生物信息學技術
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生物信息學技術范文第1篇
【中圖分類號】TP391
【文獻標識碼】A
【文章編號】1672—5158（2012）10-0078-01
一、生物信息數據庫的現狀及問題
在生物信息學的發展過程中，逐步建立起了大量基于網絡的生物數據庫，而且開發了眾多檢索工具，從而實現了生物信息數據的智能處理和綜合分析。生物信息數據在具有增長迅猛、更新及時、種類繁多等特點的同時，更表現出高度的復雜性、多樣性和不一致性。
隨著生物信息數據量的激增以及數據處理能力的復雜程度不斷提高，現有的生物信息數據庫已經逐漸暴露出許多問題。三大核酸數據庫依靠傳統方式交換數據，無法及時反應出其他專用生物信息數據庫的變化情況以及非核酸類數據信息。網上所提供的大部分數據分析工具采用面向問題的搜索方法，搜索效率隨著問題規模的擴大而降低，并且無法智能地對數據中存在的未知知識進行發掘。為此，在后基因組時代，需要將數據倉庫思想及智能數據挖掘技術運用到生物信息學領域中。
二、基于生物信息數據倉庫的數據挖掘技術
（一） 生物信息數據庫中的算法工具
在生物信息學中，基因比對是最常用和最經典的研究手段。在核酸序列或蛋白質序列之間進行兩兩比對，比較兩個序列之間的相似區域和保守性位點，尋找二者的相似形、同源性，進而探尋可能的分子進化關系，揭示序列中蘊涵的結構、功能等信息。數據挖掘主要存在以下幾種經典分析模式：關聯模式分析、序列模式分析、分類分析、聚類分析，其中關聯模式分析應用最為廣泛。
（二） OLAP和數據挖掘技術
傳統的針對數據庫的開發工具多為聯機事物處理模式，它主要是面向具體的查詢和統計，有著較為具體的應用目的。然而隨著越來越多數據庫的出現，數據量的迅猛增長，OLTP在數據資源的充分利用、為用戶提供有效支持和幫助等方面，則顯得力不從心。因此，基于數據倉庫的聯機分析處理以及數據挖掘引起了日益廣泛的關注和應用。OLAP是一種自上而下、不斷深入的分析工具。用戶提出問題或假設，OLAP則負責從上而下深入地提取出關于該問題的詳細信息，并以可視化的方式呈現給用戶。DM是一種決策支持過程和挖掘性工具，它主要基于人工智能、機器學習、統計學等技術，高度自動化地對原始數據進行分析，發現隱藏在數據中的模式，做出歸納性和預測性的推理。
（三） 基于生物信息數據倉庫的數據挖掘技術
實現數據挖掘的前提條件是必須具有海量數據，而這恰恰是數據倉庫的基本特點之一，二者緊密結合可以有效解決大量應用中出現的問題。在生物信息學領域，使用數據挖掘技術可以大幅提高研究人員的工作效率，改變原有的預測法；數據挖掘算法還可以結合生物信息專業領域的公式算法，根據研究人員的設想，對數據進行全面高效的分析。
基于數據挖掘等技術發展起來的智能決策技術具備了在生物信息學領域中大展身手的天賦，特別是基于海量數據的數據挖掘和開采技術更具有廣泛的需求和應用背景。另一方面，目前生物信息學的研究方法和發展情況，已經形成了較為完善的智能決策系統，成為數據倉庫和數據開采較為成功的應用案例。另外，現有各種生物信息應用分析軟件從一定程度上講，已經反映并且實現了數據倉庫及數據挖掘的思想和技術。
三、實現生物信息異地多源數據庫的綜合利用
（一） 建立基于Web的生物信息數據倉庫
基于現有的生物信息數據庫，運用數據倉庫思想，利用OLAP和數據挖掘技術，建立生物信息數據倉庫，是一種不需要大幅增加硬件設備以及物理裝置的前提下，實現基于Web平臺的生物信息集成與處理平臺的可行方案。設計一個基于Web的生物信息數據倉庫，其主要結構由五部分組成：外部數據源；基于Web的數據調度、傳輸；數據的變形整合；元數據規則、元數據管理；基于Web的綜合管理平臺。
DWBW以DDBJ／EMBI／GeneBank作為主要數據源，同時以其他主要的生物信息數據庫作為整個數據倉庫的基本數據源。通過分析數據庫結構和數據結構類型，建立DWBW的元數據規則。這樣，基于上述各種數據庫就可以建立起一個基于Web的虛擬數據倉庫，由于不存在一個物理上位于某地的存儲中心來保存這些數據，用戶面對的只是基于網絡的分布式虛擬的數據倉庫。其模型、算法的運行由專用的分析工具服務器來完成，而對于數據的調用和整理都是在源數據庫上進行的，根據不同用戶提交問題的不同，具體分析過程則由分配服務器交給服務器去完成分析，只是最終將結果返回請求分類服務器，顯示給用戶。
DWBW將通過統一的基于Web的頁面與用戶進行交互，在后臺則主要由請求分類服務器、Web服務器及專用分析工具服務器共同完成對問題的提交和分析，實現對數據倉庫元數據規則的理解，然后根據分類的結果，與相關分析工具進行匹配，將問題提交到相應的分析工具服務器進行處理。處理完成后返回給請求分類服務器，進而返回給提交問題的用戶。
（二） DWBW的關鍵技術
生物信息學元數據的抽取。數據的整理和抽取，是開發所有數據倉庫時所遇到的最難解決也是最具挑戰性的問題之一。將不同時期生成的大量歷史數據中的數據結構、字段的定義以及對象之間的關系等一系列的描述信息整理出來，并制定一套通用可行的規范，本身就是一個工作量巨大、難度極高的問題。因此，數據倉庫元數據的抽取整理，成為建立DWBW的關鍵問題。數據抽取、清洗、轉換和裝載過程與一般數據倉庫建立過程中的數據整理不完全相同，其數據具有規范性強，存儲結構相對簡單，轉換、裝載容易等特點。
虛擬生物信息數據倉庫的建立。虛擬生物信息數據倉庫實現對生物信息平臺相關數據的組織和集成，并且將不同主題的數據對象分別存儲到各個數據集市中，同時還將建立起部分有價值數據的在線OLAP數據庫。虛擬數據倉庫采用中間件充當數據中心，提供信息的訪問接口，對存貯在不同數據源的生物信息數據進行存取操作。由于虛擬生物信息數據倉庫一般不是針對實時數據進行分析統計，所以對于時間效率的要求不如一般查詢統計那么高，這就確保了開發處于不同物理位置數據源的虛擬DWBW具有可行性。同時，對于一般性的查詢比對等基本操作，不會影響其工作效率和準確性。
基于Web面向用戶的綜合平臺的開發設計。此平臺主要提供一個用戶操作的平臺，除了集成基因比對、功能預測、序列分析、基因提交等傳統的操作以外，還允許用戶對虛擬數據倉庫中的數據運用數據挖掘技術，提供更多的分析支持工具。
生物信息學技術范文第2篇
要想實現信息技術與生物教學的有效整合，要求教師投入大量的時間和精力挖掘備整合課程資源，這必然會給本來就辛苦備課，疲于奔命批改作業的教師帶來更大的壓力。同時，學校還必須投入大量的人力、物力、財力，構建校園信息化平臺，建設信息技術教師隊伍等。教師教得辛苦，教學輔助部門配合得辛苦，學生學的效果也不盡如人意，投入和產出不成比例，往往高投入的背后是很低的收益，這導致許多教師也不愿意進行整合。
二、解決信息技術與生物教學整合問題的辦法
1．明確整合的意義，確立正確方向
信息技術與生物教學整合的意義在于利用信息技術把枯燥、復雜、抽象的生物學知識生動、活潑、具體地呈遞出來，創造一種新型的教學環境去啟發學生的思維，減輕學生的學習負擔，提高學生的學習興趣，從而達到提高教學效率的目的。教師必須明確信息技術與生物教學整合的意義，以確立正確的整合方向。
2．加強理論學習，將整合落實
在信息技術與生物教學的整合過程中，要充分加強教法、教育心理學、教學論等理論的學習指導，把這些教學理論融入信息技術與生物教學的整合過程中，依據建構主義學習理論，結合生物學科的特點，構建易于實現生物教學與信息技術整合的新型教學模式。
3．結合生物學特點，進行科學整合
現行高中生物教材，并不是每一節課的內容都適合用信息技術來完成的。比如“細胞器”“遺傳的分子基礎”“生態系統”等用實物或投影演示，效果會很好。因此我們應該從具體的教學內容和目標出發，明確信息技術教學用在什么地方，什么時候用，怎么用，期望收到什么效果，以真正達到“信息技術與生物教學的科學整合”。信息技術與生物教學的整合應科學合理，其地位是“輔助”而不是“替代”。
4．建立評價機制，讓師生看到整合效益
生物信息學技術范文第3篇
1 利用多媒體進行教學，實現生物課堂最優化
最優化課堂就是教師和學生在花費最少的必要時間和精力的情況下達到最好的效果。包括教學內容、教學過程和教學手段最優化。生本課堂是學生自主學習的課堂，但是中學生物學中有些知識比較抽象，有些實驗也無法在實驗室完成，給學生自學帶來困難。這時，只要教師設計好教學內容，借助多媒體，也能使生物課堂得到優化。
1.1 利用多媒體進行教學，可以化微觀為宏觀，化抽象為形象
生物學科的特點是細微、動態、抽象。利用信息技術手段能夠真實、生動、形象地展示生物的各種結構以及生理活動，顯示生物的微觀世界和宏觀世界，把抽象的內容具體化，形象化。如《細胞結構》一節，所有生物都是由細胞構成，可是細胞形體微小，直徑約為10μm，重約0.001μg，需借助顯微鏡才能觀察。傳統的做法是用洋蔥、番茄、口腔上皮細胞等做成臨時裝片，放到普通顯微鏡中調試好，讓學生排著隊上來看，如果一個學生需要一分鐘，全班按50人計，那么一節課也完成不了任務。學生觀察的時間短，可能還沒有真正看清細胞的結構，所以學生畫的細胞結構圖都是照著書本描的，而不是自己的真實所見。這樣的教學效率很低，學生也可能不感興趣。如果讓學生自己動手制作各種臨時裝片，以小組為單位，每組派一個代表把裝片放到數碼顯微鏡，可以把觀察到的圖像拍攝下來，再用數據線連接到多媒體，學生就可以在大屏幕上看到自己的作品，有的裝片細胞壁、細胞質、細胞核清晰可見，有的厚薄不均，結構模糊不清，不僅可以讓學生了解制作裝片的技巧，還可以讓學生真實地感受到細胞的存在，從而提升了教學效果。
1.2 利用多媒體進行教學，再現生命痕跡
時間不停留，生命的歷程不可逆轉，逝去的生命不可能在實驗室重現。如“生物的進化”，我們不能回到古生代去看三葉蟲，中生代去看恐龍，新生代去看靈長類動物如何進化成人類，也不具備條件去博物館看化石，但我們可以利用多媒體播放三葉蟲、恐龍、靈長類的動畫或者化石，了解三葉蟲的形態，稱霸一時的恐龍迅速滅絕的原因，人類和靈長類到底有多少相似之處，讓學生可以充分展開聯想和想像，理解生物進化的歷程是漫長的、殘酷的，也是自然選擇的結果。
1.3 利用多媒體輔助實驗教學，提高課堂效率
生物新課標本著親近自然，貼近生活，培養學生動手能力的原則，增加了許多實驗的內容，如此多的實驗，不可能都在課堂上完成。我們可以選擇一些耗時長，難度大的實驗借助多媒體輔助教學。如“光合作用”一節，有4個實驗，即使提前準備，也要2～3天的時間，如果把材料搬到課堂上，讓學生動手嘗試，至少需要4節課，即兩個星期，嚴重影響教學進度。我們可以把這4個實驗落實到各個學習小組，讓他們在課外完成，然后拍下重要的圖片，通過多媒體在課堂上展示出來，并把他們做實驗的心得體會與同學們分享，可以達到事半功倍的效果，從而提高課堂效率。
2 創建“生物論壇”博客，讓課堂延伸到課外
生本教育的理念是“先學后教、以學定教、少教多學”，教師是“導游”，學生是“游客”，教師需向學生提供一個平臺，可讓學生各抒已見，自由討論。如《蒸騰作用》一節，可提前兩天布置“植物蒸騰失水”的實驗，讓學生在課后完成，教師在“生物論壇”博客上留下討論題，學生可根據自己的實驗體會在此展開討論；教師還可以把作業放在博客上，既可以減少抄襲，又可以實現無紙化作業。教師還可在博客上回答學生的疑難問題，或者參與學生的討論。這樣，學生在家也能很好地完成學習任務，而且趣味性強，還能提高學生的反應能力和培養多向思維。
3 利用照相機，把自然界的生命現象搬回課堂
生物信息學技術范文第4篇
隨著信息技術的全面應用，“信息技術與課程的整合”成為我國面向21世紀基礎教育教學改革的新視點，教育部也提出了要加快信息、技術教育與其他課程的整合，改革傳統教學模式，培養學生的創新和實踐能力的要求。在網絡環境的不斷完善下，以網絡和計算機為核心的現代信息技術引入教育領域后，不僅帶來了教育技術上的更新，更促進了教學結構模式的發展。近幾年來，教師不再以黑板和粉筆為武器進行“一講到底”式的教學，而是根據網絡教學的需要，通過多媒體教學信息控制臺，利用計算機、投影機、大屏幕和電視機，調用自己在校園網上的教學站點和智能雙向閉路電視系統中的多媒體教學資源，引導學生展開研究性、探索性的學習。然而，如何恰當運用信息技術，使信息技術與課堂教學有機地結合起來，從而為提高教學質量服務，這是個值得深入探索的課題。
一、現代信息技術在生物教W中應用的優勢
1.網絡資源在教師備課中的作用
計算機和網絡中蘊含的大量資源，為我們進行電子備課提供了豐富的參考，這大大拓寬了傳統的教材和教參的狹小范圍，能讓教師在互聯網中不斷獲取最新的資源，從而設計出具有時代氣息的電子教案。通過這種對信息的不斷加工和創新，教學設計質量、藝術水平和可操作性會不斷地提高。備課時，除了借助教材和教參外，還可以通過網絡資源獲取更多的信息和資料，特別是那些優秀案例，得獎教案，讓我們開闊眼界，拓展上課的思路。在此基礎上，再結合自己的教學特色，結合學生的認知水平對信息整合，使教學環節都更利于教學活動的開展，可以不斷地提高工作的成效。
2.利用多媒體創設情景，激發學生的學習興趣。
中學生物學教學中所涉及的內容形式、豐富多彩，如果只靠教師用語言進行講授描述，難免會使課堂變得枯燥無味，學生容易失去學習生物學的興趣。運用多媒體創設課堂教學情境是一個激發學生學習興趣的方便快捷而又有效的好辦法，讓學生在有限的時間內達到最有效的學習狀態，取得最有效的學習效果。
例如，在講解達爾文的進化論的時候，可以通過大量的圖片、視頻等來展示地球地質環境的變遷，以及各個時期的生物的進化與淘汰的過程，這不但有效地向求知欲極強的中學生了解到了生物學的意義，激發學生學習生物的興趣。 學生一旦被激發起興趣，就會對新知識有一股熱情和渴求，學會自己學習，舉一反三，真正成為學習的主人。因此，教師在教學中可以巧妙的運用多媒體創設各種教學情境，激發學生學習生物學的的興趣，培養學生的觀察能力、思維能力和綜合分析能力。
3.利用多媒體突破教學中的重難點。
在生物教學中，往往遇到難講的內容，知識點瑣碎抽象，與生活聯系小，學生很難理解，講的口干舌燥，學生還是毫無反應，結果課堂氛圍死氣沉沉，尷尬的情景可想而知。而我發現如果在課堂上引用多媒體課件就會使難講的內容變的生動易懂。可以化靜為動，化虛為實，化抽象為直觀；能夠拓寬課本知識體系，拓寬教學的時間和空間，拓寬和加深課堂學習的內涵和外延。
例如：減數分裂和有絲分裂的知識點對于高中生來說，是一個難點，因此在講授“減數分裂和有性生殖細胞的形成”這一節內容時，可以將和卵細胞的形成過程制作成flas來演示；把拍攝的在顯微鏡下觀察到的減數分裂不同時期細胞的圖片與教師畫的示意圖對照著同時呈現給學生；將受精部分內容通過播放生理衛生科普片的形式介紹給學生，可以輔助學生對重點、難點知識的理解。
4.多媒體能巧妙地將抽象概念轉化形象生動情境
生物教學中有很多過程都是動態的、概念是抽象的，我們可以運用投影、實驗、模型、圖表等展現理論產生的典型事實，力求變抽象為具體。在教學中，利用計算機、多媒體對教材中難以觀察的細微結構、生命現象和活動過程等進行信息處理，模擬或再現其真實情景，使其變得形象、直觀，這既為學生自主探索學習知識提供了直觀的材料，又可以使學生進行抽象概括，能夠很好的達到目標。
如基因的分離規律和基因的自由組合規律是孟德爾經過整整八年的不懈探索所揭示的，其理論知識抽象難懂。在教學中先通過投影片介紹孟德爾的豌豆雜交實驗過程，提生理論的事實；然后結合圖解，由現象到本質地分析豌豆的遺傳特點；介紹有關生物術語，變抽象為具體，幫助學生實現由特殊到一般，由現象到本質，由感性上升到理性認識的飛躍，最后科學地導出遺傳基本規律。
二、正確處理多媒體教學手段與傳統教學模式的關系
多媒體教學以它的獨特性、先進性和高效性，展示在人們的面前。但并不是所有的教學內容都適合使用，更不是所有教學內容都必須采用多媒體技術才能達到教學最優化，而應當根據實際需要合理使用，才能發揮最佳效果。雖說傳統的教學模擬不具備以上優點，但在不斷的運用和改進中，也有著不可替代的精華部分。
生物信息學技術范文第5篇
關鍵詞：整合教育教學模式化
一、形勢分析
當前信息技術的發展幾乎是很難用語言來形容?？梢哉f，我們無時無刻不處在因信息技術的出現而發生的巨大的變化中。 信息技術與學科教學整合也得以迅速發展，并且在理論與實踐研究方面也都取得了可喜的成果。利用信息技術變革課程與生物教學己經成為全社會和整個教育界的共識。
然而與此相反的卻是在不發達的地區生物教學依然繼承著最原始的教學方式，在信息技術高度發達的今天，我們還是不得不面對生物的課堂教學手段居然是“粉筆+黑板”的現實！這樣的課堂教學如何跟上時代？生物課程與信息技術的發展存在著嚴重的脫節，所以我們必須盡快把信息技術運用到生物教學中，以保證我們的學生學到的不再是陳舊的知識。同時要讓我們的學生從被動地接受知識變為積極主動地獲取知識，為此，筆者根據自己在教學中的一點實踐，談談一些想法和看法，以此來拋磚引玉。
二、問題與對策
在整合過程中可能會遇到如下問題：
1、在兩者整合過程中容易搞形式。主要體現在以下幾個方面：一是將課程整合認為是簡單的組合，生搬硬套。二是在教學過程中硬性加入信息技術，使其成為多余，可有可無；三是在運用多種教學模式時，原則性語言居多，內容空洞，沒有實際內容。
2、無視學生的現實水平與狀態，急功近利，以為有了信息技術就能使學生在短時間內飛速發展。
3、教育教學模式化。不管教學內容難易程度、學生認知水平高低，一味追循特定的模式，讓教學去迎合，使教學變得僵化。
4、不能合理利用信息技術，使其成為唯一的教學資源，除了個別案例中使用的傳統教具外，其余傳統的教學資源則銷聲匿跡。
5、教師角色分不清。要么是過分注重教師的控制，也就是說雖然將課堂移至多媒體教室、網絡教室，但教學設計的出發點沒有脫離傳統課堂的模式，教學沒有實質性突破，依然以填鴨方式進行。要么是片面追求學生的自主，對學生“放羊”，不注重課堂上學生活動時間的比例，殊不知，沒有教師的指導，學生學習沒有方向。
（二）對策
縱觀上述種種問題，究其原因，還在于思想上對整合缺乏正確的認識（因而在具體實踐過程中只將二者做簡單加法）忽略了信息技術與學科課程的有效融合。對信息技術在整合中的地位和作用缺乏準確的定位，搞形式主義，只求在多媒體教室、網絡教室上課，只求信息技術的引入，從而忽略了信息文化。我所采取的對策如下：
1、在教學資源上，要綜合運用各種類型的教學設備和教育場所（教學資源包括教學軟件、書本、計算機、網絡等教學資料和設備以及教室、機房、宿舍、圖書館等教育場所）。要改變己有的習慣，將一切可以利用的信息資源都可以成為教學的資源，一切教學的資源都應成為學生的資源。
2、在教學環境上要利用不同類型的教學環境，營造氛圍。打造一個全方面的信息技術軟硬件平臺并用它們來獲取信息、解決問題、交流思想、開展合作的應用。
3、在教學過程中，要確保整合的連貫性、體現學科文化素養與信息素養的協調發展。在不同年級水平上對信息技術的整合要具有持續性，要正確理解信息技術在學科教育中的作用，避免把信息技術僅僅當作信息獲取和加工的工具，重技術而輕情感，而丟掉“育人”的目的。
三、基本設想：
（一）充分利用網絡學習資源。以課本和教參為基礎，在相關的教育教學網查詢并下載自己所需要的資料，學生則可以根據校園網上提供的相關鏈接，獲得更多的生物學知識和觀點。
（二）可以根據教學內容的要求，利用信息技術開發教材，融知識性和趣味性于一體。
（三）開發網絡課程，網絡課為教師和學生之間提供了一個跨時間和空間的學習情境，有利于學生的自主學習和合作學習。
現以“細胞分裂”專題復習。一節為例，介紹我校開發生物學網絡課程的做法。在該課程的網頁上，設計有考綱要求、學習內容、重難點剖析、學科綜合拓展、習題精選等五部分，點擊每一部分可以鏈接到相關的網頁上。
當學生就某一共同感興趣的問題進行網上論壇時，教師可以通過適當的方式參與其中，指導學生開展研究性的學習。
四、總結
