专业前沿知识讲座综述论文—计算机技术服务于生物工程技术的必要性

计算机技术服务于生物工程技术的必要性 摘要：21世纪必将是生物工程技术大力发展的时期，与此同时计算机技术也在蓬勃发展，将二者有机结合，运用计算机技术促进生物工程技术的发展，将成为发展的必然要求。本文就此论述运用计算机技术为生物工程技术服务的必要性。 关键词：生物工程技术、计算机技术 生命工程技术是一项新兴产业，它的发展和进步与人们的生命、病痛、健康息息相关， 现代生物技术日渐渗透到人类生活的众多领域。它的兴起及其对传统产业的全面渗透和改造，将是下一个世纪第四次产业革命的重要特征。生物工程产业的发展，对人类和地球的长远良性发展具有重大意义。从发展前景看，人类为解决粮食、医疗保舰能源和环境等重大问题，充分有效地利用可再生的生物资源，必须大力发展生物工程产业。[1] 21世纪已进入计算机网络时代。计算机网络极大普及，计算机应用已进入更高层次，计算机网络成了计算机行业的一部分。我国计算机网络技术飞跃发展。 作为21世纪的两大高新技术产业，生物工程技术与计算机技术的结合，必将更快的带动生物工程技术的发展。 其具体主要表现在以下四个方面 1.计算机技术对生物教学质量的提高有显著的作用。 计算机辅助生物工程教学是一种教学形态，即以计算机的各种功能和特点，代替或部分代替教师面向学生，促使学生实现有效学习的教学形态。在教学中的应用形式既可以是人-机对话式，也可以是借助其他媒体（大屏幕投影或液晶投影）构成新的信息传递系统。所要达到的目的为：①提高课堂教学效率；②优化传统教学；③实现教师个性化教学；④改善学生学习态度。[2] 随着我国经济和科学技术的飞速发展，计算机正逐步进入我国的教育领域，并得到了迅速的发展，逐渐成为有效的教学媒体和教育管理的有力工具。同时，随着教师年龄结构的变化，科学、恰当地运用这一现代媒体，必将成为对教师的基本要求。[3]而且生物专业的前沿性决定了依靠模型图片等更容易加深印象。举个简单的例子说明：学校在进行生物教学的时候，如果能充分利用计算机教学的作用，让枯燥无味的文字转化成可动可观可听的视频或课件，不但更接近科学，而且将极大的激发同学们的学习探索心理，这对生物教学是大有裨益的。 在生物工程专业计算机教学优点主要表现在以下几个方面： ①有助于学生观察能力的培养。学习生物的第一个基本要求就是要学会观察，而计算机辅助教学可以根据学生观察的需要把事物化静为动、化虚为实、化繁为简，使难以观察到的事物清晰地呈现在学生面前，从而使学生可以细致、全面地进行观察，启发积极思考。计算机不但为我们学生的观察提供了丰富的画面，而且还教给了学生分析问题、解决问题的方法。计算机能提供生动形象的声像信息，可以不受时间、空间的限制，在教学中显示所要观察的自然事物，同时，还能对时间进行缩放，在显示事物变化发展过程中有独特的功能。在展现生物进化、动植物运动情况等诸多方面优势很大。 ②有助于学生概括能力的培养。学习生物会遇到大量信息，我们需要将这些信息汇总并概括才能得出正确的结论，所以说概括能力也是最基本的要求。概括的过程是把个别事物的本质属性推及为同类事物本质属性的过程，也就是思维由个别通向一般的过程，即对一类事物加以分析、综合、比较，从中抽象出共同的、本质的属性或特征，然后把它们总结起来。概括是一切科学研究的出发点，是掌握规律的基础，尤其是生物工程，任何科学研究的结论 都来自于概括过程。从教学实践上说，学习和运用知识的过程是概括过程，利用表象可以概括出科学概念，并发展学生的概括、推理能力。计算机能提供直观生动、清晰的表象，有利于引导学生根据表象概括出同类事物的共同特征。 ③有助于学生逻辑思维能力的培养。逻辑思维能力对每一个生物科学工作者来说都是必不可少的基本条件之一。对于教学来说，利用表象形成概念是培养学生概括思维能力的主要方法，巩固知识和应用知识是培养学生推理思维的主要方法。由于自然知识之间如链条一样连接着，本身就具有科学的逻辑关系。因此在计算机教学设计时完全可以依据这些关系，将本来就有密切内在联系的知识有机地沟通起来。在进行教学实践的同时，学生的认知结构也不断地组建，逻辑推理能力也就在学生增长知识的同时得以发展起来。 总之，计算机辅助教学的运用对促进学生在各方面能力的发展效果是显著的。计算机进入生物教学课堂，为学生的思维提供了具体生动的客体形象，可以激发学生学习的兴趣，培养学生积极发现问题、提出问题的能力，并在丰富学生表象方面起到积极作用。 事实证明，运用信息技术进行教学,其效果明显优于传统教学。[4] 从学习兴趣对比实验的结果看出：计算机进生物教学课堂①能激发学生学习兴趣，提高学生学习积极性；②培养学生简单应用知识能力效果明显；③对学生长时记忆效果明显；④对培养学生思维能力效果明显。因此我们有必要将计算机技术带进生物教学的课堂，并充分利用使其真正在生物教学中发挥巨大作用。 2.计算机建模技术可以极大推动生物研究。 物理学家组织网报道，英国科学家日前通过扫描和计算机建模技术成功获得了一只距今约4.25亿年前的古生物3D图像。该图像基于伦敦皇家理工学院研究人员所开发出的一套精细3D模型系统，该系统可将古老的化石标本还原成其生前的模样。 这只名为Drakozoon的史前生物化石是6年前在英格兰西部赫里福德郡的一处沉积岩中发现的，为了创建3D图像，研究人员将其切割成了200片薄片，并逐一进行了拍照和扫描，而后这些化石薄片的信息被输入电脑，在经过专门的软件处理后就形成了栩栩如生的3D影像。通过对图像分析后研究人员发现，Drakozoon是一种软体动物，具有一个坚硬的外壳，外层包裹着一层硬质的皮肤；具有一种细丝状的活动触须；它极有可能通过附着在岩石或者其他贝壳类生物的表面来生存，以漂浮在海水中的碎屑为食；通过躲进外壳之中来逃避敌人的捕食。 由此可见，如果没有计算机建模，那么此项研究要如何才能正确完成啊！ 3.计算机技术可以精确控制生物实验和生产中所需的各种条件。 例如发酵工程中的条件控制，会受到各种条件的制约，如仅仅依靠人力是难以实现对要求苛刻的反应条件的精确控制的，但反应时需添加的试剂pH、温度等如果由计算机实时监控调节，这个问题就可迎刃而解。 啤酒厂麦芽的糖化是啤酒生产的一个重要中间环节，其糖化得率及产量直接关系到啤酒生产的质量和产量。之前，国内啤酒厂普遍采用手动控制，由操作人员根据温度压力仪表调节阀门来保证锅内蒸气压力，结果往往由于蒸气压力的波动和工人的疏忽，引起质量的不稳定和设备的不安全。而采用TP一801单板机计算机控制系统对泰兴啤酒厂塘化车间的糖化过程实行控制，半年多的运行证明，该系统稳定可靠，能准确按给定要求控制塘化，提高了啤酒的质量和产量，减轻了工人的劳动强度，保证了设备的安全。据泰兴啤酒厂提供的数据，使用了微机控制以后，效率提高了1.7%，按年产1万吨啤酒计算，节约麦芽一项可达2.1万元，半年即可收回投资。并可保证每天生产6个批次，对于每天生产5批次的啤酒厂来说，可提高产量20%。[5] 因此可以说，计算机技术在生物条件控制上也是必不可少。 4.计算机技术在生物工程理论研究中有重要参考价值。 计算机将信息以一种革命性的新方法进行组织，从而成为一种管理基因、细胞、器官、生物和生态圈之间动态流动和相互作用过程的理想工具。计算机的组织方式，尤其是并行计算，与生命系统有很大的相似性，在生命状态的维持过程中，每一层次，每一部分都是一个不断自我调节和更新的动态网络。[6] 在悄然而至的生物技术世纪里，计算机技术将用于对遗传资源的分离、下载、组织、翻译、编辑和编程等方面。计算机和与之相伴的信息技术是人体神经系统向外部世界的延伸。它们是人类心智向物理世界角角落落的机械投射。同时，基因是生物存在的化身，储存于其中的丰富遗传指令帮助生物协调其整个生命旅程。计算机和基因一起形成一个新的强大的心身二位一体。在未来的岁月里，人类将越来越多地把计算机当作“替换心智” ，用来处理、重新调整和组织生命世界的浩瀚遗传信息。[7]计算机所管理的信息在软件指令的作用下在计算机屏幕上闪现，其动态的、可重新组合、容易编辑和短暂易逝的特点与基因的动态本质有很多共性，基因在编写生命这一剧本的过程中也是不断地被开启和关闭。就很多目的而言，生物学，尤其是在分子水平，可被视为一门信息科学。要理解细胞、脑或免疫系统是怎么工作的，有时，你必须将其看作一个非常复杂的信息处理系统。 [8] 总结：鉴于计算机技术在生物工程技术中的诸多应用以及巨大优势，未来将更多的采用计算机技术为生物工程技术中服务，这必将带动生物技术的高速发展。

相关文献： [1]日本生物工学会，《生物工程》，科学出版社，2008.6 [2]10570208，《传统课堂教学与计算机辅助教学在教学信息展现》，重庆医科大学网络教学综合平台，2007.5.23 [3]唐莲君、刘宝辉，《应用计算机辅助教学提高自然教育教学质量》，辽宁教育，cnki:ISSN:1002-8196.0.1997-Z2-039 [4]信息技术与《计算机应用基础》教学整合后的效果比较研究[J].西南农业大学学报,2008,6(4):41 [5]须文波《啤酒厂糖化车间生产过程的计算机控制》，食品与生物技术学报，CNKI:SUN:WXQG.0.1986-03-004 [6]麦克卢汉(lrsIlallMcluhan）、《理解媒介》（1964）2000-10-1 ISBN： 9787100030311 [7] 王永娟，《浅谈计算机技术与生物技术在应用中的相互作用》，TP399．Q78，1672—0547(2003)01—0089—04 [8]理查德·卡普(Richard M．Karp) ，《Complexity of Computer Computations》，1972