生命科学概论论文（精品多篇）

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生命科学概论论文 篇一

【摘要】

在人类的历史上，计算机的诞生和发展无疑有着举足轻重的地位。计算机水平的每一次提升都会带给社会巨大的推动。虽然我们一直在努力，希望计算机的性能越来越强，但是现在的计算机的某些技术已经达到了极限，不可能再提高了。所以，寻找另一个提高的方向已十分必要。现在，生物计算机理论的提出和诞生给人们带来了新的的希望。如果有朝一日生物计算机能够普及，那这将会是计算机发展史上的一个重大突破。

【关键词】

生物计算机 DNA 神经元 芯片

【正文】

一、计算机的发展

人们通常所说的计算机，是指电子数字计算机。一般认为，世界上第一台数字式电子计算机诞生于1946年2月，它是美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利（J.Mauchly）和工程师埃克特（J.P.Eckert）等人共同开发的电子数值积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Calculator，简称ENIAC）。ENIAC虽是第一台正式投入运行的电子计算机，但它不具备现代计算机“存储程序”的思想。1946年6月，冯·诺依曼博士发表了“电子计算机装置逻辑结构初探”论文，并设计出第一台“存储程序”的离散变量自动电子计算机（The Electronic Discrete Variable Automatic Computer，简称EDVAC）。【1】

自冯·诺依曼设计的EDVAC计算机始，直到今天我们用芯片制作的多媒体计算机为止，电脑一代又一代，都没能够跳出“诺依曼机”的体系结构。冯·诺依曼为现代计算机的发展指明了方向。但是，随着生物计算机、人工智能和神经网络计算机的发展，“诺依曼机”一统天下的格局已经被打破。【2】

二、生物计算机的诞生

1994年，一位加州科学家首次使用试管中的DNA来解一道简单的数学题，从而产生了利用DNA来储存和处理信息的创意。这一创意也为计算机带来了新的课题与发展方向。科学家们在研究中发现，仿生学同样可以应用到计算机领域中。通过对生物组织体的研究，发现组织体是由无数的细胞组成，细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成。而有些有机物中的蛋白质分子像开关一样，具有开与关的功能。因此，人类可以利用遗传工程技术，仿制出这种蛋白质分子，用来作为元件制成计算机，科学家把这种计算机叫做生物计算机。【3】

计算机工业在近几十年内飞速发展，然而目前，晶体管的密度已经达到当前所用技术的理论极限。所以，人们在不断地寻找新的计算机结构。另外，人们在研究人工智能的同时，借鉴生物界的各种处理问题的方式，提出了一些生物计算机的模型，部分模型已经解决了一些经典计算机难以解决的问题。【4】

三、生物计算机的优良特性

生物计算机目前主要有以下几类：生物分子或超分子芯片；自动机模型；仿生算法；生物化学反应算法。其中自动机模型以自动理论为基础，致力于寻找新的计算机模式，特别是特殊用途的非数值计算机模式。目前研究的热点集中在基本生物现象的类比，如神经网络、免疫网络、细胞自动机等。不同自动机的区别主要是网络内部连接的差异，其基本的特征是集体计算，或称为集体主义，在非数值计算、模拟、识别方面有极大的潜力。神经网络系统模拟大脑的工作方式，由大量简单的神经元广泛相互连接而成，形成一种拓扑结构。大脑具有相当高级的信息处理能力。与传统计算机模型相比，大脑具有如下特征：首先是大规模并行的处理能力；其次是大脑具有很强的“容错性”和联想功能；第三是大脑具有很强的自适应能性和自组织性。在这些方面，目前的传统计算机模型是难于实现的。【5】

生物计算机的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物元件比硅芯片上的电子元件要小很多，甚至可以小到几十亿分之一米，而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构，其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。如让几万亿个DNA分子在某种酶的作用下进行化学反应就能使生物计算机同时运行几十亿次。

生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分之一。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复，所以具有自愈能力。生物计算机具有生物活性，能够和人体的组织有机结合起来，尤其是与大脑和神经系统相连。这样，生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥，成为人脑的辅助装置或扩充部分，并能由人体细胞吸收营养补充能量，因而不需要外界能源。它将成为能植入人体内，帮助人类学习、思考、创造、发明的最理想的伙伴。另外，由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能性极小，几乎不存在电阻，所以生物计算机的能耗极小。【6】

四、我国的生物计算机

我国的首台生物计算机，是由上海交通大学生命科学研究中心和中科院上海生命科学院营养科学研究合作完成的，实验中工作人员把自动机与表面DNA计算结合到了一起。这在我国属首次，相关论文发表在中国《科学通报》第49卷第1期的英文版上。据介绍，这一DNA计算机采用双色荧光标记对输入与输出分子进行同时检测，用测序仪对自动运行过程进行实时监测，用磁珠表面反应法固化反应提高可控性操作技术等，以至于最终在一定程度上完成模拟电子计算机处理0和1信号的功能。将来通过计算芯片技术，把电子计算机的计算功能进行本质上的提升，在理论上和潜在的应用上都有重大意义。【7】

五、生物计算机的功能

生物计算机不仅有很好的性能，而且它的功能也十分强大。生物计算机既然是用一个个分子构成的，那么它的体积就可以达到分子尺寸的水平，甚至注入人的血液内，达到“人机一体化”，检测人体的情况。l998年英国雷丁大学的科学家凯文·沃尔威克把一块芯片植入他的左手臂，这个芯片从此将他个人和电脑网络连在一起。在接下来的九天里，当他步入教学主楼，无需出示身份证，大门的电脑就根据他手臂上芯片传递的信息认出了他，芯片还替他打开了实验室的自动门，帮他开灯。美国EMV公司在研究能够帮助盲人重现光明的生物集成电路时，就用以蛋白质为基础的生物微器件植入盲人眼球后部，利用胚胎神经细胞作为桥梁，同大脑视觉皮层联系起来，使盲人恢复“视力”。通过生物计算机，病人可以把自己的病情通过芯片传给医生体内的芯片，永远不担心病例丢失，病情讲不清楚。【8】

六、生物计算机的发展前景

目前电脑的发展方向，一是使用生物芯片，二是使用量子器件。它们的工作原理与目前使用的电脑有本质上的不同。生物芯片的原理是在分子水平上，与生物学水平一致；而量子器件的原理是在更微观的原子、光子层次水平上。生物芯片也称为分子芯片，其元件大小都在分子尺度内，而生物计算机的关键在于DNA大分子操作的问题上。现有的计算机基本构件是开关元件，要制造生物计算机需要有开关元件的有机分子，即DNA分子。美国科学家埃德曼指出：DNA分子中含有大量的遗传密码，分子之间在某种酶的作用下完成生物化学反应，从一种基因代码变为另一种基因代码，反应前的基因代码作为输入数据，反应后的基因代码作为运算结果。2000年美国加利福尼亚大学洛杉矶分校科学家根据生物大分子的不同形态，成功研制了DNA电脑的分子开关。【9】

目前，DNA计算机已经可以对赫姆震兹等数学问题求解。预计在10到15年内就可能制造出与微电子芯片相融合的高级DNA计算机。DNA计算机可以实现超大规模并行运算，运算速度极快，几天的运算量就相当于目前世界上所有计算机问世以来的总运算量，11立方米的DNA溶液的存储容量可以超过目前世界上所有计算机的存储量。而且DNA计算机耗能极少，只有一台普通计算机的l0亿分之一。它可以实现现有计算机无法实现的模糊推理功能和神经网络运算功能，使真正的智能计算机得以实现。目前美、日、德等国科学家正在研制一种在微电子芯片上生长神经网络的方法，希望研制出一种具有生命力的智能神经网络，并将神经网络的神经元与计算机芯片连接起来，用计算机来控制芯片上的神经元，进而达到控制动物的神经元。

现在，生物计算机仅处于起步阶段。但不论如何，DNA计算机的提出，拓宽了人们的视野，启发人们用算法的观念研究生命，并向众多领域提出了挑战。要想真正进入实用阶段还需要更多的时间和科学家更多的艰辛探索。【10】

【参考文献】

【1】中国科学院计算技术研究所，电子计算机的诞生，计算机发展史，2011年版。

【2】孙宏滨，胡美鑫，关于生物计算机的思考，知识经济，2009年8期。

【3】J.N Corsellis,A.KH.Miller,Aunals of Human Biology,1977年9月22日。

【4】孙宏滨，胡美鑫，关于生物计算机的思考，知识经济，2009年8期。【5】Scientific American,神经元计算机，2003年3月。

【6】黄俞成，生物计算机，北京电子，2006年2月。

【7】刘军，首台计算机，首都医药，2004年4期。

【8】杨宝华，孙中涛，关于生物计算机技术研究的思考，仿生技术推动下的计算机发展生产率系统，2002年1期。

【9】曹来发，生物电脑最新进展，科技情报开发与经济，2005年12期。

【10】殷海滨，第六代计算机，中学生物学，2007年8期。

生命科学概论论文 篇二

一、“通识教育”与生命科学教育

1、“通识教育”理念的认识

通识教育是指对所有大学生普遍进行的有关共同内容的教育，包括基础性科学知识的传授、公民意识的养成、健全人性的熏陶以及一些非专业性的实际能力的培养。其目的在于：培养学生具有广博的科学基础和文化背景，提高学生的价值观念、历史视野、认知风格和创新能力。使学生能够创造知识、自我更新、适应社会多种职业需求和社会环境的变化，从而实现个人的最高价值。

我国现行的本科教育过分注重专业知识和技能的培养，已不适应现代社会知识面广、适应力强、具有思辨和创新能力人才的要求。因而注重能力、方法和性情培养的通识教育日益受到我国高等教育界的普遍关注。专业教育与通识教育结合，培养现代社会所需要的高素质人才，已成为高等教育发展的必然选择。

2、生命科学教育是通识教育的重要领域

目前困扰人类生存和发展的诸多重大问题：人口膨胀、粮食不足、环境污染日益严重、能源短缺、生态平衡失调、疑难疾病等的解决均寄希望于生命科学和技术的进步。生命科学已成为自然科学向前飞速发展的带头学科，它与物理学、化学、数学、计算机科学等学科紧密相关。如：人类基因组计划和基因芯片的研究，要求计算机技术、化学、物理等各个领域的知识和理论的融合；在化学工程领域，化学合成过程中可以引入生物催化等。人类基因组的解读改变我们对生命整体的认识，生命中最基本的生、老、病、死将重新在基因组研究的剖析下体现其隐密性，这对未来社会各个层面的发展不论是工程、法律、经济等学科均将产生重大的影响。生命科学不仅拓宽了传统学科的理论和技术，同时生命科学技术的发展也带动了自然科学的学科交叉及边缘学科的空前发展。生命科学类通识教育的开展，对完善学生知识结构，培养具有现代生命科学意识的综合人才发挥重要作用，生命科学教育是通识教育的重要领域，高等教育中生命科学通识教育势在必行。

二、生命科学通识教育现状

通识教育作为一种教育理念近年来逐渐被我国教育界所接受和认同，国内的一些知名高校开始着手实施通识教育，并开展了现代生命科学相关领域专业及通识的训练，全国已有几十所高校开设了非生物类本科生“生命科学导论”或“普通生物学”或“生物工程概论”等生物学课程，编写出版了不同类型的适用于非生物类不同层次类型生物学课程教学的多种教材、系列课程教学大纲及网络课程和普及读物，以满足不同层次学生的需求。但仍有相当部分普通高校在生命科学通识教育特别是非生物专业生命科学的通识教育的认识和实施上存在许多片面和不足。我校生命科学通识教育在生物专业中处于刚刚起步阶段，仍有许多值得探究和改进的地方，而非生物专业中的生命科学通识教育仍然没有启动，如何在“通识教育理念下开展生命科学教育，实现面向全体学生的生命科学通识教育是一个值得探讨的问题。

三、“通识教育”理念下如何开展生命科学教育

1、根据生源特点，设定相应教学目标

通识教育课程要求的是一种基础性的、普适性的课程内容，强调对基本原理与基本方法的学习。因为学生学习的知识越基础，接受新知识的能力、解决新问题的能力就越强。不应把过多的应用性课程和专业性较强的课程列入通识课程中。因此，对高校生命科学通识课的教学目标定位如下：通过学习，不仅让学生了解生命科学的发展历史、研究领域、研究手段和研究成果，还要让他们深入了解某些热点研究领域的最新成就和进展以及生命科学和其他学科的相互交叉、相互渗透，从而激发学生对生命科学的求知热情和探索兴趣，拓宽知识面，帮助和促进学生形成一种科学的、理性的思维方式，培养他们具备科学的思想和方法处理和解决学习中碰到的难题。

面对与生命科学关系比较密切的理工科专业本科生，生命科学作为一门基础课程，其课程目标在于使非生命科学类专业的理科学生掌握生命科学基本知识和愿理，拓宽知识领域，完善知识结构，开阔思路，培养科学思维能力和创新精神，提高整体素质；激发对生命科学的兴趣和创造性火花，从各自的领域出发寻找与生命科学的交叉点，探索生命科学的奥秘；特别是增强多学科交叉与渗透的意识，为跨学科学习和研究奠定基础，以利于成长为适应未来社会需要的跨学科高层次的人才。面向文科各专业以及部分理科专业的本科生，生命科学作为供全校学生选修的一门文化素质课程，其课程目标是拓宽学生的知识面，改善知识结构，提高综合素质，适应未来社会的需要，并为商界、新闻界、法学界和其他领域决策层储备高素质、复合型和创新型的人才；同时，通过了解人类自身、了解人类与环境的关系，建立科学的世界观，增强现代健康意识，升华人格。

2、根据教学目标选择教学内容

根据以上教学目标，在教学内容的选择上，既要使生命科学的系统知识与21世纪生命科学的重大学科方向和领域、面临的重大理论和应用问题以及解决这些问题所需的技术和方法等学生感兴趣的热点问题有机地结合，又要增强多学科交叉与渗透的意识，为跨学科学习和研究奠定基础。不同专业、不同年级的学生有着不同的背景和基础，因此，对讲授的内容就要求不同，可供开设的相关课程有：生物学与人类文明、生物技术、基因工程、人体生物学、疾病与保健、观赏动物养殖、生态与环保、环境保护与人类生存和发展、人体奥秘、营养与健康、性科学与性教育、生物伦理、庭园艺学、室院花卉、微生物与人类健康、生物史、遗传与优生、家庭小药房、生理心理学、昆虫与人类、生物进化论、生物学前沿、动物世界、生物学方法论、花卉欣赏与养护、人口问题讲座、遗传与健康、植物叶贴艺术与标本制做、生物科学技术及实验，等等。多模式地开设生命科学通识课，不仅可以满足学生对不同专业领域知识的渴求，更可以丰富他们的专业知识。

3、改进传统教学方法，激发学习兴趣

通识教育要求教师传授给学生的并不仅是死板的知识与技能，而是传授他们正确的科学观和思考问题、解决问题的逻辑方式，提高他们的知识视野与科学素养，努力培养他们的思维方式、洞察力、智慧和探索精神。为突出生命科学的学科特点，在教学上可以多采取系列讲座方式，根据不同的教学目标选择其中相关内容，然后将讲授内容分为几个部分，每部分又分为几个专题，每部分有各自的中心，各个专题前后之间相互联系，又各自相对独立。在传授方式上，多开设一些研讨班形式的课程，使课程本身成为教师与学生合作开展探究知识的过程，保持学生与教师之间的良好沟通，在民主、自由的课堂中，激发学习兴趣，才能更好地达到通识教育的。目的。另外要采用多媒体教学方式，大量增加动画和音像教学的比例，尽可能展现生命科学丰富多彩的一面。通过多种教学手段相互补充，使学生对一些陌生的生命科学概念、生物技术的原理和操作、生命科学的微观现象和生命进化历程等有更直观的认识。

4、提供多种形式的考核方法

课程考核具有成绩检测、信息反馈、导向激励等多项功能。生命科学通识教育应强调多层面、多方式和多层标准，重视综合素质与知识运用的考核。多种形式的考核方法对生命科学通识教育的开展起很大的促进作用。可供尝试的方法有：笔试与实验操作相结合，期中考核与平时成绩相结合，开卷与闭卷相结合等多种形式的考核方法；另外，作业、课堂提问、小组答辩赛、课程小论文以及对本课程提出建设性建议等均可作为平时成绩考核方面。灵活多样化的考核方式避免了学生为考试而学习的被动状态，有效检测并促进学生自主学习激情，从而实现生命科学通识教育的最终目标。

生命科学概论论文 篇三

摘要：

随着经济与科学的发展，生命科学在生活的各个方面都不乏它的身影。生物科学技术的发展也推动了人类经济的快速前进。在物质多元化的今天，人们的生活也越来越不能缺乏生物科学的指引。生物对人的生活息息相关，生物作为整个生命过程的重要的参与者和决策者，对整个人类社会的发展有着重要的有着重要的指导意义。在物质高速发展的今天，我们人类社会的进步与发展更离不开生物的参与。生命科学概论就是从这一环节出发，从生物学的角度告诉我们，人类社会的发展离不开生物的息息相伴。生命科学概论通过细胞的癌变、微生物学基础、生物资源、生物多样性、血液与淋巴、遗传病、生物能源、生物伦理学、疫苗等章节并将其中的理论知识贯穿于教学视频中，让我们对生物这一门学科的理解更为深刻。生命科学概论中对生物的研究出促进了生物学以及人类社会经济的发展，将生物学更进一步的为我们人类做出贡献。

关键词：

生物科学 人类社会 经济 多样性 科学 科学技术

正文：生命科学概论生命科学概论通过细胞的癌变、微生物学基础、生物资源、生物多样性、血液与淋巴、遗传病、生物能源、生物伦理学、疫苗等章节以及视频教学讲诉了生物学对人类社会发展所起的不可磨灭的作用。

1、细胞的癌变

细胞的癌变是指在个体发育过程中，大多数细胞能够正常完成细胞分化。但是，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常完成细胞分化，因而变成了不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。细胞的畸形分化，与癌细胞的产生有直接关系。在我们人类社会，癌症的存在是普遍的，癌症的存在和发生与我们生活的环境是有着密切的联系的。生活在环境较好的地区的人患癌症的几率就相对较小，反之亦然 。当然，癌细胞的转化也与我们的心理活动存在着密切的联系。可以说，癌细胞是与生俱来的得。只是它只会在适当的时机用基因所表达出来而已。

癌细胞与正常细胞相比有三大特征：

1、癌细胞的形态结构发生了变化 。

2、能够无限增殖。

3、癌细胞的表面也发生了变化。

由癌细胞的这三大特征就可以看出来癌细胞对我们人类来说是一个多么可怕的存在。由于细胞膜上的糖蛋白等物质减少，使得细胞彼此之间的黏着性减小，因而容易移动，转移至其他组织或器官中分裂，生长。癌细胞转移是患者死亡的重要原因。为防止正常细胞的癌变，应尽量避免接触各种致癌物质，还要保持健康的心态，注意增强体制，养成良好的生活习惯。

癌细胞的致癌因子主要分为内因和外因两种。外因主要为：物理致癌因子，化学致癌因子和病毒致癌因子。内因主要是人和动物体内普遍存在原癌基因，正常处于抑制状态。原癌基因一旦被激活，就有可能发生癌变。 所以，要预防癌症的发生，我们就必须从自己做起，养成良好的生活习惯，杜绝癌症在自己体内的发生。

2、微生物学的基础

微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切。涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。从它的定义我们就可以了解到微生物的存在是普遍的。微生物个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物，统称为微生物。微生物包括细菌、病毒、霉菌、酵母菌等。

微生物是地球上普遍存在的群体，它们有着自己的特点、共性以及类群。微生物的特点主要为个体微小、构造简单、进化地位低、大多依靠有机物维持生命。微生物的共性主要为体积小，面积大；吸收多，转化快 ；生长旺，繁殖快；适应强，易变异；分布广，种类多。类群为细菌、病毒、真菌、放线菌、立次克体、支原体、衣原体、螺旋体。

微生物千姿百态，有些是腐败性的，即引起食品气味和组织结构发生不良变化。当然有些微生物是有益的，它们可用来生产如奶酪，面包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。最早是弗莱明从青霉素抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物，例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生物的很少一部分。

微生物对人类另一个最重要的影响之一是导致传染病的流行。在人类疾病中有50%是由病毒引起。世界卫生组织公布资料显示：传染病的发病率和病死率在所有疾病中占据第一位。微生物导致人类疾病的历史，也就是人类与之不断斗争的历史。在疾病的预防和治疗方面，人类取得了长足的进展，但是新现和再现的微生物感染还是不断发生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治疗药物。一些疾病的致病机制并不清楚。大量的广谱抗生素的滥用造成了强大的选择压力，使许多菌株发生变异，导致耐药性的产生，人类健康受到新的威胁。一些分节段的病毒之间可以通过重组或重配发生变异，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都与前次导致感染的株型发生了变异，这种快速的变异给疫苗的设计和治疗造成了很大的障碍。而耐药性结核杆菌的出现使原本已近控制住的结核感染又在世界范围内猖獗起来。

3、生物资源

生物资源是自然资源的有机组成部分，是指生物圈中对人类具有一定经济价值的动物、植物、微生物有机体以及由它们所组成的生物群落。生物资源包括基因、物种以及生态系统三个层次，对人类具有一定的现实和潜在价值，它们是地球上生物多样性的物质体现。自然界中存在的生物种类繁多、形态各异、结构千差万别，分布极其广泛，对环境的适应能力强，如平原、丘陵、高山、高原、草原、荒漠、淡水、海洋等都有生物的分布。目前已经鉴定的生物物种约有200万种，据估计，在自然界中生活着的生物约有2000～5000万种。它们在人类的生活中占有非常重要的地位，人类的一切需要如衣、食、住、行、卫生保健等都离不开生物资源。此外，它们还能提供工业原料以及维持自然生态系统稳定。地球是人类赖以生存的家园，是人类的栖身之所、衣食之源。所以我们人类更应该好好保护地球的生物资源，合理的加以利用，以维护我们赖以生存的家园。

生物资源包括动物资源、植物资源和微生物资源三大类，在三大大类广布于我们所生活的世界，并对我们的生活与发展有着举足轻重的影响。

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