生物信息学技术
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生物信息学技术范文第1篇
【中图分类号】TP391
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0078-01
一、生物信息数据库的现状及问题
在生物信息学的发展过程中，逐步建立起了大量基于网络的生物数据库，而且开发了众多检索工具，从而实现了生物信息数据的智能处理和综合分析。生物信息数据在具有增长迅猛、更新及时、种类繁多等特点的同时，更表现出高度的复杂性、多样性和不一致性。
随着生物信息数据量的激增以及数据处理能力的复杂程度不断提高，现有的生物信息数据库已经逐渐暴露出许多问题。三大核酸数据库依靠传统方式交换数据，无法及时反应出其他专用生物信息数据库的变化情况以及非核酸类数据信息。网上所提供的大部分数据分析工具采用面向问题的搜索方法，搜索效率随着问题规模的扩大而降低，并且无法智能地对数据中存在的未知知识进行发掘。为此，在后基因组时代，需要将数据仓库思想及智能数据挖掘技术运用到生物信息学领域中。
二、基于生物信息数据仓库的数据挖掘技术
（一） 生物信息数据库中的算法工具
在生物信息学中，基因比对是最常用和最经典的研究手段。在核酸序列或蛋白质序列之间进行两两比对，比较两个序列之间的相似区域和保守性位点，寻找二者的相似形、同源性，进而探寻可能的分子进化关系，揭示序列中蕴涵的结构、功能等信息。数据挖掘主要存在以下几种经典分析模式：关联模式分析、序列模式分析、分类分析、聚类分析，其中关联模式分析应用最为广泛。
（二） OLAP和数据挖掘技术
传统的针对数据库的开发工具多为联机事物处理模式，它主要是面向具体的查询和统计，有着较为具体的应用目的。然而随着越来越多数据库的出现，数据量的迅猛增长，OLTP在数据资源的充分利用、为用户提供有效支持和帮助等方面，则显得力不从心。因此，基于数据仓库的联机分析处理以及数据挖掘引起了日益广泛的关注和应用。OLAP是一种自上而下、不断深入的分析工具。用户提出问题或假设，OLAP则负责从上而下深入地提取出关于该问题的详细信息，并以可视化的方式呈现给用户。DM是一种决策支持过程和挖掘性工具，它主要基于人工智能、机器学习、统计学等技术，高度自动化地对原始数据进行分析，发现隐藏在数据中的模式，做出归纳性和预测性的推理。
（三） 基于生物信息数据仓库的数据挖掘技术
实现数据挖掘的前提条件是必须具有海量数据，而这恰恰是数据仓库的基本特点之一，二者紧密结合可以有效解决大量应用中出现的问题。在生物信息学领域，使用数据挖掘技术可以大幅提高研究人员的工作效率，改变原有的预测法；数据挖掘算法还可以结合生物信息专业领域的公式算法，根据研究人员的设想，对数据进行全面高效的分析。
基于数据挖掘等技术发展起来的智能决策技术具备了在生物信息学领域中大展身手的天赋，特别是基于海量数据的数据挖掘和开采技术更具有广泛的需求和应用背景。另一方面，目前生物信息学的研究方法和发展情况，已经形成了较为完善的智能决策系统，成为数据仓库和数据开采较为成功的应用案例。另外，现有各种生物信息应用分析软件从一定程度上讲，已经反映并且实现了数据仓库及数据挖掘的思想和技术。
三、实现生物信息异地多源数据库的综合利用
（一） 建立基于Web的生物信息数据仓库
基于现有的生物信息数据库，运用数据仓库思想，利用OLAP和数据挖掘技术，建立生物信息数据仓库，是一种不需要大幅增加硬件设备以及物理装置的前提下，实现基于Web平台的生物信息集成与处理平台的可行方案。设计一个基于Web的生物信息数据仓库，其主要结构由五部分组成：外部数据源；基于Web的数据调度、传输；数据的变形整合；元数据规则、元数据管理；基于Web的综合管理平台。
DWBW以DDBJ／EMBI／GeneBank作为主要数据源，同时以其他主要的生物信息数据库作为整个数据仓库的基本数据源。通过分析数据库结构和数据结构类型，建立DWBW的元数据规则。这样，基于上述各种数据库就可以建立起一个基于Web的虚拟数据仓库，由于不存在一个物理上位于某地的存储中心来保存这些数据，用户面对的只是基于网络的分布式虚拟的数据仓库。其模型、算法的运行由专用的分析工具服务器来完成，而对于数据的调用和整理都是在源数据库上进行的，根据不同用户提交问题的不同，具体分析过程则由分配服务器交给服务器去完成分析，只是最终将结果返回请求分类服务器，显示给用户。
DWBW将通过统一的基于Web的页面与用户进行交互，在后台则主要由请求分类服务器、Web服务器及专用分析工具服务器共同完成对问题的提交和分析，实现对数据仓库元数据规则的理解，然后根据分类的结果，与相关分析工具进行匹配，将问题提交到相应的分析工具服务器进行处理。处理完成后返回给请求分类服务器，进而返回给提交问题的用户。
（二） DWBW的关键技术
生物信息学元数据的抽取。数据的整理和抽取，是开发所有数据仓库时所遇到的最难解决也是最具挑战性的问题之一。将不同时期生成的大量历史数据中的数据结构、字段的定义以及对象之间的关系等一系列的描述信息整理出来，并制定一套通用可行的规范，本身就是一个工作量巨大、难度极高的问题。因此，数据仓库元数据的抽取整理，成为建立DWBW的关键问题。数据抽取、清洗、转换和装载过程与一般数据仓库建立过程中的数据整理不完全相同，其数据具有规范性强，存储结构相对简单，转换、装载容易等特点。
虚拟生物信息数据仓库的建立。虚拟生物信息数据仓库实现对生物信息平台相关数据的组织和集成，并且将不同主题的数据对象分别存储到各个数据集市中，同时还将建立起部分有价值数据的在线OLAP数据库。虚拟数据仓库采用中间件充当数据中心，提供信息的访问接口，对存贮在不同数据源的生物信息数据进行存取操作。由于虚拟生物信息数据仓库一般不是针对实时数据进行分析统计，所以对于时间效率的要求不如一般查询统计那么高，这就确保了开发处于不同物理位置数据源的虚拟DWBW具有可行性。同时，对于一般性的查询比对等基本操作，不会影响其工作效率和准确性。
基于Web面向用户的综合平台的开发设计。此平台主要提供一个用户操作的平台，除了集成基因比对、功能预测、序列分析、基因提交等传统的操作以外，还允许用户对虚拟数据仓库中的数据运用数据挖掘技术，提供更多的分析支持工具。
生物信息学技术范文第2篇
要想实现信息技术与生物教学的有效整合，要求教师投入大量的时间和精力挖掘备整合课程资源，这必然会给本来就辛苦备课，疲于奔命批改作业的教师带来更大的压力。同时，学校还必须投入大量的人力、物力、财力，构建校园信息化平台，建设信息技术教师队伍等。教师教得辛苦，教学辅助部门配合得辛苦，学生学的效果也不尽如人意，投入和产出不成比例，往往高投入的背后是很低的收益，这导致许多教师也不愿意进行整合。
二、解决信息技术与生物教学整合问题的办法
1．明确整合的意义，确立正确方向
信息技术与生物教学整合的意义在于利用信息技术把枯燥、复杂、抽象的生物学知识生动、活泼、具体地呈递出来，创造一种新型的教学环境去启发学生的思维，减轻学生的学习负担，提高学生的学习兴趣，从而达到提高教学效率的目的。教师必须明确信息技术与生物教学整合的意义，以确立正确的整合方向。
2．加强理论学习，将整合落实
在信息技术与生物教学的整合过程中，要充分加强教法、教育心理学、教学论等理论的学习指导，把这些教学理论融入信息技术与生物教学的整合过程中，依据建构主义学习理论，结合生物学科的特点，构建易于实现生物教学与信息技术整合的新型教学模式。
3．结合生物学特点，进行科学整合
现行高中生物教材，并不是每一节课的内容都适合用信息技术来完成的。比如“细胞器”“遗传的分子基础”“生态系统”等用实物或投影演示，效果会很好。因此我们应该从具体的教学内容和目标出发，明确信息技术教学用在什么地方，什么时候用，怎么用，期望收到什么效果，以真正达到“信息技术与生物教学的科学整合”。信息技术与生物教学的整合应科学合理，其地位是“辅助”而不是“替代”。
4．建立评价机制，让师生看到整合效益
生物信息学技术范文第3篇
1 利用多媒体进行教学，实现生物课堂最优化
最优化课堂就是教师和学生在花费最少的必要时间和精力的情况下达到最好的效果。包括教学内容、教学过程和教学手段最优化。生本课堂是学生自主学习的课堂，但是中学生物学中有些知识比较抽象，有些实验也无法在实验室完成，给学生自学带来困难。这时，只要教师设计好教学内容，借助多媒体，也能使生物课堂得到优化。
1.1 利用多媒体进行教学，可以化微观为宏观，化抽象为形象
生物学科的特点是细微、动态、抽象。利用信息技术手段能够真实、生动、形象地展示生物的各种结构以及生理活动，显示生物的微观世界和宏观世界，把抽象的内容具体化，形象化。如《细胞结构》一节，所有生物都是由细胞构成，可是细胞形体微小，直径约为10μm，重约0.001μg，需借助显微镜才能观察。传统的做法是用洋葱、番茄、口腔上皮细胞等做成临时装片，放到普通显微镜中调试好，让学生排着队上来看，如果一个学生需要一分钟，全班按50人计，那么一节课也完成不了任务。学生观察的时间短，可能还没有真正看清细胞的结构，所以学生画的细胞结构图都是照着书本描的，而不是自己的真实所见。这样的教学效率很低，学生也可能不感兴趣。如果让学生自己动手制作各种临时装片，以小组为单位，每组派一个代表把装片放到数码显微镜，可以把观察到的图像拍摄下来，再用数据线连接到多媒体，学生就可以在大屏幕上看到自己的作品，有的装片细胞壁、细胞质、细胞核清晰可见，有的厚薄不均，结构模糊不清，不仅可以让学生了解制作装片的技巧，还可以让学生真实地感受到细胞的存在，从而提升了教学效果。
1.2 利用多媒体进行教学，再现生命痕迹
时间不停留，生命的历程不可逆转，逝去的生命不可能在实验室重现。如“生物的进化”，我们不能回到古生代去看三叶虫，中生代去看恐龙，新生代去看灵长类动物如何进化成人类，也不具备条件去博物馆看化石，但我们可以利用多媒体播放三叶虫、恐龙、灵长类的动画或者化石，了解三叶虫的形态，称霸一时的恐龙迅速灭绝的原因，人类和灵长类到底有多少相似之处，让学生可以充分展开联想和想像，理解生物进化的历程是漫长的、残酷的，也是自然选择的结果。
1.3 利用多媒体辅助实验教学，提高课堂效率
生物新课标本着亲近自然，贴近生活，培养学生动手能力的原则，增加了许多实验的内容，如此多的实验，不可能都在课堂上完成。我们可以选择一些耗时长，难度大的实验借助多媒体辅助教学。如“光合作用”一节，有4个实验，即使提前准备，也要2～3天的时间，如果把材料搬到课堂上，让学生动手尝试，至少需要4节课，即两个星期，严重影响教学进度。我们可以把这4个实验落实到各个学习小组，让他们在课外完成，然后拍下重要的图片，通过多媒体在课堂上展示出来，并把他们做实验的心得体会与同学们分享，可以达到事半功倍的效果，从而提高课堂效率。
2 创建“生物论坛”博客，让课堂延伸到课外
生本教育的理念是“先学后教、以学定教、少教多学”，教师是“导游”，学生是“游客”，教师需向学生提供一个平台，可让学生各抒已见，自由讨论。如《蒸腾作用》一节，可提前两天布置“植物蒸腾失水”的实验，让学生在课后完成，教师在“生物论坛”博客上留下讨论题，学生可根据自己的实验体会在此展开讨论；教师还可以把作业放在博客上，既可以减少抄袭，又可以实现无纸化作业。教师还可在博客上回答学生的疑难问题，或者参与学生的讨论。这样，学生在家也能很好地完成学习任务，而且趣味性强，还能提高学生的反应能力和培养多向思维。
3 利用照相机，把自然界的生命现象搬回课堂
生物信息学技术范文第4篇
随着信息技术的全面应用，“信息技术与课程的整合”成为我国面向21世纪基础教育教学改革的新视点，教育部也提出了要加快信息、技术教育与其他课程的整合，改革传统教学模式，培养学生的创新和实践能力的要求。在网络环境的不断完善下，以网络和计算机为核心的现代信息技术引入教育领域后，不仅带来了教育技术上的更新，更促进了教学结构模式的发展。近几年来，教师不再以黑板和粉笔为武器进行“一讲到底”式的教学，而是根据网络教学的需要，通过多媒体教学信息控制台，利用计算机、投影机、大屏幕和电视机，调用自己在校园网上的教学站点和智能双向闭路电视系统中的多媒体教学资源，引导学生展开研究性、探索性的学习。然而，如何恰当运用信息技术，使信息技术与课堂教学有机地结合起来，从而为提高教学质量服务，这是个值得深入探索的课题。
一、现代信息技术在生物教W中应用的优势
1.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。
2.利用多媒体创设情景，激发学生的学习兴趣。
中学生物学教学中所涉及的内容形式、丰富多彩，如果只靠教师用语言进行讲授描述，难免会使课堂变得枯燥无味，学生容易失去学习生物学的兴趣。运用多媒体创设课堂教学情境是一个激发学生学习兴趣的方便快捷而又有效的好办法，让学生在有限的时间内达到最有效的学习状态，取得最有效的学习效果。
例如，在讲解达尔文的进化论的时候，可以通过大量的图片、视频等来展示地球地质环境的变迁，以及各个时期的生物的进化与淘汰的过程，这不但有效地向求知欲极强的中学生了解到了生物学的意义，激发学生学习生物的兴趣。 学生一旦被激发起兴趣，就会对新知识有一股热情和渴求，学会自己学习，举一反三，真正成为学习的主人。因此，教师在教学中可以巧妙的运用多媒体创设各种教学情境，激发学生学习生物学的的兴趣，培养学生的观察能力、思维能力和综合分析能力。
3.利用多媒体突破教学中的重难点。
在生物教学中，往往遇到难讲的内容，知识点琐碎抽象，与生活联系小，学生很难理解，讲的口干舌燥，学生还是毫无反应，结果课堂氛围死气沉沉，尴尬的情景可想而知。而我发现如果在课堂上引用多媒体课件就会使难讲的内容变的生动易懂。可以化静为动，化虚为实，化抽象为直观；能够拓宽课本知识体系，拓宽教学的时间和空间，拓宽和加深课堂学习的内涵和外延。
例如：减数分裂和有丝分裂的知识点对于高中生来说，是一个难点，因此在讲授“减数分裂和有性生殖细胞的形成”这一节内容时，可以将和卵细胞的形成过程制作成flas来演示；把拍摄的在显微镜下观察到的减数分裂不同时期细胞的图片与教师画的示意图对照着同时呈现给学生；将受精部分内容通过播放生理卫生科普片的形式介绍给学生，可以辅助学生对重点、难点知识的理解。
4.多媒体能巧妙地将抽象概念转化形象生动情境
生物教学中有很多过程都是动态的、概念是抽象的，我们可以运用投影、实验、模型、图表等展现理论产生的典型事实，力求变抽象为具体。在教学中，利用计算机、多媒体对教材中难以观察的细微结构、生命现象和活动过程等进行信息处理，模拟或再现其真实情景，使其变得形象、直观，这既为学生自主探索学习知识提供了直观的材料，又可以使学生进行抽象概括，能够很好的达到目标。
如基因的分离规律和基因的自由组合规律是孟德尔经过整整八年的不懈探索所揭示的，其理论知识抽象难懂。在教学中先通过投影片介绍孟德尔的豌豆杂交实验过程，提生理论的事实；然后结合图解，由现象到本质地分析豌豆的遗传特点；介绍有关生物术语，变抽象为具体，帮助学生实现由特殊到一般，由现象到本质，由感性上升到理性认识的飞跃，最后科学地导出遗传基本规律。
二、正确处理多媒体教学手段与传统教学模式的关系
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。
生物信息学技术范文第5篇
关键词：整合教育教学模式化
一、形势分析
当前信息技术的发展几乎是很难用语言来形容。可以说，我们无时无刻不处在因信息技术的出现而发生的巨大的变化中。 信息技术与学科教学整合也得以迅速发展，并且在理论与实践研究方面也都取得了可喜的成果。利用信息技术变革课程与生物教学己经成为全社会和整个教育界的共识。
然而与此相反的却是在不发达的地区生物教学依然继承着最原始的教学方式，在信息技术高度发达的今天，我们还是不得不面对生物的课堂教学手段居然是“粉笔+黑板”的现实！这样的课堂教学如何跟上时代？生物课程与信息技术的发展存在着严重的脱节，所以我们必须尽快把信息技术运用到生物教学中，以保证我们的学生学到的不再是陈旧的知识。同时要让我们的学生从被动地接受知识变为积极主动地获取知识，为此，笔者根据自己在教学中的一点实践，谈谈一些想法和看法，以此来抛砖引玉。
二、问题与对策
在整合过程中可能会遇到如下问题：
1、在两者整合过程中容易搞形式。主要体现在以下几个方面：一是将课程整合认为是简单的组合，生搬硬套。二是在教学过程中硬性加入信息技术，使其成为多余，可有可无；三是在运用多种教学模式时，原则性语言居多，内容空洞，没有实际内容。
2、无视学生的现实水平与状态，急功近利，以为有了信息技术就能使学生在短时间内飞速发展。
3、教育教学模式化。不管教学内容难易程度、学生认知水平高低，一味追循特定的模式，让教学去迎合，使教学变得僵化。
4、不能合理利用信息技术，使其成为唯一的教学资源，除了个别案例中使用的传统教具外，其余传统的教学资源则销声匿迹。
5、教师角色分不清。要么是过分注重教师的控制，也就是说虽然将课堂移至多媒体教室、网络教室，但教学设计的出发点没有脱离传统课堂的模式，教学没有实质性突破，依然以填鸭方式进行。要么是片面追求学生的自主，对学生“放羊”，不注重课堂上学生活动时间的比例，殊不知，没有教师的指导，学生学习没有方向。
（二）对策
纵观上述种种问题，究其原因，还在于思想上对整合缺乏正确的认识（因而在具体实践过程中只将二者做简单加法）忽略了信息技术与学科课程的有效融合。对信息技术在整合中的地位和作用缺乏准确的定位，搞形式主义，只求在多媒体教室、网络教室上课，只求信息技术的引入，从而忽略了信息文化。我所采取的对策如下：
1、在教学资源上，要综合运用各种类型的教学设备和教育场所（教学资源包括教学软件、书本、计算机、网络等教学资料和设备以及教室、机房、宿舍、图书馆等教育场所）。要改变己有的习惯，将一切可以利用的信息资源都可以成为教学的资源，一切教学的资源都应成为学生的资源。
2、在教学环境上要利用不同类型的教学环境，营造氛围。打造一个全方面的信息技术软硬件平台并用它们来获取信息、解决问题、交流思想、开展合作的应用。
3、在教学过程中，要确保整合的连贯性、体现学科文化素养与信息素养的协调发展。在不同年级水平上对信息技术的整合要具有持续性，要正确理解信息技术在学科教育中的作用，避免把信息技术仅仅当作信息获取和加工的工具，重技术而轻情感，而丢掉“育人”的目的。
三、基本设想：
（一）充分利用网络学习资源。以课本和教参为基础，在相关的教育教学网查询并下载自己所需要的资料，学生则可以根据校园网上提供的相关链接，获得更多的生物学知识和观点。
（二）可以根据教学内容的要求，利用信息技术开发教材，融知识性和趣味性于一体。
（三）开发网络课程，网络课为教师和学生之间提供了一个跨时间和空间的学习情境，有利于学生的自主学习和合作学习。
现以“细胞分裂”专题复习。一节为例，介绍我校开发生物学网络课程的做法。在该课程的网页上，设计有考纲要求、学习内容、重难点剖析、学科综合拓展、习题精选等五部分，点击每一部分可以链接到相关的网页上。
当学生就某一共同感兴趣的问题进行网上论坛时，教师可以通过适当的方式参与其中，指导学生开展研究性的学习。
四、总结
