第一篇：关于提高生物类专业《生物信息学》教学的一些建议论文
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0219-0
2生物信息学是在生命科学、计算机科学和数学的基础上逐步发展而形成的一门新兴交叉学科，其实质就是利用信息科学与技术对生物数据进行获取、处理、存储、发布、分析和解释，进而揭示纷繁复杂的数据中所蕴含的生物学本质[1]。作为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一，生物信息学已经成为生命科学研究领域的重要学科[2]。实验室的每一项技术，从简单的基因克隆、基因数据分析到生物大分子进化研究都需要应用到生物信息学，因此，对于生物类专业的学生而言，掌握生物信息学的相关知识尤为重要。我国各大专院校都在不断努力创新和改进现有生物信息学课程的教学方法与方式。因此，作者结合近五年来开设生物信息学课程的教学实践，分析了目前生物信息学课程教学中存在的主要问题，提出几点建议，希望能够有助于推动生物类专业生物信息学课程教学质量的提高。
一、生物类专业生物信息学课程教学中的问题
1.生物信息学教材的选择。生物信息学的发展速度快、内容广泛，目前很多国内高校使用的教材多为国外教材的影印版或者中文翻译版本，国内引进的生物信息学相关的英文原版教材中有些属于科普性质，内容过于简单，而有些偏重介绍生物信息学的计算方法或模型的建立，过于复杂[3]。而国内相关教材更新较慢，课堂内容涵盖的知识面和知识点相对减缩，而且一些前沿的数据和先进软件没有讲授，这些对学生的发展和生物信息知识的合理运用极为不利[4]，因此，目前导致很多高校教师无法选择适用于生物类专业的生物信息学教材。
2.教学大纲安排不合理。生物信息学是一门集分子生物学、计算机科学和数学等多个学科的交叉学科，它囊括了基因数据获取、基因预测、序列比对、序列拼接、分子进化、蛋白质序列分析、蛋白质结构预测、分子建模、药物设计以及基因芯片蛋白芯片等内容模块，同时各领域内容还涉及到具体的计算方法、概率统计、机器语言等知识模块。由于课时设置有限，如果教师在课堂教学对各领域内容面面俱到，会造成大部分内容都只是蜻蜓点水，学生学完以后虽然接触了很多东西，但在生物研究中遇到实际问题还是束手无策。
3.教学内容滞后。生物信息学是一个快速发展的学科，随着生物学科自身的发展和研究的深入，新的数据库和信息资源不断涌现，各种数据库和软件的更新换代非常频繁，如果教师所讲授的在线服务器、分析软件、讲解实例都不是当前最普遍的，学生学完后打开最新的在线服务器或是相关分析软件依然不会操作。
4.教学方法和教学手段存在不足。生物信息学教学普遍采用普通教室多媒体讲授，而生物信息学课程是一个实践操作课，学生经常要动手操作，普通多媒体教学与实践操作教学相脱节。传统的讲授很难与实践教学效果相比，很多学生虽完成了生物信息学课程学习，也接受了很多生物信息学的理论知识，但在进入大四阶段做课题研究完成毕业论文时，遇到需要在数据库查询序列、用软件分析序列或蛋白性质、结构特点等问题时依然束手无策。
二、生物类专业生物信息学课程教学建议
1.调整教学大纲。对于生物类专业的学生来说，生物信息学是生物研究中的辅助工具，不需要掌握生物信息学算法或软件编程细节，而是培养学生运用生物信息学的方法来解决生物研究中遇到的问题，比如能够应用检索工具查找序列等相关的数据信息、利用比对软件或是BLAST在线服务器对感兴趣的序列进行比对分析、选择适当的建树方法对DNA或蛋白序列进行系统发育树的构建、可分析蛋白序列信息并预测其三维结构以及引物设计等。因此对于生物类专业学生的教学，应重点培养学生的实践能力，尤其是关于数据库的使用和分析软件的操作，使他们以后在生物相关领域的工作中能学以致用，所以对于当前生物类专业的培养目标应以应用为核心安排教学大纲。据此，确定了以下的教学内容：教学内容共54学时，分为理论基础和上机实践两部分。理论教学内容共36学时包括：生物信息学绪论、生物信息数据库的查询与搜索、基因和蛋白质序列比对、序列拼接、生物进化与分子系统发育分析、基因预测与引物设计、蛋白质结构及其预测、计算机辅助药物设计；上机实践共18学时包括：常用生物数据库的查询与搜索、核酸序列检索与分析、多重序列比对和系统发育树的构建、PCR引物设计及评价、蛋白质序列分析及结构预测。
2.教学内容主次分明。由于生物信息学技术及分析手段更新迅速，教学内容会显得越来越臃肿，作者建议对于生物类专业的学生可以以生物信息学方法的掌握和生物信息学工具的应用来设计教学内容，关于生物信息学本身涉及到的一些数学模型和编程算法，可简略讲授，教学过程中尽量把有限的教学学时用到以生物信息学为工具解决生物学研究问题的教学中去，避免“面面俱到”的灌输式教育。例如，对于讲授序列比对这一章的知识，关于序列比对所使用的方法PAM和BLOSUN矩阵，对于如何采用数学方法构建这些计分矩阵过程可略过，只需简要介绍PAM和BLOSUN矩阵的概念意义以及用途，重点放在如何使用生物信息学软件进行序列比对，并理解各参数设置的意义。另外，在生物信息学各教学内容模块中涉及到的相关数据库及软件种类繁多，其数量在不断增加，版本也在不断更新。例如在讲授生物信息数据库的查询与搜索这一章节时，涉及到的数据库有核酸序列数据库、蛋白质序列数据库、蛋白质结构数据库、基因组数据库、蛋白组数据库、代谢组数据库等，而每个种类又含多个不同的数据库，比如核酸序列数据库有GenBank、EMBL和DDBJ等，蛋白质序列数据库有swiss-prot、TrEMBL、NCBI和UniProt等。因此，我们重点介绍了3大站NCBI、EBI和SIB，其中我们着重介绍了NCBI的用于提取序列信息的工具――Entrez系统，Entrez将科学文献、DNA和蛋白质序列数据库、蛋白质三维结构数据、种群研究数据以及全基因组组装数据整合成一个高度集成的系统。因此我们给学生演示并要求学生掌握如何采用Entrez查询DNA和蛋白质序列等。另外在讲授分子进化与系统发育分析这一章节时，要进行序列比对及系统发育树的构建，可以使用ClustalW、BioEdit、DNAstar、phylip、MEGA、PAUP等本地软件，也可以使用The PhylOgenetic Web Repeater（POWER）和Evolutionary Trace Server等网络在线服务器分析。考虑到软件的通用型、易用性及本专业学生的英语水平、计算机操作水平，我们选择ClustalW进行多序列比对，然后采用phylip软件包构建系统发育树，并要求学生掌握如何使用这两个软件构建系统发育树。MEGA及其他在线服务器只简单介绍具体操作方法作为辅助资料供学生自学。
3.基础理论结合实践教学。生物信息学教学强调学生的实践能力培养，仅靠理论授课而无实验学时，学生学完后依然只是纸上谈兵。因此建议，生物信息学的讲授应在合适的微机环境下进行，在理论课学习后，马上安排学生进行实践课，演练所学的软件和方法等。另外教师在讲课时也可结合当前生命科学的发展特点，与生物信息学有机巧妙的结合起来，选择几个典型的案例，进行课堂讲授，现场操作；或是布置实践任务，让学生课后完成，在课堂随机抽点学生让学生操作，使学生参与其中，在实践中感受生物信息学知识是如何解决生物科研中的问题的。比如作者在一开始讲授在数据库中查询序列时，将学生按5～6人分成兴趣小组，结合自己的兴趣选择特定基因，在后续整个课程的学习过程中，比如在学习到序列比对、基因预测、引物设计、系统进化树构建、蛋白质结构预测时，都要求学生围绕该基因利用掌握的各种生物信息学分析方法对其进行分析，并在课堂上随机抽点学生进行现场操作示范，对于学生遇到的问题马上给予解惑并结合知识点再次强调讲授。这样既调动课堂气氛，也提高学生的积极性，使学生有较强的参与感，同时又加强了学生分析问题、解决问题的综合能力。
生物类专业学生学习生物信息学的中心任务就是学会使用生物信息学知识从纷繁复杂的生物数据中揭示隐含的生物学意义。因此在教学中，授课教师要紧跟生命科学的发展，及时调整教学大纲、选择教学内容并突出重点、采用以培养学生实践动手能力的教学方式，做好生物信息学的课程教学工作，提高该课程的教学质量，使学生学习了生物信息学后，能在今后的生物科研中学以致用，解决实际问题。
第二篇：生物信息学论文
浅谈生物信息学的发展和前景
摘 要：本文阐述了生物信息学产生的背景，生物学数据库，生物信息学的主要研究内容，与生物信息学关系密切的数学和计算机科学技术领域，生物信息学产业等内容，展望了其未来并提出了若干在我国发展生物信息学的建议。着重指出，理解大量生物学数据所包括的生物学意义已成为后基因组时代极其重要的课题。生物信息学的作用将日益重要。有理由认为，今日生物学数据的巨大积累将导致重大生物学规律的发现。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。因此，这是我国生物学赶超世界先进水平的一个百年一遇的极好机会。关键字：生物信息学产生背景发展现状前景
随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运 算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了 快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命 科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形 成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展,被誉为“解读生命天书的慧眼”。
一、生物信息学产生的背景
生物信息学是80年代未随着人类基因组计划（Human genome project)的启动而兴起的一门新的交叉学科。它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。由于当前生物信息学发展的主要推动力来自分子生物学，生物信息学的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储、分类、检索和分析等方面，所以目前生物信息学可以狭义地定义为：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。事实上，它是一门理论概念与实践应用并重的学科。
生物信息学的产生发展仅有10年左右的时间---bioinformatics这一名词在1991年左右才在文献中出现，还只是出现在电子出版物的文本中。事实上，生物信息学的存在已有30多年，只不过最初常被称为基因组信息学。美国人类基因组计划中给基因组信息学的定义：它是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、处理、存储、分配、分析和解释的所有方面。
自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。截止目前为止，仅登录在美国GenBank数据库中的DNA序列总量已超过70亿碱基对。此外，迄今为止，已有一万多种蛋白质的空间结构以不同的分辨率被测定。基于cDNA序列测序所建立起来的EST数据库其纪录已达数百万条。在这些数据基础上派生、整理出来的数据库已达500余个。这一切构成了一个生物学数据的海洋。这种科学数据的急速和海量积累，在人类的科学研究历史中是空前的。
数据并不等于信息和知识，但却是信息和知识的源泉，关键在于如何从中挖掘它们。与
正在以指数方式增长的生物学数据相比，人类相关知识的增长（粗略地用每年发表的生物、医学论文数来代表）却十分缓慢。一方面是巨量的数据；另一方面是我们在医学、药物、农业和环保等方面对新知识的渴求，这些新知识将帮助人们改善其生存环境和提高生活质量。这就构成了一个极大的矛盾。这个矛盾就催生了一门新兴的交叉科学，这就是生物信息学。
二、生物信息学研究的发展现状
资金和实力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是结合成果，其投入相当的大。因为目前生物信息主要在于教学和和研究，商业领域的应用不算很广。如一套LIMS加上软件就要花上数千万。加上相关项目的研究开发，不是国内相关的机构所能承受的。所以需要得到政府的支持和帮助。以及有识之士的投入。否则我们又将远远落后国外。国内的制药行业将永不得翻身！基因的流失(国外一些国家打着给国内免费治疗，分析疾病的考旗帜，暗中收集了国内不同省份，地区的遗传类疾病和特性。这些资源，我们国家忽略，应当说目前还没有这样的实力进行研究）。落后就要挨打，21世纪是生物的世纪。基因大战不可避免。基因和疾病的研究很大程度就是数据的分析。里面的领头羊就是生物信息。国内应当在基础教学，基础研究并结合应用力度。
当然国内的人才济济，如有更多计算机领域和数学（统计方面的）人才参与到生物信息，将如虎添翼。目前我国生物信息学发展面临着如下几方面的困境：
⒈政府投资不足
虽然国际上生物信息学研究在各发达国家中比较受重视，但仍有不少研究机构抱怨政府资金投入不够。最近美国许多研究院纷纷申请要求政府加大生物信息学工具与数据库方面的投入，而且欧洲、日本、澳大利亚在这些领域也存在着资金困扰问题，欧洲生物信息学研究所（EBI）和欧洲基金会生命科学中心去年都遇到了麻烦。目前虽然危机已经暂时渡过，但未来几年EBI数据库和其它基础结构仍将受到资金短缺的困扰，一致有人发出了“免费数据服务还能维持多久”的疑问。
2.来自商业机构的竞争
基因组研究潜在的巨大商业利润使得国际上一批大型制药公司和化学公司向该领域大规模的进军。世界最大制药集团之一的Giba Geigy和Sandoz合资建立的Novartis公司投资2.5亿美元建立基因组研究所；Glaxo-Wellcome在基因组研究领域投入4700万美元，将研究人员增加一倍;Smith Kline公司花125亿美元扩展人基因组的顺序，将生物信息学的研究人员从2人增加至70人，并将该公司药物开发项目中的25%建立在基因组学之上。这一方面给生物信息学发展注入了生机，另一方面对那些政府支持的不以赢利为目的的研究机构造成了巨大的压力，学术部门的资金投入远远不及工业部门，其负面冲击力不可忽视。毕竟经济利益的盲目追求会导致基因组研究的片面性，生物信息学长路漫漫，保护这些学术部门的良好发展非常有必要。
3.专业人才匮乏
目前该领域缺乏懂得如何利用计算机技术处理大量生物数据的生物学家，不少生物学家只是将计算机用来打字或作为图纸的替代品。甚至出现了这样有趣的现象：制药业、工业、农业、生物技术研究团体经常在学术机构大肆搜查那些“可疑人”，更有甚者他们彼此间互挖“墙角”。虽然对于人才的渴求与日俱增，但全世界也仅有20多个专业人才培训中心，而且这些中心本身也处在恶性循环中，那些经培训后的人才往往由于高薪诱惑而投身应用工业部门，导致培训教育人员越来越少，出现“断层”现象。
综上所述，不难看出，生物信息学并不是一个足以乐观的领域，究竟原因，是由于其是基于分子生物学与多种学科交叉而成的新学科，现有的形势仍表现为各种学科的简单堆砌，相互之间的联系并不是特别的紧密。在处理大规模数据方面，没有行之有效的一般性方法；而对于大规模数据内在的生成机制也没有完全明了，这使得生物信息学的研究短期内很难有突破性的结果。那么，要得到真正的解决，最终不能从计算机科学得到，真正地解决可能还是得从生物学自身，从数学上的新思路来获得本质性的动力。毫无疑问，正如Dulbecco1986年所说：“人类的DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相关”。但要完全破译这一序列以及相关的内容，我们还有相当长的路要走。
三、生物信息学的发展前景
《第三次技术革命》里有这样描述：“一场与工业革命和以计算机为基础的革命有相同影响力的变化正在开始。下一个伟大时代将是基因组革命时代，它现在处于初期阶段。”基因组学的发展已经进入后基因组研究阶段,致力于蛋白质功能研究的蛋白质组学和功能蛋白质组学正在蓬勃发展,在生物信息学发展的带动下,我们必定能够揭示各种生命现象的奥秘,并带动多个学科的跨越式发展。生物信息学的发展将对分子生物学、药物设计、工作流管理和医疗成像等领域产生巨大的影响,极有可能引发新的产业革命。此外,生物信息学所倡导的全球范围的资源共享也将对整个自然科学乃至人类社会的发展产生深远的影响。有理由相信，今日生物学数据的巨大积累将导致重大生物学规律的发现，生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段，因此，这是我国生物学赶超世界先进水平的一个百年一遇的极好机会。
生物学是生物信息学的核心和灵魂，数学与计算机技术则是它的基本工具。这一点必须着重指出。预测生物信息学的未来主要就是要预测他对生物学的发展将带来什么样的根本性的突破。这种预测是十分困难的，甚至几乎不可能。但机不可失，时不再来，鉴于生物信息学在我国生物信息学和经济发展中的重要意义和其发展的紧迫性，因此，由国家出面组织全国的力量，搞个类似“两弹一星”那样的，但是，规模要小的多，花钱也少的多的生物信息学发展计划，不是不可以考虑的。要充分发挥中央与地方，生物学科研究人员等方方面面的积极性。生物信息学研究投资少，见效快，可充分发挥我国智力资源丰富的长处，是特别适合我国国情的一项研究领域。要在大学里建立生物信息学专业，设立硕士点和博士点，培养专门人才。可以组织一大批数学、物理、化学和计算机科技工作者，在自愿的基础上，学习有关的生物学知识，开展多方面的生物信息学研究。
经过十几年或更长的时间的努力，逐渐使我国成为生物信息学研究强国，是完全有可能的。信息学的商业价值十分显著。国外很多大学，研究机构，软件公司甚至政府机构纷纷成立各种生物信息机构，建立自立的生物信息集成系统，研制这方面的软件，重金招聘人才，期望从中获取更多的生物信息和数据加以研究和利用，缩短药物开发周期，抢注基因专利，获取更大利润。我国如不加大资金投入力度，将来可能会花更多的钱去购买别人的软件，使用专利基因或购买新的药物。所幸，我国也开始重视这一学科：南、北方人类基因组中心的相继建成，北大生物城的破土动工等，标志着我国对生物信息学的重视。我们有理由相信，我国的生物信息学在21世纪会有巨大的飞跃。
参考文献
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第三篇：生物信息学论文
生物信息学的进展综述
韩雪晴
（生物工程1201班，学号：201224340124）
摘要：生物信息学是一门研究生物和生物相关系统中信息内容和信息流向的综合性系统科学。80年代以来新兴的一门边缘学科，信息在其中具有广阔的前景。伴随着人类基因组计划的胜利完成与生物信息学的发展有着密不可分的联系，生物信息学的发展为生命科学的发展为生命科学的研究带来了诸多的便利，对此作了简单的分析。
关键词：生物信息学；进展；序列比对；生物芯片
A review of the advances in Bioinformatics
Han Xueqing（Bioengineering, Class1201，Student ID：201224340124）
Abstract: Bioinformatics is the science of comprehensive system of information content and information flows to a study on the biological and bio related in the system.The edge of an emerging discipline since 80, has broad prospects in which information.With the human genome project was completed and the development of bioinformatics are inextricably linked, for the life science research development of bioinformatics for the development of life science has also brought a lot of convenience, has made the simple analysis.Keywords:
bioinformatics；progress；Sequence alignment；biochip
1、生物信息学的产生背景
生物信息学是20世纪80年代末开始，随着基因组测序数据迅猛增加而逐渐兴起的一门学科[1]。应用系统生物学的方法认识生物体代谢、发育、分化、进化以及疾患发生规律的不可或缺的工具[2]。及时、充分、有效地利用网络上不断增长的生物信息数据库资源，已经成为生命科学和生物技术研究开发的必要手段，从而诞生了生物信息学。
2、生物信息学研究内容
主要是利用计算机存储核酸和蛋白质序列，通过研究科学的算法，编制相应的软件对序列进行分析、比较与预测，从中发现规律。白细胞介素-6(IL-6)是机体重要的免疫因子,但在两栖类中未见报道。采用生物信息学方法对两栖类模式动物非洲爪蟾IL-6进行分析[3]。以人IL-6基因对非洲爪蟾数据库进行搜索、分析,并采用RT-PCR方法对所得序列进行验证。结果表明,非洲爪蟾IL-6基因位于scaffold_52基因架上,具有保守的IL-6家族基序[4]。采用生物信息新方法进行不同物种的免疫基因挖掘、克隆,是一种有效的方法[5]。
2.1序列比对
比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA[6]。序列数据库搜索最著名且最常用的工具之一便是BLAST算法。FASTA算法是另一族常用的序列比对及搜索工具[7]。
2.2结构比对
比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。
2.3蛋白质结构预测
从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构[8]。
3、生物信息学的新技术 3.1 Lipshutz(Affymetrix,Santa clara,CA,USA)
描述了一种利用DNA探针阵列进行基因组研究的方法，其原理是通过更有效有作图、表达检测和多态性筛选方法，可以实现对人类基因组的测序[9]。光介导的化学合成法被应用于制造小型化的高密度寡核苷酸探针的阵列，这种通过软件包件设计的寡核苷酸探针阵列可用于多态性筛查、基因分型和表达检测[10]。
3.2基因的功能分析
Overton(University of Pennsylvania School of Medicine,Philadelphia,PA,USA)论述了人类基因组计划的下一阶段的任务基因组水平的基因功能分析。
4生物信息学前沿
4.1生物芯片技术
4.1.1生物芯片的简介
生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。4.1.2生物芯片的基本内容
生物芯片技术通过微加工工艺在厘米见方的芯片上集成有成千上万个与生命相关的信息分子，它可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成，从而实现对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。4.1.3生物芯片的发展
生物芯片将会给21世纪整个人类生活带来一场“革命”。生物芯片产业也有望与“微电子芯片”并列成为21世纪最大的产业之一。4.1.4与生物芯片相关的技术
平面微加工技术、微机械技术、CCD成像技术、基因芯片技术等。
4.2药物设计与生物信息学
药物基因组学可以说是基因功能学与分子药理学的有机结合，在很多方面这种结合是非常必要的。药物基因组学以药物效应及安全性为目标，研究各种基因突变与药效及安全性的关系。
4.3基因治疗
基因治疗（gene therapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，达到治疗目的[11]。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病[12]。通过对miR-29a进行靶基因预测及相关生物信息学分析,为miR-29a靶基因的实验验证提供数据支持,以期为深入研究miR-29a的生物学功能和调控机制提供理论指导[13]。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。在基因治疗中迄今所应用的目的基因转移方法可分为两大类：病毒方法和非病毒方法[14]。
4.4虚拟细胞--人工生命的模型
虚拟细胞是应用信息科学的原理和技术，通过数学的计算和分析，对细胞的结构和功能进行分析、整合和应用，以模拟和再现细胞和生命的现象的一门新兴学科。虚拟细胞亦称人工细胞或人工生命[15]。目前，国际上已有两个虚拟细胞问世，一个是日本的原核虚拟细胞模型，一个是美国的真核虚拟细胞模型。
参考文献
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第四篇：浅谈教学反思提高生物教学水平论文
摘要：新课程改革后，生物学科的地位得到很大的提升，但同时也给广大生物教师提出了更高的要求，如何快速地适应这一转变，教学反思就是一种很好的手段。通过教学反思，可以促进教师主动地去学习新课程理念，反省教学中的不足，从而提升自身的教学水平。
关键词：教学反思；新课程；高中生物
２０世纪８０年代，在欧美国家率先兴起培养教师们的教学反思的能力，然后迅速波及世界各个范围。所谓教学反思，是指教师对教学实践的再认识、再思考，并通过总结来进一步地提高自身的教学水平。随着生物课程的改革，关注教师的思维，培养反思型的生物教师也成为了必然。因此，笔者试图从如何对教学观念、教学过程以及教学课后等方面进行反思展开了初步的分析。
一、教学观念的反思
在很长一段时间里，很多教师认为把生物知识教给学生，学生掌握、理解并会解题就算完成了教学任务。而新课程中，教师不单单要教给学生知识，而且要培养学生的科学能力和情感，这一理念转化为新课程的三个维度：即知识、能力、情感与价值观。新教材在很多章节里，设计了“问题探讨”“资料分析”“与生活联系”“科学—技术—社会”等等，这些设计无不渗透了新课程的理念。生物新课程的改革，不仅提高了生物在高考中的地位，更重要的是为生物教师提出了更高的要求：培养学生的创新精神和实践能力，实现学生的全面发展。如果我们教师观念还停留在传统知识灌输模式下，那么新课程所倡导的提高学生生物科学素养就无从谈起。因此，教师要积极地去反思自身的教学观念，是否与新课程相接轨，只有这样才能不断促进自己主动去学习并理解新课程理念。例如必修三第二章第四节《免疫调节》，这一节免疫学概念多，免疫过程复杂，单纯地把这些知识灌输给学生，学生不但学习起来吃力，甚至会产生厌学的心理。如果教师尝试着把生活实例与知识联系起来，如“用给被不同毒蛇咬伤的病人注射不同的抗蛇毒血清的例子来帮助学生理解抗体的特异性”，“用艾滋病患者体内淋巴Ｔ细胞数量变化的数学曲线图来理解Ｔ细胞在免疫过程中的作用”，这样学生不仅在愉快的气氛中习得概念，而且还注重了知识与现实生活的联系。
二、教学过程的反思
提高学生生物科学素养作为新课程的基本理念，应该贯穿整个教学过程，如何实现这一点呢？在美国国家科学教育标准中，探究性学习不仅作为教学策略，而且还上升到科学教育的八大内容之一，从科学本质出发，倡导探究性学习符合科学自身的特点，对于学生理解科学的本质大有帮助。在开展探究性教学时，教师应当反思：
第一，讨论的问题是否具有探究的价值。如人教版高中生物必修一中关于“植物细胞的吸水和失水”，有的同学提出问题“植物细胞会出现失水的情况吗？”，显然这个问题没有探究的意义，因为日常生活中植物失水的现象屡见不鲜，比如放盐后萝卜会有水分渗出。如果引导学生透过现象去看本质，“植物细胞在什么情况下会失水？”“是否跟哺乳动物红细胞失水一样？”“原生质层相当于一层半透膜吗？”，通过讨论让学生明白探究的目的，从而选择具有探究价值的问题。
第二，在探究过程中是否体现了小组合作精神。科学探究不仅是让学生去认识科学的本质，也是培养学生团队合作精神的一个过程。教师可以通过设计有效的小组活动，让学生较为完整地掌握生物学知识和技能。通过引导学生对问题进行探究，培养了学生分析问题、解决问题的能力，同时学生搜集资料、调查访问、评价和合作学习的能力均得到提高。由于学生在教学中总是主动积极地参与，所以他们的主体性也得到了最大限度的发挥。学生在小组学习中相互配合、相互学习，促进了学生学习方式发生了转变，使学生真正成为学习的主人。
第三，探究过程中是否及时有效地修正与评价。评价应以激励与向导为主，特别要重视对学生探究能力和情感态度与价值观方面进行评价，通过评价可以激发学生的学习兴趣，调动学生思维的积极性。
高中生物可以探究的问题很多，但过分地强调探究教学，事实上很多探究活动开展起来难度较大，甚至可能没有必要去探究，这就有可能花了时间却达不到效果。在有限的４５分钟课堂里，教师应当追求课堂质量而不是数量，因此在教学过程中，可以灵活地选择不同的教学方式，恰当地使用好教学辅助手段，从而保证教学的有效性。
三、教学课后的反思
课后反思是最常见的一种形式，课后反思侧重于在每节课后对自己教学的成功与不足进行较深入的思考和总结。每一节课都会有一些惊喜与亮点，把这些一点一滴地记录下来，通过长期的积累，就会成了自己一笔宝贵的财富，这些财富可能就是以后教学中的“法宝”。当然，更重要的是反思教学中的不足，对不足的地方进行有系统的整理与回顾，并对其作深刻的反思、探究和剖析，吸取教训并加以改正，使今后的教学更加合理，更具有效性。下面笔者以实际教学中《免疫调节》这一节在教学后的一则反思为例：免疫调节这一节课涉及的概念多，内容抽象，学习起来难度大，因此首先应该激发学生的兴趣，例如举一些生活的病例和实例，让学生明白免疫与我们的生活息息相关，我们应该去学习它。本节课的教学难点是体液免疫和细胞免疫，这两个过程是比较复杂的，我运用了现代多媒体手段———动画演示的方式把复杂的过程形象化，然后让学生以小组合作形式完成概念图的构建，而在实际课堂中，学生思维活跃，主动参与讨论，感受到了获得知识后的乐趣。另外通过对艾滋病资料的获取以及对小男孩大卫事例的分析，让学生在习得概念的同时，也完成了对其情感的教育。但在组织教学时，由于时间紧张，对非特异性免疫以及免疫的系统组成的处理略显简洁。另外发现在小组讨论过程中，有些同学还缺乏合作意识。
参考文献：
［１］刘加霞，申继亮．国外教学反思内涵研究述评［Ｊ］．比较教育研究，２００３，１６１（１０）：３０．
［２］曹京．生物教学应注重教学反思［Ｊ］．基础教育参考，２０１１（２）：６０．
［３］人民教育出版社课程研究所．生物教师培训手册［Ｍ］．北京：人民教育出版社．
第五篇：生物教学论文
怎样创设有效互动的生物课堂教学
十八里铺中心校 李磊
新课程强调教学过程应突出和体现师生交往互动、共同发展。可以说,交往互动是教学的本质,是新课程改革的核心,没有交往互动,就不存在或发生教学。
在课堂教学中,实现有效互动,不仅是教师所追求的,更是学生所期盼的,那么,教师应怎样创设一个有效互动的课堂教学局面?下面,本人结合生物学科特点和教学实践,谈谈怎样创设一个有效互动的生物课堂教学。
一、探索正确的课堂互动元素是创设有效互动课堂教学的前提
(一)教师民主型的教学风格,能为互动式教学创造良好的学习环境和氛围
教师的民主型教学风格能对学生产生强有力的影响,那些被教师给予更多自主权的学生比那些被教师控制的学生具有更强的内在学习动机、具有更多的能动性。因此,在课堂教学中,教师要注重引导学生自主学习,低下身子和学生一起学习,努力建立民主、平等、和谐的师生关系,从而为构建师生交流、师生互动的课堂教学创造良好的环境和氛围。
(二)培养和树立学生的对话意识,是实施互动式教学的支撑
在教学过程中,教师的 “一言堂”、唱“独角戏”等等垄断课堂的做法会使学生的学习处于消极被动的状态,从而使课堂教学陷入沉闷的局面。在教学过程中,教师要学会“屈尊”和“倾听”,要让学生体会到教师的尊重和关爱,使学生的身心得到解放,学生才能敢想、敢说、敢问;教师要注重运用语气委婉、温和的语言,如“XX同学,你还有什么问题?”、“XX同学,你想说什么呢?”;教师对学生的参与和意见要多予以鼓励,或表示赞许,这样,学生才有对话的信心和欲望;教师要给学生提供交流对话的时间和机会,并教育学生要善于倾听其他同学的发言;教师要根据教学实际,精心设计一些带有思辩性的问题,如在《神经系统和神经调节》的教学中,教师可以提问“为什么我们的手被针刺了一下立即缩回,而不会让针再扎得更深一些”,也要精心设计一些带有开放性的话题,如在《我国动物资源的保护》教学中,提出“为保护动物资源,我们可以做些什么?”,这种问题的提出,学生一定有话可说。
(三)深入了解学生的心理特点及认知水平,是实施互动式教学的基础和出发点
初中生渴望成功,针对这一重要心理特征,教学中,教师要给学生提供展示学习成果和表现的机会,并及时给予肯定和表扬,让学生体验到成功的喜悦,以激发他们的学习热情。
初中生的认识水平和逻辑思维还不够成熟。生物学中的许多概念和理论相对抽象、枯燥,学生难于理解,学习起来有一定困难。在教学过程中,教师要从学生已有的知识经验、从日常生活现象、从实物、从活动、从视频、从动画等等方式、手段入手,在学生体验、体会的基础上,再通过启发、点拨、引导,帮助学生理解。如在帮助学生建立反射的概念时,我通过 “学生摸奖活动”、“烫手活动”、在学生面前吃起咸梅、学生做“膝跳反射”等活动,然后引出反射概念,又通过师生共同举例,如“吃东西分泌唾液”、“听到铃声进入教室”,以此帮助学生建立反射概念。
二、采取恰当的互动教学策略是创设有效互动课堂教学的关键
在课堂教学中,教师在适当的时候采取恰当的互动教学策略是实现有效互动课堂教学的关键,如,在课堂气氛过于沉闷时,要善于运用活动、问题、情景、幽默等手段打破冷场。教师要精心设计教学措施,使用合理有效、灵活多变的教学策略实施教学。
(一)运用启发策略
在生物课堂教学中,运用启发式的教学,要注重理论联系实际,从学生的已有知识经验、从日常生活现象的感性认识、从生动直观的情景作为启发的切入点和引发点,通过引导、点拨等方式,帮助学生实现知识的迁移、延伸和深入。如在 “探究环境对霉菌生活的影响”活动作出假设时,可以从日常生活现象进行启发:(1)冬天和夏天的食物,哪个季节的食物易变质、发霉?(2)雨天和干燥的天气,哪种气候条件下的食物会先发霉?(3)我们到超市买东西时,会发现很多食物是密封的,这是为什么呢?这样,学生很容易想到在温暖、潮湿、暴露于空气的食物易发霉,并由此作出这样的假设:霉菌适宜生活在温暖、潮湿、空气充足的环境中。在学生完成探究活动,得出上述结论时,教师进一步引导学生思考:你们知道我们应如何保存好食品吗?这时,学生很快总结出保存食品的方法:低温、干燥、密封。
(二)设置情景策略
在生物课堂教学中,教师可以通过引入、制造、优化与教学目标、教学内容相适应的具体场面或氛围来创设情景教学,使知识在其中得以存在和应用,它能够激发和推动学习者的认知活动、实践活动和情感活动。
从生活入手,如在《微生物在生物圈中的作用》教学时,向学生展示发霉的面包、发馊的稀饭和变质的牛奶。在学生观察、体验的基础上,再设问:什么是微生物?微生物生活在怎样的环境中?我们身边是否有微生物?从而引入新课。
从社会入手,如在《预防传染病》的教学中,通过介绍非典、禽流感、爱滋病等社会关注的传染病疫情,再提问:什么是传染病?怎样预防传染病?
从活动入手,如在植物《呼吸作用》的教学中,可先让学生做一个小活动:屏住呼吸,看看谁坚持的时间长。然后教师问: “大家屏气时有何感觉?”学生:“憋不住…”再迁移到植物的呼吸,教师:人需要呼吸,那么,植物是否也需要呼吸呢?
当然,还可以从多媒体教学手段、从科学史或人类史、以问题形式、用音乐背景入手等等方式创设教学情景。
教学中设计出形式生动、内容感人、寓于思考的教学情景是新课程的一个重要要求,它能够为教学创造真实的问题情景,提供良好的学习活动氛围。
(三)形成认知冲突策略
在教学过程中,教师应着力抓住教学契机,刻意营造认知冲突,把事物、概念之间的矛盾以问题的形式呈现出来,以此激发学习的求知欲望和学习热情,教师进一步引导、分析、点拨,可取得很好的学习效果。如有句俗语: “粪大水勤,不用问人”,说明植物的生活需要水和无机盐,此时教师可以提出:前面我们不是学习过“如果施肥过多时植物细胞会失水吗”,这样形成认知冲突,既引发了学生的思考,又加深了对知识的理解。
(四)采用小组合作学习策略
新课程提倡自主、合作、探究的学习方式,教师在教学中可根据教学情况及学生实际采用小组合作学习模式,促进学生合作性的学习,培养学生的合作意识。比如,在 “探究影响鼠妇分布的环境因素”、“探究蚂蚁的觅食行为”等活动,采用小组合作学习是非常好的选择。
三、突出课改理念的科学合理的教学设计是创设有效互动课堂教学的保证
设计一节符合新课程理念的课,要有以下三个特点:(一)关注学生的生活世界
教师要以学生的已有知识、生活经验为基础,以生物新课程标准的目标、要求,以学生的兴趣、爱好、个性,特别是中学生好奇、好动的心理特点作为教学设计的依据。如在 “调查同学患近视眼的情况”进行如下的教学设计:(1)课前布置:①学生查找青少年近视眼诱发因素的有关资料②调查本学期与去年同一时期班级近视眼的患病率并进行比较③患近视眼的同学与正常视力的同学某些用眼习惯的比较(2)课堂上相互交流课前的资料查找和调查情况(3)组织学生讨论:①如何克服不良用眼习惯、预防近视眼的发生?②应该养成怎样的良好用眼习惯。
(二)重视学生的学习活动
将教学设计的着眼点落实到学生的学习活动上,如在《合理膳食》一节的教学片段设计如下:
1、多媒体展示能体现合理膳食重要意义的材料,以此帮助学生明白:“吃什么”、“怎样吃”对人体健康的重要性。
2、组织学生完成“评价自身的营养状况”活动,然后讨论“如何改善自身的营养状况”。
3、组织学生完成“调查自己的饮食结构和习惯”活动,并交流设计的问卷调查表,然后讨论“如何纠正自己不良的饮食习惯和饮食结构”。以上将教学设计成一个个活动单元,明确活动的目的、过程、关注点、学生体验等等,通过活动展开让课堂散发生活的气息,反映生命的价值,让学生在各种活动中有所收获、得到发展。
(三)以问题为中心
教学设计要以三维教学目标为基础,以学生的认知为背景,设计出若干个相关的问题,引导学生寻找问题、发现问题、解决问题,引发学生学习和探究的动机,在问题的展开过程中实现教学目标。如在《生态系统的稳定性》片段教学设计:教师用多媒体展示 1906年以后的凯巴森林并以曲线图的形式反映“凯巴森林中黑尾鹿的数量变化”,提出以下几个问题让学生思考、讨论和交流:(1)从1906--1925年黑尾鹿的数量发生了怎样的变化?(2)1925年以后森林中黑尾鹿的数量为什么不断减少?(3)整个森林生态系统在30多年中发生了什么变化?是什么因素导致这种变化的?(4)你能得出生态系统维持稳定性的原因吗?
生物教师要深刻领会、理解课程标准、课改精神,只有在这个前提下进行教学设计,才能很好的对课程内容、资源进行整合、优化,并设计出相关的互动环节,使知识在课堂中生成、深化,让思维在教学中被激活、被丰富,从而实现课堂教学师生、生生之间的有效互动。
一节课如果学习内容、知识是肤浅的,学生的思维是处于低层次的,即使表面热热闹闹,师生、生生交流不断,这种所谓 “互动”课堂教学显然缺乏实效。教学中,教师要遵循知识的认识规律:从现象到本质、从形象到抽象、从许多个别的生物现象到生物学的基本规律、从知识经验到解决实际问题。通过有价值、有思考性问题的呈现,引发学生深入的思维。
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