系统生物学研究

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系统生物学研究范文第1篇

1实验教学条件的建设

近年来，国内外生物系统工程领域发展迅速，新的研究领域不断开拓、先进的实验方法和手段不断涌现，浙江大学生物系统工程学科通过“211工程”，“985工程”以及学科建设和重点实验室经费等的持续投入，学科和科研实验室的设施设备条件得到很大程度的提升，硬件条件的改善丰富了研究内容，学科部分研究走在了国内外前列，这些发展为创新性实验教学内容设计和实施提供了思路和条件［9-11］。因此，促进学科和科研实验室资源与实验教学的共享，建设创新性实验教学开展的条件，以提升实验教学水平就很有意义。在实验教学与学科实验室共享方面目前已做了一些有益的尝试，建立了“精细农业与3S技术”、“生物生产机器人”和“生物质能源”等共享平台，实验教学的设备和设施条件得到很大的改善，可根据需要在这些实验平台开展实验教学活动，这使得实验教学的范围和资源得到很大的拓展，丰富了实验教学内容，为有潜力和兴趣学生的自主探索提供了渠道，激发了专业学习的兴趣。鉴于此，在2010年教学实验中心也相应地改名为实验中心，其职责在逐步发生改变。与之相对应地是，课程教学任务安排的时候，要求在相关领域科研活动活跃的老师担任主讲老师之一，在课程实验教学过程中渗入学科领域研究内容的讲解，对实验室的各设备特点和项目研究内容和手段等方面向学生进行介绍，鼓励他们通过设计项目或与研究生合作等方式参与到实验室的研究探索中来，激发求知欲，提高研究探索性实验的积极性和热情，培养本科生创新性思和解决问题的能力。除实验室探索外，校内外实验教学基地的开拓也是开展创新性实验教学的重要方面。在原校外实验基地的基础上，如传化农业科技园，娃哈哈工厂等，近年来与学科发展领域相适应，相应地拓展了校外基地，如与桐庐万强生态农庄、临安生态污水处理厂等建立了合作关系，与杭州市农业科学院蔬菜研究所的乔司基地合作建立了实验教学基地等，这些实验和实践基地的建立为课程如“精细农业与3S技术”、“生物环境工程”和“生物系统工程认识实习”等提供实习、实践和实验教学场所的同时，为设施栽培、温室环境管理调控、灌溉系统设计与管理、废弃物资源化等领域提供了自主性实验探索的条件，学生可开展如温室环境分析、基质栽培、环境调控和病虫害无损检测等多项研究与探索性实验。在校内实验和实践基地建设方面，重新规划和建设了农机具操作实验基地。鉴于浙江大学的农业工程学科是从1958年创建农业机械专业开始的，对农机具和加工方面的教学和研究有相当长的历史和积累。这次利用校区搬迁，对旧的农机库进行了整理分类和重新设计，使其从模型观摩为主逐步转移到提供学生开展实践动手为主，并购置了一批新的农机具进行补充，如新增了油菜联合收割机、六脚铁甲虫机器人系统、自动嫁接移钵机等24台/套计100余万的仪器设备，为农业机具类和加工类的实验教学和实践提供了支撑。另外，为促进农机具实验基地的资源共享，与杭州市相关单位和其他学校在农机库的共享利用方面达成共识，并请经验丰富的老师进行技术材料准备，逐步把农机库建设成为学生动手实践锻炼的实验教学场所，成为创新性实验教学的重要校内基地。

2创新性实验教学的管理和措施

实验教学内容的设计上，要求具有一定比例的研究性探索性方面的实验内容，内容和范围都经过学科老师和相关领域专家的讨论，与学科研究发展趋势和技术手段相吻合［12-13］。在实施过程中，要求实验技术老师、课程教师、研究生等共同参与到实验教学中来，形成指导小组，定时或不定时地对学生设计的实验方案和采用的技术手段进行讨论，对实验过程的各个环节根据需要进行辅导或指点，引导学生对实验结果进行分析，启发他们在实验过程中思考，获得的实验经验并锻炼他们的创新能力。尤其重要的是允许失败，因为失败的结果也是探索锻炼过程中重要的一环，给予学生充分的宽容与自由度。与之相适应的是，实验室采用开放式和信息化管理方式，以保障学生进行创新性自主探索、毕业设计、大学生科研训练计划等各类实验项目的顺利进行。实验技术人员的水平和技能的提高对创新性实验管理和实施有着举足轻重的作用［14］。尤其是学科实验室与教学实验室的共享给实验技术人员工作上提出了更高的要求，因此提高实验教学指导、实验室管理和仪器设备维护水平更为迫切。目前主要措施是加强实验技术人员的引进和培训，以使得实验技术人员在实验内容设计、方法和技术、以及实验室管理方面得到提升和进步。并要求实验技术人员与课程教师一起参与实验教学内容调整的讨论，对实验教学创新性教学内容的设计和实施给予鼓励和资助。为促进创新性实验的持续开展，多渠道争取建设经费，逐步提高和完善实验室设施条件是必须的。生物系统工程专业利用浙江省实验教学示范中心的建设资金的投入，建立本科生科技创新实验平台，对学生部分综合性设计性和自主设计的研究性探索性实验项目给予资助。为与创新性实验灵活的实施形式相配合，实验中心实验教学网站进行了重新规划和设计，增强与学校数据库之间的共享，在实验室使用预约，设备介绍、实验展示以及实验室的开放、资源共享等方面进行扩展［15］。

3结语

系统生物学研究范文第2篇

[关键词] 高中生物自主学习模式

一、高中生物课程简介

高中生物课程包括3个必修模块和3个选修模块。选修3个模块体现新课程具有选择性的特点，不同地区选择方向有差异。以下就必修部分谈高中生物课程的主要内容及特点：

必修1《分子与细胞》以“细胞”为主线，描述细胞的分子组成及结构、细胞的代谢、细胞的生命历程。该部分内容，初中侧重细胞结构，高中侧重细胞亚显微结构和功能，加强了物质与能量代谢的内容。必修2《遗传与进化》以“基因”为主线，研究基因的本质、基因与遗传性状的关系、基因与遗传变异及生物进化之间的关系。该部分内容与初中比较难度有较大提升。必修3《稳态与环境》以“稳态”为主线，研究个体水平的稳态（植物的激素调节、动物生命活动的调节、人体内环境及稳态的调节）、自然环境的稳态（种群、群落、生态系统、生物圈）。生态方面内容，初中侧重于个体水平，而高中侧重于种群、群落和生态系统水平。

二、学习高中生物课程的基本要求

高中阶段学习生物学课程应达到以下基本要求：理解生物学基本现象、事实、规律，以及生物学原理是如何用于生物技术领域之中的；能够解释身边的生物学现象；能够形成正确的情感、态度、价值观和科学的世界观，并以此来指导自己的行为和决策；应掌握一系列的相关技能，包括操作技能、科学探究的一般技能，比较、判断、分析和推理等思维技能，以及创造性和批判性的思维方式；应在学习生物课程的过程中，形成终身学习的能力和习惯等等。

三、普通高中生物学科自主学习模式

总的说来高中生物学科知识点丰富、与生活联系密切、较初中难度有所加深、强调掌握基本现象、规律并将这些知识运用到具体实践中去、强调高中阶段学习能力的提高和思维方式的培养。就此本文就以下三个环节提出一些可供参考的学习模式和学习方法。

1.课前预习环节的“四步走”学习模式

课前预习可以帮助我们熟悉新课内容，了解重点，增加听课的针对性；预习中还可以自主发现并解决问题，提高自己独立解决问题的能力。因此学习过程中要养成良好的预习习惯，否则上课吃力，抓不住重点，跟不上教学进度。课后还要花时间去补，可谓得不偿失。

课前预习可以采用“预定时间―明确重点―预习实施―总结反馈”四步走的学习模式：

（1）预定时间

预习的时间一般要安排在做完当天功课的剩余时间，应根据剩余时间的多少来预定预习时间的长短。如果剩余时间多，预习可以深入一些；如果时间较少，那只能先粗略的浏览一下新课内容，做到对新知识有个大概的印象。

（2）明确重点

如果预习的时间充足且已作好合理的安排，接下来需要明确预习的重点。就生物学科来说，预习时需要把握的重点是：基本概念、基本过程、基本原理。如在预习必修1“细胞增殖”这一节时，需要通过预习知道“什么是细胞增殖？真核细胞通过哪些方式增殖？主要方式是什么？有丝分裂的主要过程是什么？动植物细胞有丝分裂有何异同？有丝分裂有什么意义？什么是无丝分裂？过程如何？”等等。预习过程应该就是熟悉这些重点问题的过程。

（3）预习实施

预习时常用的方法有：图文结合法、划涂标增法、比较阅读法、预习笔记法等。

①图文结合法：生物课本中的图片、表格资料十分丰富，如人教版课本“细胞增殖”一节就有有丝分裂细胞周期图、植物细胞有丝分裂显微照片、不同细胞的细胞周期持续时间表、植物细胞有丝分裂模式图、染色体与姐妹染色单体图、动物细胞有丝分裂显微照片、动物细胞有丝分裂模式图、蛙的红细胞的无丝分裂图等八个材料，预习时结合起来看对深入理解教材内容有很好的辅助作用。

②划涂标增法：预习过程中还可以在课本重点内容部分划线、或用荧光笔涂饰；在难点内容旁边添加标注；在有疑问的内容旁边增加问题及自己对问题的思考等等。

③比较阅读法：生物学教材中存在很多需要比较的概念及过程，如细胞增殖一节中有染色质和染色体、染色体和染色单体、有丝分裂和无丝分裂、植物细胞有丝分裂过程和动物细胞有丝分裂过程等问题。预习时可以将这些内容放在一起，通过比较阅读能够明白两者间的异同，从而加深对相关概念及过程的理解。

④预习笔记法：预习后还可在笔记本上对自己预习的成果进行归纳和总结。如可以对预习内容分要点进行整理和摘录；对相关的过程或易混的概念列表进行比较；对重点图形进行重绘和分析等等。

（4）总结反馈

预习完成后，需要对预习工作有所反馈。如是否对相关概念、过程、原理有所了解，可以试着针对重点问题自主阐述，如果有预习学案也可试着完成；是否有未理解的问题，可以将问题记录下来，作为听课时的重点，也可以在课前主动寻求帮助予以解决。

2.课堂听课环节的准备―听课―反馈模式

现行教育体制下，学生听课的时间还是相对较多的，以下就生物学科谈谈在听课准备、实施听课和听课反馈三方面要做的具体工作：

（1）准备

①适应教师：不同的老师有不同的教学风格，让教师去适应每一个学生，这是根本不可能做到的。因此，学生需要试着去适应教师，适应教师的教学风格、教学方法、教学手段、教学节奏等等。适应教师同样是学好高中生物所必备的条件之一。

②培养兴趣：生物学课贴近生活、贴近自然、贴近生命，对生物学习充满兴趣可以使得学习事半功倍。当然兴趣是需要培养的，需要我们从心底里热爱这门学科。想象一下，从细胞到个体到整个生态系统，哪里都有需要我们去探寻的奥秘，而这些奥秘又都是与我们息息相关的，怎么能不令人神往呢！

③调整心态：心情安定是能认真听课的前提，课前就应主动调整好心理状态，使心情尽量平静下来以便更快的进入学习状态。试想如果老师已经讲了五六分钟的课，而你还在和别人谈课间发生的事情，听课效果可以预见。

④准备好学习材料：课前准备好学习资料和基本学习用具也是必须的。生物课上需要准备的主要有：课本、学案、笔、直尺、绘图笔、橡皮、稿纸等等。

⑤内容的准备：对新学内容有基本的了解也是听课必要的，这项准备是在预习时完成的。否则第一次听老师讲新的内容很可能会跟不上节奏，甚至会发生听不懂的情况。

（2）听课

在生物课上，听课绝对不是一味的听教师讲，在这个过程中自己要注意以下几个问题：

①要发挥课堂学习的主动性：课堂上的听不仅仅是听进去，而更应该是听懂了，这就应该是一个思维的过程、更是一个主动参与学习的过程。因此，听课时需要你主动思考、主动参与。在听到重点问题时要学会主动记录，在老师提出一个具体问题时要学会主动回答，在需要动笔演算或绘图时也应该主动去完成，在听课中如果发现问题老师又主动询问时主动提出问题，在需要和同学就某个难点问题展开讨论时要主动参与。

②听课要有针对性：听课过程需要在预习基础上对重点问题通过听课予以强化，对未理解问题通过听课予以解决，这要求在听课时针对重难点问题着重予以听、记。如在 预习“细胞增殖”一节时，对于染色体、DNA、染色单体、染色质等相关概念一定有些模糊，在听课时要重点关注；预习时对于植物细胞有丝分裂过程还不是十分清楚，在听课时要跟上教师节奏，通过教师展示的动态图片或绘制的系统图片，边听边理解和记忆。

③正确处理听和记的关系：听课的过程中，注意力分配在听课上面，笔记就难以记全，而将注意力分配在记笔记上，听课的质量就要下降。因此，需要正确处理听讲和记笔记的关系。我们认为，正确性的方法和策略是应该“以听为主，以记为辅”。也就是说，听课的主要注意力应该集中在“听”的方面。至于“记”的问题，只需要记一些重要的东西。

④重结论更要关注过程：在课堂学习过程中，学生不仅要记住教师给出的结论，更应该注意教师得出这个结论所用的思路和方法，甚至要通过积极的思维，想出比教师更好的方法。这样的听课就能够不断提高自己的学习策略水平。

（3）反馈

一节课上下来，如果该掌握的问题都能搞清楚，那是最好不过，但是通常由于课堂时间有限，教师不可能在有限的时间内将所有问题都讲到位，对于自己还不清楚的问题应该主动提问并和老师、同学进行交流，如细胞增殖一节中关于染色单体的有关问题：什么是染色单体？什么时候什么样的形态才叫染色单体？染色单体和DNA什么关系？什么样的细胞内才会存在染色单体？这些问题，有不理解的都应该在听课后有所反馈。

3.课后复习环节的“回、记、练、归”模式

课后复习阶段主要是做好回顾知识、强化记忆、练习巩固、归纳整理这四项工作，具体可以总结为以下几点学习方法：

（1）重读课文法：回归课本是学习生物的一个很好的方法，也是生物学教师普遍认同的一种学习方法。生物学对基本概念的要求相对数理化学科要高，课本中对重点内容都有很好的讲解，配以图表更加生动，可以辅助理解。课后经常回一回课本一定会有很大的收获。

（2）笔记复习法：笔记上呈现的往往是系统的、重点的知识，课堂上不可能全部掌握，即使全能理解，但如果不及时复习会很快忘记，因此回回笔记也是十分必要的。

（3）强化记忆法：知识光看看是不行的，最好能够记住，生物学概念较多，需要我们进行强化记忆，具体可以做以下几方面努力：可以每节课后在脑海里将当天内容尝试回忆；能够用口头表达的尽量口头表达；有条件的可以和同学以问答的形式展开；还可以自列问题提纲，依据提纲回顾重点内容，未能记住的则利用多次重复的方法加以巩固。

系统生物学研究范文第3篇

关键词：创新实验室；智能化管理；考勤管理

1 系统功能框图分析

如图1所示，大学生创新实验室系统主要分为5个子系统，分别是实验室人员管理系统、学生日常考勤系统、学生学习计划安排系统、项目任务分配系统以及知识库共享系统。实验室管理老师可以通过实验室管理平台对进入实验室的学生进行信息登记，对学生的日常考勤时间进行设定，同时在学习计划安排系统和项目任务分配系统为学生制定学习计划和分配项目任务，系统中的学生和老师均可以分享学习资料到知识库共享系统，也可以M入知识库共享系统查找学习资料进行相应的学习。

本套系统设计采用B/S模式和C/S模式相结合，人员信息的管理模块以及项目任务的安排主要使用B/S模式实现，用户通过浏览器就可以查看自己的相关的信息和任务安排，在考勤管理这一部分使用的是C/S模式，当用户进入或者离开签到时，客户端通过websocket将签到信息发送到服务器端并记录到数据库，服务器端会返回签到结果，在客户端进行提示。整套系统在功能和模式上非常适合当前高校创新实验室的管理，既可以减轻管理老师的负担，也可以引导学生高效、快速地学习专业相关的知识，提高实践创新方面的能力，真正将创新实验室的作用发挥到极致。

2 创新实验室系统网络架构分析

如图2所示，系统平台的考勤客户端会在启动时，将服务器端的指纹模版同步到客户端的指纹采集器上，学生可以通过访问系统平台查询修改相关的信息，也可以查阅系统平台上的相关资料，学生进出实验室时，进行考勤时，通过中控指纹采集器进行打卡，将签到信息发送到服务器端，存进数据库，管理员可以通过访问我们的系统平台进行查看学生的到勤情况。

3 创新实验室系统访问时序分析

如图3所示，用户可以通过两个途径访问创新实验室系统平台，当请求到websocket层和rest层时，主要是进行一些基本的信息和用户权限验证，进入到service主要进行程序控制，进入到data层后，获取数据，并将请求的数据返回给请求的客户端，完成请求。

4 创新实验室系统核心数据库表说明

如表1所示，数据库用户表主要包括教师或学生的姓名、联系方式以及所在专业等基本信息，加上用户在考勤时需要用到的指纹模版。

系统生物学研究范文第4篇

【关键词】北斗定位系统；物联网；学生管理；应用系统

Research on the Architecture of Intelligent Management System for Students Based on Beidou Positioning System

YANG An TANG Lin-Jie

（Hunan Institute of Information Technology， Changsha Hunan， 410151， China）

【Abstract】Beidou positioning system is a global satellite positioning and communication system which is being built in China. Internet of things is to connect a variety of objects with the Internet， so that the traditional network from the contact between people and people to expand the relationship with people， things and people， is following the computer， Internet technology and an important breakthrough. There are different degrees of position， difficult to control and out of safety problems such as truancy from schools of different levels in the student management issues. Aiming at solving these problems， this paper puts forward the construction scheme of the intelligent management system of Internet of things based on Beidou positioning system， and expounds the construction thought and function module of the system.

【Key words】Beidou positioning system；Internet of things；Student management；Application system

1 概述

1.1 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统（ BeDou Navigation Satellite System，简称BDS）是我国独立自主研发、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星定位与通信系统[1-2]。该系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，又称北斗二代导航卫星系统。2012年12月，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航和授时服务。目前在轨卫星21颗，预计2020年全面实现覆盖全球的导航能力，具有精确连续的三维位置定位、导航、测速、授时和短报文等基本功能。目前，在国家政府、企业的大力支持下，北斗导航定位系统在越来越多的民用项目中得到广泛的推广与应用。

1.2 物联网

物联网（Internet of Things）系统是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的出现是互联网后信息技术的又一重大突破，它将网络从人与人之间的信息交互，扩展到物与物、人与物的信息交互，将大大提高社会信息化水平，必将实现数字化向智能化的过渡与提升[3-5]。

物联网中很重要的组成部分是其支撑系统，包括感知层和网络传输层等。目前，感知层常用的技术有射频识别、红外感应等，用以完成物品信息的收集并上传网络传输层；网络传输层则主要利用GSM、4G等移动网络将信息传送至相应的处理中心，进行分类处理。而北斗导航系统具有定位精度高、覆盖面广、用户容量大、实时性强等特点，既可以作为感知终端，也可以作为传输网络，因此北斗导航系统在各类物联网的建设中有着广阔的应用前景。

1.3 问题的提出

在教育系统各层次学校针对学生的管理当中，存在着一些固有的难题，有些问题长期困扰学校管理者、学校老师、学生家长，甚至包括学生自身，且难找到应对的办法。主要包括以下几个方面：

1）对于中小学学生而言，学生每天上学、放学路上的安全是一件令老师和家长十分牵挂的事情，如何防范中小学生路上安全隐患，一直是全社会关注的焦点[6]。

2）对于大学生而言，某些院校的学生存在较为突出的逃课、缺课现象，老师难以掌握大学生在校时间内的位置信息和有关情况，除了采取常规的思想教育和惩罚性管理措施外，根本上无法实现对学生位置的掌控。

3）近年来，发生了多起大学生放假期间校外失联事件，牵动着社会各方纷纷关注对于学生安全这一根敏感的神经，对于学生放假期间“身在何处”不得而知，以致予多起失联案例未得到及时救助而导致了严重的安全后果，社会影响强烈。

如果实时掌控学生在校和放假期间的实时位置和有关情况，确保学生的正常学习和人身安全，给信息化学生智能管理提出更高的要求。传统的管理方式和手段急需进行改善。这里，基于北斗导航定位功能，利用物联网技术，构建一个适用于各层次学生的安全定位管理系统，旨在保障学生的人身安全和财物安全。

2 基于北斗的学生智能管理物联网系统设想

2.1 系统总体规划

系统总体示意图如图1所示。图中表示一名携带智能学生卡的学生，他的实时地理位置信息被智能学生卡中的北斗定位芯片采集，同时可被学校大门处的射频系统识别从而捕捉学生的出入信息，并传输到互联网上的位置储存服务器中，班主任或者学生的家长可以通过电子计算机或者移动终端对服务器上存放的位置信息进行查询，以掌握学生的实时动向。

2.2 智能学生卡设计

智能学生卡的核心部分主要包括中心处理器模块、射频识别模块、北斗导航芯片、4G模块、ROM只读存储器五部分。其构成模块框图如图2所示。

中心处理器模块是负责系统数据处理的核心，同时具有数据存储和数据安全保护等功能。

北斗定位芯片，用来接收北斗导航系统卫星信号，采集学生的位置坐标信息。

射频识别模块，学生佩戴智能学生卡通过安装在校园门口嵌入式点对点远程非接触射频系统时，学生出入信息能够被有效捕捉，在系统后台自动生成持卡人的出入记录。

4G模块，用来传输数据，将中央处理器中的学生位置坐标数据传递到服务器的数据库中，以备查询管理系统进行查询管理。

ROM只读存储器用于存储学生的身份信息，标志值可以采用学生证号，通过统一的编码方式提前固化到 ROM只读存储器当中。

智能学生卡同时具备射频识别功能，通过校园门口的射频系统，识别学生身份，生成的出入信息，作为北斗实时定位功能补充，可以辅助校方及时发现学生的到校、迟到、早退等情况。当佩戴智能学生卡的学生进出学校时，其家长捆绑的手机可收到“您好，您的孩子XXX已进入校园”或“您好，您的孩子XXX已离开校园”的信息，实现学校、家长与孩子的位置信息沟通无障碍，让放心和关心变得“随时随地”。

该智能学生卡设置紧急求助功能，当持卡学生遇到绑架、抢劫，地震等危急情况时，可摁下红色求助按钮，其父母捆绑手机会立即收到该持卡学生的求助信息，信息内容显示为“您的小孩已发出一条求助信息，地址是XXXX”。持卡学生的父母可根据信息判断持卡人的安全状态是否真实，是否选择报警。学生家长可通过手机及时获取准确的求助位置，有利于处置异常情况、不延误处置解救时机，确保学生的安全。

2.3 系统功能设计

基于北斗的学生智能管理物联网系统主要由学生定位管理系统、校园管理系统、家长实时查询系统三大部分组成，如图3所示。系统采用北斗卫星定位系统对学生位置等相关信息进行采集，通过互联网及云计算对数据信息进行分析管理，从而实现家长对子女的远程位置搜、轨迹回放等重要功能。

家长在任何时候使用绑定手机编辑信息发送至智能学生卡的特定电话号码，系统后台将向家长绑定手机号码自动回复智能学生卡的位置信息，内容为“您的小孩的学生卡所在的位置：在XXX附近”，满足家长随时随地了解自己孩子所处位置和状态。家长还可以登录智能学生卡定位平台查询孩子的行踪轨迹，随时知道孩子的行踪路线。

另外，智能学生卡还可兼具手机语音通话功能，学生可以跟绑定的家长号码进行通话，设置的白名单都可以拨打智能学生卡电话，学生可以接听，但上课隐身时间段，所有的号码都不能拨打智能学生卡，学生卡也拨不出任何电话。这样，家长和孩子既可以随时沟通，还可以保证上课时间不打扰孩子的学习。此外，还可以将作业功能嵌入，强化智能化、集成化。

3 结束语

本文对北斗导航系统、物联网等技术进行了简单介绍，对学生定位管理物联网系统进行了需求分析，确定了基于北斗定位的学生智能管理物联网系统的架构，具体包括：学生定位管理、校园安全管理、查询统计以及学生信息的管理功能等。提出了一个对学生实时位置的掌控和管理的智能定位系统的设想，从根本上解决了老师及家长能够实时掌握孩子位置信息的难题，为学校的校园安全管理和学生的安全提供了便利和保障。

【参考文献】

[1]刘传润.北斗卫星导航定位系统的功能原理与前景展望[J].中国水运，2008，8（1）：165-166.

[2]潘程吉，汪勃.北斗导航系统在物联网中的应用展望[J].遥测遥控，2011，32（6）：14-17.

[3]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.

[4]诸瑾文，王艺.从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J].电信科学，2010（4）：1-5.

系统生物学研究范文第5篇

[关键词] 系统生物学；基因组学；蛋白质组学；计算生物学

近代生物学研究主要是以分子生物学和细胞生物学研究为主。研究方法皆采用典型的还原论方法。目前为止，还原论的研究已经取得了大量的成就，在细胞甚至在分子层次对生物体都有了很具体的了解，但对生物体整体的行为却很难给出系统、圆满的解释。生物科学还停留在实验科学的阶段，没有形成一套完整的理论来描述生物体如何在整体上实现其功能行为，这实际上是还停留在牛顿力学思想体系的简单系统的研究阶段。但是生物体系统具有纷繁的复杂性[1，2]。尽管对一个复杂的生物系统来说，研究基因和蛋白质是非常重要的，而且它将是我们系统生物学的基础，但是仅仅这些尚不能充分揭示一个生物系统的全部信息。这种研究结果只限于解释生物系统的微观或局部现象，并不能解释系统整体整合功能的来源，不能充分揭示一个生物系统的信息，且忽略了系统中各个层面的交互、支持、整合等作用，限制了生物学研究的发展。在这种现状下，20世纪末人类基因组计划完成后，生物学领域的科学家都在考虑一个问题：未来生物学研究的方向在哪里？为此学术界也不乏辩论。得出的共识是：生物学的发展未来主要面对如下问题：(1)如何弄清楚单一生物反应网络，包括反应分子之间的关系、反应方式等；(2)如何研究生物反应网络之间的关系，包括量化生物学反应及生物反应网络；(3)如何利用计算机信息及生物工程技术进行生物反应，生物反应网络，乃至器官及生物体的重建。

早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系统理论(general systems theory)，他在文章中指出生物体是一个开放系统，对其组成及生物学功能的深入研究最终需要借助于计算机和工程学等其他分支学科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood创立的系统生物学(systems biology)则是在以还原论为主流的现代生物学中反其道而行之，把这种以整体为研究对象的概念重新提出。他给系统生物学赋予了这样的定义，系统生物学(systems biology)是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。换言之，以往的实验生物学仅关心基因和蛋白质的个案，而系统生物学则要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学，是生物学领域革命性的方法论。以胡德的观点，基因、蛋白质以及环境之间不同层次的交互作用共同架构了整个系统的完整功能。因此，用系统的方法来理解一个生物系统应当成为并正在成为生物学研究方法的主流。利用系统的方法对其进行解析，综合分析观察实验的数据来进行系统分析。具体通过建立一定的数学模型，并利用其对真实生物系统进行预测来验证模型的有效性，从而揭示出生物体系所蕴涵的奥秘，这正是生物学研究方法的关键所在。

1 系统生物学的主要研究内容

系统生物学主要研究实体系统(如生物个体、器官、组织和细胞)的建模与仿真、生化代谢途径的动态分析、各种信号转导途径的相互作用、基因调控网络以及疾病机制等[4，5]。

系统生物学的首要任务是对系统状态和结构进行描述，即致力于对系统的分析与模式识别，包括对系统的元素与系统所处环境的定义，以及对系统元素之间的相互作用关系和环境与系统之间的相互作用的深入分析。具体如生物反应中反应成分之间的量的关系，空间位置，时间次序，反应成分之间的因果关系，特别是反馈调节和变量控制等有关整个反应体系的问题等。其次要对系统的演化进行动态分析，包括对系统的稳态特征、分岔行为、相图等的分析。掌握了系统的基本演化机制，使系统具有目标性和可操作性，使之按照我们所期望的方向演化，也有助于我们重新构建或修复系统，为组织工程学的组织设计提供指导。另外，系统科学对生物系统状态的描述是分层次的，对不同层次进行的描述可能是完全不同的；系统科学对系统演化机制的分析更强调整体与局部的关系，要分析子系统之间的作用如何形成系统整体的表现、功能，而且对系统整体的每一行为都要找出其与微观层次的联系。

系统生物学的研究包括两方面的内容。首先是实验数据的取得，这主要包括提供生物数据的各种组学技术平台，其次是利用计算生物学建立生物模型。因此科学家把系统生物学分为“湿”的实验部分（实验室内的研究)和“干”的实验部分（计算机模拟和理论分析)。“湿”、“干”实验的完美整合才是真正的系统生物学。

系统生物学的技术平台主要为各种组学研究。这些高通量的组学实验构成了系统生物学的技术平台。提供建立模型所需的数据，并辨识出系统的结构。其中包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学计算生物学通过建模和理论探索。可以为生物系统的阐明和定量预测提供强有力的基础。计算生物学包括数据开采和模拟分析。数据开采是从各实验平台产生的大量数据和信息中抽取隐含其内的规律并形成假说。模拟分析是用计算机验证所形成的假说，并对拟进行的体内、体外生物学实验进行预测，最终形成可用于各种生物学研究和预测的虚拟系统。计算生物学涉及一些新的数学原理和运算规则，需要物理和数学来研究生物学的最基本的原理，也需要计算科学、信息学、工程学等进行生物工程重建和生物信息传递的研究。

2 系统生物学的研究思路及特点

系统生物学识别目标生物系统中的各种因素，然后构架一个系统模型，在其中赋予这个生物系统能动性。在此模型中研究细胞、组织、器官和生物体整体水平，研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为。系统生物学最大的特点即整合。这里的整合主要包括三重含义。首先，把系统内不同性质的构成要素(DNA、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究；其次，对于多细胞生物，系统生物学要实现从基因到细胞、到器官、到组织甚至是个体的各个层次的整合。第三，研究思路和方法的整合。经典的分子生物学研究是一种垂直型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。而基因组学、蛋白质组学和其他各种“组学”则是水平型研究，即以单一的手段同时研究成千上万个基因或蛋白质。而系统生物学的特点，则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来，成为一种“三维”的研究[6]。

3 系统生物学的研究方法

系统生物学最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系统生物学的发展正是由于对生物系统的干扰手段不断进步促成的。干涉主要分为从上到下(top-down)或从下到上(bottom-up)两种。从上到下，即由外至里，主要指在系统内添加新的元素，观察系统变化。例如，在系统中增加一个新的分子以阻断某一反应通路。而从下到上，即由内到外，主要是改变系统内部结构的某些特征，从而改变整个系统，如利用基因敲除，改变在信号传导通路中起重要作用的蛋白质的转录和翻译水平[7]。

目前国际上系统生物学的研究方法根据所使用研究工具的不同可分为两类：一类是实验性方法，一类是数学建模方法。实验性方法主要是通过进行控制性的反复实验来理解系统[8，9]。首先明确要研究的系统以及所关注的系统现象或功能，鉴别系统中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白质等，并收集所有可用的实验数据，建立一个描述性的初级模型(比如图形的)，用以解释系统是如何通过这些元素及其之间的相互作用实现自身功能的。其次在控制其他条件不变的情况下，干扰系统中的某个元素，由此得到这种干扰情况下系统各种层次水平的一些数据，同时收集系统状态随时变化的数据，整合这些数据并与初级模型进行比较，对模型与实际之间的不符之处通过提出各种假设来进行解释，同时修正模型。再设计不同的干扰，重复上面的步骤，直到实验数据与模型相一致为止。

数学建模[10，11]方法在根据系统内在机制对系统建立动力学模型，来定量描述系统各元素之间的相互作用，进而预测系统的动态演化结果。首先选定要研究的系统，确定描述系统状态的主要变量，以及系统内部和外部环境中所有影响这些变量的重要因素。然后深入分析这些因素与状态变量之间的因果关系，以及变量之间的相互作用方式，建立状态变量的动态演化模型。再利用数学工具对模型进行求解或者定性定量分析，充分挖掘数学模型所反映系统的动态演化性质，给出可能的演化结果，从而对系统行为进行预测。

4 当代系统生物学研究热点

基因表达、基因转换开关、信号转导途径，以及系统出现疾病的机制分析等四个方面是目前系统生物学研究的主要阵地。

基因组医学(genomic medicine)是以人类基因组为基础的生命科学和临床医学的革命。生命科学和临床医学结合，将人类基因组研究成果转化应用到临床实践中，是后基因组时代最重要的研究方向之一。人类基因组计划从完成和多种疾病相关的基因研究发现，迅速进入到蛋白质组学、染色体组和人类疾病基因的研究，通过单基因或复杂多基因疾病的相关基因研究和疾病易感因素分析，达到揭示基因与疾病的关系之目的；遗传背景与环境因素综合作用对疾病发生发展的影响；为疾病的诊断、预防和治疗、预后和风险预测提供依据。基因组医学将大大提高我们对健康和疾病状态的分子基础的认识，增强研制有效干预方法的能力。

后基因组(post-genome)的交叉学科研究是目前生命科学研究的前沿。交叉学科是一个新的研究领域，范围非常广阔，如基因组、蛋白质组、转录组等等，从而出现许多新的交叉学科。

细胞信号转导(signal transduction)的研究是当前细胞生命活动研究的重要课题。细胞信号转导蛋白质组学是功能蛋白质组学的重要组成部分。系统地研究多条信号转导通路中蛋白质及蛋白质间相互关系及其作用规律，细胞信号转导通路网络化，其作用模式、通路、功能机制、调控多样化，细胞信号转导结构、功能、途径的异常在癌症、心血管疾病、糖尿病和大多数疾病中起重要作用。对细胞信号转导机制的了解，已成为创新药物、防病治病的关键。细胞信号转导不是一门单一学科，而是多种学科，如细胞学、生物化学、生物物理学和药理学等多学科的交叉学科。

5 现阶段系统生物学存在的问题

目前的系统生物学研究还只是初步使用动力学建模方法来定量描述系统的动态演化行为，这种方法对简单巨系统是适用的，但是在运用到复杂适应性系统时就会表现出很多的局限性，有很多问题就不能解决。生物体系统的复杂程度超乎我们的想象，现阶段不宜研究整个生物体系统，可以从研究“小系统”(生物体中具有一定功能、相对独立的部分，将其看成一个“系统”)开始，当然如何正确地分析这个小系统本身也不是件易事。

5.1现有技术水平的限制

着眼于整体的系统生物学对技术、仪器的依赖性大大超过传统的分子生物学。高通量、大规模的基因组及蛋白质组等的发展都是建立于新技术、新仪器出现基础之上。就目前的技术水平来讲，距系统生物学所要求达到的理想水平还相差很远。由于技术发展的不均衡造成了系统中各个水平上的研究不均衡。基因组和基因表达方面的研究已经比较成熟，而在其他水平如蛋白质、小分子代谢物等的研究仍处于起步阶段。各种蛋白质在数量上的巨大差异是全面分析低丰度蛋白质的一大障碍。而低丰度蛋白往往是最重要的生物调节分子，如何加强对低丰度蛋白的高通量研究，将是对蛋白质组应用前景的重要保障。同样，如何研究系统内存在的非遗传性分子即细胞中存在的成百上千的独立的代谢底物及其他各种类型的大小分子，它们在基因表达、酶的构象形成等方面有着重要作用。建立适当的方法来系统检测这些分子的变化是系统生物学能否发展的关键。

5.2分析水平的限制

系统的复杂性决定了全面分析的复杂性。人类基因组计划的实施提供了庞大的信息资源，已让人眼花缭乱，而对于较核苷酸复杂得多的蛋白质及代谢物等的分析将是更大的挑战。如何系统而详尽地为公共数据库中的信息加上注解，对这些复杂数据进行储存和分析将成为系统生物学发展的瓶颈。

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