生物技术的信息技术发展

（1）生物技术推动超级计算机产业的发展。随着人类基因组计划各项任务的完成，有关核酸、蛋白质的序列和结构数据呈指数增长。面对如此巨大而复杂的数据，只有运用计算机进行数据管理、控制误差、加速分析过程，使得人类最终能够从中受益。然而要完成这些过程，并非一般的计算机力所能及，而需要具有超级计算能力的计算机。因此，生物技术的发展将对信息技术提出更高的需求，从而推动信息产业的发展。比较有说服力的例子是，2001年11月22日出版的《自然》杂志上，以色列科学家宣布研制出一种由dna分子和酶分子构成的微型“生物计算机”，一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大，运算速度达到每秒10亿次，准确率为99.8%。当然像所有的新技术一样，有的科学家表示怀疑。他们认为，这种试管里的计算机存在致命的缺陷，因为生化反应本身存在一定的随机性，这种运算的结果可能不完全精确；而且，参与运算的dna分子之间的不能像传统计算机一样通信，只能“各自为战”，不足以处理一些大型计算。

欧美各国及日本相继成立了生物信息数据中心，美国有国家生物技术信息中心（ncbi）、英国有欧洲生物信息研究所（ebi）、日本有70余家制药、生物及高技术公司组成的“生物产业信息化共同体”等。而戈德曼-萨克斯财团2001年的一份报告显示，美国国际商用机器公司（ibm）、sun、康伯和摩托罗拉等公司每家已至少与生物技术公司和调研公司达成12项合作意向，共有140多项合作协议，合作内容涉及到各种技术领域，包括基因芯片，用计算机模拟药效等。

（2）生物技术将从根本上突破计算机的物理极限。使用的计算机是以硅芯片为基础，由于受到物理空间的限制、面临耗能和散热等问题，将不可避免地遭遇发展极限，要取得大的突破，需要依赖于新材料的革新。2000年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的科学家根据生物大分子在不同状态下可产生有和无信息的特性，研制出分子开关（molecular switches）。2001年世界首台可自动运行的DNA计算机问世，并被评为当年世界十大科技进展。2002年，DNA计算机研究领域的先驱阿德勒曼教授利用简单的DNA计算机，在实验中为一个有24个变量、100万种可能结果的数学难题找到了答案，DNA计算机的研制迈出了重要一步。

信息产业和生物产业无疑都是高科技的产物，在生命科学的研究中，始终不能缺少计算机的工作，如果到基因组测序的研究所去看一看，大量的以超级计算机为基础的测序仪，会使你误以为到了一家信息技术公司。生物产业因计算机的加盟而提速，信息技术产业也因生命科学的需要而得以发展、获利。运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量基因组研究获得数据中所包含的生物学意义，生物学和信息学交叉、结合，从而形成了一个新的学科。生物信息学或信息生物学，它的进步所带来的效益是不可估量的。美国已经出现了大批基于生物信息学的公司，希冀在基因工程药物、生物芯片、代谢工程等领域掘出财富，生物信息学工业潜力巨大。可以说，生物科技（生物技术）与信息科技（信息技术）的融合，才是世界经济市场的未来。在深圳举行的第三届中国国际高新技术成果交易会高新技术论坛上，中国工程院副院长侯云德院士指出，应该把生物技术产业定位为仅次于信息产业的重点产业。他说，信息和生物技术是关系到我国新世纪经济发展和国家命运的关键技术，并将成为我国创新产业的经济增长点。

信息技术在教学中的作用有哪些？

　 生物教学与计算机技术整合的趋势

　摘 要生物学是研究生物的形态、结构、生理、分类、遗传和变异、进化、生态的科学。

　生物学科的教学注重于宏观和微观两个方面，强调实验能力和科学素质的培养。

　而计算机技术可以化静为动，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。

　因而，信息技术与生物学科教学的整合是教学改革的一个主要发展方向，随着素质教育的深入开展，计算机技术在中学教学尤其是生物学科的教学中越来越体现出其优越性。

　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

　[3]黄燕.探究性学习在生物教学中的应用初探。四川教育学院学报，2004，(09)

生物技术的信息技术支撑

1、扩展了课堂的教学内容

利用信息技术可以在课堂上呈现一些真实的场景，这是传统教学手段所无法实现的。利用多媒体技术，可以再现课本内容中的精彩瞬间。利用信息技术可以在化学课中放慢正常放映无法看清楚的快速变化，在生物课中放大肉眼无法直接观察到的微小生物等等，更易于突破教学中的重难点知识。

学生在信息技术化的课堂中犹如身临其境，极大地扩展了课堂的教学内容。

2、激发了学生的学习兴趣

在教育教学活动中，教师运用现代信息技术教学手段，把要学生理解、掌握的知识点运用多种信息媒体呈现给学生，除了语言、文字等传统教学信息媒体外，还有声音、、视频、动画等新型教学信息媒体，使得教学形式更加丰富，知识的展现更加直观、形象、生动，激发学生的学习兴趣。

3、利用信息技术进行备课

教师可以借助信息技术，提高教学效率。在课程教学之前，教师往往会对所教学的知识点进行备课，这时就可以利用网络资源，收集需要的备课资料及信息。将大大减少教师在备课时耗费的精力和时间，促进工作效率的提高。

4、提高了课堂的教学效率

课堂的时间总是有限的，使用传统的教学手段，课堂知识容量相对较少。运用现代信息技术教学手段，教师利用准备好的多媒体课件进行教学活动，可以降低教师的劳动强度，节省讲授所用时间，同时加大了课堂教学的信息容量，在相同的时间内可以让学生掌握更多的知识。

5、利用信息技术在实践课中提高教学质量

所有课程的教学都离不开基础理论知识的支持。一般理论课的教学都在教室内进行，室内理论的存在奠定了学习的基础。相对于传统教学中的书本式教学，多媒体教学利用信息技术的优势，在课堂教学中加入、视频、声音的表现方式。

这是对我国教学上的一大创新，突破了以往教学课堂沉闷单一的教学方式，转变为教学内容上的丰富多彩、有趣。对于信息技术在计算机课堂上的应用，优化了课堂教学，增加了教学中知识点的广度，教学效果得到了提升。

（1）信息技术为生物技术的发展提供强有力的计算工具。在现代生物技术发展过程中，计算机与高性能的计算技术发挥了巨大的推动作用。在赛莱拉基因研究公司、英国Sanger中心、美国怀特海德研究院、美国国家卫生研究院和中国科学院遗传所人类基因组中心联合绘制的人类基因组草图的发布中，美国多家研究机构特别强调正是信息技术厂商提供的高性能计算技术使这一切成为可能。同样，在被称为“生命科学阿波罗登月计划”的人类基因草图的诞生过程中，康柏公司的Alpha服务器也为研究人员提供了出色的计算动力。业界分析人士称，在这场激烈的基因解码竞赛背后隐含的是一场超级计算能力的竞赛，同时，这次竞赛有助于大众对超级计算机的超强能力形成普遍认知。在此之前，这些造价至少在数百万美元以上可以超高速运转的机器一直默默无闻，他们被用于控制核反应堆、预报天气或是与世界级国际象棋大师同台对弈。如今，人们越来越清醒地认识到，超级计算机在创造新品种的药物、治愈疾病以及最终使我们能够修复人类基因缺陷等方面是至关重要的，高性能计算可以为人类作出更大的贡献。

赛莱拉公司执行总裁在接受《今日美国》的采访时说:“将人类基因密码以线型方式组合起来，这还是人类有史以来的第一次。”赛莱拉公司要将32亿个碱基对按照正确顺序加以排列，在曾经尝试过的大规模计算中，这次挑战是最为严峻的一次。为了完成这次历史性课题所需的数量极为庞大的数据处理工作，赛莱拉公司动用了700台互联的Alpha64位处理器，运算能力达到每秒1.3万亿次浮点运算。同时，赛莱拉公司还采用了康柏的Storage Works系统，用以完成对一个空间为50TB且以每年IOTB速度增长的数据库管理工作.康柏电脑公司董事会主席曾在一次演讲上说道:“如今，我们很难将生物技术的进步与高性能计算领域的发展割裂开来。实际上，许多一流的科学家都相信，高性能计算是生物和医药的未来。今后，越来越多的具有强大功能的计算机和软件将会被用来搜集、存储、分析、模拟和发布信息。

信息技术还有助于加强生物技术领域的各种数据库管理、信息传递、检索和资源共享等。另一个仅次于基因排序器、在生物技术领域引起关注的硬件是基因芯片，它的研制也非常依赖于信息技术。在显微镜载片或硅片等基片上把基因片段排列、固定，这就是基因芯片。把这个芯片上的基因片段和检体的基因片段放到基因芯片读出器（也是一种破译装置）上，就能迅速比较和破译检体信息。 基因排序器是从零入手破译检体的遗传信息的装置，而基因芯片和其读出器则是与已经有的遗传信息相对照破译信息的装置。 在这个领域，美国的企业比较有名，但日本企业也在同美国企业合作的同时，积极参与这个领域的开发。

（2）生物技术发展需要特定软件技术的支持。生物技术及其产业的发展对于生物技术类软件的需求将进一步增加，软件技术将成为支撑生物技术及其产业发展的关键力量之一。在生物技术各领域中均需要相应的专业软件来支撑：1） 各类生物技术数据库的构建需要性能优良、更新换代迅速的软件技术；2）核酸低级结构分析、引物设计、质粒绘图、序列分析、蛋白质低级结构分析、生化反应模拟等等也需要相应的软件及其技术支撑；3） 加强生物安全管理与生物信息安全管理也离不开软件及其技术发展的支持。