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關鍵詞:網絡環境 信息管理系統 功能設計
中圖分類號:TP3 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)12(c)-00-02
高等教育是我國教育體系的最高層次,它直接影響了我國培養高層次人才的水平。近幾年隨著我國各個行業改革步伐的加快,高等教育的改革也在逐年加快,招生規模日益擴大,學生人數也在穩步增加。高層次人才培養的水平不應該只表現在數量上面,更加重要的是質量上的高標準。這必然對管理上提出了更加高的要求。全國已經有許多高校研究開發了各自的學生信息管理系統,但是市場上面還沒有一種非常靈活非常實用的學生信息管理系統軟件。因此該文研究的基于網絡環境的學生信息管理系統有一定的市場價值,下面首先介紹信息管理系統開發的主要過程,然后結合基于網絡環境的學生信息管理系統的具體系統設計方面的需求分析、數據建模、功能設計方面進行一定的探討。
1 信息管理系統開發過程
開發一個信息管理系統,通常需要經歷下列幾個階段:
(l)階段1:調查與分析。獲得軟件的需求信息和基本功能定義,形成基本的軟件功能描述。(2)階段2:數據建模。根據應用調查分析得到的信息,建立應用中涉及的數據以及操作數據的方法、流程,形成數據的流動圖表。(3)階段3:功能設計。針對應用調查與分析結果和數據建模,進行應用的詳細功能設計,形成應用的軟件設計文檔。(4)階段4:選擇數據庫系統。選擇適合應用的數據庫系統。(5)階段5:選擇網絡體系結構。(6)階段6:選擇數據庫訪問技術。選擇合適的數據庫訪問技術。(7)階段7:代碼設計。設計應用的軟件代碼。(8)階段8:測試與調試。發現設計中的問題并及時更改,直到能穩定運行。(9)階段9:發行應用軟件。(10)階段10:軟件維護與升級。主要是對的軟件系統在實際應用中出現的問題進行解決,并根據實際應用環境的變化對軟件進行改進升級。
2 調查與分析
對軟件需求的深入了解識是軟件開發工作至關重要的一個步驟,不論開發人員設計的軟件系統如何的好,代碼編寫如何的高效,沒有很好的需求分析,這個軟件工程會在應用過程中給用戶帶來失望,給開發者造成很大的麻煩。調查與分析也就是需求分析,該文研究的基于網絡環境的學生信息管理系統是一個在武漢工程大學進行內部運行的關于學生管理的計算機網絡應用系統,它基于學生綜合信息數據庫,涉及學生基本信息、班級信息、獎勵處分、獎學金、學籍異動等信息以及學工處正常運轉等信息的綜合處理,為學生、學校老師提供及時周到的信息服務,同時也是保證學生管理工作正常運行的重要輔助手段之一。隨著全國高校的迅速發展,以及各個兄弟院校信息化進程的加快,學生與老師、老師與學校、學校與學校之間的網絡互連,以及與Internet的互連都成為發展的必然趨勢。
該項目在需求上具有以下特點:
(1)信息種類較多,處理流程較復雜,為學校和師生提供全過程及時周到的信息、服務,是本系統最基本也是最重要的任務,因此學生信息必須全面細致準確,記錄時間進程清晰,信息數據的變化能及時地反映到學校各相關部門和所有執行人員。(2)不同學生,其信息內容、表達方式和處理方式有一定差異,不同學院的組織機構形式不同,其工作的模式也不盡相同,因此必須將所有信息納入學校的統一管理,而且也必須具有一定的靈活性。(3)學生信息來源應同時包括人工和自動兩種方式。(4)使用方便,易學易用。學生信息管理系統需要很多人并行操作使用,或者一人操作多個子系統。同時,考慮到學?,F有部分工作人員和維護人員的計算機素質還不太高,因此系統應具有友好的人機界面,操作簡便靈活,各子系統的用戶界面在外觀和操作方式上必須協調一致,并提供方便快捷的在線幫助。(5)具有較高的可靠性和可用性。系統應能長時間持續無故障運行,其核心設備網絡及數據庫服務器應配備備份服務器,數據庫數據進行定期復制和備份,當服務器出現意外故障時,整個系統應能自動切換到備份服務器上繼續工作,不至于數據丟失。(6)系統易于管理維護,應具有簡單方便的系統管理工具,包括:用戶權限管理、各工作站功能管理、系統運行參數管理、運行日志管理、集成的網絡管理和系統監控、調試、診斷工具。(7)良好的系統伸縮性。系統可以建設在不同的系統中,客戶端的系統伸縮性較好。(8)良好的性能價格比。由于學校項目資金有限,因此在充分滿足系統應用功能需求、系統性能和保證系統安全可靠性的前提下,必須選用價廉物美,經濟實用的系統和產品,提高性能價格比,這樣對軟件的可靠性和健壯性也就提出了更高的要求。(9)系統應具有良好的開放性,外部接口清晰而標準。
3 功能設計
這里的功能設計是指詳細的功能設計,在需求分析完成后,設計人員已經有了一個概要設計的功能描述,但是這個并不是軟件開發過程中可以使用的功能設計文檔,還需要對軟件的功能進行更加詳細的定義。本系統主要有下列功能模塊,如圖1。
3.1 用戶信息管理模塊
在用戶信息和用戶權限管理方面,學生信息管理系統設計采用了一套比較嚴格的用戶信息管理辦法。主要是采用三級權限分配機制,給不同級別用戶分配不同的權限,這樣可以防止非法用戶對學生信息的修改、刪除,保持學生信息的穩定和安全。
3.2 學生基本信息管理模塊
學生基本信息管理是比較重要的信息管理模塊,學生基本信息管理包括學生的基本信息(姓名、性別、出生日期等)和社會關系信息、學習簡歷信息的錄入、修改和刪除等,每屆學生畢業以后,需要對畢業生進行基本信息的轉換,將在校生信息轉換成校友信息,在每年新生開學的時候,需要新生的信息導入,并錄入學生的社會關系和學習簡歷信息,為學生在校信息的管理提供基本數據信息支持。
3.3 學生在校信息管理模塊
學生在校信息管理是學生在校各項信息管理的集合,包括
(1)學生學籍異動
學生學籍信息記錄了每個在校學生的學籍情況,由于入學時學生的基礎、愛好和特長不一樣,基礎知識掌握的水平不一樣,那么領悟知識的能力和學生的基本素質也就不一樣,這難免存在個別學生的升降級、轉院系、專業等情況,學籍異動管理模塊具有處理學生學籍異動記錄的功能。
(2)學生獎勵處分管理
這個模塊用于管理學生在校期間的獎勵和處分的信息,通過學生管理部分的信息錄入和撤銷,對學生在校期間的行為表現可以有一個明了的輪廓。
(3)學生獎學金信息管理
隨著高等教育逐步實現收費上學,學校的獎學金的發放種類較多,獎學金管理模塊用于管理學生獲得獎學金的信息,對于學生操行評定的登記確定和學生就業的信息檢索有重要的作用。
(4)學生綜合測評信息管理
在學生交費上學的同時,學校綜合測評的范圍占學生人數的60%,為了準確地將綜合測評獲得學生的登記、人數統計分析準確,并將現金通過銀行支付到“一卡通”上,要做到準確無誤的數據管理。
(5)學生上網登記信息管理
為了讓在校學生充分享受學校的豐富網絡資源,學校在學生宿舍為學生安裝了校園寬帶網絡,學生通過到網管中心申請開通網絡以及交費的過程,實現了數據的共享和網絡資源的充分利用。
(6)學生宿舍信息管理
學生宿舍管理屬于后勤管理的一部分,宿舍管理信息包括學生宿舍樓棟信息、宿舍信息,以及學生在宿舍的入住信息,宿舍信息的準確采集,為學校后勤人員對宿舍進行合理分配,新生入學宿舍的合理安排,以及學生所在宿舍信息的檢索提供了有益的幫助。
3.4 學生信息檢索與統計模塊
學生信息檢索是學生信息管理系統中開放的信息管理模塊,學生管理人員通過對學生信息檢索達到查詢學生信息的目的。
用戶檢索學生信息的方法:可以通過院系、班級來檢索,也可以通過學生生源地區、學生宿舍來檢索,還可以通過輸入學生學號檢索,檢索的方便性極大地提高了檢索的效率。檢索信息的完整,可以了解學生在校期間的學習、生活、獎懲等情況。
3.5 系統附件
系統附件是用戶和用戶之間以及用戶本人進行信息傳送和信息記錄的模塊,包括短信發送和閱讀,記事本,通訊錄,公眾論壇和單獨聊天室等。這些功能的開發大大方便了用戶之間的信息傳送,權限的分級管理,使信息安全得到了充分的保障。
3.6 系統數據備份與事件記錄模塊
系統數據備份和事件記錄包含以下三個方面的內容。
(l)數據備份和回復:這方面采用的有四個辦法:一是在服務器上安裝正版的操作系統,并保持服務器操作系統的及時更新;二是在服務器上安裝防火墻和防病毒軟件,拒絕和記錄非法用戶攻擊的記錄;三是利用軟件ghost,將操作系統和數據庫安裝在不同的驅動器上,在操作系統受到攻擊而癱瘓的時候,可以在20分鐘以內將操作系統恢復成受到攻擊以前的狀態;四是采用雙機備份的技術,在另外一個服務器上安裝相同的數據庫,這個數據庫在設定的時間內對重要信息進行備份,在主數據庫受到攻擊后能在5分鐘將數據恢復完成。
(2)用戶事件記錄:由于客戶端的使用人數逐步增加,目前用戶人數已經達到9000多人,預計在2010年可以超過10000人,這其中不包括學生通過網頁訪問的人數,為了記錄用戶在登陸學生信息管理系統中的事件信息,軟件設計了事件記錄器,記錄用戶在管理重要事件時的時間、計算機IP和時間內容。事件記錄器的應用大大方便了用戶的事件查詢和非法用戶的登陸。
(3)程序文件的自動更新:由于登陸的用戶較多,而程序在設計的過程中需要修改,如何將修改的文件及時更新到用戶的本地計算機上,如果采用ftp文件傳輸的辦法,很難到位,畢竟會使用ftp的用戶不多,在設計學生信息管理系統的時候可以設計程序自動更新的方法:當用戶合法登陸時,會根據本地程序的版本號與服務器上版本號進行對比,如果發現服務器的版本號高于本地計算機上的版本號,程序會自動提示啟動更新程序,并將更新后的文件存放與客戶端所在的目錄中,大大方便了程序的更新和上傳,提高了工作效率。
4 結語
該文結合武漢工程大學學生管理工作的實際,討論了基于網絡環境的學生信息管理系統設計流程,給出系統各個功能模塊的定義。旨在解決傳統的學生工作信息管理所存在的問題和現有學生信息管理系統存在的不足。為學生工作管理處理學生信息提供了一條方便、快捷的途徑,并為高校學生工作信息化管理提供了新的
方法。
參考文獻
關鍵詞: 積件系統 中學生物學 教育應用 實踐研究
《基礎教育課程改革綱要》明確指出“要大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用,為教師教學和學生發展提供豐富多彩的教育資源環境和學習工具”,計算機輔助教學(CAI)成為大多數教師最常使用的教學手段。然而,隨著現代教育技術的發展和CAI課件的廣泛使用,其固化性強、開放性差及互動性不足等缺點日益顯現,極大地制約現代教學的發展。
1997年3月,全國中小學計算機教育工作會議提出,必須尋求適合中國教育特色與課程教學的CAI發展道路,即第二代教學軟件――CAI積件的開發[1]。同年,上海師范大學黎加厚教授系統闡述了“積件”的概念:是師生根據教學需要自主組合運用的教學信息和教學處理策略庫與工作平臺,由積件庫和組合平臺構成,能充分發揮師生的創造力,拓展CAI資源的通用性和實用性[2]。因此,積件即積件系統[3]開始受到學術界的廣泛關注,并掀起一系列研究熱潮。
本文梳理了近10年我國有關積件系統的研究文獻,期望通過分析研究現狀、發現研究問題、總結研究經驗,為中學生物學積件系統的發展提供參考。
1.積件系統研究文獻統計及分析
通過“中國知網CNKI數據庫”對有關積件系統的學術論文進行跨庫檢索,檢索主題設定為“積件”,檢索范圍包括“期刊、特色期刊、博士、碩士、國內會議、國際會議、報紙、專利、成果、學術輯刊”等10個數據庫,發表時間為2006―2015年,結果共檢索得到1282篇相關文獻(截止2015年8月16日)。對這些文獻進行閱讀、分析和篩選得出與積件系統密切相關(以積件系統為文章主旨)的426篇文獻,并對其進行統計學分析(結果見表1、2)。由此可以看出:
表1 2006―2015年積件系統相關文獻數量統計
注:括號內的數字代表文獻數量中的碩士論文篇數。
表2 2006―2015年積件系統相關文獻年占比統計
首先,有關積件系統研究的內容主要包括理論探討、技術開發、教育應用及研究反思等四個方向。其中有關積件系統理論探討的文獻總占比29%,內容包括積件系統的起源、定義、特點、組成、開發的必要性及原則、開發軟件簡介等,均為期刊類文獻,其間2006―2010年文獻量大,為主要研究方向,2010年后占比逐年下降,說明學者對純理論的積件系統探討已逐步成熟。積件系統技術開發的文獻總占比21%,主要涉及積件庫的建構、積件制作軟件(如Flash、Authorware等)的應用、積件的存放與管理、積件組合平臺的開發等,此類研究年占比不高,但2007―2009年文獻中的碩士學位論文數量較多,有一定參考意義。積件系統教育應用(與具體學科教學的結合研究)的文獻總占比最大,為48%,且呈逐步上升態勢。本文將該領域文獻進一步細分為應用理論研究和應用實踐研究,其中應用理論研究包含積件系統介紹、與具體學科結合的基礎、開發軟件的選擇等,占31%,應用實踐研究涉及積件制作、積件系統建構、教育實驗研究等,占17%。由此可知,積件系統的教育應用研究大多停留在理論層面,積件或積件系統建構及實踐應用研究并不多。積件系統的研究反思是學者對當下積件系統理論及建設方面的現狀和問題的思考,僅占2%,卻對積件系統發展有重要的學術意義。
其次,由上述分析可知,我國積件系統研究的總體發展趨勢是從純理論介紹向教育教學實際應用轉變。但大部分教育教學實際應用文獻(理論類)并未把握住研究的核心思想,而是直接套用積件系統理論,用大量篇幅介紹其起源、特點和組成部分。盡管如此,有關實踐研究的文獻占比還是呈逐年上升趨勢,碩士學位論文數量增加,由此體現出學者對積件系統實用研究的期待和努力。
第三,由年文獻量對比可知,我國積件系統的研究態勢呈下滑趨勢,表明積件系統研究進入實際應用階段后,因開發難度較大,致使有實際成效的研究不多。
第四,進一步對積件系統教育應用研究文獻在不同學科的分布情況進行統計(結果見表3)可知:積件系統的教育應用研究在各學科中的發展極不平衡,其中生物學積件系統的研究在整個教育領域中處于中等水平,但較大地落后于同是自然科學的物理、化學,且近四年均未有相關文獻報道。
表3 各學科積件系統教育應用文獻數量統計
2.中學生物學積件系統的研究現狀
結合文獻統計及分析結果,進一步對我國中學生物學積件系統的研究展開分析,總結如下。
2.1研究內容
積件系統由積件庫與積件組合平臺構成。積件庫是教學資源的集合,包括五種類型:多媒體教學資源庫、微教學單元庫、虛擬積件資源庫、資料呈現方式庫和教與學策略庫。其中多媒體教學資源庫是目前積件庫建設的重要對象,該資源庫中的內容就是積件,包括文本、圖形、圖像、聲音、動畫及視頻等六種形式[4]。
(1)積件系統開發平臺選擇
積件開發軟件有Flash、PowerPoint、Authorware、3DStudioMax等,其中Flash因操作控制方便、處理能力強和兼容性高等優點成為最常使用的動畫類積件開發軟件,圖片處理軟件有Photoshop、Coreldarw等,視頻處理軟件有會聲會影等。積件的存放平臺可依托校園網,使師生能通過網絡訪問對積件素材進行下載、修改和上傳等操作,以豐富積件庫。而積件的組合可選用PowerPoint作為平臺進行操作。
(2)積件的制作與整合
中學生物學積件的獲取有兩種方式:已有資源的優化整合和教師動手制作。目前,已有資源的優化整合是中學生物學積件的主要來源,如收集、整理科普及教學光盤中的動畫、視頻素材,對其進行分割、合并,獲取積件;或將網絡上已有的不同版本的Flash課件、圖片、動畫、元件優化整合到一個Flash文檔中,制作成積件,此方式只是簡單地對已有資源進行分割整合。而教師動手制作則要求教師在確定積件開發的相關學科知識點后搜集素材、制定腳本進行原創式積件制作,該方式對教師軟件操作技能要求較高,難度較大,故資源較少。
2.2存在的問題與不足
根據分析可知,大部分文獻強調的是積件系統開發的必要性、與學科結合的可行性,在此基礎上進一步探討積件系統開發和建構的具體案例并不多。在積件制作中,大多只是對已有資源進行簡單的分割、組合,沒有較大規模的原創式制作,也沒有對新建積件進行教育實驗研究以檢測其教學效果。所以中學生物學積件系統的研究多停留在理論層面,而積件系統開發不完善,教師對開發軟件不熟悉,致使理論指導下的實踐研究出現停滯,研究步入瓶頸期。
3.發展我國中學生物學積件系統研究的策略
積件系統已成為現代教育技術的發展方向,針對我國中學生物學積件系統研究存在的問題,本文提出如下策略。
3.1注重實踐研究
積件系統從1997年發展至今在理論上已趨于成熟,數學、物理、化學等學科在實踐中取得一定成效。中學生物學應將研究重點從理論探討轉向實踐應用,在平臺選擇的同時,結合實例介紹平臺的使用步驟和積件的制作方法,將新建積件切實應用于教學實踐,檢驗其教學效果,以豐富多媒體教學資源庫,真正做到積件系統與生物學教學的完美結合,推動中學生物學現代教育技術的發展。
3.2完善積件系統開發的技術路線
積件系統的開發不僅是平臺的選擇,還要有規范的開發流程。本文結合當前各學科積件系統的開發步驟,設計中學生物學積件系統開發的技術路線,主要包括知識點篩選、積件制作、積件庫建構、積件組合平臺選擇、積件系統教育實驗研究、研究數據反饋、積件系統再修改等步驟(見圖1)。
圖1 積件系統開發技術路線圖
3.3提高教師的軟件操作能力
中學生物學積件系統開發的主要限制因素在于一線教師對開發軟件的利用能力,且生命活動過程復雜,對能力要求更高。因此,有效提高一線教師和在校師范生的軟件操作能力極為重要。對于高等師范院校的學生,可增設Flash、Authorware等軟件操作培訓課,并組織與計算機專業學生多交流,共同舉辦和參與積件制作競賽等;對于在職教師可注重對青年教師的培養,集中進行專業培訓、競賽和交流等。
4.結語
積件系統的開發與應用成為現代教育技術研究的重要方向。中學生物學積件系統的研究進入瓶頸期,究其原因在于研究還停留在理論層面,實際開發應用不多。因此,應將研究重點集中在積件和積件系統的具體實踐開發上,注重積件技術與教學實踐的密切結合,同時積極提高教師的軟件操作能力,吸納跨專業人才的加入,共同促進中學生物學積件系統研究不斷發展。
參考文獻:
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關鍵詞:教學質量 監測與評估系統 高效復習
中圖分類號:G633.91 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)04(c)-0036-02
1 研究背景、意義和國內外研究現狀
《基礎教育課程改革綱要》提出:“大力推行信息技術在教學過程中的普遍應用”。一方面是師生應對高考的需要;另一方面是學生個人成長和發展的需要,只有這樣,教師和學生才能更好地適應這個時代。
經濟發達國家已經建立了較完善的考試專業機構,很多機構根據自己的職能建立了數字化試卷分析系統,但這對目前中國學校來說并不符合國情。試卷分析在國內屬于起步階段,以往對學生考卷的分析,大多是用人工方式來完成的,操作過程周期長且容易出錯。引進計算機輔助工具(如Excel)后,情況有所改善,在數據量少的情況下,這些軟件基本可以勝任。但是當數據量大到一定程度時,就需要專門的系統來分析和處理這些數據信息。教學質量監測與評估系統輔助分析是其必由之路,在一定意義上,它能促進成績考核和教學管理的定量化、科學化。
2 教學質量監測與評估系統的選擇、學習和分析
目前,國內比較成熟的教學質量監測與評估系統有:全通數碼科技有限公司自主研發的產品MEQS,深圳海云天公司研發的海云天教育測評及教育質量評估體系以及南昌麗升信息技術有限公司的LeaScent教學質量檢測與評估系統等。
教學質量監測與評估系統一般具有如下功能:(1)答題卡制作;(2)試卷掃描;(3)識別裁切;(4)試卷分發;(5)閱卷客戶端;(6)數據統計報表。因其有針對性和可移植性,基本符合“教育測量學”要求的統計分析與評價功能。下面以LeaScent教學質量檢測與評估系統為例,介紹學生、家長和教師使用較多的“數據統計報表”功能。
數據統計報表功能主要包括:(1)成績報表中分析了各班各科各題的正答率、難度系數、區分度、均分、標準差,還根據試題作答情況統計出試題的閃光燈、薄弱點;(2)綜合指標分析統計各班的有效人數、最高分、最低分、均分、優秀率、及格率、低分率、標準差、眾數等信息;(3)分數段統計表靈活變動,可根據學校具體要求來進行設置,細分到1分一個分數段,統計年級各班均分、優秀數、及格數的排名和各分數段每個班所占的人數比;(4)分數段頻數分析顯示各班分數段之間的人數和年級累加總人數,附帶頻數分析圖能直觀的看出各班之間的差距;(5)考試情況統計表中詳細記錄了考號填涂有問題的學生姓名、考號;(6)總分排名顯示每個學生各科目成績的具體分數,總分、單科的年級排名、班級排名;(7)總分報表導出能提供給每個學生一張自己的成績單;(8)可生成學生脫機查詢庫,便于學生查詢自己的試卷成績信息。
3 高三生物考試分析及對策
借助教學質量監測與評估系統對考試進行分析和教學調整,擬以“問題、反思、策略”為主線,根據系統分析結果,分析教學中存在的問題、進行反思,提出解決問題的策略,推進有效教學,提高教學質量。下面以2012年至2013學年某次生物全市模擬考試為例進行分析。
3.1 考試試題信度分析
本套試題沒有超綱、試題不偏,考查內容都是高考所要求的考點。重點考查了本學科的核心知識(光合作用、呼吸作用、細胞分裂遺傳的基本規律、基因表達、可遺傳變異的類型、基因工程、現代生物進化理論內環境穩態的調節機制、二次免疫、生態系統的功能,DNA的粗提取和蛋白質的分離,生態工程的原理,探究實驗);試題分布廣泛(細胞結構和功能、減數分裂、種群和群落沒有出題)且較合理,難度適中,基本沒有學生做過的原題,多為改編試題,無特別新穎試題(高考中的新材料題)。著重考查學生對知識的理解能力、分析能力、應用能力和實驗探究能力,在核心知識和能力考查方面、題型、題量、試卷編制等都符合高考的要求或與高考一致,因此,總體來說本套試題具有較好的可信度。
3.2 考試情況及分析
從考試均分看:本次考試總體情況良好,考試成績與兄弟學??荚嚦煽儽容^可以看出,均分高出約11分,如果排除閱卷不統一造成的誤差,至少均分也要高出5分以上;僅從客觀題(選擇題)來看,我校的均分比其他學校的均分高約20%。
從臨界生(是指上一本邊緣的學生)的轉化情況看:臨界生工作取得了明顯的效果,各個班級上次的臨界生這次都有不同程度的轉化,如2班,上次班主任確定的9個臨界生中,已經有6人被轉化,補差工作也有明顯的效果,參加補差的學生都有不同程度的提高。
由此可知,本次考試有明顯的進步,可以說取得了良較好的成績。但是通過學生各試題的得分情況分析、學生答題卷的分析以及對答卷的面批、和學生面談的綜合分析,還存在許多問題,下面就學生本次考試及學習過程中的問題進行分析。
3.3 問題診斷分析
3.3.1 易錯題的分析
試卷第3題:占人類基因組中近一半的“垃圾”DNA之前一直被認為是沒有意義的,科學家新發現一種酶,該酶能在基因組的任何位置中“剪切”和“黏貼、垃圾”DNA,
而“垃圾”DNA的移動對細胞會產生影響。下列關于說法錯誤的是( )。
A 該酶的成分可以是蛋白質或脂質
B 該酶作用于磷酸二酯鍵
C 該酶是由活細胞產生的有機物
D 該酶有高效性和專一性
分析:本題均分為2.9分(滿分4分),難度系數0.72,區分度0.28。
考點分析:本題考查酶的化學本質(種類),酶的作用特點(高效性、專一性)。題干給予最新的科研成果,選項中設置干擾項,著重考查學生信息獲取能力以及運用相關生物學知識規律推理判斷能力。
錯因分析:錯誤選項B(7人)、C(23人)、D(144人)。
學生錯誤集中在D選項的主要原因:(1)知識方面:知識點(酶的本質-蛋白質/RNA)遺忘,也有不少思維敏捷的同學認為此酶可能是新發現的全新的酶類,不同于已知的任何一種酶類,誤認為A正確;(2)能力以及應考策略方面:本題給予新信息,題目中設置對應的干擾項,對學生新信息獲取以及排除干擾能力有一定要求。題干“該酶在基因組任何位置”,選項D“專一性”,不少同學將該酶與限制酶比較,認為材料中的信息已經了此酶的專一性。酶的專一性有絕對專一與相對專一之分(簇專一,鍵專一等),不少同學對酶專一認識不足,在信息與干擾下選擇D。
3.3.2 易錯題的診斷與矯正試題
(對應試卷第3題)當某種RNA存在時,生物體內的某種化學反應能正常進行,當這種RNA被有關的酶水解后,此種化學反應的速率便慢了下來。由此可以說明:
A RNA是核酸的一種
B RNA也可起生物催化劑的作用
C RNA主要存在于細胞質中
D RNA是該種生物的遺傳物質
正確答案B:此題考察酶的化學本質, 題目中給予新的信息,要求學生根據信息做相關判斷??疾斓闹R點,能力要求與試卷試題高度吻合。
3.4 反思和體會
(1)進一步落實學生知識結構的形成。以教材為藍本,先按每節知識為單位,引導學生構建知識體系,然后,再以章為單位構建。最好的方式是引導學生自己構建,充分發揮學生的主體作用,老師不要包辦。
(2)狠抓核心概念的教學。對核心概念不僅要從概念的內涵、外延,講清楚、將透徹;而且,盡量將相關概念聯系起來,通過比較、分析,加深學生對核心概念的理解,避免學生對核心概念的混淆。
(3)始終堅持“以培養學生的能力為主”的教學思想。在今后的復習過程中,根據教學的具體內容,圍繞考綱要求的十一種能力,有計劃、有步驟的一一加以落實。尤其要把學生對知識的遷移能力、從文字、圖表中獲取知識的能力,實驗探究能力、審題和答題能力放在首位。
(4)重視對臨界生的面批、面談工作。通過面批臨界生的答卷和相互交談,將“掌握學情、落實教學方法”真正落到實處;準確把握學生存在的具體問題:能力、方法、思路、技巧等。確定知識的難點、重點和易錯點,落實矯正的具體措施;使我們的教學更加具有針對性。
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[關鍵詞]高校圖書館;流通部;借閱學生;服務關系
doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.22.100
[中圖分類號]G258.6;G252 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194(2016)22-0-02
高校圖書館流通部的工作重心和目的是更好地服務于借閱學生。一般來說,高校圖書館流通部對借閱學生的服務工作質量能直接決定借閱學生對圖書館的滿意程度。因此,流通部作為借閱學生與圖書館之間橋梁,其作用是至關重要的。要想做好圖書館流通部的服務工作,為借閱學生提供便利,則需要圖書館領導、流通部工作人員及借閱學生三方的共同努力。
1 當前高校圖書館流通部與借閱學生服務工作存在的問題
互聯網技術的應用和推廣給高校圖書館工作帶來了許多積極影響,高校圖書館一改以往內容繁雜、體力消耗大的程序和技術,成為了現代化、數字化的圖書館。然而高校圖書館流通部在面臨全新的發展機遇時,也面臨著更多的問題和挑戰。
1.1 流通部工作人員服務形式單一、質量低下
長期以來,人們對高校圖書館流通部工作的認識是在圖書館內等待借閱學生借還紙質圖書,然后辦理簡單的、機械的審核和記錄流程。這種認識造成流通部工作人員對服務工作失去熱情和積極主動性,對借閱學生態度冷漠、愛搭不理,服務質量低下。此外,在當前網絡信息的大環境下,高校圖書館的館藏文獻引進了大量電子文獻,流通部的工作不再局限于單一的對紙質文獻進行管理,還包括對電子文獻的推廣、傳播與管理。
1.2 流通部工作人員服務水平需要提高
通常情況下,如果借閱學生有特殊的借閱需求,流通部工作人員應以滿足讀者需求為中心,盡力幫助借閱學生查找相關資料和書籍,這就需要流通部工作人員掌握一定的電腦技術,以便工作順利進行。實際上,圖書館的技術人員大多為信息技術服務部門人員,信息技術服務部門也有自己的工作,不會長時間停留在流通部工作。在電腦發生故障時,由于流通部工作人員僅了解如何操作圖書管理系統,而對其他電腦技能知識了解甚少,使得流通部工作人員在電腦故障面前手足無措。此外,目前還有許多高校停留在對圖書的基礎管理工作上,未將網絡信息化的優勢發揮出來,服務水平不高。
1.3 流通部工作量大且機械枯燥
流通部工作人員每天都游走于借閱學生與圖書之間,不斷重復借書、還書、上架、倒架、整架等機械性枯燥的工作,導致工作人員失去耐心、時常抱怨。再加上歷年來高校招生數量逐年增加,流通部的工作任務異常艱巨。
1.4 流通部與借閱學生交流溝通較難
圖書館經常會收到關于流通部工作人員服務態度冷淡的讀者投訴,細究其因,筆者總結出以下幾點:①借閱學生自身修養不高,稍不稱心,就無理取鬧、出言不遜,刁難工作人員;②隨著高校學生逐年增多,書價上漲,可參考借閱書籍滿足不了借閱學生的需求,從而導致拒接率提高,使借閱學生產生不滿;③圖書館的借還書制度和丟失損壞圖書制度均由流通部執行,流通部和讀者之間不可避免發生矛盾;④報警設施不完善。由于借閱學生攜帶未消磁但已借書籍或其他電子產品進出圖書館,報警器發生響聲,流通部工作人員便需要處理有關報警問題,久而久之,讀者會感到厭煩。
2 改善高校圖書館流通部與借閱學生服務關系的措施
2.1 提高流通部工作人員的服務質量和水平
流通部工作人員要始終堅持“讀者第一”的服務理念與態度,自覺維護讀者借閱權利。提高服務質量和水平的方式可從以下三點進行。
2.1.1 結合圖書館自身實際情況,制定一系列圖書借閱規則
規則中應明確指出借書流程、還書流程、圖書續借流程以及違反圖書借閱規則應當受到何種處罰等,使流通部工作有規則可依、有章可循。
2.1.2 嚴格執行圖書借閱規則
流通部工作人員在工作時務必要按照規則辦事,明確自己的工作職責,以服務讀者為中心,加快圖書的流通速度。
2.1.3 做好圖書館宣傳工作
高校圖書館流通部的工作不僅僅是做好圖書借閱管理,還要做好新生的借還書教育工作,定期不定期開展宣傳講座,提高學生的借閱意識,對于違反圖書借閱規則的學生要及時通報并解決問題。
2.1.4 加強圖書館硬件設施建設
圖書館應加強電子閱覽室的建設,依托網絡優勢實現圖書資源共享。還應建立掌上圖書館,使手機變為移動圖書館,讀者可隨時隨地對館藏資源進行訪問。
2.2 提高圖書館流通部工作人員的服務意識
高校圖書館流通部工作人員的素養直接決定了實際自身服務工作水平,因此圖書館流通部工作人員要不斷提高自身素養。首先,要始終秉承全心全意為借閱學生服務的態度,對待工作要有強烈的熱情和責任感,把使讀者受益看作工作的任務和目標。其次,要不斷提高自身政治修養,要有敬業精神,做到愛崗敬業、服務至上。圖書館流通部的工作具有內容多、任務重、機械枯燥等特點,在此種情況下,如果流通部工作人員對工作沒有熱愛與追求,極易產生動力不足、懈怠等現象。因此,需要流通部工作人員改變傳統的服務理念,用心做好本職工作。最后,流通部全體工作人員要發揚團結協作的精神。流通部是一個有機整體,做好服務工作需要個體之間相互協作、互幫互助,這樣才能從傳統借閱服務轉變為現代技術服務、從資源服務轉變為知識服務、從被動服務轉變為主動服務、從封閉式服務轉變為開放式服務,創造一個和諧的圖書流通氛圍。
2.3 流通部工作人員要掌握計算機技術知識,熟練業務技能
一名合格的流通部工作人員不僅要熟練掌握計算機技能知識,還要充分了解情報學、圖書館學,這樣才能引導借閱學生快速查詢與檢索圖書信息;還要具備良好的知識評價能力和綜合素養,以便于對大量無序信息進行整理,提高服務效率。因此,圖書館流通部工作人員要增強對圖書館學、情報學、信息管理學的知識儲備,掌握必備的計算機信息處理技術和操作技術,在實際工作中,應及時對錯位書籍進行歸位,對破損書籍進行修補,深入了解借閱學生的借閱心里,使自己成為一名高素質的專業性人才。
2.4 流通部工作人員要掌握借閱學生的閱讀特點
學生主體是高校圖書館的主要服務對象,而學生讀者的閱讀興趣主要集中在高校教學和科研活動等資料上,流通部工作人員應根據學生的需求推薦合適的文獻資料,并根據借閱學生的閱讀意向不斷充實館藏文獻。一般來講,借閱學生群體的需求具備以下特征:首先,借閱學生群體的需求具備穩定性。高校開設的專業課程決定了借閱學生群體的需求具備穩定性,因此流通部工作人員應根據借閱學生所屬專業預測其所需參考資料及輔導資料;其次,借閱學生群體的需求具備集中性。對于教學用書,流通部工作人員可預測借閱學生需要,協助采編部制訂合理的采購計劃,改變供不應求的現象;最后,借閱學生群體的需求具備階段性??纱笾路譃殚_學階段、放假階段和考試階段三個階段。流通部工作人員應根據不同階段借閱學生需求做好相應的圖書流通工作。
2.5 圖書館流通部應充分發揮學生“館員”的優勢
當前,大多數高校已經將勤工助學的學生納入圖書館館員之列,這一政策收到了良好的效果。學生在勤工助學的同時,能夠提高自身的勞動意識,還解決了流通部工作人員不足的問題。要想充分利用學生“館員”的優勢,就要做好以下幾點:第一,做好學生“館員”的崗前培訓。圖書館流通部許多工作不需要豐富的專業性知識,只需要學生“館員”耐心、認真、負責即可。所以學生“館員”上崗前的培訓是必不可少的。第二,加強學生“館員”與借閱學生間的交流溝通。學生“館員”具有雙重身份:一是流通部工作人員,二是學生。學生“館員”既是服務者,又是被服務者。因此,學生與學生間的交流更能直接反映流通部服務工作存在的問題,促進圖書館工作的發展。
3 結 語
就高校圖書館流通部工作人員來說,要想處理好流通部與借閱學生的服務關系,首先必須做好本職工作,改變以往對待服務工作的陳舊理念,對待服務工作要愛崗敬業、充滿熱情,要始終堅持“讀者第一”的觀念,以滿足借閱學生的需求作為自身工作的任務和目標,努力增強自身業務能力,提高服務質量,促進高校圖書館信息資源共享。
主要參考文獻
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關鍵詞:計算系統生物學;教學;醫學院校;課程
生命系統高度復雜,成千上萬的基因相互作用,形成復雜的調控網絡,繼而完成特定的生物學過程。傳統生物學實驗從單個基因角度出發,探索生命現象或者疾病致病機制,忽略了系統中各個層面的交互、支持、整合等作用,限制了生物學研究的發展。隨著高通量測序技術的發展,海量組學數據(基因組、轉錄組、蛋白質組、表觀組、互作組等)的涌現,以及生物信息整合分析技術的開發,計算系統生物學應運而生[1]。計算系統生物學是生物信息專業本科生基礎課程。自哈爾濱醫科大學2003年開設生物信息專業以來,計算系統生物學一直是該專業學生的主干課程,經過多年的理論與實踐教學,筆者將探討該課程相關內容和教學方法,以期提高教學質量。
1計算系統生物學課程簡介
計算系統生物學是一門新學科,以生物信息學為基礎,以計算為工具,從系統的角度解決生物學和醫學問題。計算系統生物學研究流程首先是實驗數據的獲得,其次是利用計算生物學建立生物模型。科學家把計算系統生物學分為“濕”的實驗部分(實驗室內的研究)和“干”的實驗部分(計算機模擬和理論分析)?!案伞焙汀皾瘛睂嶒灥耐昝勒喜攀钦嬲挠嬎阆到y生物學[2]。計算系統生物學的核心是整合,包括三方面:將系統內不同性質的構成要素(基因、mRNA、蛋白質、生物小分子等)整合在一起進行研究;從基因到細胞、到組織、到個體的各個層次的整合;研究思路和方法的整合(水平型和垂直型整合)。計算系統生物學與其他學科密切相關,如生物信息學、分子生物學、數學、計算機[3]。計算系統生物學不僅僅滲透到醫藥領域,也已經廣泛應用到能源領域,工業生產、畜牧農林業等等。
2教學現狀
計算系統生物學課程總學時數目是60學時,包括42學時理論學時和18學時實驗學時。一般開設在本科三年級。該課程授課教師質量優,是從生物信息學方向畢業的博士,具有生物背景和數學背景,常年從事復雜疾病的系統生物學方面的研究。由于該課程在醫學院校開設,必然需要一些具備計算機和算法良好基礎的優秀教師參與授課,這樣才能使得該課程具有良好的師資結構,保證好的授課效果。目前,據不完全統計,全國有30余家生物信息學專業開設計算系統生物學課程。不同背景的院校開設該課程,側重點各有不同。工科院校側重算法的開發和模型的建立。醫學院校側重生物學問題和疾病機制的探索。
3教學內容
目前沒有規范的、成熟的中文計算系統生物學課程教材,均是授課教師編寫的講義。授課教師根據專業背景、專業人才培養定位,緊跟專業前沿研究內容,制定教學大綱和教學計劃,包括理論課和實驗課。教學大綱包括理論課每一個學時的授課內容(掌握和熟悉的內容)、教學基本要求、教學重點和難點。實驗課需要明確實驗名稱、實驗內容、實驗目的和要求、實驗程序、結果分析等。計算系統生物學的實驗制定以理論為基礎,將理論應用于時間,旨在提高學生動手操作能力。
4教學模式
4.1理論與實踐結合
計算系統生物學課程依賴于專業基礎課的內容,例如:組學的知識點、網絡知識點、概率論、數理統計、計算機編程等。對于理論課,主要采用教師主導的傳統講授方法,運用PPT等多媒體授課,以彌補書本教材抽象、呆板的缺點。在授課課件中需要利用大量圖片生動、形象地展示當前計算系統生物學研究領域的最新進展。收集或制作動畫、視頻教程在課堂上進行演示。從數據搜集、數據分析、數據綜合、建立模型、干實驗模擬、系統分析模型、提煉假設和預測,到最后的實驗驗證。這是一個經典的計算系統生物學分析流程。在理論知識的基礎上,需要及時在實驗課堂上進行實踐。指導學生理解不同算法的基本原理,結合生物學問題,深入淺出地闡明計算系統生物學精髓。由于實驗課課時有限,需要引導學生課后積極思考、探索有意思的生物問題,鼓勵學生自己實踐小課題,活學活用。鼓勵學生自學,拓展知識面,積極關注最新科研動態,培養學生學習興趣。
4.2案例式授課
計算系統生物學課程的理論知識是枯燥的,計算系統生物學是一門多學科交叉的科學,涉及的知識面廣而深。例如:計算系統生物學涉及到數學知識,如貪婪算法、圖算法、組合模式匹配、聚類和樹、隱馬氏模型、隨機化算法等[4]。又如,涉及廣泛的生物學知識點,必須有分子生物學、生物化學、細胞生物學知識儲備。如何提高學生學習的積極性,學會將不同的知識點融會貫通的運用起來,是一個關鍵問題。在授課過程中,針對不同的教學內容和教學目的,需要采取不同的教學方法。因此,采取案例式方法授課,可以收到很好的教學效果。例如:在腫瘤系統生物學這部分知識點授課時,以肺癌為例,整合突變、拷貝數、甲基化等多維度分子改變識別肺癌相關基因[5]。首先,學生需要了解肺癌這個疾病的背景知識,了解不同分子改變的內涵;其次,要獲得肺癌患者的數據,需要到公共數據庫,如TheCancerGenomeAtlas等,搜集不同分子改變數據并進行處理;然后,根據一定的生物學假設,建立統計模型,應用到肺癌數據上;最后,進行癌基因的預測和驗證。通過案例,引導學生思考,將不同的知識點進行融合利用,收到良好的教學效果。
4.3科研教學一體化
計算系統生物學是一門新學科,知識處于不斷更新中。教師在授課過程中需要引導學生學會檢索文獻、閱讀前沿英文文獻,重視學生的創新思維,提高學生學習的積極性。我院實行學業導師制,學生在大三年級進入各位老師研究的課題組。那么,在授課過程中,授課教師需要注重引導學生將理論知識應用到解決科研問題上,將科學研究和教學一體化,以科研促進教學,學以致用,讓學生感受到學到的知識的用處。這樣學生對課程內容會產生興趣,興趣是最好的老師,這將有助于學生創新思維的訓練和科研時間能力的培養。
5結語
總之,計算系統生物學教學目的是從大數據中挖掘有用的生物信息,并整合起來從整體上認識生物系統;用數學模型為生物系統建模,揭示生物機制和致病機制[6]。大數據時代下,精準醫學的發展必然離不開計算系統生物學。通過該課程的授課,培養復合型的學生,提高學生的學習積極性、實踐操作能力和解決實際問題的創新能力。同時,對我們任課教師也提出了更高的要求。授課教師需要不斷提高自身素質,包括科研能力、教學水平等,積極和同專業的教師進行交流,不斷地探索和完善計算系統生物學課程教學,培養具有跨越數理科學、生命科學、信息科學、醫學等不同領域的優秀生物信息學人才。
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1、生物信息學(Bioinformatics)是研究生物信息的采集、處理、存儲、傳播,分析和解釋等各方面的學科,也是隨著生命科學和計算機科學的迅猛發展,生命科學和計算機科學相結合形成的一門新學科。它通過綜合利用生物學,計算機科學和信息技術而揭示大量而復雜的生物數據所賦有的生物學奧秘。
2、生物信息學的另一個挑戰是從蛋白質的氨基酸序列預測蛋白質結構。這個難題已困擾理論生物學家達半個多世紀,如今找到問題答案要求正變得日益迫切。諾貝爾獎獲得者W. Gilbert在1991年曾經指出:“傳統生物學解決問題的方式是實驗的。現在,基于全部基因都將知曉,并以電子可操作的方式駐留在數據庫中,新的生物學研究模式的出發點應是理論的。一個科學家將從理論推測出發,然后再回到實驗中去,追蹤或驗證這些理論假設”。
3、生物信息學的主要研究方向:基因組學 - 蛋白質組學 - 系統生物學 - 比較基因組學,1989年在美國舉辦生物化學系統論與生物數學的計算機模型國際會議,生物信息學發展到了計算生物學、計算系統生物學的時代。
(來源:文章屋網 )
關鍵詞:穴位敷貼療法;作用機理;中醫藥系統生物學;綜述
DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2017.03.033
中圖分類號:R245.9 文獻標識碼:A 文章編號:1005-5304(2017)03-0134-03
Research Review of Functional Mechanism of Treatment by Way of Pasting TCM on Acupoints HE Yan-ping1, XIAO Xiao-qin1, DENG Gui-ming2, OUYANG Lin-qi2, CHEN Zhen2, ZHANG Zhi-guo2 (1. Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China; 2. First Affiliated Hospital of Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410007, China)
Abstract: Treatment by way of pasting TCM on acupoints has a long history and the clinical efficacy is determined. In this article, based on the concept of TCM wholism and meridian theory, the mechanism of acupoint pasting therapy was expounded from the aspects of medicine effects on local stimulation of the body, meridian conduction, medicine transdermal absorption. Combining with the research hot spots of modern medicine transdermal delivery system, metabolomics, and efficacy material, this article proposed a new study mode of systems biology of TCM.
Key words: acupoint pasting therapy; mechanism of action; systems biology of TCM; review
穴位N敷療法最早見于《五十二病方》,是以中醫理論為基礎,以整體觀念和辨證論治為原則,根據經絡學說,選取一定的腧穴,并采用適當的藥物進行貼敷,通過經絡刺激與藥物的作用,調理臟腑陰陽,疏通經絡氣血,從而達到預防和治療疾病目的的一種療法[1-3]。
穴位敷貼療法是中醫外治法的特色,目前在臨床上已經廣泛應用于內、外、婦、兒等科急慢性疾病,療效肯定,尤其對肺系疾病如哮喘、慢性支氣管炎、過敏性鼻炎防治效果顯著[4-8]。
穴位敷貼療法作用機制非常復雜,在國內外研究者對中藥穴位給藥機制進行的初步研究中,一般認為是藥物透皮吸收和經絡系統對人體調節的雙重效應[9]。本文主要從以下3方面論述穴位貼敷療法作用
基金項目:國家中醫藥管理局中藥炮制學重點學科(2012年);湖南省中醫藥管理局重點項目(201443);湖南省教育廳重點項目(13A067);張志國全國名老中醫藥專家傳承工作室建設項目(2016年)
通訊作者:肖小芹,E-mail:
機理,為今位貼敷療法的臨床應用和實驗研究提供依據。
1 對機體的局部刺激
即相當于藥物灸療法,使局部血管擴張,促進血液循環,并通過神經反射,激發機體的調節作用?,F代研究表明,當藥物作用人體穴位后,使該穴位的組織結構、皮膚、神經、血管、淋巴均發生一定的變化,某些中藥能刺激穴位使局部的溫度增高,毛細血管擴張,有利于藥物成分通過皮膚穿過毛孔不斷地進入淋巴液、血液,從而發揮其藥理作用。穴位敷貼還可能通過刺激機體局部以及藥物的吸收、代謝對機體的有關物理和化學感受器產生影響,直接反射性地調整大腦皮層和植物神經系統的功能,通過細胞免疫和體液免疫增強抗病能力,從而達到防病治病的目的[10-11]。
但目前中藥藥效成分及經絡調節機制尚未闡述清楚,尋找其他途徑的研究方法對于揭示中藥穴位貼敷給藥的機制更有意義。而從中藥藥效物質基礎和代謝組學探求中藥藥效物質基礎已經成為當今中醫藥界乃至整個藥學界關注焦點問題[12]。劉莉等[13]通過超高效液相色譜結合高分辨率質譜聯用(UPLC-Q-TOF- MS)技術研究中藥穴位貼敷治療豚鼠尿液代謝物圖譜,初步確認部分哮喘發作潛在的生物標志物和治療哮喘潛在的生物標志物。該研究建立了基于豚鼠尿液的UPLC-Q-TOF-MS代謝組學研究方法,初步闡釋了中藥穴位敷貼治療哮喘的代謝組學機制和中醫穴位敷貼透皮給藥的內涵。研究結果對用現代生物科學技術解釋傳統中藥制劑理論有一定的啟發作用。
2 穴位刺激及經絡傳導
研究表明經絡和穴位不同于血管和血液,它可以使藥物直接到達相關臟腑發揮作用,而不是像血管和血液將藥物廣泛分布到全身[10]。各種病邪侵犯人體,臟腑功能受損,導致經絡澀滯,郁而不通,氣血運行不暢,引起各種疾病,此時可能在經絡循行部位尤其在其所屬腧穴部位出現麻木、疼痛、紅腫、結節或特定敏感區及與經絡相關臟腑的疾病等異常情況。用中藥貼敷相關穴位,激發經氣,既有穴位刺激作用又通過經絡傳導,使藥物充分發揮其功效。改善經絡氣血的運行,糾正臟腑的陰陽失衡,對五臟六腑的生理功能和病理狀態具有良好的治療和調整作用,從而達到抗御病邪,保衛機體的作用[14]。腧穴作為臟腑氣血匯聚之所,有其獨特的生理功能,現代醫學研究還認為,經穴對藥物具有外敏感性和放大效應,經絡系統是低電阻的運行通道,因此,藥物貼敷于特殊經穴,能迅速在相應組織器官產生較強的藥理效應,起到單相或雙相調節作用[11]。
3 透皮吸收
藥物貼敷于相應穴位后,經皮膚滲透吸收,進而通過血液循環最終到達臟腑經氣失調的病所,發揮藥物的“歸經”和功能效應,從而產生治療疾病的作用[15-17]。
中藥經皮給藥系統(TDS)是將中藥或中藥提取物與適當基質和/或透皮吸收促進劑混合后,敷貼于皮膚表面或相應穴位以起到治療作用[18]。穴位貼敷與TDS概念不謀而合,因此對TDS和中藥體外透皮吸收的研究對揭示中藥穴位給藥機制具有重要意義。穴位敷貼具有經皮給藥的優點,不僅可以避免因口服給藥導致胃腸內消化酶對藥物的分解作用和肝臟的首過效應,還可以通過控制藥劑輸送的速率,產生持續穩定的血藥濃度,降低藥物的毒副作用,減少給藥次數,經濟安全,簡便易行。故將中藥經皮給藥與穴位功能結合起來研究其作用機理可以發揮更大的優勢。
傳統的穴位敷貼給藥局限于丸、散、膏、糊等制劑,藥物的溶解率不高,且有效成分難以迅速充分透皮透穴吸收利用,限制了藥效發揮和進一步研究應用[19-20]。國內外研究者從物理促滲、化學促滲劑促滲和劑型因素3方面進行了中藥經皮給藥促滲技術的研究[21-24],取得了很好的效果。本課題組曾對咳喘穴位貼散進行了質量控制研究及劑型改進,采用超臨界CO2萃取技術提取了咳喘穴位貼散配方藥物的有效部位[25]。在處方確定的基礎上優選了基質的配比組成,篩選了1%氮酮為貼片透皮促進劑,對貼片的成型性進行了研究,采用熱熔法制備了新型咳喘穴位貼片[26];并進行了貼片體外透皮吸收和釋放性研究以及2種劑型的體外透皮特性比較研究[27]。這些工作都表明利用現代科學和實驗技術可以進一步促進穴位敷貼藥物的滲透吸收,更好發揮其藥理作用,為穴位敷貼進一步的研究與開發利用提供了扎實的基礎。
4 展望
中藥穴位敷貼療法以中醫整體觀念和經絡學說為指導,既有藥物本身的滲透吸收作用,又有藥物對穴位的刺激作用以及經絡穴位的傳導功能,它們之間相互影響、相互作用、相互補充,共同發揮整體疊加治療作用。中藥通過多成分、多靶點、多環節的整合效應而發揮其綜合作用的優勢。但傳統的中醫藥理論只對方藥效果給出直觀和取象比類的說明,沒有藥效物質成分,也沒有揭示產生藥效的過程和機制,且中醫理論沒有指出疾病的病因病理的物質基礎,有一定的局限性。近年來,中醫藥研究在國內外得到空前的重視和發展,各種現代科學和高新技術介入傳統中醫藥研究開發,給中醫藥帶來了新的發展機遇。系統生物學在目前中醫藥方法學創新研究中最受關注,系統生物學以整體性研究為特征,以整合多種組學信息為手段,力圖實現從基因到細胞、組織、個體的各個層次的整合,是當前復雜生命體系研究中比較公認的思維方式和研究手段,中醫藥同樣是一個復雜的系統,其理論中最具特色的“整體觀”“辨證觀”“動態觀”,與系統生物學的研究思路十分一致。因此,積極引入系統生物學的新思路、新方法,將可能成為推動中醫藥的現代化探索一個突破口,也開辟了系統生物學研究的一個新興領域――中醫藥系統生物學。因此,以中醫藥理論為指導,結合現代科學分析與生物信息學技術,基于中醫藥系統生物學模式進行探索,加強基礎研究,從藥效物質組學、代謝組學等方面研究中藥穴位敷貼療法治療疾病的藥效物質基礎及作用機制,將可能發現穴位敷貼藥物藥效作用的活性分子群、作用機理及可能作用靶點,實現藥效物質基礎與作用機制研究的一體化。基于臨床療效確切的咳喘穴位貼散,同時對傳統敷貼進行劑型和制作工藝的改革,借鑒現代透皮給藥的新技術、新方法,研制高效、新型的外用敷N藥物,將有更廣闊的市場前景。
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關鍵詞 合成生物學;醫藥;能源;實踐
中圖分類號 R122 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)121-0161-01
目前科學家已測定了包括人類在內的700多種生物的基因組,這表明生命科學進入遺傳密碼的全面解析階段,在分子水平研究基因結構和功能。這些成果為工程師創造新世界提供了有力的生物元器件。工程師可以用這些已知的功能,重新設計和構建具有新功能的生命,甚至可以全合成新生命,這就是進入21世紀新興的合成生物學。合成生物學是繼人類基因組研究之后,生物領域的又一熱門學科,是整體系統論生物學思潮在工程學領域的
再現。
1 合成生物學與其他學科的關系
1.1 合成生物學與系統生物學
合成生物學的出現是與系統生物學的發展密不可分的。從哲學思維上,二者都遵從系統論,生物系統的整體功能不可分割。系統生物學將在基因、蛋白質、代謝物等多維分子水平獲得大量的細胞行為知識和建立生物網絡,為合成生物學提供理論和模型。合成生物學可為系統生物學的定量分析提供模式生物。
1.2 合成生物學與生物信息學、化學
如果把基因組測序看成閱讀和解碼遺傳信息的過程,那么合成生物學就是人工書寫和編程過程,是測序的逆過程。這個過程對生物信息學提出了更大的挑戰,與所有的工程學一樣,合成生物的設計和優化過程中需要用新的算法進行模擬和測試。合成生物的過程是以原料核酸的高速合成為基礎的,因此需要高效、低成本的化學合成技術提供支持。目前,常規化學方法合成一個堿基核苷酸商業化價格是2元左右,而新方法有望把成本降到更低。
1.3 合成生物學與基因工程
二者既有聯系,也有區別。就操作對象和主要技術手段而言,二者相同,都是以基因為對象,都需要核酸酶和連接酶作為剪切和組裝的工具,也都需要載體來承載基因,進行擴大繁殖和保存。然而僅采用基因工程技術,只能在較小的范圍內對已經存在生命進行改造,合成生物學研究將降低關鍵技術成本,解決基因操作的經濟性問題,從而在工程領域將得到廣泛應用。
2 醫藥與能源創新發展中的合成生物學技術
創新藥物的發現是整個新藥研究中最富創造性的環節。20世紀70年代之后,DNA重組技術、基因組學、蛋白質組學、生物信息學及生物芯片技術的研究成果為新藥研究提供了指導性的理論知識和多樣化的實驗手段,極大地促進了新藥的研制和產業化。
2.1 DNA重組技術與創新藥物研究
DNA重組技術通過人為的基因拼接,構建攜帶外源目的基因的表達系統,在宿主細胞中表達外源基因編碼的蛋白質、多肽類藥物。DNA重組技術為創新藥物的研究和產業化提供了全新的技術,開創了現代生物技術藥物的新階段。在微生物藥物的制備中,具有良好遺傳特性的高產菌株是產業化的關鍵。重組DNA技術已成功地應用于構建具有特定遺傳特性的高產菌株。如將放線菌紫紅素的合成基因導入紫紅鏈霉菌,產生了新型抗生素二氫榴菌紫紅素;將紅霉素抗性基因轉入紅霉素產生菌,可構建出耐自身產物抑制的高產菌株;將透明顫菌的血紅蛋白基因導人金霉素產生菌,工程菌可以在低溶氧條件下正常代謝,達到降低供氧能耗的目的。
2.2 蛋白質組學與創新藥物研究
蛋白質組學(proteomics)是繼人類基因組計劃之后又一個引人注目的新興學科。蛋白質組學是從整體蛋白質水平上,從更貼近生命活動規律的角度去探討機體生理、病理現象及其本質。人體細胞有3000~10000種以上的蛋白質。蛋白質的種類和數量及其功能狀態在同一機體的不同細胞中是不相同的,即使是同一種細胞,在不同時期,其蛋白質的種類和數量也不盡相同。正常和病變狀態下細胞內的蛋白質譜存在差異,服藥前后的蛋白質譜也存在差異,通過定性和定量地分析蛋白質譜的差異,可以探討疾病發生的可能機制,發現藥物作用的新靶點,從而為研發新藥,研究藥物作用機制以及指導臨床合理用藥提供重要的依據。
靶向藥物的研制是創新藥物研制的主流。據統計,已發展了多種類型的功能或疾病靶標,涉及:腫瘤、血液與造血、免疫調節、心腎系統、胃腸系統、神經系統、內分泌系統及泌尿系統等。據Drew報告(2000年),目前使用的、據認為安全有效的多種疾藥的分子靶點483個,按生物化學分類,其中受體45%,酶28%,激素與細胞因子11%,其他為離子通道、核多體等。在分子水平對疾病研究結果顯示,潛在的藥物靶點數目可能為5000~10000個,均可能作為研制藥物的作用靶點。
2.3 生物信息學與創新藥物研究
生物信息學是生物學、數學、計算機科學和信息科學等多學科交叉產生的嶄新學科。生物信息學借助計算機強大的信息儲存和信息分析功能處理生物學領域、尤其是基因組學和蛋白質組學研究領域中爆炸性增長的海量數據。生物信息學的核心內容至少包括基因組信息學、蛋白質組信息學和代謝調控信息學三大部分?;蚪M信息學指對基因信息的獲取、處理、存儲和分析,目的是確定全部基因的確切位置,以及各DN段的功能。蛋白質組信息學包括對有關細胞或組織中的全部蛋白質的結構、組成、功能、定位以及各蛋白質問的相互作用的信息進行處理和分析,目的是確定各種蛋白質的組成、結構和功能及相互作用。
2.4 生物芯片技術與創新藥物研究
生物芯片(biochip)是近年來生命科學、微電子學和生物信息學結合交叉領域的重大進展。生物芯片分為DNA芯片、RNA芯片、蛋白質芯片、抗體芯片、PCR芯片及藥物傳輸芯片等。生物芯片通過原位化學合成或機械點樣構成高密度探針微陣列。比如DNA芯片可在1 cm2的玻璃或硅片襯底上,集中排列數萬至數十萬個DNA探針。從理論上講,十至數十個這樣的芯片就可以全面檢查一個人的基因,從而發現結構異常或功能異常的基因。生物芯片主要用于基因序列測定,分析基因組突變和單核苷酸多態性突變位點,同時也用于測定特定基因的表達水平和比較同源基因的表達差異,以實現對細胞、蛋白質、DNA及其他生物組分的準確、快速和大信息量的檢測。生物芯片技術的發展為疾病的臨床診斷和個性化治療開辟了全新的途徑,同時為創新藥物的高通量篩選(high throughput screening,HTS)提供了強有力的技術支撐平臺。
3 結束語
合成生物學為很多領域的研究提供新視角:生物學家用它來重建不同層次的研究對象,由此加深對生命活動和生命過程的理解;化學家用它創造新分子化合物;物理學家用它來發現自然狀態下分子的運動行為;工程技術人員則用它進行藥物、生物材料和生物能源等工程設計并簡單、低廉、高效地制造,滿足人類和社會發展的需要。
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1990年啟動的人類基因組計劃把生物學由分子生物學時代推向了系統生物學時代,生物學由分解轉向整合。代謝組學是繼基因組學、轉錄組學、蛋白質組學之后,系統生物學的重要組成部分。細胞內的生命活動大多發生在代謝物層面,如細胞信號釋放、能量傳遞、細胞間通信等,因此,代謝組學被認為是“組學”研究的最終方向[1]。中醫藥學是有著幾千年歷史的古老科學,中醫藥的現代化研究迫切要求將古老的中醫“語言”用現代科學加以闡釋,而近年來用現代醫學的還原論思想模式來衡量和改造中醫藥學,卻出現了中醫藥學在現代科學面前無法證明其科學性的尷尬局面[2]。代謝組學與中醫藥學都是用整體思維模式來研究機體的,因此,如果能尋找到有機的切合點,將處于科學研究前沿的代謝組學與中醫藥學研究結合起來,勢必能更好地推動中醫藥現代化的進展。筆者重點探討了代謝組學與中醫藥學的聯系及代謝組學在中醫藥現代研究中的應用,以期拋磚引玉,為代謝組學應用于中醫藥的現代化研究提供理論幫助。
1 代謝組學與中醫藥學理論體系的聯系
中醫藥學是有著數千年歷史的古老科學,在歷代醫家不懈的醫療實踐中,形成了以整體觀念和辨證論治為特點的理論體系。所謂整體觀念,是關于人體自身的完整性及人與自然和社會環境統一性的認識,是整體思維方法在中醫理論中的體現。中醫藥學非常重視人體的統一性和完整性,認為人體的每個局部都是整體的一部分,都具有整個生命的全部信息;另一方面注重人體與環境的統一性,認為人的生命活動與自然運動規律相統一。這種觀念貫穿于中醫學對人體的生理活動和病理變化乃至疾病的診斷、預防和治療等各個方面的理性認識之中。近年來,中醫藥現代化研究已經成為學術科研上的焦點問題,學者們力圖用現代科學方法論來衡量和改造中醫藥學,卻出現了中醫藥學在現代科學面前無法證明其科學性的尷尬局面[2]。這都是由于現代醫學的方法論與中醫藥學的方法論之間存在著明顯的鴻溝,中醫藥學研究用的是整體思辨的網狀思維模式,它注重把握事物之間的聯系,而不是事物本身,因而其知識結構是綜合的、整體性的;同時,中醫藥學善于把人與環境因素綜合地加以考慮,其思維呈網狀結構。而現代醫學研究是還原分析的鏈式思維模式,它是建立在實驗分析基礎上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之間的聯系,其知識結構是分析性的、局部的。然而,人體本身是一個復雜的整體,人體的復雜性及疾病的聯系性,與中醫的整體網狀思維模式接近現代醫學,也正由一元化向多元化轉變,由單一性向系統型轉變?;蚪M計劃基本完成,標志著生物學研究進入了“后基因時代”,而系統生物學研究是后基因時代的最主要研究任務?;蚪M學、轉錄組學、蛋白質組學及代謝組學都是系統生物學的重要組成部分,基因組學、轉錄組學和蛋白質組學分別從基因、mrna、蛋白質層面探尋生命的活動,然而,代謝物是生命活動的最終產物,代謝物的水平可以被看作是基因或環境發生變化時生物體作出的最終的應答,正如oliver fiehn所認為的“代謝物是基因型到表現型之間的橋梁”[3],“基因組學和蛋白質組學告訴你可能發生什么,而代謝組學則告訴你已經發生了什么”[4]。因此,代謝組學是系統生物學研究的終點??傊?代謝組學屬于全局系統生物學(global systems biology)研究方法,與中醫藥學的整體觀念相對應;且代謝組學研究的目標是代謝物,而“代謝物是基因型到表現型之間的橋梁”,其研究更接近表現型,由此,代謝組學用于中醫藥現代化研究具有不可比擬的優勢。
2 代謝組學與“證”的現代研究
辨證論治是中醫學認識和治療疾病的基本思路,是中醫理論體系的基本特點之一?!白C”是辨證論治的起點和核心。所謂“證”,是指在致病因素作用下,機體內外環境各系統之間相互關系發生紊亂所產生的綜合反應,是反映疾病處于某一階段病因、病性、病位、病勢等病理要素的綜合性診斷概念。因此,“證”的現代研究是中醫藥現代化研究的核心任務。近年來,學者們對“證”進行了廣泛而深入的研究,主要集中在證候的標準化、客觀化、證候的本質、計量診斷、證候的動物模型等方面。其中證的標準化、規范化是進行“證”的其它方面研究的基礎,如果對證候沒有一個客觀的尺度加以評價,其它方面的研究也就無法進行。每一個證候都有其外象(外候)與內涵,證的標準化研究中,對其外候的研究主要是根據中醫文獻及臨床資料,并結合臨床流行病學研究,制訂某些證的診斷標準,使辨證達到規范化,并將現代醫學的實驗指征結合到證的研究標準之中;但外候是用四診——望、聞、問、切所獲得的信息進行整理而得,很難量化,即使用流行病學方法加以分析,亦是靠專家經驗打分,最多亦只是半定量。這種診治的準確性很大程度上依賴醫生的診療經驗,無論在準確性、穩定性、敏感性等方面都更多地受到醫患雙方主觀因素的影響。因此,從證的內涵方面去制定“證”的診斷標準十分有意義。近年來,學者們致力于探索證候的高特異性和高靈敏性的指標,試圖建立證候實驗診斷單個金指標,然而,由于證的整體性、動態性和異病同證、同病異證等特征,不可能用單一指標作定性、定量、定位的說明。據此,證候客觀化研究采用綜合指標,精選非特異指標進行特異組合,建立能反映證本質并能區別它證的定性、定量、定位綜合實驗指標,輔助四診,確定證候診斷具有重要的意義。代謝組學正具備反映和解決這些問題的“組”、“群”、“譜”集成的分析功能。它能夠通過檢測不同時間患者的尿液或血液,對這些代謝產物進行分析,從而確定不同的證所對應的代謝組,使“證”可以得到客觀化的表述。另外,利用代謝組學方法,通過研究代謝物圖譜隨時間的變化,能夠幫助人們更好地理解疾病過程中“證”的變化與機體內物質的代謝途徑和代謝狀況的關系,還有助于疾病生物標記物的發現和輔助診斷,使診斷、治療達到個體化。其準確性依賴于儀器的性能,可以提高診治的科學化、定量化,避免了人為因素的誤診。
3 代謝組學與中醫藥療效的整體評價
既然疾病具有系統化、動態化、整體化的特征,所以,在治療時應隨疾病的進程不同相應地調整藥物劑量和種類。因為疾病發生的不同階段需要不同的藥物組分發揮調節作用,而以單一成分作用到單靶點的西藥對此束手無策。從這個意義上講,中藥沒有無效成分。所謂無效成分只是相對疾病的不同階段而言。因此,未來的若干年,復方藥或多組分藥將在疾病治療中擔當重要角色。中藥及復方具有多種組分,其多效性、多靶點、多途徑發揮作用等特點又為其臨床療效評價帶來了很多難題。近年來,對于中醫藥的臨床療效評價,自覺不自覺地照搬西醫過去生物醫學模式的療效評價和標準,從單側面、單生物學因素著手,缺少系統地反映中醫個體診療特色和復合干預策略的療效評價方法和指標[5],這一點嚴重影響了中醫藥的質量和水平及其可信度。另一方面,又無法有效地將可能存在的臨床療效優勢客觀的表現出來。因此,中醫藥的臨床療效必須用系統方法學加以評價,尋找客觀、系統的臨床療效評價方法是中醫藥現代研究中急需解決的重點問題。
代謝組學的出現為中醫藥臨床療效評價提供了全新的思路和工具,中藥(尤其是復方)的整體性作用機制和療效在系統代謝組學的研究方法下將可能得到充分的展示和挖掘。疾病狀態可以引起機體內代謝物的整體發生變化,成功的治療必須使代謝網絡中的缺陷部分正常化,同時又不得干擾其它維持健康所必須的代謝途徑的調控[6]。利用代謝組學方法,通過監測分析尿液、血液、唾液及細胞和組織的提取液等一系列樣品的譜圖在用藥前后的整體變化,再結合模式識別方法,不僅可以客觀地評價藥物對于疾病的治療效果,還可以對人體功能活動、生存質量和影響健康等的重大事件加以評價。中藥及復方的臨床療效評價得以客觀化后,對于中醫藥學用循證醫學的方法進行進一步療效評價提供了可能性。另外,在中醫藥研究中要高度重視其對腸道菌群的影響?,F代研究發現,在正常情況下腸道菌群之間存在著復雜的動態平衡關系,此種平衡不僅為腸道正常菌群的生存所需要,而且對其宿主的多種生理功能(尤其是代謝)乃至生命活動亦至關重要,即腸道微生物群落實際上參與了人體的生理、病理和藥理(毒理)過程,形成了人類代謝網絡中重要的組成部分。中醫從整體出發研究人體的平衡與失調問題,并通過中藥使其恢復平衡,與腸道內微生態環境的平衡理論有異曲同工之處。中藥大多數給藥途徑是通過口服,經過消化道在局部起作用或通過吸收在全身起作用。中醫藥的整體觀雖然與西醫相比具有其特殊性,但與現代微生態學具有一致性,因此,腸道菌群研究很可能會成為用代謝組學的方法來研究中醫藥的突破口。正如代謝組學鼻祖nicholson教授所提出,“在global systems biology的框架下,將人看作一個superorganism來進行代謝組學研究的思想,把人與環境(地理的、社會的)、人與腸道菌群之間的相互作用加以綜合考慮,使我們能夠更全面、真實地反映人體疾病與代謝變化的關系,從而達到個性化醫療(personalized healthcare)的理想目標”[7]。這種思想與傳統中醫藥強調人與社會環境的整體觀、四時和飲食對人的影響、辨證施治等思想是一致的。
4 代謝組學與中藥新藥研究
中藥的化學成分復雜,中藥及復方在治療疾病時,主要是由于藥效組分在多靶點或多器官上發揮整體綜合調節作用,具有多因微效的特點。正由于中藥及復方的多組分和作用具有多效性、多靶點性、多途徑性等特點,為其新藥開發帶來了諸多的障礙,如中藥的質量控制、發揮作用的物質基礎、作用機理、安全性研究等都是中藥新藥研究亟待解決的重點和難點問題[8]。
中藥材的質量直接影響中藥飲片和中成藥的質量,最終影響其臨床療效。中藥材的質量好壞與其所含的化學成分直接相關。因此,對中藥組成成分的控制是中藥材質量控制的著眼點。中藥的多種組分,其實質就是其多種代謝產物的集合,其組成、含量和存在狀態等受到產地、氣候、采集季節及后處理等多方面因素的影響。代謝組學可以用于分析中藥中各種組分的類型、含量和狀態隨各種因素的變化,可以定量地對其進行評價,從而實現對其質量進行控制。所以,代謝組學用于中藥栽培、采集、加工階段,符合藥品生產質量管理規范(gmp)的質量控制以及藥物監督部門針對藥物質量的控制,無疑是最佳方法。這種方法準確、重復性好,而且不依賴于操作人員的經驗[9]。對于中藥及復方的藥理作用機制的研究,代謝組學也具有絕對的優勢。成功的疾病治療必須使代謝網絡中的缺陷部分正?;?同時又不得干擾其它維持健康所必須代謝途徑的調控。藥物的作用機制的研究就是研究藥物在這種調控作用中所起到的作用和如何起作用。通過認識體液“代謝指紋圖譜”變化的原因,聯系基因組學和蛋白質組學的方法,可以尋找藥物作用的靶點或受體,從而發現藥物作用的機制。正如nicholson教授提出的proteo-metabonomics的概念,即將蛋白質組學與代謝組學相結合,以便更全面、有效和準確地尋找藥物作用的生物標志物。在中藥及復方的安全性評價方面,代謝組學通過分析與毒性作用的靶位和作用機制密切相關的生物體液中的代謝產物譜隨時間的變化,可以確定毒性作用的靶器官和組織、毒性作用的過程和生物標志物[10-11]。因此,代謝組學可以反映出毒性效應的終點狀況,并且可以與生化和病理指標聯系起來。所有的代謝物都有其特征nmr 譜峰,故代謝變化的指紋圖譜可以作為毒物檢測的定性依據,以便從功能和安全性兩方面使藥物篩選更有效,為新藥臨床前安全性評價提供可靠的技術支持和保障。因此,代謝組學在毒物藥物學的研究中將發揮極其重要的作用。
5 結語
代謝組學是處于科學研究頂端的前沿性科學,近些年中,其發展非常迅速。雖然由于技術和設備等的局限,我國在這方面的研究才剛起步,但其在中醫藥領域的應用已初步顯現出了明顯的優勢,將其用于中醫藥學的研究,必將對中醫藥的現代化研究起到推波助瀾的作用。因此,引進先進的技術和設備,大力開展代謝組學在中醫藥領域的研究,對于推進中醫藥現代化的進程具有重要的現實意義。
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