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生物信息学的重要性范文1
关键词：生物信息学；教材；师范院校
20世纪80年代末以来，生物信息学以惊人的发展速度，获得了很多突破性成就，正日益成为生命科学在21世纪发展的核心内容。对于未来生物科学中坚力量的现代生物科学工作者而言，掌握生物信息学的相关知识尤为重要。
作为一门新兴的课程，生物信息学课程在全国很多高等院校都已经开设，并进行了一些卓有成效的探索和改革。我们结合自身的教学实践和相关学校的教学现状，对师范院校生物信息学课程教学内容、师资力量、教学模式和方法、跨学科合作、教学实践实施情况等方面的现状进行了积极分析和思考。目前，师范院校生物信息学教学的现状如下。
一、教学内容陈旧、教学资源缺乏
生物信息学是一门新兴的学科，在高等院校开设时间较晚，我国对生物信息学专业精品课程的建设方面投入不够，成熟的生物信息学教学大纲、教案、多媒体课件、教学视频和习题等教学资源稀少。目前，市场上也缺乏相关的生物信息学教学多媒体课件和音像制品辅导材料等相关产品，造成生物信息学教学资源匮乏的现状。
目前师范院校所用教材大多数是徐程主编的《生物信息与数据处理》，蒋彦等编著的《基础生物信息学及应用》等几种不同版本的教材。这些教材在知识性、科学性和系统性方面还行，但是在教学内容的新颖性、时效性和实践性以及生物相关背景的介绍和对师范院校的适用性等方面有所欠缺。生物信息学的知识日新月异，新的数据库、新的软件、新的算法层出不穷，而生物信息学的课堂往往不能及时地将最新进展呈现给学生，导致课堂内容陈旧，不利于学生的发展和对生物信息知识的合理掌握，从而影响了生物信息学教学的质量。
二、师资力量缺乏
生物信息学是一门新兴的交叉学科，需要熟练掌握计算机与生物学知识的老师来授课。然而，实际上，由于缺少生物信息学的专业教师，教授该学科的教师多为生物学其他课程兼任，这些老师往往缺乏专门的生物信息学训练，在知识的传授和应用方面存在欠缺。与生物信息学教学要求存在着较大的差距，不能很好地满足教学大纲的要求。另外，师范院校通常将生物信息学作为选修课来开设，该课程在专业建设和人才培养方案中的地位偏低，造成相关部门对师资培养不够重视。
三、教学模式和方法落后
由于生物信息学课程涉及大量的数据库和软件知识，教师普遍采用多媒体教学。而多媒体课件的容量通常很大，学生忙于笔记，难以把握重难点。同时，幻灯片展示的知识点犹如放电影一般一闪而过，学生没有足够的时间思考和消化，跟不上教师的进度。教师进行多媒体教学时，往往是一堂课上从头讲到尾，语调缺乏抑扬顿挫，没有起伏，学生很容易昏昏欲睡。因此，教师虽然使用的是先进的教学工具，采用模式的却是传统的灌输式教学，只管埋头照本宣科，不管学生接收领悟多少。学生为了达到期末考试标准，只顾死记硬背，这样的教育让学生失去创新精神和主动思考的能力，失去对生物信息课程的兴趣。
四、缺乏与相关学科的合作交流
生物信息学实际上是生物学与计算机科学的交叉学科。然而一般高校往往只在生命科学学院开设生物信息学，由生物学老师来担任授课老师。由于对计算机科学知识的缺乏，导致生物专业教师对生物信息学课程很难深入开展；另一方面，计算机科学专业由于没有开设生物信息学课程，使学生不能了解到生物信息学的重要性，以及如何使计算机科学更快更好地发挥其在生物信息学中的作用。总的来说，生物信息学课程的建设欠缺相关学科的协作，不能有效地整合资源，不利于培养复合型人才。
五、缺乏实践教学内容
现有的生物信息学课程也有一些实践内容，但实践课时数少，内容相对简单，缺乏系统完善的实践过程。教师为学生讲授具体知识时，通常只通过多媒体课件演示操作，并没有为学生设置具体的动手操作步骤。使得学生对信息反馈迟钝，印象不深刻，不容易掌握方法。生物信息学实践教学并不需要价格昂贵的实验设备，只需要一网的电脑和一些相关的分析软件便可以进行实验。然而，目前的状况是，生物信息学课程中真正开展实践性教学的内容少之又少。
生物信息学的学习是一个长期积累的过程，教学水平的提高也需要在大量的教学实践中不断总结和完善。我们通过分析发现，在师范院校生物信息学教学中仍存在很多问题，其原因是多方面的，需要教学工作者进一步深入探讨并提出切实可行的策略。
参考文献：
[1]汤丽华.浅谈大学本科生物信息学课程建设与教学[J].科技
信息,2010(1).
[2]贾小平,孔祥生.生物信息学实践教学初探[J].陕西教育,
2010(3).
[3]军.农学专业生物信息学课程教学改革探析[J].现代农
业科技,2010(5).
[4]郝新保.充分利用网络资源开展生物信息学教育[J].中国医
生物信息学的重要性范文2
关键词：生物信息学 课堂教学 实验教学 现代教育技术
前言
生物信息学(Bioinformatics)是一门新兴的交叉学科。广义地说，生物信息学从事对生物信息的获取、加工、储存、分配、分析和解释，并综合运用数学、计算机科学和生物学工具，以达到理解数据中的生物学含义的目标［1］。其含义是双重的:一是对海量数据的收集、整理与服务，即管理好这些数据;二是从中发现新的规律，也就是使用好这些数据。以1987年出现Bioinformatics这一词汇为标志，生物学已不再是仅仅基于试验观察的科学。伴随着21世纪的到来，生物学的重点和潜在的突破点已经由20世纪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。生物信息学作为一门学科被广泛研究的根本原因，在于它所提供的研究工具对生物学发展至关重要，因此成为生命科学研究型人才必须掌握的现代知识。今天的实验生物学家，只有利用计算生物学的成果，才能跳出实验技师的框架，作出真正创新的研究。现在基因组信息学和后基因组信息学资源已经成了地球上全人类的共同财富。如何获取和利用基因组和后基因组学提供的大量信息，如何具有享用全人类共有的资源的初步能力，成了当今世纪生命科学学生必须掌握的基本技术和知识以及必须具有的初步能力［2］。
生物信息学以互联网为媒介，数据库为载体，利用数学知识、各种计算模型，并以计算机为工具，进行各种生物信息分析，以理解海量分子数据中的生物学含义。区别于其他生命科学课程，其在教学过程中要求有发达的互联网和计算机作为必备条件。调查显示国内高校都已建立校园网，其中拥有1000M主干带宽的高校已占调查总数的64.9%，2005年一些综合类大学和理工类院校已率先升级到万兆校园网［3］，这些都为生物信息学课程在高校开设提供了良好的物质基础。该门课程与现代网络和信息技术密不可分，在教学工作中充分利用现代教育技术较其他课程更具优势。另外，该门课程尚未完全形成成熟的课程体系，为教师学习借鉴先进的教育思想与教学实践经验，在各方面尝试教学改革提供了广阔的空间。
1 课堂教学
生物信息学主要以介绍原理、方法为主，深入浅出，注重知识更新。课堂讲授以介绍生物信息学的相关算法、原理、方法为主，而这也是教学的重点和难点。在教学中对于这部分内容应遵循深入浅出、避繁就简的原则，结合具体实例分析算法，避免空洞复杂的算法讲解，以免学生觉得枯燥乏味、晦涩难懂，产生畏惧心理，望而生畏;注重讲解算法的思想和来龙去脉，让学生真正掌握解决问题的思路，培养其科学思维能力，并采用探讨式教学鼓励学生思考，通过讨论与研究的方式循序渐进地掌握复杂的内容，介绍相关的教学和物理学知识，使学生充分体会到生物信息学与其他学科的关系及其他学科的思想方法对于生物科学的重要性，培养其自觉地将其他学科的方法和思想应用于解决生物学问题的科学素质。在教学工作中教师必须能够紧跟学科发展方向，随时进行知识更新，了解最新的前沿动态，掌握新方法，将最新的知识和方法教给学生。同时，也要在教学中鼓励学生通过各种途径自觉地关注学科发展动态，拓宽知识面，培养其自学能力和创新意识。
2 充分利用现代化教育技术，采用启发式教学
目前，高等院校在教室内配备的多媒体投影播放系统促进了多媒体教学的广泛应用。生物信息学采用多媒体教学是适应学科特点、提高教学效果和充分利用现代化教育技术的一项基本要求。作为生物信息学教学的基本模式，多媒体教学使讲解的内容更加直观形象，尤其是对于具体数据库的介绍以及数据库检索、数据库相似性搜索、序列分析和蛋白质结构预测等内容涉及的具体方法和工具的讲解，可以激发学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和掌握，提高学生理论与实践相结合的能力。同时，由于生物信息学依赖于网络资源和互联网上的分析工具和软件，教室内的多媒体计算机连接到互联网，极大地提高了教学效果。但在实际教学中发现，多媒体教室也有局限性，学生主要以听讲为主，不能及时实践，教师讲解与学生实践相脱节，如果将生物信息学课程安排在计算机房内进行，并采用多媒体电子教室的教学方式，就可以解决上述问题。在教学中采用启发式教学，可为学生建立教学情景，学生通过与教师、同学的协商讨论、参与操作，能够发现知识、理解知识并掌握知识。
3 采用讲、练做一体化的教学模式，注重学生实践能力的培养
生物信息学课堂教学应积极学习借鉴职业培训和计算机课程教学中讲、练、做一体化的教学模式，在理论教学中增加实训内容，在实践教学中结合理论讲授，改变传统的以教师为中心、以教材和讲授为中心的教学方式。根据教学内容和学生的认知规律，应灵活地采用先理论后实践或先实践后理论或边理论边实践的方法，融生物信息学理论教学与实践操作为一体，使学生的知识和能力得到同步、协调、综合的发展。
通常可采用先讲后练的方法，即首先介绍原理、方法，之后设计相关的实训内容让学生上机实践。对于操作性内容和生物信息分析的方法和工具的讲解可采取进行实际演示的方法，教师边讲解边示范，学生在听课时边听讲、边练习，或者教师讲解结束后学生再进行练习。理论与实践高度结合，可充分发挥课堂教学的生动性、直观性，加深学生对知识的理解，培养和提高学生的实践操作能力。
4 优化生物信息学实验教学内容，发挥网络教学优势
生物信息学实验教学主要是针对海量生物数据处理与分析的实际需要，培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理、分析的能力，提高学生应用理论知识解决问题的能力和独立思考、综合分析的能力。
生物信息学实验教学内容的选择与安排应按照循序渐进的原则，针对特定的典型性的生物信息学问题设计，以综合性、设计性实验内容为主，明确目的要求，突出重点，充分发挥学生的主观能动性和探索精神，以激发学生学习的主动性和创造性为出发点，加强学生创新精神和实验能力的培养。生物信息学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具，全部在计算机网络实验室内完成。在教学中，充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合。教师通过电子邮件将实验教学内容、实验序列、工具等传递给学生，学生同样通过电子邮件将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况。教师可以通过网上论坛、聊天室和及时通讯工具QQ、MSN等对学生的实验进行指导，与其讨论问题等。网络环境下的生物信息学实验教学不仅能提高学生的学习兴趣，给学生的学习和师生的互动带来极大的方便，提高教师的工作效率，而且可以及时了解掌握学生的学习情况，有利于教师不断调整教学方案，达到更好的教学效果。
5 生物信息学采用无纸化考试，加强实践能力考核
生物信息学主要是学习利用互联网、计算机和应用软件进行生物信息分析的基本理论和基本方法。考试重点是考查学生对生物信息分析的基本方法和技能的掌握程度和对结果的分析解释能力。因此，在生物信息学考试中可尝试引入实践技能考试，通过上机实践操作重点考核学生知识应用能力。实践技能考试采用无纸化考试方式，学生在互联网环境下，对序列进行生物信息分析并对结果进行解释，不仅可考查学生对基本知识和基本原理的掌握，而且可考查学生进行生物信息分析的实际能力和分析思考能力。通过实践技能考试，淡化理论考试，克服传统的死记硬背，可促进学生注重提高理论用于实践的综合能力，同时可更有效地提高学生计算机应用能力。学生成绩评定大部分是以学生的考试成绩为主，难以对学生的学习情况和学习过程作全面地评价。因此，除采用实践技能考试并将其作为学生成绩的主要部分外，还应加强对学生平时学习态度、学习能力、创新思维等方面的考查。
总之，生物信息学教学是网络环境下生物教学的全新内容。上述教学措施提高了学生的学习积极性、实践操作能力、解决实际问题的综合应用能力及创新能力，收到了良好的教学效果，得到了学生的普遍欢迎，具有较强的可操作性和实践性。在今后的教学实践中，教师自身素质的提高和进一步的教学改革，将会不断完善生物信息学教学，培养具有跨越生命科学、信息科学、数理科学等不同领域的“大科学”素质和意识的生物信息学人才。
参考文献:
[1]赵国屏等.生物信息学[M].科学出版社，2002.
生物信息学的重要性范文3
《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。
生物信息学的重要性范文4
2006年，第二次全国残疾人抽样调查结果显示，关节病是目前我国肢体致残的两大主要原因之一，远远高于脊髓灰质炎、脑瘫及交通事故等，而在这些关节病中类风湿性关节炎（RA）的致残率高居首位。RA是我国常见的一种慢性致残性自身免疫病，相关专家预计，目前我国类风湿关节炎患者超过440万人。遗憾的是，大量患者未得到规范有效的治疗。
张鹏，中国科学院深圳先进技术研究院转化医学研究与发展中心执行主任，师从我国著名骨科专家戴尅戎院士，主攻类风湿性关节炎发病机理和治疗。
作为知名骨科专家秦岭教授领导的转化医学中心的核心成员，张鹏博士研究团队以骨科炎症性疾病为研究重点，从病因、发病机理、治疗以及康复等方面进行系统研发。以对发病机理的探讨作为基础研究提升水平的基石，以对该类疾病治疗手段的创新以及相关产品或技术的临床应用和产业化作为最高目标，以服务广大骨科患者作为宗旨，正在走一条具有自身特色的骨科转化研发之路。
“老药新用”，攻坚类风湿
张鹏曾在导师戴尅戎院士的指导下，在国际上首次验证了手术悬吊方式刺激迷走神经进而激活“胆碱能抗炎通路”对于RA模型早期炎症发展的抑制作用。研究结果发表在SCI 期刊《Inflammation Research》上。随后该论文陆续被《Nature Review Rheumatology》和《Nature Review Immunology》等高端杂志引用，截至目前该文章已被引用11次。
针对目前全球范围内新药研发遇到“冷冬”的大环境，张鹏课题组联合计算机化学及生物信息学相关的专家，通过计算机辅助药物预测结合目前骨关节炎基础研究中的最新成果，在临床用药中筛选具有治疗RA及骨关节炎等疾病的药物新功效，即“老药新用”在骨关节炎症中的应用。
张鹏曾在《Inflammation Research》、《Therapeutic Advances in Musculoskeletal Disease》、《ScientificWorldJournal》等杂志发表文章，阐述了RA治疗中的“老药新用”策略：以胆碱能受体作为潜在的治疗靶点，通过应用最新的药物靶点检索手段—“蛋白质折叠码”技术，在临床用药中筛选新的抗风湿功效，进而通过临床前实验手段（体外细胞学、动物模型体内）验证其生物学特性，从而提出了一整套基于现代生物信息学最新技术的“老药新用”策略，并在RA治疗中进行具体实施。
目前，基于神经内科用药GTS-21（胆碱能受体激动剂）探讨其治疗RA的研究已经获得国家自然科学基金的支持，进展顺利。该项目是张鹏博士倡导的骨关节炎症“老药新用”策略的具体实施之一。
研究小组基于传统中药在RA治疗中的特殊疗效，从祖国医学理论出发，结合现代药理学的开发，从具有“舒筋活络，祛风除湿”的中药品种中提取若干有效成分，用于对RA疗效的观察。从临床前研究的角度，采用体外细胞及动物模型为研究对象，进行了前期实验。目前已经筛选到了若干有效的中药活性成分，推进下一步的机理研究，最终期望将有活性的成分开发成RA治疗中的疗效确切的药用品种。
本项目应用研发团队核心成员杨家安博士具有自主知识产权的“蛋白质折叠码”技术，可将复杂的蛋白空间三位信息转成具有一维结构的编码，并对药物结合靶点特性以及药物数据库进行扫描比对，具有高效准确的特点。张鹏博士主导联合杨家安博士等核心人员建立了一整套“基础研究靶点—蛋白质折叠码技术扫描分析—临床用药数据库比对筛选—生物学有效性验证”的“老药新用”研发策略体系。
据张鹏介绍，该研究策略在目前原创性化学新药研发遇到巨大挑战的大背景下，可为新药研发提供重要借鉴。“老药新用”的策略可为新药（1.6类新药）的研发提供捷径。由于“老药”已经在临床中广泛应用，在安全性上具有保障，可避免药物上市后因不良反应而“退市”的情况，同时可大大降低药物研发成本及临床用药价格，进而惠及大众。
除此之外，张鹏研究团队对于胶原诱导性关节炎模型（CIA 模型）的创新性发现完善了对该疾病模型的认识。在此项研究中，张鹏发现了先前文献中未作报道的CIA模型发病足爪关节破坏规律以及特殊的组织病理学表现，为全面了解CIA模型发病的特点和规律提供了实验依据。通过放射学和组织学观察，进一步完善了对其发病特点的描述，明确了该模型距下关节以及距舟关节为最早受累足爪关节的发病特点，在组织学观察中发现了相邻关节软骨的“融合”现象，并在“融合”部位发现了新生血管的侵入以及新骨的生成，进而提出了“炎症影响关节软骨的终末分化状态进而启动软骨内骨化”的科学假设，为研究RA发病中关节软骨在骨赘生成中的作用提供了重要的实验支持。相关成果发表在风湿病领域国际SCI期刊《Rheumatology International》 上。
致力转化医学，打造人才梯队
生物信息学的重要性范文5
关键词： 离散数学 计算机科学 数据结构
离散数学是计算机应用必不可少的工具，例如数理逻辑在数据模型、计算机语义、人工智能等方面的应用，集合论在数据库技术中的应用，代数系统在信息安全中的密码学方面的应用，图论在信息检索、网络布线、指令系统优化等方面的应用。
1.离散数学与其他课程的关系
1.1离散数学与数据结构的关系
离散数学与数据结构的关系非常紧密，数据结构课程描述的对象有四种，分别是线形结构、集合、树形结构和图结构，这些对象都是离散数学研究的内容。线形结构中的线形表、栈、队列等都是根据数据元素之间关系的不同而建立的对象，离散数学中的关系这一章就是研究有关元素之间的不同关系的内容；数据结构中的集合对象及集合的各种运算都是离散数学中集合论研究的内容；离散数学中的树和图论的内容为数据结构中的树形结构对象和图结构对象的研究提供很好的知识基础。
1.2离散数学与数据库原理的关系
目前数据库原理主要研究的数据库类型是关系数据库。关系数据库中的关系演算和关系模型需要用到离散数学中的谓词逻辑的知识；关系数据库的逻辑结构是由行和列构成的二维表，表之间的连接操作需要用到离散数学中的笛卡儿积的知识，表数据的查询、插入、删除和修改等操作都需要用到离散数学中的关系代数理论和数理逻辑中的知识。
1.3离散数学与数字逻辑的关系
数字逻辑为计算机硬件中的电路设计提供了重要理论，而离散数学中的数理逻辑部分为数字逻辑提供了重要的数学基础。在离散数学中命题逻辑中的连结词运算可以解决电路设计中的由高低电平表示的各信号之间的运算以及二进制数的位运算等问题。
1.4离散数学与编译原理的关系
编译原理和技术是软件工程技术人员很重要的基础知识，编译程序是非常复杂的系统程序，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化、目标代码生成、依赖机器的代码优化7个阶段。离散数学中的计算模型[2]这一章的语言和文法、有限状态机、语言的识别和图灵机等知识点为编译程序中的词法分析和语法分析提供了基础。
2.离散数学在计算机学科中的应用
2.1数理逻辑在人工智能中的应用
人工智能是计算机学科中一个非常重要的方向，离散数学在人工智能中的应用主要是数理逻辑部分在人工智能中的应用。人类的自然语言可以用符号进行表示。语言的符号化就是数理逻辑研究的基本内容，计算机智能化的前提就是将人类的语言符号化成机器可以识别的符号，这样计算机才能进行推理，才能具有智能。由此可见数理逻辑中重要的思想、方法及内容已贯穿人工智能的整个学科。
2.2图论在数据结构中的应用
离散数学在数据结构中的应用主要是图论部分在数据结构中的应用，树在图论中具有重要的地位。树是一种非线性数据结构，在现实生活中可以用树表示某一家族的家谱或某公司的组织结构，也可以用它来表示计算机中文件的组织结构，树中二叉树在计算机科学中有着重要的应用。二叉树共有三种遍历方法：前序遍历法、中序遍历法和后序遍历法。
通过访问不同的遍历序列，可以得到不同的节点序列，通常在计算机中利用不同的遍历方法读出代数表达式，以便在计算机中对代数表达式进行操作。
2.3集合论在数据库系统理论中的应用
集合论是离散数学中极其重要的一部分，它在数据库中有广泛的应用。我们可以利用关系理论使数据库从网络型、层次型转变成关系型，这样使数据库中的数据容易表示，并且易于存储和处理，使逻辑结构简单、数据独立性强、数据共享、数据冗余可控和操作简单。当数据库中记录较多时，集合中的笛卡儿积方便了记录的查询、插入、删除和修改。
2.4代数系统在通信方面的应用
代数系统在计算机中的应用广泛，例如有限机，开关线路的计数等方面。但最常用的是在纠错码方面的应用。在计算机和数据通信中，经常需要将二进制数字信号进行传递，这种传递常常距离很远，所以难免出现错误。通常采用纠错码避免这种错误的发生，而设计的这种纠错码的数学基础就是代数系统。
2.5离散数学在生物信息学中的应用
生物信息学是现代计算机科学中一个崭新的分支，它是计算机科学与生物学相结合的产物。由于DNA是离散数学中的序列结构，美国科学院院士，近代离散数学的奠基人Rota教授预言，生物学中的组合问题将成为离散数学的一个前沿领域。DNA计算机的基本思想是：以DNA碱基序列作为信息编码的载体，利用现代分子生物学技术，在试管内控制酶作用下的DNA序列反应，作为实现运算的过程；这样，以反应前DNA序列作为输入的数据，反应后的DNA序列作为运算的结果，DNA计算机几乎能够解决所有的NP完全问题。
3.结语
现在我国每一所大学的计算机专业都开设离散数学课程，正因为离散数学在计算机科学中的重要性，可以说没有离散数学就没有计算机理论，也就没有计算机科学。所以，应努力学习离散数学，推动离散数学的研究，使它在计算机中有更广泛的应用。
参考文献：
[1]朱家义，苗国义等.基于知识关系的离散数学教学内容设计[J].计算机教育，2010（18）：98-100.
[2]方世昌.离散数学.西安电子科技大学出版社，1985.
[3]陈敏，李泽军.离散数学在计算机学科中的应用[J].电脑知识与技术，2009，5（1）：251-252.
[4]B.Kolman，R.Busby&S.Ross.Discrete Mathematical Structure.
生物信息学的重要性范文6
【关键词】生物统计学 教学手段 教学实践 学习主动性
【基金资助】国家自然科学基金（31271008）。
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）02-0173-02
1.前言
随着现代科技的进步及研究手段的不断发展，生物科学成为2l世纪最具有吸引力和发展潜力的学科门类之一。生物统计学是利用概率论和数理统计的原理和方法来分析和解释生物科学研究中的各种生命现象的学科。生物统计学不仅在传统生物学、医学和农林学中被广泛应用，而且现代的生物信息学、基因和蛋白质组学等均是建立在生物统计学基础上的，系统生物学、心理学、教育学等同样离不开生物统计学的知识[1，2]。数理统计的基础思想为生物统计学提供了牢固的基石，生物科学试验调查和实验数据是生物统计学处理的对象，计算机为生物统计学提供了强有力的工具。在工作中，经常会有老师或研究生问到科研过程或实验结果处理时涉及的生物统计学问题。由此可见，生物统计学在科研和工作过程中的重要性。经过几年的生物统计学教学，我们发现学生们并没有意识到统计学的重要性，多数只是应付性的学习，缺乏主动性。因此，需要深入的分析在生物统计学教学过程中及学生学习过程中存在的问题和不足。
2.生物统计学教学中存在的问题
2.1 多媒体的作用没有充分发挥，教学缺乏生动性
随着计算机和网络技术的快速发展，多媒体技术在高校教学中不仅提高了课堂教学效率，在一定程度上也获得了良好的教学效果[3]。然而目前多媒体在课堂上主要以处理符号、文字、图形为主，而对基于大量运算才能输出的声音、影像、动画等信息，以及人机交互操作完成教学或训练功能的表现明显不足。
生物统计学的核心内容是一系列统计方法，涉及大量的公式、字母、符号等。在课堂教学实践中，单纯利用多媒体进行教学就会出现单调、枯燥的现象，缺乏吸引力，学生们将产生视觉疲劳，注意力下降，影响学习效率。讲这些内容时，就不能只以传统板书和幻灯显示的形式进行讲述，要把用复杂数学公式解决问题的过程和计算结果以生动的形式表现出来，如动画、3D影像，与学生交互式的操作等。利用相关的软件结合相应试题的解析，将会调动学生们的学习兴趣和参与热情，集中注意力，提高课堂讲课的生动性和学生们对讲授内容的接收效率，同时还能够提高学生分析和解决实际问题的能力，提高教学质量。
2.2 教学实践环节较薄弱
生物统计学是一门实用性课程，其目的是使学生能够充分掌握生物统计学知识，并利用其解决实际问题[4，5]。然而，由于教学计划中课时数的限制，需要老师在课堂上要适时安排实践环节，使得理论与实践环节相结合，加强生物统计的实践技能训练和素质培训。
2.3 学生们缺乏学习主动性
生物统计学属于工具性课程，在科研的实验设计及数据处理过程中起着非常重要的作用。多数学生还未直接接触实验设计和数据的统计分析，对科研的概念比较模糊，没有直观认识，难以理解相关的理论知识和统计分析方法，容易产生难学、不想学的思想。尽管在教学过程中，教师多次反复强调本门课程的重要性，但是，学生们在学习阶段由于意识不到课程的重要性，因而其学习兴趣不够。只有少数认真的学生会课下看书，仔细完成课下作业，多数的学生采用“应付式”的学习方式。“应付式”的学生会不加思考的草草的交上作业本，更有甚者课上不听讲，课下不复习，严重缺乏学习兴趣和主动性，这可能和人的“直接利益”思想相关。心理学认为“人的一切活动就是为了追求自己的个人利益”。学生们有可能认为生物统计学对其的“直接利益”就是平时作业成绩和考试成绩，故他们采用被动式的学习态度。
2.4 教材内容缺乏学生参与的先验设计
目前国内大多教材的设计仍是以传统模式为主，首先介绍概念、方法，给出公式，再举例印证。现代心理学和教育学已经证明，传统的教材组织和课堂讲述过程不利于启发学生的思维，学生会感觉枯燥，认为上课听讲与课后自己看书的效果是一样的，因此在课堂上不会集中注意力，也不会主动地融入到教学过程中来。缺乏主动反馈、师生紧密融为一体的课堂氛围，从而大大影响了教学效果。
3.结语
在教学过程中，教师为教学活动的组织者、学生探索知识的引导者和合作者。我们不能使用传统的填鸭式和一言堂式的教学方法，不能使用强制的手段逼迫学生被动地接受知识。教师在教学过程中不断发现问题，并探究采用合适的教改方法和手段进行创新，改进教学课程体系，加强教学效果。学生起着主体的作用，必须充分调动并发挥学生的主观能动性，把素质教育融合入生物统计学课程教学过程中，把考核学生应用知识的能力和综合分析问题的能力作为重点，培养他们的实践能力和综合素质。
参考文献：
[1]杜荣骞主编. 生物统计学（第3版）. 北京：高等教育出版社， 2009.
[2]邵云，姜丽娜，李春喜. 《生物统计学》立体化教材建设实践与思考. 高等教育研究学报， 2012， 35（1）：84-86.
[3]丁建华. 《生物统计学》教学方法与技巧探讨. 安徽农学通报， 2011， 17（19）：171-175.
[4]周海廷，，赵全等. 生物统计学精品课程建设的实践与体会.西南科技大学高教研究，2008， （2）：52―54.
[5]叶子弘，崔海峰，陈春，金园庭. 生物统计学课程“能力素质培训计划”的构建及分析， 安徽农业科学， 2011 39（10）：6268-6269.
