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1.科学计算可视化技术研究背景
科学计算可视化作为一个研究领域开始于1987年,它首先是为了高效地处理科学数据和解释科学数据而提出并形成的。它将大量枯燥的数据以图形图像这种直观的方式显示出来,使观察者可以准确地发现隐藏在大量数据背后的规律,从而帮助人们更好地理解和分析这些数据。
VISC的研究包括两方面:一是VISC工具的研究.即如何把科学数据、数值图像转化成可视图形与可理解信息的算法和工具;二是VISC应用研究,即把可视化工具应用于科学和工程的各个学科的方式和方法。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域。科学计算可视化技术的意义重大,它大大加快了数据的处理速度,使每日每时都在产生的庞大数据得到有效的利用;实现人与人、人与机器之间的图像通讯,增强了人们观察事物规律的能力;使科学家在得到计算结果的同时,知道在计算过程中发生了什么现象,并可以改变参数,观察其影响,对计算过程实现引导和控制。
2.科学计算可视化技术在现代教育方法中的应用
信息时代,学习是一种社会活动,个人不能脱离社会环境孤立地学习,抽象、多维信息的处理能力显得日益重要,如果把科学计算可视化与教育有机地结合,教育与社会需求之间的差距将得以缩小,因为科学计算可视化本身是对客观对象的模拟,所构建的学习环境与实际生活情境相关。科学计算可视化的沉浸性和交互性为学习者提供了可以直接交互的三维立体空间,并将学习者置于主动学习的中心地位,有利于学习者知识的建构。
2.1虚拟现实技术制造“真实”感受
虚拟现实可以彻底打破时间的限制,对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟,通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如,利用虚拟实验系统,学生可以进行温室效应、电路设计、建筑设计等方面的探索学习,从而研究出二氧化碳对全球气候的影响规律,或设计出新的电路、新的建筑物。虚拟现实的沉浸性和交互性,使得设备与环境塑造更接近于真实,有利于学生的技能训练,如军事作战技能、外科手术技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等。
美国巴尔的摩Johns Hopkins大学的化学工程系教授卡尔威在计算机网络上建立了一个虚拟实验室,模拟各种实验,让工程系的学生通过计算机网络来做实验,尝试解决工程上遇到的各种问题。例如,通过一个虚拟的钻油实验,学生可以知道某个位置的油井的深度,从而估计油层的形状及所需费用。
2.2计算机动画展现“实物”效果
计算机动画在教育方面有着广阔的应用前景。有些基本概念、原理和方法需要给学生以感性上的认识,在实际教学中有可能无法用实物来演示。这时借助计算机动画把各种表面现象和实际内容进行直观演示和形象教学,大到宇宙形成,小到基因结构,无论是化学反应还是物理定律,使用计算机动画都可以淋漓尽致地表示出来。
另外计算机动画在网络游戏、文化娱乐等方面也有着广阔的应用前景。基于PC的三维游戏正在不断增加,其制作也离不开三维动画技术。开展三维数据场可视化技术研究,探索提高体绘制质量、速度的理论和关键技术,对于完善可视化理论、拓展体绘制的应用领域等都具有重要的理论和实践意义。
3.科学计算可视化技术对于现代教育方法的价值及意义
从教育的发展过程看,任何一种新技术、新媒体的出现,都会引起教育上的革命。例如,纸和印刷术的出现,广播和电视技术的发展,计算机和网络技术的发展,都曾引起了教育在质的飞跃。毫无疑问,科学计算可视化与教育相结合,也一定会在教育领域中产生质和量的飞跃。因此,探讨科学计算可视化与教育相结合的理论依据,无论是对教育的发展,还是对科学计算可视化技术自身的发展都是必要的,也是现实可行的。利用计算机动画技术,可将科学计算过程以及计算结果转换为几何图形或图像信息并在屏幕上显示出来,以便于观察分析和交互处理。计算机动画已成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具,即“科学计算可视化”。
实现科学计算的可视化具有多方面的重要意义。它可以大大加快数据的处理速度,使庞大数据得到有效利用;可以在人与数据、人与人之间实现图像通信,从而使人们能够观察到在传统的科学计算中发生的现象,成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具;同时,还可以实现对计算过程的引导和控制,通过交互手段改变计算所依据的条件,并观察其影响。总之,科学计算的可视化将极大地提高科学计算的速度和质量,实现科学计算工具和环境的进一步现代化,从而使科学研究工作的面貌发生根本性的变化。
研究的课题:农村小学现代远程教育教学方法的研究
个人子课题:农村小学现代远程教育模式一教学方法的研究
研究时间:2019年2月——2019年7月
一、课题研究的主要目的:
1、把农村小学现代远程教育模式一的资源运用到教学中去,最大限度地发挥现代远程教育设备的作用和资源优势,进一步提高学校农远卫星接收室、光盘播放教室的利用率,让师生能更加充分享受到更好、更优的教育。从而形成新的理论、新的教学方法,优化课堂教学结。
2、在实验的过程中,学习、培训、提高自己、丰富自己,成为学习型的教师,走教师专业化发展之路。
二、课题研究的主要内容:探索总结农村小学现代远程教育模式一的教学方法。
探索农村小学现代远程教育模式一的教学方法,全面提高自己在光盘教学环境下开展师生互动、生生互动的教学方法,利用随机出现的音、视频资源,创设教学环境,开展有效学习。
三、具体工作安排:
二月份:
1、参加课题组成员会议,认真学习研究方案。
2、依据学校课题研究方案,协助子课题负责人制定好子课题研究方案。
3、制定个人课题研究计划。
4、参加课题实验课听课评课,并写好感受上传到博客中。
三月份:
(1)加强理论学习,认真钻研有关《农村小学现代远程教育模式一教学方法的研究》的理论知识。
(2)积极参与课题组的听课、评课活动。
(3)丰富博客内容。
(4)撰写教育教学论文参加市局优秀论文评选活动。
四月份:
(1)做好课题组的学习交流活动。
(2)认真阅读课题组上课教师的研讨课教案和说课稿,及时反思总结。
(3)及时收集、整理课题组上课教师的教学设计、说课稿、评课内容等,并上传到个人博客。
(4)整理参加课题理论学习的笔记,总结各项课题活动情况,写出心得体会上传个人博客。
(5)认真准备课题实验课。
五月份:
(1)做好课题组的学习交流活动。
(2)积极参与课题组的听课、评课活动。
(3)及时收集、整理课题组上课教师的教学设计、说课稿、评课内容等,并上传到个人博客。
六月份:
(1)总结本学期课题研究的收获与体会
(2)撰写个人课题小结,并参加校课题小结交流。
【关键词】科研活动 思维方式 优化与转型
现代科学技术的发展呈现出许多新特点。一方面学科间的交叉和渗透日益密切,另一方面科学技术与社会的联系也越来越紧密。科学技术发展的这一新特点和新趋势,不仅使现代科学研究和技术创新增添了许多新内容,而且对科研工作者也提出了一系列新要求,其中思维方式的更新和转变就是摆在科研人员面前的一个紧迫任务。如果说,在人类社会的发展史上,由于科学技术的发展长期落后于物质生产,使得实践经验曾掩盖了思维方式和思维活动的重要性,那么,随着科学发展从积累经验向理论概括过渡以及科学技术在生产实践中指导作用的加强,使人们愈来愈加深了对思维活动和思维方式重要性的认识。特别是现代科学技术的发展和社会实践的需要,要求人们必须确立新型的思维方式以适应新的发展趋势。历史事实证明,先进的、科学的思维方式有利于科学技术的发展和社会进步;而陈旧、落后的思维方式则阻碍科学技术的发展和社会进步。因此,思维方式的更新和转变具有十分重要的意义。
在现代科学技术发展条件下,科研人员必须重视思维方式的更新和优化,力争实现以下六个方面的转型。
由封闭型转向开放型
由于历史的原因和各种条件的限制,过去人们的开放意识不强,就科学研究而言往往把自己局限在一个狭小的范围里进行封闭式的思考和研究活动。人们只顾自己的身边事,很少考虑外界事物的发展变化。在这种思维方式的影响下,人们在科研活动中只看到本学科、本专业的发展,而看不到其他学科的发展和各个学科以及科学和技术之间的联系;只看到本国和本民族的科学成就,而看不到别的国家和其他民族的科学成就;只注意科学本身的发展和理论成果的出现,而忽视科学的实际应用和科学技术与社会的结合等问题。这是阻碍科学技术正常发展和突破创新的主要因素。现代科学技术的发展和改革开放的社会环境,开阔了人们的眼界,要求人们在科研活动中必须摆脱封闭型思维的束缚,逐步转向扩展思维空间范围和时间跨度的开放型思维方式,从广阔的外界环境中汲取先进的、美好的东西,从而加速自身的发展。因此,转变过去那种封闭型的思维方式,进而确立开放型的思维方式已成为时代的要求和历史的必然选择。
由静态型转向动态型
静态型思维习惯于用静止的观点和方法思考问题。因此,它容易使人思想僵化、不思进取,在科学研究中除了“唯上”就“唯书”,往往会导致懒惰和守旧的陈规陋习。客观世界是不断运动和发展变化的,科学研究作为对客观世界的探索活动,要求具备节奏快、反应灵敏、高效动态的思想品质。过去那种“静观待变”和单纯“守业”的思维习惯,已不能适应科学技术发展的客观要求。人们在现实的科学实践活动中逐渐意识到只有敢于创新,勇于突破旧习惯,以运动、变化、发展的观点去思考问题和解决问题,从保守性的低效静态思维转向具有开拓性、创造性的动态思维,才能在科学研究领域中不断发现新问题、新现象,促进科学技术的发展和社会的进步。因此,在现代科学技术发展和社会实践的带动下,必须实现思维方式由静态型向动态型的转变。
由单维型转向多维型
单维型思维方式只有一个思维指向,一个思维角度,一个逻辑规则和一个评价标准,从而只形成一种思维结果。这种思维方式在科学研究中的集中表现就是单一化:“一刀切”、“一本经”、“一条道”。只看到事物的一个方面和一个层次,只从一个角度、一种方法去观察和分析事物,因而不能全面而深刻地认识事物,无法达到对事物进行规律性的认识。我们所面对的客观世界是一个错综复杂的整体系统,会有许多新事物、新问题,瞬息万变,纷繁复杂。在这种情况下,作为探索客观世界的科学研究活动,必须摆脱那种单维型思维方式的局限,不断扩大思维的联想跨度和转换跨度,善于在多样性的统一中进行全方位、多变量的思考和系统比较思考,进而建立起一种多维型的立体化思维方式。否则,面对复杂的客观世界就会显得一筹莫展,无所适从了。与单维型思维方式相比,多维型的思维方式在现代科学研究活动中具有十分重要的意义。如它有利于开拓新的认识领域;有助于人们接受真理;有利于增强科学精神等。总之,单维型思维方式使人喜一不喜多,而多维型的思维方式反对处理问题上的一刀切,它主张具体问题具体分析,并用多种方法去认识事物,用多种标准去衡量事物,用多种模式去处理问题。因而能激发人们的创造精神,导致思维的活跃和思想的开放。可见,确立多维型的思维方式不仅是历史的必然选择,而且具有重要的现实意义。
由分散孤立型转向群体合作型
现代科学技术发展的整体化和综合化趋势,不仅影响着科研人员的思维方式,而且也改变着科学活动的组织形式和结构。即由过去科学家个人以自由方式进行研究,逐渐转变为多人合作,共同攻关的新局面。当前,越来越多的科学家都在采用合作的方式去攻克科学研究中的难题,这表明了时展的特征。许多重大的科研项目,不仅需要国家组织的合作攻关,甚至采取国际间的合作。如美国著名的“曼哈顿工程”就曾动员了15万名各类学科的科研人员,而全球大气测量则有144个国家的科研人员参加。很显然,合作研究已经成为强大的动力,对现代科学技术的向前发展正起着日益重要的作用。如它有助于知识和能力的互补,充分发挥科研主体的潜能;有利于焕发创造热情,在竞争中获胜;有利于缩短研究周期,提高科研效率;有利于科技人才的出现和成长等等。因此,肩负历史重任的科技工作者,必须学会与人进行有效合作,充分发挥自己的潜能,为科技进步和社会发展做出自己更大的贡献。
从单纯的定性描述转向定性定量的有机结合型
传统的科学思维方式在研究事物的发展变化时,往往以定性描述为主,对客观世界的认识也只局限在事物的质的规定上。这对掌握事物的内在本质以及区别不同事物都是必要的。但是,任何事物及其发展都是质和量的有机统一,只有掌握了事物的量,才能具体地认识事物的质。现代科学技术的发展要求人们不仅要把握事物的质,而且要求把握事物的量,并且通过量的规定精确地把握质的规定。在实际的科学研究活动中,定性分析和定量分析并不是彼此对立和相互排斥的。而是互为前提,互相补充,互相规定和转化的。因此,只有把定性分析和定量研究有机地结合起来,才能适应现代科学技术和社会经济发展的需要。
由科学技术的发展而带来的社会生活各个方面的科学化程度的提高,对精确的定量研究提出了越来越高的要求。不论经济发展、科学研究、战略决策、工程项目还是其他许多复杂问题的研究解决,都要求有准确的数量上的分析和计算。同时,在现代社会中,决策、预测对人们的实践活动显得越来越重要了,而正确的决策和预测往往需要有数量化的模型作为前提和依据。所以,定量化的思维方式在科学认识和实践活动中具有特别重要的地位。
在对事物进行数量研究方面,现代科学技术的发展为我们提供了许多新的数学工具以及先进的设备和精密的仪器。如数学方法的有效运用以及高精度分析测试仪、电子计算机等等的出现,对复杂系统进行定量研究提供了新的可能和有效途径。因此,定性和定量相结合的思维方式已经成为了现代科学思维方式的主要特征。
由经验型转向科学型
人类在认识世界和改造世界的过程中,积累了丰富的知识和经验。这些知识和经验无疑是人类的宝贵财富。在过去的科学研究活动中,经验型思维方式有着无可比拟的优越地位。“老马识途”,“老而为师”等等都是人们重视经验思维的明证。长期以来,人们在思维定向上往往偏重于过去,偏重于经验,习惯于面向过去,更多地用过去的经验、框框来看待和认识问题。而时至今日,科学研究的对象扩大了,难度也提高了。面对层出不穷的新情况、新问题、新事物,单靠经验去思考问题和处理事物已经远远不够了。因此,人们强烈地意识到:要进行现代科学技术的研究,必须树立科学型的思维方式。只有这样,才能有效地把握现实,更好地预测未来,有力地推动科学研究事业顺利地向前发展。
一、西药中药化论点的提出
近百年来,人们对中药进行着大量现代科学研究,从中获不少新药物,如黄连素、麻黄素、丹参酮、川芎嗪,青蒿素等。它们均具现代科学内容:物质组成成分清楚,质量能够控制,可制成多种剂型;生物活性以现代科学的生理、生化、病理等的指标和术语表述,治疗西医药学概念的相应疾病。尽管如此,但却不能按中医药学理论使用,仅能按西医药学理论使用。现实摆在面前:若所有中药均被如此研究,则中医临床无药可用。问题提出:对中药进行现代科学研究,到底要把中药研究成什么样药物?笔者之见,应得现代科学化中药,即实现中药现代科学化。
现代科学化中药,正如上述,应具两方面内容,具体来讲,所谓中药基本内容,应包括:(1)药物本身性能得特殊表述,如性味、归经、升降浮沉等:(2)药物功效以中医药学术语表述,如滋阴、补阳、理气、活血、安神、舒肝平胃、清热解毒、活血化瘀、治寒喘或热喘、治实秘或虚秘等;药物配合使用时,各药间关系主次有别,即通称得君臣佐使关系,各药共同构成一个功效整体,施治于人,起到防治疾病得作用。具备如上基本内容的药物,则可按中医药学理论使用,故可称中药。所谓中药基本内容的现代科学阐述,就是以现代“科学”的化学、物理学、生物学等的相应指标和术语来表达相关内容,例如寒性,到底哪些类型化合物呈寒性作用,寒性作用到底影响机体的哪些生理、生化、病理等指标的改变。再如活血化瘀作用,到底是哪些类型化合物作用于机体的结果,又是影响机体的哪些生理,生化、病理等的指标,改变达到的,其它亦然。
根据现代科学化中药标志,令现有中药基本内容得以现代科学阐述,固然可得现代科学化中药;令现有西药具中药基本内容,亦应得现代科学化中药。问题的关键是,西药能否具有中药基本内容,即西药能否中药化。
二、西药中药化的可能性论证和基本研究方法
西药中药化的可能性。第
一、理论上讲,中药和西药均由化合物分子组成、作用对象均为人体,故二者具物质和生物活性的同一性,第二,历史上看,中医药学历来有吸收其它医药学理论改革的药物乃至非药物物质的中药的传统,吸收的前提是按中医药学理论研究确定相关药物或物质的中药基本内容。作为西医药学理论体系的西药,同样可被吸收为中药。第三,实践表明,西药确能具中药基本内容。本世纪初的《医学衷中参西录》视阿斯匹林为辛凉解表药,用来治疗表热证,六十年代出版的《北京市老中医经验汇编》中,姚正平先生写到:“考的松类西药,似一类阳性药,具有资助肺、脾、肾阳气的功效。”近年来,陆续也有具体西药研究结果发表。如穆达浩等通过临床对阿托品研究结果表明:性热、味辛,具回阳救逆等功效,适合寒证者用,若热证者用,剂量再小,亦易中毒,从而解释何以0.5-1500毫克均有中毒报道,指导临床用药。吕士选等研究利血平,其对阴虚阳亢尤肝阳上亢高血压者具效,痰浊内阻型高血压者不效,综合归纳:性凉、味甘、归肝经,具平肝潜阳、清泻肝火之功效。金亚诚等研究头孢菌素,其对细菌感染之热证患者具效,寒证者不效,综合归纳:味苦、性寒、归肺、胆、膀胱经,具体热解毒、化痰燥湿功效。
西药中药化的基本研究方法,为临床研究。具体方案和作法:对患者进行西医药学诊断,给予相应西药治疗后,再诊断判定疗效及不良反应。在给药前后,亦作中医药学诊断,并判定疗效。根据中医药学诊断所见患者身体变化情况,并结合西医药学诊断结果,归纳确定所用西药的中药基本内容。如细菌感染者选用头孢菌素治疗,结果仅实热证者具效,虚寒者无效或出现不良反应,则其中药基本内容有:味苦、性寒、具清热解毒功效,若肺部感染者效佳,表明归肺经。再如利血平、按中医药学适用于ⅠⅡ期高血压患者,结果仅肝阳上亢者具效,其它证型不效或效不佳,表明其具平肝潜阳功效等。如此多类型病例研究,则可确定相应西药的中药基本内容而达中药化。至于其它研究方法,如动物试验、文献研究等,亦可考虑选用。但文献及动物试验研究结果,仅供临床参考,最终由临床研究完成西药中药化。
三、西药中药化为中药现代科学化捷径的分析
中药的现代科学研究史达百年,但尚难说哪种中药已为现代科学化中药。这固然与以往研究目的相关,亦与研究难度大相关。就物质基础看,中药大多为动植物的组织或全体,由多种化合物组成。现代化学学科发展水平,是可能研究确定内中各种成分的,但实施难度确客观存在。而确定每种成分对具体中药基本内容的贡献程度,难度更大。就生物活性的现代科学阐述者,若将一种中药的基本内容各方面均达以生理、生化、病理等指标表述,实施难度很大,尤其现代科学对中医药学的阴阳气血寒热虚实等尚未确定之前,更有实际困难。基于上述情况,以人参为例,尽管已对其进行现代科学研究近百年,确定内中百种以上化合物、生物活性研究报告达数千篇,但仍陆续有新成分,新作用的报告,可见难度之大。
西药中药化而获现代科学化中药的途径,从近10余年研究情况看,尽管尚不能说哪种西药已被中药化,但却明显呈现方便之处。第一,现有西药已为法宝药物,可按前述研究方案和方法,直接由临床进行研究;第二,研究工作在医院进行,病例和病种多,检测指标多,可在较短时间获具体药物对人体作用的更多资料,且资料准确性高;第三,研究者可多方面的配合,如中医间配合、中西医配合、研讨会更广泛配合,故资料和结论可靠性大;第四,现有西药已积累的大量临床和试验资料,可资参考。
上述阿托品、利血平、头孢菌素等在较短时间取得的研究结果,尽管尚不能说它们已达中药化,但就所确定的中药基本内容,已在很大程度上可指导临床用药了。
现作有根据的设想,一名中医于一位西医配合研究一种西药,决用不了10年则可能使其达中药化。就按10年计,两千名医师研究10年后,则可使药典二部所载约千种西药均达中药化,即获4种现代科学化中药,可见速度之快。加之现有西药多为单练化合物、又以现代科学的生理、生化、病理等指标和术语表达其生物活性、将这些内容与中药基本内容再做联系性分析、归纳研究,则较方便地使中药基本内容的共性内容得以现代科学阐述,如寒性、理气、活血化瘀等的物质基础和对生理、生化、病理等指标的关系,易得以确定。众多此类单体化合物中药得到后,又可按中医药学理论组成现代科学的复方中药,且利于中医药学组方规律的现代科学阐述。可见西药中药化是获现代科学化中药、实现中药现代科学化的捷径。
四、西药中药化研究的误解与澄清
中医药学吸收西药而用,正象西医药学吸收中药而用一样,乃为学科丰富和发展
的正常情况,但目前对西药中药化也存在一些这样或那样的误解。
1、西药不能中药化。此认识源于中药不能西药化、理由是由中药所得西药尤单练化合物西药,不能代表原中药全部功效,且又有西药弊端为不良反应,即未达中药化为西药,同理、西药亦不能化为中药。对此,只要明确中医药学优势在宏观,西医药学优势在微观。则能澄清。宏观包括并统帅微观,微观用来阐述宏观。故中药难于完全纳入西医药学,但西药却可能完全纳入中医药学,即西药能中药化。例如前边举到的头孢菌素,确定其中药基本内容后,并未丢失其对细菌感染的可能应用内容,只是使应用针对性提高,适用于细菌感染的实热证者。再如黄连及其活性成分黄连素,被研究成俱抑菌消炎作用的西药后,置中药基本内容如味苦、性寒、具清热解毒功效等于不顾,应用于细菌感染的虚寒证者,虽抑制了细菌,但亦出现纳呆、腹胀等不良反应。可见,西药中药化与中药西药化不能等同类比。
2、西药中药化是药物研究的倒退。此误解依据是:西药成分清楚,作用明确,已很科学,若再研究确定其性味、补气、养血等模糊不清的内容,实为倒退。若从西医药学如此认识,确可理解,但若从中医药学看西医,连寒热性都不知,简直不科学到不能使用。客观情况却是,对具微观优势的西药,并做到中医药学的宏观认识,只能是被认识得更全而深刻。例如前边提到的阿托品、利血平、头孢菌素,即为明证,提高使用针对性,有意避免不良反应。再者,还可能发现现有西药的潜在作用,例如D860,有人研究其对阴虚阳亢糖尿病者具效,表明其具滋阴潜阳功效,但阴虚者决不止糖尿病,有人试用于阴虚的慢性支气管炎者,男性不育者、同样具效,可见,西药中药化是前进,非倒退。
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关键词:科学研究;跨学科研究
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1006-5962(2013)06-0026-01
1 概念简述
1.1 创新的含义。
创新的英文单词是"Innovation",解释为"革新、创新,新观念、方法或发明"。在《现代汉语词典》中,创新解释为"抛开旧的,创造新的"。
1992年经济合作与发展组织发表的《技术创新统计手册》中,对创新做了这样定义:"技术创新包括新产品和新工艺,以及产品和工艺的显著的技术变化。如果从市场上实现了创新(产品创新),或在市场工艺中应用了创新(工艺创新),那么就说创新完成了。因此,创新包括了科学、技术、组织、金融和商业的一系列活动"。
1.2 科学研究的含义。
科学研究有很多种定义,联合国教科文组织用"研究与发展"(Research and Development,即R&D)来表示科学研究的概念。任何领域的科学研究,无外乎就是理论研究和应用研究两大类。
1.3 跨学科研究的含义。
跨学科学科是涉及到两个以上的学科领域,有专门从事涉及到两个以上学科领域的研究主体,运用一个或多个学科领域方法和理论,主动融合或被动移植到其他领域,形成一个涉及多学科领域但又区别于其他领域,具有自己独特对象、理论和方法的新学科。由于靠单学科理论与方法解决不了问题,那么跨学科研究的对象必然具有复杂性特征;各种不同学科领域、部门的研究主体在一起解决科技、经济和社会综合发展的需要,因此跨学科研究必然具有很强的实践性和综合创造性特征。
2 跨学科研究的方法
20世纪以来,边缘学科、横断学科、综合学科的不断涌现和软科学的兴起,不仅揭示了现代学科的相互渗透、交叉融合的趋势,还展现了丰富多彩的跨学科研究方法,这些方法不但加强了科学研究思维和活动,更加成为新的科学创新活动中的行动指南。
跨学科研究的方法从研究的客体(指研究领域或学科的概念、原理、方法或技术)来看,主要有移植融合型研究;从研究的主体(主要指科学家或科学家集团)来看,有合作型研究;从研究的社会因素(主要指重大社会需求和社会问题等)来看,有目标需求型研究。
2.1 移植融合型研究。
所谓移植融合型研究,是指单个研究者或某一门学科的研究群体将某一学科的概念、原理、方法或技术移植融合到另一门学科领域,解决另一领域的复杂性问题的研究。
科学概念、原理、方法和技术的移植和融合,并没有明确的转移方向。一般地说,移植和融合首先发生在比较成熟的学科转向新兴的学科转移,从较熟悉的领域转向不大熟悉甚至是陌生的领域移植和融合。但这种移植和融合不一定就是绝对单向的,有时甚至是互动的。现代跨学科研究中移植融合的方式总的来说有基础科学向基础科学的移植和融合,基础科学向应用科学移植融合,应用科学向应用科学的移植和融合,简单成熟领域(或学科)向复杂陌生领域(或学科)的移植融合。
①基础科学向基础科学的移植融合,包括基础学科内部,如人文社会科学内部的移植融合,也包括自然科学与人文社会科学之间的转移。
②从基础科学向应用科学的移植融合,应用科学一般包括医学科学、工程技术科学和农业科学三大学科领域,这些学科的发展在现代科学体系中的发展速度己经走到了前列。
③从应用科学向应用科学的移植和融合,应用科学之间的移植一般是技术的移植,包括医学科学、工程技术科学和农业科学三大应用领域的移植和融合也会产生相应地跨学科学科。
④简单成熟领域(或学科)向复杂陌生领域(或学科)的移植融合,在自然界的各种运动形式中,相对地说,机械运动是最低级、简单的一种运动形式,是发展最早的一门学科。在19世纪之前,力学远走在其他学科的前列,这自然吸引科学家们将力学的概念、原理和方法向其它学科转移。这种转移首先在物理学的各个领域中获得了成功。形成了天体力学等一系列可以看成是力学与物理学的跨学科学科。
2.2 合作型研究针对研究主体而言,是两门以上学科的研究者合作进行研究的一种形式。跨学科研究由于其跨学科性,研究者独立地进行研究就不得不花大量的时间补充所需要的知识,这无疑是延长了科学创造前的知识准备时间,从而也就延缓了科学的进程。尤其到了现代科学飞速发展的今天,重大的科学问题和发现单靠独立的研究主题是无法想象的,实际上也是无法完成的。
科学家群体或集团通过知识互补的合作研究是跨学科研究的一种重要的研究形式。研究主体的合作型研究有多种具体形式,可以是从事方法性学科研究主体与对象性学科的研究主体合作,也可以是从事基础性学科的研究主体与应用性学科研究主体的合作,还可以是自然科学与社会科学研究主体的合作等等。
2.3 目标需求型研究。
目标需求型研究,就是调动不同学科及其研究力量集中解决一个有目标的社会需求或迫切和社会问题的合作研究形式。诸如环境问题、生态问题、粮食问题、能源问题等等,都涉及到许多学科的知识和方法。为了解决上述社会问题,只能有目的地将多学科以及从事各门学科研究的研究者组织起来,协同作战,才有可能取得研究的进展和突破。目标需求型研究也包括两种形式:
①社会或政府目标性研发的合作。当科学技术作为国家的事业,作为一种建制列入国家计划并给予财政拨款时,社会或政府目标性研发的合作就开始了。②社会发展中出现的急需解决问题的合作研究。在人类的发展过程中,环境问题越来越受到关注,也是社会发展中出现的急需解决的问题。要研究环境问题,了解其变化规律,以及如何保护环境与改善环境,就涉及到很多学科的知识和方法。例如,研究环境污染对人体健康和生物机体的影响,需要用医学、化学和生物学的知识和方法;研究防止污染对人体的损害,需要用医学、化学和生理学的知识和方法;对污染的治理,又需要物理学、化学、生物学及一些技术科学的知识和方法。只有将各学科的研究方法以及各种仪器和技术手段联合起来使用,才能对环境的各种问题进行有效的探索,也正是由于这些学科的知识和方法合作研究环境问题,才形成了一门新兴的跨学科学科――环境科学。
3 结论
科学发展到今天,不同学科间研究方法的互相借鉴-我们称之为科学方法的跨学科运用,已成为现代科技创新的重要手段之一。科学工作者己从无意间发现和借鉴研究领域之外的方法发展到对其他学科研究方法的主动出击和大胆运用。
关键词:实验中医学;教学方法;探索;思考
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)41-0229-03
现代科学技术的迅猛发展,对中医药人才知识结构以及综合素质的要求越来越高。为适应这一要求,我院在全国率先进行了教学实验的改革。在中医学各专业本科生和中医学专业科研方向七年制班中开设了实验中医学这门课程,为了适应改革的要求,我院将在全国开展教学实验的改革。在中医学各专业本科生和中医学专业科研方向七年制班中开设实验中医学课程,其目的是通过应用现代科学的实验方法和技术手段研究中医基础医学和临床医学,培养学生的科研思维能力和实验能力,在继承的基础上,实现中医现代化,发扬中医药优势,为发展中医药事业和人类的健康事业做出贡献。
实验中医学,是一门基础学科运用现代科学技术和实验方法对中医理论、方法、处方、药物作用机制的研究。它是一种来自中医结合现代实验科学的发展的产物。现将笔者在实验中医学教学过程中的几点思考总结如下。
一、明确学习目的,强化科研意识
对于高年级的本科生和七年制学生而言,经过前两年的学习,已经掌握了比较坚实的基本理论与基础知识,但是对于如何运用现代的科技手段进行中医药学的科学研究尚存在疑虑。有些学生甚至认为现代的科学方法根本不适合研究传统的中医学,加之社会上“中医越古老越好”思潮的影响以及当前“中医废存”的争论,这些无疑都会动摇学生的专业思想,使很多学生对中医药学丧失了信息和兴趣。因此,在我们讲述这门课程之初,首先要明确本课程的教学目的是通过课堂学习、课程的讲座、主题思想、实验设计、实验技能和操作该系统,使学生了解和掌握基本知识和规则。中医药实验研究,使学生建立了正确的科学思想和观点,熟悉和掌握了中医的基本程序、基本方法和基本技能。在中医现代化的认识成果和进展中,要加深学生对中医药学理论内涵的理解和体会,从而启发学生的科研思维,提高学生的科研意识、科研水平和动手能力。
轻视实验研究是导致传统中医学发展缓慢的主要原因,也正是实验研究的缺乏,导致传统中医学成为经验医学。中医药学要想取得长足的发展,要想成为国际化的医疗手段,就必须要与现代化的科技手段相结合。只有被证明是科学的,才能是永恒的,才能在世界范围内被广泛接受。因此,我们的教学要引入现代化的科学手段和方法来研究中医学,以端正学生的思想,强化其科研意识,培养学生运用现代科学手段和技术阐释传统中医理论的思维。
二、突出教学难点,启迪科研思路
中医药学的理论体系根植于中华民族的传统文化,它的一些医学知识与传统文化、传统哲学的理念相混杂,中医药理论体系中的一些概念、原理、规律具有抽象性、思辨性、模糊性和宏观整体性等特征。因此,一味地套用西医西药评价体系来对待中医中药的科学研究、临床疗效和研究成果的观点是错误的,同时对于中医药研究也是不公正的。
现在的大学生一般是1990年以后出生的,他们受中国传统文化的影响不大,主要受西方的教育模式和教育理念的培养,习惯于用现代科学思维方式思考问题。因此,采用现代科学技术手段和方法去阐释中医药学的理论可以说是我们教学的重点。课堂上老师应该结合中医本身的特色启发学生在不脱离中医特色的基础上运用现代的科技手段去设计和研究中医药学理论。如果脱离了中医特色,只会使用先进的科学技术手段研究某一味药物或者某种成分,或者针对某种疾病,测定几个相关的指标,那不是实验中医学所要研究的内容。这种研究方法又与现代医学对于药物和疾病的研究有何区别?我们实验中医学所要教授给学生的是如何运用现代科学技术手段阐释中医传统理论的思维和能力,而不是中医的全面西化,这也是教学的难点所在。
这里所讲的中医特色,笔者认为在基础理论研究方面是以精气阴阳五行理论体系为理论方法,以藏象学说、经络学说、精气学说、天人相应理论为依据;在临床研究方面,则是以辩证论治为核心的理、法、方、药体系为依据,进行多学科的实验研究。确实做到在坚持中医特色的基础上进行中医药现代化的研究,如果脱离了中医特色,失去了中医基础理论的指导,只凭现代化的科学技术手段研究中医中药的方法是大错特错的。因此,在教学中我们必须立足于中医特色,在中医基础理论的指导下进行实验设计,并运用中医基础理论解释和阐发研究中出现的问题,只有这样才能不断地发展中医基础理论,深入揭示中医病证的本质,丰富中医药理论,促进中医药学的长足发展。
三、改革教学模式,培养创新思维
中医药学是实践性很强的一门学科,中医中药的理论都是基于临床实践的基础之上,从《黄帝内经》到《神农本草经》、《伤寒杂病论》等经典著作的问世,无一不体现出“中医药学理论的形成和发展源于丰富的临床实践活动”这样一个观点。因此,实践是中医药学源生之本,也是其得以发展和创新的坚实基础,离开了实践,中医药学就是无源之水、无本之木。
但是,由于应试教育的影响,实践教学的重要性在中医药的教学工作中长期被忽视。在课程设计上,表现为重理论教学、轻实践教学,重知识传授、轻能力培养。同理论课相比,实践课处于从属地位,甚至部分选修课由于课时有限,只讲理论部分,而取消了实践部分,同时在课堂讲授过程中,老师注重知识的传授,轻视能力的培养。尽管当前引入了综合性、设计性实验、合作性学习等教学方法,但以课堂、课本、教师为中心的教学方式仍然没有得到根本的改变。在实践教学环节薄弱,理论学习与实践运用脱节,忽视科研思维和实际能力结合培养的方式下,毕业生高分低能,实践能力差,创新思维和能力弱,运用现代科学技术手段阐释传统中医理论的能力低,社会适应能力差等问题严重。
为了适应社会对中医药人才需求模式的转变,我们对学生的培养模式也相应发生了变化,尤其是对高层次中医药人才(七年制硕士班),更要求中医特色科研思维和能力的培养。我们的课程改变了以往老师讲、学生按部就班做的教学方式,建立以学生为主体、教师为主导的教学方式,调动学生主动参与学习活动的积极性。在教学过程中,突出学生的主体地位,教学的一切活动都以调动学生的主动性、积极性为出发点,引导学生积极探索,深入思索,自主实践,促使学生成为教学活动的主角和教学实践的主人。学生完成从选题、实验方案设计、实验准备直至实验结果获取的全过程,培养学生的综合能力和创新能力,使学生得到从实验思路、实验技术、观察能力和分析能力的全面训练。鼓励学生成为教学活动和教学实践的主人公。学生独立完成选择、整个过程的实验设计、实验制备直到获得实验结果,以培养学生的综合能力和创新能力,使学生获得实验的思路,分析能力的实验技术,得到综合训练。主要体现在以下几个方面。
第一,学生自主选择实验研究课题,独立设计实验研究方案。本课程一改教学内容由教师确定的做法,要求学生在大量查阅文献的基础上,自行提出实验研究课题,自行设计实验研究方案,在选题和课题设计之后通过课堂交流和答辩,对课题的可行性以及将来的前景进行自我评述,再由学生们自己评选出一项研究课题和研究方案作为本课的实验研究内容(上述工作进行之前,全体学生自愿组合成4~6个小组,每组3~4个人,教学活动以小组为单位进行)。
第二,学生自己动手进行实验的准备工作。实验研究的准备工作对保证实验正常进行并达到预期的结果是至关重要的。学生在以往的实验课上都是按照实验指导的要求,在实验人员提前准备好一切物品的前提下,重现实验的内容,往往能够取得预期的结果,而对实验前的准备工作却知之甚少。我们把实验准备当作一个重要组成部分,这也是对学生科研思维培养的一个不可或缺的重要内容,为其以后的科研能力的培养打下坚实的基础。
第三,学生独立完成实验操作。对现代科学的缺乏(包括现代医学)的认识和研究的基本技能训练的基本研究方法,动手能力差是中国大学生普遍的问题,要培养学生的实验技能,操作训练方法,提高学生的实践能力。我们主要采取了以下措施:首先,多渠道地学习和掌握实验方法和实验技术。在实验设计完成时,依据具体的实验内容,确定基本指标,广泛开展相关实验参数的检测方法,并进行分析和比较,结合实验室的条件和教学的预算,选定实验指标的测定方法。让学生了解实验测量的方法,可以为以后的工作打好基础。其次,认真做好预实验。预实验是在正式实验之前安排的一个步骤,用少量的实验动物来对学生的操作技能进行训练。教师引导学生从实验动物抓住,称重,编号,动物模型的制作,给药(腹腔注射、尾静脉注射和灌胃),实验动物处死,解剖,取血,取材,还有熟悉实验仪器的工作原理,以及正确的操作。各种实验试剂的配置以及存储等反复操练,督促学生熟练掌握,以保证实验的顺利进行。最后,注重对预实验结果的分析,强调中医特色。我们的课程中,尤其是实验课后,非常重视学生对预实验结果的分析,尤其是对那些不能出现理想结果的实验更是要求大家分析其中的原因,并在各个小组之间讨论交流,使得大家能吸取其中的经验教训,为以后的正式实验提供有益的指导,促进正式实验的顺利进行。
四、优化考核手段,提高综合能力
考核手段是教师检查学生学习效果的主要方法。通过考核不仅能够对学生学习起到督促作用,同时也能够提高学生的综合能力。本课程的成绩考核与其他大部分课程的考核不同,我们结合学生的理论考试、实验设计、实验技能、课堂表现,研究态度和贡献程度,实验报告的完成质量等对学生进行综合评定。具体标准是:理论测试的成绩占总成绩的30%,实验技能为20%,实验设计为20%,课堂表现为10%,研究态度占10%,贡献程度占10%。其中研究态度和贡献程度是指在课程实施中的表现,包括学生实验准备的齐全程度,查阅相关文献的关联程度,选题的新颖性,实验设计的科学性、严谨性和可行性,对实验结果的分析能力,处理实验中问题的能力等。量化考核标准的确定,在很大程度上调动了学生学习的积极性和主动性。
中药现代化
中药现代化概念的提出:早在1978年,中国中医药管理部门提出了“向中药现代化”进军的倡议;本世纪初,国家科技部等部门出台《中药现代化发展纲要》。可以看出,中医药现代化的概念随现代科技的发展不断延伸、变化[3,4]。岳凤先[5]指出,中药现代化的实质乃为中药现代科学化,中药现代科学化的中心是获得现代科学化中药。那么现代科学化中药的标志为何?标志有二:一是仍具备中药基本内容,可按中医药学理论使用;二是对中药基本内容给予包括物质和生物活性的现代科学的宏、微观阐述,即从物质层面阐述中药的功效成分,生物活性层面从分子水平揭示功效成分的理法方药原理。同时具备这两点标志的药物,宏观与微观优势共具、作用与机制共呈,即为现代科学化中药。中药现代化是中药发展的必然:在当前全球经济一体化趋势下,国际医药市场对中医药发展产生了巨大冲击。赋予整体观念的中药治疗病症的特点在于获得人体康复的最终结果,而很少关注是什么化学成分作用于何种靶标发挥作用的过程;然而,恰巧这正是国际主流药界广泛关注的科学问题。为此,中药要走出国门,走向国际市场,造福全人类就必须让世人认识中药治病的本质。另外,现代药学的成功发展给中药发展的启示:作为治病或保健的药物,不论其理论基础是整体还是具体,在微观水平上应是“清楚体系”。
分子中药学
概念及内涵:李石生[7]认为中药的物效基础在于一些具有特定骨架的化合物或特定骨架的分子群,其与中药的性味呈现规律性。“分子中药学”即从分子水平上研究中药的物质基础,从宏观优势向微观优势迈进,是研究和分析单味中药及其复方中的成分组成、结构、理化性质、药理活性及其机制规律的科学。除观察研究临床疗效外,运用现代科学技术和方法研究中药中具有一定化学结构和药理活性的分子(即有效成分或部位),探讨两个或两个以上活性成分的药理、毒理、复方制剂等,都属于现代中药的研究范畴[8]。
研究方法:采用先进的科学技术和手段提取、分离、纯化,得到中药有效成分[9],如超临界流体萃取技术、超滤膜分离技术、分子印迹分离技术等技术的推广应用,具有分离效应高、易于自动化生产控制等优点,能提高现代中药产品质量,逐步推进中药工业化生产;由于很多中医理论的表述与现代医学差异很大,中药发挥作用的原因往往是诱导机体内源性活性物质的产生,因此选择、探索、建立恰当且与中医中药临床适应症相吻合的细胞与分子药效学模型,进行最佳疗效的筛选显得十分必要;通过化学成分分离及其活性筛选方法的结合,阐明其作用原理、作用靶点和体内过程,建立专属中药的评价机制是目前研究分子中药学的基本策略[10]。
分子配伍理论
概念及内涵中药的主要药效物质不能单以“有效成分”来说明,应是中药及其复方中多种有效分子的组合。因此,即便能分离复方中所有的化学成分,也不等于知道了中药有效成分的组合[3]。中药合理配伍即“辨证论治-君臣佐使-七情和合”,使之增效减毒、适应不同个体的复杂病情,最终达到高效低毒驱除病证之目的。21世纪中药方剂配伍应具有时代特点,在中医辩证论治原则指导下,将具有特定生物活性作用和明确结构的化学成分或有效部位即称之为“中药分子”[10],按照理法方药的思想遣方即为“方证组方”[11]。“方证组方”采用中医病证实验模型评价证实功效及其机制的药物称为“分子中药”。可见,“分子中药”是以中医药理论为基础,遵循中药方剂的配伍原则和理论,优化有效成分或有效部位配伍制成的现代中药。
研究方法:分离各个标准组分,建立组效关系,明确有效成分,优化有效分子配伍处方比例[12]是分子中药研究的基本方法;故分子配伍的现代中医药理论是对传统中药配伍模式的继承、发展和创新。分子配伍坚持中医学理论的整体观念,充分体现多组分、多途径、多靶点、多效应的原则,克服中药成分、机制不明确的缺点;利用分析还原法,借助化学组学、基因组学等在分子、基因水平上阐明分子复方的作用机制和合理性,体现了系统思维与分析思维的有机结合[13]。利用中药指纹图谱,结合GC/HPLC-MS等联用手段,以相关指标进行成分-效应的评价[14];采用正交设计、计算机辅助设计等方法优化分子配伍比例;选用针对性强的中医证候动物模型如血瘀动物模型、寒症热症动物模型,建立起现代中药研究的新技术平台是创制分子中药的重要技术与方法。
展望
可以。现代科学研究发现,蟑螂表皮含有巩膜质及甲壳质、溴、锌、铜、锰、钾、钙、钛、氯、硫、硅、铝、镁等元素,肌肉水解成13种氨基酸。此外,身体内储藏器官中还贮藏维生素B1、B2、烟酸和抗坏血酸等。
蟑螂炮制方法:一、采集加工:夜间在厨房、墙角、坑边、仓库等处捕捉,鲜用,或用沸水烫死,晒干或烘干。
二、炮制方法:现行,取原药材,除去杂质,焙干研末。
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