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生物信息学前景范文1
关键词:初中生物;生活化;课堂教学;具体策略
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2016)07-130-01
随着新课程改革的不断推进和发展,新课程改革的很多理念也逐渐深入教师和学生的心理深处,其中,注重教学内容、教学计划和教学安排与生活之间的联系,也是新课程改革中提出的理念之一。为此,在很多教学领域内,各任课教师开始了新一轮的教育教学方式的探讨,而这些探讨的前提,应该是建立在与所授科目的学习特点相契合的教学方式。从这一角度讲,在初中生物的课堂教学中,提倡生活化的教学方式就是一种契合初中生物教学规律的授课方式,具体来讲,教师在初中生物的教学中,良好的运用生活化的教学方式,可以从以下几个方面入手,加以巩固和实现。
一、在初中生物的教学中,教师可以实现教学内容的生活化转换
初中生物的教学,不同于其他学科之处,在于这门学科所包含的大多数的教学内容都与生活有着或浅或深的联系。具体来讲,初中生物的学习内容中,诸如对植物的光合作用、植物的呼吸作用等方面知识的学习,都是与学生们的生活密切相关的学习知识。但是,在长期的教科书发展过程中,初中生物的教学和学习,由于受到传统的应试教育的影响,教师的授课以及学生的学习,更多的是停留在知识的传授层面上,而对其中蕴含的生活化的气息,以及其中蕴含的生活化的趣味,都进行了一定程度上的忽略,这就要求教师在教学内容的安排和处理上,要更加突出其生活化的特点。
当今,新的教学背景逐渐产生,在教育教学中,随着新课程改革标准的逐渐发展,教师的教学理念应当产生相应的变化,这种理念的变化也应当从一定的程度上,实现在教师教学行动中的转化。教师的教学行动可以包括教学之前的备课阶段,课堂教学的过程,以及课后阶段,其中,在教师的备课阶段,教师应该做到相应的备教材的过程中,教师可以采取一定的教学手段,来促进自己的教学更接近于生活化的教学。
具体来讲,教师可以将教材中出现的那些文字型的、抽象的初中生物知识,进行进一步的转换和加工,让学生结合自己的生活体验对知识进行理解和学习。比如在对植物的呼吸作用的学习中,教师可以让学生在家中对某些植物进行呼吸相关的实验,然后让学生对实验后的现象进行分析。这样学生通过实验的方式,接受初中生物知识,能够减少知识与学生学习之间的陌生化的程度,从而促进学生的学习热情。
二、在初中生物的教学中,教师要注重对生活化教学情景的设置
在初中生物的知识设置中,除了这些与生活紧密相关的,具有明显的生活化特征的知识,还存在一些具有生活化的特征,但是很难通过学生的亲身体验式的学习,进行知识的接受和理解。因此,在这种情况下,教师可以通过设置生活化的教学情境,让一些与学生的实际生活距离有些远的初中生物知识,产生与学生的学习更近的距离。
具体来讲,一方面教师对初中生物教学中生活化情景的创设,可以通过类举的方式实现。所谓类举的方式就是指,教师在相似的知识的前提下,对某一个相关的案例的讲解中,可以通过这一案例与其他事例之间的相似性的知识特点,进行合理的转移。比如说,教师在遇到与“生物变异”相关的知识讲解时,我们知道,这一原理来自于生物知识中的与遗传相关的知识,因此可以将其转换为我们所熟悉的遗传知识,如我们平常所说的“龙生龙,凤生凤”等俗语知识,以及生物遗传中常被提及的身高遗传、双眼皮遗传等相关的知识。在这种情况下,学生通过自己对熟悉案例的分析和理解,不仅可以增加对相似案例的理解和接受程度,还能够在一种趣味化的学习氛围中,增强自身对初中生物学习的兴趣和热情。
从另一方面来讲,教师这种生活的创设,也是一种营造轻松、和谐的课堂教学氛围的有效方式,在这种轻松环境下,学生容易放松自己的学习紧张的状态,从而从情感的角度出发,激发自身的情感学习的体验。同时,在这种轻松、舒适的学习环境下,也更容易激发学生学习创造性能力,最终实现学生自我知识的掌握能力和应用能力的提高。
三、在初中生物的教学中,教师可以让学生的课下作业更具生活实践性
在初中生物课程的学习中,学生通过在课上对课本上的知识进行学习,能够获得生活化的体验以外,还可以通过一些与知识相关的练习或者是课下作业,对学生初中生物这门学科进行进一步的生活化的体验式学习。
之所以在初中生物的生活化的教学和学习中,既提倡学生在课上的生活化体验的学习,还提倡学生在课下进行与生活化相关的学习体验,是因为任何学习只通过单一的学习方式,都无法实现这种学习方式上的深层面的效果。因此,在巩固和运用一种学习效果的前提下,一种学习方式还需要另一种学习方式的补充。正如我们所讲的生活化的教学方式和学习方式,学生仅仅通过教师的生活情境的创设,以及学生在小范围内的生活体验,难以达到生活化教学方式在初中生物的教学中应该起到的教学效果和学习效果。这就需要教师布置相关的生活化的作业,然后通过这种作业训练的教学方式,对生活化的教学模式进行巩固。
生物信息学前景范文2
在1956年美国召开的首次“生物学中的信息理论研讨会”上人们提出了生物信息学的概念[1]。近几年,随着人类基因组计划(HGP)的迅猛发展,各种数学软件以及生物分析软件的出现,将之前积累的大量不同生物基因序列、蛋白质氨基酸残基序列、不同生物种属之间基因序列、蛋白质以及结构序列的保守结构位点进行整合,并据此建立了庞大的数据库系统。而对于这些数据的分析,必须依靠计算机分析技术的不断发展,所以就形成了一门由生物科学、计算机科学、信息科学、应用数学、统计学等多门学科相互交叉的学科——生物信息学技术[2-4]。
生物信息学的基础是各种数据库的建立和分析工具的发展。迄今为止,生物学数据库总数已达500个以上。归纳起来可分为4大类:即基因组数据库、核酸和蛋白质一级结构数据库、生物大分子三维空间结构数据库,以及以上述3类数据库和文献资料为基础构建的二级数据库[7]。常用生物信息学数据库[8-10]:
European Molecular Biology Laboratory(EMBL)——欧洲分子生物学实验室http://ebi.ac.uk/ebi_docs/embl_db/ebi/topembl.html
UK Human Genome Mapping Project-Resource Center(HGMP-RC)——英国医学研究委员会所属人类基因组图谱资源中心 http://hgmp.mrc.ac.uk/default.htm
SeqNet:UK Node of European Molecular Biology Network(EMBNet)——欧洲分子生物学信息网http://seqnet.dl.ac.uk/default.htm
GenBank——美国国家生物技术信息中心(NCBI)所维护的供公众自由读取的、带注释的DNA序列的总数据库http://ncbi.nlm.nih.gov/Web/Search/index.html
National Center for Biotechnology Information(NCBI)——美国国家生物技术信息中心http://ncbi.nlm.nih.gov/
DNA Databank of Japan(DDBJ)——日本核酸数据库http://ddbj.nig.ac.jp/default.htm
Genome Sequence DataBase(GSD)——美国国家基因组资源中心维护的DNA序列关系数据库http://seqsim.ncgr.org/default.htm
Online Mendelian Inheritance in Man(OMIM)——在线人类孟德尔遗传数据库http://www3.ncbi.nlm.nih.gov/Omim/searchomim.html
European Drosophila Genome Project http://edgp.ebi.ac.uk/default.htm
The Institute for Genomic Research(TIGR)——美国基因组研究所http://tigr.org/default.htm
The Sanger Centre http://sanger.ac.uk/default.htm
Swiss Institute of Bioinformatics(Expasy)http://expasy.ch/default.htm
GenomeNet(Japan)http://genome.ad.jp/default.htm
Australian National Genomic Information Service(ANGIS)http://morgan.angis.su.oz.au/default.htm
Bioinformatics and Biology Resources on the Internet http://aeiveos.wa.com/biology/index.html
List of other Genome Sites http://hgmp.mrc.ac.uk/GenomeWeb/default.htm
Brunel University Online Teaching Programme http://brunel.ac.uk/depts/bl/project/front.htm
Whitehead Institute for Biomedical Research(WI)http://wi.mit.edu/
WICGR(WI/MIT Center for Genome Research)http://www-genome.wi.mit.edu/
Cold Spring Harbor Laboratory(CSHL)——冷泉港实验室http://clio.cshl.org/
SMI(Stanford Medical Informatics)http://www-smi.stanford.edu/projects/helix/
BNL(Brookhaven National Laboratory)——美国布鲁克海文国家实验室http://genome1.bio.bnl.gov/
Weizmann Institute of Science——以色列魏兹曼科学研究所 http://bioinformatics.weizmann.ac.il/
中国科学院上海生命科学院生物信息中心(BioSino)http://biosino.org.cn/
北京大学生物信息中心(CBI或PKUCBI)http://cbi.pku.edu.cn/
中国军事医学科学院情报研究所 http://bmi.ac.cn/bio/
1 生物信息学在寄生虫基础研究中的现状
随着HGP的开展[11-12],人体寄生虫基因组研究也受到了广泛的重视。1993年美国人类基因组研究中心对HGP 作了修订,修订后的HGP 将模式生物基因组列入了HGP的内容[13],认为通过对较为简单的模式生物基因组的研究,可为人类基因的功能鉴定提供线索,并可从简单的基因组分析入手建立技术积累经验。人体寄生虫是一类结构较简单的单细胞生物如原虫或多细胞生物如蠕虫[14],是研究模式生物较理想的材料。因此,人体寄生虫基因组计划也已成为人类基因组计划中模式生物基因组研究重要内容之一[15-16]。其中,基因序列测定和新基因的发现是人体寄生虫基因组计划的首要任务。目前应用生物信息学对下列人体寄生虫基因组进行了研究[17-18]:
1.1 恶性疟原虫 基因组计划开展较早,研究表明恶性疟原虫的基因组大小约30Mb,含15000~17000个基因。在GenBank 中已记载的恶性原虫5031个基因顺序资料中,有3755个为抗原/蛋白质的编基因序列。
1.2 利什曼原虫 基因组大小约为35Mb,通过构建利什曼原虫不同时期特异性cDNA文库和长片段基因组文库,已经获得了2000多个EST 序列。
1.3 美洲锥虫 基因组大小为55 Kb,已建立了标化cDNA 文库,BAC 文库和YAC 文库。现已完成了7000个EST序列的测定,3号和4号染色体序列已测定。
1.4 丝虫 基因组大小为100Mb(以马来丝虫代表),至目前为止,在GenBank 中EST 序列已达到16500个,鉴定出新基因6000个,占预测基因总数的1/3。
1.5 硕大利什曼原虫 已有约500个EST 序列进入数据库,均是从含有引导序列的全长cDNA的5端测出的序列,对利什曼原虫的目标是测出至少1500个新序列。
1.6 血吸虫 基因组大小为270 Mb,估计基因数为20000个。血吸虫基因组计划始于1995年,早期研究工作主要是新基因的发现和绘制低分辨率的物理图谱。目前在GenBank中已有的血吸虫基因EST序列超过45900条,3500 个新基因已被鉴定,占基因总数的15%。
2 生物信息学在包虫基础研究中的应用前景
包虫病是一个世界性的流行病,其防治工作倍受各国研究者重视。包虫生活史复杂,同一包虫的不同种株,以及在同一种株的不同发育阶段,不同组织,甚至随着环境的改变,其基因表达变化很大。目前有关包虫的研究还不是很多,研究资源主要集中于研究包虫单个基因的序列及其功能,随着后基因组时代的发展,以及生物信息学的兴起,包虫的研究将从单个基因和功能向全基因组和功能研究转变,从局部向整体转变,从而使有目的地大规模研究疫苗和药物相关基因成为可能。
目前,应用生物信息学在对血吸虫的基础研究中取得了很大的进展。这便给了我们一个提示,可以应用生物信息学对包虫进行基础研究。首先,可以通过生物信息学的相关网站得到目前已知的包虫的基因或蛋白序列。目前报道包虫的核酸序列共11106条[美国国立生物技术信息中心(NCBI)数据库],见下表:
核酸序列线粒体
内核酸线粒体
外核酸总核酸
序列数Nucleotide5625321097相关EST01000210002GSS077 之后可以通过生物信息学相关工具做以下工作[19]:
2.1 基因功能预测 一个新基因得到后,接下来的工作就是寻找该基因的功能。序列同源比较是预测基因功能的第一步。利用同源比较算法,将待检测的新基因序列从DNA和蛋白质序列数据库中进行同源检索后,就可以得到一系列与新基因同源性较高的基因或片段。这些基因和片段的已知功能信息就为进一步分析新基因功能提供了具有相当参考价值的导向。最主要的生物学数据库是核酸、蛋白质序列数据库及其三维结构数据库[20]。
2.2 寻找蛋白质家族保守序列 通过同源检索,寻找新基因中包含的该蛋白质家族的保守序列,为进一步深入研究其功能作好准备。多重序列同源比较,被用来寻找基因家族或蛋白质家族中的保守部分[21-22]。由于保守部分常常与家族成员的功能密切相关,蛋白质家族数据库能够帮助科学家更好地认识基因的功能。最具代表性的蛋白质家族保守序列的数据库有PRINTS、BLOCKS、Sbase 和Prosite等。这些数据库可以帮助我们把新基因所属的蛋白质家族及其保守部分找出来,并提供该家族其他成员的结构和功能信息[23]。
2.3 蛋白质结构的预测 如果一个可能的新基因通过同源检索后没有同源性,就成为孤独基因了。孤独基因可以通过结构同源比较,寻找结构同源的基因或直接预测其高级结构来推测其可能的功能。有很多蛋白质高级结构数据库提供结构同源比较的检索[20]。
目前,在后基因组时代,研究者们面对的不仅是序列和基因,也有越来越多的完整基因组。对不同种株包虫基因组之间的比较性研究很可能会得到大量有用信息,而对同一种包虫生活史不同阶段基因组的比较性研究可能会使人们对于该物种的认识更加深入。因此,随着生物信息学的迅速发展和后基因组计划的深入,包虫的基础研究必将得到极大地发展。人们能够期望从对基因和基因的生物学功能研究着手,发现更有效的抗包虫的药物靶位或疫苗[24-25],并为彻底揭开包虫的奥秘以及有效的治疗与预防包虫病打下基础。
参考文献
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生物信息学前景范文3
【关键词】生物电子学;研究生选修课;教学探索
Postgraduate Course of Bioelectronics Opened and Teaching
SU Shao
(School of Materials Science and Engineering, Nanjing University of Posts & Telecommunications, Nanjing Jiangsu 210023, China)
【Abstract】“Bioelectronics” is a newly elective course, which has opened for different postgraduates. Bioelectronic is an emerging and fascinating interdisciplinary, covering many areas of research, has become a research hotspot. This elective course aims to broaden graduate research horizons, learn about the latest frontior research and develop students' innovative spirit and overall quality. In this paper, we discuss the experiences of the research fields of bioelectronics, reference books, teaching object, course content and teaching methods and prospect the future development of the electives course.
【Key words】Bioelectronics; Postgraduate elective course; Teaching explore
0 前沿
生物电子学(Bioelectronics)是以生物学和电子学为代表但又涉及化学、物理、材料及信息技术等许多学科和高新技术相结合的一门新兴交叉学科。电子信息科学技术和生物科学(含医学科学)是十分重要的两个学科领域,它们对科学技术进步和经济发展,乃至于对人类的社会生活方式都将产生深刻而重要的影响。生物电子学的发展充分体现了上述两个学科的相互依赖和和相互促进的关系。生物电子学自20世纪50 年代诞生以来,发展迅速,领域不断拓宽,地位日益重要,已经展示了广阔的发展前景[1-2]。子学的研究领域大致可以包括如下7个方面:(1)生物信息检测;(2)生物医学信息处理;(3)生物系统建模和仿真;(4)场与生物物质的作用;(5)分子和生物分子电子学;(6)生物信息学;(7)生物医学仪器。近20年来,随着各种新原理、新技术和新方法不断地应用到生物电子学的研究中,生物电子学的发展日新月异,目前越来越的科研工作者聚集生物电子学方面的研究。
1 研究领域
生物电子学作为新兴的交叉学科,发展迅猛,涉及多个研究领域。国外的大学很早就开展生物电子学的相关研究。如英国的克兰菲尔德大学,其生物电子学方面的研究就包括生物信息学、生物传感器与生物诊断、环境与健康、环境与自然、环境与安全、智能材料和转化医学等。我国在1985年,由韦钰院士创立了分子与生物分子电子学实验室,通过20年的发展,2002年,东南大学生物电子学国家重点实验室开始建设。目前,该重点实验室的发展目标是瞄准生物电子学的国际发展前沿,开展应用基础研究,侧重综合应用信息科学领域的最新成果,发展生物领域研究的新方法和新技术,并用于探究生命过程的本质,揭示重大疾病的机制,为医学发展开辟新途径。该国家重点实验室以生物信息材料与器件、生物信息获取和传感、生物信息系统和应用为主要研究方向,研究内容涉及分子(纳米)有序材料及其制备、分子有序结构的组装与表征、分子/纳米器件、生物/纳米材料及其应用、植入式电子器件、单分子与单细胞检测、生物传感器、微阵列芯片技术、微流体生物芯片、生物信息学、仿生信息处理系统及应用、脑信息系统的建模和应用等。
2 教材选择
本课程是专业选修课,开设对象是低年级的硕士研究生和博士研究生。相对于本科生,研究生具有良好的自学能力和独立思考能力,因此,如何选择实用、全面和专业的参考教材尤其重要。目前,国内还没有《生物电子学》课程的材,很多医学专业的高等院校选用的是生物电子医学方面的教材,并不能很好的满足普通高校本科生或者研究生的课程需要。因此,在依据本学校和本学院的专业设置(材料物理、材料科学和信息显示等专业),以及本学院教师的科研方向,选用了以色列著名科学家Itamar Willner为主编,汇集了众多在生物电子学方面的专家编著的《Bioelectronics》[3]教材,从生物电子学的定义,生物电子学的发展和研究领域等方面,并结合当前热门生物电子学方面的科研资料和科研文献,多方位、多角度的向研究生展示生物电子学的研究内容、研究方向、研究前沿和研究热点。这样的安排,让研究生从一开始就接触科学前沿,开阔了眼界,更好的领悟科学的真谛。
3 授课对象
《生物电子学》是硕士和博士研究生的专业选修课程,目前选修本门课程的学生的专业跨度很大,有材料化学、材料物理和高分子材料与工程等不同专业。我们开设本门课程的宗旨是让不同学生都了解什么是生物电子学、当前生物电子学发展到怎样的阶段和生物电子学涉及的研究领域。通过对这些方面的学习,结合各自的研究背景,将生物电子学领域的研究内容糅合到各自的科学研究中,实现科学创新,更好更快的进行科学研究。
4 授课形式和课程内容
本门课程为研究生专业选修课,在授课形式和课程内容上有别于本科生的专业必修课。在充分考虑研究生具有良好的自学能力和理解能力的基础上,我们决定将本门课程的课时设置为32学时,分8次课完成。课题上以授课和讨论两种主要形式进行,设为8个不同的生物电子学版块,以讲座形式进行教学,并同时让研究生依据各自的研究背景,以每次课所要将的内容为主线,做好课下准备,带着问题有针对性的进行实时讨论。本着“科学性、系统性、实用性”的原则,我们确立了具体的授课内容,主要包括以下内容:概论部分、生物传感器、生物芯片、活体生物发光和荧光成像技术、微流控芯片体外诊断、临床即时检测仪器和DNA纳米技术等。在讲授这些专题的同时,结合大量的最新科研的前沿和热点文献,循序渐进,生动直观的介绍生物电子学方面的知识,使课堂教学更为生动、丰富。
5 教学方法
为了使研究生能在有限的课时内掌握老师所教授的内容,并能学以致用,就必须要运用灵活多样的教学方式,如:多媒体教学、互动式教学、理论联系实际等方法。由于生物电子学涉及多个研究领域,书本上的基础知识往往较为枯燥、抽象,不能很好的吸引研究生的求知欲望。因此,本门课程主要以多媒体教学为主,辅以互动式教学。在讲解科学前沿和热点时,利用多媒体技术在功能上、空间上及时间上交互的便利性,直观生动的将各种原理示意图、实验结果甚至影像资料展示给研究生,将抽象、枯燥的科研问题直观、形象又深入浅出的解释给学生,激发学生的学习兴趣。
为了提高研究生的学习主动性,让研究生参与到整(下转第24页)(上接第16页)个教学环节中,此时教师与学生不再说简单的传授与接受的关系,而是双边的互动关系。在课堂上除了老师有针对性地向学生提问外,学生也可以随时向老师发问,通过互动式教学,使学生最大限度地参与教学活动,积极思维,培养了主动探索、勇于创新的意识。
6 结语
目前《生物电子学》这门研究生选修课程还处于不断探索和改革阶段,作为专业教师,责任任重而道远,今后除了要不断提高自身的业务素质,不断实践、不断总结,还要依据不断变化的科研环境和教学环境,及时与学生沟通,把《生物电子学》课程的教学工作开展的更有深度、更有效果、更受研究生喜爱,为研究生开拓眼界、提升创新思维作出贡献。
【参考文献】
[1]韦钰.电子科技导报[N].1998,11,1-4.