使得营养学领域更为广泛,那么营养基因组学、营养遗传学的兴起使人们对于人类营养的研究更为深入。从实验室到临床,基因多态性的存在被认为是一个许多基础研究成果无法应用于临床实践的主要转化障碍[5]。而对于营养学,这一障碍却恰恰成为营养学发展的一个转折点。近年来,越来越多的研究表明营养素具有调控基因表达的作用,同时由于异质性的存在,决定了不同的个体对不同的营养需求的质和量的不同。参考摄入量、推荐摄入量、适宜摄入量等名词对由基因多态性引起的个体差异已显得不完全实用了。而近年来日渐成熟的生物芯片、蛋白组学等高通量技术则为营养膳食摄入的个体化指导提供了可能。亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)基因的常见C677T多态性便是饮食-单基因多态性相互作用的一个经典例子。过去的研究发现,叶酸和神经管畸形、肿瘤和心血管疾病相关[13]。而MTHFR是叶酸代谢的关键酶之一。缺乏这一关键酶将导致严重或者中度的高半胱氨酸血症。MTHFR有两种多态现象:C677T(A222V)和A1298C(E429A)[14]。在欧洲人中,MTHFRC677T的发生率是0.233%~0.410%。包含前者的MTHFR可降低酶的活性,从而导致在缺乏叶酸的情况下血清中同型半胱氨酸浓度的上升,从而增加神经管缺陷儿童的出生率。

由此可认为,对于携带MTHFRC677T基因的个体,需要补充更多的叶酸,才能获得更好的生存质量和优生学的预防作用。此外,基因多态性和饮食的相互作用与多种慢性疾病和引起慢性疾病的危险因子之间关联紧密,包括癌症、冠心病和肥胖等[15-17]。国外的一些公司,如Genova和MetaMetrix等,已经开始就基因-饮食的相互作用特点开展专业诊断,为个体的饮食补充决策给予指导和帮助。由此可见,从人群膳食指南到个体化膳食指导的转化,将会是新世纪的营养学发展趋势所在。

2.3转化医学在妇幼卫生学领域中的应用和前景耳聋是一种严重影响身心健康的疾病。在世界范围内,每100名新生儿中就有1名患有先天性耳聋[18]。而我国每年新生听障儿童也多达3余万人。不可忽视的是,遗传因素在所有致聋原因中占有高达60%的比例。如何通过快速、敏感的筛查方法进行产前诊断,减少遗传性耳聋患儿的降生,是妇幼保健的关注重点之一。

近年,我国遗传性耳聋的流行病学调查发现,在中国的遗传性耳聋中的基因位点较为集中。针对这一结果,中国人民总医院聋病分子诊断研究所联合博奥生物有限公司共同研发推出“遗传性耳聋基因芯片检测系统”,为遗传性耳聋的广泛筛查,尽早诊断提供了有效的科技手段,同时也为临床医生的诊断提供了病因学方面的证据。从2006年到2007年,中国人民总医院进行的515例双盲对照实验中,芯片结果与测序结果符合率为100%,非综合征性重度和极重度耳聋患者的突变检出率为42.41%[19]。从而使得该技术在中国人民总医院、北京同仁医院、中国聋儿康复研究中心等医院开始得到了应用。这一检测技术能否像唐氏综合症的产前诊断那样灵敏与特异还需要进一步的证明。但是,在这个从基础到临床,把科研成果转化为儿少预防保健技术的过程是明确的———从临床观察到实验室研究,再根据流行病学的调研结果,协同相应产业共同开发,推出相应手段应用于临床与预防保健。

2.4转化医学在突发公共卫生事件领域中的应用和前景2003年的SARS病毒造成的非典型肺炎流行和2009年甲型H1N1流感病毒引发的流行性感冒引起了全球公共卫生工作者的高度关注。但正是这些突发公共卫生事件的出现,为疫苗的基础研究向实际应用的快速转化带来了新曙光:例如,传统的疫苗生产的方法从研发、毒理学和动物研究直到一、二和三期人体试验至少需要数年的时间,而近年来,疫苗佐剂改良、皮内接种节约疫苗用量以及反向遗传学技术和应用重组DNA技术直接细胞培养等研究成果均可大大缩短产品的生产时间[20],而采用鼻腔喷雾的方法也将使接种更简易快速[21],同时由于这些突发事件带来的影响,政府对于疫苗管理审批制度程序化的改革也大大加快了疫苗投入使用的时间。因此应该认识到,以基础科研人员、临床医生、公共卫生工作人员的技术成果为支持,相关企业产业化为依托,多学科共同协作为平台,政府的决策支持为后盾,才能真正快速有效地应对突发公共卫生事件,使基础研究的成果和科学实践结合,把“转化医学”的桥梁搭建于研、产、学的鸿沟间,实现科学进步、公众健康的双赢局面。

篇9

风险评估是发生危害概率和后果严重程度二者的综合分析，关于食品风险从业者不能只考虑某种食品发生危害后的严重程度。风险评估包括四个部分――危害确认、危害特征表述、暴露评估、风险特征描述。

食品安全风险

我国卫计委每年均会公布食物中毒事件报告，截至2015年，报告中公布的微生物性食物中毒事件和中毒人数仍占据首位，分别为33.8%和53.7%。致病菌导致的食源性疾病是世界公认的主要食品安全问题之一，比消费者和媒体关注的假冒伪劣和制假掺假问题更为严峻。

对于食品安全风险，大多数人希望是零风险，即100%安全且没有风险。实际上，没有100%安全的食品，风险没有办法完全消除，只可能被降低，风险评估从业者的目标是将食品风险降低到可接受的程度。风险评估是发生危害概率和后果严重程度二者的综合分析，关于食品风险，从业者不能只考虑某种食品发生危害后的严重程度，而不考虑这种食品的摄入量和摄入频率等问题，离开剂量谈风险是没有意义的。

当前，风险评估从业者对食品安全研究的领域主要有三大块：一是危害控制，包括建立质量体系；二是危害检测和确认，如快速检测手段：三是过程控制，如风险评估。董庆利老师介绍的就是风险评估，他介绍说：“风险评估包括四个部分――危害确认、危害特征表述、暴露评估、风险特征描述。”

预测微生物学的概念和发展

预测微生物学的历史可以追溯到19世纪初期，当时由于食品灭菌的需要，学者开始关注微生物的变化，直到20纪初，随着食品罐头业的发展需要一些灭菌方面的检测，预测微生物也随之开始发展。20世纪30年代，罐头灭菌需要检测特定温度下杀菌所需时间，从而诞生了经典的衡量灭菌时间概念，或称其为衡量微生物耐热性指标。

1983年，一支由30位微生物学家组成的食品小组用计算机预测了食品的货架期，建立了腐败菌生长数据库，正式拉开了预测食品微生物的帷幕。预测微生物学创始之初，有学者认为其预测不够精确，但试验证明其模型误差不大于微生物试验所带来的误差，这使预测模型在食品工业和食品检控领域取得了信任。近年来，随着计算机技术的发展，预测微生物学迅猛发展。预测模型软件的开发和应用，为快速评估环境和食品组分对食品微生物生长的影响以及监测产品中微生物生长动态提供了便捷的平台。

预测微生物学的主要目的是运用数学模型对微生物生长行进定量分析，使人们能够在没有进行微生物检测的前提下，预测微生物的生长和死亡，槭称钒踩提供重要保障。食品预测微生物学在食品货架期、食品安全的预测和管理中有重大应用价值，是食品微生物学中一个很有前景的研究领域。微生物在理想的环境下是按照二分裂式指数型（2n）生长的，具体数据见表1。

虽然预测微生物学的专家们预测了微生物在理想环境下的二分裂式指数型，但是微生物不可能严格按照其生长。一般来说，微生物的生长期分为四个时期――延滞期（适应期）、指数期（生长期）、稳定期和衰亡期。只有微生物的生长存在规律，才可以建立模型来预测其生长，从而更好的检测和控制微生物。

随着科学技术的发展，预测微生物学也不断地采用一些计算机运算方式进行计算。例如，对微生物的生长、残存、抑制和多种微生物的竞争来进行数学的建模和观测。预测微生物学可以看成受到外界环境影响下的响应，也就是模拟微生物在特定条件下的变化，从而用于整个食品质量体系，比如管理、建立特定的食品安全目标、危害控制点的设定进行参考。随着预测微生物学和很多软件包括生物数学和生物信息学的发展，预测微生物学的整个数据库就更加的完善。

风险评估的数学模型就是模拟微生物的变化，所以可以采用一些概率的方式来解释微生物的变化。比如，微生物在特定的食品或介质表面生长/不生长，或存在的概率情况。一般来说，把预测微生物学的模型分成初级、二级和三级，初级是研究特定温度下的微生物的生长情况；二级是模拟环境因素，物理、化学、生物的影响下的变化，比如迟滞期时间和生长率的变化；三级模型就是建立界面友好的模型。

预测模型的作用主要有两点：一是以简化等式来模拟微生物的实际动态变化；二是用于预测非检测条件下的可能情况。国内外预测微生物学风险评估的现状

截止至2016年，WHO/FAO（世界卫生组织和粮农组织）已连续发表了19部关于微生物风险评估的系列报告，内容涉及禽肉、即食食品、水、婴儿配方粉、水产品、蔬菜等不同食品基质中的沙门氏菌、单增李斯特菌、阪崎肠杆菌、弧菌、病毒等致病菌，其已经成为指导全球开展相关评估和制定相关标准的权威性技术文件。

我国的微生物风险评估起步较晚，但自2000年以来，已经先后开展了带壳鸡蛋中沙门氏菌、生食牡蛎中副溶血性弧菌、即食肉制品中单核细胞增生性李斯特菌及婴儿配方粉中阪崎肠杆菌的风险评估。近年来，上海市食品药品监督管理局多次组织食品安全风险评估专项，对常见食品中的单增李斯特菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、蜡样芽胞杆菌等进行了评估。

篇10

关键词:云服务器；ECS；作业管理；PHP

1基于云服务器的作业管理软件的开发需求

云服务器是极具应用前景的互联网基础设施服务,它相比传统的服务器,安全可靠性,功能弹性,管理便捷性上有显著优点,大大降低了服务器运维的难度和成本,使IT开发够更专注于核心业务。应用云服务器进行高校教学作业管理可以显著提高教学的质量和效率。比如在生物信息学课程教学中,为了让学生掌握各种分析方法,需要进行一定的生物信息软件操作练习,结果往往是以多媒体的形式呈现:有序列比对图,系统进化树,识别基因表单,基因芯片聚类热图,蛋白质分子三维结构,操作流程描述等等。因此,完全用纸质形式的作业是不能胜任的,需要以电子文件的方式上交。虽然应用电子邮件等方式能实现电子文件的传递,但是存在很多不足:首先是交互性差,如果某作业问题没有当时立即解决,后面再查询该作业就比较困难,易出现疏漏;其次是可管理性差,电子邮件并不支持对邮件的批注,不能对文件进行统一打包、分类管理;最后是无统计分析能力,所有结果得手工操作,非常繁琐。结合云服务器的便利性,开发用于高校教学的作业管理系统具有很强的现实价值。我们参考传统的服务器作业管理软件[1-4],开发了一款基于云服务器的作业管理软件。

2基于云服务器的作业管理系统的软件设计

(1)我们系统开发采用了阿里云ECS服务器,软件工作为浏览器/服务器模式,既用户通过浏览器向互联网上的服务器发出请求,服务器对浏览器的请求进行处理,将用户所需信息返回到浏览器上[5]。其优点是降低用户软件环境要求,只需应用本机的浏览器软件,发出请求,对数据库的访问和应用程序的执行,数据返回,动态页面的生成等工作全部由服务器完成(图1)。在该模式下,无论作业提交和作业管理,都只需装上操作系统和浏览器即可。(2)作业管理软件的具体实现采用了较流行的LAMP开发组合,即以Linux作为操作系统平台,Apache作为HTTP服务器软件,MySQL作为数据库,以及PHP语言来实现动态交互。前端页面有“用户登录”、“作业文件提交”、“作业反馈信息”、“作业浏览”、“资源下载”等页面,后台管理有“注册管理”、“作业信息”、“作业信息统计”、“作业批注”、“作业打包”等。在软件开发的具体层面,我们应用了如下技术:1)应用MySQL创建与记录所有学生的账户以及初始密码,其中密码用MD5码加密,提高安全性。2)文件上传采用PHP语言进行文件类型识别,按帐号名字分别重命名,存入各个帐号独有的服务器文件夹中,并记录上传时间,上传IP地址,对应作业分类。3)后台程序调用系统tar打包程序,进行作业的打包,提供下载备份。每个帐号的作业都可以进行评述,并给对应用户,用户可以继续提留言。该流程也应用了MySQL数据库,留言信息存贮在一张数据表中。4)统计功能是PHP程序遍历MySQL数据库的信息,计算出每个帐号交作业的情况,包括作业的次数,得分,在全部作业中的比例等信息。作业管理软件的基本业务流程并不复杂,但是在开发中有一些细节需要注意,比如,为了避免SQL注入攻击,所有请求通过POST方式传递,字段都进行筛选过滤,同时用户信息都使用MD5码加密,在服务器端无明文信息;再比如,PHP上传文件默认最大为2MB,需要修改php.ini配置解除这一限制才能把较大的文件存入云服务器。

3基于云服务器的作业管理软件的进一步发展

我们基于云服务器开发的作业管理软件已经进入实际使用中,作业管理不受时空限制,都能便捷地得到处理,突破了纸版或电子邮件管理方式的诸多弊端,显著提高了效率。在这个过程中,用户也反映了该系统的待改进之处,如该系统对访问的并发度并没有特殊考虑,在上传文件中需要占用较大带宽,若同时进行数个作业提交任务会使得系统卡顿;再有系统的功能相对比较单一,若把该系统和各种教学资源的功能整合,让各种信息互联互通,其便利性将进一步提高。我们期待基于云服务器的作业管理软件可以作为互联网技术在教育领域的一个范例,供相关教学管理软件开发的借鉴,提高教学管理的质量和效率。

参考文献

[1]廖中熙,肖君.基于PHP的网上作业管理系统[J].现代科学仪器,2009,(5):51-54.