生物信息學發展史范文

導語：如何才能寫好一篇生物信息學發展史，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、研究性學習網站的優勢

在常規教學中，本節課主要存在兩個困難：第一個困難是本節課重難點——轉錄和翻譯過程對于學生來說是無法用肉眼看到的，枯燥且抽象；另一個困難是本節課的重點、難點較多，知識點零碎繁雜。針對第一個困難，筆者采用研究性學習網站中的flas來輔助學生自主學習，從而形象、生動地展示遺傳信息表達的動態過程，利于學生把握轉錄和翻譯兩個階段發生的場所、模板、原料和產物，以達到幫助學生化解難點，突出重點的目的。針對第二個困難“知識點零碎繁雜”，筆者的策略是將零碎繁雜的知識點整合在圖文并茂的研究性學習網站中，學生在一定的情境下，通過自主學習便可輕松掌握。同時筆者又制定學習任務來突出重點，引領主體性學習的方向，即以任務為主線，貫穿學習過程，啟發學生逐步深入地思考，培養學生分析和解決問題的能力。

二、教學媒體選擇與應用設計

教學媒體：研究性學習網站、Powerpoint課件、Flash課件。

本節課教學策略是研究性學習網站搭建學習的平臺，任務引領學習的方向，Powerpoint課件幫助學生總結提升，從而建立完整的知識體系，Flash課件模擬轉錄翻譯過程，體驗學習的樂趣。

三、教學過程

課前筆者根據高一學生的學情和認知水平設置合適的問題和任務，緊緊結合生物學科的特點，在浩如煙海的網絡信息中，按需選擇，精心設計研究性學習網站。它包括RNA和DNA的比較、轉錄、翻譯、模擬實驗、在線測試五塊內容。本節課中設置的任務有6個。

任務1：“為什么RNA適于作DNA的信使呢？”

任務2：三種RNA的比較。

任務3：思考遺傳信息轉錄過程中有關問題。①轉錄場所在哪里？②所需的酶是什么？③為其提供能量的是什么？④模板是什么？⑤原料是什么？⑥形成的產物是什么？⑦遵循的原則是什么？⑧RNA聚合酶的作用是什么？

任務4：mRNA的堿基與蛋白質的氨基酸之間的對應關系。①1個堿基決定1種氨基酸，只能決定4種氨基酸。②如果2個堿基決定1種氨基酸，最多能編碼多少種氨基酸？③已知組成生物體的氨基酸有20種，一種氨基酸的編碼至少需要多少個堿基？

任務5：思考遺傳信息翻譯過程中有關問題。①翻譯需要哪些物質參與？②mRNA和核糖體的結合處，有多少個堿基， 多少個密碼子？③翻譯的起點是什么？④AUG決定的甲硫氨酸通過誰進入核糖體？⑤氨基酸形成多肽鏈的方式是什么？⑥翻譯過程中，是mRNA移動，還是核糖體移動？⑦翻譯什么時候會停止？⑧翻譯的產物是什么？⑨翻譯的實質是什么？

任務6：進入模擬實驗，自己動手實現蛋白質的合成，體驗轉錄和翻譯的過程，體會學習的樂趣，檢驗本節課的學習成果。

實驗過程如下：輸入學號登入模擬實驗，機器隨機生成1個DNA，學生選擇模板并根據所學知識，鍵盤輸入相應的信息，得到轉錄的產物RNA，再根據密碼子表，得到翻譯的產物蛋白質，課件有提示，交互能力好，不同層次的學生都能成功體驗轉錄和翻譯。動作快的同學先將實驗結果上傳到服務器，再比較各自合成的蛋白質是否相同。在BBS論壇上發表蛋白質不同的原因，教師參與討論，并引導學生得到最終答案。

最后在線測試：鞏固提高學習成果。

本節課在網絡環境中實現了學生的自主探索，師生之間、學生之間、學生與機器之間的多重交互，發揮了信息技術在學生自主學習、主動探究、合作交流等方面的優勢，建構了網絡環境下學生研究性學習的學習方式，提高了教學效率，培養了學生探索問題，獲取信息，加工信息，協作討論，解決問題的能力，這些都是信息技術與課程整合所追求的。

四、教學反思

（1）網絡環境下生物教學有著常規教學不具備的優勢，但網絡環境下的課堂會出現學習游離的現象（盲目瀏覽網頁）。因此在教學設計中，教師要把本節課的整個學習目標分解為數個具體的次級目標，并制定出學習任務，以任務為主線，引導學生一步一步完成既定的學習目標。

（2）在制作專題網站時，教師要把需要學生思考、回答的問題盡量隱含在專題網站和學習資料中。利用專題網站的集成性、非線性和交互性，把學生的注意力吸引到學習目標和學習重點上來。

（3）不能因為多媒體教學能化抽象為形象，而忽視了學生識圖能力的培養。教師應要求學生先體會插圖所蘊含的含義，之后再配合多媒體整合各個圖形，展示完整的轉錄和翻譯過程。

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關鍵詞 控制科學與工程 學科建設 自動化

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A

0 引言

自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業、農業、國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志。

自動化是一門涉及學科較多、應用廣泛的綜合性科學技術。在我國研究生培養體系中，自動化對應的一級學科“控制科學與工程”下屬有七個二級學科：“控制理論與控制工程”、“檢測技術與自動裝置”、“系統工程”、“模式識別與智能系統”、“導航、制導與控制”、“企業信息化系統與工程”和“生物信息學”。控制科學與工程對相關學科的發展起到了有力的推動作用，并在學科交叉與滲透中表現出突出的活力。例如：它與信息科學和計算機科學的結合開拓了知識工程和智能機器人領域。與社會學、經濟學的結合使研究的對象進入到社會系統和經濟系統的范疇中。與生物學、醫學的結合更有力地推動了生物控制論的發展。同時，相鄰學科如計算機、通信、微電子學和認知科學的發展也促進了控制科學與工程的新發展，使控制科學與工程學科所涉及的研究領域不斷擴大。

1 我國控制科學與工程學科發展現狀

控制科學與工程學科經過幾十年的發展，在諸多方面取得了一些重要的進步，按照二級學科分類，主要發展現狀歸納如下。

1.1 控制理論與工程

控制理論以動態系統為主要研究對象。20世紀80年代以來，計算機、網絡和通信等信息技術的發展為現有的控制理論提供了廣泛的應用空間，同時也帶來了巨大的挑戰，促使控制理論自身的發展，也催生出新的學科增長點。控制理論方面，在魯棒控制、非線性控制、離散事件動態系統、量子控制等方面都取得了重要進展。魯棒控制研究內容涉及魯棒極點配置、魯棒鎮定、魯棒觀測器設計、魯棒故障診斷等一系列魯棒控制問題。分布參數控制研究涉及可控性、隨機控制、非線性系統、穩定性、最優性、數值求解最優控制及時間延遲問題。離散事件動態系統的研究主要集中在離散事件動態系統的優化理論與方法上，理論成果被成功應用到從機械或半導體制造到電網規劃、石油化工等多個行業的實際工程問題。量子控制的研究涉及量子態的制備、最優控制、控制能力、反饋控制、消相干控制、糾纏動力學、動態解耦等多個方面。智能控制方面，在模糊不確定性理論、復雜系統的模糊控制與穩定性分析、神經網絡控制、智能優化等方面都有重要貢獻。模糊不確定性理論對于主觀上的不確定事件，給出了不確定變量的期望值、不確定變量的關鍵值、不確定事件測度的定義，并將它們應用于機器學習、系統控制和管理等問題。自模糊集合誕生至今，模糊控制作為一種有效的非線性控制方法受到了廣泛關注和應用，模糊控制器形式常見的有模糊邏輯控制、模糊PID控制、神經模糊控制、模糊滑膜控制、自適應模糊控制及基于T-S模型的模糊控制等。模糊控制系統的穩定性分析，是模糊控制領域一個持續研究的課題。現有的結果，主要是在前有理論基礎上，提出放松穩定性條件，并將模糊控制的概念引入網絡控制系統。在神經網絡控制方面，主要利用神經網絡對非線性系統的逼近能力和特性，與一些控制算法相結合，探討復雜系統的建模與控制問題。智能優化方面主要是結合模糊推理和神經網絡自適應為主的模糊神經控制，并結合智能算法實現對算法的優化。智能機器人技術方面，除了在機構、視覺及傳感系統、運動建模、規劃與導航等提出一些新的設計和改進的算法外，中國學者在救災救援機器人、網絡環境機器人、醫療機器人、仿生機器人、飛行機器人、仿人機器人、人-機器人交互等方面取得了重要進展。在控制的應用方面，智能控制理論在電力系統調度、發電機勵磁控制、風電場功率預測等方面已有初步應用。在多智能體與網絡控制方面，研究涉及復雜系統與系統復雜性理論、混合系統與多模態切換、多智能體系統及網絡控制。

1.2 模式識別與智能控制

隨著20世紀40年代計算機的出現以及50年代人工智能的興起，人們當然也希望能用計算機來代替或擴展人類的部分腦力勞動。模式識別在20世紀60年代初迅速發展并成為一門新學科。在生物信息學方面，在高通量組學數據的處理、計算基因組學的研究、醫學群體遺傳學中的生物信息學、蛋白質功能結構與亞細胞定位上、生物分子網絡的構建與分析等方面有了重要進展。機器學習與數據挖掘方面，研究涉及提高學習系統泛化能力、樣本標記問題、降維與度量學習、數據挖掘、在視頻與圖像分析方面的應用。腦—機接口就是要實現生物腦與電腦之間的直接對話。基礎理論研究與實驗研究并重是腦—機接口研究的重要特點。腦—機接口研究是一個全新的領域，許多方面的問題還有待于深入地研究。在醫學信息學、分子影像方面，多模態分子影像成像理論方法與關鍵技術、分子探針與藥物研發、分子影像驗證與應用是現在的研究熱點。

1.3 系統工程

系統工程是實現系統最優化的科學。系統工程的主要任務是根據總體協調的需要，把自然科學和社會科學中的基礎思想、理論、策略和方法等從橫的方面聯系起來，應用現代數學和電子計算機等工具，對系統的構成要素、組織結構、信息交換和自動控制等功能進行分析研究，借以達到最優化設計，最優控制和最優管理的目標。在工業過程建模方面，研究主要涉及過程建模方法與應用及面向高端應用的工業建模技術與軟件。在生產調度優化方面，隨著經濟全球化進程的加快和計算機技術的提升，結合實際生產背景的生產調度問題優化理論與方法成為自動化學科的研究熱點。公共安全應急管理決策的研究主要集中在公共安全應急決策的理論、方法和技術上。在信息服務的研究上，在服務組合、服務計算環境、服務部署與調度、服務計算模式/模型、數據集成等關鍵問題上都有了較大的進展。智能交通系統是解決目前城市交通擁堵、氣體和噪聲污染的主要途徑，目前主要的研究領域集中在先進交通分配和出行誘導技術、城市高速路與普通路網集成交通控制、交通分配與交通控制一體化研究以及交通信息獲取與服務系統的研制。

1.4 導航、制導與控制

導航、制導與控制學科一直突出為國防、航天服務的特色，注重理論與工程實際的結合，重視高素質人才的培養，建立起一支梯隊結構合理、學術方向穩定、能打“硬仗”的科研隊伍。半個世紀里，導航、制導與控制學科先后開辟出導航技術、飛行控制、精確制導等研究方向。在導航技術方面，研究涉及衛星導航、慣性導航及慣性基組合導航。在飛行控制方面，國內飛行控制研究領域取得了豐富的研究成果，在飛行控制理論的改進和完善、先進飛行控制技術的研究與探索以及飛行控制技術在航空器、航天器和臨近空間飛行器的應用方面都取得了長足的進展。在精確制導技術方面，研究的主要內容包括高精度導引控制技術和精確探測技術。高精度導引控制技術主要體現在制導控制規律的設計方面，而精確探測技術主要體現在各類導引系統探測技術的發展史上。

1.5 檢測技術與自動化裝置

檢測技術與自動化裝置是將自動化、電子、計算機、控制工程、信息處理、機械等多種學科、多種技術融合為一體并綜合運用的復合技術，廣泛應用于交通、電力、冶金、化工、建材等各領域自動化裝備及生產自動化過程。檢測技術與自動化裝置的研究與應用，不僅具有重要的理論意義，符合當前及今后相當長時期內我國科技發展的戰略，而且緊密結合國民經濟的實際情況，對促進企業技術進步、傳統工業技術改造和鐵路技術裝備的現代化有著重要的意義。在檢測技術上，超導材料、稀土功能材料等功能材料新領域，功能陶瓷材料的研究開發取得了顯著進展，在低燒磁料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實現了產業化。在動態系統的故障診斷技術方面，研究涉及基于模型的故障診斷技術及基于數據的故障診斷方法。

2 我國控制科學與工程學科發展趨勢與展望

2.1 人才的培養和支持

由于我國控制科學與工程專業的畢業生長期以來供不應求，目前，設置該專業的院校逐漸遞增。要注重培養學生的動手能力，多和實踐結合，走出應試教育的桎梏。需要有人才成長的土壤，盡可能為科研人員提供良好的科研條件。需要加大國內外交流，提供交流的機會。總之，需要為人才的培養創造全方位立體的支持環境。

2.2 加大基礎理論投入

我國自動化學科的發展的劣勢主要是基礎理論投入不足，要想改進這一點，需要從國家層次上進行引導，制定相關政策，鼓勵科研院所和高校加大基礎理論研究，經濟允許的情況下加大資金投入，協調各個科研機構，發揮各單位優勢，爭取在基礎理論上取得重大突破。

3 結束語

數代人的持續努力，使我國的經濟保持高速增長的態勢。一個國家的發達程度往往和科技水平成正比，科技會促進社會經濟的發展，而經濟的發展又會對科技發展提供支持。隨著經濟的發展，我國對自動化學科的研究將更多的轉向基礎理論的研究和新興交叉方向的研究。也正是以此作為突破口，我國才更有可能在21世紀達到并且引領世界先進水平，成為自動化科技強國。

注：黑龍江省學位與研究生教育教學改革研究項目——自動化領域研究生培養質量保證體系研究與實踐資助；哈爾濱工程大學2012年教育教學改革研究項目——自動化特色專業建設的探索與實踐

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關鍵詞：基因工程；教學改革；人才培養；教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0097-02

隨著科學技術特別是生物技術的迅猛發展，生命科學進入了以生物信息學、生物技術和基因工程等為標志的嶄新領域[1]。《基因工程概論》是一門以分子生物學、分子遺傳學等相關學科為基礎的專業基礎課程，這門課程是各高校生物技術、農學、園藝等專業的主干課程，如何在有限的教學時間內提高教學質量，培養學生的創新和實踐能力，最終達到提高學生專業素養和綜合競爭力的目標[2]。在該課程的教學過程中進行了各方面的教學探索工作，充分利用多媒體和各種網絡資源開展新型教學模式，并及時補充植物學生物技術領域最新研究進展，激發學生對于生命科學知識學習的興趣和熱情，緊跟生命學科發展前沿，達到提高教學質量的目的。

一、由淺入深，雙語教學

學生在學習基因工程相關概念和知識的同時，通過了解基因工程的發展歷史，特別是在基因工程發展過程中一些推動人類解開生命之謎的標志性事件和經典實驗，來更加充分地理解學習的內容，同時能夠激發學生的學習興趣，例如孟德爾是如何針對豌豆七對獨立表現型在其雜交子代中出現分離的現象展開詳細研究的，最終經過統計發現了基因分離與自由組合定律，開創了遺傳學和基因工程的先河，通過諸多生動的實例，使學生充分了解生物技術領域內基因工程的發展歷史，同時也讓學生深深感受到每項令人矚目的科研成就的背后，科研工作者需要付出超乎想象的艱辛與努力，才能夠推動科學技術的進步[3]。其次，在講授基因工程內容相關概念的時候，需要進行雙語教學，讓學生在學習的同時，接觸到一些專業詞匯，為其今后閱讀國外基因工程研究進展文獻報告和從事基因工程相關研究工作奠定理論基礎。

二、教學方法的設計

傳統教育教學方式往往是教師作為教育主體，按照課程設置和既定思維，將事先設置好的內容按部就班地講解給學生的被動學習模式。整個授課方式較為枯燥，限制了學生對于《基因工程概論》所學內容的想象力和趣味性，不利于學生自我科研探索精神和創新能力的培養。《基因工程原理》作為農學生物技術等相關專業的理論課，需要依據教學大綱，進行學生自主學習、教師輔助學生學習等形式的教學內容的設計。以學生作為課程的主體，教師作為主導去鼓勵和啟發學生思考、發現和解決問題，教師僅僅能把知識灌輸給學生，但并不能幫助學生完全接受和消化所學內容，授人以魚不如授人以漁，通過提問式教學和包括完成課程作業、課堂分組討論等反饋式教學方法，及時了解學生對于知識掌握的情況，幫助學生溫故而知新，并結合平時完成作業情況，從多個方面對于學生的成績進行綜合評價[4]。只有提高學生自主學習的積極性，才能使其真正領會相關知識，開闊思路，實現多學科內容的交叉[5]。要從學生學習實際需求出發，注重將每一個基因工程發展史上的重要技術的研究思路和實驗引入課堂，例如紅色熒光蛋白、綠色熒光蛋白的發現及其在現代基因工程研究過程中是如何與目的基因形成融合蛋白來進行基因定位等方面的研究的，以較為生動的例子讓學生切實感受到基因工程技術的魅力所在和其存在的重要性[6]。另外，在《基因工程原理》課程中的較為抽象的部分重點內容，如乳糖操縱子的作用原理，單純的通過依賴多媒體教學方式使得授課內容過于籠統，在結合多媒體的同時，這部分教學內容以板書的方式則更能讓學生準確地了解其作用機制。另外，通過實踐教學發現，在理論教學過程中，通過文字的演示適時配合一些簡短而生動的生物學動畫和影像資料，如酵母單雜交和雙雜交的基本原理、鏈式聚合酶反應、基因的轉錄和翻譯過程及噬菌體感染大腸桿菌等相關教學，通過動畫和影片使學生對于所學知識從抽象思維到直接具體化，引起其學習積極性，幫助其理解所學知識。

三、緊跟基因工程學科發展前沿

教材的內容僅僅是基本，但并不是全部。基因工程研究發展日新月異，課本上的基礎內容還停留在過去發展的某個階段，過去有些未能解析的生命作用機制之謎如今得以解答，生物新技術特別是二代測序技術等快速發展使得我們可以更加有效地進行生命科學研究[7]。因此積極追蹤基因工程學科發展前沿，對于激發學生學習興趣，促進學生理解理論知識及其未來可能從事的科研工作提供很大幫助。教師在完成教學工作的同時也開展大量科研工作，教師在教學活動中可以結合自身的科研實例，將自己的事例搬上講臺，例如在介紹載體構建章節相關內容中，可以結合自己在科研中是如何構建pCambia3301植物雙元表達載體、pGBKT7酵母表達載體和pMD18-T克隆載體的例子進行說明，再例如在實際的科研實驗中是如何進行農桿菌GV3101轉化等。通過介紹自己最新的科研進展和生命科學領域的研究熱點，結合引導學生到圖書館檢索并閱讀相關科研文獻和研究報告，例如在介紹基因表達與調控章節部分內容時，現代生物技術的發展到今天，利用標記型RNA干擾替代傳統常規RNA干擾的方法能夠有效地避免基因脫靶現象的發生，通過引入基因工程最新研究成果，一方面能夠豐富課程內容，活躍課堂氣氛，拓寬學生的知識面，成功地把學生從書本中引入到書本外，另一方面在介紹過程中極大程度上吸引了學生的注意力，引發學生對于所產生科學問題及其相應解決方法的思考。這種教學模式受到學生的廣泛關注，學生課下通過媒體與老師和其他同學就某些科學問題展開詳細討論，比如基因工程研究在農業、醫藥、食品和化工等領域的重要應用，轉基因技術對人類發展的重要作用，但其同時對環境和人類健康也存在潛在威脅[8]。在熱烈討論的過程中，老師通過讓學生從數據庫中查閱大量科研文獻特別是一些最新發表的外文研究報告來引導學生自主學習，解決其學習中存在的疑慮和困惑。除此之外，考慮到未來學生對于基因工程、生物技術方面相關實驗技術的需求，在適當的時候，教師可以利用自己現有的科研資源，創造條件讓學生積極參加自己的科學研究工作，讓學生能夠接觸到基因工程實驗中重要的科研儀器和生物制品，學生通過輔助老師使用這些儀器設備和生物制劑來完成一些較為基礎的科學實驗，從而提高自身動手能力，并能進一步加深其對《基因工程概論》課程相關理論知識的理解，做到讓學生真正地走出書本。

四、建立綜合評價制度，提高學生綜合素質

考核和教學評價是評定課程教學效果和教育質量最直接也是最有效的方法。在傳統教學評價體系中，學生單純依賴課后復習資料和教師授課課件進行死記硬背，最終往往很難準確評估學生對課程的綜合學習情況。為了更加科學、更加有效地衡量學生學習這門課程的水平，建立綜合評價體系，從多個角度去考察學生思考問題、解決問題和對知識融會貫通的能力，避免學生死記硬背，讓學生真正理解所學知識，例如說《基因工程概論》第三章內容限制性內切酶，讓學生明確限制性內切酶的定義同時，通過舉例和課堂練習、課堂討論等方式讓學生理解在基因工程和分子克隆實驗中如何構建限制性內切酶圖譜及其利用限制酶進行不同類型的載體構建。在評價體系建立過程中，課堂練習、課堂討論等靈活評價成績占總評成績30%，而期末考試成績占70%，且期末考試試題中主觀題和實例應用題的比重較大，概念題和簡答題等客觀題比重較低，綜合檢驗學生對基因工程相關知識的應用能力。《基因工程概論》是一門涉及生物技術等多個交叉學科的課程，要求學生掌握翔實的專業基礎知識和實踐技能。《基因工程概論》課程改革是一項需要不斷探索、調整和改革的重要工程，如何提高課程教學質量，提高學生學習的自主性和對知識掌握的靈活性，就需要教師針對課程改革內容進行深入思考，既要照顧課堂實際教學情況，同時又要著眼于未來，特別是在生物技術、基因工程技術飛速發展的今天，教師必須緊跟基因工程學科發展方向，結合自己的科學研究工作不斷更新教學內容，改革教學方法，采用先進的教學手段，提高學生的學習效率，培養具有扎實理論知識和良好科研素養的高級專業人才[9]。使得學生在競爭如此激烈的社會環境下能夠做好充分準備，以扎實的專業知識武裝自己，提高自我適應性和競爭力。

參考文獻：

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[2]林娜，魏琴，張超，等.《生物技術概論》課程特色教學實踐[J].中國科技信息，2008，（16）：240-241.

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[4]馬利兵，王鳳梅.基因工程教學改革的探索與實踐[J].新課程研究，2011，（213）：100-101.

[5]范桂枝，李曉燦，詹亞光.基因工程教學改革的思考[J].中國農業教育，2006，（6）：55-56.

[6]齊宇歆.對高校教育技術學專業本科課程體系建設的理性審視[J].現代教育技術，2011，（21）：24-27.

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