生物计算机

生物计算机（共12篇）

生物计算机 篇1

技术简介:

最近几十年, 生物数据的数量和质量产生了爆炸式的增长, 包括人的基因组序列和高输出量的基因表达式化验。从表面看来, 这些方面的发展为生物反应过程积累了丰富的知识, 这些知识可以让我们更好地理解疾病的因果关系。我们可以预见, 通过能够分析和响应内生生物信号的分子系统, 可以帮助我们在分子水平上实施诊断方法和治疗方法。

魏茨曼科学院的研究者们发明了一种新的自治的分子级水平的计算机, 这种计算机可以通过编程来检查疾病症状, 根据医学知识诊断这些症状, 并根据诊断结果开出在合适时间服用的合适剂量。这种计算机的可操作性在活体外简化疾病的分子模型中得到了验证。疾病模型由几种分子级疾病病因组合构成, 包括基因的过表达和欠表达, 显现癌症或遗传病的基因变异。诊断的规则将医学知识编码成简化的形式, 这些规则控制着计算机的操作。例如, 对于某一种疾病 (如某一种癌症) , 诊断规则应该表示为:如果基因A和基因B欠表达, 基因C和基因D过表达, 则控制单链DNA分子X (X是一种基于反义DNA的药物) , 专门用来治疗所诊断的疾病。除了医学应用, 这些系统如果在活体外操作, 则可以探测出单细胞的m RNA的水平。因此, 它可以成为科研上度量m RNA的水平的重要工具。

技术优势:

1.这种分子级水平的计算机可以通过编程来检查诊断疾病, 并在合适时间给予合适剂量的必需药品。这种计算机在简化分子模型中通过验证具有可操作性, 这些分子模型包括基因的过表达和欠表达, 显示癌症和遗传病的基因变异;2.在以研究为目的的实验中, 分子计算机可作为一种很重要的工具测试m RNA的水平和它们的组合。

应用领域:

1.癌症和其它基因表达式改变导致的疾病的治疗方法和诊断方法;2.在多种领域中新的研究工具, 例如分子细胞生物学和癌症研究。

生物计算机 篇2

[摘要]文章结合目前大部分生物制药企业计算机网络的发展现状,主要从网络设备、计算机软件维护和人员管理等方面谈一下生物制药企业计算机网络的安全维护工作。

[关键词]生物制药 安全系统

一、网络设备安全

1.硬件设置对网络安全的影响

(1)网络布线

生物制药企业主干线以及各大楼之间采用多模光纤,并留有备份。光纤到机器端采用屏蔽双绞线,线路之间避免交叉缠绕,并与强电保持30CM以上距离,以减少相互干扰。新增网点,距离交换机尽可能短,以减少信号衰减。平时做好跳线备份,以备急用。

(2)中心机房

综合考虑供电、场地、温湿度、防水、防鼠、电磁环境以及接地防雷。

(3)服务器

对最上层的服务器和数据库来说如何保证所提供服务的可靠性和不间断性以及数据存储的安全是决定一个信息系统安全的关键。首先必须使用不间断电源(UPS),保证服务器24小时不间断工作,防止停电造成的数据库损坏。对于中心服务器,目前大部分企业采用的是双机热备份+磁盘阵列柜的模式,当一个服务器发生故障时,备份服务器能在十几秒的时间内进行切换,启动数据库,一般能在2～3分钟内恢复业务处理。这样只做到了一台服务器出现故障时,能保证信息系统的正常运行,如果阵列出现故障,整个系统仍要停止运行,一般在条件允许的情况下应该备有应急服务器。应急服务器在日常工作时,通过数据库的备份服务实时地进行异地备份,保证数据与中心服务器的同步,当双机服务器或阵列出现故障时,系统能顺利转移到应急服务器上运行,所有用户的使用方法保持不变,患者数据信息连续,不仅方便了操作人员,而且大大的提高了系统的安全性。

(4)边界安全

1.内外网物理断开,这样彻底消灭外网黑客的入侵,内外网需要交换信息时采用U盘或移动硬盘作为中介,并做好防病毒工作。

2.外界环境对网络设备安全的影响

(1)温度会导致逻辑电路产生逻辑错误,技术参数偏离,还会导致系统内部电源烧毁或烧坏某些元器件,影响机器运转和导致一些热敏器件内部损坏或不能正常工作。

(2)湿度过高,会使接插件和集成电路的引线等结合部氧化、生绣、霉烂,造成接触不良、开路或短路;湿度过低,会吸附灰尘,加剧噪声。

(3)对于机器内部的电路板上的双列直插或组件的接线器,灰尘的阻塞会形成错误的运行结果。

过多的尘埃可造成绝缘电阻减小、泄漏电流增加,机器出现错误动作,如果空气潮湿会引起元器件间放电、打火,从而损坏设备,严重的还会引起火灾。

(4)静电是网络使用中面临的比较严重的问题,以上谈到的温度、湿度、尘埃等很多原因都可能引起静电。计算机元器件和集成电路对静电非常敏感,它的破坏常常是在不知不觉中发生。

(5)靠近网络的计算机、大型生产设备和网络设备自身等,都能产生电磁辐射,通过辐射、传导等方式对网络系统形成干扰。他们造成的问题是:设备的一些部件会失效,但那些部件的失效看起来又是由于其他部件引起的,像这样的问题很容易被忽略,而且很难诊断,需要专门的诊断软件和硬件来检测。 二、计算机软件的安全

1.计算机操作系统的安全

生物计算机 篇3

蒋帆，中国生物分子模拟研究中的后起之秀，北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院副研究员，就认准了这一方向。“不想当将军的士兵不是好士兵”，他立志在这片领域上开疆拓土，做出具有特色的工作，成长为一员“大将”。

逐心声踏入新领域

“我很小的时候就开始对科学知识充满兴趣，并且梦想以后成为科学家。”蒋帆中学时期就对物理、化学情有独钟，特别对物质的微观结构感兴趣，在他眼中，分子、原子、电子这些看不到但又确实存在的东西有着非凡的魅力。小小年纪的他已经抱着《物质结构》这样的书手不释卷了。

基于兴趣和勤奋，蒋帆高中期间在全国高中学生化学竞赛中取得了优异的成绩，因此他被保送到北京大学化学专业，并进入了北京大学最后一届理科实验班（现北京大学元培班前身）。

那时恰是20世纪90年代末，信息技术迅猛发展，而“21世纪是生命科学的世纪”这一预言也已经出现。生机勃勃的计算机技术和生命科学领域引发了蒋帆的关注，他甚至一度有过要转系到生物专业并辅修计算机的想法，虽然后来这个想法作罢，他却始终希望能利用计算机来进行前沿的科学研究。2002年，蒋帆抓住机遇，开始了计算化学领域的研究。

这一年的暑假，蒋帆进入吴云东院士的实验室，从事不对称催化反应的理论计算研究。“这类研究的一个关键是寻找反应关键步的合理的过渡态结构，并分析这些结构来帮助人们理解催化剂的活性和选择性背后的机理。”当时的一个课题是研究脯氨酰氨衍生物催化的不对称羟醛反应。在吴云东院士的指导下，蒋帆通过量子力学计算方法找到了关键的过渡态结构，其独特的双氢键螯合结构，降低了反应的活化能。而且，产生（S）-型产物的过渡态结构中因为有原子间的立体冲突，能量较高，这也解释了为何（R）-型产物要多很多的实验现象。

当时，有机小分子催化还是非常前沿的研究领域，论文在《美国化学会志》上发表以后就很快获得广泛关注。到2008年时，SCI被引用次数已经超过200次，成为当时中国大陆24篇被引次数最多的论文之一，蒋帆因此获得了中国“汤姆森一路透卓越研究奖”。此后，在吴院士的引导下，他的研究对象逐渐从有机小分子转向多肽、蛋白质等生物分子，踏进了生物分子计算机模拟的新领域。

破瓶颈获取新成果

自从Watson和Crick在1953年提出了DNA的双螺旋结构以后，人们认识到生物分子的功能和其三维空间结构紧密相关，并在测定各种生物分子的结构上投入了大量的努力。从1962年至今，共有9次诺贝尔化学奖与此有关。生物分子三维空间结构的研究探索，对生命科学的发展至关重要。

蒋帆志愿成为“生物分子模拟”研究方向的探索者，努力实现既高效又准确的预测方法，为生命科学的发展砌砖铺路。一步一个脚印，通过多年的学习与实践，蒋帆摸着石头过河，创造了一个个价值不菲的科研成果，为中国的“分子模拟”水平提升到一个新台阶贡献了自己的力量。

“残基特异性（Residue-Specific）蛋白质力场的创造是一个关键性成果。”蒋帆说，分子力场是描述原子间相互作用的解析势能函数，是分子模拟的基础。对于能够自发折叠的多肽和小蛋白，从非折叠状态开始，只要模拟足够长的时间，一个好的力场就应该能够将它们折叠到天然态结构，并给出正确的热力学稳定性。然而，之前常用的力场并不能同时稳定各种不同的肽或小蛋白的天然态结构。

“关键的问题在于不同的氨基酸残基有不同的局部构象偏好。之前的力场对不同的氨基酸使用一套跟主链构象相关的二面角能量项的参数，就不能很好地描述这种差别。”于是蒋帆对不同氨基酸残基使用不同的参数，创造性地通过运用挖掘大量的蛋白质晶体结构数等方法，改进现有的一些力场，得到一系列新的残基特异性力场。RSFF1，是蒋帆与合作者开发的第一个力场，该成果以封面文章的形式发表在2014年的J.Phys.Chem.B上。2015年，第二个力场RSFF2问世，受邀请发表在同一个期刊上。

同时，蒋帆和合作者利用已经开发的残基特异性力场来进行蛋白质模型的优化（Refinement，也称为修正）。“若是蛋白质结构模型不够精准，将不能满足基于结构的药物设计要求，所以提高蛋白质模型精度至关重要。”蒋帆说。

但这并不容易，一些很出色的科学家，如蛋白质结构预测专家D.Baker，以及2013年诺贝尔化学奖得主M.Levitt，都尝试过一些优化的方法，也没有取得突破性的进展。面对这一挑战，他们使用新的RSFF1力场，对一些目标蛋白的结构模型进行了测试，发现有可能得出比人们之前能达到的优化更好（更接近实验结构）的结果。该成果发表在J.Chem.Theory Comput.上。

近年来，介于小分子和蛋白质之间的多肽类药物受到越来越多的关注，特别是环状多肽可能具有相对刚性、代谢稳定性好、易穿过生物膜等独特的优势。通过序列准确地（接近实验精度）预测其结构，可以大大地帮助人们在此领域的研究。蒋帆和合作者利用他们开发的RSFF2力场进行分子动力学模拟，发现新方法的准确度明显高于之前的方法。而且，他还发现相对于线性多肽，环状多肽的构象取样与球蛋白更相似，为环状多肽在药物设计中作为蛋白分子的替代物提供了理论上的支持。

此外，蒋帆应用自主开发的残基特异力场RSFF1，和副本交换分子动力学（REMD）模拟，将一系列有不同二级和三级结构的小蛋白质分子成功折叠到了接近它们的天然态实验结构。这是世界上首次仅仅利用通常可获取的计算资源，就实现大规模的从头折叠模拟。此研究表明了残基特异性力场的优势。在研究中，他还发现蛋白在非折叠态就已经存在相当多的二级结构，以及折叠过程的“摩擦”约为2.5 kcal/mol。此成果蒋帆以第一作者兼共同通讯作者在JAm.Chem Soc.（《美国化学会志》）上发表了论文。

育青年志在前方路

在分子模拟之路上勇往直前的同时，蒋帆也在三尺讲台上播撒雨露芬芳。作为导师，蒋帆会不断为学生的发展前途考虑，并想通过自己的教导，让学生们能在研究的过程学到有用的知识，获得有用的技能。

“我们会尽量根据学生的知识背景和兴趣，让他们做比较擅长的事情，而且一开始会给一个相对容易的课题上手。这样会有较好的成就感，更容易喜欢上做科学研究。”蒋帆就是这样一个细致入微的老师。

传递知识的火种，突破科技的瓶颈，蒋帆在人生路上自得其乐，却也坦言“科研是竞争性很强的活动，会有相当的压力和紧张感，而且把科研做好，并不是一件容易的事情”。但是他坚信，通过自己的努力和智慧，必定会在这个领域中有所收获，为国家的科技事业贡献力量。

放眼向前，蒋帆斗志昂扬。蒋帆认为准确地预测生物分子的空间结构是一个非常重要也非常有挑战性的问题，未来几年内会继续研究这个问题。“以后将发展更高效的分子力场，以及更好的搜索构象的方法，并会尝试结合现在的机器学习方法和生物信息学的方法，或者结合一些容易获得的实验数据，来提高计算的效率。”他盘算起自己的想法，而除了多肽和蛋白以外，他还计划发展预测蛋白和小分子复合物的结构，以及含有核酸的体系的方法。“这也具有潜在的重要应用价值。”他说。

生物计算机 篇4

此外, 还有超声探头发射探测超声波时与探测物质的表面的角度不同使得发射波与回波, 以及不同位置的回波之间的叠加导致的波与波能量的抵消或者增强等因素。对于这些因素, 辅助以合成孔径聚焦 (SAFT) 成像技术可以改善。

因此, 希望通过我们的建模仿真研究能给广大医学超声工作者在超声成像上一些启发和帮助并对医学超声成像的进步有一定助益。

1 脉冲反射法测量浅表软组织厚度

我们探讨的浅表软组织主要包含皮肤、皮下疏松组织和肌肉组织。

由图1所示, 由于各组织层成分不同, 如蛋白质、脂肪和水分的不同, 不同组织的声阻抗不同。因此, 当超声脉冲波进入浅表各软组织层后, 当遇到不同的声阻抗界面时, 将会在界面产生反射、折射和散射等现象。通过脉冲反射法测量各界面反射波的距离, 即可测量浅表各组织层的厚度。本文的目的是对组织界面反射回波进行识别和定位, 只考虑反射情况。

当超声波进入浅表组织后, 在各组织层界面形成反射波。根据距离公式

其中, s为超声波传播距离;c为超声波在介质中的传播速度;t为传播距离所用的时间。只要能测出c和t, 即可求得各组织层厚度。实际人体组织中, 超声波声速大约为c=1540m/s, 探测的时间为△t, 则组织厚度为

表1为浅表软组织中几种组织介质的声速、密度和声阻抗, 可作为实验样品的声特性值参考标准。

超声波在单一界面上的反射与折射

超声检测实际材料遇到的界面类型复杂多样, 下面分析声波在遇到两种非固体介质 (气体、液体和软组织等) 构成的界面时的声波传播情况。这种情况可用于血液、脂肪和肌肉等软组织之间的声传播分析。对于有相当厚度的两种软组织界面, 当声波从一种组织传播到另一种组织, 在两个组织的分界面上一部分声波被反射, 另一部分透射过界面, 在另一种组织内继续传播, 这样的两种情况分别称之为声波的反射和折射。

表2:中给出了在各种情况下的声音反射系数值。

2 FieldⅡ仿真

2.1 FieldⅡ简介

Field II是丹麦超声专家J.A.Jensen等利用声学原理设计的一个超声系统。它可以仿真超声探头所形成的声场和超声图像等。

2.2 一层生物组织界面的模型及仿真

假设该层界面是由空气和一般生物组织构成的, 探头垂直入射, 通过fi eld II仿真出探头和生物界面, 并编程计算出二者的距离, 如图2所示。

再假设探头是斜入射, 由于斜入射时探头的发射阵元和接受阵元并不存在对应关系, 此时计算距离时必须引入合成孔径的概念, 通过合成孔径成像技术计算出探头到生物界面的斜入射距离, 在考虑入射角, 通过入射角矫正以获取探头到生物界面的实际距离, 如图3所示。

根据上所述的仿真思路, 构建一层生物组织模型, 亦即假设生物界面的一边是空气, 另一边是一般生物组织。通过构造这种简单的生物模型, 我们可以弄清超声回波的基本原理, 并基于此做一些简单的编程运算。然后在此基础上逐步深入, 循序渐进。

我们设定探头中心频率为2MHz, 采样频率为100MHz, 声速固定为1540m/s, 且声强无衰减, 聚焦位置为 (0, 0, 40) , 单位mm;采用阵元数为32的线性阵列孔径, 用fi eldⅡ函数xdc_linear_array进行设定;分别用xdc_impulse和xdc_excitation设置回波响应和发射波激励, 频率为上述的采样率;参数设置完毕后, 利用calc_scat_multi函数计算并获取回波的响应数据 (其中反射点位置设为 (0, 0, 20) , 单位mm) , 并据此应用MATLAB画出回波示意图。所得仿真结果如图4。

在总响应图 (summed response) 中, 第一簇波动幅度大即能量大, 可视为直接回波, 第二簇波动幅度小得多, 可视为散射波, 忽略不计。调用MATLAB函数求出第一簇回波取得最大值的时间, 即可计算出探头到界面的距离。

程序运行结果为:

即可得到距离:

由图4可以计算出回波的最大强度, 暂时将声衰减按下述算式计算:

其中A1为入射波的幅度值, A2为回波的幅度值。显然, 这个过程中声衰减非常厉害, 所以如何适度对声强进行补偿也是一个很重要的问题。

如果将声波反射点设在焦点处, 可以设想回波强度应该是最大的。通过仿真也验证了这一点, 见图5, 此时的声衰减约为407.80d B, 衰减明显减小。这也给了我们一个很重要的启发, 即尽量调整聚焦位置使其接近目标位置, 这样应该可以取得更加理想的结果。

2.3 两层生物组织界面的模型及仿真

增加一层界面, 使生物界面层数达到两层。应将生物组织模型细化, 具体为空气-脂肪-一般生物组织。其中脂肪中的声速为1480m/s, 声阻抗及其他参数见表1和表2。

同样, 先考虑探头垂直入射的情况 (图6) , 通过区分回波的来源, 可分别计算出探头到第一层界面的距离d1和探头到第二层界面的距离d2, 那么脂肪层的厚度dx即可求出。可先将脂肪层厚度设为已知, 记为d0。通过比较d0和dx, 可以验证程序计算结果的正确性, 同时可以对模型和计算过程做出矫正。

接着, 将探头改为斜入射, 按照上述过程的预想, 我们可以得到一个较为一般的计算程序, 来计算脂肪层的实际宽度。

在构造两层生物界面的时候, 是在一层界面的基础上, 在与其相聚d的位置构造出一个平面, 并将该平面上所有的点设为反射点。这样我们就得到两层界面了。

具体来说, 先构造一个界面函数interface_phantom, 其返回值包括位置和幅度即[positions, amp]。另外, 将界面的起始位置设为xc=0, zc=5mm (平面设定与y轴无关) 。由此可得, 两界面之间的设定距离d=5mm (声速1540m/s条件下) 。

然后对一层界面仿真程序进行修改, 主要是加入对函数interface_phantom的引用以及由此引起的参数问题的矫正, 其中探头的聚焦位置设为 (0, 0, 50) , 单位mm。应注意的是, 此时声速仍固定为1540m/s。最后将仿真结果以灰度图的形式显示出来, 见图7。在图中, 灰度可以理解为能量, 在反射比较强的位置, 如两层界面处和设置的反射面处均为黑色, 因为绝大部分能量均被反射回去了, 能量较弱;另外, 在探头没有扫描到的地方, 显示也为黑色, 如灰度图两侧。此时界面反射的能量只是总能量的一小部分, 可以暂时将中间的一层界面忽略, 我们会发现, 亮度由低变高然后又变低, 这是因为, 最亮的位置是探头的聚焦位置, 能量当然最大。显然, 在灰度图上可以很明显的看到两层界面的间隔。此时通过编程将灰度图做一个转换, 可以更明显的看到灰度值即能量的变化, 如图8。

图8为上述灰度图沿深度 (Depth) 方向对应幅值。

现在, 我们假设距离未知, 根据图8回波特征我们可以计算出每层界面反射的回波被接收的时间。显然, 该时间是到达界面所用时间的两倍。由以上的分析, 可以计算出第一层界面到第二层界面间的距离:

显然, 如果两层界面为脂肪, 而声速设定为1540m/s时, 所得结果误差将很大:脂肪中的声速为1480m/s, 时间间隔 (t2-t1) 不变, 得实际的厚度为4.4mm。二者相差了0.2mm。

3 结论

本文使用了FieldⅡ建立皮下组织模型仿真超声波检测技术测量人体局部皮下脂肪厚度, 并通过仿真结果对比了实际超声在脂肪中行进速度与超声成像所设定的速度差导致的距离计算误差。并建立了一层和两层生物组织界面模型。

摘要：本文通过建立皮下生物组织界面模型, 根据脉冲反射成像, 辅助以合成孔径聚焦成像的思想, 仿真算出皮下生物组织的厚度, 尤其是脂肪的厚度。一般的超声成像算法采用的超声在生物组织中穿行的速度是一定的, 但超声在脂肪中的穿行速度数值相对较小, 因此脂肪厚度会使得成像有一定误差, 本文通过建模的方式对这一误差进行了探究, 并探讨研究了改善误差的方法。

关键词：超声,皮下生物组织建模仿真,合成孔径聚焦成像,声脉冲响应

参考文献

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[2]吴祖明.超声回波强度的影响因素及临床声像图问题研究[J].广东医学院学报, 2003, 25 (5) :428-431.

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[7]方舟正.合成孔径聚焦超声成像系统的实验研究[D].南京:南京航空航天大学, 2003.

高中生物计算题的4大难点 篇5

蛋白质中氨基酸数目=肽键数目(即水分子数目)+ 肽链条数 =mRNA(翻译摸板)中的碱基数÷ 3 =DNA(相应基因)中的碱基数÷ 6 蛋白质中至少还有氨基和羧基的数目=肽链条数;蛋白质中最多有氨基酸种类为 20 种。

区别有丝分裂和减数分裂的一般方法步骤如下

①一数——数染色体数目：若为奇数，则肯定是减数第二次分裂;若为偶数，则进入下一步骤;

②二看——一看有无同源染色体：若无，则肯定是减数第二次分裂;若有，则再看同源染色体的 行为变化：如果有同源染色体的联会、形成四分体、同源染色体彼此分离中的任意一项，即为减数 第一次分裂;如果同源染色体始终单独活动，则肯定是有丝分裂;

③三判断——对照分裂过程中染色体的行为变化规律(有丝分裂各时期)来判断分裂时期。

附有丝分裂各期特点(口诀)：

①“染色体”复制现“单体” (间)

②膜、仁消失现两体 (前)

③赤道板上排整齐 (中)

④均分牵引到两极 (后)

⑤膜、仁板(重)现两体失 (末)

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细胞分裂中有关染色体的一组概念

(染色体和 DNA 等的数量判断要点)

①染色体组：二倍体生物配子中的一套染色体(大小，形态互不相同。)

②同源染色体：形态大小一般都相同,一个来自父方,一个来自母方(次级精、卵母细胞，精子、卵细胞中没有);

③染色体：以着丝点数目为准，常染色体：在雌雄个体中没有差异的染色体，性染色体：在雌雄个体中有显著差异的染 色体

④染色单体：一个染色体复制后内含两个 DNA 时，才有染色单体;(染色体复制后才有并连在一个 着丝点上，着丝点分裂后就没有);

⑤DNA 量：有单体时等于单体数(是染色体数的两倍)，无单体时等于染色体数;

⑥四分体：(减 I 前、中期)联会后，每对同源染色体含两条染色体，四个染色单体;(1 个四分体 = 1 对同源染色体 = 2 个染色体 = 4 个染色单体 = 4 个 DNA)。

如某种生物体细胞中染色体数目为(2N)

则有

坐标曲线的判断方法;

①标识——(看横、纵坐标含义);

②明点——(看起点、转折点、终点的意义);

生物计算机 篇6

一、利用计算机辅助技术开展生物课堂教学的实践做法

（一）应用多媒体课件授课，活化教学形式。计算机多媒体演示模拟能展现通常难以观察的微观世界和宏观世界。生物中许多微观结构和微观现象既看不见又摸不着，演示实验也无法做成。而运用计算机模拟技术制作的生物课件进行生命现象演示模拟，这些问题就迎刃而解了。

（二）播放图文、视频资料，加大知识信息含量。通过多媒体教学能够大量减少教师的板书、板图工作量，节省更多的时间用于课堂教学内容，同时可以增加大量阅读材料、图片、探究性问题、规律性总结、网络知识体系构建、课堂同步检测训练题，充实教学内容，增加教学容量，推动高效课堂模式的形成。

（三）制作多媒体形式的练习题，增强教学的互动性。计算机多媒体技术最具特色和优势的方面是具有人机互动性。通过多媒体能及时对学生的学习情况进行反馈，迅速了解学生掌握知识和学习进展情况，适当给予激励，可以极大地调动学生“自主、探究、合作学习”的积极性。

（四）完整再现著名实验过程，丰富教学表现手段。利用多媒体教学将比较抽象、晦涩难懂的问题直观化、形象化，可以充分表达教学意图，突破学习的难点，突出教学重点。例如在孟德尔的《基因分离定律》和《基因自由组合定律》的教学中，我不仅向学生分析《基因分离定律》和《基因自由组合定律》的实质，而且将孟德尔的豌豆杂交实验过程和实验的分析过程通过计算机技术完整地再现出来，引导学生寻找和分析实验现象，学会科学家们思考问题的方法和科学研究的方法。

二、利用计算机辅助技术开展课堂教学的几点思考

在新课程理念指导下运用现代教育技术，需要我们解决好现代信息技术与高中生物新课程整合、兼容的问题。如何利用计算机信息技术，加强课堂教学的实用性、科学性、互动性的实践探索和研究，迫在眉睫。为此，我总结了近年自己利用计算机辅助技术开展课堂教学的实践经验，得到了以下几点体会和思考结果。

（一）贵在转变教育观念。以计算机为核心的现代教育技术设施，为我们实现教育现代化提供了物质基础。但先进的教育设施不是摆设，身处教学一线的教师只有用崭新的教育理念武装自己，才能用活、用好、用足计算机技术为教学服务，取得实实在在的效果。不然，只能是白白浪费宝贵的教育资源，新型教学模式只能永远停留在观摩课上作为一种点缀，教育教学仍停留在旧有的传统教育模式中。因此，教师首先要树立以培养实践能力和创新精神为核心的素质教育观念，在教育现代化观念的指导下，依据教学内容和学生特点，更好地创设学习情境，科学地组织学生活动，不断创新，优化教学模式。

（二）重在因学因教制宜。现代课堂教学并不是提供的知识信息越多越好，要认识到学生在一定的时间条件下接受、吸纳、消化知识的能力是有限的，过多的信息输入反而会影响学生自主学习能力的提高。因此，教师在利用计算机辅助技术开展教学时，要因学制宜，依据课堂所教、学生所学的知识特点来选择和使用不同的信息技术，以期用最简单的方法、最少的时间达到最好的教学效果。

（三）赢在以学生为主体。信息技术的应用是为教育教学目标服务，是为学生进行多样化学习活动提供技术支持的。信息技术与高中生物课程的整合，不是简单地把信息技术作为辅助教学的演示工具，而是在课程实施理念中结合使用信息技术去更好地完成课程目标的过程；是把信息技术、信息方法、人力资源和课程内容有机结合，共同更好地去完成教学任务，并实现能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的一种新型教学方式。在其实施过程中，对学生地位的提升将会充分呼应课程改革中关于学生地位提升的理念，将能够充分发挥学生的主体性，发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性，使学生成为信息的主动构建者，而不是传统的外部刺激的被动接受者和知识灌输对象。

总之，随着教育改革的发展，教学技术也应及时作出相应的改善。现代信息技术与生物学科课程的整合，对我们每一位教师来说是一种机遇，更是一种挑战。计算机辅助教学，在模拟和探究方面可以实现对系统（事物）进行模拟，直接培养学生的主动探索能力；作为教与学的工具，能有效地帮助教师和学生处理教学事物（备课、实验演示、计算、作业、交流）。在信息化的课程中，学生学的知识可以更多、更广，效率更高，这对提高教学质量非常重要。可以预见，信息技术与课程的有机整合，是深化生物课堂教学改革的必由之路。

（作者单位：河南省驻马店第一高级中学）

生物计算机 篇7

关键词：生物学,计算机技术,生物学科教学,整合

一、计算机技术与生物学科教学整合的背景

首先, 我们解释一下计算机技术和整合这两个概念。计算机技术结合到教育中来讲, 我们理解为它是现代教育技术的一种手段, 我国传统的教学模式是在行为主义教学理论和学习理论的指导下, 以教师为中心, 以知识传授为核心的传授式教学模式。这种传统的教学模式由于忽视对学生的自主思维能力、认知能力和操作能力的培养, 已经不能适应信息全球化背景下对人才素质的全面要求。因此, 必须改变以知识传授为核心, 以教师为中心的传统教学模式, 创建新型的教学结构和学科教学模式, 重视学生的主体独立性、自主性和能动性, 培养学生独立自主地获取信息资源, 整合知识结构的能力, 优化学生主体内在的知识结构。在生物教学中, 要实现上述教改的目标, 就决然离不开信息技术与生物学科的整合。在这样的一种背景下, 我们开始了信息技术和生物学科教学整合的研究。计算机技术结合教学是指以计算机为工具, 运用现代教育理论和现代信息技术, 借助声、像、图、文, 通过人机交互对教与学的过程和教与学资源进行设计、开发、利用、管理和评价, 以实现教与学的优化的理论与实践。所谓整合就是根据学科教学需要, 充分发挥计算机的工具性功能, 使计算机溶入学科教学中, 从而提高教学质量, 促进教学改革, 培养具有创造能力和创新精神的21世纪中学生。

二、计算机技术与生物学科教学整合的模式

1. 课件式演播模式

这种教学模式是以教师讲、学生听为主的学习方式, 在课堂中, 教师借助计算机系统向学生传授知识。运用这种方法进行生物学教学, 不仅可以加强讲授内容的科学性、系统性、直观性和趣味性, 而且可以轻松有效地突破各种生物学教学难点。在生物学教学中的作用主要表现在:

(1) 刺激学生的多种感官, 从而提高教学效率

在教学中应用计算机能通过多种渠道、多种方式, 刺激学生的多种感官, 使学生能利用多种感官分析器进行学习。如用形象生动的图像信号吸引学生的视觉, 用音响适中、悦耳精炼的语言信号吸引学生的听觉, 特别是电教媒体的特技效果突破了信息传递中的时间和空间的限制, 使学生能直观地看到宏观世界、微观世界、远方或过去的事物, 使信息通道得到了无限的延伸和扩展。因此, 在教学中利用信息技术能真正实现视听的完美结合, 有效地提高学生的注意力、记忆力, 从而提高教学效率。

(2) 改进信息的转换方式, 从而提高教学质量

生物学知识, 有的抽象性强, 有的综合复杂, 有的时空跨度大, 难就难在这些知识信息不能直接被学生感知。而利用计算机, 可以把这些信息通过转换变成光、电、磁等信号, 并以一种直观的形式, 使事物真实地再现于课堂, 让学生耳闻目睹、身临其境。这种直观性主要表现在它可以化微观为宏观, 如:噬菌体侵染细菌的实验, 我们使用多媒体系统来进行模拟就可以实现。利用计算机教学还可以化抽象为形象, 如:《光合作用》这一节, 主要让学生理解光合作用, 即在太阳光的照射下, 植物体内的叶绿体把根吸收的水分和从气孔吸进的二氧化碳, 合成植物需要的养料, 同时放出氧气的过程。这一过程, 对于学生而言, 是很难想象和理解的。而使用多媒体课件, 可以帮助我们营造一个形象的光合作用过程, 设计成一个动画, 将这一个过程可视化、拟人化。把叶绿体描述成一个“工厂”, 水和二氧化碳是这个“工厂”的“原料”, 当这些“原料”进入“工厂”加工后, 出来的是“工厂的产品”———氧气和养料。学生通过这个贴近他们生活的动画, 很快就能理解光合作用, 认识光合作用对于植物的重要性。这种学习方式, 易被学生接受。

2. 网络自主反馈型模式

从形式上讲, 网络自主反馈型是与传统课堂截然不同的教学模式, 学生根据需要自行使用教师提供的生物学教学资源, 通过人机对话、人机互动代替部分师生对话、师生互动, 更突出个性需求, 无需全班学生步调一致地在教师主导作用下实施师生教学的各个环节。教师对教材进行分析处理后, 制作课件或网页, 在课堂上, 向学生呈现资源, 并提出问题一学生利用教师提供的资源自己查找信息, 或者进行协作式的自主学习一利用计算机进行反馈评价。

三、计算机技术与生物学科教学整合的依据

计算机技术与生物学科教学整合的主要应用还是在于生物教学的多媒体课件, 好的多媒体课件能够充分的调动学生学习的积极性和主动性, 突出教学重点, 解决难点, 探索规律, 启发思维。

结束语

计算机技术与生物学科教学的整合, 不仅将计算机技术广泛地应用于生物教学之中, 更重要的是让计算机技术与生物教学的内容、课程结构、课程资源进行有机地融合, 成为一个和谐互动的整体。将传统教学资源, 社会实践资源, 现代信息资源有机整合, 既能帮助学生学习信息技术, 又能培养学生收集和处理各种生物信息, 解决生物科学问题的能力。还能实现学生学习方式转变和教师教学方式转变, 有利于学生学科思维能力的发展, 学科知识结构的完善, 从而达到提高学生综合素质的目的。

参考文献

[1]章剑卫.信息技术与课程整合的研究与实践。浙江教学研究, 2000.2

[2]马宁, 余胜泉.信息技术与课程整合的层次。中国电化教育, 2002.1

生物计算机 篇8

生物分子计算机是一种用生物分子元件组装成的纳米级计算机, 将其植入人体, 能自动扫描身体信号、检测生理指标、诊断疾病, 并控制药物释放等。但研究人员指出, 要实现这一愿景还要克服很多障碍。

研究小组此前曾演示过一种二态系统 (two-state system) 生物分子计算机, 由DNA (脱氧核糖核酸) 和一种限制酶制成, 能根据m RNA (信使RNA) 的表达水平和变异来探测疾病指标, 但每一步计算只能检测一种疾病指标。

在新研究中, 他们又拓展了计算机的能力, 能根据mi RNA (小分子RNA) 、蛋白质、小分子如ATP等, 同时探测多种疾病指标。这种方法较以前更简单, 而且只需检测更少的成分, 便能更敏锐地发现疾病指标。

研究人员解释说, 探测几种疾病信号的组合, 比单纯探测一种信号更有用, 能更精确地诊断疾病, 比较不同疾病之间的差别。比如甲状腺癌有甲状腺球蛋白和降血钙激素这两种指标, 这就比仅用一种指标做出的诊断要准确得多。

生物计算机 篇9

教学手段的现代化是当今教学改革的重要课题,也是实施素质教育的重要因素。社会的发展对人才培养提出了新的要求,随着现代科学技术的飞速发展,计算机技术的广泛应用已成为信息社会的重要标志之一。计算机应用能力已成为当代科技人员必备的基本技能,是当今大学生知识结构的重要组成部分。因此如何改进生物统计学的教学,将计算机辅助教学合理而高效地应用于生物统计教学,激发学生的学习兴趣,提高教学效果和质量是生物统计教学工作者面临的严峻课题。本文就生物统计教学改革的必要性、计算机辅助生物统计教学的优点和初步设想、实施条件及预期效果等作一简要阐述。

1《生物统计学》教学改革的必要性和实施计算机辅助教学的优点

1.1《生物统计学》教学改革的必要性

《生物统计学》是应用数理统计的原理和方法处理生物学中各种数量资料的科学,对于农学、医学、生命科学等领域的定量研究有着重要的作用。《生物统计学》是我校动物科学、动物医学和水产养殖专业本科学习阶段重要的专业基础课程,但其内容抽象、枯燥,公式多、计算繁杂。在实际教学中,传统的《生物统计学》教学方式是主要是教师利用黑板、粉笔、教案或课件等,在一般教室进行授课。课堂上以老师讲解为主,统计分析方法的学习主要也是采用计算器作为运算工具,教师传统的“教”与学生的“学”之间有着很大的障碍。学生难以理解生物统计的作用,学习过程中普遍感到抽象、难学,难以做到活学活用,学习效果不很理想,难以真正掌握生物统计这门研究工具。因此生物统计教学方法、手段和教学内容等的改革势在必行。

1.2 实施《生物统计学》计算机辅助教学的优点

与传统教学手段相比,计算机辅助教学通过在《生物统计学》课程授课过程中利用投影仪、计算机、网络等多种现代媒体,可以达到形象、直观、高效的教学效果和培养学生解决实际问题的能力。其教学的优点是:能够化静为动.寓教于乐,培养和激发学生的学习兴趣:能使抽象问题形象化,便于学生对知识的理解和运用;能节约传统的板书时间,开阔知识面,增加信息量,提高学习效率等等。

1.2.1 实施计算机辅助教学,能方便、快捷地处理统计图形、图表,使教学过程变得直观、形象在过去传统教学方式下,无法在一个课时内利用多种统计方法处理同一组资料.无法同时显示多种统计计算公式、相关图形及计算结果,无法直接利用结果和图形进行预测。而采用多媒体辅助手段后,则可使绘图、制表、数值计算、预测一气呵成。另外,利用计算机特有的模拟功能和动态演示功能还可使生物统计学的抽象理论变得直观、具体、形象,从而增强学生对概念的理解及方法的运用。

1.2.2 实施生物统计学计算机辅助教学,可以链接功能强大的统计分析软件,便于在课堂上处理大规模的实际数据资料,提高学生解决与处理实际问题的能力在多媒体辅助教学中,各任课教师可根据自己的习惯及授课对象的特点,分别链接介绍EXCEL电子表格、SPSS统计分析软件等。同时在实验课中让学生独立进行数据的统计分析,加强对所学统计分析方法的理解和掌握。这样就将现代化的计算和分析工具与传统统计理论教学有机结合起来,将统计理论教学与实际案例分析结合起来,达到培养学生运用计算机处理统计数据的能力。

1.2.3 实施生物统计学计算机辅助教学,还能够使教学重点得到突出,使教学目的得到升华传统的生物统计学教学方式是建立在手工计算的基础上,主要使用计算器作为运算工具,讲授的重点是生物统计学基础理论知识。但由于受到课时和学生数学基础知识的限制,讲授内容的广度与深度都无法满足实际应用的需要。事实上,只要学生学会利用统计分析软件,学生一个学期的习题和例题,只需要数小时就可以全部演算一遍。用计算机代替手工计算后,教师可以把授课的重点转向过去传统教学顾及不到,但实际上更加重要的方面,即从过去主要是针对统计学概念和方法的理解,转向对统计结果实际意义的理解,通过大量实例、数据的比较分析,使学生深入理解和掌握各种统计方法的应用条件和实际应用效果。

2 实施生物统计教学改革的初步设想

2.1 为了适应教学方式的改变,授课教师应在讲课风格、内容等方面做必要的调整

2.1.1 计算机辅助教学要求任课教师除要熟悉掌握本专业知识外,还应该掌握必要的计算机操作技能,应熟练掌握POWERPOINT等制作课件的制作方法与至少一种统计分析软件,如SPSS、SAS统计分析软件。

2.1.2 计算机辅助教学大大增加了教师的备课工作量。计算机在生物统计教学中的作用也不是万能的,它不可能削弱,更不可能替代教师的作用。相反,它对教师提出了更多更高的要求。教师除了应具备传统意义上的生物统计专业知识和职业技能外,还需要有对计算机文化的精深理解。由传统教学方式过渡到计算机辅助教学方式,不是把过去条理化的教案简单地拷贝到屏幕上,而需要由授课教师重新制作一套直观、生动、形象的课件。课件应注意教学内容与统计分析软件有机的结合,使学生能通过计算机编制试验方案,分析试验结果。教学方式转变后,授课教师必将要经历一个从不习惯到习惯、从不熟练到熟练的过程。

2.2 培养学生自主学习的模式

生物统计学是农学、医学、生命科学等领域数据外理的重要工具,教师应充分利用计算机这一现代化的教学手段,为学生营造一个良好的学习环境,拓宽学生的知识面,帮助学生构建自主学习模式,以培养和提高他们的综合素质及分析问题、解决问题的能力。

为了适应教学方式的改变,听课学生在学习习惯与方法上也应做必要的调整。与传统教学手段相比,在多媒体教学方式下,课堂所讲授的内容无论是在广度还是在深度上都会有很大增加。如果学生还一味地等教师灌输,课前不预习课后不复习,就可能会出现上课跟不上、听不懂的情况。这就要求学生要发挥主观能动性,让学生在课外进行自学,拓宽他们统计分析的解题思路,同时做好课外的预习与复习工作,同时要能主动把课堂上所学到的方法与例题在计算机上进行实际演练。

2.3 建立双向反馈教学和新的考核模式

计算机辅助教学打破了传统教学模式,学生和老师都有一个彼此适应和习惯的过程,平时应利用各种方式广泛开展师生相互交流与讨论,建立双向反馈教学模式。在考核方式上,应让学生真正从应试教育中摆脱出来,对生物统计学课程实行在计算机上考试,如通过计算机进行试验设计,进行统计假设检验,分析处理给定试验数据的结果、作出统计推断等。

3 实施计算机辅助生物统计教学的必备条件

3.1 硬件保证

硬件建设是实现计算机辅助统计教学的基础,包括必备的计算机辅助教学实验室、局域网、电脑,多媒体投影及相关影音设备等。

3.2 软件保证

这里的软件是指计算机系统软件、应用软件和在教学活动中起关键作用的教师。实现计算机辅助教学,一些软件的购买和安装是必需的,如office办公软件,SAS、SPSS、TSS统计分析专业应用软件等。同时,计算机辅助教学对教师的知识结构和综合能力也提出了更高的要求,在教与学的过程中,需要教与学的相互配合。在教学过程中更多的主动权还是掌握在教师手中,因此,教师仍是影响教学效果的主要原因。

教师的实践能力影响到学生实践能力的培养,在新形势下,统计学教师要优化自己的知识结构,加强自身实践能力的培养。首先,统计学是一门方法论学科,涉及的领域非常广泛,因此要求统计教师既要精通统计学的基本原理和方法,还要有一定的经济学、管理学、社会学等方面的知识,这样在讲课过程中才能将理论与实践有机地联系起来。其次,统计提供了大量的量化分析方法,因此要求统计教师要有较扎实的数理统计学基础。再次,采用多媒体教学,又要求统计教师具有熟练的计算机操作能力、较高的外语水平和统计方法的实际应用能力。

4 计算机辅助《生物统计学》教学的预期效果

4.1 可实现生物统计教学重心的转移

以往的教学中,由于采用计算器作为运算工具,我们把大量的时间花在各种统计计算上,但结果往往是学生用过多的时间去关注了某类问题的解题过程,而忽略了统计方法在应用上的区别以及统计思维的训练。随着计算机的普及和多媒体教学的开展,统计计算技术应不再是统计学的教学重点,而应将重点转移到统计思维的培养和统计应用能力的提高上去,统计运算交给计算机去完成。教师需要做的是传播统计思想,讲清楚基本概念、基本原理、各种方法的适用条件,计算机软件和统计软件的使用方法以及如何正确解读计算机输出的结果等。统计软件的使用使数据的处理和分析更快速、更准确,为我们节约了时间,提供了实现教学重点转移的条件。

4.2 可提高课堂教学效率

非统计专业的生物统计学课时有限,而需要传达的内容又太多。如何在有限的课堂教学时间里传达更多的信息、提高课堂效率呢?多媒体教学和上机操作可以缩短学习过程,一方面是缩短了学习时间,另一方面是提高了学习效率。随着现代化教学手段的应用和教学重心的转移,过去学生感到很抽象难懂的内容,现在通过短时间内的多次点击,在不同的计算和不同的结果对比中可以较容易地理解,这样在短时间内所获得的知识量大大增加,提高了学习的效率。

4.3 可激发学生的学习兴趣

计算机已成为现代大学生的必修课,在生物统计学这门课开设时,学生对计算机都已不陌生,与纯课堂听讲相比,上机学习统计方法和运算使他们更感兴趣,通过人机交流可更好地实现教学互动。另外,通过给学生提供选题和选择相关统计软件,激发他们发现问题,解决问题的热情和能力,培养他们在解决问题过程中的合作精神和攻关精神。

4.4 拓展教学内容

由于教学时间的有限性和手工计算的不可实现性,很多实用的统计方法被排除在课堂教学内容之外,而有了统计软件的支持后,就可以把这些内容充实到讲课内容中去,比如回归分析,过去一般只讲一元线性回归方程的配合,现在可以增加一元非线性回归方程的配合,多个回归方程的对比和选择,二元以上多元回归方程的配合,多个自变量的选择方法等。至于单相关系数、复相关系数、偏相关系数,以往只介绍单相关系数,现在可以通过软件计算复相关系数和偏相关系数,并理解他们各自所表达的意义。

4.5 提高学生的实践能力和应用能力

在某种统计方法的学习过程中通过上机操作来实现或是通过某个课题的数据处理来实现,学生在分组完成课题的过程中,可提高资料的收集能力、整理能力和分析能力。同时还可培养网上资料的检索能力,在实地调查过程中的调查设计能力,问卷设计能力、抽样方法的运用能力等。

统计分析方法有很多,而统计分析方法的选用是最难的一环。实际中,我们不乏大量的原始资料和二级资料,缺乏的是利用统计方法对资料的挖掘,在利用分析软件对调查资料进行分析的过程中,学生们用过的每一种分析方法,哪怕是最简单的统计分析方法,都将深深地印在他们的脑海中,都将对他们产生深远的影响。

5 在计算机辅助教学中应注意解决的几个问题

应用计算机辅助教学是统计学教学改革的方向,但在教学实践中,必须注意解决好以下几个问题。

5.1 教师在制作课件时应注意解决好三个关系

首先是“内容与形式”的关系。教师在制作课件时,应当根据生物统计学教学内容的性质和特点选择恰当的技术手段和表现形式,不要过于注重视觉效果过度渲染屏幕,把整个屏幕弄得“花花绿绿”。实践证明,附加信息和无关信息过多,虽然从心理上加深刺激了学生的感知能力,但却显得主次不分,容易分散学生的注意力。

其次是“效果与效率”的关系。一般的原则是:用语言、文字、图形等多媒体形式就能表现得十分清楚的内容,就不需要也没必要花费大量时间和精力去搜集影像资料、制作动画片斯。

第三是“现代与传统的关系。多媒体教学与传统教学手段之间的关系,应该是相辅相成、协调发展的关系。有人认为多媒体技术可以完全取代传统教学手段,片面追求感官效果,以致于一些本来可以几句话说清楚的问题,也要动用大量复杂的多媒体形式来表现,显然是不切实际的。

5.2 教师的主导作用,不能因多媒体手段的运用而被削弱

虽然教学课件已经事先做好,但不是说在课堂上教师只要在教师用机的位置上单纯地演示课件就可以了,这样可能会出现学生看了很多,听了很多,却不知道要学什么而事与愿违。其实,计算机辅助教学作为一种现代化的教学手段,是用来提高课堂教学的效率、突破重点难点、解决一些传统教学不易解决的问题。教师应凭自身丰富的教学经验和生动的讲解,通过师生间的情绪感染来调动学生学习的积极性,并使学生能够自觉的参与到新的教学当中去。这就要求教师应积极有效地利用计算机辅助教学来解决这个矛盾。

5.3 解决好课件的播放速度与学生记笔记的关系问题

在传统教学方式下,教师板书的同时学生也就完成了记笔记的过程,但在多媒体教学方式中由于教师不需要板书,就可能出现学生记笔记忘了听课,听课又记不了笔记的问题。我们可以事先把课件以讲义的形式打印出来发给学生,这样学生就可以专心听课而不用再想着记笔记的事情了。

5.4 要多给学生理论与实践相结合的机会

生物统计学的教学应把侧重点放在理论与实践的结合上,加强对学生解决实际问题能力的培养,统计理念和统计思维的培养以及现代统计应用工具——统计软件使用的学习和训练,而完成这些教学目标的现实途径之一就是采用计算机辅助的统计教学方式。对于生物统计学教学来说,由于涉及大量的计算及分析过程,如果只单纯在多媒体教室看播放的幻灯片,效果可能不太理想。多安排几次上机时间,由学生亲自去实际操作,这样,学生对统计理论及计算过程的理解与动手解决实际问题的能力都会有很大程度的提高。

生物计算机 篇10

关键词：计算机病毒,生物病毒,比较

计算机病毒和生物病毒虽是两个不同领域的概念，有不同的物质基础，但它们在其本质、表现形式、结构方式、传播方式及防治等方便有着惊人的相似之处。通过两者的比较可以将计算机病毒理论及方法应用到生物病毒的防治技术上。

1 计算机病毒与生物病毒比较

计算机病毒与生物病毒之间存在着微妙的联系，这种关系提示，将计算机病毒理论应用到生物病毒的可行性。

1.1 病毒的表现形式

1.1.1 极强的破坏性

无论生物病毒，还是计算机病毒，都能够对其宿主造成极大的危害。1988年，美国人莫瑞斯编写了一个蠕虫病毒，在几个小时内，使得网络阻塞，运行迟缓，近乎瘫痪。还有一些著名的病毒，如“CIH”、“美丽杀”病毒等在世界范围内对计算机系统都造成了极大的经济和社会影响。生物病毒的破坏性也非常明显如艾滋病、肝炎、流感等疾病。这些疾病大多是由生物病毒引起的。例如，艾滋病毒能生存于人的血液中并攻击人体免疫系统，它大量吞噬、破坏T4淋巴细胞，从而使整个人体免疫系统遭到破坏，最终人体丧失对各种疾病的抵抗能力而导致死亡。

1.1.2 微小的体型

计算机病毒的体型大小是用代码长度来衡量的。它们一般非常微小的，也许只有几十行，几百行代码，有的甚至只有几行代码，却能使计算机系统瘫痪或者网络阻塞。CIH病毒最初的版本只有656个字节，可感染Windows PE类可执行文件。当然，随着计算机病毒与反病毒软件之间的不断“斗争”，计算机黑客为了让病毒更隐蔽，更具有破坏性，最近也出现了“巨型”的计算机病毒，它们有的达到了几兆，有的甚至十几兆。生物病毒个体大小都是纳米级的，一般在10-300nm左右，较小的病毒如菜豆畸矮病毒，只有9-11nm，而较大的病毒如痘类病毒，有250-300nm。而且，一般生物病毒编码基因也是相对较微小的基因组序列。

1.1.3 极强的感染能力

无论是计算机病毒还是生物病毒，最主要的一个特点就是具有极强的感染性。在生物病毒的感染中，病毒首先吸附在某个细胞上，然后将自己的DNA/RNA注入到细胞内部，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制病毒的DNA/RNA，并合成病毒所需要的蛋白质和外壳。当各种合成都成熟时，病毒就破壳而出，继而侵蚀其他细胞。计算机病毒的感染性是将其编码通过一定渠道，强行进入计算机的系统内存中，使计算机被病毒所感染。这与生物病毒的感染机制有明确的相似性。

1.1.4 变异能力

计算机病毒会不断变异和升级的，从而出现许多新的病毒变种。这种变异目的就是让病毒更隐蔽，危害更大。例如CIH病毒，从1998年到2002年，就改进了4次，从一个不具有破坏性的病毒不断地升级为破坏性极大的病毒。而生物病毒的变异是与自身的进化和防御免疫系统抑制有关。当一个免疫系统可以阻止某种病毒的侵蚀时，病毒就有可能产生新的变种，从而绕过免疫系统，侵蚀宿主。

另外，计算机病毒与生物病毒之间还有其他相似的地方，如多样性、特异性、相容相斥性等等。

1.2 病毒的本质

病毒的最大特点是其传染性，而传染性的原因是其自身程序不断复制的结果，即将程序本身复制至其它程序中或简单地在一个系统中不断地复制。

从本质上讲，计算机病毒要完成传染和复制必须完成三个主要任务：控制权获取、自我定位和复制。具体来说，完成控制权获取是为了病毒的传染模块得到执行机会，实际上，控制权获取是完成任何病毒任务的基础;自我定位是获取病毒自身副本在内存中的位置;复制是将自身写入目标程序中，以便病毒随着目标程序的传播而传播。

由此可以看出，计算机病毒和生物病毒在病毒的本质层面上也是非常的相似，它们都具有循环复制的功能。

1.3 病毒的结构方式

计算机病毒与生物病毒在结构组成的方式上也极为相似，从表1.1的比较中，就可以很清楚地看出这点。

计算机病毒是利用系统的漏洞，使用编程工具，开发出来的程序。对于程序而言，它的最终形式都是0, 1编码的二进制数据，存储在计算机的硬盘或者移动磁盘中。相对于二进制数据而言，系统方面上讲，计算机病毒主要以文件、内存块、网络包等形式存在，通过网络、移动存储器等方式从一台计算机传播到另一台计算机，然后再在新的计算机上进行感染、复制、繁殖、传播。

生物病毒与计算机病毒的方式很类似。首先生物病毒也是“观察”到了生物体的免疫系统的“漏洞”，绕过免疫系统，感染生物体。对于生物病毒而言，病毒的本质一般都是以DNA/RNA核酸编码的形式存在，有少数病毒也以蛋白质的编码形式存在。然而，当一个病毒侵入细胞时，都是把它的编码注入都细胞的内部，类似计算机病毒感染文件一样。生物病毒大多通过空气、饮食、生物媒介、遗传、体液等传播。它们关键一点就是把遗传编码从一个细胞传播到另一个细胞，然后再利用细胞内部的物质和能量合成更多的病毒编码。这些编码最后再通过细胞分裂，使病毒释放出去，以进一步感染和侵害其他的细胞。

1.4 病毒的传播方式

研究病毒传播的科学家发现计算机病毒和生物病毒传播规律也是十分相似的。计算机病毒一般首先在一个小的范围内传播，有了网络以后，病毒的传播速度和影响范围就急剧猛增。生物病毒的传播规律也是类似，首先在一个小的范围内传播，一旦随机传染给生活圈的人们并形成流行传染，其感染面积和传播速度就无法估量了，此时的病毒也更加难以控制。

1.5 病毒的防治

杀毒软件与防火墙是最常见的计算机病毒的防治工具。杀毒软件主要功能是实时监控和磁盘扫描。算机病毒防治的主要难题是，如何防治病毒库中还没有记录该病毒的特征未知病毒。通过查找可能循环执行的程序，可为研制自动查杀病毒的全新软件提供新的思路。防火墙是另一种主要的防毒工具。它通过一种离技术将内部网络和外部网络隔开，如果实现网络间的通信，必须要经过防火墙。防火墙技术极大地提高了网络的安全性，减少了网络病毒的危害和网络外的攻击。

对于生物病毒的防治而言，关键的问题是如何抑制病毒DNA/RNA的复制，如何抑制蛋白质的表达合成。因此，生理杀毒机制往往是启动细胞内特殊的化学反应，使病毒的DNA/RNA破坏或分解。有些病毒侵入细胞后，细胞中的防御机制会使用溶解酶将病毒的DNA/RNA分解。一些比较复杂的病毒，自身进化出防御机体的机制，使得其得以突破细胞的天然防御，进一步突破机体的免疫防御，从而无限复制并感染其他细胞或宿主机体。

可以看出无论是计算机病毒的防治，还是生物病毒的防治，关键点就是如何使病毒失去复制功能。

2 讨论分析

通过比较分析看出，计算机病毒与生物病毒在很多方面都是相似的。通过研究这些相似点，今后可以将计算机病毒的防治方法应用到生物病毒的防治上来，或者将生物病毒的防治应用到计算机上去，可能形成一个新的领域，将两种病毒的防治方法结合到一起，是今后在研究生物病毒上的一个突破。

生物病毒感染的复杂性，直接从生物病毒编码上对生物病毒的防治技术还未成熟。计算机的快速发展和计算机病毒的层出不穷，使得计算机专家逐步开发出更高效、更便捷的病毒防御方法，而生物病毒的防御和治疗常常陷于束手无策的尴尬境界，这主要有以下几个原因：

(1) 计算机的发展是从无到有，从简单到复杂的过程，才几十年的时间。而生物的发展是上亿年的进化过程。因此计算机的体系结构相对于生物体来说要简单得多。

(2) 计算机病毒都是由黑客人为编写的，它的侵入手段、功能、结构都比生物病毒要简单。

(3) 计算机病毒的传播途径无非是磁盘和网络，少部分是通过硬件固化的方式。然而，生病病毒的传播途径要更加的复杂，难以控制。

(4) 计算机病毒比生物病毒更加容易检测。

(5) 现在有很多的杀毒软件公司，他们可以极大地推进计算机病毒防治技术的发展。

与计算机病毒的防治相比，如何找到一个高效的行之有效的生物病毒防治方法是困扰很多科学家的一个难题。例如，由于HIV病毒，禽流感病毒、恶性肿瘤病毒的复杂性和变异性，使得到现在还仍是一个世界性的难题，还需要长期的努力。

参考文献

[1]刘彦茹, 林道红.HIV感染过程及致病机理[J].牡丹江医学院学报.1996, 17 (4) :36-37.

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[3]杨宝生.计算机病毒的本质特征及检测[J].电脑知识与技术:学术交流.2007 (9) :1304-1306.

生物计算机 篇11

一、生物实验的哪些内容适合运用计算机辅助教学设计

（一）认识生物实验器材，可运用计算机辅助

教师在生物实验中如果仅靠实物和手绘图、挂图来讲解生物结构，会让学生难以了解其构造、原理及使用方法；而利用计算机辅助讲解，问题就好解决了。如在讲解“显微镜的使用”实验时，教师就可以利用多媒体展示显微镜各部分的立体结构；学生观察后，对如何使用显微镜就会有较清晰而深刻的认识。

（二）培养学生规范操作实验的习惯，可运用计算机辅助

在实验教学中，教师如果只进行讲解或演示实验器材的操作方法、实验操作步骤，就无法培养学生规范的操作习惯。如在“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验中，部分学生因为看不清教师的示范操作或者注意力不集中，在实际操作过程中就会出现一些不规范的动作，如将试管直接放到酒精灯的火焰上加热，双缩脲试剂A液和B液加入试管的顺序颠倒等。而教师运用多媒体技术显示操作规范，利用录像等播放实验过程，就能使学生明确实验操作步骤，避免多犯错误。

（三）实验前展示步骤，实验后展示结果，可运用计算机辅助

传统的实验课教学，因时间与条件的限制，不便于给学生讲清楚；即使板书清楚，也不利于指导学生实验。因此，教师可运用多媒体课件辅助教学。教师可在实验前指导学生阅读实验内容，使其掌握实验目的和操作要领，理解实验原理；实验中利用板书、图示或动画展示实验步骤及各种现象，并对其进行质疑，引导学生进行探究性实验，观察实验结果；实验结束后指导学生交流总结实验，根据实验填写实验报告。

（四）无条件完成的实验，可用计算机辅助

对于因为学校条件的限制而无法操作的实验，或是对学生的安全有威胁的实验，或是太微观、太宏观的实验，可用计算机辅助完成。例如，可设计辅助“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验的教学课件。再如，生物实验有的要求时间长，不能在一节课内完成；有的实验不能在实验室内完成，如孟德尔的遗传实验等，教师也可把它们的实验过程以动画或影片的形式浓缩在一个短短的课件中；还有的实验科技含量很高，一般的中学没有硬件条件支持学生完成，如PCR扩增等，教师也可将实验过程制成多媒体动画或影片，展示给学生，让学生对实验有更多了解。

二、对生物实验运用计算机辅助教学设计的策略

（一）利用计算机辅助课件创设情景

计算机辅助课件能够提供界面友好、形象直观的交互式学习环境和图文声像并茂的多种感官综合刺激，还能按超文本方式组织各种教学信息。比如在教学“细胞的结构与功能”时，教师可设计这样的多媒体课件：在打开多媒体课件时，一个细胞跳出来，它会自我介绍自己的名字，它是哪个母体下的细胞，细胞将自己全身上下展现了一遍，而且讲述自己喜欢什么，讨厌什么，在什么情况下能传输，什么情况下不能传输等。这样的计算机辅助课件使学生事先被带入实验情境，产生双重记忆，使实验变得更加有价值。

（二）利用计算机辅助课件提供直观材料

计算机辅助技术的应用，可以提高学生感受事物的质量，让学生获得更生动直观的事物形象。它可以变抽象为具体，变静态为动态，将微观过程加以宏观模拟，把宏大场景作微观处理，使瞬间变慢，历史重现，化枯燥为生动，图文声像并茂，调动学生多种感官参与，为学生自主探究提供充足的感性材料，使学生能在最短时间内达到探究的目标，切实提高教学质量。

（三）利用计算机辅助课件进行当堂考核

计算机辅助课件可以很好地帮助教师完成“评价”这个环节的教学。如在完成“减数分裂和有性生殖细胞的形成”的教学后，教师可以用多媒体课件展示克隆与克隆动物技术发展史、受精的过程，加强学生应用所学知识解决实际问题能力的培养，加深学生的印象，拓宽学生的知识面。此外，教师还可以精心设计一些形成性练习，在教学结束后让学生进行思考作答，进一步巩固学生自主探究的效果，使学生分析问题和解决问题的能力得以锻炼。

三、计算机辅助生物实验教学设计应注意的问题

（一）严格教学设计，确保实验科学准确

教师在运用计算机展示客观存在的生物时，一定要注意真实性。植物和动物的照片一定要使用实物照；对于微观的生物现象，需要采用放大的模型，并要配有实物照或显微摄影照片。因此，在进行计算机辅助实验教学设计过程中，要使用恰当的实验仪器、实验材料和实验方法，使演示效果更加有效、明显。对可能出现的影响实验的因素或不同的实验结果，要充分估计，全面考虑，并让学生用科学的态度分析其原因，确保实验的科学准确。

（二）计算机辅助实验内容要适量

要防止多媒体成为代替教师向学生灌输知识的机器，把学生当成接受信息的机器，课件播放时间要适度，避免学生产生疲劳感。教师可以边播放课件边讲解示范，深化学生对知识的理解。

（三）结合其他媒体，提高实验综合效率

实际上，计算机辅助只对某种特定的实验教学有效，它并非全能媒体。要把板书、幻灯、投影、模型、标本、电教设备等结合起来，充分发挥计算机的辅助作用，相互补充，取长补短，提高实验教学的综合效率。

（四）恰当使用，不要让计算机辅助代替实验

对于大多数学生能够亲自动手操作完成的实验，就不宜采用计算机辅助來代替。如果用计算机完全代替学生实验操作，那么学生便会产生惰性，他们的操作技能、合作意识、学习兴趣等就无法培养，违背了实验教学的初衷。

生物计算机 篇12

关键词：云计算,生物医学,大数据,解决方法

最近这几年，我国的生物医学取得了飞速的发展，生命科学推动着生物医学不断向前发展，使生物医学的数据非常庞大，处理起来非常困难。因此，诞生了云计算，云计算能够对大量的数据进行快速、精确的计算，因此，被广泛应用于各个大数据领域。云计算对大数据的处理，主要是通过云计算的供应商，提供对数据的存储和计算等，并提供给云计算的用户，用户可以根据供应商提供的大数据处理平台和数据处理技术，对具体的数据进行处理、利用，解决数据的存储、计算、保存等问题。云计算用于生物医学的大数据处理，利用数据处理方式对生物医学的大数据进行计算。本文从云计算对生物医学的大数据处理方面进行论述。

1 简述云计算数据处理技术

数据处理技术从计算机处理逐渐演变成云计算数据处理技术。云技术大数据处理技术，主要是指利用计算机互联网技术，对处理数据可以进行随时随地保存、利用、共享等，实现数据之间的快速转化，方便云用户对数据进行运用，实现云计算技术中对数据的共享[1]。云计算大数据处理技术体系可以根据体系的结构，分为以下几个层次：云计算大数据处理的服务管理层、云用户的访问接口层、云计算大数据处理技术的核心服务层。云技术数据处理技术的核心理念，主要是指云技术大数据处理技术的资源和各个功能服务，对与该技术的硬件基础设施，和云计算服务平台以及云计算大数据处理技术的应用程序等，都是以服务管理的方式，通过计算机互联网技术传递给云计算数据处理技术的用户，实现大数据处理的目的[2]。

2 云计算处理生物医学大数据的解决方法

随着生物医学的不断发展，生物医学研究的问题也越来越多，生物医学产生的数据也越来越庞大，要对这些复杂的数据进行处理，必须借助高效的计算技术，云计算为大数据处理发展提供了技术支持。

生物医学的发展以及目前生物医学涉及的领域较多，产生了大量的待处理数据，这些数据就成为生物医学的大数据。比如，高通量测序，这个测序程序一次的测序可以达到109的量级，如果是数据测试试验所进行测序，所得出的量级就会远远大于单一测序的量级[3]。大数据的获得方式除了实验外，还包括在公共数据库中获得的大量数据，这些数据合起来构成了生物医学上的大数据。我国目前的公共数据库包括分为两类，一是大数据的初级公共数据库，这个公共数据库中包含的都是原始的生物数据，能够了解到的原始生物数据库，比如，美国国立生物技术信息中心NCBI的GenBank、欧洲的生物信息研究所EBI、DDBJ、GEO等；二是二级公共数据库，这个公共数据库是对出具数据库中的数据进行分析处理得到的数据组成的，经过处理的数据，比如，蛋白质结构等领域的数据处理信息，对这些处理数据具有保存、利用等方面的功能。目前常见的二级公共数据库包括Ensem-bl、UCSC基因组浏览器等二级公共数据库，公共数据库还包括了数据下载积累的数据信息。

在进行大数据的处理方面，小型的计算机已经无法满足对现在大数据的处理，现在很多研究所在对大数据进行处理时，依然使用的是小型的服务器和数据计算器，这样虽然可以保留一定的数据保存空间，但是对研究数据过程中出现的数据却没有空间进行保存，导致数据存储空房间不足，很可能会出现数据丢失的现象，因此，很多的研究所选择连接外被设备，进行大数据的保存。但是这种方法不能够从根本上解决问题，还出现了大数据处理上更加严重的问题，无法对大数据处理的准确性和可靠性进行把握。为了保证大数据的可靠性和精确性，必须对大数据进行备份，一般都会保留3到5个大数据副本，这就是生物医学上的大数据冗余备份策略。比如，现在我国使用比较广泛的云计算技术平台的基础是AWS技术，AWS技术可以对大数据进行存储，并且对大数据进行及时备份，一般的本分为3份。在对生物医学大数据进行处理的过程中，一般会产生处理过程中的中间数据，因此，云计算数据处理技术，对数据处理平台的数据存储器以及云计算大数据处理技术的性能提出了更高的要求[4]。

一般的大数据处理往往采用的是数据集中处理的办法，对数据计算上的多个节点进行存储，比如，磁盘数据储存，但是数据处理器上的保存空间比较小，或者一般不能使用，本地数据存储器一般的数据储存能力比较小，但是云计算大数据处理计算的供应商，比如，亚马逊、谷歌等，能够通过虚拟化的技术，通过计算机互联网等，将大数据处理节点上的每一个数据资源，进行整合，包括数据的储存节点、计算机数据的处理节点等数据资源进行整合，转换为各种数据资源，通过方便、快捷、透明的方式，对云计算大数据处理技术的用户进行数据提供，方便用户对数据的使用。云计算大数据处理技术的对处理数据主要是通过用户对数据的需求，进行数据资源支配，比如，CPU、内存、数据操作系统、系统数据软件等，云计算大数据处理技术的用户在获取资源的同时，可以随时对数据进行利用，但是要及时付款，也就是随用随付。如果云计算大数据处理技术的用户采用的是云平台进行数据处理利用，生物医学研究组织只需要支付非常少的钱，就可以对数据资源进行利用，无须在数据存储、计算等环节上进行大数据保存的空间购买、对数据资源进行优化配置。另一方面，云计算大数据处理技术的用户，在对数据进行使用的过程中，可以随时对数据进行更改和建材，直到更改为自己需要的数据，这体现了云计算大数据处理技术的灵活性[5]。

传统的生物医学大数据处理平台，最大的问题就是数据储存空间太小，不能满足大数据储存的要求，因此，在云计算大数据处理技术的发展中，被逐步代替。云计算是现在生物医学大数据处理的主要平台，这个数据处理平台的核心观念是数据的并行运算策略。通过研究发现，云计算的性能优于其他的数据计算技术。生物医学的大数据处理主要是依据MapReduce的并行计算策略对大数据进行运算。通过高通量测序技术的读段映射技术进行处理，测序读段数据被分配到数据处理的各个节点，通过运算，最后将各节点的运算数据结果进行归并，实现大数据的处理的目标。

3 结束语

通过文章介绍，我们了解到云计算对生物医学的大数据处理有非常重要的意义。随着生物医学的发展，生物医学的数据发展变化较快，数据系统非常庞大，因此，大数据计算起来比较困难，云计算在这样的背景下，为生物医学的大数据处理提供了非常大的帮助，对生物医学的数据存储、技术、保存、利用等提供了方便。相对于传统的生物医学数据计算环境，云计算在大数据处理方面具有绝对优势，云计算能够在大数据处理的过程中，提供最科学可行的数据计算方案，分析数据信息的各个方面，为数据处理打好基础。随着云计算的不断发展，未来云计算发展会建立数据处理的多资源生物医学数据处理体系，为大数据处理提供技术支持。

参考文献

[1]孙磊,胡学龙,张晓斌,等.生物医学大数据处理的云计算解决方案[J].电子测量与仪器学报,2014(11):1190-1197.

[2]王相伟,史玉良,张建林,等.基于Hadoop的用电信息大数据计算服务及应用[J].电网技术,2015(11):3128-3133.

[3]吴昊,彭正洪.城市规划中的大数据应用构想[J].城市规划,2015(9):93-99.

[4]林永青.“互联网+”的技术元素:大数据和小数据[J].金融博览,2015(11):42-43.