生物信息学的认识范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学的认识，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。

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关键词：人工神经网络；教学实践；教学方法；生物信息学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）17-0208-03

人工神经网络是在神经生理学、生物学、数学、计算机学等学科发展的基础上提出的，模拟人类大脑的结构和思维方式处理、记忆信息的一门学科。具体来说，早在20世纪40年代，随着医学、生物学家们对人脑神经的结构、组成以及信息处理的工作原理的认识越来越充分，有学者提出以数学和物理方法对人脑神经网络进行抽象，并建立简化的模型，用以进行信息处理，这种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型，称之为人工神经网络ANN（Artificial Neural Network）[1]。

在人工神经网络中，各种待处理的对象（数据、特征、字符、抽象的模式等等）都可用神经元处理单元表示。这些神经元主要可以分为输入神经元、隐含神经元和输出神经元三大类。其作用各不相同，作为输入神经元的处理单元用来与外界产生连接，接收外界的信号输入；隐含神经元处于中间层，为信息处理的不可见层；输出神经元主要实现结果的输出。神经元之间相互连接，连接的权重反映了各神经元之间的连接强度，神经元之间的连接关系中蕴含着信息的表示和处理。人工神经网络主要是在不同程度、不同层次上模拟大脑处理信息的风格，具有非程序化、较强的适应性、自组织性、并行分布式等特点，其实现主要是通过网络的变换和动力学行为，涉及数学、生物学、人工智能、计算机科学、非线性动力学等多个学科[1]。作为一门活跃的边缘叉学科，在处理信息方面，相比于传统人工智能方法具有非线性适应性，成功地应用于神经专家系统、模式识别、组合优化、预测等多个领域，尤其在生物信息学领域得到了广泛的应用。生物信息学是20世纪末发展起来的一极具发展潜力的新型学科。人类的基因中蕴含着大量有用信息，利用神经网络可以对这些海量的信息进行识别与分类，进而进行相关的生物信息学分析。如利用神经网络分析疾病与基因序列的关系，基于神经网络对蛋白质结构的预测，基因表达谱数据的分析，蛋白质互作位点的预测等等，都取得了很好的效果[2]。

因此，在生物信息相关专业的本科生中开设人工神经网络课程尤为重要。经过多年的研究发展，已经提出上百种的人工神经网络模型，这就需要教师针对不同的专业背景，不同层次的学生，讲授不同模型的核心思想、推导过程、实际应用等等。本文主要根据人工神经网络在生物信息学相关专业的教学实践，从以下几个方面进行探讨。

一、引导式教学，激发学生的学习积极性

神经网络作为一门偏于理论分析的学科，传统的教学模式，即首先讲解模型的起源，接下来介绍模型的核心思想，然后就是一连串的数学公式推导，面对满黑板的公式，学生很难提起兴趣去认真学习相应的模型。所以，如何激发起学生的学习积极性，让学生重视这门课程，更好地掌握课程内容，掌握相关的模型理论基础、核心思想，更好地服务于本专业，是人工神经网络教学者亟待解决的问题。

首先，在导课的时候要生动，以引起学生对将要学习的内容的好奇心，让学生有兴趣投入到课堂学习内容中去。布卢姆说过：“最大的学习动机莫过于学生对所学知识有求知的兴趣。”只有在这种动机下的学习，才会提高自身的主动性与自觉性，达到提高教学质量的目的[3]。例如，在讲解hopfield神经网络的时候，通过举例对苹果、橘子的质地、形状、重量等特征的描述，运用“0，1”进行量化描述，然后应用神经网络就可以进行有效地分类；对于旅行商TSP问题，也可以通过hopfield神经网络寻找到最优路径。那么，这些问题是如何解决的呢？就需要大家来一起揭开hopfield神经网络的神秘面纱。其次，由于神经网络涉及大量的数学公式与数学方法，学生往往会有畏惧的心理，这就需要教师帮学生澄清思想误区，现在很多用于数据分析与计算的软件，如matlab工具箱、R软件里面都有很成熟的人工神经网络软件包，所以，学生只需要理解其工作原理、核心思想，学会使用现成的人工神经网络软件包处理数据，在熟练应用程序包的基础上，对相应的神经网络模型进行优化，改进，并且与其他的人工智能算法相结合，更好地为本专业服务。第三，在讲授人工神经网络理论内容的时候，要摒弃传统的呆板式的推导过程，以往的神经网络教学方法注重理论分析，通常是一连串的公式推导，公式中又涉及大量的符号，计算起来复杂又烦琐，学生会觉得索然无趣，厌学情绪严重。在教学过程中，教师要精心设计，创设出特定的问题环境，将所学内容与本专业相结合起来，多讲应用，启发和诱导学生选取合适的神经网络模型来解决本专业的实验数据分析与处理等问题。

二、理论教学与实验教学相结合

除了在理论课堂上将基本的理论知识传输给学生，教师还应该安排若干实验教学内容，让学生以实验为主，将理论课上所学的知识运用到解决实际问题中来，理论联系实际，主动操作思考，观察，分析，讨论，以培养学生解决问题的能力。一旦学生自己动手处理一些问题后，很自然地就会对人工神经网络产生一种亲切感，并能强烈激发起学生继续探究下去的兴趣。对于同一问题，可以让学生选取不同的网络模型，设置不同的参数，甚至可以让学生自己动手编写相应的网络模型程序，并且给予改进，根据得出的结果来评价模型在解决实际问题时的好坏，以及模型改进的效果。作为授课教师，需要不断优化实验教学内容，在生物信息学专业开设人工神经网络课程，实验教学主要是针对生物信息专业的海量生物数据处理与分析的实际需要，培养学生综合运用人工神经网络方法和生物信息学知识，进行信息的分析与处理。除了在实验课堂上给学生最大的自由发挥空间外，课后作业也尽量以开放式问题的形式给出，比如，可以让学生选取相应的网络模型处理本专业的一些实际问题，例如，数据的分类、聚类等等，其中，数据来源可以不同，类型也可自由选取，最后给出相应的模型参数设置、方法的改进、实验结果，也可以安排学生自己查询文献进行学习，并安排学生作报告。这样，学生可以在世界范围内了解神经网络的在本专业的应用情况，又能提高英语的读写能力，还能锻炼学生做科研报告的能力。

三、加强师资队伍建设以及其他基本条件的建设

由于生物信息学是一门新兴的交叉学科[4]，这就要求人工神经网络的授课教师要熟练掌握生物信息相关专业的知识，教师的业务水平必须得到充分保证，才能给学生以全面透彻的指导。学院应该本着自主培养与重点引进的原则，优化教师队伍的专业结构和学历结构，提高教师的自身修养。授课教师要将课堂的理论知识联系实际生物问题进行讲授，让学生感受到人工神经网络在本专业的应用，提高学生的学习效率，同时也需要阅读大量的专业文献，提高编程技巧和数据库应用能力，让自己成为一名合格的复合型教师。同时，人工神经网络课程的实验，高度依赖于计算机网络等设备，因此，相关的软硬件设施的建设也必不可少，由于，基因组测序技术的发展，目前生物信息学研究所用的数据都是海量的，神经网络训练起来所需时间太长，不能用普通的电脑完成，需要专门的服务器来处理，学校有关部门应在条件允许的情况下，配备机房，购买服务器，以及相关的软件，为学生创造良好的环境，让学生完成课程内容。

最后，人工神经网络涉及数学、计算机、人工智能和神经学等专业知识，因此，需要授课教师加强与其他相关专业教师的交流与合作，并渗透到授课过程中去，让学生在学习人工神经网络网络时能将各专业联系起来，更好地解决生物信息学中的问题，要想成为一名合格的人工神经网络课程教师，首先要成为一名复合型的教师，不仅要具备教学和科研能力，同时也要具备计算机、生物学、信息学等多学科的知识。

参考文献：

[1]朱大奇，史慧.人工神经网络及其应用[M].北京：科学出版社，2006.

[2]朱伟，史定华，王翼飞.人工神经网络在蛋白质二级结构预测中的应用[J].自然杂志，2003，（3）：167-171.

[3]赵俊，李晓红.趣味教学法在预防医学教学中的运用[J].现代医药卫生，2005，21（15）：2089-2090.

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【关键词】信息技术；任务驱动；演示教学；演示练习

在信息技术迅猛发展的今天，作为一名年轻的信息技术教师，我在教学实践中，不断的尝试将“任务驱动、演示教学”及学生“演示练习”教学方法进行探索，形成了一种新的模式。它克服了“任务驱动、演示教学”教学方法中教师“主导”作用体现不够、学生学习不够主动、教学任务难以落实等问题，又克服了单一的“演示教学”教学方法不利于发挥学生主动性的缺点。在任务驱动中还给学生留下了学生演示练习这一环节，让学生在课堂中由被动变主动，教师演示教学结束后学生还要重复老师的操作势必会增加学生的主动性，在主观能动方面得到了锻炼。本文从信息技术教学中事先的“任务”引发学生思考到教师的“演示教学”让学生从中解决问题及最后的学生“演示练习”加固理解这三个环节进行尝试探索，即要求“力求以任务驱动，以某个实例为先导，进而提出问题，引导学生思考，通过学和做，培养学生分析问题和解决问题的能力”从而完成教学任务。

那么“任务驱动、演示教学”教学方法到底有哪些特点呢？我觉得只有充分认识和明确该方法，才会在实践中加以运用。教师要充分理解教材内容，掌握知识点及其各种操作技能，更应该把握重难点，从简单的有趣的问题引入并明确提出本节课药完成的任务，让学生带着问题去看完教师的演示教学、认真听完教师对各种知识的讲解。要认真的做好这个任务“任务驱动”我认为必须做到以下几方面：

首先在教学内容安排上，不再用以前的“知识点”为线索，而是根据学生的接受能力及信息时代的需求，改用以简单的“任务”为线索、以各种有趣的“任务”为模块，精心组织教学内容，认真演示各种教学技能，使其符合学生的认知特点，特别是强调所学知识要与时代同步。其次在教学方法上，强调学生的自主发展，强调培养学生的自学能力，在教学过程中不断地用“任务”来引导学生自学，让学生根据“任务”的需求来学习，变被动地接受知识到主动地寻求知识，改变学生传统的学习观，由“学会”到“会学”。

再次在能力培养上，着重培养学生的创新精神和合作意识。学生在完成任务的过程中，会积极地去思考、探索，每个人的思路、想法不尽相同，教师可以引导他们进行讨论、交流，并适当地给以帮助、鼓励和点评，使他们相互取长补短，既调动了学生的积极性，又培养了他们的创新精神和合作意识。

其中的“演示教学”在这一环节里的作用有如何呢？大家知道，由于学生接受信息技术教育的层次不一样，甚至有部分学生在小学时根本没有开设信息技术课，初中的学生也存在如此情况，即使他们都开设了信息技术课，但是个体的接受能力、兴趣爱好、动手实践能力的差异等导致学生的信息技术水平不同。再者，部分家庭条件比较优越的家长也给他们配备了笔记本、台式机等。为了让信息技术水平落后的学生学习时也不感到困难，他们当然离不开老师广播演示教学了，具体的操作步骤可以从老师的演示讲解中获取，从实践中理解。从而完成教师的“任务”。

所以，“任务驱动、演示教学”教学方法是一种以学生自主学习，教师加以引导的一种教学方法，它打破了传统教学方法中注重学习的循序渐进和积累的老套路，不再按照教学内容的从易到难的顺序，而是以完成一个“任务”作为驱动来进行教学，完成教学任务。在完成“任务”的过程中，又培养了学生的自学能力、创新精神和合作意识。明确“任务驱动、演示教学”教学方法的特点后，我是这样来具体实施的：

一、“任务”要有层次感

从教学内容上来看，教师要做到精心设计好每一个“任务”。因为“任务驱动”教学方法是要让学生在完成“任务”的同时，掌握知识，“任务”直接影响教学效果，因此，“任务”的设计至关重要。在设计“任务”时，要注意学生的特点与知识接受能力的差异，充分考虑学生的现有文化知识、认知能力和兴趣等。在设计的过程中，要始终以学生的角度考虑，根据学生的实际水平来设计每一个模块，针对不同程度的学生来设计不同层次的练习，也就是说要“任务”要有层次感。

二、“任务”要在愉快的教学环境中完成

从教学方法上来看，教师主要是加强学生的自学能力，在教学过程中要不断地用“任务”来引导学生自学。在学生学习过程中，要充分发挥多媒体计算机综合处理图形、图像、声音、文字等多种信息的功能，设置特定的情境，创设良好的学习氛围。如果有了这样一个良好的教学环境，那么学生在这种愉悦的环境中，便会自觉自愿地学习，主动地完成学习“任务”。

例如：在教初中第五单元《网络之家――网页制作》时，要求学生掌握基本的制作网页的方法。为了创设一个良好的教学环境，在讲课之前，教师就要搜集一些好的网页给学生看。在网页中不仅要有好的文字内容，还要有优美的学生爱听的背景音乐，以及一些好看的动画效果。这样的网页在教学过程中演示，学生会立即表现出兴趣。学生有兴趣学习后，教师就要安排好每一个“任务”。用一个个“任务”来引导学生一步一步地学习网页设计。具体这一章的“任务”，可以分为让学生完成制作一个简单网页，制作一个框架网页和制作一个动态网页。在学生制作网页过程中，教师要不断鼓励学生自己看教材，多看一些别人设计好的优秀网页，从易到难地学习。特别是在学生自己动手上机实践时，教师要注重加强学生的自学能力，在旁起一个“辅导员”的作用，给学生答疑，而不是手把手地教。在网页制作的“任务”的完成过程中，由于创设了愉快的教学环境，增加了学生的兴趣和感性认识，并用一个个“任务”引导学生自学和上机实践，因此学生轻松地掌握了本章知识。

三、“任务”要让学生积极参与

从能力培养的角度看，教师要注重调动学生的积极性，培养他们的创新精神和合作意识。在教学过程中，要引导学生积极参与，以此来提高学生上课时的注意力，从而提高学习的效率。

例如：高一年级的《程序设计初步》，这一章对学生来说是比较难学的。对于这一章的“任务”，就需要教师在讲解演示时，一定要发挥学生的积极性和主动参与性，才能够突破难点，掌握基本程序设计的方法。在设计本章的“任务”时，应选取一个简单而有趣的程序作为“任务”。比如制作一个死循环程序称为病毒的简单程序入手，可以排除学生学习程序设计的畏难情绪。选取的程序必须有趣，这样能使得学生乐意参与学习。在讲课过程中，要引导学生积极地去思考、探索，对于一些简单操作，就要让一些学生进行操作演示，并进行讲解，讨论。通过学生的参与演示和讲解，师生就可以共同合作和完成这个“任务”。“任务”让学生积极参与进来后，学生就比较容易掌握难点，上课也不容易走神，就能取得比较好的教学效果。

我在几年教学实践中，不断尝试将“任务驱动、演示教学”教学方法和学生的“演示练习”教学方法进行整合，形成了一种新的模式。它克服了“任务驱动”教学方法中教师“主导”作用体现不够，教学任务难以落实等问题，又克服了单纯的“演示练习”教学方法不利于发挥学生主动性的缺点。教师必须很好地把握任务提出这一环节，这也是“任务驱动”教学方法实现成效的前提。教师提出的任务必须要符合学生的认知规律，要根据教学的目标要求和学生的具体情况而提出任务。任务提出的方式一般有：教师直接提出任务；给出大的范围，启发学生自己提出具体任务；教师操作演示，让学生对教师熟练的操作产生发自内心的赞叹从而激发自己动手操作的想法。在任务提出时要注意与学生的交互，只有学生认同的任务，学生才乐于去学习。

例如在学习Excel 的函数时，老师首先调出课前准备好的一个求班级学生总成绩的Excel表（当然总分一栏是空的）进行教学演示，接着快速地利用求和函数算出第一个学生的总分，然后利用Excel表格的功能快速用鼠标“拖拉”出其他人的总分成绩。学生很是佩服，我便及时提示“其实你们也可以做到哦！”最后提出问题明确任务，让学习通过自己实践操作掌握三个函数的学习任务。教师要重视所提任务的难度，保证留有充分的时间让学生去自主地学习。在这阶段，教师并不是无事可做，而应该走到学生当中去，观察学生的学习过程。若学生在操作学习时遇到不能自行解决的困难，教师要诱导学生，给出相关提示，但不可直接告诉学生怎么做。教师要注意观察学生操作时遇到的典型性问题，并记在心里，做到心中有数。特殊情况下，教师也可对全班学生做简单提示，保证学生能完成提出的任务。

另外我觉得通过应用“任务驱动、演示教学”教学方法进行教学，从学生方面来说：首先会让学生的学习面貌发生很大变化，学习的积极性大大提高了，主体意识明显增强了，综合应用能力和创造性得到了很好的发展，自我探究能力也在不断提高。其次，学生在完成任务的过程中，有很多问题可以自由讨论，互相帮助，加强了团队的合作意识，增进了学生间的相互了解。“任务驱动、演示教学”教学方法给教师和学生的关系带来了的可喜的变化，也带来了良好的教学效果，但“任务驱动、演示教学” 教学方法还有待于我们每一个教学工作者作进一步的研究。

最后我们再来看看学生的“演示练习”这一环节，通过自主学习，掌握了相关知识的学生都乐于去展示自己的学习成果，教师这时要让学生走上讲台，在教师机上演示学习的成果。如果演示过操作程中出现问题、让学生自己去解决，可以让下面的学生帮助解决。演示完毕后，让其他同学进行评价，指出成功和不足甚至是错误的地方。若有错误，可请其他同学帮忙纠正，教师要注意对学生给以积极的评价。当然，也可以让动手能力差的害怕动手、不愿动手的学生上讲台进行操作，老师给予鼓励的同时要注意学生的操作过程，并随时观察学生的操作步骤，遇到学生不能帮助解决的困难要及时进行辅导，克服学生了心理障碍，操作完成后给予鼓励，在以后的学习过程中慢慢的主动起来。当然教师对于重难点问题要进行操作演示，辅以讲解说明，帮助学生理清思路，并小结本课内容，提出巩固练习的目标和要求。留出一点时间，让学生对自己在自主学习阶段没有解决的问题得以解决。对于那些在自主学习时已经能较好的完成任务的同学，也可以利用这些时间进一步熟练掌握所学内容。最后，教师对整节课做出一个总结，让学参与总结互评，总结这些任务的解决、落实情况，让学生和老师共同体验学习的快乐。

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【关键词】师范院校 研究生 生物信息学教学

20世纪80年代末，人类基因组计划（HGP）正式启动，随着该计划的实施，越来越多物种的基因组被破译，随之而来的还有海量的分子生物学数据。对物种基因组的研究并不是为了单纯的积累数据，而是为了揭示大量数据中所蕴藏的信息。因此，生物信息学应运而生。目前，几乎所有生物医学相关高等院校都开设了生物信息学课程，很多农业院校也陆续开设此课程，但是在普通师范院校还存在着开设不足的状况。目前在师范院校中，很多科研工作者也在从事分子生物学的研究，特别是最近几年随着高通量测序技术的发展，越来越多的数据涌现出来，对数据的收集、整理和分析成为大多数研究人员不可回避的问题，因此，对生物信息学专业人才的需求也越来越大。但是目前大多数生物信息学专业的本科生在学习期间只接触基本的生物学课程，在生物学专业知识的深度上把握不够，而生物信息学专业的研究生一部分直接从来自于生物信息学专业，另外一部分则是从计算机、数学或物理专业转行而来，在生物学背景知识方面更是欠缺。因此，如果能够让非生物信息学专业的研究生能够掌握基本的数据收集、整理和分析的方法，培养复合型的人才将符合未来人才培养的要求。因此，我们就目前普通师范院校非专业研究生生物信息学课程教学中存在的问题及对于改革存在的思考详述如下：

一、师范院校研究生生物信息学课程教学中存在的问题

（一）教材选择少

硕士研究生培养有其自身的特点，需要学生系统掌握某学科或专业领域内专门知识和基础理论。这就要求研究生既要拥有广泛深厚的专业知识，也应具备一定研究与创造能力。对于非生物信息学专业的师范院校研究生，我们要求其既掌握基本的生物信息学知识，同时具备一定的数据分析处理能力。目前本科院校生物信息专业常用的教材讲的比较深入，对于非专业的研究生来说，由于缺乏较好的数学和计算机基础，学习起来稍显吃力。但是普通生物信息学教程大多讲的较宽泛，也不适合研究生教学。如果能够编纂既能普及学生的生物信息学知识，同时又能让其具备基本的数据收集、整理和分析能力的教材将非常有利，但是目前市面上该类教材还比较少。

（二）师资缺乏

目前，国内大部分师范院校将生物信息学作为选修课来开设，使得课程在专业建设和人才培养方案中的地位偏低，造成对该类教师的师资培养不够重视。且大部分师范院校未配备专业的生物信息学教师，多为其他生物专业的教师兼职讲授，该类教师部分通过自学，部分通过进修，缺乏专业系统的生物信息学培训，因此在教学过程中不能很好满足教学要求。

（三）学生基础水平参差不齐

师范院校研究生来源途径广，除了本科师范院校外，还有一部分来自农林院校或综合院校，学生本科所学专业不同，生物学基础和对生物信息学的认知程度差异较大，这些问题都会成为教学中的影响因素，这就要求授课教师能够在授课内容上不仅做到完成教学要求，同时要兼顾学生基础水平参差不齐的现象，使学生更好的对该门课程有很好的把握。

二、教学改革思考

（一）选择合适的教材和教辅资料完善教学广度和深度

不同院校不同的教师研究方向不同，但是大致都离不开动物、植物、微生物、生态这些大类，生物信息学作为一门工具学科，要求研究生在学习该门课程后，能够熟练的运用生物信息学的知识为自己的科研服务。作为该门课程的任课教师，要求在上课之前先对学生的研究对象和研究内容进行初步的调查，选择能够更好的服务于学生科研的教材和教辅资料，可以不局限于现有教材的内容，必要时候可以以专题讲座的形式对部分教学内容进行补充。

（二）根据学生基础调整教学内容

针对学生基础层次不齐的现状，授课教师可以在授课前几章节补充学生的遗传学和基础分子生物学知识，通过两到三次课的时间完善学生该方面的不足，部分学生可能是农林院校的本科生，在大学期间学习的多为专业方向比较强的生物学知识，那么通过普及基础生物学知识，可以让其对整个生物学有一个整体的了解。同样对于师范院校的本科生，通过该段授课，也可以将自己在大学学到的各门专业课有一个整体的脉络和认识，起到提纲挈领的作用。通过这个过程，学生对基础分子生物学及基本的遗传学思想不再陌生，再学习后边的生物信息学知识的时候就不会显得很吃力。同时由于学生研究方向不同，对生物信息学技术的需求也不一样。针对此，授课教师可以在讲授过程中，穿插列举一些学生科研终于到的一些问题，应用所学的生物信息学知识进行解决，而不是仅仅局限于教材所举实例。同时对于前沿技术的内容，也必须做及时补充和更新，使学生更好的把握生物信息的前沿和技术。

（三）利用现有的多媒体资源改进教学方式

作为一门实用性很强的课程，生物信息学教学有其自身的特点。它不仅要求学生有较强的理论知识，同时要求其必须有较强的上机操作能力。且大部分课程知识在讲授过程中如果只是单纯的教师操作演示不能起到好的教学效果，毕竟观看和临摹效果是截然不同的。因此在教学中，可以将生物信息学教学分成理论授课和上机实践两部分，有些操作性较强的章节可以直接选择在机房讲授，让学生在听课过程中通过自己操作增强感性认识，以利于更好的对知识进行掌握。

生物信息学是一门快速发展的交叉学科，在今后的生物学科研中将占有不可估量的作用，重要的且处于快速更新中的学科， 其发展与生物医学发展是协同的。授课教师的授课观念、授课策略既要紧跟国内外发展前沿又立足选课学生实际，切实做好生物信息学教学工作，满足我国目前研究生教育需要，培养更多的复合型人才。

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关键词： 生物信息学 研究生教学 实践

1.引言

生物信息学（bioinformatics）是一门新兴的交叉学科，生物学与医学、数学、计算机科学是其中三个主要组成部分。生物信息学作为跨越生命科学和信息科学两大热点领域的学科，拥有蓬勃的生命力。面对人类基因组计划所产生的庞大的分子生物学信息，生物信息学的重要性已越来越突出，它无疑将会为生命科学的研究带来革命性的变革。［1］［2］国内外对生物信息学的人才需求也在激增。

目前，生物信息学在我国尚处于起步阶段，因为要进行生物信息学的研究，对人员要求很高，需要深厚的生物大分子结构和功能方面的背景知识，需要扎实的应用数学或统计学知识，还需要精通计算机，至少得具备三者之二。但实际情况是大部分从事生物学研究的人不熟悉计算机，而从事计算机科学的人员多数又缺乏对生物学的了解。尽管如此，生物信息学的教育在国内外高等院校及科研机构越来越普及。据不完全统计，我国超过30个高校或科研机构开设生物信息学专业课程。［3］这些研究与教育一般分散在多个系所属的多个专业中，如生命科学院（北京大学等）、计算机学院（哈尔滨工业大学等）、理学院（天津大学等），我校是由计算机学院开设全校公共课。不同学校根据自身的情况，在开设生物信息学这门课时，侧重点都不一样。如果由医学院的教师授课，则侧重点可能在致病基因的研究方面，［4］计算机专业教师授课则可能侧重于数据库的管理、查询等方面，［5］理学院的教师授课则可能侧重于生物信息学中的数学问题。笔者是计算机专业出身的，研究方向为图像处理与模式识别，所以主要从计算机和数学的角度去授课。另外，研究生教学又与本科生教学［6］不同，研究生教学更加应该注重培养学生的主动学习意识和综合能力。笔者将教学实践中的心得进行了初步的总结，以供商榷。

2.注重培养学生的学习兴趣

从培养学生的学习兴趣出发，在课堂教学过程中，充分利用丰富的网络资源，如图像、视频等。比如在介绍模式生物时，可以给出各种模式生物的图像；在介绍各种各样的生物数据库时，可以在课堂上现场上网登陆数据库，演示和介绍各个数据库的特点和使用方法等。研究生不同于本科生，本科生可能比较习惯于教师的灌输性教学，而研究生教学更加鼓励学生主动自觉地学习。这从“研究”一词的英文解释“re-search”――再（“re-”）探索（“search”）中也可以看出。教师在研究生学习过程中主要起引路的作用，而不可能手把手带着学生研究。生物信息学更是如此，它是一门新兴的交叉学科，很多理论和研究内容还不成熟，需要科学工作者不断地探索。因此，通过生动形象的启发式课堂教学，培养学生的学习兴趣，对学生以后的进一步研究有着重要的作用和意义。

3.注重培养学生的综合素质

在生物信息学的上课过程中安排几次学生的课堂报告。具体做法是：由教师或学生在国外重要期刊（如Bioinformatics）或会议上找与学生自身的研究方向比较相近的生物信息学方面的最新文献，然后几个学生一组共同针对某几篇文献进行阅读、理解，最后以报告的形式跟大家一起交流和讨论。在这个过程中，可以培养学生的如下几个方面的能力：

（1）搜寻资料的能力。现在网络非常发达，网络资源也非常丰富，如何从纷繁复杂的网络资源中找到自己所需的资料不是一件容易的事。学生可以通过学校购买的数据库进行查找适合自己的文献资料，也可以通过搜索引擎进行查找。通过这个过程，学生可以了解有哪些数据库可以利用，哪些网站资源比较丰富，以及选择什么关键词进行查找比较有效，等等。

（2）阅读外文文献的能力。学生在本科阶段一般没有读外文文献的习惯，而进入研究生学习阶段，为了了解和研究国际前沿领域，就必须阅读大量外文文献，毕竟国外的科技实力在很多方面还是处于领先位置的。给学生指定几篇优秀的外文文献进行阅读和理解，可以一定程度上锻炼学生阅读外文文献的能力。因为要想真正理解文献的内容，就必须对文献进行仔细认真的阅读和研究。

（3）团结协作的能力。每个课堂报告都是由几个学生共同参与完成的，在这过程中有组织协调和分工的问题，这需要大家共同努力，团结协作。团结协作在当今社会越来越被推崇，所以培养学生团结协作的能力对于他们以后进入社会很有帮助。从实际执行的情况看，效果还不错。比如有的学生数学基础好，他就负责理解文献中的公式和算法部分；有的学生计算机能力比较强，他就负责编程实现、课件制作等。

（4）口头表达的能力。课堂报告的最后陈述和讨论可以锻炼学生的口头表达能力。有的学生平时很少有作报告的机会，所以口头表达的能力得不到锻炼。本课程提供给学生一次口头表达能力锻炼的机会，让学生体会到如何组织报告内容、如何把自己理解的内容介绍给听众是比较有效的，是容易被大家理解和接受的。

4.理论与实践相结合，鼓励交叉性研究

为了做到学有所用，笔者从每个学生自身的研究方向出发，为每个学生指定与其研究方向相关的生物信息学方面的最新文献进行阅读和理解。鼓励学生进行跨学科切交叉性研究，将所学的生物信息学知识应用于实际的研究中，或者利用已掌握的知识促进生物信息学的研究。比如课堂上的计算机学院的学生有研究图像处理与模式识别的，就给他们安排一些生物图像处理、基因识别等方面的文献。这种交叉性的学习和研究，有可能激发学生的灵感，获得比较大的创新性成果。

5.结语

生物信息学课程教学的实践表明，学生经过这门课程的学习，学到了一定的内容，如对生物信息学这门课有了比较清楚的了解和认识、综合素质得到了一定的提高、找到了一些适合自己的研究切入点等。总的来说，教学效果不错，但还需要进一步探索，进一步完善。

参考文献：

［1］张阳德.生物信息学［M］.北京：科学出版社，2005：1-15.

［2］郝柏林，张淑誉.生物信息学手册［M］.上海：上海科学技术出版社，2002：1-10.

［3］许忠能.生物信息学［M］.北京：清华大学出版社，2008：8-17.

［4］曹骥，黎丹戎.浅谈医学生物信息学的教学模式［J］.广西医科大学学报，2007，（24）：122-123.

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一、前言

生物信息学（Bioinformatics）是随着现代生命科学的发展而兴起的交叉学科，旨在为生物学研究提供信息处理的支撑，从海量数据中挖掘生物信息，实现对生命科学问题的研究。生物信息学包含了对核酸和蛋白质的序列和结构信息的获取、处理、存储、分布、分析和解释等各个方面的分析研究，是通过综合利用生物学、计算机科学和信息技术等手段，来认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质，揭示海量数据中蕴含的生命奥秘或生物学内在规律的一门科学[1]。随着测序技术的不断发展，人类与其他物种基因组计划相继实施和完成，产生了海量的数据，尤其是近年来的各种组学数据，如蛋白质组、代谢组、基因组、转录组等生物学数据，生物信息学将在解读基因组序列中的功能信息等方面发挥巨大的作用[2]。

二、生物信息学课程开展的现状

生命科学的迅猛发展、生物技术在社会发展中的应用越来越广泛，例如产前诊断、遗传并筛查、肿瘤靶向治疗等生物信息学相关的医学应用，生物信息学的作用和地位也越来越重要。研究机构和高等院校，特别是息息相关的医学院校，迫切需要通过各种形式的教学，系统地培养新的复合型研究力量的医学工作者。因此，医学院校针对医学相关学生开展与其专业紧密结合的生物信息学课程已经成为必然趋势[3]。目前，国内许多医学院校相继开设了生物信息学课程，将生物信息学作为必修或者选修课程。由于生物信息课程教学尚处于刚刚起步的探索阶段，尚未形成一个完整的课程建设体系，再加上生物信息学研究的范围广、相关数据与分析工具资源繁多、涉及多学科知识尚缺乏系统成熟的理论方法，正处在迅速发展中等一系列特点，如何开展生物信息学教学尚有待探索。因此，生物信息学课程的教育理念、教学内容、方式和方法等迫切需要根据自身专业特点，科学确立教学目标，及时系统地总结规划教学内容，探索和改革教学方法，以适应医学专业背景学生的学习，对于促进医学生自身综合素质的提高有重要意义。本文结合南京医科大学本科学生（主要为医学相关专业学生，非生物信息学专业学生）开展的生物信息学课程进行调研和改进，对该课程的学生的反馈意见及各教研室教师的建议进行了深入分析。本着以学生需要为原则，针对学生的专业背景，适当调整教学内容和方法，理论教学与上机实践有机结合，侧重将生物信息学的思维融入解决生物医学的问题，行成一套完整的、合理可行的医学生物信息学课程理论、实验教学方案。进而达到专业与课程相结合，激发学生的学习兴趣，从而达到较好的教学效果。

三、教学内容及方法的具体实践

（一）针对医学专业学生，优化教学内容

生物信息学作为一门发展迅猛的多学科交叉的前沿学科，理论、研究方法、研究内容尚在不断完善和更新中，其内容繁多复杂，更需要进行精心的选择裁剪和编排组织，才能在有限的时间内实现既定的教学目标，使学生学习到有用的知识。教学中应充分结合当前研究前沿和进展、时刻更新教学内容，更应该根据学生的不同专业背景适当调整教学内容和教学方法。在医学院校中，更要针对不同专业及背景的学生，制订具有专业特色的教学大纲。教学应以学生的需求为前提，结合不同专业背景、就业选择方向，调整培养方案和优化授课内容，以满足他们的需求，使学生能够学有所用。比如，针对临床专业的学生，生物信息学教学应该偏重医学研究中的方法和成果，本科教学注重转化医学、生物技术应用成果的普及，研究生教学注重利用生物信息手段和方法解决科研学习中遇到的实际问题；而针对法医专业的学生，教学应该偏重新一代高通量测序技术的原理、数据分析、结果意义等方面。针对目前医学院校中研究方向多元化的背景，强调教学与科研共促进，通过科研时刻关注、追踪学科前沿，将最新的研究成果和在医学上的应用展示给学生，丰富教育资源，使学生能在其他课程的学习时学以致用，从而高质量的完成教学任务。生物信息学亦是众多科学研究工作中强有力的必不可少的研究手段，教学反过来也可促进科研的进一步开展和深入。因此，教学和科研相结合，可以拓宽知识面，全面了解生物信息学和相关学科最新进展，不断为科研提供新的思路，不断的完善生物信息学教学体系。只有坚持教学与科研同时进行、并紧跟科学前沿，并做到及时纳入最新的研究成果，更新教学内容，才能给予学生高质量的前沿教学[4]。

（二）基于计算机的实验教学，锻炼动手能力

在生物信息学教学中，计算机实践教学是不可缺少的部分，理论和实践的有机结合才能达到更好的教学效果。只有亲自动手进行生物数据的分析，学生才能建立一个感官的、多方面的认识。优化上机内容、改进上机教学方法，使得理论知识在上机教学中可以得到实现，实际操作充分理解理论课内容，由此激发学生动手实践的激情和信心，更好地掌握知识。所以在生物信息的教学中，上机实验课程应该占据较大的比例，并通过生动的课堂练习培养学生的兴趣。实验课内容的设计应该考虑医学相关专业学生的背景，根据医学问题作为出发点，以如何解决这些问题作为主线设计课程。所以，通过了解当前医生常用的科研手段或当前医院正在开展的临床检测项目，设计相关实验课程、增加应用性实践教学，并结合最新研究成果和基础到临床应用的实例、以及项目原理及优缺点，可以调动学生学习的主动性。例如，针对临床专业开展常用的生存分析的原理和分析流程的实践教学；针对法医专业，开展常用的STR（短串联重复序列）作为亲权鉴定标志物的序列特点和可视化的教学等。另外，生物信息学本身是多学科交叉融合，知识面广而杂，其相关数据库资源，以及生物信息学工具、算法和软件等均更新迅速。在理论教学中，授课教师时刻密切关注学科发展前沿、并将最新研究成果及学术发展动态，而在实验课授课中，更应该注重教会学生，充分利用互联网资源，独立开展课题、综合分析、解决问题。例如，?榱耸寡?生了解当前网络数据共享的环境下，如何从网上搜索网络资源、下载数据，我们下载了多种不同类型的数据，包括测序数据、芯片数据、注释数据等，然后再从实际数据出发上机操作，介绍分析的方法和工具。

四、生物信息在医学相关专业的应用

基础科研成果的积累逐渐带来了临床应用的突破，而生物信息学的技术和数据在临床应用的重要性也愈加重要。目前，医疗上的应用主要有生育健康、遗传病检测、传染病药物研发、肿瘤诊断及治疗等几大方面[5]。2014年7月国家卫生计生委承认基因测序技术在产前诊断的应用，批准了基因测序诊断产品的上市，2015年3月27日，国家卫生计生委医政医管局又通过了第一批肿瘤诊断与治疗项目高通量基因测序技?g临床试点单位。一些大型医院已经把基因诊断作为患者必需的诊断项目，特别是产前无创诊断，很多医院也正在筹建基因检测中心。目前国内每年新增癌症患者300万人左右，且发病率呈上涨趋势，肿瘤的基因检测和靶向治疗已经成为提高肿瘤治疗效果的一条重要途径。产前诊断和精准医疗的飞速发展所带来的巨大临床应用，亟需懂临床一线的医生了解前沿科技、懂生物信息、会临床应用。根据市场反馈的情况，未来基因检测在临床上应用所占比例会越来越大，医学工作者对生物信息知识的需求也越来越高。

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生物信息学；网络资源；计算机教学；改革；自主学习

【基金项目】国家自然科学基金资助项目(30860278，81160025)；

云南省中青年学术技术带头人后备人才资助项目(2011CI057)；

云南省教育厅重大专项(ZD2010007)；

昆明医学院教研教改项目（2011JY38）。

【作者简介】谢月辉，女，汉族，昆明医学院基础医学院计算机教研室讲师。

【通讯作者】孟照辉，教授，昆明医学院第一附属医院分子心血管研究室主任。

1.生物信息学及教学现状

生物信息学(Bioinformatics)是生命科学中一门新兴的前沿学科，是生物学、数学和计算机科学等学科交叉所形成的一门新兴学科。生物信息学综合利用计算机科学和信息技术，通过对海量生物学数据的处理和分析，揭示其中蕴藏的内在联系和生物学含义，进而提炼有用的生物学知识。生物信息学的一个重要内容是收集和整理生物学数据，开发生物学数据库，并提供相应的数据查询、处理和分析等服务。随着互联网的普及，这些数据库大多可以通过网络访问并下载。

伴随着上世纪九十年代计算机技术的迅猛发展，生物信息学已渗透到生物科学的每一个角落，成为生命科学和医学研究中的必然选择；因此，生物信息学的教学也日益重要。生物信息学实验教学以互联网为媒介，以计算机为工具，全部在计算机网络机房内完成。由于现阶段不同专业学科的教师之间缺乏交流与合作，很难满足生物信息学教学的需求，特别是在医学院校，生物信息学教学仍处于欠缺状态。

A.生物信息网络资源在计算机教学中应用的意义

是医学院校计算机教学进一步深化改革，适应新型医学人才培养的需要，在多年来医学院校计算机基础教育改革的探索与实践的基础上，我们对现今的医学院校计算机基础教育体系提出了新的想法和思路。随着计算机技术和互联网络应用的发展，能否培养出能够进行自我知识更新、具有强烈的现代信息意识并能够利用信息技术解决实际问题的新型医学人才，是摆在我们面前的一项重大研究课题。生物学数据量增长极为迅速，但生物数据资源的利用率却很不理想。在高校教学中，生物信息学尚未有完善的教学模式，在医学院校的教学中甚至处于欠缺的状态。将生物信息网络资源引入计算机教学当中，可充实计算机基础教育内容，培养学生自学和文献检索能力，提高学生的学习和研究兴趣及解决学习中碰到的实际问题，使学生在了解和掌握大学计算机基础的同时认识到计算机教学的目的性和实用性，以适应当前新型医学人才培养的需要。将生物信息网络资源的应用与计算机教学相结合是医学院校计算机教学中的重要课题，也是对计算机教学的一个挑战。

B.适应医学教育现代化的要求，推动医学教育的发展

近二十年来，生物学数据如潮水般涌现，并正以指数方式增长，但我们对相关数据的理解却十分有限。生物信息学是生物学和计算机科学交叉结合形成的新学科，它综合运用数学、计算机科学和信息技术等手段，通过生物信息的获取、处理、存储、分发、分析等来理解和阐明大量数据所包含的生物学意义。生物信息学的发展已经使生物学研究从传统的试验分析和数据积累转移到数据分析及其指导下的试验验证上来，因此，生物信息学将对医学教育、生命科学研究及医疗卫生事业的繁荣与发展产生重大影响。为赶上现代医学发展步伐，将计算机技术有效地应用到医学教育及科研领域中去已成为我国医学教育的一项战略任务。

目前，生物信息学教学条件尚不成熟，缺乏完善的教学模式；因此，如何在高校进行生物信息学教学亟需探索。在此，我们希望探讨在计算机教学中如何与生物信息学有机结合，更好地适应医学教育现代化的要求,推动医学教育的发展。

2.医学院校计算机教学中引入生物信息网络资源的具体实施方法

目前，医学院校计算机教学集中在大学一、二年级的一个学年，有些是在一个学期内完成，其教学内容主要由理论教学、实验教学和自主学习三部分组成，这三部分交替进行。值得注意的是，PBL(Problem-based Learming，也称作问题式学习)的教学方法在医学院校受到了推崇；它采用“以问题为导向的教学方法”和设计真实性任务相结合的教学模式，把学习设置于复杂的、有意义的现实问题中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力，真正达到医学计算机教学的目的。生物信息网络资源的应用教学正是基于这种方法完成，主要分为三步进行：

A.在教学的初期，首先提出生物信息学的学习计划

教师在计算机理论教学时向学生简要说明进行生物信息网络资源应用的学习计划：通过网络，自主学习了解生物信息学（教学初期开始，中期前完成）；由教师在机房讲解并做示范，然后由学生自行操作完成生物信息网络资源的应用（教学中期开始，可持续几周时间，在本科目考试前两周完成，提交报告）；教师评价学生的报告并给出成绩，此成绩占计算机学科成绩的一定比例。

在教学初期，指导学生通过网络自主学习并初步了解生物信息学的概念、发展等基本知识。在此过程中，可让学生以小班为单位通过电子邮件的形式把学习的进展情况反馈给老师，以检查和督促学生的学习。

B.在教学中后期进行具体的指导学习

教学内容包括问题设置以及具体操作流程；教学模式将结合分子生物学和基因工程等相关学科，建立以教学内容为核心的科研实验和学生标准化实验。主要由以下步骤组成——设置主题：给出一个待查询基因或蛋白质的英文全名或者代码；给出常用网址：包括常用数据库、文献和应用软件等；查询结果：指导学生如何从中获取所需信息数据；提交报告：内容包括使用的网站名，数据库版本及所获得的基因序列、氨基酸序列及编码等；教师作出评价。

C.让学生熟悉相关数据库及能从中找到并分析特定的数据是生物信息学教学的核心内容

随着大量生物学实验的数据积累，目前已有数以百计的生物信息数据库，如日本的DDBJ、欧洲的EMBL、SWISS-PROT和美国的GenBank、PDB均是国际上著名的一级核酸或蛋白质数据库，如何让学生了解一级数据库、掌握常用的二级数据库使用方法，针对医学生的特点一般而言，采用问题设置以及操作演示的教学方法让学生在较短时间内掌握最常用数据库的使用方法。具体方法如下：

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目前，医学统计学的很多原理和方法已成功地应用于这些新研究之中，并在此基础之上有了新的发展和改进。如概率分布的知识与序列相似性分析、蛋白质分类等技术密切相关；方差分析、非参数检验方法经改进和结合后在基因表达数据的前期分析中发挥了较好的作用；而聚类分析、判别分析、相关分析这些大家所熟知的统计学方法更是在基因分类和调控网络的建立中得到了广泛的应用。在进行医学统计学课堂教学时加入生物信息学方面的应用实例，不仅可以使学员了解本学科研究的前沿和医学、生物信息学研究的新发展，还可以提高学员对于医学统计学理论学习的兴趣，掌握先进的生物实验数据分析方法，提高今后从事医学科研的能力。下面，本文在回顾医学统计学授课主要内容的基础上，就医学和生物信息学中的可能应用举例如下：

一、概率分布

概率分布（probabilitydistribution）是医学统计学中多种统计分析方法的理论基础。授课内容一般包括：二项分布、Possion分布、正态分布、t分布、F分布等。

借助概率分布常常可以帮助我们了解生命指标的特征、医学现象的发生规律等等。例如，临床检验中计量实验室指标的参考值范围就是依据正态分布和t分布的原理计算得到；许多医学试验的“阳性”结果服从二项分布，因此它被广泛用于化学毒性的生物鉴定、样本中某疾病阳性率的区间估计等；而一定人群中诸如遗传缺陷、癌症等发病率很低的非传染性疾病患病数或死亡数的分布，单位面积（或容积）内细菌数的分布等都服从Poisson分布，我们就可以借助Poisson分布的原理定量地对上述现象进行研究。

在生物信息学中概率分布也有一定应用。例如，Poisson分布可以用于基因（蛋白质）序列的相似性分析。被研究者广泛使用的分析工具BLAST(BasicLocalAlignmentSearchTool)能迅速将研究者提交的蛋白质（或DNA）数据与公开数据库进行相似性序列比对。对于序列a和b，BLAST发现的高得分匹配区称为HSPs。而HSP得分超过阈值t的概率P(H(a,b)>t)可以依据Poisson分布的性质计算得到。

二、假设检验

假设检验（hypothesis）是医学统计学中统计推断部分的重要内容。假设检验根据反证法和小概率原理，首先依据资料性质和所需解决的问题，建立检验假设；在假设该检验假设成立的前提下，采用适当的检验方法，根据样本算得相应的检验统计量；最后，依据概率分布的特点和算得的检验统计量的大小来判断是否支持所建立的检验假设，进而推断总体上该假设是否成立。其基本方法包括：u检验、t检验、方差分析（ANOVA）和非参数检验方法。

假设检验为医学研究提供了一种很好的由样本推断总体的方法。例如，随机抽取某市一定年龄段中100名儿童，将其平均身高（样本均数）与该年龄段儿童应有的标准平均身高（总体均数）做u检验，其检验结果可以帮助我们推断出该市该年龄段儿童身高是否与标准身高一致，为了解该市该年龄段儿童的生长发育水平提供参考。又如，医学中常常可以采用t检验、秩和检验比较两种药物的疗效有无差别；用2检验比较不同治疗方法的有效率是否相同等等。

这些假设检验的方法在生物实验资料的分析前期应用较多，但由于研究目的和资料性质不同，一般会对某些方法进行适当调整和结合。

例如，基于基因芯片实验数据寻找差异表达基因的问题。基因芯片（genechip）是近年来实验分子生物学的技术突破之一，它允许研究者在一次实验中获得成千上万条基因在设定实验条件下的表达数据。为了从这海量的数据中寻找有意义的信息，在对基因表达数据进行分析的过程中，找到那些在若干实验组中表达水平有明显差异的基因是比较基础和前期的方法。这些基因常常被称为“差异表达基因”，或者“显著性基因”。如果将不同实验条件下某条基因表达水平的重复测量数据看作一个样本，寻找差异表达基因的问题其实就可以采用假设检验方法加以解决。

如果表达数据服从正态分布，可以采用t-检验（或者方差分析）比较两样本（或多样本）平均表达水平的差异。

但是，由于表达数据很难满足正态性假定，目前常用的方法基于非参数检验的思想，并对其进行了改进。该方法分为两步：首先，选择一个统计量对基因排秩，用秩代替表达值本身；其次，为排秩统计量选择一个判别值，在其之上的值判定为差异显著。常用的排秩统计量有：任一特定基因在重复序列中表达水平M值的均值；考虑到基因在不同序列上变异程度的统计量，其中，s是M的标准差；以及用经验Bayes方法修正后的t-统计量：，修正值a由M的方差s2的均数和标准差估计得到。

三、一些高级统计方法在基因研究中的应用

（一）聚类分析

聚类分析（clusteringanalysis）是按照“物以类聚”的原则，根据聚类对象的某些性质与特征，运用统计分析的方法，将聚类对象比较相似或相近的归并为同一类。使得各类内的差异相对较小，类与类间的差异相对较大1。聚类分析作为一种探索性的统计分析方法，其基本内容包括：相似性度量方法、系统聚类法（HierarchicalClustering）、K-means聚类法、SOM方法等。

聚类分析可以帮助我们解决医学中诸如：人的体型分类，某种疾病从发生、发展到治愈不同阶段的划分，青少年生长发育分期的确定等问题。

近年来随着基因表达谱数据的不断积累，聚类分析已成为发掘基因信息的有效工具。在基因表达研究中，一项主要的任务是从基因表达数据中识别出基因的共同表达模式，由此将基因分成不同的种类，以便更为深入地了解其生物功能及关联性。这种探索完全未知的数据特征的方法就是聚类分析，生物信息学中又称为无监督的分析（UnsupervisedAnalysis）。常用方法是利用基因表达数据对基因（样本）进行聚类，将具有相同表达模式的基因（样本）聚为一类，根据聚类结果通过已知基因（样本）的功能去认识那些未知功能的基因。对于基因表达数据而言，系统聚类法易于使用、应用广泛，其结果——系统树图能提供一个可视化的数据结构，直观具体，便于理解。而在几种相似性的计算方法中，平均联接法(AverageLinkageClustering)一般能给出较为合理的聚类结果2。

（二）判别分析

判别分析（discriminantanalysis）是根据观测到的某些指标的数据对所研究的对象建立判别函数，并进行分类的一种多元统计分析方法。它与聚类分析都是研究分类问题，所不同的是判别分析是在已知分类的前提下，判定观察对象的归属3。其基本方法包括：Fisher线性判别（FLD）、最邻近分类法（k-NearestNeighborClassifiers）、分类树算法（ClassificationTreeAlgorithm），人工神经网络（ANNs）和支持向量机（SVMs）。

判别分析常用于临床辅助鉴别诊断，计量诊断学就是以判别分析为主要基础迅速发展起来的一门科学。如临床医生根据患者的主诉、体征及检查结果作出诊断；根据各种症状的严重程度预测病人的预后或进行某些治疗方法的疗效评估；以及流行病学中某些疾病的早期预报，环境污染程度的坚定及环保措施、劳保措施的效果评估等。

在生物信息学针对基因的研究工作中，由于借助了精确的生物实验，研究者通常能得到基因（样本）的准确分类，如，基因的功能类、样本归结于疾病（正常）状态等等。当利用了这些分类信息时，就可以采用判别分析的方法对基因进行分类，生物信息学中又称为有监督的分析（SupervisedAnalysis）。例如，基因表达数据分析中，对于已经过滤的基因，前三种方法的应用较为简单。而支持向量机（SVMs）和人工神经网络（ANNs）是两种较新，但很有应用前景的方法。

（三）相关分析

相关分析（correlationanalysis）是医学统计学中研究两变量间关系的重要方法。它借助相关系数来衡量两变量之间的关系是否存在、关系的强弱，以及相互影响的方向。其基本内容包括：线性相关系数、秩相关系数、相关系数的检验、典型相关分析等。

我们常常可以借助相关分析判断研究者所感兴趣的两个医学现象之间是否存在联系。例如，采用秩相关分析我们发现某种食物中黄曲霉毒素相对含量与肝癌死亡率间存在正相关关系；采用线性相关方法发现中年女性体重与血压之间具有非常密切的正相关关系等等。

生物信息学中可以利用相关分析建立基因调控网络。如果将两个不同的基因在不同实验条件下的表达看作是两个变量，相关分析所研究的正是两者之间的调控关系。如采用线性相关系数进行两基因关系的分析时，其大小反应了基因调控关系的强弱，符号则反应了两基因是协同关系（相关系数为正），还是抑制关系（相关系数为负）。

四、意义

生物信息学不仅是医学统计学的研究前沿，更是医学研究由宏观向微观拓展的重要领域，其研究内容已逐渐为多数医学院校的学员了解和熟悉。而如何对新技术产生的生物实验数据进行准确合理的分析，却成为生物信息学研究的主要瓶颈之一。

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《生物医学传感器》是生物医学工程专业一门重要的专业基础课,属于各种专业技术交叉的边缘学科,是生物医学技术与微电子技术结合的纽带。课程要求学生了解各类生物医学测量技术中常用的物理、化学和生物传感器的构成原理、性能特点等各种基础知识,掌握各种传感器在医学上的各项应用方法,为使学生将来在生物医电领域设计、研究出更好的医电产品打下坚实的基础。生物医学工程专业是南京邮电大学近年新设立的专业,专业课程的建设刚刚起步,而国内外有些高校开设的《生物医学传感器》课程已经建设成为精品课程,而且建立了课程的教学网站,因此,南京邮电大学本课程的建设与国内外其他开设本专业的高校相比还存在一定的差距。现阶段,保证专业课的教学质量和教学水平、体现课程的特色是教学的首要任务。本文首先分析了南京邮电大学的特色和课程的特点,结合南京邮电大学开拓信息学科的新领域的办学思路,提出教学内容的改革,在教学内容上体现电子信息的特色;结合本专业在信息时代和信息环境下的发展背景,提出引导式教学方法。把上述方法应用于2006级生物医学工程专业《生物医学传感器》课程的教学,取得了较好的效果。

一、课程建设的背景和现状

南京邮电大学是信息类高校,信号与信息处理是南京邮电大学的强势学科。在这样的背景下开设《生物医学传感器》课程结合了南京邮电大学在信息与电子技术的传统,开拓信息学科新领域的办学思路。课程授课总学时数为48学时,其中含6学时课内实验。本课程具有以下几个特点:首先,课程涉及到的基础知识面宽广,包括物理、化学、生物、电子电路等多方面的知识,需要在掌握电路基础、模拟电子线路、数字电路、微机原理、数字信号处理、程序设计、工程生理学等课程知识的基础上进行学习。其次,课程本身的内容与南京邮电大学的强势学科信号与信息处理的关系不是十分密切,而南邮是信息类的高校,专业培养目标定位在“适应生物医学及信息产业发展的需要”,以及“开拓信息学科的新领域”的办学思路上,需要使课程的教学内容及信号与信息处理学科的研究内容紧密结合。再次,课程开设的时间在大四上学期,此时学生的目标更加明确,就是寻求更好的就业机会或深造机会,因此在教学中需要结合实际情况和学生的需求,适当调整教学内容和教学方法。最后,本课程和工程应用紧密结合,很多生物医学传感器产品已经非常成熟,一批实力强劲的医疗仪器企业正在蓬勃发展,所以,教学内容应与工程实际相结合,突出应用性。根据上述的课程特点进行相应的教学内容和教学方法改革,在保证教学质量和教学水平的前提下,以培养学生创新精神、提高学生综合能力和就业能力为重点,建立体现电子信息特色的《生物医学传感器》课程新的教学体系,力求课程质量和教学质量上一个新台阶。

二、信息类高校环境下本课程的教学内容设置

南京邮电大学是信息类高校,又处于信息时代,本专业大部分学生对通信和电子信息有着浓厚的兴趣,在传感器、电子信息、生物医学工程之间建立联系,既能够拓宽学生的知识面,又能激发学生的学习热情。在教学内容的设置上,首先应该保证教学大纲中制定的基本教学内容,然后在此基础上引入信号与信息处理学科相关的内容作为知识讲座,这部分内容总的授课学时数不超过2学时,主要集中在无线体域网、生物识别与信息安全、生物芯片与生物信息学等几个方面。

(一)生物医学传感器与无线体域网[1](P1-16)[2](P33-34)

无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是当今无线通信领域的研究热点,无线体域网(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)就是以人体为中心,由和人体相关的网络元素(包括个人终端,分布在人身体上、衣物上、人体周围一定距离范围如2米内、甚至人身体内部的传感器、组网设备)等组成的通信网络,是一种特殊的无线传感器网络。无线体域网的一个重要应用就是用于人体健康状况的监控,如监测血压、心律、体温、运动速度等参数,测量这些参数所涉及的压力传感器、加速度传感器、温度传感器等都是《生物医学传感器》课程的重要内容,把这部分内容作为知识讲座可以拓宽学生的知识面,激发学生的学习兴趣,对巩固课程的理论知识起到积极的作用。

(二)生物医学传感器与生物识别技术[3](B20)

生物识别技术(BiometricIdentificationTechnology)是指利用人体生物特征或行为特征进行身份认证的技术。生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等,行为特征有签字、声音、按键力度、步态特征等。大部分的生物特征都是通过光学传感器如CCD或CMOS形成图像信号,例如人脸、指纹、虹膜、掌纹、手形、静脉等(也有用半导体电容式传感器获得指纹图像),随后进行特征提取和分析比对,因此生物识别技术也是传感器、信息处理与生物医学工程的结合点之一。

(三)生物医学传感器与生物芯片、生物信息学[4](P209-213)

人类基因组计划(HumanGenomeProject,HGP)是人类为了认识自己而进行的一项伟大而影响深远的研究计划。目前的问题是面对大量的基因或基因片断序列如何研究其功能,只有知道其功能才能真正体现HGP计划的价值--破译人类基因这部天书。生物信息学将在其中扮演至关重要的角色。生物芯片技术就是为实现这一环节而建立的,生物芯片是生物传感器的阵列和集成化,使对个体生物信息进行高速、并行采集和分析成为可能,必将成为未来生物信息学研究中的一个重要信息采集和处理平台,成为基因组信息学研究的主要技术支撑。简言之,生物芯片是生物信息学的主要技术支撑和操作平台,而生物信息学的研究又与信息科学的研究领域息息相关,因此,把生物芯片和生物信息学作为《生物医学传感器》课程与电子信息领域的第三个结合点。

上述三个内容就是本课程为体现“适应生物医学及信息产业发展的需要”的专业培养目标,以及“开拓信息学科的新领域”的办学思路而设置的体现信息环境下本课程教学特色的教学内容。

三、引导式教学方法的尝试

授课对象是即将步入社会或继续深造的生物医学工程专业学生,虽然同样是信息类高校的学生,他们的就业机会和出路远不如南京邮电大学的热门专业,而且大学教育更强调的是素质教育和创新型人才的培养[5](P43-45),因此寻求合适的教学方法显得至关重要。在教学过程中,除了采用目前普遍使用的现代化教学手段,如多媒体动画和网络课件以外[6](P98-99),在教学方法上尝试采用引导式教学,引导学生注重学习能力、综合能力和就业能力的提高,引导学生注重创业能力的培养,引导学生关注生物医学传感器发展的前沿动态。#p#分页标题#e#

(一)启发学生注重学习能力的提高

授课对象是即将步入社会或继续深造的学生,无论对于哪一类学生,学习能力都是至关重要的。在专业课的教学中普遍存在这样一种现象,很多大学生认为学校的课程设置有失水准,课堂上所学的知识没有用武之地,进入工作岗位以后几乎一切都要重新学习,教学与实际严重脱节。然而专业课的学习是一个打好理论基础的阶段,也是一个知识积累的阶段,同时,通过教与学的过程,使学生在潜移默化中提高了自己获取知识的能力,培养良好的学习方法和学习习惯。正是知识积累程度和学习方法两方面的差异造成了每个学生的学习能力各不相同,这也正是为什么有的学生能事半功倍,而有些学生却事倍功半。对于《生物医学传感器》课程,内容庞杂,如各种物理传感器的伏安特性、频率响应、温度特性等,极易混淆,又如“压电效应”和“应变效应”,两者既有区别,又有联系,讲授相关知识时要引导学生注意前后知识的融会贯通和分析比较。因此,在教学过程中不能只是照本宣科、强调应试教育,更要启发学生在学习的过程中找到合适的学习方法,提高学习效率,使自己在有限的时间内获取知识的精华。这个过程在大学教学中必不可少,有了扎实的理论知识和高效的学习方法,大学生在以后的学习和工作中将会事半功倍,获益非浅。

(二)引导学生注重综合能力、就业能力的提高

若干年前,大学生毕业后融入社会的时候,一纸文凭就能证明他的价值,学士学位、硕士学位、博士学位便把人分成了三六九等,那是一个凭着文凭就业的年代,那是一个以文凭的高低来衡量人能力高低的年代。而如今,大学生遍地都是,研究生也多如牛毛,文凭不再能一纸定乾坤,它只是块“敲门砖”而已,有了它只是代表有了一个机会,能否把握住这个机会全凭个人能力,不仅要有过硬的专业技能、学习能力和创新能力,同时要有良好的心理素质、身体素质和组织能力、协调能力、社会活动能力等适应社会、适于生存的能力,这也就是所谓的综合能力、现代社会中的生存能力。笔者所接触的生物医学工程专业学生中也存在这样的问题,他们普遍反映所学的专业没有用武之地,也不是自己感兴趣的专业,导致学生学习的最终目标就是挣够学分、拿到文凭,他们还没有意识到能力的重要性,这样培养出的毕业生根本没有竞争性。如何让自己的学生在这种形势下脱颖而出,成了高等学校与教师面临的严峻的问题。于是,在中国教育体制中占据多年的应试教育逐渐退出历史舞台,取而代之的是素质教育。在专业课的教学中宽基础、淡专业,注意各个学科间的融会贯通,教师在其中充当导学的角色,介绍课程的基本内容、知识结构特点、相关的基础知识、启发性地提出问题。培养学生获取知识的能力、分析问题和解决问题的能力,以及创造性的思维能力,同时引导学生注重自身综合能力、就业能力的提高。

(三)引导学生注重创业能力的培养

目前大学生就业已经完全市场化,而就业市场却是“僧多粥少”,竞争十分激烈。大学生转变就业观念是缓解就业紧张局势的关键环节。不要把观念停留在“就业”上,尤其在南京邮电大学其他热门专业行业收入不菲的情况下,不要只关注有限的高收入、高待遇的岗位,应树立艰苦“创业”的意识,不仅为自己解决就业问题,也为更多的人提供就业机会。从教学环节上讲,引入现代化的教学方法和手段,广泛运用现代教育技术,把多媒体课堂教学和现代远程教育逐步渗透到传统的教育模式之中,改变教与学的关系,突出学生的主体地位,开发学生的潜能,激发学生主动求知的欲望,给学生以充分自由发展的空间,使学生能够发现问题,并积极独立地寻找解决问题的途径,从而形成良好的思维习惯。另外,增加实践教学的类型和模式,在教学过程中设计一些一题多解、综合练习、设计一些简单的电路等,促使学生将所学的知识转化为实践运用的能力,以提高在校大学生的创新能力、动手能力,有力地促进了大学生综合能力和综合素质的提高,从而提高了职业岗位的适应能力。

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生命科学是21世纪的前沿学科，随着人类基因组研究计划的完成，人类更壮观的生命科学时代已向我们走来。针灸学是生命科学的分支学科之一，针灸学研究不仅是针灸学的，更是生命科学研究的一个重要组成部分[1]，所有适合生命科学研究的理论、技术与方法，都同样适合针灸学研究。

1 生命科学与针灸学

针灸通过调整脏腑的阴阳气血、虚实正邪等达到治疗作用。它将疾病的病理过程作为一个整体，根据机体不同状况，选用不同穴位和不同针刺手法，影响多靶点和疾病过程的多个环节，激发机体自身内在的调整能力达到治疗目的[2]。其整合作用不仅表现在影响疾病的病理过程，对体质改善也有作用，在解决疾病易感性方面优势明显。当前，人类的疾病已由以感染和营养失调为主的单因素疾病转向以机体自身代谢和调控失常为主的多因素疾病[3]，以多环节、多靶点的整合调节为特点的针灸学，具有发展的独特优势。　现代生命科学对生命层次的整体性认识及各层次间的功能网络联系理解，与中医整体观是不谋而合的，在思维模式上有许多相似之处，不同的是表述方式和研究层次的差异。引入生命科学技术研究针灸既不会脱离中医整体观念等基础理论，而且还会使针灸研究更加客观化、定量化，使针灸的抽象思维建立在科学实验的基础之上。针灸学的任务是应用针灸的方法探索生命科学并在临床上应用其成果。利用多学科交叉的理论与技术优势研究针灸学，必将为解决当代生命科学重大问题做出突破性贡献。

针灸作用涉及到神经、内分泌、免疫等多种调节系统的相互作用，不同针刺条件可能会产生不同疗效，传统方法无法同时了解不同系统间动态作用，针灸的研究总是难以深入发展[4]。针灸刺激可以引起人体各系统生理、生化水平上的多项指标的同步变化，失去了它治疗某种疾病机制上的相对特异性，难以取得突破性进展；针灸对某些基因表达具有一定调控作用，但针灸的调控无靶基因，且不清楚针灸对结构基因的功能有无调控；某些研究结果不能很好的指导临床。

人类基因组计划的突破，成为分子水平上理解机体器官以及分析与操纵分子DNA的又一里程碑，与之相发展并衍生一系列现代生物技术前沿：基因组学技术、生物芯片技术、蛋白质组学技术和生物信息技术[5]。生命科学的发展从形态分类到细胞生物、分子生物。从研究方法途径来说，解剖学、细胞学、分子生物学互相渗透结合在一起，如果针灸不在细胞层次、分子层次、结构与功能关系层次、信号传递与效应层次、基因型与表现型层次上进行学科交叉，吸收最新观念、方法、技术，就会被淘汰。

2 生命科学技术的应用与针灸学研究

针灸研究吸收、借鉴现代生命科学的新成果，可使针灸疗法更加科学化，现代生命科学的发展为针灸现代化提供了千载难逢的良机。针灸临床和基础研究的成果已经并将继续为充实生命科学提供客观资料，为进一步探索生命科学开辟新的思路。经络现象、腧穴功能、经穴-脏腑相关、针灸调节作用及机制、针刺麻醉和针刺镇痛原理等研究结果，涉及到不少目前尚未能被生命科学解释的问题。

基因组学从分子水平辩证地研究整体的功能和联系，它从细胞超微结构及分子相互作用阐述了生命的物质基础，再经综合分析，用现代系统论、控制论、信息论和协调论等学说，把“孤立”的物质与组成整体的所有器官联系在一起，把局部的作用和整体的健康状况联系在一起。基因组学研究充分认识到基因之间相互联系的复杂性，反映出基因组学与中医(针灸)学在思维方法学上的趋近性，显示出研究思路与方法相互渗透的可能性。许多学者着手于研究针刺对早期基因家族、神经肽、神经递质、激素及其相关受体的影响及基因技术在针灸基础研究中的应用，发现针灸可能对某些疾病或病理现象具有一些基因水平的调节作用。我们应当从调控基因的功能着手治疗疾病，进行针灸的多环节、多靶点的调节作用研究[6]。

生物芯片技术的发展不仅为生命科学的诸多领域研究带来一场革命，而且给我国新药的研究和开发以及中医药现代化带来了一次新的契机。基因芯片中的DNA微阵列可同时对大量基因的表达水平、突变和多态性进行快速准确的检测，观察针灸作用后大量基因表达改变的情况，不仅使我们能够了解到各种基因表达的变化情况，而且能够对基因间相互作用的关系和调控的渠道有初步的了解，有利于研究针灸这种全方位、多靶点作用的整体治疗方法及治疗过程中复杂的基因表达调控机制。抑制削减杂交技术是通过自身前后所提取的cDNA杂交，抑制并扣除其表达相同的非目的基因，而显示出两者表达有差异的目的基因。对于研究针灸这类作用靶点广泛，涉及大量未知基因表达的研究特别有用，对研究针灸的分子疗效及基因表达调控机制有重要意义。

蛋白质组学是对机体或组织或细胞的全部蛋白质的表达和功能模式进行研究，能清楚地表述细胞或组织或机体在特定时间和空间上表达的所有蛋白质。中医认为，疾病的发生主要是人体整体功能的失调，证候是疾病发展过程中某一阶段的病机概括。证候既然是有规律的病理表现，就必然有其物质基础支配机制。中医证的本质是细胞内基因诱生性表达的细胞因子，证的基本发病机制是由于细胞因子网络功能紊乱的结果[7-8]。细胞因子的本质是多肽，即蛋白质组研究的主要内容之一。从蛋白质水平可以反映细胞或组织特异性表型和表达模式，与临床症状和体征有必然内在联系。针灸作用突出的是多层次、多脏器、多水平调理过程，与整体和全局为出发点的蛋白质组学有着天然的亲和性。双向电泳、色谱、蛋白质芯片及质谱分析等技术为蛋白质组学研究针灸提供支持。生物体在生长、发育和适应环境的过程中蛋白质始终处于动态的变化过程，采用对基因组的表达产物-全套蛋白质的研究对于针灸现代化具有重要的意义。针灸发挥作用的基本环节是效应物质与生命分子之间的直接或间接的相互作用。针灸效应必然会引起从遗传信息到整体功能实现中的分子、细胞、器官、整体多个层面的结构与功能状态的改变。虽然决定这些结构与功能的基础是基因，但其直接的决定因素主要是基因翻译后的蛋白质。以蛋白质表达为指标，采用蛋白质组相关分析技术，以蛋白质调控改变和功能修饰为研究方向，比较分析针灸前后组织、细胞的蛋白质组，进行针灸效应的多环节、多靶点调整作用的研究，使我们能在分子水平了解针灸的作用靶点及方式、代谢途径，有可能对针灸作用机理取得突破性进展；研究针灸对蛋白质表达谱的影响，依据针灸经典处方中不同穴位对应基因及蛋白表达点以及表达量，与穴位配伍及刺激参数相关联，分析处方组成中各穴位间的密切关系，阐明针灸处方的组成原理；确定针灸不同经脉对应基因及蛋白表达靶点，并根据表达量的多少与对应脏腑相关联，同时分析不同经脉对应基因及蛋白靶点之间的相互作用，探讨经脉-脏腑相关。

生物信息学是在人类基因组计划研究中面对巨大且具有高度复杂性的生物数据的管理和分析需要而产生和发展起来的一门新兴学科[9]。以生物信息学的有关理论与方法作为桥梁，将生命科学中最前沿、最热点的研究与中医针灸联系起来，以信息、系统的观点切入针灸研究，有助于深入了解以整体观、辨证论治、辨经论治为核心的针灸疗法。将诊断、辨证和治疗的各种数据集中起来，借鉴当代生物信息技术，充分利用国内外现有的文献信息资源，建立各专业及相关的数据库，可逐步达到文献和信息的数字化。通过对数据进行整理、完善和提高，以及与国际相关数据库信息网的连接，高效地获得大量有用的信息，从多层次信息中发掘中医针灸的科学内涵。

3 结语

21世纪是信息时代，以生物信息技术为桥梁的综合研究很可能是针灸现代化研究的突破口。基因组和蛋白质组研究与生物信息学技术互相推动，并行发展。近年来，强调整体思维模式的中医学正逐渐受到世界医学界的重新认识和再评价，高通量、大规模平行性研究方法如生物芯片、大规模筛查系统和生物信息学等，为研究中医药基本理论提供了新的思路和方法。而充分运用基因组、蛋白质组、生物信息学等现代先进科技手段来分析针灸效应，以“国际通用的医学语言”阐明针灸效应及作用原理对针灸现代化研究具有重要意义。尽管我国在针灸临床研究上取得了许多重要的成果，但由于方法学上存在着某些不够规范的地方，限制了世界医学科学界对它的进一步认同，对生命科学技术在针灸学研究中的应用进行深入探讨非常必要。

参考文献

[1] 杨永清，陈汉平.针灸学与生命科学[J].上海针灸杂志，1996，15(5)：36.

[2] 洪 净.中医药防治疾病的优势与学术发展切入点的探讨[J].中医杂志， 2000，41(12)：751.

[3] 李 扬.流行病学模式的转变[J].国外医学?社会医学分册，1998，15(3)：97.

[4] 陈汉平.关于针灸学及其研究思路和方法的若干认识[J].上海中医药杂志，2002，36(2)：4.

[5] 陶勇光，曹 亚.现代生物技术前沿与创新药物研究的思考[J].医学与哲学，2002，23(12)：8.

[6] 沈自尹.基因科学和21世纪中医药学的走向[J].上海针灸杂志，2002， 21(2)：44.

[7] 申维玺，孙 燕.论中医证的化学本质是蛋白质和肽及证本质的分子标准[J].中国中西医结合杂志，1999，19(11)：696.

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现在全国都在提倡素质教育，而素质教育的重要目标就是要培养学生的自主学习的能力。自主学习，是指学生个体在学习过程中一种主动而积极自觉的学习行为，是学生个体非智力因素作用于智力活动的一种状态显示。它表现为学生在教育活动过程中要有强烈的求知欲，并主动参与的精神和积极思考的行为。除了具备将学习的需要内化为自动的行为或倾向外，还需要具备与之相应的一定能力。在自主学习状态下，学习的压力一定要产生于内在需求的冲动，即自我价值实现和社会责任感的驱动，而不是外在的压迫或急功近利的行为。因此，自主学习的目的是为了获取知识、技能和锻炼培养能力。培养和提高自主学习能力，是大学生必须具备的本领之一。学生的自主学习能力培养是学习者在总体教学目标的宏观调控下，在教师的指导下，根据自身条件和需要自由地选择学习目标、学习内容、学习方法并通过自我调控的学习活动完成具体学习目标的学习模式。自主性体现在学生学习要尽可能地减少对教师的依赖性和对知识的盲从性。

在中国现代，随着社会和科技的进步，电子计算机技术和通讯技术的快速发展，电脑网络正以日益迅猛的速度进入人类社会的各个角落，包括大学校园内。2004年全国学生联合会、新生代市场监测机构和中国青年校园先锋文化有限公司联合公布了《2004年中国大学生消费与生活形态研究报告》。其中，60%的人拥有手机，27%的人拥有电脑，20%的人拥有PDA，12%的人拥有MP3。2013年《大学生消费心理和消费行为的调查报告》统计结果发现，现在大学生几乎每人一部手机，绝大部分都拥有了电脑。

大众媒体在世界范围内经历了网络化的历程，网络从过去的2G、3G到现代4G，从过去的有线上网到现代的无线上网，信息化、数字化和网络化的高度一体化的信息交流方式使人们明显感觉到这种新的方式带给我们的快捷与自由，开放与互动;但网络技术带给我们的种种优势的同时也让一些人违背了理性，利用网络技术牟取暴利，超越了法制的界限而给社会和个人带来极大危害。网络技术健康发展需要采取经济、社会、法律、伦理、文化等多种手段，比如改革不合理的国际政治经济秩序，建构具有适应性和灵活性的网络社会结构，发展具有人性化的新技术，建构和完善网络法律法规，建构具有现代网络精神的网络伦理，培养健康、全面的网络人格，等等。技术的进步给了人们以更大的信息支配能力，也要求人们更严格地控制自己的行为。要建立一个干净的互联网络，需要法律和技术上的不断完善，也需要网络中的每个人的自律和自重。因此，网络的未来应朝着个人与社会，个体与群体，个性与共性之间分散而有张力的互动形态发展，从而实现个人自由发展与社会共合体健康发展的双重目标。同样，在大学校园内，对学生而言网络所起的作用也有两面性。网络的好处是它能够促使大学成了一个开放的校外园，顺利地联系外面的世界及了解自己感兴趣的事物。而网络也会使某些学生认为知识都能够在网络中寻找到，到使用时，只要上网查找就行了，读书无用，浪费时间，所以他们将美好光阴浪费于网络游戏世界，内心变得无比空虚。

网络环境是一个现实，我们无法拒绝它。但我们普通大学生应该如何适应它，利用它自主地学习，而不沉迷网络游戏呢?作为教师，如何引领大学生走进现代化的网络世界，提高学习效率，是体现教学能力的不可回避的话题。结合教学改革，我们进行了一次成功的尝试，即在网络环境下，学生自主学习拓宽生物学知识的教学案例，现总结如下。

案例：

我们从英国生工网站(Http：//sanger.ac.uk)获得了一款英文版的生物信息学软件Artemis，该软件主要是将细菌基因组序列进行比对并进行差异化图示，为进一步研究细菌基因组生物信息学奠定基础。破译并应用此款软件，需要具备一定的英语翻译能力、电脑网络的应用能力，以及兴趣及持之以恒的能力。由于本人对电脑网络知识的缺乏，此款软件的作用没有得到应有的发挥。生物科学与技术学院生工1101班本科学生闫竞直同学，主动联系了我。他具有电脑相关知识、英语及对生物学软件兴趣的优势，承担对该软件的说明书的翻译工作，并对该软件的使用程序进行破译，还将该软件的应用传授给其他学生，使其他学生，甚至研究生也能从中受益，帮助他们解决研究中遇到的实际问题。他的这一行为大受欢迎并得到广泛赞许。

总结与体会：

1.生物信息学知识学习和拓展，进一步提高了学生对生物学的兴趣。兴趣是最好的老师，兴趣可以引导学生从要我学转变为我要学。刚进入学校接触到生物学时，学生学习的知识都是生物学笼统概念和一些相关技术，比较朦胧和模糊。通过该款软件的翻译和学习，在老师的指引下才知道，原来生物学并不单调和枯燥，其中的世界奥妙无穷，只是学生没有亲身感受到生物学带给他们的乐趣。学生会举一反三地认识到，目前社会上正在应用的学科都不是单一的物理、数学、化学等，而是混和了多个学科的交叉学科在大放光彩。就生物信息学而言，就需要生物学知识、计算机知识、数学、统计学等各类知识。在对一个目标求知的过程中可以学习到许多原有知识以外的知识，达到了拓展生物学知识的目的。

2.提高了学生英语学习的兴趣，减少了其对英语的畏惧和厌烦。学生为了兴趣和心中的理想，对Artemis软件的英文说明进行了翻译。在此过程中，学生接触了许多的生物学专业词汇。在刚接触到这些专业词汇时，学生很不适应。对一个本科生而言，他们在英语学习的时候，没有学习过它们。因此，专业生物学词汇即使查询多遍也不一定能记住，还会经常忘记这些陌生的单词。但是通过翻译的时候反复不断地查阅，看了数遍，以及一些语境的联想，他们反而对这些单词记忆深刻。大量的专业词汇的认识使得学生对这个专业也有了新的认识，学习成功的经历拓展了学生学习英语的兴趣。

3.学生能够勇敢地与国外专家交流。用英语与国外专家交流，刚开始学生有些自卑，认为自己英语不娴熟，不能清晰地表达自己的真实的想法。从第一封信后，学生改变了自己的态度。英语只是交流的一种工具，虽然我们有时候用词不准确，但外国人也能够理解其中的含义。从外国专家回信后，学生增强了自信，勇敢地走出了语言交流的障碍。除了电子邮件交流外，学生还在各个学术网站上发帖子询问相关问题，积累出了自己的一套获得专业知识的方法。他们觉得与国外专家进行交流，更加高效，是更加直观有益地收集数据的方法。进入生物信息学相关的英文网站，不论是sanger公司的网站教程、员工培训，还是在YAHOO上进行提问，都是要全英文进行，如何让自己的英语书面表达更加专业，又成为提高了英语水平的学习动力。

4.充分利用时间去学习各种相关的知识。不同于以往需要查阅很多书本才能获得某个知识，由于电脑技术的强大力量，现在如果遇到难题学生就会立刻通过电脑查询去解决，只要把握好大方向，一直向着某个方向前进即可，而且进度明确，进行到某一步，都可以记下。而电脑自带检索功能，可以帮助分门别类而不会出现多个笔记本之间的混乱且可以随时调用。充分利用时间，真正地将学习融入整个生活，学生不再觉得学习和生活空虚和无聊。

5.促进了学生进一步学习深造的动力。在这个学习过程中，学生充分认识到了我们和一些国家相关专业之间的差距，爆发出了内心强大的求知欲。在项目完成后，学生就更加坚定地要攻读研究生，努力深造。