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篇1

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；分子影像學(xué)；醫(yī)師；學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）41-0186-02

分子生物學(xué)的誕生拓展了人們對(duì)于疾病的認(rèn)識(shí)，分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容涉及到生命的本質(zhì)，它的出現(xiàn)對(duì)生命科學(xué)有著巨大的沖擊，尤其是對(duì)醫(yī)學(xué)有著重要的影響[1，2]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)條件下，從分子水平認(rèn)識(shí)疾病并尋找對(duì)策已成為醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要途徑之一。分子生物學(xué)的方法和技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于影像醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)和臨床研究中，與之交叉產(chǎn)生的新興學(xué)科――分子影像學(xué)，已然成為影像醫(yī)學(xué)的前沿與熱點(diǎn)[3，4]，學(xué)習(xí)和利用分子生物學(xué)的知識(shí)對(duì)于廣大醫(yī)生，特別是影像科醫(yī)生來(lái)說(shuō)有重要的意義，有助于我們了解行業(yè)研究的前沿和熱點(diǎn)，提高科學(xué)研究和臨床診療水平。然而廣大醫(yī)生，特別是影像科醫(yī)師在實(shí)際工作中常常面臨知識(shí)缺乏或老化的問(wèn)題，原來(lái)掌握的理論和技能在疾病診斷、發(fā)病機(jī)制的研究、療效的跟蹤和評(píng)估等方面越來(lái)越受到制約。因此，隨著分子影像學(xué)的出現(xiàn)和醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的交叉與發(fā)展，今后的影像臨床和科研中要求影像醫(yī)師能夠掌握與其工作相關(guān)的理論知識(shí)和技能，從而有效地為臨床工作及科學(xué)研究服務(wù)。

一、分子生物學(xué)在影像醫(yī)學(xué)發(fā)展中的意義

近20年來(lái)，分子生物學(xué)在理論和應(yīng)用上都取得了重要進(jìn)展，其理論與技術(shù)已滲透到生命科學(xué)的諸多領(lǐng)域，而影像醫(yī)學(xué)與其結(jié)合產(chǎn)生的新型學(xué)科――分子影像學(xué)更是走在影像醫(yī)學(xué)發(fā)展的最前沿。分子影像學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展將從根本上改變未來(lái)的醫(yī)學(xué)模式，引領(lǐng)整個(gè)醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展的方向[5]。與傳統(tǒng)的影像診斷學(xué)不同，分子影像學(xué)借助于分子探針應(yīng)用醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備非侵入性地對(duì)活體的生理病理過(guò)程進(jìn)行觀察，其優(yōu)點(diǎn)是在器官或組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化之前，從分子水平進(jìn)行定量或定性的可視化觀察[6]。例如通過(guò)標(biāo)記腫瘤產(chǎn)生過(guò)程的關(guān)鍵分子然后進(jìn)行影像學(xué)檢查，既可以顯示出腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的解剖改變，也可以追蹤觀察疾病發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的病理生理變化，有助于疾病的早期明確診斷和發(fā)生機(jī)制等的研究。在藥物開(kāi)發(fā)和作用機(jī)制研究中，通過(guò)標(biāo)記藥物本身或者其作用靶點(diǎn)可以直接顯示藥物在體內(nèi)的變化或靶點(diǎn)的改變，從而為藥物的篩選和作用機(jī)制的研究提供直觀的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。分子影像學(xué)技術(shù)不僅為生命科學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)研究提供了重要方法，而且也在臨床研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用[7]。在未來(lái)的個(gè)體化醫(yī)學(xué)模式中，分子成像技術(shù)可能會(huì)同時(shí)融合疾病的分子診斷和治療跟蹤系統(tǒng)，在早期診斷疾病的同時(shí)進(jìn)行治療并跟蹤其治療后的變化，從而實(shí)現(xiàn)疾病診療的一體化。

二、影像醫(yī)師學(xué)習(xí)分子生物學(xué)知識(shí)的必要性

分子影像學(xué)是分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，分子影像學(xué)利用現(xiàn)有的一些醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，如核醫(yī)學(xué)、核磁共振和光學(xué)成像方法等，通過(guò)特異性的分子探針的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，能夠?qū)θ梭w內(nèi)部的生理或病理過(guò)程中在分子水平上發(fā)生的變化進(jìn)行在體成像，安全無(wú)創(chuàng)，可重復(fù)行強(qiáng)，在疾病的診斷、治療以及療效評(píng)價(jià)、發(fā)病機(jī)制等的方面發(fā)揮著不可估量的作用。分子影像學(xué)是一門(mén)新的交叉學(xué)科，作為影像醫(yī)師要想掌握并應(yīng)用好，除了原有的影像學(xué)知識(shí)外，還要學(xué)習(xí)和掌握分子探針的制備原理和技術(shù)、信號(hào)通道及相關(guān)機(jī)制、腫瘤靶點(diǎn)的篩選和定位等相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，而這些都屬于分子生物學(xué)的范疇。分子影像學(xué)使影像檢查從原來(lái)單純觀察解剖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向功能性分析，從主觀診斷轉(zhuǎn)向客觀的定量分析，因此影像醫(yī)生必然要整合分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)或合成化學(xué)等方面的知識(shí)，在研發(fā)分子探針、篩選基因靶點(diǎn)等方面不斷努力，借助于先進(jìn)的影像學(xué)成像手段早期、直觀的顯示疾病的發(fā)生發(fā)展、治療效果及轉(zhuǎn)歸等，實(shí)現(xiàn)分子影像學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。而且隨著相關(guān)技術(shù)的興起，分子影像學(xué)越來(lái)越注重對(duì)個(gè)體化表型差異的分析，這也為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療，即精準(zhǔn)醫(yī)療，提供了重要的條件。未來(lái)，分子影像學(xué)將推進(jìn)個(gè)體化治療的發(fā)展進(jìn)程，例如許多腫瘤的診斷靶點(diǎn)，也可作為治療靶點(diǎn)，通過(guò)篩選關(guān)鍵靶點(diǎn)，定制對(duì)應(yīng)的特異性分子探針，應(yīng)用分子影像的個(gè)體化分析為病人“量身定做”最佳治療方案，并能予以跟蹤、評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)診斷治療的一體化?？傊莆辗肿由飳W(xué)知識(shí)對(duì)提高影像科醫(yī)師綜合診療水平具有極大的指導(dǎo)意義。目前我國(guó)普通高等醫(yī)學(xué)院校都已開(kāi)設(shè)了分子生物學(xué)課程及其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也有相應(yīng)的規(guī)劃教材和實(shí)驗(yàn)教材，因此畢業(yè)于醫(yī)學(xué)院的影像醫(yī)師大多具備了一定的醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，但分子生物學(xué)的理論和技術(shù)不斷地更新，這就迫使影像醫(yī)師仍需要不斷地學(xué)習(xí)，以便了解分子生物學(xué)的最新進(jìn)展。而對(duì)于沒(méi)有學(xué)校學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的高年資醫(yī)師而言，分子生物學(xué)是個(gè)嶄新的領(lǐng)域，需在重新學(xué)習(xí)[8]。

三、影像醫(yī)師加強(qiáng)分子生物學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的途徑

影像醫(yī)師應(yīng)認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)分子生物學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的重要性，并積極主動(dòng)地加強(qiáng)分子生物學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。除了醫(yī)院、學(xué)科或科室有組織的進(jìn)行學(xué)習(xí)外，更重要的方法還是自主學(xué)習(xí)，通過(guò)有效地繼續(xù)教育獲取必要的理論及技能。在繼續(xù)教育的過(guò)程中，影像醫(yī)師應(yīng)根據(jù)自身的需要選擇學(xué)習(xí)的深度和廣度。如實(shí)際工作中需要對(duì)疾病的發(fā)病機(jī)制、藥物作用機(jī)制、療效評(píng)估等研究較多，還必須全面地學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的最新理論和相關(guān)技術(shù)，才能更好服務(wù)于實(shí)際工作中。影像醫(yī)師獲取分子生物學(xué)知識(shí)的途徑有很多：

1.全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。影像醫(yī)師應(yīng)根據(jù)自身的基礎(chǔ)選擇相應(yīng)的教科書(shū)或參考資料，可以優(yōu)先選擇國(guó)家規(guī)劃教材，以便由淺入深的掌握分子生物學(xué)的理論，明晰各種常用名詞、術(shù)語(yǔ)，了解分子生物學(xué)涉及的研究領(lǐng)域。近年來(lái)大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課程建設(shè)日趨完善，還可以通過(guò)慕課等進(jìn)行在線的視聽(tīng)學(xué)習(xí)[9]，有助于知識(shí)的理解與掌握。在有一定基礎(chǔ)的前提下，再通過(guò)專(zhuān)業(yè)雜志和文獻(xiàn)，了解最新的進(jìn)展和研究動(dòng)態(tài)。

2.明確方向，學(xué)習(xí)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。分子影像學(xué)的研究涉及到多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，因此在學(xué)習(xí)中，影像醫(yī)師應(yīng)明確自身的研究方向，有針對(duì)性的學(xué)習(xí)。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)操作簡(jiǎn)單、便捷，易于被廣大醫(yī)生接受，而且其內(nèi)容全面、檢索便捷等優(yōu)勢(shì)也已在醫(yī)學(xué)繼續(xù)教育中發(fā)揮著不可替代的重要作用。可以通過(guò)維普、知網(wǎng)、同方等專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站，有針對(duì)性的篩選文獻(xiàn)和資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。另外和可以進(jìn)入到分子生物學(xué)的網(wǎng)站、論壇等進(jìn)行瀏覽、搜索等，既能緊跟前沿動(dòng)態(tài)，還可以與他人互動(dòng)交流、進(jìn)行討論。

3.注重學(xué)術(shù)交流與合作研究。參加專(zhuān)題學(xué)術(shù)講座或會(huì)議，尤其是國(guó)家級(jí)或國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)是十分必要的。通過(guò)學(xué)術(shù)交流，可以較快的了解分子生物學(xué)在影像醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用和最新動(dòng)態(tài)，而且在交流過(guò)程中，可以與同行及專(zhuān)家進(jìn)行直接的溝通，交流并獲得必要的指導(dǎo)和幫助[10]。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，單單依靠影像科醫(yī)師無(wú)法發(fā)展分子影像學(xué)，唯有與分子生物學(xué)等交叉學(xué)科的專(zhuān)家精誠(chéng)合作，才能更好的推動(dòng)分子影像學(xué)的發(fā)展和臨床應(yīng)用。哈佛大學(xué)分子影像中心Weissleder教授曾指出影像醫(yī)師應(yīng)該切實(shí)肩負(fù)起開(kāi)展分子影像研究工作的任務(wù)，要與基礎(chǔ)學(xué)科相互溝通，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，協(xié)同合作。因此加強(qiáng)合作與交流能夠更好地解決分子影像學(xué)發(fā)展中所涉及的問(wèn)題，有效的促進(jìn)影像醫(yī)師分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)和研究。

總之，分子生物學(xué)是目前公認(rèn)的最具活力的醫(yī)學(xué)帶頭學(xué)科。分子影像學(xué)的出現(xiàn)是分子生物學(xué)的理論和技術(shù)推動(dòng)影像醫(yī)學(xué)發(fā)展的直接表現(xiàn)。作為新時(shí)代的影像醫(yī)師，必須重視分子影像學(xué)的研究，學(xué)習(xí)和應(yīng)用好與之相關(guān)的分子生物學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)，才能適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，更好的服務(wù)于科研與臨床醫(yī)療工作。

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篇2

摘要：簡(jiǎn)要介紹生物工程專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的困惑，對(duì)分子生物學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了探討，并取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；生物工程；教學(xué)改革

生物工程專(zhuān)業(yè)是以生物學(xué)基本原理為理論基礎(chǔ),以工程學(xué)的方法研究并解決生物技術(shù)和生命科學(xué)中的技術(shù)問(wèn)題。從人才培養(yǎng)的行業(yè)要求看,作為生物工程專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型人才,在知識(shí)的儲(chǔ)備方面,應(yīng)具有一定的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、寬廣的人文社會(huì)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐管理知識(shí)以及相關(guān)的其它知識(shí)；在實(shí)際能力培養(yǎng)方面,應(yīng)該具備較強(qiáng)的社會(huì)生存適應(yīng)能力、知識(shí)更新能力、工程管理實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力；在素質(zhì)要求方面,應(yīng)具有良好的思想道德素質(zhì)、科學(xué)文化素質(zhì)和身體素質(zhì)[1]。分子生物學(xué)是前沿性很強(qiáng)的一門(mén)基礎(chǔ)課,目前,分子生物學(xué)已經(jīng)深入到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域,我們應(yīng)當(dāng)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的實(shí)際情況,開(kāi)拓思路,與時(shí)俱進(jìn),使分子生物學(xué)課程教學(xué)為實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型生物工程專(zhuān)業(yè)人才目標(biāo)服務(wù)。

一、分子生物學(xué)課程教學(xué)改革的必要性

（一）分子生物學(xué)課程的重要性。

分子生物學(xué)是生物工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是現(xiàn)代生物學(xué)綜合發(fā)展的最高水平?，F(xiàn)代分子生物學(xué)以躍入學(xué)科高速發(fā)展期，以滲透到生物的各個(gè)學(xué)科并作為深入研究的工具和平臺(tái)。由于分子生物學(xué)是在分子水平上對(duì)生物進(jìn)行探究和改造，其研究成果能夠從生物的本質(zhì)上認(rèn)識(shí)和利用生物，因此，分子生物學(xué)對(duì)生物工程本科是非常重要的課程。

（二）分子生物學(xué)在生物工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生未來(lái)發(fā)展中的作用。

分子生物學(xué)對(duì)進(jìn)一步深造的學(xué)生奠定了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，對(duì)生物工程本科就業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)也有重要的作用。就業(yè)在與分子生物學(xué)間接有關(guān)崗位上的學(xué)生，可能在其某些環(huán)節(jié)上與該學(xué)科有關(guān)；對(duì)在分子生物學(xué)直接有關(guān)崗位上就業(yè)的學(xué)生，作用當(dāng)然會(huì)更大,其就業(yè)情況詳見(jiàn)調(diào)查表。

（三）分子生物學(xué)課程教學(xué)改革的必要性。

分子生物學(xué)內(nèi)容繁雜、發(fā)展迅猛。針對(duì)學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)中反映的理解困難,為了幫助學(xué)生掌握分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和提高實(shí)驗(yàn)技能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,亟需對(duì)目前的分子生物學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革。

二、教學(xué)改革的實(shí)施方法與效果

（一）選擇好教材, 重視知識(shí)更新。

教材是學(xué)生獲取知識(shí)的首要途徑。對(duì)于首次接觸分子生物學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，選擇一本合適的教材，既可以使學(xué)生克服畏難情緒，也有助于學(xué)生理解抽象概念與規(guī)律，建立起對(duì)該門(mén)課程的興趣和信心，順利地邁進(jìn)分子生物學(xué)的大門(mén)。首先，我校生物工程專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)課程安排在第三學(xué)年第一學(xué)期，學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)了生物化學(xué)和遺傳學(xué)，分子生物學(xué)的大部分概念、內(nèi)容對(duì)學(xué)生而言仍是晦澀難懂，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。其次，由于分子生物學(xué)發(fā)展日新月異, 新知識(shí)新技術(shù)不斷涌現(xiàn), 新版教材不斷推出，給教材的選擇帶來(lái)了一定的困難。只要我們能夠把握該課程的基本脈絡(luò)并對(duì)更新的知識(shí)作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，就能又快又好地掌握該門(mén)課程。我們積極收集最新的教材和資料,不斷更新教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)比對(duì)各種教材內(nèi)容、體系設(shè)計(jì)和風(fēng)格特點(diǎn), 我們選用了朱玉賢等主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》，該教材綜合了生命科學(xué)在分子水平上所取得的研究成果、基本規(guī)律、原理與技術(shù)，全面完整地反映了分子生物學(xué)各領(lǐng)域的最新進(jìn)展[2]，符合生物工程本科教學(xué)的要求。

（二）制定科學(xué)合理的教學(xué)方案。

目前分子生物學(xué)理論課中,有三個(gè)比較突出的問(wèn)題：一是課時(shí)少內(nèi)容多；二是內(nèi)容較抽象；三是教學(xué)內(nèi)容與很多學(xué)科相互聯(lián)系、相互滲透。為了使本學(xué)科與其它課程的知識(shí)緊密銜接而又避免重復(fù), 合理取舍教學(xué)內(nèi)容, 制定切實(shí)可行的教學(xué)方案, 教學(xué)內(nèi)容選擇時(shí)把握三個(gè)原則：第一，側(cè)重學(xué)科的基本理論和基本技能；第二，注意一些趣味性的動(dòng)畫(huà)和模具等的使用；第三，注意和相關(guān)科目教師的教學(xué)交流，淡化與其它學(xué)科重復(fù)的內(nèi)容。對(duì)于學(xué)過(guò)的知識(shí)只做簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí), 而在此基礎(chǔ)上將知識(shí)向縱深、向高層次擴(kuò)展。

（三）把握學(xué)科特點(diǎn), 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)踐證明, 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力、提高教學(xué)效率的必要措施之一。在教學(xué)中合理地穿插具有趣味性、新穎性、啟發(fā)性和熱點(diǎn)問(wèn)題的知識(shí)。例如在學(xué)習(xí)逆轉(zhuǎn)錄時(shí)，我們可以穿插講解AIDS病毒的復(fù)制轉(zhuǎn)錄機(jī)制，這樣通過(guò)理論和實(shí)踐結(jié)合，不僅可以加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，而且學(xué)生聽(tīng)后興趣盎然，視野開(kāi)拓，將有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

（四）改進(jìn)教學(xué)方法與手段。

分子生物學(xué)是一個(gè)抽象繁雜的知識(shí)體系，傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法很難使學(xué)生深入理解和掌握，因此迫切需要改進(jìn)教學(xué)方法和豐富教學(xué)手段。

1.采用現(xiàn)代化多媒體手段。多媒體教學(xué)利用動(dòng)畫(huà)展示事物發(fā)展的動(dòng)態(tài)或推理的全過(guò)程，將抽象的理論的東西形象化具體化，能給學(xué)生創(chuàng)造更生動(dòng)的實(shí)際情境，更多樣地體驗(yàn)理論的實(shí)用性，并充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，能夠有效的克服傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷。對(duì)于分子生物學(xué)這類(lèi)信息量大圖文并茂的課程來(lái)說(shuō)，采用多媒體教學(xué)特別適合，可使學(xué)生產(chǎn)生新鮮感，激起學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)效果。

2.強(qiáng)化教學(xué)互動(dòng)。在教學(xué)中，要加強(qiáng)教與學(xué)的互動(dòng)，使學(xué)生融入到課堂教學(xué)中，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。老師詳細(xì)說(shuō)明各章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合教材主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，帶著問(wèn)題進(jìn)入課堂，同時(shí)在講課時(shí)，有意識(shí)地穿插一些具有趣味性和啟發(fā)性的熱點(diǎn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的興趣，將抽象的分子生物學(xué)知識(shí)理解透徹，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

3.培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力。根據(jù)教師自身的研究項(xiàng)目充實(shí)課堂教學(xué)內(nèi)容，把相關(guān)的知識(shí)融入到教學(xué)中，從項(xiàng)目的立題依據(jù)、研究方法、科研成果等方面進(jìn)行闡述，使學(xué)生領(lǐng)悟分子生物學(xué)的研究思路和意義，開(kāi)拓學(xué)生的思維，激發(fā)求知欲，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，提高學(xué)生的基本科研素質(zhì)。

（五）重視分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力

分子生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程。因此，在分子生物學(xué)教學(xué)中開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課是十分必要的。分子生物學(xué)技術(shù)內(nèi)容豐富，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作，不僅可以增加對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，而且可以把所學(xué)理論運(yùn)用到實(shí)踐中解決實(shí)際問(wèn)題。因此，開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和獨(dú)立工作能力以及創(chuàng)造能力的良好途徑。

實(shí)驗(yàn)課作為理論知識(shí)的“現(xiàn)實(shí)版”,也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和科研能力的實(shí)踐課。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)工作中,應(yīng)加強(qiáng)所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的針對(duì)性、完整性和先進(jìn)性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,應(yīng)注意對(duì)學(xué)生分析解決問(wèn)題能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及思維能力的培養(yǎng)和鍛煉[3]。

（六）利用網(wǎng)絡(luò)資源,提高學(xué)生獲取知識(shí)的能力

互聯(lián)網(wǎng)上的信息資料和研究成果可以共享,掌握互聯(lián)網(wǎng)資源的查詢和利用是了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和獲得已有研究成果的有效途徑。

三、總結(jié)與展望

通過(guò)我們的教學(xué)改革，生物工程專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)教學(xué)效果得到明顯改善，學(xué)生的出勤率增加，課堂氣氛活躍，自主學(xué)習(xí)能力、思考能力和分析解決問(wèn)題能力均明顯提高。為了進(jìn)一步提高生物工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，尚需在以下三個(gè)方面加強(qiáng)改革：第一，鼓勵(lì)學(xué)生參加教師的科研項(xiàng)目，使教學(xué)和科研相互促進(jìn)，在科研中提高綜合素質(zhì)；第二，進(jìn)一步提高任課教師的教學(xué)水平，大力發(fā)展計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，以更加靈活多樣的方式完成教學(xué)；第三，結(jié)合分子生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的困惑，應(yīng)寓教于樂(lè)，夯實(shí)基礎(chǔ)，開(kāi)拓視野，培養(yǎng)喜歡學(xué)科、熱愛(ài)專(zhuān)業(yè)、認(rèn)真學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)高的生物工程專(zhuān)業(yè)本科應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉迎春,熊志卿.應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)定位及其知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2004(10):56-57.

[2朱玉賢，李毅，鄭曉峰等.現(xiàn)代分子生物學(xué)第三版［M］北京: 高等教育出版社，2007

篇3

文章指出研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，提出從注重各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的銜接與關(guān)聯(lián)、根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源等幾個(gè)方面的教學(xué)改革措施，以期增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：

研究生；分子生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)技能；教學(xué)改革

分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，并從分子水平上闡述蛋白質(zhì)與核酸、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間相互作用的關(guān)系及其基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的一門(mén)學(xué)科[1]。該學(xué)科前沿性強(qiáng)、發(fā)展迅速、對(duì)生命科學(xué)領(lǐng)域各分支學(xué)科具有廣泛和深入影響，是學(xué)習(xí)和學(xué)好專(zhuān)業(yè)課程的必要前提。針對(duì)生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，分子生物學(xué)是一門(mén)重要的（專(zhuān)業(yè)）基礎(chǔ)課程，是普通生物學(xué)、生物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的后續(xù)課程，同時(shí)為基因工程、微生物工程、細(xì)胞工程等課程的后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定了理論基礎(chǔ)[2]。分子生物學(xué)作為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)、生物技術(shù)、種子科學(xué)與工程等本科專(zhuān)業(yè)普遍開(kāi)設(shè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在學(xué)生由基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課的學(xué)習(xí)中占有重要的地位。同時(shí)對(duì)分子生物學(xué)基本原理和基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握是本校生物學(xué)、作物學(xué)、草學(xué)、林學(xué)、食品科學(xué)與工程等學(xué)科研究生站在新的高度和視野揭示生命奧妙的共同需求。雖然本校生命科學(xué)類(lèi)和食品科學(xué)與工程等學(xué)科研究生都在上這門(mén)課程，但是由于研究生是來(lái)自于全國(guó)各地的各個(gè)大學(xué)，每個(gè)大學(xué)對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)所設(shè)置的專(zhuān)業(yè)課程也不一樣，加上一些轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，所以加大了我們開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的難度。

一、研究生開(kāi)展分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

（一）資金投入有限和實(shí)驗(yàn)耗資較大相互矛盾由于分子生物學(xué)是20世紀(jì)中期才興起的一門(mén)新興學(xué)科，研究對(duì)象主要是圍繞著核酸和蛋白質(zhì)這兩大分子，因此實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器和實(shí)驗(yàn)條件都要求很高，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的試劑和耗材也比較貴，尤其是實(shí)驗(yàn)耗材不能重復(fù)利用，這大大增加了實(shí)驗(yàn)成本[3]。研究生分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課要體現(xiàn)出與本科教學(xué)的區(qū)別和高層次的特點(diǎn)，但經(jīng)費(fèi)的限制確實(shí)使實(shí)驗(yàn)可選擇的余地不多，而且分子生物學(xué)技術(shù)每年都在持續(xù)發(fā)展，新的技術(shù)和研究手段層出不窮，使研究水平不斷向廣度和深度發(fā)展，但耗材和試劑也在成倍上漲，要使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與學(xué)科發(fā)展相適應(yīng)，就要不斷增加的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)預(yù)算，這筆增加的預(yù)算如何合理的解決，是影響分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的矛盾之一[4]。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置和專(zhuān)業(yè)及學(xué)科特點(diǎn)相矛盾分子生物學(xué)是橫跨我校生物學(xué)、作物學(xué)、草學(xué)、林學(xué)、食品科學(xué)與工程等學(xué)科研究生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。因此開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，必須與這些相關(guān)學(xué)科緊密滲透，只有因材施教地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能更好地理論聯(lián)系實(shí)際。雖然分子生物學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很多，但是目前以我校的實(shí)驗(yàn)條件和經(jīng)費(fèi)條件，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，主要是圍繞以現(xiàn)代生物技術(shù)的核心“基因工程技術(shù)”為主要內(nèi)容開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課對(duì)理論知識(shí)驗(yàn)證，主要以大腸桿菌為研究對(duì)象進(jìn)行、基因的克隆和轉(zhuǎn)化，載體構(gòu)建，基因的表達(dá)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，中間貫穿講解以中心法則為理論主線的各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)[5]。這些基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是我校生物學(xué)、作物學(xué)、草學(xué)、林學(xué)、動(dòng)醫(yī)和動(dòng)科等學(xué)科本科生生物技術(shù)引論與實(shí)踐課程的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，顯然開(kāi)展所有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)論是時(shí)間還是實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)上都是不可能完成的。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究生主流群體是我校本科生，由于他們本科階段已經(jīng)做過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)了，所以再開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，恐難激發(fā)他們的興趣。而對(duì)于校外考入農(nóng)大的研究生來(lái)說(shuō)，他們可能對(duì)分子生物學(xué)這些基本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是完全陌生的，因此需要針對(duì)不同學(xué)科背景的研究生設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[6]。

二、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

為了克服上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，我們應(yīng)加深對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改革措施的探索，努力營(yíng)造有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，作者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)行著手，以此加快創(chuàng)新人才培養(yǎng)的步伐。

（一）注重各個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的銜接與關(guān)聯(lián)由于研究生實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，要開(kāi)展一個(gè)完整的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)具有一定的難度，結(jié)合實(shí)際情況，我們建立分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)體系時(shí)，盡量做到充分利用教學(xué)學(xué)時(shí)，集中在一起利用，開(kāi)展一個(gè)具有關(guān)聯(lián)度和銜接性的實(shí)驗(yàn)，而不是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣有利于學(xué)生系統(tǒng)科學(xué)思維的培養(yǎng)。比如我們制定的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，一個(gè)是基因表達(dá)，模擬植物干旱脅迫下基因的表達(dá)情況，這中間涉及到植物總RNA的提取，反轉(zhuǎn)錄，RT-PCR，內(nèi)參基因的調(diào)平，目的基因的表達(dá)，這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)應(yīng)我們理論教學(xué)中真核生物基因表達(dá)的理論知識(shí)，這樣通過(guò)實(shí)際應(yīng)用加深對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)又能做到學(xué)習(xí)致用，讓學(xué)生覺(jué)得所學(xué)的分子生物學(xué)知識(shí)是有用的，而不是一些晦澀難懂的語(yǔ)言；另一個(gè)是圍繞基因亞克隆，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括、植物DNA的提取、以DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增目的基因、回收目的片段、連接T載體、轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞、提取質(zhì)粒酶切鑒定。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)每個(gè)內(nèi)容之間都是彼此承接和關(guān)聯(lián)的，這就要求學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要認(rèn)真完成，否則會(huì)影響下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生做事的認(rèn)真性和耐心，培養(yǎng)日后科研的系統(tǒng)性和邏輯性。

（二）根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容把握專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，根據(jù)我校生物學(xué)、作物學(xué)、草學(xué)、林學(xué)、食品科學(xué)與工程等學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們既注重分子生物學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取，又要結(jié)合農(nóng)大研究生的學(xué)科背景和自身教育背景選擇更能體現(xiàn)和反應(yīng)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)技能，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行選擇，例如，我校本科生考入研究生們考慮選擇開(kāi)展實(shí)驗(yàn)主要是圍繞基因表達(dá)進(jìn)行，這樣避免了和本科階段的基因克隆實(shí)驗(yàn)重復(fù)，而校外學(xué)生考入農(nóng)大研究生同時(shí)又沒(méi)有一點(diǎn)專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)的學(xué)生，選擇進(jìn)行基因克隆為主線的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)這些分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)最常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握，使其具備未來(lái)科研工作需求所必須具備的基本素養(yǎng)。

（三）充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源受制于實(shí)驗(yàn)儀器和相關(guān)試劑耗材等實(shí)驗(yàn)條件和上課人數(shù)多因素的影響，因此無(wú)法滿足每個(gè)學(xué)生都能操作實(shí)驗(yàn)的要求，這樣就達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。為此，我們建立了分子生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程中心，這其中包含教學(xué)課件，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)視頻，這樣即使上課期間沒(méi)能操作實(shí)驗(yàn)觀看進(jìn)行學(xué)習(xí)，形象直觀地掌握該實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，避免浪費(fèi)時(shí)間，達(dá)到在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，增強(qiáng)他們科研的成就感，更有效地開(kāi)展科研工作。

三、結(jié)束語(yǔ)

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是我校生命科學(xué)領(lǐng)域一門(mén)十分重要的實(shí)驗(yàn)課程，如何在學(xué)時(shí)減少和學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊的情況下，完成教學(xué)任務(wù)，對(duì)我們老師來(lái)說(shuō)是一個(gè)考驗(yàn)，希望我們提出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)我校生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

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篇4

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；分子；生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為生活帶來(lái)了無(wú)數(shù)便捷，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中是以人為主體，人類(lèi)從中獲得從未有過(guò)的體驗(yàn)。該研究所說(shuō)的虛擬的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)相結(jié)合形成的系統(tǒng)軟件。它應(yīng)用了Flash編寫(xiě)課件，匯集了圖片、視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)，創(chuàng)造了一個(gè)虛擬中的實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)操作計(jì)算機(jī)就能夠進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)。具有多重特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這種新型的仿真技術(shù)與分子生物學(xué)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，完善了老師教授實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，彌補(bǔ)了生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的不足之處，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)揮出最好的效果。為學(xué)生教學(xué)提供了更多的途徑。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已應(yīng)用在分子生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力以及創(chuàng)造力，取得了不錯(cuò)的成果。針對(duì)這一技術(shù)，該研究作出了深刻具體的分析，現(xiàn)報(bào)道如下。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是指人類(lèi)利用計(jì)算機(jī)根據(jù)真實(shí)的環(huán)境設(shè)計(jì)并構(gòu)造的模擬世界的一項(xiàng)技術(shù)。它是一種多種信息組合交集成為三維立體視圖以及有真實(shí)能動(dòng)性的仿真系統(tǒng)。它幾乎和真實(shí)世界一模一樣，人們仿佛置身其中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）[1]是開(kāi)啟這一類(lèi)技術(shù)大門(mén)的鑰匙，是仿真技術(shù)的指路標(biāo)，是多種多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走在多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最前端，是值得更多的網(wǎng)絡(luò)人深入研究的課題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含有：模擬環(huán)境、行為能力、感覺(jué)、感應(yīng)設(shè)備。所謂模擬環(huán)境，它是電腦設(shè)計(jì)出來(lái)的具有3D真實(shí)效果的場(chǎng)景。行為能力是說(shuō)場(chǎng)景中的人物有自己的行為能力，和現(xiàn)實(shí)中的人物是一樣的，身體的各部位都可以活動(dòng)，電腦進(jìn)行操控他們的行為能力。當(dāng)電腦發(fā)出某個(gè)指令時(shí)，他們會(huì)根據(jù)指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，我們就可以看到他們的動(dòng)作。感覺(jué)，眾所周知，是場(chǎng)景中的人物擁有五官的感受，比如，嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等等。感應(yīng)設(shè)備是指使三維立體視圖交匯在一起的設(shè)備。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

作為新發(fā)展起來(lái)的仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有很多特點(diǎn)，如下所示。①與現(xiàn)實(shí)交集。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以說(shuō)是一個(gè)仿真世界，它擁有著真實(shí)世界所擁有的一些事物，包括人類(lèi)在內(nèi)。仿真世界里的人物和我們一樣有著感官以及能動(dòng)性，唯一不同的是，它們需要我們用計(jì)算機(jī)來(lái)操作它們的行為[2]。②很安全。安全是說(shuō)可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)景模擬演練，比如，演練各種火災(zāi)場(chǎng)景、各種地震場(chǎng)景等等。這樣有助于在現(xiàn)實(shí)生活中遇到這些情況時(shí)能夠冷靜處理，及時(shí)躲避，能夠自救以及救助別人，確保我們?nèi)祟?lèi)的人身安全。③感覺(jué)置身其中。當(dāng)我們操作電腦時(shí)，就會(huì)覺(jué)得仿真世界里面的人物就是自己，仿佛置身其中，體驗(yàn)不同的世界。仿真世界的真實(shí)程度會(huì)讓你覺(jué)得和現(xiàn)實(shí)沒(méi)有任何區(qū)別。④擁有感知能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)其中包含有感覺(jué)，這是說(shuō)里面人物的感覺(jué)，他們有聽(tīng)覺(jué)，味覺(jué)，嗅覺(jué)，以及它們還有運(yùn)動(dòng)能力。⑤有針對(duì)的處理問(wèn)題。在虛擬演練中，我們可以根據(jù)自身的弱點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的練習(xí)，比如，當(dāng)自己無(wú)法處理火災(zāi)事故時(shí)，我們可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行演練，提高自己的應(yīng)對(duì)能力。

2分子生物學(xué)

2.1分子生物學(xué)概念

分子生物學(xué)是指以分子為單位來(lái)探究生命活動(dòng)規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。分子生物學(xué)主要是研究蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸這一類(lèi)分子的構(gòu)造以及合成[3]。探究其生命活動(dòng)主要包括了人類(lèi)的癌癥的病變，植物的光合作用生命活動(dòng)中神經(jīng)的原理等等。分子生物學(xué)是需要通過(guò)不斷試驗(yàn)，不斷用實(shí)踐證明理論的學(xué)科。它也是一門(mén)開(kāi)放性學(xué)科，要求學(xué)生通過(guò)動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。所以又說(shuō)分子生物學(xué)的實(shí)踐性很強(qiáng)。

2.2研究分子生物學(xué)的意義

所有生命現(xiàn)象的活動(dòng)都是有規(guī)律的。就像生物都是由蛋白質(zhì)還有核酸組成的。分子生物學(xué)的研究為人類(lèi)帶來(lái)了了解生命活動(dòng)規(guī)律的機(jī)會(huì)，人們可以進(jìn)一步改變生物構(gòu)造作進(jìn)一步的研究，為人類(lèi)造福。

2.3相關(guān)應(yīng)用

①克隆技術(shù)。分子生物學(xué)作為一門(mén)新興邊緣的學(xué)科，它的研究成果能夠?yàn)槿祟?lèi)造福。雖然目前我們?nèi)蕴幵诳寺〖夹g(shù)的最初級(jí)階段，隨著科學(xué)家不斷探究以及實(shí)驗(yàn)，未來(lái)定會(huì)看到克隆技術(shù)所帶給我們的福音。②DNA鑒定。隨著分子生物技術(shù)的不斷深入探索，科學(xué)家對(duì)基因的研究也有了很大的成果。DNA鑒定也為偵破案件提供了重要的證據(jù)。同時(shí)親子鑒定也可以通過(guò)DNA檢測(cè)獲得幫助。③轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因（GMF）[4]是通過(guò)轉(zhuǎn)換物種之間的基因而得到的另一個(gè)物種。轉(zhuǎn)基因食品擁有了其它食品所沒(méi)有的能力，例如，轉(zhuǎn)基因食品防蟲(chóng)蛀，延長(zhǎng)了保質(zhì)期，而且是大批量生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本減到最低，轉(zhuǎn)基因食品不分季節(jié)，可以隨時(shí)供應(yīng)，滿足人類(lèi)的需要。但由于轉(zhuǎn)基因食品的好壞尚不明確，還有待進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用操作計(jì)算機(jī)讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)M的生物實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上他就是計(jì)算機(jī)利用Flash技術(shù)開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，為學(xué)生提供環(huán)境、設(shè)備，就像在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室一樣。正是如此，虛擬實(shí)驗(yàn)有著真實(shí)實(shí)驗(yàn)室不可比擬的特點(diǎn)：①共同的系統(tǒng)。眾所周知，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源都是可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享的。也就是說(shuō)，人人都可以看到、用到。而虛擬實(shí)驗(yàn)證正是有這一特點(diǎn)，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)目錄檢索，學(xué)生所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)、文件、電子圖書(shū)，甚至是以前操作的實(shí)驗(yàn)都能找到。學(xué)生通過(guò)共享資源，節(jié)省了時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率。②交流信息。資源可以在計(jì)算機(jī)上共享，同樣的，在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可以盡情的交流，交換意見(jiàn)。③學(xué)生自由操作。虛擬實(shí)驗(yàn)是由計(jì)算機(jī)操作完成，學(xué)生通過(guò)操作計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)成果。所以學(xué)生擁有操作的權(quán)利，可以對(duì)虛擬儀器的使用進(jìn)行操作。還可以隨時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)等等。④軟件升級(jí)。隨著社會(huì)發(fā)展迅速，信息步伐加快。虛擬實(shí)驗(yàn)也需要更新?lián)Q代，軟件需要升級(jí)。各種環(huán)境都需要被改變。我們也要跟上時(shí)代的腳步，隨時(shí)準(zhǔn)備虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擴(kuò)充。⑤設(shè)備先進(jìn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是新興的一種技術(shù)，所以在設(shè)備上都是采用最先進(jìn)的。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)的儀器也是最好的。

4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)多次總結(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有以下幾個(gè)問(wèn)題。

4.1兩者發(fā)展不健全

在分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一直都很盲目注重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方面設(shè)想的偏少。教學(xué)中更注重實(shí)驗(yàn)，而忽略了學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。學(xué)生沒(méi)有設(shè)計(jì)過(guò)程，就不會(huì)了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，及時(shí)得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，也只是匆匆記住結(jié)果而已。老師的這種教學(xué)模式，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的能力發(fā)展。學(xué)生并沒(méi)有從教學(xué)中學(xué)到任何技能。學(xué)生應(yīng)該全面掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。這樣才能與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行銜接。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是目前新興的仿真技術(shù)，還需要不斷的完善。對(duì)于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一模塊沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使用起來(lái)會(huì)很困難。在使用計(jì)算機(jī)操作虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上，老師和學(xué)生應(yīng)提高使用計(jì)算機(jī)的能力。

4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件設(shè)計(jì)和上機(jī)操作問(wèn)題

在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，設(shè)計(jì)者要和相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行溝通，使設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件能夠方便使用。讓老師能夠教會(huì)學(xué)生應(yīng)用軟件，同時(shí)能夠讓學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。老師與學(xué)生共同學(xué)習(xí)，不僅有生物實(shí)驗(yàn)，還有計(jì)算機(jī)軟件操作的問(wèn)題。

4.3現(xiàn)實(shí)與虛擬的空間問(wèn)題

使用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生就進(jìn)入到了另一個(gè)世界，在其中體驗(yàn)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。兩者的感受是截然不同的，學(xué)生不能沉浸在虛擬的世界中而忘記了教學(xué)的重點(diǎn)[5]。

5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的對(duì)策

5.1加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)習(xí)

首先，學(xué)生要進(jìn)行計(jì)算機(jī)培訓(xùn)，以保證學(xué)生都能夠達(dá)到操作計(jì)算機(jī)的能力。其次，統(tǒng)一由軟件人員進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的生物實(shí)驗(yàn)的軟件的培訓(xùn)課程。教會(huì)學(xué)生操作軟件，并能靈活掌握。以便學(xué)生能順利操作實(shí)驗(yàn)，并得出正確結(jié)論。

5.2完善分子生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)

進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生教育中必行之路，而且教學(xué)目標(biāo)中明確提出要求學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作。有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平。

5.3加強(qiáng)兩者合作交流

軟件設(shè)計(jì)者與生物實(shí)驗(yàn)人員要多溝通，使兩者的結(jié)合得到更好地發(fā)展。同時(shí)也促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在教育中有更好的發(fā)展前景。

5.4課前對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)

要讓學(xué)生充分了解軟件操作的目的是為了更好地、更加逼真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分清現(xiàn)實(shí)與虛擬。學(xué)生在軟件操作中學(xué)習(xí)知識(shí)，理解知識(shí)，充分了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程與操作過(guò)程及最后得出的結(jié)論。提高了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

6結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的仿真技術(shù)，它為人類(lèi)的生活帶來(lái)了便捷，解決了人類(lèi)對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境的及時(shí)應(yīng)對(duì)問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)深入教學(xué)作為一種模式值得被重視。它解決了學(xué)校教育中教學(xué)過(guò)程的不完善，硬件設(shè)施的缺乏，教學(xué)環(huán)境等問(wèn)題。從更開(kāi)闊的視野以及多重的角度參透教育的特點(diǎn)，并對(duì)其開(kāi)展一系列問(wèn)題的分析研究。學(xué)生可以在過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行深入探索和自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)增加了樂(lè)趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作，也提高了學(xué)生的綜合能力，獨(dú)立思考能力以及主觀能動(dòng)性。使學(xué)生更加積極向上，提高教學(xué)的質(zhì)量和效果。不過(guò)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段，還存在很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決，還需要進(jìn)一步研究[6]。

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篇5

關(guān)鍵詞：農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)；分子生物學(xué)；教學(xué)改革與實(shí)踐

前言

上個(gè)世紀(jì)中期，核酸被確定為主要的遺傳物質(zhì)，隨后DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)被揭示；進(jìn)入到上世紀(jì)后期，遺傳重組技術(shù)、PCR技術(shù)以及核酸測(cè)序技術(shù)相繼出現(xiàn)、發(fā)展迅猛。分子生物學(xué)作為一門(mén)學(xué)科也應(yīng)運(yùn)而生，并成為當(dāng)前最前沿、最活躍的學(xué)科之一[1，2]。分子生物學(xué)相關(guān)理論與技術(shù)方法已經(jīng)滲透了生命科學(xué)各個(gè)研究領(lǐng)域，全面促進(jìn)了當(dāng)今理、工、農(nóng)、醫(yī)等多個(gè)學(xué)科的發(fā)展，是從事生命及農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和工作必備的工具和知識(shí)體系，該學(xué)科的教學(xué)工作至關(guān)重要[3]。該課程已成為高校生物類(lèi)、農(nóng)學(xué)以及醫(yī)學(xué)等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生掌握生物技術(shù)的最重要課程之一。國(guó)內(nèi)高等院校自上世紀(jì)80年代以來(lái)，陸續(xù)開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)課程。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)辦學(xué)歷史悠久，已經(jīng)面向農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)該課程長(zhǎng)達(dá)20余年。針對(duì)該課程存在的研究方法與手段發(fā)展極為迅速、理論知識(shí)抽象、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱等問(wèn)題，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和多年的教學(xué)實(shí)踐，從教材選用、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及課程學(xué)習(xí)效果等方面進(jìn)行研究和探索，充分說(shuō)明教什么、怎么教以及教的怎么樣幾個(gè)教學(xué)中的關(guān)鍵問(wèn)題。全方位、多維度地提高教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，為培養(yǎng)服務(wù)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

一、立足專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，整體規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，分子生物學(xué)成為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)必修課、農(nóng)學(xué)丁穎創(chuàng)新班的專(zhuān)業(yè)選修課。在課程開(kāi)設(shè)前，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生已經(jīng)修習(xí)了生物化學(xué)、遺傳學(xué)等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，且在課程內(nèi)容中與分子生物學(xué)存在一定的交叉；部分學(xué)生還會(huì)繼續(xù)選修基因組學(xué)、生物信息學(xué)以及基因工程實(shí)驗(yàn)等課程，分子生物學(xué)成為學(xué)習(xí)這些課程的必要基礎(chǔ)。因此，我們根據(jù)農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案和本課程教學(xué)大綱進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)體系，突出教學(xué)重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)課程特色，提高教學(xué)效率。采用的具體措施主要包括以下兩個(gè)方面。

（一）合理選用教材

分子生物學(xué)幾乎是現(xiàn)代生命科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展最為迅速、最具活力的學(xué)科。該學(xué)科相關(guān)的出版教材也非常豐富，包括《現(xiàn)代分子生物學(xué)》（朱玉賢，高教出版社，2007）、《分子生物學(xué)教程》（趙亞華，科學(xué)出版社，2006）、《基礎(chǔ)分子生物學(xué)》（鄭用璉，高教出版社，2012）等。針對(duì)于農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，我們選用鄭用璉主編的《基礎(chǔ)分子生物學(xué)》作為參考書(shū)；在實(shí)際教學(xué)中，適當(dāng)脫離教材，對(duì)于本書(shū)中所涉及的遺傳學(xué)和生物化學(xué)教學(xué)內(nèi)容做必要提示，自學(xué)為主；對(duì)于研究前沿，密切追蹤，及時(shí)跟進(jìn)，將最新的研究方法和研究進(jìn)展融入到課堂教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生查閱《GeneVIII》（Lewin.B，OxfordUniversityPress，2007）、《MolecularBiology》影印版（RobertF.Weaver科學(xué)出版社2001）等英文書(shū)籍和專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，提高英文閱讀水平，拓寬知識(shí)面。

（二）優(yōu)化教學(xué)大綱

制定教學(xué)大綱時(shí)，充分考慮遺傳學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等課程的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，制定了總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)的課程教學(xué)大綱。其中，36個(gè)課時(shí)用于系統(tǒng)講述基本理論知識(shí)，12個(gè)學(xué)時(shí)用于課堂討論。理論知識(shí)包括核酸的結(jié)構(gòu)、DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯以及基因表達(dá)調(diào)控等。在具體教學(xué)時(shí)間分配上，2個(gè)課時(shí)用于系統(tǒng)介紹本學(xué)科的歷史沿革、發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)；核酸結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容在生物化學(xué)等課程有所涉及，本課程重點(diǎn)闡述核酸結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在分子生物學(xué)研究中的意義與應(yīng)用、基因概念內(nèi)涵的演變和發(fā)展，總計(jì)8個(gè)課時(shí)；在中學(xué)階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄相關(guān)內(nèi)容，本課程教學(xué)中僅突出講述以往尚未接觸的內(nèi)容，安排6個(gè)課時(shí)；蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程是生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，本課程將重點(diǎn)放在蛋白翻譯的保真機(jī)制上，總計(jì)4個(gè)課時(shí)；基因表達(dá)調(diào)控是整門(mén)課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，分配16個(gè)課時(shí)；所選教材中涉及的基因突變及利用、基因工程等方面的內(nèi)容，分別在本專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的遺傳學(xué)、植物基因工程等課程中進(jìn)行講述，本課程不再進(jìn)行單獨(dú)的講述?，F(xiàn)在分子生物學(xué)技術(shù)等內(nèi)容主要結(jié)合12個(gè)課時(shí)的課堂討論進(jìn)行學(xué)習(xí)，結(jié)合具體研究案例，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)跟進(jìn)學(xué)科前沿，提高解決問(wèn)題的能力。通過(guò)將理論教學(xué)與進(jìn)展討論有機(jī)結(jié)合，達(dá)到夯實(shí)理論基礎(chǔ)，面向應(yīng)用，展望前沿，拓寬思路，全面提升專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的目的。

二、多種教學(xué)方法融合，全面提高教與學(xué)的效率

（一）堅(jiān)持德育優(yōu)先，情感教育貫穿課程教學(xué)

教育的本質(zhì)是立德樹(shù)人，只有保持一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族的道德先進(jìn)性，才能保持這個(gè)國(guó)家、這個(gè)民族持續(xù)前進(jìn)的動(dòng)力。德育是任何課程教育都不容忽視的、極為重要的教學(xué)組成部分。在授課過(guò)程中，通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)研究進(jìn)展以及理論和方法的產(chǎn)生與發(fā)展歷程，結(jié)合該學(xué)科在我國(guó)的歷史沿革和現(xiàn)狀、具體到我校在相關(guān)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，弘揚(yáng)前輩的愛(ài)國(guó)奉獻(xiàn)精神和實(shí)事求是的道德品質(zhì)；由此培養(yǎng)學(xué)生建立科學(xué)的發(fā)展觀、形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，激發(fā)家國(guó)情懷，形成內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力和學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效果。作為主講老師，我們盡量多地了解學(xué)生個(gè)人學(xué)習(xí)情況和日常動(dòng)態(tài)，建立良好的師生互信，全方位服務(wù)教學(xué)工作。

（二）打破教材限制，靈活采用教學(xué)手段

分子生物學(xué)課程知識(shí)更新速度非?？欤疑婕暗闹R(shí)面廣、信息量大。我們根據(jù)實(shí)際需求，不拘泥于教材，及時(shí)跟進(jìn)研究前沿?zé)狳c(diǎn)，將最新的研究成果引用到課堂教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生利用所掌握的知識(shí)點(diǎn)探究前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力和創(chuàng)新意識(shí)。例如，將近年來(lái)的研究熱點(diǎn)———基因編輯技術(shù)融入到“基因表達(dá)調(diào)控”的內(nèi)容，一起進(jìn)行教學(xué)。該課程還存在知識(shí)抽象、復(fù)雜，難以理解的問(wèn)題，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒。針對(duì)于此，我們?cè)谑谡n過(guò)程中，充分挖掘教學(xué)資源，以學(xué)生們所熟悉的本校教師及其研究成果進(jìn)行舉例，化抽象為具體，學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在多媒體課件制作方面，注意色彩搭配，重難點(diǎn)突出，合理規(guī)劃放映流程，深入淺出地展示學(xué)習(xí)內(nèi)容。充分發(fā)揮現(xiàn)代化教育技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在采用多媒體課件進(jìn)行展示的基礎(chǔ)上，充分利用網(wǎng)絡(luò)傳媒，綜合使用動(dòng)畫(huà)、投影，增強(qiáng)表現(xiàn)力，使教學(xué)內(nèi)容更加直觀形象，達(dá)到啟迪思維，增進(jìn)理解，強(qiáng)化記憶的效果。在課堂講述之外，安排課前導(dǎo)讀、課堂討論和課后作業(yè)，從多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行拓展，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)、獨(dú)立分析和思考的能力，逐步形成科學(xué)的思維方式，提高綜合素質(zhì)。

（三）班組結(jié)合，凸顯學(xué)生學(xué)習(xí)主體的地

我校主要采用小班制教學(xué)模式，集中授課是主要的教學(xué)組織形式。本課程采用了大班授課和小組學(xué)習(xí)相結(jié)合，同時(shí)輔助以個(gè)別指導(dǎo)的教學(xué)形式。每個(gè)授課班一般為50人左右，每個(gè)小組通常為3-5人。通過(guò)擬定課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，督促學(xué)生自發(fā)組成課外學(xué)習(xí)小組，自主選定主題并圍繞該主題進(jìn)行調(diào)研、在課堂上進(jìn)行討論?！鞍嗉?jí)-小組-個(gè)人”相結(jié)合的分層學(xué)習(xí)模式使每位同學(xué)都能充分參與到教學(xué)活動(dòng)中，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性。課堂討論環(huán)節(jié)中，以小組為主體闡述觀點(diǎn)，結(jié)合教師點(diǎn)評(píng)，自由提問(wèn)和辯論，形成師生間的有效互動(dòng)，活躍課堂氣氛。在啟發(fā)式的翻轉(zhuǎn)課堂過(guò)程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，有效調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，提高自主學(xué)習(xí)能力，推動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

（四）以問(wèn)題為導(dǎo)向，打造立體式學(xué)習(xí)環(huán)境

農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生從大學(xué)二年級(jí)即開(kāi)始畢業(yè)論文研究工作，從事的研究工作往往涉及到不同層次的分子生物學(xué)問(wèn)題；在整體的培養(yǎng)方案中，也有與分子生物學(xué)課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)性課程。我們以此為契機(jī)，通過(guò)在課程中引入讀書(shū)報(bào)告、闡明實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和方法，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用本課程的理論知識(shí)解決實(shí)踐教學(xué)中的具體問(wèn)題；有目的地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出疑問(wèn)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，激發(fā)興趣、積極探索，在問(wèn)題解決的過(guò)程中積累知識(shí)。以上方案有效地促進(jìn)了不同課程知識(shí)點(diǎn)的融合，形成立體式學(xué)習(xí)環(huán)境，全面培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和研究能力。

篇6

進(jìn)展突出表現(xiàn)在：（1）一大批生物基因組測(cè)序，2003年完成的人類(lèi)基因組計(jì)劃之后，其他4000多種生物的基因組作圖和測(cè)序也陸續(xù)完成。形成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、比較基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、表型組學(xué)和代謝組學(xué)、RNA組學(xué)等新興領(lǐng)域。（2）生物信息學(xué)迅速發(fā)展。（3）發(fā)育生物學(xué)研究不斷深入。發(fā)育生物學(xué)一直是生命科學(xué)中的前沿學(xué)科之一。（4）干細(xì)胞研究的快速發(fā)展。干細(xì)胞具有在體外大量增殖和分化為多種細(xì)胞的潛能，目前干細(xì)胞的定向分化、自我更新的可塑性等是重要的基礎(chǔ)研究。（5）小分子RNA的發(fā)現(xiàn)和對(duì)其功能研究是近10年來(lái)分子生物學(xué)領(lǐng)域最突出的熱點(diǎn)之一。（6）從研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和神經(jīng)信息處理機(jī)制入手。（7）全球變化、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展成為宏觀生物學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題之一。（8）生命科學(xué)基礎(chǔ)研究已成為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的源頭動(dòng)力，動(dòng)植物育種進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)期。（9）生物科學(xué)與其他學(xué)科的交叉和滲透更加廣泛與深入。

高校生命科學(xué)課程改革發(fā)展趨勢(shì)

（一）課程、教材內(nèi)容的更新和現(xiàn)代化

1.課程、教材內(nèi)容的更新和現(xiàn)代化

課程改革的實(shí)質(zhì)是課程的現(xiàn)代化。我們要根據(jù)現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)、前沿、熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)課程、教材內(nèi)容與結(jié)構(gòu)的更新和現(xiàn)代化，不斷容納生命科學(xué)的前沿與新興領(lǐng)域，更加側(cè)重前沿，更加側(cè)重基礎(chǔ)，尤其是學(xué)科發(fā)展的前沿以及對(duì)學(xué)科的發(fā)展具有重要作用的領(lǐng)域。新的前沿領(lǐng)域或新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)，要堅(jiān)持反映現(xiàn)代、融入前沿的原則，課程內(nèi)容更新、更現(xiàn)代化主要是通過(guò)教材更新來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以我們要把編制新教材（或外文原版）放在核心位置，創(chuàng)新現(xiàn)代化的課程、教材新內(nèi)容和新體系。北京大學(xué)生命科學(xué)院完成編寫(xiě)了高水平的《生物化學(xué)》《分子生物學(xué)》《細(xì)胞生物學(xué)》《遺傳學(xué)》《植物生理學(xué)》《動(dòng)物生物學(xué)》《植物生物學(xué)》等教材，其中《生物化學(xué)》《細(xì)胞生物學(xué)》《植物生理學(xué)》當(dāng)時(shí)被列入國(guó)家教委生物學(xué)科重點(diǎn)教材，另編寫(xiě)有國(guó)家級(jí)生物學(xué)教材3種，規(guī)劃編寫(xiě)45本教材。清華大學(xué)將培養(yǎng)學(xué)生影響最大、最重要的課程納入精品課建設(shè)計(jì)劃，2005年就已立項(xiàng)建設(shè)精品課共105項(xiàng)。

2.課程內(nèi)容國(guó)際化

積極開(kāi)展國(guó)際合作與交流。在生命科學(xué)的前沿、新興領(lǐng)域、生物多樣性以及生態(tài)學(xué)與國(guó)際組織開(kāi)展農(nóng)業(yè)科學(xué)合作研究[1]。清華大學(xué)為使教學(xué)內(nèi)容與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，教學(xué)內(nèi)容處于國(guó)際先進(jìn)水平，早在2000年以前，生物化學(xué)課程選定A.L.Leeehnig的Principle－ofBiochemistry作為基本教材，這門(mén)課程的教材與課堂板書(shū)全部采用英文。其他的幾門(mén)必修骨干課和部分選修課也采用了國(guó)際上最新的教材作為參考書(shū)并隨時(shí)更新。清華大學(xué)大四開(kāi)設(shè)高水平的選修課10門(mén)：生物工程導(dǎo)論、基因分子生物學(xué)、膜生物學(xué)、分子酶學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、分子免疫學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等。以下是北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大三、大四現(xiàn)在開(kāi)設(shè)的課程，體現(xiàn)了課程的專(zhuān)業(yè)性和現(xiàn)代化。

大三：生物化學(xué)（下），生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)分子生物學(xué)，基礎(chǔ)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，微生物學(xué)，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，普通生態(tài)學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，遺傳學(xué)，遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，免疫學(xué)，文獻(xiàn)強(qiáng)化閱讀與學(xué)術(shù)報(bào)告。大四：生物技術(shù)制藥基礎(chǔ)，現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論，生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。還開(kāi)設(shè)選修課為：生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，免疫學(xué)，文獻(xiàn)強(qiáng)化閱讀與學(xué)術(shù)報(bào)告，生物技術(shù)制藥基礎(chǔ)，現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論。

（二）基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)居重要地位

基礎(chǔ)科學(xué)的知識(shí)在科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展中起著很重要的作用。我國(guó)“863”計(jì)劃的八個(gè)領(lǐng)域，大都是從基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室里發(fā)展起來(lái)的，上世紀(jì)50年代初的遺傳密碼研究出來(lái)了，分子生物學(xué)研究出來(lái)了，遺傳工程研究出來(lái)了，這些都是在原子、分子的結(jié)構(gòu)研究得比較清楚的基礎(chǔ)上，掌握了規(guī)律。我們必須加強(qiáng)基礎(chǔ)、素質(zhì)教育。使學(xué)生掌握具有普遍意義的科學(xué)思維方法，提高他們的綜合素質(zhì)。北京大學(xué)始終把加強(qiáng)基礎(chǔ)課程建設(shè)作為教學(xué)改革的重點(diǎn)，把學(xué)科體系中處于基礎(chǔ)地位的重要專(zhuān)業(yè)必修課定為主干基礎(chǔ)課。課程改革要加強(qiáng)增大基礎(chǔ)課的比例和教育。各高校主要采取大一、大二加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的教育：開(kāi)設(shè)公共必修基礎(chǔ)課、理科必修基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)必修基礎(chǔ)課。

（1）早在九五期間，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院開(kāi)設(shè)了8門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課：生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、植物生物學(xué)、動(dòng)物生物學(xué)、植物生理學(xué)、基礎(chǔ)分子生物學(xué)。并確立了15門(mén)核心課程，要求學(xué)生用兩年時(shí)間完成這些課程的學(xué)習(xí)。（2）清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院則是在低段開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修骨干課程7門(mén)：普通生物學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、生理學(xué)、生物物理學(xué)。開(kāi)設(shè)基地班重點(diǎn)建設(shè)課程：生物化學(xué)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)。（3）經(jīng)十多年的發(fā)展、改革與創(chuàng)新，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的課程在大一、大二更加強(qiáng)化了課程的基礎(chǔ)性。大一開(kāi)設(shè)：高等數(shù)學(xué)（一、二），普通化學(xué)，普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)，植物生物學(xué)，植物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)（一），分析化學(xué)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物生物學(xué)，動(dòng)物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，生物學(xué)野外實(shí)習(xí)。大二開(kāi)設(shè)：物理學(xué)（二），有機(jī)化學(xué)，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，物理化學(xué)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算概論及上機(jī)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及上機(jī)，普通物理實(shí)驗(yàn)，生物化學(xué)（上），生理學(xué)，生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)。

（三）課程、教材綜合交叉

科學(xué)發(fā)展一方面不斷分化和更加專(zhuān)門(mén)化，分支學(xué)科層出不窮，又高度交叉綜合，以高度綜合為主的整體化趨勢(shì)。許多高科技的研究開(kāi)發(fā)，需要多方面的綜合知識(shí)才能突破而出成果。

1.學(xué)科之間交叉融合和滲透

前沿科技領(lǐng)域呈現(xiàn)群體突破的態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致新學(xué)科誕生。生命科學(xué)多學(xué)科交叉的研究、多學(xué)科的交叉與融合，新的交叉、邊緣學(xué)科的興起和發(fā)展。這些科學(xué)往往代表了生命科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。

2.多種方法、思維研究

自然科學(xué)學(xué)科間的交叉滲透促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展，生命的現(xiàn)象與規(guī)律是多維的、復(fù)雜的，僅靠現(xiàn)有的生命科學(xué)的知識(shí)與方法來(lái)開(kāi)展研究，很難系統(tǒng)地、全面地、準(zhǔn)確地揭示真正的生命本質(zhì)。因此，未來(lái)生命科學(xué)要將手段、技術(shù)和方法的創(chuàng)新納入重要的領(lǐng)域，予以優(yōu)先發(fā)展，大力提倡學(xué)科交叉，用其他學(xué)科的理論思考生命活動(dòng)的規(guī)律，鼓勵(lì)發(fā)展原創(chuàng)性方法和技術(shù)。主要涉及的學(xué)科如認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、生物力學(xué)、組織工程學(xué)等。要注意不同學(xué)科的思想、方法的碰撞與融合。

3.課程和教材交叉融合和滲透

我們必須根據(jù)生命科學(xué)綜合交叉化趨勢(shì)，創(chuàng)新交叉綜合的科學(xué)知識(shí)、課程和教材，不僅在學(xué)科內(nèi)、還要在學(xué)科間構(gòu)建相互交叉融合、相互聯(lián)系滲透、綜合的課程。如北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，原來(lái)設(shè)置的植物學(xué)，由植物分類(lèi)、形態(tài)、生理、生態(tài)的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，綜合重新編制改為植物生物學(xué)；同樣動(dòng)物學(xué)也改動(dòng)物生物學(xué)；北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院“生物基地班”將生物化學(xué)中信息及調(diào)控部分放入分子生物學(xué)，將內(nèi)容擴(kuò)展后開(kāi)設(shè)了基礎(chǔ)分子生物學(xué)。

（四）課程、教材、教學(xué)計(jì)劃多元化

各高校生命科學(xué)院可根據(jù)自己的具體情況科學(xué)的、靈活的設(shè)置課程。1.必修計(jì)劃大一、大二開(kāi)設(shè)公共必修基礎(chǔ)課、理科必修基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)必修基礎(chǔ)課。例如：北京大學(xué)生命科學(xué)院現(xiàn)在本科四年開(kāi)設(shè)的課程：（1）基礎(chǔ)課大一、大二開(kāi)設(shè)公共必修基礎(chǔ)課，理科必修基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)必修基礎(chǔ)課。

大一：高等數(shù)學(xué)（一、二），普通化學(xué)，普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)，植物生物學(xué)，植物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)（一），分析化學(xué)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物生物學(xué)，動(dòng)物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，生物學(xué)野外實(shí)習(xí)。

大二：物理學(xué)（二），有機(jī)化學(xué)，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，物理化學(xué)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算概論及上機(jī)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及上機(jī)，普通物理實(shí)驗(yàn)，生物化學(xué)（上），生理學(xué)，生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)。（2）專(zhuān)業(yè)課大三、大四開(kāi)設(shè)必修專(zhuān)業(yè)課。

大三：生物化學(xué)（下），生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)，基礎(chǔ)分子生物學(xué)，基礎(chǔ)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，微生物學(xué)，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，普通生態(tài)學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，遺傳學(xué)，遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，免疫學(xué)，文獻(xiàn)強(qiáng)化閱讀與學(xué)術(shù)報(bào)告。大四：生物技術(shù)制藥基礎(chǔ)，現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論，生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。2.選修計(jì)劃低段開(kāi)設(shè)通識(shí)選修課。

北京大學(xué)對(duì)必修課作了一定的壓縮。增大選修課的比例。許多高校突破專(zhuān)業(yè)選修課的范圍，開(kāi)設(shè)跨學(xué)科、跨年級(jí)、跨系別的選修課程。大三普遍增大專(zhuān)業(yè)任選修課的比例。大四還開(kāi)設(shè)選修課：生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，免疫學(xué)，文獻(xiàn)強(qiáng)化閱讀與學(xué)術(shù)報(bào)告，生物技術(shù)制藥基礎(chǔ)，現(xiàn)代生物技術(shù)導(dǎo)論。3.特色優(yōu)勢(shì)計(jì)劃教材多樣化、教學(xué)方法多樣化、教學(xué)模式多樣化等。

（五）課程、教材知識(shí)應(yīng)用性

進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，必修課和選修課的教學(xué)中，尤其是選修課中我們要滲入高科技的教育和研究。

（六）課程、教材個(gè)性化

北京大學(xué)實(shí)行靈活的自由選課制度和轉(zhuǎn)系、轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)制度。謀求學(xué)力水準(zhǔn)、速度的個(gè)別化，尤其電腦、網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用，學(xué)分制及教學(xué)計(jì)劃的多樣化，加大選修課比重，增大了課程的靈活化、彈性化，發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，發(fā)展個(gè)性。還有科學(xué)與人文整合的趨勢(shì)，課程設(shè)置在價(jià)值體系上的整體融合趨勢(shì)。

確立課程、教學(xué)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)編制原則、教學(xué)培養(yǎng)模式

理科本科學(xué)制四年，要著力加強(qiáng)素質(zhì)教育。許多大學(xué)本科教育修訂了新的教學(xué)計(jì)劃，要堅(jiān)持培養(yǎng)知識(shí)面寬，基礎(chǔ)扎實(shí)，能力強(qiáng)，素質(zhì)高的專(zhuān)門(mén)人才的專(zhuān)業(yè)口徑要進(jìn)一步拓寬，專(zhuān)業(yè)目錄中的專(zhuān)業(yè)種數(shù)要進(jìn)一步精簡(jiǎn)。

（1）北京大學(xué)提出了“加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專(zhuān)業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”的16字教學(xué)改革方針。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和通識(shí)教育并重。要按科學(xué)性原則、高校生命科學(xué)課程發(fā)展趨勢(shì)及生命科學(xué)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)改革，科學(xué)創(chuàng)新高?，F(xiàn)代生命科學(xué)課程。即要按專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和通識(shí)教育并重；課程、教材要融入、體現(xiàn)先進(jìn)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代教學(xué)方法、教材的可讀性，即反應(yīng)現(xiàn)代，融入前沿的課程現(xiàn)代化原則；“綜合交叉”的知識(shí)結(jié)構(gòu)即綜合化原則；課程多樣化原則；應(yīng)用化原則；增加選修課比例，增大課程的靈活性、彈性化原則；“因材施教，分流培養(yǎng)”

即個(gè)性化原則；還要求課程設(shè)置在價(jià)值體系上的整體融合；科學(xué)與人文的結(jié)合；重視思想性；實(shí)踐性，加強(qiáng)動(dòng)手能力、科研能力的能力培養(yǎng)原則。我們本科階段的課程、教材、教師要注意在系統(tǒng)和重點(diǎn)的基礎(chǔ)上劃分授課范圍，減少重疊內(nèi)容，特別就課程間教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)問(wèn)題和銜接問(wèn)題。

（2）教學(xué)模式多樣化。本科教育，要確立“課堂教學(xué)、學(xué)術(shù)活動(dòng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)”為主體的教學(xué)模式，融課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、科學(xué)研究為一體，把義務(wù)教育與素質(zhì)教育相結(jié)合，知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)相融合。

教學(xué)模式多樣化：有條件的學(xué)校，學(xué)生進(jìn)校就定向，確定直讀碩士、直讀博士人選；實(shí)行聯(lián)合培養(yǎng)，跨學(xué)校、中國(guó)科學(xué)院、外國(guó)大學(xué)交流培養(yǎng)等辦學(xué)制度

。北京大學(xué)全面推行雙學(xué)位和輔修制度，還設(shè)立“暑期學(xué)?！保ㄐW(xué)期）

篇7

摘要:概述了植物細(xì)胞分化的模式系統(tǒng)———管狀分子分化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立以及基于該系統(tǒng)的管狀分子分化的生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等方面的研究進(jìn)展，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:百日草;次生細(xì)胞壁;細(xì)胞分化;管狀分子

管狀分子(TraehearyElements，TEs)是維管植物木質(zhì)部?jī)?nèi)導(dǎo)管和管胞的總稱，皆為長(zhǎng)柱狀細(xì)胞，次生壁木質(zhì)化，成熟后均缺乏原生質(zhì)體，其功能是輸導(dǎo)水分、礦質(zhì)元素和機(jī)械支持作用。導(dǎo)管和管胞差別是，管胞無(wú)穿孔，管胞間壁僅有具緣紋孔，借以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn);而導(dǎo)管分子間的某些區(qū)域具有穿孔，多個(gè)導(dǎo)管分子通過(guò)末端的穿孔連接形成一個(gè)長(zhǎng)的管道，即導(dǎo)管，與管胞相比，其輸導(dǎo)能力大大增強(qiáng)。管狀分子來(lái)源于形成層，由形成層細(xì)胞經(jīng)過(guò)細(xì)胞擴(kuò)增、次生壁沉積、胞內(nèi)物質(zhì)自溶、形成端壁穿孔等步驟而形成。管狀分子分化已被作為植物細(xì)胞分化的模式系統(tǒng)，在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化和分子組成、發(fā)育及生理功能上都具有明顯的特點(diǎn)，是植物解剖學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。多年來(lái)，各國(guó)學(xué)者建立了整體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和離體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)管狀分子的形態(tài)解剖學(xué)、生理學(xué)以及分子機(jī)制進(jìn)行了一定的研究。其中，百日草(ZinniaelegansJacq．)葉肉細(xì)胞離體培養(yǎng)系統(tǒng)是目前分化效果最好的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，人們利用該系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)性地研究了離體條件下管狀分子分化的基本過(guò)程，并對(duì)管狀分子分化的細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)進(jìn)行了卓有成效的研究。筆者擬對(duì)30多年來(lái)人們利用百日草葉肉細(xì)胞離體培養(yǎng)系統(tǒng)的研究成果進(jìn)行概述，為進(jìn)一步闡明管狀分子分化機(jī)制提供基礎(chǔ)。

1離體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立

因?yàn)楣軤罘肿有螒B(tài)隨著分化進(jìn)程而發(fā)生顯著變化，其中包括環(huán)紋、螺紋和網(wǎng)紋次生細(xì)胞壁(SCW)的形成以及自溶作用。所以，管狀分子分化被認(rèn)為是植物細(xì)胞分化的模式系統(tǒng)。然而，大多數(shù)早期關(guān)于分化的研究，采用的是多細(xì)胞系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)包含幾種作為起始材料的細(xì)胞類(lèi)型，為追蹤單個(gè)細(xì)胞分化過(guò)程帶來(lái)了困難。Kohlenbach和Schmidt發(fā)現(xiàn)，以機(jī)械法分離的單個(gè)百日草葉肉細(xì)胞可直接分化為管狀分子，這促使Fukuda和Komamine在此基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)有效的、高頻分化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已被全世界許多實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用，有時(shí)根據(jù)特定情況僅僅對(duì)一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了修改。用液體介質(zhì)浸漬百日草葉片，研磨后，以小網(wǎng)眼篩過(guò)濾，液體介質(zhì)反復(fù)漂洗懸浮液，分離得到單個(gè)葉肉細(xì)胞。要注意:(1)材料要適當(dāng)。取幼苗第一對(duì)葉，而非成年植物最嫩的葉片。(2)條件要適當(dāng)。旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)轉(zhuǎn)速為10r/min，0．3～0．4mol/L山梨醇調(diào)節(jié)滲透壓，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑為0．1mg/La-萘乙酸(NAA)和1mg/L6-芐基腺嘌呤(6-BA)，起始細(xì)胞濃度為(0．4～3．8)×108細(xì)胞/L。這樣，幾乎30%分離葉肉細(xì)胞，在適當(dāng)?shù)碾x體培養(yǎng)條件下，可半同步地分化為管狀分子。

2細(xì)胞學(xué)、生理學(xué)和生物化學(xué)方面的研究

百日草實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立促進(jìn)了管狀分子分化諸多方面的研究。初步的細(xì)胞學(xué)和生理學(xué)研究表明，細(xì)胞分裂不是管狀分子分化的前提條件，而一些DNA合成在分化中發(fā)揮重要作用;以肌動(dòng)蛋白依賴的微管重組，限定了次生細(xì)胞壁的特有格局;分化過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，細(xì)胞變化表現(xiàn)在次生細(xì)胞壁沉積前細(xì)胞器數(shù)量的增加，次生細(xì)胞壁沉積開(kāi)始不久次生細(xì)胞壁木質(zhì)化啟動(dòng)，原生質(zhì)體逐漸自溶，初生壁非木質(zhì)化部分的局部水解，分化過(guò)程終止。另外，百日草系統(tǒng)已清晰地證明，管狀分子分化受植物激素諸如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、油菜素內(nèi)酯、赤霉素、一氧化氮、乙烯、信號(hào)肽(例如CLE肽、木質(zhì)素、植物磺肽素)的調(diào)控;另外，大量生化和免疫學(xué)研究，揭示了細(xì)胞壁成分諸如纖維素、木聚糖、木質(zhì)素和其他次生壁特有分子的變化，以及自溶過(guò)程中的各種事件，諸如蛋白質(zhì)和核酸的降解等。

3相關(guān)基因的鑒定與描述

人們也用分子生物學(xué)方法，進(jìn)一步分析了百日草實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中管狀分子分化的分子機(jī)制。運(yùn)用同源克隆法(例如，核酸酶ZEN1，肉桂醇脫氫酶和過(guò)氧物酶，b-微管蛋白，油菜素內(nèi)酯合成酶和Rho/RacsmallGTPases)，差示篩選法(例如，分化標(biāo)記，管狀分子分化相關(guān)的(TED)2-4(Tra-chearyElementDifferentiation-related(TED)2-4)，果膠裂解酶)，消減雜交法(例如，核糖核酸酶及分化標(biāo)記、蛋白酶和木質(zhì)素合成酶)、全面的轉(zhuǎn)錄組分析微陣列和cDNA-AFLP，分別鑒定了許多與編碼管狀分子特定事件相關(guān)蛋白質(zhì)的cDNA，和限定管狀分子分化特定階段的標(biāo)記蛋白。因?yàn)榘偃詹蒉D(zhuǎn)化方法尚不穩(wěn)定，所以其分離基因的功能分析受到很大制約(例如，果膠裂解酶ZePel，TED4，過(guò)氧物酶ZPO-C)。然而，最近，通過(guò)基因槍法和電穿孔轉(zhuǎn)染法，瞬間將基因或雙鏈RNAs導(dǎo)入百日草細(xì)胞，成功地描述了其他基因的功能，這可能為管狀分子分化相關(guān)基因功能的分析提供了有益的線索。

4其他植物的研究

在利用百日草實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究管狀分子分化調(diào)控的基礎(chǔ)上，建立了擬南芥人工培養(yǎng)細(xì)胞的管狀分子分化系統(tǒng)，該系統(tǒng)在油菜素內(nèi)酯調(diào)控下，有30%～50%繼代細(xì)胞分化為管狀分子。后續(xù)的基因芯片分析表明，多數(shù)擬南芥基因在管狀分子分化期間特異表達(dá)，這些基因包括編碼植物特定NAC-do-main轉(zhuǎn)錄因子VND1-7的基因家族，借以最終揭示長(zhǎng)久以來(lái)尋找的管狀分子分化的轉(zhuǎn)錄開(kāi)關(guān)。在某些植物和人工培養(yǎng)細(xì)胞中，VND基因被作為管狀分子異常分化的有效誘導(dǎo)物。

5待解決的問(wèn)題和未來(lái)研究展望

管狀分子分化百日草葉肉細(xì)胞離體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究在草本植物中廣泛展開(kāi)。該系統(tǒng)為誘導(dǎo)和促進(jìn)管狀分子分化的研究建立了有效的平臺(tái)，并獲得了一些關(guān)鍵基因和調(diào)節(jié)因子，初步揭示了管狀分子分化的機(jī)制，為在單細(xì)胞水平上認(rèn)識(shí)細(xì)胞分化和轉(zhuǎn)分化途徑、分化過(guò)程影響因素提供了可能，但復(fù)雜、精確的分子機(jī)制的構(gòu)建仍需進(jìn)一步研究。

(1)管狀分子分化具有復(fù)雜的時(shí)空特異性，調(diào)控網(wǎng)絡(luò)綜合而龐大，雖然生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是管狀分子分化的基本調(diào)節(jié)激素，已有學(xué)者對(duì)2者進(jìn)行了大量研究并取得一定的成果，但是其他激素諸如赤霉素、乙烯、脫落酸、油菜素內(nèi)酯等作用效果研究資料極少，所以，植物激素作用機(jī)制的研究尚未明確。

(2)管狀分子分化是植物細(xì)胞凋亡的典型例子，成熟的管狀分子喪失了細(xì)胞核和細(xì)胞內(nèi)容物，成為死的、中空的管狀細(xì)胞。目前對(duì)管狀分子細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑知之甚少，需要進(jìn)一步探索。

(3)以草本植物百日草，甚至擬南芥為材料得到的管狀分子分化的初步機(jī)制，是否適合木本植物，尚需驗(yàn)證。

(4)雖然百日草系統(tǒng)較為成熟，管狀分子分化率和同步性較高，但隨著研究的深入，仍需進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化游離單細(xì)胞的離體培養(yǎng)方法，摸索分化的最佳條件，提高分化率和同步性。

篇8

【關(guān)鍵詞】《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》課程；教材；多媒體；實(shí)踐教學(xué)

生物技術(shù)已成為當(dāng)今高科技領(lǐng)域發(fā)展最具生命力、最引人注目的前沿學(xué)科之一。當(dāng)前以及未來(lái)數(shù)十年，利用現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)食品生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)改造升級(jí)，生產(chǎn)出新型的食品添加劑、保健食品甚至是全新的食品原料，將成為食品產(chǎn)業(yè)克服產(chǎn)品成本逐年增加、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的必由之路。因此，要培養(yǎng)二十一世紀(jì)新型食品專(zhuān)業(yè)人才，學(xué)習(xí)和掌握生物技術(shù)的基本原理和技術(shù)是非常有必要的。我校于2009年對(duì)生命科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)與工程系開(kāi)設(shè)了《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》這門(mén)課程，立足于培養(yǎng)出不僅能夠?qū)⑹称房茖W(xué)與工程的理論和技術(shù)應(yīng)用于食品生產(chǎn)、食品安全與檢測(cè)，也能夠結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)的理論和技術(shù)，尤其是分子生物學(xué)的理論和技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的學(xué)習(xí)和工作中的名副其實(shí)的“復(fù)合型”人才。本人根據(jù)近幾年《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》理論教學(xué)和教材建設(shè)綜合優(yōu)化方案，從多媒體、教材以及實(shí)踐教學(xué)的角度優(yōu)化《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)。

一、教材編寫(xiě)更貼近食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)水平

目前我國(guó)高校絕大多數(shù)的食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)了《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》這門(mén)課程，也陸續(xù)有一些《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》教材的出版。但是作為一門(mén)比較新的課程，教材內(nèi)容上有許多需要改進(jìn)的地方。目前的《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》教材內(nèi)容大多都是從以往的《生物技術(shù)》該門(mén)課程的教材照搬而來(lái)，只是額外加入了一些生物技術(shù)在食品工業(yè)中具體應(yīng)用的實(shí)例，并沒(méi)有從頭到尾的針對(duì)食品行業(yè)來(lái)介紹生物技術(shù)的各種原理和技術(shù)。同時(shí)，食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》課程前，僅僅有必修的《生物化學(xué)》課程作為基礎(chǔ)，最重要的基礎(chǔ)課《分子生物學(xué)》僅為選修課。因此食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》這門(mén)課程，尤其是課程中的基因工程部分內(nèi)容的時(shí)候會(huì)顯得很吃力。

因此，對(duì)《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》課程教材進(jìn)行整理和修改顯得尤為必要。例如，現(xiàn)在已出版的《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》教材中都分別設(shè)有“酶工程及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用”和“發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用”這兩個(gè)章節(jié)，這兩章內(nèi)容與本專(zhuān)業(yè)的《酶工程》、《發(fā)酵工程》以及《發(fā)酵食品工藝學(xué)》三門(mén)內(nèi)容基本重復(fù)，可以考慮刪掉。針對(duì)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生分子生物學(xué)基礎(chǔ)薄弱出發(fā)，在基因工程與食品工業(yè)章節(jié)中，多講授一些分子生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，以利于學(xué)生理解。同時(shí)，教材還應(yīng)在講授生物技術(shù)基本原理和技術(shù)的時(shí)候，多以食品工業(yè)中的具體應(yīng)用舉例，而不是在章節(jié)的末尾集中舉例，這樣能夠更利于加深學(xué)生的理解。

二、多媒體教學(xué)作為輔助，讓枯燥的課程鮮活起來(lái)

《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》大部分屬于理論講解，如果采用傳統(tǒng)的板書(shū)方式教學(xué)，學(xué)生對(duì)于課程中復(fù)雜的原理、繞口的概念和抽象的方法難免覺(jué)得枯燥乏味。在教學(xué)課程中采用計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)，讓學(xué)生以更直觀、生動(dòng)的方式了解食品生物技術(shù)的各項(xiàng)內(nèi)容。利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI，Computer Aided Instruction），在教學(xué)課件中添加生動(dòng)的圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，把傳統(tǒng)教學(xué)手段下很難表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容、知識(shí)重點(diǎn)、難點(diǎn)直觀的表達(dá)出來(lái)，從而使學(xué)習(xí)內(nèi)容變得容易理解和掌握。

例如，在第二章基因工程的內(nèi)容，通過(guò)多媒體課件以動(dòng)畫(huà)的形式輕松的理解轉(zhuǎn)錄、翻譯、PCR等原理，讓學(xué)生快速的理解并掌握。此外，定期給學(xué)生播放最近與視頻生物技術(shù)有關(guān)的國(guó)際論壇視頻（如TED），了解最新最尖端的生物技術(shù)、開(kāi)闊學(xué)生們的眼界、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但如果單純采用多媒體教學(xué)又容易產(chǎn)生學(xué)生過(guò)于依賴多媒體課件從而不積極思考和記錄課堂筆記，教師和學(xué)生之間互動(dòng)減少以及課件放映速度快內(nèi)容多學(xué)生來(lái)不及思考等問(wèn)題。因此在《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》中將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)相結(jié)合，既能夠抓住學(xué)生的注意力，也能夠以生動(dòng)的形勢(shì)促進(jìn)學(xué)生理解課程內(nèi)容。

三、增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

食品生物技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，無(wú)論多么晦澀的概念或是多么復(fù)雜的原理最終都要以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的形式進(jìn)行應(yīng)用。然而目前我校《食品生物技術(shù)導(dǎo)論》課程并未開(kāi)展任何的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。因此，作為主講教師可以通過(guò)讓學(xué)生親自參與到教師的科學(xué)研究試驗(yàn)中，讓學(xué)生進(jìn)一步的了解基因工程以及免疫檢測(cè)技術(shù)等等原理。并且在教學(xué)過(guò)程中將科研課題研究與學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，開(kāi)展我校獨(dú)具特色的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等實(shí)踐活動(dòng)。同時(shí)，可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀本院國(guó)家級(jí)、省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及我校的呼蘭校區(qū)的博士后工作站，讓學(xué)生了解與課程相關(guān)的超凈工作臺(tái)、PCR擴(kuò)增儀、電泳儀、凝膠成像儀、流式細(xì)胞儀、超低溫冰箱等高尖端儀器設(shè)備，或到一些食品企業(yè)（如哈肉聯(lián)）、藥品企業(yè)（如哈藥集團(tuán)）進(jìn)行實(shí)地參觀，使學(xué)生對(duì)食品生物技術(shù)這門(mén)學(xué)科產(chǎn)生更濃厚的興趣。這種以科研、實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)，不僅能使學(xué)生接觸到本學(xué)科最前沿的內(nèi)容，而且能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引領(lǐng)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目之中，使學(xué)生參加課外科研活動(dòng)形成風(fēng)氣，為進(jìn)一步提高學(xué)生畢業(yè)論文質(zhì)量也起到積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸兆新.現(xiàn)代食品生物技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002.

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《每日電訊報(bào)》在報(bào)道中指出，生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的聯(lián)姻讓科學(xué)家們能借用計(jì)算機(jī)腳本模擬生命，這將讓人類(lèi)大大受益，并有助于回答人類(lèi)最大也最基本的問(wèn)題“生命是什么？”。

“代碼腳本”首次讓生物和計(jì)算機(jī)“聯(lián)姻”

自古以來(lái)，當(dāng)兩種不同的科學(xué)思維碰撞在一起時(shí)，都會(huì)激起人們靈感的火花，讓人類(lèi)做出更重大的科學(xué)突破，分子生物學(xué)的誕生就是如此。上世紀(jì)50年代中葉，研究遺傳學(xué)的生物學(xué)家開(kāi)始同使用X射線研究物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的物理學(xué)家們合作，這場(chǎng)“聯(lián)姻”讓人類(lèi)首次看到了DNA優(yōu)雅的雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子生物學(xué)（在分子水平上研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，主要通過(guò)研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能和生物合成等方面來(lái)闡明各種生命現(xiàn)象的本質(zhì)，研究?jī)?nèi)容包括光合作用、癌癥的發(fā)生等各種生命過(guò)程）這門(mén)新興學(xué)科也在1953年順勢(shì)興起，將對(duì)人類(lèi)自身和疾病的研究推到更高的層次。

無(wú)獨(dú)有偶，另外兩門(mén)科學(xué)也在慢慢靠近并相互結(jié)合。其中一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域是生物學(xué)，主要專(zhuān)注于研究DNA指令，正是這些指令決定了活體生物是如何建立起來(lái)以及如何運(yùn)轉(zhuǎn)的；另一個(gè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)科學(xué)則專(zhuān)注于研究操作計(jì)算機(jī)運(yùn)行的代碼。

備受爭(zhēng)議的基因組研究先鋒、美國(guó)生物學(xué)家克雷格?文特爾目前是讓這兩門(mén)科學(xué)“聯(lián)姻”的積極推手，其實(shí)，奧地利的量子力學(xué)天才埃爾溫?薛定諤早在1943年提出的“代碼腳本”這一概念正是生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的雛形。

薛定諤于1943年發(fā)表了一場(chǎng)具有里程碑意義的演講，在那場(chǎng)演講中，薛定諤提出了一個(gè)天才性的問(wèn)題：生命是什么？薛定諤問(wèn)道：一個(gè)受精卵如何能獲得“一些包含了該生物未來(lái)所有發(fā)育信息的代碼腳本?！睘榱嘶卮疬@個(gè)問(wèn)題，薛定諤提出，染色體就像“非周期性（大分子）晶體”一樣，是一種由同分異構(gòu)元素連續(xù)組成的非周期晶體，構(gòu)成其的原子具有一個(gè)復(fù)雜的非重復(fù)性的模式；他也描述了該大分子內(nèi)“原子排列有序的結(jié)合”像摩斯代碼中的劃線和點(diǎn)一樣，擁有建立微生物的指令。

這是科學(xué)家們首次對(duì)遺傳代碼進(jìn)行嚴(yán)肅的討論，盡管與很多同齡人一樣，薛定諤也曾錯(cuò)誤地認(rèn)為，遺傳代碼被寫(xiě)入蛋白質(zhì)而非核酸中。然而，基于他1943年的演講而撰寫(xiě)的《生命是什么》這本書(shū)卻給了很多人靈感。其中包括DNA研究領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)者、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一吉姆?沃森和文特爾。文特爾在演講中表示：“薛定諤的‘代碼腳本’為未來(lái)的很多發(fā)現(xiàn)指明了方向?！?/p>

用計(jì)算機(jī)腳本模擬細(xì)菌

現(xiàn)在，文特爾正在撰寫(xiě)他自己的代碼腳本——使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)基因組。他說(shuō)：“我們正在嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)，使用遺傳代碼合成出基因組，讓計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)完美地聯(lián)姻?！?/p>

實(shí)際上，計(jì)算機(jī)不僅能模擬生命，也能模擬活著的細(xì)胞。幾天前，為了幫助人類(lèi)理解一個(gè)細(xì)胞的復(fù)雜性，斯坦福大學(xué)的馬庫(kù)斯?卡沃特領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)與文特爾的研究機(jī)構(gòu)攜手合作，制造出了虛擬的生殖支原體細(xì)菌，并再現(xiàn)了該細(xì)菌的整個(gè)生命循環(huán)過(guò)程。該細(xì)菌是所有細(xì)菌中最簡(jiǎn)單的一種，它擁有已知的活體生物中最小的基因組，并且是第二種被排序的非共生微生物。1995年，文特爾對(duì)其基因組進(jìn)行了排序。

生殖支原體細(xì)菌目前已經(jīng)成為首個(gè)被詳細(xì)建模的微生物，科學(xué)家們使用128臺(tái)計(jì)算機(jī)，模擬出了其525個(gè)基因中每一個(gè)基因的詳細(xì)情況，也在分子層面繪制出了該細(xì)菌從DNA到RNA再到名為代謝物的小分子的情況。

科學(xué)家們表示，虛擬細(xì)胞和虛擬細(xì)菌將幫助他們厘清生命和疾病的本質(zhì)。當(dāng)人們談?wù)撃硞€(gè)“癌癥基因”時(shí)，其意思是，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)基因，當(dāng)該基因出故障時(shí)，會(huì)引發(fā)癌癥。但是，當(dāng)人們?cè)敿?xì)研究一個(gè)癌細(xì)胞時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)2.3萬(wàn)個(gè)基因中的大部分基因都會(huì)受到影響，模擬基因組的整個(gè)工作情況，對(duì)于理解造成疾病的遺傳原因至關(guān)重要。

篇10

[關(guān)鍵詞] 系統(tǒng)生物學(xué)；基因組學(xué)；蛋白質(zhì)組學(xué)；計(jì)算生物學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] R34 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-7210（2008）09（b）-020-03

近代生物學(xué)研究主要是以分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究為主。研究方法皆采用典型的還原論方法。目前為止，還原論的研究已經(jīng)取得了大量的成就，在細(xì)胞甚至在分子層次對(duì)生物體都有了很具體的了解，但對(duì)生物體整體的行為卻很難給出系統(tǒng)、圓滿的解釋。生物科學(xué)還停留在實(shí)驗(yàn)科學(xué)的階段，沒(méi)有形成一套完整的理論來(lái)描述生物體如何在整體上實(shí)現(xiàn)其功能行為，這實(shí)際上是還停留在牛頓力學(xué)思想體系的簡(jiǎn)單系統(tǒng)的研究階段。但是生物體系統(tǒng)具有紛繁的復(fù)雜性[1，2]。盡管對(duì)一個(gè)復(fù)雜的生物系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，研究基因和蛋白質(zhì)是非常重要的，而且它將是我們系統(tǒng)生物學(xué)的基礎(chǔ)，但是僅僅這些尚不能充分揭示一個(gè)生物系統(tǒng)的全部信息。這種研究結(jié)果只限于解釋生物系統(tǒng)的微觀或局部現(xiàn)象，并不能解釋系統(tǒng)整體整合功能的來(lái)源，不能充分揭示一個(gè)生物系統(tǒng)的信息，且忽略了系統(tǒng)中各個(gè)層面的交互、支持、整合等作用,限制了生物學(xué)研究的發(fā)展。在這種現(xiàn)狀下，20世紀(jì)末人類(lèi)基因組計(jì)劃完成后，生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家都在考慮一個(gè)問(wèn)題：未來(lái)生物學(xué)研究的方向在哪里？為此學(xué)術(shù)界也不乏辯論。得出的共識(shí)是：生物學(xué)的發(fā)展未來(lái)主要面對(duì)如下問(wèn)題：(1)如何弄清楚單一生物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，包括反應(yīng)分子之間的關(guān)系、反應(yīng)方式等；(2)如何研究生物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，包括量化生物學(xué)反應(yīng)及生物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；(3)如何利用計(jì)算機(jī)信息及生物工程技術(shù)進(jìn)行生物反應(yīng)，生物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，乃至器官及生物體的重建。

早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系統(tǒng)理論(general systems theory)，他在文章中指出生物體是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，對(duì)其組成及生物學(xué)功能的深入研究最終需要借助于計(jì)算機(jī)和工程學(xué)等其他分支學(xué)科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood創(chuàng)立的系統(tǒng)生物學(xué)(systems biology)則是在以還原論為主流的現(xiàn)代生物學(xué)中反其道而行之，把這種以整體為研究對(duì)象的概念重新提出。他給系統(tǒng)生物學(xué)賦予了這樣的定義，系統(tǒng)生物學(xué)(systems biology)是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質(zhì)等)的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分間的相互關(guān)系的學(xué)科。換言之，以往的實(shí)驗(yàn)生物學(xué)僅關(guān)心基因和蛋白質(zhì)的個(gè)案，而系統(tǒng)生物學(xué)則要研究所有的基因、所有的蛋白質(zhì)、組分間的所有相互關(guān)系。顯然，系統(tǒng)生物學(xué)是以整體性研究為特征的一種大科學(xué)，是生物學(xué)領(lǐng)域革命性的方法論。以胡德的觀點(diǎn)，基因、蛋白質(zhì)以及環(huán)境之間不同層次的交互作用共同架構(gòu)了整個(gè)系統(tǒng)的完整功能。因此，用系統(tǒng)的方法來(lái)理解一個(gè)生物系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)成為并正在成為生物學(xué)研究方法的主流。利用系統(tǒng)的方法對(duì)其進(jìn)行解析，綜合分析觀察實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析。具體通過(guò)建立一定的數(shù)學(xué)模型，并利用其對(duì)真實(shí)生物系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)驗(yàn)證模型的有效性，從而揭示出生物體系所蘊(yùn)涵的奧秘，這正是生物學(xué)研究方法的關(guān)鍵所在。

1 系統(tǒng)生物學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容

系統(tǒng)生物學(xué)主要研究實(shí)體系統(tǒng)(如生物個(gè)體、器官、組織和細(xì)胞)的建模與仿真、生化代謝途徑的動(dòng)態(tài)分析、各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的相互作用、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及疾病機(jī)制等[4，5]。

系統(tǒng)生物學(xué)的首要任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，即致力于對(duì)系統(tǒng)的分析與模式識(shí)別，包括對(duì)系統(tǒng)的元素與系統(tǒng)所處環(huán)境的定義，以及對(duì)系統(tǒng)元素之間的相互作用關(guān)系和環(huán)境與系統(tǒng)之間的相互作用的深入分析。具體如生物反應(yīng)中反應(yīng)成分之間的量的關(guān)系，空間位置，時(shí)間次序，反應(yīng)成分之間的因果關(guān)系，特別是反饋調(diào)節(jié)和變量控制等有關(guān)整個(gè)反應(yīng)體系的問(wèn)題等。其次要對(duì)系統(tǒng)的演化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，包括對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特征、分岔行為、相圖等的分析。掌握了系統(tǒng)的基本演化機(jī)制，使系統(tǒng)具有目標(biāo)性和可操作性，使之按照我們所期望的方向演化，也有助于我們重新構(gòu)建或修復(fù)系統(tǒng)，為組織工程學(xué)的組織設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。另外，系統(tǒng)科學(xué)對(duì)生物系統(tǒng)狀態(tài)的描述是分層次的，對(duì)不同層次進(jìn)行的描述可能是完全不同的；系統(tǒng)科學(xué)對(duì)系統(tǒng)演化機(jī)制的分析更強(qiáng)調(diào)整體與局部的關(guān)系，要分析子系統(tǒng)之間的作用如何形成系統(tǒng)整體的表現(xiàn)、功能，而且對(duì)系統(tǒng)整體的每一行為都要找出其與微觀層次的聯(lián)系。

系統(tǒng)生物學(xué)的研究包括兩方面的內(nèi)容。首先是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取得，這主要包括提供生物數(shù)據(jù)的各種組學(xué)技術(shù)平臺(tái)，其次是利用計(jì)算生物學(xué)建立生物模型。因此科學(xué)家把系統(tǒng)生物學(xué)分為“濕”的實(shí)驗(yàn)部分（實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究)和“干”的實(shí)驗(yàn)部分（計(jì)算機(jī)模擬和理論分析)?！皾瘛薄ⅰ案伞睂?shí)驗(yàn)的完美整合才是真正的系統(tǒng)生物學(xué)。

系統(tǒng)生物學(xué)的技術(shù)平臺(tái)主要為各種組學(xué)研究。這些高通量的組學(xué)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成了系統(tǒng)生物學(xué)的技術(shù)平臺(tái)。提供建立模型所需的數(shù)據(jù)，并辨識(shí)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其中包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、相互作用組學(xué)和表型組學(xué)計(jì)算生物學(xué)通過(guò)建模和理論探索?？梢詾樯锵到y(tǒng)的闡明和定量預(yù)測(cè)提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。計(jì)算生物學(xué)包括數(shù)據(jù)開(kāi)采和模擬分析。數(shù)據(jù)開(kāi)采是從各實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)和信息中抽取隱含其內(nèi)的規(guī)律并形成假說(shuō)。模擬分析是用計(jì)算機(jī)驗(yàn)證所形成的假說(shuō)，并對(duì)擬進(jìn)行的體內(nèi)、體外生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終形成可用于各種生物學(xué)研究和預(yù)測(cè)的虛擬系統(tǒng)。計(jì)算生物學(xué)涉及一些新的數(shù)學(xué)原理和運(yùn)算規(guī)則，需要物理和數(shù)學(xué)來(lái)研究生物學(xué)的最基本的原理，也需要計(jì)算科學(xué)、信息學(xué)、工程學(xué)等進(jìn)行生物工程重建和生物信息傳遞的研究。

2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究思路及特點(diǎn)

系統(tǒng)生物學(xué)識(shí)別目標(biāo)生物系統(tǒng)中的各種因素，然后構(gòu)架一個(gè)系統(tǒng)模型，在其中賦予這個(gè)生物系統(tǒng)能動(dòng)性。在此模型中研究細(xì)胞、組織、器官和生物體整體水平，研究結(jié)構(gòu)和功能各異的各種分子及其相互作用，并通過(guò)計(jì)算生物學(xué)來(lái)定量描述和預(yù)測(cè)生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學(xué)最大的特點(diǎn)即整合。這里的整合主要包括三重含義。首先，把系統(tǒng)內(nèi)不同性質(zhì)的構(gòu)成要素(DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、生物小分子等)整合在一起進(jìn)行研究；其次，對(duì)于多細(xì)胞生物，系統(tǒng)生物學(xué)要實(shí)現(xiàn)從基因到細(xì)胞、到器官、到組織甚至是個(gè)體的各個(gè)層次的整合。第三，研究思路和方法的整合。經(jīng)典的分子生物學(xué)研究是一種垂直型的研究，即采用多種手段研究個(gè)別的基因和蛋白質(zhì)。而基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和其他各種“組學(xué)”則是水平型研究，即以單一的手段同時(shí)研究成千上萬(wàn)個(gè)基因或蛋白質(zhì)。而系統(tǒng)生物學(xué)的特點(diǎn)，則是要把水平型研究和垂直型研究整合起來(lái)，成為一種“三維”的研究[6]。

3 系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法

系統(tǒng)生物學(xué)最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展正是由于對(duì)生物系統(tǒng)的干擾手段不斷進(jìn)步促成的。干涉主要分為從上到下(top-down)或從下到上(bottom-up)兩種。從上到下，即由外至里，主要指在系統(tǒng)內(nèi)添加新的元素，觀察系統(tǒng)變化。例如，在系統(tǒng)中增加一個(gè)新的分子以阻斷某一反應(yīng)通路。而從下到上，即由內(nèi)到外，主要是改變系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某些特征，從而改變整個(gè)系統(tǒng)，如利用基因敲除，改變?cè)谛盘?hào)傳導(dǎo)通路中起重要作用的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平[7]。

目前國(guó)際上系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法根據(jù)所使用研究工具的不同可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是實(shí)驗(yàn)性方法，一類(lèi)是數(shù)學(xué)建模方法。實(shí)驗(yàn)性方法主要是通過(guò)進(jìn)行控制性的反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)理解系統(tǒng)[8，9]。首先明確要研究的系統(tǒng)以及所關(guān)注的系統(tǒng)現(xiàn)象或功能，鑒別系統(tǒng)中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白質(zhì)等，并收集所有可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立一個(gè)描述性的初級(jí)模型(比如圖形的)，用以解釋系統(tǒng)是如何通過(guò)這些元素及其之間的相互作用實(shí)現(xiàn)自身功能的。其次在控制其他條件不變的情況下，干擾系統(tǒng)中的某個(gè)元素，由此得到這種干擾情況下系統(tǒng)各種層次水平的一些數(shù)據(jù)，同時(shí)收集系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)變化的數(shù)據(jù)，整合這些數(shù)據(jù)并與初級(jí)模型進(jìn)行比較，對(duì)模型與實(shí)際之間的不符之處通過(guò)提出各種假設(shè)來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)瑫r(shí)修正模型。再設(shè)計(jì)不同的干擾，重復(fù)上面的步驟，直到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型相一致為止。

數(shù)學(xué)建模[10，11]方法在根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)制對(duì)系統(tǒng)建立動(dòng)力學(xué)模型，來(lái)定量描述系統(tǒng)各元素之間的相互作用，進(jìn)而預(yù)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化結(jié)果。首先選定要研究的系統(tǒng)，確定描述系統(tǒng)狀態(tài)的主要變量，以及系統(tǒng)內(nèi)部和外部環(huán)境中所有影響這些變量的重要因素。然后深入分析這些因素與狀態(tài)變量之間的因果關(guān)系，以及變量之間的相互作用方式，建立狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)演化模型。再利用數(shù)學(xué)工具對(duì)模型進(jìn)行求解或者定性定量分析，充分挖掘數(shù)學(xué)模型所反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化性質(zhì)，給出可能的演化結(jié)果，從而對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 當(dāng)代系統(tǒng)生物學(xué)研究熱點(diǎn)

基因表達(dá)、基因轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，以及系統(tǒng)出現(xiàn)疾病的機(jī)制分析等四個(gè)方面是目前系統(tǒng)生物學(xué)研究的主要陣地。

基因組醫(yī)學(xué)(genomic medicine)是以人類(lèi)基因組為基礎(chǔ)的生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的革命。生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合，將人類(lèi)基因組研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用到臨床實(shí)踐中，是后基因組時(shí)代最重要的研究方向之一。人類(lèi)基因組計(jì)劃從完成和多種疾病相關(guān)的基因研究發(fā)現(xiàn)，迅速進(jìn)入到蛋白質(zhì)組學(xué)、染色體組和人類(lèi)疾病基因的研究，通過(guò)單基因或復(fù)雜多基因疾病的相關(guān)基因研究和疾病易感因素分析，達(dá)到揭示基因與疾病的關(guān)系之目的；遺傳背景與環(huán)境因素綜合作用對(duì)疾病發(fā)生發(fā)展的影響；為疾病的診斷、預(yù)防和治療、預(yù)后和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供依據(jù)。基因組醫(yī)學(xué)將大大提高我們對(duì)健康和疾病狀態(tài)的分子基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)研制有效干預(yù)方法的能力。

后基因組(post-genome)的交叉學(xué)科研究是目前生命科學(xué)研究的前沿。交叉學(xué)科是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，范圍非常廣闊，如基因組、蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組等等，從而出現(xiàn)許多新的交叉學(xué)科。

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction)的研究是當(dāng)前細(xì)胞生命活動(dòng)研究的重要課題。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)組學(xué)是功能蛋白質(zhì)組學(xué)的重要組成部分。系統(tǒng)地研究多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)間相互關(guān)系及其作用規(guī)律，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路網(wǎng)絡(luò)化，其作用模式、通路、功能機(jī)制、調(diào)控多樣化，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)、功能、途徑的異常在癌癥、心血管疾病、糖尿病和大多數(shù)疾病中起重要作用。對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的了解，已成為創(chuàng)新藥物、防病治病的關(guān)鍵。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)不是一門(mén)單一學(xué)科，而是多種學(xué)科，如細(xì)胞學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)和藥理學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科。

5 現(xiàn)階段系統(tǒng)生物學(xué)存在的問(wèn)題

目前的系統(tǒng)生物學(xué)研究還只是初步使用動(dòng)力學(xué)建模方法來(lái)定量描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化行為，這種方法對(duì)簡(jiǎn)單巨系統(tǒng)是適用的，但是在運(yùn)用到復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出很多的局限性，有很多問(wèn)題就不能解決。生物體系統(tǒng)的復(fù)雜程度超乎我們的想象，現(xiàn)階段不宜研究整個(gè)生物體系統(tǒng)，可以從研究“小系統(tǒng)”(生物體中具有一定功能、相對(duì)獨(dú)立的部分，將其看成一個(gè)“系統(tǒng)”)開(kāi)始，當(dāng)然如何正確地分析這個(gè)小系統(tǒng)本身也不是件易事。

5.1現(xiàn)有技術(shù)水平的限制

著眼于整體的系統(tǒng)生物學(xué)對(duì)技術(shù)、儀器的依賴性大大超過(guò)傳統(tǒng)的分子生物學(xué)。高通量、大規(guī)模的基因組及蛋白質(zhì)組等的發(fā)展都是建立于新技術(shù)、新儀器出現(xiàn)基礎(chǔ)之上。就目前的技術(shù)水平來(lái)講，距系統(tǒng)生物學(xué)所要求達(dá)到的理想水平還相差很遠(yuǎn)。由于技術(shù)發(fā)展的不均衡造成了系統(tǒng)中各個(gè)水平上的研究不均衡。基因組和基因表達(dá)方面的研究已經(jīng)比較成熟，而在其他水平如蛋白質(zhì)、小分子代謝物等的研究仍處于起步階段。各種蛋白質(zhì)在數(shù)量上的巨大差異是全面分析低豐度蛋白質(zhì)的一大障礙。而低豐度蛋白往往是最重要的生物調(diào)節(jié)分子，如何加強(qiáng)對(duì)低豐度蛋白的高通量研究，將是對(duì)蛋白質(zhì)組應(yīng)用前景的重要保障。同樣，如何研究系統(tǒng)內(nèi)存在的非遺傳性分子即細(xì)胞中存在的成百上千的獨(dú)立的代謝底物及其他各種類(lèi)型的大小分子，它們?cè)诨虮磉_(dá)、酶的構(gòu)象形成等方面有著重要作用。建立適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)系統(tǒng)檢測(cè)這些分子的變化是系統(tǒng)生物學(xué)能否發(fā)展的關(guān)鍵。

5.2分析水平的限制

系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了全面分析的復(fù)雜性。人類(lèi)基因組計(jì)劃的實(shí)施提供了龐大的信息資源，已讓人眼花繚亂，而對(duì)于較核苷酸復(fù)雜得多的蛋白質(zhì)及代謝物等的分析將是更大的挑戰(zhàn)。如何系統(tǒng)而詳盡地為公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息加上注解，對(duì)這些復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和分析將成為系統(tǒng)生物學(xué)發(fā)展的瓶頸。

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