生物信息学的重要性范文
时间：2023-12-21 17:02:04
生物信息学的重要性篇1
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.
［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.
生物信息学的重要性篇2
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.
［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.
生物信息学的重要性篇3
【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.
生物信息学的重要性篇4
关键词：生物信息学；生物技术；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）36-0197-03
一、生物信息学课程的教学背景
生物信息学（Bioinformafics）是一门集数学、计算机科学以及生物学等多学科交叉而形成的新兴热点学科，实质就是利用信息科学与技术解决生物学问题。它的内涵目前包含了分子生物大数据的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面。依据分子生物大数据的类型不同，生物信息学的数据对象分布在基因组、转录组、蛋白质组等不同水平层次的数据以及跨层次的转录调控、转录后调控和表观遗传修饰等纵向连接。依据学科任务的不同，生物信息学一方面要组织好生物大数据的储存和获取，一方面要开发优良的算法和工具软件对生物大数据教学分析，同时还要利用这些生物大数据和工具来产生新的生物学认识，为下游的湿实验生物学家提供理论依据和指导。近年来，随着高通量生物大数据检测技术，如基因芯片技术、高通量测序技术等的发展，生物信息学已经在生物、医学、药物开发、环境保护以及农业应用等众多领域普及推广了起来。大量的生物数据急迫地需要处理，相应地产生了对生物信息专门人才的广泛需求。
因此，《生物信息学》课程也快速地在各院校大学生教学中开展了起来，甚至在局部高校产生了生物信息学本科专业。然而在实际的教学中也伴随着种种问题，影响了该课程的教学效果。本文现就近年来在生物背景的学生中所开展的生物信息学的教学实践浅谈一点体会，对其存在的问题和对策作一论述。
二、生物信息学课程教学改革
（一）教学内容特点
生物信息学属于多学科交叉学科，需要在分子生物学、遗传学、高等数学以及计算机编程等的课程基础上进行讲授。不同学科基础以及不同来源的生物数据反映在教学内容上，生物信息学的一个特点就是信息量大。它囊括了概率统计、计算机语言、人工智能和机器学习、生物数据库介绍、序列比对、分子进化分析、基因组序列分析、基因注释与功能分类、基因表达谱分析、蛋白质表达与结构分析、生物分子网络以及计算表观遗传学等众多的内容模块。
从历史发展角度看，这些内容以基因组测序为主体，生物信息学的发展可以划分为3个阶段：前基因组时代、基因组时代以及后基因组时代（又称为功能基因组时代）。以人类基因组计划的完成为时间节点标记，目前的生物信息学已经进入到了功能基因组学时代。因此，体现在当前的生物信息学教学内容上的另外一个特点就是“新”。
（二）教材的选择
生物信息学教学内容的以上特征要求在教材的选择上更需要全面衡量考虑。由于对生物信息学知识的大量需求，目前教材市场上的相关书籍也琳琅满目，选择余地较大。我们推荐的教材是科学出版社2010年第二版的Instant Notes Bioinformatics，由T. Charlie Hodgman等人编写[1]。这本书的教学内容以基因组的生物信息学分析为主体，兼顾概率统计、机器学习、代谢组学等数理基础知识和后续功能基因组分析。其中尤以序列比对、打分矩阵、系统发育树的构建分析为核心内容。这种课程设置把庞大的生物信息学体系缩小集中在了序列分析部分，这样既便于学生系统充分地掌握生物信息学知识，又兼顾了学科的发展基础和趋势。
另外，本教材为英文教材，这适应了生物信息学快速发展的要求，让学生近距离地体验到学科前沿气息。为了扩大学生的知识渠道来源，我在教学中推荐了几种不同类型的参考书籍。其中，David W. Mount编写的《Bioinformatics Sequence and Genome Analysis》和本校陶士珩教授主编的《生物信息学》，在教学内容以及体系上均和本教材较为相近[2，3]。乔纳森.佩夫斯纳著，孙之荣主译的《生物信息学与功能基因组学》则更侧重功能基因组学的内容[4]。李霞主编的《生物信息学》在内容全面、丰富的同时，也较为侧重功能基因组学的内容，同时还强调在医药卫生领域的应用和研究热点[5]。
该书使用了彩印版，同时伴有光盘、习题集以及参考答案，目前在教材市场上较为受欢迎。最后，考虑到生物学背景的学生在计算机实际动手能力方面相对较为弱势，我在教学中还特别推荐了几本结合生物信息学与编程语言的书籍供同学们课后学习。这些教材包括：A.基于Perl语言的《Beginning Perl for Bioinformatics》、《Mastering Perl for Bioinformatics》；B.基于R语言的《R Programming for Bioinformatics》；C.基于Python语言的《Bioinformatics Programming Using Python》[6-9]。
（三）学时和考核方式的设定
生物信息学课程尽管面临学科发展的迫切需要，教学内容广泛而众多，但由于大学本科生的学时学分限制，目前我们的相关教学仅包括32学时的理论学时以及两周的生物信息学实习。为了弥补学时不足的限制，我们更突出强调了实际表现的考核方式。考核成绩中的平时成绩由30%上升到40%，包括平时表现、随堂测验以及课后作业等。
（四）存在的主要问题与解决办法
1.激发兴趣。由于所教授的学生为生物学背景，不少学生均对数学、计算机等数理课程较为恐惧，缺乏学习兴趣和韧性。这是本课程讲授过程中所面临的第一大问题。为此，我尝试了多种教学办法进行解决，取得了一定的效果。
（1）去除学生的恐惧心理。从心理学上讲，恐惧的形成源于过去失败经历的阴影以及对于未知事物的不确定性。因此，我在教学中注意突出生物学在生物信息学中的重要地位，以生物信息学领域的成功科学家为例，破除以往失败经历的阴影。同时，适当地浓缩教学内容，降低学生对未知事物不确定性的恐惧。
（2）激发学习生物信息学的热情。通过教学的互动，让学生在互动中消除对生物信息学的陌生感，熟悉生物信息学，激起学习的欲望。
（3）在学习中感受生物信息学发展的脉搏。通过介绍生物信息学的发展史，对比历史上类似的科学发展历程，让学生深刻地领悟到当前的生物信息学在学科史中的定位。
（4）在实践中感受生物信息学的魅力。比如，在进行系统发育树构建的讲授中，同学们可以看到由于数学算法的使用，原本枯燥无味的序列数据居然能够反映物种和基因的进化历程。通过教学中的改革实践，同学们的学习兴趣有了较大的提升。
2.夯实基础。生物学背景的学生另外一个特点是数理基础和计算机语言编程能力相对较为薄弱。在教学过程中，我首先注意引导学生扬长避短，充分发挥学生在生物学理解能力上的优势，避免进入基础性的数学算法纠缠中。同时，让学生认识到，作为一个交叉性的学科，生物信息学的上下游学科链较长，同学们可以根据自身条件选择进入不同的环节。比如，擅长基础性的算法工具软件开发的同学可以进入上游的理论环节，擅长生物学理解的同学可以使用这些工具进入下游的生物信息应用领域。第三，在课程设置上，着重加强生物信息学方向的数理基础课程，比如生物统计、Linux以及Perl语言等，改善生物技术专业的学生在生物信息学方向的薄弱环节。最后，向同学们强调，注意在学习的过程中提高学习能力才是根本。让同学们意识到，基础不是问题，只要提高了学习能力，持之以恒地去实践，均能学好本门课程。
3.紧跟前沿。生物信息学是一门前沿性很强的学科。为了既能提高学生的知识水平，又提高学生的学习能力，这就要求在教学中既要恰当地剪裁知识结构和体系，又要有提供充分的学习锻炼空间。为此，我们将课程设置为双语课程，这样做的好处是既不耽误知识的学习，又能适当地提高学生的适应能力，为学生在将来英文环境较普遍的生物信息学领域中的学习研究应用打下扎实基础。同时，为了更适应将来学生对生物信息的使用环境，同时也为了降低难度，我们的双语课程更侧重阅读、理解能力的提高，以避免简化为英语学习课，和普通的英文课程内容的重叠。另外，前沿性很强的生物信息学处处蕴藏着创新的机会，在教学过程中，我注意鼓励学生的创新意识。比如，学生在上课过程中的一些小想法，我鼓励其大胆投入，形成研究性论文。
4.注重实践性。生物信息学在教学中既要注重对学生思维方式的转变的教育，形成用生物信息学去看待生物大数据的思想，而不仅仅是解决某个具体生物学问题的“小工具”，又要求学生在课程学习中具备一定的实践能力。由于长久以来的教育体制和学习习惯的制约，同学们的学习重点仍然集中在知识的记忆、考试的应付上面，缺乏对实际动手能力的正确认识。这给生物信息学这门课程的教学，特别是实践教学带来了较大的压力。为此，我在教学中着重采用身边的典型案例教学法进行教学。比如，以往届学生由于其突出的实践能力最后促成了他毕业就业的成功为例，说明动手能力的重要性。贯穿在课程教学中，我对学生实验课程的理念是鼓励其独立自主地完成实验，尽量少干涉，允许其在实践中犯错误，在犯错中学习提高。经过思想观念的转变、实践中的反复雕琢提高，学生们的实践动手能力都得到了较好的提升。
三、结语
生物信息学是一门快速发展的新型热门学科，其发展与生命科学发展是相辅相成的。本文针对《生物信息学》的教学进行了一些探讨，特别是针对生物背景学生的教学进行了深入集中的研究。
本文认为，只有激发学生的学习兴趣，夯实基础，注重实践动手能力，紧跟学科发展前沿趋势，这样才能切实做好生物信息学的课程教学工作，提高该课程的教学质量，以此满足我国目前该领域对人才的教育需要，培养出具有一定的实践操作能力和很强的创新能力的大学生。
参考文献：
[1]T.Chalie Hodgman AF，David R. Westhead.生物信息学导读版[M].北京：科学出版社，2010.
[2]Mount DW （2002） Bioinformatics Sequence and Genome Analysis：科学出版社.
[3]陶士珩.生物信息学[M].北京：科学出版社，2007.
[4]乔纳森.佩夫斯纳.生物信息学与功能基因组学[M].孙之荣，主译.北京：化学工业出版社，2009.
[5]李霞.生物信息学[M].北京：人民卫生出版社，2010.
[6]Tisdall J （2001） Beginning Perl for Bioinformatics：O'Reilly.
[7]Tisdall J （2003） Mastering Perl for Bioinformatics：O'Reilly.
[8]Gentleman R （2008） R Programming for Bioinformatics：Chapman & Hall/CRC.
[9]Model ML （2009） Bioinformatics Programming Using Python：O'Reilly.
基金项目：西北农林科技大学本科优质课程建设项目。
生物信息学的重要性篇5
关键词：生物信息学 创新实践能力 教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0143-02
2013年三位美国科学家以“为复杂化学体系设计了多尺度模型”而获得了诺贝尔化学奖，从此生物信息学（Bioinformatics）真正走到了自然科学的前台，成为未来发展的重要方向和热点。生物信息学是以生物学为核心和灵魂，以数学和计算机为基本工具的一门交叉学科，综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，获取、处理、存储、分发、分析和解释生物信息，进而揭示大量数据所蕴含的生物学意义。生物信息学已经成为生物医学、农学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科发展的强大推动力量，目前已经成为高等院校生命科学相关专业学生必须掌握的主要专业课程。要实现中华民族伟大复兴的中国梦，离不开科学技术的创新驱动，创新人才的培养自然成为高等院校的主要责任，高等院校教师需要根据培养学生创新实践能力的要求不断的开展教学改革。鉴于生物信息学的重要作用，最近几年各高等院校都相继开设了生物信息学课程，但是由于生物信息学是一门广泛的交叉学科，需要学生具有较扎实的多学科基础知识，且生物信息学自身发展迅速，新概念、新算法、新数据库等层出不穷，需要教师不断跟进，因此生物信息学的教学与其他学科显示出明显的不同，旧的教学方法不能适应生物信息学课程的发展。生物信息学教学改革的内容应该着重于提高学生的创新实践能力。该文将生物信息学教学改革中总结的经验，从教学理念、教学方法、教学内容和考试改革等方面，对在生物信息学课程的教学中如何培养学生创新实践能力进行了讨论。
1 教学理念上强调学生的实践能力和自主创新思维的培养
生物信息学是一门实践性非常强的学科，同时具有多学科交叉的特点。对于非生物信息学专业的生命科学相关专业学生，主要课堂目标是熟练应用各种软件、数据库解决实际的生物学问题，而不是研究新算法、开发新程序。非生物信息学专业的学生一般具有较好的生物学基础，对于核酸、蛋白质等相关知识已经较为熟悉，在教学中不必过多重复，而对于生物信息学中的数学模型，程序原理等内容具有较大的学习障碍，经过我们的教学发现，学生对于这些内容的不理解并不会显著影响其应用软件的实践能力。因此，对于非生物信息学专业的生物信息学本科课程，应当简化复杂难懂的理论知识，注重培养学生的实践能力，使学生可以应用生物信息学工具对生物数据进行分析，解决实际问题，在使用生物信息学工具解决实际问题的时候对生物信息学产生兴趣，增强创新实践能力。
2 采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法
为了强调学生的实践动手能力，采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法。（1）将授课地点定在计算机网络教室，接驳互联网的计算机安装有课堂管理系统，实时演示教师的操作。教师在授课过程中结合具体实例边讲解边示范操作，学生边听课边练习。（2）对课件增加图片、视频、音频等多媒体素材，使抽象的、静态的生物信息学知识以具体的、动态的形式演示，提高学生的学习兴趣，加深学生对知识的掌握程度。例如在讲解蛋白质三维结构相关知识时，教师需准备好各种蛋白质的三维结构素材，并使用（同时教会学生使用）专业蛋白质三维结构看图软件进行演示操作，这样可以显著提高学生的实际操作兴趣。（3）进行课程录像，记录课堂上老师的讲课现场和计算机操作屏幕的录像，将视频放到网络教学平台上，供学生课后观看，降低生物信息学学习难度。（4）进行随堂在线操作练习，以教师和学生分别自设题目的方式开展创新实践练习，促进学生创新性思维方式，注重提高理论用于实践的综合能力，同时更有效地提高学生计算机应用能力。（5）采用双语授课，提高学生专业英语能力。生物信息学的实际操作离不开数据库和软件，而目前国际上通用的生物信息学在线数据库和常用软件的界面都是英文，因此学生必须能看懂生物信息学相关概念的英文说法。我们采用双语授课，对课程中的关键信息再使用中文重点讲解一遍。教学中发现大多数学生对英文授课及英文软件有惧怕和惰性心理，对此我们采用循序渐进多次重复的方式帮助学生克服最初的惧怕建立信心，在英语授课前一周，教师将多媒体课件通过网络教学平台发送给学生，并列出来关键名词，供学生提前预习，减少课堂上直接听英文的难度，在数据库和软件中，安排学生多次使用同一个软件，同一个数据库，对常用的词语进行重点说明，从而减小学习压力，增强学习信心。本方法增强了学生主动学习生物信息学自主能力，同时提高了学生英文听、说、读、写等能力。（6）发挥网络教学的优势，教师可根据教学内容从网上下载教学辅助资料，充分利用网络的现有资源，并通过网络教学平台为学生提供教学资源，将制作的教学课件、教学大纲、教学录像、参考文献、思考题、自测题等上传到教学平台上，使学生随时随地在教学平台里面进行下载教学课件、回答问题、提出问题，老师或者同学可以对所提问题进行网上解答、探讨。教师还可以通过网上论坛、聊天室、QQ、E-mail等对学生学习和生活进行指导和关心，可以及时了解掌握学生的学习情况，有利于教师不断调整教学方案，达到更好的教学效果。
3 教学内容上增强课程应用性
生物信息学的课程内容很多，具有很强的跨专业性，由于课时和学生专业的限制，我们应选择性地进行授课，教学内容主要强调课程实践应用性。（1）要在课程的第一节课明确生物信息学在生物学中的作用，讲解几个有趣而又简单的生物信息学应用，提高学生的学习兴趣。（2）对于理论知识只讲解其中最为基础而不可缺少的，并结合实际操作使学生形象化、具体化。授课中穿插讲解有趣而简单的生物信息学应用实例，提高学生的学习兴趣。（3）增加实验课学时，增强学生动手操作实践能力。生物信息学主要是通过计算机软件完成对生物数据的分析，分析过程中易出现各种错误，需要在多次操作实践中不断总结经验才能熟悉。因此增加实验课学时会明显增加学生的实践能力。我们每一节课分为两部分，理论讲解和实验操作，在理论讲解完成后，马上开展实验操作，这样可以让学生理解软件中应用的原理，不会出现在实验课时理论与实验脱节的现象。（4）生物信息学发展迅速，需不断把握国际最新进展，更新知识库，使学生学到最新的技术，更好的应用到实践中。因此我们密切关注学科发展动态，掌握最新研究成果，每学期的教学随时进行知识更新，及时将国内外及教师的新知识、新成果作为教学内容的一部分传递给学生。同时我们使用双语授课，并保证授课内容紧跟生物信息学的前沿，保证学生学到的都是最新的知识，刺激学生探索与实践的欲望。
4 考试改革上促进学生实践能力和创新思维
考试改革的目的是强化实践教学，注重创新能力的培养;发挥教学中的积极性、主动性、创新性;在加强素质教育的基础上扩宽专业教育;培养“宽厚型、复合型、创新型、外向型”人才。考试可分为期末考试、平时练习和上机考试等三部分。期末考试使用传统的考试方式。平时练习为教学中的课堂练习题的评分。对于上机考试，我们引入无纸化考核，通过上机实践操作，重点考核学生在互联网环境下的随堂在线操作，随堂在线测试的内容主要是使用各种软件和数据库分析生物数据的操作实践，增强学生理论应用实践的综合能力。例如给出一个蛋白质的名称，让学生查询此蛋白质的序列、理化性质、翻译后修饰等信息，预测蛋白质二级结构，三维结构等操作。学生使用计算机在线完成指定的生物信息学分析内容，考查学生掌握实践操作的程度，促进学生注重提高理论用于实践的综合能力，同时更有效地提高学生计算机应用能力。这种考试模式可以显著的提高学生实践的积极性。
5 结语
总之，生物信息学教学需要培养学生自主创新学习的能力和在实践中自主创新获取知识的技能，使学生知识、能力、素质协调发展。为了提高学生创新性思维和实践操作能力，生物信息学教学改革应从以下几方面进行：在教学理念上，强调学生的实践动手能力、创新思维的培养;在教学方法上，采用启蒙式、研讨式、运用式等生动形象的教学方法;在教学内容上，增加实验学时，增强课程应用性，理论为实践服务;在考试改革上，采用多种考查考核方式促进学生实践能力、创新思维。在今后的教学工作中，我们将继续探索行之有效的教学方法、教学手段和教学模式，启发学生的创新实践意识，培养学生的创新思维和实践能力，以满足现代社会对创新型人才的需求。
参考文献
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生物信息学的重要性篇6
论文摘 要： 本文探讨了在新课改的背景下中学物理教师应该具备的信息技术技能。首先给出了应用于物理教学的信息技术技能的含义，提出了四种功能，即激发学生学习兴趣、体现学生主体地位、实施个性化教学和开放性教学、促进教师专业化发展。其次探讨了信息技术应用于物理教学中时要求教师应具备新的教育理念、应与传统教学手段相结合、具有实用性和一定的资源基础。最后提出了实施过程中应当遵循科学性原则、教学性原则、适度原则和实效性原则。
信息技术的飞速发展和广泛应用，逐步改变着人们对教育目标、教学方式和教学观念的理解。随着现代科技的不断进步，将会有更多的新信息技术应用于基础教育领域。进入新世纪以来，许多地区都开展了信息技术与物理学科整合的课题研究工作，事实证明，信息技术已经打破了传统教育技术的应用界限，广泛提高了学习的参与性和主动性，促进了教学方式的重大变革，从而提高了教学效率。推进基础教育改革的关键是提高教师的教学科研水平，因此全国各地教育部门大力开展了提高教师信息技术应用水平的培训和竞赛工作。物理作为中学阶段科学教育领域的一门基础课程，把信息技术有效运用于中学物理教学科研中去是物理教师必须具备的基本技能之一。
一、信息技术技能的含义
现代教育技术是提高教学质量、推进素质教育的重要手段，也是推动基础教育改革的重要环节。积极运用以信息技术为代表的现代教育技术推动基础教育的改革与发展，已经成为本世纪世界各国政府的普遍共识和发展趋势。我国政府历来重视信息技术在中小学学科教学中的应用，明确提出了信息技术与学科教学整合的目标与内容。教育部在《基础教育课程改革纲要（试行）》中提出，大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。本世纪以来我国针对中小学教师广泛地开展了“培训、考核和认证”工作，要求各地尽快提高广大中小学教师的教育技术应用水平。
因此，信息技术技能是现代中学教师必备的专业实践技能，也是中学教师专业素质的重要组成部分，是一种具有理论性、发展性与实践性的综合技能。中学物理教师应具备的信息技术技能是指在先进的物理教学理论指导下，把基于信息技术的各种现代教学媒体工具，整合应用到中学物理学科教学中去，从而提高物理课堂教学的效益的技能。
二、信息技术技能应用于物理教学的功能
1.激发学生的学习兴趣
使用信息技术能够突破物理教学环境的时空限制，将教学内容中涉及的物理情境和物理过程再现于课堂教学。巧妙地使用信息技术，同传统教学方式相比，可以使学习过程大大缩短，教学信息量增大，教学效率明显提高。如教学《平面镜成像》一课，利用现代教育技术手段，就可以把“猴子捞月”这个学生耳熟能详的故事采用动画的形式栩栩如生地呈现给学生，激发学生探究科学本质的好奇心。教育技术的应用可以把抽象的概念形象化，复杂的过程简单化，从而有助于吸引学生的注意力和调动学生的兴趣，有助于学生对物理现象、概念和规律的感知与理解，有助于发展学生的综合能力。
2.体现学生主体地位
信息技术应用于中学物理教学，可以在接近真实的物理情境中，使学生从被动的知识接受者转变为主动的学习参与者。如教学《分子运动论》一课可以采用动画模拟分子的无规则运动，克服难点，创设立体情境，启发思维，以较少的教学时间和精力，取得最优的教学效果，从而强化学生对物理知识的理解。学生的思维活跃了，思路拓展了，再分小组交流讨论解释生活中的现象，展示各自想法和做法，可增强自主学习和合作探究学习的能力，交流并反馈学习成果，充分体现学生的主体地位和教师的主导作用。
3.实施个性化教学和开放性教学。
借助计算机技术和网络技术构建虚拟实验的物理学习环境，可以实现对教育信息及时收集与反馈，使物理教学的表现方式和节奏符合中学生的认知特点，从而为优化物理教学过程提供技术保障。新颖的教学软件设计可以构建个性化的学习环境，营造协作式学习氛围，彻底改变学习方式，使传统的封闭课堂逐步走向开放教学。
4.促进物理教师专业化发展
信息技术为开展物理教学研究提供资源、技术、环境的支持，“虚拟教学”、“数字教育”、“远程培训”、“云学习”等新的学习模式不断进入教师的教学科研活动中，对于提高教师的教育科研能力和实践能力大有裨益。在网络时代，物理教师可以不受时空等传统实际条件的限制，根据自己的时间安排选择自己的自主学习，例如参与诸如“物理论坛”、“物理博客”、“教育叙事”、“主题研修”等教学探讨活动。
三、信息技术应用于物理教学的基本要求
本世纪以来全国各地不少地区和学校开展了信息技术和物理教学的整合工作，得到了许多成功的经验和失败的教训。因此，我们必须深入探讨在中学物理教学中，以信息技术应用于物理教学应该有哪些要求，这样才能更好地提高教师自身素质，为物理教学服务。
1.教师应具备新的教育理念
尽管新课程改革已经持续十多年，相当一部分物理教师仍未充分理解新课程改革的基本理念，不能有效地使用信息技术手段。不少物理教师认为在物理教学中只要使用了电脑，制作了多媒体课件，上课采用了网络技术手段，就是把信息技术手段成功应用于物理教学了。一些教师流于形式，忽视对应用本质、效果和意义的深刻认识。产生这种现象的原因是因为这些教师对于对新理念、新事物和新技术抱有畏难和抵触情绪，把教育改革变成了应付差事，教师最终变成了信息技术的“奴隶”。信息技术的运用需要物理教师有先进的教学理念，物理教师可以根据自己的教学需要，在教学实践中不断努力探索，走适合自己的道路。
2.应与传统教学手段相结合
把以多媒体和网络化为特色的信息技术应用于物理教学，并不是传统教学手段就可以束之高阁。各种教学手段均有它自身的优点和特长，都有一些功能是信息技术手段无法替代的。例如关于像万有引力定律这样的物理规律，课程教学中的理论推理过程如果使用传统板书更能展示探究的过程，更能启发学生的思维，体现物理的学科特色。再如可以鼓励学生自行操作大气压强真实的实验，就不必要用课件去模拟，尽可能地还给学生一个真实的物理世界。
3.实用性
将信息技术应用于物理教学中要考虑到教学内容和学生的情况，绝不是所有的物理教学都需要用计算机手段，在教学设计上也不是媒体越多越好，技术越复杂越好，而应从教学内容实际情况出发，恰当地编排和组织，注意实际教学效果。防止物理课件做得惟妙惟肖，学生赞不绝口，吸引了学生的注意力，却为了迎合信息技术而舍弃了物理教学目标，忽略了教学重点和难点，这都是不可取的。
4.资源基础
随着我国对基础教育投入的不断增大，越来越多的学校的普通教室可以开展多媒体教学，这对于实现信息技术和物理学科的整合提供了很好的条件。但是不能过多地强调硬件资源建设，忽略软件建设。只有软硬件双管齐下，才能高效地推进信息技术应用于学科教学。
（1）硬件建设。教室多媒体电教平台，包括电脑、大屏幕投影机、实物展台、internet网络的接入等。
（2）软件建设。包括常规上的教学软件，教学课件，物理资源库的建设，物理校本教材的开发，还包括一些专用的物理教学软件，如flash、几何画板和仿真物理实验室等。
四、信息技术应用于物理教学的基本原则
1.科学性原则
中学物理课属于中学科学教育领域的重要课程之一，以培养学生的科学素养为课程目标，自然在开展物理教学活动中始终要坚持科学性原则。科学性主要体现在教学软件的设计和使用中不能出现科学性错误，不能把错误的概念、原理和过程教给学生。如果用信息技术手段把本来不准确不严谨的物理内容以“形象生动”的方式呈现出来，反而会造成知识性错误，这是绝对不允许的。
2.教学性原则
信息技术的应用应当从物理教学实际需要出发，整个应用过程要符合教学规律，要以提高物理教学质量为目标。确定合适的教学目标，选取合适的教学内容，采用恰当的组织表现形式，重视对学生学习环境的创造，实现教学效益的最大化。物理教师必须深入学习，准确把握，紧密结合课堂教学实际，对信息技术进行综合利用，剔除不合理的因素，使之完全适合自己的物理课堂教学。
3.适度原则
在物理教学设计中，假如用传统的教学方式就能达到良好的教学效果，则没有必要花费人力物力使用信息技术。对那些使用传统教学手段不能很好理解和表述的内容，应合理使用信息技术支持物理教学，如微观世界和天体运动等的教学。信息技术应用于物理教学最终目的是为了优化课堂教学结构，既要有利于教师的“教”，更要有利于学生的“学”，从而提高物理课堂教学效率。
4.实效性原则
信息技术应用于物理教学的目的是服务于中学物理教学，使得教学设计最优化，绝不是把物理知识利用信息技术手段简单、生硬地拼凑成“沙拉”。只有很好地利用技术手段创设情境、巧妙设疑，才能充分地激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，使得整个课堂学习气氛生动、愉快、轻松、有趣。
参考文献：
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［5］于海峰.现代信息技术与中学物理教学整合的比较研究［d］.上海师范大学，2006.
生物信息学的重要性篇7
关键词：初中生物；课程整合；信息技术
中图分类号：G633.91；G434 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2015）13-0083-02
一、问题的提出
2001年，教育部颁布了国家基础教育课程改革纲要，明确指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”。现阶段，部分初中生物课堂教学中存在一些共性问题。例如：教学模式化，采用陈旧、单一的方式教学，不能很好地调动学生的学习兴趣和热情；教学局限性，缺乏资料支持和数据支撑，不能很好地为教学目标服务；教学刻板化，使用教师教、学生学的“填鸭式”教学模式，导致学生自主性差，学习效率低；教学盲目性，追求形式主义，生硬使用信息技术，反而影响教学内容的学习。因此，根据新课程改革要求、针对教学共性问题以及信息技术在21世纪的重要地位，努力实现信息技术与初中生物课程的有效整合，成为当务之急。
二、信息技术与初中生物整合的优越性
1. 创设教学情境，激发学生的学习兴趣
生物教学重视直观形象和实践操作，但是受到教学环境的限制，有些生物现象并不能让学生直接观察到。仅凭借教师的讲解很难在学生头脑中形成直观感受，也不能给学生留下深刻的印象。然而，信息技术以它形象生动、丰富灵动的特点，图、文、声并茂地呈现了教学内容，给学生强烈的视听冲击，激发学生的学习兴趣。同时，作为导入中创设情境的不二选择，生动形象的感性资料可以有效地激发学生的联想，使学生利用已学知识与经验去同化和索引当前学习到的新知识，建立起新旧知识之间联系，提高学生的综合能力。例如，“病毒”一节，在导入新课的环节，采用埃博拉病毒事件的视频导入新课，创设情境。利用信息技术图、文、声三位一体的特点，给学生营造一个切合主题且生动震撼的情境，使学生产生对病毒的畏惧和好奇，激发学生的生物学习兴趣，让学生探索生物世界的奥秘。
2. 攻破教学难点，减轻学生的学习负担
俗话说：用得好不如用得巧，但用得巧不如用得精。教学内容是教学的依据，信息技术的使用必须与教学内容相统一，并起到突出重点，突破难点的作用。在一些复杂抽象的生物发生发育过程、生理变化以及生态系统的结构和功能等知识的学习上，受设备、场地、材料和隐藏的危险性等因素限制而往往不能完成的实验，利用动画、视频等形式呈现教学内容会使问题迎刃而解，收到意想不到的效果。例如，“人类对细菌和真菌的利用”这一节讲解发酵现象的过程，而实验制作有一定的失败率，需要的时间也长，观察现象转瞬即逝，不能完整地观察到动态的实验变化过程。这时，我们采用视频动画播放实验过程，变静为动、变抽象为具体，可以优化教学内容，提高教学效果，从而突破了教学难点，便于学生观察、记忆和理解，降低了学习难度。
3. 构建评价体系，获取学生的及时反馈
教学过程是学生在教学情境中通过自主学习、合作学习和探究学习等方式获取并内化知识的过程。这需要教师更重视学生学习的过程，并且把教学与评价紧密结合，防止因评价滞后导致学生学习中的问题堆积。信息技术与初中生物的有效整合，能高效、直观地记录学生探究的过程，方便地展示学生探究的成果，吸引更多的学生主动参与、合作探究。
三、信息技术与初中生物整合的措施
1. 利用多媒体教学，发挥学生的主体作用
教学过程中，应注重师生双方共同参与，以学生为主体，教师为主导。理想的教学模式应该是学生在自由、和谐、舒适的教学情境中，积极主动、自由活泼地获取知识、锻炼能力，获得综合能力的全面发展。信息技术与初中生物的有效整合，可以为学生创设一个形象生动的教学情境，激发学生的学习动机，促使学生变被动学习为主动获取，真正做到热爱学习，学会学习。同时，教学过程中利用信息技术，可以做到变静态为动态、化抽象为具体、透过宏观看微观、历史重演和瞬间停滞等。让学生主动走入情境的同时，配合探究性问题的提出，激发学生强烈的探索欲，提高学生主动参与课堂的意识，促使主动学习、合作学习和探究学习的高效进行。
2. 健全体制，发挥信息技术的评价价值
全面落实信息技术与初中生物课程的整合，还应该建立健全评价体制。教学是一个不断反馈、改进的过程，通过信息技术可以让教师快速、直观地观察到每一个学生的层次等级、学习情况、知识的掌握程度，以便及时对学生进行诊断性评价，关注每个学生的后续发展。对于教师自身也是一个不断获取反馈，改变教学策略的过程。对每节内容进行评价的方式很多，可以通过试题作业的形式，也可以通过学生互考、互评的方式等。在一个阶段的学习后，还可以对学生进行终结性评价，并为每个学生制作档案分析袋，方便记录每个学生学习和发展的情况，充分发挥信息技术的评价价值。
四、结束语
文章站在大数据和现代化的时代背景下，基于新课程改革的要求，分析传统课堂教学的共性问题，提出信息技术要与初中生物课程有效整合，并在实际教学中进行实证研究。当前，在生物教学过程中，有时还存在一些明显的问题。比如，有时教学模式过于陈旧、单一，难以有效地调动学生的生物学习兴趣；教学存在一定的局限性，有时缺乏资料支持和数据支撑；教学过程有时刻板化，教师教、学生学的填鸭式教学模式经常被运用，导致许多学生自主性较差，学习效率也不高；同时，教学过程中还存在着一定的盲目性，一些教师生硬地使用信息技术，喧宾夺主，影响正常的教学秩序。因此，我们在重视信息技术与初中生物课程整合的优越性基础上，还要善于梳理有效的课程整合措施，科学地进行选择，以更好地提高学生学习兴趣，提高教学效率。在经济、文化多元化发展的今天，信息技术与初中生物课程的整合是一个重大的课题，也是教育改革的趋势。这需要更多的生物教师积极投身于改革之中，接受新鲜事物，勇于尝试，积极探究，使信息技术与初中生物课程的整合成为促进学生自主学习、能力提升和问题解决的有效途径，真正有利于学生的成长成才。
参考文献：
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[5]雷学航.初中生物教学中培养学生学习兴趣的实践[D].东北师范大学，2011.
生物信息学的重要性篇8
关键词：物联网；信息安全；教学内容；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）13-0078-02
物联网（Internet of Things）是一个交叉性学科。物联网产业在中国得到了蓬勃发展，但就物联网技术本身来讲，物联网并非是全新的技术应用，它是信息技术发展到一定阶段的必然产物。一方面，人民对美好生活的不断追求提出了人物互联和物物互联的需求；另一方面，现代信息技术的快速发展也使得各类物体连入互联网成为可能。物联网是一种聚合性技术应用创新，其关键技术，如射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）、传感器技术、无线网络技术等大多都是前些年都已经出现并得到深入研究的技术。这些技术也在物联网大发展的环境下得到了更深入的研究和更广泛的应用。物联网人才的培养是物联网发展的根本要素。我国非常重视对物联网专业人才的培养，教育部早在2011年起增设了“物联网工程”新专业，不少高校都已经开始招收“物联网工程”专业的学生。在物联网产业繁荣发展的背后，物联网的安全问题也逐渐显现并引起了人们的重视。物联网是建立在互联网基础上的，互联网本身存在的诸多安全隐患在物联网时代依然存在。并且由于物体也直接连入互联网，物联网的安全问题会直接影响到实体安全，所以物联网所面临的安全问题比互联网更加复杂和严重，成为了物联网进一步推广应用的主要障碍。考虑到物联网对未来我国经济和社会发展的重要性，以及物联网安全对未来我国信息安全和国家安全的重要意义，高校有义务和责任重视培养物联网安全方面的人才，物联网安全相关课程也应该成为“物联网工程”专业学生的必修课。物联网安全课程的教学没有成熟的经验可以借鉴。通过对物联网安全问题的研究，以及对信息与网络安全课程多年教学经验的积累，经过多方调研，我们对物联网安全课程的教学有自己的一点浅见，下面分别就物联网安全课程教学内容和教学方法进行探讨。
一、物联网安全课程教学内容
物联网是一门交叉学科，涉及到RFID技术、无线传感器网络技术、通信技术、计算机技术等。物联网安全也涉及到各种技术自身的安全和整个系统聚合应用的安全。对比互联网，物联网大致可以划分为三个层次。第一个层次是感知层，负责信息的感知和采集。第二个层次是网络层，负责远距离信息的可靠传输。第三个层次是应用层，负责对信息的分析、处理和利用。应分层讨论物联网的安全问题。另外对于信息安全的一些共性技术，如数据加密技术、安全协议理论和技术、认证技术、隐私保护技术等，也是物联网安全的核心技术，也应该作为重点进行讲授。物联网安全课程的主要内容安排如下。
1.信息安全核心技术。物联网安全是信息安全的一个特殊领域，掌握信息安全的一些核心技术，如数据加密技术、认证技术、安全协议理论和技术等，以及信息与网络安全的一些基本概念，是正确认识和理解物联网安全的前提。其中重点在于数据加密技术，这不仅是信息安全研究的重点，也是保障物联网安全的核心技术，其他安全技术或理论大多都建立在数据加密技术的基础上。
2.感知层安全技术。感知层主要通过各类感知设备和技术，如传感器、RFID、二维码、GPS设备等，从终端节点感知和收集各类信息或标识物体，并可通过短距离无线通信方式完成一些复杂的操作。相应的安全问题主要是终端设备的物理安全和短距离无线传输的安全。物联网中感知层的安全是最能体现物联网特性的部分。由于感知层终端设备一般都具有电源有限、存储空间有限和计算能力有限的特点，传统信息安全中的解决方法不能直接用于解决感知层安全问题。如在RFID系统中，传统的安全协议就不能直接用在RFID标签和RFID读写器的通信中，并且传统的安全协议设计理论和模型也不适用于设计RFID系统的安全协议。对这部分内容的教学应充分体现物联网特性，并作为物联网安全课程的重点进行讲授。
3.网络层安全技术。物联网是建立在互联网的基础上，传统的网络安全问题在物联网中仍然存在。这部分内容主要讲授传统网络安全问题，同时应兼顾物联网的特性。由于物联网系统中，大量终端节点都接入网络，导致数据量激增，并且物联网呈现多元异构的特点，在这种复杂的网络环境下保证信息的机密性、可用性、完整性、不可否认性、可控性等安全属性会带来新的挑战。
4.应用层安全技术。应用层的安全主要是多种平台、多种业务类型、大规模物联网络的安全架构设计和建立的问题以及数据安全和用户隐私保护问题。这部分讲授的重点应放在用户隐私保护方面。在物联网时代，各类物体都连入网络，而这些物体都附属于某人或组织，如果没有有效的隐私保护措施，那么通过获取物体信息就可以获得物主的某些信息或实现对物主的追踪。
二、物联网安全课程教学方法
作为新的课程，物联网安全课程的教学方法没有成熟的经验可以借鉴。我们通过深入分析和广泛调研，认为应该坚持以下原则。
1.统筹考虑，突出特色。物联网安全涉及面比较广，内容杂，教学中应该统筹考虑，突出重点和特色。不同院校“物联网工程”专业课程设置应突出优势学科和特色行业，相应的物联网安全课程教学也应突出院校的特殊行业安全需求。
2.理论与实践并重。必须重视实践环节的教学，培养学生的动手能力，坚持理论与实践并重，着力培养具有创新精神的应用型物联网安全技术人才。
3.充分发挥多媒体教学优势。利用多媒体技术演示对物联网的各类攻击以及各种安全技术在物联网中的应用，将加深学生对物联网安全技术的理解，激发学生对课程的学习兴趣，培养学生的实践动手能力。
物联网安全问题的解决对物联网未来能否在各个领域大规模应用具有决定性的作用。物联网安全有区别于传统网络安全的特性，并且物联网安全问题更加复杂紧迫。探讨物联网安全人才的培养问题，对我国物联网的健康持续发展具有重要意义。
参考文献：
[1]黄桂田，龚六堂，张全升.中国物联网发展报告[M].北京：社会科学文献出版社，2013.
[2]雷吉成.物联网安全技术[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]张海涛.物联网关键技术及系统应用[M].北京：机械工业出版社，2012.
[4]施荣华.物联网安全技术[M].北京：电子工业出版社，2013.
基金项目：河南工业大学校级优培工程项目。