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关键词:分子生物学;分子影像学;医师;学习
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)41-0186-02
分子生物学的诞生拓展了人们对于疾病的认识,分子生物学的研究内容涉及到生命的本质,它的出现对生命科学有着巨大的冲击,尤其是对医学有着重要的影响[1,2]。现代医学条件下,从分子水平认识疾病并寻找对策已成为医学发展的重要途径之一。分子生物学的方法和技术被广泛的应用于影像医学的基础和临床研究中,与之交叉产生的新兴学科――分子影像学,已然成为影像医学的前沿与热点[3,4],学习和利用分子生物学的知识对于广大医生,特别是影像科医生来说有重要的意义,有助于我们了解行业研究的前沿和热点,提高科学研究和临床诊疗水平。然而广大医生,特别是影像科医师在实际工作中常常面临知识缺乏或老化的问题,原来掌握的理论和技能在疾病诊断、发病机制的研究、疗效的跟踪和评估等方面越来越受到制约。因此,随着分子影像学的出现和医学分子生物学的交叉与发展,今后的影像临床和科研中要求影像医师能够掌握与其工作相关的理论知识和技能,从而有效地为临床工作及科学研究服务。
一、分子生物学在影像医学发展中的意义
近20年来,分子生物学在理论和应用上都取得了重要进展,其理论与技术已渗透到生命科学的诸多领域,而影像医学与其结合产生的新型学科――分子影像学更是走在影像医学发展的最前沿。分子影像学的出现和发展将从根本上改变未来的医学模式,引领整个医学影像学发展的方向[5]。与传统的影像诊断学不同,分子影像学借助于分子探针应用医学影像成像设备非侵入性地对活体的生理病理过程进行观察,其优点是在器官或组织结构的形态变化之前,从分子水平进行定量或定性的可视化观察[6]。例如通过标记肿瘤产生过程的关键分子然后进行影像学检查,既可以显示出肿瘤发生发展过程中的解剖改变,也可以追踪观察疾病发生、发展过程中的病理生理变化,有助于疾病的早期明确诊断和发生机制等的研究。在药物开发和作用机制研究中,通过标记药物本身或者其作用靶点可以直接显示药物在体内的变化或靶点的改变,从而为药物的筛选和作用机制的研究提供直观的实验依据。分子影像学技术不仅为生命科学相关的基础研究提供了重要方法,而且也在临床研究和转化医学等领域中发挥重要的作用[7]。在未来的个体化医学模式中,分子成像技术可能会同时融合疾病的分子诊断和治疗跟踪系统,在早期诊断疾病的同时进行治疗并跟踪其治疗后的变化,从而实现疾病诊疗的一体化。
二、影像医师学习分子生物学知识的必要性
分子影像学是分子生物学和医学影像技术相结合的产物,分子影像学利用现有的一些医学影像技术,如核医学、核磁共振和光学成像方法等,通过特异性的分子探针的设计和应用,能够对人体内部的生理或病理过程中在分子水平上发生的变化进行在体成像,安全无创,可重复行强,在疾病的诊断、治疗以及疗效评价、发病机制等的方面发挥着不可估量的作用。分子影像学是一门新的交叉学科,作为影像医师要想掌握并应用好,除了原有的影像学知识外,还要学习和掌握分子探针的制备原理和技术、信号通道及相关机制、肿瘤靶点的筛选和定位等相关知识和技术,而这些都属于分子生物学的范畴。分子影像学使影像检查从原来单纯观察解剖结构转向功能性分析,从主观诊断转向客观的定量分析,因此影像医生必然要整合分子生物学、细胞生物学或合成化学等方面的知识,在研发分子探针、筛选基因靶点等方面不断努力,借助于先进的影像学成像手段早期、直观的显示疾病的发生发展、治疗效果及转归等,实现分子影像学的长远发展。而且随着相关技术的兴起,分子影像学越来越注重对个体化表型差异的分析,这也为实现个性化医疗,即精准医疗,提供了重要的条件。未来,分子影像学将推进个体化治疗的发展进程,例如许多肿瘤的诊断靶点,也可作为治疗靶点,通过筛选关键靶点,定制对应的特异性分子探针,应用分子影像的个体化分析为病人“量身定做”最佳治疗方案,并能予以跟踪、评价,从而实现诊断治疗的一体化。总之,掌握分子生物学知识对提高影像科医师综合诊疗水平具有极大的指导意义。目前我国普通高等医学院校都已开设了分子生物学课程及其相关的实验教学,也有相应的规划教材和实验教材,因此毕业于医学院的影像医师大多具备了一定的医学分子生物学知识基础,但分子生物学的理论和技术不断地更新,这就迫使影像医师仍需要不断地学习,以便了解分子生物学的最新进展。而对于没有学校学习基础的高年资医师而言,分子生物学是个崭新的领域,需在重新学习[8]。
三、影像医师加强分子生物学知识学习的途径
影像医师应认识到加强分子生物学知识学习的重要性,并积极主动地加强分子生物学知识的学习。除了医院、学科或科室有组织的进行学习外,更重要的方法还是自主学习,通过有效地继续教育获取必要的理论及技能。在继续教育的过程中,影像医师应根据自身的需要选择学习的深度和广度。如实际工作中需要对疾病的发病机制、药物作用机制、疗效评估等研究较多,还必须全面地学习医学分子生物学的最新理论和相关技术,才能更好服务于实际工作中。影像医师获取分子生物学知识的途径有很多:
1.全面系统的学习基础知识。影像医师应根据自身的基础选择相应的教科书或参考资料,可以优先选择国家规划教材,以便由浅入深的掌握分子生物学的理论,明晰各种常用名词、术语,了解分子生物学涉及的研究领域。近年来大学的网络公开课程建设日趋完善,还可以通过慕课等进行在线的视听学习[9],有助于知识的理解与掌握。在有一定基础的前提下,再通过专业杂志和文献,了解最新的进展和研究动态。
2.明确方向,学习相关的专业技术。分子影像学的研究涉及到多个学科的知识,因此在学习中,影像医师应明确自身的研究方向,有针对性的学习。应用互联网学习操作简单、便捷,易于被广大医生接受,而且其内容全面、检索便捷等优势也已在医学继续教育中发挥着不可替代的重要作用。可以通过维普、知网、同方等专业网站,有针对性的筛选文献和资源进行学习。另外和可以进入到分子生物学的网站、论坛等进行浏览、搜索等,既能紧跟前沿动态,还可以与他人互动交流、进行讨论。
3.注重学术交流与合作研究。参加专题学术讲座或会议,尤其是国家级或国际性学术交流活动是十分必要的。通过学术交流,可以较快的了解分子生物学在影像医学中的应用和最新动态,而且在交流过程中,可以与同行及专家进行直接的沟通,交流并获得必要的指导和帮助[10]。在科学技术飞速发展的今天,单单依靠影像科医师无法发展分子影像学,唯有与分子生物学等交叉学科的专家精诚合作,才能更好的推动分子影像学的发展和临床应用。哈佛大学分子影像中心Weissleder教授曾指出影像医师应该切实肩负起开展分子影像研究工作的任务,要与基础学科相互沟通,发挥各自的优势,协同合作。因此加强合作与交流能够更好地解决分子影像学发展中所涉及的问题,有效的促进影像医师分子生物学的学习和研究。
总之,分子生物学是目前公认的最具活力的医学带头学科。分子影像学的出现是分子生物学的理论和技术推动影像医学发展的直接表现。作为新时代的影像医师,必须重视分子影像学的研究,学习和应用好与之相关的分子生物学等基础知识和技术,才能适应现代医学发展的需要,更好的服务于科研与临床医疗工作。
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关键词:生命科学;国际化人才培养;分子生物学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)37-0073-02
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出,要开展多层次、宽领域的教育交流与合作,提高我国研究生教育国际化水平。必须承认,我国目前在生命科学学生教育方面,无论是本科生还是研究生,与国外学生的教育国家化发展模式和效果还存在巨大差异,因此以国外生命科学学生的教育国际化的发展经验为参考,构建适合中国国情的国际化培养模式,对于提升我国生命科学学生的教育水平和层次具有非常重要的现实意义。目前,生命科学已经成为世界科学前沿最活跃的学科,是代表科学发展方向的学科之一。目前在世界范围内逐渐形成了这样的共识:生物技术将成为21世纪主导社会发展的主要支柱产业之一。人类正在进入生物学时代,生物学正在越来越多地被应用于解决医药领域问题、科技制造业、绿色能源以及农业和环境保护等很多重大方面。而美国白宫也在2012年了“国家生物经济”蓝图,提出未来美国政府在生物经济方面的战略性使命。在这一新形势下,把培养具备国际竞争能力的以及一定自主创新能力的高素质的创新型人才作为生命科学学生培养的目标,并在构建生命科学学科学生的国际化培养的新模式方面进行有益的尝试将变得异常重要。有很多学者发表关于哈佛大学和麻省理工学院人才培养模式的论文,如乔敏等的《学习哈佛经验建立基础医学整合课程体系的实践》、袁力的《中美大学本科课程体系比较及启示》、于歆杰的《麻省理工学院教育教学考察报告(二)――培养方案与课程设置篇》、蒋景华《麻省理工学院培养创新人才特色做法的分析研究》等,但关于国外生命科学人才培养模式的文章很少,只检索到肖尊安的《浅析国外大学生物科学人才的培养》和夏薇的《麻省理工学院和清华大学生物学专业课程设置比较》等。近年来我国的高等生命科学人才培养已加快了改革和调整的步伐并取得了一些成果。清华大学、北京大学生命科学人才培养与科学研究改革试点已经考试启动,其总目标是:在清华大学生命科学中心和北京大学生命科学中心的基础上,建立生命科学人才培养与科学研究改革试点(简称改革试点),两个中心研究方向各有侧重,优势互补,资源共用,统一实施和管理,并为实现该目标制定了明确的改革措施。吉林大学、浙江大学、武汉大学等国内一流大学已经纷纷开始进行生命科学学生国际化培养模式的改革。而分子生物学做为现代生命科学的基础学科,发展异常迅猛,以分子生物学课程为探索国际化培养模式的试点非常必要。因此,我们在辽宁大学生命科学院以中英双语教学课程分子生物学课程为例,进行了一系列的改革措施,借以探索生命科学本科学生的国际化培养模式。
一、改革的目标及具体改革内容
以分子生物学课程的国际化实践为试点,为进行辽宁大学生命科学院现代生命科学国际化人才培养模式的探讨提供参考。
1.教学理念方面的改革:分子生物学课程是一门崭新的课程,作为现代生命科学的基础学科,发展异常迅猛。这就要求分子生物课程的教学理念也要符合其发展特点。在教学理念上破除陈旧的照本宣科和一成不变的教学模式,发挥教师的主动性和创新性,鼓励教师从自己的学术科研实践出发,把前沿的学科发展动态同教材内容相结合,拓宽专业教育范围,把培养国际型实用人才做为教学理念贯穿整个教学过程。
2.教学内容方面的改革:分子生物学的前沿发展非常深入和迅速,这就要求分子生物学教学内容设置的最重要的标准必须是强调教材内容的先进性,这样才能保证所传授的内容不落伍。改变之前所用传统分子生物学的中文教材,通过使用与国际接轨的先进教材《Molecular Biology of the Gene》(科学出版社,J.D.,沃森等编著,杨焕明等译),以及自制的以该教材英文版为参考的全英文PPT课件,使教学的内容始终保持与学科的前沿发展契合(图1)。同时在每学期的教学中都根据学科发展的现状,合理并及时运用该教材编撰者在冷泉港实验室随时更新的最新的分子生物学教学动画及其他教学材料(图2),以及哈佛大学或麻省理工学院相关课程的教学辅助参考资料,这样做到随时进行知识更新,以跟进教材更新和修订周期中的学科发展动态,激发学生的学习积极性。
3.教学方法方面的改革:分子生物学是一门理论和教学结合非常紧密的学科。任何一个知识点都从具体的实验数据得来,而学术和实验能力是分子生物学教学的一个重要指标。在教学实践中理论部分利用研究式、讨论式(如第三四五章分子间的弱相互作用重要性的讨论,为分子生物学相关化学基础知识,由讨论课形式完成)、启发式、等教学方法,以解决问题为出发点,将某些相关的理论形成过程分析出来,并就形成过程中的一些关键知识点提出问题,促进学生思考,培养学生的学术研究精神。另外,开展多彩多样的课外活动,包括小型研究课题、实验技术训练和知识拓展讲座等。同时,开展“本科生导师制”工作,鼓励学生参与任课教师的学术科研实践,以实现教学与科研相互促进的目标。
4.考核标准改革:改变原考试只重视期末考试卷面成绩的做法,分子生物学考试改革改为出勤率、平时学术小论文报告、课堂讨论及发表并结合期末卷面成绩的做法,监督和培养学生平时夯实学习基础知识的好习惯,并激发学生的创新思维能力的培养。
二、具体实施方案
1.建立国际化的教学队伍与科学、公正的评价制度:引进具有国际化背景的分子生物学专业的教师承担部分教学任务,通过开展广泛的讨论与监督,评价学生对该学科的学习成果。
2.寓教于研,建立国际化的拔尖创新人才的培养体系:以辽宁大学本科生导师制度为依托,吸引优秀的本科学生参与到任课教师的学术实践中。通过课题中子课题任务的承担和参与,强化其对分子生物学课程的理解,提高其兴趣。
3.制定国际化的分子生物学课程教学指导方案。构建国际化的本科生培养方案,将为提高研究生的国际竞争能力奠定坚实的基础。通过借鉴国外高水平生命科学学科的课程体系,进一步优化了课程结构,制定符合自身特色的本科生国际化培养方案。
4.开展多种形式的国际化学术交流活动。辽宁大学生命科学院的承担分子生物学及相关课程如基因工程、分子遗传学、细胞生物学以及细胞信号转导等专业的任课教师绝大多数都有海外工作或者留学经历,并且与国外保持着密切的联系。分子生物学教研室充分利用这些教师资源,利用辽宁大学的“暑假小学期”制度,定期邀请国内外分子生物学相关领域的专家及学者来院讲学及交流,为学生开设各种形式的前沿讲座和报告。这些措施使学生能够与外籍专家近距离的交流和学习,让学生能深刻体会到国外先进的教育理念和教学方式,感受国外先进的教育理念和教学方式,领略国际一流学者的风度和学识,从而激发学生的求知欲,为他们在国际学术舞台上展现自己的渴望增加了助力。
通过以上改革,学生对分子生物学课程学习的兴趣显著提升,课堂出勤率显著增加,学习成绩也有大幅度提高。同时,通过对分子生物学课程学习的引导,学生对分子生物学相关学科如细胞生物学、分子遗传学等以及其他生命科学学科产生了浓厚的兴趣,对提振生命科学本科学生的学习风气起到了积极的促进作用。学生的国际化视野得到了拓展,用英语讨论分子生物学学术研究热点的能力得到了锻炼,对国际学术环境有了较为整体的了解,而这些也使得本院本科生在联系国际知名大学继续求学深造的过程中竞争力大大提高,并且陆续获得了美国和日本等国际知名大学的录取。通过以上实践,希望我们的分子生物学课程教学改革对生命科学国际化人才培养模式能有所参考。
参考文献:
关键词:PCR;农业技术;发展简史;基本原理
中图分类号: Q555 文献标识码:A
在生物学领域中,聚合酶链式反应作为体外扩增基因序列的生物技术占有很重要的位置,并且与分子克隆技术和DNA序列分析方法构成了分子生物学实验工作和学习的基础。PCR技术的发明成为了生物界的里程碑并且是分子生物学的一项伟大的革命,它随之带来的是分子生物学以及生物技术在工业和产业的推进和发展[1]。
1 PCR技术发展简史
1971年Khorana最早提出了一个大胆的设想,那就是核酸体外扩增。但是,当时对于基因的排序和测序分析方法并不成熟,还没有发现对热定性的DNA聚合酶,所以这个想法没有任何实际意义的[2]。1985年美国的Kary Mullis受到高速公路的启发,在科学Science杂志上发表了PCR技术学术论文。20世纪80年代初,美国科学家Keohanog通过对实验室中所使用的酶的改进,大大提高了扩增的可实行性[3-5]。在之后的几十年里,PCR技术已经发展为十几种研究领域。
2常用的PCR技术
2.1 原位PCR
原位PCR是在组织切片或组织细胞里进行的PCR反应,它具有高度特异敏感和细胞定位能力,可以在细胞和分子水平上检测转特定的基因序列 [2]。
2.2 不对称PCR
不对称PCR是在PCR反应过程中采用两种不同浓度的寡核苷酸引物,经过若干轮采用循环后,待低浓度的引物被消耗尽,随后的循环只产生高浓度的产物既延伸产物,结果产生了大量的特异单链DNA[2]。
2.3 逆转录—PCR
逆转录PCR是以反转录DNA即cDNA作为模板进行PCR反应,能够使mRNA呈现多态性并且利用基因表达测定的强度和鉴定已被转录的序列是否发生突变,主要克隆mRNA的3’和5’的末端序列,以及可以从非常少量的信使RNA样品中构建cDNA文库[5]。可以使分析一些极为微量的RNA样品变为可能[6-8]。
2.4 反向PCR
PCR只能扩增两端序列已知的基因片段,PCR可扩增中间一段已知序列,而两端序列未知的基因片段不扩增。反向PCR的目的在于扩增一段已知序列旁侧的DNA,也就是说这一反应体系不是在一对引物之间而是在引物外侧合成DNA。
2.5 多重PCR
多重PCR在同一个PCR反应系统中加入了两对或两对以上的寡核苷酸引物,并且同时能扩增出数量较多的核酸片段的PCR,其反应原理和操作过程一般与其他PCR相同[4-7]。
2.6巢式PCR
巢式PCR是一种变异的聚合酶链反应(PCR),使用两对PCR引物扩增完整的片段。第1对PCR引物扩增片段和普通PCR相似。第2对引物称为巢式引物结合在第一次PCR产物内部,使得第2次PCR扩增片段短于第1次扩增 。
2.7锚定PCR
用于扩增已知一端序列的目的DNA。在未知序列一端加上一段多聚dG的尾巴,然后分别用多聚dC和已知的序列作为引物进行PCR扩增[8]。
2.8重组PCR
重组PCR就是使两个不相邻的基因片段重组在一起的PCR。但是重组PCR所重组的基因片段长度都在1kb左右,因此在长片段的重组技术和提高准确度来说目前还有比较大的难度。
2.9定量PCR技术
PCR技术是指以外参或内参为标准,通过对PCR终产物的分析或PCR过程的监测,进行PCR起始模板量的定量。目前,主要采用定量的PCR方法主要包括设立内参照物的定量PCR、极限稀释法、荧光定量PCR、FQ-PCR、定时定量PCR等。
2.10 热不对称性PCR
热不对称性PCR是以基因组的DNA作为模板,并且利用依照目标的序列已知序列设计出3个具有较高退火温度的嵌套特异性引物,和一个长度较为短Tm值的随机简并引物进行组合,通过3轮具有热不对称的温度循环进行分级和扩增PCR,并且在获得已知序列的侧翼序列后用3个嵌套特异性引物分别与简并引物组合来进行PCR反应。
3 结论
PCR技术是一种极为重要的分子生物学研究的基础技术,还可以成为基因工程来提供目的基因,并且广泛地应用在亲自鉴定、个体识别、免疫配型、疾病诊断等方面。可以说,PCR技术已经渗透到生物科学的各个领域。
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【关键词】植物学 教学手段 探讨
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)10-0162-01
植物学是一门古老的科学,也是生物类专业一门经典的专业基础课,它主要研究植物的形态解剖、生长发育、生理结构、分类、起源演化以及与人类的关系等[1]。同时,植物学具有教学内容多、涉及面广、概念抽象、理论知识点较难记忆而又极富实践性等特点[2]。随着高校课程体系的改革与发展,增设了许多新的课程,使得植物学原有的教学课时数大大缩减[3]。仅使用单一的教学方法、粗放的教学模式甚至不变的教学理念应对目前的植物学教学势必捉襟见肘,基于此,笔者在植物学教学过程中尝试使用多种教学手段,以期提高植物学的教学质量,效果明显。
一、教学准备:扬众家之长,避自家之短
教学准备是取得良好教学效果的基础,不仅包括写入教案的内容,而且包含了为开展教学所进行的一切活动。授课教师除了需要“先天”具备扎实的植物学基础外,在后期教学准备过程中应采用各种方法,从而达到“扬众家之长,避自家之短”的目的。
(一)下功夫理清教学思路
教学思路是备课的精髓。植物学要从植物的细胞、组织、器官一直讲到植物的结构、分类、识别,整个过程从微观到宏观,从抽象到具体,知识点细碎。在认真总结前辈授课经验的基础上,要结合教学对象具体专业,比如园林学、生命科学、环境科学等的学科特点,总结出自己的教学思路。此教学思路应合理安排知识点讲授的详细方略,并在此基础上做到前后呼应和融会贯通,突出教学重点与难点。所有教学活动都将围绕教学思路展开,因此下功夫理清教学思路关乎教学的成败,意义重大。
(二)认真制作课件
基于植物学教学需要图文并茂的需要,目前在植物学教学中大多采取多媒体教学,因此认真制作课件至关重要。制作课件需围绕教学思路展开。课件制作不是简单的罗列与堆积,需详略得当,突出重点和难点。课件制作应参考大量资深教师和网络精品课程的课件,以博取众家之长。同时可在课件中插入声音、图像、动画等生动形象的素材,综合应用多媒体技术以生动课件,辅助教学。在凯氏带讲述时,也可利用小动画直观地对细胞的横向壁、径向壁、切向壁等概念进行直观展示,使学生容易理解这些相对抽象的内容。
二、教学方法:理论、实验与实践环环相扣
课堂理论的讲授仅是植物学教学的开始,其整个教学过程需要理论、实验与实践环环相扣。出于某些原因,许多高校的植物学教学仅停留在课程讲授的阶段,或者加进了植物学实验但忽略了植物学实践,从某种意义讲,这并不是完整的植物学教学,不利于学生系统深刻地掌握植物学的理论与技术。笔者所在的教研团队采用了理论、实验与实践环环相扣的教学方法。
(一)理论教学
理论教学主要在课堂完成,通常由教师作为教学的主导,学生作为教学的主体,主要由教师讲授完成。教师在理论教学中,首先要保证对知识点讲授的准确。教学过程中无论是年轻教师还是资深教师都会遇到对知识点讲授不够准确和完整的情况。教师除了教科书外,应积极通过阅读文献等方式及时补充更新知识。其次,要突出教学的重点与难点。最后,教师应将科研理念与植物学理论教学紧密结合。比如在讲述细胞的组成与功能部分,笔者会介绍在应用现代分子生物学研究植物的过程中,细胞及其结构所发挥的重要作用。比如位于细胞膜和液泡膜上的蛋白分子可以调节水分等的进出。理论教学是植物学教学的基础。
(二)实验教学
实验教学是理论教学的巩固和深入。笔者的教研团队按照植物学理论讲授的内容,将植物学实验按照植物细胞、组织、根、茎、叶、花、果实和植物分类的顺序编排为12个实验课。在实验教学中,笔者组织学生按学号固定实验台,这样方便教师按照花名册快速记忆学生的姓名,加深对学生的了解。除此之外还要求学生提前做预习,写好预习报告,这样每次实验课学生都有备而来。在实验教学中,教师应鼓励和引导学生充分发挥主观能动性,自己设计试验,真正让学生感受学理论以致用的乐趣。
(三)实践教学
教学实习是高等教育中不可或缺的教学实践环节,直接关乎高等教育人才培养目标的实现。实践教学是提高学生的实践技能,启发学生科学思维和丰富创造力的重要手段[4]。实践教学通常通过教学实习来完成。笔者所在的教研团队采取校园实习加野外实习的实践教学方式。为保证教学质量,每位教师大约带队20人,从认识校园植物开始。笔者所在的青岛农业大学校园植物大约有450种植物,学生们自然对朝夕相处的校园植物充满了兴趣。笔者通过讲解,学生自行采标本,结合带领学生一起查找植物志,分组讨论与比赛,奠定了教学实习实践的基础。之后带领学生去野外实习,延续辨识校园植物的教学方式,走进大自然,一路辨识各种植物,一路讨论探索,使学生在轻松愉悦的氛围中增长学习兴趣、提高实践技能。
三、教学思想:切身从学生出发,真正从内心尊重学生
教学思想应该是围绕教学对象的主体展开,教书育人是教育最终的目的。笔者切身地体验到,教学一定要“切身从学生出发,真正从内心尊重学生”。这不是简单的一句口号,也不是故作姿态,而是作为教师发自内心的真诚态度。
四、结语
教学准备、教学方法和教学思想是教学过程中重要的组成部分,笔者对这几个方面仅进行了较为简单的探讨。高校教师应该想方设法在各个方面进行综合思考、调整和改善,从而达到切实提高植物学教学质量,培养德才兼备的复合型人才的教育目标。
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作者简介:
裴海霞(1979-),女,汉族,山西大同人,博士,讲师,研究方向:植物发育与分子生物学。
关键词:医科大学;交叉学科;建设;独立
中图分类号:G 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2014)-11-00-01
从概念上讲,学科交叉逐渐形成一批交叉学科。交叉学科的不断发展,推动了科学领域的进步,交叉学科正在逐步向综合科学发展。在医科大学中,独立学科的研究已经进入到了一个理想的高度,要想在今后获得更大的突破,应该独立设置医科大学交叉学科,而不是仅仅作为单一的课程来对待。本研究主要对独立设置医科大学交叉学科建设展开分析,现做如下综述。
一、独立设置医科大学交叉学科建设方案
(一)交叉学科的形式
就交叉学科本身而言,其独立设置的目的在于提高医科大学的研究水平,并且扩大医学领域的研究范围,输送更多的人才。基于现实需要的考虑,交叉学科的形式可分为3个层次:核心学科、紧密层学科、外延层学科。核心学科作为我国的重点培养项目,必须是具有博士学位授予的学科。以分子生物学为例,该学科主要是在分子水平上研究生命现象的科学,属于典型的交叉学科。在医科大学中,分子生物学主要是研究生物大分子(核算、蛋白质)的结构、功能以及生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。分子生物学在现代医学中,突出表现为对人体神经活动的机理探索,对癌的发生研究等等[1]。紧密层学科主要是由核心学科的内涵联系紧密的若干学科组成,该形式主要是为了让学生了解更多的医学知识,并自主探究其中的联系。外延层学科主要是核心学科与紧密层学科联系松散的外周学科。
(二)交叉学科的内容
独立设置医科大学交叉学科,应从多方面入手,而不是仅仅局限在医学学科的内部,应向多种学科进行拓展,深入研究,将各个领域的相关联系摸清楚,为将来的医学发展和国家发展做出更大的贡献。本研究认为,交叉学科的内容应包括以下几个方面:第一,医学与自然学科的融合。以细胞生物学为例,该项交叉学科体现在显微、亚显微、分子水平三个层次上,主要是研究细胞的结构、功能、各种生命规律[2]。从客观的角度来说,细胞生物学有利于研究人类的起源,并且在发现新物种和探究古老物种方面,都做出了非常突出的成就。值得注意的是,细胞生物学还能够对细胞结构与功能进行研究,特别是染色体,这对临床医学的发展和各种先天疾病的治愈都具有较大的积极意义。第二,医学内部学科之间的融合。交叉学科的核心目的之一就是促进当代医学的发展,将医学内部学科进行融合,不仅健全了交叉学科的研究体系,同时可将最新研究成果应用到临床治疗中,提高治疗水平,促进患者早日康复。第三,医学与人文社会科学的融合。以生态学为例,该项交叉学科主要研究生物体与其周围环境相互关系的科学,属于医学与人文社会科学的典型结合。随着人类活动范围的扩大与多样化,人类与环境的关系问题越来越突出。因此近代生态学研究的范围,除生物个体、种群和生物群落外,已扩大到包括人类社会在内的多种类型生态系统的复合系统。人类面临的人口、资源、环境等几大问题都是生态学的研究内容[3]。
二、独立设置医科大学交叉学科建设成效
(一)通过实施重点建设工程,学科层次和水平得到全面提升
现实工作中,独立设置医科大学交叉学科并不是一件容易的事情,但最终的成果却是被社会广泛关注的。从我国的情况来分析,通过实施重点建设工程,学科层次和水平获得了全面提升,我国的医疗水平和技术也有较大前进。例如,2003年,复旦大学与上海医科大学合并以来,积极致力于医学与诸多学科的融合。学校特设了Med-X基金,以此为纽带,通过项目合作,实现了两校技术平台和科技资源的共享,大幅提升了科研实力,拓宽了科研领域。“环境化学污染物致机体损伤及其防御的基础研究”项目,是复旦与中国预防医学科学院联合申报成功的2002年“973计划”项目[4]。中国预防医学科学院之所以选择复旦作为合作伙伴,就是因为看中复旦大学生命科学院与医学院结合后的研发实力居于国内前列。枫林校区宋后燕教授的分子医学实验室就是在两校合并后,得到科技资源的支持,成功建成教育部重点实验室。
(二)通过扶持新兴交叉学科,学科专业覆盖面进一步拓宽
除了上述的成效外,我国还通过扶持新兴的交叉学科,促使学科专业覆盖面有了更大的拓宽。以四川大学华西药学院为例,该学校的新型交叉学科――创新药物与中药现代化研究,属于一种全新的研究领域。近五年来,在创新药物与中药现代化研究方向,负责863项目1项,国家杰出青年基金1项,国家自然科学基金重点项目1项,国家科技部重点攻关课题3项,获部、省级等各类奖50余项,专利10项(其中有2项为美国发明专利)。发表相关研究论文累计达700余篇,综述性文章100余篇,编写各类专著、教科书和参考书20余部,其中主编的《物理药学》、《靶向给药制剂》属填补国内空白的专著。主编的《药物化学》等教材为全国规划教材。
三、总结
独立设置医科大学交叉学科在理论上、实践中都获得了非常大的积极成果,在经济效益、社会效益上也得到了广泛的肯定。在今后的工作中,应进一步独立设置医科大学交叉学科,提高各方面的工作水平,促进医疗技术的提升,为我国的社会发展和国家进步,做出更大的贡献。
参考文献:
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[关键词]分子生药学; 中药材; 新形势; 人才培养; 教学
Teaching research of Molecular Pharmacognosy for talent development
in industry of Chinese medicinal materials under new situation
GUO Wanli*, QI Zhechen, ZHANG Xiaodan, SHENG Qing, LIANG Zongsuo*
(Key Laboratory of Plant Secondary Metabolism and Regulation of Zhejiang Province,
College of Life Science, Zhejiang SciTech University, Hangzhou 310018, China)
[Abstract]The industry of Chinese medicinal materials is going through another highlevel development stage with some important files issued by Chinese government in the past months, such as "the protection and development plans of Chinese medicinal materials (20152020)" and "the strategic development plans of Chinese medicine (20162030)" In addition, the effect of "TU Youyou" will not only improve the industry development, but also indicates the increasing international competition intensely Therefore, one of the core problems of the sustainabledevelopment industry is the training of senior talents under the "New Situation" with opportunity and intense competition As one of the forefront courses of Chinese Pharmacology, Molecular Pharmacognosy (MP) is a new interdisciplinary science, which integrates the pharmacognosy and molecular biology, and combines many discipline theories and technological systems MP not only inherits the traditional concepts,but also makes up for the shortages of pharmacognosy, and improves the development of pharmacognosy Thus, these are importance of MP for cultivation of senior talents, and also the difficult teaching points of MP with no unified teaching mode We will, in this paper, discuss the possible teaching modes through several aspects for talent cultivation and meeting the needs of social and industry development, such as teaching state of MP, the education of undergraduate and graduate students, social identity, and self renewal of curriculum theories and practice.
[Key words]Molecular Pharmacognosy; Chinese medicinal material; new situation; talent cultivation; teaching
《中药材保护和发展规划(2015―2020)》中明确中药材是“关系国计民生的战略性资源”,阐述了指导思想、基本原则、主要任务等内容(http://wwwgovcn/zhengce/content/201504/27/content_9662htm)。保障规划顺利实施的关键之一是中药材产业人才的培养,例如中药材相关的分子鉴定、地理资源、次生代谢物及其调控、生物工程、生态等人才的培养和储备。另一方面,随着社会生活条件的改善,“健康”问题显的尤为突出,社会对中药材的需求量逐年上升,如何规范中药材产业,保障中药材的品|和资源保护等都对人才培养提出了更高的要求(http://wwwgovcn/zhengce/content/201505/07/content_9704htm)。另外,科学家屠呦呦获得诺贝尔奖(2015)不仅说明青蒿素的发现是中西医医药理念的有机结合案例之一,也让世界再次认识和接纳中药的神奇,必将促进中药的国际出口规模,国际竞争将更加激烈。在未来中药材产业机遇与挑战共存的国际大环境下,人才的培养显得尤为重要。
1995年,黄璐琦提出分子生药学(Molecular Pharmacognosy)的概念[1],6年后出版专著《分子生药学》第1版,标志着“分子生药学”这门生药学分支学科的诞生,为生药学领域理论和技术的革新提供了系统的框架[2]。2006年和2015年又分别发行第2版和第3版,每一版在内容方面都有非常多的更新,说明分子生药学这门新兴学科发展迅速,并衔接前沿,能快速融入新的知识和理念,逐渐形成自己的特色。该学科主要涵盖濒危中药资源的遗传多样性和保护策略研究、药用植物分子系谱地理研究、道地药材形成的分子机制研究、药用化学成分生物转化及分子机制研究、植物分子育种研究、药材基因组学、合成生物学等内容。2012年,Springer出版社出版的《Molecular Pharmacognosy》标志着分子生药学学科进入国际视野。《分子生药学》高等教育教材也于2008年出版,先后有20多所院校采用该教材开设了本科生和研究生课程[3],并有很多中医类大专院校将其设置为中药学相关专业必修课程,提出了各种教学模式和方法,如PBL教学法(ProblemBased Learning)[4]、启发式教学和参与式教学[5]、开放性实验教学[6]等。然而,这些多基于特定情景下的教学探讨,如何从全局、新“形势”下认识分子生药学教学的重要性是培养高标准人才的关键,即把握全局、具体应对、因材施教和因条件施教等。
因此,本文主要从分子生药学教学的整体现状、优势和不足,本科生和研究生教学的模式、方法,如何加速增进分子生药学的社会认同,分子生药学课程的理论和实践更新等几个方面探讨分子生药学在中药材产业高级人才培养中的作用,以期进一步推动分子生药学和生药学的发展,为未来中药材产业的发展与挑战培养和储蓄人才。
1分子生药学教学现状、问题和建议
1995年以来,我国20多所院校开设了分子生药学课程[3],尝试各种教学模式和方法,众多教师为了分子生药学的发展群策群力,因此,该课程的发展势头强劲,特别是2008年《分子生药学》高等教育教材的出版,为该课程的本科生授课提供了蓝本,包括沈阳药科大学、北京大学、复旦大学、华西医科大学等,2014年,浙江理工大学制药专业设置了该课程。尽管该学科在短时间内取得了巨大的成就,但作为新兴的边缘交叉学科,其学术、教学和社会的影响还不能适应快速发展的中药材产业,导致产业的研发水平、长期经营战略和高级人才的短缺。因此,专业人才的培养是推动学科和产业发展的源动力。
分子生药学的教学主要存在授课内容和教学模式2部分。从授课内容来看:①分子生药学是高度交叉的综合学科,教师知识面的广度和深度直接影响教学的效果,例如生药学背景的教师,她可能对中药的传统识别、栽培、生化鉴定等比较熟悉,但对分子鉴定、基因组学、代谢调控等相对陌生,这样的教学效果不是很理想。如果多学科老师一起上这门课可能克服这个问题;②师资队伍规模较小,缺乏有效的交流机制。从2012年开始,每年都有“分子生药学暑期研讨会(国家中医药管理局分子生药学继续教育项目)”,至今已经举办5届,参会人数和会议水平逐年快速提升,大大促进了分子生药学学科的迅速发展。美中不足的是其频次、规模和影响力有限,对总体教学水平的提升显的略微不足。建议该会议扩大教改交流的范围,提升交流的水平;③分子生药学授课内容与其他课程交叉,要求具有较好的专业基础。无论是选修课或必修课,学生最好在生药学、分子生物学、遗传学、细胞生物学等基础学科预修后学习分子生药学才能达到最好的效果。从教学模式来看:①教学模式和教法相对单调。该学科发展历史较短,如何有效开展教学是其发展的内动力,吸引学生的兴趣和注意力是关键,这也是教学模式和教法所能起的重要作用之一;②实践课程的缺失。分子生药学是多学科交叉课程,其原理和技术相对复杂,实践课程能提高教学效果,但实践课程方面显的较为薄弱。另一方面,分子生药学大部分实验的周期都比较长,如何设计实验课是一项较大的挑战。
促进分子生药学教学发展的可能建议:① 成立分子生药学学会,下设学术、教学和产业分会,统一全国分子生药学学术、教学和产业交流会或研讨会;设立教学奖教金和教改项目(分子生药学暑期会议已经有教改项目,是否在资金充裕的情况下增加资助力度),在学会层面开展分子生药学教学竞赛、教学模式和教法的研究。推广中国中医科学院中药资源中心开放课题“分子生药学课程建设”的优秀成果;②编纂分子生药学相关的辅助书籍,例如:《分子生药学生物技术原理与应用》提供原理支撑和技术的推广应用,《分子生药学案例解析》为学生或研究人员提供典型案例,拓展成功模式,增强相关原理的理解和应用,以及实验辅助教材等等;③分子生药学开课的高等大专院校或研究机构应根据本单位课程的特色调整分子生药学的授课内容,避免大量重复,学生预修专业基础课程后再授课;④合理安排实践课程,一方面根据具体情况开展实验课程,一方面带领学生参观有一定规模的中药企业的生产和研发部门;⑤加大社会和中药材行业的宣传力度,着重该学科人才培养的就业前景,对社会和产业未来发展的重要作用,特别是一些典型案例,如天士力的人才战略等。
2本科生和研究生教学
全国能开分子生药学课程的机构主要是有生命科学学院的综合类大专院校、医药(含中医药)和农林相关的专业类大专院校,中科院相关的研究机构(表1)。这些单位的教育目的、教师水平、教学资源、办学侧重点等存在较大的差异,从而导致分子生药学的教学模式存在较大的差异,另一方面,学生的学习氛围、基础等也是千差万别的。因此,分子生药学的本科教学最好根据这些实际情况做相应的教学调整。
学校类型学生类型选修学期授课侧重点授课方式综合类大专院校本科生3年级下学期及其后生药学、分子标记等专题和案例研究生(T博)1年级生药学、次生代谢等案例农林类大专院校本科生3年级下学期及其后生药学、分子生物学等专题和案例研究生(硕博)1年级生药学、分子生物学等案例医药类大专院校本科生3年级下学期及其后分子标记、次生代谢等专题和案例研究生(硕博)1年级分子生物学等案例研究机构研究生(硕博)1年级生药学、分子生物学等案例
综合类大专院校生命科学学院已经开设分子生物学、细胞学、生物化学等基础课程,这里重点放在生药学、分子标记、植物化学、植物次生代谢等的学习,授课内容可分为原理、应用2部分,授课形式以专题和案例可能更好,例如人参、长春花、丹参等的系列案例,例如丹参的资源谱系、分子鉴定、亲缘地理、道地性和多样性、次生代谢物合成和调控、转基因和发根生物反应器、生物合成、组学和基因功能等。该类大专院校学生综合专业基础较好,适当增加分子生药学的授课深度为佳,在讲授原理和技术的同时把该学科的研究思路、策略和个案融入授课当中,可提高学生对本学科广度和深度的认知,同时培养学生的科研设计能力。
农林类大专院校的教学重点在种质资源、育种、栽培、畜牧养殖等学科,建议老师们结合这些学科把分子生药学的授课重点放在生药学、分子标记、分子生物学和次生代谢等领域的学习,把分子机制基础与案例分析相结合的授课模式可能更好,拓展学生的知识范围。另一方面,如能把分子生药学的原理和技术与其专业学科结合,则能培养该领域的高级人才。例如中药材的分子标记和代谢谱检测辅助育种(中药材品种选育和定向育种是其种植业的瓶颈)、种源的谱系分析、生物工程育苗、中药材品质鉴定的分子基础等。从而推动中药材产业链上游种植和初加工产业的发展。
医药类大专院校的生药学、药物化学、药理学、医学、临床等专业基础知识较扎实,分子生药学的授课侧重点在药用植物学、分子标记、次生代谢等理论的学习。老师可结合这些特点,培养学生从这几个方面挖掘中药材药效和药理的科研能力显得较为重要。这方面人才的培养不仅能促进中药新药效的挖掘,同时带动该产业链其他产业的发展,如种植业、加工业等。
由于分子生药学是多学科交叉学科,其专业基础课包括植物学、动物学、微生物学、遗传学、细胞生物学、生物化学、分子生物学、组学等,其原理和技术相对复杂,建议学生在大学3年级上学期及其后(修完专业基础课)上这门课。如果学生在学习分子生药学时发现有些基础课缺失,需要自学补充,降低学习的难度。另外,除了非常关键的原理和技术,建议采用专题的方式授课,例如中药材分子鉴定、药材道地性的分子诠释、药材亲缘地理学、中药的组学、中药资源保护和利用、中药次生代谢及其调控等理论学习;筛选出10~20种中药,对其分子生药学相关的知识进行整理,形成案例专题,如人参、长春花、青蒿、红豆杉、丹参、灵芝、甘草、三七、水蛭等。不同高校可以根据所处地区中药的特点进行选择性授课。除了授课,根据具体情况实施实验课程、实地参观和实习;实验最好安排成大实验或综合类实验。
研究生(硕士或博士)具备了相对扎实的理论和技术基础,具有自学和相对独立的实践、创新能力,建议采用案例的方式传授分子生药学课程(表1),根据相关单位的科研案例,特别是分子生药学的前沿课题,如果同时安排某一主题的实验(实验与授课周期一致),则能取得更好的授课效果。例如中国中医科学院中药资源中心可以从丹参酮合成生物学、组学、中药材的分子基原鉴定、DNA条形码[成功案例:博奥晶典蕲蛇和乌梢蛇PCR鉴定试剂盒(QS2015050101)]、中药材的分子鉴别等展开;浙江植物次生代谢调控重点实验室可以以丹参的资源鉴定、丹酚酸和丹参酮生物合成途径及其调控、非编码RNA、组学等开展研究生的授课等等。
分子生药学的前沿性和前瞻性为研究生提供了广阔的发展空间。如果能把课程与研究生的选题和研究方向结合起来进行,则能深化课程的教学效果,有针对性地培养高级人才。特别是学生展示自己的选题和研究方向后,老师能给予及时的指导会有更好的教学效果。例如某种中药材定成分生物合成和积累机制的选题,可以从道地性或遗传多样性等角度指导学生分析不同种质资源间该成分的积累差异,推测不同生态因子对该差异的影响;或引导学生通过对该植物不同发育期成分差异的规律推测其合成的最佳季节或发育期。根据这些差异筛选该成分差异最大的株系,进行基因表达普差异分析或基因表达差异显示技术来寻找可能的候选基因。然后引导学生来验证候选基因的正确性,这里包括异源表达(拟南芥、水稻等模式植物的遗传转化)、基因沉默、基因敲除等。如果获得该成分生物合成途径基因,则指导学生采用合成生物学的理念进行人为可控的生物合成,最终达到产业化的目的。该指导过程中一系列的原理和技术指导也是必不可少的。当然,这只是分子生药学中的一隅,应根据学生的选题、实际情况给出具体的指导。
3分子生药学相关人才培训
社会和中药材产业还需要对分子生药学学科的重视度提高到新的层次。目前,国内中药材产业的技术革新、转型升级等的关键是技术、管理和监管的转型升级,其有效支撑是人才的培养,但国内中药材产业的总体特征是“小、多、低”(规模小、企业多、产业水平低),这些导致人才培养的缺失,普遍存在借鸡生蛋,却无力或不愿付出的侥幸氛围。如果分子生药学学会成立,即可在此范围内组织分子生药学原理和技术培训,包括产业培训和技术培训,前者是面对中药材产业技术人员的针对性培训,例如特定药材的分子鉴定原理和技术。技术培训包括高校教师、学生和产业人员的高级别培训,如中药系统生物学和组学的原理技术培训,主要面对分子生药学的前沿理论和技术。建议培训的教学方式是专题与实践并行,这样就能迅速推广某一特定新技术在研究和产业中的应用。在没有学会成立的前提下,该学科的倡导者及积极建设该学科的人员应有意引导相关的原理技术培训,起到宣传该学科和普及分子生药学知识的作用。
4分子生药学教学的社会认同
尽管分子生药学学科在短短20年间得到快速的发展,但存在的主要问题是理论与实践结合的较少,该学科对中药产业的贡献以及对中药种植行业等支撑的相关统计很少,即中药材产业上游栽培产业的应用等还缺乏说服社会的大量案例,指纹图谱的广泛应用是其成功案例之一。如何获得社会的认同可能需要以下几个方面:①专业的就业前景,如何引导社会对分子生药学专业学生的就业充满信心是得到社会认同的关键,《中药材保护和发展规划(2015―2020)》、《中医药健康服务发展规划(2015―2020)》和《中医药发展战略规划纲要(2016―2030年)》等国家发展规划就是分子生药学专业学生未来就业的可靠政策保证。例如浙江省《浙江省健康产业发展规划(2015―2020)》中提到2020年浙江省健康产业实现总值达1万亿元,可以想想能保证就业的空间有多大;②分子生药学引导中药材产业发展的能力,主要包括3方面,技术引导、科学管理和人才储备,这些能力建设是获得社会认同的硬指标;③分子生药学课程建设,人才培养,分子生药学是多学科交叉,很难把握教学的深度和广度,教师开课前一定要对所在单位所有专业课程进行调研,推出自己课程的特色,如果为了开课而开课,则会影响学生对分子生药学的认知,一旦开课,建议做到理论要深入浅出、拓展面要宽(举一反三)、前沿和基础理论为主、应用并重,说教为辅等,尽可能把分子生药学的内容形象生动地展示给学生;④建立“教”、“学”、“研”、“产”结合的学会、高校和研究单位等体系,经过若干年的发展,分子生药学必定深入社会和产业,获得认同。
5分子生药学课程理论和实践需要进一步完善
分子生药学的产生是传统生药学(资源形态气味细胞组织结构光谱分析等)发展极致的必然产物[7],2015年版《中国药典》收载薪蛇和乌梢蛇的聚合酶链式(PCR)鉴别方法[8]说明了生药的分子鉴别开始走向应用。然而,正如黄璐琦先生所言,该学科的理论和实践需要进一步加强和完善[2]。《分子生药学》第3版[9]的修订明显优于第2版,删除了“研究方法及其基本技术”(与分子生物学相关的部分重复)、“药用植物种子资源分子生药学研究”、“药用植物抗性基因工程研究”等章节,增加了“分子生药学的形成与发展历程”、“药用植物分子谱系地理学”、“药用植物功能基因组研究”、“药用植物的转基因研究”和“药用植物的分子育种研究”等章节,丰富了课程内容,增加了前沿热点研究信息。
在整个体系中已出版的分子生药学著作可分为3类:①专著,《分子生药学》第3版,重点在理论前沿;②教材,中国中药出版社本科生规划教材、人卫出版社研究生统编教材中增加了案例、思考题等;③技术原理与操作手册:针对每个领域,陆续出版了《中药DNA条形码分子鉴定》[10]、《中药分子鉴定操作指南》[11]、《中药资源转录组操作指南》[12]等。为了促进分子生药学的发展,建议:①增加对教学、研究、培训都有更高参考价值的案例;②生药学发展若干年,形成系统的理论和技术体系,加强从传统生药学吸收科学合理的理论,推动分子生药学的发展,反过来促进生药学的发展,形成学科相互促进的态势;③加强学术和教学交流,促进学科的科研和教学水平健康发展;④分子生药学的科普拓展;⑤分子生药学期刊的建设;⑥合理吸收西药和中药的理念,也就是西药精确单成分与中药多组分理念等,以及上文中提出的一些可能建议。强调的是,教学和科研走进企业,解决企业发展的问题是直接推动学科发展的原动力,这是分子生药学的理论前瞻性所决定的,即理论源于实践,服务于实践。
6展望
《中药材保护和发展规划(2015―2020)》、《中医药健康服务发展规划(2015―2020)》、《中医药发展战略规划纲要(2016―2030年)》等国家发展规划,地方性规划相继出台都为分子生药学学科的发展提供了肥沃的土壤。2015年屠呦呦因青蒿素的贡献获得诺贝尔奖,即提高了中药的知名度,也加速了中药材产业的剧烈竞争,尤其是国际寡头企业对国内企业的竞争压力与日俱争。很明显,分子生药学学科的发展即将为中药材产业的转型升级提供优质高水平的服务,尤其是人才的培养和储备。例如中药分子鉴定 (如DNA条形码、药用植物有效成分的生物合成、遗传转化等),中药有效成分代谢调控网络、植物育种和生物反应器、生物多样性与濒危药用动植物保护、中药分子谱系地理、中药道地性等研究领域都稀缺分子生药学专业人才。因此,分子生药学的学科交叉、前沿和拓展等特性使其肩负着“新形势”下中药材产业的人才培养重任和产业理论先导的作用。
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[收稿日期]20160720
关键词:细胞生物学实验;网络视频示范教学
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2013)29-0056-03
作者简介:田男,女,讲师,研究方向为细胞分子生物学;范春雷,男,教授;窦晓兵,男,副教授;钱颖,女,讲师;胡林峰,男,讲师,第二、三、四、五作者的研究方向均为中药抗动脉粥样硬化。
伴随着信息化和新技术革命的发展,生命科学领域的竞争在全世界范围内不断开展。生命科学最突出特点就是基础理论与操作技能相结合,决定了生命科学学院培养人才的竞争力很大程度取决于学生的实验操作能力。因此,生命科学实验课程体系的教学宗旨在不断改善学生专业知识结构的同时,兼顾如何增强学生对实验的积极性,以及如何引导学生自主学习实验课程,从而使学生能够积极地提高自己的实验操作能力。
细胞生物学与分子生物学,神经生物学和生态学并列为生命科学的四大基础学科,[1]其对学生的生命科学知识、能力、素质的发展具有直接和长远的影响。从其研究对象及研究方法上已体现出,这门学科涉及各种显微镜的使用、细胞培养、细胞器提取及基因重组等一系列实验操作。因此,如何不断提高学生实验操作技能,成为细胞生物学实验教学亟待解决的问题。而网络的兴起正改变着传统的教学方式和教学理念,实验教学正在酝酿一场新的变革,网络远程教学、多媒体课件等将有可能成为实验教学的崭新手段。笔者结合多年的教学经验,对网络视频示范教学在细胞生物学实验课程中的应用进行了初步探讨。
一、细胞生物学实验教学现状分析
近年来,细胞生物学和遗传学、分子生物学的联系日趋密切,新理论、新概念、新技术层出不穷,使得细胞生物学理论发展非常迅速。然而,目前细胞生物学实验教学普遍滞后于理论课,存在着种种缺陷:
实验教学模式单调,学生处于被动地位,难以激发其积极性和主动性。[2]目前的实验教学模式往往强调知识的传授、实验的验证和实验结果的获得,而较少重视学生学习积极性、主动性的调动,学生只是被动填鸭式的接受,教学效果不佳。
实验内容陈旧、单一。实验内容多是验证性实验,难以培养学生的创新能力,不利于学生综合素质的培养。[3]
实验教学手段生硬、单一,主要是口授和板书。[4]一方面口授和板书直观性较差、讲课速度慢,课堂信息量有限;另一方面由于口授的差异性与板书的局限性,教师常常难以把实验内容准确而规范地传授给学生,并且学生的接受能力不同,对实验原理、实验操作的理解也会出现偏差,做实验时经常出现错误。
现在基本所有的细胞生物学实验是由教师做实验准备工作,学生对实验前准备、预实验认识不够。实验前准备包括配制试剂、预定设备、各种实验耗材的准备、器具的灭菌等等,学生对实验缺乏整体观,只是机械地按照实验流程操作,导致学生动手能力、处理解决问题能力得不到充分的锻炼,有违教学初衷。
由于实验课程各章相对独立、上课时间间隔较长,具体实验程序复杂,动手操作多,学生多而专职教师少,导致细胞生物学实验课程教学效果不佳。
所以,想在有限的时间内既完成大量教学任务,又提高学生的实验技能,引导学生更好地进行自主学习,达到开展实验课程的目的,就需要利用多媒体计算机通信技术,结合现代化网络教学平台,实施实验操作视频示范教学与课堂教学相结合,充分利用学生的课余时间,提高教学效能。为培养飞速发展的生命科学所需要的、具有更强竞争能力的高素质创新人才创造条件。
二、细胞生物学实验教学改革及优势
1.将传统单一的实验教学模式转变为基于网络平台的实验视频示范教学模式,与传统课堂教学相结合
用摄像机拍摄下细胞生物学实验课程。该课程由专职教师根据自己的专业特长选择实验进行操作,在实验开始前向学生讲解实验原理、对本节实验所需器材一一介绍,在实验操作过程中强调操作的重点、难点。实验视频拍摄完成后,使用相关软件对其进行加工处理。实验课程视频制作、处理完成后,通过多媒体计算机信息技术将操作视频放入本院网站中,并同时在页面中设置实验原理、实验目的、器材设备、注意事项及课后作业的选项,方便学生在观看视频的同时掌握实验的原理及目的意义。
提前告知学生在学院网站上预习实验视频,鼓励学生自主学习,带着问题来上实验课,而课堂上教师可以参考学生的问题有的放矢,着重强调重点、难点。因为学生已经观看过视频对实验操作有了一定的认识,课堂上教师再次进行示范操作时,学生可以选择自己不太了解的部分有目的地学习,更有利于增加学生的积极性,提高动手操作能力。这样网络视频示范教学就与课堂教学结合,构筑现代化细胞生物学实验视频示范教学模式。从而实现真正意义上的以学生为中心、以教师为主导,强调学习者认知主体作用的模式,同时又不忽略教师的指导作用。基于网络环境下的视频教学,能够使学生充分发挥主观性和独立性,有利于教师引导学生自主学习,增强学习实验课程的积极性,适合学生在课前进行实验预习,课后巩固复习,再结合课堂上教师的手把手指导,使学生不断提高实验操作技能,进一步理解基础理论。
2.组织教学学生参与实验课实验的准备和管理工作,也鼓励学生进入学院相关课题组实验室做实验
由于传统细胞生物学实验是由教师做实验准备工作,学生对实验前准备、预实验认识不够,学生对实验缺乏整体观,学生只是机械地按照实验流程操作,导致学生动手能力、处理解决问题能力得不到充分的锻炼。因此,有计划的组织教学学生参与实验课实验的准备和管理工作,也鼓励学生进入学院相关课题组实验室做实验。这样教学,学生不但熟悉了实验室规章制度,掌握了一些试剂配置和仪器使用方法,还提高了动手操作能力,特别是在综合性和设计性实验中发挥了很好的带动作用,[5]对学生以后就业、继续深造都有好处,学生踊跃报名,很积极。
三、网络视频示范教学在细胞生物学实验教学中主要优势
1.使学生的被动学习转变为主动学习
在学生实验前,先观看实验操作录像,例如细胞培养录像,使学生在操作前对实验的程序、方法、注意事项有了直观的了解,然后实验教师亲手示范整个实验操作步骤,最后再让学生进行实验。这样,一方面大大缩短实验时间,同时也使学生加深了印象。也可以把观看视频等作为实验教学的平时成绩,提高学生学习实验的积极性。据课后学生反馈,这样实验教学效果很好,深受欢迎。
另外,细胞生物学实验课程中常常有很多的等待时间,如材料固定、离心及染色等,充分利用这一时间,以让学生观察相关实验的装片或切片,也可以观察上届学生制成的永久装片,这样可以将实验结果提前展示给学生,增强学生对实验结果直观性的认识;[6]另外,教师也可以结合自己的科研经历,给学生介绍实验中技术发现的历史及其具体应用,或相关的科普小故事,或可以和学生讨论本实验可能出现的结果等,培养他们分析问题和解决问题的能力,同时也极大调动学生上实验课的积极性和主动学习的热情。同时缓解学生多教师少的局面,实现高效能教学。
2.教学中的视频、课件及教师的示范的有机结合,符合学生的认知规律
细胞生物学实验教学涉及显微镜的使用、细胞培养、细胞器提取及基因重组等一系列实验操作。由于实验操作中有许多小的细节需要注意,实验中微小的差异就可能导致实验结果不同。由于时间、无菌原则的限制,许多内容无法演示,直观认识的缺乏常常限制了学生的思路。网络视频示范教学可再现许多以往的实验操作错误,使学生在短时间内了解到大量直观信息。同时可以把实验原理通过动画、课件展现给学生,加深对实验原理的认识。
四、总结
网络视频示范教学作为一种新兴的实验教学手段,还应有一个不断改进和完善的过程。例如,由于受硬件条件的限制,部分影像效果不太理想;学生注意力不很集中;教师为了讲解多媒体课件与学生间的交流较差;教师、学生对网络(校园网)的利用率低;如何实现现代化网络视频示范教学与传统课堂教学的有机结合,等等。相信随着实验室硬件的改善、视频和课件制作水平以及网络与实验课程教学结合水平的提高,这些问题将逐步得到解决。
在实验教学过程中,要合理有效地运用网络视频示范教学手段,以达到提高教学效果和教学效率的目的。把握好网络视频示范教学与传统教学方法的有机结合,真正发挥网络视频示范教学在实验教学中的作用,使得实验课程真正向学生开放。一方面使学生共享不同的教学资源,丰富学习内容,另一方面又可以使学生享受图文并茂、视听一体的动态课程,改变学生固有的学习模式,使其发挥主观能动性、提高实验学习的积极性,从而在实践操作过程中不仅学到知识,而且体会到动手的乐趣。
参考文献:
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在原来教学改革思想的基础上,根据园艺植物生物技术教学任务和教学内容的调整,针对教学过程中新出现的教师学生专业化差别,学生教学参与感不强,优秀学生“吃不饱”,以及实验教学量增加的问题,通过推行模块化教学,情景化教学,推行有条件的全英文教学,以及完善整体化实验教学,进一步构建和优化该课程教学的内容体系和教学模式。
关键词:
园艺植物生物技术;教学改革;模块化;情景化
生物技术是现代生命科学发展的前沿学科。生物技术在农业领域的应用已经成为广泛关注的研究领域[1]。园艺植物生物技术以园艺植物为研究对象,主要领域包括蔬菜、果树、花卉和茶学。目前,国内多所农业院校园艺专业都先后开设了园艺植物生物技术课程[2-6],其中华中农业大学开设的园艺植物生物技术国家精品课程比较具有借鉴价值[7]。通过多年比较研究和教学实践,笔者在实践原有教学改革方式方法的过程中不断发现新问题[8],进一步总结教学经验,以期为今后的教学工作提供参考和借鉴。
1课程简介与特色
西北农林科技大学园艺学院开设园艺植物生物技术课程较早,是园艺学专业的基础选修课,同时也是设施农业工程专业的专业选修课。笔者所在教学团队领衔开展的园艺植物生物技术课程具有比较突出的特点,包括拥有自主编写的规划教材,学校公共资源拥有丰富的课外学习资料,具有优良的实践教学平台和知识、年龄结构搭配合理的师资队伍,以及拥有良好的网络教学环境等[8]。这些条件保证了园艺植物生物技术课程教学的顺利进行。近年来,经过不断优化本科教学培养方案,现已将笔者所在教学团队纳入园艺学院基础教研课程组,将园艺植物生物技术归类于园艺专业的通识性教学课程。该课程的设课时间已由原来的本科第7学期[8]调整为本科第5学期,是直接承接西北农林科技大学公共基础课生物化学和遗传学的后续专业课程。为了进一步加强现代生命科学基本理论的培养,学院同时在原第7学期设置园艺植物分子生物学课程,对园艺专业的学生进行深入教学。这种教学顺序和教学对象的调整势必带来一些全新的教学问题。
2目前存在的问题
2.1课程设置早于专业分配,出现教师分专业授课而学生
无差别听课现象按照课程设置计划,学院在本科教学阶段共设置园艺学和设施园艺学2个专业方向,在园艺学方向下又设置蔬菜学、果树学、茶学和观赏园艺学4个模块,园艺学方向的学生可以根据自己的兴趣喜好,结合综合考核成绩,在第5学期中期进行专业选择。另一方面,园艺植物生物技术课程设置于第5学期之初,这也就意味着学生选课时还没有选定专业方向。因此,学院在设置该课程时无法考虑专业选择,即只能实行无差别教学方式。在具体教学中,仍然以自然班为教学单元进行教学。在教师安排时,授课的课程组来自蔬菜学系和果树学系,具有不同的研究背景。由于生命科学的发展非常迅猛,体现在生物技术领域的高速发展尤为突出,新技术、新方法的涌现速度非常快,使得专业教师不可能及时更新所有领域的新兴研究成果,仅可能专注于自己的研究方向。这一特点在教学活动中就会表现出教学的侧重点不一致,在进行实例教学时不能够协调统一。例如,果树学科的教师比较重视植物组织培养方向的内容,而蔬菜学科的教师对于分子标记方向的讲解比较多。在讲解基因克隆方法时,果树学方向的教师会在同源克隆方向上列举较多实例,而蔬菜学方向的教师则在图位克隆方向上有较多的展开空间。这种教学方向,甚至教学内容的差异,对于园艺植物生物技术课程教学的统一很不利。在具体教学活动中,还表现出考试试题、成绩评定标准不一致的现象,这一点对于不同班级学生争取综合测评成绩排名,进而争取研究生报送名额的矛盾尤为突出。
2.2学生的教学参与感以及课程兴趣不足
园艺植物生物技术课程的知识特点就是过于抽象,特别依赖于生物化学、分子生物学的理论知识,很多知识内容属于“不可见”科学,更多的时候需要学生通过想象进行理解和推演。因此,有一部分学生会选择直接跳过理解和思考的过程,回归传统的死记硬背的学习方法。有部分学生对于教学内容、概念、方法还多停留在背诵的层面上,缺乏主动理解,对课程的学习仍以应付考试为主,真正能够通过学习对科学研究产生兴趣的学生人数还比较有限。
2.3部分优秀学生的知识诉求未得到满足
近年来,笔者在教学中发现部分学生存在求知欲望较强,而常规课堂教学不能满足其需求的现象,而且这种类型的学生数量近年来增加很快。西北农林科技大学由于特殊的地理、历史和政策条件的原因,每年有大量学生有出国深造的需求和机会。根据现阶段学科的发展特点,这部分学生中的绝大多数将会直接使用生物技术的相关知识,并且对于该学科的相关英文知识也有要求。针对这部分学生和部分早期规划考研深造的学生,学院从2015级学生开始成立实验班,进行更加专业化的辅导。根据学院的教学计划,需要对园艺植物生物技术课程进行精细教学改革,尝试进行全英文教学。
2.4实验教学内容仍需扩展
针对园艺植物生物技术课程长期存在的教学内容繁杂、实验课程设置不足的问题,学院于2017年开设园艺植物分子生物学与该课程进行互补教学,前者重点强调实验教学,计划再设置32课时实验教学内容。因此,如何整合2个课程的实验内容,需要进一步探究。
3教学改革的方向
3.1进一步整合教学内容,推行模块化教学方式
针对授课教师专业化问题,经学院教学办公室、教研室研究,并报请学校教务处批准,计划整合所有教学内容,打破原有教研室限制,成立园艺植物生物技术教学课程组,将原隶属于果树学、蔬菜学的教师重新组合,以教学内容为指导,分配教学任务,形成不同的教学内容模块。同时,学生不再分班级教学,而是整合成一个课程班级(视选课学生人数情况,再划分为平行的教学班次),接受所有课程组教师的授课。这样可以真正做到教师“讲有所长”,而学生可以充分学习到较为全面的专业知识。这种集体教学的方法以往多用于研究生教学中的研究进展讨论类课程,在本科教学中并不常见。针对园艺植物生物技术这门内容发展非常迅猛的技术型课程的教学,在多年研究教学方法的基础上,逐渐摸索尝试新的教学方式,可以尝试类似于进展讨论课式的模块化教学。在具体实施过程中,预先设定课程组长,由常年从事第一线教学、经验丰富的教授专家担任。课程组长负责召集具有不同专业背景的授课教师,按照教学大纲集体编制教学内容,分解形成不同的教学模块。这些模块包括园艺植物生物技术的背景与发展历史、分子生物学基础知识、基因文库基本知识、分子标记基本知识、基因克隆基本方法、载体基本知识、植物遗传转化基本知识、基因修饰植物基本知识等若干模块。课程组长协调授课教师领取各自的教学模块,授课教师编制具体教案和教学课件初稿。所有模块的教案和课件初稿编制完成后,课程组集体讨论各教学课件之间的衔接与过渡内容,形成最终的定稿。按照设计,课程组长不进行具体的授课工作,仅负责召集、协调各专业教师的教学内容以及各教学模块之间的衔接工作,组织安排教学进度,并有目的地进行听课考核和教学监督。作为组织者,教学组长具有明显的行政化特点,而非传统意义上的主讲教师。
3.2进一步推行情景化的教学方法
推行情景化教学方法是笔者所在教学团队于2012年提出的针对园艺植物生物技术课程特点的教学尝试。其主要思路是,针对某一特定技术和知识点,带领学生回到实现这些创新的时代,说明当时的技术背景,提出发明人的技术思路,展示最初的实验结果,推导新产生的理论。这种带入式教学可以激发学生对于所学习的知识,特别是对于科学研究的兴趣,使学生能够在当时的技术条件和知识背景下,独立推导出所要讲授的内容,同时让学生切实感受到科学研究工作并不遥远,自己通过努力也可以做到。几年的教学尝试表明,这种教学方法效果很好,很容易抓住学生的注意力,开发兴趣点,提高学习热情。更有甚者,有的学生会提出个性化的见解,引发更深层次的思考。在下一步教学改革研究中,将增加情景化教学的范例,系统分析具体教学内容的关联性,将每一项相关的技术内容串联起来,利用情景化将其讲述成为一个连续的科学研究故事,以激发学生的兴趣。这方面的一个实例是:DNA结构的发现与证明,半保留复制与核酸杂交,Southern技术与RFLP分子标记等几个内容可以通过连续的研究故事加以讲解。
3.3尝试推行有条件的全英文教学模式
针对学院组建的实验班和部分有出国深造意愿的学生,计划开设全英文的园艺植物生物技术课程。全英文教学使用小班授课形式,使用英文原版教材,全英文PPT演示和英语讲授。课程教学内容与正常园艺植物生物技术教学大纲要求相同,重点加强课程预习、自学内容。课堂授课兼顾讲解和答疑,讲解内容适当压缩,以阐述知识要点为主,进行适当的内容拓展,鼓励学生课堂提问和讨论。这种教学模式的目的是为了与国外高水平大学的研究生教育相衔接,尽力缩小国内外关于生物技术知识教学方式的差异,使学生提前适应未来的学习方式。另一方面,生物技术的最新研究成果往往以英文作为科技语言进行发表,让学生尽早接触专业科技英语,也可以培养他们的科研阅读、交流、写作能力,更容易对科学研究产生兴趣。
3.4完善整体化实验教育思想
随着学院不断加强生物科学实验课程教学,加大经费支持力度,增加实验教学课时,目前的园艺植物生物技术实验课程内容与指导已经不能够满足今后的需求。基于此,组织所有课程组的教师共同编写了《园艺植物生物技术实验指导》(试用本,以下简称为《实验指导》)。在编写过程中,全面贯彻整体性实验教学原则,以连续性实验为设计目标。目前《实验指导》已完成DNA相关实验内容的编制,主要围绕植物DNA的提取、检测、克隆、载体构建、分子标记等系列实验展开。实验之间互为顺承关系,前一个实验的结果(产物)是下一个实验的前体(供试材料),使所有实验设计以一个整体的形式呈现给学生。该实验指导已在2016年秋季学期发放给学生试用,学生反映情况良好。
4结语
生物技术是迅猛发展的现代科学,其与植物科学、农业科学的结合创造出大量新知识、新技术和新研究领域。关注于生物技术的课程教学也必须与时俱进,不断调整教学方式方法,以培养紧跟科学技术发展的专业本科毕业生。通过近几年对于园艺植物生物技术课程教学改革的思考、研究、探索与实践,不断总结经验,在原有教学改革思想的基础上,针对目前教学要求和教学内容的调整拟定了新的教学改革方向。核心思想是提高学生对于课程知识的兴趣,激发学生对于探索现代生命科学知识的研究热情,培养学生的动手能力。通过个性化和差别化教育,为专业化深造教育输送人才。总之,园艺植物生物技术的教学改革是必要的,同时也需要不断关注、调整,以适应不断发展的对高素质、全面性、创新型农业人才的需求。
参考文献
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