生物科学研究的基本方法精选(九篇)

第1篇：生物科学研究的基本方法范文

关键词:体育文献计量;运动人体科学;硕士研究生学位论文;中国

中图分类号:G804文献标识码:A文章编号:1006-7116(2010)11-0111-04

Analysis of theses written for a Master of Science degree in the human movement science specialty between 1999 and 2009 in China

LIN Hua,XIA Xue

(School of Physical Education,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China)

Abstract: By basing their research specimens on theses written for a Master of Science degree in the human movement science specialty between 1999 and 2009 in China, the authors analyzed these theses in terms of thesis topic selection, thesis research subjects, thesis research methods, and application value of thesis research achievements, summed up the characteristics and changing trend of these theses, and revealed the following findings: with the expansion of the scale of recruitment of graduate students studying for a Master of Science degree, in the selection of thesis topics written for a Master of Science degree in the human movement science specialty, there were more fundamental application researches than pure fundamental researches and developing researches, and there were signs of inadequate novelty of topic selection, repeated topic selection, and deviation of topic selection from sports practice; the thesis research subjects are mainly animals, seldom the human body; the thesis research methods were mainly experimental methods and quantitative methods; more thesis research achievements were applied to the competitive sport area than to mass sports fitness and scholastic physical education.

Key words: sports bibliometrics;human movement science;thesis written for a Master of Science degree;China

学位论文在某种程度上能够集中反映某个领域的热点问题和研究现状,是衡量研究生学习、科研能力和培养质量的重要指标。本文以运动人体科学专业硕士研究生学位论文为研究对象,以中国知网“中国优秀硕士学位论文全文数据库”为检索数据源,检索项为学科专业名称,检索词为运动人体科学,检索范围从1999~2010年,匹配条件为精确,截止2010年5月12日,由此获得963个检索结果,其中通过筛选剔除与本研究不相关的学位论文35篇,最后将928篇运动人体科学专业全日制硕士毕业学位论文作为本文研究对象。

运动人体科学是体育科学研究内容的一部分,是研究人体从事体育活动过程中人体变化规律的科学,包括运动生理学、运动医学、运动生物化学、运动解剖学、运动生物力学、运动心理学等,基本属于自然科学的研究范畴[1]。根据体育科研成果的性质可将体育科学研究分为基础性研究、应用性研究和开发性研究3类[2]。其中基础性研究又可分为纯基础研究和应用基础研究两类,而应用性研究和开发性研究又常被归为一类,以“应用研究”统称[3]。

1硕士学位论文选题

选题是科学研究工作的第一步,也是最重要的一步。英国著名科学家贝尔纳[4]曾指出:“课题的形成和选择,无论作为外部的经济技术要求,或作为科学本身的要求,都是研究工作中最复杂的一个阶段。一般来说,提出课题比解决问题更困难。”因此,硕士研究生学位论文的选题具有重要的意义。

2002年以前硕士研究生学位论文大多是以生物学传统的动物实验、生理生化指标测定、技术动作分析等微观实验研究为主,而近些年硕士研究生学位论文逐渐采用一些新技术手段,如蛋白质组技术、基因芯片技术、激光共聚焦技术等,在运动性心脏、骨骼肌以及运动性疲劳方面的研究也有所突破,从传统的生物学研究向多层次、全方位开展跨学科研究,以系统整体观点来综合宏观和微观研究,依托基础性研究突出应用研究。

由表1可以看出,运动人体科学专业硕士研究生学位论文选题,应用基础性研究论文有509篇,占54.85%,应用性研究论文次之,有327篇,占总数的35.24%,而开发性研究和纯基础性研究论文数仅占8.19%和1.72%。

结果显示,纯基础性研究和开发性研究选题较少,虽说运动人体科学隶属于自然科学范畴,具有应用基础性研究课题的属性,但其本身还是存在着基础研究-应用研究-开发研究的内在结构,只有各研究类型均衡发展,才能够有效促进整个学科研究的进步。因此,在研究生学位论文这个特殊科研群体中,应特别注重科学研究的均衡发展。

从运动人体科学专业硕士研究生学位论文的分析来看,研究内容丰富,选题方向多样,能够体现当前运动人体科学研究领域的新热点、新问题。运动生理学、运动解剖学、运动生物化学、运动生物力学、运动医学、体育保健学等传统研究方向的研究内容不断深化的同时,一些新型的研究方向也逐渐呈现在运动人体科学专业硕士学位论文中,如低氧训练的生物学基础、高原训练和运动员机能监控、人体功效学、生物力学研究及运动器材研发、体育工程学等。

2002年以前运动人体科学硕士学位论文研究集中,在骨骼肌生理、心血管机能、疲劳与恢复、营养、激素及内分泌、机能评定、免疫等方面,研究高原训练、代谢方面的论文分别有7篇和6篇[5],而现在硕士学位论文研究高原训练和代谢的增加到37篇和96篇。如今运动人体科学硕士学位论文在传统研究领域更加深入,同时还有些新的研究内容不断增加,如基因多态性与运动能力的关联性研究、纳米技术、蛋白质组学技术、中医保健以及运动人体科学网络教学平台的建立等。不过,近年一些研究如基于核磁共振的代谢组学方法、自由基生物学等生物工程技术已应用于运动人体中,但硕士学位论文中还甚少涉及。

运动人体科学是体育教育训练学和民族传统体育学的基础[6]。交叉和综合选题成为运动人体科学专业硕士学位论文中的普遍现象,不仅涉及到同级学科不同方向之间的交叉选题,还涉及到同级学科之间和跨学科之间的交叉选题,使研究课题具有更强的生命力。因此,运动人体科学研究生在进行论文选题时要拓宽研究视野,突破思维局限,敢于创新呈现更有价值的研究成果。

2硕士学位论文研究对象

研究对象是科研论文根据研究目的所选择和组成的客体,本文通过对928篇运动人体科学专业硕士研究生学位论文的梳理,发现以动物模型为研究对象的有409篇,占44.07%;以运动员为研究对象208篇,占22.41%;以军人、老年人、患病者等为研究对象的有104篇,占总数11.21%;以大学生为研究对象的有93篇,占10.02%;以少年儿童为研究对象有67篇,仅占总数的7.22%。

由此可见,运动人体科学专业的硕士学位论文以动物模型为研究对象最多,而以人体为研究对象的论文,选择的群体相对广泛,选择研究对象最多的是运动员,其次是大学生,少年儿童相对较少。

3硕士学位论文研究方法

一门科学的发展依赖于研究方法手段,而研究方法的发展有利于该科学的发展,运动人体科学是体育科学中一门重要的基础性学科,它的发展直接影响着体育科学研究的进程,作为体育科学的一个分支学科,它的发展同研究方法手段发展也是分不开的[7]。从本文分析的硕士学位论文看,大部分论文能够从多层次、多角度、多学科的范围研究问题,采用的研究方法有文献资料法、调查法、实验法、访谈法、测量法等,采用最多的是实验法,这也符合运动人体科学专业的研究特点。而与体育人文社会学专业学位论文多采用文献资料法,调查法等[8]不同的是运动人体科学论文的研究习惯以实验为基础,以客观量化的数理统计为依据,以观察法、访谈法、文献资料法为辅助研究手段进行多种方法综合运用的研究。

从质与量的角度可将研究方法分为比较、归纳、分类等的定性分析法,数理统计的定量分析法及运用数理统计而仍以定性方法研究的半定量分析法。在本研究中发现,运用定量分析法研究的学位论文占总数的63.79%,定性分析法研究占13.69%,半定量分析法研究占22.52%。其中运动生物力学、运动生物化学、体育测量与评价研究采用定量分析法的分别占82.27%、80.53%、70.15%。结果充分体现研究论文多以定量数据分析为主。

4硕士学位论文的应用价值

动物实验在生命科学、医学等研究中越来越显示出它的巨大作用,也成为生物学、医学的一门主要研究方法,是探讨生命奥秘、人类疾病机制及治疗等不可缺少的手段。运动人体科学与生物学、医学一样,同属于自然科学的分支学科。单从研究对象选择可以看出,运动人体科学专业硕士学位论文多以动物实验为主,大多数运动机制是在动物实验中实现的。近年来,随着基因技术的日益发展,各种基因表达形式也逐渐成为运动人体科学研究的热点。

研究动物的优点在于动物具有广泛的遗传基础,个体差异较大,在模拟人体运动的某些研究中是比较有用的,其实验结果也带有一般性和普遍性,尤其在选择一些诱发性动物模型时,能够在短期内复制出大量模型,并能严格控制各种条件,使复制出的模型运用于不同研究目的要求,具有一定的代表性。如能正确的掌握和运用动物实验方法,可使实验者节省人力、物力和时间,同时还能获得可靠的实验结果,减少研究的盲目性。但动物实验同时存在着很多缺陷。运动人体科学毕竟是要研究人运动的一些机能机制,动物的发生发展过程、运动特征及环境与所效仿的人类运动还存在不同程度的差异。在体育领域中,从实用价值角度看,人体实验的研究更能直接说明问题。

纵观运动人体科学专业硕士学位论文的发展,根据科学研究的目的、任务和需要,运动人体科学硕士学位论文研究成果应多从研究人类运动的角度出发,将基础理论研究合理运用到运动实践中。

除了以动物模型为实验对象外的519篇论文中,研究成果与竞技体育有关的论文230篇,其中基础性研究63篇,应用性研究119篇,开发性研究48篇,主要研究运动员身体机能评定与训练监控,运动员身体恢复的手段和方法、新技术、特殊仪器应用于运动员训练等。如低氧训练是当前运动训练研究的热点之一,在运动人体科学专业硕士学位论文中有40篇论文与低氧训练的机制及应用有关。

从多维角度思考,研究成果的“社会化”既是满足社会需要的程度,也是衡量体育科学研究社会价值的最好尺度[9],在运动人体科学领域,除服务于竞技体育研究范围外,在全民健身范围内,人类健康与健身运动领域也应得到重视,大众体育的发展,必将接受运动人体科学理论的指导,并将体育纳入“一级预防”的“预防医学”框架之中。在我国推出《全民健身计划纲要》的目的就是为了建立科学、文明、健康的生活方式,提高全民族的身体素质[10]。在运动人体科学硕士学位论文中与群众体育有关的研究有115篇,占总数的22.16%,主要研究包括不同运动方式对人体身体形态、机能及身体素质的研究,各种力学负荷对人体运动功能的影响,慢性病患者的运动健身指导方案,“现代文明病”的根治及抗衰老与体育运动保健的研究,人体体质健康状况及因素分析,不同人群运动健身的特点与方法,运动与营养膳食处方的指导等。

近年来我国的肥胖症患病率呈上升趋势,肥胖少年的增长比例更大,成为儿童时期一个重要的健康问题,儿童单纯性肥胖可作为高血压、高血脂、动脉粥样硬化、糖尿病等诱发因素之一。学校体育也成为现在体育科学研究的领域之一。学位论文的研究涉及到学校体育的有174篇,其中包括对学生的体质健康水平状况、儿童青少年生长发育状况、不同运动对学生生理机能评定、体育院校学生专项教学训练素质等。

5小结

运动人体科学是一门综合应用性很强的学科,通过对运动人体科学专业硕士学位论文的分析,发现运动人体科学专业研究生论文选题多以应用基础研究为主,纯基础研究及开发性研究比例相对较少,选题方向不均衡,但随着体育科学研究领域研究内容日益发展,创新性研究课题也将成为研究生学位论文的选题的必然趋势。

运动人体科学专业硕士学位论文的研究对象大多以动物模型为主导,继承自然科学研究传统的研究模式,但为了能更好在体育运动领域发挥运动人体科学研究的作用,直接采用人体实验将是运动人体科学应用于运动实践的突破点。在设计实验,采取合适的研究对象是科研论文成败的关键,在硕士论文研究中应重点考虑如何将人体实验与动物实验的优势相结合。

运动人体科学专业硕士研究生学位论文的研究方法,还是以传统的实验研究与定量分析法为主流验证结论,定性研究与定量研究相结合的多元综合方法应用将在今后运动人体领域科学研究稳步发展,移植更新更有效的研究方法必将成为体育领域科学研究的重点。

从运动人体科学专业硕士研究生学位论文整体分析来看,其学位论文的研究成果应用价值更多的还是局限在竞技体育范围内,应用于大众运动健身以及学校体育领域相对较少。

参考文献:

[1] 中国体育科学学会. 2006-2007体育科学学科发展报告[R]. 北京:中国科学技术出版社,2007.

[2] 黄汉升. 体育科学研究方法[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[3] 王瑞元,周越. 体育基础研究与应用研究的关系:现状与展望[J]. 北京体育大学学报,2006,29(11):1441-1445.

[4] 贝尔纳J D. 科学研究的战略[G]//科学学译文集. 北京:科学出版社,1980.

[5] 张瑞华,朱晗,张哲,等. 对我国运动人体科学专业研究生论文选题的分析[J]. 北京体育大学学报,2006,29(9):1232-1234.

[6] 张雪霞. 从学位论文选题的跨学科现象看研究生的培养模式[J]. 体育学刊,2006,13(1):88-91.

[7] 黄翠,藏威,李国金,等. 运动人体科学研究方法的现状及展望[J]. 中国组织工程研究与临床康复,2009,13(7):1367-1370.

[8] 方千华,黄汉升. 我国体育人文社会学研究生学位论文研究方法的调查与分析[J]. 体育学刊,2007,14(2):127-130.

第2篇：生物科学研究的基本方法范文

生命科学是21世纪学科发展的主流，人类的医学史证明了仅依靠单一学科，如：细胞学、发育学、肿瘤学、人类遗传学或分子生物学难以完成人类对自身的认识和保护。人类基因组学的产生和人类基因组计划（human genome project， HGP）的完成，使得人类能够对生命现象进行系统和科学地认识，揭示疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象。本科生通过对基因组科学与人类疾病课程的学习，能够了解什么是基因组科学，其主要研究方法和手段，如何从基因水平认识疾病、诊断疾病和治疗疾病，为今后更深入地在临床上应用这些知识为患者服务或是继续更深入地进行理论研究奠定基础。

1 课程改革的特点

弥补本科生对于生命科学，特别是基因组科学与人类疾病关系的认识，提高学生的科研能力，为将来的研究生阶段的学习打下基础，或是对于走上临床认识疾病、治疗疾病有促进作用。本课程是我校在本科生中新开设的一门选修课，本课程的开设得到了学校有关领导的高度重视，经多次论证和在学生中征求意见，学生的反响强烈，因此可以看出本科生对于本课程有极大的兴趣，期望通过老师的讲授能对于人类疾病从基因水平有全新的认识，对自己 的科研能力有一定的提高。

2 教学研究探索的几个方面

2．1 更新教学内容 课程讲授是当前生命科学中前沿领域的热点问题。主要课程安排如下：前言；人类基因组计划与DNA测序（包括基因组测序的发展、方法、DNA测序的规模化与工业化）；cDNA测序和基因表达谱的研究（包括cDNA文库的构建、全长cDNA的克隆、基因表达谱的概念及其在医学应用中的意义）；人类基因组DNA序列变异及其分析方法（包括人类基因组序列及其变异、基因组序列变异检测的常用方法及基本原理、突变检测在识别疾病相关基因中的应用）；基因治疗（包括基因转移和基因治疗的早期历史、基因治疗的现状、遗传型基因治疗、表遗传型基因治疗、基因治疗的问题与展望）；基因工程技术（包括理论依据、基因工程技术的内容—目的基因获取、克隆、表达、基因工程技术在临床医学中的应用现状）；生物信息学（包括生物信息学的概念、产生的背景、生物信息学的研究现状与发展趋势、生物信息学在医学领域中的应用）；蛋白质组学（包括蛋白质组学的概念及其在生命科学研究中 的意义、国内外相关研究动态、蛋白质组学研究发展展望）；生物芯片（生物芯片的原理、种类及在医学领域中的应用）；生物安全（包括生物安全的概念及含义、转基因生物的安全性、转基因动物及其产品的安全性、转基因食品安全性、医药生物技术及其产品的生物安全、国内外生物安全法规及管理）等内容。

2．2 本课程将采取理论与实验相结合的教学方法 鼓励学生敢于提出问题，独立思考问题，老师与学生共同参与教学内容。根据学生人数安排一定的动手操作实验的课程［1，2］。

2．3 采用多媒体教学形式，加深学生的理解 一方面，可以加深同学的理解能力；另一方面，对于条件不允许的实验，学生可以通过多媒体的形式了解实验过程［3］。

2．4 将科研的思路、科研的方法融入教学之中，提高学生的科研能力 课堂教学中和课下作业安排一定量的文献检索、文献翻译阅读、科研方法设计、预测实验结果等内容。

2．5 改革考试形式 采取闭卷笔试与课下查文献、答题相结合的形式。

2．6 改革课程用教材 重新更新编写适合本科生参阅并适合当前基因组科学最近发展的教材，并计划出版发行。

3 教学效果的学生评价

听取学生反馈意见分为3种形式。

3.1 采用不记名问卷的形式反馈学生意见 问卷内容包括实验内容的安排、教师授课质量、希望的授课内容方式、感兴趣的实验内容等等。

3.2 建立学生公共信箱 一方面可以将某些授课内容、习题、思考题等通过公共信箱让同学下载，另一方面学生可以将公共信箱作为与老师的互动平台，及时反馈对课程提出的建议和意见，老师定期浏览信箱，及时调整课程安排。

3.3 整学期课程进行中期和结课前安排两次学生课堂讨论 讨论时间20min左右，及时反馈信息，提高理论与实验教学质量。

总之，本科生的基因组科学与人类疾病课程是一门较新的课程，在诸多方面需要进行改革探索，以适应当前生命科学发展的需要并满足学生汲取新知识的需要。

【参考文献】

1 常冰梅,王惠珍,张悦红.医学七年制生物化学教学方法探索.山西医科大学学报(基础医学教育版),2005,(6):37.

第3篇：生物科学研究的基本方法范文

论文摘要：研究性教学是高校培养适应社会主义市场经济发展所需要的具备较高专业知识素养和创新精神的人才．推动新一轮教育教学改革的重要教学模式。在全面把握研究性教学科学内涵与特征的基础上结合教学实际，从提高教师整体素质、实验研究性教学设计和实验研究性教学的评价等方面阐述了《植物生物学》实验研究性教学的策略，初步总结了近几年的教学实践成效并对今后的发展提出了合理化建议。

当前，人才培养与教育向着全面推行素质教育方向发展．高等教育面临新的严峻挑战，更新教学内容，改革教学方法势在必行。江泽民曾强调指出：“我们培养的专业人才，必须掌握科学的思维方法，具有强烈的创新意识。能够敏锐地发现问题、正确地分析问题和创造性地解决问题。”国家教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》(教高[2005il号)中指出：“积极推动研究性教学．提高大学生的创新能力”，“要增加综合性与创新性实验”，“要切实加强实验、实习、社会实践、毕业设计(论文)等实践教学环节，保障各环节的时间和效果，要不断改革实践教学内容，改进实践教学方法，切实提高大学生的实践能力”．“引导大学生了解多种学术观点并开展讨论、追踪本学科领域最新进展，提高自主学习和独立研究的能力”。如何培养适应社会主义市场经济发展所需要的具备较高专业知识素养和创新精神的人才，是目前高校改革的主要目标。2l世纪是以生物科学为带头学科的世纪。植物生物学作为大学生物学课程的一个组成部分，具有不可替代的地位。它既是高等院校重要的专业基础课，又是进一步学好其它专业基础课和专业课的必要条件和基础。植物生物学实验教学是整个教学环节中的一个重要的子系统，它对学生分析问题和解决问题能力的培养，尤其对学生综合素质的提高和创新能力的培养具有独特的作用。研究性教学是教师通过指导学生从自然、社会和生活中选择和确定与学科相关的专题进行研究，使学生在独立的主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，吸收知识、应用知识、解决问题、获取新颖的经验和表现具有个性特征的行为，从而提高学生的各方面素质，培养学生创造能力和创新精神的一种实践活动。2006年4月18日，周济部长还强调：“推进研究性和启发式教学，培养学生的创新意识和实践能力。”本文就植物生物学实验实施研究性教学的策略作一些思考与探讨，以适应植物学科发展和2l世纪对高素质人才——基础扎实、知识面宽、能力强的要求。

1全面把握研究性教学的科学内涵与特征

研究性教学是社会生产力发展到一定程度的产物，它是在引进和解读约翰·杜威、布鲁纳的建构主义的理论基础之上，结合我国教育教学实际，吸收其他教育理论的合理成分．综合形成了“主客观统一”认识论和“教师主导与学生主体相结合”教育思想而构建的现代教学模式。研究性教学是在教学过程中，创设一种类似科学研究的情景和途径，让学生在独立的主动探索、主动思考、主动实践的研究过程中，吸收知识、应用知识、分析问题、解决问题，从而提高学生的各方面素质，培养学生创造能力和创新精神的一种教学方式。研究性教学的科学内涵和本质特征主要表现在：一是研究性教学关注学生创新性品质和思维能力的训练与养成，在研究与学习中培养学生的创新意识和能力。二是研究性教学是以学生个性化的思维、认知逻辑为基础，教师以研究的形式组织教学活动，打破原有的凝固、完整的学科逻辑和机械的顺序，设置“问题与课题”或“研究项目”．把教学时空从课堂延伸到图书馆、生活、实践、虚拟网络系统等领域，真正实现学习与生活、学习与研究相结合，科学与生活相联系。三是研究性教学是一个不断探索和创新的过程。要求教师的教是创新性的，科研与教学是相通的．教师要把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学并贯穿全过程。四是研究性教学注重发挥、发展学生的主体性，主张学生积极参与研究之中，通过知、情、意的深沉投入与参与，在研究中学习、在研究中成长，养成独立思考的气质和批判精神，成为自我反思、自我动员、自我发展的主体。五是研究性教学强调师生情感交流、思想沟通，在研究中建立民主、和谐、文明的师生关系。六是研究性教学过程体现师生互动、教学相长。研究性教学通过优化课程结构，建立一种基于研究、探索的学习模式，使学生在教学过程中直接步入科学研究的前沿平台，激发其创新欲望。师生在“科学共同体”下，不仅共享科学研究的思想、思维、方法，而且各取所需，真正达到教学相长。

2植物生物学实验研究性教学策略

2．1提高教师整体素质策略

2．1．1革新教师的教育观念教育教学改革以转变教育观念为先导，树立与研究性教学相匹配的教育观念。(1)全面发展的学生观：植物生物学实验研究性教学可以通过调查、实验、数据与资料分析等环节，以合作学习为主，个人研究和集体探讨相结合的形式来完成。这就要求教育中让学生全过程参与。通过分工协作，依靠集体智慧开展研究性学习．从而培养学生学习兴趣、科学态度、创新意识、探索精神、思维品质、合作态度等方面的素质和能力，塑造学生的创造个性。促进学生的全面发展。(2)民主与平等的师生观：植物生物学实验研究性教学是一个探索与思考的过程，是一个不断面临新问题的过程，是一个知识扩展的过程。是一个与学生共同研究与学习的过程。教师应努力营造积极民主的教学氛围，以完全平等的姿态与学生一起查阅资料、开展实验、寻求答案，鼓励学生的质疑精神和求异思维。从而真正做到师生之间相互学习、相互切磋、相互启发、相互激励，彼此形成一个真正的“学习共同体”国。(3)理性的教师权威观：植物生物学实验研究性教学是以科学研究方式进行的．许多问题可能超出教师的专业领域。要求教师在教学中具有远大的理想、积极进取的态度、批判与创新的科学精神、强烈的好奇心和求知欲、严谨务实的工作作风、锲而不舍的钻研精神，创造性人格魅力和热情洋溢、情绪饱满、富于激励、想象丰富的情感来树立自己形象、鞭策和激励学生的成长。

2．1．2完善教师的知识与能力结构植物生物学实验研究性教学是一种发展探索能力、实践能力、创新能力的现代教学方法。对教师的知识与能力具有较高的要求，具备多元化的知识结构。特别是在知识经济、信息技术飞速发展的时代，教师不仅要掌握系统的生物科学知识，及时了解生命科学及生物技术新进展，如分子生物学、遗传工程、生命起源与发生的新学说、生物进化论的研究进展、生物多样性与保护、生物dna芯片技术、人类基因组计划等等：同时重视学科交叉和知识更新，如“边缘科学”、“综合性科学”等，形成广阔的文化视野和深厚的文化底蕴，构建多元化的知识结构。授课是一门科学，需要去钻研，去研究啕。．植物生物学实验研究性教学具有综合性、社会性、实践性等特点．要求教师不断提高教学、科研能力。植物生物学实验研究性教学中不能忽视教学研究，要把握好课前、课中和课后三个环节．如“课前”教师要从观点与方法上弄清已取得的科学成果、尚未解决的问题以及未能解决的问题的障碍存在(组织材料、准备问题)，从而制定研究性教学的对策和措施；“课中”教师要加强对学生研究性学习过程的组织、管理和指导，让学生具有探索新知的经历和获得新知的体验，学到生物科学研究方法和科学精神，提高生物科学素养；“课后”教师要自觉进行自我反思。通过反思问题的设置、实验研究方法、教学指导等行为与过程，促进教师更加主动参与教育、教学。科学研究是“源”，教学则是“流”，科学研究总是走在教学的前头。如果没有科学研究．把握不住学科热点、难点和最新进展，对新技术、新成果无知或知之甚少，不能用新的见解来研究问题，更不能给学生在科学研究方法上以恰当的指导，就更谈不上启发学生。因此，教师只有努力提高科学研究能力，把教学与科研密切结合．才能满足植物生物学实验研究性教学的需要。

2．2实验研究性教学设计策略

2．2．1实验研究性教学的综合技能训练策略实验研究性教学就是要改革以验证性实验为主的保姆式传统实验教学模式。在传统的植物生物学实验中有许多实验项目属于验证实验，如植物细胞、组织与器官的观察，植物类群与分类(重要科属)的特征解剖，植物体内特定成分提取、分离与鉴定等。这些实验不仅在实验教学中所占课时比重高．而且重复性大。把这些实验项目改为显微镜的操作规范与技能，徒手切片与临时装片(含压片)的技术与技能，植物成分提取、分离与鉴定的技术与技能等方面的基本技能综合训练，既可以节约大量的实验课时，又可以为设计性、综合性与研究性实验奠定良好的基础。

2．2．2实验研究性教学的问题与课题设置策略针对学习植物生物学实验的学生专业知识相对薄弱的实际情况，可采取以下策略设置实验研究性教学的问题与课题：(1)按教材的知识体系中的条块设置问题或课题，如植物体结构与功能方面可设置c，与c植物在根、茎、叶的结构差异比较研究．植物的生长发育与环境方面设置水生植物中沉水植物、浮水植物与挺水植物根、茎、叶的结构与环境的适应性等．这样的研究课题既可以检验实验的基本技能和验证营养器官的基本结构，又可以打破教材章节的限制，把不同章节的知识有机地联结起来，探究植物在生长发育和结构分别与功能和环境的相互关系，使学生学习的知识“活”起来。(2)按学生学习与生活实际设置问题或课题，如校园植物多样性的调查、东湖和镜湖与鹤池淡水藻类多样性的调查以及食堂大米和蔬菜的营养成分的分析等，这些问题与课题不但可以让学生掌握科学研究的基本方法，也可以切i练学生调查、实验与数据分析的基本技能和技巧。(3)按学科与社会的前沿与热点设置问题或课题，如模拟全球气候变暖与c02浓度升高对植物生长发育、生理功能的影响，养殖产业对水生植物影响的调查，模拟矿区煤矸石与石灰石堆积区植被恢复实验研究等。这些问题或课题对社会影响强烈，学生情感体验比较深刻，不仅可强化科学研究基本方法的训练，提高科研能力，而且增进对社会发展状况的了解．增强学生对社会进步与发展的责任感。

2．2．3促进学生研究兴趣自我发展的策略创新始于问题，源于实践。学生研究兴趣自我发展既要调动学生积极性和主动性，也要为学生的自我发展搭建平台。(1)学生要根据研究性实验教学内容和要求，查阅文献资料，自主拟定实验方案，选择实验仪器设备和确定能有效测定数据的方法，先假设后实验，得到实验结果，进行分析讨论，撰写实验报告，注意各环节发挥学生自主性和能动性。在研究性实验教学中，教师不能够越俎代庖，注重实验方向提示学生自主设计实验方案的审查和完善，实验过程的观察调控、释疑解难，对实验结果与报告的分析与评价，找出研究性实验教学不足并提出改进意见，不断提高学生的科学实验能力。(2)全国大学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛是由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联和承办高校所在地人民政府联合主办的一项具有导向性、示范性和群众性的全国竞赛活动，被誉为中国大学生学术科技的“奥林匹克”盛会：也是培养学生的创新能力、协作精神和解决实际问题的综合能力，促进学生自我发展、展示真我风采的良好平台。在植物生物学实验研究性教学中，要鼓励学生积极参与，指导学生要遵循价值性、创新性、可行性、有利性、具体性等五项原则选题，严格按照科研课题的立项论证、项目研究、结项与验收的规范化程序管理项目。

2．3实验研究性教学的学生学业评价策略

实验研究性教学的学业评价要改革传统的学生学业评价中“教师一支笔、一考定全局”终结性评价模式．建立以形成性评价为主体的综合评价模式。如植物生物学实验研究性教学中学生实验研究课题的评价，按表1中的评价指标体系进行。

3植物生物学实验研究性教学的成效

几年来的研究性实验教学表明：(1)激发了学生对实验研究与学习的兴趣、转变了学习态度。亚里斯多德曾经说过，古往今来人们开始探索，都应起源于对自然万物的惊异。植物生物学实验研究性教学中，学生在教师的指导下通过自主选题大大地提高了探索、求知的兴趣，使学生对植物生物学实验的学习态度从“要你学”变为“我要学”。(2)强化了学生实验基本技能与技巧的训练。通过教师设置的基本技能与技巧的项目训练和学生的实验研究课题的研究实践，学生较好地掌握了开展植物生物学研究的制片技术、野外调查的方法、植物成分的提取和分离与鉴定方法和植物生理生化指标测定技术以及实验数据统计分析的方法等。(3)问题源于思考，植物生物学研究性实验教学中通过鼓励学生对实验现象、生活现象和社会现象的思考，在教师的启发和指导下凝练成研究的课题，再通过实验(试验)与实践的研究解决存在的问题，使学生思考问题、分析问题和解决问题等方面的科研素质与能力得到培养和提高。(4)植物生物学研究性实验教学中，教师设置的实验研究课题集体参与项目占多数，学生以小组为单位通过查阅文献、设计实验、开展实验和实验结果的分析与讨论以及研究报告的撰写等环节的相互配合、团结协作，很好地完成研究的任务，较为有效地培养了学生的团队精神和创新意识。

4植物生物学实验研究性教学的思考

第4篇：生物科学研究的基本方法范文

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

结束语

第5篇：生物科学研究的基本方法范文

毕业设计(论文)开题报告

一、选题的目的和意义

定量结构活性关系(QuantitativeStructure-ActivityRelationships，简称QSAR)是20世纪60年展起来的一门新兴学科，是由结构活性关系（Structure-ActivityRelationship，简称SAR）发展而来的。QSAR是通过对已知结构且有生物活性系列化合物(如一系列有相同药理作用的结构相似的化合物)进行化学信息学的计算，选用适当的数学模型建立活性与化合物结构之间定量关系，解释由于分子结构的变化影响化合物生物活性的改变，推测其可能的作用机理。然后建立有效的QSAR模型，如果有新化合物的出现，且其结构数据已知，可以预测其生物活性，也可以优化结构改变现有化合物的结构以提高其生物活性。这种方法广泛应用于药物、农药、化学毒剂等生物活性分子的合理设计。在经历40多年的发展过程中，定量构效活性关系在国际上已成为一个相当活跃的研究领域。

长期以来，肿瘤一直严重威胁着人类的健康与生命。全世界的科学家在过去的几十年中付出了巨大努力，从多个角度来研究肿瘤的致病机制，采用各种手段来进行预防、诊断与治疗，但肿瘤的发病率与致死率仍然居高不下。WHO文件显示：过去数十年中，全世界每年有近700万人死于恶性肿瘤，估计2020年将升至1000万。对肿瘤的治疗主要包括外科切除、放射治疗和用抗肿瘤药物进行的化学治疗。抗肿瘤药物有“细胞毒”和促进分化等作用，可以杀死肿瘤细胞、抑制肿瘤细胞的生长繁殖和促进肿瘤细胞的分化等，从而可以治疗或治愈肿瘤，而且由于其相对低廉的费用，被大多数肿瘤患者所接受。

尽管肿瘤的化学治疗已取得重大进展，新的抗肿瘤药物不断出现，但肿瘤的化学治疗仍存在着许多问题，这主要是因为实体肿瘤占恶性肿瘤的90%但多数实体瘤如肺癌、肝癌、结肠癌及胰腺癌等还缺乏有效的药物；现有的抗肿瘤药物毒副反应太大，缺乏选择性；肿瘤细胞对抗肿瘤药物产生抗药性[1]。

QSAR主要侧重于药物早期的研究和发展，为新药物分子的筛选的和设计开拓了新的途径[2]，在受体结构已知的情况下，对抗肿瘤药物进行定量构效活性关系研究，用生成与受体结构互补的配体的方法来发现可以针对特定肿瘤、特定靶点的非细胞毒类药物，使之更具有选择性和针对性。随着新QSAR模型的建立，极大地缩短了新药合成的时间，降低了开发成本，并能在某种程度上预测药物对特定肿瘤人群的有效性。为肿瘤治疗起到了积极地推动作用。

二、国内外研究现状

肿瘤的化学治疗药物发展很快，每年都有大量抗肿瘤药物研究文献发表，各国对抗肿瘤药物的开发也予以高度重视和大量投资，美国就此专门成立了美国国立癌症研究（NationalCancerInstitute，简称NCI），成为了世界抗肿瘤的权威机构。

国内研发方向主要以含中草药及其活性成分的抗肿瘤药物，可以归纳为以下几个方面：（1）对现有药物进行结构改造以改善其药理学特性，如增加水溶性、降低毒副作用等；（2）以新的作用机理或作用靶点为指导寻找新的活性物质作为先导化合物；（3）发现新的作用靶点。在当前生物学的后基因时代，科学家们要面对数千个潜在的药物靶点，探讨它们与小分了化合物的相互作用；（4）加强定量构效活性构关系研究.

近年来随着分子生物学和计算机技术的迅速发展，使得开发新药的技术路线发生了重大变革。国际上越来越多的研究机构在新抗肿瘤药物的开发中使用计算机辅助分子设计，它大大加快了新药设计的速度，节省了创制新药工作的人力和物力，使药物学家能够以理论作指导，有目的地开发新药。计算机辅助分子设计主要分两种情况：一种是在受体结构已知的情况下，采用生成与受体结构互补的配体的方法来寻找新药物；另一种是在受体结构未知的情况下，采用对一组具有类似活性的化合物建立定量结构活性关系，在此模型基础上进行结构修饰来预测生成新的化合物。

QSAR作为抗肿瘤药物设计研究中的一个重要计算方法和常用手段，在新药的开发和研制过程中占据了重要位置。近半个世纪以来，QSAR研究对有机合成化学、药物化学及药物设计的发展起了巨大的推动作用，已经成为研究物质理化性质与生物活性以寻求分子解释的一个强有力工具。下面就定量活性结构活性关系研究的一些常见方法作简要地介绍如下。

1、二维定量结构活性关系方法(2D-QSAR)传统的二维定量结构活性关系方法很多，有Hansch法、基团贡献法和分子连接性指数法等[3]。

其中最为著名、应用最为广泛的是Hansch法。它假设同系列化合某些生物活性的变化是和它们某些可测量的物理化学性质(疏水性、电性质和空间立体性质等)的变化相联系的，并假定这些因子是彼此孤立的，采用多重自由能相关法，借助多重线性回归等统计方法就可以得到定量结构活性关系模型。

基团贡献法是Free-Wilson在对有机物亚结构信息和生物毒性的相关研究基础上建立的一种方法。这种模式认为有机物与受体间的毒性效应是该有机物特定位置上不同取代基团毒性贡献的加和。Free-Wilson法仅适用于具有相同母体结构的有机物，常被用来对有机物进行毒性初评。

分子连接性指数法(Molecularconnectiveindex，MCI)是由Kier和Hall提出的。它是根据分子中各个骨架原子排列或相连接的方式来描述分子的结构性质。MCI是一种拓扑学参数，有零阶项(0Xv)、易阶项(1Xv)、二阶项(2Xv)等等，可以根据分子的结构式和原子的点价(δ)计算得到，与有机物的毒性数据有较好的相关性。MCI能较强地反映分子的立体结构，但反映子电子结构的能力较弱，因此缺乏明确的物理意义，但由于其具有方便、简单且不依赖于实验等优点，近年来得到广泛应用和发展[4～8]。

2、三维定量结构活性关系方法(3D-QSAR)随着结构活性关系理论和统计方法的进一步发展，20世纪80年代，三维结构信息被陆续引入到定量结构活性关系研究中，即3D-QSAR。与2D-QSAR比较，3D-QSAR方法在物理化学上的意义更为明确，能间接反映药物分子和靶点之间的非键相互作用特征。因此，近十多年来3D-QSAR方法得到了迅速的发展和广泛的应用，研究方法也很多[9]，比如分子形状分(molecularshapeanalysis，MSA)，距离几何方法(distancegeometry，DG，比较分子力场分析(comparativemolecularfieldanalysis，CoMFA)，比较分子相似因子分析(comparativemolecularsimilarityindicesanalysiCoMSIA)以及虚拟受体(phesudoreceptor)等方法。其中应用最为广泛的CoMFA方法。

3、随着技术的发展和生产技术的进步，又出现了一些先进的方法来构建QSAR模型，都具有很好的预测能力。其中又以启发发（heuristicmethod，简称HM），支持向量机（SupportVectorMachine，简称SVM），基因表达式编程（GeneExpressionProgramming，简称GEP）比较常见。支持向量机（SupportVectorMachine）是Vapnik[10]等人根据统计学理论提出的一种新的通用学习方法，它是建立在统计学理论的VC维理论和结构风险最小原理基础上的，能较好地解决小样本、非线性、高维数等实际问题[11-12]，已成功地应用于分类、函数逼近和时间序列预测等方面[13-15]；基因表达式编程（GEP）是基于生物学遗传思想，保持了生物学的特性，具有良好的结果重现性，同时也能够进行“遗传变异”控制，最终能获得可靠的实验效果。

三、主要研究内容

1、查阅中外文文献选取数据来源。

2、理化参数与结构参数的计算。

3、具体的结构参数的分析。

4、SVM与GEP的方法研究。

5、定量结构关系式的建立。

6、定量结构关系式的验证。

7、得出结论和总结。

四、论文工作计划

3月中旬—4月初：选题。

4月初—4月底：查阅资料，熟悉实验原理及方法，准备开题报告。

5月10日：开题。

5月初日—5月底日：进行毕业设计实验，记录数据，撰写论文。

6月初日—6月中旬日：进行毕业论文答辩。

五、参考文献

[1]任华益.中华综合临床医学杂志(山东)，2005，7(2)：28-33.

[2]徐娟，王林编译.计算机辅助药物设计中的QSAR和QSMR研究.国外医学·药学分册，2003，30(3)：135-138.

[3]郭宗儒.药物化学总论.北京：中国医药科技出版社，1994.108.

[4]BakulhHRao，ShyamR，Asolekar.QSARmodelstopredicteffectofionicstrengthonsorptionofchlorinatedbenzenesandphenolsatsediment-waterinterface.WaterResearch，200l，35(14)：3391-3401.

[5]冯长君，堵锡华，唐自强.取代芳烃对发光菌、大型蚤、呆鲦鱼急性毒性的QSAR研究.应用化学，2002，19(11)：1037-1042.

[6]秦正龙，冯长君.取代苯酚的定量结构-活性P性质相关性研究.有机化学，2003，23(7)：654-658.

[7]堵锡华.取代芳香族化合物生物活性的拓扑学.南昌大学学报(理学版)，2005，29(2)：155-160.

[8]AleksandarSabljiC.QSARmodelsforestimatingpropertiesofpersistentorganicpollutantsrequiredinevaluationoftheirenvironmentalfateandrisk.Chemosphere，2001，43(3)：363-375.

[9]徐筱杰，侯廷军，乔学斌，章威.计算机辅助药物分子设计.北京：化学工业出版社，2004.

[10]VapnikVN.TheNatureofStatisticalLearningTheory.

NY：Springer-Verlag，1995.

[11]阎辉，张学工，李衍达.应用SVM方法进行沉淀微相识别.物探化探计算技术，2000，(2)：158-164.

[12]张学工.关于统计学习理论与支持向量机.自动化学报，2000，(1)：32-42.

[13]VapnikV，GolowichS，SmolaA.Supportvectormethodforfunctionapproximation，regressionestimation，andsignalprocessing.In：MozerM，JordanM，PetscheTeds.NeuralInformationProcessingSystem，MITPress，1997-09.

[14]马云潜，张学工.支持向量机函数拟合在分形插值中的应用.清华大学学报(自然科学版)，2000，(3)：76-78.

[15]MullerK-R，SmolaAJ，RatschG.Predictingtimeserieswithsupportvectormachines.In：ProcofICANN97，SpringerLectureNotesInComputerScience，1997：999-1005.

参考范文：

提高医学研究生科研课题开题报告质量的探索

摘要：目前我国医学科学学位研究生的学位论文的质量堪忧，尤其在创新性方面存在严重不足，把关研究生的开题报告是高质量学术论文的重要保证。针对提高研究生创新性，保证医学研究生开题报告质量，本文详细讨论我院如何在加强多环节质量控制以及人才与制度管理方面，有效培养研究生的科研创新能力，以期对培养创新型医学科学学位研究生献计献策。

关键词：医学科学学位；研究生；开题报告；创新能力

中图分类号：G643.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）44-0140-03

进入21世纪，我国作为一个发展中大国，迫切需要加快科学技术发展，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中明确指出：要用15年的时间实现我国进入创新型国家行列的目标。高素质、高质量科研型研究生培养是高等教育改革的一个重要方面，是高校深化自主创新和向社会输送创新人才的突破口。研究生科研能力的培养并非是一蹴而成的，而是一个循序渐进的长期过程，贯穿整个医学研究生临床和科研的实践，是一项艰巨的任务和系统工程。随着社会的发展和医学研究的深入，越来越多的医学难题涌现，因此迫切需要培养出更多的医学创新型人才来解决一系列的医学难题。为了培养高素质、高创新型医学研究生，我院在研究生培养教育方面进行了不懈的努力，在研究生培养的多个环节，开展了有效的、可操作性的控制和管理，本文将着重在我院对医学研究生开题过程中的质量控制和管理方面的措施和成效进行探讨。

一、发挥研究生导师为主导、导师指导小组监督的综合培养优势提高研究生开题报告质量

研究生开题报告是研究生科研开展的起点，是高质量学术论文的前提保障，在研究生教育中起承上启下的作用，是研究生创新能力培养的关键。对研究生开题报告进行高质量的指导和管理，有利于研究生理清研究思路、明确研究方向、把握研究重点、熟悉研究方法，是成功完成科研课题的前提基础。在医学研究生的培养教育方面，我院实施以导师制为主，以其他手段为辅的综合培养模式，旨在提高研究生的教育质量。导师的榜样作用和影响力对学生来说是最直接也是最深远的，其思想意识、精神风貌以及科学作风无时无刻影响着学生，其学术精神和道德风范在很大程度上决定了学生的培养质量，在研究生教育指导中起着主导性作用。研究生作为新手，在科研课题的选择方面往往把握不住专业的方向及研究重点，导师自己的科研优势和学术特色，及其在研究领域取得的有特色、有价值的学术成果能有效地帮助研究生把握本研究领域的重点，启发其发现提出新问题，并针对科学问题进行着实有效的可行性分析。因此，研究生导师在研究生教育上具有主导性和不可替代的作用，建立一支高专业水平、责任心强的导师队伍是高水平研究生教育的基本保障。我院坚持严格的导师遴选和考核制度，支持奖励导师个人的专业水平的提升，并重视加强人才梯队建设，加强人才引进的力度，不断提升和充实我院的研究生导师队伍。在教育理念方面，我们提倡“因材施教”，以学生为中心的教育理念，根据学生的个性、兴趣、专业学术背景及思维方式，制定个性化的培养方案，在培养过程中，导师将学生放在主体地位，尊重其思想，鼓励其敢于怀疑，为其尽可能地提供发表自己见解的机会，鼓励和激发其创新激情。除了研究生本人的导师，我院利用研究院的平台，组织相关专业副教授以上职称的导师组成导师指导小组，固定每周开放咨询时间，保证了研究生多渠道的沟通方式，并以此避免研究生导师因为教学及其他工作安排不能及时和学生沟通时，研究生可以向导师指导小组中的其他老师咨询和讨论，使其在学术及科研中的问题得以及时有效的解决，并且研究生通过同不同研究方向的老师进行探讨的过程中，其科研思路可以得以拓展，有助于创造性科学问题的发现。

二、营造浓厚的学术氛围加强研究生相互监督激励环境的营造

营造浓厚的学术氛围和创新氛围是培养研究生创新能力的必不可少的保障条件。为了培养研究生的科研态度和科研精神，营造学术研究氛围，帮助研究生更好地融入科研环境，我院定期举办学术讲座，每月一次知名专家大讲座，让研究生能有机会与专家及大师们面对面的交流，感受学术大师们严谨的学术风范和勇于探索的学术精神，开阔眼界，启发科研灵感，激发科研的热情，学术报告中学科及交叉学科的前沿信息的传递，能有效促进学生垂直性思维与发散性思维、直觉思维与逻辑思维的有机融合，激发其科研创新性。针对全院研究生，我们举行每周一次的研究生科研学习论坛，由研究生根据专业领域的前沿知识技术进行学习报道，引导学生检索本领域在国内外的前沿发展，激发他们对新知识的渴求，有利于研究生更快更好地熟悉把握专业方向与重点技术，提高其科研创造性；每两周一次研究生科研课题报告进展会，着重讨论课题中遇见的难题及解决方案，这种由研究生为主题的学习论坛和科研报告，营造了研究生之间相互监督激励的环境，大大增进了研究生之间的交流与合作，提高了科研的热情性和主动性。

三、设立各种基金多角度鼓励科研创新

为了提高和激发研究生科研的积极性和创新性，增强其学习的主动性和创造性，我院设立了各类研究生创新基金，鼓励支持研究生参加学术活动及学科竞赛，奖励学术论文的发表。我院为各种基金的申请制定了完善的申请程序和评定标准，保证了申请过程和评审过程的公开、公正和透明度，大大提高了研究生们的科研热情。首先为了达到鼓励刺激科研的目的，我们确立了明确的研究生科研基金立项的指导思想：鼓励创新、力求精品、倡导国际性。鼓励研究生在国际高水平杂志或重要国际学术会议上发表研究成果。鼓励研究生自主创新、自由探索、不限制选题范围，对其成果不求大，但求新、求深、求独创。在资助形式上根据课题的大小，按重点项目1.5万元，一般项目0.75万元的形式予于资助，资助基金正式立项后一次性拨付方式发放。基金申请面对我院一二年级全日制所有研究生，每年9月开展申报，由专家委员会开展审批，我们确立了明确的评审标准，以确保基金申请的公正和透明度：（1）选题为本学科前沿，有重要的理论意义或现实意义；（2）前期工作基础好，已取得阶段性成果，特色鲜明；（3）在理论或方法上有创新，达到国内或国际同类学科先进水平，预期成果具有较好的社会效益或应用前景；（4）可望取得突破性成果或有望成为省级（含省级）以上优秀博士、硕士学位论文的课题。经批准立项的项目需在第二年12月30日之前结题。为了确保课题的顺利进展完结，在第二年5月，对所有开展项目进行统一中期考核。以上措施在管理制度上确保了研究生课题的顺利进展、科研基金的有效利用。自我院研究生科研基金实施4年以来，有效地促进了研究生科研创新性，提高了研究生科研热情。

四、完善细化研究生科研课题开题的制度化管理

创新性的实现，不仅要有创新素质的人才，还需要合理有效的管理制度。以往管理部门、导师、研究生三者均不同程度地存在着思想重视不够的问题，一定程度上视“开题报告为形式”，认为研究生培养质量的高低、能否顺利毕业关键看其论文情况，把开题报告与论文人为隔离开来，使开题报告成为可有可无的东西，学生任意写、导师轻易过；管理部门注重形式有，不管实际“有”，事后束之高阁，进人档案，因而造成了开题环节马虎拖沓的现象。没有起到研究生开题报告真正的指导性功能。为培养创新性人才，针对研究生开题中存在的问题，我院高度重视研究生开题报告，规范制度化管理，针对研究生的开题报告，我院规范了开题报告文本，实施统一集中报告的方式。我们要求《开题报告》有相对规范的文本格式，要表述的主要内容包括：一是研究课题选题的背景、理由及研究的意义；二是国内外关于该课题的研究现状及趋势；三是本人的研究工作计划，包括研究目标、内容、拟解决的关键问题、创新或特色、拟采取的研究方案与技术路线等；四是论文预期达到的研究目标；五是研究基础与论文撰写的进度安排；六是主要参考文献目录，包括中英文文献。在进行开题报告时，我院组织我院的学术委员会组成评审专家组，根据我们制定的开题报告评分表，专家们对每位研究生的开题报告的各个部分进行分析打分，着重审查研究生科研课题的选题、创新性、设计、实验方法、数据处理、可行性分析及科研经费预算，并针对研究生开题中存在的不足处，提出合理意见和建议。对于打分表分数不及60分者，限期修改，择期进行二次报告会，直至通过为止。通过专家组成员的评审，能够帮助研究生提高课题设计的水平与层次，加强了对科研课题设计的质量控制，促进了研究生科研综合能力与素质的提升，避免了研究生在科研过程中出现不必要的问题和坎坷，少走弯路。在我院对研究生开题实施规范管理，并建立开题审查长效机制以来，提高了研究生和导师的思想重视程度，能够使研究生在导师指导下按时完成科研课题选题与设计，并根据审查反馈结果有针对地进行修改和完善，并将审查结果与研究生学位申请、导师资格认定等挂钩，强化了制度约束，提高了教学双方的思想重视程度，改变了以往研究生开题环节马虎拖沓的现象，显著提高了课题的研究效率、节约时间与资源。把研究生报告纳入整个研究生培养质量保障体系中，我院通过管理者、导师、研究生的齐抓共管，养成严格遵守开题报告制度，从而使开题报告制度在研究生培养环节发挥实质性功能的指导作用，大幅提高了近年来研究生论文质量水平。

开题报告是研究生教育中的一个重要环节，也是研究生科研能力与学术论文撰写能力的有效实践活动。作为研究生教育管理部门，在实践中不懈的努力、动态地调整管理模式，我院在教育实践中总结发现发挥研究生导师为主导、导师指导小组监督的综合培养优势能大大提高研究生开题报告质量；营造浓厚的学术氛围和研究生相互监督激励环境以及建立创新性基金等措举，能极大地促进研究生科研的主动性和创新性；完善细化研究生科研课题开题的制度化管理更是保证了高质量研究生开题报告的顺利实施和完成。随着我国研究生培养教育质量问题的日益凸现，在制度和管理方面，必须加强各个环节的质量控制，积极做好引导工作，确立明确的创新型人才的培养目标，构建科学的培养模式，营造适宜创新素质发展的环境，才能大大地促进创新型医学人才的培养与成长。

参考文献：

[1]国发[2005]第044号，国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）[EB/OL].http：//most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/200811/t20081129_65774.htm.

[2]王红玲，曾凡义，邓长生，陈惠芳.临床型医学研究生优化培养的思考[J].医学理论与实践，2014，（04）：548-550.

[3]周利民，宋成文，李明.如何指导研究生作好开题报告[J].学理论，2011，（04）：186-187.

[4]俞洋.对医学硕士研究生培养的几点认识[J].大学教育，2013，（24）：14-15.

基金项目：重庆市研究生教育教学改革研究项目（编号：YJG110319）

通讯作者：于超，重庆医科大学教授。

第6篇：生物科学研究的基本方法范文

关键词：生物信息学 交叉学科 学生培养

一、生物信息学的产生

生物学是一门古老的学科，在人类历史发展的长河中，人类从未停止过对生命奥秘的探索。人们逐渐认识到，虽然生物种类多种多样，但是它们的最基本分子却是相同的。DNA、RNA和蛋白质等分子构成了生命的基本单位，再由细胞到组织、器官，最后器官系统组成完整的生物体。

传统的生物学研究中，由于受到技术水平的限制，生物学家多采用低通量的生物实验方法，其研究对象通常是一个基因或者几个基因组成的通路。在这种情况下，实验后的简单观察就可以满足研究需要。随着生物研究的不断深入，积累了大量实验数据，人们不禁想到，如何把不同的实验结果整合起来？另一方面，随着生物技术的发展，大量新兴技术出现，产生了海量的数据。例如90年代兴起的基因芯片技术，单张芯片就可以测定成千上万个基因在某一状态下的表达情况。1990年启动的人类基因组计划更为生命科学的研究提供了海量的序列数据。面对如此多的数据，以前依靠生物实验研究单个或几个基因的方法很难再适用，生命科学、统计学、计算机科学和信息科学等若干学科的交叉学科――生物信息学应运而生。生物信息学以计算机、统计、模式识别等方法为手段，以生物数据为研究对象，通过对大量生物数据的储存、处理和分析，提取其中有意义的生物知识[1]，从而最终揭示蕴藏在核酸序列和蛋白质序列中的信息，对了解生命活动的基本规律出贡献。

二、生物信息学在生命科学研究中的作用

作为一门新兴的学科，大家对生物信息的作用并不十分明确。很多人认为生物信息学只是为实验科学服务。从广义上讲，这种说法也不无道理，但是生物信息学并不是实验科学的附属品，与生物实验一样，它也是解决生物问题的一种手段。为了解决生物问题，生物学家依靠的是实验台，生物信息学家依靠的是计算机。

在生命科学的发展过程中，以分子生物学的产生为界，可以分为传统生物学和现代生物学。传统生物学和现代生物学取得的成就为生命科学的发展做出了巨大贡献。人类基因组计划启动以来，人们一度认为只要把各种生物基因组的全部碱基排列顺序测定清楚，生命的遗传奥秘就会显露无余，但是真实的情况远不像想象的那样简单。人类的个体发育开始于一个单细胞受精卵，受精卵经过一系列的细胞分裂和分化，产生具有不同形态和功能的细胞，不同细胞之间相互作用构成各种组织和器官。虽然人类基因组中有两万多个基因，但是在单个细胞当中，同时起作用的基因往往是很少的。有些基因只在特定阶段起作用，有些基因只在特定组织起作用。只关心某个基因或蛋白的功能是不够的，因为在不同时空条件下，同一个基因或蛋白的功能可能不同。生物是一个复杂的系统，其表型和功能不仅体现于基因数量和序列的不同，更体现在基因、蛋白以及其他生物分子之间的相互作用之中。因此，把研究对象当成一个整体，系统地分析内部的相互关系尤其重要。但是无论是传统生物学还是现代生物学，都是一门实验学科，生物学的发展中缺乏一种系统思想。生物信息学可以从大量生物数据中提取有意义的生物知识，通过对已有数据的总结，进一步推测生物体的某些性质和变化趋势，生物信息学为大量生物数据的整合提供了可能，与生物实验一样，是生物研究中的一种重要途径。

三、生物信息学学生的培养

生物信息学是一门交叉学科，要求学生具有较好的分子生物学、计算机科学、数学和统计学素养，目前国内只有少数几个学校设立了生物信息学本科专业，大部分的学生都是进入研究生阶段才开始生物信息学的培养。在进入生物信息学专业前，本科阶段可能接受过计算机、统计学、信息学、生物学等某一方面的教育，但要进行生物信息学的研究，大多需要补充其他方面的知识。

生物信息学研究可以分为两类：第一，在深刻理解生物问题的基础上，利用计算技术解决生物问题，第二，为生物学家提供性能更好的方法（算法）。理工科背景学生的生物知识较少，但是对于各种计算方法的原理和使用非常熟悉，对于这类学生的培养，第二类问题比较适合他们入门。在生物信息领域，有很多经典的分类问题。这些问题已经明确了分类目标，并且大都有通用的数据集。但是这类工作也受到了生物学家的质疑，因为大部分工作都是把已有的经典算法用在生物数据上，由于对生物问题不够了解，最后成为只有做生物信息的人才看的方法。这也在一定程度上导致了部分生物学家对生物信息存在偏见，认为生物信息就是提出新算法，做一些数据库。要想真正让生物学家认识到生物信息学的重要性，就要以解决生物问题为根本出发点，即使是做预测方法，也要建立在解决生物问题的基础上。做出更好预测方法的关键是深入理解生物问题并抓住关键特征。举个例子，要把男生和女生分开，我们可以根据很多特征，比如身高、体重、头发长短，虽然大多数情况下来说，男生比女生高、比女生重、比女生头发短。但是只基于这些特征还是会造成很多的分类错误，因为这些特征不是男生女生差别的最根本因素。如果我们是根据性染色体来分，那正确率的提高就非常显著了。在预测问题中，利用五花八门的方法并不是关键，如何能够对生物问题深入了解并找到关键特征，才是最主要的。

作为一门新兴的学科，大家对生物信息的了解还很少，很多人对它的定位也不同。但既然是生物信息，就是先生物后信息，可见生物的重要性。所以，在生物信息的研究过程中，对生物问题只限于表面地理解，势必不能做出好的工作。只有对生物问题有了深入了解，才能发现其中的问题。能够找到值得做的问题，可以说工作已经成功了一大半。当然，解决问题过程中也会有很多困难，比如发现了值得研究的课题，但在解决的过程当中发现某些数据无法获得，或者某些技术超出了自己的能力范围。在这种情况下，可以首先想想有没有其它变通的办法可以解决问题，如果经过慎重的考虑都无法找到，就要果断的放弃。这里要强调一定要慎重考虑，不能遇到一点困难就放弃。

相比理工科背景的学生，生物背景的学生有着扎实的生物学知识基础。但是如果是从本科阶段直接进入生物信息学，由于还没有进行过实验操作，他们对生物问题的理解也很难非常深入。不管是理工科背景还是生物背景的学生，丰富的生物学知识都是进行好的生物信息学研究的前提。在培养学生时不可忽视对其基础生物学知识的传授和教育，并适当引导其对生物学问题的思考。生物学问题可以很大也可以很小。大的生物学问题任何一个懂得基础生物学知识的人都可以提出，但也是最难解决的，比如到底是什么改变使细胞恶变，自身免疫病是如何形成的，心血管病糖尿病等复杂疾病是如何发生的，为何有人容易生某种病而其他人不易感。小的生物学问题就是各自领域的具体研究课题，比如表观遗传学领域的DNA去甲基化酶是否存在，基因表达调控领域的转录起始频率是如何决定的，RNA领域的大量非编码RNA的作用，蛋白修饰领域新发现的修饰如何调控蛋白的功能等等。在脑中提出并试图思考一系列大大小小的生物学问题是对学生培养目标的第一步。这些问题的产生的前提是对生物学知识的熟悉掌握。然而在对学生培养的过程中没必要也不可能告诉他们所有的知识，生物学知识教育的原则是为他们打开门，当他们思考问题的时候知道去哪里找到相关的知识。

另一方面，只有生物学基础知识和问题是不够的。很多问题在生物信息学产生之前就存在了，传统的方法无法带给人们问题的答案。人们一直期待新的方法去理解和解决这些问题。生物信息学的产生无疑提供给人们另一种思考生物问题的方式，为一些经典问题的解决提供了可能。例如最近的大规模的肿瘤基因组测序和分析使我们发现了很多新的肿瘤相关基因[2]。对于生物背景的学生，在教学中要把这样的例子介绍给学生，生物背景的学生在理解信息学理论方面会存在困难。最初很难要求他们理解所有具体过程。但是至少要让他们知道这些方法的基本原理，还有在什么情况下使用。这样在以后的研究中遇到类似问题才能想到应该选择什么样的信息学工具去解决，在具体应用过程中加深对整个过程的理解。生物背景的学生如果想成为生物信息学专家，只会应用是不够的，补充一些计算机、统计、信息方面的基础知识是必不可少的。

生物信息学是一门仍处在快速发展之中的学科。还没有一本教材能够满足生物信息学教学的需要，生物信息学立足于分子生物学、模式识别、计算机科学与技术、数学和统计学等学科，所以学生要先对这些学科的基本概念和系统有一个较为全面和直观的认识，为日后的科研打下坚实的基础。另外，培养过程中要包括大量的实例介绍，对一些重要的应用还加以详细解剖，使得同学们不再仅掌握理论，而是能够学会如何在实际工作中灵活应用这些理论。在此基础之上，向同学们推荐一些最新的论文、期刊、参考读物和相关的学术报告，让同学们能够切身感受到学科发展的前沿，培养学生的创新能力。21世纪是生命科学的时代，也是信息科学的时代。生物信息学在这样的历史条件下产生并壮大，它作为多个领域的交叉新兴学科，对生命科学研究有着巨大的推动力。生物信息学是一门应用性非常强的学科，也是一门非常活跃的前沿学科，良好的教学效果必须以先进的内容体系为基础，我们应时刻注意以科研促进教学，教学科研相长，使教学研究达到更高的水平。

[参考文献]

[1]蒋彦等.基础生物信息学及应用[M].北京：清华大学出版社,2003

第7篇：生物科学研究的基本方法范文

为满足学术型和应用型研究生以及交叉学科研究生培养的需要，对我校研究生全校公选课“表面物理化学”进行了教学改革和实践。建立了满足研究生分类培养的课程内容体系，基于不同类型研究生的学习需求和本科基础来组织实施教学和考核，教学中注重教学与科研相结合、理论与实践相统一，使课程适应两类研究生和交叉学科研究生人才培养的需要。

关键词：

全校公选课；硕士研究生；表面物理化学；分类教学

2007年，哈尔滨工业大学(哈工大)开始在一级学科进行硕士研究生分类培养的改革试点工作[1,2]。2009年，哈工大化工学科开始实施硕士研究生培养模式改革，确定了学术型和应用型研究生培养方案，其中“表面物理化学”既是学术型研究生的学位课程，也是应用型研究生的学位课程。同时由于表面、界面科学在化学、化工学科和其他交叉学科研究中作为共性的基础理论支撑作用，“表面物理化学”在研究生院统一协调下确定为全校公选课，除化学、化工学科外，还服务于其他交叉学科研究生的培养。那么，“表面物理化学”成为全校公选课后，针对各种类型学生的学习需求和研究生分类培养的需要，如何确定课程内容体系？如何组织和实施教学？以及如何在教学过程中实现教学与科研、理论与实践的有机结合？这些问题则成为“表面物理化学”课程建设和改革的关键。针对以上问题，我们基于“表面物理化学”课程特点，从学术型和应用型人才培养以及交叉学科研究生培养的具体要求出发，进行了全校公选课“表面物理化学”分类教学改革和实践。

1“表面物理化学”分类教学内容体系的确立

表面科学因其学科交叉特色突出，越来越受到人们的重视。国内外各理工科类高校一般都为研究生(材料、化学、化工学科居多)开设了表面科学类课程。从课程内容看，主要是讲授表面科学基本原理及应用和表面科学分析方法，并有针对性地对表面科学不同应用领域(如催化、纳米材料等)进行深入介绍。各个学校讲授的内容侧重各不相同，课程名称也不一致。我校化工学科从20世纪80年代起就为化学、化工学科研究生开设了“表面物理化学”课程，在长期的课程建设和发展过程中形成了适于(学术型)研究生培养的课程体系。

1.1分类教学的必要性

研究生分类培养是教育发展过程的必然选择[3,4]，它涉及研究生培养的各个方面和环节，其中也包括课程内容体系的确定及教学的组织和实施。虽然2009年制定的培养方案中“表面物理化学”作为全校公选课，供化学、化工学科以及其他交叉学科的研究生选修。但是，在开始的教学实施过程中仍然为各类学生集中上课。在教学过程中，注重表面物理化学原理的讲授以强化基础，还注重将基本原理与能源、材料、生物、环境等国际热门领域和学术前沿相结合，启发学生的科研思路和创新意识。在教学过程中，采用了多种教学方法(设立讨论课、自学报告和课程作业等)，针对不同类型的研究生提出不同的学习要求：如学术型研究生在讨论课中要求讲述表面物理化学在当今学术前沿领域的研究成果和进展，应用型研究生要求讲述表面物理化学基本原理在工程实际中的具体运用，而交叉学科的研究生则要求讲述表面物理化学基本原理与本学科的交叉实例。在自学报告和课程作业方面也根据学生类型的不同而提出了不同的要求。这样，一定程度上满足了学生分类培养的要求。然而，从前期的教学实践效果看，该课程教学中存在如下问题：(1)这种统一集中上课的教学模式，存在着教学追求全面性与不同类型研究生学习需求不同的矛盾，使得分类培养的针对性不强。(2)从学生反馈来看，学术型研究生认为表面物理化学基本原理的学习过于简单，而交叉学科的研究生由于化学基础薄弱而认为理论介绍难度过大，内容偏多。这一问题还导致学生成绩分布不合理，交叉学科学生选课的积极性不高。因此，“表面物理化学”课程切实的分类教学改革势在必行。

1.2适应分类教学的“表面物理化学”课程内容体系的确立

“表面物理化学”分类教学要依据研究生培养目标所需要的知识结构，统筹考虑本科已有的基础和不同授课对象的需求。在研究生分类培养的新形势下，“表面物理化学”课程作为全校公选课，在教学内容上既要满足化学、化工学科学术型和应用型这两类人才培养模式的需要，又要满足非化工学科研究生选修本课程的新需求。在教学过程中，既要满足学术型研究生对表面/界面科学知识的深度和系统性的需求，又要满足应用型研究生将表/界面科学知识有效运用于工程实际的需求，还要使得其他交叉学科研究生能够建立界面观点、掌握表/界面基本原理并能运用于自身的科研工作中。此外，本课程还要为不同研究方向的研究生奠定理论基础。化工学科目前有9大具体研究方向(表面与界面化学，高分子复合与改性，化学电源，金属电沉积与化学沉积，功能材料制备与性能，催化剂与催化反应工程，生物合成与分离工程，生物分子工程，新能源化工)，涉及到能源、材料、生物、环境四大国际热门领域和学术前沿。这些领域都需要从分子水平上研究材料、能源、生命中的相界面物理化学变化规律，这里涉及界面的共性知识和理论是本课程重要的内容体系。因此，本课程以表面/界面的物理化学原理和规律为基础，以界面科学及应用新进展为前沿，以拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力为目标，把各具体学科研究方向要求的知识结构细化为知识点，用知识点间的逻辑关系，协调界面物理化学原理、规律、应用及前沿进展的内容，进行分类教学内容体系的构建。本课程从化工学科9大研究方向中，凝练出3个共性的表面科学知识和理论方向，即表面热力学基础、固体表面与界面以及表面活性剂。在此基础上，针对化学、化工学科的学术型研究生的需要，重点介绍固/液界面的电化学热力学与电结晶过程中成核与长大的影响因素及润湿规律等；针对化学、化工学科的应用型研究生及食品、航天、材料等交叉学科的研究生，重点讲授固体表面态和键合、表面层结构性质及表面改性技术，以及润湿现象的应用等内容。基于上述思路，修改了化工学院的研究生培养方案，取消了原来的“固体表面与键合”课程，将其有关内容纳入“表面物理化学II”，作为应用型研究生的学位课程及非化学、化工学科研究生的全校公选课；原“表面物理化学”改为“表面物理化学I”，作为学术型研究生的学位课。

2“表面物理化学”课程分类教学的组织和实施

在课堂教学组织与实施中，首要考虑的是学术型和应用型这两类研究生培养目标的不同及交叉学科研究生的学习需求。“表面物理化学I”是针对化学、化工学科的学术型研究生开设，重点在于基本理论的深度理解和掌握。在教学过程中偏重于演绎法，从解释表面现象开始，深入到基本原理的推导过程和基本规律的理论分析，注重知识体系的系统性和完整性；将表面科学的学术前沿与表面科学基本理论结合起来，提高学生对学术前沿中表面科学问题的认识深度；同时，在教学过程中注重培养学生的科研意识、科研兴趣和科学思维习惯。“表面物理化学II”是针对化学、化工学科的应用型研究生和交叉学科的研究生开设的。其教学过程中偏重于采用归纳法，从各类表面现象及工程实际应用入手，在物理化学知识的基础上介绍表面科学的基本知识和理论，注重基本理论与工程应用实践的结合，加强培养学生在工程应用过程中发现表面科学问题和运用表面科学原理的能力，突出表面科学原理在工程实际中的应用创新和实践创新。其次，在教学过程中还要考虑研究生原本科阶段的表面化学以及物理化学课程的知识基础。我校化工学科为本科生开设了表面化学类课程“应用表面化学与技术”，化学学科开设了“表面化学”，还有服务于全校本科生的创新研修课“应用表面化学基础”。但是化学、化工学科每年招收的硕士研究生有相当一定比例的学生在本科阶段没有学过表面化学类课程，而交叉学科的研究生学习过此类课程的人数更少。为解决这一类研究生表面化学基础薄弱的问题，我们建议有条件的学生选修相关的表面化学类本科生课程。另外，由于本课程对本科生的物理化学知识要求较高，因此针对没有物理化学基础的学生(主要是来自交叉学科的研究生)，要求课外自学由授课教师指定的相关内容，或利用绪论课适当补讲相关内容。再次，通过累加式考核的导向作用，细化各项考核的要求，加强不同类型研究生的分类培养。“表面物理化学I”针对学术型研究生对系统的基础理论和学术前沿知识要求高的特点，确定考核内容如下：闭卷考试，占60分，考核基本理论和原理等；讨论课每名学生以PPT方式讲述与本人课程相关的表面科学前沿问题，占20分；以理论推导和讨论为主的开卷考试，占10分；以教材为蓝本自学其中的第二章固体表面的自学报告，占10分。“表面物理化学II”针对应用型研究生和交叉学科研究生注重理论与工程实际相结合的特点，采用如下考核方式：闭卷考试，占50分，考核基本理论和原理等；讨论课每名学生以PPT方式讲述表面科学问题或表面分析方法在工程实际的应用，占20分；作业占20分，包括运用表面基本原理对某一表面现象和问题进行解释和综述某一固体材料表面或界面的几何结构和电子结构两个方面；随堂开卷测验2次，共10分。

3通过教学与科研相结合、理论与实践相统一，服务于两类研究生人才培养

研究生的课程教学不仅是传授基础理论和专业知识，也是拓展科研思路与方法、培养创新精神和能力的有效途径。表面物理化学内容的学科交叉特色突出，使得该课程具有教学与科研、理论与实践相结合的优势。本课程在满足教学基本要求的前提下，利用界面化学涉及面广的特点，引导学术型研究生从界面的物理化学原理和规律走向学术前沿、应用型研究生将表面化学基本理论应用到工程实际，使“表面物理化学”课程教学有效地服务于研究生的分类培养。

3.1教学过程中注重教学与科研相结合

本课程在长期的建设和发展过程中形成了课程组，建立了适合于研究生培养，特别是学术型研究生培养的课程体系，在教学与科研相结合方面也进行了大量卓有成效的工作。本课程组的授课教师利用自身的科研优势，将自己与表面科学相关的研究成果运用于教学之中，启发学生的科研思路、培养科研兴趣；课程组成员的部分研究成果直接转化为与课程内容对应的实验项目，纳入学院的研究生实验平台[5]之中，建立学院层面的“表面物理化学”课程实践环节；此外，课程组教师在研究生培养环节上，服务于科研方向与表面科学密切相关的研究生导师，对研究生学位论文中与表面科学相关的内容进行把关和理论指导，反馈于科研工作。

3.2加强理论与实践相统一，强化应用型研究生工程实践能力培养

针对我国研究生人才培养和实际需求脱节的问题，2009年起教育部即宣布研究生培养将从过去的学术型为主转变为应用型为主，现在应用型研究生招生比例逐年增加[6]。为提高我校化学、化工学科应用型研究生的工程实践能力，化工学科在研究生院的支持下建立了校内外实践基地[7]，并与“表面物理化学II”有机结合起来，工程实践活动成为课程的生动实例。如在课程组成员参与建立的“化工学科应用型研究生校内实践基地”，研究生可以在生产线上进行锂离子电池制造各个环节的实践活动，包括材料合成、电极制备、电池组装及电池性能检测，全面系统地掌握锂离子电池的制造技术，培养化工学科研究生的工程实践能力，提高其对产品设计、产品制造的系统观、全局观，特别是使学生体会到了本课程的基本原理和规律在电池制备中的理论指导作用，真正做到了理论与实践的统一。再如在化工学科的“上海山富数码喷绘复合材料有限公司校外实践基地”，研究生可以进行从胶水、涂料、涂布、贴合、分切，到产品包装的一条龙生产实践，使应用型研究生能真实了解企业生产和研发的基本过程，又深刻体会到界面问题的重要性。

4“表面物理化学”课程分类教学实践效果

全校公选课“表面物理化学”课程的分类教学在我校研究生院支持下正式实施以来，本课程的学生成绩分布更趋合理，学生选课情况和学习兴趣都呈现了良性的发展态势。从学习效果看，此前本课程闭卷考核中成绩优秀的学生都集中在化学、化工学科，并以学术型研究生居多；现在由于分类教学中基于不同类型学生的学习需求，调整了教学内容和考核要求，使得学术型和应用型研究生各出现一定比例的优秀生，特别是来自交叉学科的研究生成绩也出现了优秀。其二，分类教学实施后，选“表面物理化学II”课的交叉学科研究生从航天、食品、材料学院又增加了机械、电子和能源等学院，表明分类教学法的实施符合交叉学科研究生对表面化学类课程的学习需求。因此，可以预期“表面物理化学”全校公选课会吸引更多的交叉学科研究生选课，选课波及面也会进一步加大。其三，由于课程学习内容与各类研究生的培养目标更为一致，从而使得研究生的学习兴趣提高，学生主动学习的意识明显增强。特别是课间学生找老师讨论问题的现象明显增多，既有对课堂上课程学习内容的讨论，也有把自己课题方向中与表面科学相关的问题与授课教师交流。学生反馈结果表明，选修此课的研究生对“表面物理化学”分类教学普遍认可。另外，我院应用型研究生在培养上增加了校内外实践基地的实践与考核环节，从学生对校内外实践基地实践活动的总结报告中可以发现，有相当一部分学生将表面科学问题与具体的工程实践结合起来，将在“表面物理化学”课程中学习的知识原理直接运用到具体实践之中。在教学过程中设置的讨论课上，有一定比例的研究生将自己将要进行的硕士研究课题中的表面物理化学问题在课堂上与老师和同学直接交流，这样授课教师可以直接进行理论指导，使教学更好地服务于研究生的学位论文工作。

5结束语

我国高校研究生阶段人才培养的全校公选课一般为英语、数学或思想政治理论课等。而理论性较强的“表面物理化学”课程如何发挥其全校公选课的作用、有效地服务于研究生的分类培养，是“表面物理化学”课程建设的首要问题。哈工大化工学院“表面物理化学”课程组在我校研究生院和化工学院的支持下，对“表面物理化学”分类教学改革进行了有益的探索。但是要真正实现从原来单一地服务于学术型研究生培养到服务于学术型和应用型两类研究生的分类培养，还需要进一步的理论研究和实践。

作者：姚忠平 姜兆华 黄玉东 岳会敏 安茂忠 韩晓军 尹鸽平 单位：哈尔滨工业大学化工学院

参考文献

[1]丁雪梅,甄良,宋平,杨连茂,魏宪宇.学位与研究生教育,2010,No.2,1.

[2]丁雪梅,甄良,宋平.研究生教育研究,2011,No.5,1.

[3]阮平章.学位与研究生教育,2004,No.8,21.

[4]吴爱祥.中国高等教育,2013,No.18,58.

[5]丁雪梅,甄良,宋平,杨连茂,魏宪宇.学位与研究生教育,2009,No.11,13.

第8篇：生物科学研究的基本方法范文

【摘要】 论述中药 现代 化的三个阶段和目标，提出应注重单味药的基础研究，建立单味药化学成分库，采用生物 计算 机的算法概念以及生物信息学理论进行复方拟合，辅之以二重复杂体系中的相关性研究方法，探讨方剂的内在必然联系。中药现代化是一项复杂、系统和艰巨的系统工程，建议全社会应整合研发资源，多学科联合、集体攻关，才能重点突破，循序渐进，不断提升中药研究水平。

【关键词】 中药现代化 发展 阶段 生物计算机 生物信息学 中药开发思路

中药现代化是现代中药研究和发展的唯一出路，中药方剂现代化则是中药现代化的标志。笔者根据中医药发展历程和现有研究成果，结合现代 科学 技术尤其是生物计算机技术、化学生物学等新兴交叉学科的发展、应用情况，论述了中药现代化的3个进程、目标、内容及中药研究的思路，与同道商榷。

1 中药现代化的 历史 进程

中药现代化经历了碰撞、融合和创立3个历史进程。一百多年前，西方人用分析解剖寻找物质本原的思维方式，从天然物质中提取、分离、研究化学单体物质，并从中筛选出生理活性强，毒性小的化学药，从而奠定了近代医药学（西医药学）的物质基础及理论体系。西医药学从结构与疗效之间的关系说明药理作用，通过药物动力学和药代动力学说明药物作用和代谢的量效和时效关系。西医药学不仅物质基础清楚而且作用靶位和机理也十分明晰。中医药学始于远古的神农尝百草，经过几千年反复 总结 、概括，在几百年前就归纳、演绎形成了一套完整的理论体系。随着现代西医药学在我国的出现及发展，就不可避免地形成了两种理论体系、两种思维方式、现代与古代的矛盾与碰撞。这种矛盾相互对立而又统一。这就是中药现代化的第一个历史进程——中、西医药的碰撞期。经过中、西碰撞“切磋”，中西医药学理论体系、逻辑思维方式、各自优势的互补性被认识而逐渐互相渗透、学习、吸收、消化。比如，传统中药中用温热寒凉升降沉浮来说明其基本作用。现代研究认为［1］，温热升浮者兴奋，寒凉沉降者抑制，这与西医药学中的药物基本作用高度一致。但是，中西医药两者的对立也是十分突出的。民国时期政府就提出过“废止旧医案”。如果中医药理论，不能与时俱进，不适应现代思维方式，“废医存药”或“废理论存经验”的声音还会再响［2］。 中西医药学都是关于疾病发生、消长、 治疗 和预防的科学。研究对象和内容高度一致。因此，两种科学体系指导下的最终行为结果是殊途同归。近年来，用现代科学技术、方法、思想来研究中医药理论已取得可喜的成果。如通过单味中药降气作用的研究发现［3］，其有效组分能促进肺泡表面活性物质的形成，提高了肺脏由表而内的肃降功能——载氧能力（降气）。肺腑宣发功能的现代解释就是由内而外地排出 co2、水分及能量。通过深入有效的药理研究,对揭示中医药的现代科学内涵有一定的积极作用。反过来，中医药的作用机理揭示对提高西医药的系统治疗思维也有积极作用。如从麻杏仁石甘汤作用机理的揭示：抗“应激” ——皮质激素样作用，肾上腺能的缩血管作用，卟啉类提高血氧结合率，加钙提高各种生理活等等。

以国务院办公厅转发科技部等8部委制定的《中药现代化发展纲要》——我国第一部中药现代化发展的纲领性文件为标志，中药现代化的进程进入中医药与现代科学技术特别是西医药学的有机融合期。这就是中药现代化的第二个进程，即包括西医药学在内的现代科学技术特别是基因时代科学技术结合传统中医药理论的两个基本清楚（物质基础、作用机理）的消化、融合、创新研究期，这是一个关键时期。通过比较研究当代西医学的方法和机理，结合中医药理论，用先进的 工业 化的剂型取代传统的个体式的中药汤剂给药形式，中药制剂在有效组分投料时的定量控制（诸如hplc定量、指纹图谱近似度的分析等），也可初步实现两个基本清楚的现代中药，是融合期的近期目标。用全息论、系统论的观点，借助生物计算机技术、生物信息学等多学科的方法，拆分出有效组分及相互作用机理，用现代科学技术说明传统医药学理论的物质基础、作用机理，从模板到规模化，以及思路、方法与目标之间的不断调整、修正，使中药真正进入国际主流市场，是融合期的长期任务。

第三个进程则为现代中医药学的建立、发展期。通过融合期的不断积累、不断创新，形成了在二重复杂系统论基础上的现代中医药学雏形。现代中医药学是以生物计算机技术为核心，以三维矛盾体系为骨架的科学。是一门以易经学理论为指导，进行数、象、理、占、修的全面健康的科学。数象理占是易学的基本内容,修是基于占而集养生、预防和治疗为一体的健康行为。这种涵盖社会学、心 理学 的医学，可医治因躁狂和抑郁为特征的、西方（近代）医学无力医治的社会性精神病、恐怖性精神障碍等社会疾患，开创人类健康科学的新纪元。

2 中药现代化的研究成果为传统中医药理论赋予了新的科学内涵

通过用现代的价值观比较中西医药学的理论体系、客观性及可重复性来判别其科学性，这种判别在 中国 传统医学上也发生过激烈的争论［4］。

2.1 在理论体系方面，西医药学主要以对立统一的理论体系，这种理论体系是建立在单一矛盾或主要支配地位的矛盾关系学说上的，通过主要矛盾的主要方面来判断疾病与治疗的发展趋势；而中医药学则以对立统一基础上的阴阳五行学说或者说以三维矛盾关系来判断疾病与治疗的发展趋势。作为中医药学的理论体系，是一种多重矛盾复杂系统的矛盾运动 规律 ，这一点可随着群子统计力学在此方面的深入研究而获得映证［5］。没有中医药理论的现代化，并非中药现代化［6］。

2.2 在逻辑思维方式方面，西医药学（严格讲是近代医学）主要以分析、解剖的外延思维方式，直观易懂；中医药学主要是以归纳、总结的内含方式。这种内含型的逻辑思维方式难懂，不易理解。这是对复杂体系研究的最直接的方法，通过统计分析，找到主要因素、必然联系，再建立明确的函数依存关系。随着中药现代化的推进，两种逻辑思维方式会逐渐互补、融合、统一。

2.3 ?象概念及关系的不同，这是中医药现代化最为困难的课题，西方医学?象体系是建立在完整的解剖和细胞学说等科学体系比较成熟的时期，而中医药学?象学说则建立在解剖关系还不成熟的时代。比如，中医的肾，包括了西医中的肾脏、生殖系、免疫、泌尿、内分泌等；中医脾包括了西医中的脾和胰等。

2.4 中、西医药学研究对象的数学模型是不同的。西医药学的研究对象是确定性数量关系，如同几何中的特殊图形，而在中医药学中研究对象是不确定性数量关系，如同几何中的一般图形。解一般图形要比解特殊图形难得多。要求得一般图形的真解，就要去求一般图形的区间积分，就要知道其封闭函数。也就是说，中药研究要走生物信息学的系统研究之路，综合运用生物计算机、生物信息学、化学生物学等基因时代的新兴学科理论成为中药现代化的必然选择。

由不确定到确定,从偶然到必然,从特殊到一般,这是科学发展的普遍规律。中医药科学的发展也不例外。

3 中药现代化的目标、内容与方法

中药现代化的目标是研究作用物质清楚、目标明确和机理清楚的新中药复方制剂；研究中药复方的组方规律、理论，并把传统理论赋予现代科学内涵，奠定中药学理论与方法学基础，建立现代中医药学，研发出能进入国际主流市场的现代中药［7-10］，确立中医药的国际地位。

方剂是一个复杂体系，人体也是一个复杂体系，面对这么一个双重复杂的体系，符合科学发展规律的基本研究思路是：从不确定性的数学模型到确定性的数学模型（横向），从简单到复杂直到精确螺旋上升（纵向）。通常采用拆分或相关性统计法，或用组分配伍法等方法研究从不确定性到确定性的研究对象。对复杂体系的研究，最致命的缺陷是“以偏概全”，关键是如何“统览全局、抓住主要矛盾，去伪存真、去粗取精”。随着生物信息学和化学生物学的发展，中药复方研究中的这个问题被迎刃而解，不仅能从中药复方研究的组分“信息海洋”中解放出来，而且还能从基因组学、蛋白质组学的层次发现亚细胞器水平的生物大分子有效组分，并且不会遗漏微量组分。未来基于计算机模糊识别分析、组装技术的研究手段，可以智能管理、分析单味药中新发现组分或炮制、配伍、制备或体内过程中的新生组分，使中药复方研究质量的螺旋式提高成为可能。

中药复方研究［11-18］通常以经临床验证疗效确切的经典验方及传统工艺为起点，用传统途径给药（汤、丸、散等），应用 现代 研究方法和手段，进行全方位的临床观察（所有生命特征及病理变化），特别要观察该药的直接作用、调节作用、全身作用和局部作用；对免疫、激素水平、血流变及血气分析、微循环等因素进行先进、可靠的临床检验。应用已有研究成果，对有效组分进行基本的判断，制订全面而详细的有效组分的提取方案和药理作用研究的动物模型，进行药理研究;建立具有智能模糊识别、管理、分析和数据挖掘功能的单味药化学成分库，对经过系统折分的药理分析（用均匀或正交法设计的实验）而筛选出的有效组分建立方剂有效组分（簇或部位），再应用组分配伍的方法进行疗效复原研究。积极创造条件开展中药有效组分指针性成分的药动学、药代学研究、以及血清和尿中有效组分及代谢产物的研究（并反推有效组成），用放射示踪或其他手段进行作用靶位和机理的研究［19-21］。

为了评价多种药物对疾病不同环节的综合作用，王智民［22］等人提出了用“水闸门”评价法，认为对中药复方的药效观察指标应坚持整体性和独特性作用的统一，如抑菌、抗炎、抗氧化作用等对循环系统、内分泌、神经系统、呼吸系统、运动系统、免疫系统等的影响、对平滑肌等的广泛而全面的直接或调节作用等。两种医学体系——中医和西医、一个研究对象——患病的人体,应该有相同的诊疗判断标准［23］，故建立具有中医特色的、世界公认的、客观的临床疗效及实验药理评价体系具有划时代意义。

4 整合有效资源，不断提高中药研究水平

4．1 从生物信息学的技术高度和方法来研究并建立单味药（单方）化学成分库和复方有效组分库，组织跨学科队伍联合攻关，提高中药研发的起点和质量 ［24］。

借助 计算 机、数学、物理、化学等多种技术研究中药的设想,是一条既快又省的科研思路,可避免不必要的低水平重复,从而提高中药复方的研究水平。目前关键在于有关学科之间的协作，并加速培养一批在数学、物理、信息 科学 、计算机科学、中医药学以及分子生物学方面均有造诣的跨学科人才，组建一支队伍进行联合攻关［25］。对中药复方的研究，既要善于将传统中医理论与当代最新科技手段结合，又要坚持理论与实践的密切结合，才能找到新的突破口。

近年来，组分配合理论是研究的一个热点。笔者认为，在研究中要避免“丢西瓜捡芝麻”。例如，众所周知，麻黄的主要有效成分是麻黄碱，如果忽略了另外一种成分——麻黄卟啉铜钠，就会误导对麻黄中真正的有效成分的判断。因为金属卟啉,尤其是血红素中的卟啉fe ( ⅱ),是广泛存在于生物体内的一种载氧体，这种载氧体是比麻黄碱扩张血管更有意义的生理活性物质［25，26］。由于对单味药材及方剂的认识是渐进性的，决定了中药研究的渐进性，因此，建立开放式的、累积性的智能成分数据库是非常有必要的。

4.2 循序渐进、不断提高是中药研发的科学思路

由于中药复方的复杂性，加上中医证的模型研究尚未取得突破性进展，上述方法不可能适用于所有的中药复方，必须开发一种适用的模式，膜分离、大孔吸附树脂、逆流萃取技术、超滤、超临界萃取等新技术的应用，较大程度上减少了服用量，且能分阶段做到组分基本清楚，机理基本明白。现阶段重点目标是工艺可行、质量可控，临床安全、疗效稳定、可靠；研究思路是利用中医几千年实践的基础，用公认、客观、合理的临床指标，用dme和循证医学的方法设计临床“筛选”方案，从临床出发，从生物效应找“活性”物质，从活性再研究合适的“精制”工艺。在当前科学技术条件下，适度控制中药新药的研发，重点放在临床疗效和安全性的确凿证据方面，尤其是疗效方面要从国际层面达成共识，逐步达到2个基本清楚，具有里程碑的意义［27-29］。

5 结论

紧紧抓住中药现代化的 历史 机遇和挑战，集中力量对“经过临床验证筛选”的经典方进行系统（筛选）研究，从单味药的全成分研究（全部生物活性物质信息），到中药复方为核心的整体有效成组学与生物效应间的相关性及相互作用研究，通过系统、科学的拆分分析，研究方剂中的主要活性组分、作用机理和相互配伍的机理，在此基础上建立一些模板、智能化数据库及中药信息技术处理平台，并根据实际情况不断进行调整和修订，以提高中药研究的质量和效率。

组织数学、物理、信息科学、计算机科学、中医药学以及生物学基因组学、蛋白组学、现代医药学方面专家组成《中药现代化示范工程》集成项目攻关组，制订相应的质量保证体系的系列指导原则，如《单味及复方有效成分（簇）库、有效组分化学及生物效应相互作用的中药现代化研究指导原则》、《工艺学的中药现代化研究指导原则》、《单味药及复方药理的中药现代化研究指导原则》、《药材及复方中药质量控制的中药现代化研究指导原则》；合理配置资源及成果的所有权、共享权等措施，建立复方中药的产业化示范基地，充分利用人力、财力等研发资源保证工程质量和效率，由临床有效、质量稳定深入到物质基础和作用机理，直至终极目标，不断进行“优效性”评估，分步实施，加速实现中药现代化。

本文承蒙林华庆教授热忱指导、斧正，特此致谢！

【 参考 文献 】

第9篇：生物科学研究的基本方法范文

[关键词]方剂学;网络药理学;网络生物学;中药配伍理论;方剂功效物质组;中药现代化

[收稿日期]2014-12-12

[基金项目]国家重点基础研究发展计划（973）项目（2012CB5184）

[通信作者]*范骁辉，博士，教授，博士生导师，Tel： （0571）88208596，E-mail： fanxh

Network formulaology： a new strategy for modern research of

traditional Chinese medicine formulae

FAN Xiao-hui1*， CHENG Yi-yu1， ZHANG Bo-li2

（1. Department of Chinese Medicine Science & Engineering， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China;

2. Tianjin State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine， Tianjin University of Traditional Chinese Medicine， Tianjin 300193， China）

[Abstract]This paper briefly analyzed and discussed the current status and major scientific challenges of traditional Chinese medicine （TCM） formulaology research. To promote formulaology research， a new strategy and corresponding technology， network formulaology， were proposed to reveal the complex interaction between functional chemome and biological responses network. The research framework and directions of network formulaology were also summarized and prospected.

[Key words]formulaology; network pharmacology; network biology; compatibility law of TCM; functional chemome of TCM formulae; TCM modernization

doi：10.4268/cjcmm20150101

方剂是凝聚着中医原创思维精萃的临床治疗复方药物，也是历经千百年发展形成的医药宝藏。自《五十二病方》和《黄帝内经》始，各类文献所记载的方剂总数达40万余首^[1]，已成为我国防治复杂性疾病的重大战略资源。长期的临床实践与深入的科学研究使人们认识到，方剂通过多种药效物质协同互济，融拮抗、补充、整合、调节等多种功效而起到治疗作用^[2-3]，研究表明方剂的疗效取决于其功效物质组与机体生物调控网络间复杂的网状交互作用。因此，方剂学领域当今的重大科技问题是：如何高效率地从浩如烟海的文献中开发中医药宝藏，使用高技术工具挖掘知识源泉;如何将巨大的祖国医药资源转化为临床医疗优势，构建源自于方剂的新药创制技术体系;如何通过“病证结合、方证对应、理法方药一致”途径，运用现代科技手段阐明中药方剂配伍理论;如何研究揭示方剂化学成分网络与机体生物分子调控网络间的网格关系，诠释中医原创思维的科学内涵，建立创新中药的发现方法与设计理论。

网络生物学（network biology）^[4]、网络药理学（network pharmacology）^[5]以及大数据科学（big data science）^[6]的快速发展为解决上述科技难题提供了新技术和新方法。笔者认为，应当运用创新理念审视方剂学领域问题，聚焦于辨识功效物质与其生物效应相关性，见图1，以宏观整体把握与微观具体辨析相结合策略，采用网络科学、整合生物学、大数据科学及知识库等新方法对方剂功效物质、生物效应及其作用机制开展网格化、集群化、系统化的整合研究，力求在方剂学继承与创新研究2方面取得整体进展。

图1方剂功效物质组与机体生物网络间复杂的网状关系示意图

Fig.1The complex interaction between functional chemome and biological responses network

据此，本文在简要论述方剂学发展现状及瓶颈问题的基础上，提出网络方剂学（network formulaology）理念及研究策略，并展望了其发展前景。

1方剂学研究现状及瓶颈问题简述

粗略地看，方剂学研究方向可分为两大类：方剂现代基础研究和源自方剂的创新药物研究。前者试图研究揭示方剂功效物质及其作用机制，诠释方剂配伍理论的科学内涵;后者侧重于从方剂知识出发，创制中药新药。近半个世纪以来，随着药物分析学、现代药理学、分子生物学、数据挖掘等大量现代科学技术的引入，方剂学在这两大类研究中均取得了一定进展，已逐渐形成了古籍文献分析、临床经验总结、实验方剂学研究等若干各有侧重的释理性研究方法^[7]。

1.1方剂知识整理与发掘研究方剂知识的整理与发掘是当前方剂学研究的重要领域。除了常规的古籍文献中药性、归经等统计与分类，文本挖掘、古文语义识别、知识发现（knowledge discovery in database， KDD）等人工智能技术也被陆续引入到本领域的研究中，用于药味频次排序、高频药对发现和组方优化等。这些新技术可快速分析大量方剂数据，并挖掘出被传统统计分析方法所忽略的用药规律。方剂间的相互关系研究尚不多见，有必要从经典古籍数据出发，构建方剂知识库，开展相关研究。

1.2方剂化学物质基础研究近年来，方剂化学物质基础研究取得了较大进展，一大批方剂的化学物质基础得到了剖析。相关研究模式主要有两大类：一是以分离纯化结合波谱解析为主要技术手段。这类方法能够对微量成分进行富集，鉴定结果准确性高，但耗时费力，而且需要针对不同的方剂样品探索不同的分离纯化流程。另一类研究主要依靠联用分析技术，尤其是液质联用对方剂提取物进行色谱分离后依靠多级或高分辨质谱数据进行结构推断。这种研究模式具有所需样品量小、实验周期短、成本低等优势，但存在推断结果准确性依赖人工经验等问题。总体而言，相关研究存在“方剂味”不浓的问题。许多研究者更注重新化合物发现或微量成分分析，而对组方前后的成分变化关注不多，尤其缺乏对方剂化学成分间相互作用的研究，为进一步开展方剂功效物质发现及配伍规律研究带来了困难。

1.3方剂功效物质基础研究发现功效物质基础研究是阐明方剂作用机制、制定质控指标及标准的前提。活性追踪法、活性筛选和活性物质快速辨识是当前方剂功效物质发现的主要研究策略和方法。研究人员采用这些策略从方剂中发现了大量活性成分。前2种研究策略大多与系统分离相结合，虽然相对全面，但存在周期长、成本高的缺点。活性物质快速辨识法筛选效率远高于前述2种传统方法，近年得到了研究人员的广泛关注，已发展出细胞膜色谱、亲和超滤、磁珠吸附、在线流动注射等多种手段。但这些研究策略大多以某一体外活性或药效为指标，脱离了中医“方证”的概念， 未能从整体上反映方剂的功效，难以阐明方剂化学组成与中医证候之间的相关性^[8-9]。

1.4方剂配伍规律研究方剂配伍规律研究是近年方剂学的研究热点。早期配伍规律研究侧重文献挖掘与理论探讨，但越来越多的研究人员致力于通过拆方、组分敲入敲除等实验手段诠释“君臣佐使”、“七情合和”等配伍规律的科学内涵。其中，拆方研究是当前最为常见的研究策略，具体方法包括全方拆方、药对拆方、撤药拆方以及基于实验设计法的拆方等。但相关研究大多遵循还原论的思路，与方剂的系统性、整体性理论呼应不足^[10-12]。

1.5病证结合研究“法随证立、方从法出”。证是方剂学研究的核心概念。然而中医症候高度依赖医生的主观经验，标准化难度高，为方剂现代研究带来了困难。病证结合被认为是方剂学研究的潜在突破口。目前，相关研究主要涉及证的病理形态学及生物学基础、证的动物实验模型制备等，尚待深入。如能构建病证网络，将证与机体生物网络相融合，有望诠释方剂化学组成与其所治的病证病机之间的关联关系。

1.6源自于方剂的新药创制研究方剂在治疗复杂性疾病方面具有整合调节优势和不可替代性，已经成为我国创制多靶点新药的重要源泉^[13-14]。吴以岭院士根据络病学说成功创制的多个中药新药就是这一研究思路的典范。近年来，依据组分配伍理念分析临床有效方剂已经成为中药新药创制的有效途径^[15]。方剂组分与其生物效应间的定量关系是这一新药创制策略的核心，其辨识结果的准确性和整体性将直接影响组分配伍优化结果。

据此，无论是方剂功效物质基础研究，还是方剂配伍理论的科学诠释，或者是源于方剂的创新中药研发都应以辨识方剂功效物质与其生物效应相关性为突破口。然而，现有的释理性研究模式大多采用简化的线性研究策略，宏观与微观割裂，与方剂研究中化学组成及机体生命系统的双重复杂性难以匹配，无法有效揭示方剂功效物质组与机体生物网络间复杂的交互作用，亟待创建和发展新的方剂学研究策略。本团队的前期探索结果[13-14，16-26]表明，将网络科学等与中医方剂学特点相结合，有望剖析方剂化学组成与机体间复杂的网状关系，诠释方剂的配伍规律和科学内涵。

2网络方剂学研究框架

笔者认为，为阐明方剂的组方原理、配伍规律及其临床使用方式，应当采用网络科学、整合生物学及大数据科学等方法对方剂功效物质、生物效应及其作用机制开展网格化、集群化、系统化的整合研究，科学发展中医方剂学，可将这一研究方略姑且简称为“网络方剂学”。网络方剂学的研究框架见图2。

图2网络方剂学研究框架示意图

Fig.2The diagram of research framework of network formulaology

范骁辉等：网络方剂学：方剂现代研究的新策略

2.1网络方剂学主要研究目标探索方剂组方的功效物质组合规律，构建“理法方药”关联网络，揭示方剂功效物质组的化学组成规律;辨析方剂功效成分网络与机体生物分子调控网络间的网格关系，阐明方剂功效物质组与其生物效应相关性，诠释方剂配伍理论的科学内涵;建立方剂知识库系统，创建源自于方剂的创新中药发现及设计方法学。

2.2网络方剂学研究路径①依据“病证结合、方证对应、理法方药一致”研究思路，以辨析方剂组方的功效物质组为切入点，构建“病-证”与“方-证”及“理法方药”关联网络，阐释方剂功效物质组的化学组成规律。②采用实验数据与文献信息融合分析方式，运用网络理论、大数据分析技术、系统生物学等方法，以“整体动物实验-组学数据辨析-分子网络建模-关联实验-多源信息融合辨识”5段式研究策略，探索揭示方剂功效成分群与其生物效应相关性，诠释方剂配伍理论的科学内涵。③以“药-方-证-病”为主线，系统梳理古籍文献、实验研究及临床验案等方剂相关研究资料，再整合现代生命科学研究成果，构建方剂知识库，并建立功效物质组库，进而依据化学组成与生物效应相关性定量辨析出与临床疗效相关功效物质组，最后通过组分配伍优化得到中药复方新药。

2.3网络方剂学支撑技术除分析化学、药理学等经典学科外，网络科学、大数据科学、系统生物学及整合生物学等新兴学科的发展为开展网络方剂学研究提供了众多支撑技术。目前，已有大量的基础数据库和软件工具可用于研究网络方剂学。相关基础数据库主要包括中医药数据库、天然产物数据库、疾病、通路、蛋白相互作用（PPI）数据库等，见表1。此外，Cytoscape，MCODE等网络可视化及分析工具可用于分析方剂网络，挖掘隐含知识及规律。

3方剂学创新研究方向

综上，网络方剂学可为阐释方剂科学内涵、研发现代中药提供全新的视角。据此，笔者建议方剂学领域的重点研究方向如下。

3.1方剂知识库构建技术研究为从海量的方剂文献及实验数据中发掘有价值信息、发现蕴藏知识和认识隐含的科学规律，极有必要开展方剂知识库构建技术研究，建立方剂知识库，为开展方剂学创新研究奠定基础。本团队以仲景方为对象，从药-方-证-病多个层次入手，初步构建了仲景方知识库^[27-28]，包括药材-证候网络、药材-疾病网络和成分-疾病网络等3个不同层次的网络，以及涵盖240余首方剂和15 000余个组分的仲景方方剂实体库。研究结果表明，将3层网络中成分、药材、方剂和证候、疾病这些元素有机的结合起来，可用于探索传统研究思路所无法挖掘的仲景方组方规律及其隐含的化学组成规律。

3.2病证结合网络构建技术研究开展中医证候研究，从整体上把握病因、病机及其传变规律是方剂现代研究的科学基础。现代医学已经在分子水平取得了系列进展，多种复杂性疾病的生物网络已有报道^[22-23]，但病证结合研究尚不多见。若能有针对性地开展病证结合网络的构建技术研究，既体现西医疾病病理变化特点和疾病表型与生命大分子的关系，又考虑中医的证候特征，成功构建病证生物网络，有望用现代医学研究成果助力方剂学研究。

3.3方剂功效物质组整合调节机制研究阐明方剂功效物质组的整合调节机制，是方剂学的重要研究内容。常规的药理学研究大多侧重研究单一信号通路或单一病理环节，或者只关注方剂给药后引起的差异基因等组学变化，并未能从“多成分、多靶点和多途径”的角度揭示方剂功效物质组的作用机制。因此，应当开展针对性研究，建立方剂功效物质组整合调节机制研究技术体系。例如，在构建相关病证网络模型的基础上，采用基因芯片等组学技术测定方剂及其主要成分干预后模型动物的生物效应谱，从中筛选出关键靶点和通路，并结合文献和体内外实验进行验证，可阐明方剂成分-靶点-通路关系，有助于诠释其整合调节机制[20，24，29]。

3.4类方网络方剂学研究方剂中由传统名方衍化发展而成的类方，集历代名医应用之精华，尤受历代医学大家所重视。清代医家徐灵胎认为“方之治病有定，而病之变迁无定，知其一定之治，随其病之千变万化而应用不爽”，因此将类方思路应用于《伤寒论》的研究，并著有《伤寒论类方》。显然，以一组类方为对象，采用网络方剂学研究策略，构建类方与病证靶标间的网络模型，进而对网络模型中各方化学成分与作用靶点及通路的相随变化情况进行深入比较，研究类方的内在异同，有望反映类方的组方思路和配伍规律，是诠释中药方剂科学内涵的潜在突破口[26-28，30-34]。

3.5方剂肠道微生态及宏基因组学研究现代医学已经认识到，肠道菌群与宿主和外环境间存在着相互依赖相互制约的统一关系。人体全身的整体代谢实际上是其体内自身的基因组和其肠道内共生的微生物组活动的整合。因此，开展方剂肠道菌群相互作用研究，采用宏基因组测序等方法开展研究方剂肠道微生态，有助于揭示方剂化学组成与肠道微生态间的复杂关系。

3.6源自方剂的中药新药创制将巨大的祖国医药资源转化为临床医疗优势，构建源自于方剂的新药创制技术体系是方剂学的重要研究方向。若采用网络方剂学方法开展相关研究，可望发现方剂的新功能主治或创制组分中药，丰富创新中药发现及设计方法学^[17]。例如，本团队在前期研究中，创建了基于定量组效关系的计算机辅助方剂配伍优化方法[35，36]。该方法通过测定不同比例组合物的药效，根据组效关系模型，优化方剂配伍配比。根据测定药效学指标的多寡，本团队在研究中相继建立了单指标和多指标优化策略。显然，其优化结果与所测药效指标直接相关。如果选取的药效指标不合理，优化结果必定不佳。为克服这一缺陷，本团队又根据中药整合调节特点，研究提出了机体平衡及失衡网络构建方法，并据此创建了基于网络平衡的中药配伍优化方法[21，26]。该方法根据药物对机体失衡网络回调程度来优化方剂配伍配比，能更完整和准确地反映方剂的功效。

4展望

继承并创新发展中医药理论，让古老而又年青的方剂学焕发更大活力，是方剂学研究人员的重大历史使命。为破解方剂功效物质群与机体生物网络间相关性辨识难题，本文提议用创新科技理念审视方剂学领域问题，研究建立网络方剂学，从而对名方进行阐述、对验方进行优化和对大方进行精制。这一研究策略集宏观整体把握与微观具体辨析于一体，不仅有助于诠释方剂科学内涵，为中药临床合理使用提供科学依据，同时也将开拓现代药物研发思路，丰富方剂学的研究内容，促进方剂关键科学问题研究进展。

[参考文献]

[1]张家玮， 鲁兆麟. 方剂学发展溯源[J]. 中国中医药信息杂志，2001（3）： 6.

[2]王阶， 王永炎. 复杂系统理论与中医方证研究[J]. 中国中医药信息杂志，2001（9）： 25.

[3]张伯礼， 王永炎. 方剂关键科学问题的基础研究――以组分配伍研制现代中药[J]. 中国天然药物，2005（5）： 258.

[4]Barabasi A L， Oltvai Z N. Network biology： understanding the cell's functional organization[J]. Nat Rev Genet，2004， 5（2）： 101.

[5]Hopkins A L. Network pharmacology[J]. Nat Biotechnol，2007， 25（10）： 1110.

[6]张引， 陈敏， 廖小飞. 大数据应用的现状与展望[J]. 计算机研究与发展，2013（S2）： 216.

[7]谢鸣. 方剂学科发展与思考[J]. 北京中医药大学学报，1996， 19（2）： 2.

[8]唐于平， 段金廒， 丁安伟， 等. 中医方剂物质基础现代研究的策略[J]. 世界科学技术――中医药现代化，2007（5）： 20.

[9]屠鹏飞， 史社坡， 姜勇. 中药物质基础研究思路与方法[J]. 中草药，2012（2）： 209.

[10]蔡春艳. 中药方剂核心药物及其配伍规律分析[J]. 亚太传统医药，2014（20）： 131.

[11]吴嘉瑞， 张冰， 杨冰， 等. 基于关联规则和复杂系统熵聚类的颜正华诊疗失眠用药规律研究[J]. 中国实验方剂学杂志，2012（24）： 1.

[12]于友华， 王永炎， 赵宜军， 等. 方剂配伍规律的研究[J]. 中国中药杂志，2001，26（4）： 3.

[13]， 高秀梅， 张伯礼， 等. 论建立基于网络生物学的现代中药创制方法学[J]. 中国中药杂志，2011， 36（2）： 228.

[14]Wang Y， Fan X H， Qu H B， et al. Strategies and techniques for multi-component drug design from medicinal herbs and traditional Chinese medicine[J]. Curr Top Med Chem， 2012， 12（12）： 1356.

[15]张伯礼， 王永炎， 商洪才. 组分配伍研制现代中药的理论和方法[J]. 继续医学教育， 2006（19）： 89.

[16]范骁辉， 赵筱萍， 金烨成， 等. 论建立网络毒理学及中药网络毒理学研究思路[J]. 中国中药杂志， 2011， 36（21）： 2920.

[17]李翔， 吴磊宏， 范骁辉， 等. 复方丹参方主要活性成分网络药理学研究[J]. 中国中药杂志，2011， 36（21）： 2911.

[18]吴磊宏， 高秀梅， 程翼宇， 等. 基于中医主治关联的中药饮片网络药理学研究[J]. 中国中药杂志， 2011， 36（21）： 2916.

[19]吴磊宏， 高秀梅， 王林丽， 等. 附子多成分作用靶点预测及网络药理学研究[J]. 中国中药杂志， 2011， 36（21）： 2907.

[20]Wang L L， Li Z， Zhao X P， et al. A network study of Chinese medicine Xuesaitong injection to elucidate a complex mode of action with multicompound， multitarget， and multipathway[J]. Evid-based Complement Altern Med， 2013， doi： 10.1155/2013/652373.

[21]Wu L H， Wang Y， Nie J， et al. A network pharmacology approach to evaluating the efficacy of Chinese medicine using genome-wide transcriptional expression data[J]. Evid-based Complement Altern Med， 2013， doi： 10.1155/2013/915343.

[22]Wu L H， Li X， Yang J H， et al. CHD@ZJU： a knowledgebase providing network-based research platform on coronary heart disease[J]. Database（Oxford）， 2013， doi： 10.1093/database/bat047.

[23]Yang Z Z， Yang J H， Liu W， et al. T2D@ZJU： a knowledgebase integrating heterogeneous connections associated with type 2 diabetes mellitus[J]. Database（Oxford）， 2013， doi： 10.1093/database/bat052.

[24]Li X， Wu L H， Liu W， et al. A network pharmacology study of Chinese medicine Qishen Yiqi to reveal its underlying multi-compound， multi-target， multi-pathway mode of action[J]. PLoS ONE， 2014， 9（5）：e95004.

[25]Wang L L， Li Z， Shao Q， et al. Dissecting active ingredients of Chinese medicine by content-weighted ingredient-target network[J]. Mol Biosyst， 2014， 10（7）： 1905.

[26]Wu L H， Wang Y， Li Z， et al. Identifying roles of "Jun-Chen-Zuo-Shi" component herbs of QishenYiqi formula in treating acute myocardial ischemia by network pharmacology[J]. Chin Med， 2014， 9：24.

[27]Xiao S， Hao C， Ai N， et al. Deciphering the differentiations of traditional Chinese medicine analogous formulae by parallel liquid chromatography-mass spectrometry coupled with microplate-based assays[J]. Anal Methods， 2014， 6（23）： 9283.

[28]Xiao S， Luo K D， Wen X X， et al. A pre-classification strategy for identification of compounds in traditional Chinese medicine analogous formulas by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry[J]. J Pharm Biomed Anal， 2014， 92： 82.

[29]Zhang Y F， Shi P Y， Yao H， et al. Metabolite profiling and pharmacokinetics of herbal compounds following oral administration of a cardiovascular multi-herb medicine （Qishen Yiqi pills） in rat[J]. Curr Drug Metab， 2012， 13（5）： 510.

[30]Wang S F， Chen L L， Leng J， et al. Fragment ion diagnostic strategies for the comprehensive identification of chemical profile of Gui-Zhi-Tang by integrating high-resolution MS， multiple-stage MS and UV information[J]. J Pharm Biomed Anal， 2014， 98： 22.

[31]Wang S F， Chen P H， Jiang W， et al. Identification of the effective constituents for anti-inflammatory activity of Ju-Zhi-Jiang-Tang， an ancient traditional Chinese medicine formula[J]. J Chromatogr A， 2014， 1348： 105.

[32]Wang S F， Chen P H， Xu Y M， et al. Characterization of the chemical constituents in Da-Huang-Gan-Cao-Tang by liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry and liquid chromatography coupled with ion trap mass spectrometry[J]. J Sep Sci， 2014， 37（14）： 1748.

[33]Xiao S， Yu R， Ai N， et al. Rapid screening natural-origin lipase inhibitors from hypolipidemic decoctions by ultrafiltration combined with liquid chromatography-mass spectrometry[J]. J Pharm Biomed Anal， 2015， 104： 67.

[34]Li Z， Xiao S， Ai N， et al. Derivative multiple reaction monitoring and single herb calibration approach for multiple components quantification of traditional Chinese medicine analogous formulae[J].J Chromatogr A. 2014： doi：10.1016/j.chroma.2014.12.024.