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【關(guān)鍵詞】急性心肌梗死;可視化;基因本體分析;轉(zhuǎn)錄組;調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析;京都基因與基因組百科數(shù)據(jù)庫(kù);生物統(tǒng)計(jì);系統(tǒng)生物學(xué)
Visualizing the gene expression network patterns and metabolic disturbances after acute myocardial infraction: a systems biological modeling based on transcriptomics data sets CAI Bin,JIANG Hua,PAN Hai-xia,JIANG Zhong-ning,CHEN Wei,YANG Hao,ZHOU Zhi-yuan, HU Wei-jian,Charles Damien LU, PENG Jin.Department of Computational Mathematics and Biostatistics, Metabolomics and Multidisciplinary Laboratory for Trauma Research, Institute for Emergency and Disaster Medicine, Sichuan Provincial People’s Hospital, Sichuan Academy of Medical Sciences. Chengdu 610072, China
Corresponding author:PENG Jing,Email:
【Abstract】Objective Establishing a visualization tool to examine global gene expression regulatory networks changes after acute myocardial infractions (AMI). Methods We used a gene microarray dataset named GDS 2331. It contained gene expression profiling data for rat AMI modeling (the platform number is GPL 83). This data set was downloaded in a National Center for Biotechnology Information (NCBI) GEO database. We isolated datasets that contained gene expression profiles at 15 min, 60 min, 4 hours, 12 hour, 14 hours and 48 hours after AMI. We transformed the original data into computer readable structures for Matlab using Mathworks Bioinformatics Toolbox. The pattern recognition algorithm diminished background noise, and we got a significant gene expression disturbances spectrum. K-mean clustering was used to distinguish patterns of gene expressions. We used gene ontology analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) platform to establish the connection between transcriptomics and metabolic systems. Results In total 1,400 genes were selected for modeling. We found that during the first 48 hours after AMI, the changes in these genes could be categorized into 16 expression patterns. According to Gene Ontology analysis, we found: (1) in biological processing, there is a set of developmental related genes in which the regulatory status changed significantly that includes protein kinase B path, central nerve development path and cytochalasin B regulatory path; (2) in molecule functions, the changes were related to phosphorylation, actin binding and nucleic acid pairing/unzipping; (3) in cellular components, the changes were related with intra-cellular and inter-cellular membrane structures, exocytosis and cellular skeletons (especially related with dynactin complex) . KEGG mapping successfully exhibited regulatory paths and identified the sites of regulation and discovered similar regulatory patterns in up-stream and/or down-stream genes. For example, when we found that actin was a core site for cellular skeleton signaling regulation, similar regulatory pattern existed at GF RTK Vav/tiam Rac MLCK Myosin paths. Conclusions We conclude that systematically biological method provides visualization tools to describe gene expression pattern changes after AMI. These patterns reflect profiling dynamics that integrates expression volume and sites. When we use gene ontology analysis and KEGG mapping, we get a powerful integrated tool that synchronously exhibits functional and locational information on gene expression regulatory networks.
【Key words】Acute myocardial infraction; Visualization; Transcriptomics; Regulatory network analysis; Gene ontology; Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG); Biostatistics; Systematic biology
心肌梗死是嚴(yán)重危及人民群眾生命健康的急診重大問(wèn)題,能否有效改善患者的臨床結(jié)局,取決于能否在心梗早期給以恰當(dāng)治療[1]。有證據(jù)表明,心肌梗死發(fā)生后早期,患者的心肌細(xì)胞在分子水平上經(jīng)歷了一系列劇烈的擾動(dòng)[2]。它將會(huì)在代謝、免疫、細(xì)胞周期調(diào)控等多個(gè)相互聯(lián)系的層面上影響細(xì)胞的行為和狀態(tài)[3-6]。不難理解,一旦這種擾動(dòng)永久的損害了分子網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)穩(wěn)態(tài),那么心肌的損傷很可能會(huì)因此難以逆轉(zhuǎn)。目前已有多個(gè)研究分別從轉(zhuǎn)錄組,代謝組和蛋白質(zhì)組的變化等層次,對(duì)梗死后早期分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究[7-9]。然而,上述研究面臨的共同挑戰(zhàn)是,如何對(duì)這些“組學(xué)”研究產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析[10]。早期在轉(zhuǎn)錄組學(xué)層次上進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析策略,通常是對(duì)基因的差異表達(dá)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)上的分析,以此篩選出一些表達(dá)明顯上調(diào)或者下調(diào)的基因,然后利用超幾何分布,將這些篩選出的基因映射到基因本體分析(gene ontology)上,以便獲得這些基因在功能上的共同特點(diǎn)[11]。 但是基于功能的本體分析存在一個(gè)重要的缺點(diǎn),那就是具有共同功能的基因很可能在調(diào)控水平上卻隸屬于不同的通路。而各種調(diào)控通路或者調(diào)控網(wǎng)絡(luò)才是心肌梗死患者早期受到各種擾動(dòng)的重要靶點(diǎn)[12]。因此,有必要采用新的方法對(duì)早期心肌梗死患者的基因芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行重新考察和分析。為了直觀顯示特定基因波動(dòng)在信號(hào)傳導(dǎo)途徑的地位,筆者利用京都基因和基因組百科數(shù)據(jù)庫(kù)(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG) 數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)查詢特定基因在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的位置。KEGG是系統(tǒng)分析基因功能、基因組信息數(shù)據(jù)庫(kù),它有助于研究者把基因及表達(dá)信息作為一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究[13]。在它的整合細(xì)胞內(nèi)信號(hào)途徑(PATHWAY)數(shù)據(jù)庫(kù)里,有包括圖解的細(xì)胞生化過(guò)程如代謝、膜轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)傳遞、細(xì)胞周期,還包括同系保守的子通路等信息。KEGG提供的PATHWAY數(shù)據(jù)庫(kù)查詢包括碳水化合物、核苷、氨基酸等的代謝及有機(jī)物的生物降解,不僅提供了所有可能的代謝途徑,而且對(duì)催化各步反應(yīng)的酶進(jìn)行了全面的注解。為了方便研究者的研究提供了KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)提供了全套的矩陣實(shí)驗(yàn)室軟件(Matlab, The MathWorks, 美國(guó))的函數(shù)轉(zhuǎn)化接口。
為了幫助研究者直觀理解心肌梗死后早期基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的擾動(dòng),筆者應(yīng)用計(jì)算生物學(xué)技術(shù),研發(fā)了一種基于轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜的基因網(wǎng)絡(luò)可視化工具,現(xiàn)報(bào)道如下。
1 材料與方法
1.1 研究材料與流程
美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究中心(NCBI)的GEO數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)為GDS2331的急性心肌梗死后大鼠心臟左心室的基因芯片表達(dá)文件,其平臺(tái)編號(hào)為GPL83,下載網(wǎng)址為(http://ncbi.nlm.nih.gov/sites/GDSbrowser?acc=GDS2331),通過(guò)閱讀其芯片篩選的實(shí)驗(yàn)方案,分別篩選出實(shí)驗(yàn)時(shí)間在15 min,60 min,4 h,12 h,24和48 h的假手術(shù)和急性心肌梗死模型小組數(shù)據(jù),利用Matlab提供的 bioinformatics toolbox工具包下載并且轉(zhuǎn)化這些數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)體。利用數(shù)據(jù)挖掘思路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去空值清洗。然后分別篩選掉復(fù)制次數(shù)波動(dòng)小于1.5次;按照表達(dá)量波動(dòng)熵值過(guò)低的基因[14],最后獲得心肌梗死建模后表達(dá)模式擾動(dòng)最明顯的基因譜研究基本流程如下(圖1)。
1.2 方法學(xué)
1.2.1 描述表達(dá)譜擾動(dòng)的算法 為了準(zhǔn)確的從多個(gè)角度描繪出心肌梗死后代謝譜的擾動(dòng),筆者分別利用K-均值聚類(lèi)算法聚類(lèi),主成分分析來(lái)進(jìn)行代謝譜擾動(dòng)的整體狀態(tài)分析。并且篩選出那些波動(dòng)范圍較大的基因進(jìn)行功能注釋的本體(Gene ontology)分析,最后查看這些基因分布在那些擾動(dòng)的代謝網(wǎng)絡(luò)中。 K均值聚類(lèi)算法(k-means algorithm):利用K-均值聚類(lèi)算法來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擾動(dòng)情況進(jìn)行分類(lèi),K-均值算法是無(wú)監(jiān)督分類(lèi)中的一種基本方法,其也稱(chēng)為C-均值算法,其基本思想是:通過(guò)迭代的方法,逐次更新提前確定數(shù)量的各聚類(lèi)中心的值,直至得到最好的聚類(lèi)結(jié)果[15]。選取16個(gè)對(duì)象作為初始聚類(lèi)中心。根據(jù)每個(gè)聚類(lèi)對(duì)象的均值(中心對(duì)象),計(jì)算每個(gè)對(duì)象與這些中心對(duì)象的距離;并根據(jù)最小距離重新對(duì)相應(yīng)對(duì)象進(jìn)行劃分,最后獲得聚類(lèi)結(jié)果,得出分類(lèi)熱圖和聚類(lèi)變化模式中心輪廓,見(jiàn)圖2。
圖1 研究基本流程
Fig 1 The research progress
主成分分析:主成分分析是最重要的無(wú)監(jiān)督分類(lèi)的方法,它可以通過(guò)降維的方法將變化結(jié)果直觀的顯示在二維平面上。在主成分分析過(guò)程中,離開(kāi)原點(diǎn)最遠(yuǎn)的那些基因就是表達(dá)量的變化最明顯的基因[16]。利用主成分分析函數(shù)做出主成分分析得分圖,選取距離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的基因進(jìn)行標(biāo)記(圖3)。
基因本體(Gene ontology)分析和KEGG可視化工具。綜合利用K-mean聚類(lèi)和主成分分析篩選出的表達(dá)模式變化明顯的16個(gè)分類(lèi),找出每一類(lèi)基因中波動(dòng)幅度最明顯的前10個(gè)基因共計(jì)160個(gè)基因進(jìn)行本體分析。利用超幾何空間分布函數(shù)對(duì)這些基因在概率上進(jìn)行判別,估計(jì)這些功能共同點(diǎn)是屬于巧合還是屬于確實(shí)具有功能上的聯(lián)系。利用Matlab工具包當(dāng)中的圖論工具對(duì)基因之間的功能相互關(guān)系進(jìn)行有向無(wú)環(huán)圖分析。在KEGG上查找受到擾動(dòng)的基因功能類(lèi)目,將表達(dá)變化明顯的基因在KEGG代謝圖譜上進(jìn)行顯示出來(lái).(圖4,圖5)。
1.2.2 研究分析平臺(tái) 基于Windows 7(Microsoft,美國(guó))的Matlab 2011b(MathWorks, 美國(guó))工具包bioinformatic tool box;四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 四川省人民醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)與災(zāi)難醫(yī)學(xué)研究所創(chuàng)傷代謝組多學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。
2 結(jié)果
2.1 有意義基因波動(dòng)篩選
首先篩選出轉(zhuǎn)錄波動(dòng)大于1.5次的基因,并從中剔除基因表達(dá)輪廓波動(dòng)過(guò)?。ɑ眷刂祻膶儆?0百分位以下)的基因。獲得1400個(gè)發(fā)生了有意義波動(dòng)的基因。利用K-mean聚類(lèi)算法表明,在損傷后的前48 h,這些基因的表達(dá)具有明顯的上調(diào)或下調(diào)。模式聚類(lèi)可將這1400個(gè)基因的表達(dá)輪廓?jiǎng)澐譃橐韵?6類(lèi)(圖2)。
K-mean聚類(lèi)分析顯示總共有16類(lèi)拷貝數(shù)量大于1.5次的基因具有特征性的變化模式(變換模式在具體輪廓上可能代表了相互拮抗或者相互協(xié)同的基因變化)
圖2 K-均值聚類(lèi)結(jié)果:基因表達(dá)模式的16種類(lèi)型
Fig 2 The K-mean cluster analysis: 16 patterns of gene expression
2.2 主成分分析
主成分分析結(jié)果表明,大部分基因主成分得分點(diǎn)分布在原點(diǎn)周?chē)硗庥猩贁?shù)基因主成分得分點(diǎn)離遠(yuǎn)點(diǎn)較遠(yuǎn),且都分布在第一主成分坐標(biāo)軸右邊。這顯示出大部分基因具有相似的波動(dòng)模式,少部分基因波動(dòng)模式變化較大,并且這些波動(dòng)模式變化較大的基因?qū)蚪M整體波動(dòng)存在類(lèi)似影響。
2.3 基因本體分析和KEGG可視化工具
根據(jù)可以獲得基因本體分析發(fā)現(xiàn):在生物學(xué)過(guò)程上,心肌梗死后早期調(diào)控發(fā)生改變主要和發(fā)育基因相關(guān),其中主要包括蛋白激酶B信號(hào)傳導(dǎo)途徑,中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育途徑,以及cytochalasin B調(diào)控相關(guān)途徑。在分子功能上,這些功能主要和磷酸化,肌動(dòng)蛋白的結(jié)合以及核酸的配對(duì)解離有關(guān)。在細(xì)胞成分上,主要和細(xì)胞內(nèi)外膜相結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系,高爾基復(fù)合體,出胞作用,以及細(xì)胞骨架特別是dynactin complex等結(jié)構(gòu)有關(guān)。
心肌梗死后的分子網(wǎng)絡(luò)的擾動(dòng)主要改變發(fā)生在的細(xì)胞骨架、細(xì)胞膜相結(jié)構(gòu)之間的解離以及細(xì)胞外分子黏附等三個(gè)通路上,為了找到這些通路上具體哪些分子受到了擾動(dòng),筆者利將有關(guān)基因通路投射到KEGG中進(jìn)行作圖(KEGG mapping),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這三個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)受到擾動(dòng)情況的可視化考察(圖5)。圖中紅色表示其表達(dá)量受到了嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的基因,綠色表示表達(dá)量的擾動(dòng)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上并不明顯。3 討論
本研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合基因本體分析和KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)作圖是一種良好的系統(tǒng)生物學(xué)工具,可用于直觀分析心肌梗死后早期的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化,并直接標(biāo)記出波動(dòng)明顯的基因。 轉(zhuǎn)錄組芯片產(chǎn)生了大量基因表達(dá)的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)為理解和掌握心肌梗死后心肌細(xì)胞經(jīng)歷的分子擾動(dòng)提供了可能性。本研究對(duì)心肌梗死后心肌細(xì)胞的基因芯片進(jìn)行多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表達(dá)模式進(jìn)行了定量分析,并發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞的表達(dá)隨著時(shí)間變化可以分為16個(gè)明顯不同的模式,這在國(guó)際上尚未見(jiàn)報(bào)道。筆者進(jìn)一步探究對(duì)急性心梗后表達(dá)模式變化貢獻(xiàn)最大的前10個(gè)基因,并發(fā)現(xiàn)心肌梗死后這些具有明顯擾動(dòng)特征的基因在功能上具有聯(lián)系性。這些聯(lián)系性主要表現(xiàn)為它們大多分布在如下的調(diào)控途徑中:(1)以肌動(dòng)蛋白為核心細(xì)胞骨架出現(xiàn)改變。(2)高爾基復(fù)合體,細(xì)胞外緊密連接,細(xì)胞內(nèi)小泡等細(xì)胞膜相結(jié)構(gòu)之間的相互作用出現(xiàn)改變。(3)細(xì)胞外分子黏附等三個(gè)調(diào)控通路上。
圖3 主成分分析結(jié)果
Fig 3 The result of principal component analysis
圖4 基因本體分析結(jié)果
Fig 4 The result of gene ontology analysis
圖5 KEGG作圖結(jié)果-基因表達(dá)通路分析
Fig 5 KEGG mapping-gene expression paths analysis
——觀看話劇《永遠(yuǎn)的雪梅》有感
“雪梅花啊雪梅花……”在飽含深情、催人淚下的音樂(lè)聲中,孩子們急切地到處尋找著殷雪梅老師的身影。煙霧漸起,兩叢淡雅的雪梅花漸漸分開(kāi),殷老師一襲白衣,頸間鮮紅的圍巾顯得愈加奪目,她微笑著,溫柔地向孩子們伸開(kāi)雙臂,仿佛在說(shuō):“來(lái)吧,讓我們一起來(lái)做老鷹捉小雞的游戲”……這是大型現(xiàn)代話劇《永遠(yuǎn)的雪梅》中感人至深的結(jié)尾一幕,在場(chǎng)觀看的每一位老師無(wú)不為殷老師的英雄事跡而感動(dòng),淚水悄悄模糊了觀眾的眼睛。
為了在全社會(huì)深入持久地弘揚(yáng)殷雪梅老師的英雄事跡,金壇市文化局組織創(chuàng)作了這部話劇,金壇市華羅庚藝術(shù)團(tuán)的全體演職人員深入殷雪梅生前工作、學(xué)習(xí)、生活過(guò)的地方,挖掘素材,認(rèn)真揣摩,精心排練,濃縮了殷雪梅老師生前大量可親可敬的點(diǎn)滴事例,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行藝術(shù)的再創(chuàng)造,從而塑造了這位平民英雄的不朽形象。
雖然對(duì)殷老師的事跡已經(jīng)耳熟能詳,但是通過(guò)這部話劇,我又一次重溫了她的感人故事。學(xué)生陳莉莉因腿傷住院,殷老師不顧自己身體虛弱,送往醫(yī)院陪伴床前,以至于被護(hù)士誤認(rèn)為是學(xué)生的母親。她雖被家長(zhǎng)誤解,但仍然無(wú)怨無(wú)悔。貧困生小強(qiáng)從小得不到關(guān)愛(ài),殷老師將其視如己出,像媽媽一樣給予他無(wú)限溫暖。面對(duì)疾馳而來(lái)的汽車(chē),殷老師再一次張開(kāi)了她的雙臂,像雞媽媽保護(hù)小雞一樣為孩子們撐起了一片安全的天空。
一、宣講我國(guó)數(shù)學(xué)家的貢獻(xiàn),對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育
1、開(kāi)學(xué)初集中講。學(xué)生剛?cè)胫袑W(xué),對(duì)什么都有新鮮感。教師要抓住第一堂數(shù)學(xué)課的機(jī)會(huì),生動(dòng)、具體、真實(shí)地介紹我國(guó)古今數(shù)學(xué)成就,為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)營(yíng)造良好的氛圍。中國(guó)是世界上最早的文明古國(guó),數(shù)學(xué)成就顯著。計(jì)算圓周率,自西漢劉備、東漢張衡,三國(guó)時(shí)劉徽、直到南北朝祖沖之等多位數(shù)學(xué)家,為之進(jìn)行艱苦探索,得出了當(dāng)時(shí)世界上最為準(zhǔn)確的圓周率。南宋數(shù)學(xué)家秦九韶1247年就編著《數(shù)學(xué)九章》,同代數(shù)學(xué)家楊輝揭示了二項(xiàng)式展開(kāi)式系數(shù)的規(guī)律,比法國(guó)數(shù)學(xué)家早四百多年。
祖沖之的兒子祖恒對(duì)求幾何體積有獨(dú)特創(chuàng)見(jiàn),比意大利數(shù)學(xué)家早一千多年。比劉,近代的徐光啟、李善蘭及當(dāng)代的華羅庚、陳景潤(rùn),在他們所研究的領(lǐng)域中都對(duì)數(shù)學(xué)做出了獨(dú)特的貢獻(xiàn)。通過(guò)宣講,增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和愛(ài)國(guó)主義熱情。
2、組織講座專(zhuān)門(mén)講。對(duì)初一學(xué)生還可借助“華羅庚金杯賽”的機(jī)會(huì),進(jìn)行題為《如何自學(xué)成才》的專(zhuān)題講座,介紹我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚的生平事跡。華羅庚學(xué)歷是“初中畢業(yè)”,可他深鉆細(xì)研,成為當(dāng)代國(guó)內(nèi)外聞名的偉大數(shù)學(xué)家。通過(guò)講座,使學(xué)生懂得學(xué)習(xí)好壞關(guān)鍵在于本人的學(xué)習(xí)態(tài)度和努力,明白“外因是變化的條件,內(nèi)因是變化的根據(jù),外因要通過(guò)內(nèi)因而起作用”的哲學(xué)道理。進(jìn)而發(fā)奮學(xué)習(xí),將來(lái)為國(guó)家做貢獻(xiàn)。
二、結(jié)合傳授數(shù)學(xué)知識(shí),對(duì)學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義教育
1、實(shí)踐的觀點(diǎn)。數(shù)學(xué)是從現(xiàn)實(shí)世界中抽象概括出來(lái)的科學(xué),教學(xué)中要揭示數(shù)學(xué)本身的物質(zhì)基矗如講直角三角形“勾股定理”時(shí),教師要說(shuō)明早在公元一世紀(jì),我國(guó)古代數(shù)學(xué)家在多次實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)出了“勾廣三,股修
四、經(jīng)偶五”的規(guī)律即勾
三、股
四、弦五,并且借助圖形對(duì)該定理進(jìn)行了兩種巧妙的證明。讓學(xué)生明確,任何一個(gè)定理、公式的形成均來(lái)自實(shí)踐,“實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)”是人類(lèi)掌握自然規(guī)律的正確途徑。從而培養(yǎng)學(xué)生善于從客觀事物中發(fā)現(xiàn)、規(guī)律、掌握規(guī)律的能力。
2、辯證的觀點(diǎn)。恩格期指出“數(shù)學(xué)是辯證的輔助工具和表現(xiàn)形式,連初等數(shù)學(xué)也充滿著矛盾?!睌?shù)學(xué)概念正數(shù)與負(fù)數(shù)、常量與變量等,都表現(xiàn)對(duì)立的形式,又各以它的對(duì)立而存在。在數(shù)學(xué)中要揭示這一關(guān)系。直線與圓的位置關(guān)系,當(dāng)直線與圓心的距離小于圓半徑時(shí),直線與圓的位置處于兩個(gè)交點(diǎn)狀態(tài)相交;當(dāng)距離與半徑相等時(shí),發(fā)生質(zhì)變,直線與圓只有一個(gè)交點(diǎn)相切;當(dāng)距離大于半徑時(shí),再次發(fā)生質(zhì)變,直線與圓沒(méi)有交點(diǎn)距離。講這一關(guān)系時(shí),要啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到“事物發(fā)展是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程”。數(shù)學(xué)中充滿著辯證法,教師應(yīng)不失時(shí)機(jī)地予以啟示,加深學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí),同時(shí)為學(xué)生樹(shù)立辯證唯物主義觀點(diǎn)打好基矗3、發(fā)展的觀點(diǎn)。世上任何事物都不是孤立的、靜止的,它是在不斷地從低級(jí)階段向高級(jí)階段發(fā)展。數(shù)學(xué)也是這樣,整數(shù)到分?jǐn)?shù),有理數(shù)到無(wú)理數(shù),實(shí)數(shù)到負(fù)數(shù),有限到無(wú)限等,都遵循著這一規(guī)律。在這個(gè)數(shù)學(xué)過(guò)程中,要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到一切事物都不是斷發(fā)展變化的,培養(yǎng)學(xué)生超越舊事物,創(chuàng)造新穎,獨(dú)特新事物的能力。
三、在數(shù)學(xué)教學(xué)中,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)
1、言位身教,從自己做起。數(shù)學(xué)是一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,數(shù)學(xué)教師首先要有嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的態(tài)度。進(jìn)行概念數(shù)學(xué)時(shí),要運(yùn)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言完整、精練地?cái)⑹觯粚?duì)公式所起的作用,要講得確切;在板演過(guò)程中要有條有理,推理要步步有根據(jù);書(shū)寫(xiě)要規(guī)范,避免“圓”和“園”、“連接”和“連結(jié)”混用。時(shí)時(shí)事事給學(xué)生做出嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的表率。
題目:審美濾鏡俯瞰的結(jié)晶
題目的提煉必不可少,但再怎么提煉也不能脫離人物、事件,這是做出一部包裝精美的好片子的第一步。
不受觀念的局限,盡量避免走人家走過(guò)的路,保持自己獨(dú)特個(gè)性,應(yīng)是我們事先期望的效果。這里所說(shuō)的個(gè)性與那些在內(nèi)容上一味獵奇、形式上片面追求花樣翻新的創(chuàng)作不可同日而語(yǔ),而是本著嚴(yán)肅態(tài)度的一種創(chuàng)作探求。在恪守原則的前提下,在具體的創(chuàng)作中適當(dāng)調(diào)整一些規(guī)則是相當(dāng)必要的。任何事物要前進(jìn)就必須吸取前人的精華,創(chuàng)造性地探索新路,黨教片藝術(shù)品位的提升也無(wú)外乎如此。
我們發(fā)現(xiàn)、開(kāi)掘事物的開(kāi)始,事物呈現(xiàn)在我們面前的總是零散的斷章和碎片。這時(shí)我們應(yīng)該認(rèn)真思考,在我們的頭腦中先把這些雜亂無(wú)章的素材加上審美的濾鏡,找到共通的元素并連成一條線,虛實(shí)相交,用美學(xué)化的語(yǔ)言把題目提煉出來(lái)。
有一部黨教片題目叫《火紅色的追求》,講述的是某地開(kāi)展農(nóng)村黨員、基層干部素質(zhì)教育工程中涌現(xiàn)出的先進(jìn)黨員事跡。先不說(shuō)這片子制作得怎樣,僅從題目上看,就融合了多種共通的元素,而且層次分明、秩序井然。我們黨從一把紅色的革命之火燃燒至燎原之勢(shì),奪取了政權(quán),再通過(guò)改革開(kāi)放,全國(guó)人民在黨的領(lǐng)導(dǎo)下以紅色的激情投入祖國(guó)建設(shè),取得了舉世矚目的成就。自產(chǎn)生到全面發(fā)展,我們黨都是與紅色有很大關(guān)聯(lián)的,這是大前提。片子開(kāi)頭的畫(huà)面是一群身著紅衣的彝族男女,在紅色的土地上激情地打著鼓,唱著彝歌,跳著彝舞。紅色的土地、紅色的衣著給人以強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊,再加上舞者富有激情的舞蹈,給人們的感官以暖色,這就是我們通常說(shuō)的“通感”。開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地以紅色點(diǎn)題,再通過(guò)片中敘述,烘托出這塊紅土地上的人們追隨黨的愿望之赤誠(chéng)、致富的愿望之熱烈這一系列主題,前后相襯、虛實(shí)相間,升華出一個(gè)抽象的意象――火紅色的追求。
在眾多紛繁復(fù)雜的素材中“抽”出共性,藝術(shù)化地過(guò)濾主題,構(gòu)思出來(lái)的題目就非泛泛而已了。
拍攝: 戴著鐐銬的舞蹈
黨教片在拍攝中就應(yīng)加上自己的藝術(shù)構(gòu)思,這是為后期剪接作鋪墊。具體操作時(shí)我們應(yīng)具體問(wèn)題具體分析,切不可盲目追隨一些陳規(guī)舊套。打破一切常規(guī)和束縛,這樣拍攝出的作品才會(huì)有生命力。
一般來(lái)說(shuō),拍攝中應(yīng)該多采用近景乃至特寫(xiě)鏡頭,把主角突出出來(lái),人物豐富的表情才會(huì)清晰可見(jiàn),這是一個(gè)規(guī)則。但電影《華羅庚》里有一個(gè)畫(huà)面就反其道而行之。那是年輕的華羅庚在數(shù)學(xué)界拿到大獎(jiǎng)后,懷著激動(dòng)的心情飛奔著跑過(guò)油菜花地,將這一好消息告知他的家人的鏡頭。黃色的油菜花隨風(fēng)搖曳,充斥著整個(gè)畫(huà)面,畫(huà)面中的華羅庚只有一個(gè)模糊的影子,觀眾完全看不到他臉上的興奮表情。那是由于拍攝者將鏡頭平放在油菜花前,離油菜花很近,讓油菜花在畫(huà)面中占據(jù)很滿的位置,根本容不下別的東西在畫(huà)面里立足??膳臄z者偏偏又要安插一個(gè)華羅庚在畫(huà)面里,到底拍攝的是花還是人?主體到底是誰(shuí)?這不是犯了拍攝“大忌”了嗎?
其實(shí),正是作者在拍攝時(shí)加入了藝術(shù)構(gòu)思,才產(chǎn)生了這個(gè)畫(huà)面。此情此境,歡快搖曳著的油菜花正是主體心情的真實(shí)寫(xiě)照,只要我們認(rèn)真看了這部影片,仔細(xì)回味這個(gè)畫(huà)面,我們即便不看華羅庚的臉,也應(yīng)該知道他的內(nèi)心是何等興奮。這明顯比實(shí)實(shí)在在地拍攝他的臉?biāo)a(chǎn)生的藝術(shù)效果要好得多。
一個(gè)幾秒鐘的畫(huà)面加上審美濾鏡,既有了畫(huà)面美感,又延伸了畫(huà)面含義,還兼顧了層次上的提升,何樂(lè)而不為呢?只是如果我們拍攝的時(shí)候不動(dòng)腦筋,是不會(huì)產(chǎn)生這種畫(huà)面的。
黨教片的創(chuàng)作在實(shí)踐中是不斷向前發(fā)展的。當(dāng)她發(fā)展到一定階段,就必然要求我們以一種新的眼光、新的視角去重新審視,調(diào)整一些既定的規(guī)則,來(lái)適應(yīng)新形勢(shì)的要求,開(kāi)拓性地將探索的觸角向更深層次延伸。
組接: 賦予畫(huà)面以生命
一部好的黨教片從某種意義來(lái)說(shuō),不是“拍”出來(lái)的,而是“選”出來(lái)的、“剪”出來(lái)的。單個(gè)畫(huà)面沒(méi)有確切的意義,只有組合在一起,才能體現(xiàn)主題,說(shuō)明事理,傳達(dá)意韻,甚至產(chǎn)生1+1>2的效果,這就需要我們花工夫來(lái)遴選畫(huà)面。在人物類(lèi)黨教片的剪接中,很需要人性化的畫(huà)面來(lái)拓展和延伸主題,在適當(dāng)?shù)牡胤竭x用人性化的畫(huà)面,可以起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用,達(dá)到藝術(shù)的效果。
我們剪接黨教片時(shí),面對(duì)的是解說(shuō)詞和畫(huà)面。一般來(lái)說(shuō),解說(shuō)詞不能改變,畫(huà)面不滿意時(shí)也只能補(bǔ)拍。如何用有限的畫(huà)面體現(xiàn)解說(shuō)詞,向超越解說(shuō)詞以外的范圍進(jìn)軍,給受眾一個(gè)深遠(yuǎn)的意境,是一個(gè)艱深的問(wèn)題。具體地說(shuō),難就難在受眾對(duì)每一部片子和片子中每一個(gè)結(jié)構(gòu)層次、甚至每一個(gè)畫(huà)面看法都可能不一樣。一部黨教片所帶來(lái)的觀感總是隨著這部片子的播放范圍擴(kuò)大而擴(kuò)大,它所產(chǎn)生的這些觀感總是與受眾的多少成正比的,“仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智”。要解決這個(gè)矛盾,談何容易?既能達(dá)到教育的目的,又能用優(yōu)美的畫(huà)面真正體現(xiàn)一些帶有共性的東西,雅俗共賞,這樣的黨教片才能算是成功的黨教片。
在黨教片《橋的故事》中,圍繞一座橋和父子兩代黨員的故事展開(kāi)敘述。片子的鏡頭切換很靈活,景物與人物,環(huán)境與事件,總是交替出現(xiàn)在觀眾眼前,而其內(nèi)在卻有清晰的邏輯主線。從橋的鏡頭切換到圍繞這座橋所發(fā)生的矛盾沖突,從父子兩代人的故事又切換回這座巍然傲立的橋,意境深遠(yuǎn),一下子就做出了故事味兒。表面上看,這只是一個(gè)兩代人維護(hù)一座橋的普通故事,但往更深層的意蘊(yùn)去想,這座橋正是黨員與群眾魚(yú)水交融的紐帶,是兩代人鍥而不舍的奉獻(xiàn)精神的載體。上升到文學(xué)的角度看這座橋,它的客觀存在與內(nèi)涵的精神旨趣已融合為一個(gè)整體,上升到了“以景語(yǔ)做情語(yǔ)”的境界。這個(gè)成功,相當(dāng)程度上要?dú)w功于制作者那無(wú)一處不追求境界、無(wú)一處不講求意蘊(yùn)的剪接工夫。
讀了有關(guān)吳邵萍老師的事跡后,不得不讓我想起我的老師。我的老師他不像華羅庚那么有成就,也不像季羨林那么有名氣,他和世界上千千萬(wàn)萬(wàn)的老師一樣,他很普通,他只是一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的高中老師。他,就是我的化學(xué)老師。
我的化學(xué)老師,他不僅只是化學(xué)老師,還是三班的班主任,還有一個(gè)更重要的職務(wù),那就是年級(jí)主任。記得當(dāng)初分配班主任的時(shí)候,好幾個(gè)班主任都不愿意擔(dān)任三班的班主任,因?yàn)槿嗍恰罢{(diào)皮班”,沒(méi)有老師敢管,更沒(méi)有老師想管,化學(xué)老師作為年級(jí)主任又不想讓其他的班主任“遭罪”,只好“勇”字當(dāng)頭,承擔(dān)起作為年級(jí)主任的責(zé)任,自告奮勇的當(dāng)起三班的班主任。說(shuō)起當(dāng)三班的班主任“遭罪”一點(diǎn)也不為過(guò)。學(xué)生的職責(zé)是什么?學(xué)習(xí)。三班的學(xué)生幾乎個(gè)個(gè)不學(xué)習(xí),成天“混”字當(dāng)頭,不僅如此,老師的話也是不聽(tīng)。作為學(xué)生,我們每天都得完成老師布置給我們的清潔任務(wù),我們應(yīng)當(dāng)不打折扣的完成,可是三班的學(xué)生不僅不完成,連做個(gè)樣子也懶得做。一天早上,我騎著自行車(chē)從路邊走過(guò),看見(jiàn)化學(xué)老師一個(gè)人拿著大掃帚在清掃他們班的清潔區(qū),我以為他只是一次兩次的代掃,沒(méi)想到是長(zhǎng)期以往的如此,有時(shí),我真的好想停下來(lái)幫幫他,真的好想為他打抱不平,替他不值。
曾經(jīng)我問(wèn)過(guò)老師,為什么要這么辛苦,這樣的委屈自己。他笑了笑告訴我說(shuō),他不覺(jué)得辛苦,也不覺(jué)得有什么委屈。他說(shuō),這是他的責(zé)任,作為一名“父親”的責(zé)任。他將我們當(dāng)做他自己的孩子一樣,照顧我們,關(guān)心我們。
一直以來(lái),我的化學(xué)成績(jī)都很差,考試也總考不好。所以我就很怕見(jiàn)到化學(xué)老師,怕他會(huì)責(zé)備我。事實(shí)經(jīng)常出乎我的意料,他給我送來(lái)的不是責(zé)備的話語(yǔ),而是關(guān)切的眼神。每次化學(xué)考砸,他都會(huì)跑到我面前給我分析試卷。雖然,我表面看起來(lái)很害怕,可心里樂(lè)開(kāi)了花。漸漸地,我發(fā)現(xiàn),他對(duì)每一位學(xué)生都那么好。他是一位好老師,我很慶幸能遇上這樣的老師,我也以我能成為他的學(xué)生而感到驕傲。雖然,他真的很普通。