導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物信息學(xué)作用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.1創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

生物的世界豐富多彩，生活中更是無時(shí)不存在生物現(xiàn)象。然而傳統(tǒng)的教學(xué)使得學(xué)生只重視結(jié)果忽略了過程，對知識的掌握留在表面。主要是由學(xué)生的認(rèn)知與教師教學(xué)脫節(jié)，師生思維沒有產(chǎn)生共鳴所引起，導(dǎo)致知識鏈無法延伸。為了解決此問題，教師需要在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，充分聯(lián)系生活實(shí)際，并且利用信息技術(shù)設(shè)立教學(xué)情境，充分激發(fā)學(xué)生對生物的學(xué)習(xí)興趣。

1.2有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率

信息技術(shù)，能夠通過多種方式以及渠道，刺激到學(xué)生多種感官，使得學(xué)生利用多種感官進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。例如用悅耳，適當(dāng)?shù)穆曇粜盘栁龑W(xué)生的聽覺，利用生動形象的圖像信號吸引學(xué)生的視覺。同時(shí)，信息技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)空間與時(shí)間的知識交流局限，使學(xué)生能夠?qū)ξ⒂^世界，宏觀世界，過去的事物以及遠(yuǎn)方的事物等直觀的了解，使得學(xué)生的信息渠道得到極大的擴(kuò)展延伸，有效的加大加深了信息容量。

1.3體現(xiàn)出學(xué)生的主體性與教學(xué)的互動性

傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生極少能夠主動參與到教學(xué)中來。而利用信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)師生，生生之間的互動。當(dāng)今時(shí)代，學(xué)生經(jīng)常擁有較充裕的時(shí)間接觸計(jì)算機(jī)，因此可以帶著自己發(fā)現(xiàn)的問題，到互聯(lián)網(wǎng)站，網(wǎng)絡(luò)圖書館等查找有關(guān)的資料，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上互相交流，探討，解決問題，然后回到課堂中將其結(jié)論進(jìn)行展示，充分落實(shí)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位。這樣的教學(xué)模式與新課程標(biāo)準(zhǔn)要求一致，并且能夠使得學(xué)生養(yǎng)成以探究為目的，個(gè)性化且多樣化的學(xué)習(xí)意識與行為。

2信息技術(shù)在中學(xué)生物教學(xué)中的應(yīng)用策略

2.1尋找到有利的知識切入點(diǎn)

在中學(xué)生物教學(xué)過程中，信息技術(shù)具有較多知識切入點(diǎn)，教師需要對這些知識點(diǎn)進(jìn)行充分利用，運(yùn)用信息技術(shù)對課程進(jìn)行整合。例如中學(xué)生物教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)之一的細(xì)胞分裂一課，若是沒有學(xué)好，將直接影響日后生物遺傳，變異以及遺傳規(guī)律的學(xué)習(xí)。因此，教師可以采取多媒體動畫教學(xué)，讓學(xué)生對減數(shù)分裂，有絲分裂中染色體的變化進(jìn)行直接觀察，從而更好的理解其中的知識。

2.2調(diào)動學(xué)生的情感，思維以及感官參與學(xué)習(xí)

在中學(xué)生物教學(xué)過程中，通過多媒體課件，在調(diào)動學(xué)生感官，情感以及思維的同時(shí)，還能夠營造出良好的學(xué)習(xí)氣憤。使得學(xué)生在實(shí)踐與思考中掌握原理，感知事物，領(lǐng)悟概念，由被動學(xué)習(xí)變成主動學(xué)習(xí)，有效的提高其記憶力，注意力以及觀察力等。例如在學(xué)習(xí)環(huán)境污染的危害一課時(shí)，教師可以通過圖片，視頻等資料展示，使得學(xué)生更加形象全面的對環(huán)境污染的危害進(jìn)行了解，提高學(xué)生憂患意識與責(zé)任感。

2.3情景演示

教學(xué)是否成功的關(guān)鍵所在就是學(xué)生的興趣。通過信息技術(shù)的應(yīng)用，教師能夠向?qū)W生演示各種生命現(xiàn)象，過程以及規(guī)律，使得學(xué)生對生物產(chǎn)生濃烈興趣，教師在借此機(jī)會提出問題，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，有利于學(xué)生在掌握知識的同時(shí)提高創(chuàng)新能力。

2.4利用信息技術(shù)提供實(shí)踐環(huán)境，提高學(xué)生感知能力

生物學(xué)科中經(jīng)常有一些實(shí)踐，由于過于危險(xiǎn)或是時(shí)間等限制，使得傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生無法親身經(jīng)歷。通過信息技術(shù)，能夠呈現(xiàn)給學(xué)生較為真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境，讓其在模擬環(huán)境中積極主動的對所學(xué)知識進(jìn)行建構(gòu)，更好的對知識進(jìn)行理解與掌握。

2.5培養(yǎng)學(xué)生探究能力

生物教學(xué)中不僅強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)，而且需要將合作學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，才能夠最大限度的提高學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)過程中，通過合作、探討，學(xué)生不僅能對所學(xué)內(nèi)容較好的掌握，更提高了其合作、表達(dá)、自主學(xué)習(xí)以及探究的能力。例如在學(xué)習(xí)細(xì)胞分化一課時(shí)，教師可以要求學(xué)生根據(jù)目前所學(xué)的知識，利用網(wǎng)絡(luò)資源，寫出一份關(guān)于癌癥的研究報(bào)告，并且通過小組探討，比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。這樣一來，在提高學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)獲取信息能力的同時(shí)，更培養(yǎng)了其自主分析問題，解決問題的能力。

3結(jié)束語

篇2

筆者根據(jù)合作學(xué)習(xí)的一般教學(xué)流程：異構(gòu)分組――內(nèi)容設(shè)計(jì)――小組討論――組際交流――分析評價(jià)，并結(jié)合中學(xué)生物教學(xué)實(shí)例來具體探討如何創(chuàng)造性地將白板運(yùn)用到合作學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐中，以推動合作學(xué)習(xí)合理有效的開展。

一、異構(gòu)分組：利用白板的分組工具，建立新型的教學(xué)人際關(guān)系

由于合作學(xué)習(xí)以小組活動為基本教學(xué)形式，師生在進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)之前，應(yīng)首先建立課堂學(xué)習(xí)小組。教師可以通過白板提供的分組工具對學(xué)生進(jìn)行分組，第一，保證全員參與的前提下將每組人數(shù)控制在3～4人，人數(shù)太多，不利于統(tǒng)一思想；人數(shù)太少，不利于思維碰撞。第二，由于白板中存儲了每個(gè)學(xué)生的個(gè)人資料，這樣就避免了小組成員之間的重復(fù)，節(jié)省分組時(shí)間。第三，利用白板可實(shí)現(xiàn)組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu)分組，組間同質(zhì)使各組之間的認(rèn)知水平保持動態(tài)平衡，形成競爭；而組內(nèi)成員根據(jù)性別、學(xué)業(yè)成就、個(gè)性差異來實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，精誠合作，有效促進(jìn)小組學(xué)生的知識、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的全面提升。白板的分組工具著眼于群體主體性的發(fā)展，打破原有的教學(xué)人際關(guān)系，推進(jìn)合作學(xué)習(xí)的社會性和發(fā)展性進(jìn)程。

二、內(nèi)容設(shè)計(jì)：利用白板豐富的資源庫，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)內(nèi)容是保證小組合作學(xué)習(xí)成功的前提。白板軟件系統(tǒng)的重要組成部分是其含有多種類型的豐富資源庫，教師不僅可以利用白板的內(nèi)置資源庫提取教學(xué)內(nèi)容，還可以自主構(gòu)建“我的資源庫”，根據(jù)生物教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容將資源進(jìn)行整理分類，靈活的對合作學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行編輯、添加或刪除。例如，根據(jù)高中生物必修模塊的主要內(nèi)容建立宏觀庫和微觀庫，兩個(gè)庫下面又可以分為多個(gè)子庫。宏觀庫包括植物學(xué)、動物學(xué)、生態(tài)學(xué)等；微觀庫包括分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)等。

教師可以根據(jù)白板這一重要的庫功能，大量儲存并靈活調(diào)用中學(xué)生物合作學(xué)習(xí)案例，選擇具有啟發(fā)性、開放性、難度適中的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這不僅有利于學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容巧妙地轉(zhuǎn)變?yōu)閱栴}情境，還能保證大多數(shù)學(xué)生在課堂上處于思維活躍狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，圖1為教師使用電子白板授課。

三、小組討論：利用白板的教學(xué)輔助功能，高效推進(jìn)小組的討論進(jìn)程

合作學(xué)習(xí)的主題通常包含一個(gè)矛盾的、復(fù)雜的問題情境，教師需組織學(xué)生開展討論、辯論或其他小組活動形式，以考察學(xué)生的邏輯思維能力以及統(tǒng)籌規(guī)劃的能力。小組討論依據(jù)選題的差異大體上分為兩種：一是診斷性小組討論，即有標(biāo)準(zhǔn)答案的討論，例如，在學(xué)習(xí)“隔離在物種形成中的作用”這一節(jié)時(shí)，教師利用交互式電子白板的形、聲、色、光，將加拉帕戈斯群島的環(huán)境與各種地雀的圖片形象生動地呈現(xiàn)給學(xué)生，并在組織學(xué)生討論問題時(shí)插入簡短的視音頻，創(chuàng)設(shè)情境，以啟發(fā)學(xué)生討論地雀形成的過程以及隔離對種群基因頻率改變的影響；二是辯論式小組討論，即討論的內(nèi)容沒有標(biāo)準(zhǔn)答案也無須有標(biāo)準(zhǔn)答案，在這種形式的討論中，由于學(xué)生的知識背景和經(jīng)驗(yàn)有限，很有可能出現(xiàn)偽合作學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，即討論過程中出現(xiàn)瓶頸，小組活動流于形式，而缺乏對實(shí)質(zhì)內(nèi)容的探索。例如，在辯論“轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是否安全”這一話題時(shí)，由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)是科學(xué)發(fā)展的前沿問題之一，學(xué)生在開展頭腦風(fēng)暴的過程中難免會遇到困惑，此時(shí)，教師可利用白板的實(shí)時(shí)生成、頁面快照等功能來對學(xué)生的論辯過程提出適時(shí)又中肯的建議，密切關(guān)注每個(gè)小組的學(xué)習(xí)進(jìn)程，努力營造一個(gè)豐富多彩、張弛有度的辯論氛圍，使課堂成為一個(gè)思想火花碰撞與積聚的磁力場。

四、組際交流：利用白板強(qiáng)大的交互特性，創(chuàng)設(shè)平等互動的交流環(huán)境

組際交流是合作學(xué)習(xí)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生討論水平的高低也需要通過小組之間的交流溝通來進(jìn)行檢驗(yàn)。沒有組際交流的合作學(xué)習(xí)是閉塞的、單向的，為了將他人的觀點(diǎn)和智慧內(nèi)化為自身的思想觀念，可利用白板強(qiáng)大的交互特性，構(gòu)建一個(gè)多維互動的教與學(xué)的關(guān)系。首先，白板可以直接用電子筆來代替電腦上的所有操作，使人機(jī)脫離，更加人性化，增強(qiáng)了師生與白板資源的交互性，師生不僅可以搜索白板上的內(nèi)置資源，也可以訪問互聯(lián)網(wǎng)。其次，白板有利于教師組織形式多樣化的交流活動，為師生、生生的多向互動提供了現(xiàn)實(shí)可能性。例如在交流“轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性”問題時(shí)，學(xué)生代表可在白板上呈現(xiàn)各組的觀點(diǎn)，用電子筆對需要說明的信息進(jìn)行標(biāo)注、拖動，并對重要信息進(jìn)行放大，在師生、生生之間的反問、設(shè)問中進(jìn)行深入的探討、交流，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的思維空間。

五、分析評價(jià)：利用白板的診斷評價(jià)功能，最大限度挖掘?qū)W生的潛力

教學(xué)評價(jià)對生物合作學(xué)習(xí)中師生的行為起著重要的導(dǎo)向作用，基于白板的教學(xué)評價(jià)應(yīng)立足于學(xué)生的全面發(fā)展，順應(yīng)新課程的發(fā)展趨勢，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的根本性轉(zhuǎn)變。一方面，白板的診斷評價(jià)軟件可將各個(gè)小組的討論結(jié)果以柱狀圖或餅狀圖的形式呈現(xiàn)在白板上，師生能夠一目了然地看到各小組的討論進(jìn)程，教師可以對學(xué)生的知識掌握情況及綜合能力進(jìn)行及時(shí)評價(jià)。例如在“轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性”這一合作學(xué)習(xí)活動中有兩種截然對立的觀點(diǎn)，一種是轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品不安全，要嚴(yán)格控制；另一種是轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是安全的，應(yīng)該大范圍推廣。白板會將學(xué)生針對這兩種觀點(diǎn)提出的各種不同意見實(shí)時(shí)錄入，白板的評價(jià)軟件根據(jù)學(xué)生的回答情況來對學(xué)生的語言表達(dá)能力、知識遷移能力、科學(xué)探究能力進(jìn)行綜合性的診斷與評價(jià)，挖掘每個(gè)學(xué)生身上的閃光點(diǎn)，做到面向全體學(xué)生，建立完善的學(xué)生評價(jià)體系。

隨著社會對人才素質(zhì)要求的變化，新課程改革強(qiáng)調(diào)要注重培養(yǎng)合作、探究、創(chuàng)新的綜合性人才。基于此，學(xué)校教育應(yīng)義不容辭的承擔(dān)起這一重任?；诎装瀛h(huán)境下的生物合作學(xué)習(xí)為合作學(xué)習(xí)的內(nèi)涵注入了新鮮的生命與活力，它不僅能夠增強(qiáng)師生之間的平等互動，而且有利于學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)意識與協(xié)作精神。因此，我們要靈活巧妙地應(yīng)用白板的各種教學(xué)輔助功能，使其更好地服務(wù)于中學(xué)生物合作學(xué)習(xí)，推動教育教學(xué)改革的不斷向前發(fā)展。

篇3

Abstract: University research has a close relationship with teaching. The research leads the teaching，at the same time，the teaching also urges the research. The research conveys the whole cognitive process to students through teaching while the purpose of education is to arouse students' scientific unity awareness and cultivate a kind of clear self awareness. Bioinformatics is a burgeoning cross discipline with its distinctive features. At present，it is still an unresolved issue of how to embody subject unity at bioinformatics teaching. Combining the characteristics of bioinformatics，the paper preliminarily analyzes the relation of bioinformatics teaching and research and explores how to embody this cross discipline's unity in teaching.

關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；教學(xué)；科研；統(tǒng)一性

Key words: bioinformatics；teaching；research；unity

中圖分類號：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2010）33-0184-01

1以真理為業(yè)的教師

按照雅斯貝爾斯的說法，“大學(xué)應(yīng)當(dāng)成為這樣的一個(gè)地方，在這里人們可以不受限制的探求真理，并在對真理的追求中培養(yǎng)清晰的自我意識”[1]。生物信息學(xué)像所有的學(xué)科一樣，首先要傳達(dá)出一種以真理為業(yè)的精神。以韋伯的《以學(xué)術(shù)為業(yè)》的著名演講為例[2]，可知這樣一種精神的傳達(dá)所具有的不可替代的價(jià)值。

2在教學(xué)中傳達(dá)生物信息學(xué)的整體性

2.1 生物信息學(xué)是門學(xué)科而不是工具。生物信息學(xué)最開始是為了處理基因組計(jì)劃產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)而誕生的，所以總是被認(rèn)為是一門工具。

現(xiàn)在的生物信息學(xué)正由過去的分析和積累生物分子的知識轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合多種生物分子及其相互作用的知識來了解生物系統(tǒng)的功能[3]。日本學(xué)者M(jìn)inoru Kanehisa把生物信息學(xué)分為基因組信息學(xué)和后基因組信息學(xué)兩個(gè)階段，基因組信息學(xué)是為了處理基因組計(jì)劃產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)而誕生的，它的角色是通過對生物分子的分析支持實(shí)驗(yàn)工作；后基因組信息學(xué)的研究可能使我們進(jìn)入到對生命的基本規(guī)律的認(rèn)識[3]。正是因?yàn)楹蠡蚪M信息學(xué)的出現(xiàn)，使得生物信息學(xué)有了作為一門學(xué)科的資本。

2.2 生物信息學(xué)是一個(gè)整體。當(dāng)把生物信息學(xué)作為一個(gè)工具時(shí)，它確實(shí)是各個(gè)不同學(xué)科的堆砌。然而，當(dāng)我們的研究層次可以從單個(gè)基因和蛋白質(zhì)過渡到網(wǎng)絡(luò)，甚至全基因組的相應(yīng)時(shí)，當(dāng)我們注意到細(xì)胞隨著時(shí)間和空間而受到動態(tài)的調(diào)控而基因也不再是靜態(tài)的實(shí)體時(shí)，當(dāng)我們從整個(gè)生命之樹的角度處理大量信息時(shí)，生物信息就成了一個(gè)主導(dǎo)的整體，而不只是各個(gè)工具的堆砌[4]。它成了一門“理論”的生物學(xué)。

3生物信息學(xué)教師的科研能力的培養(yǎng)

從真理和求知意志的統(tǒng)一性上來說，科學(xué)就是哲學(xué)，是通過一種“明確而嚴(yán)密”的方式，體現(xiàn)了哲學(xué)上的沖動。教育的目的，正是要把這樣一種激情和研究的方式傳播給其他人。教師在講臺上的作用，不只是他說講解和組織起來的各種知識，他的對于科學(xué)的激情和逐步探索的過程會對學(xué)生有很大的感染力。從康德到韋伯所做的經(jīng)典講座都表明，演講者不經(jīng)意間流露出的“可意會不可言傳”的東西，對于講課的效果有關(guān)鍵的影響。如果教師不具備科研精神和一種探索中的冒險(xiǎn)精神，他的內(nèi)容無論組織得多有條理，無論以多么精確的確定性得出令人賞心悅目的數(shù)字，也會導(dǎo)致教學(xué)的失敗[1]。因此，生物信息學(xué)的教師應(yīng)該首先超越把生物信息學(xué)作為工具的想法，培養(yǎng)對于客觀性的忠誠以及一種為真理統(tǒng)一性獻(xiàn)身的熱忱。

生物信息學(xué)不同于其他學(xué)科，它沒有別人組織好的教學(xué)材料，它的很多最新成果必須教師自己去整理和總結(jié)，這就更凸顯了生物信息學(xué)的教師必須同時(shí)是生物信息學(xué)的研究者的必要性。生物信息學(xué)的各位教師，應(yīng)該全面關(guān)注生物信息學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域的最近的成果，體會出生物信息學(xué)從“工具”到“學(xué)科”的漸變，并在這樣的一個(gè)轉(zhuǎn)變中體會生物信息學(xué)從“為實(shí)用而科學(xué)”到“為科學(xué)而科學(xué)”質(zhì)變。

4生物信息學(xué)教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)模式

生物信息學(xué)的教學(xué)特點(diǎn)與其他學(xué)科的最大的不同在于生物信息學(xué)領(lǐng)域的研究嚴(yán)重依賴于因特網(wǎng)。生物信息學(xué)必須通過因特網(wǎng)來訪問基因組計(jì)劃產(chǎn)生的序列數(shù)據(jù)、獲取各種軟件和程序模塊，并通過網(wǎng)絡(luò)整合生物學(xué)的不同資源[4]。為了達(dá)到良好的教學(xué)效果，必須建立起充足的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等教學(xué)資源，并在教學(xué)中，多進(jìn)行一些上機(jī)實(shí)踐。然而，這些資源往往是一些散在的資源，生物信息學(xué)的教師在上課時(shí)應(yīng)該使學(xué)生認(rèn)識到，這些生物信息學(xué)資源是相互緊密相連的。生物信息學(xué)的教師應(yīng)該避免孤立的講解枯燥的數(shù)據(jù)庫和軟件資源，而應(yīng)該提出一些整體性的又可操作的生物學(xué)問題，通過一些生動的例子，讓學(xué)生在解決問題的過程中了解各個(gè)數(shù)據(jù)資源，同時(shí)了解各個(gè)資源之間的相互關(guān)系。

同時(shí)，生物信息學(xué)的教育模式對培養(yǎng)學(xué)生的求知意志和求知的統(tǒng)一性也很重要?？偟膩碚f，存在三種基本類型的教育模式，一種是經(jīng)院式的教育，這種教育關(guān)心的只是傳統(tǒng)的繼承；一種是學(xué)徒式的教育，這種教育是因?yàn)橥降軐煾档娜烁竦南蛲?；一種是蘇格拉底式的教育，在這個(gè)教育模式中，學(xué)生和老師應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是出于同樣的水平，雙方都被認(rèn)為是自由的，教師只是一個(gè)助產(chǎn)婆[1]。生物信息的教學(xué)模式只能是蘇格拉底式的教育。在這樣一個(gè)新生的學(xué)科里，沒有什么東西是一成不變的。教師應(yīng)該使學(xué)生明白當(dāng)前研究的局限性并坦率的承認(rèn)自己的無知，并使學(xué)生明白自己只是個(gè)普通人且是可被質(zhì)疑的，只有這種模式才能有效的激發(fā)出學(xué)生的堅(jiān)定的求知意志。蘇格拉底式的老師會抵制來自學(xué)生的企圖把他看作權(quán)威和大師的迫切愿望[1]。

總之，由于生物信息學(xué)是一門交叉的學(xué)科，老師們必須在教學(xué)中體現(xiàn)出一種以統(tǒng)一性為特征的科研精神，傳達(dá)給學(xué)生一種冒險(xiǎn)性和探索精神。并且，由于生物信息學(xué)還是一門新生的學(xué)科，老師們應(yīng)當(dāng)探索新的有效的教學(xué)方法，并注意培養(yǎng)自己的科學(xué)素質(zhì)，使學(xué)生體會到生物信息學(xué)內(nèi)在的統(tǒng)一性和理論性。最后，自由的探索是新興學(xué)科的靈魂所在，應(yīng)當(dāng)避免在教學(xué)中出現(xiàn)強(qiáng)迫的行為，我們當(dāng)謹(jǐn)記雅斯貝爾斯的勸告：“一種自由的生活方式只有靠自己負(fù)責(zé)才會有前途。教師的傳授是自由的，學(xué)生的學(xué)習(xí)也因而是自由的”。

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篇4

人類基因組計(jì)劃的實(shí)施為分子生物學(xué)家提供了大量的生物組學(xué)數(shù)據(jù)，分析和處理這些數(shù)據(jù)以探索其中隱藏的生物學(xué)奧秘需要綜合利用數(shù)學(xué)、信息科學(xué)與物理學(xué)等知識，生物信息學(xué)由此應(yīng)運(yùn)而生[1]。它是分子生物學(xué)與上述學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物，其研究已經(jīng)滲透到生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域并極大促進(jìn)了生命科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，已成為生命科學(xué)研究者強(qiáng)有力的輔助工具之一。國內(nèi)很多醫(yī)學(xué)院校已開辦生物信息學(xué)課程，多種專業(yè)選擇其作為必修課或選修課。該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用生物信息學(xué)知識和方法進(jìn)行生物信息提取、儲存、處理和分析的能力，但該課程的教學(xué)研究仍處于起步階段，缺乏完善的教學(xué)模式和有效的教學(xué)方法，如何在醫(yī)學(xué)院校開展生物信息學(xué)教學(xué)還有待進(jìn)一步探索。

1 課程開設(shè)的重要性

生物信息學(xué)跨越了整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域，是一門實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，也是未來生物醫(yī)學(xué)的重要研究工具。生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展引領(lǐng)了一個(gè)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物信息學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域的地位也愈發(fā)重要。利用生物信息學(xué)的知識和方法能夠深入挖掘和剖析海量生物學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)而探索隱藏在數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)奧秘。無論是從分子生物學(xué)的角度闡述疾病病因，還是對疾病的預(yù)防、診斷、防治與藥物設(shè)計(jì)，生物信息學(xué)均發(fā)揮了十分重要的作用，掌握該課程的基本知識和理論無論對以后的科學(xué)研究還是從事一線醫(yī)務(wù)工作都具有比較深遠(yuǎn)的意義。因此，在醫(yī)學(xué)院校部分專業(yè)（如：生物統(tǒng)計(jì)、藥學(xué)等）開設(shè)生物信息學(xué)課程具有重要意義。

2 生物信息學(xué)教學(xué)存在的問題

2.1 課程內(nèi)容與教學(xué)課時(shí)不成比例

生物信息學(xué)是一門綜合性學(xué)科，理解和掌握該課程需要具有一定的計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和分子生物學(xué)等的背景知識。醫(yī)學(xué)院校學(xué)生普遍存在理科知識比較薄弱，因此，講解透徹該門課程需要教師在課堂上花費(fèi)一定的時(shí)間普及相關(guān)背景知識。然而由于醫(yī)學(xué)院校學(xué)生課程門類眾多，客觀條件決定無法為生物信息學(xué)安排足夠多的課時(shí)。較之生物信息學(xué)繁多的內(nèi)容而言，課時(shí)分配明顯不足。在課時(shí)相對較少的情況下，無法深入講解將每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。

2.2 教學(xué)師資力量薄弱

生物信息學(xué)作為一門交叉學(xué)科，要求任課教師精通生物學(xué)、計(jì)算機(jī)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)知識。由于國內(nèi)生物信息學(xué)興起時(shí)間較短，培養(yǎng)人才數(shù)量有限，且有限的人才都流向了一流的學(xué)校，普通高校無法招到專業(yè)對口的教師。因此，能夠勝任生物信息學(xué)教學(xué)任務(wù)的老師十分匱乏。以該校為例，生物信息學(xué)課程沒有固定的任課教師，基本由生物學(xué)、醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)教師完成，這些老師中大多數(shù)無法完全勝任生物信息學(xué)的教學(xué)任務(wù)。最終致使生物信息學(xué)教學(xué)質(zhì)量不高。

2.3 教學(xué)模式落后

雖然多媒體已被廣泛應(yīng)用于生物信息學(xué)的教學(xué)中，但由于該課程涉及內(nèi)容多且有大量的數(shù)據(jù)庫和軟件知識，導(dǎo)致多媒體課件的容量非常大，教師在課堂上基本是照本宣科的讀完課件完成教學(xué)任務(wù)而已，忽略了學(xué)生的接受能力。這種教學(xué)模式雖然運(yùn)用了先進(jìn)的教學(xué)工具，但實(shí)質(zhì)上采用的還是傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生仍然是被動地學(xué)習(xí)。

2.4 實(shí)踐教學(xué)流于形式

生物信息學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐課程非常重要。然而在教學(xué)過程中，由于各種原因?qū)嵺`課往往流于形式，原因主要包括：（1）教學(xué)設(shè)備及手段落后。雖然有些學(xué)校有計(jì)算機(jī)室，但計(jì)算機(jī)配置較低且未提供連網(wǎng)服務(wù)，生物信息學(xué)很多知識的學(xué)習(xí)需要借助互聯(lián)網(wǎng)，例如：各種數(shù)據(jù)庫、在線軟件等，導(dǎo)致學(xué)生無法親自操作而降低實(shí)踐課學(xué)習(xí)效果；（2）課時(shí)少、內(nèi)容多。生物信息學(xué)的章節(jié)往往涉及到很多軟件和平臺，甚至有些軟件需要編寫程序。在實(shí)踐課時(shí)少的情況下，無法在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)校親自操作每一種軟件。

3 教學(xué)改革

3.1 針對不同專業(yè)精選教學(xué)內(nèi)容

針對生物信息學(xué)內(nèi)容繁多的事實(shí)，應(yīng)針對不同專業(yè)特點(diǎn)精心挑選課授課內(nèi)容，在有限的課時(shí)中讓學(xué)生學(xué)到最基本且重要的生物信息學(xué)理論知識。另外，要善于挖掘課外時(shí)間，組建課外興趣小組，設(shè)置研究課題作為課外作業(yè)，鞏固和加深學(xué)生對生物信息學(xué)的理解。

3.2 培養(yǎng)和引進(jìn)專業(yè)人才

教師知識的淵博程度和教學(xué)水平的高低對教學(xué)效果的影響十分明顯。因此，在教師隊(duì)伍建設(shè)上應(yīng)采取“走出去，引進(jìn)來”的措施，一方面挖掘該校教師的潛能，支持和鼓勵(lì)該校年輕教師到國內(nèi)外知名高校訪學(xué)和進(jìn)修，著力提高該校教師自身的知識素養(yǎng)與技能；另一方面提供豐厚條件引進(jìn)國內(nèi)外生物信息學(xué)高層人才，為生物信息學(xué)教學(xué)隊(duì)伍增添新鮮血液。此外，還可通過定期或不定期舉辦講座等方式創(chuàng)造機(jī)會加強(qiáng)該校教師及與兄弟院校的交流合作，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，提高生物信息學(xué)教師的綜合素養(yǎng)。

3.3 推進(jìn)“教、學(xué)、研”一體化創(chuàng)新教學(xué)模式

針對生物信息學(xué)課程的特點(diǎn)，一方面根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)小型科研課題激發(fā)學(xué)生的科研興趣；另一方面鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)學(xué)校、省級或國家級大學(xué)生科研項(xiàng)目，并鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，積極開展“教、學(xué)、研”一體化的創(chuàng)新教學(xué)模式，即融教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”，以及教師和學(xué)生共同參與到“研”的過程于一體[2]。通過這種教學(xué)模式能夠極大激發(fā)學(xué)生對生物信息學(xué)課程的興趣和創(chuàng)造力，促使學(xué)生快速高效地掌握生物信息學(xué)理論和實(shí)踐知識，有利于學(xué)生變被動的學(xué)習(xí)為主動探究式學(xué)習(xí)。與此同時(shí)，也能夠讓學(xué)生盡早地融入到生物學(xué)科學(xué)研究的大環(huán)境中來，學(xué)會合作、學(xué)會創(chuàng)造，真正地做到學(xué)以致用。

3.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)離不開計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)需要在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，升級計(jì)算機(jī)配置，并為每臺計(jì)算機(jī)提供上網(wǎng)功能，保障實(shí)驗(yàn)課教學(xué)順利進(jìn)行。積極鼓勵(lì)學(xué)生自帶計(jì)算機(jī)，方便課后繼續(xù)學(xué)習(xí)。此外，充分利用發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)建網(wǎng)上教學(xué)平臺并將教學(xué)內(nèi)容，最新分析軟件等傳遞給學(xué)生，通過教學(xué)平臺加強(qiáng)與學(xué)生的交流互動，及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。在教學(xué)內(nèi)容上，要精簡實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，選擇有代表性的軟件和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行深入講解，將其它的軟件、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)知識設(shè)計(jì)成小型研究課題作為作業(yè)布置給學(xué)生，提高學(xué)生自主探索的學(xué)習(xí)能力。

篇5

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué) 農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域 應(yīng)用

“生物信息學(xué)”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學(xué)中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學(xué)者lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學(xué)自產(chǎn)生以來，大致經(jīng)歷了前基因組時(shí)代、基因組時(shí)代和后基因組時(shí)代三個(gè)發(fā)展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項(xiàng)目首席科學(xué)家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計(jì)劃（human genome project，hgp）的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)［3］。這標(biāo)志著后基因組時(shí)代（post genome era，pge）的來臨，是生命科學(xué)史中又一個(gè)里程碑。生物信息學(xué)作為21世紀(jì)生物技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點(diǎn)闡述生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物、種質(zhì)資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設(shè)計(jì)開發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進(jìn)展。

1.生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

1997年5月美國啟動國家植物基因組計(jì)劃（npgi），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計(jì)劃是與人類基因組工程（hgp）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學(xué)家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進(jìn)展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學(xué)的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達(dá)、蛋白質(zhì)互作、蛋白質(zhì)和核酸的定位、代謝物及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等，從而從分子水平上了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能［5］。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫研究平臺有植物轉(zhuǎn)錄本（ta）集合數(shù)據(jù)庫tigr、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫plantgdb、研究玉米遺傳學(xué)和基因組學(xué)的mazegdb數(shù)據(jù)庫、研究草類和水稻的gramene數(shù)據(jù)庫、研究馬鈴薯的pomamo數(shù)據(jù)庫，等等。

2.生物信息學(xué)在種質(zhì)資源保存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，它包括許多農(nóng)藝性狀（如抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等）的等位基因。植物種質(zhì)資源庫是指以植物種質(zhì)資源為保護(hù)對象的保存設(shè)施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質(zhì)資源庫，在我國也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫。種質(zhì)入庫保存類型也從單一的種子形式，發(fā)展到營養(yǎng)器官、細(xì)胞和組織，甚至dna片段等多種形式。保護(hù)的物種也從有性繁殖植物擴(kuò)展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應(yīng)用各種分子標(biāo)記來鑒定種質(zhì)資源。例如微衛(wèi)星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質(zhì)資源進(jìn)行分子標(biāo)記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此需要建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和采用分析工具來實(shí)現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)分析等［7］。

3.生物信息學(xué)在農(nóng)藥設(shè)計(jì)開發(fā)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物，以及礦物中進(jìn)行篩選，得到一個(gè)可供臨床使用的藥物要耗費(fèi)大量的時(shí)間與金錢。生物信息學(xué)在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過程中關(guān)鍵性的分子靶標(biāo)、闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發(fā)之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學(xué)為藥物研發(fā)提供了新的手段［8，9］，導(dǎo)致了藥物研發(fā)模式的改變［10］。目前，生物信息學(xué)促進(jìn)農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設(shè)計(jì)出兩種具有與唾液酸酶結(jié)合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結(jié)合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。tang sy等學(xué)者研制出新一代抗aids藥物saquinavir［12］。pungpo等已經(jīng)設(shè)計(jì)出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物［13］。楊華錚等人設(shè)計(jì)合成了十多類數(shù)百個(gè)除草化合物，經(jīng)生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。

現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開生物信息技術(shù)的參與，隨著生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，將會大大降低藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。

4.生物學(xué)信息學(xué)在作物遺傳育種研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關(guān)分子基礎(chǔ)的進(jìn)一步闡明，人們可以利用生物信息學(xué)的方法，先從模式生物

中尋找可能的相關(guān)基因，然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點(diǎn)。農(nóng)作物的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究積累了大量的基因序列、分子標(biāo)記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，可通過建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎(chǔ)上，育種學(xué)家就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來提出預(yù)測假設(shè)，從多種復(fù)雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標(biāo)記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。

5.生物信息學(xué)在生態(tài)環(huán)境平衡研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

在生態(tài)系統(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn)，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用在控制環(huán)境污染方面，主要通過數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的運(yùn)用構(gòu)建遺傳工程特效菌株，以降解目標(biāo)基因及其目標(biāo)污染物為切入點(diǎn)，通過降解污染物的分子遺傳物質(zhì)核酸 dna，以及生物大分子蛋白質(zhì)酶，達(dá)到催化目標(biāo)污染物的降解，從而維護(hù)空氣［16］、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。

美國農(nóng)業(yè)研究中心（ars） 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫（ppd） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環(huán)境中轉(zhuǎn)運(yùn)和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術(shù)大學(xué)（toyohashi university of technology） 多環(huán)芳烴危險(xiǎn)性有機(jī)污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（iris） 涉及 600種化學(xué)污染物，列出了污染物的毒性與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)參數(shù)，以及分子遺傳毒性參數(shù)［17］。除此之外，生物信息學(xué)在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡(luò)的普及，情報(bào)、信息等學(xué)科的資源共享，勢必會創(chuàng)造出一個(gè)環(huán)境微生物技術(shù)信息的高速發(fā)展趨勢。

6.生物信息學(xué)在食品安全研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品在加工制作和存儲過程中各種細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化，傳統(tǒng)檢測方法是進(jìn)行生化鑒定，但所需時(shí)間較長，不能滿足檢驗(yàn)檢疫部門的要求，運(yùn)用生物信息學(xué)方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進(jìn)行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進(jìn)而運(yùn)用pcr法［19］、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重?zé)晒舛縫cr等技術(shù)，可快速準(zhǔn)確地檢測出細(xì)菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術(shù)也是未來食品病毒檢測的發(fā)展方向。

轉(zhuǎn)基因食品檢測是通過設(shè)計(jì)特異性的引物對食品樣品的dna提取物進(jìn)行擴(kuò)增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫信息的及時(shí)更新，可準(zhǔn)確了解各國新出現(xiàn)和新批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時(shí)對檢驗(yàn)方法進(jìn)行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限，但隨著食品安全檢測數(shù)據(jù)庫的不斷完善，相信相關(guān)的生物信息學(xué)技術(shù)將在食品領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

生物信息學(xué)廣泛用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報(bào)部門，以及信息中介服務(wù)機(jī)構(gòu)提供相關(guān)服務(wù)，通過出版物、信息共享平臺、數(shù)字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學(xué)發(fā)展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學(xué)能夠更好地為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。

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篇6

關(guān)鍵詞 計(jì)算生物學(xué);教學(xué)現(xiàn)狀;體會

AbstractThe status of undergraduate course about computational biology was introduced. The teaching experience was summarized from different teaching steps in computational biology education.Besides，the beneficial exploration was carried out to improve teachers’ performance and train interdisciplinary talents for bioinformatics to promote the teaching reform of compulational biology.

Key wordscomputational biology;teaching status;experience

計(jì)算生物學(xué)是指開發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析及理論的方法、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，用于生物學(xué)研究的一門學(xué)科。計(jì)算生物學(xué)正在成為現(xiàn)代生物學(xué)研究的核心方法之一，它們的重要性和復(fù)雜性在當(dāng)前生物學(xué)數(shù)據(jù)量的不斷增長中日益彰顯，要回答的問題越復(fù)雜就越顯得突出，使得計(jì)算生物學(xué)成為當(dāng)今生命科學(xué)最具活力的新興前沿學(xué)科之一。計(jì)算生物學(xué)是一門概念性學(xué)科，以生物信息學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算為工具，解決生物學(xué)問題。與生物信息學(xué)的定義類似，只是側(cè)重點(diǎn)有所不同。計(jì)算生物學(xué)側(cè)重于計(jì)算，通過計(jì)算來解決問題，并使用計(jì)算技術(shù)對生物學(xué)問題進(jìn)行研究。生物信息學(xué)主要側(cè)重于對生物學(xué)中所得信息的采集、存貯、分析處理與可視化方面[1-2]。

運(yùn)用計(jì)算生物學(xué)，科學(xué)家有望直接破譯在核酸序列中的遺傳語言規(guī)律，模擬生命體內(nèi)的信息流過程，從而認(rèn)識代謝、發(fā)育、進(jìn)化等一系列規(guī)律，最終為人類造福。目前，計(jì)算生物學(xué)在國內(nèi)外受到高度重視。在國內(nèi)，我國國家自然科學(xué)基金委員會將計(jì)算生物學(xué)作為重點(diǎn)資助的研究方向之一。許多科學(xué)家敏銳地意識到生物信息學(xué)必將會在生物學(xué)中發(fā)揮重要的作用，而計(jì)算生物學(xué)作為生物信息學(xué)專業(yè)的主干課目前處于創(chuàng)立階段。

自從湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)2005年開設(shè)生物信息專業(yè)以來，計(jì)算生物學(xué)一直是該專業(yè)學(xué)生的專業(yè)主干課程，經(jīng)過3年的理論與實(shí)踐教學(xué)，筆者將發(fā)現(xiàn)的問題及獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步總結(jié)，以供商榷。

1教學(xué)現(xiàn)狀

(1)缺乏合格的生物信息學(xué)師資。教師隊(duì)伍的整體數(shù)量和質(zhì)量與我國生物信息學(xué)教育快速發(fā)展的規(guī)模極不相稱。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)由生物安全與科學(xué)技術(shù)學(xué)院的生物信息系專業(yè)開設(shè)了計(jì)算生物學(xué)這門課程，盡管從開設(shè)這門課程至今，一直由生物信息學(xué)教研室教學(xué)經(jīng)驗(yàn)最豐富、學(xué)術(shù)造詣高的教師主講，但目前教研組中只有一位生物信息學(xué)專業(yè)畢業(yè)的博士，大部分教師為理學(xué)或農(nóng)學(xué)專業(yè)的碩士或博士，不具備計(jì)算機(jī)及算法的良好基礎(chǔ)知識，使該專業(yè)仍缺乏良好的學(xué)緣結(jié)構(gòu)。

(2)計(jì)算生物學(xué)教育與其他專業(yè)的合作還有待加強(qiáng)。盡管計(jì)算生物學(xué)是一門新興學(xué)科，但與其他專業(yè)之間存在不少聯(lián)系?，F(xiàn)階段的問題是不同專業(yè)學(xué)科的教師之間缺乏交流與合作，難以滿足計(jì)算生物學(xué)教學(xué)的需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國超過30個(gè)高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)開設(shè)生物信息學(xué)專業(yè)課程。不同學(xué)校根據(jù)自身的情況，在開設(shè)計(jì)算生物學(xué)這門課時(shí)，側(cè)重點(diǎn)都不一樣。如果由醫(yī)學(xué)院的教師授課，則側(cè)重點(diǎn)可能在致病基因的研究方面，計(jì)算機(jī)專業(yè)教師授課則可能側(cè)重于數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、查詢等方面，理學(xué)院的教師授課則可能側(cè)重于生物信息學(xué)中的數(shù)學(xué)問題。計(jì)算生物學(xué)側(cè)重于算法，從而利用計(jì)算技術(shù)對生物學(xué)問題進(jìn)行研究。因此，各相關(guān)專業(yè)的教師需要加強(qiáng)這方面交流與學(xué)習(xí)[3]。

(3)在教學(xué)方法上，重視系統(tǒng)知識的傳授和授課計(jì)劃的完成，忽視學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。此外，缺乏理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)整合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是以驗(yàn)證理論為目的，內(nèi)容單一，無創(chuàng)新點(diǎn)，忽視對學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。

(4)教學(xué)中還缺乏適合的理論和實(shí)驗(yàn)教材。授權(quán)影印國外原版教科和翻譯書籍仍占主導(dǎo)地位，而國人自編的教材寥寥無幾。此外，系統(tǒng)性不強(qiáng)也是目前計(jì)算生物學(xué)教材中普遍存在的一個(gè)問題。

2教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及心得體會

(1)規(guī)范計(jì)算生物學(xué)教學(xué)大綱和計(jì)劃是開好本課程的前提。根據(jù)前2年的實(shí)驗(yàn)開展情況和該專業(yè)人才培養(yǎng)定位，制定了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)大綱，組織老師編寫實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和教材。緊跟專業(yè)發(fā)展前沿，改革教學(xué)內(nèi)容，大綱中概括了理論課每個(gè)章節(jié)的基本內(nèi)容、教學(xué)基本要求、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)以及教學(xué)建議。實(shí)驗(yàn)教材中明確了實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、分組人數(shù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、結(jié)果記錄及分析、思考題等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和教學(xué)大綱的制定把握以下幾個(gè)原則:減少重復(fù)性，體現(xiàn)連貫性，實(shí)現(xiàn)整體性。

(2)針對不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)需要，采取不同的教學(xué)方法。計(jì)算生物學(xué)是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)，涉及的知識面既深又廣，學(xué)生難以獨(dú)立自學(xué)。尤其是計(jì)算生物學(xué)涉及到的數(shù)學(xué)知識，諸如窮舉搜索、貪婪算法、動態(tài)規(guī)劃算法、分而治之算法、圖算法、組合模式匹配、聚類和樹、隱馬氏模型、隨機(jī)化算法等。

對于理論課，在教學(xué)過程中主要采用教師主導(dǎo)的傳統(tǒng)講授方法。課堂上，運(yùn)用多媒體授課并結(jié)合當(dāng)前科學(xué)研究中的最新進(jìn)展。利用多媒體課件以彌補(bǔ)書本教材呆板、抽象的缺點(diǎn)。在計(jì)算生物學(xué)教學(xué)課件中可以利用大量圖片生動地展示當(dāng)前計(jì)算生物學(xué)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展。收集或制作動畫、視頻教程在課堂上進(jìn)行演示。由于理學(xué)學(xué)科的學(xué)生，未系統(tǒng)且詳細(xì)地學(xué)習(xí)代數(shù)、概率論等數(shù)學(xué)知識，要很好地理解計(jì)算生物學(xué)中的各種算法存在一定的困難，因此，每堂課要采取以簡單有趣的故事或數(shù)學(xué)游戲?yàn)殚_端，引導(dǎo)學(xué)生理解每種算法的基本原理，再結(jié)合生物學(xué)問題，將算法與生物學(xué)問題結(jié)合起來，探討如何利用不同的算法解決生物學(xué)問題，深入淺出地闡明各章節(jié)的重點(diǎn)難點(diǎn)。最后，定期布置一定的思考題，引導(dǎo)學(xué)生在課堂外積極探索問題，鼓勵(lì)學(xué)生通過各種途徑自覺的關(guān)注學(xué)科發(fā)展動態(tài)，拓寬知識面，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識。采用這種授課方法，一方面大大提高了學(xué)生的積極性，另一方面使學(xué)生脫離了枯燥的數(shù)學(xué)公式學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了對算法和生物學(xué)問題的理解，從而達(dá)到使學(xué)生學(xué)有所獲、學(xué)有所用的目的。

(3)優(yōu)化計(jì)算生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢。計(jì)算生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物信息學(xué)專業(yè)一門重要的實(shí)驗(yàn)技能課，通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生計(jì)算生物學(xué)的研究方法，能夠運(yùn)用相關(guān)軟件如Perl、Matlab等進(jìn)行簡單的編程，解讀包含在生物信息序列的信息，推測基因的功能，具體包括EST序列聚類、構(gòu)建進(jìn)化樹、識別轉(zhuǎn)錄銀子結(jié)合位點(diǎn)、RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測等[3]。該系研究室以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求與培養(yǎng)創(chuàng)新性復(fù)合型新世紀(jì)人才為目標(biāo)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的計(jì)算生物學(xué)本科教學(xué)和計(jì)算生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，課堂教學(xué)精益求精，實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量更上一個(gè)臺階。該系現(xiàn)已建立了良好的實(shí)驗(yàn)平臺，所有實(shí)驗(yàn)課程可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享。計(jì)算生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以互聯(lián)網(wǎng)為媒介、計(jì)算機(jī)為工具，全部在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。在教學(xué)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)的交互特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與課程的結(jié)合[4]。教師將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)序列、工具等上傳到服務(wù)器，再由學(xué)生將資料下載到本地機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)。學(xué)生同樣通過上傳服務(wù)器，將實(shí)驗(yàn)報(bào)告、作業(yè)、問題和意見等反饋給教師，教師在網(wǎng)上批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告后將成績和評語發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)情況。

總之，計(jì)算生物學(xué)教學(xué)是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下生物教學(xué)的全新內(nèi)容。通過上述教學(xué)措施，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、實(shí)踐操作能力、解決實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力，收到了良好的教學(xué)效果，受到學(xué)生的普遍歡迎，具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)踐性。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，隨著教師自身素質(zhì)的提高和進(jìn)一步的教學(xué)改革，將會不斷完善計(jì)算生物學(xué)教學(xué)，培養(yǎng)具有跨越生命科學(xué)、信息科學(xué)、數(shù)理科學(xué)等不同領(lǐng)域的“大科學(xué)”素質(zhì)和意識的生物信息學(xué)人才。

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篇7

[關(guān)鍵詞]組分結(jié)構(gòu)中藥；生物信息學(xué)；復(fù)雜體系

中藥復(fù)方具有整體性和系統(tǒng)性的特征，通過君臣佐使的有機(jī)組合，協(xié)同發(fā)生功能上的改變，這種改變并非中藥作用簡單的線性相加，而是“整體大于部分之合”的結(jié)果?；谥嗅t(yī)藥整體觀，本課題組提出了方藥物質(zhì)基礎(chǔ)“組分結(jié)構(gòu)理論”假說：中藥及復(fù)方物質(zhì)基礎(chǔ)是多成分構(gòu)成的，理化性質(zhì)和藥理活性相似的成分按照一定的比例構(gòu)成了“組分”，組分與組分之間，組分內(nèi)部成分與成分之間的這種量的比例也是一種“結(jié)構(gòu)”[1]。中藥與機(jī)體均是復(fù)雜體系，各組分/成分的藥效活性和靶向性有所區(qū)別，又相互影響、相互作用，使得中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)組分結(jié)構(gòu)的研究就更加復(fù)雜。生物信息學(xué)（bioinformatics）綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等技術(shù)方法，從中藥研究、復(fù)雜疾病治療等生命科學(xué)的海量數(shù)據(jù)中，挖掘、發(fā)現(xiàn)、闡述其中所包含生物學(xué)意義[2]。本文擬從生物信息學(xué)的角度，綜述組分中藥與藥效的關(guān)系、中藥組分結(jié)構(gòu)優(yōu)化和組分中藥多成分、多途徑、多靶點(diǎn)的綜合作用相關(guān)方面的研究思路與方法。

1生物信息學(xué)思路與方法是推動中藥研究的新動力

生物信息學(xué)思路與方法為中藥研究注入了新的動力。系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等研究策略，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)[3]等組學(xué)技術(shù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘方法推動了中醫(yī)藥基本理論、中藥資源以及成分鑒定、中藥（復(fù)方）機(jī)制等多方面的發(fā)展。

系統(tǒng)生物學(xué)與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的結(jié)合是揭示中醫(yī)藥理論的物質(zhì)基礎(chǔ)以及單味藥復(fù)雜作用本質(zhì)的新策略。LiuJ等[4]基于系統(tǒng)生物學(xué)原理，采用數(shù)學(xué)建模和人工智能技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，建立補(bǔ)氣補(bǔ)血分子預(yù)測模型，氣血分子識別公式，揭示了氣血的物質(zhì)基礎(chǔ)，闡明了人參等補(bǔ)氣中藥、當(dāng)歸等補(bǔ)血中藥的分子基礎(chǔ)和作用機(jī)制。同時(shí)對中藥的補(bǔ)氣補(bǔ)血理論研究提供了新方法。LiuH等[5]根據(jù)靶標(biāo)與疾病相關(guān)關(guān)系，利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究方法，從系統(tǒng)水平闡明甘草治療心血管、呼吸系統(tǒng)、胃腸道、腎臟疾病和惡性腫瘤的分子機(jī)制，也闡明了“除百毒調(diào)諸藥”的本質(zhì)和被稱為“國老”的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)。

組學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于中藥資源、藥用植物分子鑒定[6]。陳士林等[7]提出針對具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和典型次生代謝途徑的藥用植物進(jìn)行的全基因組測序和后基因組學(xué)研究的本草基因組計(jì)劃，促進(jìn)各種“組學(xué)”研究方法在藥用植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用，推動中國傳統(tǒng)藥學(xué)進(jìn)入生命科學(xué)研究前沿領(lǐng)域。近年來，基于DNA分子標(biāo)記的鑒定方法在單味中藥材基源鑒別和真?zhèn)舞b別的研究中已日臻成熟。SunC等[8]結(jié)合了Real-timePCR實(shí)驗(yàn)和甲基茉莉酸誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究西洋參P.quinquefolius的轉(zhuǎn)錄組，確定了5個(gè)可能參與人參皂苷合成的候選基因，包括4個(gè)UDP-糖基和一個(gè)細(xì)胞色素P450轉(zhuǎn)移酶基因。朱英杰等[9]對紫芝NRPS，PKS和TPS基因簇進(jìn)行挖掘，還構(gòu)建了藥用植物基因組數(shù)據(jù)庫和中藥材DNA條形碼網(wǎng)絡(luò)鑒定系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)的有效利用提供平臺，促進(jìn)中藥現(xiàn)代化和全球化進(jìn)程。

中藥藥性歸經(jīng)基本理論、中藥復(fù)方作用機(jī)制研究依賴生物信息學(xué)的推動。胡亞楠等[10]運(yùn)用決策樹中C4.5算法方法，基于39個(gè)藥理作用建立了20個(gè)藥性預(yù)測模型，其中四氣（寒，涼，平，溫，熱）建立一個(gè)模型，五味歸經(jīng)分別建立模型，所建立的模型用直觀決策樹圖表示。并使用藥性模型將中藥復(fù)方血必凈為例預(yù)測其藥性，對其清熱解毒功效給出藥性理論方面的合理說明。利用決策樹算法建立基于藥理作用的中藥藥性理論中四氣、五味、歸經(jīng)的預(yù)測模型，為組分中藥的藥性研究提供了一種新的思路與方法，對中藥藥性理論可描述的中藥載體范圍的擴(kuò)大有重要的意義。Yang等[11]利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)考察了四物湯對于血虛證患者血清蛋白表達(dá)譜的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四物湯可能通過增加血紅蛋白、提高免疫、減輕基因損傷等途徑治療血虛證。Wang等[12]運(yùn)用UPLC-ESI-MS技術(shù)通過對大鼠尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析，考察了茵陳湯對酒精肝的治療作用，并成功地檢測到與酒精肝毒性相關(guān)的3個(gè)潛在的生物標(biāo)志物：TG，GSH和MDA。結(jié)果表明，使用茵陳湯對肝損傷大鼠進(jìn)行干預(yù)治療可以使大鼠體內(nèi)上述3種標(biāo)志物的水平趨于正常。

由此可見，生物信息學(xué)的研究內(nèi)容和技術(shù)手段以及相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘方法推動中藥的各方面發(fā)展，結(jié)合生物信息學(xué)進(jìn)一步研究中藥的信息化、數(shù)字化是中藥發(fā)展的必由之路。中藥研究及生物信息學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家在中藥信息化建設(shè)方面構(gòu)建了大量中藥數(shù)據(jù)庫[13-14]，但大多只是對中藥信息的收集和羅列，不能代表中藥整體性的作用特點(diǎn)，缺乏中醫(yī)理論指導(dǎo)。組分結(jié)構(gòu)中藥和生物信息學(xué)研究技術(shù)方法結(jié)合可以解決這方面的不足?！敖M分結(jié)構(gòu)中藥”認(rèn)為中藥是在繼承中醫(yī)藥整體性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上和“組分結(jié)構(gòu)”理論的指導(dǎo)下，明確組分內(nèi)/組分間量比關(guān)系，能清晰揭示其藥效作用機(jī)制的物質(zhì)基礎(chǔ)整體。二者相結(jié)合對中藥知識的整合發(fā)現(xiàn)、趨勢走向信息的預(yù)測甚至是組分中藥數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建有重要參考意義。

2生物信息學(xué)為解析組分中藥與藥效相互關(guān)系提供有效的數(shù)學(xué)工具

中藥（復(fù)方）物質(zhì)基礎(chǔ)與藥效研究要體現(xiàn)中藥整體效應(yīng)的特點(diǎn)，組分結(jié)構(gòu)中藥是基于復(fù)方研究提出的一個(gè)有序整體，具有中藥整體性和系統(tǒng)性的特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)度等機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)；聚類分析、主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法在對中藥藥效之間的相關(guān)性分析方面的分析已有成功探索，結(jié)合組分中藥可以繼承并發(fā)揚(yáng)中藥（復(fù)方）物質(zhì)基礎(chǔ)的整體性、系統(tǒng)性理念，為科學(xué)的揭示作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于數(shù)據(jù)挖掘中機(jī)器學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，不論在單味中藥還是復(fù)方的物質(zhì)基礎(chǔ)與藥效關(guān)系研究中均有所發(fā)展。侯恩廣等[15]根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對黃芩運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行回歸和分類，建立了兩味中藥譜效結(jié)合評價(jià)系統(tǒng)，并進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練。測試結(jié)果顯示了模型的可靠性，其誤差均在理想的范圍之內(nèi)，是中藥藥效評價(jià)的有效嘗試。陳超等[16]采用正交設(shè)計(jì)法以加味生化湯的6個(gè)組分進(jìn)行對抗雌激素的子宮增重實(shí)驗(yàn)，以藥物對抗雌激素的子宮增重作用指數(shù)作為目標(biāo)，建立基于RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的藥效模型，發(fā)現(xiàn)模型的預(yù)測值與實(shí)測值相關(guān)性較好。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)處理定量和定性知識，具有自適應(yīng)性、容錯(cuò)性、非線性等特點(diǎn)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立相應(yīng)的復(fù)雜非線性藥效模型，可以有效地解決中藥與藥效的非線性相關(guān)關(guān)系問題。

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種模式識別方法。根據(jù)灰關(guān)聯(lián)矩陣，利用其優(yōu)勢分析原則，判斷中藥復(fù)雜成分與藥效關(guān)系的緊密程度，可以得出各成分對藥效影響的順序，最終確定出各成分藥效貢獻(xiàn)度[17]。陳躍飛等[18]計(jì)算出該方各味藥物對心肌收縮力的影響因子，利用灰色關(guān)聯(lián)度來研究葶藶大棗桑白皮湯組方，并對復(fù)方中各藥的藥效貢獻(xiàn)度進(jìn)行分析。按照基本步驟與公式計(jì)算出苦葶藶、桑白皮、大棗對心肌收縮力的影響的兩兩灰關(guān)聯(lián)度依次為r01=0.609，r02=0.573，r03=0.551，因素間的灰關(guān)聯(lián)度為|r01|>|r02|>|r03|。得出苦葶藶對心肌收縮力的影響最大，其次為桑白皮和大棗。朱詩塔等[19]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法研究掌葉大黃不同炮制品水提取物的指紋圖譜與其止血作用的譜效關(guān)系，確定了對止血作用貢獻(xiàn)較大的色譜峰，從中藥多成分、多組分的角度，為中藥“譜效關(guān)聯(lián)”的質(zhì)控模式提供理論依據(jù)。相對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及相似度等常用的數(shù)據(jù)挖掘方法，灰色關(guān)聯(lián)分析對數(shù)據(jù)要求較低，計(jì)算量也較低；分析者可根據(jù)“最大匹配度”原則獲取識別結(jié)果，在中藥與藥效關(guān)系的應(yīng)用中具有很大的指導(dǎo)意義。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合可以更好的將藥效與中藥多組分進(jìn)行非線性、多變量相關(guān)性分析。許雯雯等[20]采用拉丁超立方法對氣滯胃痛顆粒中6味藥材隨機(jī)采樣成不同比例組，將藥效信息與各組HPLC指紋圖譜化學(xué)信息用灰色關(guān)聯(lián)度分析得出各色譜峰對抗炎活性的影響程度，再用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擬合，建立譜效關(guān)系。較好的擬合復(fù)方中復(fù)雜的非線性關(guān)系，是中藥（復(fù)方）藥效關(guān)系和尋找藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的有效途徑。

聚類分析（clusteranalysis）是數(shù)據(jù)挖掘的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，也稱為群分析，以藥效為指標(biāo)，可以研究中藥的不同品種、不同產(chǎn)地分類問題，是組分結(jié)構(gòu)中藥產(chǎn)地質(zhì)量與藥效關(guān)系的可靠分析方法。其具體實(shí)現(xiàn)算法又分為K-means算法、K-medoids算法、Clara算法等。封亮等[21]通過指紋圖譜技術(shù)，獲得化學(xué)成分信息，利用類間平均距離的聚類分析方法，為夏枯草屬藥材品種、產(chǎn)地藥效篩選提供依據(jù)。除此之外，聚類分析與主成分分析的結(jié)合能進(jìn)一步確定組分結(jié)構(gòu)中藥中的單體層面，為藥效質(zhì)量評價(jià)奠定基礎(chǔ)。孫雪飛等[22]通過聚類分析、主成分分析將不同產(chǎn)地的余甘子藥材和鞣質(zhì)部位分別聚為3類。其中，聚類分析得到說明福建，廣西，印度，云南產(chǎn)余甘子藥材質(zhì)量最好，與相似度計(jì)算得到的樣品之間的相關(guān)性結(jié)果一致。主成分分析確定粘酸-2-O-沒食子酸酯，柯里拉京等成分是為余甘子的主要指標(biāo)成分。為余甘子藥材質(zhì)量評價(jià)和合理應(yīng)用提供依據(jù)。聚類分析首先數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，然后將聚類結(jié)果與藥效指標(biāo)進(jìn)行對比分析，進(jìn)而用以挖掘可能的藥效活性成分。然而聚類分析不能評價(jià)各數(shù)據(jù)與藥效指標(biāo)的相關(guān)性大小和方向，也無法體現(xiàn)各色譜峰對應(yīng)成分對藥效的綜合作用[23]。

生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)挖掘方法在中藥中的應(yīng)用并未成熟，適用性及利弊還處于探索階段。中藥的臨床應(yīng)用具有整體性和系統(tǒng)性特點(diǎn)，其物質(zhì)基礎(chǔ)是由眾多化學(xué)成分即多組分/成分構(gòu)成。運(yùn)用不同的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)處理方法，將“組分結(jié)構(gòu)理論”與藥效關(guān)系研究相結(jié)合，不僅推動了組分結(jié)構(gòu)中藥與藥效關(guān)系的發(fā)展，也為創(chuàng)新發(fā)展中醫(yī)藥物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供了新視角。

3生物信息學(xué)方法為優(yōu)化中藥組分結(jié)構(gòu)提供新技術(shù)手段

組分結(jié)構(gòu)中藥是由多組分/成分構(gòu)成，特點(diǎn)在于這種構(gòu)成不是簡單的化合物堆積，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似的最基本單元成分之間按照一定組成結(jié)構(gòu)比構(gòu)成亞組分以及組分。因此，組分內(nèi)/組分間量比關(guān)系是發(fā)展組分結(jié)構(gòu)中藥必須解決的基礎(chǔ)性問題。目前，組分結(jié)構(gòu)中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法主要有基線等比、均勻設(shè)計(jì)、偏最小二乘（PLSR）等分析設(shè)計(jì)方法。生物信息學(xué)技術(shù)手段可以在原有方法基礎(chǔ)上推動組分中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化和藥理指標(biāo)改進(jìn)。

基線等比最初是作為小復(fù)方優(yōu)選的方法[24]，優(yōu)點(diǎn)是信息處理的空間大，不僅可以使用傳統(tǒng)的假設(shè)檢驗(yàn)，一些生物信息學(xué)分析方法（如聚類分析、模糊綜合評判等）也可使用，是組分中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化最常用且比較成熟的方法。顧俊菲等[25]采用基線等比增減法，設(shè)計(jì)赤芍總苷、川芎總酚酸組分不同組分組成結(jié)構(gòu)對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HU-VEC）缺氧損傷模型的保護(hù)作用，結(jié)果顯示赤芍總苷、川芎總酚酸組分組成結(jié)構(gòu)比例為8∶2時(shí)，對缺氧損傷的內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用最好。趙海平等[26]采用基線等比設(shè)計(jì)方法研究紅管藥總皂苷與總黃酮止咳效果的最優(yōu)配比。結(jié)果顯示在紅管藥總皂苷、總黃酮部位總量恒定的情況下，2類組分不同配比的祛痰作用具有總皂苷比例依賴性；而止咳作用卻不完全取決于總黃酮的比例變化，可能兩者在1∶1，1∶2時(shí)還存在協(xié)同增效的配伍關(guān)系。

均勻?qū)嶒?yàn)均勻設(shè)計(jì)（uniformdesign，UD）適用于多因素多水平實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)方法不會受因素?cái)?shù)、因素水平的限制，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中僅考慮實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的“均勻分散”性，實(shí)驗(yàn)次數(shù)可明顯減少[27]。陳倩等[28]運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法確定小半夏加茯苓湯的效用組分用量的優(yōu)化配比，組方體現(xiàn)了一定的腫瘤抑制及免疫調(diào)節(jié)作用，便于對該方誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的機(jī)制進(jìn)行深入研究，有望用于腫瘤放化療的輔助及預(yù)后治療。楊鴻等[29]按照均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)-藥效試驗(yàn)-數(shù)學(xué)建模（模型驗(yàn)證）-綜合藥效評價(jià)程序，進(jìn)行甘草總黃酮、銀杏葉提取物、羊藿總黃酮和黃芪總苷4個(gè)中藥組分不同配伍劑量體外清除DPPH和多環(huán)芳烴的研究，得到中藥組分配伍最佳劑量組合為甘草總黃酮-銀杏葉提取物-羊藿總黃酮-黃芪總苷。且比例為1∶0.2545∶0.0076∶0.0115。

偏最小二乘（PLSR）是一種多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理方法。中藥屬于復(fù)雜體系，復(fù)方配伍間各單味藥、各組分存在多重相關(guān)[30]。偏最小二乘可實(shí)現(xiàn)回歸建模、利用主成分分析簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及2組變量間相關(guān)分析，對于存在多重相關(guān)、模型樣本少于自變量的情況較普通回歸有明顯優(yōu)勢[31]。實(shí)現(xiàn)了中藥組效關(guān)系與藥效相關(guān)主成分的擬合以及數(shù)學(xué)模型對藥效結(jié)果的預(yù)測，可以根據(jù)預(yù)測得到組分的最佳配比。蔣海強(qiáng)等[32]鉤藤總堿和萊菔子總堿有效組分的降血壓效應(yīng)為研究對象，以收縮壓為指標(biāo)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析、方差分析、多元回歸分析和偏最小二乘回歸分析，從組分配伍和藥效結(jié)合層次說明鉤藤總堿和萊菔子總堿的化學(xué)成分存在交互作用，明確了鉤藤總堿和萊菔子總堿組分配伍的合理性，從而提出PLSR分析適用于中藥從飲片層次配伍過渡到組分層次配伍的劑量配比優(yōu)選。

將以上較為成熟的組分中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法結(jié)合生物信息學(xué)的研究技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘手段，使組分中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究更為全面。均勻設(shè)計(jì)與高通量篩選（uniformdesign-highthroughputscreeningUD-HTS）技術(shù)相結(jié)合，在中藥配比研究中已經(jīng)初步顯示出其優(yōu)勢[33]。金燦等[34]通過均勻設(shè)計(jì)-高通量篩選（UD-HTS）技術(shù)，對丹參多種有效單體成分進(jìn)行多因素多水平配伍組合樣品抗氧化及海馬神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用的篩選，得到A13，PA2個(gè)抗氧化及海馬神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用最佳配伍組合樣品，為多因素多水平配比的大規(guī)模藥物篩選提供借鑒。宋志斌等[35]選取人參皂苷Re，Rb1，Rg1，Rg3和三七皂苷R1等5種皂苷單體6個(gè)水平進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)配伍組合，通過神經(jīng)細(xì)胞血清剝奪損傷模型進(jìn)行藥效高通量篩選，得到的最佳組合樣品，再通過小鼠腦缺血再灌注損傷模型相關(guān)酶測定，進(jìn)行藥效學(xué)評價(jià)。結(jié)果表明高通量篩選出的5種皂苷3個(gè)最佳配伍組合樣品對腦缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用，均勻設(shè)計(jì)-高通量篩選適用于中藥及其復(fù)方有效成分大規(guī)模藥效篩選。除此之外，傳統(tǒng)方法結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模也推動了組分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。李曉杰等[36]對大黃有效成分治療缺血性腦中風(fēng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行中藥組方量效關(guān)系的多目標(biāo)優(yōu)化研究。采用均勻設(shè)計(jì)給藥配比作為輸入向量，藥理指標(biāo)的組內(nèi)均值作為輸出向量，分別使用RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等方法建立有監(jiān)督型灰度模型，比較了權(quán)重系數(shù)法、分式規(guī)劃法以及改進(jìn)的一些算法的優(yōu)化效果，獲得了可以權(quán)衡考慮各藥理指標(biāo)的全局優(yōu)化的組方配伍，為中藥組方研究及其現(xiàn)代化開發(fā)提供了方法學(xué)參考。王秀峰等[37]將中藥碧血膠囊的4個(gè)成分按四因素六水平的均勻設(shè)計(jì)，對異丙腎上腺素誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞損傷模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)干預(yù)，通過灰色關(guān)聯(lián)分析其成分配伍方的主次關(guān)系，優(yōu)化了中藥碧血膠囊成分配伍的組方。由此可見，生物信息學(xué)方法結(jié)合成熟的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能夠?yàn)橹兴帍?fù)方研究中組方配伍的理論解析提供研究手段，同時(shí)也為組分中藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供新思路。

4生物信息學(xué)有助于闡明組分中藥多成分、多途徑、多靶點(diǎn)的綜合作用

隨著人們對復(fù)雜生物體與藥物相互作用的深入認(rèn)識，系統(tǒng)生物學(xué)的相關(guān)內(nèi)容成為生物信息學(xué)研究發(fā)展的主要推動力。組分中藥與生物體均是復(fù)雜體系，組分中藥與機(jī)體的相互作用也具有系統(tǒng)性、整體性、網(wǎng)絡(luò)性的特點(diǎn)。越來越多證據(jù)表明，組分中藥通過多成分、多途徑、多靶點(diǎn)的綜合作用實(shí)現(xiàn)改善或恢復(fù)生物網(wǎng)絡(luò)平衡的整體效應(yīng)[38]。采用生物信息學(xué)這一雙“解讀生命天書的慧眼”來闡述這些問題是一個(gè)嶄新的視角。

系統(tǒng)生物學(xué)作為生物信息學(xué)的主要研究對象，其“整體、層次、整合、動態(tài)”的特點(diǎn)則更能契合中醫(yī)藥整體性、復(fù)雜性[39]。自從“多成分，多途徑，多靶點(diǎn)”的藥物研究模式誕生以來，基于“疾病-基因-靶點(diǎn)-藥物”的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)應(yīng)運(yùn)而生[40]。系統(tǒng)生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)不可分割、相互融合，不斷深化人們對生物體和藥物相互作用的理解[41]。中藥多種成分組合配伍所產(chǎn)生的藥效是多指標(biāo)的，利用系統(tǒng)生物學(xué)的研究模式構(gòu)建藥理作用網(wǎng)絡(luò)，比如利用DrugBank數(shù)據(jù)庫[42]，HIT（HerbalIngredients′TargetsDatabase）[43]，藥物-靶點(diǎn)庫（drug-targetnetwork）[44]，人類疾病庫[45]等資源可以揭示中藥復(fù)方或者組分之間配伍產(chǎn)生的生物活性及其復(fù)雜的分子機(jī)制。FangH等[46]在研究黃連解毒湯的抗類風(fēng)濕機(jī)制時(shí)，通過搜索HIT，DrugBank數(shù)據(jù)庫獲得靶標(biāo)信息，同時(shí)提取了FDA批準(zhǔn)的對應(yīng)西藥32種，以及它們對應(yīng)的相關(guān)靶標(biāo)的信息作為黃連解毒湯的對照組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃連解毒湯有5個(gè)靶蛋白與3類西藥的靶蛋白一致，一定程度上解釋了該復(fù)方的抗類風(fēng)濕作用。YaoY等[47]利用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法以麻黃湯為例，構(gòu)建藥物-靶點(diǎn)-疾病網(wǎng)絡(luò)模型，從分子水平證實(shí)麻黃、桂枝、杏仁、甘草這4味中藥在復(fù)方中的角色地位，系統(tǒng)的闡明了君臣佐使豐富的科學(xué)內(nèi)涵，對中藥復(fù)方配伍機(jī)理的系統(tǒng)深入研究具有重要意義。呂燕妮等[48]采用系統(tǒng)生物學(xué)方法模擬丹參和紅花的配伍機(jī)制，挖掘丹參、紅花各自作用的蛋白，分別構(gòu)建蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果顯示丹參和紅花配伍可能主要在RNA代謝，NF-κB級聯(lián)反應(yīng)以及細(xì)胞增殖、遷移和自噬等生物學(xué)途徑上協(xié)同發(fā)揮防治疾病的作用。

隨著組學(xué)技術(shù)的逐漸成熟，組學(xué)技術(shù)越來越成為發(fā)展系統(tǒng)生物學(xué)的關(guān)鍵[49]。利用組學(xué)技術(shù)對成分復(fù)雜的中藥復(fù)方研究逐漸被認(rèn)可，也取得一定成果，這給多成分、多組分配伍的中藥作用機(jī)制研究帶來希望[50]。陳竺、陳賽娟院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)采用蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段，較完美地詮釋了中藥復(fù)方黃黛片“君臣佐使”配伍規(guī)律，并在一定程度上揭示了其治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病多靶點(diǎn)協(xié)同作用的機(jī)制[51]。馬增春等[52]通過前期研究發(fā)現(xiàn)了與四物湯補(bǔ)血密切相關(guān)的基因構(gòu)成四物湯補(bǔ)血的信號分子組合。其主要物質(zhì)基礎(chǔ)為多糖、芍藥苷、阿魏酸、川芎嗪等，進(jìn)而應(yīng)用基因組學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)和制備鼠造血相關(guān)基因表達(dá)譜分析寡核昔酸芯片，并在細(xì)胞和整體水平上分析了四物湯可能是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子，提升正向造血調(diào)控因子和免疫因子表達(dá)，抑制負(fù)向調(diào)控因子表達(dá)，促進(jìn)造血調(diào)控相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子分泌，影響整個(gè)造血調(diào)控網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)血、造血作用。向麗等[53]采用代謝組學(xué)方法，結(jié)合先進(jìn)的液質(zhì)聯(lián)用（LC-Q-TOF/MS）分析技術(shù)，系統(tǒng)研究麝香保心丸及其組分配伍對急性心肌梗死（acutemyocardialinfraction，AMI）大鼠長期治療和預(yù)保護(hù)作用的機(jī)制及多成分協(xié)同作用特點(diǎn)；通過代謝組學(xué)方法共鑒定了28個(gè)相關(guān)生物標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)AMI的主要發(fā)病機(jī)制與色氨酸代謝通路和嘧啶代謝通路的異常相關(guān)，并從偏最小二乘判別分析（PLS-DA）的得分圖和對生物標(biāo)志物的逆轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)及程度可以得出組分協(xié)同增效的優(yōu)勢。

從系統(tǒng)生物學(xué)研究的整體性特征來看，疾病的發(fā)生發(fā)展是多重因子參與的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)失衡的結(jié)果。傳統(tǒng)中醫(yī)藥的防病治病原則也是從整體生物系統(tǒng)的角度系統(tǒng)調(diào)控這種失衡紊亂，將其調(diào)至正常水平或范圍。組分結(jié)構(gòu)中藥繼承了中醫(yī)藥整體性和系統(tǒng)性特點(diǎn)，在系統(tǒng)生物學(xué)背景下結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模型、組學(xué)技術(shù)來研究組分結(jié)構(gòu)中藥的多成分、多靶點(diǎn)的作用，能從宏觀、微觀的不同角度幫助我們從本質(zhì)上了解中藥的整體、辨證、協(xié)調(diào)的用藥觀點(diǎn)，揭示多組分結(jié)構(gòu)中藥調(diào)控疾病生物網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制，對創(chuàng)新發(fā)展組分結(jié)構(gòu)中藥起著積極的推動作用。

5結(jié)論與展望

組分結(jié)構(gòu)中藥繼承中醫(yī)藥整體性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)，具有層次、結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢，再結(jié)合生物信息學(xué)的研究內(nèi)容和相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)方法，豐富發(fā)展了組分結(jié)構(gòu)中藥和藥效關(guān)系的深入解析、配伍配比結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、組分結(jié)構(gòu)中藥作用機(jī)制等方面，給組分結(jié)構(gòu)中藥的數(shù)字化、信息化和中醫(yī)藥現(xiàn)代化提供新的契機(jī)和希望。隨著生物信息學(xué)的研究深入，有很多新的技術(shù)方法不斷更新，復(fù)雜的公式和軟件的選擇應(yīng)用、跨學(xué)科和專業(yè)的學(xué)習(xí)對于中醫(yī)藥的研究人員在借鑒新方法和研究成果方面是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。除此之外，組分結(jié)構(gòu)中藥數(shù)據(jù)庫的建立更有助于生物信息學(xué)技術(shù)的高效應(yīng)用，這還需要中醫(yī)藥科研人員的不斷努力和相關(guān)技術(shù)人員的合作。有理由相信，組分結(jié)構(gòu)中藥結(jié)合生物信息學(xué)知識會給中醫(yī)藥研究帶來一個(gè)新的突破口，會更好的傳承、發(fā)展和創(chuàng)新中醫(yī)藥研究，使中醫(yī)藥的應(yīng)用更加科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)，推動現(xiàn)代化和國際化進(jìn)程。

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篇8

關(guān)鍵詞：發(fā)生；Vad1.2；小鼠

Abstract：Objective： To construct and characterize the Vad1.2 expression vector related to spermatogenesis in mice. Methods： Vad1.2 transcript was amplified from mouse testis by RT-PCR. The amplified product was inserted into pET15b vector. Then the Vad1.2 over-expression vector was transformed into E. coli BL21 （DE3） RIL competent cells and identified by endonuclease digestion and DNA sequencing. Results： Putative positive clones were verified by double restriction digestion， displaying the pET-15b vector backbone and the insert with correct size. Conclusion： The Vad1.2 over expression vector has been successfully constructed， which is of significance for the functional study of Vad1.2 gene in spermatogenesis.

Key words： spermatogenesis； Vad1.2； mice

目前我國育齡夫婦中不孕不育的發(fā)病率約為10-15%，其中約有30-50%與男性因素有關(guān)。除女性不孕因素外，這些男性患者大都屬于病因不明的特發(fā)性不育，這對于不育癥的治療是極其不利的。對于這些男性患者，基因水平的異常很可能是大部分特發(fā)性不育的主要病因[1]。Vad1.2基因是近年來在維生素A缺乏的動物模型研究中發(fā)現(xiàn)的與發(fā)生相關(guān)的特異性基因。小鼠Vad1.2基因由5個(gè)外顯子組成，長10.2kb，共編碼334個(gè)氨基酸，在大鼠、小鼠、牛、豬等哺乳動物中具有較高的保守性，已有研究通過動物學(xué)模型及生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)Vad1.2基因可能與發(fā)生存在缺陷有關(guān)[2，3]。然而，目前對于Vad1.2基因在發(fā)生中的確切作用及其分子機(jī)制仍不明確。因此，本研究擬通過構(gòu)建Vad1.2基因表達(dá)載體并加以鑒定，以期為進(jìn)一步明確Vad1.2基因的生物學(xué)功能奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑

RNAspin微型RNA提取試劑盒（GE Healthcare）；TaqMan逆轉(zhuǎn)錄試劑盒（ABI Biosystems）；pET15b載體（Novagen）；大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞（Invitrogen）；QIAquick PCR純化試劑盒、質(zhì)粒試劑盒購自QIAGEN公司。Phusion高保真DNA聚合酶，T4 DNA連接酶及Nde1、Blp1限制性內(nèi)切酶均由NEB公司生產(chǎn)。

1.2 Vad1.2表達(dá)載體的構(gòu)建

取三月齡小鼠脫椎法處死后，立即取出雙側(cè)，采用RNAspin微型RNA提取試劑盒抽提小鼠組織總RNA，通過TaqMan逆轉(zhuǎn)錄試劑盒反轉(zhuǎn)錄成cDNA，采用Phusion高保真DNA聚合酶進(jìn)行PCR擴(kuò)增。正向引物序列如下：5’- GGGAATTCCATATGGGGGTGACAGGTATCAGT-3’；反向引物序列： 5-CATGCTCAGCCTAGTCATTTCTCTGGGGCTG-3’（引物下劃線處表示加入的Nde1及Blp1酶切位點(diǎn)）。上述PCR產(chǎn)物通過QIAquick PCR純化試劑盒進(jìn)行純化，采用Nde1和Blp1限制性內(nèi)切酶在37°C過夜進(jìn)行雙酶切并再次純化。隨后所得PCR片段采用T4 DNA連接酶定向克隆到pET15b載體，于16℃下連接過夜。

1.3 Vad1.2表達(dá)載體的鑒定

上述所得產(chǎn)物轉(zhuǎn)化入大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞，均勻涂布在含氨芐青霉素的LB平板上進(jìn)行篩選培養(yǎng)。隨機(jī)挑取菌落小量培養(yǎng)，通過QIAGEN質(zhì)粒試劑盒抽提重組質(zhì)粒。質(zhì)粒的鑒定采用Nde1、Blp1雙酶切分析，酶切分析正確的克隆進(jìn)一步進(jìn)行DNA測序證實(shí)，利用生物信息學(xué)軟件對測序結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

本研究采用pET15b質(zhì)粒用于Vad1.2表達(dá)載體的構(gòu)建。電泳結(jié)果顯示，小鼠組織Vad1.2基因經(jīng)RT-PCR擴(kuò)增出單一的清晰條帶，擴(kuò)增出的片段的長度為1， 005 bp，與預(yù)期結(jié)果相符，且未出現(xiàn)非特異擴(kuò)增現(xiàn)象（圖1）。

PCR產(chǎn)物經(jīng)Nde1和Blp1限制性內(nèi)切酶消化后，定向克隆到pET15b載體中。隨機(jī)選取的三個(gè)陽性克?。ˋ、B、C）通過Nde1和Blp1限制性內(nèi)切酶的雙酶切進(jìn)行鑒定，圖示pET15b載體（5， 708 bp）并且插入基因序列正確（1， 005 bp）（圖2）。以上三個(gè)陽性克隆進(jìn)一步通過DNA序列測定及比對分析加以驗(yàn)證（測序結(jié)果未附），表明本研究正確構(gòu)建了小鼠Vad1.2基因的表達(dá)載體。

圖1 小鼠組織Vad1.2基因的RT-PCR擴(kuò)增。

圖2 Vad1.2表達(dá)載體的鑒定。

3 討論

哺乳動物發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要雄性生殖細(xì)胞與體細(xì)胞的共同參與。這一過程受到一系列特定基因程序性表達(dá)的調(diào)控，目前已知涉及基因超過2300個(gè)，且絕大多數(shù)基因的功能是不明確的[4]。因此，潛在的遺傳因素很可能是大部分特發(fā)性不育男性患者的主要原因，只有從遺傳、基因水平入手才可能實(shí)現(xiàn)對男性不育的根本性治療[5]。所有這些都需要對發(fā)生的過程及其調(diào)控機(jī)制有著更深入的認(rèn)識。

動物模型是研究動物發(fā)生分子機(jī)制的有效平臺之一，常見的動物模型研究包括新生動物模型、基因敲除小鼠以及維生素A缺乏小鼠等。Vad1.2基因就是在維生素A缺乏動物模型研究中發(fā)現(xiàn)的與發(fā)生相關(guān)的新基因[2]。維生素A缺乏的大鼠中只存在有支持細(xì)胞、精原干細(xì)胞以及少量的精原細(xì)胞，發(fā)生會處于停滯狀態(tài)，而在重新給予視黃醇（維生素A）攝取之后，發(fā)生可以逐步恢復(fù)正常[6]。 具體恢復(fù)過程如下：在視黃醇攝取第7天，早期粗線期的精原細(xì)胞出現(xiàn)；第15天，晚期粗線期的精原細(xì)胞出現(xiàn)；第25天，圓形細(xì)胞開始出現(xiàn)；第35天，長形細(xì)胞開始出現(xiàn)。表明維生素A作用于生殖細(xì)胞和支持細(xì)胞，參與發(fā)生的誘導(dǎo)。

Lee等的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠Vad1.2基因轉(zhuǎn)錄本在小鼠出生后第25天的中開始高度表達(dá)，且定位于發(fā)生后期才出現(xiàn)的圓形細(xì)胞和長形細(xì)胞，表明Vad1.2主要在形成的后期階段發(fā)揮作用[3]。此外，相關(guān)的生物信息學(xué)分析也提示Vad1.2基因可能與人類發(fā)生存在生精缺陷有關(guān)。目前為止，Vad1.2基因在發(fā)生中的生物學(xué)作用及其分子機(jī)制仍未完全明確。本研究成功構(gòu)建了小鼠特異性基因Vad1.2表達(dá)載體，后續(xù)研究將構(gòu)建Vad1.2重組蛋白并進(jìn)行純化、鑒定等進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

總之，本研究成功構(gòu)建了小鼠Vad1.2基因表達(dá)載體并進(jìn)行了驗(yàn)證，有利于Vad1.2基因功能的進(jìn)一步研究，為后續(xù)對男性生精障礙及其相應(yīng)治療的研究打下基礎(chǔ)。

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篇9

蒙語授課“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)有能力建設(shè)課程系列教材菊林花教授自1982年就用蒙漢雙語講授“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”、“生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)”、“試驗(yàn)設(shè)計(jì)”等課程。多次出國學(xué)習(xí)，積累了30年的豐富經(jīng)驗(yàn)，在2012被評為校級名師。金鳳副教授自1985年開始用蒙漢雙語講授“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”、“生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)”、“試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析”等課程，已有28年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。自1988年開始自編、參編、主編多部教材的豐富經(jīng)驗(yàn)。2009～2010年在日本京都大學(xué)農(nóng)學(xué)部統(tǒng)計(jì)教研室與佐佐木教授共同研究完成了“地方品種遺傳參數(shù)估計(jì)模型”。玉榮講師自2004年以來用蒙漢雙語講授"生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)"、"試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析"等課程。2010年到中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研修學(xué)習(xí)，積累了可喜的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。教材是有效補(bǔ)充課堂內(nèi)容的工具、技術(shù)手冊，要及時(shí)關(guān)注本領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展的前沿動向生物統(tǒng)計(jì)學(xué)是一門探討如何從事生物學(xué)研究的設(shè)計(jì)、取樣、分析、資料整理與推論的科學(xué)，它作為邊緣交叉學(xué)科，已經(jīng)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生物資源保護(hù)與利用、畜禽生態(tài)學(xué)研究、分子生物學(xué)研究、高科技農(nóng)業(yè)研究、生物制藥技術(shù)、流行病規(guī)律研究與探索、畜禽數(shù)量遺傳學(xué)研究、畜禽遺傳繁育、生物信息學(xué)研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)與生物信息學(xué)的蓬勃發(fā)展，使得“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”在這些突破性生物科技領(lǐng)域上扮演著不可或缺的角色。在課程建設(shè)中，隨時(shí)注意增加生物統(tǒng)計(jì)在前沿領(lǐng)域研究應(yīng)用的內(nèi)容，增強(qiáng)課程的活力，提高教師和學(xué)生面向生物產(chǎn)業(yè)時(shí)的解決實(shí)際問題的能力。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)模式主要以課堂講授為主，以教師為主體和中心，教師是主講者，學(xué)生被動接受，教學(xué)效果主要取決于教師的課堂組織能力與語言表達(dá)能力。從我講授蒙漢語“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”課程28年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，課堂上老師講授，學(xué)生做筆記的教學(xué)模式存在一定的缺陷，阻礙了學(xué)生獨(dú)立分析與解決實(shí)際問題能力，影響了學(xué)生真正掌握統(tǒng)計(jì)分析的方法。因此，我們在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)過程中結(jié)合高校自主學(xué)習(xí)為主的教育特點(diǎn)，充分利用學(xué)生課余時(shí)間，將傳授知識和提高素質(zhì)有機(jī)結(jié)合起來，摸索出一套對教學(xué)內(nèi)容有效補(bǔ)充作用的教材，同時(shí)可作為少數(shù)民族地區(qū)科技工作者從事科學(xué)研究的工具。

蒙語授課“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)主編、參編的蒙漢雙語系列教材

1．金鳳、菊林花主編的蒙文版教材《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》2000年由內(nèi)蒙古大學(xué)出版發(fā)行。是根據(jù)1999年修訂的全國高等農(nóng)林院校本科教學(xué)大綱，依據(jù)同年11月召開的全國農(nóng)林院校教材會議上討論的動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)專業(yè)教材編寫大綱編寫的。是動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)專業(yè)的本科生必修課程教材。當(dāng)時(shí)在內(nèi)容的編排上也相應(yīng)照顧到了生物工程、食品工程等專業(yè)的需要，將案例和例題略加增刪或改動，并對個(gè)別專題內(nèi)容加以補(bǔ)充。因此，本教材在2008年前一直作為生物工程、食品工程試用教材。教材的編寫，保持本學(xué)科的系統(tǒng)性和科學(xué)性的前提下，力求做到內(nèi)容的先進(jìn)性與針對性的統(tǒng)一，循序漸進(jìn)、簡明易懂，特別注重了對學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)。各章都有明確的教學(xué)目標(biāo)，介紹本課程中的基本概念、著重對基本分析方法的詳細(xì)介紹，每一種分析方法都有相應(yīng)的例題，其過程詳細(xì)，步驟完整。每章后配有習(xí)題，供讀者實(shí)踐。一直用作為畜牧獸醫(yī)專業(yè)成人教育、自學(xué)考試教材。2004年，該選題被內(nèi)蒙古大中專蒙古文教材編審委員會審批為“普通高等教育‘十一五’規(guī)劃教材”。為了使其成為名副其實(shí)的規(guī)劃教材，以及貫徹落實(shí)教育部有關(guān)教改精神，進(jìn)一步提高教材質(zhì)量，使“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”課程教材符合新形勢下的教學(xué)要求及國家教委新制訂的課程教學(xué)基本要求，在廣泛征求兄弟院校如內(nèi)蒙古大學(xué)、內(nèi)蒙古民族大學(xué)的相關(guān)老師的意見基礎(chǔ)上，總結(jié)以往成功經(jīng)驗(yàn)，采納有關(guān)兄弟院校師生的建議，并針對使用中存在的問題，對《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教材進(jìn)行了全面修訂。2．金鳳、何金山(內(nèi)蒙古大學(xué))主編的蒙文版教材《生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)》2004年由內(nèi)蒙古大學(xué)出版社出版發(fā)行。本教材在2008年內(nèi)蒙古大中專蒙古文教材評比中獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。與《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》教材相比較，新版教材保證了學(xué)科的系統(tǒng)性、完整性和實(shí)用性，突出體現(xiàn)了本課程的先進(jìn)性、技能性與前沿性。具體內(nèi)容如下:對第一章、第二章的內(nèi)容做了次序上的調(diào)整。第三章“平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)”改為“數(shù)據(jù)特征值”。第四章補(bǔ)充了二項(xiàng)分布應(yīng)用案例。第五章“兩個(gè)樣本平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)”改為“假設(shè)檢驗(yàn)”。第六章方差分析的第四節(jié)中增加了兩個(gè)因素系統(tǒng)分組方差分析方法。第七章第二節(jié)中增加了檢驗(yàn)是否符合某種分布的案例題。第八章第四節(jié)增加了直線相關(guān)與直線應(yīng)用案例。第九章第三節(jié)增加了案例分析。第十章第十一章分別增加了對應(yīng)案例。第十二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理與常用方法(新增)。第十三章常用統(tǒng)計(jì)應(yīng)用程序簡介(新增)。該教材及時(shí)引入了現(xiàn)代運(yùn)算工具，將常用的設(shè)計(jì)與分析方法與優(yōu)秀統(tǒng)計(jì)應(yīng)用軟件融為一體，使統(tǒng)計(jì)知識與計(jì)算機(jī)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了方便與快捷的手段。已經(jīng)連續(xù)8學(xué)年在10多個(gè)專業(yè)1000多人中使用，被相關(guān)專業(yè)師生廣泛采用，反響良好，已多次印刷，為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的提高做出了積極貢獻(xiàn)。目前，本教材已被列入自治區(qū)規(guī)劃教材。它的出版不僅解決了內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)蒙語授課“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”課程學(xué)生和內(nèi)蒙古民族大學(xué)畜牧專業(yè)蒙語授課學(xué)生的資料問題，而且可作為牧區(qū)畜牧獸醫(yī)技術(shù)工作者、動物科學(xué)研究者、動物醫(yī)學(xué)研究者及相關(guān)專業(yè)研究生、博士生用來進(jìn)行整理分析復(fù)雜的生產(chǎn)一線數(shù)據(jù)并找出數(shù)據(jù)潛在的規(guī)律提供參考書。3．金鳳、成格爾、玉榮主編的全國高等學(xué)校蒙文版教材《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析方法》2008年由內(nèi)蒙古大學(xué)出版社出版發(fā)行。隨著科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，“統(tǒng)計(jì)學(xué)”已大步跨進(jìn)了一個(gè)又一個(gè)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，而每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域在其自身發(fā)展過程中都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需分析揭示其內(nèi)在規(guī)律。統(tǒng)計(jì)學(xué)作為分析方法，食品科技工作者越來越清醒地認(rèn)識到其重要性，開設(shè)“食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析方法”課程。目前為止，蒙文版教材《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析方法》是唯一的一個(gè)專門給蒙語授課食品科學(xué)專業(yè)學(xué)生所使用的“統(tǒng)計(jì)學(xué)”類教材。同時(shí)也是那些從事相關(guān)專業(yè)的技術(shù)工作者的理想?yún)⒖加脮?．金鳳參編國家十一五規(guī)劃教材《食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析》(漢文，第二版)，2010年由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社出版發(fā)行。承擔(dān)第七章的編寫，該教材為目前我校食品科學(xué)各專業(yè)課程教材。5．金鳳參編國家十一五規(guī)劃教材《生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)》(漢，第四版)，2008年由中國農(nóng)業(yè)出版社出版發(fā)行。它榮獲全國高等農(nóng)業(yè)院校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)。承擔(dān)第三章、第四章的編寫，該教材為目前我校動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、生物工程等院系課程教材。6．金鳳參編全國統(tǒng)編教材《田間試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析》(漢文，第二版)，2008年由科技出版社出版發(fā)行。承擔(dān)第十一章的編寫，該教材為目前我校農(nóng)學(xué)、生態(tài)環(huán)境等學(xué)院課程教材。7．金鳳參編面向21世紀(jì)教材《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》(漢文)，2005年由內(nèi)蒙古大學(xué)出版社出版發(fā)行。承擔(dān)第六章的編寫，該教材為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)(生物制藥)、內(nèi)蒙古大學(xué)、內(nèi)蒙古師范大學(xué)相關(guān)課程教材。8．金鳳參編國家十一五規(guī)劃教材《生物統(tǒng)計(jì)附試驗(yàn)設(shè)計(jì)》(漢文，第三版)，2002年由農(nóng)業(yè)出版社出版發(fā)行。承擔(dān)第四章編寫，該教材為2008年前我校動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、生物工程等院系課程教材。9．金鳳主編校級教材《統(tǒng)計(jì)分析SAS應(yīng)用上機(jī)指導(dǎo)書》(漢文)，2010年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)出版。該教材為目前我校動物科學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、生物工程、食品科學(xué)各專業(yè)學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐教材。

本系列教材主要解決的教學(xué)問題

1．“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”是數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法在生物學(xué)中的應(yīng)用。我們編寫教材時(shí)不僅保持本學(xué)科的系統(tǒng)性，知識性，而且注重了與現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。因此解決了蒙漢雙語授課學(xué)生因認(rèn)知差異引起的教學(xué)效果有差異的問題。2．雖然電子課件因其信息量大而受到大家好評，但是學(xué)生上課時(shí)更多的時(shí)間忙于抄課件，忽略了教師的講解，而教材恰可彌補(bǔ)多媒體教學(xué)的這些不足。有了教材學(xué)生通過閱讀教材可獲得試驗(yàn)設(shè)計(jì)模板與方法、經(jīng)典分析案例的詳細(xì)步驟、顯著性檢驗(yàn)臨界值等。3．本系列教材在輔助科研水平提升的同時(shí)，促進(jìn)了科研成果進(jìn)一步支撐統(tǒng)計(jì)分析案例教學(xué)，解決了今后修訂教材時(shí)的實(shí)際案例問題，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)研究與結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析相互輔助的良性循環(huán)。蒙漢雙語《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》系列教材編寫過程中不僅突出了“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)”是方法論、工具論的特色，而且顧及到了蒙漢雙語授課學(xué)生的認(rèn)知差異，及地區(qū)特色，內(nèi)容編排上多為草原畜牧業(yè)案例，從而促進(jìn)了他們的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)效果及社會效益

篇10

關(guān)鍵詞：國際信息科學(xué)峰會；國際信息哲學(xué)研討會；綜述

中圖分類號：B01文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16738268（2015）06008806

一、會議背景

當(dāng)今世界已經(jīng)步入信息時(shí)代，信息業(yè)已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一，但是不同的學(xué)科背景使得學(xué)者們對于信息問題各抒己見，因此，為了促進(jìn)各學(xué)科的信息研究能夠有效溝通與合作，首屆國際信息科學(xué)峰會（IS4IS）應(yīng)運(yùn)而生。2015年6月3～7日由國際信息科學(xué)聯(lián)合會（International Society for Information Studies）和多國機(jī)構(gòu)聯(lián)合舉辦的第一屆國際信息科學(xué)峰會在維也納技術(shù)大學(xué)舉行，其中，西安交通大學(xué)國際信息哲學(xué)研究中心是舉辦單位之一，此次峰會的總主題是：“處于十字路口的信息社會――信息科學(xué)的回應(yīng)與責(zé)任。”此次峰會包括了三個(gè)分會：第二屆國際信息哲學(xué)研討會（ICPI 2015）、第六屆國際信息科學(xué)基礎(chǔ)大會（FIS 2015）和第五屆國際信息通信技術(shù)與社會學(xué)術(shù)研討會（ICTS 2015）。該峰會吸引了全球300多名信息領(lǐng)域的研究學(xué)者參加，我國有涵蓋的30多名學(xué)者參會，其中鄔j教授所帶領(lǐng)的信息哲學(xué)團(tuán)隊(duì)陣容龐大，由鄔j本人及其十多名博士生組成。不僅如此，由鄔j教授擔(dān)任主席的“第二屆國際信息哲學(xué)研討會”收獲頗豐，共收錄論文33篇，內(nèi)容橫跨科學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)等多個(gè)方面，每一場討論都十分熱烈。鄔j教授作為首屆國際信息科學(xué)峰會主席團(tuán)成員在峰會開幕式上致辭，并作為“第二屆國際信息哲學(xué)研討會”主席在分會上致開幕詞和閉幕詞。

鄔j教授在峰會開幕式上致辭指出，在各國學(xué)者的共同努力下，國際信息科學(xué)和信息哲學(xué)已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)很好的發(fā)展態(tài)勢。中國的信息科學(xué)和信息哲學(xué)研究正在走向世界，而世界的信息科學(xué)和信息哲學(xué)研究也正在走向中國。人類信息社會的發(fā)展正在打通世界各國的壁壘，同時(shí)，也把世界范圍內(nèi)的科學(xué)家和哲學(xué)家更為廣泛地聯(lián)合了起來。當(dāng)今世界的哲學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展面臨著一個(gè)共同的信息范式的轉(zhuǎn)換過程，信息不僅是一種全新的思維方式，而且還是一種全新的生產(chǎn)方式、發(fā)展模式和組織模式。正是信息范式在哲學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會的不同層面所呈現(xiàn)出的這種統(tǒng)一性，決定了我們這個(gè)時(shí)代的特征和發(fā)展方式，同時(shí)也決定了人類的科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展正面臨著在信息范式基礎(chǔ)上的重新融合與統(tǒng)一。

在此次峰會閉幕前夕，相關(guān)組織機(jī)構(gòu)還召開了國際信息科學(xué)聯(lián)合會的執(zhí)委會，鄔j教授全票當(dāng)選為國際信息科學(xué)聯(lián)合會副主席；同時(shí)，執(zhí)委會公布成立了國際信息科學(xué)聯(lián)合會的第一個(gè)分支機(jī)構(gòu)――中國分會，并決定下一屆國際信息科學(xué)峰會（2017年）由瑞典哥德堡大學(xué)承辦，屆時(shí)西安交通大學(xué)國際信息哲學(xué)研究中心仍將是會議承辦方之一，第三屆國際信息哲學(xué)研討會也將成為峰會的分會議之一。

二、信息本質(zhì)與信息轉(zhuǎn)向

鄔j教授作了題為《信息哲學(xué)與信息科學(xué)的互動與融合》的大會特邀主題報(bào)告，他在報(bào)告中指出，關(guān)于存在的哲學(xué)是哲學(xué)的元理論，哲學(xué)的根本性變革應(yīng)當(dāng)基于存在領(lǐng)域的分割方式的變革，并依此對哲學(xué)的幾次重大轉(zhuǎn)向予以了總結(jié)。鄔j教授認(rèn)為，最開始存在被分割為三大領(lǐng)域：上帝（客觀理念）、物質(zhì)、個(gè)體精神，隨著科學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展，上帝的存在被證明是虛設(shè)的，于是上帝便被剔除在存在領(lǐng)域之外，最終，存在領(lǐng)域的范式被歸結(jié)為：“存在=物質(zhì)+精神”。更進(jìn)一步，鄔j教授基于信息科學(xué)的最新成果，將存在領(lǐng)域進(jìn)行了重新劃分，并提出了“存在=物質(zhì)+信息”的新的存在論范式，在此，鄔j教授從最抽象的哲學(xué)范疇上揭示了一個(gè)全新的存在領(lǐng)域――信息，信息包括主觀信息和客觀信息（精神）兩大領(lǐng)域，并認(rèn)為“存在=物質(zhì)+信息”這一新的存在論范式還在信息活動的高級形態(tài)的意義上重新規(guī)定了精神的本質(zhì)。同時(shí)，鄔j教授認(rèn)為，哲學(xué)的這一信息轉(zhuǎn)向是在哲學(xué)最高范式的層面發(fā)生的變革，是根本性的轉(zhuǎn)向，而所謂的認(rèn)識論、語言學(xué)、現(xiàn)象學(xué)轉(zhuǎn)向、生存論轉(zhuǎn)向、價(jià)值論轉(zhuǎn)向、實(shí)踐論轉(zhuǎn)向、身體哲學(xué)轉(zhuǎn)向等都是非根本性轉(zhuǎn)向，并由此斷定，信息哲學(xué)給人類哲學(xué)帶來了第一次根本性的轉(zhuǎn)向。

來自英國牛津大學(xué)的弗洛里迪（Luciano Floridi）教授也通過一個(gè)公式定義了信息：I=Q+A。他認(rèn)為，信息就像回答問題一樣：人們所知道的東西就是信息（知道問題并知道回答），人們不十分確信他是否知道的東西就是不確定（知道問題但不知道回答），人們甚至連他不知道本身都不知道就是無知（既不知道問題也不知道回答）。他還將信息和權(quán)利問題放在一起來討論，將人類的歷史分為史前階段（沒有信息與通信技術(shù)）、歷史階段（個(gè)人與社會福利與信息與通信技術(shù)有關(guān)）和超歷史階段（個(gè)人與社會福利依賴于信息與通信技術(shù)）。并認(rèn)為，人類在超歷史階段就進(jìn)入了成熟的信息社會，成熟信息社會的權(quán)利不僅僅是與事物有關(guān)或者與關(guān)于事物的信息有關(guān)，也和不確定性有關(guān)，在成熟信息社會誰制造不確定性控制問題并塑造答案，誰就能控制現(xiàn)實(shí)的人。

華南理工大學(xué)吳國林教授在《量子信息的追問》一文中首先梳理了經(jīng)典信息概念之所以成立的前提條件：一是可以用概率表示的可能事件集；二是信息是不確定的消除。進(jìn)而對量子信息進(jìn)行了考察，認(rèn)為量子信息滿足類似如經(jīng)典信息的兩個(gè)前提條件：一是量子信息描述微觀事物的可能，并且量子信息是波函數(shù)的表達(dá)；二是量子信息也是通過編碼、傳遞、解碼來處理信息，量子信息是量子不確定的消除（量子信息Ⅰ）。他認(rèn)為，量子信息與經(jīng)典信息之間的這種家族類似性，使得量子信息可以歸屬于信息概念。最后，吳國林教授通過一系列的推導(dǎo)得出結(jié)論：量子信息是量子狀態(tài)的顯示（量子信息Ⅱ）。

來自加拿大多倫多大學(xué)的羅伯特? K?洛根（Robert K. Logan）教授立足于系統(tǒng)生物學(xué)的觀點(diǎn)對信息進(jìn)行了定義。他在《什么是信息？為什么它是相對的？它和物質(zhì)、意義以及組織之間的關(guān)系是什么？》一文中首先分析了申農(nóng)信息理論的局限性，認(rèn)為依據(jù)申農(nóng)的信息定義，一組結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)比一組隨機(jī)數(shù)據(jù)包含的信息要少，并以此推出，隨機(jī)有機(jī)化學(xué)物質(zhì)原湯比結(jié)構(gòu)化生物組織包含更多的信息；活體隨著越來越結(jié)構(gòu)化和組織化，所包含的申農(nóng)信息也就越少；但是，這是違反生物學(xué)家直覺的。因此，羅伯特?K?洛根教授認(rèn)為用申農(nóng)信息理論來描述生物系統(tǒng)是失效的。他認(rèn)為，從生物信息的角度來看，機(jī)體中的信息等同于約束性組織，它有助于機(jī)體從環(huán)境中獲得能量來促進(jìn)自身的增長和復(fù)制。生物體進(jìn)行約束性組織的增殖，就是在進(jìn)行信息構(gòu)建。約束就是信息，信息就是約束，而這種約束就是生物組織，所以生物組織也是信息，反之亦然。生物信息不是象征性的，不像抽象性的符號信息，它不能和實(shí)在之物相分離，是實(shí)體化的，內(nèi)嵌于生物體，作用于生物體。并認(rèn)為，人類主要處理三種信息：遺傳信息、認(rèn)知信息和概念信息（符號）。

三、信息理論的發(fā)展

中國人民大學(xué)苗東升教授在《信息研究的中國路徑在開拓中》一文中對信息相關(guān)理論進(jìn)行了梳理。首先，他對申農(nóng)、維納、惠勒以及鄔j的信息理論進(jìn)行了評價(jià)，認(rèn)為申農(nóng)的信息理論回避了語義信息，為通信技術(shù)提供了有力的工具，但是申農(nóng)信息論的優(yōu)點(diǎn)也造就了他理論的局限性，認(rèn)為申農(nóng)信息論有待突破。苗教授認(rèn)為維納信息理論突破了申農(nóng)信息論的框架，并指出了突破方向：拋棄機(jī)械唯物論，承認(rèn)宇宙存在既非物質(zhì)、亦非精神的信息，建立信息時(shí)代的唯物論。認(rèn)為惠勒的信息觀也有助于突破機(jī)械主義論，但是惠勒信息論是唯信息主義，是唯心論在信息時(shí)代的反映。苗教授對鄔j教授的信息理論給予了高度評價(jià)，認(rèn)為鄔j教授既堅(jiān)持唯物主義立場，又對傳統(tǒng)存在領(lǐng)域發(fā)出挑戰(zhàn)，將存在領(lǐng)域重新劃分為物質(zhì)和信息，并認(rèn)為鄔j教授以這種本體論為核心建構(gòu)了自己的哲學(xué)體系，是對信息時(shí)代的哲學(xué)回應(yīng)。此外，苗教授還在文章中以信息概念為核心對辯證法的發(fā)展歷史進(jìn)行了梳理，提出了構(gòu)建信息時(shí)代唯物辯證法的重大課題。文章最后，苗教授對信息研究的中國路徑也進(jìn)行了梳理，指出中國的信息研究起步于1960年代，在1980年代出現(xiàn)研究，并認(rèn)為此次研究得益于錢學(xué)森的推動，即“三論熱”中的信息論熱。苗教授還認(rèn)為，鐘義信教授、鄔j教授、閆學(xué)杉教授三人的工作大體代表了當(dāng)前中國信息研究的學(xué)術(shù)水平，并認(rèn)為，在中國只有鄔j教授形成了一支信息研究隊(duì)伍。苗教授也肯定了中國其他一些信息理論研究學(xué)者的貢獻(xiàn)，認(rèn)為信息研究的中國路徑正在開拓中。

還有一些學(xué)者從信息這一詞的構(gòu)詞以及詞義的流變來研究信息，來自于德國國際信息倫理學(xué)中心的拉斐爾?卡普羅（Rafael Capurro）教授從亞里士多德作品中的希臘語νóησιζ到阿拉伯語tas?awwur，再到希伯來語z?iyyur，再到拉丁語（in）formatio，討論了一系列信息構(gòu)詞以及詞義的復(fù)雜歷史流變過程。卡普羅教授還認(rèn)為，拉丁語的信息概念已經(jīng)接近我們現(xiàn)代意義的信息概念，Informatio和 informo在整個(gè)中世紀(jì)被普遍用于認(rèn)識論、本體論和教育學(xué)等相關(guān)文獻(xiàn)之中，其中信息概念在托馬斯?阿奎那（12251274）的作品中得到了最充分的展現(xiàn)。卡普羅教授還認(rèn)為，在拉丁語中（in）formatio第一個(gè)含義代表著“不可分之物”，第二個(gè)含義被用來對名字或符號構(gòu)成的正確與否進(jìn)行判斷?，F(xiàn)代英語所用的information更多地保留了信息這一詞的認(rèn)識論上的含義，信息主要用來表示“告知”、“溝通”、“思想的形成”，20世紀(jì)隨著信息理論的發(fā)展，信息概念開始緊密地和知識、科技等聯(lián)系在一起。

中國青年政治學(xué)院肖峰教授在《許多信息“主義”》一文中梳理了眾多的信息“主義”。肖峰教授認(rèn)為，信息主義主要是通過“information+ism”的形式來形成的，包括四種：informationalism，informatism，informationism，informatilism。肖教授認(rèn)為，informationalism最早可以追溯到加拿大學(xué)者大衛(wèi)?萊昂的著作之中，被用來描述由于信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用而帶來的新的社會結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，后來被美國學(xué)者曼紐爾?卡斯特爾泛化了，在他的著作中直接用“information”代替“information technology”（信息技術(shù)），認(rèn)為信息技術(shù)從根本上改變了我們這個(gè)時(shí)代，此時(shí)“informationizationism”等同于信息時(shí)代，周理乾和索倫在文章中用“Paninformationalism”（泛信息主義）來表示一種哲學(xué)命題。肖峰教授還認(rèn)為，“informatism”比“informationalism”一詞出現(xiàn)得更早，被用于文藝領(lǐng)域，包括信息藝術(shù)、數(shù)據(jù)藝術(shù)、電子藝術(shù)等，主要用來描述那些借由電腦、新媒體、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等信息技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)的藝術(shù)形式，“informatism”也應(yīng)用于哲學(xué)，拉斐爾?卡普羅用“dialectical informatism”（辯證信息主義）來評價(jià)沃爾夫?qū)男畔⑦M(jìn)化論方法，用以區(qū)別“dialectical materialism”（辯證唯物主義）。Informationism被理查德?普萊斯用于表述一種新的哲學(xué)趨勢。中國學(xué)者沈新曦單獨(dú)把“informatilism”當(dāng)作一種哲學(xué)范疇來使用。

四、信息科學(xué)探索

北京郵電大學(xué)鐘義信教授在《信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生的定律》一文中深入分析了阻礙信息科學(xué)發(fā)展的原因，鐘教授認(rèn)為主要有三點(diǎn)：一是信息科學(xué)研究者學(xué)術(shù)背景的差異，這些背景包括了圖書館科學(xué)界、計(jì)算機(jī)科學(xué)界、通信科學(xué)界、信息哲學(xué)界、社會信息學(xué)界、生物信息學(xué)界、藝術(shù)學(xué)界等，這些不同的學(xué)術(shù)背景使得相關(guān)研究人員對信息科學(xué)的理解不甚相同；二是信息科學(xué)研究者視角的差異，不同的視角使得研究者對于相同的信息產(chǎn)生了不同看法；三是信息科學(xué)研究者的方法論的差異。鐘教授認(rèn)為，方法論上的差異是這些原因中最重要的，傳統(tǒng)的“分而治之”的方法論已經(jīng)不適應(yīng)于信息科學(xué)的研究，而應(yīng)當(dāng)將“轉(zhuǎn)而創(chuàng)之”的方法應(yīng)用于信息科學(xué)的研究。鐘教授認(rèn)為，“轉(zhuǎn)而創(chuàng)之”就是“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”，具體而言就是通過信息手段來實(shí)現(xiàn)智能創(chuàng)生。文章通過一系列的模型和公式推導(dǎo)，研究了“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”，并認(rèn)為這一定律是信息科學(xué)的核心定律，幾乎適用于所有領(lǐng)域，包括人、生物、非生物和人造機(jī)器等。

中國科學(xué)院大學(xué)顏基義教授深入挖掘了申農(nóng)信息理論中的關(guān)鍵理念，使得申農(nóng)信息理論的價(jià)值重新得到了突顯。顏教授認(rèn)為，從信息去意義化方面來看，正是由于申農(nóng)信息理論沒有考慮信息的意義才使得他的理論和“communication”緊密相聯(lián)，由此也發(fā)揮了很大的作用；從不確定性方面來看，由于“不確定性”現(xiàn)象的普遍存在，而“不確定性”又是申農(nóng)信息的基本屬性，這就使得信息能夠和自然界、人類社會中的各種紛繁現(xiàn)象建立起聯(lián)系；從冗余度方面看，申農(nóng)的冗余度概念有利于當(dāng)今的通信實(shí)踐和“大數(shù)據(jù)”工作的發(fā)展；從點(diǎn)對點(diǎn)的關(guān)系方面來看，申農(nóng)通信理論中的點(diǎn)對點(diǎn)關(guān)系抽象為當(dāng)今的通信應(yīng)用留下了十分廣闊的空間；從逆向推斷過程方面來看，申農(nóng)信息論中的解碼過程本質(zhì)上就是一個(gè)逆向推斷過程，對于許多技術(shù)都有所啟發(fā)，比如機(jī)器翻譯；從communication方面來看，盡管申農(nóng)的信息論去意義化了，但是畢竟是一種通信理論，人類社會離不開communication，所以申農(nóng)信息論從一開始就同時(shí)踏入了科技和社會領(lǐng)域。此外，顏教授還認(rèn)為莫比烏斯帶應(yīng)當(dāng)是我們的時(shí)代圖標(biāo)，在信息時(shí)代，人們自由地在真實(shí)世界與虛擬世界之間轉(zhuǎn)換著，他還發(fā)現(xiàn)此次國際信息科學(xué)峰會的圖標(biāo)正是莫比烏斯帶。

北京大學(xué)閆學(xué)杉副教授在《統(tǒng)一信息科學(xué)的三種實(shí)現(xiàn)方法與三種可能的前景》一文中認(rèn)為，人們可以通過直接統(tǒng)一法、級進(jìn)統(tǒng)一法和特別統(tǒng)一法等方法來建立統(tǒng)一信息科學(xué)，并認(rèn)為無論采取哪種方法，統(tǒng)一信息科學(xué)的前景都不超過三種：大信息科學(xué)、小信息科學(xué)、類信息科學(xué)。緊接著，閆學(xué)杉副教授詳細(xì)介紹了這三種方法和可能的三種前景：直接統(tǒng)一法就是將各種信息學(xué)科的共同信息特性和問題進(jìn)行直接統(tǒng)一；級進(jìn)統(tǒng)一法就是首先將性質(zhì)相近的信息學(xué)科進(jìn)行統(tǒng)一，然后在此基礎(chǔ)之上再進(jìn)一步統(tǒng)一，一步步最終達(dá)到統(tǒng)一的目的；特別統(tǒng)一法就是采取一套特別的方法對信息學(xué)科進(jìn)行一步到位的統(tǒng)一；大信息科學(xué)是指有常規(guī)科學(xué)性質(zhì)的科學(xué)，包含許多子學(xué)科；小信息科學(xué)是指有交叉科學(xué)和跨科學(xué)特點(diǎn)的科學(xué)；類信息科學(xué)是指包含有若干類的信息學(xué)科群。

五、信息哲學(xué)和信息科學(xué)的互動融合

西安交通大學(xué)鄔j教授認(rèn)為，信息哲學(xué)和信息科學(xué)是互動融合的。首先，人類的普遍理性認(rèn)識方式是哲學(xué)和科學(xué)內(nèi)在融合的根據(jù)。哲學(xué)是追求普遍理性的活動，但是科學(xué)并不是單純的感性活動，也應(yīng)當(dāng)包含普遍理性，哲學(xué)和科學(xué)在普遍理性的認(rèn)識方式基礎(chǔ)上可以融合。其次，普遍理性的層次性導(dǎo)致了哲學(xué)和科學(xué)劃界的相對性和相互規(guī)定性。普遍理性是有層次的，不同學(xué)科之間只有普遍理性層次差異，而無有無的區(qū)別，并且高層次普遍理性和低層次普遍理性之間存在著雙向作用，是彼此規(guī)范、融合的，所以哲學(xué)離不開科學(xué)，哲學(xué)也應(yīng)是一種科學(xué)，科學(xué)也離不開哲學(xué)，科學(xué)也應(yīng)是某種意義上的哲學(xué)。此外，哲學(xué)和科學(xué)之間不僅能夠融合，還能實(shí)現(xiàn)科學(xué)對哲學(xué)的改造，哲學(xué)對科學(xué)的批判，哲學(xué)的自我批判。鄔j教授將科學(xué)對哲學(xué)的改造看成是普遍理性的層次躍遷，將哲學(xué)對科學(xué)的批判看成是低層普遍理性局限性的剔除，哲學(xué)的自我批判看成是高層普遍理性結(jié)構(gòu)的改變。鄔j教授通過信息維度的引入，改變了傳統(tǒng)哲學(xué)和科學(xué)的范式，并提出了“科學(xué)的信息科學(xué)化”的看法。

來自法國國際跨學(xué)科研究中心的布倫納（Joseph E. Brenner）教授在《信息哲學(xué)與信息科學(xué)的融合》一文中，首先對鄔j教授的信息哲學(xué)理論以及鄔j教授所做的努力進(jìn)行了簡要的介紹，并認(rèn)為鄔j教授的信息哲學(xué)思想對科學(xué)和哲學(xué)都形成了強(qiáng)有力的沖擊。同時(shí)，他也提出了自己對于信息哲學(xué)與信息科學(xué)相互融合的相關(guān)看法，認(rèn)為信息對科學(xué)的影響不應(yīng)當(dāng)只被認(rèn)為是影響到了單一的“科學(xué)”學(xué)科，而應(yīng)當(dāng)有更廣范圍的影響。他認(rèn)為科學(xué)應(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)方面：第一，在“硬件”和“軟件”的方向上，大約可以分為實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)和概念性的科學(xué)；第二，兩種不同科學(xué)學(xué)科的相對獨(dú)立性。信息科學(xué)和信息哲學(xué)內(nèi)在的結(jié)合是依據(jù)于它們的信息特性。由于信息的多種二重性（物理性和非物理性，動態(tài)性和系統(tǒng)性），使得信息無論是在科學(xué)上還是哲學(xué)上都難以定義，但是信息的特性是科學(xué)和哲學(xué)都共有的。信息的認(rèn)識論性質(zhì)體現(xiàn)了它的科學(xué)性，信息作為一種意義的載體體現(xiàn)了它的哲學(xué)性。布倫納教授還指出，跨學(xué)科是一種新的理論，這一理論將不同的學(xué)科思想融合在一起，不同的學(xué)科之間的“交織”有利于更進(jìn)一步地理解信息和鞏固信息科學(xué)的基礎(chǔ)。并認(rèn)為，信息哲學(xué)作為科學(xué)和哲學(xué)融合的成果也應(yīng)當(dāng)加入到跨學(xué)科的進(jìn)程當(dāng)中。

來自日本國際教養(yǎng)大學(xué)的麻生（Marcin J. Schroeder）教授采用新的范疇來定義信息，將信息看作是哲學(xué)和科學(xué)的融合點(diǎn)。麻生教授首先分析了亞里士多德、弗朗西斯?培根等人關(guān)于科學(xué)和哲學(xué)的劃分依據(jù)，認(rèn)為隨著科技的發(fā)展，亞里士多德和弗朗西斯?培根的學(xué)科劃分方法無法解決現(xiàn)代科學(xué)中的相關(guān)問題。并認(rèn)為，信息既不能用具體的科學(xué)理論，也不能用具體的哲學(xué)體系對它進(jìn)行定義，它是超越科學(xué)與哲學(xué)的。麻生教授指出，信息的概念涉及到東方哲學(xué)中的“一”和“多”這一對范疇，這對范疇超越了一般的科學(xué)和哲學(xué)的劃分原則，通過“一”和“多”來定義信息才能彰顯出信息的獨(dú)特地位：信息是哲學(xué)和科學(xué)的融合點(diǎn)。麻生教授認(rèn)為，“多”中選“一”就是信息的選擇表現(xiàn)，生成許多的“一”就是給“多”一個(gè)限定結(jié)構(gòu)，是信息的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。選擇的程度能用作信息的數(shù)量特征，結(jié)構(gòu)的程度能被用來描述信息的集成水平，這兩種表現(xiàn)可以共存，是信息不同的載體。

六、信息社會

奧地利貝塔朗菲系統(tǒng)科學(xué)研究中心的沃爾夫?qū)╓olfgang Hofkirchner）教授在《全球可持續(xù)信息社會的信息――大分岔勢在必行》一文中提出，信息科學(xué)將關(guān)乎人類的生存與興旺，并用自己創(chuàng)立的信息理論分析了我們正在經(jīng)歷的全球性挑戰(zhàn)中所形成的危機(jī)，且提出了相關(guān)對策。他首先探討了進(jìn)化的路徑模型，然后指明了全球可持續(xù)信息社會（GSIS）的進(jìn)化方向，接著分析了全球性、可持續(xù)性、信息化等概念及其對于實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)信息社會的作用，并指出信息是影響全球可持續(xù)信息社會實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。沃爾夫?qū)淌诮又柚谧越M織系統(tǒng)給出了信息的3C模型，即：認(rèn)知（cognition）、溝通（communication）、合作（cooperation），并將這一模型用于分析全球可持續(xù)信息社會的社會特征，同時(shí)指明了人類最終會實(shí)現(xiàn)世界主義大同社會。

The Summary of the First International Summit of Information Science

and the Second International Conference of Philosophy of Information

WANG Liang

（School of Humanities and Social Sciences， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China）