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关键词:生物学 实验教学 技能培养
生命科学是实验性科学,生命科学研究及其应用的技术和手段是推动理论研究及相关产业形成发展的动力;同时,随着我国高校的大规模扩张,培养学生技术创新能力,拓展学生的就业面,直接服务于国民经济建设也已成为当前高校的重要任务之一。因此,我院实验教学体系与教学内容随着生命科学发展及社会需求进行了改革,创造生命科学本科生技能平台,强化学生的实验与实践技能,使毕业生既能在科研机构或高等学校从事科学研究或教学工作,也能在工业、医药、食品、农、林、牧、渔、环保、园林等行业的企业、事业和行政管理部门从事与生物科学及技术有关的应用研究、技术开发、生产管理和行政管理等工作。以适应飞速发展的生命科学与生物产业的需要。
生命科学本科生技能平台建设一直是我院本科教学中的重点之一。1978年学院成立了独立建制的生物学教学实验室;1996年,学院被批准建设“国家生物科学理科基础研究和教学人才培养基地”,同时建设生物学国家理科基地实验教学中心,2004年被遴选为江苏省生物学实验教学示范中心。
在生命科学本科生技能平台建设中,我们重点进行了下列几方面的改革与实践:
1 明确实验教学定位,创新实验教学理念。生命科学发展是依赖研究方法、技术和手段的创新,因此生物学实验教学中人才培养的理念应体现四个观念:
发展观:所培养的人才具有可持续发展观,掌握生命科学前沿技术;
整合观:能够整合并灵活运用生命科学研究方法和各种资源;
科学观:所培养的人才具备严谨求实的科学精神:
创新观:培养的人才富有原创性思维,为在科学研究、生产实践和社会建设中做出创新性的成果发挥作用。
2 注重生物学实验教学分层分类与系统性的结合,构建实践创新能力培养的教学体系。
2.1
以“口径宽、基础厚、能力强”为人才培养目标,注重整个课程体系中实验教学内容的整合,积极把最新科研成果转化为实验项目,按基础型实验、提高型实验(综合性、设计性、应用性实验等)、研究创新型实验设计实验内容,以培养和提高学生的实验能力。按基础实验、拓展实验、开放实验、科研训练和专业实习构建实验教学体系,综合性实验占总实验的20%,设计性实验占总实验的10%,创新性实验占总实验的10%。使生物学实验教学体系形成基础性实验、综合性专业训练、研究创新性实践三个层次。其中第1个层次主要是系统学习从宏观到微观的生物学知识,第2、3个层次重点是培养学生的实践能力和研究能力。
2.2 充分发挥南京师范大学生物学实验教学中心空间的巨大优势。统一布局基础实验室、专业实验室、拓展实验室、大型设备实验室及博物馆,加快创新实验室、模拟车间工厂和校内实践基地建设,在学院教师科研实验室中遴选培育可持续性发展的大学生科研训练的基地。开展低年级学生与高年级学生组合、本院学生与校内外学生联合等形式的科技创新实践团队建设,获得高水平的训练成果。
2.3 建设大学生创新与创业能力训练实验室:现代生物科学研究技术实验室和生物技术制品研发与产业化过程模拟训练实验室。
现代生物科学研究技术实验室:依托学科优势,从分子水平、细胞水平及系统生物学层次,构建生物化学与分子生物学技术、细胞生物学与遗传学技术、生物多样性与生态学技术、生物信息学等训练平台,开展研究性教学,开设设计性、综合性实验。开展SRT研究、毕业论文及大学生创业竞赛,学生自主选题与教师指导相结合,重在训练学生独立思考、查阅文献、自主设计实验的能力。在逐步学习和掌握实验技术、验证科学假设的同时,完成课题。将研究性学习、综合能力培养、科学研究成果及转化等产学研一体化理念寓于实验教学,培养创新型人才。
生物技术制品研发与产业化过程模拟训练实验室:建设生物发酵工程及其下游技术体系、生物活性成分提取、分离与纯化技术体系、生物功能分子功能评价技术体系与生物制品技术体系四个专业体系;与上述四大体系配套的生物工程下游技术、生物药学综合大实验二门实验教学课程体系。开展本科学生生物工程与生物制品相关的研究开发的初步训练和毕业实践,掌握基本的实验方法,培养创新精神和实践能力,为国家培养创业人才,为地方经济服务。
3 实验教学与科研、工程和社会应用实践结合。开放实验和科研训练为广大师生创造科研条件,促进学生科研水平和能力的提高,学生根据自己的科研兴趣在导师指导下申报科研训练项目,在良好的实验条件下取得了丰硕的科研成果。借助教师科学研究的基础,积极开展大学生创新与创业计划策划与竞赛,获得第五届“挑战杯”江苏省大学生创业计划竞赛的特等奖。
积极安排有针对性的专业实习,建设实习基地,使学生直接投入到疾病监控与预防、环境监控与保护、生物资源调查和收集、生物资源开发、生物茶品的工业化生产等实际工作。
多渠道、多方位开展社会实践活动,开创性地开展主题为科技兴农、环保宣传、水质调查、生物夏令营和卫生咨询等社会实践活动,服务地方的各项建设,取得了优异成绩。
强化动植物野外实习对全面训练与提高学生综合素质的重要作用。围绕实习基地区域及生物多样性的特点,通过立项的形式,开展有针对性的科研实践活动,培养学生理论联系实际的能力,促进学生知识、能力、素质协调发展,增强学生的创新意识。2008年和2009年都设立天目山野外综合实习科研训练计划项目。
4 注重实验教学的改革与创新的研究。实验教学,关键是让学生能够独立操作动手,是教技能、教方法,大学提供的就是良好的设备条件和技术服务,从菜种理想要求来看,生命科学的实验技能方法应是了解和掌握得愈多愈好,愈能开拓思路,愈能技高胆大有创新意识,有创造作为。为进一步推进我院本科教学创新,提高教学质量,强化绩效,鼓励广大教师注重教学工作,积极投身教学研究与改革,实施《国家理科基地高等教育教学研究与改革项目基金计划》。
我们鼓励广大教师、实验技术人员积极争取实验教学研究立项,鼓励自编教材,奖励实验教学研究成果,让生物实验教学培养出更多能动手干事、有扎实专业技术本领的优秀人才来。资助实验教学教师和实验技术人员参加各类的实验
教学研究与改革学习,通过本科的实验教学,努力改变学生不仅仅会“看”,更多是会“做”。强调技能培训,坚持技能考核过关,严格规范的进行专业实验技能学习,让学生能真正牢固的掌握专业技术本领,为今后的学习研究和工作打下扎实的基础。结合学院的学科优势和以往的实验教学特色项目从2000年起自编使用了八本实验讲义:“植物学实验”、“植物生理学实验”、“动物学实验”、“动物生理学实验”、“微生物学实验”、“细胞生物学实验”、“遗传学实验”和“生化下游技术实验”,收到了良好的教学效果。其中,“植物生物学实验”教材已出版,“动物生理学实验”还被南京医科大学采用,已使用了四届,受到好评。
设立实验内容完善、更新与创新研究基金,不断改革更新实验教学内容,提高技能培训的份量,强调实际动手能力的提高和实用方法技术的掌握,同时积极创造条件,跟进相应设备条件的改善和添置补充。
为了强化本科生科研素质和能力的培养,强化绩效,鼓励教师积极开展大学生科研训练计划,取得显著的科研训练效果与成果,为此,生命科学学院实施国家生物学理科基地基础人才培养创新能力训练基金计划。资助教师承担大学生科研训练项目与竞赛项目、大学生科研训练。
5 实验教学方法与手段信息化,实行准入制与开放式。完善生物学实验教学中心的实验教学与管理网络平台。利用blackboard平台,全面实行实验教学网络化,开发生命科学实验的系列多媒体教学软件和网络视频课程,推广虚拟、仿真等实验技术手段,辅助生物科学实验教学,实现生命科学实验的远程教学。现在的实验教学中心有了完善的教学资源和信息平台,它是我们倡导的实验教学要“精讲多练”的重要前提。拥有生物互动显微镜室,每门实验课程都建有基于“毕博平台”的网络课件,学生可以方便地在网上浏览实验多媒体课件,可以在网上预习,与老师交流等。学生在做实验前,必须通过预习考核,方可进入实验室。因此,每位学生做实验都是“有备而来”,所以教师只需讲解要点、难点,让学生有更多的时间动手操作。生物学实验教学中心网站集实验中心管理、实验教学、中心新闻、实验教学论坛、设备管理、学生预习、学生选课等功能于一身。
实验教学中心是校院两级管理、相对独立运作的开放性实体,实验教学实行准入制与开放式运行:①生物学基础实验教学实行预习准入制,学生在线完成教学内容预习和测试、获得合格后,进入实验室进行开放性操作,允许在一定时间范围内完成。②拓展性实验和学生SRT项目,实施全开放。
6 注重实验教学中心实验教学保障体系建设。硬件保障:生物学实验教学中心专用建筑面积达7200m2。中心下设仪器台套件数充足的生物学基础实验室和专业实验室、设备先进及精密的创新性实验室和大型设备实验室、资源丰富及实践性强的博物馆、生物工程中试车间及校内动、植物学实践基地。截至目前,实验仪器已超过2000台(套),资产超过2500万元,设备完好率100%,设备利用率100%。为开展研究性实验教学、开放性实验教学提供了保证。
经过多年的建设,南京师范大学生物学实验教学中心已经拥有一支教学梯队整齐、年龄与职称结构合理、学术背景多样、研究领域开阔、教学与实践经验互补的实验教学团队。参与实验教学的教师队伍中,现有教授15人、副教授12人、高级实验师4人、讲师和实验师3人、助教7人。博士学位获得者20人、硕士学位获得者12人。平均年龄不到40岁,以中青年教师为主体的师资配备,年龄梯队呈现出良好的发展潜力。分别来自于中国科学院、南京大学、南京农业大学、中国药科大学、南京师范大学等院校以及多位从国外留学回国的高层次人才,涉及生物学、农学、医学、药学、海洋、化学、食品、工程、环境科学、生态学等学科,具有良好的学缘结构,具有多学科交叉、互补的优势。
中心建制:生物学实验教学中心实行校院两级管理、相对独立的实体运作,工作任务相对独立,所有实验课程独立设课,承担生科院内外的全部实验教学任务,在生科学院教学委员会和实验教学中心管理委员会指导下,开展实验教学课程体系、实验内容、实验教学方法的改革与研究,进行教学实验室的建设与管理。
人事制度:设立实验教学关键岗、高职岗位,建立人性化、激励先进、职称及进修深造有发展空间的人事制度,稳定了实验教学队伍。
7 发挥南京师范大学师范教育特色,推进中小学实验教学。南京师范大学生命科学学院是江苏省中学生物教师培养基地,是中学教师生命科学理论更新和现代生物学教师技能培训的基地,承担国家中学生物学教学课程标准制定、教育与实验的编写及主办《中学生物学》杂志,每年承担江苏省中学骨干教师培训的实验教学任务。
8 利用南京师范大学生物学教学中心资源优势,发挥辐射作用。目前,生物学实验教学示范中心开设的实验课程数为12门,实验项目数144个。每年承担6个专业类(逾千名本科生)186000实验人时数的实验教学任务。2004年,生物学实验教学中心被江苏省教育厅遴选为首批面向南京仙林大学城的基础课共享共建实验室,是省校院三级共建项目,接受南京医科大学、南京中医药大学、常熟理工学院和南京晓庄学院等院校本科生来本中心进行实验课程学习,接受了省内外几十家高校的参观学习,已成为共享的生物学实验教学基地。
参考文献
在科学研究方面,政府每年也投入大量经费,对生物及农业技术、医药、环境、能源、信息技术、水利工程等多个领域的研究进行支持。一直以来,被视为欧洲门户的荷兰都享有与欧洲其他主要生命科学园地联系的地理优势。生物技术的发展被视为荷兰社会可持续发展和经济繁荣昌盛的重要决定性因素。目前荷兰拥有300多家生命科学企业,18所拥有生物技术专业的高等院校,以及政府及公共或私人成立的生命科学研究单位。在生物学、血液技术、心血管疾病、免疫与疫苗等领域的研究开发和产业化都取得了令人瞩目的成就。农业方面,研究人员致力于改良畜牧方法和动物分子生物技术的研究开发,尤其是动物和植物基因组学的研究已成为热点。荷兰凭借畜牧和种植业方面所拥有的丰富专业经验和技术已成为世界第三大农业出口国。在清洁高能效的流程的应用以及再循环材料的使用研究中所取得的成就,使荷兰在环境生物技术界也享有盛名。
近年来,荷兰已成为中国学生出国深造的优选国家之一,来荷留学人员日益增加,目前已达8000余人。其中很大比例的留学人员在生命科学相关专业领域深造、学习。荷兰华人生命科学协会也在这一过程中逐渐发展壮大。
协会历史
1995年7月,近40名从事生命科学研究的旅荷中国学者聚集在荷兰生命科学之城瓦赫宁根(Wageningen)召开了“首届旅荷中国学者生命科学学术讨论会”,旨在促进旅荷中国学者的学术交流,增进相互间的联系与合作。并于会后成立了“旅荷中国学者生命科学学会”,推选钟筱波(现为美国堪萨斯大学医疗中心教授)、党志超(现为荷兰国家公共卫生与环境研究院物质评估中心的高级评估师和工程师)、漆小泉(现为中科院植物研究所研究员)、徐超(现为沈阳医学院公共卫生学院院长)等留学生为第一届理事会成员,并招募会员,为促进旅荷中国学者和国内学者之间的学术交流积极工作。
2010年,学会更名为荷兰华人生命科学协会(英文名称为Chinese Association of Life-Sciences in the Netherlands,英文简称为CALN,以下简称“协会”),并于2011年8月25日在荷兰工商局(Kamer van Koophandel, KvK)成功注册。
协会是一个独立自主的、自发性的学术性非营利组织,为全欧华人专业协会联合会(Federation of Chinese Professional Associations in Europe,FCPAE)成员。协会的各项活动得到中国驻荷兰使馆教育处的指导与大力支持,与荷兰境内主要的中国学联、其他学术团体、高校科研机构以及国内相关单位保持密切联系,开展相关学术交流活动,为在荷生命科学领域学习、工作人员提供交流平台,为中荷科学合作搭建桥梁。近年来,协会也在积极与欧洲其他专业协会,尤其是生物医药领域的专业协会开展密切合作,共谋发展,为国服务。
组织结构
为更好地为会员服务,协会根据多年发展经验,编写并完善了《荷兰华人生命科学协会章程》。章程规定协会实行会长负责的理事会制度。协会设会长1名,负责统筹各部门工作;荣誉会长1名,作为顾问,为协会健康发展提供建议;理事会成员6名,分别负责办公室、学术部、宣传部、联络部、信息部和财务部工作;每个部门具有2~5名干事协助部门负责人开展具体工作。
近年来,随着留荷中国学生人数的上升,以及协会影响力的扩大,目前协会登记注册会员已达300余人,分别来自荷兰各大高校、科研院所的学生和学者,以及生命科学领域的企业单位工作人员。计算机科学、物理科学和社会科学等大量学者也有加盟。众多会员已成为行业专家甚至领军人物,活跃在荷兰或中国的科研机构、政府机关或企业界。
宗旨及主要职能
自成立之初,协会一贯秉承“为在荷华人科学工作者专业交流、寻找合作契机提供平台”的工作宗旨,团结集体力量。目前,协会通过组织开展多种学术交流活动,为会员提供工作信息,接待国内来荷访问团,组织“春晖计划”回国访问创业团队,引荐各种高层次人才(不限于生命科学领域)回国工作等。希望通过这个平台,增强会员之间的了解,并促进合作,为广大海归提供更多的发展空间,构建起海外华人与中国生命科学发展的桥梁。
协会拥有自己的网站caln.nl,定期新闻、学术交流活动信息、回国发展或为国服务信息等。从2012年开始,协会定期在网上通讯,并通过邮件系统为会员提供信息服务。
主要活动
2011 春季论坛
2011年2月26日,协会携手华大基因(BGI)在荷兰莱顿大学共同举办“荷兰华人生命科学暨华大基因2011春季论坛”。莱顿大学医学中心(LUMC)、荷兰国家生物信息学中心(NBIC)、中国科学院苏州生物医学工程所(SIBET)等中荷多个科研机构的专家和代表,与来自华大基因,帝斯曼(DSM)及亿派国际(INSPIREES)等企业界人士,围绕“人类健康、基因技术及其产业化”的主题,作了精彩演讲,使听众了解测序技术和基因组学方面的最新科研动态,并就“个人职业规划与国家发展”等话题,同与会人员展开热烈的开放式讨论,显身说法,使青年学生学者颇受启发。
关键词:蛋白质化学;课程体系;专业选修
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)04-0219-03
一、开设《蛋白质化学》课程的重要性
21世纪是生命科学的世纪,生命科学的研究中,蛋白质科学的研究是热点和前沿。2001年,人类基因组草图由两个独立机构描绘出来,分别发表在《科学》杂志和《自然》杂志上,截止到2005年,人类基因组计划的测序工作也已经基本完成。然而,科学家们很快发现,人类基因组测序工作的完成,并不意味着生命科学研究的终点,相反,一个更具挑战性的任务放在每一位生命科学工作者的面前:了解基因的功能,即所谓功能基因组学。而蛋白质组学则是功能基因组学的重要研究领域,欲进行蛋白质组学的研究,了解蛋白质化学的相关知识和实验手段是前提和基础。目前,各大高校在生命科学学院基本都开设了《生物化学》必修课程,该课程阐述了蛋白质的相关基本知识,然而,对于从事蛋白质相关的创新性实验研究以及有志于今后从事蛋白质研究的学生来说,《生物化学》课程对蛋白质知识的讲授满足不了科研的需求,因此,在本科高年级进行《蛋白质化学》的授课是非常必要和迫切的。
二、《蛋白质化学》教学体系初探
目前,开设《蛋白质化学》课程的高校并不多,开设了这门课的高校,其教学体系也各有侧重,这主要是由于《蛋白质化学》课程的特点是内容多、难度大、更新快。立足于上海大学短学期制的教学实际,想要在短短十周内覆盖蛋白质化学的所有内容是不切实际的,因此,笔者对这门课程的体系设置所采取的总体指导方针是:立足基础、把握重点、推陈出新和结合实际。具体课程体系安排如下:
1.蛋白质的结构。这部分内容又分为两部分:蛋白质结构的理论篇和方法篇。理论篇中,主要对《生物化学》课程蛋白质结构的相关内容进行复习和提升。之所以要复习提高这部分内容,是因为蛋白质结构的相关知识是所有蛋白质研究的起点和基础,无论是分离纯化还是分析鉴定,又或者是研究蛋白质的相互作用,都需要这部分知识的牢固掌握,因此,对这部分基础内容,笔者认为,需要不遗余力地强化和巩固。而在教学中,笔者也发现,学生对这部分基础内容的掌握确实不够扎实,从氨基酸的英文三字母缩写,氨基酸在缓冲溶液中的带电性质,到二十种氨基酸对二级结构的贡献等,都需要强化记忆。在方法篇中,主要介绍蛋白质结构的研究方法,包括一级结构的研究方法和高级结构的研究方法。蛋白质一级结构的研究方法除了经典的Edman降解法之外,还有目前科研常用的质谱法,这两种都是直接测序的方法,另外介绍了更高效的间接测序法:基因测序法,也称重组cDNA技术,即由重组cDNA的序列倒推氨基酸序列。通过蛋白质一级结构的最新研究方法的介绍,使学生直接感受到科技的进步,激发学习的热情。蛋白质高级结构的研究最有效的两种手段是X射线衍射和核磁共振法,这两种方法的适用对象不同,也各有其优缺点。除此之外,对结构已知的蛋白质进行研究时,也可能会用到一些蛋白质结构的研究手段,如圆二色光谱(CD),主要用来研究缓冲环境、配体、离子等对蛋白质二级结构的细微影响。掌握这些内容,对于学生今后从事这方面的研究打下了良好的基础。另一方面,对已知结构的蛋白质结构信息的有效搜索和了解,对该蛋白的深入研究有很好的辅助作用,因此,对蛋白质数据库的了解和使用,就显得尤为重要。丰富便利的网络资源让蛋白质数据库的接近不再困难,如何有效查找相关信息成为学生的必修功课。我们向学生推荐了国际上最完整的也是最常用的蛋白质结构数据库:PDB数据库,包含了约7万个生物大分子的三维结构信息,信息量丰富且查找方便,是蛋白质研究者的利器。PDB数据库中的蛋白质信息可以下载并进行脱网研究和分析,这就需要一款可以查看和分析蛋白质结构的软件,Rasmol软件满足了这种需求。Rasmol软件是一款免费的小巧软件,却可以达到准专业级的水平。对于普通从事蛋白质研究的人员来说,这款软件是非常实用的。我们在课程中向同学们介绍了这款软件,也深得同学的喜爱和赞赏。
2.蛋白质研究的常用手段和方法。在对蛋白质结构知识掌握的基础上,教学进入下一个非常实用的环节:蛋白质研究的常用手段和方法。这部分内容也可粗分为两大块:蛋白质的分离纯化方法和分析鉴定方法。在蛋白质研究的常用手段和方法中,首先应该掌握的是蛋白质的分离纯化方法,它们是研究蛋白质的必备武器。这部分内容非常丰富,我们重点介绍了两大手段:聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白质层析。电泳是生物化学实验中常用的实验方法,它既可用于核酸的分离分析,亦可用于蛋白质的分离鉴定。在了解基本的电泳原理的基础之上,明确各种电泳方法适用的对象以及各种形式的电泳所能够起到的效果就成了教学的重点和难点。蛋白质层析也包括了一系列的层析方法,如离子交换层析、亲和层析、凝胶过滤层析等,各种层析方法的原理不同,所能达到的效果、起到的作用也不尽相同,如何根据研究对象的不同,从而选取有效的层析手段来达到预期的效果就成了解决问题最关键的所在。蛋白质的分析鉴定手段也很多,有跟分离纯化相关的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、western blot的方法,也有酶联免疫吸附测定(ELISA)等。由于ELISA方法是基于抗原抗体的免疫反应,所以,教学过程中还要简单介绍一些免疫学的相关知识,使学生更好地掌握这部分内容。总体而言,在教学中,这部分的重点是对实验原理的讲解,使学生在掌握实验原理的基础上明白各种实验方法如何被正确运用到实际研究工作中去。在缺乏配套实验教学的情况下,如何让学生理解这些手段、如何在实际研究中得到运用成了笔者必须直面的问题。对此,笔者采取的方法是让学生阅读相关文献,每讲一种实验方法,就配套一两篇中英文文献,文献的内容以相应的实验方法为主,并解决了某个科研问题。文献的接触以中文文献开始,慢慢过渡到英文文献。借助文献,学生不仅可以牢固掌握相关实验手段的实验流程和所能解决的科研问题,也能深入理解实验方法对科研的意义和重要性,避免了学生学习蛋白质实验手段的盲目性。此外,文献还能帮助学生了解最新的科研进展,接触最新的科研领域,拓宽了专业的视野,为今后的研究打下良好的基础。
3.热点蛋白质的专题介绍。事实胜于雄辩。在蛋白质化学系统理论与方法教学的同时,插入一些热点蛋白质的专题介绍,可以充分调动学生的听课积极性。例如,2008年诺贝尔生理或医学奖授予发现和推广绿色荧光蛋白的三位科学家,那么,绿色荧光蛋白究竟是一个什么样的结构,它为何拥有如此优良的性质,学生对此具有强烈的好奇心,因此,介绍绿色荧光蛋白这一特定蛋白质的结构和性质时,学生就听得非常认真,教学效果自然很好。并且,通过绿色荧光蛋白专题,还增进了学生对生物发光以及生物标记等领域的了解。再比如,蛋白质的非正常聚集跟很多疾病如疯牛病、老年痴呆症(又称阿兹海默症)、帕金森症相关,那么,蛋白质的聚集究竟是由什么引起的,蛋白质聚集的过程中,它们的结构又发生什么样的变化,这些都是学生迫切想弄清楚的问题。通过对其中一两种疾病相关蛋白的介绍,使学生深切认识到蛋白质的结构对于维持机体正常功能的极端重要性。同时,将蛋白质聚集这样一个值得深入探讨的科研或医学问题在课堂上提出来,也可引导一部分极具潜力的学生去从事相关研究工作。
【关键词】蛋白质组学;农业生物科学;研究应用
一、引言
蛋白质组学是一种用于解决蛋白质在现有水平之上,运用大规模转基因的方式发挥蛋白质应有的功能。蛋白质组学是基于蛋白质功能体系所形成的前所未有的一种中大突破,其通过利用生化研究的途径,顺利的攻克了这一难关。随着我国社会主义现代化的飞速发展,我国城乡之间人口流动的比率不断提高,从而促使了我国从事农业生产的居民越来越少,进而增加了我国对转基因农作物、林业乔木等农业生物开发的依赖。但是,由于人们对转基因产物的认识性不足,带来了这些产物在我国社会中的普及性程度不够,并且也带来了这一领域发展的困难。蛋白质组学相关研究能够顺利的让我国人们和科研领域从对基因层次、核酸层次的认识顺利的过度到了直接从蛋白质层次对诸多基因产物的认识。并且随着我国乃至世界对蛋白质组学的深入研究,这一领域在不久的将来将会成为生命科学研究领域的核心,其能够解决当前在农业生物科学研究领域遇到的诸多难题。因此,作者在本文中主要结合自身多年从事生命科学研究领域的经验,对这一追随时代潮流的理论进行研究,并就其适用的主要领域(农业生物科学领域)展开应用研究。
二、蛋白质组学在农学基础研究领域中的应用研究
蛋白质组学在农学基础的研究领域中主要应用于以下几两个方面:(1)农作物与微生物之间相互的作用机理。有关文献表面,农作物在生长过程当中会与微生物的生存之间存在对资源的竞争,其最终的生长发育会随着微生物存在的现状进行改变。那么,对于这一事实也可以用蛋白质组学理论进行解释。产生这一现象的主要原因是由于当农作物作物遭遇到微生物的共生和寄生,以及遭遇到病菌的侵害的时候,其就会改变被侵害部位的蛋白质的含量,从而向外界或者是其他未受侵害的组织或者部分传递这一信号,从而引起整个农作物个体的反应机制;(2)农作物的品质改良、提升产量问题。通过利用蛋白质组学技术,科学家发现可以提高农作物的产量,还可以改善农作物的品质。例如,著名生物学家Natarajan,其对野生型的黄豆和农户种植型的黄豆,利用蛋白质组学技术进行研究、比较其两种不同生长环境下的黄豆,其内部硫氨基酸的含量存在较大区别,从而证明了提升黄豆蛋白中的硫氨基酸的浓度,能够极大的改善现有大豆农作物产品的品质。
三、蛋白质组学在林学研究研究领域中的应用研究
时至今日,世界范围已经开始应用蛋白质组学这门技术,来对林木的生长、发育、繁殖,以及当林木受到了生物以及非生物的胁迫后产生的反应展开研究。这些研究为人们增加了眼界,使得当前人们对有关林木生物学产生了更为深刻的了解。在今天,蛋白质组学已经渗透到了农学基础领域的多个方面,例如:在林木的遗传育种领域、林木病虫害的防止领域等等。通过对蛋白质组学的应用,解决了以往让诸多从事这一研究领域科学家头疼的问题。以下作者将结合上述几种应用领域进行分别应用研究:(1)林木的遗传育种领域。著名生物学家Huang在其文中建立了具有高分辨率的和高稳定性的一种双向的电泳式的图谱,并以经过矮化处理过后的杉木叶片中蛋白质为例,运用蛋白质组学技术对其展开了有关研究。其发现,经过矮化处理的杉木其叶片蛋白质的数量较野生杉木叶片蛋白质的数量更低。(2)关于林木的逆境应答研究。著名生物科学家Renaut等人,采用情景模拟的方式,为林木设置逆境的环境,经过研究发现,在拥有六百个蛋白质的植物经过环境变化,其内部蛋白质的数量减少了百分之十,并且这些消失的蛋白质主要是与林木的新陈代谢有关。(3)关于林木病虫害领域研究。著名科学家Fan等人,以毛泡桐、白花泡桐为例,通过设置同龄和同方位的产生病虫害的部位切片,对这一切片中的蛋白质进行了单项和双向两种方式的电泳分析。其研究结果发现,这两种类型的泡桐的病虫害切片当中均找寻不到蛋白多肽这种物质,从而他们得出了这一的研究结论,即:林木的病虫害与林木中所含的蛋白多肽存在负相关的关系。
四、蛋白质组学在其他农业生物科学领域中的应用研究
蛋白质组学还可以应用于研究水产业和畜牧业的研究,例如:可以利用蛋白质组学技术,研究水产业和畜牧业的肉类不同品质、不同性状时其内部所含有的蛋白质的数量,从而判断哪种元素能够促进蛋白质总量的增加,从而改变肉质和性状。另外,也可以利用蛋白质组学技术去研究这些产业中神经组织中蛋白组的问题、逆境胁迫的应答反应,或者是用于其他领域,例如:研究分离和鉴定农药蛋白质中所包含的靶分子的结构等等。
研究基因的专业有:
1、生物科学专业,是一门前沿的边缘学科,生物科学是一门以实验为基础,研究生命活动规律的科学。一般大学都设在生命科学院内,与生物技术,生物工程是兄弟专业。其专业涉及面相当广,包括植物学,动物学,微生物学,神经学,生理学,组织学,解剖学等等。
2、临床医学专业,是一门实践性很强的应用科学专业,致力于培养具备基础医学、临床医学的基本理论和医疗预防的基本技能,临床医学专业学生主要学习医学方面的基础理论和基本知识,人类疾病的诊断、治疗、预防方面的基本训练,有对人类疾病的病因、发病机制做出分类鉴别的能力。
3、生物医学工程专业,它综合工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化生物医学工程专业培养具备生命科学、电子技术、计算机技术及信息科学有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学研究能力。
(来源:文章屋网 )
关键词:生命科学;公共平台;共享管理
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1674-2060(2016)04-0282-02
大型仪器设备平台是学校教学、科研和学科建设必不可少的公共服务体系之一,对提高教学与科研水平、促进学科交叉和融合、加强高层次创新人才的培养起着至关重要的作用[1]。整合建设公共仪器设备平台可以为多学科的相关研究提供优良的设备需求,是保证原始创新性研究顺利开展的有效途径[2]。生命科学涉及多个学科的基础理论和研究技术,已成为本世纪引发新科技革命的重要推动力量。我国已将生物技术作为未来高技术产业的重点之一,强调加强生物技术在人口与健康、农业、林业、工业等领域的应用,并强调加强基础科学和前沿技术研究,特别是交叉学科的研究,提升生命科学的基础研究水平和大力发展生物技术是国家科技发展的重点战略之一。而对于生命科学来说,80%的科学研究都是依赖实验仪器来完成的,因此建立综合性、高水平的公共仪器设备平台对于进行国际一流创新性的科研活动和提高生命科学整体研究水平具有十分重要的乃至是不可或缺的意义[3]。本文将我院的公共仪器设备平台建设管理经验及探索进行介绍,与大家共同分享探讨。
1平台的管理体制建设
1.1设备管理
学院公共平台共有仪器设备近130台,其中50万以上大型设备就有25台,为了便于管理,将仪器设备分为大型仪器设备和一般通用型仪器设备,对于一般通用型仪器设备,如实时定量PCR仪、荧光分光光度计、离心机、荧光显微镜、酶标仪等设备,学生经过实验课程或基础技术培训就可独立操作使用,实现全天24h开放使用;对于大型精密仪器设备,如核磁共振谱仪、傅里叶变换离子回旋共振质谱仪、透射电镜、X-ray单晶衍射仪、飞行时间质谱联用仪等高端仪器,采取“专人专管”“提前预约”制度,由专业的技术人员操作完成测试,老师和学生提前预约,合理安排使用时间。中心设有专家委员会,负责制定详细的管理制度和运行体制,并由设备管理调度中心将专家委员会制定的运行机制和方法实现到整个测试中心:设置仪器设备管理系统和人员调度系统,引进网络预约程序以及门卡系统,共享信息,接受预约工作,管理测试中心收费支出,调度专业技术人员等。
1.2人员管理
技术人员的管理是平台技术队伍建设的基础,良好的管理机制、明晰的岗位职责、合理的奖惩制度、开放的发展空间、规范的培训制度是调动技术人员工作积极性、主动性、创造性的源动力[4]。中心现有专业技术人员7人,通常一人要管理多台大小型设备,将设备根据其使用性能划分类别,并配备相关专业的技术人员进行同类别的设备管理,这样既可以解决“设备多,人员少”的问题,同时有利于新技术的开发和开展设备的深度应用。积极重视技术人员不可替代的科学贡献,学院鼓励技术支撑人员在新技术、新方法创新、仪器设备深度开发、仪器设备创新研制诸方面的积极思考和努力探索,定期由首席技术专家进行技术培训,指导技术人员解决研究技术问题,同时每年都会安排1-2名技术人员到其他院校或相关公司进行技术学习和交流,完善专业知识,提高实验技能,更好的为老师和学生提供高质量的技术支持。
2平台的教学实践
与科研院所不同,平台的主体单位为高等院校,在辅助科学研究的同时,更要为各层次教学体系及人才培养做好支撑服务。针对平台以高端大型精密仪器设备为主的特点,教学对象主要以研究生为主体。对于硕士研究生开展仪器技术类实验课,通过课堂教学学生可以独立操作小型仪器设备,便于以后开展自己的课题研究;对于博士研究生除了开展实验选修课外,还定期进行专题技术讲座,学生可以根据自己的研究方向选择性地参加,及时了解先进的实验技术或有针对性地探讨仪器应用问题。对于本科教学,考虑到学生实际应用性不强,我们将硕士课程和博士课程对本科生进行开放选修,学生可以根据自己的兴趣能力及未来的发展方向选择性听课,对于能够学习掌握某一类型仪器的操作应用或能独立使用一台大型精密设备的学生,我们会颁发一个“仪器使用培训合格证书”,以便于学生在未来的工作或学习中具有一技之长,有利于拓展学生就业范围。
3平台的网络化管理及共享机制建设
在当代“互联网+”的大环境下,多数大型仪器设备中心已基本实现网络智能化管理,平台也从中科大引进一套网络管理系统,该系统管理机制灵活,可以实现不同级别的管理员、实验人员的权限认证及授权管理,还可以实现仪器的使用时间,使用效率的统计分析,以及不同实验人员使用仪器的情况的统计与分析,为大型仪器设备共享服务及决策调整提供帮助。同时通过网上预约、自动刷卡、自动计费以及指纹门禁系统等措施实现了设备自动化管理,大大降低了管理上人力成本的投入,并使平台运行更加规范高效。平台中20万以上的大型设备全部加入到校级共享平台体系中,实行大型仪器设备“专管共用”体制,独立于各学科并为各学科服务,在完成校内服务的基础上开展对外测试服务,形成“测试型的服务平台”,充分发挥共享平台的高效优势。校级共享平台实行全面开放共享,登陆系统后可以查询到每一台共享设备的详细技术性能信息、应用范围以及收费标准,同时可以在线预约,管理人员随时登陆查看,及时安排仪器使用时间,合理规划管理设备运行。共享平台的开放运行,不但提高了仪器设备的检测率和使用率,而且还加强了与其他学科及其他学校的技术交流,扩大了中心的知名度及影响力,扩展了仪器设备的应用领域,提高了技术人员的专业技能[5].
4平台的技术支持与培训
中心测试平台不仅为全院师生及其它院校提供专业的样品测试,同时还进行研究生及本科生的仪器技术培训。中心的实验技术人员负责学院相关大型设备的原理及实务培训、指导和考核。理论、原理考核合格后发给培训合格证书并获得在老师指导下操作设备的资格;学生根据自身情况,在理论、原理考核合格后在设备操作指导老师指导下进行实践操作培训,培训合格,发给设备操作许可证,并可以在攻读学位期间独立使用该设备。平台还会定期进行专业技术讲座,根据设备的功能应用,面向全校各专业方向有针对性的技术讲座,讲座人员会是中心的技术老师,也会是专业的技术工程师,相关的培训信息会及时到学校网站上,全校老师和学生都可以选择性参加感兴趣的技术讲座。技术人员也要定期参加进修培训。每年中心都会有1-2名技术人员到校外参加技术交流会议,使得技术人员及时了解本领域的技术发展动态,学习和掌握最先进的技术方法,保持科研平台的技术优势和业务水平,为用户开展高水平的科学研究和培养高素质的专业人才提供支撑。同时将这种对外参加技术交流会议作为一种奖励政策,大大激发了技术人员的工作热情,在工作中争取学习机会,在学习中提高工作能力[6]。
5结束语
通过对公共仪器设备平台的规范化、自动化管理,真正达到物尽其用,发挥大型仪器的最大效能,对人才培养、科学研究和学科建设起到积极的促进作用[7-8]。通过建立设备共享平台有利于减少科研资源分散和重复建设,便于集中优势,降低科研成本,提高科研资源的产出效益。更为重要的是能促进集成创新,促进学术交流,打破不同实验室、不同研究方向、不同学科之间的壁垒,建立良好的人际关系和学术氛围,为生命科学学科建设和持续发展提供重要的基础设施保障[9]。参考文献
[1]鲁伟,燕小安,毕卫民,等.生物共享平台大型仪器设备的自动化管理[J].实验科学与技术,2011,9(5):169-171.
[2]彭世金.构建科学的大型仪器设备管理体系研究[J].科技与创新,2015,(2):2-3.
[3]鲁伟,李莉,胡颖.生物实验室仪器设备的管理与共享[J].实验科学与技术2011,9(1):158-160.
[4]师亚敏,潘勋.公共科研平台技术队伍建设与人员管理的实践与思考.实验技术与管理,2015,32(9):233-235.
[5]花蕾,蓝闽波.分析测试中心大型仪器设备网络平台建设与管理[J].实验室研究与探索,2013,32(12):244-246.
[6]赵贞,徐勇鹏,林.高校“大型仪器独立操作资格”制度的管理与实践[J].实验技术与管理,2014,31(11):242-245.
[7]王会文,肖俊生,边蕊.加强高校仪器设备管理提高仪器设备利用率[J].实验室科学,2015,18(1):196-198.
[8]杨洪涛,杜法亮,刘晓辉,等.生物实验中心大型仪器管理及共享平台的建设[J].实验室科学,2014,17(5):171-173.
关键字:生命科学;生物现状
我国是一个生物资源大国,有着丰富的动植物和微生物资源和广阔的市场需求,同时我国还是一个人口大国,这就为生物技术产业的发展提供了必须的条件。以医药行业为例,最近一些年,恶性肿瘤、心脑血管疾病等高发病都严重威胁着我们正常的生活水平,影响着老年人的生活质量,而这些病目前还没有有效的治疗手段。因此,在医学领域的基因治疗、肝细胞治疗和生物芯片等治疗技术就显得尤为重要。
经过我国多年的不懈努力,我们在生命科学和生物技术领域已经取得了一定的工作基础。从1965年我国在世界上首次人工合成牛胰岛素到参与国际人类基因组计划;从基因工程药物和疫苗的研制生产,在生物制药领域我们取得了颇为丰硕的成果。另外,生物技术的研发,对于农业生产和环境保护也具有相当的作用。比如水稻的杂交技术解决了世界关注的粮食难题。所以,总体来说,我国目前在生命科学和生物技术领域是有一定影响力的,而且多年的累积,也让我们有了冲击国际前沿的实力和技术。
一、我国在发展生命科学和生物技术的现状分析
我国生命科学起源于医药和农业的方面。在上个世纪50年代前后我国成立了生物化学、细胞生物学以及神经科学等研究机构。70年代的时候,我们已经具备了相对比较完整的现代生命科学和生物技术的科研体系。截止目前为止,我国已经形成了四足鼎立的局面,代表着生物技术和生命科学研究的四大基地已经形成规模:北京基地(着眼于农业和环境的研究),上海基地(人口和健康的研究),西南基地(生物多样性研究),武汉基地(水生生物和病毒学研究)。
现阶段我国优先发展的生命科学领域内容包括基因组和蛋白质组学,重大疾病相关基因的识别和克隆,分子生物学和生物花絮额,细胞学和发育生物学等等。在国际上,我国的科学家也承担了1%的人类基因组的测序,而且我国在发展中国家唯一一个加入人类基因组测序的国家,这也从侧面反映出我国在生命科学领域的实力。科学家克隆了功能新基因的全长cDNA有800多条,已经申请了一批国内外专利。
近年来,我国在生命科学领域的生物化学和神经生物学等方面取得了比较突出的科研成果。受生物科学发展的带动,生物技术也取得了长远的进步,比如,在医药生物领域,我国的基因工程药物已经有近二十种上市的产品,有二十多中种药物已经进入一、二期临床使用,处于临床试验的也有近四十种。产品的市场占有率也显著提高。
目前在国际上销量最大的医药品种,前十位当中我们能够自主研发生产八种,这说明我国的生物科技药物已经具备了自主研发的能力。在农业方面,植物基因工程的研究和杂交水稻的研究以及农业微生物基因工程研究方面,也都取得了可喜的研究成果,在很大程度上推进了我国甚至是全世界农业技术的前进。
生命科学和生物技术发展在我国虽然取得了很大的成就,但是改变不了的一点是我国的基本国情。我国是一个拥有13亿人口的大国,所以,在人口和健康领域、农业生产发展领域都面临着巨大的挑战。一些危害人类健康的疾病都已经成为社会关注的重点。农业发展在效益和质量上和发达国家也还有一定的差距,所以,这些问题都反映了我国现代生物技术产业都还处于相对较早的阶段,都需要我们向更高层次发展。
二、生命科学和生物技术发展的相应对策
要提高生命科学和生物技术的发展,我们就必须树立把握机遇的意识,要认识到这两者将对我们今后的生活产生什么样的影响和作用。生命科学和生物技术的发展关系民生,关系国家根本利益,甚至有时候能左右一个国家在国际竞争中的主动权,所以,我们必须充分认识到我们自身的优势和不足,明确我们今后生命科学和生物技术发展的重点。
要切实加强基础性研究,将基因组学、蛋白质组学等学科及其相关的新理论、新方法的放到首要的位置来抓。其次,我们花大力气来研发更新农业技术平台,改造传统农业的生态格局,促进新兴产业的发展,实现多元化经营和生产。对于先进的科技成果,我们要积极推进其应用和转化,要通过培育一批生物技术企业来提高我们的国际竞争能力。
要尽一切可能,切实加强生物资源的保护和开发利用,健全法律和法规体系,推动生命科学和生物技术发展的具体措施。1,通过保护知识产权来实现专利战略,只有这样我们才能在产业发展和国际竞争中掌控主动权,2,加速生命科学和生物技术的产业化进程,改造传统产业,使其和国际接轨,最大限度地提高其效益。3,培养行业的龙头企业,使他们在市场开发和经营方面都能够顺风顺水。4,大力发展生命科学和生物技术的同时,还要建立和完善生物安全评价保障制度,将对其保障不是一纸空文。既要让生命科学和生物科技给经济发展和人们生活带来好处,同时也要在关注生物安全方面所引起的新问题。5,通过加强和国际发达国家质检的合作和交流,开拓我们在国际市场上的合作渠道和发展空间,以此实现和世界先进技术共同发展的目的,最终造福于民。
参考文献:
[1]李学勇. 把握生命科学和生物技术发展的战略机遇. 中国软科学,2003, 3: 124.
[2]陈竺. 世纪之交的生命科学与中国生命科学界. 生命科学, 1996,8: 123.
[3]许智宏. 关于21世纪的生命科学. 河南大学学报, 2001, 41: 127.
随着生物科学的不断发展,研究生命的一般规律的有着一定成熟的方式方法,模式生物就是常用的研究方法。现在的生物学家有着一个普遍的共识,即一般性的、基础性的生物现象在较为高级的生物身上很难找出相应的规律,但是在相对比较低级的生物体中也在相应的规律可循,这就为我们研究提供了有效的手段和方法———在生物结构较为低级的物种体中研究生物的一般规律,这些规律在生物结构比较高级的物种身上是比较难寻找的。生物科学中将这种拿来研究的较为低级的生物称之为常用的模式生物。它们为我们发现现代生物的各种规律和原理提供了很多帮助。
二、优势
这些模式生物在生命科学的研究中有着不可替代的作用,在生命科学的研究领域,它们的优势是其他动植物无法取代的。首先,这些模式生物的研究相对比较简单。研究过程中受到的干扰因素较少,不需要进一步设置一些排除项,大大降低了研究的成本和工作量;其次,这些模式生物具有一定代表性。很多模式生物的研究可以代表相对比较高级生物的一般规律。例如我们可以就大脑的不同反射区功能研究基于实验小白鼠,它们可以代表人类大脑反射区的一般规律。最后,这些模式生物相对比较好培养,它们在实验室中的生殖速度相对比较快,种群数量相对比较多,由于各代之间的时间间隔较短,它们的遗传性质相对比较清楚,这些对生物研究都是十分有利的,因此,在生命科学中,它们的优势是无人能及的。
三、具体的模式生物
(一)病毒类
噬菌体是一种细菌类的病毒,它的种类很多,其中还有一些现在医学无法抑制的种类。但是作为一种生物科学研究使用的模式生物,必须具有安全性,我们常选择噬菌体有对大肠杆菌有侵蚀作用的T和λ噬菌体,这些噬菌体具有体积小,浸入寄主体内繁殖迅速,它是模式生物中最为简单的一类。由于伦理或是一些其他因素的影响,在基因重组,复制等方面的研究一直只是局限于噬菌体的身上。上个世纪五十年代,两个生物学家将将T类噬菌体的DNA及核酸用硫35和磷32进行标注,研究DNA及核酸在生殖过程中的去向问题,最后再后代的噬菌体中发现了被硫35和磷32标记的DNA及核酸,由此发现了DNA的是一种具有遗传的物质,由此可见,噬菌体在生命科学的研究中具有举足轻重的作用。
(二)昆虫类
果蝇是常见的昆虫类的模式生物。这种生物在上个世纪初就作为生物遗传学的研究对象了。一项实验成功的基础和关键第一步在选择相应的研究对象即模式生物。模式生物选择的好坏将直接影响整个实验的进程,甚至整个领域的发展和突破。果蝇是一种较常见的模式生物,作为模式生物,它的优势在于其个头小,生活规律较简单、发育速度快、具有完全变态等特征,另外它的生物形状较多,容易出现遗传的变化,例如它的眼睛有白、朱、黑、红等颜色,其翅膀有长、残、小卷等形状,这些丰富的形状特征也生物遗传学带来了很多研究的便利性。另外果蝇的神经虽然相比简单,但是很多时候表现出与人们一样的特征,例如睡觉,吃食等。果蝇为遗传学提出的很多理论作出了重大的贡献,上个世纪九十年代,一组科学家将一个果蝇胚胎细胞培养成一个特定的器官。这也在当时震惊的世界,获得了当年的诺贝尔奖。
(三)哺乳类
小白鼠是一种哺乳类生物,在生命科学的研究中,这种生物也是较为常见的模式生物。虽然小白鼠的生殖周期相对较长一些,生长发育也相比较为缓慢,但是由于它是哺乳类的生物,在模式生物中,与人类的关系相比更加亲密。小白鼠的研究就是从其皮毛开始的,现代对小白鼠的研究主要集中在其生化指标领域,例如小白鼠的新陈代谢、呼吸、血常规指标等,由于小白鼠与人类有着相比较紧的关系,对它的生化指标的研究对人类认识自己有着很好的帮助。
四、结语
人类基因组计划的实施为分子生物学家提供了大量的生物组学数据,分析和处理这些数据以探索其中隐藏的生物学奥秘需要综合利用数学、信息科学与物理学等知识,生物信息学由此应运而生[1]。它是分子生物学与上述学科交叉结合的产物,其研究已经渗透到生命科学的各个领域并极大促进了生命科学及相关学科的发展,已成为生命科学研究者强有力的辅助工具之一。国内很多医学院校已开办生物信息学课程,多种专业选择其作为必修课或选修课。该课程旨在培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理和分析的能力,但该课程的教学研究仍处于起步阶段,缺乏完善的教学模式和有效的教学方法,如何在医学院校开展生物信息学教学还有待进一步探索。
1 课程开设的重要性
生物信息学跨越了整个生命科学领域,是一门实用性很强的学科,也是未来生物医学的重要研究工具。生物技术、计算机和互联网的飞速发展引领了一个生物医学大数据时代,生物信息学在生命科学领域的地位也愈发重要。利用生物信息学的知识和方法能够深入挖掘和剖析海量生物学数据,进而探索隐藏在数据背后的生物学奥秘。无论是从分子生物学的角度阐述疾病病因,还是对疾病的预防、诊断、防治与药物设计,生物信息学均发挥了十分重要的作用,掌握该课程的基本知识和理论无论对以后的科学研究还是从事一线医务工作都具有比较深远的意义。因此,在医学院校部分专业(如:生物统计、药学等)开设生物信息学课程具有重要意义。
2 生物信息学教学存在的问题
2.1 课程内容与教学课时不成比例
生物信息学是一门综合性学科,理解和掌握该课程需要具有一定的计算机、数学和分子生物学等的背景知识。医学院校学生普遍存在理科知识比较薄弱,因此,讲解透彻该门课程需要教师在课堂上花费一定的时间普及相关背景知识。然而由于医学院校学生课程门类众多,客观条件决定无法为生物信息学安排足够多的课时。较之生物信息学繁多的内容而言,课时分配明显不足。在课时相对较少的情况下,无法深入讲解将每个章节的内容。
2.2 教学师资力量薄弱
生物信息学作为一门交叉学科,要求任课教师精通生物学、计算机和统计学等相关知识。由于国内生物信息学兴起时间较短,培养人才数量有限,且有限的人才都流向了一流的学校,普通高校无法招到专业对口的教师。因此,能够胜任生物信息学教学任务的老师十分匮乏。以该校为例,生物信息学课程没有固定的任课教师,基本由生物学、医学统计学教师完成,这些老师中大多数无法完全胜任生物信息学的教学任务。最终致使生物信息学教学质量不高。
2.3 教学模式落后
虽然多媒体已被广泛应用于生物信息学的教学中,但由于该课程涉及内容多且有大量的数据库和软件知识,导致多媒体课件的容量非常大,教师在课堂上基本是照本宣科的读完课件完成教学任务而已,忽略了学生的接受能力。这种教学模式虽然运用了先进的教学工具,但实质上采用的还是传统的“灌输式”教学,学生仍然是被动地学习。
2.4 实践教学流于形式
生物信息学是一门实践性很强的学科,实践课程非常重要。然而在教学过程中,由于各种原因实践课往往流于形式,原因主要包括:(1)教学设备及手段落后。虽然有些学校有计算机室,但计算机配置较低且未提供连网服务,生物信息学很多知识的学习需要借助互联网,例如:各种数据库、在线软件等,导致学生无法亲自操作而降低实践课学习效果;(2)课时少、内容多。生物信息学的章节往往涉及到很多软件和平台,甚至有些软件需要编写程序。在实践课时少的情况下,无法在短时间内让学校亲自操作每一种软件。
3 教学改革
3.1 针对不同专业精选教学内容
针对生物信息学内容繁多的事实,应针对不同专业特点精心挑选课授课内容,在有限的课时中让学生学到最基本且重要的生物信息学理论知识。另外,要善于挖掘课外时间,组建课外兴趣小组,设置研究课题作为课外作业,巩固和加深学生对生物信息学的理解。
3.2 培养和引进专业人才
教师知识的渊博程度和教学水平的高低对教学效果的影响十分明显。因此,在教师队伍建设上应采取“走出去,引进来”的措施,一方面挖掘该校教师的潜能,支持和鼓励该校年轻教师到国内外知名高校访学和进修,着力提高该校教师自身的知识素养与技能;另一方面提供丰厚条件引进国内外生物信息学高层人才,为生物信息学教学队伍增添新鲜血液。此外,还可通过定期或不定期举办讲座等方式创造机会加强该校教师及与兄弟院校的交流合作,加强学科建设,提高生物信息学教师的综合素养。
3.3 推进“教、学、研”一体化创新教学模式
针对生物信息学课程的特点,一方面根据课程内容设计小型科研课题激发学生的科研兴趣;另一方面鼓励并指导学生申报学校、省级或国家级大学生科研项目,并鼓励学生参与教师的科研项目,积极开展“教、学、研”一体化的创新教学模式,即融教师的“教”和学生的“学”,以及教师和学生共同参与到“研”的过程于一体[2]。通过这种教学模式能够极大激发学生对生物信息学课程的兴趣和创造力,促使学生快速高效地掌握生物信息学理论和实践知识,有利于学生变被动的学习为主动探究式学习。与此同时,也能够让学生尽早地融入到生物学科学研究的大环境中来,学会合作、学会创造,真正地做到学以致用。
3.4 加强实验课教学
生物信息学实验课教学离不开计算机和网络,加强实验课教学需要在现有设备的基础上,升级计算机配置,并为每台计算机提供上网功能,保障实验课教学顺利进行。积极鼓励学生自带计算机,方便课后继续学习。此外,充分利用发达的互联网技术,创建网上教学平台并将教学内容,最新分析软件等传递给学生,通过教学平台加强与学生的交流互动,及时解决学生学习过程中遇到的问题。在教学内容上,要精简实验课内容,选择有代表性的软件和数据库进行深入讲解,将其它的软件、数据库等相关知识设计成小型研究课题作为作业布置给学生,提高学生自主探索的学习能力。