遗传学课件范文1
一、《普通遗传学》网络课程的主要内容
1.课程学习。本课程的任务是系统地讲授遗传学的基本原理和遗传分析的基本方法。通过遗传学教学，使学生了解和掌握遗传学的基本概念、基本原理、基本分析方法和最新发展动态，学会应用遗传学基本原理分析、解决遗传问题；通过介绍现代遗传学发展的最新成就，培养学生的学习兴趣和获得知识的能力及实验设计能力，并使学生对遗传物质的本质、遗传物质的传递、遗传物质的变异及遗传信息的表达与调控有一个较全面和深入的认识和了解。教学的主要内容包括遗传学的三大规律、性别决定和伴性遗传、数量性状遗传、细胞质遗传、染色体畸变、遗传的分子基础、群体遗传等。网络课程充分体现了教学设计的各个环节，使学生明确了课程的教育目的、教学要求、教学所用的教学教材、教学内容，并根据教学内容和教学策略设立了六个模块：教学大纲、教案、教学课件、录像、专题讲解及前沿进展。教学课件涵盖全部的教学内容，教学录像包含理论和实验教学的重点难点，学生可以根据自己的时间自行安排学习，教学课件结合录像，达到最佳学习效果。在专题讲解一栏中设置了遗传学中三点测验、遗传力计算、遗传疾病在人类家系中发病的概率等。前沿进展则将其最新遗传学进展、文献及报道的内容及时上传，让学生尽早了解遗传学的最新突破。
2.知识拓展。遗传学的发展速度是相当惊人的，在网络课程中适量地介绍遗传学领域研究的前沿知识及社会生活中人类健康的热点问题，有效地扩展学生的创新性思维和提高学习热情。该部分包括视频资源、电子书资源、期刊文献资源三个模块。对普通遗传学知识来说，一幅直观的图片或者一段flas的教学效果要远胜过授课者的讲解。因此，在本部知识拓展中，制作者搜集和制作了大量图片、flas及视频，充分展示了遗传学的知识点，直观性强，突出了教学重点。网络课程中还提供了实验技术视频，包括有丝分裂、减数分裂、染色体畸变制片，果蝇唾腺的剖取及果蝇唾腺染色体制片的等多种基础实验技术。
3.交互学习。交流互动学习是教学过程中的一个重要环节。教师、学生通过网络进行互动，对课程难点进行讨论答疑，及时反馈学习效果，此信息沟通平台增强了网络课程的交互性。该部分包括课程作业和讨论答疑版块。其中讨论答疑版块是专门为学生答疑解惑提供一平台，涵盖课程讨论区、常见问题、自动答疑和邮件答疑几种形式。课程作业由教师在线给学生分班、作业、修改并完成批阅。学生可以在线上直接完成或以附件的形式提交。教师将批改后的作业重新上传网上并做出总结。除此之外，设有通知公告一栏，有信息及时通知每一位学生。
二、《普通遗传学》网络课程特色
1.学习资源多元化，教育资源互补，培养了学生的自主学习。（1）课前网络预习：主要通过教学大纲来预习。教学大纲中包含了教学内容及教学重点、难点。学生通过该部分内容，可有重点地掌握、熟悉和了解部分知识内容。（2）课后学生可通过课件和录像的学习以进一步巩固课堂知识，同时可以通过专业书籍、参考资料等加深印象，巩固知识，了解遗传学的研究进展。（3）自我测试：自我测试可以检测学习内容是否掌握。每章课后提供有习题，包括单选题、填空、名词解释、问答题等多种形式。学生通过在线测试可就相关章节或全部内容进行自测，自己评估对学习内容的掌握程度，方便学生检测自己知识的薄弱点，有目的、有针对性地学习，提高学生学习积极性。
2.突破时空界限，让学生有充分发言的平台。在网络课程的界面上，可以是同步教学，亦可以是异步教学。学生浏览了课程上的内容，针对有疑虑的问题在讨论版上提出来，师生、学生之间可以进行群体讨论，也可以通过邮件答疑的方式向老师提问。这就要求教师密切关注讨论进展，及时进行正确引导。教师留有的电子作业，对于基础知识的客观题可以提供标准试题或答案，而对于思辨的主观题教师可以提供题源或涉及的相关知识点。教师要进行学生作业的评阅，优秀的作业可以公开展示，以资鼓励。对于有问题的作业，可个别交流，一方面可维护学生自尊心，另一方面体现因材施教的教学方式。
三、结语
课程网络平台为全面促进教学改革和增强教学效果，提供了强有力的技术支持。在学生对网络课程的评价中，有90%的学生对网络课程表示肯定，认为遗传学的网络课程为学生的自主学习提供了丰富的学习资源，为其课前预习、课后复习及相关知识点的自测提供了平台，同时遇到疑难问题可以在网上交流讨论，避免有疑问找老师不方便的现象，可以很好地与教师及时沟通并解决疑难问题，调动学生的积极性和主动性，同时打破时间和空间的限制[2]。通过自测题检测自己知识的薄弱点而查漏补缺，具有很好的实用性。
其实网络化教学和课堂教学各有优点，二者相互区别但又相互联系[3]。网络化教学可以作为一种非常有效的教学辅助手段，与课堂教学相互补充，使普通遗传学这门课达到最优的教学效果。但网络课程不可避免地存在一些缺点，比如内容不能及时更新，学生上网条件有限，从而限制网络课程的运用。因此，今后应根据教学实践不断摸索和总结，不断改进，扬长避短，才能发挥网络课程最大的作用。
参考文献：
[1]刘祖洞.遗传学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1990.
遗传学课件范文2
关键词：排课问题；遗传算法；适应度函数
一、前言
在高校，教学工作无疑是其运作的基本要素，而排课问题更是教学工作的核心内容之一。由于排课问题本身的性质是属于一个复杂的、难解的、有约束的、模糊多目标化的组合数学问题，所以排课是每个学校在学期进行中就要妥善解决的重要任务。排课问题的本质是将教师、教室、课程以及班级在适当的时间段内合理安排，由于其涉及范围比较广且相互约束，在运筹学领域中也被称为时间表问题（TimeTableProblem，简称TTP）。
随着我国高等院校招生比例的扩大，学生、课程数目逐渐增多，同时教师、教室等固定资源的不足，出现一位老师多门课、教师课时繁重等情况，间接导致高校排课难度增加，排课人员在众多约束条件的限制下很难人工排出十分完美的课表。利用计算机解决排课问题的方法有许多种，其中以遗传算法最为突出。排课问题是组合优化问题，而遗传算法有两大优点，分别是智能性和并行性，利用遗传算法的搜索全局最优解的搜索能力能很好地解决该问题。
二、遗传算法基本思想
遗传算法是基于自然选择、生物进化理论和遗传学的搜索算法，它将“优胜劣汰，适者生存”的生物进化原理引入待优化参数形成的编码串群体中，按照一定的适配值函数及一系列遗传操作对各个体进行筛选，从而使适配值高的个体被保留下来，组成新的群体，新群体包含上一代的大量信息，并且引入了新的优于上一代的个体。这样周而复始，群体中各个体适应度不断提高，直至满足一定的极限条件[1]。此时，群体中适配值最高的个体即为待优化参数的最优解。遗传算法有着不同于传统优化方法的特点，主要体现在以下几个方面：（1）在应用遗传算法求解问题时，当确定好编码方案、适应度函数以及遗传算子后，算法将根据进化过程获得的信息自行搜素；（2）遗传算法是按照并行方式进行搜索种群数目的点，而不仅仅是单点搜素，可以防止过程收敛于局部最优解而不是全局最优解；（3）遗传算法通过目标函数来计算适值，不需要其他推导和附加信息，对问题的依赖性比较小。
下面是遗传算法的一般算法过程：
1.随机产生初始群体。通常，初始种群是随机产生的，这个群体中的个体都是带有特征的染色体（chromosome）或基因（gene）。
2.计算适应度。在根据种群的大小随机产生初始种群后，按照“适者生存，优胜劣汰”的原理，需要根据某个物种对环境的适应程度来度量基因遗传到后代的相对能力。遗传算法在进化搜索中基本不利用外部信息，仅以适应度函数为依据，利用种群中每个个体的适应度值来进行搜索[2]。一般来说，适应度函数是由目标函数变换而成的。
3.遗传操作。遗传算法包括三个基本操作，分别为：选择、交叉、变异。在每一代，根据适应度大小挑选出的个体，通过选择交叉等遗传操作下产生新的种群。
4.下一代。通过以上操作，如果新的一代能够产生出一个解是与期望的答案相符或者相接近，那么，整个过程就结束了。如果不是，那么子代的适应度又将被重新计算，子代插入到父代形成新的父代，产生新的子代。这个过程将一直循环进行，直到达到期望的解。以下是遗传算法的伪代码；
三、排课问题的描述
1.排课问题的描述。排课是指学校对学生上课过程中的课程安排，具体指在什么时间地点由哪位老师给哪个班级上什么课程。简单而言，课表问题中包含几个相互制约的因素，分别为：上课时间、上课所用教室、老师所教授课程、授课人教师、对象学生。一份好的课表就是能够对时间和教室进行合理分配。课程门类多、班级多、教师少、教室少是排课时发生冲突和矛盾的主要因素，而班级多、教室少则是矛盾的重要方面[3]。
判断课表的好坏通常有两大类，分别为：软件约束条件和硬件约束条件。软约束条件是指在情况允许的条件下可以满足但也可以不完全满足的约束条件。比如，难度较大的课程应安排在学生及老师精力相对比较充沛的时间段；某些老师因为一些原因而产生的特殊要求等。硬约束条件是必须满足的，是由客观情况而出现的限制。比如，教室的座位数需大于学生人数，同位老师不能在同一时间内出现在两个不同的授课班级等。
2.排课问题的数学模型。排课问题中，最核心的问题是为了解决教师、教室、课程、班级在一周的时间内不冲突[4]。假设：学校有t个时间段，r间教室，l门课程，p位教师，c个授课班级。那么可以表达为：时间集合：T={t1，t2，t3…，tn}，以韩山师范学院为例，一次课以一大节为准，一大节为两节课，每节课45分钟，即每次课程的时间约为两小时，每周上5天课，每天上课时间是7：50～21：15，所以将一天的时间按课节时间分为5个时间段，作为上课时间。这样推算，一周上课时间为：5*5=25个时间段。如11代表周一第一个教学单元，即周一1、2节，12代表周一第二个教学单元，即周一3、4节，依次类推这些时间段构成一个时间集合t（11，12，13，…，55）。
教室集合：R={r1，r2，r3…rm}，每间教室的容量为Xr；
时间与教室相对应，时间与教室的笛卡儿积为：
N={（t1，r1），（t2，r2），（t3，r3）…（tn，rm）}。N中的元素称为时间一教室对。
课程集合：L={l1，l2，l3…lt}，
教师集合：P={p1，p2，p3…ps}。
一般来说，大学教师，都是多门课程由一名教师来教，因此，固定的多门课程与一名教师相对应。教师与固定的课程相对应，教师与课程的笛卡儿积为：
K={（l1，p1），（l2，p2），（l3，p3）…，（lt，ps）}。K中的元素称为教师一课程对。
班级集合：C={c1，c2，c3…cu}，
根据以上约定，我们可以把一次授课表示为：（kicj）RaPb，
把课表表示为：CL={（kicj）RaPb；其中：i=（1，…，C），j=（1，…，s），a∈（1，r），b∈（1，p）}
3.排课问题中的适应度函数。适应度函数（FitnessFunction）的选取直接影响到遗传算法的收敛速度以及能否找到最优解[5]，遗传算法在优化搜索中基本不用外部信息，仅用适应度函数为寻优依据。由于遗传算法中，适应度函数要比较排序并在此基础上计算选择概率，所以适应度函数的值要取正值。遗传算法的复杂度最大的诱因来自适应度函数的复杂度，所以只有越简单的适应度函数，计算的时间复杂度才会越小。
四、实验与分析
1.实验测试的环境和工具：（1）硬件环境：IntelCoreZT7200+2GRAM；（2）操作系统：MicrosoftWindowsXPProfessional；（3）编译环境：VisualStudio2008，MicrosoftSQLServer2000；（4）实验数据：本文以韩山师范学院政法系课程计划作为源数据，分别对两个学期数据进行测试和分析。为方便表示，选择其中一学期课程计划作为性能对比分析的源数据。
2.结果分析。通过软件设计，经过不断优化，把最终得到的可以接受的排课结果录入到数据库中的课程表，为了使得学生及老师更加满意课表的安排，接着对上面排好的课表进一步人工优化。总之，遗传算法对系统适应度的提升是比较明显的，这正是遗传算法的特点[6]。
五、结束语
本文通过对排课问题的阐述，建立了排课问题相对应的数学模型，将遗传算法融入至排课系统的研究中并进行了实现。排课问题是一个复杂的多学科交叉的难解问题，至今未有最完美的解决方案，在本文的研究基础上今后可以在如何设定算法中各个控制参数上进行进一步探索。
参考文献：
[1]陈江.基于遗传算法的自动排课问题的研究[D].杭州：浙江大学，2001.
[2]王小平，曹立明.遗传算法——理论、应用与软件实现[M].西安：交通大学出版社，2002.
[3]梁飞鸿.基于遗传算法的排课系统研究[J].电脑与电信，2010，（08）：51-53.
[4]郭芸俊.遗传算法在排课系统中的应用[J].电脑开发与应用，2009，163（22）：75-77.
遗传学课件范文3
关键词： 遗传学实验 教学改革 实验教学
遗传学是生物科学中最基本的、发展最迅速的，并与其他分支学科都有密切联系的基础学科，是一门主要研究各种生物的遗传信息传递及遗传信息如何决定各种生物学性状发育的学科[1]。经过一百多年科学技术水平的发展和几代科学家的艰苦努力，遗传学已从个体水平向细胞、细胞核、染色体和基因层次纵深发展，向家族的、群体的、进化的横向水平进行研究[2]。它的每一步发展都以实验作为基础，在仔细观察原有的生物现象条件下，发现现象中存在的问题，结合当时生物学知识大胆提出引起该现象的新理论，科学设计实验验证理论，认真观察实验现象、分析实验数据验证理论是否成立。遗传学实验显得十分重要。目前，各高校所开设的遗传学实验课，不仅能使学生对遗传学的基本理论和基本概念有更深刻的认识，还能使学生初步掌握遗传学研究的基本方法和手段，更重要的是能培养学生观察问题、分析问题、解决问题和理解问题的能力，提高实际操作水平[3]-[4]。本文分析了遗传学实验课存在的问题，结合我校实际，改革遗传学实验课程。
1.遗传学实验课程普遍存在的问题
1.1轻视实验课。
根据我国长期的传统教学模式和思维，形成重视理论教育，轻视实验程教育的现象。结合多年教学经验，我们发现一些教学工作者把实验课仅仅视为验证和加深理解课堂讲授的理论，没有把实验课当做培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的环节。实际上，实验课是培养具有创新能力的高素质人才不可缺少的一个重要环节[5]。随着现代遗传学的飞速发展，新的遗传学现象和理论不断增加，新的遗传学研究方法和手段不断涌现。为了多给理论课时间，许多高校不断修改实验内容、实验时间、实验课时，大大违背了实验设立的初衷。
1.2硬件设备较落后。
由于重理论，轻实验的思想和经费不足等诸多原因，导致遗传学实验的设备老化，数量不足。随着新的实验技术和研究手段不断涌现，更使遗传学实验的硬件设施显得落后。在很多高校，由于仪器设备的限制，只能开展一些相对简单的实验。
1.3实验内容不利于学生发展。
受传统教学理念的影响，一些高校设置的遗传学实验内容不符合遗传学发展要求。实验内容的总体情况可总结为三多三少[6]：一是经典遗传实验内容多，分子遗传实验内容少；二是验证性实验多，综合设计实验少；三是课外补助的实验多，课堂计划学时的实验少。
1.4教学方式较为单一化。
受传统的教学模式和硬件设备等各方面因素的影响，教师将实验课的教学方式设置得较为单一，一般模式为，老师在上课前把实验试剂、实验材料等事先一应俱全地准备好，然后讲解实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项、结果的预测等，学生按照步骤往下做。这样的教学方式，学生几乎是机械、被动完成实验内容，不能发挥主观能动性，实验做完后脑中一片空白，收获甚微。
1.5成绩评定需多样化。
实验课成绩是评定学生实验质量的直接体现，也是检验所设立遗传学成功与否的直接方式。传统的实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实地反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。
2.遗传学实验课程改革的探索
针对当今遗传学实验课程存在的普遍问题，结合多年教学经验，我对遗传学实验课程提出以下改革措施，由教学实践来看，教学质量大大提高，取得了较好的成绩。
2.1提高实验地位，改善实验条件。
针对当前遗传学实验课依附于理论课，课时数较少且科研经费、实验经费匮乏的情况，我们采取以下改革措施：首先，修改了本科生培养方案。根据调增后的培养方案，遗传学一共72学时，实验课20学时，增加了实验课的比重和课时数，能够较好地满足要求。其次，高水平的实验室不仅是科学研究的基地，而且起着提升办学水平和加强人才培养的重要作用。过去我校遗传学实验室设备极其简陋，场地极其有限，很多想开展的实验都无法进行。经过多年努力，并与其他实验室相结合，现在情况得到较大改善。一些分子遗传学的实验相继开展，比如，PCR扩增实验、RNA提取，等等。
2.2改革实验内容，培养学生能力。
实验内容是育人理念的直接反映，我们本着适应学科发展，结合自身实际，培养学生能力的态度和思想，逐渐建立了逐层递进的实验教学体系，即基础性实验――综合性实验――研究型实验。
2.2.1基础性实验
主要目的是使学生认识实验室常用仪器设备，并正确规范使用，熟悉遗传学常用的实验方法，等等。该阶段主要以验证性实验为主，实验时间安排方面要与理论课相协调。实验课前要让学生预习，上课初检查学生预习情况，只有很好地熟悉实验内容，才能做好实验。在上课过程中，着重强调实验重点和注意事项，及时纠正错误和不规范的操作。课后认真批改实验报告，检查实验效果。
在很多实验改革意见文献中，认为该部分对提高学生能力没有太大作用。实际上，学生们掌握好基本的实验操作技术，在后续的实验中就能得心应手，较顺利进行。比如显微镜的使用，很多学生不知道显微镜实验结束后哪个目镜对着通光孔。又如，很多学生在使用移液管时，不知道哪个手指进行调节，等等。为了避免上述情况出现，这一模块，老师更应该认真对待。
2.2.2综合性实验
设立综合性实验的目的是结合遗传学理论课程的多个知识点和本专业相关课程，对学生实验技能和方法进行综合训练。该模块旨在培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力和运用多学科知识解决问题的能力[7]。我们设计了果蝇遗传学综合实验，涉及果蝇的野外采集，培养和生活史观察，果蝇唾腺染色体的观察，以及果蝇同工酶的分析实验。通过该综合实验，学生较详细地掌握了果蝇遗传学方面的知识[8]-[9]。
2.2.3研究型实验
结合课程教学或独立于课程教学而进行的一种探索性实验，主要特点是整个实验由学生独立设计、独立操作、独立创新。实验指导老师制定几个指导性研究题目（方向），让学生自己选择题目（方向），自己完成实验材料的选择和准备、实验方案的设计（实验流程、影响实验结果的因素等）、实验操作和实验结果的分析，并撰写研究论文（报告）。
我们结合自身实际和学生感兴趣的话题，对人体手部皮纹进行遗传学分析。指纹的遗传特征十分突出，被用作个人身份调查取证的重要线索，根据个体差异分析，产生了“DNA指纹”。通过常见染色体患者皮肤纹理的分析，学生展开了充分讨论，进一步理解了遗传的复杂性。如此，不仅加深了学生对所学知识的印象，拓宽了知识面，而且增强了学生分析问题、解决问题的能力。
2.3改变教学手段，激发学习兴趣。
传统的授课模式，不利于学生兴趣的激发和能力的培养。针对这种情况，我们分模块进行教学改革，对于基础性实验，任课老师利用多媒体，先让学生观看有关实验的录像片，对实验形成生动而清晰的直观认识。课堂上教师负责解决实验过程中出现的问题和纠正不规范操作。对于综合实验课程，老师多用启发式授课方式，多问学生为什么，引导和鼓励学生发现疑难，提出问题，积极思维，寻求答案。另外，采取开放式教学模式，学生设计好实验方案，在老师的监督下，把实验室交给学生，让学生自行配置实验试剂，准备实验材料，等等，使其真正参与科研中。对于研究型实验课程，我们结合我院大豆育种科研项目的优势，积极组织学生参与课题，培养学生能力。
2.4完善评定形式，提高教学质量。
以往，实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。因此，遗传学实验课程考试成绩应由以下几部分组成：首先，学生课前的预习情况，通过课前预习报告和老师上课前的提问给分。其次，看学生的课堂表现，由于人数比较多，多数情况老师不能一一打分，针对这种情况，我们设立操作考核和平时考勤记录，真实反映学生的掌握水平。再次，通过实验报告给学生打分，要求学生用确切简明的形式，将实验结果完整、真实地表达出来。对实验总结报告，要求文字通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、分析合理、结论正确。
3.结语
实验课程不仅是加深理论课的知识点，更是学生发现问题、提出问题、解决问题的重要途径，是培养学生科研素养的必经之路。高校老师应充分重视实验课程。
参考文献：
[1]杨业华.普通遗传学[M].北京：高等教育出版社，2000.
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[5]Xuanwei Zhou，Juan Lin，Yizhou Yin，et al，Participation in Research Program：A Novel Course in Undergraduate Education of Life Science[J].Biochemistry and Molecular Biology Education，2007，35（5）：322-3271.
[6]林娟，郭滨，蔡新中，等.综合性大学遗传学实验教学内容的改革[J].高等理科教育2008，80（4）：88-91.
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[8]杨大翔.遗传学实验[M].北京：科学出版社，2004.9.
遗传学课件范文4
[关键词] 蚁群算法 遗传算法 蚁群遗传算法 排课问题
一、引言
目前，使用蚁群算法或者遗传算法解决实验教学排课问题已经成为众多学者和高校的研究热点。由于实验教学的特殊性，利用单一智能算法在求解速度和求精解效率上往往很难同时兼顾，所以排出的课表时有冲突。
二、实验教学排课问题描述
1.涉及元素
从概念模型上讲，实验教学排课是一个五维空间上的组合优化求解问题。五维分别指教师、班级、课程、时间和实验室，约束条件为教学计划和各个实验室的特殊要求，如图1所示。
2.排课问题优化目标分析
实验教学课程表问题主要考虑的是对给定的课程安排适当的教学资源，使学校课程整体达到一个较为合理的状态。而使课程安排目标达到最优效果的排课结果，主要体现在课程的时间均匀、实验室利用率高等上，实现此结果关键在于如何解决排课过程中众多约束和有效目标函数的建立。
3.约束条件
实验室排课过程中的约束条件分为四类：基本约束、硬约束、软约束、特殊约束。在四类约束条件之中，前两者是衡量排课方案是否切实可行的标准，软约束是衡量排课方案优劣的标准，通常反映一个排课方案的优劣标准有多种情况。
基本约束：同一时间内，同一位教师不得在两个不同的实验室上课；同一时间内，同一个学生不得上两门不同的课程；同一时间内，同一间实验室不得上两门不同的课程；
硬约束：实验室能够容纳上实验课班级的所有学生；特定课程对应特定类型实验室；实验课程所需软硬件必须与实验室所配备的软硬件环境相对应；实验课程安排在上午和下午四个时间段，每个课程占用一个时间段；某些教师、班级、实验室在特定时间不能排课；
软约束：同一班级连续两个时间更换实验室地点的距离不宜过远；教师不宜连续上课；教师对上课时间、实验室有特殊要求，应尽量满足；尽量选择设备好的实验室上课：各课程表课时尽量均匀分布。
4.排课问题的数学模型
实验教学课表编排过程中涉及的实体集合有：课程、班级、教师、实验室、时间，设定如下集合。
课程集合：L= ，Li表示第i门课程。
班级集合：C= ，Ci表示第i个班级。
教师集合：T= ，Ti表示第i位教师。
时间集合：Q= ，Qi表示第i个时间段。
实验室集合：R= ，Ri表示第i个实验室。
实际上每个排课结果就是（L、C、T、Q、R）的集合，时间与实验室的笛卡尔积为：
其中课程是关键实体，其他实体都与其有关。课程包括如下属性：
其中hi为周学时，ci表示该课程的上课班级，可以为多个班级。ti为该课程的任课教师，可以为多个教师。qi为该课程的上课时间，如果一周安排多次则为多个时间。ri为该课程的上课实验室，每个时间唯一对应一个上课实验室。在以上的5个元组中，前3个为已知元组，后2个为待求元组。
三、蚁群与遗传算法融合优化策略
1.蚁群算法
自然界中蚁群能通过相互协作找到从巢穴到食物的最短路径，并且能随环境变化而变化，如突然出现障碍物时，还是能很快地重新找到最短路径。根据仿生学家长期研究发现：蚂蚁在寻找食物的行进过程中会沿途留下一种挥发性物质――信息素，其他蚂蚁能根据这种物质浓度的大小选择路径前进，并且沿途又留下这种信息素，使得这条路径上的信息素浓度不断增加，从而会吸引更多的蚂蚁沿此路前进。在一段时间后，较短路径上信息素由于挥发的少，同时访问的蚂蚁多，使其浓度远远超过较长路径上的信息素，此过程持续进行直到所有蚂蚁都选择最短路径。
2.遗传算法
与传统搜索算法不同，遗传算法是从一组随机产生的初始解开始搜索整个过程的。种群中的每个个体是问题的一个解，称为“染色体”。这些染色体在后续迭代中不断进化，称为遗传。在每一代中用适应度来衡量染色体的好坏。生成的下一代染色体称为后代，后代是由前一代染色体通过交叉或者变异运算形成的。新一代形成中，根据适应度的大小选择、淘汰部分后代，从而保持种群大小的稳定性。适应度高的染色体被选中的概率高，这样，经过若干代之后，算法收敛于最好的染色体，它很可能就成为问题的最优解或次优解。
3.蚁群遗传融合算法
在求解各种问题的特殊性和复杂性上，蚁群算法、遗传算法都有各自的优点和缺陷。
蚁群算法的优缺点：其是一种正反馈机制、是一个增强型学习系统，融入了人类的智能，易于与其他优化算法融合。但蚁群算法在解决大型优化问题时，在搜索空间和时间性能上容易产生矛盾，易于出现过早收敛于非全局最优解以及求解速度较慢。
遗传算法的优缺点：具有全局搜索能力，与问题领域无关；具有潜在的并行性，可进行多值比较，鲁棒性强；计算过程简单，能很好地解决开发最优解和探寻搜索空间的矛盾，具有可扩展性，易与其它算法结合。但遗传算法对于系统中的反馈信息利用不够，当求解到一定范围时往往会做大量的无效迭代，求精确解效率低。
基于蚁群算法和遗传算法的融合，其基本思想是采用蚁群算法寻找最佳空间，采用遗传算法寻找空间中最好方案。同时汲取两种算法的优点，克服各自的缺陷，优势互补。从而在优化排课问题时，在时间效率上优于蚁群算法，在求精解效率上优于遗传算法。
（1）编码
采用Holland的二进制编码方法，以矩阵A来表示一个染色体，每个染色体就是一个排课方案。行值代表时间P，列值代表所有授课任务D。
（2）适应度函数
适应度值按照实验教学排课的约束条件分为三类：基本适应度（用Fitness_B表示）主适应度（用Fitness_M表示）和副适应度（用Fitness_S表示）。基本适应度用来记录基本约束，主适应度用来记录硬性冲突，冲突越大，该值越大；因此，当此值为0时，不存在硬性冲突，该染色体可作为一个待选排课方案；副适应度用来记录软性约束。
（3）选择操作
选择操作的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，这是借用了达尔文适者生存的进化原则。
选择操作的方法较多，本文采用适应度排序法复制最优染色体，用赌的方法去选择染色体。与基本遗传算法选择步骤中的排序法有所不同，在该方法中，个体的选择概率与其值成比例。得到选择概率公式为：
其中：pi为选择概率；i为染色体序号；wi为个体i的转盘值wheel；N为染色体群体数。
（4）交叉操作
交叉，是遗传算法中最主要的一种操作。复制操作虽然能够从旧种群中选择出优秀者，但不能创造新的染色体，因此，遗传算法的开创者提出了交换操作，它模拟生物进化过程中的繁殖现象，通过两个染色体的交换组合，来产生新的优良品种。
普通的遗传算法直接从上一代中选取两个染色体进行交叉，这样可能因为局部收敛而得不到较优解。要推动染色体不断进化，其交叉操作必然要符合一定的规则。若将两个染色体随机按列交换，必然破坏授课任务的合理性。
本文采用行值交叉的方式，以避免任何数据的破坏。先随机选择要交叉的某行，然后依次比较两个父个体此行对应的每个元素。如果两个父个体相对应元素都不为0，则在各自父个体中交换对应的课程对象的位置；如果两父个体相对应元素有为0的情况，则保持位置不变。交叉算子的主要作用是调整选课学生人数和实验室座位数之间的冲突。
（5）变异操作
变异，虽然以很小的概率发生，但它用来模拟生物在自然遗传环境中由于各种偶然因素引起的基因突变。通过变异操作，可确保种群中遗传基因类型的多样性，使搜索能在尽可能大的空间中进行，避免丢失搜索中有用的遗传信息而陷入局部次优解，从而有效抑制遗传算法早熟现象发生。这里，先对选中的个体，随机选择某两行，然后在选中的各行中再随机选择某一元素进行交换，这样就把某一门课程的某一次课调换到不同的时间――实验室中，从概率上讲，能达到变异目的。
四、效果评价
为验证蚁群遗传融合算法在实际排课策略优化中的效果，分别利用基本遗传算法和蚁群遗传算法进行模拟实验。
假设种群数量为250、遗传迭代数为250，交叉概率为0.9，变异概率为0.01。当授课任务数为57、80、135时，二种算法各测20组数据取平均值，得到的平均运行时间实验结果如表1所示：
五、结束语
采用蚁群算法寻找最佳空间，遗传算法寻找空间中最好方案的办法，来克服遗传算法过早收敛于某一区间，而无法找到最优解的弊端的思想。利用理论联系实际的方法，提出了把蚁群算法融入到遗传算法中的蚁群遗传混合智能算法。通过建立蚁群遗传算法优化的目标空间，利用遗传算法的快速性、随机性、全局收敛性，产生有关问题的初始信息素分布。然后，在有一定初始信息素分布的情况下，对排课问题进行染色体编码以及选择、交叉、变异等遗传算子的设计。在交叉环节，利用蚁群算法的并行性、正反馈机制以及求解效率高等特性，来判断区间内遗留的信息素的强弱，从信息素强的区间内，以最大概率选择最优染色体。最后通过变异染色体，使适应度值达到指定要求，从而以最快速度得到排课结果的最优解。利用此算法产生的实验教学排课方案各门课程时间段分布均匀，基本满足学校实际应用需求。
参考文献：
[1]李明杰.课表编排系统的算法分析与设计[J].计算机工程与设计，2004.
[2]段海滨.蚁群算法原理及其应用[M].北京：科学出版社，2005.
[3]王凌.群智能优化算法及其应用[M].北京：清华大学出版社，2001.
[4]黄敏.基于遗传算法的排课系统研究[D].重庆大学工程硕士学位论文，2008.
遗传学课件范文5
【关键词】临床 医学遗传学 实验课程
医学遗传学是一门医学与遗传学相结合的一门边缘学科，是现代医学中的一个新领域。它研究人类疾病与遗传的关系，主要任务是揭示各类遗传性疾病的遗传规律、发病机制、诊断和治疗措施，以降低人群中遗传病的发生率，提高人类的健康素质。
随着医药卫生的进步，急性传染病和流行病逐渐得到控制，遗传病对人类的影响越来越明显，遗传病的相对发病率正在增长[1]。早在1992年，美国已公认“医学遗传学”为一门医学专业[2]。在欧美发达国家已有较完善的针对人类遗传病的临床遗传学科和诊疗服务体系。仅北美地区，就有数百个实验室提供针对数千种遗传病的检测服务[3]。近年来，我国大城市的医院结合计划生育逐步建立起婚前检查门诊和遗传咨询门诊，临床各科的遗传医学服务也日益受到重视[4]。尽管在我国目前的高等医学教育中，医学遗传学仍作为一门基础课程，但它涉及到许多临床问题，在基础学科与临床各学科之间架起了一座纵横贯通的桥梁，通过它，医学生们才能在融汇贯通的基础上去领悟更新、更深的分子医学知识;随着现代生物学和现代遗传学研究技术的蓬勃发展以及基础研究与临床工作的密切互动，医学遗传学突飞猛进，它对于指导现代临床医学中疾病的诊断、治疗和预防都有着无可替代的作用。因此，医学遗传学的教学必须本着服务于临床这一原则，密切结合临床，才能促进医学遗传学教学的发展和提高[5];另一方面，医学遗传学是一门实验性很强的学科，需要通过实验、实践才能达到较好的教学效果。实验教学不仅是验证遗传学理论，巩固学生课堂上所学知识，更重要的是能培养学生的基本操作技能，让学生学会基本的医学遗传学临床诊断技术，并应用这些技术在医学实践中去解决临床上可能遇到的遗传疾病和遗传学问题，提高学生分析和解决问题的能力，为今后的临床工作奠定基础。
然而，由于医学遗传学作为一门新兴的基础学科，长期以来经费的投入不足，开设实验课的空间及时间都受到限制，大部分开设医学遗传学的学校，仅限于纸上谈兵，而未给学生实验、实践的机会。我院的情况也是如此，历年来医学遗传学都是作为选修课开设，没有安排实验，使本门课程的教学效果不佳。作为一所地处桂西南落后地区的高等民族医学院校，除教学科研外，我院还兼有社会服务的功能。对缺乏遗传病诊疗服务的桂西南落后地区而言，进行面向临床的医学遗传学实验课建设，在教学的同时为社会提供高水平的遗传诊疗服务，以提高当地人口遗传素质是我们应该承担的责任。因此，为提高医学遗传学教学质量，为适应现代医学发展和社会对遗传病诊疗服务的需求，开设医学遗传学实验课势在必行。
前几年，我们学校新办了临床检验本科专业，在检验本科专业中开设了医学遗传学实验课，去年开始在五年制本科的其他专业和检验专科中也增设实验课程，实验课内容在各专业之间略有增减，课时控制在18-27学时之间。在有限的时间内，实验课程如何安排是值得思考的的问题。本着面向临床的目标，我们在原有教学工作的基础上，对本课程的实验教学进行了一定的探索。
1 优化教学内容，精选贴近临床实践的教学内容
由于众多因素的制约，不可能开设很多的实验内容，因此就存在有实验内容的选择问题。目前的医学遗传学主要包括群体和家系、细胞、分子水平的实验和社区优生实践等几个方面的内容。事实上，实验目的是通过实验使学生获取对这类实验的总体认识，而不是对某个实验的认识，侧重于建立起一种实验、实践的能力，而不是具体的某一实验本身。因此，我们把医学遗传学的主要实验内容加以归类。
1.1 系谱分析、群体分析
系谱分析、群体分析是研究医学遗传学的传统方法。为帮助学生认识遗传规律，我们开设了群体遗传学实验的人类部分遗传性状的检查和系谱分析实验各一次;以苯硫脲尝味实验为例，让学生掌握计算基因频率和基因型频率的方法;通过绘制系谱图和进行系谱分析，加深学生对单基因病的各种遗传方式及其特点的理解，并初步掌握遗传病发病风险估计的基本要领。
1.2 细胞遗传学实验技术部分，即人类染色体的制作和分析
人类染色体的制作和分析是目前医学遗传学实验教学核心之一。染色体分析是医学遗传学领域中的基本技术，国内的教学医院和妇幼保健机构的遗传学实验室，都是以染色体的诊断为主体，通过采用以染色体分析为核心的细胞遗传学技术来进行遗传疾病诊断和产前诊断。本着面向临床这一原则，特别是针对临床检验专业，我们把实验课教学重点放在细胞遗传学部分。根据我院遗传实验室的现有条件，我们开设的具体内容为:(1)正常人类染色体常规核型和G显带核型观察及分析;(2)人类外周血淋巴细胞的培养及染色体标本制备技术;(3)人类染色体G显带、C显带标本的制备及观察;(4)人类异常染色体核型观察与分析;(5)人类外周血淋巴细胞姐妹染色单体交换(SCE)试验。通过对以上这些实验内容的教学，让学生熟悉人类染色体的数目和形态特征;了解各号染色体G、C带带型特点;熟悉人体外周血淋巴细胞培养的方法和步骤;掌握人体外周血淋巴细胞染色体标本制备的方法;训练学生在显微镜下观察分析染色体的能力;掌握部分人类常见的异常核型的鉴别方法和了解某些罕见和重要染色体病的核型特点。
1.3 遗传咨询与社区优生实践
从临床角度来看，结合上述实验而进行的遗传咨询则是极其重要的实践形式，通过这一形式，可预防遗传病患儿的出生，最大限度地降低遗传病的发生率，改善遗传病患者的生活质量和提高人口素质。
2 实验教学目标的实施
要培养实用型医学人才，提高学生对医学遗传学实验课的重视和兴趣，引导其临床思维的形成，实验教学的水平与实施是关键。为此，我们尝试了多元化的教学方式。
利用视频互动网络实验室向学生展示遗传病录像，使学生深切感受到遗传病与遗传性状的存在;用案例教学法构筑基础医学与临床医学的桥梁，通过一些典型的实例，给学生思维的空间，让学生将理论知识融于实际遗传病病例中，灵活运用遗传学原理解答临床实际问题，增强临床意识，激发对专业知识的兴趣，变被动学习为主学习。达到既培养学生分析问题和解决问题的能力，又强化基础理论的实验目的。
在实验中，注重培养学生严谨的科学态度，让学生充分解实验的目的与意义，促进学生主动参与技能训练。一般的遗传学实验，一次课仅有3～4学时，许多实验操作课外完成的步骤多，例如人外周血淋巴细胞的培养及染色体标本制备，整个过程需要经历采血、培养、加秋水仙素、制片等过程，培养时间需72小时，课堂计划3学时内学生不可能完成，必须在课前进行细胞培养，计划内的3学时仅是学生的制片。如果实验教师事先做细胞培养准备，学生无法参与实验的全程，一旦离开老师的协作仍然无法独立开展类似实验。为此，我们要求学生树立总体观念，利用课外时间从实验器械和试剂的准备开始，独立操作，制备自己的染色体标本。在细胞培养实验教学过程中，学生得到了与医学相关的无菌操作技能的训练，同时培养学生严谨、认真的科学态度，这些都为学生以后从事医疗和科研工作打下良好的基础。学生完成实验后观察到了自己的染色体标本，都有成就感，逐渐变被动为主动，积极参与各种实验准备，并在此过程中初步掌握实室工作的基本原则与基本技能。
利用我校附属医院现有的妇科和儿科遗传咨询室，让学生见习各种遗传病症状和体征，现场了解与遗传相关疾病的预防、诊断和治疗原则，使现代医学遗传学实验课实习化。此外，课余或假日时间组织学生深入到社区进行遗传咨询与社区优生实践，提高学生的感性认识，使学生切身体会到社会和病人需要完善的遗传诊疗服务，因而更加重视实验课的学习。
上述所实施的实验教学使学生熟悉了遗传病特别是染色体病的常规诊断方法，提高了学生的实际操作技能。这些基本的医学遗传学操作技能的培养，对学生在医学实践中应用去解决临床上的问题是不可缺少的，同时也培养了学生伦理道德观念和社会责任感，为学生走向工作岗位将遗传学知识服务于社会奠定了基础。不足的是，虽然我们最大限度地利用了教学资源， 开设了贴近临床的医学遗传学实验课，但由于学校的办学条件所限，包括师资水平及仪器和物质条件等因素的限制，目前我们还无法开设分子水平的实验。要提高医学遗传学课程的教学质量，顺应现代医学的日益发展对医学遗传学实验教学的要求，还需要我们在各方面不断地努力。
参考文献
[1] 黄健.医学遗传学[M].广西:广西师范大学出版社，2004:10.
[2] 罗会元.从历史的观点谈我国医学遗传学的出路[J].2008，28(5):417-418.
[3] 赵会全.美国临床遗传学进展[J] .国际遗传学杂志，2007，(10):398—401.
遗传学课件范文6
1.遗传学实验课程普遍存在的问题
1.1轻视实验课。
根据我国长期的传统教学模式和思维，形成重视理论教育，轻视实验程教育的现象。结合多年教学经验，我们发现一些教学工作者把实验课仅仅视为验证和加深理解课堂讲授的理论，没有把实验课当做培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的环节。实际上，实验课是培养具有创新能力的高素质人才不可缺少的一个重要环节[5]。随着现代遗传学的飞速发展，新的遗传学现象和理论不断增加，新的遗传学研究方法和手段不断涌现。为了多给理论课时间，许多高校不断修改实验内容、实验时间、实验课时，大大违背了实验设立的初衷。
1.2硬件设备较落后。
由于重理论，轻实验的思想和经费不足等诸多原因，导致遗传学实验的设备老化，数量不足。随着新的实验技术和研究手段不断涌现，更使遗传学实验的硬件设施显得落后。在很多高校，由于仪器设备的限制，只能开展一些相对简单的实验。
1.3实验内容不利于学生发展。
受传统教学理念的影响，一些高校设置的遗传学实验内容不符合遗传学发展要求。实验内容的总体情况可总结为三多三少[6]：一是经典遗传实验内容多，分子遗传实验内容少；二是验证性实验多，综合设计实验少；三是课外补助的实验多，课堂计划学时的实验少。
1.4教学方式较为单一化。
受传统的教学模式和硬件设备等各方面因素的影响，教师将实验课的教学方式设置得较为单一，一般模式为，老师在上课前把实验试剂、实验材料等事先一应俱全地准备好，然后讲解实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项、结果的预测等，学生按照步骤往下做。这样的教学方式，学生几乎是机械、被动完成实验内容，不能发挥主观能动性，实验做完后脑中一片空白，收获甚微。
1.5成绩评定需多样化。
实验课成绩是评定学生实验质量的直接体现，也是检验所设立遗传学成功与否的直接方式。传统的实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实地反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。
2.遗传学实验课程改革的探索
针对当今遗传学实验课程存在的普遍问题，结合多年教学经验，我对遗传学实验课程提出以下改革措施，由教学实践来看，教学质量大大提高，取得了较好的成绩。
2.1提高实验地位，改善实验条件。
针对当前遗传学实验课依附于理论课，课时数较少且科研经费、实验经费匮乏的情况，我们采取以下改革措施：首先，修改了本科生培养方案。根据调增后的培养方案，遗传学一共72学时，实验课20学时，增加了实验课的比重和课时数，能够较好地满足要求。其次，高水平的实验室不仅是科学研究的基地，而且起着提升办学水平和加强人才培养的重要作用。过去我校遗传学实验室设备极其简陋，场地极其有限，很多想开展的实验都无法进行。经过多年努力，并与其他实验室相结合，现在情况得到较大改善。一些分子遗传学的实验相继开展，比如，PCR扩增实验、RNA提取，等等。
2.2改革实验内容，培养学生能力。
实验内容是育人理念的直接反映，我们本着适应学科发展，结合自身实际，培养学生能力的态度和思想，逐渐建立了逐层递进的实验教学体系，即基础性实验――综合性实验――研究型实验。
2.2.1基础性实验
主要目的是使学生认识实验室常用仪器设备，并正确规范使用，熟悉遗传学常用的实验方法，等等。该阶段主要以验证性实验为主，实验时间安排方面要与理论课相协调。实验课前要让学生预习，上课初检查学生预习情况，只有很好地熟悉实验内容，才能做好实验。在上课过程中，着重强调实验重点和注意事项，及时纠正错误和不规范的操作。课后认真批改实验报告，检查实验效果。
在很多实验改革意见文献中，认为该部分对提高学生能力没有太大作用。实际上，学生们掌握好基本的实验操作技术，在后续的实验中就能得心应手，较顺利进行。比如显微镜的使用，很多学生不知道显微镜实验结束后哪个目镜对着通光孔。又如，很多学生在使用移液管时，不知道哪个手指进行调节，等等。为了避免上述情况出现，这一模块，老师更应该认真对待。
2.2.2综合性实验
设立综合性实验的目的是结合遗传学理论课程的多个知识点和本专业相关课程，对学生实验技能和方法进行综合训练。该模块旨在培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力和运用多学科知识解决问题的能力[7]。我们设计了果蝇遗传学综合实验，涉及果蝇的野外采集，培养和生活史观察，果蝇唾腺染色体的观察，以及果蝇同工酶的分析实验。通过该综合实验，学生较详细地掌握了果蝇遗传学方面的知识[8]-[9]。
2.2.3研究型实验
结合课程教学或独立于课程教学而进行的一种探索性实验，主要特点是整个实验由学生独立设计、独立操作、独立创新。实验指导老师制定几个指导性研究题目（方向），让学生自己选择题目（方向），自己完成实验材料的选择和准备、实验方案的设计（实验流程、影响实验结果的因素等）、实验操作和实验结果的分析，并撰写研究论文（报告）。
我们结合自身实际和学生感兴趣的话题，对人体手部皮纹进行遗传学分析。指纹的遗传特征十分突出，被用作个人身份调查取证的重要线索，根据个体差异分析，产生了“DNA指纹”。通过常见染色体患者皮肤纹理的分析，学生展开了充分讨论，进一步理解了遗传的复杂性。如此，不仅加深了学生对所学知识的印象，拓宽了知识面，而且增强了学生分析问题、解决问题的能力。
2.3改变教学手段，激发学习兴趣。
传统的授课模式，不利于学生兴趣的激发和能力的培养。针对这种情况，我们分模块进行教学改革，对于基础性实验，任课老师利用多媒体，先让学生观看有关实验的录像片，对实验形成生动而清晰的直观认识。课堂上教师负责解决实验过程中出现的问题和纠正不规范操作。对于综合实验课程，老师多用启发式授课方式，多问学生为什么，引导和鼓励学生发现疑难，提出问题，积极思维，寻求答案。另外，采取开放式教学模式，学生设计好实验方案，在老师的监督下，把实验室交给学生，让学生自行配置实验试剂，准备实验材料，等等，使其真正参与科研中。对于研究型实验课程，我们结合我院大豆育种科研项目的优势，积极组织学生参与课题，培养学生能力。
2.4完善评定形式，提高教学质量。
以往，实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。因此，遗传学实验课程考试成绩应由以下几部分组成：首先，学生课前的预习情况，通过课前预习报告和老师上课前的提问给分。其次，看学生的课堂表现，由于人数比较多，多数情况老师不能一一打分，针对这种情况，我们设立操作考核和平时考勤记录，真实反映学生的掌握水平。再次，通过实验报告给学生打分，要求学生用确切简明的形式，将实验结果完整、真实地表达出来。对实验总结报告，要求文字通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、分析合理、结论正确。
