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遗传学的发展阶段范文1
关键词：袁隆平；专业成长路径：启示
中图分类号：G718.5
文献标识码：A
文章编号：1001-751812008)21-0019-04
教师专业化是国际教师教育研究领域的一个热点问题。是教育改革和发展的趋势；也是我国保证和提高教师队伍整体素质，实施科教兴国战略的重要举措。袁隆平是一位杰出的科学家、杂交水稻之父，他在杂交水稻领域令世人瞩目的成功历程同时也是他作为一名高职教师的专业成长过程。研究袁隆平的专业成长路径。对目前的高职教师专业发展具有良好的借鉴和指导意义。
一、高职教师专业发展及我国高职教师专业发展现状
教师专业发展是指教师在整个专业生涯中，通过终身专业训练，习得教育专业知识技能，实施专业自主，表现专业道德。并逐步提高自身从教素质，成为一个良好的教育专业工作者的专业成长过程。高职院校教师专业发展旨在通过对教师专业意识的养成和专业素质的培养来促进其教学能力的发展与提升其职业地位。高职院校教师专业发展的特点，是在批判反思传统教师专业发展机理的基础上，形成的“以教师专业自主发展为核心；以双师资格为目标取向；以实践性知识建构为基础；以职校、大学、企业三元合作为培养模式：以多样发展为途径和以自我评价为主体”的高职教师专业发展观。
关于教师专业发展的研究，国内外的文献都相当丰富。20世纪60年代末，美国得克萨斯大学的富勒(Fuller)开始了对教师专业发展阶段的研究。他以教师在其成长中关注事物的更迭为研究对象，采用问卷调查，提出了职前教师专业发展阶段理论，认为职前教师的专业发展要经历“执教之前关注阶段(pre-teaching concern)、早期关注求生阶段(early concerns about survival)、关注教学情境阶段(teaching situational concerns)和关注学生阶段(concerns about pupils)”四个发展阶段。我国学者多将教师专业发展分为：1、新手阶段(1―2年教龄)；2、优秀新手阶段(2―3年教龄)；3、胜任阶段(3―4年教龄)；4、熟练阶段(5年以上教龄)；5、专家阶段。或适用阶段(从教1-2年)；成长阶段(从教3-8年)；称职阶段(又称高原阶段，35岁以后)；成熟阶段(专家型、学者型教师)等四个阶段。并指出不是所有教师的专业发展都会经历所有阶段，大部分教师到熟练阶段或称职阶段就停止不前了。高职教师的专业发展也是一个持续不断的过程，主要包括适应阶段、成长阶段、称职阶段和成熟阶段；其发展的模式包括技能熟练模式与反思性实践模式。
教师专业发展的不同阶段理论使各国学者和相关教育部门都相当重视影响教师专业发展的因素研究。并采取各种措施加强教师培训。以期促进教师尽快地向专业阶段的高一级发展。许多学者和专家从教师专业成长的范式和过程中总结出了一些影响教师专业发展的因素。其中主观因素有：职业发展动机、认知能力、人际交往和自我评价等，它们也被称为“内因”：客观因素有：教育政策、学校管理、学校氛围和教师文化等。它们也被称为“外因”。
尽管研究者对教师专业发展进行了各方面研究。并取得了一定的成绩；但目前我国教师专业发展实践过程中还普遍存在以下问题。1、外部支持忽视教师自身需要。具体表现在：首先，从专业发展的目的看，忽视了教师主体参与对教师专业发展的重要价值；其次，从教师专业发展的内容来看。对教师专业结构中涉及教师情意等深层内容有所忽略：再次。从教师发展的执行者来看，教师本人缺乏决定本身专业发展方向及其方式的自；第四，从教师专业发展的实现模式来看，对不同年龄、不同发展阶段的教师采用同一种教学方法、同一种教学内容，忽视了教师自身的需要和感受；第五，从教师专业发展的评价来看，评价标准统一、硬性，忽视了教师的整体发展，忽视了教师发展中的教师自主性和教师自我价值的实现等方面。2、教师自身内部发展动力不足。高职教师专业发展现状则呈现以下特点：1、高职教师对“教师专业发展”这一概念比较陌生，混淆于教师在职培训，狭隘地理解为只是学科专业知识的提高，没有注意到包涵专业教育能力的提高，2、虽然高职教师理论上对“教师专业发展”不清楚，但在实践中高职教师的自我专业发展意识强，有主动的职业发展意识。
总之，我国在促进教师专业发展的外部支持中，不同程度地存在着未能针对教师的实际发展水平，忽视教师主体需要、忽视教师情意、教师期望等深层次发展的现象，教师自身在发展过程中，因对“教师专业发展”这一概念比较陌生，所以尽管高职教师的自我专业发展意识较强，其自主专业发展思想和实践仍相当狭隘。
二、袁隆平专业成长路径及其特点
袁隆平院士是世界杰出的科学家，是高职教育中最优秀的教师典范。伴随着他在杂交水稻研究领域的不断成功，作为一名高职教师，他的专业也在快速地发展，并呈现出明显的阶段特性。
(一)初为人师，由学习者走向适应者。“把书教好”是教师专业成长的第一步，也是教师由学习者走向适用者的关键性一步，要做到这一点。就必须在教学实践中努力学习、刻苦磨练，逐步形成过硬的教学基本功。袁隆平是1953年8月从西南农学院毕业，响应祖国号召来到安江农校的，主教俄语课和遗传学课。深厚的专业基础知识、良好的综合素养、生动透彻的课堂讲解，以及对教育事业的无限热爱使他很快成为了学生们最喜欢的教师，成功地实现了由学习者走向适应者的第一次飞跃。教学中他不但尽量用生动浅显的语言向学生们传授必备的理论知识，还总能根据他所任教科目的特点，克服一切困难带领学生们将书本上的理论运用于实践。让实践检验理论。理论教学与实践相结合是他坚持的教学方向；与学生们一起认真钻研教材，不神化教材，是他的教学思想；在教学中深化课堂知识，在实践中拓展学生的视野。是他的教学手段。翻他曾按照米丘林、李森科的学说进行无性杂交实验，做营养培养。强化环境，实验失败后，敢于大胆怀疑；他也曾理性地于20世纪50年代末期大胆地向学生传授染色体、基因遗传学说，在课堂上讲解杂种优势利用在作物育种中的广阔前景。可以说，“勤于学习、努力实践、多方阅读各种书刊”一直就是袁隆平的爱好，也正因为这样。他从来就不是一个简单的适应者，在他初为人师。尽力适应角色转换时期，他
就带领他的学生们开始了对已有理论的检验性探索，他向学生们传授的知识是那样的有用，他传授知识的方法手段是那样的灵活多样，所有这些都使他的专业得到了快速的成长，并于1958年他从教4年、“无性杂交实验”失败后，在“年轻人要探讨真学问”的思想鼓舞下，大胆地开始了他新的探索。
(二)敢于怀疑，由适应者走向探索者。美国心理学家波斯纳曾经提出一个公式：教师成长=经验+反思。教师专业成长的第二步是积极进行教学反思和创新，在教育科研中。养成探索的思维态势和创新的思想方法，形成自己的教学风格。这是教师专业发展成熟期。袁隆平在西南农学院学习期间，就对美国遗传学家摩尔根、孟德尔的学说有所接触了解，如果说从他毕业到1958年是他适应教学、积累经验阶段的话，1958年他培育的“无性杂交”作物种子试种的失败，使他毅然抛弃了错误的试验，并在反复学习了的《实践论》和《矛盾论》后选择了水稻纯系选育和人工杂交试验作为自己的科研课题，大胆地开始了新的科研和教学探索。
袁隆平在给他的学生们上“无性杂交的遗传学意义”时，为了让学生们明白“无性杂交可以改变作物的遗传性质”这一结论的错误，不惜冒着政治风险。带着学生们去他的实验地里现场观察，用活生生的现实否定了当时的经典理论：并因势利导运用“打比方”等教学方法，使学生们进一步明确“外因决定论”的错误及孟德尔――摩尔根基因、染色体遗传学说的新近研究进展，其作为一名科研者和教育者的探索精神和勇气实在令人惊叹!
对待当时“社来社区”，有一定种田经验，却严重缺乏理论知识基础的学生，袁隆平有时干脆把课堂搬到了试验田，利用试验的进展激发学生们的问题意识，然后针对问题及时给学生们讲解有关的理论知识，使本来枯燥无味的专业理论知识变得生动有趣，也不难理解了；同时他还以当时专业领域的最新研究成果多在国外。鼓励学生们要学好英语，并且利用自己的扎实英语功底亲自给学生们补习英语，使他的学生们不至于因为语言障碍而阻碍专业发展。正因为袁隆平在教学科研中积极反思、大胆探索。他的学生们不只是把他当成老师，更把他当成挚友：他也从不需要校方规定什么，自觉地专注于自己的事业，和他的学生们乐此不疲于他的“杂交水稻”研究。他的杂交水稻研究也经常有令人难以置信的进展，随着1970年11月23日“野败”的被发现而终于打开了籼型杂交稻培育的突破口，为他“专家型”教师的诞生描上了浓墨重彩的一笔。
(三)乐于分享，由探索者走向引领者。教育领域中的引领者乐于交流与分享。能引领教师跳出自己对某些问题的思维定势或思维滞塞，多视角、多维度地思考问题。全方位、多途径地探寻解决问题的出路，为教师不断自我超越和自主专业发展搭建起一座四通八达的“立交桥”。袁隆平就是这样一位乐于把自己的思考结果、问题疑难提交给集体去研究的教师。随着“野败”的被发现。“野败”的F1代已表现出非常优越的雄性不育保持功能，寻找保持系突破在即，袁隆平成了中国杂交水稻研究领域无人能与之比肩的祖师和最高权威。这时(1971年)国家科委和农业部决定组织该科研项目的全国性协作攻关。面对来自湖南、广东、广西、江西等13个省、市、自治区的18个科研单位的50多名其实对杂交水稻的研究理论基本不了解的农业科研人员，袁隆平并没有草草应付了事，而是向前来参与研究的科研人员敞开了自己无私的胸怀。不但详细地向前来的科研人员介绍了“杂交水稻”的研究进展状况，在田间对他们进行手把手的试验速成训练：还专门在驻地农场借用教室对科研人员进行速成理论教学，使新去各省、市、自治区的科研人员的科研实力得到了迅猛的加强。更难能可贵的是，科研人员的科研实力加强后，他便倾其所有将为数不多的、十分宝贵的“野败”种子分送给各省朋友每人几粒，使他们能直接利用当时已有成果高起点切入课题。一步到位地正式进入实验研究状态，争分夺秒，最大限度地为大家赢得了研究时间和尽早成功的机会。
20世纪70年代，罗孝和培育“三超稻”时，因只增产稻草不增产稻谷而被有关人士误解，袁隆平不但主动帮他应对来自外界的压力：还亲自和他一起把“三超稻”的优势由只增产稻草转向了增产稻谷。就这样。在他的设计和引领下，中国的杂交水稻研究领域群星璀璨，罗孝和、尹华奇、李必湖、邓华凤……他们与袁隆平一样，曾经是一个个平凡的人，但是在袁隆平的引领下，终于成为镶嵌在中国农业科技星空中的一颗颗耀眼的明星。袁隆平作为一名职业教育教师在其专业成长中也实现了由探索者到引领者的转变。
纵观袁隆平专业成长路径，不难发现其专业成长具有“发展需求和愿望的内在性、发展内容的个体性、发展个体的自觉主动性”等鲜明特点；他的专业成长是一种自主性的专业成长，同时也是一种充满诗意的专业成长。是他“让全世界人们远离饥饿”的崇高专业理想和职业认同坚定了他不断追求、不断探索的决心，是他的“善于学习、勇于实践、勤于反思、精于研究、乐于交流与分享”使他能尽快适应教师的工作。并圆满地实现了从学习者到适应者。到探索者，再到引领者的转变。不但取得了令世人惊叹的科研成果，更谱写了桃李满天下的精彩华章。他的专业成长路径值得每一位立志在教育领域有所成绩者借鉴，更能给立志促进教师专业发展的管理者诸多启示。
三、袁隆平专业成长路径对高职教师专业发展的启示
(一)帮助教师们树立正确而崇高的专业理想。在市场经济条件下，在急功近利、浮躁媚俗的世态中，教师往往容易迷失专业理想，丧失专业追求，让教育沦为一种普通的谋生手段，从而严重延缓并阻碍了教师的专业发展。袁隆平之所以能很快地由一个初为人师的适用者成长为一名杂交水稻领域的引领者，与他一开始就树立了“让所有的人远离饥饿”这一崇高理想密切相关，他的专业成长路径告诉我们，作为一名新世纪的教师，要树立崇高而坚定的专业理想，淡泊名利，安心从教，开拓进取；要确立以人为本的教育理念。促进学生终身发展：要树立做创新型教师的职业理想。
只有树立了崇高专业理想的教师，才会对教育工作产生强烈的认同感和投入感，才会主动去提升教育责任感与自我发展的使命感，努力提高自己的专业才能和专业服务水准：也只有树立了专业理想的教师。才会最终把教育工作当作幸福的事业，而不会在奉献中去斤斤计较个人的荣辱得失：才会做到科学规划自我发展，努力创造自我新形象，真正做到“与学生共同成长”。
(二)创设一种重视教师专业发展需要的外部环境。有着崇高专业理想的教师，一般都会科学地规划其职业生涯，走一条教师自主专业发展之路。我们知道事物的发展变化总是需要满足一定的条件，并离不开一定的外部环境。袁隆平的专业成长快速而通畅离不开当时国家对杂交水稻研究的大力支持(使他躲过了“”的摧残)，也离不开当时“安江农校”许多领导、老师对他的帮助、理解；今天的高职教师要实现其专业自主发展，照样离不开院校的引导、扶持、理解甚至帮助。高职院校在帮助教师们树立起了正确而崇高的专业理想后，更要关心各位教师自主专业发展的规划、设计，对教师专业发展中产生的各种合理需要要充分重视，及时予以满足。以促进教师专业尽快地向高一个层次发展。最终成为其专业领域的引领者。
(三)构建一套促进教师自主专业发展的制度体系。树立了崇高的专业理想，营造了适宜的专业成长环境以后，我们还需要制定相关的制度，使这种适宜教师专业成长的外部环境能稳定下来，对教师自主专业发展起到保障机制的作用。
遗传学的发展阶段范文2
关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用
“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DN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］.Springer 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.
［25］苏晨曦，潘迎捷，赵勇等.疏水网格滤膜技术检测食源性致病菌的研究进展［J］.微生物学杂志，2010，30，（6）：76-81.
遗传学的发展阶段范文3
关键词 数据挖掘 预处理方法 基因表达数据
中图分类号：O17文献标识码：A
Pretreatment Method of the Gene Expression Data
WANG Xiuzhu
(Computer Science and Technology, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010)
AbstractThis paper introduces several common gene expression data pretreatment method, and compared those methods, elucidatedapplication advantages of different methods in different environment.
Key wordsdata mining; pretreatment methods; gene expression data
随着人类基因组计划对24对染色体全部基因测序工作的完成，人类对基因的研究将进入全新的发展阶段，而它的重点也将落在对基因表达数据的分析上。面对数以千兆计的基因表达数据记录，数据挖掘成了首当其冲的、强有力的分析工具。选择合适的数据挖掘算法，是基因表达数据知识发现的关键。一般基因表达数据都会存在诸如数据完整性、数据的冗余性、属性间的相关性等问题而不能直接满足挖掘算法的要求。本文首先提出几种常用的基因表达数据预处理方法，随后会对这些方法进行论述和比较，以阐明在不同环境下各种预处理方法的应用优势。
数据预处理是从大量的数据属性中提取出一些对目标输出有重要影响的属性，即降低原始数据的维数，从而达到改善实例数据质量和提高数据挖掘速度的目的。常见的基因表达数据预处理方法有以下几类。
1 基于粗糙集理论的约简方法
20世纪80年代初，波兰的Pawlak针对G.Frege的边界线区域思想提出了粗糙集理论，粗糙集理论的主要研究内容有知识约简、离散化问题和不完全知识的补齐等，它在一定程度上很好地解决了传统数据挖掘中存在的超大数据、不确定性数据、噪音数据、空值和冗余数据等问题。①
粗糙集理论的基本思想是：用数据集的等价关系，这种关系可以是某个属性，也可以是某几个属性的组合，对此数据集进行划分，从而得到不同的基本类，在这些基本类的基础上进一步求得最小约简集，以达到降维的目的。
粗糙集理论的优点是：无需提供额外的先验信息就可将问题的论域进行划分，无需相关领域专家的监督就可独立完成。能有效地去除基因表达数据库中的冗余数据、噪音数据和空数据，并对数据进行有效的降维。缺点是：只能处理离散型数据。因此，如果基因表达数据库中的数据是连续型的，则首先要对其进行离散化处理后才能运用粗糙集理论来进行后续处理。
2 基于概念树的数据浓缩方法
在基因表达数据库中，许多属性都是可以进行归类的，各属性值依据抽象程度可以构成一个层次结构，这种层次结构通常称为概念树。它依据抽象程度将属性按照一般到特殊的顺序排列，并用这种层次结构体现出来。这种方法其实是几组合并的处理过程，用这种方法从基因表达数据库中发现规则知识的核心是执行基本的和面向各属性的归纳。②
基于概念树的数据浓缩法的基本思想是：（1）用概念树中的父概念去替代下面同性的、较具体的属性值。（2）合并知识基表中出现的相同元组，并计算由这些相同元组所构成的宏元组所覆盖的元组数，如果元组数大于设定的阀值，则用概念树中更一般的父概念去替代。（3）得到覆盖面更广、数量更少的宏元组以达到降维的目的。（4）将最终结果进行归纳并转换成逻辑规则。
基于概念树的数据浓缩法是基于监督的方法，它的降维思想主要是根据经验和需要制定出相应的剪枝阈值，以对噪声数据进行有效剪除。这种概念泛化处理的手段，能使处理后的基因表达数据库以不同层次和汇聚密度展现出来，为后续数据挖掘阶段能更好地挖掘出不同层次属性值间的关系做出了铺垫。
3 主成分分析法
常见的基于统计分析的属性选取方法有主成分分析、逐步回归分析、公共因素模型分析等。它们都是旨在用尽可能少的特征去描述高维的原始基因表达数据库，从而达到降维的目的。其中最有代表性，应用得最广的就属主成分分析。③
主成分分析的基本思想是：将多个变量通过线性变换的方式选出较少的重要变量的一种多元统计分析方法,它是在数据信息丢失最少的原则下对高维空间进行降维处理。它设法将原来给定的一组变量X1,X2,,,Xp,通过线性变换,转换为一组不相关的变量Y1,Y2,,,Yp,在这种变换中，保持原始变量的方差和不变。通常数学上的处理就是将原来p个指标作线性组合，作为新的综合指标的同时,使得Y1具有最大方差,成为第一主成分，如果第一主成分不足以代表原来p个指标的信息,再考虑选取第二个线性组合Y2作为第二主成分。依此类推,原来的k个变量就可以转换成q个主成分。
主成分分析法的特点是用尽可能少的、具有代表性的特征变量来描述原本高维的基因表达数据库，它能依据变量间的相关程度，自动生成权重，在一定程度上避免了人为因素的干扰，确保了评价的客观性。它的局限性在于评价结果并不能重复使用，每次样本的增减都会使原来的评价失去意义。
4 遗传算法
遗传算法是一种基于生物进化论和分子遗传学的全局随机搜索算法，它模拟了生物界“生存竞争，优胜劣汰，适者生存”的机制，用逐次迭代法去搜索寻优，求得问题的最优解。④⑤遗传算法的基本思想是：将问题的可能解按某种形式进行染色体编码。在选择个体适应度评价较优的染色体中随机选取 N 个进行复制。通过选择、交叉、变异三个环节产生一群新的更适应环境的染色体，从而形成新的种群。
遗传算法应用的关键是适应度函数的建立和染色体的描述，具体体现在对遗传算法运行参数的设定上，其中包括对种群的大小、进化终止的最大代数、交叉概率、变异概率的确定等。在实际应用中，通常将它和神经网络方法综合使用。
5 结论
综上所述，在以上的数据预处理方法中，基于粗糙集理论的约简方法在处理离散型基因表达数据上具有明显优势；基于概念树的数据浓缩方法在有相关领域专家监督的前提下具有优势；基于统计分析的属性选取方法由于在对基因表达数据的预处理过程中无需通过人为赋值来确定各个指标的权重，增强了数据处理的客观性。此外，它是在数据信息丢失最少的前提下进行的。因此，它较其他三种方法在降维的质量上有优势，遗传算法在处理基因表达数据上的降维效果也是比较明显的，但通常要与神经网络相结合来使用，算法的复杂度相对较高。
基金项目：西南科技大学青年基金项目（项目编号：11zx3118，“西南科技大学科研基金资助成果”）
注释
①于成.粗糙集在基于神经网络的入侵检测系统的探讨[J].自动化与仪器仪表,2010.5:129-131.
②刘上力,赵劲强,聂勤务.Web使用挖掘中的数据预处理方法[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2010.25(4):71-74.
③顾明,苏园园.主成分分析法在工作评价中的应用[J].科教导刊,2010(6):159-161.
遗传学的发展阶段范文4
关键词： 生物研究 环境科学 生命科学
环境科学，是一门研究环境的物理、化学、生物三个部分的学科。环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和社会环境。自然环境是直接或间接影响到人类的，一切自然形成的物质及其能量的总体。而社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。
一、环境对生命科学的影响
自改革开放以来，社会经济已经取得迅速发展。在经济高速发展之际，环境的变化愈来愈引起广大公众的关注。人与环境，就像鱼和水一样密不可分。环境创造了人类，人类依存于环境，受其影响，不断与其相适应；人类通过自身的生产活动不断改造环境，使人与自然更和谐。生活环境对人类的生存和健康意义重大，适宜的生活环境可以促进人类健康长寿。反之，如果对人类生产和生活活动中产生的各种有害物质处理不当，使环境受到破坏，将损害人类健康，威胁子孙后代。
（一）环境对人体健康有直接影响。环境污染物主要来自工业生产过程中形成的废水、废气、废渣，包括城市垃圾等。在人体内存在的元素中，除碳、氢、氧、氮能形成各种体内的有机物质外，其他元素都各以一定的化学形态和结构形成各种生物配合体、功能蛋白质、酶等而存在于人体组织中，或作为组成人体结构的材料，或作为血氧运输的载体，或作为酶的激活剂，或作为体液中电解质平衡的调节剂，或作为人体细胞间的信息传递的通讯员。这些元素协同作用，共同完成人体的新陈代谢功能。所以，自然环境遭到破坏，直接影响到人体的健康，破坏元素之间的协调和控制，人体失去平衡就会诱发各类疾病。
（二）自然环境是直接或间接影响生物的。环境变化是由物理的、化学的、生物的和社会的因素及其相互作用所引起的。因此，必须研究污染物在环境中物理、化学的变化过程，在生态系统中迁移转化的机理，以及进入生物体后发生的各种作用，包括致畸作用、致突变作用和致癌作用。这就需要我们有丰富的生命科学理论知识作为基础，深刻了解细胞的形态结构与新陈代谢，以及细胞的分裂、分化、衰老、死亡、癌变，及遗传变异的相关机理。
（三）人文环境突出了人类对生命科学的掌握和控制。生命科学的发展经历了一个漫长的演变和发展阶段，各大师都提出了自己独特的观点和理论，例如达尔文的选择论、分子遗传学说等。时至今日，各学科的科学工作者都已从掌握的生命程式中找到各自所涉及科学的一些规律的认知。科学工作者对生命科学这一学科的认识和研究直接引导着人类向前发展。
二、环境科学与人类活动同自然生态之间的关系密不可分
环境为人类提供生存条件（包括提供发展经济的物质资源）。人类通过生产和消费活动，不断影响环境的质量。人类生产和消费系统中物质和能量的迁移、转化过程是异常复杂的，但必须使物质和能量的输入同输出之间保持相对平衡。这个平衡包括两项内容：
一是排入环境的废弃物不能超过环境自净能力，以免造成环境污染，损害环境质量，这就要求我们利用生命科学的知识提高环境的自净能力。
二是从环境中获取的可更新资源不能超过它的再生增殖能力，从环境中获取的不可更新资源要做到合理开发和利用，有关社会经济的决策必须考虑生态学的要求，以求得人类和环境的协调发展。
三、加强环境保护，重视生命科学
（一）切实保护人类赖以生存的自然环境。人类健康与环境的质量有密切关系，因此我们要切实保护环境，政府要制定切实可行的环保政策，增强环保工作的制度性和建设性。人们应该从自身做起，从自己身边的小事做起，养成保护环境的良好习惯，促进人类健康发展。
（二）着手净化社会环境以求稳定和谐社会。这个世纪是生命科学的世纪。最近几十年全球的计算机技术飞速发展，很自然地将计算机技术应用到生命科学的研究中，当然最主要的就是自动化技术，我们可以看到近些年来，各国在研究生命科学的时候大量应用自动化技术，并且自动化技术在生命科学的研究中越来越重要。人类要在科学技术不断发展的今天，充分利用计算机成果，帮助生命科学的研究和推动其发展的进程。
（三）提倡尊重科学兼以敬畏可贵的生命。坚持科学发展观是推动生命科学发展的必经之路。对于生命，每个人都应对其充分尊重和敬畏。生命的意义不仅是生物存在的特征，生命赋予生物的不是简单的一条命而已，更多的是深刻理解生命本身存在的意义。基于科学的前提之下，创造和谐稳定的社会环境，培养优秀的创新人才方是推动生命科学领域不断前进和进步的上策。
综上所述，环境科学与生命科学是息息相关、密不可分的。生命科学的发展能丰富环境科学知识，有利于环境保护，同时，环境科学也能为生物的存活提供保障。
参考文献：
遗传学的发展阶段范文5
[关键词] 精准医学； 口腔精准医学； 个体化医疗； 生物样本库
[中图分类号] R 78 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2015.03.021
[Abstract] The completion of human genome project and the progress in medical practice have inevitably lead to the deve-lopment of precision medicine， which is a medical model that proposes the customization of medical care including medical decisions， practices， and/or medical products with patient’s genetic background， environmental factors and life behavior being taken into account. The current work proposed precision stomatology for the first time， and by integrating data reported in recent literature， we described the current practice of precision stomatology in multiple disciplines in modern dentistry. The clinical significance of precision stomatology and its future challenges have also been discussed.
[Key words] precision medicine； precision stomatology； personalized medicine； biobank
2011年美国科学院、美国工程院、美国国立卫生研究院及美国科学委员会共同发出“迈向精准医学”的倡议，并首次提出了精准医学（precision me-dicine）概念[1]。精准医学可归纳为P4医学，即前瞻性（predictive）、预防性（preventive）、个体化（personalized）及参与性（participatory）[2]。精准医学是以个体化医疗为基础，随着各种高通量组学技术快速进步以及生物信息与大数据共享的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。精准医学有赖于基因组、转录组、蛋白组、代谢组等组学技术和生物医学前沿技术，对大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找疾病的原因和治疗的靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确亚型分类，最终实现对疾病和特定患者进行个体化精准诊疗，提高疾病诊治与预防效益。
精准医学研究正成为国际医学领域的前沿与焦点。美国总统奥巴马在2015年国情咨文演讲中正式提出了“精准医学计划”（Precision Medicine Initia-tive），拟研究个体遗传变异在疾病发生、发展中的作用，了解疾病治疗的分子基础，加速推动个体化精准医疗的发展。精准医学也引起了众多国内医学工作者的关注。王辰院士领衔的研究团队已制定了临床常见病种的个体化精准治疗指南，通过中国健康促进基金会平台，在国内上百家三甲医院建立精准医学中心，根据患者基因特征，开展个体化精准药物治疗，取得很好的效果。
口腔医学作为医学的重要组成部分，许多口腔疾病都基于个体遗传与环境因素，全身系统性疾病与口腔健康也有着十分密切的关系。现代口腔医学需主动参与全球医学研究前沿，构建新的口腔疾病知识网络，优化口腔疾病个体预防、诊断及治疗，提高口腔医疗的均等性、可及性和先进性，降低重大口腔疾病的发病率，提升疑难疾病的治愈率，实现口腔精准医学（precision stomatology），促进中国医疗事业的发展。
1 口腔疾病的精准医疗
当前口腔疾病的诊治主要基于临床症状和病理学表现，但一些临床或病理分型相同的疾病，经过相同临床治疗的效果并不相同，提示现有口腔疾病诊疗远未达到个体化水平。口腔精准医学应当深入研究个体差异对口腔疾病发生、发展的影响，根据疾病发生的遗传背景，结合环境与宿主生活习惯等因素，建立新的口腔疾病知识网络，实现个体化的疾病“精准预防”与“精准诊治”。下文以口腔医学各学科典型疾病为例，结合近期相关研究进展，阐述口腔精准医学对各学科发展的指导意义。
1.1 口腔癌
美国的精准医学计划主要从肿瘤防治新途径入手，旨在基于分子标志物对肿瘤进行分类，并针对关键分子靶点制定个性化的治疗方案，促进疾病的预后[2-3]。口腔癌是头颈部最常见的恶性肿瘤之一，主要包括唇癌、牙龈癌、舌癌、软硬腭癌、颌骨癌、口底癌、口咽癌、涎腺癌和上颌窦癌以及发生于颜面部皮肤黏膜的癌症等。广义的口腔癌包括眼眶以下、颈部以上范围内所发生的癌症，绝大部分属于鳞状上皮细胞癌，统称为头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）。中国是HNSCC的高发地区。全球HNSCC致死率在癌症致死率中排名第六，诊断后5年生存率不及50%，属预后较差、毁容性疾病。过去30年间，手术、放疗及化疗等治疗手段的发展对HNSCC患者生存率的提高有限。如何早期检测HNSCC病损，寻找有效药物靶标治疗晚期和复发患者，是亟待解决的难题。获得与临床相关的癌变分子标记，实现早期诊断、有效阻断、靶向治疗，成为HNSCC精准医疗的关键。
鉴于口腔肿瘤与唾液在解剖学上的密切关系，以及唾液生物学样本易获取、转运、保存的生物学特点，近年来唾液组学借助各种高通量组学技术，从大规模口腔癌患者人群唾液样本中筛选出大量的生物标记物，为口腔肿瘤的早期诊断与个体化治疗提供了众多潜在的分子靶点。美国加州大学牙学院科学家团队建立了唾液组学知识网络，包括Saliva Ontology和SdxMart两大功能模块，前者通过统一的语言，实现不同研究者间以及唾液组学与其他系统组学间的数据对接；后者通过可视化界面，实现对口腔癌及其他常见口腔疾病在蛋白组、转录组、非编码小RNA、代谢组等层面分子标记物查找，旨在有效整合与共享唾液组学研究数据与临床资源，促进基础研究成果向临床口腔癌精准医疗的转化[4]。
近期针对头颈部肿瘤组织的高通量测序研究表明，多数HNSCC中存在一些基因突变[5-8]，包括p53信号通路相关的TP53[9]、与有丝分裂相关的PIK3CA[10]以及Notch信号通路相关基因（Notch1、Notch2以及Notch3）等[11]。另外，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）基因突变（936 C>
T）以及GSTM1功能失活突变均被证实与亚洲人群口腔癌的易感性密切相关[12-13]。针对上述分子靶点设计个体化基因治疗，将有助于实现口腔癌的精准治疗。四川大学华西口腔医院李龙江教授团队对口腔癌不同阶段患者接受基因治疗敏感性的临床研究积累了长期经验，近期研究发现重组腺病毒p53基因治疗结合常规化疗可显著提高口腔鳞状细胞癌三期患者的生存率，但对口腔癌四期患者生存率无明显促进效果[14]，提示建立针对口腔癌临床分期的个体化精准医疗势在必行。
值得注意的是，约有62%的口腔鳞状细胞癌来源于口腔潜在恶性病损（oral potential malignant le-sion，OPML），后者主要包括白斑、红斑及扁平苔藓等口腔黏膜疾病。对于OPML患者，早期诊断与恶变风险评估尤为重要，早期干预能够显著提高患者生存率及生活质量[15]。目前研究[16]已发现一些可导致OPML恶变的风险因素，包括病理组织学改变和环境因素，然而通过这些风险因素来判断OPML是否可能恶变仍然存在一定的局限性[15]。研究发现个体基因背景与OPML恶变与否显著相关。具有恶变倾向的白斑病变组织中观察到p53高表达，或p53低表达的同时伴有Ki67高表达[17]；具有恶变倾向的红斑病变组织中p53突变率较高[18]。通过对不同阶段OPML及口腔黏膜原位癌患者的病变组织样本进行组学分析，发现了一些功能基因拷贝数改变以及mi-RNA改变与OPML进程密切相关[15，19]，提示基因转录调控及转录后调控可能参与了OPML恶变过程。深入研究个体基因信息与OPML转归的关系，建立新的疾病分类体系，对早期诊断及精准治疗具有恶变倾向的OPML有重要意义。
1.2 口腔感染性疾病
龋病是最常见的口腔感染性疾病，可对牙体硬组织造成不可逆的损害，因此个体的龋病风险评估及早期干预尤为重要。通过动物实验及临床回顾性研究，已发现了一系列患龋风险因素，包括致龋微生物检出率、高糖饮食、口干症等。然而近期研究显示，部分人群即使暴露于高致龋风险因素，其患龋率仍较低，而一些较少暴露于上述龋病风险因素的人群，其患龋率却比较高，提示现有龋病风险评估系统尚存在局限性，可能与忽略了个体遗传背景及缺乏对个体口腔微生物群落结构与功能的整体评价有关。动物实验[20]及流行病学调查发现遗传因素与龋病发生相关[21]；进一步通过连锁分析及关联分析，发现某些参与釉质发育、味觉喜好、唾液组成及宿主免疫的基因与龋病易感性相关[22-23]。随着高通量测序技术的发展，全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）作为一种非假说驱动的开放式研究，已成为筛选、鉴定更多与龋易感性相关基因的有力手段[24-27]。Shaffer等[24]早在2011年对3～12岁乳牙列患龋儿童进行了全基因组扫描与关联分析，发现包括ACTN2、EDARADD、EPHA7、LPO、MPPED2、MTR、ZMPSTE24在内的7个新基因与患龋风险密切相关。进一步整合现有龋病相关GWAS研究数据进行meta分析发现，MPPED2与乳牙患龋风险显著相关，而ACTN2与乳牙和恒牙患龋风险均显著相关，提示MPPED2和ACTN2可为龋病精准预测和精准治疗提供潜在分子靶点[28]。
牙周病也是常见的口腔感染性疾病。1999年牙周病分类世界研讨会根据牙周病的临床表现、牙周微生物群落、全身系统性疾病等因素，将牙周炎分为4类：慢性牙周炎、侵袭性牙周炎、全身系统疾病伴发性牙周炎及坏死性牙周炎。由于早期慢性牙周炎与侵袭性牙周炎在临床表现、微生物群落、组织学形态等方面无法精确鉴别，现有牙周病分类系统已无法有效指导临床医生对一些个体进行早期干预，导致一些侵袭性牙周炎患者在已造成较严重牙周组织损害后才得到针对性治疗。有研究[29]指出可通过家族聚集、基因信息及一些环境因素对侵袭性牙周炎进行风险评估。Kebschull等[30-31]通过对120例慢性牙周炎或侵袭性牙周炎患者的牙周组织进行转录组分析，并通过计算机进行聚类分析将所有样本分为两类；发现基于转录组信息进行的分类与个体牙周炎相关指标（炎症破坏程度、牙周微生物群落等）更为相符。上述研究提示：根据个体基因信息与牙周疾病的关系，对牙周炎进行全新的分子生物学分类，可对牙周炎风险进行精准评估，从而对一些高风险人群进行预防及早期治疗。
由于人体是由人自身细胞及定植于人体内部及表面微生物共同组成的超级复合体[32]，对影响人体功能及健康的第二基因组――微生物组进行系统性、群落性和差异性研究，也必将为口腔精准医学提供新模式。借助于高通量测序与生物信息学技术的发展，学者们[33-34]对健康与疾病状态下口腔微生物群落多样性及功能组成进行了深度扫描，研究结果发现了大量与龋病、牙周病及口腔黏膜感染相关的微生物与功能基因簇，为疾病的精准预测与诊疗提供了海量的生物学标记。以龋病为例，除公认的链球菌、乳杆菌及放线菌外，丙酸杆菌、韦荣菌、颗粒链球菌、纤毛菌等多种细菌在健康及疾病人群之间的分布存在显著差异，这些细菌在疾病发生中的作用及其对疾病风险预测的价值有待深入研究。
发生在牙齿不同部位（釉质、牙骨质及牙本质）的龋损组织内微生物组成也存在显著差异，龋病不同进展阶段的微生物组成也发生了明显演替[35]，提示对临床表现不一和/或处于疾病不同发展阶段的人群采用单一的检测、诊断及治疗龋病的方式必将造成部分患者的防治失败，发展口腔精准医学在龋病防治领域势在必行。在对牙周病相关微生物组的研究过程中，研究者不但筛选出了牙周病状态下差异分布的微生物群落组成，还发掘出了差异性富集的功能基因及转录子。笔者所在课题组采用人体微生物功能基因组芯片技术发现了编码毒力因子、氨基酸代谢、糖胺聚糖代谢和嘧啶代谢相关的功能基因在牙周炎患者中大量富集[36]。最近一项针对牙周炎患者龈下菌斑宏转录组的研究[37]发现，绝大多数表达上调的致病毒力因子主要来自一些以往被忽视的微生物。除龋病及牙周病这两大口腔最常见的感染性疾病外，笔者所在课题组对放疗导致口腔黏膜炎患者口腔细菌组成进行了全面分析，发现拟杆菌属、费克蓝姆菌属、葡萄球菌属组成丰度在放疗性黏膜炎发生、发展过程中产生了显著变化，这些差异性分布微生物表型是否可作为疾病预防及诊断的分子生物学标记亟待证实。
口腔常见感染性疾病防治研究进展提示，口腔精准医学需全面考虑宿主遗传因素与微生物群落因素对口腔常见感染性疾病发生、发展的影响。找寻与疾病发生密切相关的宿主基因及核心微生物组，建立全面的疾病风险评估系统，可建立更为有效个体化预防措施和治疗方法，如基于核心微生物群落组成与功能的椅旁诊疗系统和分子靶标疫苗，以及基于宿主易感基因的个体化基因治疗。
1.3 唇腭裂（cleft lip and palate，CLP）
CLP是一种由环境和遗传因素交互作用所导致的多基因遗传性疾病，是人类常见的出生缺陷。在世界范围内，CLP发病率约为1.7‰。CLP不但直接影响患者发音、听力、吞咽等生理功能，还可影响患者长期心理健康，严重影响患者生存质量。口腔精准医学对CLP的诊治目标是：深入研究CLP发生的遗传机制，根据不同分子生物学发病机理对CLP进行分类，实现精确的早期诊断，甚至胚胎期个体化基因治疗。由于颌面部发育过程中有多种基因与信号传导通路参与，任何环节的错误都有可能导致CLP发生，具有显著的遗传异质性，因此对CLP遗传机制的研究较为困难[38]。通过以家系或人群作为研究对象，采用连锁分析[39]、外显子测序[40]、GWAS[41]等遗传学研究手段，筛选与CLP发生相关的基因，进一步通过动物实验，验证并探究这些基因在CLP发生过程中的作用，目前已发现IRF6基因、Wnt/β-
catenin及BMP信号通路等功能异常与CLP发生密切相关。进一步整合遗传学研究成果，以不同表型的CLP为研究对象，一方面采用组学研究方法，发现更多与疾病发生相关的基因；另一方面优化前瞻研究模型，探索不同基因异常导致CLP发生的分子机制，对实现CLP的精准医疗有重要意义。
1.4 错畸形
错畸形由遗传因素与环境因素共同作用而产生，Angle错分类将其分为Ⅰ～Ⅲ类。对于个别类型错畸形，通过早期预防矫治、阻断矫治等干预措施，能阻碍其发生、减轻其畸变程度或改善后续的治疗效果。然而基于家族遗传史、早期口腔检查及影像学检查等，难以在早期对疾病进行精确的风险评估及诊断。深入研究错畸形发生的遗传机制，将利于错畸形早期诊断，并可通过基因信息判断某些患者的治疗效果[42]。
目前普遍认为Ⅲ类错畸形是一种多基因遗传性疾病[43]，但也有家系研究[44]表明Ⅲ类错畸形为单基因遗传疾病，具有孟德尔遗传疾病特征，提示Ⅲ类错畸形可能存在拥有不同遗传发病机理的亚型。全基因组连锁分析发现一些基因座上的遗传信息改变与Ⅲ类错畸形发生相关[43]。关联分析发现一些影响髁突软骨生长的基因，如IHH、PTHLH、VEGF、RUNX2、SOX9等，与Ⅲ类错畸形的发生密切相关[43]。 通过对4个家系进行外显子测序，发现DUSP6的一个错义突变与Ⅲ类错畸形显著相关[45]。通过GWAS等手段可获得更多与错畸形发生相关的候选基因，进一步对候选基因的机制研究亦将阐明其与错畸形发生及预后的关系，最终可实现通过个体遗传信息对某些错畸形进行早期诊断并进行传统的早期治疗，甚至针对某些导致错畸形发生的遗传因素进行精确的基因治疗。
1.5 牙列缺损与缺失
牙列缺损、缺失是口腔最常见疾病之一，严重影响咬合功能和全身健康。种植义齿修复是目前治疗牙列缺损、缺失的理想方案，成功率高达90%，但是一旦牙种植失败将对患者造成一定的经济损失与健康危害。骨整合是牙种植修复成功的重要标志之一，其过程类似骨愈合，依赖于宿主的组织修复能力及免疫反应。临床研究发现一些骨整合失败的风险因素，包括吸烟、系统性疾病、手术感染与创伤等因素。然而尚有一些骨整合失败病例并不能完全由以上临床指标解释。一些学者[46]发现牙种植失败存在聚集现象，即常发生于某些特定人群。目前认为牙种植失败存在遗传易感性[47]，发现和鉴定与牙种植体失败相关的个体遗传信息，一方面可精准评估个体牙种植失败风险，为高风险人群制定个性化修复方案；另一方面可在高风险人群牙种植修复过程中进行精准靶向干预，提高牙种植成功率[47]。
目前针对牙种植失败相关遗传因素的研究仍局限于对一些参与骨代谢的基因进行关联分析，研究发现IL1B[48]和MMP1[49]等基因与牙种植体失败相关。为能更全面地发现与牙种植失败相关的基因多态性，GWAS、外显子测序等高通量研究技术将是有力的工具。此外，还需建立更多的动物模型研究，对候选基因进行功能验证，并探究其分子机制。
1.6 其他
目前关于儿童口腔疾病发生、发展的分子机制研究相对较少。儿童早期龋（early childhood caries，ECC）定义为71月龄以下儿童发生的乳牙龋损。ECC病因与其他类型龋病有一致性，但亦存在一些特有的风险因素[50]，如产妇口腔健康情况以及生活习惯（糖、果汁摄入等）。遗传因素也是ECC病因的重要组成部分，Bagherian等[51]发现ECC患儿基因组HLA-DRB1等位基因频率显著高于无龋组儿童。基于现有研究对ECC经行风险评估与早期预防仍具有局限性，需要更广泛而深入的研究。
牙釉质发育不全（amelogenesis imperfecta，AI）是一系列影响釉质形成或矿化过程的遗传性疾病，具有多种表型以及遗传异质性。迄今已经发现数十种基因异常与非综合征型先天性AI发生相关，包括AMELX、ENAM、AMBN及MMP20等[52-53]。进一步以不同表型AI为研究对象，利用组学研究手段发现更多的与疾病发生相关基因突变，通过机制研究探索其发病的分子生物学机理，可为AI的基因诊断与基因治疗奠定基础。
另外，上述一些口腔疾病（如CLP、错畸形等）的“精准预防”与“精准诊治”与儿童口腔医学范畴有明显重叠。儿童口腔医学的特点决定其应当承担个体早期信息采集工作，推动口腔精准医学相关研究与临床进展。
2 实现口腔精准医学的挑战
2.1 构建口腔疾病知识新网络
现有口腔疾病定义与分类存在局限性，即主要基于疾病的临床表现及组织病理学改变，但一些临床指标及病理学指标的判读具有主观性，导致一些疾病的诊断不够精确。以表型为依据的疾病分类方式对一些在分子机制上不同而表型相似的疾病无法精确区分，导致采取同一种治疗方法针对不同患者取得的疗效差异显著。另外，某些疾病的临床表现、组织病理学表现具有滞后性，传统方法往往只有在疾病已造成严重损害时才能进行相应诊疗。口腔精准医学要求针对口腔疾病发生的分子机制进行深入研究，对口腔疾病进行新的分子生物学定义或分类，从而形成口腔疾病知识新网络[1]。口腔精准医学所构建的口腔疾病知识新网络应具有系统性、准确性、个体化及前瞻性，并以实现口腔疾病椅旁诊疗与口腔卫生宣教为主要目标。具体需实现对当前已获得及后续将要获得的高通量组学研究（基因组、转录组、蛋白组、代谢组）海量数据和患者临床信息的结构化存储和数据管理，实现临床采样、样本分析、患者临床信息、牙医诊疗方案等核心步骤的高效整合；开发数据库快速检索和智能化数据挖掘工具，进行多角度样本对比与聚类，挖掘分子遗传信息与患者临床表现及检测报告的相关性，通过各种交互式、可视化、图形化操作界面，最终自动生成口腔精准医学诊断报告与治疗方案，服务于牙医和患者。
笔者所在研究团队在长期从事口腔内科学相关基础与应用基础研究上，正在着手建立口腔菌群临床助诊系统。该系统的建立将实现椅旁采集个体口腔菌群样本，应用高通量测序技术获得菌种组成等数据，匹配宿主临床信息，实现海量测序数据与患者口腔健康状态的结构化存储和数据管理；围绕显微成像与宏基因组学两类数据，通过智能化的数据挖掘，自动生成口腔微生物群落临床助诊系统检测报告，并根据牙医和患者需求，通过电脑、iPAD和智能手机等新一代医患沟通工具，探索和示范新一代移动远程口腔医疗系统，对口腔感染性疾病进行“精准预防”及“精准诊断”。
2.2 组建口腔生物样本库
精准医学建立在大规模人群组学研究基础上，依赖于高质量、大数量的生物样本，包括人体血液、尿液、病变组织及微生物群落等。因此，建立具有完整临床信息的高质量生物样本库是21世纪个体化精准医疗的关键[54]。
生物样本库要求采集范围广，即要求纳入的个体数量多，又要求采集的样本种类多。例如丹麦国家生物样本库，含有1 500万份生物样本，包括血浆、血清、DNA等样本，全国每天新增入库的样本约有1 000多份[54]。口腔精准医学生物样本库不但包括血液、组织、DNA等生物学样本，还应包括口腔菌斑、唾液等样本。
生物样本库的建立还需配套的管理与安全维护工具：首先，样本库应当实时动态更新，以确保基于生物学样本的研究能准确揭示疾病动态变化的分子机理；其次，用于组学研究的生物样本需在较长时间内维持高质量，一些易降解破坏的DNA、RNA样本需要科学的保存；另外，在生物样本库的建立过程中还需加强对与之配套的信息化管理数据库的安全维护，特别注意在各生物样本库数据共享过程中针对涉及个人遗传信息方面的隐私保护。
随着“十二五”国家科技计划的推进，我国的生物样本库建设取得了蓬勃发展，其中临床疾病样本库和流行病研究人群对列样本库备受关注。笔者课题组在“十二五”国家科技支撑计划项目支持下，充分利用依托单位四川大学华西口腔医院巨大的临床患者资源，建立了口腔临床样本采集规范，包括严格的纳入排除标准、样品采样（唾液、软组织、菌斑）、标记和转送、样品处理、鉴定、分类、保存标准。在该系列流程的规范下，四川大学口腔疾病研究国家重点实验室已建立了我国人口腔微生物组资源库。在口腔生物样本库的建设过程中，国际同行在临床资源采集与安全管理方面有哪些可借鉴的经验，国内多中心联合样本库建设现状、遇到问题和困难，如何提高国内口腔生物样本库样本的数量与质量，加强生物样本实体库与信息库的安全管理，加速建设紧密围绕口腔临床重大疾病的生物样本库进而为口腔精准医疗提供有力的支持，是我们将长期面临的一系列的实际问题。
3 结语
精准医学模式的提出集合了诸多现代医学科技发展的知识与技术体系，体现了现代医学理念“简单到复杂，复杂到精准”的发展趋势，也代表了临床实践发展的方向。尽管现阶段美国的精准医学计划主要旨在实现肿瘤的精准医疗，但在这场围绕精准医学开展的未来医学格局的竞争中，应立足国情，明确自身优势，从肿瘤和非肿瘤疾病两方面入手，加速利用我国巨大的患者资源转化为促进临床诊疗技术进步的战略资源。与传统口腔医学模式相比，口腔精准医学旨在把人们对口腔疾病机制的认识与生物大数据和信息科学整合交叉，精确进行疾病分类及诊断，为疾病患者提供更具针对性和有效性的防疗措施，既有生物大数据的整合性，也有个体化疾病诊治的针对性和实时检测先进性。有理由相信，口腔精准医学将带来一场新的医疗革命，并将深刻影响未来医疗模式。在口腔精准医学临床研究方面，中国与美国处于同一起跑线，亟需国家大力投入与布局，整体提升我国口腔精准医疗水平及其转化应用领域的核心竞争力，为国家科学技术的发展、全面实现科学技术总体规划目标和造福人类做出更有力的推动和重大的贡献。
[参考文献]
[1] Committee on a Framework for Developing a New Taxo-nomy of Disease. Towards precision medicine： building a knowledge network for biomedical research and a new taxo-nomy of disease[M]. Washington， DC： National Academies Press， 2011.
[2] Hood L， Friend SH. Predictive， personalized， preventive， participatory （P4） cancer medicine[J]. Nat Rev Clin Oncol， 2011， 8（3）：184-187.
[3] Sadanandam A， Lyssiotis CA， Homicsko K， et al. A colorec-tal cancer classification system that associates cellular phe-notype and responses to therapy[J]. Nat Med， 2013， 19（5）：
619-625.
[4] Ai JY， Smith B， Wong DT. Bioinformatics advances in saliva diagnostics[J]. Int J Oral Sci， 2012， 4（2）：85-87.
[5] Agrawal N， Frederick MJ， Pickering CR， et al. Exome se-quencing of head and neck squamous cell carcinoma reveals inactivating mutations in NOTCH1[J]. Science， 2011， 333
（6046）：1154-1157.
[6] Stransky N， Egloff AM， Tward AD， et al. The mutational landscape of head and neck squamous cell carcinoma[J]. Science， 2011， 333（6046）：1157-1160.
[7] Nelson NJ. Genetic events in head and neck squamous cell carcinoma revealed[J]. J Natl Cancer Inst， 2013， 105（23）：
1766-1768.
[8] Pickering CR， Zhang J， Yoo SY， et al. Integrative genomic characterization of oral squamous cell carcinoma identifies frequent somatic drivers[J]. Cancer Discov， 2013， 3（7）：770-
781.
[9] Powell E， Piwnica-Worms D， Piwnica-Worms H. Contri-bution of p53 to metastasis[J]. Cancer Discov， 2014， 4（4）：
405-414.
[10] Lui VW， Hedberg ML， Li H， et al. Frequent mutation of the PI3K pathway in head and neck cancer defines predictive biomarkers[J]. Cancer Discov， 2013， 3（7）：761-769.
[11] Sun W， Gaykalova DA， Ochs MF， et al. Activation of the NOTCH pathway in head and neck cancer[J]. Cancer Res， 2014， 74（4）：1091-1104.
[12] Mandal RK， Yadav SS， Panda AK， et al. Vascular endothe-lial growth factor 936 c>； T polymorphism increased oral cancer risk： evidence from a meta-analysis[J]. Genet Test Mol Biomarkers， 2013， 17（7）：543-547.
[13] Zhao SF， Yang XD， Lu MX， et al. GSTM1 null polymor-phisms and oral cancer risk： a meta-analysis[J]. Tumour Biol， 2014， 35（1）：287-293.
[14] Li Y， Li LJ， Wang LJ， et al. Selective intra-arterial infusion of rAd-p53 with chemotherapy for advanced oral cancer： a randomized clinical trial[J]. BMC Med， 2014， 12：16.
[15] Cervigne NK， Machado J， Goswami RS， et al. Recurrent genomic alterations in sequential progressive leukoplakia and oral cancer： drivers of oral tumorigenesis[J]. Hum Mol Genet， 2014， 23（10）：2618-2628.
[16] Yardimci G， Kutlubay Z， Engin B， et al. Precancerous lesions of oral mucosa[J]. World J Clin Cases， 2014， 2（12）：866-872.
[17] Gissi DB， Gabusi A， Servidio D， et al. Predictive role of p53 protein as a single marker or associated with ki67 antigen in oral leukoplakia： a retrospective longitudinal study[J]. Open Dent J， 2015， 9：41-45.
[18] Qin GZ， Park JY， Chen SY， et al. A high prevalence of p53 mutations in pre-malignant oral erythroplakia[J]. Int J Can-cer， 1999， 80（3）：345-348.
[19] Cervigne NK， Reis PP， Machado J， et al. Identification of a microRNA signature associated with progression of leu-koplakia to oral carcinoma[J]. Hum Mol Genet， 2009， 18
（24）：4818-4829.
[20] Kanamoto T， Nonaka K， Nakata M. Genetic variation in experimental dental caries in four inbred strains of rats[J]. Caries Res， 1994， 28（3）：156-160.
[21] Bretz WA， Corby PM， Schork NJ， et al. Longitudinal ana-lysis of heritability for dental caries traits[J]. J Dent Res， 2005， 84（11）：1047-1051.
[22] Vieira AR， Marazita ML， Goldstein-McHenry T. Genome-wide scan finds suggestive caries loci[J]. J Dent Res， 2008， 87（5）：435-439.
[23] Peres RC， Camargo G， Mofatto LS， et al. Association of polymorphisms in the carbonic anhydrase 6 gene with sali-vary buffer capacity， dental plaque pH， and caries index in children aged 7-9 years[J]. Pharmacogenomics J， 2010， 10
（2）：114-119.
[24] Shaffer JR， Wang X， Feingold E， et al. Genome-wide asso-ciation scan for childhood caries implicates novel genes[J]. J Dent Res， 2011， 90（12）：1457-1462.
[25] Shaffer JR， Feingold E， Wang X， et al. GWAS of dental caries patterns in the permanent dentition[J]. J Dent Res， 2013， 92（1）：38-44.
[26] Wang X， Shaffer JR， Zeng Z， et al. Genome-wide associa-tion scan of dental caries in the permanent dentition[J]. BMC Oral Health， 2012， 12：57.
[27] Zeng Z， Shaffer JR， Wang X， et al. Genome-wide associa-tion studies of pit-and-fissure- and smooth-surface caries in permanent dentition[J]. J Dent Res， 2013， 92（5）：432-437.
[28] Stanley BO， Feingold E， Cooper M， et al. Genetic associa-tion of MPPED2 and ACTN2 with dental caries[J]. J Dent Res， 2014， 93（7）：626-632.
[29] Stabholz A， Soskolne WA， Shapira L. Genetic and environ-mental risk factors for chronic periodontitis and aggressive periodontitis[J]. Periodontol 2000， 2010， 53：138-153.
[30] Kebschull M， Guarnieri P， Demmer RT， et al. Molecular differences between chronic and aggressive periodontitis
[J]. J Dent Res， 2013， 92（12）：1081-1088.
[31] Kebschull M， Demmer RT， Grün B， et al. Gingival tissue transcriptomes identify distinct periodontitis phenotypes[J]. J Dent Res， 2014， 93（5）：459-468.
[32] Turnbaugh PJ， Ley RE， Hamady M， et al. The human mi-crobiome project[J]. Nature， 2007， 449（7164）：804-810.
[33] Belda-Ferre P， Alcaraz LD， Cabrera-Rubio R， et al. The oral metagenome in health and disease[J]. ISME J， 2012， 6（1）：
46-56.
[34] Ling Z， Kong J， Jia P， et al. Analysis of oral microbiota in children with dental caries by PCR-DGGE and barcoded pyrosequencing[J]. Microb Ecol， 2010， 60（3）：677-690.
[35] Aas JA， Griffen AL， Dardis SR， et al. Bacteria of dental caries in primary and permanent teeth in children and young adults[J]. J Clin Microbiol， 2008， 46（4）：1407-1417.
[36] Li Y， He J， He Z， et al. Phylogenetic and functional gene structure shifts of the oral microbiomes in periodontitis pa-tients[J]. ISME J， 2014， 8（9）：1879-1891.
[37] Duran-Pinedo AE， Chen T， Teles R， et al. Community-wide transcriptome of the oral microbiome in subjects with and without periodontitis[J]. ISME J， 2014， 8（8）：1659-1672.
[38] Dixon MJ， Marazita ML， Beaty TH， et al. Cleft lip and palate： understanding genetic and environmental influences[J]. Nat Rev Genet， 2011， 12（3）：167-178.
[39] Zucchero TM， Cooper ME， Maher BS， et al. Interferon regu-latory factor 6 （IRF6） gene variants and the risk of isolated cleft lip or palate[J]. N Engl J Med， 2004， 351（8）：769-780.
[40] Roach JC， Glusman G， Smit AF， et al. Analysis of genetic inheritance in a family quartet by whole-genome sequencing
[J]. Science， 2010， 328（5978）：636-639.
[41] Sun Y， Huang Y， Yin A， et al. Genome-wide association study identifies a new susceptibility locus for cleft lip with or without a cleft palate[J]. Nat Commun， 2015， 6：6414.
[42] Joshi N， Hamdan AM， Fakhouri WD. Skeletal malocclusion： a developmental disorder with a life-long morbidity[J]. J Clin Med Res， 2014， 6（6）：399-408.
[43] Xue F， Wong RW， Rabie AB. Genes， genetics， and Class Ⅲ malocclusion[J]. Orthod Craniofac Res， 2010， 13（2）：69-74.
[44] El-Gheriani AA， Maher BS， El-Gheriani AS， et al. Segrega-tion analysis of mandibular prognathism in Libya[J]. J Dent Res， 2003， 82（7）：523-527.
[45] Nikopensius T， Saag M， Jagom?gi T， et al. A missense mu-tation in DUSP6 is associated with Class Ⅲ malocclusion
[J]. J Dent Res， 2013， 92（10）：893-898.
[46] Weyant RJ， Burt BA. An assessment of survival rates and within-patient clustering of failures for endosseous oral im-plants[J]. J Dent Res， 1993， 72（1）：2-8.
[47] Alvim-Pereira F， Montes CC， Mira MT， et al. Genetic suscep-tibility to dental implant failure： a critical review[J]. Int J Oral Maxillofac Implants， 2008， 23（3）：409-416.
[48] Jansson H， Hamberg K， De Bruyn H， et al. Clinical conse-quences of IL-1 genotype on early implant failures in patients under periodontal maintenance[J]. Clin Implant Dent Relat Res， 2005， 7（1）：51-59.
[49] Santos MC， Campos MI， Souza AP， et al. Analysis of MMP-1 and MMP-9 promoter polymorphisms in early osseointe-grated implant failure[J]. Int J Oral Maxillofac Implants， 2004， 19（1）：38-43.
[50] Leong PM， Gussy MG， Barrow SY， et al. A systematic re-view of risk factors during first year of life for early child-hood caries[J]. Int J Paediatr Dent， 2013， 23（4）：235-250.
[51] Bagherian A， Nematollahi H， Afshari JT， et al. Comparison of allele frequency for HLA-DR and HLA-DQ between patients with ECC and caries-free children[J]. J Indian Soc Pedod Prev Dent， 2008， 26（1）：18-21.
[52] Wang SK， Choi M， Richardson AS， et al. ITGB6 loss-of-function mutations cause autosomal recessive amelogenesis imperfecta[J]. Hum Mol Genet， 2014， 23（8）：2157-2163.
遗传学的发展阶段范文6
一、正确处理学科知识、社会需要和学生发展之间的关系
无论是课程目标的确定还是教学内容的选取,都有一个首当其冲而且无法回避的问题,也就是学科知识、社会需求和学生发展三者的关系问题。各国课程改革的经验表明,“以学科为中心”的课程能够较好地传递人类社会积累的知识和经验,有利于学生建立完整的知识结构并实现知识的迁移,但是由于忽视社会的需要和学生的心理特征及认知规律,容易造成与社会脱节和学生学习负担过重。“以社会为中心”的课程强调按社会需要来确定教学内容,有利于培养学生参与社会活动的意识和能力,但是由于忽视知识的内在逻辑顺序和学生的个性特点,使得课程内容零散,缺乏整体性和连续性,不利于学生的全面发展。“以学生为中心”的课程以学生的兴趣和动机为基础,以学生所需要的经验和感兴趣的问题构成学习单元,让学生从做中学,有利于提高学生的学习兴趣,发展学生学习的主动性和创造性,但是由于忽视知识的系统性和教育的社会功能,内容庞杂而缺乏连续性,不利于人类文化遗产的传递,不利于学生掌握适应社会所必需的基础知识和基本技能。现在,越来越多的人认为,学科知识、社会需求和学生的发展都是课程设计应当考虑的重要因素,应当将这三者作为一个统一的整体来考虑,不可偏废。
中学生物课程目标的确定应当力求实现学科知识、社会需求和学生发展的最佳结合。因此,新世纪中学生物课程教材改革的重点不是如何更加完美地呈现生物学科的知识结构,而是如何更好地体现学生发展和社会的需要。
二、课程目标要适应社会发展的需要
在充满希望和挑战的21世纪,科学技术与社会将发生强相互作用。科技将高度社会化,社会将高度科技化。社会的高度科技化要求公民普遍具有较高的科学素养,包括科学知识、科学观点、科学态度、科学精神、科学方法、科学价值观、科学思维习惯和行为习惯等。生物科学在社会发展中的地位和作用要求我国涌现出一大批站在生物科学前沿的创新型人才。从这个意义上说,中学生物课程一方面要使广大受教育者具有较高的生物科学素养,另一方面又要为将来可能从事生物科学研究的学生,在态度观念、知识和能力等方面打好生物学基础。
从国际上看,全球经济的一体化,人类社会的高度信息化和科技化,高科技的发展所引发的知识经济时代的到来。全球性的人口、粮食、健康、能源、资源和环境等问题,都给各国的基础教育,尤其是发展中国家的基础教育提出了严峻的挑战,要求基础教育的教育目标作适当的调整,如强调国际理解,具有收集和处理信息的能力,树立全球意识和环境意识,树立人与自然和谐共处、可持续发展的观念,学会关心,学会学习,学会发现,学会创造等。从国内形势来看,经济正处在高速增长的阶段,同时也面临着许多问题,如人口负担过重,环境污染加剧,科学技术水平与发达国家相比差距较大,民族创新意识不强,社会转型期人们的思想观念冲突和各种社会矛盾比较突出,人们的思想道德和科学文化素养有待于进一步提高,等等。这些问题对基础教育所提出的要求,特别是知识经济对基础教育的要求,也都应当在中学生物课程目标中得到体现。
知识经济是建立在知识的生产、传播、转移、分配和使用之上的经济。知识经济所依赖的主要资源不是有形的物质资源,而是无形的智力资源。中国作为一个人口众多、人均物质资源相对贫乏、因科技和管理水平低而对物质资源的利用效率又很低的国家,如果能充分开发人们的大脑,提高民族创新能力,特别是科技创新能力,沉重的人口负担就会转化为无与伦比的智力资源。中国就有可能变劣势为优势,在某种程度上超越工业化国家已经走过的一些发展阶段,迅速赶上发达国家。假如我们培养出的学生总是长于记忆而拙于发现,长于应试而拙于实践,乐于接受现成结论而不会质疑,只知被动完成老师下达的学习任务而不知主动地学习,创新精神和实践能力就无从谈起,我们怎么能抓住知识经济时代带来的发展机遇呢?由此可见,新世纪中学生物课程的教育目标,应当以全面提高学生的生物科学素养为宗旨,以培养学生的创新精神和实践能力为重点。
三、课程目标要符合学生发展的需要
关于学生发展的需要,首先应当研究中学生学习生物科学的心理特征和认知规律。要了解哪些内容是学生乐于学习的,哪些内容对学生的终身学习和发展具有较高的价值,而不是单纯从学科知识的系统性出发,选取学生应当学习的内容。调查表明,关于动植物的形态结构和分类等事实性知识,名词术语较多;有些动植物是学生不常见的,教学大纲和教材从学科知识的系统性出发,将它们作为代表动物或代表植物讲述,学生的学习兴趣较低。关于原理性知识和程序性知识,能够使学生理解为什么,懂得怎么做,是学生非常感兴趣的。例如,生物的性状是怎样遗传给后代的?遗传物质是怎样发现的?等等。因此,在确定具体教学内容的教学目标时,对事实性知识应当做较低要求,如知道或识记等;对原理性和程序性知识应当做较高要求,如理解和应用等。教学内容的时效性和对学生发展的价值是与其基础性呈正相关的,也就是说,教学内容与基本概念、基本原理和相关性越高,其时效性就越长,对学生发展的价值就越大。因此,在确定本学科课程目标时,使学生掌握生物学的基本概念和基本原理仍是不可忽视的。
生物学实验、实习和调查等探究活动是中学生普遍感兴趣的。这些探究活动不仅能够帮助学生掌握知识,而且能够使学生充分体验到发现的乐趣,成功的愉悦,在科学态度、意志、合作精神、观察能力、动手能力、分析和解决问题的能力等方面也能得到发展。因此,让学生拥有科学探究的经历和体验,应当成为中学生物课程的重要目标。
在研究学生心理特征和认知规律的基础上,至少还应当研究以下几个问题。一是如何促进学生的全面发展。促进学生的全面发展是靠整个教育体系特别是课程体系来实现的,社会和家庭因素也起着重要作用,因而非一门学科课程所能承担。但是,一门学科课程的教育功能又是多方面的。中学生物课程作为一门科学课程,在提高学生的生物科学素养、发展智力的同时,在德育、美育和促进学生身心健康发展方面也应当发挥独特的作用。二是如何体现尊重学生个性发展的特点。学生的认知水平和兴趣都不是整齐划一的。具体教学内容的教学目标应当体现弹性和选择性,有基本要求和较高要求之分,随着年级的递进,选学内容应当逐渐增多。各种探究活动应当为学生提供多种可供选择的方案,也可以让学生自己提出探究的课题,自己设计和进行实验寻找答案。
三是如何为学生的终身发展打基础,培养学生终身学习的能力。为此,在课程目标中应当要求学生具有利用课本以外的信息资源获取和处理信息的能力。 四、课程目标应当体现学科特点
在20世纪,随着数学、物理和化学原理和方法在生物学研究中的广泛应用,研究手段的现代化,生物科学取得了突飞猛进的发展。以DNA双螺旋结构模型的建立为标志,分子生物学的研究取得长足进展,并深入到遗传学、细胞生物学、神经生物学、发育生物学、进化论和生态学等各分支领域,使生物学各个领域的研究在分子水平上趋于统一,并越来越接近揭示生命的本质。生物科学原理与工程技术的结合,催生了生物工程(生物技术),并迅速实现产业化,成为新的经济增长点,在农业、医药工业、医疗、环保等领域硕果累累。与生物学密切相关的人体科学、营养学、优生学、卫生学、行为科学等学科的发展,在促进人们身心健康、提高人们生活质量方面发挥了重要作用。
21世纪将会加速发展的学科群中,生命科学因其研究客体的极端精巧和复杂性,以及社会多种需求(人类生存环境、资源、食物、健康等)所产生的紧迫性,最可能出现革命性的变化,以至成为新的科技革命的中心,对其他学科产生巨大的带动作用,并对人类社会的生产方式、生活方式乃至思维方式产生广泛而深刻的影响。
生物科学的现状和发展趋势要求中学生物课程的知识教育目标做出相应的变革,应当使学生不仅掌握基本的生物学概念、原理和规律,而且了解这些知识产生的过程及其应用,还要了解生物科学的新进展和发展趋势。
生物课程在思想品德教育方面具有独特的作用。生命的物质性,生物界普遍存在的对立统一,各种生命现象之间、生物个体之间、生物与环境之间存在的相互依存和普遍联系,等等,都是进行辩证唯物主义教育的好材料。我国生物资源的多样性、生物科学的成就等内容,能够激发学生的民族自豪感;我国野生生物资源和生物多样性面临的危机、生态环境的恶化等内容,能够激发学生的民族责任感,这些都是进行爱国主义教育的良好素材。生物进化观点和生态学观点教育,能够帮助学生建立科学的世界观。生态学的基本原理和生态伦理学等内容,能够帮助学生正确认识和对待人与生物的关系、人类社会经济发展与自然环境的关系,树立人与自然和谐共处和可持续发展的观念。生物工程的兴起和克隆技术的出现,已经并将继续对人类的伦理道德体系提出新的挑战。生物科学史和科学探究活动等内容,能够帮助学生理解科学的性质,养成科学态度和科学精神。生物科学、技术与社会相互联系和相互作用的内容,能够帮助学生正确认识科学、技术和社会的关系,形成科学的价值观。中学生物课程目标应当充分体现本学科这些德育功能。
