生物科研论文5000字_生物科研毕业论文范文模板

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  生物科研论文5000字(一):科研导向的农学类专业生物信息学教学内容改革论文
 
  摘要生物信息学是一门生命科学与计算机科学、统计学等学科相互渗透而形成的综合性学科,广泛应用于生命领域科学研究。针对农学类专业课程设置、学生知识背景及农业科学研究热点需要,提出生物信息学课程教学过程在必要理论基础知识学习的基础上,针对农学专业的研究目的,设置功能模块化教学内容,将分布各章节的知识点融汇贯通,提高农学类专业学生分析问题和解决问题的能力,适应后基因组时代农业科学研究,满足现代社会对农业创新型人才的需求。
 
  关键词科研导向;生物信息学;教学内容;农学
 
  中图分类号S-01文献标识码A文章编号0517-6611(2018)32-0234-03
 
  作者简介陈志雄(1975—),男,福建莆田人,副研究员,博士,从事作物遗传育种和生物信息学研究。*通讯作者,高级实验师,博士,从事作物遗传育种研究和遗传学实验教学与研究。
 
  收稿日期2018-09-11
 
  生物信息学是随着人类基因组计划的实施而兴起的一门新学科,综合运用了信息学、数学、计算机和生物学的的方法和技术,管理和利用DNA、RNA和蛋白质等生物分子数据,揭示数据所蕴含的生物学意义。生物信息学已融合到生命科学各个领域,成为生命科学不可分割的重要组成部分[1]。近年来,随着第二代测序技术和PacBioRS单分子实时测序系统的推出,测序成本大幅下降,大大促进了作物基因组测序工作的开展。2017年启动的“万种植物基因组计划,将在5年内对10000种植物的基因组进行测序。面对已经产生或即将产生的海量基因组数据,亟需强有力的工具挖掘有用的信息、发现农作物的重要基因、加快基因克隆等,以推进生物多样性、生态保护及各种重要基础科研和农业应用转化问题的研究。生物信息学已成为农业科学家开展科研工作的重要工具,同时也是农学相关专业本科生必须掌握的基本知识和技能。因此,各农业院校应大力开展生物信息学课程教学,培养大量了解农业知识的生物信息学人才。笔者结合农业院校的专业特点和生物信息学教学过程中遇到的实际问题,制定科研导向的农学类专业生物信息学教学内容,以激发作物学专业本科生对生物信息学的学习兴趣,提高农业院校生物信息学课程的教学效果。
 
  1农学类专业生物信息学教学面临的主要难题
 
  1。1学生专业基础较差
 
  农学类专业学生在知识面及综合技能上相对较窄,对信息学知识接触得不多,对信息学的认识仅限于使用电脑编辑文本和上网等基础应用,未深入学习计算机语言、编程等。大多数农业院校学生的英语基础不好,难以适应生物信息学数据库、分析软件、文献资料的英文环境,在学习生物信息学时感觉难度较大,学习的积极性受到打击,从而导致学生学习生物信息学的兴趣下降。同时,本科生深入接触科学研究的机会较少,其学习的目的主要是通过考试和拿到学分,很难意识到生物信息学知识对将来学习和工作的重要性。
 
  1。2课程安排学时不充裕
 
  农业院校以培养农业人材为目的,开设的课程主要是农业生产相关的课程,而对计算机语言、编程等课程未深入学习,未意识到生物信息学对未来农业科研和发展的重要性,一般将生物信息学视为一门普通的选修课。近年来,随着各种新技术和新理论的发展,人类获得生物数据的能力越来越强,大量数据的积累进一步推动了生物信息分析技术的开发,而生物信息学涉及的学科越来越多,教学内容涉及生物化学、分子生物学、遗传学、基因工程、计算机语言及数据库等相关知识等相关知识以及不断更新的数据库和软件,需要学生花费更多时间去理解与运用。丰富多样的课程内容与较少学时之间的冲突,为完整系统授课带来一定难度。
 
  1。3缺乏适合教材
 
  生物信息学涉及到的学科越来越多,各种生物信息学专著及教材种类不断涌现。以“生物信息学”为题名检索本校图书馆馆藏书目,有62种与生物信息学相关的教材或专著。各种专著侧重点不同,内容繁杂,涉及人类医学、疾病研究、药物设计等领域的教材较多,而涉及农学的内容几乎没有。部分教材专业性过强,难度较大,不适于农学专业学生使用。各教材内容丰富,但缺少连贯性,在解决农业院校学生所遇到的专业问题时实用性差。因此,很难选到合适的教材是农学专业生物信息学教学的一大难题。
 
  2针对农学专业特点,设置模块化的生物信息学教学内容
 
  针对农学类专业生物信息学教学学时少、缺乏合适教材、学生知识基础与结构差异大等问题,借鉴各兄弟院校的经验[2-5],在突出生物信息学的应用性和系统性的基础上[6],从农业院校人才培养的目的和专业特色出发[7],选择和设置实用、易学、有一定深度的教学内容,围绕生物学知识、农业研究热点展开生物信息学课程教学,使学生愿意接受生物信息学课程,从而轻松学习、掌握与运用生物信息学知识。
 
  农学以谷类、豆类等农作物的生理生化、栽培育种等为研究对象,围绕农作物的优质、高产、抗逆等性状进行表型、遗传等方面研究。农学类专业课程设置特点使学生对基因的复制、转录和翻译、基因功能较熟悉。农学类专业生物信息学课程主要围绕基因功能、基因表达和系统进化三方面内容(表1),在必要的理论基础学习的基础上,以功能模块为中心的理论与实践融合的教学模式,在有限的学时内,寓教于科研实践,教学内容简单实用,提高了生物信息学的教学强度和教学效果,为学生将来从事科研实践奠定坚实的基础。
 
  2。1必要的基础知识学习
 
  2。1。1基础理论知识。生物信息学的学科基础分为生物学基础知识、数学基础知识和计算机及网络基础知识。农学类本科生学习完生物化学、植物学和遗传学等专业基础课程,对染色体、基因、中心法则有较深的理解,对生物学知识较为熟悉,已积累了必需的生物学基础知识。因此,绪论部分简要介绍数学、计算机及网络基础知识,着重介绍生物信息学的狭义定义以及数据库、序列分析和基因表达等生物信息在科研实践中的应用,让学生意识到生物信息学在农业科研中的重要性,并且强调生物信息学的实践应用特点。
 
  2。1。2基础数据库。生物信息学相关数据库有一级数据库、二级数据库,贮存了生物大分子(DNA、蛋白质)序列、结构、表达、相关文献等海量信息。NCBI是当今世界上最大的分子生物学研究的综合性数据库,为生物医学及生命科学研究提供了大量的数据和众多的分析工具与平台,因此NCBI成为生物信息学数据库的教学重点之一。科研中常用的数据库有核苷酸数据库(GenBank、EMBL和DDBJ)、蛋白质序列、结构数据库(UniProt、PIR、PDB、PFAM、SMART、Prosite等)、基因表达数据库(GEO)、代谢通路数据库(KEGG)、基因本体数据库(GO)等生命科学相关数据库,在农业科学研究中发挥着重要的作用。作为农学类专业的生物信息学课程,应着重介绍2种模式植物拟南芥基因组数据库(TAIR)和水稻基因组数据库(RAP-DB、RGAP),了解并熟悉作物和模式植物比较基因组数据库(Gramene)、植物基因组资源(Phytozome)、基于基因芯片的植物表达数据库(PLEXdb)、水稻表达数据库(RiceXPro)等,它们是农业分子生物学研究最基础的批量数据来源,为农学类学生需要了解甚至可运用到科研活动中的资源。
 
  2。1。3序列联配工具。生物信息学计算的核心是序列联配,BLAST是最常用的核酸和蛋白质同源性比较工具。教学内容包括序列比较算法(Needle-man-Wunsch、Smith-Waterman、Karlin-Altchul)、得分矩阵(PAM、BLOSUM、DNA替换矩阵)、BLAST种类及使用、在线BLAST使用方法和参数设置及结果解读。这些基础知识的学习有助于学生了解生物信息所涉及的问题、掌握解决问题的基本方法,并将知识融会贯通。
 
  2。2基于基因功能研究方向的生物信息学教学内容设置
 
  随着越来越多物种的基因组测序工作完成,生命科学研究已迈入功能基因组时代。基因功能验证技术包括过表达、RNA干扰和反义RNA技术、基因敲除等技术[8],这些技术核心环节是载体设计与构建。因此,该部分内容重点讲解和分析基因的结构(外显子和内含子)、启动子序列、编码区,掌握蛋白质预测表达部位、跨膜结构和信号肽等理论知识。实践课内容设置选用作物基因家族为研究对象,从数据库搜索并下载序列,利用生物信息学常用的EditSeq、引物设计软件、限制性内切酶识别软件等,设计过表达、RNA干扰和载体构建,指导分子生物学试验,达到研究基因功能的目的。根据基因表达水平和部位的概念和原理,介绍多种载体构建所涉及的基础理论知识、实验过程采用的软件及注意事项,减轻学生对基因序列的陌生感,增加学生的兴趣和解决问题的能力。
 
  2。3基于基因表达谱研究方向的生物信息学教学内容设置
 
  基因表达是基因功能研究的重要内容之一。单个基因表达的常用试验方法有半定量RT-PCR、定量RT-PCR和Northern雜交等。基因芯片技术可以高通量分析生物全基因组的表达模式,筛选特定组织、特定阶段或特定生理过程中表达的功能基因。这部分内容简要介绍基因芯片的种类、制备和信号检测过程,重点讲解芯片数据处理与分析以及数据反映出的生物学意义。然后,选择一种作物的基因家族,利用PLEXdb检索基因家族的表达模式,通过PLEXdb提供的Blast工具找到对应的探针号,利用探针号查找不同生育时期、不同器官、不同生物胁迫或非生物胁迫下的基因表达值,通过MEV、Clustal和Treevies软件图形化显示各个基因的表达量,从复杂的数据凝炼出生物学意义。在学时保证的情况下,可安排或参考《DNA和蛋白质数据分析工具》(第3版)中的“基因芯片数据处理和分析”从全基因组水平进行基因表达聚类分析和差异表达基因筛选。
 
  转录组测序(RNA-seq)能够全面快速地获得某一物种特定组织或器官在某一状态下的几乎所有转录本序列信息,是一种常用的分析基因功能的技术。该部分内容主要介绍转录组测序的基本原理、基本流程以及如何从中发掘有利的基因表达信息,比如表达谱、差异表达基因、选择性剪接本等。实验课可采用现有数据库(RED、RGAP)查询基因表达数据,分析单个基因的表达模式。
 
  2。4基于基因家族的系统进化的生物信息学教学内容设置
 
  系统发育分析和进化机制研究等方面,需要学生充分理解分子进化与系统发育研究相关的背景理论知识、系统发育分析方法的原理,以正确解释对生物分子进化和系统发育研究中数据与结果。农学类专业本科生的知识结构与生物信息学专业相差甚远,学生完全掌握理论基础和实验内容,解释进化关系有一定的难度。因此,讲解章节时,详细讲解分子系统发育树的基本概念、重点系统分析和比较4种系统发育树的构建方法与适用范围。借助实验课程学习基因家族的系统发育树的构建和分析,选择一种或不同作物的基因家族,通过Blast程序搜索同源序列,利用蛋白质结构域(PFAM、Prosite、SMART、NCBI-CDD)网络搜索,去除冗余序列,进行多序列比对和系统发育树构建,结合序列相似性、基因结构(GSDS)、蛋白质保守结构域、保守区域(MEME)等序列特征对得到的系统发育树进行分析,解释基因家族系统发育树的进化历程。
 
  3调整教学方法和模式,促进学生对知识的掌握和运用
 
  为了充分调动学生的积极性并掌握、运用知识,促进学生创新能力的培养,生物信息学理论与实践教学主要采用综合性和探索性,将研究性教学方法、PBL的现代教学方法融入教学中,避免传统的“灌输式”教学模式。在生物信息学的授课过程中,将农业研究的重要科学问题进行分解,选出生物信息学相关研究内容,并给予必要的补充材料和提示,鼓励学生寻找合适的试验方法来获得可靠的试验结果,并加以整理和分析,解决试验问题,充分发挥学生的主观能动性和创造性。教师进行必要点评,并详细讲解研究思路、方法和具体过程,重点分析研究结果及其在农业领域的生物学意义。
 
  4结语
 
  农学类专业学生学习生物信息学的中心任务是学会使用生物信息学知识和手段吸取有益的生物信息,为农业科学研究和发展服务。因此,在教学中授课教师要把握时代气息,根据农业生命科学和生物信息学的发展,调整和选择教学内容并突出重点,将分散不同章节的知识点融汇贯通,并及时引入最新的生物信息学资源以及相关软件工具和数据库,形成一套有层次的阶梯递进式生物信息学教学体系,注重培养学生的创新能力,提高该课程的教学质量,增强学生分析问题和解决问题的能力,促进了学生个人素质的提高,在今后的农业生物科研中利用生物信息学知识解决实际问题,满足现代社会对农业创新型人才的需求。
 
  生物科研毕业论文范文模板(二):生物学研究生科研能力提升的有效路径探析论文
 
  【摘要】生物学是以实验为基础的学科,科研能力是生物学研究生培养的关键和重点。本文总结了研究生教育中对科研思维,科研素养和习惯,以及科研技能三方面的培养经验,并分析了提高生物学研究生科研能力的方法,从而达到综合培养学生科研能力的目的。
 
  【关键词】科研能力;科學思维;科研素养与习惯;科研技能;生物学研究生
 
  研究生教育是高等教育的重要组成部分,是我国高等教育的高端阶段,在促进我国科学研究和技术进步中发挥着重要作用。科研能力是指一个人在其所从事的专业中,以科学的思维和适当的方法,对未知领域进行科学探索的能力,可反映为发现问题、分析问题、解决问题的能力[1-5]。在研究生教育阶段,科研能力是绝大多数以科学实验为主的理工医学科研究生必备的素质,也是这些学科研究生培养的主要内容。在这些以科学实验为主的学科中,生物学或者说生命科学对研究生科研能力的培养更为注重。生物学是自然科学六大基础学科之一,是研究生物的结构、功能、发生和发展的规律,以及生物与周围环境关系的科学[6]。在研究生阶段生物学属于实验性学科,需要通过大量详实的可重复实验来分析阐述自然界中生命的规律,因此在研究生阶段良好的科研能力显得至关重要。
 
  1科研思维的培养
 
  科研思维指形成并运用于科学认识活动,通过假说的提出、验证和逻辑推理,探索事物发生机制、演变规律和结局的思维过程[7-8]。科研思维的主要要素包含:承认客观世界,大胆假设,实践检验,凝练结论[9-10]。科研思维是做好科学研究的必备能力,研究生科研能力培养的重点是培养学生的科研思维。不同学科对科研思维的要求并不相同,培养研究生科研思维的方式也不尽相同,在生物学研究生培养中科研思维可以通过四个方面进行。
 
  1.1培养研究生实事求是,用数据说话
 
  在研究生阶段,应该让研究生养成:研究中所获得的每一个结论必须通过详实可重复的实验结果和数据,形成证据链来获得。没有实验结果和实验数据就不能妄下结论,养成研究生用数据说话,实事求是的习惯。
 
  1.2培养研究生设立参照,通过比较正确看待问题
 
  实验结果和实验结论都具有相对性,恰当的参照是生物学研究的比较原点,不同的参照会得到不同的实验结论。在研究生阶段培养学生养成正确设立参照的能力,通过与不同的参照进行比较从而获得更加准确的实验结论。
 
  1.3培养研究生具有怀疑的态度
 
  怀疑是科学的一个基本特征,是求知的起点[11],对默认规律的怀疑,对已知结论的怀疑,对未知现象的怀疑都能促使我们思考“这是什么?(What?)”,“怎样发生的?(How?)”,“为什么会这样?(Why?)”。在研究生阶段启发学生养成对自己研究结果和对他人研究结论保有怀疑的态度,能够提高学生的求知欲望。
 
  1.4培养研究生的逻辑思维能力
 
  实验科学需要较高的逻辑思维能力,根据获得的一系列实验结果推导出最接近自然规律的正确结论,这个过程需要逻辑推理和分析;在对下一步研究方向的把握中也需要逻辑思维。研究生阶段通过三年的研究锻炼逐渐培养学生的逻辑思维是提高科研思维的方法。
 
  2科研素养和习惯的培养
 
  研究生阶段必要的科研素养和较好的科研习惯是完成科学实验获得实验结论的前提,也是提高科研能力的出发点,好的科研素养和习惯在研究中能够起到事半功倍的效果。研究生阶段通过具体的科学实验来培养研究生的科研素养和科研习惯,通过具体实验的反复磨练,大部分研究生能够养成良好的科研习惯。
 
  2.1培养研究生科研中具有严谨的态度
 
  严谨的态度是做好科学研究的前提,对每一个获得的实验结果都一丝不苟的进行整理、分类、汇总和分析才有可能获得更接近自然真实的规律和结论。研究生在科学研究中一旦丢失严谨,那其研究结果的可信度也就无从而谈。
 
  2.2培养研究生科研中细心的习惯
 
  生物学实验往往需要很多繁杂细致的步骤,有些实验试剂加入量以微升计量,有些实验需要做完十多个分实验后才能得知结果。如果研究生在实验中没有细心的习惯,那他的实验结果就会出现各种问题,既影响实验的准确度,也会拖延实验的整體进度。
 
  2.3培养研究生具有勤奋的品质
 
  生物学研究需要不断的进行探索实验,其中大部分实验只能验证研究的方向而不能获得最终结果,为保证最终研究结论的完整性,需要研究生投入足够、有效的科研时间和科研工作量,如果没有勤奋的品质,勤奋不辍的进行实验,也就不可能获得完满的实验结论。
 
  2.4培养研究生遇到困难时具有坚持的品质
 
  生物学研究生三年中主要进行探索性实验,生物学是研究具有生命的材料的学科,实验个体具有差异性和不确定性,实验难度较大,实验中往往出现各种不可预料的问题导致实验反复失败。失败贯穿研究生科学实验的三年时间,如果没有坚韧的品质,在反复遇到实验失败时很容易退缩。
 
  2.5培养研究生具有交流的习惯
 
  任何科学研究不能闭门造车,科学研究尤其注重交流,尽量使自己的研究站在前人的肩膀上,并通过他人的研究获得启发。培养研究生在科学实验中养成交流的习惯,在实验遇到困难时,首先应该想到的是交流来解决困难。
 
  2.6培养研究生思考的习惯
 
  近几年随着网络速食文化的影响,大多数研究生缺乏独立思考的习惯,而思考贯穿整个科研的各个阶段。通过三年的科研锻炼培养学生勇于思考,勤于思考,喜欢思考的习惯也是研究生科研素养和习惯培养的难点和重点。
 
  3科研技能的培养
 
  科研技能是培养研究生科研能力的着力点,通过具体的科研技能训练可以培养研究生良好的科研素养和习惯,逐渐培养出科研思维,最终提高学生的科研能力。生物学研究生科研技能的培养主要包括四方面内容。
 
  3.1培养研究生建立合理的知识结构
 
  本科阶段课程较多,每门课程的学习时间很短,不可能掌握这门课程的所有内容,在研究生一年级阶段通过再次学习基础课程,弥补知识结构中的缺陷,完善知识结构是顺利进行后续科学实验的基础。研一阶段在学习其他实验技能之余,根据研究方向找出3至4门专业课程,对基础知识再次学习,重新完善自身的知识结构。
 
  3.2培养研究生学会阅读文献
 
  文献阅读在生物学研究中具有极其重要的作用,文献的阅读也贯穿了研究生学习的整个过程。通过阅读文献一是可以了解国内外相关领域的研究进展,避免重复研究;二是可以掌握研究领域的未知问题,进一步探索;三是可以学习他人的研究思路;四是可以学习新方法和新技术。本科阶段学生阅读文献较少,文献阅读的技能几乎没有,因此学会阅读文献也是研究生培养中的必须面对的问题。
 
  3.3培养研究生熟悉研究的方法和技术,正确整理分析实验结果
 
  实验方法和技术是科学研究具体实现阶段,在这个阶段一是要培养学生提前做好实验规划,规划好三年、一年、每个学期、每个月、每周和每天的实验,进入实验室之前想明白要干什么,准备越充分,实验就会越顺利。二是要培养学生在实验前,尤其是进行新实验前尽可能的写清楚实验步骤,做好预实验,通过预实验结果来修正实验方法。三是要培养学生在实验过程中心平气和,不急不躁,仔细观察和思考每个具体的实验结果,根据观察结果不断调整实验进程。四是要培养学生在做完实验后整理好实验记录,实验过程中理想的结果和意外的结果同样重要,要尽快仔细的整理实验结果。新的实验结果一旦得到,要将数据尽快整理成图表,并且将实验的相关信息和参数详细列出。通过上述锻炼可以提高研究生的实验操作能力、动手能力和分析问题的能力。
 
  3.4培养研究生学会表达,会写论文和讲PPT
 
  再好的成果最终都要别人认可,把自己的实验结果和实验结论“推销”出去是每个研究生在毕业之前需要掌握的技能。研究生毕业前需要把三年获得的实验结果和实验结论汇总成学术论文和学术文章,并把主要结果做成PPT,在短时间内介绍给别人,这个过程也需要反复的锻炼和培养。
 
  4结语
 
  研究生科研能力培养涉及多个方面,贯穿整个研究生学习的三年时间,通过长时间科研技能的锤炼,可以逐渐养成良好的科研素养和科研习惯,最终形成科研思维,从而达到提高研究生科研能力的目的。通过三年培养,大部分生物学研究生都能形成较高的科研能力,为其在今后研究、工作和生活中运用这种科研能力解决问题打下了良好的基础。

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