分子遗传学综述篇1

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

与遗传系谱有关的题目涉及了孟德尔遗传规律、伴性遗传、人类的遗传病和数学中概率计算等多个知识点，具有一定的综合性。分析2008～2013年江苏生物高考题发现，遗传系谱题是必考题型之一，分值及考查方向见表1。

由表1分析可以看出，近年来江苏高考中有关遗传系谱的考查主要方向为判定遗传病的遗传方式、分析指定个体的基因型及其概率、计算子代的患病概率，但几乎每年的考题中都会出现特定的创新考点，提高了遗传系谱题的考查难度。通过调查发现，针对遗传系谱题，教师每年在教学中都会安排较多课时，让学生进行大量的训练，但效果欠佳。笔者结合自身教学实践，就高三进行遗传系谱专题复习提出以下几点思考。

1 思考一：注重对遗传系谱本质解读和剖析，谓之“道”

学习生物学知识是为了理解生命世界的本质，理解生物科学的过程和方法，理解生物科学与技术和社会的关系。只有通过对生物学核心概念的辨析、生物学思想的建构和领悟，才能切实提高学生的生物科学素养，使学生终身受益。遗传系谱图是学生在学习孟德尔遗传定律和伴性遗传基础上的一种用相关符号表示遗传病传递的方式，是将文字描述转换为图形符号。但很多学生在解遗传系谱题时却是以图论图，忘记了遗传系谱的本质。在进行遗传系谱专题复习时，教师首要是回归遗传系谱的本质，对其进行深入的解读和剖析。

首先要明确，中学阶段涉及的遗传系谱主要是核基因控制的单基因遗传病系谱，是对某遗传病患者家族各成员的发病情况进行详细调查，再以特定的符号和格式绘制成反映家族各成员相互关系和发病情况的图解。遗传系谱图中包括个体性别、性状表现、亲子关系、世代数以及个体在世代中的位置等信息。复习课上可以“湖南省宁乡县东塘湖镇高峰村武姓家庭怪病系谱”这个经典案例引入，提高学生的学习兴趣，加深学生对遗传系谱作用的认识和理解，有效训练学生的图文转化能力。

其次，密切联系人类的染色体组成，结合基因与染色体的关系，将遗传系谱图与减数分裂、孟德尔的遗传定律进行有机的融合，加深学生对遗传系谱本质的认识。特别要重点剖析伴性遗传。通过展示人类的XY染色体图，辨析XY染色体上的同源区段和非同源区段，将相关基因标注到染色体的相应位置，结合减数分裂中染色体的行为规律和遗传系谱图，让学生直观地认识到伴性遗传的本质。

2 思考二：加强对遗传系谱题解题步骤的总结，谓之“术”

遗传系谱题作为高考中失分较高的题型之一，学生常怀畏惧之心。遗传系谱题形式简洁、条件隐蔽、灵活多变，综合性强，但究其解题过程却有一定的规律。教师在进行专题复习时应引导学生在总结、思考中寻找规律和方法，使他们融会贯通、举一反三，形成一套完成的解题步骤，提高解题的规范性和正确率。遗传系谱题一般的解题步骤可总结为“拆—判—推—算”。

“拆”即为遗传系谱中若涉及两种或两种以上的遗传病，根据基因的自由组合定律：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的，解题时将不同的遗传病拆开后单独分析（现行《高中生物课程标准》中对基因的连锁和交换定律不作要求）。

“判”即为判断遗传病的遗传方式。判断遗传方式的基本程序如下：（1） 判断是否为伴Y染色体遗传。依据系谱中有女性患者或男性患者的父亲或儿子不患病，排除伴Y染色体遗传；（2） 判断显隐性。先找典型特征：隐性——父母不患病而孩子患病，即“无中生有为隐性”；显性——父母患病孩子不患病，即“有中生无为显性”；如果系谱中没有上述典型的片段组合，那么通过综合观察图中遗传病的发病情况，结合显性（或隐性）遗传病的遗传特点，作最可能的判断；（3） 判断遗传病是常染色体遗传病还是伴X染色体遗传病。先找典型特征，判断能否排除伴X染色体遗传；如果系谱中没有上述能排除伴X染色体遗传的片段，则往往需要根据题干附加条件来分析；如果系谱中没有上述能排除伴X染色体遗传的片段，题干也无附加条件，那么只有通过综合观察图中遗传病的发病情况，结合遗传病的遗传特点，做最可能的判断。

“推”即为推测相关个体的基因型。基本方法为先根据遗传病的遗传方式和个体的表现型，写出已知的基因，未知的留空格，即先搭架子；再根据亲子代关系和遗传定律填出未知的基因，即后填空。

“算”即为推算概率。

相当部分学生在解题训练过程中会根据题目的难易程度决定解题步骤，难度小的题目往往跳过某些步骤，这对解题规律的掌握和理解是不利的。教师在进行专题训练时要提醒学生严格按照解题步骤进行，通过强化，形成解题习惯，有利于解答高考中难度较大的遗传系谱题。

3 思考三：重视对遗传概率计算的变式训练，谓之“算”

遗传系谱中概率的计算是以数学概率计算方法为基础的。数学概率计算中涉及加法原理（即互斥事件）和乘法原理（即独立事件），学生在进行遗传概率计算时，经常将两类计算方法混淆，不能清楚地辨析互斥事件和独立事件。教师在进行概率计算复习时可以生物学独特的分析方法，换角度帮助学生理解概率计算的两个原理。

分子遗传学综述篇2

2多种授课方式相结合。

2.1多媒体教学与传统板书教学相结合。目前很多课程都倾向于多媒体教学，多媒体教学有着形式灵活多变，直观形象的有点，但是展示信息时常常速度过快让学生很难抓住重点，复习也很困难。而传统的板书教学虽然展示的信息量小，但却具有条理性，学生容易抓住要点。所以我们必须将传统的板书教学与多媒体教学结合起来，让这两种方法互相弥补。

2.2适当的采用PBL教学方法。对于教师来说，在基础学科上使用PBL教学方法是有着一定的难度的。特别是具有大量推理计算工作的遗传学教学。但是对于某些章节来说还是可以尝试采用PBL教学方法。比如在讲解生物进化章节的时候，完全可以先给学生一个有关进化的例子，再让学生回顾前几章所学的知识来提出自己的想法。这样可以提高学生对于遗传学学习的兴趣，有能够培养他们用遗传学的思想来思考问题，进一步检验了学生的学习情况。

3加强实验教学的改革。

3.1增加综合性试验比例。目前高校所开展的学生实验基本上都是验证性实验，都是老师先做好了，再讲给学生听，学生根据老师所讲的再做，其结果是每个人的结论都相同。这些验证性的实验项目过多，实验结果在未做之前就已经知道，学生做与不做都已经知道了实验的结果，实验过程不能调动学生的积极性、创造性，不利于学生的思考和发现。因此，我们在保留经典的验证性实验的基础上，增开了设计性、综合性实验。由老师指定一个实验课题，由学生自己去设计实验方案，充分调动学生们自己的主观能动性，同时教师在某些环节上进行指导，这样可以提高学生兴趣，培养学生独立分析问题与解决问题的能力。

3.2与其他学科一起开设实验教学。遗传学实验除了经典遗传学实验项目和细胞学实验项目外还设计到分子生物学实验。由于分子生物学也是生物技术专业的必修科目，所以在设计实验方面可以综合设计。这样避免了开课的重复性，又能够让学生掌握技术，提高学生对科学研究的兴趣。

4改变考核方式，采用多种指标评价学生。

分子遗传学综述篇3

遗传学是生命科学领域中的一个重要知识点，在该领域中有着举足轻重的作用。因此，高中生物遗传学的知识一直以来都是教学的重点，同时也是难点，相当一部分学生对遗传学的知识存在模糊不清的现象，似懂非懂，学困现象相当普遍。不少学生往往只能应用遗传定律处理一些常规题型，如果把染色体、减数分裂、基因及基因表达等知识结合起来进行综合考试，则往往难以准确解答。为此，本文主要针对高中生物遗传学定律复习中的学困现象成因及对策进行探讨。

1.把孟德尔豌豆杂交实验上升为遗传规律

1.1学困现象成因分析

在对孟德尔豌豆杂交实验进行复习的过程中，不少师生对于杂交实验的推导过程过于重视，将大量的精力集中在对推理环节的分析过程中，反而忽视了实验自身的完整性与连续性，学生也没有明白实验本身其实是一个科学的发现过程。

1.2相应对策

建议在对本知识点进行复习的过程中，教师应当适度为学生讲解遗传学发展的历史和背景，把孟德尔豌豆杂交实验置于科学发展的进程中进行说明。实际上，从当下的角度来看，孟德尔遗传定律在1866年提出时很难被大众所认可也并不是偶然的因素，因为这一理论已经超越了当时的生物学发展水平。孟德尔采用豌豆这类常见植物进行杂交实验，不管是在当时还是现在，这个实验过程都可以具象化，并不断进行重复，因为豌豆的很多性状描述都是可触摸的、真切的存在，但实验的结论却是看不见摸不着的所谓“遗传因子”的传递规律，也就是现在的“基因分离及自由组合”的遗传规律。通过这种背景介绍的方式，学生能够切身体会到孟德尔这位遗传学之父在当时历史条件下的推导过程。

2.误把3∶1和9∶3∶3∶1看作定律

2.1学困现象成因分析

学生经常把这两个比例用在解题的过程当中，甚至不少学生还将其看作是一个“公式”到处进行套用，未能对这两个比例的含义进行正确理解。造成这一学困现象的原因就是学生将部分看成是整体，并未充分理解定律本身揭示的是基因在遗传过程中会怎样进行分配与传递的规律，而不是比例。

2.2相应对策

针对这一问题，教师在教学过程中应当重点关注遗传学内容的条理性与整体性，引导学生弄清楚教材只是对一个科学严谨的发现与论证过程进行了展示，而这一过程则是一个环环相扣的过程，是从发现问题到作出假设、验证假设并得出结论的过程。具体来说，教师应当引导学生对以下内容进行理解：第一，上述两个比例并非是定律，而是指性状分离比，它们是生物体遵循遗传定律后出现的结果，而不是定律。第二，即便在遗传过程中生物体遵循定律，也不一定是遵循上述比例，这是因为上述典型的比例出现需要很多的前提条件，比如不同类型配子生活力相同、精卵的结合随机，不同子代存活机会均等。因此，从本质上来看，豌豆的杂交实验过程并非遗传定律，而同样，3：1和9：3：3：1这类常见的比例也不属于定律。

3.难以对遗传定律描述的主体进行正确理解

3.1学困现象成因分析

遗传学定律中既涉及到了基因的分离或自由组合，减数分裂中也有同源染色体分离和非同源染色体的自由组合，而基因又在染色体上。在考查时，往往会在减数分裂时带上基因，在基因考察时又涉及到染色体，这就导致不少学生经常出现什么自由组合什么分离混乱的现象。实际上，在不同的条件下，分离指的既是等位基因的分离，同时包括同源染色体的分离，自由组合是非同源染色体上的非等位基因自由组合。出现这种现象的原因主要是由于学生对遗传规律的多层次性缺乏足够清晰的认识。

3.2相应对策

针对这一现象，教师应当将孟德尔遗传定律和减数分裂过程的先后顺序解释清楚，即孟德尔遗传定律揭示之后，减数分裂過程才被实验证实，换而言之，孟德尔在当时也并不知道减数分裂，更未求证出同源与非同源染色体的变化。实际上，孟德尔定律揭示的是分子水平的基因遗传规律，而减数分裂则揭示了细胞水平或染色体水平的染色体的分配规律。这两个规律描述的主体分别是基因和染色体，二者并非属于同一研究层次，也非同一时代被发现。直到1909年时，摩尔根的果蝇遗传才证明了基因和染色体的关系，上述两个定律才有了交汇的关系。因此，分离既指等位基因的分离，同时也包括同源染色体的分离，非同源染色体自由组合也是如此，这两者并非矛盾的关系，而是从不同层次和角度分别对遗传规律进行了阐述。

4.对孟德尔定律的应用范围模糊不清

4.1学困现象成因分析

导致这一学困现象的原因主要是学生忽视了孟德尔定律的应用前提，对定律的应用范围不清晰所造成的。

分子遗传学综述篇4

中图分类号： TN820.1+2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）09?0075?03

Abstract： A new method to optimize the array antenna directional pattern is proposed， in which the cell antenna array is simulated with Ansoft HFSS software to extract the current data or far?field data of each exclusive feed cell， and then the genetic algorithm （GA） is used to optimize the extracted current data to obtain the cell current value and phase value satisfying the requirement of directional pattern. The method can conveniently synthesize the antenna array directional pattern with arbitrary characteristics due to the flexible HFSS modeling， and only a simple far?field extrapolation or superposition for the extracted data is needed while optimizing， so it has fast calculation speed. Different from the traditional optimization method using GA only， the method combining engineering software Ansoft HFSS with GA can effectively improve the computational accuracy of the antenna array synthesis， computational efficiency of the objective function， and the optimization efficiency of the directional pattern.

Keywords： cell current value； current phase value； directional pattern； genetic algorithm； antenna array

0 引 言

天线阵方向图[1]综合（优化）对天线阵应用尤为重要，根据实际问题的需要，常常采用三种综合手段：单元相对位置、单元馈电幅度、单元馈电相位同时改变；单元相对位置不变，只改变各单元幅度和相位；单元间距和幅度均不变，只改变单元相位。在大型天线阵中，则更多地采用后两种方法综合方向图。本文研究后两种情况。

遗传算法作为一种全局优化方法，可以抛开待优化目标函数的具体特性，利用遗传学的思想进行全局随机搜索从而找到最优值。由于天线阵优化等电磁问题的目标函数具有形态复杂、多峰值的特点，故比较适合用遗传算法进行优化。

用遗传算法进行天线阵综合主要有两种方法：第一种方法是将单元看作理想偶极子，远场用解析式表达，其优点为优化速度极快，但实际问题中的单元都远非理想偶极子，且阵列中往往带有其他不可忽略的电结构（如反射板等）以致该方法无法保证精度；第二种方法（如矩量法等）计算目标函数，用遗传算法进行优化综合，这种方法有更高的计算精度，但数值方法计算目标函数效率较低，并且对实际应用中电结构极其复杂的天线阵，建模也是一个极大的困难。

本文提出一种新的天线阵方向图优化的方法：先用HFSS进行单元天线阵仿真，提取出各单元单独馈电时的电流或远场，然后用遗传算法进行优化处理，得出满足方向图需要的单元电流和相位，方法的精确度完全取决于HFSS模拟的精确度，利用HFSS建模的灵活性，能很方便地进行任意特性天线阵列的方向图综合，并且提取出数据后只需进行简单的远场外推或远场叠加，计算速度极快。

1 原理及实现方法

1.1 馈源的线性叠加原理与HFSS数据的提取

1.2 遗传算法的实现

遗传算法[2]的优点是全局搜索能力很强，缺点是局部搜索能力较弱，且遗传算法在进行种群选择操作时容易导致早熟或收敛过慢等现象。根据具体问题的特性，出现了大量遗传算法的改进方法，这些方法主要在两个方面改进：第一，对遗传算法本身进行改进――对算法中的选择、交叉、变异等算子进行改进，以提高全局搜索能力；第二，将遗传算法与其他局部搜索方法相结合，构成混合遗传算法。本文采用混合遗传算法，其主要思想为先用遗传算法找到全局最优点附近的解，然后用其他局部搜索方法找到局部最优点。常见的局部搜索方法有模拟退火算法、单纯型法、局部爬山法等，局部搜索算子采用两步：第一步局部爬山法，方法为在遗传算法中找到一个最优点后，以这个点为初始点，再用爬山法找到一个局部最优点。第二步局部拉网搜索。局部拉网搜索的主要思想为：设一共有[N]个待优化变量，先固定第2个至第[N]个变量的值，只变化第一个变量，找到最大值，然后在此基础上，只变化第2个变量的值，找到最大值，如此重复[N]次，直到最优值不再变化。局部拉网搜索的初始点为爬山法所找到的最优值。局部拉网搜索法使用时要注意每个变量的分段数（分段数越多，精度越高）不能过大，否则遍历一次会耗时过多。

遗传算法计算效率的关键在于选择算子的确定。传统的选择算子采用随机赌方式：每个品种被选中的概率和该品种的适应度值成线性关系，由于天线方向图优化问题中目标函数具有多峰值性和振荡性的特点，这种赌选择方法很容易导致早熟和收敛过慢的问题，基于此，本文采用了另一种选择算子――随机联赛选择算子，方法为每次从样本群中任意抽出两个，评价目标函数挑出更优者进入下一代，然后重复[N]次（[N]为种群规模）。这种方法能有效地避免早熟和收敛过慢的问题，对各种问题具有良好的适应性。其他的算子采用传统的单点交叉算子和一致性变异算子，并应用了精英保存策略。

1.3 目标函数的计算

目标函数计算时，先由遗传算法给出一组幅度相位结合HFSS提取出的数据，计算出远场方向图。天线阵方向图[3]优化问题一般有两种：给定方向图的指标，优化出符合方向图指标的幅度相位；给定方向图，拟合出最逼近方向图的幅度相位。

3 结 语

本文叙述了天线阵方向图优化问题的三个重点，即馈电单元位置，幅度和相位，介绍了用改进遗传算法对方向图进行优化的原理方法，并提出一种新的天线阵优化方法――利用HFSS对单元阵仿真，提取各单元单独馈电的电流或远场，后用遗传算法优化处理，得到最佳的单元电流和相位。给出了计算原理和方向图，通过对原始数据和拟合数据的比较说明了该方法的优越性。

参考文献

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分子遗传学综述篇5

随着现代生物科学技术的发展，遗传学已成为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一，是生命科学中各门学科的核心，它的分支几乎扩展到生命科学的各个研究领域.目前，在生物学各专业的教学中，普遍存在着知识老化，课程体系陈旧，如遗传学和细胞生物学、生物化学、基因工程、基因组学、分子遗传学等课程之间存在着部分内容重复等一系列问题.显然，当前的课程体系已不适应高等学校生命科学教育的要求.如何突出遗传学主干课程，实现课程体系的整合、优化，不同课程间知识的融通和衔接，以此组建口径宽、方向灵活的课程群，加强学生创新意识和创新能力的培养，以增强学生的适应性和竞争力，培养学生的个性特长、能力特长以及继续学习的能力，形成终身学习的观念，是摆在我们面前值得思考的问题.我们从遗传学课程入手，对遗传学课程群进行了初步的思考，重新设置和实践，目的是实现课程体系的整合、优化，培养符合现代社会要求的创新型、复合型人才.

1遗传学课程群内课程设置的基本思路

遗传学课程群内课程设置的基本思路就是围绕“一个中心，三个方向”的原则，以普通遗传学为核心课程，兼顾三个方面的内容.基本框架如图1.

“一个中心”就是以普通遗传学为核心课程.遗传学是一门生命科学所有专业的重要基础课，要求全面系统地介绍遗传学的基本原理、分析方法及现代遗传学发展的最新成就.在教学中，要始终贯穿遗传物质的本质、遗传物质的传递和变异、遗传信息的表达与调控这一主线，使学生在群体水平、个体水平、细胞水平和分子水平的不同层次上对遗传学有比较全面、系统的认识，并能应用其基本原理分析遗传学数据，解释遗传学现象，并对遗传学各分支学科有一个基本的了解.

“三个方向”是以遗传学分支学科、反映现代遗传学发展的学科及遗传学普及性学科为遗传学内容细化、深化和普及的三个层面，主要包括以下内容：

一是遗传学分支学科的内容，主要包括《群体遗传学》、《微生物遗传学》、《细胞遗传学》等课程，以专业选修课的形式开出，主要目的是根据学生的兴趣和爱好，深入学习遗传学各个分支学科的知识.如《群体遗传学》是研究在自然选择、基因漂变、突变以及迁移四种进化动力的影响下，等位基因的分布和改变.它是在群体水平上研究种群的分类、空间结构等，并试图解释诸如适应和物种形成现象的理论.《微生物遗传学》是以病毒、细菌、小型真菌以及单细胞动植物等为研究对象的遗传学分支学科.《细胞遗传学》是遗传学与细胞学相结合的一个遗传学分支学科，主要是在细胞和染色体水平上研究.

二是反映现代遗传学发展的学科，如《基因工程》、《分子遗传学》、《基因组学》.这三门课程都是在普通遗传学基础上开设的专业选修课程，目的是与现代遗传学的发展接轨.如《分子遗传学》(moleculargenetics)的主要内容为基因的结构、复制和转录以及转录后调控、翻译，基因突变，DNA的复制、修复，原核与真核生物的基因表达调控，是在分子水平上进行的研究.此课程为生命科学各专业本科生的学科基础课，也可作为研究生的专业选修课.《基因工程》(geneengineering)主要介绍基因操作的主要技术原理，基因操作的工具酶，克隆载体，目的基因的分离方法，重组体的构建及导入，克隆基因的表达与检测，基因工程研究进展，存在问题及新策略等内容，使学生具备基因工程方面的基本知识和掌握其操作技术.《基因组学》(genomics)是对所有基因进行基因组作图，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学.主要讲述生物基因组的基本结构和组成、基因组内基因的表达和调控、遗传图谱与物理图谱、基因组测序、基因组序列解读、染色体的结构与基因表达调控、基因组的复制、基因组进化的分子基础、基因组进化的模式、分子系统发生学等内容，并讲述人类基因组计划的全过程以及由此引发的道德伦理和法律问题，系统向学生讲授基因组学研究的基本内容及相关进展.通过该课程学习，使学生了解结构基因组学和功能基因组学的重要研究领域、热点问题与发展趋势，以及国内外研究现状与进展.

三是遗传学普及性的内容，此类课程为遗传学的平行课程，以公选课的形式开出，主要目的是普及遗传学知识，提高人口质量和全民素质.我们针对非生物专业的学生开设了《人类遗传学》和《遗传与优生》两门课程.《人类遗传学》主要讲述人类在形态、结构、生理、生化、免疫、行为等各种性状的遗传上的相似和差别，人类群体的遗传规律以及人类遗传性疾病的发生机理、传递规律和如何预防等内容，使学生掌握人类遗传学的基本概念和主要研究方法.《遗传与优生》主要讲述什么是遗传病，遗传病对人类的危害，人类的染色体和染色体病、基因和基因病、肿瘤与遗传、人类代谢和发育中的遗传学问题、优生学的基本概念、影响优生的因素，优生的措施等.这两门课程都注重贴近生活，贴近社会，从剖析青年学生关注的问题入手去介绍人类遗传与优生的基础理论和基本知识，使学生能够在轻松、顺畅且饶有兴趣的学习过程中获益.对于医疗保健事业和人群遗传素质的改进具有重要意义.

2遗传学课程群内课程内容整合的思路

为解决遗传学的迅速发展及新知识、新技术不断出现与遗传学教学时数减少这一矛盾，我们通过建立遗传学课程群体系，协调课程群内各门课程的关系，尽量减少重复内容，对于学习遗传学的有关基础知识，如核酸的结构和特征在先修课程《生物化学》中介绍，染色体的结构，细胞周期等在细胞生物学课程中介绍，概率和统计学知识在生物统计学课程中介绍.而对于遗传学各分支学科的深入讨论，将在细胞遗传学、群体及数量遗传学、分子遗传学、基因组学、基因工程、生物信息学等课程中介绍.

3遗传学课程群内实验课程整合的思路

遗传学课程群内主要设置了遗传学实验和分子遗传学大实验，遗传学实验是为了配合遗传学的教学而开设的一门实验课程，其设计思想是：1)配合遗传学的教学，巩固和加深对遗传学知识的理解；2)适应现代遗传学的发展，让学生掌握现代遗传学研究所必需的基本实验技术；3)开设综合性、设计性和创新性实验，鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验.目前已形成具有基础性实验、提高性实验和具有综合性、研究创新性、开放性实验的不同层次的遗传学实验教学内容体系.鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验，实验室已对学生部分开放，并实施了自选实验考试法[1].学生在此过程中得到了很好的科研训练，部分学生在本科阶段就写作并发表了论文，充分体现了遗传学课程教学改革的特色.例如，结合本科毕业设计，我们编制了“遗传学试验的计算机模拟”软件[2]，增强了学生对遗传学基本概念和基本原理的理解，而且也增加了学生对计算机应用于生命科学研究的兴趣.我们开发设计了“遗传学实验显微图像演示系统”[3]，建立了遗传学实验图像库，学生在实验前可以方便地检索观察实验中可能出现的各种图像，大大提高了实验效率.通过遗传学实验的培训，学生具备了一定的设计和综合创新的能力，在此基础上，进入分子遗传学大实验的学习.而分子遗传学大实验的设计整合了分子遗传学和基因工程两门课程的实验内容，既涵盖了分子遗传学的基本实验技术，也体现了现代分子遗传学发展的新方法、新技术.实验通过DNA提取、扩增、检测，到目的基因的获取、重组、转化、分子杂交等系列性实验，使学生不仅掌握了现代生物学分析技术，也培养了学生的动手能力和独立设计实验的能力，更实现了理论类课程与实践训练类课程的有序衔接，同时完善了学生从认知实践到科研实践的创新精神培养体系.

4遗传学课程群实践基地的建设

仅有书本上的知识是不够的，遗传学课程群内的课程具有很强的实践性，专业知识与生产实际相结合的综合性教学是实践教学环节不可缺少的重要一环.为此，我们通过认识实习和生产实习等手段加强课程知识的掌握.利用地域优势，与中国农业科学院徐州分院、江苏省药用植物重点实验室、江苏维维集团等建立长期稳定的合作关系.如，我们在讲解“三系配套”时就带领学生到中国农业科学院徐州分院参观学习、实地学习如何进行“三系配套”的操作，加深了对理论知识的理解.通过专业实践，拓宽了学生的视野，培养了学生分析问题、解决问题以及开拓创新的能力，增强了学生的事业心和责任感.

分子遗传学综述篇6

几多“无奈”在婚后

20世纪50年代后期，当时我还是一个住院医生。在我经治的病人中，有一位8岁左右的女孩，她的腭部出现了一个肿块，并日复一日地增大。我的上级医生诊断为“纤维骨瘤”。由于病变较为广泛，当时只做了部分切除手术，术后病理检查报告证实为纤维骨病。女孩10岁时，双侧面部开始出现对称性膨出，X线摄片证实原来的病变在继续扩大。此后我们多次为她做了整形手术。她成年以后，有一次来我院复查时告诉我，她的表妹也得了类似的疾病。那时我已晋升为主治医生，积累了不少临床经验，我顿时想到这病可能是“家族性颌骨肥大症”（也称“巨颌症”），于是，我告诉她：“我建议你最好不要结婚，若要结婚，也千万不能生育。”当然，这只能是建议和劝告，因为在婚姻法上没有相应的规定。几年过去了，有一次，她来我院复查时给我带来了喜糖，并告诉我，她已结婚并怀上了孩子，幸福之感溢于言表。我除了向她表示祝贺外，又向她提出了建议：“孩子生下后别忘了带来检查。”她点头同意了。后来她生了个儿子，果然被我言中――儿子也患了与妈妈同样的病……

也是在20世纪50年代，我当住院医生期间，曾经遇到一位“英雄妈妈”（这是当时社会对多生子女妈妈的美称），她带着第五个患有唇腭裂的儿子来我科就诊。我在询问孩子家族史时，发现她的五个子女中竟有三个患唇腭裂。她自叹命苦。可见遗传基因已使这位母亲陷入困境。对她来说，恐怕是生育越多，唇腭裂子女就越多。幸好后来她自觉终止了生育。几年以后，我们还专门为这五兄妹照了一张集体照，至今仍保留在我的科研资料里。

实际上，与口腔颌面部有关的遗传性疾病远不止这些。概括说来有三类：第一类是先天性畸形疾病（如上述第二个病例）。最近，据我国对围生期出生缺陷疾病的调查，先天性出生缺陷疾病的患病率为13.7‰，排列前五位的分别是无脑儿、开放性脊柱裂、先天性心脏病、脑积水和唇腭裂。第二类是肿瘤及类肿瘤疾病，如牙源性颌骨角化囊肿综合征，该病常有明显家族史，也包括前面第一个孩子的纤维骨瘤。第三类是一些全身性遗传性疾病在口腔颌面部的表现，如石骨症（一种全身骨质钙化过度的疾病）、神经纤维瘤病等。这三类又以前两类为多见。

为女子少留些遗憾

遗传性疾病是一种基因缺陷或基因突变性疾病，顾名思义，它有很强的遗传性。近几年来，科学家完成了人类基因组排序，这是现代科技史上一项重大的贡献。目前，对疾病基因的研究也已启动，上述这些遗传性疾病都与基因异常或基因突变有关，因此，也将成为今后遗传医学攻克的目标。当然，人们要弄清楚这些基因疾病，特别是多基因疾病还有很大的难度，今后还有很长的路要走。面对这种情况，医务工作者还必须加强科普宣传，让广大读者知晓遗传性疾病的一些特点：

1．遗传性疾病并不是后代个个都发病。不同的遗传性疾病，遗传方式和外显率（指出现临床症状的概率）也不一样。如神经纤维瘤病的外显率可达70%以上，而牙源性颌骨角化囊肿综合征的外显率只有3.2%，两者相差甚远。

2．即使前辈没有遗传性疾病，后代也可能出现基因突变或基因缺陷。如近亲婚配容易使下一生先天性缺陷。

3．遗传性疾病主要是直系遗传。我们曾调查过1409例唇腭裂患者的家族史，在有遗传性因素的患者中，一级亲属（父母子女）的发生率为1.35%，明显高于二级亲属0.33%（兄弟、姊妹）与三级亲属0.40%（姨表、姑表）。

4．除了有畸形或肿块等明显症状的遗传性疾病外，还有少数无显著症状的遗传性疾病，必须经过医生检查后方能发现。例如有些是因为乳牙迟脱、恒牙不萌出或牙齿发育不良前来就诊，实际上，这些都是先天性遗传性疾病，如乳光牙、锁颅发育不全综合征等。

5．不同的遗传性疾病对人的健康和生活质量的影响不尽相同。其治疗的难度与效果也有差异。如在现代医疗条件下，唇腭裂患者完全可以治愈，而像神经纤维瘤、着色性干色病等遗传性疾病不但难以治愈，而且还存在着癌变的危险。

6.现代医学还证明，环境因素可影响遗传基因。某些遗传性疾病在一定程度上受到环境（如污染空气中某些致癌因子、吸烟、饮酒等）的影响。患者遗传的不是疾病本身，而是疾病的易感性。因此，研究遗传性疾病的基因时，还应注意环境因素的影响。

因此，为了避免或减少遗传性疾病的发生，笔者提出下述建议：

1．从尊重公民权利角度来说，不强制进行婚前检查是正确的；但从医学角度来说，为了下一代的健康，应该提倡优生优育，婚前检查还是必不可少的，适婚青年应当自觉地接受婚前检查。

分子遗传学综述篇7

例1 小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖。现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种。马铃薯品种是杂合体(有一对基因杂合即可称为杂合体)，生产上通常用块茎繁殖。现要选育黄肉(Yv)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦及马铃薯品种间杂交育种的程序。要求用遗传图解加以简要说明。(写出包括亲本在内的前三代即可)

例2　已知牛的有角与无角为一对相对性状，由常染色体上的等位基因A和a控制。在自由放养多年的一群牛中(无角的基因频率与有角的基因频率相等)随机选出l头无角公牛和6头有角母牛，分别，每头母牛只产了1头小牛。在6头小牛中，3头有角，3头无角。

(1)根据上述结果能否确定这对相对性状中的显性性状?若能，请简要说明推断过程。

(2)为了确定有角与无角这对相对性状的显隐性关系，用上述自由放养的牛群(假设无基因突变发生)为实验材料，再进行新的杂交实验，应该怎样进行?(简要写出杂交组合、预期结果、得出结论)

二、解题思路的分析、

遗传学简答题虽然给出的条件不一，求解的要求多样，但都离不开亲子代的遗传过程。想要明确亲子代的遗传过程，就必须抓住其关键――亲代的基因型与表现型，其中亲代基因型的确定尤为重要。亲代是连接条件、过程、结果的核心，只有抓住这个关键，才能突破解题瓶颈，正确解题。基本思路可见以下分析框架：

我们根据以上框架，对例1与例2两道高考题进行详细分析。

[例1分析]条件：已知：(1)两对相对性状；(2)明确了相对性状中的显性与隐性关系；(3)是细胞核遗传；(4)是常染色体遗传；(5)小麦亲本是纯合体，马铃薯亲本是杂合体。过程：杂交育种程序(这是题目要求回答的)。结果：选育的小麦新品种的表现型是矮秆抗病，基因型是aaBB；选育的马铃薯新品种的表现型是黄肉抗病，基因型是YyRr。所运用的遗传学基本原理是两对相对性状的自由组合遗传。 本题是已知条件与结果，要求同学们设计过程。解题时应首先抓住关键――确定亲本的基因型。在小麦品种的育种过程中，小麦亲本是纯合体的基因类型，应有AABB．aabb．AAbb、aaBB四种可能。其中aaBB型不需要进行育种，而AAbb型不管与AABB或aabb杂交，还是与AAbb自交均不可能得到aaBB型，所以得出亲代的基因型只能是AABB、aabb。有了亲代的基因型，写出育种过程就非常容易了。在马铃薯品种的育种中，同样也要先确定亲本的基因型。马铃薯亲本是杂合体的基因类型应有YyRr、YyRR、YYRr、Yyrr、yyRr五种。其中YyRr是要培育的对象，当然也就没必要成为亲本了。要保证黄肉抗病的后代的基因型只能是YyRr，就不能以YyRR、YYRr为亲本，因为它们产生的黄肉抗病的后代中会出现YY或RR的基因类型，不利于选育。因此亲本的基因型只能是Yvrr、vyRr。有了亲本的基因型，自然就能正确地写出育种过程。

参考答案：

[例2分析]条件：已知：(1)一对相对性状，(2)是细胞核遗传，(3)是常染色体遗传；未知：未明确一对相对性状中的显隐性关系(这是题目要求回答的)。过程：(1)，1头无角公牛和6头有角母牛分别，(2)写出新的杂交实验(这是题目要求回答的)。结果：(1)产生6头小牛中，3头有角，3头无角；(2)在新的杂交实验中进行预测(这是题目要求回答的)。

这道题是已知部分条件与一个情境下的杂交过程与结果，要求同学们尝试推测另一部分条件，并再设计一个新的杂交过程与结果，来合理推断这一部分条件。尤其是第(2)小题，“条件”不充分，“过程”与“结果”缺乏，题目的开放性很大。这就要求同学们能够充分运用所学的遗传学基本原理，做到举一反三。根据我们所学的遗传学基本原理，对于后代数量很少的高等动物，只能在“无中生有”或“有中生无”出现时才能进行相对性状的显隐性关系判定。也就是说，只有给出“无角双亲生出有角后代”的条件时才能判定无角为显性性状；只有给出“有角双亲生出无角后代”的条件时才能判定有角为显性性状。本题虽然给出了6个组合，但都是双亲中一个有角，另一个无角，这样的组合条件再多也还是无法判断出最后的结果。因此要重新设计一个验证显隐性关系的杂交实验，从“无中生有”或“有中生无”的思路着手，只有如此才能正确解题。

参考答案：(1)不能确定。①假设无角为显性，则公牛的基因型为Aa，6头母牛的基因型都为aa，每个组合的后代或为有角或为无角，概率各占1/2。6个组合后代合计会出现3头无角小牛，3头有角小牛。②假设有角为显性，则公牛的基因型为aa，6头母牛可能有两种基因型，即AA和Aa。AA的后代均为为有角。Aa的后代或为无角或为有角，概率各占1/2。但由于配子的随机结合及后代数量少，实际分离比例可能偏离1/2。所以，只要具有Aa基因型的母牛头数大于或等于3头，那么后代合计也会出现3头无角小牛，3头有角小牛。综上所述，不能确定有角为显性还是无角为显性。

(2)从牛群中选择多对有角牛进行杂交(有角牛×有角牛)。如果后代出现无角小牛，则有角为显性，无角为隐性；如果后代全部为有角小牛，则无角为显性，有角为隐性。

三、从思维角度看解题策略

一道遗传学简答题的题于组成或问题表述虽然千变万化，但都离不开基本三要素，即条件、过程与结果。 条件即能够确定亲代基因型与表现型，并进行亲子代遗传分析所必须具备的基本条件。要确定亲代的基因型与表现型，至少应具备以下五个方面的条件：(1)几对相对性状；(2)何为显性，何为隐性；(3)是细胞核遗传还是细胞质遗传；(4)是常染色体遗传还是性染色体遗传；(5)是纯合体还是杂合体。五大条件中缺少任何一个都会对解题构成障碍，对“过程”与“结果”无法进行分析。当然，也有可能其中所缺少的条件需要借助后面的“过程”与“结果”来进行推断。

过程即亲代的遗传图解或育种程序。这是连接“条件”和“结果”的一个重要因素。如果上述五个方面的条件都具备，则亲代的基因型就容易判断，亲代就有明确的子代产生，那相应的遗传图解或育种程序就能很容易得到。

结果即有明确的子代，也就是子代的表现型与基因型分别是什么。综合“条件”和“过程”就可以得到“结果”。

条件、过程与结果这三者可形成如下的逻辑关系：

正向思维：由条件和过程得到结果。在各项条件都具备的情况下，任何一个过程都可得出相应的结果。这种思维方式符合同学们的心理与思维特点，解题难度相对较低，容易作答。如已知黄圆AABB杂交绿皱aabb，求子代。这种类型的题目，条件明显，亲代的基因型与表现型也都比较具体，过程和结果非常容易得到。

逆向思维：由过程和结果推测条件，或由条件和结果推测过程。这种思维方式在遗传题的解题过程中比较常见。如已知亲代为无角×无角，得出子代是有角，推断有角与无角何为显性，就是由过程和结果推测条件的类型；又比如已知亲代为AABBxaabb，要育出aaBB子代，推测遗传过程，就是由条件和结果推测过程的类型。这类题目的开放性如果不大，难度较低的话，同学们还是较容易解答的。但由于逆向思维不符合一般的思维习惯，一旦题目的开放性增大、逻辑性增强、难度增大的话，就很容易导致思维混乱，给解题带来一定的困难。

分子遗传学综述篇8

在“不太遥远的未来”，人们在计划生小孩之前都要由遗传学家来控制，人为地设计、操纵，只选择父母喜欢的最好的基因遗传给后代，生下完美的“合格人”。而那些自然怀孕的人因难免有各种缺陷，被称为“瑕疵人”，只能从事当清洁工等“下等”工作。一个“瑕疵人”为了实现当宇航员的梦想，买下了一个“合格人”的身份、血液、尿液等，混进航天公司，故事由此展开。

这部电影的票房非常失败，却深受好评，逐渐成为一部经典科幻片。它受重视的不仅仅是其艺术，更重要的是其主题，是首部反映所谓“基因歧视”的电影。著名的科学杂志英国《自然》当时曾发表影评，建议分子遗传学家都去看这部电影，以了解普通人对基因改良人种的看法。以后在讨论关于遗传工程、人种改良的话题时，这部电影经常被提及。去年一月份，美国宇航局把它评为历来最靠谱的科幻电影。影片中涉及的生物技术当然有经不起专业眼光挑剔的地方，但与其他科幻片相比，它的确是很科学的。

这部电影放映时，人类基因组计划还未完成。还要再过三年，在历时十几年、花费了约30亿美元之后，人类基因组序列才被全部测定，人类才拥有了第一份全基因组“文本”。除了同卵孪生子，每个人的基因组都不一样，“文本”也都不一样，每个人都要分别测序才能了解自己的基因组序列全貌。

近年来，全基因组测序的技术突飞猛进，价格直线下降，现在不到1万美元就可测定一个人的基因组全序列，许多人（包括乔布斯）都把自己的基因全测了一遍。再过几年，这个费用将会降低到不到1千美元，到时候测定基因组全序列有望成为常规医学检查的内容，人人都可以拥有一本自己的基因之书。

于是，有人觉得我们即将进入《Gattaca》描述的那个世界，遗传学家很快就可以用遗传工程改良人种了，并忧心忡忡担心由此引发一系列社会问题。

这种担忧为时过早。假如你现在花上1万美元把自己的基因组序列测定，获得一本属于你的基因之书，翻开它，你会发现那是一本用G、T、A、C四个字母写成的天书，看不懂。向遗传学家请教吧，他们能告诉你的也很少。虽然媒体经常报道人类基因组计划破解了人类“遗传秘密”，其实，只是用测序的方法把一个人的遗传信息记录下来而已。至于这些遗传信息都是什么意思，大部分都还不清楚。要把遗传信息全部破解，不是在“不太遥远的未来”就能实现的。

即使有一天把人的遗传信息全部破解了，也不等于就可以用这些信息来改良人种了。这还需要用到基因筛选的技术。一种是负面的筛选，发现胚胎携带有我们不想要的基因（例如某种遗传病基因），就终止其发育。这是比较简单的技术，目前就可以做到。另一种是正面的筛选，像《Gattaca》描述的那样，把父母中最好的基因挑选出来，综合在一起。这就要困难得多，目前无法做到，在“不太遥远的未来”也不太可能实现。

分子遗传学综述篇9

通过本节学习，学生可以了解到人类的许多疾病受遗传物质控制，能在上下代之间传递，而且多数目前还没有有效的手段，只能采取各种监测、预防措施，因此禁止近亲结婚，在婚前进行遗传咨询、产前诊断就显得尤为重要。通过此部分知识的学习有助于提高学生的素养，指导他们科学的认识遗传病，对于提高个人和家庭生活质量，提高人口素质有重要的现实和指导意义。

2. 教学目标

2.1 知识与技能。①概述人类遗传病的类型；②举例说出单基因遗传病、多基因遗传病和染色体遗传病；③说出人类遗传病的监测和预防方法。

2.2 过程与方法。①通过染色体剪贴配对操作理解先天智力障碍与染色体异常的关系；②通过苯丙氨酸耐量试验，理解遗传病的监测和预防。

2.3 情感态度与价值观。通过本节学习认识到近亲结婚的危害性和婚前检查的重要性。在进行遗传调查和实验活动中，善于从自己亲身经历的事物中发现问题和提出问题，大胆做出假设和进行自主性探究，养成实事求是的科学态度和培养勇于创新与合作的科学精神。

2.4 重点难点。①重点：人类常见遗传病的类型以及遗传病的监测和预防；②难点：人类常见遗传病的类型。

2.5 教学方法和教学手段。①教学方法：调查法、辩论法、讨论学习法、赏识性评价；②教学手段：多媒体、投影。

3. 课时安排（1课时）

教学内容（第一小节）：引言

教师活动（第一小节）：①最近甲型H1N1流感已经传染到多个国家，演变成全世界大流行；②近年来，随着医疗技术的和医药卫生条件的改善，人类传染性疾病已得到控制，而人的生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量、结构或功能上发生改变，使由此发育成的个体患先天性遗传病，其发病率和死亡率却有逐年增高的趋势。

每一个人都想拥有健康、高质量的生活，而这世界上的一部分人却因身体疾病而不能拥有健康，其中有些较严重的疾病是因为遗传所致，这些人的生活有着不为常人所知的痛苦，让我们一起来了解遗传病吧!

学生活动（第一小节）：学生听讲。

设计意图（第一小节）：引起学生兴趣。

教学内容（第二小节）：人类常见遗传病的类型。

教师活动（第二小节）：流行感冒是不是遗传病？为什么？

教师讲述：遗传病是由于人的生殖细胞或受精卵里遗传物质发生改变而引起的人类遗传性疾病，而流行感冒是由感冒病原体流感病毒引起的传染病，两者有着根本的区别。

问：遗传病有哪些类型？（学生自学）

（学生回答，老师归纳）

①单基因遗传病。单基因遗传病是指受一对等位基因控制的遗传性疾病。（强调一对，而不是一个）致病基因有的位于常染色体上，有的位于常染色体下，有的致病基因是显性基因，有的致病基因是隐性基因。比如软骨发育不全是属于常染色体上的显性遗传病。

常染色体遗传病：a.显性遗传病，如并指、多指、软骨发育不全；b.隐性遗传病，如白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症。

伴性遗传病：a.X显性遗传病，如抗维生素D佝偻病；b.X隐性遗传病，如红绿色盲、血友病、进行性肌营养不良；c.Y染色体遗传病，如外耳廓多毛症。

（银幕出示各种疾病患儿图，加深印象）

总结各种遗传方式的遗传特点：表格显示。

②多基因遗传病。多基因遗传病和单基因遗传病的区别是什么？

教师讲述：多基因遗传病是由多对基因控制的人类遗传病，多基因遗传病常表现出家族聚集现象，且比较容易受环境因素的影响。目前已发现的多基因遗传病有100多种，如唇裂、无脑儿、原发型高血压及青少年型糖尿病等。

出示多基因遗传病的发病率、遗传率表。多基因遗传病中，遗传因素所起作用的大小称为遗传率。一种疾病的发病率如果完全由遗传基础所决定的，其遗传率就是100%。遗传率高者可达70%~80%，这表明遗传基础在决定一个个体是否易于患病上有重要作用，环境因素作用较小，相反，遗传率低于30%~40%，这表明遗传基础在决定一个个体是否易于患病上作用较小，环境因素对是否发病可能更重要。

③染色体异常遗传病。如果人的染色体发生异常，也可引起许多遗传性疾病。

指导学生完成P86边做边学，完成讨论题。

比如先天智力障碍是由于体细胞中多了一条21号染色体引起的，（银幕出示“21三体”综合征患儿图）也叫“21三体”综合征，此患者体细胞为47条染色，核型45+XY。

问：先天智力障碍患者的症状是什么？对人类的危害是什么？目前我国是什么状况？

学生回答：患者智力低下，身体发育缓慢，外眼角上斜，口常半张，舌常伸出口外，约50%患者先天性早夭，它是一种常见的遗传病，我国每年新出生的幼儿中有2万人患有此病，患者总数估计不少于100万人。

学生归纳、性染色体遗传病。

教师讲述：现实生活中，由于一些女性会习惯性流产，研究发现其主要原因与胚胎细胞中染色体异常有关。

学生活动（第二小节）：实践：将课本86页图4~28复印下来，用剪刀将每条染色体分析。

设计意图（第二小节）：理论联系实际解决实际问题。

教学内容（第三小节）：遗传病的监测和预防。

教师活动（第三小节）：目前，只有极少数遗传病能够得到有效，大多数的治疗还处于探索阶段。因此，采取各种检测和预防措施，防止遗传病的发生非常重要。 转贴于 　问：能直接根据表现型来推测患者的基因型吗？

学生：不能，对于隐性基因控制的遗传病，表现型正常的个体其基因型可能是纯合子也可能是携带者。

请大家看教材P87页“积极思维”，并回答后面的问题。

讨论：什么是健康的孩子？怎样才能做到优生？

教师讲述：优生就是让每一个家庭生育出健康的孩子。为此，就应该运用遗传学原理，改善人类遗传素质。我们在控制人口数量增长的同时，还应该进一步提高人口的质量。为了达到优生的目的措施有禁止近亲结婚，遗传咨询，婚前检查，适龄婚育，产前诊断等。首先，要禁止近亲结婚。

问：什么禁止近亲结婚？有什么危害？

（出示人类《血亲关系表》）。学生讨论，教师归纳，最后指出禁止近亲结婚是预防遗传性疾病发生的最简单有效的方法。

小结预防遗传病的方法：临床诊断———实验室诊断———遗传咨询

学生活动（第三小节）：学生阅读P87页“积极思维”完成课后分析。

设计意图（第三小节）：属于“了解”水平，通过自学就可以达到学习目的。

教学内容（第四小节）：自我评估。

教师活动（第四小节）：

①下列有关人类遗传病的途述中，正确的是（　）

A. 遗传病是由于孕妇服用或注射了某些有致畸作用的药物引起的

B. 遗传病都是先天性的，因而某遗传病患者的父母或祖辈中一定有遗传病患者

C. 染色体的变化、基因的变化都有可能导致人类出现遗传病

D. 先天性的疾病都是遗传病，为避免遗传病的发生，人类应提倡优生优育

②下列疾病与基因病无关的是（　）

A. 腭裂　B. 无脑儿　C. 肝炎　D. 黑尿症

③下列属于常染色体遗传病的是（　）

A. 性腺发育不全综合征

B. 21三体综合征

C. 先天性睾丸发育不全综合征

D. 原发性高血压

④苯丙酮尿症是一种发病率较高的遗传病，该病属于（　）

A. 单基因遗传病

B. 多基因遗传病

C. 常染色体遗传病

D. 性染色体遗传病

⑤从人类遗传病知识出发、结合实际案例分析我国《婚姻法》规定“禁止近亲结婚”的原因。

4. 板书设计

4.1 人类常见遗传病的类型：单基因遗传病、多基因遗传病染色体异常遗传病。

4.2 遗传病的监测和预防。

分子遗传学综述篇10

中图分类号：Q3-0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2019）28-0055-02

一、布鲁姆认知阶层体系的含义

布鲁姆教学目标系统涵盖认知领域、情感领域和动作领域，认知领域的教学目标从低到高、从简单到复杂分别是知道、意会、应用、分析、综合和评价[1]，转义为教学应培养的不同水平的认知能力。“知道”停留在对事物的初步辨认层面，其技能表现是列举、引用、命名、定义等。“意会”涉及浅层的理解，其典型技能是描述和解释。“应用”有点像“生搬硬套”，其典型技能是图示、计算和预测。“分析”则指向构成要素、相互关系甚至作用原理，其典型技能是对比和辨别。“综合”就是要体现创造性，其技能特征是设计、开发、规划和提议。“评价”就是在融会贯通的情况下指出事物的本质或者明确其特点，其典型技能是证明和辩护。

布鲁姆认知阶层体系既可以指导平时教学，也可以运用到考试测验；既可以指导教师，也可以用于学生自测。布鲁姆认知阶层体系贯穿整个教学过程，从而避免各种错位的情况下，学生一方面练习了高水平认知技能，另一方面乐于接受高水平认知技能测试，这非常有利于学生认知水平的提高。

二、布鲁姆认知水平的确认

建立布鲁姆认知阶层体系时要注意区分“意会”和“分析”这两个认知水平，因为它们包含了同样的技能表现。譬如比较，它会位于其中任何一个水平，这取决于比较的深度。例如，学生通过图片本身判断哪条曲线代表DNA链有最高的熔解温度是一个意会水平的问题，而指出哪条曲线代表着最高的GC含量则因需要额外的碱基配对稳定性知识而是一个分析水平的问题。此时的一个有益的做法是找出学生必须知道的每个知识点，例如意会要求学生识别每条曲线的熔解点，分析还要求学生联想到碱基配对、稳定性、能量等与温度的关系。

應用水平的技能表现变化幅度较大。例如，普通化学中的应用水平的问题大多数时候在检查机械记忆和对变量明确的公式的运用。与此同时，生物化学的应用水平的问题往往是应用概念、选择公式和决定变量，是一个多步骤的过程。有时候，“应用”被进一步分为低水平和高水平应用，并且可以通过两个不同的认知过程来区分。“执行”，只涉及用程序性知识解决熟悉的问题；“实施”，要求用概念性和程序性知识去面对不熟悉的问题。例如，低水平的应用问题要求学生把已知的数值代入等式去求米氏常数并且作图，而在高水平应用中学生必须从概念上知道酶抑制剂的类别，然后选择公式并画出反应曲线。

认知水平的确定有一个“就高不就低”的原则，譬如一个需要“知道”、“意会”、“应用”和“分析”技能的问题最终应定在分析水平[1]。这个原则与“知道”、“意会”和“应用”的相互包含关系有一定的联系，因为通常来讲回答一个“应用”水平的问题需要前两个“水平”的认知技能。“知情则降级”的原则说的是，一个需要分析水平相关技能的问题在学生已经知道其答案的情况下也只能代表知道这个水平的认知能力。总之，确定布鲁姆认知阶层体系的认知能力水平时，必须明白学生为了回答问题要掌握什么或者完成什么。

三、建立遗传学布鲁姆认知阶层体系的程序

布鲁姆认知阶层体系建立始于与特定学科或专门领域的结合，终于反复完善直至高度的稳定性。在前一阶段，首先要将认知技能通过专业的测评条目表述出来。譬如，在DNA双螺旋模型的提出中，沃森和克里克的综合能力让人叹服。这一阶段的第二步是表面效度检测，通常是把认知技能相关的所有测评条目给没有相关专业知识的新生浏览，让他们评判条目内容与所涉学科或者领域的相关性。最后一步是将初步形成的布鲁姆认知阶层体系的原型送给擅长布鲁姆教育理论的专家并让其审阅。在第二阶段，首先根据原型独立编码出不同版本的布鲁姆认知阶层体系并在实际教学中检验其效果。经过反复测试和修改，不同版本之间的百分一致性要达到80%以上，并且卡巴值要大于0.75。如果是跨学科的认知阶层体系，还要在不同的学科教学中检查它的通用性。

在编写遗传学布鲁姆认知阶层体系的过程中，我们首先认真学习了多本遗传学教材，做到了基本把握遗传学知识架构、对经典的遗传学发展轨迹了然于胸。然后，我们列出遗传学知识测试条目，并精心地为它们确定对应的认知技能，最终赋予它们不同的认知水平。我们为每堂课设置了六个代表不同认知水平的问题，并且为了形成即时性评价，这些问题在相关的讲解之后马上用于测验。我们制定的遗传学认知阶层体系也用于指导考试，从而通过教考对比调整知识点的时间和精力分配以及将教学维持在高水平认知。

四、建立遗传学布鲁姆认知阶层体系的维度

我们尝试从三个维度编写遗传学布鲁姆认知阶层体系。

一是问题类型。标注图表至多是应用水平的认知技能，填空和判断题至多可测试分析能力[1]。简答和论述题可测试所有水平的认知技能。多选题可用于综合水平之外的所有认知技能的测试，“知道”和“意会”水平的多选题的显著区别是有无干扰项。

分子遗传学综述篇11

平榛是我国重要的榛属植物资源，为鉴定、评价和保护平榛种质资源，提高其利用效率，采用主成分分析和聚类分析方法对99份平榛种质资源坚果的主要农艺性状进行了鉴定和综合评价。结果表明:平榛种质资源坚果的24个性状具有丰富的遗传多样性;10个数量性状的主成分分析确定了4类影响因子，反映了育种选择方向及潜力;基于各种质间形态性状的遗传差异，将99份平榛种质划分为5大类群，第I类群可作为选育果面光滑品种的育种和候选亲本材料，第II类群可作为选育大粒型、适宜机械化加工的育种和候选亲本材料，第III类群具有作为市场产品的潜力，第IV类群可作为选育圆形、果面无条纹的育种和候选亲本材料，第V类群可作为选育高丰产性品种的育种和候选亲本材料。上述研究为平榛种质资源的评价、保护和选优工作提供了基础数据。

关键词:

平榛;种质资源;农艺性状;鉴定评价

榛子是重要的坚果和木本油料树种，在我国原产的8个种和2个变种中，平榛(CorylusheterophyllaFisch．)是分布面积最广、资源最丰富、产量最多的一个种，其果仁营养丰富、风味清香且略有甜味，是广受欢迎的高档坚果。平榛具有抗逆性强、适应性强的特点，广泛分布在我国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北等地［1］。平榛分布区生态条件复杂多样，繁殖方式以自然杂交结实和无性根蘖繁殖并存，导致了平榛不同居群间以及居群内部存在着广泛的遗传多样性［2］。因此，开展平榛种质资源的描述和评价工作，尤其是坚果农艺性状的鉴定和评价研究，对平榛资源遗传多样性的保护、集约化栽培和遗传改良均具有重要意义。在榛属植物种质资源评价方面，M．M．Thompson［3］、王明启等［4］分别针对不同的适用范围，建立了榛属植物种质资源性状描述与评价系统，提出了包括坚果农艺性状在内的部分数量性状的分级标准;解明等［5］通过随机采样的方法，收集了我国5个省区的84份平榛坚果样品，根据坚果单果重、出仁率、缺陷果率、缺陷果仁率、空粒率5个指标对平榛坚果进行等级评价，并列出了各等级的评价标准。上述工作为榛属植物种质资源的评价和坚果生产提供了重要依据，本研究在前人工作的基础上，将以从平榛主要分布区收集的代表性样品为试材，针对坚果农艺性状进行描述和测定，分析各性状的变异和分布情况，结合主成分分析和聚类分析方法分析其遗传多样性，以期为今后平榛种质资源的评价、保护和选优工作提供参考。

1材料与方法

1.1材料资源收集于平榛分布区的5个省区14个采样点(表1)，分别于2006年和2008年定植于北京市延庆县榛子实验基地，株行距为2m×3m，在田间采取一致的管理方式，自然授粉结实。2014年8月下旬，平榛坚果自然成熟后，采集带果苞的坚果，选取生长良好、稳定结实的99份平榛坚果样品用于坚果质量性状和数量性状的描述和测定。

1.2方法

1.2.1指标的描述与测定调查描述项目严格按照《榛种质资源描述符》［1］进行，描述项目包括坚果形状、坚果颜色、果顶形状、果基形状、果面条纹、果面茸毛、果仁光洁度、果仁色泽8个质量性状。各品系样品选取具有代表性的坚果各15粒，调查坚果的纵、横、侧径和单果重，去壳后测量果壳腰部厚度和果仁的纵、横、侧径及仁重，计算出仁率［6］。坚果的纵、横、侧径和壳腰厚度用游标卡尺测量，单果重和仁重使用分析天平测量。纵径指顶部至基部的距离，横径指缝合线之间的距离，侧径指与横径垂直的距离［7］;坚果和果仁的三径均值为纵、横、侧径的平均值［7］;根据S．A．Mehlenbacher［8］的方法计算坚果和果仁的形状指数、壳仁间隙、果腔系数、出仁率4个指标。

1.2.2数据处理及统计分析试验数据采用Excel和SPSS19.0软件统计各个样品数量性状的平均值(X)、最大值(Max．)、最小值(Min．)、标准差(s．)、变异系数(CV)。根据概率论和数理统计的理论，结合计算结果，将各数量性状划分为7～12个组，统计落入各分组的品种数，用Origin8.0软件绘制次数分布直方图，并用分布函数的X2检验法检验各数量性状是否符合正态分布。在主成分分析前，使用隶属函数法对数据进行转化，其中，正相关指标(坚果重、坚果三径均值、果仁重、果仁三径均值、出仁率、果腔系数)依据公式(6)，负相关指标(壳腰厚度、壳仁间隙)依据公式(7)，坚果和种仁的形状指数使用梯形隶属函数，即形状指数在1.00±0.05之间取值为1，形状指数＜0.95时依据公式(6)，形状指数＞1.05时依据公式(7)。在聚类分析过程中，数据进行标准化转换(Z得分)，种质间遗传距离为欧氏距离，聚类方法采用离差平方和法。

2结果与分析

2.1主要农艺性状变异及分布

2.1.1质量性状变异及分布描述的质量性状变异类型及分布频率如图1。所考察的8个质量性状中，变异类型除了果面条纹中的沟纹、果仁色泽中的紫红色空缺外，该核心样本包含了33个质量性状参数中的31个变异类型，具有一定的代表性。

2.1.2数量性状的变异及遗传多样性变异系数大小反映了品种固有特征的个体差异范围，分布状态则反映了性状的集散性，两者在制定标准时都应该考虑［10－11］。表3展示了平榛种质资源16个坚果数量性状的变异情况。由表3可见，平榛种质资源的坚果大小在11.55～16.66mm之间，坚果重在0.66～2.29g之间，果仁重在0.11～0.68g之间，坚果大小整体上小于已报道的平欧杂种榛的坚果大小［12］，但与毛榛、川榛、滇榛等其他野生资源相比，处于中等较大的水平［1］。坚果横径的多样性指数最高达1.92，其次为果仁重达1.88，壳仁间隙最小仅为1.52。不同来源的平榛坚果数量性状变异较大，变异系数最大的为壳仁间隙，达59%，其次为果仁重和坚果重，这些指标是对平榛果仁饱满程度的体现，变异系数越大，说明该性状在样品间的差异越大，遗传可塑性越强。因此，在平榛遗传改良工作中应对壳仁间隙、仁重和坚果重等指标予以重点考虑。

2.1.3数量性状的分布绘制平榛坚果各数量性状的次数分布直方图(图2)，由图2可见，各数量性状的分布间存在差异。经分布函数X2检验得出，单果重、坚果纵、横、侧径、坚果三径均值、坚果形状指数、果仁重、果仁纵、横、侧径，果仁三径均值、果仁形状指数、出仁率、果壳厚度、壳仁间隙均符合正态分布，而果腔系数有一定的拖尾部分，近似服从X2分布。

2.2平榛种质资源主要农艺性状主成分分析对平榛10个主要农艺性状进行主成分分析，结果表明，前4个主成分的累计贡献率达到93.97%。由表4可知，第1主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有单果重、仁重、坚果和果仁三径均值、果腔系数、壳仁间隙、出仁率，这些性状间呈正相关，说明在壳仁间隙适当的情况下，坚果和果仁的大小和质量对出仁率有决定性的作用，此类性状均与产量相关，可称为产量因子。第2主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有单果重、坚果三径均值，载荷较高且符号为负的性状有壳腰厚度、出仁率，表明壳腰越厚，坚果就越重，其出仁率就越低，此类性状与坚果的大小有关，可称为大小因子。第3主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的有果腔系数和壳仁间隙，符号为负的农艺性状有单果重和果仁重、壳腰厚度、坚果和果仁三径均值，说明果仁并非越饱满越好，过小会影响产量，过大不利于加工生产，此类性状与坚果的加工有关，称为加工因子。第4主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有坚果和果仁形状指数、壳腰厚度、出仁率、仁重，符号为负的有单果重、果腔系数、壳仁间隙，表明坚果的形状指数在一定范围内与仁重等产量因子呈正相关，但其超出一定的范围，则会影响坚果的经济价值，此类性状与形状有关，称为形状因子。

2.3平榛种质资源的聚类分析根据平榛坚果的24个主要农艺性状在种质资源间的表现差异，以欧氏距离为遗传距离，以离差平方和法为聚类分析法，在遗传距离为10处将参试材料聚为5大类群(图3)，各类群特征见表5。第1类群包含18份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之;坚果颜色以黄褐居多，黄色和褐色次之;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖和平为主;果面条纹以无或不明显为主，较明显次之;果面茸毛以稀为主，中次之;种仁颜色以黄为主，黄褐和黄白次之;果仁光洁度较粗糙，较光洁次之。壳腰厚度最大，均值为1.92，变异系数达17.85%，出仁率均值为23%。综合各性状，此类群壳厚且出仁率较低，丰产性较差，但其果面条纹不明显，果面茸毛稀少，选育时可加以关注。此类群材料主要包括辽宁铁岭6份，朝阳1份，丹东1份，清源1份，吉林辽源2份，敦化1份，黑龙江带岭1份，佳木斯1份，河北围场3份，内蒙古扎兰屯1份。第2类群包含21份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之，坚果颜色以黄褐为主，红褐和褐色次之;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖为主，圆次之;果面条纹以无条纹或不明显为主，条纹较明显次之;果面茸毛以中为主，稀次之;种仁色泽以黄为主，黄褐次之;果仁光洁度以较粗糙和较光洁为主。坚果和果仁三径均值、坚果重和果仁重、果腔系数最大，变异系数分别为5.54%、3.76%、21.19%、12.91%、3.81%，出仁率达31%。综合各性状可以看出，此类群单株产量较高，可作为选育大粒型、机械化加工的亲本材料。此类群主要包括辽宁铁岭11份，朝阳1份，清源3份，吉林辽源1份，黑龙江带岭1份，河北围场4份。第3类群包含6份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之;坚果颜色以黄褐为主;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖为主，平少许;果面条纹以无条纹或不明显为主，条纹较明显仅有2个;果面茸毛以稀为主，中次之;种仁色泽以黄为主，金黄和黄褐次之;种仁光洁度较光洁，仅有4个较粗糙。坚果和果仁形状指数较大，均值分别为1.18、1.32。综合各性状表现，此类材料坚果和果仁表型性状较优，在选择具有商品特性的资源方面具有潜力。此类群主要包括吉林敦化6份。第4类群包含24份材料，其主要特征是坚果形状都为圆形，坚果颜色以黄褐为主，褐次之;果顶形状都是圆形;果基形状都是平形;果面条纹都是无条纹或不明显;果面茸毛都是中;种皮颜色都是黄褐;种仁光洁度以较光洁为主，较粗糙次之。坚果和果仁重、果腔系数最小，出仁率最小仅为17%。综合各性状，此类材料的经济特性最差，但在选育圆形、无果面条纹的杂交亲本时可予以关注。此类群主要包括辽宁铁岭4份，辽阳2份，清源1份，吉林辽源2份，延边2份，黑龙江带岭1份，佳木斯3份，牡丹江1份，河北围场8份。第5类群包含29份材料，其主要特征是坚果形状5种形状都有;坚果颜色以黄褐为主;果顶形状以圆为主;果基形状以尖为主，平次之;果面条纹以无条纹或不明显为主，有4个条纹较明显;果面茸毛以稀和中为主;种皮颜色以黄和黄白为主，有少许黄褐;果仁光洁度以较粗糙为主，较光洁次之。坚果和果仁重较大，壳腰厚度最小，坚果和果仁形状指数最大，出仁率最高，达35%。综合各性状，此类群的经济特性最好，可作为丰产型的杂交亲本。此类群主要包括辽宁铁岭5份，朝阳3份，清源3份，吉林辽源5份，敦化1份，黑龙江带岭2份，牡丹江2份，河北围场3份，内蒙古赤峰4份，内蒙古扎兰屯1份。

分子遗传学综述篇12

中图分类号:TP18 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)36-10559-03

Intelligent Test Paper Based on Genetic Algorithm Design of the Item Bank

HUANG Bao-ling

(puter and Control Institute, Guilin University of Electronic Science and Technology, Guilin 541000, China; 2.Liuzhou Vocational Technical College, Liuzhou 545006, China)

Abstract: Genetic algorithms are currently the most suitable algorithm to solve the problem of test paper, Development Test Paper system must rely on database platform support, in order to maintain system data integrity, integrity, and sharing nature, this paper presents a database makes possible algorithm to adapt to the needs of design.

Key words: intelligent test paper; genetic algorithm; question bank

考试是教学活动中的重要环节,考试组卷是教师的一项重要工作。但是在教师组卷的过程中,存在着大量人力财力浪费的情况。近年来,随着教育事业的飞速发展,人工组卷考试的做法己很难满足现代教育教学的需要。因此,利用计算机及相关技术,通过建立结构合理的试题库,依据教师提出的要求,并按照一定的组卷策略进行自动组卷,可以克服人工出题的主观因素(如不能保证出题的科学性),节省资源,有利于教师把注意力集中到要实现的教学目标上来,真正关心学生的学习困难和错误所在,有利于提高教学水平和质量,促进教育教学技术的改革。

智能组卷系统的开发涉及到应用的具体算法和前台界面及后台数据库的设计和实现,本文以Access为后台数据库设计工具,介绍了一种基于遗传算法实现智能组卷的题库设计思路。

1 组卷问题描述

由组卷系统所生成的试卷必须符合考试学的基本原理,符合课程教学大纲的要求,同时还必须符合教师对本次考试的具体要求。对于组卷系统来说,上述三方面的要求是对命题试卷的一种模糊的约束,本组卷系统按照人工组卷的经验,将组卷要求中最重要的约束指标归纳为题型、知识点、难度、区分度、分值、答题时间等六个基本指标。假如一张试卷由m道试题组成,每道题存在以上六个属性,那么抽题组成的试卷就构成了如图1的一个m×6的矩阵。

其中m是试卷所包含的试题数,每一列对应组卷约束条件中的一个约束变量。矩阵的列元素分别满足用户对试卷的相关要求。所有这些指标都应与用户指定的要求相等或者误差最小。组卷要做的工作就是从这个矩阵空间构成所需的解,使解满足给定的约束条件,即满足在矩阵每列上提出的要求,比如知识点覆盖比例、难度约束等等。

2 智能组卷中遗传算法的思想

遗传算法GA(Genetic Algorithm)是模拟自然界生物进化机制的随机化搜索算法,是一种有效解决最优化问题的方法,由美国Michigan大学的J.HHolland于60年代提出,适用于处理传统搜索方法难于解决的复杂的组合优化问题。智能组卷问题本身是一个组合优化问题,使用遗传算法进行试题抽取操作,可以有效地优化搜索过程,加快组卷速度。

生物的进化过程主要是通过染色体之间的交叉和染色体的变异来完成的。与此相对应,遗传算法中最优解的搜索过程也模仿生物的这个进化过程,使用所谓的遗传算子作用于群体P(t)中进行选择、交叉和变异三种遗传操作,从而得到新一代群体P(t+1),具体算法的实现步骤有如下几点。

2.1 编码

编码是从表现型到基因型的映射。根据所求解问题的特点,确定一种将问题的解表示成字符串的编码方式。按照一定的编码方法和编码策略,科学、合理、准确地为每道试题进行编码是高效组卷的首要工作,完整的试题编码能大大提高组卷算法的效率和成功率。常见的遗传算法编码方式有二进制编码、实数编码、自然数编码等编码方式。其中,二进制编码应用最早、最广,当表示对象数据多时,它存在转换复杂、编码长度大、占用计算机内存多等问题。所以在确定编码方案时,笔者采用了整数(即题号)编码策略。

2.2 初始化

在算法执行的过程中,首次根据组卷要求从试题库中选出试题组成试卷染色体的过程被称为染色体初始化。这里的一个染色体就是由一张试卷的各试题组成,染色体初始种群往往是采用随机的方法产生。

2.3 评估染色体

任何一个染色体个体诞生后,我们都要看其对环境的适应度是否已经达到拟定的目标值,或者判断二者之间的差距是否已经达到最小,这个过程被称为评估。对于组卷问题而言,我们要选用合适的适应度函数来判断某试卷染色体是否已经满足用户的需求,如总分值是否达到要求,难易度是否合适,知识点覆盖率如何等。适应度函数将综合上述6个试题属性值来衡量,如果某一染色体的适应度函数值越大,就表示该染色体所代表的试卷越接近组卷目标。

2.4 选择

选择也可称之为“复制”,其目的是为了从当前群体中选出优良的个体,使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙。根据各个个体的适应度值,按照一定的规则或方法从上一代群体中选择出一些优良的个体遗传到下一代群体中。

2.5 交叉

交叉操作是遗传算法中最主要的遗传操作。通过交叉操作可以得到新一代个体,新个体组合了父辈个体的特性。将群体内的各个个体随机搭配成对,对每一个个体,以某个概率(称为交叉概率,Crossover Rate)交换它们之间的部分染色体。交叉体现了信息交换的思想。

2.6 变异

变异操作是以一定的概率随机选择一个个体,对于选中的个体改变其基因值,在组卷问题中就是删除掉该试题,以另一试题替代。同生物界一样,遗传算法中变异发生的概率很低。变异为新个体的产生提供了机会。

综上所述,遗传算法运算流程即是首先初始化染色体群体,其次,在不满足迭代结束条件的前提下对染色体进行评估、选择、交叉以及变异,进而生成新的优良的染色体群体。

3 数据库设计思路

基于上述遗传算法的思想,为了完现组卷过程中各染色体的适应性评估,必须在设计题库时将试题的各属性进行量化。因此,题库建设也是一项艰巨的系统工程,要解决好几个问题:1) 题库的结构设计问题,包括题目的各属性值及度量标准的设置等。2) 试题的收集与编制。为了使题库更加科学化、标准化,题库必须具有大量的、高质量的试题,而题目的来源主要有两个方面:一是收集正在大量使用的优秀试题,二是组织专家专门命题。3) 确定各个试题的属性值。这一步是题库开发中极为重要的一步,因为以后试卷的生成主要依靠题目的这些属性值来确定选择哪些题目加入到试卷中。生成的试卷的质量在很大程度上取决于题库中各个试题指标的可靠性。其中问题1)、3) 要在数据库设计中由开发者解决。

据前所述,要基于遗传算法实现自动组卷,第一步就是对染色体进行编码。在编码时,由于一个试题充当生物学当中染色体中一个基因的角色,致使试题库中试题记录越多,在自动组卷时其时间复杂度就越高,试题库中的属性越多,组卷的难度越高,以致效率就越低。基于这一考虑,在设计数据库时,要一方面尽可能减少试题库中对应的试题记录的数量,另一方面,在满足科学组卷需要的前提下,以教育学理论为指导,合理地控制试题属性的数量。具体思路有如下几点。

3.1 主要约束指标的数据实现

根据遗传算法的特点,本组卷系统设置了六个组卷约束指标,要在组卷时由用户提出,其中题型指标采用分表保存的办法,其余五个约束指标要分别进行数据量化,并建立数据表进行管理,同时要与试题表建立参照关系。难度属性分为四个档次:容易、中等、较难、难;区分度属性分为三个档次:低、中、高;知识点属性规定分为8个点,由具有丰富经验的任课教师来划分;分值属性分六个档次:1分(单选题)、2分(填空题或判断题)、3分(多选题)、5分(改错题)、10分(综合题)、15(综合题),其中综合题允许有两个档次分值。

3.2 试题表的属性结构

题型一般有单选题、多选题、填空题、判断题、综合题等。如果所有试题放在一个数据表中,在搜索时必然带来很大的困难,增加算法的复杂度,同时还需要增加“试题类型”属性。所以在确定编码方案时,笔者采用了分段的整数编码策略。每一段编码反映一种题型,各个题型各自进行整数编码,题型组之间的编码是独立的,也分别运用遗传算法求出最优解。分开处理有利于减少属性,进而提高算法的执行效率。

尽管采用的是各种题型在试题库中分别保存的方式,其实各表的结构是完全相同的,如表1是试题的属性表。

其中:

ID属性为主码属性,兼有题号的功能,由系统自动生成,最大值表示本题型的题目数,且随题目的录入自动增加。

QuestionTypes为试题类型,用于与试题类型总表建立关联。

Subject为试题的问题描述。

Knowledge表示试题内容所属的知识点,建库之前要由课任教师根据教学大纲将课程内容划分为几个知识点,在课程知识分布表中明确,便于出题教师选择。本题库规定课程有八个知识点。

Difficult为难度系数属性,难度系数反映试题的难易程序的指标。在试题库建设的初期,由出题教师根据经验设置,以后可以根据实际测试情况逐步修正。本题库试题的难度系数分为4个级别。在具体的实现界面中,用户只需要在“简单”、“一般”,“较难”,“难”中选择,系统会自动取其所对应的具体数据。

Distinction为区分度:根据测量学理论,对于一道试题,如果Q>=0.3认为区分度比较好,Q值太小时,表明该题太易或太难,此时这道题已无法区分考生的水平。严格来说,区分度应该通过测试后才得到,但对每题进行实测存在技术困难,而且实测的信度难以保证,因此,类似难度指标,我们采用预先给定经验值,在实际的环境中可进一步精确。本题库的区分度分三个档次。

Score为建议分值,表示本试题在一份标准试卷上所占的分数值。这里所说的标准试卷应符合下述三条要求:1) 考试时间为120分钟;2) 试卷的满分值为100分;3) 用于学期结束评定学生成绩的考试(总结性考试)。根据常用的五种题型,本组卷系统在用户输入试题界面规定可采用的相应分值。

Time为学生解答该题所需的时间(分钟)的预估值,包括了下面三个时间之和:读题、审题所需的时间,进行解答书写的时间,可能的检查时间等。

3.3 数据库关系设计

将组卷系统涉及到的所有参数进行说明和量化后,可以用数据表表示和存放,通过Access建立表间关联关系。关系设计主要的功能是保持数据的完整性、一致性,减少数据冗余,提高应用程序的性能,有效地对数据库中的数据进行增加、删除、更新等管理,使数据库中数据与现实世界中的应用需求保持一致。如图2是一种题型与各约束指标数据表建立的关系。

由于试题已经过分类处理,所以在组卷时,必然要根据试题类型分步实现试卷的生成。将各题型的最优解(即各题型试题)组合起来形成一份完整的试卷。

4 结束语

根据分析,该思路设计下的数据库与不经过任何处理的试题数据库相比,在用遗传算法实现自动组卷时效率可以提高大约一倍,达到了数据存储与算法有效结合的设计目的。

参考文献:

[1] 肖洋,王强,刘凤新.在线考试组卷算法研究[J].北京:北京化工大学学报,2006(4).

[2] 雷英杰等.MATLAB遗传算法工具箱及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005:11-31.