生物信息学作用范文

生物信息学作用篇1

【关键词】信息技术 教学 生物学

多媒体教学过程不同于传统教学，在教学过程中运用文本、图形、声音、动画、视频等多种媒体信息，图文声像并茂，能够给学生提供多种感官的综合刺激，可以大大提高生物教学过程中的直观性，从而使学生对学习产生浓厚的兴趣，增强学生的学习主动性，通过更为直观的刺激缩短学生对新知识的学习接受时间。信息技术在教学中的应用越来越表现出无穷魅力，幻灯、投影、录像、多媒体、网络等，具有极强的感染力，它们既能化小为大，化虚为实，化难为易，化零为整，使抽象的概念具体化，枯燥的知识趣味化，又能激发学生学习生物学的兴趣，引起学生的注意力，调动学生的积极性和主动性，诱导其内力，因而有利于开发学生的注意力、观察力、记忆力、想象力、思维力和创造力，使学生在轻松愉快的环境中动脑、动手接受教育，既学到生物学知识又减轻学生负担。

一、正确处理多媒体教学与传统教学的关系

多媒体教学以它的独特性、先进性和高效性，展示在人们的面前。但并不是所有的教学内容都适合使用，更不是所有教学内容都必须采用多媒体技术才能达到教学最优化，而应当根据实际需要合理使用，才能发挥最佳效果。虽说传统的教学模拟不具备以上优点，但在不断的运用和改进中，也有着不可替代的精华部分。

在课堂教学中，有目的、有意识、多方面、多角度的采用多媒体技术，向学生传递教学信息，使学生从消极被动地接受知识到积极主动地获取知识，从被动听讲变为多感观协同参与学习，从而提高学生学习的积极性和主动性，达到活跃课堂气氛，提高课堂教学效果的作用。正确、合理的运用多媒体技术，使课堂内容由静态的灌输变为图、文、声、像并茂的动态传播，增强了感染力，有利于学生拓展知识面，从而大大激发学生积极主动的学习热情，进一步培养学生思维能力与创新能力，提高课堂教学效率，促进素质教育的全面开展。例如，细胞大小的比较：通过展示图片，红细胞和针尖的比较，使学生形象的了解红细胞的大小。因此，在教学中，教师要深入研究和恰当地设计、开发、运用生物多媒体课件，使之与传统教学手段有机整合，优化课堂教学，力求最大限度地提高效率，才能体现出多媒体技术的真正价值。

二、网络资源在教师备课中的作用

计算机和网络中蕴含的大量资源，为我们进行电子备课提供了丰富的参考，这大大拓宽了传统的教材和教参的狭小范围，能让教师在互联网中不断获取最新的资源，从而设计出具有时代气息的电子教案。通过这种对信息的不断加工和创新，教学设计质量、艺术水平和可操作性会不断地提高。备课时，除了借助教材和教参外，还可以通过网络资源获取更多的信息和资料，特别是那些优秀案例，得奖教案，让我们开阔眼界，拓展上课的思路。在此基础上，再结合自己的教学特色，结合学生的认知水平对信息整合，使教学环节都更利于教学活动的开展，可以不断地提高工作的成效。

一定的社会行为总是伴随行为发生所依赖的情景。如果要求学习者理解这种社会行为，最好的方法是创设同样的情景，让学生具有真实的情景体验，在特定的情景中理解事物本身。根据一定的课程学习内容，利用多媒体教育手段，让学习者进会探究、发现，有助于加学习者对学习内容的理解和学习能力的提高。例如基因的突变：展示最近通过基因突变培育出的新作物，使学生意识到基因突变的作用和意义，引导学生思考如何诱导基因突变。通过信息技术与生物教学的整合作用，对呈现的社会、文化、自然情景的观察、分析、思考，激发学习兴趣，提高观察和思考能力。其次，现代信息技术对学生学习的整合。学习是获取知识的过程。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即在社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。信息技术的飞速发展帮助学生学会使用电脑并上网操作，不仅扩大了学生的知识范围，也提高了信息检索技能。

三、科学合理地应用信息技术

教师在运用现代信息技术教育手段时，要抓住“科学合理”这个关键，深入钻研教材，找准可利用现代信息技术教育的内容及切入点和时机，要避免不顾学生生理的特点，利用多媒体辅助教学信息量大，速度快，进行满堂灌加重学生负担的错误做法。要充分发挥计算机、语音室、投影仪等手段的优势，结合教学实际，教师应精心制作一些课件，尽可能使现代信息技术在课堂中起到促进学生主动学习，发现问题、捕捉信息、独立思考问题、分析信息、解决问题，从而提高学生的能力和综合素质的作用。比如：刚刚使用多媒体上课时，制作课件把上课的每一个环节都反映在课件上，如果缺少某一个环节总感觉会缺少点什么，导致一课时幻灯片的数量多达三十来张，上课时就像放电影，走马观花，没有重点，喧宾夺主，反而降低了课堂效率。于是现在备课时会把幻灯片的数量控制在十张之内，精心挑选体现本课重点，课堂效率有了很大的提高。

小结：

生物信息学作用篇2

生物信息学主要由基因组学、蛋白质组学、系统生物学、比较基因组学、计算生物学等学科构成，主要涉及的内容有生物数据的收集、存档、显示和分析，体外预测、模拟基因及蛋白质的结构和功能，对生物的遗传基因图谱进行分析处理，对大量的核苷酸和氨基酸序列进行比对分析，确定进化地位等。从生物信息学的概念及其涉及的内容中可以明确生物信息学不是一门独立的学科，所以要求教师在教学过程中掌握多领域的知识和技能，才能较好地把握该课程。

1．高等数学和统计学基础

生物信息学将数学和统计学作为主要的计算理论基础，主要包括数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面。此外还包括隐马尔科夫链模型(HMM)在序列识别上的应用，蛋白质空间结构预测的最优理论，DNA超螺旋结构的拓扑学，遗传密码和DNA序列的对称性方面的群论等。因此，在生物信息学教学过程中要求教师具备数学及统计学的计算方法的基础知识，能够利用牛顿迭代法、线性方程回归分析、矩阵求拟、最小二乘法等进行数学建模和计算，从而对基因和蛋白质序列进行比对、进化分析和绘制遗传图谱等。

2．生物科学基础

生物信息学包含的生物类学科有，生物化学、分子生物学、遗传学等基础学科，基因工程、蛋白工程、生物技术等应用学科。根据其课程特点，学生在学习生物信息学课程前需要学习生物化学、分子生物学、遗传学、基因组学、蛋白质组学等基本生物学课程，对于基因序列、蛋白质序列、启动子、非编码区等概念有深刻的理解，同时需要对一些重要的生物学数据库有一定的了解，如美国基因数据库(GeneBank)、欧洲分子生物学实验室数据库(Embl)和日本核酸数据库(DDBJ)等。此外，要求学生能够利用生物学数据库查找基因序列、蛋白质序列、基因及蛋白质结构模型，能够读懂数据库中基因和蛋白质的信息注释，能够计算蛋白质序列的分子量和等电点，能够为扩增特定的基因片段设计引物，能够对特定物种进行系统发育分析等。

3．计算机科学基础

计算机是生物信息学的主要辅助工具，利用生物信息学研究生物系统的过程需要能够熟练使用计算机对大量的生物信息数据进行处理和分析，这主要包括对数据信息进行搜索(收集和筛选)、处理(编辑、整理、管理和显示)及利用(计算、模拟)。所以，学生在学习生物信息学的过程中需要了解和掌握一些常用的生物信息学软件，如BLAST和FASTA序列比对分析软件，Oligo和Primer引物设计软件，VectorNTI、DNASTAR、DNASIS等综合分析软件。此外，学生还需要学习和掌握一些常用的计算机语言，如正则表达式、Unixshell脚本语言和Perl语言。利用生物信息学在处理和分析海量生物数据的过程中，计算机软硬件资源需要配合处理分析软件的运行，因此要求计算机操作系统使用Unix和Linux操作系统，这些操作系统需要大量的操作命令进行输入执行过程，对于经常使用Windows操作系统的学生来说是一个较难跨越的障碍。

二、生物信息学课程教学中存在的问题

目前国内大多数高校的生物信息学教学采用传统的教学模式，即以课堂式的理论教学为主，缺乏必要的实践教学。理论教学模式固定、教学方法单一、教学内容狭窄，通常是介绍性、科普性的课程，甚至作为公选课程。少数高校开展生物信息学的实践课程教学，但多以验证性实验为主，缺乏和专业相适应的综合性、设计性实验，而开放性实验更无从谈起。

1．教学模式固定单一

生物信息学在内容层面涵盖诸多学科领域，注重应用性和实践性。然而，目前大部分高校把生物信息学作为一门孤立的课程，这导致教师需要将大多数课程内容压缩到一门课程进行教学，在有限的教学时数下灌输大量内容，增加了学生学习的难度，降低了教学质量。再者，大多数高校仅开展生物信息学的理论教学，忽视实践教学过程，造成生物信息学理论与实践内容的脱节，使学生在学习完理论知识后难以深入理解和吸收，无法将所学的知识应用到后续的工作和学习中，最终未能体现出该门课程的价值。

2．教师专业背景薄弱

作为一门交叉学科，生物信息学的教学要求教师具有较强的数学、生物学和计算机科学背景。然而，目前从事生物信息学教学的教师即便具备深厚的生物学背景，但是多数教师在数学和计算机方面较为薄弱，并不具备完整的生物信息学知识体系，对生物信息学发展趋势也了解不多。在师资缺乏的情况下，院系开设生物信息学课程，教师为了完成教学任务，仅仅在教学中进行介绍性的讲解，在课程考查方式上通过小论文、综述和课外活动等方式完成该课程的学习。因此，无论是理论教学还是实践教学均无法实现该课程大纲的要求，从而影响学生对生物信息学课程的理解和掌握，生物信息学的实践操作能力更无从谈起。

3．实践教学薄弱，专业教材缺乏

生物信息学实践课需要学生在网络环境下用计算机学习NCBI数据库的检索与使用、序列比对分析软件的应用、蛋白质空间结构图视软件的应用、序列拼接软件的应用等。但是目前，大多数高校开设的生物信息学课程多以理论教学为主，实践教学课时非常少或者为零，学生对于生物信息学课程的学习仅仅通过教材上抽象的文字描述进行理解和掌握，这导致学生在理论课中学到的知识无法在实践课中进行验证或操作，严重影响了生物信息学的教学质量，也偏离了教学大纲中强调的重在培养学生实践操作能力的培养目标。另外，目前还没有适用于生物科学专业的生物信息学教材。国内各大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，这些教材偏重介绍生物信息学的理论和方法，涉及的实践内容较少，学生需要具有较高的相关知识才能接受和使用这些教材。因此，部分高校在生物信息学教学过程中往往使用自家编写的简化教材，从而造成生物信息学教学内容不统一，教学大纲混乱等情况。

4．实践课程经费不足，实践教学环境落后

当今，许多发达国家都很重视生物信息学的教学和研究，积极开展各种生物信息资源的收集和分析工作，培养大量生物信息学人才，为整个生物学的理论研究及其相关产业创新(主要是医药和农业)提供指导和支撑。国内对生物信息学的关注和认识起步较晚，其发展落后于国际发达国家。国家和高校对生物信息学的教学和科研资金投入力度不大，缺乏必要的仪器设备，生物信息学的实践教学条件得不到保障，比如大多数高校的生物科学专业没有相应的计算机实训室，配套软件也相对匮乏，落后于国际发展水平。

三、生物信息学教学模式改革的探索

1．修改理论和实践教学大纲，编写适用的实践教材

根据当今生物信息学的发展方向，制定和修改理论教学大纲，除了引物设计、基因和蛋白质序列比对、基因和蛋白质结构功能预测等基本内容外，还需添加系统进化树分析、聚类分析、蛋白质互作网络谱图等较为综合的内容。另外，增加实践教学课程比例，充实实践教学内容，结合理论教学内容增加综合性、设计性实验，适当提供科研环境，鼓励开展开放性实验。目前国内并没有系统的、专业的生物信息学实践教材，因此针对高校生物科学专业方向的特点，联合多学科领域(数学、生物科学、计算机科学)编写相应的生物信息学实践教材，在制定、修改实践教学大纲和编写教材的过程中结合学生的接受能力，由浅入深，多设实例和相关练习，使学生循序渐进的理解和掌握生物信息学的原理和方法，掌握更多的生物信息学工具。

2．紧密联系科研、基于实践问题开展教学

通过实践教学把生物信息学教学与科研有机结合起来，能够促进教学与科研的共同发展。在紧密联系科研的过程中，采用基于问题的教学(PBL)方法，通过实践教学环节，培养和训练学生把所学的生物信息学的知识和方法应用于各种生物科学领域的科研活动中，通过解决实际问题训练学生的实践技能，从而促进教学与科研的双重发展。例如，在生物信息学实践教学中多加入生产和科研中遇到的经典实例，鼓励学生利用相关的生物信息学软件及相关的理论和方法解决问题。学生也可以选择自己感兴趣的课题，利用自己熟悉的、合适的生物信息学软件和相关知识开展课题研究。此外，专业教师在指导学生课题研究的过程中还可以发现理论和实践教学的不足，不断的完善生物信息学理论和实践课程大纲和内容，提高教学质量。

3．开展多学科实践结合的教学模式

生物信息学属交叉学科，包含了不同领域的专业知识和技能，为使生物信息学教学达到教学的目标，该课程教学需要采用多学科实践结合的教学模式。多学科实践结合的教学模式是指联合不同领域、不同学科、不同专业的课程在教学的过程中结合生物信息学涉及到的知识和技能进行基础性、铺垫性教学。比如，在高等数学和统计学的教学过程中，针对生物信息学的需求，适当增加数学建模、统计方法、动态规划方法、数据挖掘等方面的基础内容，同时，开设实例实践教学，使学生理解和掌握隐马尔科夫链模型，牛顿迭代法、最小二乘法等方法的应用原理和规则;在生物科学专业课程设置上，尤其是实践课程的教学过程中，结合生物信息学涉及的引物设计、序列比对分析、基因及蛋白质结构功能预测等方面开展相应的设计性、综合性、开放性实验项目，使学生了解和掌握基本的生物信息学原理及软件的应用;在计算机科学的教学过程中，应根据生物信息学的需求，开设正则表达式、Perl语言、R语言等课程学习，以及增加Linux和Unix操作系统课程学习，使学生在学习生物信息学前打好坚实的基础。值得注意的是，生物信息学课程与其他课程的开设时间和顺序需要有一定的探索和评估，对于开设该课程的时间把握是开展多学科实践结合的教学模式的关键因素。过早开设生物信息学则会导致学生在不具备相应学科基础的条件下跨越式的接触生物信息学，无法理解和掌握相关的知识和技能;过晚开设则会使学生学习了相关学科知识和技能后，由于课程衔接不紧，导致在学习生物信息学时出现理解滞后和无法适应的现象。因此，针对不同专业和学科的特点，根据具体情况进行统筹安排，使生物信息学和其他相关学科课程有很好的衔接和过渡，以确保和提高生物信息学的教学质量。

四、结语

生物信息学是现代基因组学时代的开阔者，也是生物科学研究的重要的工具和载体。针对生物信息学的特点，高校生物科学专业课程设置、教学方法、教学模式和教学软硬件等需进行一定的改革，将多学科实践结合的教学模式运用到生物信息学的教学实践中，在提高教学质量的同时将更好的提升学生科研、应用和创新能力。

生物信息学作用篇3

关键词：信息技术；初中物理；教学效率

随着信息技术的发展，计算机网络多媒体技术的普及，课堂教学也随之发生了深刻的变革。在初中物理教学中，运用信息技术的突破时空限制的优势，创设物理情境及实验情境、实现现实生活与物理知识学习的对接、虚拟实验与真实实验优势互补来优化课堂教学等，都是当前初中物理教学研究的重点。

一、信息技术应用于初中物理教学研究的现状

在信息技术与教育的结合研究方面，许多国家都进行了深入的探索研究，并取得了不菲的成果。美国是世界上最早进行信息技术与教育结合研究的国家，早在1989 年，美国科学促进会就已经意识到信息技术在教育方面的巨大的发展前景，并由此提出了将信息技术和课程教学整合的“2061”计划，旨在提升美国民众的科学文化素质，其别提出要将信息技术和其它学科进行充分的结合。

信息技术与教学相结合的发展研究大致可分为CAI计算机辅助教学和信息技术与课程整合两个阶段。前者指的是计算机辅助下的各类教学活动，是一种通过对话方式与学生讨论教学内容的设置、教学进程的安排、并进行教学训练的方法与技术。计算机辅助教学通过综合应用超文本、多媒体、人工智能和知识库等技术，弥补了传统教学方式单一、片面的不足，为学生提供了一个良好的个人化学习环境，提高了教学质量和教学效率，进而实现了最优化的教学目标。后者指的信息技术不再仅局限于计算机技术本身，还包括了网络、远程教育、虚拟技术等方面的应用。同时信息技术与课程的关系也从之前的辅助关系转变为整合关系，关注的范围从单一的课程教学扩展到包括课前、课中、课后的整个学习过程。

在我国，尽管信息技术和教育结合的研究与国外发达国家相比起步较晚，但却也取得了不错的成果。国内的研究始于上世纪 90 年代初，在上世纪 90年代末，国家中小学计算机教育研究中心的相关专家首次提出了“课程整合”的提议，并成立相关的研究组织。

初中物理课程的学习要经过从实践到认识，再从认识到实践的过程，即新课程基本理念中的从生活走向物理，从物理走向社会，通过探索和观察物理现象，揭示物理规律，并将其应用到生产生活的实践中去。在这一过程中，信息技术能够为探究教学过程中提供大量有效的信息，创设各种必要的情境，帮助学生进行交流与合作，提高教学效率。

二、基于初中物理课程实践的信息技术的应用

1.利用信息技术引入和创设物理情景，激发学生的学习兴趣

物理概念指的是反映物理现象和物理过程的本质属性的思维惯性，是物理事实的抽象概括。物理概念不仅是基础物理知识的重要组成部分，同时也是构成物理规律，建立物理公式、完善物理理论的基础和前提。通过信息技术，引入和创设物理概念的情景，帮助学生建立认知情境，激发了学生的学习热情和学习兴趣。

在讲授“电流的形成”时，因为电流是看不见、摸不着的，学生仅靠想象难以在脑中建立电流这一概念的思维模型及形成的过程。通过借助多媒体课件，使用动画的形式模拟出电流的形成，并与水流的形成进行类比，同时将“短暂电流的形成过程”与“短暂水流的形成过程”进行类比，将“持续电流的形成过程”与“持续水流的形成过程”进行类比，变抽象概念为直观动画，有助于学生理解和掌握“电压是形成电流的原因，电源是提供电压的装置”这一知识点，教学过程生动形象，又揭示物理本质，提高了教学效率。

2.利用信息技术模拟和演示实验，提高学生的思维能力和实践能力

信息技术具有逼真模拟的功能，能够通过二维、三维动画将一些不易观察清楚的、难于操作的、现实生活中不可能直接呈现的实验内容以直观的方式展现在学生面前，弥补了常规实验仪器的不足带来的不良结果。

3.利用信息技术辅助物理实验，提高学生实验实践能力

在传统的理科实验室，为防止由于实验操作不当造成的各种危险和实验仪器的损失，大多数学校的实验室对学生进行了诸多的限制；有时由于实验条件的制约，实验结果甚至和理论不一致，造成学生对于物理知识学习的困扰。利用信息技术模拟和演示物理实验操作，如分组实验操作模拟、实验错误操作模拟以及物理过程短状态、变化快的现象模拟等，不仅可以弥补传统实验室的不足之处，还可以让物理实验更形象逼真，提高学生的动手操作能力，促进教学效率的提升。

三、信息技术应用于初中物理教学的意义

1.信息技术的应用有利于调整学生学习情绪，激发学生学习兴趣

通过运用多种现代化手段对物理信息进行加工处理，信息技术与课程教学相结合可以使一些普通条件下无法实现或无法观察到的实验过程和实验现象更生动形象地显示出来。这一过程充分调动了学生的视觉、听觉、嗅觉，让学生可以更全面的参与到实验中去。从而使模糊的物理概念清晰化、抽象的物理内容形象化、复杂的物理理论简单化，加深了学生对物理知识的印象，提高物理课堂教学的效率。

2.信息技术的应用有利于知识的获取与保持

通过信息技术传递教学信息使抽象的教学内容具体化。学生不但可以用眼睛看，用耳朵听，还能用手参与操作，这样多种感官的同时参与可以刺激学生获取更多信息量，比单一地听老师讲课更有效。信息和知识密切相关，获取大量的信息就意味着掌握大量的知识。

3.信息技术的应用有利于促进初中物理教学的进一步发展，提高教学的水平和质量

在初中物理教学中应用信息技术可以让学生在课堂中更好更多地接受信息，实现使学生参与讨论交流，激发学生的学习主动性、积极性，从而真正实现学生的在认知过程中的主体作用；实现网络模拟物理实验与实物物理实验相结合，培养学生的实验能力和动手操作能力；利用多媒体还有利于教师将采集的物理数据快速处理并将结果以图形或动态图画表示出来，节省实验数据处理的时间，大大提高了教学的质量和效率。

四、结语

本文通过对信息技术在初中物理教学中的应用分析，简述信息技术在初中物理教学中的现状、应用及意义，从而说明信息技术在促进初中物理教学效率中的积极作用。将信息技术应用于初中物理教学，也是根据初中物理学科的特点，利用信息技术的优势，将物理中的抽象知识进行具体化，从而降低了传统初中物理教学的难度，提高了学生们学习的兴趣和能力，提升了初中物理教学的效率。

参考文献：

[1]何克抗.信息技术与课程深层次整合的理论和方法[J].电化教育研究，2005

[2]李刚.信息技术在初中物理探究教学中的应用研究[R].苏州大学，2008

生物信息学作用篇4

【关键词】高中物理 实验教学 信息素养 培养策略

一、高中物理实验教学与学生信息素养培养的关联性

实验是物理的核心内容，高中物理实验教学是通过实验技术对知识进行表达、对规律进行探究和验证。与传统教学相比，现代高中物理实验教学更注重学生独立完成实验，老师主要起引导作用，为学生创造解决问题的条件。这意味着可引导学生通过网络信息自行解决实验问题，教师只作为思路的引导者。以牛顿第三定律为例，在物理实验教学中，教师主要是为学生提供实验的环境，讲述牛顿第三定律基本原理（两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在一条直线上），而真正的实验方法、操作步骤等就要求学生们自行到网络上查找、筛选，最终在课堂让学生自由发言，汇集网上查找的结果，然后教师通过实验基本原理，对学生的实验方法进行探讨，让学生对实验的内容、方法更加了解透彻，从而让学生通过信息的获得而完成实验。这样的物理实验教学，无疑将会提高学生的信息素养。这证明了高中物理实验教学与学生信息素养培养有关联性。

二、高中物理实验教学中学生信息素养培养策略

1.高中物理实验教学是培养创新人才的重要环节

高中物理实验教学可培养学生的创新意识及创新能力。实验教学大多都以设计性为主，除了理解课堂上的基本专业知识及对系统知识的继承外，还涉及学生的操作能力、分析归纳能力及理论联系实际能力，应引导学生根据自己的想法对实验的完成不断地进行创新，并通过实验解决科学实验和理论知识问题。

通过实验的形式培养学生的创新技能，在高中物理实验中体现以学生为本，可以采取必修与选修相结合的方式对实验进行分划。必修实验主要以技能为重点的基础训练为主，另外部分实验安排学生选修。选修实验模式可以让学生根据自己的兴趣爱好对实验进行选择，这样有利于提高学生对实验内容的兴趣、对实验操作的积极性，容易激发学生的创新性和创造性，有利于发挥学生的自身特点及个性化发展。

2.高中物理实验教学中学生信息素养培养策略

高中物理实验教学在信息素养的培养中，要求学生通过实验，具备较强的信息收集、处理和生成能力，学生信息素养越好越有利于高中物理实验教学效果的提高。因此，高中物理实验教学可以作为学生信息素养的重要培养平台，可以充分发挥高中物理实验的优势，为学生信息素养的培养做出贡献。

（1）高中物理实验内容的整合强化了学生的信息意识

与以往的整合不同，这里的整合强调的是物理实验知识与当今信息发展之间的整合，不局限于学科与学科之间的整合，而最终的目的是为了让学生通过计算机和其他信息技术，把物理实验中的问题解决掉。21世纪是信息化高度发达的时代，仅仅通过现有的知识或者说仅仅依靠专业知识，很难取得实验上的突破和创新。通过物理实验可以让学生们感受到信息意识的重要性，培养利用信息技术快速获取信息的学习习惯。

（2）建立一个基于信息技术教育的高中物理实验教学平台

强化学生信息知识和技能离不开以信息技术教育为基础的实验教学平台。计算机网络技术实验教学平台对于培养学生的信息素养具有重要的作用，为教师与学生提供了实验交流的平台，这也是信息技术与实验教学的结合。通过网络平台，教师可以在网上与学生交流实验的心得，并指导学生进行实验。高中物理作为一门技术性极强的课程，基于信息技术教育的高中物理实验教学平台对于学生实验的成功具有重要意义。教师在网络平台上回答并帮助学生处理遇到的问题，信息技术参与的实验教学也为学生营造了良好的学习氛围。

信息技术平台不仅仅可以作为老师指导学生的工具，也可以针对专门的实验进行网络视频录制，让学生在信息平台上加强对实验的认识，并从中发现问题，强化学生对于实验内容的认识和学习。开展实验不仅仅是个结果，信息技术平台可以让学生在学习过程中锻炼自己。信息技术平台上还可以建立一个实验资源信息库，方便学生们查找和筛选有用的信息，锻炼学生的信息筛选能力，强化和提高学生的信息素养。

（3）积极营造一个信息道德培养的高中物理实验教学平台

教学过程不仅仅只是教会学生知识，也要让学生的思想境界及思维方式有所完善。技术是学生学习的有效工具，而道德则是运用技术的精神灵魂。因此，让学生养成良好的信息道德，积极营造一个有利于信息道德培养的高中物理实验教学平台是非常必要的。针对学生在利用信息技术时不自觉地使用非法信息的行为，可以在智能性平台上设置信息监督程序，让学生在使用非法信息时得到提醒，通过简单的“短信”式消息提醒，让学生知道自己做的事是否符合网络信息道德，以引导学生养成良好的行为习惯。这样就可以约束和规范学生使用信息技术，积极引导学生正确利用网络信息技术，从而实现对学生的信息道德培养。

三、总结

学生信息素养的培养是当今教育的核心内容之一，学生信息素养的提高，有助于学生对于信息本质的认识，有助于学生获取知识和学习能力的提高。而高中物理作为一门技术性很强的课程，实验教学过程中需要学生对信息知识进行获取，同时在信息知识中筛选出有助于实验完成的方法。解决实验问题是一方面，另一方面是推动学生信息能力的提升，从而促进学生信息素养的培养。

【参考文献】

[1]任建兵.物理信息素养培养模式的研究与实践[A].中小学课程改革与考试研讨会论文集，2004.

生物信息学作用篇5

一、信息技术与中学物理教学

信息技术作为教学的载体，在现代化教学中起着非常重要的作用。在信息技术及多媒体走进教室的今天，教师的信息技术教育不仅应该关注信息技术本身及其应用，更多的是应该关注信息化条件下学生的成长和教师自身的信息素养与技能的培养。随着科技的发展，各种教育软件应运而生，在初中物理课堂教学中，ppt课件、word文档、影视软件等作为课堂的辅助工具，学生可以根据自身情况利用多媒体辅助学习，使学习内容更有针对性，更自主化，从而促进学生的综合发展。在信息技术环境下中学物理教学有了很大创新，传统的初中物理课堂是教师根据课本一直在讲，学生作为接受者也是听得一知半解，并没有通过形象、直接的方式加深印象。信息技术环境下的物理课堂就很好地解决了这个问题，教师通过课本和多媒体的结合，在讲授中通过多媒体的演示和练习使学生对所学课程能够很好地理解。有时候视觉的冲击更会使人印象深刻，比如在讲解杠杆定理时，教师在讲完基本定义后，可以借助多媒体影视软件给学生播放画面，从而更轻松简单地让学生理解。

二、中学物理教师信息素养的含义及失衡原因

（一）教师信息素养的含义

信息素养一词最早是由美国信息产业协会主席在1974年提出的。当时将信息素养定义为利用大量信息工具即主要信息源使问题得到解答时利用信息的技术与技能。后来又将其解释为“人们在解答问题时利用信息的技术和技能”。1987年，信息学专家Patrieia Breivik将信息素养概括为一种了解提供信息的系统并能鉴别信息的价值，选择获取信息的最佳渠道，掌握获取和存储信息的基本技能，如数据库、电子表格软件、文字处理等技能。教师信息素养是教师整体素养的重要组成部分，是教师在教学中必备的信息知识与信息技术相关技能。教师既是信息技术教育的接受者，又是信息技术教育的教育者，中学物理教师必须具备运用信息技术有效开展教育教学方面的技能，特别要学会选择信息技术并在教学中有效整合技术，最基本的是一些办公软件还有影视软件的使用。

（二）中学物理教师应具备有的信息素养

中学处在一个过渡时期，在这个转折点上，教师应努力提升自身各方面的能力，加强对信息技术能力的培养的意识。中学物理教师首先应有较高的文化素养。文化素养属于知识层面，即教师过硬的基本理论知识，中学物理教师不仅要有传统的读算写的能力，还要掌握信息检索及计算机常用软件、网络的基本知识等，这些都是形成和发展信息能力的前提与基础。另外随着英语的国际化，教师还应掌握英文信息检索能力；第二，技能素养。技能素养是操作运用层面的素养，是指教师恰当地选择信息工具、信息资源并综合利用和开发信息资源的能力，以及应用信息技术研究问题、提高学习和工作效率，进行合作、交流的能力。中学物理教师应该能根据学科教学和新课程的需求，准确、高效地解读、获取和评价信息，并将它们分门别类地分析、归纳和提炼，同时利用信息技术对学生的课堂学习情况和综合活动进行及时评价。第三，道德素养。道德素养是指在信息获取、运用和传递过程中应该遵循道德行为规范，形成高尚的伦理道德观。教师作为教育的传播者，一言一行都备受学生关注。中学物理教师不仅要懂得与信息相关的文化知识，更要具备良好的信息甄别能力、高度的社会责任感，以及自控、自律和自我调节能力。在课余时间能为学生示范、传授同信息使用有关的法律和道德习惯，引导学生健康、安全地使用信息资源，尊重知识，注重知识产权的保护，坚守网络道德等。

（三）中学物理教师信息素养的失衡原因

中学物理教师信息素养的失衡原因有以下几条：第一，硬件设施不到位。教育的步伐不断前进，然而学校里的硬件设施情况还存在不足。尤其是在偏远地区，学校里仅有桌子和凳子，这样的教学环境导致教学中的各种不便，教师的信息素养也很难得到提升；第二，教师本身的重视程度不够，有的教师认为教给学生知识就足够了，但是教师作为传播教育的示范者，一言一行都会受到学生关注。所以教师应严于律己，提高自身的信息素养，做好表率。

三、我国中学物理教师信息素养与技能的提升策略

为了提升中学物理教师信息素养与技能，应该做到以下几点：（1）教师本身要对信息技术技能的学习有深刻的认识，并找出自己的不足，着重提高，不断克服困难，更新学习观念，积极参加相关信息技术培训；（2）学校及相关部门应增设针对教师的现代教育技术课程。中学物理教师在教学实践中首先面临的是如何运用现代教育技术的问题，而这在教师职前培训中往往涉及不多，许多中学物理教师是在后来的教学过程中才学会如何操作投影仪、视频展示台等设备，学会如何制作ppt课件的。因此学校应针对教师的信息技术的不足部分增设诸如《计算机辅助教学》、《现代教育技术》等课程，从而促进教师的技能学习和培养；（3）中学物理教师要为自身信息素养的提高创造条件，提高自学意识，构建适合自身特点的自学模式。自学可以帮助具有一定信息技术基础的中学物理教师弥补专业培训的不足，使自己的知识和技能跟上技术发展的步伐。因此，中学物理教师要努力建构适合自己特点的现代信息技术学习模式和学习方法，根据自己的学习特点、已有信息技术的知识水平及兴趣爱好等制订学习计划，通过自学提高自己的信息素养。另外，中学物理教师可以组成自学小组，通过自学理论书籍和软件、业余交流、请教等方式进行自学；（4）教师应加强信息技术与中学物理课程的整合。信息素养目标中所包含的信息意识、信息伦理道德、信息知识的实际水平，也需要通过信息技术的应用才能反映出来。中学物理教师把计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主学习、丰富教学环境的辅助工具，并将这些工具全面应用到中学物理学科教学过程中，使各种教学资源、各个教学要素和教学环节，经过组合、重构，相互融合，在整体优化的基础上产生聚集效应，从而促进传统中学物理教学方式的根本变革，实现培养学生创新精神与实践能力的目标。

生物信息学作用篇6

关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用

“生物信息学”是英文单词“Bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州Gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者Lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家Collins F博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（Post Genome Era，PGE）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。

1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（NPGI），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（HGP）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（TA）集合数据库TIGR、植物核酸序列数据库PlantGDB、研究玉米遗传学和基因组学的MazeGDB数据库、研究草类和水稻的Gramene数据库、研究马铃薯的PoMaMo数据库，等等。

2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至DNA片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、AFLP、SSAP、RBIP和SNP等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。

3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用

传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。ItzstEin等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-Neu5Ac2en和4-胍基-Neu5Ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。TANG SY等学者研制出新一代抗AIDS药物saquinavir［12］。Pungpo等已经设计出几种新型高效的抗HIV-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。

现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。

4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用

随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。

5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用

在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 DNA，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。

美国农业研究中心（ARS） 的农药特性信息数据库（PPD） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（Toyohashi University of Technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（IRIS） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。

6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用

食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用PCR法［19］、RT-PCR法、荧光RT-PCR法、多重PCR［20］和多重荧光定量PCR等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、ELISA法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。

转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的DNA提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。 　生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。

参考文献：

［1］Yockey HP，Platzman RP，Quastler H.Symposium on Information.Theory in Biology.Pergamon Press，New York，London，1958.

［2］郑国清，张瑞玲.生物信息学的形成与发展［J］.河南农业科学，2002，（11）：4-7.

［3］骆建新，郑崛村，马用信等.人类基因组计划与后基因组时代.中国生物工程杂志，2003，23，（11）：87-94.

［4］曹学军.基因研究的又一壮举——美国国家植物基因组计划［J］.国外科技动态，2001，1：24-25.

［5］MICHAEL B.Genomics and plantcells：application ofgenomics strategies to arabidopsis cellbiology［J］.PhilosTransR Soc Lond B Bio Sci，2002，357（1422）：731-736.

［6］卢新雄.植物种质资源库的设计与建设要求［J］.植物学通报，2006，23，（1）：119-125.

［7］GUY D，NOEL E，MIKE A.Using bioinformatics to analyse germplasm collections ［J］.Springer Netherlands，2004：39-54.

［8］郑衍，王非.药物生物信息学，化学化工出版社，2004.1：214-215.

［9］俞庆森，邱建卫，胡艾希.药物设计.化学化工出版社，2005.1：160-164.

［10］Austen M，Dohrmann C.Phenotype—first screening for the identification of novel drug targets.Drug Discov Today，2005，10，（4）：275-282.

［11］ARUN AGRAWAL，ASHWINI CHHATRE.State involvement and forest cogovernance：Evidence from the IndianHmi alayas.StComp International Developmen.t Sep 2007：67-86.

［12］TANG SY.Institutionsand collective action：Self-governance in irrigation ［M］.San Francisco，CA：ICSPress，1999.

［13］PUNGPO P，SAPARPAKORN P，WOLSCHANN P，et a.l Computer-aided moleculardesign of highly potentHIV-1 RT inhibitors：3D QSAR and moleculardocking studies of efavirenz derivatives［J］.SAR QSAR EnvironRes，2006，17，（4）：353-370.

［14］杨华铮，刘华银，邹小毛等.计算机辅助设计与合成除草剂的研究［J］.计算机与应用化学，1999，16，（5）：400.

［15］VASSILEV D，LEUNISSEN J，ATANASSOV A.Application of bioinformatics in plant breeding［J］.Biotechnology & Biotechnological Equipment，2005，3：139-152.

［16］王春华，谢小保，曾海燕等.深圳市空气微生物污染状况监测分析［J］.微生物学杂志，2008，28，（4）：93-97.

［17］程树培，严峻，郝春博等.环境生物技术信息学进展［J］.环境污染治理技术与设备，2002，3，（11）：92-94.

［18］史应武，娄恺，李春.植物内生菌在生物防治中的应用［J］.微生物学杂志，2009，29，（6）：61-64.

［19］赵玉玲，张天生，张巧艳.PCR 法快速检测肉食品污染沙门菌的实验研究［J］.微生物学杂志，2010，30，（3）：103-105.

［20］徐义刚，崔丽春，李苏龙等.多重PCR方法快速检测4种主要致腹泻性大肠埃希菌［J］.微生物学杂志，2010，30，（3） ：25-29.

［21］索标，汪月霞，艾志录.食源性致病菌多重分子生物学检测技术研究进展［J］.微生物学杂志，2010，30，（6）：71-75

［22］朱晓娥，袁耿彪.基因芯片技术在基因突变诊断中的应用及其前景［J］.重庆医学，2010，（22）：3128-3131.

［23］陈彦闯，辛明秀.用于分析微生物种类组成的微生物生态学研究方法［J］.微生物学杂志，2009，29，（4）：79-83.

［24］王大勇，方振东，谢朝新等.食源性致病菌快速检测技术研究进展［J］.微生物学杂志，2009，29，（5）：67-72.

［25］苏晨曦，潘迎捷，赵勇等.疏水网格滤膜技术检测食源性致病菌的研究进展［J］.微生物学杂志，2010，30，（6）：76-81.

生物信息学作用篇7

“生态系统的信息传递”是普通高中课程标准实验教科书人教版生物必修3第5章第4节，本节主要包括三个内容：生态系统中信息的种类、信息传递在生态系统中的作用、信息传递在农业生产中的应用。同时，信息传递能通过调节生物的种间关系以维持生态系统的稳定，为下一节生态系统的稳定性奠定基础。因此，本节内容对整章知识起到了承上启下的作用。

二、学情分析

在学习本节内容之前，学生已经学习了生态系统的结构以及生态系统的能量流动和物质循环等知识，对生态系统的概念、组成成分、功能等有了明确的认识。在此基础上，学生学习本节内容是比较轻松的，并且本节内容以对自然界的生物现象的描述为出发点，对生态系统中的信息进行了分类，最后延伸到信息传递在实际生产生活中的应用，学生的学习兴趣应该比较浓厚。

三、教学目标

1.知识目标

（1）举例说出生态系统中的信息传递（了解水平）。

（2）说明信息传递在生态系统中的作用（理解水平）。

（3）研究信息传递在农业生产中的应用（应用水平）。

2.能力目标

通过比较生态系统的能量流动、物质循环和信息传递功能，尝试构建生态系统信息传递的模型。

3.情感、态度与价值观目标

（1）观察生活中生态系统信息传递的实例，初步形成生态学的观点，确立辩证唯物主义自然观的科学世界观。

（2）关注信息传递在生态系统及人类生活中的应用，提高信息科学素养。

四、教学重点难点

1.重点

说出信息传递在生态系统中的作用。

2.难点

说出信息传递在生态系统中的作用；建立生态系统的信息传递模型。

五、教学策略

本节涉及很多生物现象的描述，教学过程中可以运用多媒体展示相关图片，影音资料，既能把自然界抽象的生命现象直观化，加深学生的理解，又能调动学生的学习兴趣。同时，对于生态系统中信息的种类及生态系统中信息传递的重要性这些内容，可以组织学生进行分析讨论得出结论，这样既能体现以学生为主体，又能提高学生的合作学习能力。

六、教学过程

1.创设情境，导入新课

我们经常说我们现在正处于一个“信息时代”，信息在现代社会中十分重要，那么“信息”到底指的是什么呢？大家能不能举一些在生活中你认为是信息传递的例子？这样吧，先从老师开始，老师现在在讲台上给你们讲课，传授知识，其实就是在给你们传递一种信息。

接下来请几个学生举例并对学生的回答做点评。

这是我们日常生活中常见的信息传递，其实信息传递也广泛存在于生态系统中，并且时常发挥着奇妙的作用。

2.生态系统中信息的种类

课件展示蜜蜂跳圆圈舞和摆尾舞的动画，教师讲解蜜蜂不同类型舞蹈所传递的信息；课件展示图片小狗在路边撒尿、孔雀开屏，提问学生小狗和孔雀的行为分别传达了什么信息。

生态系统中信息的种类多种多样，一般信息传递有三个基本环节：信源（信息的产生）；信道（信息的传输）；信宿（信息的接受）。我们根据信源的不同可以把这些信息分成三类，物理信息、化学信息、行为信息。这三种信息各自有什么特点，怎么区分？请大家阅读课本105页和106页左上角的内容并完成课件上的表格。

学生完成表格。

教师课件展示一些生态系统中信息传递的例子，让学生区分是哪种信息，引导学生更好地区分三种信息。

（1）物理信息：生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，称为物理信息；物理信息的来源可以是无机环境，也可以是生物。例：光对植物的开花起着决定性的作用、萤火虫发光吸引异性、人听到老虎的吼叫声很害怕、鸟儿通过鸣叫声进行交流、蛇通过热辐射来捕捉食物、鱼的洄游、信鸽的千里传书等。

（2）化学信息：生物在生命活动中通过产生生物碱、有机酸以及动物的性外激素等化学物质来传递信息，称为化学信息；化学信息的来源是生物；例：植物通过花的香味来吸引蜜蜂传粉、老虎根据气味寻找同伴、黄鼠狼分泌某种化学物质来驱赶害虫、小狗撒尿做标记、雄性昆虫通过性外激素来吸引异性等。

（3）行为信息：动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，即生物的行为特征可以体现为行为信息；行为信息的来源是动物；例：蜜蜂跳舞、孔雀开屏，在繁殖季节，公鸡“抖抖大红冠子花外衣”来引诱母鸡，蛇在遇到攻击时，会把头竖起、吐信以吓走敌人等。

3.信息传递在生态系统中的作用

通过以上例子，我们可以得出一个结论，那就是信息传递对生物生命活动的正常进行是非常重要的。下面我们一起来学习信息传递在生态系统中的作用。我们来看一下课本106页的“资料分析”，分为五个小组来讨论以下几个问题：（1）这四则资料中分别体现了哪种信息？（2）根据资料1，蝙蝠的回声信息与蝙蝠的生命活动的正常进行有什么关系？（3）根据资料2，莴苣种子萌发所需要的最适宜的波长是多少？光信息对莴苣的生命活动有什么影响？（4）资料3说明了信息传递有什么作用？（5）资料4中的信息素能够将几种生物联系起来？

教师引导学生对资料进行分析，蝙蝠的回声定位属于物理信息，蝙蝠通过回声信息对周围的环境做出判断，取食和飞行，说明蝙蝠生命活动的正常进行离不开信息传递；莴苣种子萌发所需要的最适宜的波长大约为600～700 nm，说明光信息对莴苣萌发是必需的；资料3说明了光照时间这种信息对植物开花的影响，还说明了动物可以产生信息素这种化学信息来吸引异性，特别是昆虫的信息素，这些都说明生物种群的繁衍也离不开信息的传递。

此外，在生态系统中，食物链上相邻的物种之间存在着“食”与“被食”的关系，相邻物种的某些个体行为与种群特征为对方提供了大量的有用信息。例如草原上，当草色返青时，“绿色”为食草动物提供了可以采食的信息，森林中，狼能够依据兔子留下的气味去猎捕兔，兔子同样也能够依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。由此可见，信息传递还能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。

4.信息传递在农业生产上的应用

生态系统中存在着精巧的信息传递和联络，聪明的人会利用这些信息来为生产生活服务，下面我们就一起看一下信息传递在农业生产中的应用。信息传递在农业生产中的应用主要有两个方面：增产和减害。

投影播放信息传递在农业生产中的应用实例图片并讲解。

（1）增产：利用人工合成的化学信息吸引昆虫传粉、适当延长光照来增加鸡的产蛋量。

（2）减害：播放集群信号录音吸引鸟类捕食林业害虫、庄稼地的稻草人、性引诱剂诱捕害虫、诱蛾灯捕杀园林害虫。

其实，除了在农业生产方面，信息传递还应用于人类生活的很多方面，今天交给同学们的第一个作业就是查找信息传递在生活中其他领域的应用。

5.课堂小结及作业

这节课我们主要学习了生态系统的信息种类、信息传递在生态系统中的作用以及信息传递在农业生产上的应用，经过这节课的学习，大家对生态系统的信息传递这一功能应该有了更为明确的认识。在之前生物课上我们多次探讨过生物实验的设计方法，那今天的另一个作业就是请大家设计实验，证明雌蛾能分泌性外激素吸引雄蛾前来交尾。

七、教学反思

本节课的成功之处在于课件中涉及了大量自然界中生物生命活动现象的实例，极大地调动了学生学习本节课的兴趣，同时给学生普及了自然科学知识，有利于提高学生的生物科学素养；在第一个教学内容“生态系统中信息的种类”中，让学生阅读课本，通过表格自己总结，在第二个教学内容“信息传递在生态系统中的作用”中，组织学生分小组进行讨论，这些能调动学生的课堂积极性，有利于提高学生分析、归纳的能力。

当然，我认为这样的教学设计对教师的要求也是比较高的，首先要求教师要有较高的自然科学素养和关于生态系统信息传递较为广博的知识储备，这样才能轻松应对学生课堂上的疑问，同时相比前几节内容要求教师要有更强的随机应变能力，学生可能会举出很多教师意想不到的例子，提出意想不到的问题，这就需要教师灵活应对，正确引导。

生物信息学作用篇8

关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用

“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家collins f博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（human genome project，hgp）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（post genome era，pge）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。

1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。

2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。

3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用

传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。tang sy等学者研制出新一代抗aids药物saquinavir［12］。pungpo等已经设计出几种新型高效的抗hiv-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。

现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。

4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用

随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物

中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。

5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用

在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 dna，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。

美国农业研究中心（ars） 的农药特性信息数据库（ppd） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（toyohashi university of technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（iris） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。

6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用

食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用pcr法［19］、rt-pcr法、荧光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重荧光定量pcr等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、elisa法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。

转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的dna提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。

生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。

参考文献：

［1］yockey hp，platzman rp，quastler h.symposium on information.theory in biology.pergamon press，new york，london，1958.

［2］郑国清，张瑞玲.生物信息学的形成与发展［j］.河南农业科学，2002，（11）：4-7.

［3］骆建新，郑崛村，马用信等.人类基因组计划与后基因组时代.中国生物工程杂志，2003，23，（11）：87-94.

［4］曹学军.基因研究的又一壮举——美国国家植物基因组计划［j］.国外科技动态，2001，1：24-25.

［5］michael b.genomics and plantcells：application ofgenomics strategies to arabidopsis cellbiology［j］.philostransr soc lond b bio sci，2002，357（1422）：731-736.

［6］卢新雄.植物种质资源库的设计与建设要求［j］.植物学通报，2006，23，（1）：119-125.

［7］guy d，noel e，mik

e a.using bioinformatics to analyse germplasm collections ［j］.springer netherlands，2004：39-54.

［8］郑衍，王非.药物生物信息学，化学化工出版社，2004.1：214-215.

［9］俞庆森，邱建卫，胡艾希.药物设计.化学化工出版社，2005.1：160-164.

［10］austen m，dohrmann c.phenotype—first screening for the identification of novel drug targets.drug discov today，2005，10，（4）：275-282.

［11］arun agrawal，ashwini chhatre.state involvement and forest cogovernance：evidence from the indianhmi alayas.stcomp international developmen.t sep 2007：67-86.

［12］tang sy.institutionsand collective action：self-governance in irrigation ［m］.san francisco，ca：icspress，1999.

［13］pungpo p，saparpakorn p，wolschann p，et a.l computer-aided moleculardesign of highly potenthiv-1 rt inhibitors：3d qsar and moleculardocking studies of efavirenz derivatives［j］.sar qsar environres，2006，17，（4）：353-370.

［14］杨华铮，刘华银，邹小毛等.计算机辅助设计与合成除草剂的研究［j］.计算机与应用化学，1999，16，（5）：400.

［15］vassilev d，leunissen j，atanassov a.application of bioinformatics in plant breeding［j］.biotechnology & biotechnological equipment，2005，3：139-152.

［16］王春华，谢小保，曾海燕等.深圳市空气微生物污染状况监测分析［j］.微生物学杂志，2008，28，（4）：93-97.

［17］程树培，严峻，郝春博等.环境生物技术信息学进展［j］.环境污染治理技术与设备，2002，3，（11）：92-94.

［18］史应武，娄恺，李春.植物内生菌在生物防治中的应用［j］.微生物学杂志，2009，29，（6）：61-64.

［19］赵玉玲，张天生，张巧艳.pcr 法快速检测肉食品污染沙门菌的实验研究［j］.微生物学杂志，2010，30，（3）：103-105.

［20］徐义刚，崔丽春，李苏龙等.多重pcr方法快速检测4种主要致腹泻性大肠埃希菌［j］.微生物学杂志，2010，30，（3） ：25-29.

［21］索标，汪月霞，艾志录.食源性致病菌多重分子生物学检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2010，30，（6）：71-75

［22］朱晓娥，袁耿彪.基因芯片技术在基因突变诊断中的应用及其前景［j］.重庆医学，2010，（22）：3128-3131.

［23］陈彦闯，辛明秀.用于分析微生物种类组成的微生物生态学研究方法［j］.微生物学杂志，2009，29，（4）：79-83.

［24］王大勇，方振东，谢朝新等.食源性致病菌快速检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2009，29，（5）：67-72.

［25］苏晨曦，潘迎捷，赵勇等.疏水网格滤膜技术检测食源性致病菌的研究进展［j］.微生物学杂志，2010，30，（6）：76-81.

［26］饶红，冯骞，傅浦溥等.生物信息学与食品安全检测［j］.中国卫生检验杂志，2006，16，（6）：767-768