生物信息学发展史范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学发展史，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

一、研究性学习网站的优势

在常规教学中，本节课主要存在两个困难：第一个困难是本节课重难点——转录和翻译过程对于学生来说是无法用肉眼看到的，枯燥且抽象；另一个困难是本节课的重点、难点较多，知识点零碎繁杂。针对第一个困难，笔者采用研究性学习网站中的flas来辅助学生自主学习，从而形象、生动地展示遗传信息表达的动态过程，利于学生把握转录和翻译两个阶段发生的场所、模板、原料和产物，以达到帮助学生化解难点，突出重点的目的。针对第二个困难“知识点零碎繁杂”，笔者的策略是将零碎繁杂的知识点整合在图文并茂的研究性学习网站中，学生在一定的情境下，通过自主学习便可轻松掌握。同时笔者又制定学习任务来突出重点，引领主体性学习的方向，即以任务为主线，贯穿学习过程，启发学生逐步深入地思考，培养学生分析和解决问题的能力。

二、教学媒体选择与应用设计

教学媒体：研究性学习网站、Powerpoint课件、Flash课件。

本节课教学策略是研究性学习网站搭建学习的平台，任务引领学习的方向，Powerpoint课件帮助学生总结提升，从而建立完整的知识体系，Flash课件模拟转录翻译过程，体验学习的乐趣。

三、教学过程

课前笔者根据高一学生的学情和认知水平设置合适的问题和任务，紧紧结合生物学科的特点，在浩如烟海的网络信息中，按需选择，精心设计研究性学习网站。它包括RNA和DNA的比较、转录、翻译、模拟实验、在线测试五块内容。本节课中设置的任务有6个。

任务1：“为什么RNA适于作DNA的信使呢？”

任务2：三种RNA的比较。

任务3：思考遗传信息转录过程中有关问题。①转录场所在哪里？②所需的酶是什么？③为其提供能量的是什么？④模板是什么？⑤原料是什么？⑥形成的产物是什么？⑦遵循的原则是什么？⑧RNA聚合酶的作用是什么？

任务4：mRNA的碱基与蛋白质的氨基酸之间的对应关系。①1个碱基决定1种氨基酸，只能决定4种氨基酸。②如果2个碱基决定1种氨基酸，最多能编码多少种氨基酸？③已知组成生物体的氨基酸有20种，一种氨基酸的编码至少需要多少个碱基？

任务5：思考遗传信息翻译过程中有关问题。①翻译需要哪些物质参与？②mRNA和核糖体的结合处，有多少个碱基， 多少个密码子？③翻译的起点是什么？④AUG决定的甲硫氨酸通过谁进入核糖体？⑤氨基酸形成多肽链的方式是什么？⑥翻译过程中，是mRNA移动，还是核糖体移动？⑦翻译什么时候会停止？⑧翻译的产物是什么？⑨翻译的实质是什么？

任务6：进入模拟实验，自己动手实现蛋白质的合成，体验转录和翻译的过程，体会学习的乐趣，检验本节课的学习成果。

实验过程如下：输入学号登入模拟实验，机器随机生成1个DNA，学生选择模板并根据所学知识，键盘输入相应的信息，得到转录的产物RNA，再根据密码子表，得到翻译的产物蛋白质，课件有提示，交互能力好，不同层次的学生都能成功体验转录和翻译。动作快的同学先将实验结果上传到服务器，再比较各自合成的蛋白质是否相同。在BBS论坛上发表蛋白质不同的原因，教师参与讨论，并引导学生得到最终答案。

最后在线测试：巩固提高学习成果。

本节课在网络环境中实现了学生的自主探索，师生之间、学生之间、学生与机器之间的多重交互，发挥了信息技术在学生自主学习、主动探究、合作交流等方面的优势，建构了网络环境下学生研究性学习的学习方式，提高了教学效率，培养了学生探索问题，获取信息，加工信息，协作讨论，解决问题的能力，这些都是信息技术与课程整合所追求的。

四、教学反思

（1）网络环境下生物教学有着常规教学不具备的优势，但网络环境下的课堂会出现学习游离的现象（盲目浏览网页）。因此在教学设计中，教师要把本节课的整个学习目标分解为数个具体的次级目标，并制定出学习任务，以任务为主线，引导学生一步一步完成既定的学习目标。

（2）在制作专题网站时，教师要把需要学生思考、回答的问题尽量隐含在专题网站和学习资料中。利用专题网站的集成性、非线性和交互性，把学生的注意力吸引到学习目标和学习重点上来。

（3）不能因为多媒体教学能化抽象为形象，而忽视了学生识图能力的培养。教师应要求学生先体会插图所蕴含的含义，之后再配合多媒体整合各个图形，展示完整的转录和翻译过程。

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关键词 控制科学与工程 学科建设 自动化

中图分类号：G640 文献标识码：A

0 引言

自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。在我国研究生培养体系中，自动化对应的一级学科“控制科学与工程”下属有七个二级学科：“控制理论与控制工程”、“检测技术与自动装置”、“系统工程”、“模式识别与智能系统”、“导航、制导与控制”、“企业信息化系统与工程”和“生物信息学”。控制科学与工程对相关学科的发展起到了有力的推动作用，并在学科交叉与渗透中表现出突出的活力。例如：它与信息科学和计算机科学的结合开拓了知识工程和智能机器人领域。与社会学、经济学的结合使研究的对象进入到社会系统和经济系统的范畴中。与生物学、医学的结合更有力地推动了生物控制论的发展。同时，相邻学科如计算机、通信、微电子学和认知科学的发展也促进了控制科学与工程的新发展，使控制科学与工程学科所涉及的研究领域不断扩大。

1 我国控制科学与工程学科发展现状

控制科学与工程学科经过几十年的发展，在诸多方面取得了一些重要的进步，按照二级学科分类，主要发展现状归纳如下。

1.1 控制理论与工程

控制理论以动态系统为主要研究对象。20世纪80年代以来，计算机、网络和通信等信息技术的发展为现有的控制理论提供了广泛的应用空间，同时也带来了巨大的挑战，促使控制理论自身的发展，也催生出新的学科增长点。控制理论方面，在鲁棒控制、非线性控制、离散事件动态系统、量子控制等方面都取得了重要进展。鲁棒控制研究内容涉及鲁棒极点配置、鲁棒镇定、鲁棒观测器设计、鲁棒故障诊断等一系列鲁棒控制问题。分布参数控制研究涉及可控性、随机控制、非线性系统、稳定性、最优性、数值求解最优控制及时间延迟问题。离散事件动态系统的研究主要集中在离散事件动态系统的优化理论与方法上，理论成果被成功应用到从机械或半导体制造到电网规划、石油化工等多个行业的实际工程问题。量子控制的研究涉及量子态的制备、最优控制、控制能力、反馈控制、消相干控制、纠缠动力学、动态解耦等多个方面。智能控制方面，在模糊不确定性理论、复杂系统的模糊控制与稳定性分析、神经网络控制、智能优化等方面都有重要贡献。模糊不确定性理论对于主观上的不确定事件，给出了不确定变量的期望值、不确定变量的关键值、不确定事件测度的定义，并将它们应用于机器学习、系统控制和管理等问题。自模糊集合诞生至今，模糊控制作为一种有效的非线性控制方法受到了广泛关注和应用，模糊控制器形式常见的有模糊逻辑控制、模糊PID控制、神经模糊控制、模糊滑膜控制、自适应模糊控制及基于T-S模型的模糊控制等。模糊控制系统的稳定性分析，是模糊控制领域一个持续研究的课题。现有的结果，主要是在前有理论基础上，提出放松稳定性条件，并将模糊控制的概念引入网络控制系统。在神经网络控制方面，主要利用神经网络对非线性系统的逼近能力和特性，与一些控制算法相结合，探讨复杂系统的建模与控制问题。智能优化方面主要是结合模糊推理和神经网络自适应为主的模糊神经控制，并结合智能算法实现对算法的优化。智能机器人技术方面，除了在机构、视觉及传感系统、运动建模、规划与导航等提出一些新的设计和改进的算法外，中国学者在救灾救援机器人、网络环境机器人、医疗机器人、仿生机器人、飞行机器人、仿人机器人、人-机器人交互等方面取得了重要进展。在控制的应用方面，智能控制理论在电力系统调度、发电机励磁控制、风电场功率预测等方面已有初步应用。在多智能体与网络控制方面，研究涉及复杂系统与系统复杂性理论、混合系统与多模态切换、多智能体系统及网络控制。

1.2 模式识别与智能控制

随着20世纪40年代计算机的出现以及50年代人工智能的兴起，人们当然也希望能用计算机来代替或扩展人类的部分脑力劳动。模式识别在20世纪60年代初迅速发展并成为一门新学科。在生物信息学方面，在高通量组学数据的处理、计算基因组学的研究、医学群体遗传学中的生物信息学、蛋白质功能结构与亚细胞定位上、生物分子网络的构建与分析等方面有了重要进展。机器学习与数据挖掘方面，研究涉及提高学习系统泛化能力、样本标记问题、降维与度量学习、数据挖掘、在视频与图像分析方面的应用。脑—机接口就是要实现生物脑与电脑之间的直接对话。基础理论研究与实验研究并重是脑—机接口研究的重要特点。脑—机接口研究是一个全新的领域，许多方面的问题还有待于深入地研究。在医学信息学、分子影像方面，多模态分子影像成像理论方法与关键技术、分子探针与药物研发、分子影像验证与应用是现在的研究热点。

1.3 系统工程

系统工程是实现系统最优化的科学。系统工程的主要任务是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的基础思想、理论、策略和方法等从横的方面联系起来，应用现代数学和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，借以达到最优化设计，最优控制和最优管理的目标。在工业过程建模方面，研究主要涉及过程建模方法与应用及面向高端应用的工业建模技术与软件。在生产调度优化方面，随着经济全球化进程的加快和计算机技术的提升，结合实际生产背景的生产调度问题优化理论与方法成为自动化学科的研究热点。公共安全应急管理决策的研究主要集中在公共安全应急决策的理论、方法和技术上。在信息服务的研究上，在服务组合、服务计算环境、服务部署与调度、服务计算模式/模型、数据集成等关键问题上都有了较大的进展。智能交通系统是解决目前城市交通拥堵、气体和噪声污染的主要途径，目前主要的研究领域集中在先进交通分配和出行诱导技术、城市高速路与普通路网集成交通控制、交通分配与交通控制一体化研究以及交通信息获取与服务系统的研制。

1.4 导航、制导与控制

导航、制导与控制学科一直突出为国防、航天服务的特色，注重理论与工程实际的结合，重视高素质人才的培养，建立起一支梯队结构合理、学术方向稳定、能打“硬仗”的科研队伍。半个世纪里，导航、制导与控制学科先后开辟出导航技术、飞行控制、精确制导等研究方向。在导航技术方面，研究涉及卫星导航、惯性导航及惯性基组合导航。在飞行控制方面，国内飞行控制研究领域取得了丰富的研究成果，在飞行控制理论的改进和完善、先进飞行控制技术的研究与探索以及飞行控制技术在航空器、航天器和临近空间飞行器的应用方面都取得了长足的进展。在精确制导技术方面，研究的主要内容包括高精度导引控制技术和精确探测技术。高精度导引控制技术主要体现在制导控制规律的设计方面，而精确探测技术主要体现在各类导引系统探测技术的发展史上。

1.5 检测技术与自动化装置

检测技术与自动化装置是将自动化、电子、计算机、控制工程、信息处理、机械等多种学科、多种技术融合为一体并综合运用的复合技术，广泛应用于交通、电力、冶金、化工、建材等各领域自动化装备及生产自动化过程。检测技术与自动化装置的研究与应用，不仅具有重要的理论意义，符合当前及今后相当长时期内我国科技发展的战略，而且紧密结合国民经济的实际情况，对促进企业技术进步、传统工业技术改造和铁路技术装备的现代化有着重要的意义。在检测技术上，超导材料、稀土功能材料等功能材料新领域，功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，在低烧磁料和贱金属电极上形成了自己的特色并实现了产业化。在动态系统的故障诊断技术方面，研究涉及基于模型的故障诊断技术及基于数据的故障诊断方法。

2 我国控制科学与工程学科发展趋势与展望

2.1 人才的培养和支持

由于我国控制科学与工程专业的毕业生长期以来供不应求，目前，设置该专业的院校逐渐递增。要注重培养学生的动手能力，多和实践结合，走出应试教育的桎梏。需要有人才成长的土壤，尽可能为科研人员提供良好的科研条件。需要加大国内外交流，提供交流的机会。总之，需要为人才的培养创造全方位立体的支持环境。

2.2 加大基础理论投入

我国自动化学科的发展的劣势主要是基础理论投入不足，要想改进这一点，需要从国家层次上进行引导，制定相关政策，鼓励科研院所和高校加大基础理论研究，经济允许的情况下加大资金投入，协调各个科研机构，发挥各单位优势，争取在基础理论上取得重大突破。

3 结束语

数代人的持续努力，使我国的经济保持高速增长的态势。一个国家的发达程度往往和科技水平成正比，科技会促进社会经济的发展，而经济的发展又会对科技发展提供支持。随着经济的发展，我国对自动化学科的研究将更多的转向基础理论的研究和新兴交叉方向的研究。也正是以此作为突破口，我国才更有可能在21世纪达到并且引领世界先进水平，成为自动化科技强国。

注：黑龙江省学位与研究生教育教学改革研究项目——自动化领域研究生培养质量保证体系研究与实践资助；哈尔滨工程大学2012年教育教学改革研究项目——自动化特色专业建设的探索与实践

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关键词：基因工程；教学改革；人才培养；教学方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0097-02

随着科学技术特别是生物技术的迅猛发展，生命科学进入了以生物信息学、生物技术和基因工程等为标志的崭新领域[1]。《基因工程概论》是一门以分子生物学、分子遗传学等相关学科为基础的专业基础课程，这门课程是各高校生物技术、农学、园艺等专业的主干课程，如何在有限的教学时间内提高教学质量，培养学生的创新和实践能力，最终达到提高学生专业素养和综合竞争力的目标[2]。在该课程的教学过程中进行了各方面的教学探索工作，充分利用多媒体和各种网络资源开展新型教学模式，并及时补充植物学生物技术领域最新研究进展，激发学生对于生命科学知识学习的兴趣和热情，紧跟生命学科发展前沿，达到提高教学质量的目的。

一、由浅入深，双语教学

学生在学习基因工程相关概念和知识的同时，通过了解基因工程的发展历史，特别是在基因工程发展过程中一些推动人类解开生命之谜的标志性事件和经典实验，来更加充分地理解学习的内容，同时能够激发学生的学习兴趣，例如孟德尔是如何针对豌豆七对独立表现型在其杂交子代中出现分离的现象展开详细研究的，最终经过统计发现了基因分离与自由组合定律，开创了遗传学和基因工程的先河，通过诸多生动的实例，使学生充分了解生物技术领域内基因工程的发展历史，同时也让学生深深感受到每项令人瞩目的科研成就的背后，科研工作者需要付出超乎想象的艰辛与努力，才能够推动科学技术的进步[3]。其次，在讲授基因工程内容相关概念的时候，需要进行双语教学，让学生在学习的同时，接触到一些专业词汇，为其今后阅读国外基因工程研究进展文献报告和从事基因工程相关研究工作奠定理论基础。

二、教学方法的设计

传统教育教学方式往往是教师作为教育主体，按照课程设置和既定思维，将事先设置好的内容按部就班地讲解给学生的被动学习模式。整个授课方式较为枯燥，限制了学生对于《基因工程概论》所学内容的想象力和趣味性，不利于学生自我科研探索精神和创新能力的培养。《基因工程原理》作为农学生物技术等相关专业的理论课，需要依据教学大纲，进行学生自主学习、教师辅助学生学习等形式的教学内容的设计。以学生作为课程的主体，教师作为主导去鼓励和启发学生思考、发现和解决问题，教师仅仅能把知识灌输给学生，但并不能帮助学生完全接受和消化所学内容，授人以鱼不如授人以渔，通过提问式教学和包括完成课程作业、课堂分组讨论等反馈式教学方法，及时了解学生对于知识掌握的情况，帮助学生温故而知新，并结合平时完成作业情况，从多个方面对于学生的成绩进行综合评价[4]。只有提高学生自主学习的积极性，才能使其真正领会相关知识，开阔思路，实现多学科内容的交叉[5]。要从学生学习实际需求出发，注重将每一个基因工程发展史上的重要技术的研究思路和实验引入课堂，例如红色荧光蛋白、绿色荧光蛋白的发现及其在现代基因工程研究过程中是如何与目的基因形成融合蛋白来进行基因定位等方面的研究的，以较为生动的例子让学生切实感受到基因工程技术的魅力所在和其存在的重要性[6]。另外，在《基因工程原理》课程中的较为抽象的部分重点内容，如乳糖操纵子的作用原理，单纯的通过依赖多媒体教学方式使得授课内容过于笼统，在结合多媒体的同时，这部分教学内容以板书的方式则更能让学生准确地了解其作用机制。另外，通过实践教学发现，在理论教学过程中，通过文字的演示适时配合一些简短而生动的生物学动画和影像资料，如酵母单杂交和双杂交的基本原理、链式聚合酶反应、基因的转录和翻译过程及噬菌体感染大肠杆菌等相关教学，通过动画和影片使学生对于所学知识从抽象思维到直接具体化，引起其学习积极性，帮助其理解所学知识。

三、紧跟基因工程学科发展前沿

教材的内容仅仅是基本，但并不是全部。基因工程研究发展日新月异，课本上的基础内容还停留在过去发展的某个阶段，过去有些未能解析的生命作用机制之谜如今得以解答，生物新技术特别是二代测序技术等快速发展使得我们可以更加有效地进行生命科学研究[7]。因此积极追踪基因工程学科发展前沿，对于激发学生学习兴趣，促进学生理解理论知识及其未来可能从事的科研工作提供很大帮助。教师在完成教学工作的同时也开展大量科研工作，教师在教学活动中可以结合自身的科研实例，将自己的事例搬上讲台，例如在介绍载体构建章节相关内容中，可以结合自己在科研中是如何构建pCambia3301植物双元表达载体、pGBKT7酵母表达载体和pMD18-T克隆载体的例子进行说明，再例如在实际的科研实验中是如何进行农杆菌GV3101转化等。通过介绍自己最新的科研进展和生命科学领域的研究热点，结合引导学生到图书馆检索并阅读相关科研文献和研究报告，例如在介绍基因表达与调控章节部分内容时，现代生物技术的发展到今天，利用标记型RNA干扰替代传统常规RNA干扰的方法能够有效地避免基因脱靶现象的发生，通过引入基因工程最新研究成果，一方面能够丰富课程内容，活跃课堂气氛，拓宽学生的知识面，成功地把学生从书本中引入到书本外，另一方面在介绍过程中极大程度上吸引了学生的注意力，引发学生对于所产生科学问题及其相应解决方法的思考。这种教学模式受到学生的广泛关注，学生课下通过媒体与老师和其他同学就某些科学问题展开详细讨论，比如基因工程研究在农业、医药、食品和化工等领域的重要应用，转基因技术对人类发展的重要作用，但其同时对环境和人类健康也存在潜在威胁[8]。在热烈讨论的过程中，老师通过让学生从数据库中查阅大量科研文献特别是一些最新发表的外文研究报告来引导学生自主学习，解决其学习中存在的疑虑和困惑。除此之外，考虑到未来学生对于基因工程、生物技术方面相关实验技术的需求，在适当的时候，教师可以利用自己现有的科研资源，创造条件让学生积极参加自己的科学研究工作，让学生能够接触到基因工程实验中重要的科研仪器和生物制品，学生通过辅助老师使用这些仪器设备和生物制剂来完成一些较为基础的科学实验，从而提高自身动手能力，并能进一步加深其对《基因工程概论》课程相关理论知识的理解，做到让学生真正地走出书本。

四、建立综合评价制度，提高学生综合素质

考核和教学评价是评定课程教学效果和教育质量最直接也是最有效的方法。在传统教学评价体系中，学生单纯依赖课后复习资料和教师授课课件进行死记硬背，最终往往很难准确评估学生对课程的综合学习情况。为了更加科学、更加有效地衡量学生学习这门课程的水平，建立综合评价体系，从多个角度去考察学生思考问题、解决问题和对知识融会贯通的能力，避免学生死记硬背，让学生真正理解所学知识，例如说《基因工程概论》第三章内容限制性内切酶，让学生明确限制性内切酶的定义同时，通过举例和课堂练习、课堂讨论等方式让学生理解在基因工程和分子克隆实验中如何构建限制性内切酶图谱及其利用限制酶进行不同类型的载体构建。在评价体系建立过程中，课堂练习、课堂讨论等灵活评价成绩占总评成绩30%，而期末考试成绩占70%，且期末考试试题中主观题和实例应用题的比重较大，概念题和简答题等客观题比重较低，综合检验学生对基因工程相关知识的应用能力。《基因工程概论》是一门涉及生物技术等多个交叉学科的课程，要求学生掌握翔实的专业基础知识和实践技能。《基因工程概论》课程改革是一项需要不断探索、调整和改革的重要工程，如何提高课程教学质量，提高学生学习的自主性和对知识掌握的灵活性，就需要教师针对课程改革内容进行深入思考，既要照顾课堂实际教学情况，同时又要着眼于未来，特别是在生物技术、基因工程技术飞速发展的今天，教师必须紧跟基因工程学科发展方向，结合自己的科学研究工作不断更新教学内容，改革教学方法，采用先进的教学手段，提高学生的学习效率，培养具有扎实理论知识和良好科研素养的高级专业人才[9]。使得学生在竞争如此激烈的社会环境下能够做好充分准备，以扎实的专业知识武装自己，提高自我适应性和竞争力。

参考文献：

[1]任如意，魏继承.基因工程实验教学改革初探[J].高等理科教育，2008，82（6）：112-114.

[2]林娜，魏琴，张超，等.《生物技术概论》课程特色教学实践[J].中国科技信息，2008，（16）：240-241.

[3]吴茜茜，刘斌，吴克.我国生物工程研究进展与人才培养的特点[J].生物学杂志，2002，18（1）：45-46.

[4]马利兵，王凤梅.基因工程教学改革的探索与实践[J].新课程研究，2011，（213）：100-101.

[5]范桂枝，李晓灿，詹亚光.基因工程教学改革的思考[J].中国农业教育，2006，（6）：55-56.

[6]齐宇歆.对高校教育技术学专业本科课程体系建设的理性审视[J].现代教育技术，2011，（21）：24-27.

[7]马慧，李浩戈，陈丽静，等.《基因工程》教学中学生学习能力的培养[J].中国科教创新导刊，2012，（7）：148-149.