細(xì)胞生物學(xué)的研究方向范文

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摘要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和考核方式等方面介紹了研究生細(xì)胞分子生物學(xué)課程的教學(xué)開展與體會(huì)，為適應(yīng)多研究方向的研究生培養(yǎng)要求、提高教學(xué)效果提供參考。

關(guān)鍵詞研究生;細(xì)胞分子生物學(xué);教學(xué);內(nèi)容;考核

揚(yáng)州大學(xué)碩士研究生培養(yǎng)方案課程設(shè)置將細(xì)胞分子生物學(xué)作為生物學(xué)一級(jí)學(xué)科的學(xué)位課程，包含植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生理學(xué)、水生生物學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、生物物理學(xué)、生態(tài)學(xué)等11個(gè)生物學(xué)二級(jí)學(xué)科。揚(yáng)州大學(xué)是江蘇省屬重點(diǎn)綜合性大學(xué)，目前設(shè)有27個(gè)學(xué)院，11個(gè)生物學(xué)二級(jí)學(xué)科分散在生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、農(nóng)學(xué)院、獸醫(yī)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院，各二級(jí)學(xué)科的研究方向也較廣泛，如何適應(yīng)這種多學(xué)院、多學(xué)科和多研究方向的碩士研究生培養(yǎng)要求，提高教學(xué)效果，揚(yáng)州大學(xué)不斷進(jìn)行嘗試、改革，構(gòu)建了適合各二級(jí)學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)要求的細(xì)胞分子生物學(xué)教學(xué)體系，現(xiàn)將這門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和考核方式介紹如下。

1細(xì)胞分子生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容

細(xì)胞分子生物學(xué)是隨著細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)發(fā)展而興起的一門較新的學(xué)科，是一門在分子水平上研究基因?qū)?xì)胞活動(dòng)調(diào)控以及各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形成和功能執(zhí)行的科學(xué)[1]。對(duì)生物學(xué)專業(yè)的研究生來講，本科階段都學(xué)過細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)這2門課程，因此研究生所開設(shè)的細(xì)胞分子生物學(xué)課程體系應(yīng)該和本科生的課程體系有所區(qū)別。由于傳統(tǒng)的細(xì)胞分子生物學(xué)教材與細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)在內(nèi)容上有很多雷同，若采用這些教材，很容易使研究生對(duì)該門課程失去興趣。揚(yáng)州大學(xué)將該門課程的教學(xué)內(nèi)容分為4個(gè)部分:細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞遺傳、細(xì)胞代謝與調(diào)控、細(xì)胞發(fā)育，該校沒有選擇任何固定教材，僅僅指定少數(shù)最新出版的教材作為參考書，如韓貽仁主編的分子細(xì)胞生物學(xué)[2]、Gerald Karp主編的Cell and Molecular Biology:Concepts and Experi-ments等[3]。

2細(xì)胞分子生物學(xué)的教學(xué)過程

揚(yáng)州大學(xué)細(xì)胞分子生物學(xué)的授課對(duì)象差異比較大，學(xué)生的來源和專業(yè)背景也不同，在教學(xué)過程中，筆者嘗試使用開放式教師、開放式教學(xué)和開放式課堂的教學(xué)方法。

2.1開放式教師

以往的研究生課程都是由固定的教師一上到底，由于教師的精力有限，不可能對(duì)細(xì)胞生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的前沿知識(shí)都熟悉。為了解決這一問題，揚(yáng)州大學(xué)采用不固定教師上課的制度，跨學(xué)科跨學(xué)院請(qǐng)資深教師進(jìn)行授課，確保學(xué)生能夠了解該領(lǐng)域的基本知識(shí)與前沿動(dòng)態(tài)。設(shè)置的4個(gè)部分教學(xué)內(nèi)容中，每一部分由1~2位專業(yè)教師負(fù)責(zé)主講，教師可結(jié)合自己的專業(yè)背景，根據(jù)不同教學(xué)模塊，設(shè)置具體的教學(xué)內(nèi)容，不拘泥于任何教科書進(jìn)行授課。有些教師的研究方向是植物，對(duì)植物細(xì)胞分子生物學(xué)的研究進(jìn)展和前沿動(dòng)態(tài)比較熟悉，講授植物細(xì)胞分子生物學(xué)可以做到深入淺出，而對(duì)動(dòng)物細(xì)胞分子生物學(xué)的講授效果會(huì)比較差，因此主講教師可選擇來自植物、動(dòng)物、微生物、病毒等研究方向的老師。對(duì)于學(xué)生，有些是來源于農(nóng)學(xué)院，其背景知識(shí)和興趣側(cè)重在植物方面，而有些來源于醫(yī)學(xué)院或獸醫(yī)學(xué)院，其背景知識(shí)和興趣側(cè)重在動(dòng)物方面，這就要求選擇具有不同學(xué)科背景的教師。開展開放式的教學(xué)方式，滿足不同學(xué)生的要求。

2.2開放式教學(xué)

由于細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)的前沿學(xué)科之一，因此在把握現(xiàn)有教材和參考資料的基礎(chǔ)上，教學(xué)過程中要結(jié)合實(shí)際將細(xì)胞生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的新進(jìn)展、新知識(shí)、新方法介紹給學(xué)生，拓寬學(xué)生知識(shí)的深度、廣度，培養(yǎng)其對(duì)未來工作的適應(yīng)能力。

在每一個(gè)教學(xué)模塊中，教師可通過不同的教學(xué)方式講解不同側(cè)重點(diǎn)的專題。如細(xì)胞結(jié)構(gòu)部分包括講了2個(gè)專題，一個(gè)是細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng):結(jié)構(gòu)、功能、蛋白質(zhì)分選和膜泡運(yùn)輸，另一個(gè)是細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。內(nèi)膜系統(tǒng)一般是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞核、溶酶體和液泡(包括內(nèi)體和分泌泡)5類細(xì)胞器膜的總稱，而廣義的內(nèi)膜系統(tǒng)概念也包括線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細(xì)胞核等細(xì)胞內(nèi)所有細(xì)胞器膜的總稱。在本科細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)過程中，這些細(xì)胞器的形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生是分別獨(dú)立介紹。雖然這些細(xì)胞器具有各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)和功能[4]，但它們又是密切相關(guān)的，尤其是它們的膜結(jié)構(gòu)是可以相互轉(zhuǎn)換的，轉(zhuǎn)換的機(jī)制則是通過蛋白質(zhì)分選和膜泡運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)的。在講授內(nèi)膜系統(tǒng)時(shí)，可通過蛋白質(zhì)合成這條線將這些相關(guān)內(nèi)容串聯(lián)起來講述。由于核糖體在蛋白質(zhì)合成上與內(nèi)膜系統(tǒng)互為一體，因此將核糖體也加入進(jìn)來，同時(shí)向上講可以提及細(xì)胞核中核糖體大小亞基及mRNA的合成，向下還可講述細(xì)胞膜上的蛋白功能，從而用蛋白質(zhì)合成一條線將細(xì)胞的三大結(jié)構(gòu)即細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核聯(lián)系了起來。同時(shí)，也啟迪研究生自己去找線索，找出一根主干，將盡可能多的內(nèi)容串起來。又如細(xì)胞骨架對(duì)于維持細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性以及在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞和細(xì)胞分化分裂等一系列方面起重要作用，因此對(duì)細(xì)胞骨架的研究是近代生命科學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一，它的快速發(fā)展主要得益于大型分析儀器的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)方法技術(shù)的改進(jìn)。在這一部分內(nèi)容的教學(xué)中，可重點(diǎn)向?qū)W生講解細(xì)胞骨架的研究方法，包括每種方法的原理、基本過程和結(jié)果分析，以最新的國(guó)外權(quán)威期刊上發(fā)表的細(xì)胞骨架方面的論文為例，向?qū)W生介紹細(xì)胞骨架的研究是如何開展的。

2.3開放式課堂

研究生課堂和本科生課堂相比，講授內(nèi)容量非常大。筆者一般會(huì)在課后將課件提供給學(xué)生，使他們?cè)谡n堂上不用花太多精力記筆記，而是將主要精力集中到聽課上，跟著教師的引導(dǎo)考慮問題，這樣使其思維保持很高的興奮度，且感到疲勞。在嚴(yán)格遵守課堂紀(jì)律的前提下，在上課時(shí)要盡量調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，以開拓學(xué)生的思維，培養(yǎng)創(chuàng)造性。課后要讓學(xué)生自己閱讀指定或推薦的原始文獻(xiàn)，或者讓他們自己到網(wǎng)上查閱自己感興趣的問題，以此可培養(yǎng)學(xué)生閱讀文獻(xiàn)、查找資料、進(jìn)行科研的能力。

3細(xì)胞分子生物學(xué)的考核方式

作為生物學(xué)一級(jí)學(xué)科碩士研究生的學(xué)位課程，細(xì)胞分子生物學(xué)的考核以考試為主，考慮到研究生學(xué)習(xí)細(xì)胞分子生物學(xué)課的目的主要是為了提高學(xué)生利用學(xué)到的細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)解決課題研究中的問題，實(shí)用性較強(qiáng)，因此筆者選用開卷考試的形式，所出的試題都是綜合性的分析題，在考場(chǎng)內(nèi)學(xué)生可以查閱任何參考資料，但參考資料中沒有現(xiàn)成的答案，促使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，通過仔細(xì)分析才能得出答案。這種考核方式一方面提高了學(xué)生獨(dú)立思考問題和解決問題的能力，另一方面也使教師了解了學(xué)生對(duì)這門課程的掌握情況，檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，很大程度上促進(jìn)了以后教學(xué)的開展。

4參考文獻(xiàn)

[1] 王石平，金安江.分子細(xì)胞生物學(xué)研究性教學(xué)模式的改革實(shí)踐與思考[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2008(2):134-137.

[2] 韓貽仁.分子細(xì)胞生物學(xué)[M].2版.北京:科學(xué)出版社，2001.

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關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；細(xì)胞生物學(xué)；科研；實(shí)踐；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）29-0114-02

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，努力提高大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，是增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的需要，也是一個(gè)民族進(jìn)步和國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。作為生命科學(xué)的基礎(chǔ)和前沿學(xué)科，《細(xì)胞生物學(xué)》是一門實(shí)踐性、研究性很強(qiáng)的課程，內(nèi)容比較抽象、深?yuàn)W，需要理論和實(shí)踐密切聯(lián)系。

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是以教師、教材和課堂三者為中心的封閉式教育模式，教師在課堂上單向灌輸知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)地接受。在這種模式下，大學(xué)生主要的學(xué)習(xí)活動(dòng)是通過死記硬背記住教材現(xiàn)成結(jié)論、機(jī)械地接收實(shí)驗(yàn)技能，不利于學(xué)生發(fā)散性思維和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。另一方面，傳統(tǒng)教學(xué)中理論和實(shí)踐教學(xué)與科研相脫節(jié)。高等學(xué)校教學(xué)與科研是相互依賴、相互促進(jìn)、不可分離的一體；教學(xué)是科研的基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的發(fā)展和提高。沒有科研的支撐，難以實(shí)現(xiàn)旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)施等條件的限制，本科生參與科研項(xiàng)目的機(jī)會(huì)較少，不利于綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。針對(duì)傳統(tǒng)教育模式存在的問題，核心主干課程《細(xì)胞生物學(xué)》的理論和實(shí)踐教學(xué)模式改革就顯得十分必要。

一、采用多樣化的教學(xué)方法 突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性

為了進(jìn)一步適應(yīng)當(dāng)前對(duì)高層次專業(yè)復(fù)合型人才的需求，培養(yǎng)具有系統(tǒng)理論知識(shí)和分析解決問題能力的創(chuàng)新人才，我們?cè)诶碚撜n的教學(xué)模式中推行啟發(fā)式、研究式、討論式、基于問題式等教學(xué)手段，以學(xué)生為中心代替了以教師為中心，以重能力培養(yǎng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)重知識(shí)傳授，以小組討論和教師指導(dǎo)式教學(xué)方法代替了傳統(tǒng)的課堂講授，使學(xué)生更加積極、主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)“互動(dòng)式教學(xué)”。并且在保證基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)的前提下，將教學(xué)活動(dòng)與科研、實(shí)踐工作緊密而有機(jī)地結(jié)合，以科研、實(shí)踐引導(dǎo)和促進(jìn)教學(xué)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考以及分析問題和解決問題的能力。通過豐富多樣的教學(xué)方式為學(xué)生創(chuàng)造實(shí)踐機(jī)會(huì)，激發(fā)興趣使學(xué)生不由自主地進(jìn)入研究性學(xué)習(xí)，從而使教師從知識(shí)的傳輸者變?yōu)橹笇?dǎo)者和促進(jìn)者，學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接受者變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者。這種以學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)形式，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新教育和素質(zhì)教育水平的提高。

（一）基于問題的啟發(fā)式教學(xué)模式

以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法是以學(xué)生為中心、以教師為引導(dǎo)的開放式教學(xué)方法，是將問題作為教學(xué)的基本因素，教師在授課時(shí)有計(jì)劃、有步驟地向?qū)W生提出問題，學(xué)生或者帶著問題聽課，或者課后根據(jù)問題進(jìn)行思考，使學(xué)生在不斷的提出問題和解決問題中完成教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，找到問題的答案。這種基于問題式的教學(xué)方法，鼓勵(lì)學(xué)生提出更好的問題，在探索和思考中學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，養(yǎng)成終生獨(dú)立學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（二）討論式教學(xué)模式

細(xì)胞是一切生命體生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和死亡過程的基礎(chǔ)，從遺傳到變異，從生理到病理，幾乎所有生命現(xiàn)象的原因都要到細(xì)胞中尋找答案。近年來，現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域中的重大進(jìn)展非常精彩，許多研究?jī)?nèi)容和成果如細(xì)胞通訊、細(xì)胞增殖及其調(diào)控、細(xì)胞衰老與程序化死亡等對(duì)社會(huì)的發(fā)展影響深遠(yuǎn)。為了提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，我們?cè)鲈O(shè)了4個(gè)學(xué)時(shí)的討論課。討論課由教師給定一些議題，如“細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)與環(huán)境適應(yīng)性討論”、“光合作用研究與人類未來面臨的糧食問題討論”、“細(xì)胞生物學(xué)的最新研究成果與諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)”、“細(xì)胞學(xué)發(fā)展歷程對(duì)‘三觀’的啟示”、“獵奇與興趣在細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展中的意義”、“人造生命――克隆人與生物倫理學(xué)”等。討論分組進(jìn)行，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)題目的全面闡述，小組成員分工協(xié)作完成查閱文獻(xiàn)、制作ppt和課堂報(bào)告等工作，然后由教師做出評(píng)價(jià)。通過討論式教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，鍛煉學(xué)生口頭表達(dá)能力，并培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。

（三）研究探索式教學(xué)模式

細(xì)胞生物學(xué)中很多重大的理論和結(jié)果都是建立在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，教材中具有豐富的實(shí)驗(yàn)素材。在教學(xué)中，我們注重講解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和過程，分析、總結(jié)和歸納實(shí)驗(yàn)背后的原理，啟發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)問題及重大發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)和思考。課外鼓勵(lì)有興趣的學(xué)生參與到教師的植物組培科研項(xiàng)目中，完成一些能勝任的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將科研中的問題帶入課堂，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，在應(yīng)用、實(shí)踐和錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)基本理論的理解。開展研究式和探索式的教學(xué)模式，可以使學(xué)生在“學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)―聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用―鞏固再提高”的探究實(shí)踐中，逐步培養(yǎng)出科學(xué)的思維方式和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

二、發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

在高校中，科研訓(xùn)練是培養(yǎng)創(chuàng)新人才和提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要方法和有效手段。通過科研訓(xùn)練，讓大學(xué)生系統(tǒng)地參與到科研項(xiàng)目當(dāng)中，讓學(xué)生“做中學(xué)”，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐，鍛煉動(dòng)手能力，達(dá)到學(xué)以致用、活學(xué)活用的目的。在科研和實(shí)踐方面，我們充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，各位老師在獲得科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造多種有利條件鼓勵(lì)有興趣、有能力的學(xué)生較早地參與教師的科研課題，并引導(dǎo)學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃和課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽等一系列科技創(chuàng)新活動(dòng)中。在專業(yè)教師指導(dǎo)下，學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最后整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而撰寫成。科研活動(dòng)使學(xué)生學(xué)習(xí)了科研的知識(shí)，通過收集、整合信息構(gòu)建知識(shí)，體會(huì)到科研的樂趣，進(jìn)而增強(qiáng)了大學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，取得了較好的成果。利用科研大平臺(tái)將理論和實(shí)踐相結(jié)合，教學(xué)與科研相輔相成，這樣就形成了覆蓋課堂內(nèi)外的立體化教學(xué)模式，將學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)的提高緊密結(jié)合起來，達(dá)到了培養(yǎng)本科生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)目的，同時(shí)也可使學(xué)生盡早了解教師的研究方向和內(nèi)容，有利于大四畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)的完成。近幾年來，學(xué)生參與數(shù)量上以及考研升學(xué)人數(shù)、比例層次都得到穩(wěn)步提高，考入上海交通大學(xué)、南京大學(xué)等名校研究生的學(xué)生比例逐年增加。

三、改革課程考試方式 推進(jìn)教學(xué)改革效果

傳統(tǒng)考試制度存在諸多弊端，如考核方式單一、考試內(nèi)容單一，這種片面的評(píng)分方法不能真實(shí)反映學(xué)生理解知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的能力，也很難達(dá)到理論與科研實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。為了更全面、科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力，我們將期末一卷定成績(jī)的傳統(tǒng)單一考試方式改革為多元化的綜合考核方式，進(jìn)而帶動(dòng)教學(xué)模式的改革。學(xué)生成績(jī)的評(píng)定由平時(shí)成績(jī)和期末考試兩部分組成，平時(shí)成績(jī)的比例增加到30%。平時(shí)成績(jī)主要包括課堂考勤、課堂測(cè)試、課后作業(yè)、期中考試以及專題討論等。課堂小測(cè)試我們采用2人一組，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)考題；或者采用試題抽簽、一人一題的方式，專題討論分組進(jìn)行。期末考試主要考察學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)，包括基本概念、原理和方法的掌握情況，以及對(duì)應(yīng)用實(shí)例的理解，同時(shí)也增加了綜合分析題及實(shí)驗(yàn)技能等試題。通過課程考核方式的改革，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生在課堂上的積極性，也建立了一個(gè)真正全面、客觀、合理的課程考核體系，效果良好。

四、結(jié)語(yǔ)

高等教育的發(fā)展方向是以學(xué)生為主體，重視能力培養(yǎng)，促進(jìn)大學(xué)生的全面發(fā)展。在近年來的教學(xué)改革實(shí)踐中，我們遵循能力本位的理念，基礎(chǔ)與科研實(shí)踐并重，探索了一條立足課程體系優(yōu)化和完善、科研創(chuàng)新實(shí)踐為目標(biāo)的人才培養(yǎng)模式。通過互動(dòng)式、實(shí)踐性教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和科研能力的目的。在課堂教學(xué)過程中，我們以細(xì)胞生物學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為例，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思維；并通過討論課等形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；同時(shí)課外鼓勵(lì)那些對(duì)科研具有濃厚興趣的學(xué)生，進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)的科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此，教學(xué)與科研實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，可以幫助學(xué)生更好地構(gòu)建細(xì)胞生物學(xué)的知識(shí)體系，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)和研究能力，培養(yǎng)具有可持續(xù)發(fā)展能力的應(yīng)用型生命科學(xué)人才均具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳安，梁文斌，，等.覆蓋課堂內(nèi)外的立體化教學(xué)改革提高本科生的創(chuàng)新能力[J].國(guó)際檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2012，33（13）.

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[4]吳學(xué)玲，劉新星，周洪波，等.細(xì)胞生物學(xué)研究性學(xué)習(xí)模式的探索和實(shí)踐[J].中國(guó)科技信息，2008，（9）.

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[6]馬朋，曹同濤，劉乃國(guó)，等.細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)中PBL結(jié)合LBL的實(shí)踐研究[J].中國(guó)成人教育，2009，（1）.

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篇3

[關(guān)鍵詞]細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)方法 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.423 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）12-0153-02

細(xì)胞生物學(xué)是生物學(xué)至關(guān)重要的一門基礎(chǔ)學(xué)科，發(fā)展也是日新月異，同時(shí)也是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科。理論教學(xué)可使學(xué)生掌握課程的基礎(chǔ)知識(shí)、學(xué)科框架以及學(xué)科前沿，而實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)能使學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)，掌握該學(xué)科基本實(shí)驗(yàn)技能和研究方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的思維和意識(shí)，提高學(xué)生的綜合科研素質(zhì)。細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是理論課程的補(bǔ)充，也是整個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系重要的一門課程。[1] [2]

隨著細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法的快速發(fā)展、教學(xué)條件的改善以及學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的調(diào)整，目前細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中逐漸出現(xiàn)了一些不足與缺陷。例如，課程內(nèi)容較陳舊，不能與時(shí)俱進(jìn);教學(xué)方法單一，課堂氣氛沉悶;學(xué)生缺乏積極主動(dòng)性，教學(xué)效果欠佳等。如何豐富和更新細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高教學(xué)效果，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的，已成為擺在教師面前亟待解決的問題。

一、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣泛，基本實(shí)驗(yàn)包括細(xì)胞器結(jié)構(gòu)觀察、細(xì)胞及亞細(xì)胞組分離心分離技術(shù)、細(xì)胞常規(guī)制片技術(shù)、細(xì)胞染色體標(biāo)本的制備及觀察等，有些較綜合性的實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)技能較多，時(shí)間較長(zhǎng)，如動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等。

基本實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較短，在課程設(shè)置時(shí)可將一些同類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目合并，合理安排時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。細(xì)胞器的觀察可歸為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，細(xì)胞核的分離與葉綠體的分離合并起來，有絲分裂和減數(shù)分裂染色體形態(tài)觀察和分析合并等。通過這些措施，可以在有限的時(shí)間里做更多的實(shí)驗(yàn)，提高了效率，節(jié)約了時(shí)間。這些基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是強(qiáng)化細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能，掌握基本實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。[2]

為了強(qiáng)化學(xué)生的基本操作能力，啟迪創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)分析和解決問題的科研能力，應(yīng)合理開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，將單一驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合為系統(tǒng)化的綜合性實(shí)驗(yàn)。比如動(dòng)物細(xì)胞的原代培養(yǎng)及保存與復(fù)蘇這個(gè)實(shí)驗(yàn)，包含了原代培養(yǎng)、細(xì)胞計(jì)數(shù)及觀察、細(xì)胞的保存與復(fù)蘇等小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、現(xiàn)代化手段輔助教學(xué)

多媒體教學(xué)直觀生動(dòng)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高教學(xué)效果。在實(shí)驗(yàn)課中，可播放一些自己錄制或購(gòu)買的實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像，讓學(xué)生更直觀、更清楚地看到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。例如在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先播放動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的視頻錄像，讓學(xué)生了解前期準(zhǔn)備的細(xì)節(jié)，了解動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的過程和注意點(diǎn)，這樣可有效地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)的成功率，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足。另外，隨著細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，一些重要而當(dāng)前不能實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)，在課堂上可以讓學(xué)生觀看教學(xué)錄像或網(wǎng)絡(luò)視頻資料，使學(xué)生了解其結(jié)構(gòu)和用途。如流式細(xì)胞儀的使用。

通過帶有顯微成像系統(tǒng)的顯微鏡，將好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果拍攝下來，可以對(duì)圖像進(jìn)行進(jìn)一步的分析和長(zhǎng)期保存，展示給學(xué)生，使學(xué)生有一個(gè)清晰、直觀的認(rèn)識(shí)，老師講課的時(shí)候也更加具有針對(duì)性，內(nèi)容更具體、生動(dòng)。例如在植物細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂染色體形態(tài)分析實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生常對(duì)典型分裂時(shí)期的圖像把握不好，那么就可以拍攝該種生物各個(gè)分裂時(shí)期的圖像，有針對(duì)性的講解，學(xué)生更容易理解，也有了判斷依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，提高了效率。

三、逐步實(shí)施開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生主動(dòng)性

目前細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多是驗(yàn)證性，學(xué)生對(duì)這種被動(dòng)的、按部就班的教學(xué)方法積極性不高，難以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，效果也不理想。很多專家教授提出要打破細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)這種傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施開放性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科研思維能力。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果毋庸置疑，但在我們的實(shí)踐中以及調(diào)研其他院校后發(fā)現(xiàn)，開放性實(shí)驗(yàn)普遍存在教學(xué)時(shí)間有限、實(shí)驗(yàn)老師工作量巨大及需要較多實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等現(xiàn)實(shí)問題。另外，學(xué)生知識(shí)水平有限，難以把握實(shí)驗(yàn)難度，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠合理，往往難以獲得理想的結(jié)果，有時(shí)會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。開放性實(shí)驗(yàn)室的安全性和實(shí)驗(yàn)室日常管理等問題也是不易解決的問題。我們?cè)趯?shí)踐中采用多層次、靈活的辦法，適當(dāng)增加一些經(jīng)費(fèi)和人力投入開放式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自己準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用材料進(jìn)行選擇，對(duì)同一實(shí)驗(yàn)采用不同實(shí)驗(yàn)方法等不同程度的、有限的開放，達(dá)到學(xué)生積極參與的效果。

（一）實(shí)驗(yàn)材料自主選擇。實(shí)驗(yàn)課中經(jīng)常是一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都采用同一種實(shí)驗(yàn)材料，常出現(xiàn)個(gè)別同學(xué)實(shí)驗(yàn)積極性不高，參考別人實(shí)驗(yàn)結(jié)果的惰。有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，老師可以很方便的準(zhǔn)備多種實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生可根據(jù)興趣選取不同材料。這樣學(xué)生會(huì)相互間進(jìn)行比較，思考由于材料不同引起的實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果有哪些不同，有利于提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)思維能力，豐富基礎(chǔ)知識(shí)。例如，在植物細(xì)胞有絲分裂染色體形態(tài)分析試驗(yàn)中準(zhǔn)備洋蔥根尖和蠶豆根尖，學(xué)生選取其中一種材料進(jìn)行染色體形態(tài)觀察和分析，又如在石蠟切片制作過程中，可選用植物或動(dòng)物材料。[3]這樣學(xué)生就會(huì)比較兩種材料有什么不同，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異在哪里，為什么有這樣的結(jié)果。這樣帶著問題做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中尋找答案，就會(huì)調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效果。

（二）靈活采用實(shí)驗(yàn)方法。在實(shí)驗(yàn)方法上同樣可實(shí)行開放式教學(xué)，如細(xì)胞活性測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，染料排斥法、雙色熒光檢測(cè)法和N11檢測(cè)法都可以檢測(cè)細(xì)胞的死活，而三者的原理和所需的實(shí)驗(yàn)儀器試劑都是不同的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可以讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇其中的任意一種或多種方法，只有當(dāng)學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法后，才可根據(jù)已確定的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行儀器試劑的選擇。經(jīng)過這樣的自主選擇后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法都有了很好的掌握。

在每一個(gè)試驗(yàn)中，始終貫徹科學(xué)的思維方法和實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中給出的具體的操作可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或改變。如在植物細(xì)胞骨架的光學(xué)顯微鏡觀察這一實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞骨架制片效果的好壞與TritonX-100的濃度和處理時(shí)間密切相關(guān)。在上課時(shí)，講清楚在這一實(shí)驗(yàn)中的TritonX-100作用和原理，可以讓學(xué)生分組后改變TritonX-100的濃度和作用時(shí)間，其余步驟不變，然后比較實(shí)驗(yàn)效果，確定最佳條件。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了細(xì)胞骨架的制片技術(shù)，而且能透徹理解TritonX-100的作用原理，也使學(xué)生認(rèn)識(shí)到不能教條式照搬已有知識(shí)，培養(yǎng)其科學(xué)的思維和方法。

（三）逐步開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)條件，從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐漸開展不同程度的開放性實(shí)驗(yàn)。首先，可以讓有興趣的學(xué)生共同參與實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作，在實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提前通知學(xué)生，在老師指導(dǎo)下學(xué)生自己準(zhǔn)備材料，如提供給學(xué)生洋蔥、蠶豆，自己培育根尖，配置實(shí)驗(yàn)所需的溶劑等。在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)中，讓學(xué)生和老師一起洗培養(yǎng)瓶，滅菌，配置培養(yǎng)基等，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，理解實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作的繁瑣，培養(yǎng)吃苦耐勞的品質(zhì)。其次，可開放局部實(shí)驗(yàn)方案確定環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。最后，設(shè)置開放實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。老師提供多個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將學(xué)生分成幾個(gè)小組，以小組的形式完成實(shí)驗(yàn)。這就要求學(xué)生主動(dòng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過師生之間的討論后，制訂出可行的實(shí)驗(yàn)方案并予以實(shí)施，這非常有利于引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生探索欲望。

（四）課堂教學(xué)與課外科研工作相結(jié)合。二年級(jí)以上的本科生絕大多數(shù)都進(jìn)入了不同老師的科研實(shí)驗(yàn)室，而科研實(shí)驗(yàn)室的開放可讓部分感興趣的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)老師和科研實(shí)驗(yàn)室共同指導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)科研實(shí)驗(yàn)室條件和老師研究方向，查閱文獻(xiàn)，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，老師根據(jù)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)選題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做出篩選，確定后在科研實(shí)驗(yàn)室完成這部分工作，最后做一次實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

四、完善成績(jī)綜合評(píng)定體系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課全程跟蹤評(píng)定，包括出勤情況，課堂紀(jì)律，規(guī)范操作，實(shí)驗(yàn)態(tài)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告，勞動(dòng)紀(jì)律，責(zé)任心等多方位對(duì)學(xué)生做出綜合評(píng)定。[4]可分為三個(gè)方面：平時(shí)成績(jī)，包括出勤率和課堂實(shí)驗(yàn)態(tài)度，操作規(guī)范情況等，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)操作能反映學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與動(dòng)手操作能力，主要通過考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)得到，對(duì)于一些操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課可當(dāng)場(chǎng)記錄成績(jī)并計(jì)入最后的綜合考評(píng)中;實(shí)驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)定成績(jī)，綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以改成論文的格式，這就要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、步驟、結(jié)果以及數(shù)據(jù)等做出總結(jié)，以提高總結(jié)能力。這樣，才能達(dá)到使學(xué)生加深理解細(xì)胞生物學(xué)基本理論知識(shí)，鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)的目的。

[ 注 釋 ]

[1] 陳媛媛，陳付學(xué)，華子儀，等.深化細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，探索開放式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒J].教育教學(xué)論壇，2012（40）：60-61.

[2] 李小燕，劉江東，鄭凌，等.深化細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（4）：116-119，142.

篇4

關(guān)鍵詞 發(fā)育生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐；教改；擬南芥

中圖分類號(hào) G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）10-0326-02

Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material

HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）

Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions，firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then，the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.

Key words development biology；experimental and practical；reform；Arabidopsis thaliana

發(fā)育生物學(xué)是在傳統(tǒng)胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上，隨著生化與分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步，形成的一門新興學(xué)科[1]。發(fā)育生物學(xué)主要研究生物個(gè)體發(fā)育過程中的原理及調(diào)控機(jī)制，具有發(fā)展迅速、更新快等特點(diǎn)[2]。發(fā)育生物學(xué)是本科高年級(jí)的專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課。目前，國(guó)內(nèi)使用的發(fā)育生物學(xué)教材多樣化，而且還沒有適合本科生使用的實(shí)驗(yàn)教材，即使有些院校開設(shè)了一些實(shí)驗(yàn)，但內(nèi)容常取決于授課老師的研究方向，隨意性較大，不夠規(guī)范合理，學(xué)科和理論體系不完備[1-3]。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)面向本部及國(guó)際學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)，但目前為止尚無實(shí)驗(yàn)教材。基于已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、本校及本院的研究?jī)?nèi)容與研究?jī)?yōu)勢(shì)，以模式植物擬南芥為材料，建立“發(fā)育生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)”體系，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的作用與優(yōu)勢(shì)，不僅達(dá)到鞏固理論知識(shí)的目的，而且盡量發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新意識(shí)。項(xiàng)目已在我校2012―2014級(jí)生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生中連續(xù)實(shí)施3屆，取得了良好的效果。

1 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教材

發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教材較少，常參考或借用動(dòng)物胚胎學(xué)、解剖學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。適用于專業(yè)科研人員的指導(dǎo)書主要有吳秀山主編的《現(xiàn)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》[4]。適用于本科教學(xué)的主要有林丹軍主編的《發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》[5]，張蕾、趙潔主編的《植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[6]。前者包括動(dòng)物發(fā)育模式的形態(tài)學(xué)觀察及發(fā)育機(jī)制的實(shí)驗(yàn)，后者重點(diǎn)介紹了發(fā)育相關(guān)的分子生物學(xué)研究方法和技術(shù)，涉及植物開花、傳粉、受精、胚胎發(fā)育及植株形成等不同發(fā)育階段的細(xì)胞和分子機(jī)理。我校發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開課3屆，但尚未有合適的教材。

2 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容教改研究

發(fā)育生物學(xué)是一門理論性與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科，但目前很多學(xué)校發(fā)育生物學(xué)教學(xué)普遍存在著理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離的問題。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課孤立于理論教學(xué)，甚至根本不開實(shí)驗(yàn)課，純粹的理論教學(xué)使發(fā)育生物學(xué)變得更加晦澀難懂[7]。發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)具有涵蓋面廣、綜合性強(qiáng)，發(fā)展速度快、架構(gòu)不成熟，注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定等特點(diǎn)[8]。常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括模式動(dòng)物胚胎發(fā)育過程觀察、結(jié)構(gòu)解剖等部分，與動(dòng)物學(xué)或胚胎學(xué)部分重疊。董 巍等將實(shí)驗(yàn)分為模式動(dòng)物飼養(yǎng)和胚胎早期發(fā)育、發(fā)育生物學(xué)常用基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)、發(fā)育生物學(xué)研究中的經(jīng)典和綜合性實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，設(shè)計(jì)了一系列綜合性實(shí)驗(yàn)[8]。丁乃崢等將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)成不同的模塊，各專業(yè)根據(jù)需要選擇性進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性等層次[3]。李巧峽等則以花背蟾蜍為唯一材料設(shè)計(jì)了胚胎外部形態(tài)觀察、內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察、不同處理對(duì)胚胎發(fā)育的影響及角膜誘導(dǎo)及免疫組化研究4個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)自己基礎(chǔ)知識(shí)及興趣點(diǎn)選擇相應(yīng)的課題，自主完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施及總結(jié)過程，取得了良好的效果[9]。

植物及相關(guān)學(xué)科的研究在我校具有明顯比較優(yōu)勢(shì)，農(nóng)作物相關(guān)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。緊密結(jié)合科研方向、發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建以植物為主的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系具有重要意義。本課題成員的研究方向包括植物開花發(fā)育、配子發(fā)育、表觀遺傳調(diào)控、抗性與發(fā)育等多方面，在擬南芥發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的研究成果。項(xiàng)目組織課題組成員共同撰寫實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)大綱與講義、制定教學(xué)計(jì)劃、組織實(shí)施、課程考核，建立并完善課程體系。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括擬南芥野生型及突變體表型觀察及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；擬南芥配子發(fā)育的細(xì)胞學(xué)觀察；載體構(gòu)建及擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化、篩選等。設(shè)計(jì)驗(yàn)證性試驗(yàn)2～4個(gè)，如擬南芥野生型及sdg8突變體表型觀察；綜合性實(shí)驗(yàn)7～10個(gè)，如擬南芥野生型及sdg2突變體雄配子體發(fā)育過程觀察。

3 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐實(shí)施方案教改研究

發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)施方式與其他生物學(xué)科實(shí)驗(yàn)技術(shù)類似，每次實(shí)驗(yàn)常集中在2個(gè)或4個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)容多為驗(yàn)證性。賈偉章等利用不同的模式生物開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開設(shè)了海膽、文昌魚、斑馬魚、蛙等相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，采用班級(jí)和分組教學(xué)的形式[10]。將教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研實(shí)驗(yàn)相結(jié)合是提高教學(xué)與科研水平的重要方式。如丁乃崢等在開放實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，利用模塊教學(xué)實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式[3]。董 巍等在分層次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，與相關(guān)的課題組合作，將科研內(nèi)容充實(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)將科研實(shí)驗(yàn)向教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)向轉(zhuǎn)化。同時(shí)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生承擔(dān)部分科研任務(wù)，實(shí)現(xiàn)探索性教學(xué)實(shí)驗(yàn)向科研的外向轉(zhuǎn)化[8]。

傳統(tǒng)的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)多以大班方式進(jìn)行，僅有少數(shù)學(xué)生有機(jī)會(huì)動(dòng)手，效果有限。本校目前生物科學(xué)專業(yè)20～28人/班，人數(shù)相對(duì)較少，將學(xué)生進(jìn)行課題分組，設(shè)置開放實(shí)驗(yàn)室。發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，但每次實(shí)驗(yàn)不全需要4課時(shí)。項(xiàng)目將嘗試向本科學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以自主安排其余時(shí)間。目前已有3個(gè)課題組在本實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，并在《植物生理學(xué)報(bào)》上發(fā)表了論文[11]。

4 考核體系的改革

實(shí)驗(yàn)課程傳統(tǒng)的考核體系存在考核內(nèi)容局限性大、評(píng)價(jià)方式單一等問題[12]。針對(duì)之前設(shè)計(jì)的課題，以小組形式考核。成績(jī)由3個(gè)部分構(gòu)成：科研課題進(jìn)展（50%）+研究報(bào)告/論文撰寫（30%）+PPT/Poster匯報(bào)（20%）。鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表科研論文。

5 結(jié)語(yǔ)

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教育中重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和分析能力的必要手段[13]。發(fā)育生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快的前沿學(xué)科之一，是現(xiàn)代生物學(xué)的帶頭學(xué)科[14]。建立健全適合我校現(xiàn)狀的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系，對(duì)于我校生物科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義[15]。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 張紅衛(wèi).發(fā)育生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

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[3] 丁乃崢，李善妮.淺論融會(huì)發(fā)育生物學(xué)知識(shí)的人體解剖生理學(xué)教學(xué)[J].生物學(xué)雜志，2011，28（1）：103-105.

[4] 吳秀山.現(xiàn)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5] 林丹軍.發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[6] 張蕾，趙潔.植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

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[10] 賈偉章，余雪松，李浩明.淺談對(duì)發(fā)育生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容與課程體系的認(rèn)識(shí)[J].科教文匯，2013（9）：69-70.

[11] 易吉明，黃婷，黃勇，等.小立碗蘚MADS-box基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化分析[J].植物生理學(xué)報(bào)，2015，51（2）：197-206.

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[13] 喬守怡.生物類實(shí)驗(yàn)教材改革的思考與展望[J].生命世界，2009（5）：26-27.

篇5

[關(guān)鍵詞]脊髓損傷；細(xì)胞移植；治療

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷，之前的治療方法主要是局限于藥物和物理治療來改善運(yùn)動(dòng)功能缺陷，人們先后試用了手術(shù)吻合、手術(shù)減壓、神經(jīng)移植、大網(wǎng)膜移植、藥物治療、局部冷凍、物理康復(fù)、以及應(yīng)用酶制劑來抑制和消除結(jié)締組織瘢痕等多種方法治療脊髓損傷，近年來的實(shí)驗(yàn)研究著眼于干細(xì)胞移植來逆轉(zhuǎn)不利于SCI軸突功能恢復(fù)的病理過程，從而減少脊髓功能喪失并促進(jìn)其功能恢復(fù)。

脊髓損傷修復(fù)的常用移植細(xì)胞

1骨髓基質(zhì)細(xì)胞（marrow stromal cells，MSCs）

MSCs的干細(xì)胞相似特點(diǎn)和多方向分化潛能在最近幾年引起了人們的注意。MSCs的優(yōu)點(diǎn)在于屬于自體同源移植，容易獲得和培養(yǎng)，通過髓內(nèi)或靜脈導(dǎo)入方法簡(jiǎn)單，移植途徑有：（1）直接受損脊髓多靶點(diǎn)注射；（2）腰穿椎管內(nèi)植入：將擴(kuò)增的BMSCs移植于蛛網(wǎng)膜下腔，使之隨腦脊液到達(dá)病變部位；（3）靜脈移植：開放血腦屏障，將擴(kuò)增的BMSCs靜脈輸入，使之通過血腦屏障到達(dá)病變部位。MSCs能夠轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可作為填充物填補(bǔ)損傷部位，定向再生為神經(jīng)細(xì)胞錨靠周圍組織完成上行下傳功能的重建，移植時(shí)創(chuàng)造抑制膠質(zhì)細(xì)胞再生、保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞胞體存活、促進(jìn)自體神經(jīng)細(xì)胞再生的微環(huán)境。但是需要克服細(xì)胞融合、轉(zhuǎn)分化神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)屬性缺失的問題。最近通過Luo Jian-dal大量的文獻(xiàn)調(diào)研顯示MSCs對(duì)運(yùn)動(dòng)性脊髓損傷的治療有較好的效果。MSCs及其分化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞含有促進(jìn)神經(jīng)再生的營(yíng)養(yǎng)因子及其受體，有助于損傷的腦和脊髓組織的修復(fù)，抑制不利于神經(jīng)再生的瘢痕形成。Wu等[1]發(fā)現(xiàn)，將MSCs植入損傷的大鼠脊髓內(nèi)，通過增強(qiáng)組織修復(fù)可促進(jìn)損傷脊髓的再生，同時(shí)與對(duì)照組相比空腔明顯縮小。雖然移植后MSCs的數(shù)量逐漸減少，但不少治療組動(dòng)物仍顯示明顯的功能恢復(fù)。

2神經(jīng)干細(xì)胞（neural stemcells，NSCs）

根據(jù)LiWe等[2]的研究顯示，神經(jīng)干細(xì)胞在脊髓損傷的修復(fù)中具有重要作用，而神經(jīng)干細(xì)胞是干細(xì)胞的一種，干細(xì)胞是指同時(shí)兼具自我更新能力和產(chǎn)生分化細(xì)胞能力的一類細(xì)胞，這類細(xì)胞可經(jīng)培養(yǎng)進(jìn)行不定期分化并產(chǎn)生特化細(xì)胞。依據(jù)分化潛能的大小，可將干細(xì)胞分為三種類型：一是全能干細(xì)胞，此類細(xì)胞具有分化為完整個(gè)體的能力，如胚胎干細(xì)胞（ES）；二是多能干細(xì)胞，這類細(xì)胞具有分化為多種細(xì)胞組織的潛能，但不具備發(fā)育為完整個(gè)體的能力，如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞；三是單能干細(xì)胞（也稱專能干細(xì)胞），這類干細(xì)胞只能向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞分化，如神經(jīng)干細(xì)胞。

NSCs是一種未分化、多潛能、具有自我更新能力的細(xì)胞。目前已經(jīng)可以分離和體外培養(yǎng)NSCs使之分化為各種神經(jīng)細(xì)胞。有研究從鼠脊髓內(nèi)取出未成熟細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)后，移植到脊髓損傷大鼠斷裂的脊髓中，結(jié)果癱瘓鼠在2周后均能活動(dòng)，有些甚至恢復(fù)了站立和行走能力，這一研究成果引起人們對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞移植治療脊髓損傷的廣泛興趣。

最近，有人開始研究應(yīng)用基因修飾的神經(jīng)干細(xì)胞移植治療SCI，并且在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了良好的效果。基因修飾的NSCs不僅具有替代損失死亡的神經(jīng)元的作用，而且還可以大量分泌各種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子以促進(jìn)神經(jīng)元的存活及軸突的再生。Blesch等應(yīng)用神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子NT23基因修飾神經(jīng)干細(xì)胞，移植入大鼠C3損傷SCI動(dòng)物模型中，2周后發(fā)現(xiàn)相對(duì)于未修飾的神經(jīng)干細(xì)胞移植組，NT23基因修飾組可見高水平的NGF及BDNF的分泌，以及有大量的感覺神經(jīng)投射形成，并且60%分化為神經(jīng)元，3%分化為膠質(zhì)細(xì)胞。當(dāng)前，定向分化誘導(dǎo)是NSCs應(yīng)用于臨床的一個(gè)關(guān)鍵問題。現(xiàn)在體外或體內(nèi)對(duì)干細(xì)胞的定向誘導(dǎo)分化還沒有得到很好解決，細(xì)胞異質(zhì)性很高，分化程度不一，不能保證植入的NSCs按預(yù)想的途徑分化，影響了移植的效果。另外，NSC移植治療SCI需克服一個(gè)特殊的問題，即脊髓的神經(jīng)元有著較長(zhǎng)的突起，植入的NSCs能否參與并形成功能性的神經(jīng)回路都尚待研究。

綜上所述，干細(xì)胞移植治療SCI有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ枰肿由飳W(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、組織工程學(xué)及神經(jīng)生物學(xué)等多學(xué)科的密切配合和基礎(chǔ)研究的不斷深入。目前，隨著神經(jīng)科學(xué)的飛速發(fā)展，尤其是在細(xì)胞和分子水平上對(duì)SCI后繼發(fā)性損傷的病理機(jī)制研究的不斷深入，今后的研究方向?qū)⒅饕性谝韵聨讉€(gè)方面：①由于單一細(xì)胞移植效果各有利弊，我們應(yīng)該考慮聯(lián)合移植幾種細(xì)胞，或?qū)⒓?xì)胞移植與其它方法聯(lián)合應(yīng)用。②通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)使移植細(xì)胞具有更多更有用的功能，加快NSC的定向誘導(dǎo)，分化及增殖的基因調(diào)控機(jī)制的研究，使之能盡快應(yīng)用于臨床。③設(shè)計(jì)良好的組織工程支架材料，使之具有更有利于移植細(xì)胞的搭載和再生軸突的定向生長(zhǎng)的生物性能。相信不久的將來，細(xì)胞移植會(huì)在SCI的治療中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

篇6

1光鑷基本原理

光是一種電磁波,在與物質(zhì)相互作用時(shí)不僅會(huì)發(fā)生能量的傳遞,也會(huì)發(fā)生動(dòng)量的傳遞,也就是說光會(huì)對(duì)該物質(zhì)施加一定的力,即產(chǎn)生光的力學(xué)效應(yīng)。1970年,A.Ashkin首次提出光輻射壓力(光壓)可以操縱微小微粒[14]。1986年,A.Ashkin和Chu等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),只需要一束高度聚集的激光,就可形成穩(wěn)定的三維光學(xué)勢(shì)阱以穩(wěn)定俘獲微粒[15],由于只使用了一束激光,所以稱之為單光束梯度力光阱,簡(jiǎn)稱光鑷。光鑷是基于光的輻射力建立的。如圖2所示,在折射率為n2的介質(zhì)中存在一個(gè)折射率為n1的微粒(n1>n2),當(dāng)一束帶有動(dòng)量P1的激光穿過該微粒時(shí),經(jīng)兩次折射后,激光的動(dòng)量變?yōu)镻2。根據(jù)動(dòng)量守恒定律,微粒將產(chǎn)生與激光的動(dòng)量變化大小相等、方向相反的動(dòng)量,即Δp。由動(dòng)量與沖量的關(guān)系和牛頓第二定律可知,微粒會(huì)受到一等于動(dòng)量變化率的作用力,因此,當(dāng)我們采用高數(shù)值孔徑(NA>1)[15]的物鏡將激光聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)f(捕獲中心)時(shí),不論微粒上、下、左、右、前、后偏離激光焦點(diǎn)f,微粒都會(huì)受到一個(gè)指向焦點(diǎn)的作用力。這個(gè)焦點(diǎn)就如同一個(gè)“陷阱”可以捕獲該微粒,因此在光鑷實(shí)驗(yàn)中,我們通過調(diào)節(jié)激光的位置就可以像一把無形的“鑷子”達(dá)到操控微粒的目的。同時(shí),微粒偏離捕獲中心的距離和其受到的回復(fù)力成正比[16],這決定了光鑷對(duì)微粒的操控不是剛性的,而是類似于“彈簧”,并符合胡克定律F=–kΔx。其中,F是拉力,k是光鑷的剛度系數(shù)(stiffness),Δx是微粒偏離激光中心的位移。通過微粒產(chǎn)生位移和激光的剛度系數(shù)即可計(jì)算出拉力F。因此,在操作過程中,我們可以通過實(shí)時(shí)測(cè)量微粒的位移得到微粒間的相互作用力,從而得到與微粒相連的生物分子上所受的作用力。

2光鑷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

光鑷技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境一般為接近于生理環(huán)境的水溶液,可減少對(duì)樣品的損傷,同時(shí)實(shí)現(xiàn)在生物分子具有生理活性的條件下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分子動(dòng)態(tài)行為的目的。此外,如何對(duì)樣品進(jìn)行處理是光鑷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的另一個(gè)關(guān)鍵問題。由于生物分子,例如DNA、蛋白質(zhì)等,往往在幾納米到幾十納米之間,光鑷的剛度一般不能穩(wěn)定地捕獲和操控生物分子,因此需要借助一個(gè)表面修飾的微米量級(jí)的小球(微球)作為“手柄”,將生物樣品通過化學(xué)偶聯(lián)黏附在微球上,通過直接操控微球達(dá)到間接操控生物分子的目的[17]。生物大分子尤其是蛋白分子,通常尺寸較小,因此會(huì)在生物分子的一端或兩端通過化學(xué)方法交聯(lián)上一段或兩段DNAHandle[18],使得生物分子兩側(cè)的微球間有足夠的空間距離,方便對(duì)單個(gè)生物分子進(jìn)行力的測(cè)量并且減少微球間不必要的相互作用;選用的DNAHandle分子長(zhǎng)度一般大于500bp[8]。圖2是雙光鑷技術(shù)研究生物樣品的經(jīng)典單分子實(shí)驗(yàn)體系[19]示意圖(以DNAHairpin為例),兩個(gè)聚苯乙烯小球表面分別免疫修飾了Streptavidin和anti-Digoxigenin,DNAHairpin一端被標(biāo)記biotin與Streptavidin修飾的微球相連,另一端則通過巰基與DNAHandle共價(jià)交聯(lián);DNAHandle則通過Digoxigenin與修飾anti-Digoxi-genin的微球相連。因此,當(dāng)我們利用兩束激光分別捕獲兩個(gè)微球時(shí),就可以對(duì)微球間的conjugates進(jìn)行操作,通過移動(dòng)光阱的位置,微球間的距離和力都會(huì)發(fā)生改變,我們通過測(cè)量這些數(shù)據(jù)就可以得到相關(guān)的動(dòng)力學(xué)信息。

3光鑷技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用

近年來,基于光鑷技術(shù)的應(yīng)用研究,證實(shí)了該技術(shù)獨(dú)到的應(yīng)用價(jià)值。光鑷的應(yīng)用基本分為四類,即光鑷與細(xì)胞生物學(xué)、光鑷與單分子生物學(xué)、光鑷與軟物質(zhì)膠體科學(xué)和光鑷與物理學(xué)四個(gè)領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中,科學(xué)家們利用光鑷技術(shù)解決了許多重要的科學(xué)問題。結(jié)合我們實(shí)驗(yàn)室的研究方向,我們將主要對(duì)光鑷在單分子生物學(xué)的應(yīng)用加以介紹。光鑷亞納米級(jí)的空間分辨率和飛牛頓的力分辨率使其在研究一些生物大分子(如DNA/RNA雙鏈特性[20-22]、分子馬達(dá)的分子機(jī)制和生物學(xué)功能[17,23-24]、蛋白質(zhì)折疊[25-27]以及染色質(zhì)重塑[28]等)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)(中間態(tài)、能量、折疊速率、作用力、距離等)方面成為一項(xiàng)不可或缺的單分子技術(shù),并展示出巨大的發(fā)展前景。以下我們將對(duì)一些代表性的研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3.1研究DNA力學(xué)性質(zhì)

現(xiàn)代生物學(xué)中一個(gè)最基本的生物學(xué)定律就是中心法則:即遺傳信息可由DNA流向DNA,完成DNA的自我復(fù)制過程;也可由DNA流向RNA再進(jìn)一步流向蛋白質(zhì),完成轉(zhuǎn)錄翻譯過程。這是構(gòu)成現(xiàn)代生物學(xué)的理論基石,因此,DNA、RNA與蛋白質(zhì)的特性以及它們之間的相互作用無疑是整個(gè)生物學(xué)研究的核心。Bustamante等[29]首先利用單分子磁鑷技術(shù)操縱長(zhǎng)約16μm的dsDNA分子,測(cè)量了DNA的拉伸特性:在0.1~10pN范圍內(nèi),DNA的拉伸行為符合蠕蟲鏈模型(worm-likechain,WLC),持久長(zhǎng)度為50nm;而當(dāng)力增加到65pN時(shí),DNA的結(jié)構(gòu)由B型變成S型[30-31];人們用同樣的方法研究了ssDNA的力學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)與dsDNA的拉伸曲線截然不同,ssDNA的持久長(zhǎng)度僅有1nm。基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)論,科學(xué)家們就可以通過研究蛋白質(zhì)對(duì)DNA拉伸特性的改變來研究DNA相關(guān)蛋白(如RNA聚合酶、核糖體、DNA異位酶等)的工作機(jī)制。細(xì)胞分裂時(shí),DNA會(huì)發(fā)生凝縮形成高度聚集結(jié)構(gòu)以維持遺傳信息的穩(wěn)定性。之前人們對(duì)DNA如何形成核小體結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí),但是對(duì)更高級(jí)的染色體結(jié)構(gòu)形成缺乏了解。Case等[32]利用光鑷技術(shù)將參與高級(jí)染色體結(jié)構(gòu)形成的凝聚蛋白MuK-BEF作為研究對(duì)象解析了這一動(dòng)態(tài)凝聚過程。Case等發(fā)現(xiàn),與nakedDNA的力–延伸曲線(force-extensioncurve,FEC)相比,MuKBEF-DNA復(fù)合體表現(xiàn)出更大變化率的力–延伸曲線(FEC),并且當(dāng)拉力達(dá)到17pN時(shí),MuKBEF-DNA復(fù)合體會(huì)經(jīng)歷一個(gè)鋸齒狀振蕩的平坦曲線,說明MuKBEF-DNA復(fù)合體經(jīng)歷了個(gè)別凝聚事件(MuKBEF結(jié)合到DNA上時(shí)利用“夾子”這種張合的方式來凝聚DNA)。而當(dāng)力被撤回時(shí),MuKBEF-DNA復(fù)合體重新回到原始的凝聚態(tài),Case等根據(jù)這一現(xiàn)象提出了MuKBEF復(fù)合物凝縮DNA的“夾子”模型,這一研究為DNA凝縮機(jī)制的研究提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

3.2研究分子馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)機(jī)制

生物機(jī)體的一切活動(dòng),從DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞分裂、肌肉收縮到細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),最終都?xì)w結(jié)為分子馬達(dá)做功的結(jié)果。分子馬達(dá)通過運(yùn)動(dòng)可以快速高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,執(zhí)行各種生物功能,因此,分子馬達(dá)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。科學(xué)家利用光鑷觀察了分子馬達(dá)運(yùn)動(dòng)過程,發(fā)現(xiàn)分子馬達(dá)是以步進(jìn)形式運(yùn)動(dòng)的,并測(cè)量了蛋白的運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng),證明了單個(gè)驅(qū)動(dòng)分子的力和運(yùn)動(dòng)速度與ATP濃度相關(guān)[17,23,33-34]。這些研究使得光鑷成為研究單酶動(dòng)力學(xué)的重要手段,促使科學(xué)家利用光鑷技術(shù)研究表觀遺傳調(diào)控機(jī)制,尤其是ATP依賴的染色體重塑復(fù)合物的運(yùn)動(dòng)機(jī)制[35]。基因組DNA通常以染色質(zhì)的形式存在于細(xì)胞中,以維持遺傳信息的穩(wěn)定性。然而很多細(xì)胞生命活動(dòng)(比如基因轉(zhuǎn)錄、DNA復(fù)制、DNA修復(fù)、DNA重組等)的正常進(jìn)行都需要不同的DNA結(jié)合蛋白或者反式作用因子結(jié)合到特定的DNA區(qū)域(如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等順式作用元件),進(jìn)而發(fā)揮功能,因此需要染色質(zhì)重塑蛋白復(fù)合物移動(dòng)、驅(qū)逐和重組核小體使得染色質(zhì)DNA從核小體上暴露出來。目前,光鑷研究染色體重塑復(fù)合物的工作已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。Bustamante實(shí)驗(yàn)室利用光鑷成功操作單個(gè)核小體并研究核小體動(dòng)態(tài)行為,發(fā)現(xiàn)在2~3pN的力作用下,核小體上DNA與組蛋白八聚體的相互作用會(huì)被打破,而內(nèi)部DNA與組蛋白的相互作用被打破則需要20pN以上的力[36]。Zhang等[37]則利用光鑷在核小體水平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了RSC復(fù)合物的作用,測(cè)定了RSC轉(zhuǎn)移速率等動(dòng)力學(xué)參數(shù),證實(shí)了RSC是依賴核小體的轉(zhuǎn)移酶。Hall等[38]發(fā)現(xiàn),核小體中DNA-組蛋白相互作用并不是均勻的,在空間上存在約5bp的周期,有3個(gè)強(qiáng)的作用區(qū)域,其中dyad區(qū)域的作用最強(qiáng),另兩個(gè)較強(qiáng)的作用區(qū)域在離dyad約±40bp處,而核小體的進(jìn)出端的相互作用較弱,這些強(qiáng)弱不同的相互作用形成了不同的能壘。這些能壘可能對(duì)染色體重塑復(fù)合物有著重要的影響,因?yàn)槿旧w重塑時(shí)可能需要克服核小體上的能壘,這些參數(shù)為以后染色體重塑復(fù)合物具體工作機(jī)制的研究提供了很好的參考。

3.3研究蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

光鑷在單分子生物學(xué)的另一個(gè)重要應(yīng)用就是研究蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)過程。在蛋白質(zhì)折疊研究中,人們往往最關(guān)心的問題就是一維的氨基酸序列以何種方式折疊而變成穩(wěn)定的有功能的三維結(jié)構(gòu)的。眾所周知,蛋白質(zhì)的折疊態(tài)、去折疊態(tài)及錯(cuò)誤折疊態(tài)在生物體系中都同時(shí)存在。這些態(tài)與態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換和生物體系的功能直接相關(guān),同時(shí)也和疾病的形成有著密切的關(guān)系[8]。盡管人們已經(jīng)利用各種傳統(tǒng)的生物化學(xué)方法對(duì)蛋白質(zhì)反折疊過程進(jìn)行了幾十年的深入研究,但對(duì)蛋白質(zhì)折疊過程中的具體動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)仍知之甚少。光鑷技術(shù)可以對(duì)操控單個(gè)蛋白分子并實(shí)施觀測(cè)整個(gè)折疊和去折疊的動(dòng)力學(xué)過程,因此被越來越多地應(yīng)用到研究生物物理的精細(xì)過程研究。最近,Gao等[26]利用雙光鑷技術(shù)對(duì)突觸SNARE蛋白的組裝機(jī)制進(jìn)行了深入研究。在神經(jīng)細(xì)胞分泌過程中,SNARE蛋白介導(dǎo)突觸小泡與突觸前膜的融合。SNARE蛋白包括定位在靶細(xì)胞膜上的t-SNARE(syntaxin和SNAP-25)和囊泡膜上的v-SNARE,只有當(dāng)t-SNARE和v-SNARE通過組裝形成“拉鏈?zhǔn)健睆?fù)合物時(shí)才能驅(qū)動(dòng)膜融合。盡管過去的二十年已經(jīng)做了大量研究,但是“拉鏈?zhǔn)健奔僬f、裝配中間體、動(dòng)力學(xué)和能量仍然不明。Gao等通過實(shí)時(shí)觀測(cè)單個(gè)SNARE復(fù)合體的組裝/去組裝過程,發(fā)現(xiàn)了SNARE復(fù)合體的“拉鏈?zhǔn)健苯Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵的“半拉鏈?zhǔn)健毖b配中間體(t-SNARE和v-SNARE部分折疊到“離子層”),提出了一種效率高的“拉鏈?zhǔn)健苯M裝模型,即:SNARE復(fù)合體N末端的“拉鏈?zhǔn)健苯M裝是緩慢的,從而SNARE裝配中間體可以充當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白(如Munc18和Complexin)的結(jié)合平臺(tái),然后在調(diào)節(jié)模式下,進(jìn)一步穩(wěn)定地裝配中間體快速及強(qiáng)有力地進(jìn)行“拉鏈?zhǔn)健苯M裝直到C末端,最終在跨膜區(qū)驅(qū)動(dòng)膜融合。此外,Zhang實(shí)驗(yàn)室還研究了SNARE突變體、Munc18和Complexin對(duì)SNARE組裝/去組裝動(dòng)力學(xué)過程的影響[39]。該研究成果從分子水平上加深了人們對(duì)神經(jīng)分泌過程中SNARE蛋白復(fù)合體驅(qū)動(dòng)融合機(jī)制的深入了解,同時(shí)為我們探索更多疾病相關(guān)性蛋白的動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了很好的模式基礎(chǔ),相信我們可以通過光鑷技術(shù)從生物物理層面解釋某些蛋白與疾病形成的關(guān)聯(lián),為開發(fā)抗癌藥物提供更精確的結(jié)構(gòu)水平的信息。

4光鑷與其他技術(shù)相結(jié)合

以上關(guān)于光鑷技術(shù)應(yīng)用在生命科學(xué)領(lǐng)域的研究?jī)H僅是冰山一角,但已經(jīng)向我們展示了光鑷在單分子水平研究生物大分子動(dòng)力學(xué)的優(yōu)越性,它的應(yīng)用極大地推動(dòng)了生命科學(xué)尤其是生物物理學(xué)的發(fā)展,加速了人們從單分子水平解析DNA、蛋白質(zhì)以及各種酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。然而每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)都有其一定的局限性,這就需要相關(guān)技術(shù)手段結(jié)合,克服彼此的劣勢(shì),達(dá)到最理想的功效。光鑷也常常與其他光學(xué)技術(shù)相結(jié)合,成為性能更優(yōu)越的技術(shù)手段。

4.1光鑷與smFRET技術(shù)結(jié)合

生物大分子尤其是蛋白質(zhì)往往是三維結(jié)構(gòu),但目前光鑷僅能在一維空間研究它們結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)(沿光阱移動(dòng)方向),存在一定的局限性。例如,馬達(dá)蛋白沿底物移動(dòng)時(shí)會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜的分子內(nèi)構(gòu)象改變,超高分辨率光鑷僅能研究馬達(dá)蛋白沿底物移動(dòng)的步長(zhǎng)等動(dòng)力學(xué)信息,而無法獲知蛋白的具體構(gòu)象變化過程。smFRET技術(shù)即單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移檢測(cè)技術(shù),則可通過給生物分子的不同結(jié)構(gòu)域,或者相互作用的分子,比如受體與配體上分別標(biāo)記donor和acceptor的染料分子,實(shí)時(shí)地觀測(cè)分子構(gòu)象的變化過程,但其空間分辨率不高。因此,為實(shí)現(xiàn)在亞納米級(jí)的空間尺度上研究生物分子構(gòu)象變化的目的,科學(xué)家們采用交錯(cuò)分時(shí)的方法(interlacingandtimesharingmethod)將smFRET與光鑷技術(shù)相結(jié)合,并利用ssDNA與其互補(bǔ)序列的雜交過程證明了該方法的可行性[40]。相信隨著這種整合儀器設(shè)備的進(jìn)一步完善,科學(xué)工作者將會(huì)通過熒光信號(hào)和成像技術(shù)在單分子、亞納米級(jí)空間尺度上多角度監(jiān)測(cè)生物分子的構(gòu)象改變,尤其是一些蛋白復(fù)合物和大分子機(jī)器,得到更多的動(dòng)力學(xué)信息。

4.2光鑷與拉曼光譜結(jié)合

當(dāng)一束單色光通過振動(dòng)的分子時(shí)會(huì)發(fā)生非彈性散射,入射光的能量變化與分子內(nèi)部分子鍵(molecularbond)的振動(dòng)能量相一致,收集分子對(duì)入射光的拉曼散射光譜,就可以判斷分子的生物化學(xué)組成[41]。傳統(tǒng)共聚焦顯微拉曼光譜的后向散射橫切面很小,散射強(qiáng)度十分微弱,因此所得到的拉曼信號(hào)很弱,同時(shí)拉曼光譜探測(cè)技術(shù)通常使用化學(xué)修飾將研究對(duì)象固定在機(jī)制上,這種配置非常不利于生物分子維持其天然的生理狀態(tài),也不利于背景噪聲的去除。而結(jié)合光鑷技術(shù)的激光光鑷?yán)庾V系統(tǒng)(lasertweezersRamanspectroscopy,LTRS)則可以利用激光形成的光阱捕獲生物分子,實(shí)現(xiàn)在溶液中將其固定并同時(shí)得到光譜信號(hào)的目的,保證了生物分子天然的微環(huán)境,大大提升了光譜的信噪比[41]。近年來,激光光鑷?yán)庾V系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于不同細(xì)胞類型的分選[42]、細(xì)菌孢子[43]、囊泡等研究。不同于熒光技術(shù),拉曼光譜的非彈性散射使其避開了光學(xué)漂白,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)單細(xì)胞的動(dòng)態(tài)過程。Moritz等[44-45]利用激光光鑷?yán)庾V控制單個(gè)大腸桿菌細(xì)胞,研究其對(duì)抗菌藥物的敏感性。首先在無藥狀態(tài)下測(cè)定大腸桿菌在生長(zhǎng)周期的不同階段與DNA、RNA及蛋白質(zhì)相關(guān)的不同拉曼振動(dòng)譜帶,然后在加藥(盤尼西林/鏈霉素、頭孢唑林)狀態(tài)下測(cè)定729cm–1、1245cm–1和1660cm–1的光譜譜帶并與無藥狀態(tài)下的拉曼光譜相比較,發(fā)現(xiàn)大腸桿菌對(duì)頭孢唑林更加敏感。激光光鑷?yán)夹g(shù)無需樣品預(yù)處理,對(duì)樣品無損害,是臨床研究一個(gè)很好的切入點(diǎn),相信隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,其在細(xì)胞分選、癌細(xì)胞檢測(cè)及細(xì)胞動(dòng)力學(xué)單細(xì)胞水平研究上會(huì)越來越有發(fā)展空間。

5發(fā)展前景及展望

篇7

摘要：為探討基于團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)模式TBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的具體教學(xué)模式、評(píng)價(jià)體系及存在的問題與對(duì)策，選擇南華大學(xué)船山學(xué)院2014級(jí)四年制預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，采用分組方法，將班級(jí)分為若干個(gè)團(tuán)隊(duì)，然后以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)共同學(xué)習(xí)和完成病案分析的討論式教學(xué)方法，為高等學(xué)校醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究和其他醫(yī)學(xué)課程教學(xué)研究提供重要參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法；TBL教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）13-0173-02

醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是一門以生命科學(xué)問題為導(dǎo)向，以研究?jī)?nèi)容為主線，學(xué)習(xí)如何通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法來研究細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能，以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成變化相關(guān)的與疾病發(fā)生機(jī)制的一門與臨床醫(yī)學(xué)有關(guān)的獨(dú)立性實(shí)踐課程[1]，是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)之間的橋梁學(xué)科。在教學(xué)中，通過專業(yè)理論學(xué)習(xí)與適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)實(shí)踐，使學(xué)生初步理解醫(yī)學(xué)生物學(xué)的基本原理，熟悉醫(yī)學(xué)生物學(xué)的應(yīng)用范圍，了解細(xì)胞化學(xué)成分等相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，并初步認(rèn)識(shí)醫(yī)學(xué)生物學(xué)在實(shí)驗(yàn)工作中所起的重要作用。雖然傳統(tǒng)的教學(xué)模式是按照人的身心發(fā)展這種特殊需要而組織起來的環(huán)境。這個(gè)環(huán)境成為其自覺影響，作用于學(xué)生的身心發(fā)展，確保教師教育影響的主導(dǎo)性，但學(xué)生感受到的只是一種被動(dòng)地學(xué)習(xí)，忽視了學(xué)生的主觀能動(dòng)性[2]，也越來越難以滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的需要。然而，基于團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)（team-based learning，TBL）教學(xué)模式是以學(xué)生為主體的一種以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式。強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，注重提高學(xué)生自主分析和解決問題的能力。目前，我國(guó)TBL教學(xué)已被廣泛應(yīng)用[3-6]，在醫(yī)藥院校也取得成功[7-9]，但在醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用甚少。因此，將TBL教學(xué)模式引入醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課，初步取得較好的效果。

一、TBL教學(xué)法實(shí)施

1.學(xué)生分組。選擇南華大學(xué)船山學(xué)院2014級(jí)四年制預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，共有6個(gè)班，每班24人，根據(jù)隨機(jī)分配的原則，每班分為4組，每組6人，每組選出一名綜合能力都較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任小組長(zhǎng)，其他成員積極配合完成相應(yīng)的任務(wù)。

2.布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)。提前布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生結(jié)合教材、參考資料、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)等多種渠道，主動(dòng)學(xué)習(xí)并掌握正常細(xì)胞包括分裂的前、中、后、末各期的有絲分裂特征。同時(shí)，通知學(xué)生將在上課時(shí)進(jìn)行個(gè)人考核與實(shí)驗(yàn)結(jié)束后以小組為單位進(jìn)行討論。

3.課前檢測(cè)。圍繞學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行考核，以便了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，從而保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

4.實(shí)驗(yàn)開展。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)習(xí)指導(dǎo)以及教師實(shí)驗(yàn)前的講授，由小組長(zhǎng)安排實(shí)驗(yàn)的開展，描述細(xì)胞分裂的前、中、后、末各期的有絲分裂特征，探討各期特征的不同之處，并做好筆記。教師作為旁聽者，指出實(shí)驗(yàn)中存在的問題并給予指導(dǎo)。由小組長(zhǎng)與組員之間的協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生互助互作的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

5.歸納總結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)特征進(jìn)行總結(jié)，每個(gè)小組成員闡述各自觀點(diǎn)。最終，由小組共同總結(jié)出一個(gè)一致的結(jié)論進(jìn)行匯報(bào)。加入討論組的結(jié)論不一致，由帶教老師進(jìn)行引導(dǎo)并做出解釋。

6.實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)。通過探討細(xì)胞分裂的前、中、后、末各期的有絲分裂特征顯示，通過團(tuán)隊(duì)合作討論學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)有絲分裂特征的掌握效果好。因此，值得高等學(xué)校醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究和其他醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究借鑒。

二、TBL教學(xué)法評(píng)價(jià)

1.TBL教學(xué)法的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于學(xué)生而言，促進(jìn)綜合、評(píng)鑒、創(chuàng)造等高層次思考；改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)觀，激發(fā)主動(dòng)學(xué)習(xí)熱情；培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作的素養(yǎng)與技巧。對(duì)于教師而言，不但能兼顧應(yīng)試教育與素質(zhì)教育的需求，而且較容易由教室中心轉(zhuǎn)向?qū)W生中心以及各種程度的學(xué)生都能獲益。缺點(diǎn)：課前預(yù)習(xí)、查閱文獻(xiàn)資料要占用學(xué)生大量時(shí)間，學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法重，有的學(xué)生可能不愿意去做甚至容易出現(xiàn)抵觸情緒；對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握不夠扎實(shí)甚至容易遺漏，學(xué)到的知識(shí)不夠系統(tǒng)，體系不夠清晰。

2.與傳統(tǒng)教學(xué)法的比較。絕大多數(shù)學(xué)生更熱衷于基于團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的TBL教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)法是以知識(shí)的傳授為中心，過分強(qiáng)調(diào)了教師的作用，扼制了學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)造性，忽視了學(xué)生的主動(dòng)性與潛能的發(fā)揮。然而，TBL教學(xué)法則突出了學(xué)生中心地位，有利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。不僅僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率，而且對(duì)于學(xué)生集體協(xié)作能力與團(tuán)隊(duì)合作精神的培養(yǎng)具有促進(jìn)作用。TBL教學(xué)法通過課堂討論，互動(dòng)增強(qiáng)，氣氛活躍，學(xué)生的語(yǔ)言和溝通能力得到很大的提高。與此同時(shí)，學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)和討論中，難免會(huì)遇到各種各樣不能解決的問題，通過提問促進(jìn)教師學(xué)習(xí)和提高。通過教學(xué)，教師也可從學(xué)生的討論中得到某些啟示，真正做到教學(xué)相長(zhǎng)[10]。

三、存在的問題與對(duì)策

1.建立完善的教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系。參與TBL教學(xué)法的學(xué)生能夠積極主動(dòng)做好課前預(yù)習(xí)，查閱文獻(xiàn)，并與小組成員以共同探討的方式解決課內(nèi)的大部分問題，與傳統(tǒng)授課組相比較學(xué)生問老師的次數(shù)明顯減少，課堂上W生的精神面貌也煥然一新，見不到打瞌睡、玩手機(jī)和閑聊的同學(xué)。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、與小組成員的關(guān)系以及與老師的交流均明顯好于傳統(tǒng)授課組，但是考試成績(jī)與傳統(tǒng)授課組之間無明顯差別。推測(cè)可能是與目前主要評(píng)價(jià)體系還是以考試成績(jī)來評(píng)價(jià)有關(guān)，然而，TBL模式的核心目標(biāo)要培養(yǎng)的是學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并非僅僅是獲取已有的知識(shí)，如果只按考試成績(jī)來評(píng)價(jià)效果，顯然與TBL培養(yǎng)目標(biāo)相背離。

2.系統(tǒng)規(guī)劃專業(yè)課程的教學(xué)模式。目前學(xué)生的專業(yè)課程大多數(shù)都是傳統(tǒng)的教學(xué)模式為主，這就導(dǎo)致學(xué)生大部分的時(shí)間被傳統(tǒng)模式的教學(xué)學(xué)科所占據(jù)。如果只有醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)這一門課程采用TBL模式，學(xué)生缺乏足夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的自由時(shí)間，TBL的效果將會(huì)受到極大的影響。

四、結(jié)語(yǔ)

從適應(yīng)醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需要出發(fā)，將醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與基于團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)模式（TBL）教學(xué)法結(jié)合起來，通過TBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的應(yīng)用研究，探討TBL教學(xué)法在醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的具體教學(xué)模式、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系，將為高等學(xué)校醫(yī)學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究和其他醫(yī)學(xué)課程教學(xué)研究提供重要參考依據(jù)。

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基金項(xiàng)目：2016年南A大學(xué)船山學(xué)院高等教育研究與改革立項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目（2016CZ002）

篇8

生命科學(xué)的許多學(xué)科內(nèi)容存在交叉,導(dǎo)致了不同課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也存在不同程度重復(fù),就有可能造成學(xué)生在不同課程的實(shí)驗(yàn)課做相同的實(shí)驗(yàn)。因此,在制定教學(xué)大綱之前,需要注意不同課程教師之間的溝通和交流,避免相同的實(shí)驗(yàn)在不同課程之間重復(fù)做的現(xiàn)象。例如,DNA提取實(shí)驗(yàn),在生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等課程的實(shí)驗(yàn)中都有可能開設(shè),如果在制定教學(xué)大綱之前,相關(guān)學(xué)科的教師之間沒有交流和溝通的話,就可能在這三門課程的實(shí)驗(yàn)中都開設(shè)DNA提取實(shí)驗(yàn)。這樣,不但不利于學(xué)生學(xué)習(xí)獲得掌握更多實(shí)驗(yàn)技能的機(jī)會(huì),而且會(huì)造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間、資源和經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)置上,要適當(dāng)增加一些設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn),使得一個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以用到多門課程中的實(shí)驗(yàn)技術(shù),這樣就可以使得學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力得以提高。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力,除了上課規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外,還可以讓學(xué)生多參加一些科研活動(dòng),如大學(xué)生創(chuàng)新課題、教師的科學(xué)研究等,學(xué)生可以向指導(dǎo)教師請(qǐng)教,由指導(dǎo)教師給予進(jìn)一步的指導(dǎo)。通過學(xué)生積極主動(dòng)地參與,就可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更為牢固地掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能,提高其動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

2改革實(shí)踐教學(xué)手段

傳統(tǒng)教學(xué)所采用的教學(xué)方法通常是教師把實(shí)驗(yàn)原理和方法一講,然后學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟操作。因?yàn)樵S多實(shí)驗(yàn)儀器、用品、藥品學(xué)生都是首次接觸,對(duì)其操作方法、注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)的問題等會(huì)注意不到。最終,就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想,甚至實(shí)驗(yàn)失敗。計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及使得多媒體教學(xué)成為本科理論教學(xué)中常用的教學(xué)手段,但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用還較少。生物技術(shù)專業(yè)的許多實(shí)驗(yàn),如,細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程等課程的實(shí)驗(yàn),都是在分子水平進(jìn)行的,實(shí)驗(yàn)中的一些現(xiàn)象學(xué)生很難用肉眼觀察到,造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解困難和實(shí)驗(yàn)操作的困難。如果利用多媒體來對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作進(jìn)行演示,上述困難就能迎刃而解。如,分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的瓊脂糖凝膠電泳技術(shù),在原理部分,教師雖然講到通過溶解瓊脂糖再降溫使得瓊脂糖凝固,就能形成具有一定網(wǎng)孔的凝膠,不同分子量的DNA通過凝膠后就可以按照分子量的不同而分離。但是學(xué)生在理解的時(shí)候還是有一定的困難,通過多媒體動(dòng)畫,學(xué)生就可以直觀地看到凝膠形成的過程以及不同分子量的DNA在凝膠中泳動(dòng)的情況,進(jìn)而牢固掌握實(shí)驗(yàn)原理。另外在加樣的技術(shù)環(huán)節(jié),教師雖然可以親身示范,但是由于每堂課的學(xué)生較多和時(shí)間限制,教師不可能對(duì)學(xué)生進(jìn)行一一的示范,這樣學(xué)生在加樣時(shí)就很難掌握正確的加樣方法。而通過多媒體錄像,學(xué)生可以清晰地看到加樣過程,以及各種錯(cuò)誤操作可能造成的后果,進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)操作中就能夠進(jìn)行正確的操作,避免錯(cuò)誤的操作,達(dá)到實(shí)驗(yàn)成功的目的。

3積極籌建實(shí)習(xí)實(shí)踐基地

生物技術(shù)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè),所學(xué)知識(shí)必須同生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來,這一點(diǎn)需通過實(shí)習(xí)、社會(huì)實(shí)踐等環(huán)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)。因此,我校生物技術(shù)專業(yè)在多門課程中設(shè)立了實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。校外實(shí)踐教學(xué)基地是聯(lián)系學(xué)校和社會(huì)的橋梁,是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)去解決實(shí)際問題的紐帶,也是大學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的一個(gè)關(guān)鍵所在。目前,我校生物技術(shù)專業(yè)已在關(guān)山建立了植物學(xué)實(shí)習(xí)基地,另外,我省有一些大型的生物公司,如,洛陽(yáng)市的華美生物工程公司、新鄉(xiāng)市的華蘭生物工程公司等,這些為我校生物技術(shù)的詩(shī)句基地建設(shè)提供了有利的條件。

4鼓勵(lì)學(xué)生參與科學(xué)研究

篇9

關(guān)鍵詞：地方本科院校；細(xì)胞工程；教學(xué)改革；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

細(xì)胞工程學(xué)是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理與方法，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性，以獲得具有目標(biāo)性狀的細(xì)胞系或生物體有關(guān)的理論和技術(shù)的學(xué)科。它是一門現(xiàn)代生物科學(xué)理論和工程技術(shù)相結(jié)合的綜合性學(xué)科。本課程圍繞細(xì)胞工程的主要原理與基本技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代教學(xué)[1]，是實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課。通過細(xì)胞工程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在系統(tǒng)掌握本課程的理論、方法和技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究動(dòng)態(tài)，使學(xué)生可以全面地了解本課程。地方高校細(xì)胞工程實(shí)踐條件普遍薄弱，教師怎樣通過高效的教學(xué)方法改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到教學(xué)（包括獲得中學(xué)教師資格證后從事中學(xué)生物教學(xué)）、科研和生產(chǎn)開發(fā)各方面的要求，是擺在每位任課教師面前的一項(xiàng)艱巨的任務(wù)[2]。

一、細(xì)胞工程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

重慶三峽學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)于2007年開始招生，已經(jīng)經(jīng)過5年的專業(yè)建設(shè)，目前，已經(jīng)形成了較完善的理論實(shí)踐教學(xué)體系。但畢竟生物技術(shù)專業(yè)招生較晚，細(xì)胞工程相關(guān)課程的人才儲(chǔ)備不足，還沒有形成知識(shí)結(jié)構(gòu)完善、人才梯度合理和水平較高的師資隊(duì)伍，另外，實(shí)驗(yàn)條件薄弱，特別是無菌細(xì)胞培養(yǎng)與操作室要求嚴(yán)格，運(yùn)行費(fèi)用較高，難以建成。為此，在借鑒其他地方本科院校經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身特點(diǎn)，構(gòu)建新的教學(xué)大綱，使細(xì)胞工程教學(xué)步入正軌。

二、細(xì)胞工程課程改革的總體構(gòu)想

1.理論教學(xué)改革。

（1）突出重、難點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在教材的選用上，國(guó)內(nèi)雖然有不少版本的細(xì)胞工程的教材，但這些教材有的偏重應(yīng)用、理論缺乏，有的可讀性差，不易理解。因此根據(jù)我們多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，上海交通大學(xué)李志勇先生主編的《細(xì)胞工程》系統(tǒng)地介紹了細(xì)胞工程的基本原理、方法、技術(shù)和最新發(fā)展，可以作為地方本科院校的教學(xué)參考書。但細(xì)胞工程發(fā)展很快，一些新的研究進(jìn)展在教材中并沒有體現(xiàn)出來，針對(duì)這個(gè)情況，一方面我們向?qū)W生推薦了一些參考書，另外自行編寫了符合教學(xué)要求的講義，下發(fā)給學(xué)生。同時(shí)，由于課時(shí)的原因，在教學(xué)過程中，不可能做到面面俱到，只能選擇性地講解。這就要求教師將教材中相對(duì)籠統(tǒng)、分散以及過時(shí)的內(nèi)容，通過總結(jié)歸納、提煉和補(bǔ)充等再加工，應(yīng)用有效的方法手段突出重點(diǎn)（基本概念和基本原理）和難點(diǎn)（容易混淆的概念和難理解的機(jī)制），并進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)際操作合理安排教學(xué)進(jìn)度及教學(xué)方法[3]。

（2）改革教學(xué)方法。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體主動(dòng)性。大學(xué)教學(xué)往往采用灌輸式教學(xué)模式（教師講，學(xué)生聽，教師寫，學(xué)生抄）。啟發(fā)式教學(xué)則注重教的目的是學(xué)，這樣教師就由知識(shí)的傳輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)啟發(fā)者，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，發(fā)揮想象力空間。在教學(xué)過程中，為了調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂教學(xué)的主動(dòng)性、積極性，我們選擇細(xì)胞工程的某一章節(jié)，嘗試讓學(xué)生體驗(yàn)課堂教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、查閱文獻(xiàn)能力、總結(jié)歸納能力及語(yǔ)言表達(dá)能力[4]。通過這種教學(xué)方式，也為準(zhǔn)備從事中學(xué)生物教學(xué)的本科生提高鍛煉的機(jī)會(huì)，深受大家的歡迎。具體來說，提前三周布置教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生在空余時(shí)間利用百度等搜索引擎及CNKI、維普、萬方、Elsevier、NCBI等專業(yè)檢索工具，選擇感興趣的內(nèi)容檢索查閱相關(guān)資料。一般選擇學(xué)生感興趣、應(yīng)用性較強(qiáng)、與生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系緊密的內(nèi)容，比如在學(xué)到動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)章節(jié)后，讓學(xué)生課外查閱動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域比較成功的案例，將工廠生產(chǎn)過程做成多媒體課件，教師選擇幾個(gè)比較有代表性的課件內(nèi)容，在下次上課時(shí)讓學(xué)生課堂講解，然后教師點(diǎn)評(píng)，并強(qiáng)調(diào)本章節(jié)需要掌握的重、難點(diǎn)，可以作為學(xué)生部分的平時(shí)成績(jī)。

注重師生互動(dòng)，積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生情感，建設(shè)和諧課堂，拉近學(xué)生與教師之間的距離。利用上課前的幾分鐘時(shí)間，對(duì)前面的內(nèi)容特別是上節(jié)課的內(nèi)容提出問題，讓學(xué)生思考回答，以鞏固所學(xué)內(nèi)容和檢查學(xué)生課后的復(fù)習(xí)情況，同時(shí)又可以銜接本節(jié)課的講授內(nèi)容，一舉兩得。在課堂上介紹一些重要人物科學(xué)研究的故事、實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的思維，培養(yǎng)他們的推理能力；同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來分析一些自然現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)和解決問題[5]。

優(yōu)化多媒體教學(xué)。細(xì)胞工程是一門應(yīng)用性和技術(shù)性很強(qiáng)的學(xué)科。理論教學(xué)過程中需要很多圖表進(jìn)行講解，技術(shù)中的很多操作環(huán)節(jié)，如無菌操作、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)等操作嚴(yán)格規(guī)范，但傳統(tǒng)的板書教學(xué)難以保證教學(xué)效果。利用多媒體教學(xué)，可以很直觀地觀察操作過程，提高了學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，利于操作技能的掌握，加深理解深?yuàn)W的理論知識(shí)。運(yùn)用多媒體教學(xué)時(shí)，還應(yīng)該留出一段時(shí)間進(jìn)行師生、學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)，有利于學(xué)生更好地消化掌握所學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與意識(shí)。

2.實(shí)踐教學(xué)改革。地方本科院校細(xì)胞工程類課程實(shí)驗(yàn)條件普遍薄弱，需要整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。精選實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，彰顯細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)，注重基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，側(cè)重地方本科院校學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)，顯現(xiàn)課程特色。考慮到我校細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)室自身儀器較少，實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本較高，不能夠完成“動(dòng)物細(xì)胞原代培養(yǎng)”、“單克隆抗體制備”、“真核細(xì)胞轉(zhuǎn)基因技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)”等技術(shù)復(fù)雜、成本高的實(shí)驗(yàn)，因此選擇動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)作為主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有的實(shí)驗(yàn)還選用演示的方法進(jìn)行教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為四個(gè)模塊，即基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物細(xì)胞工程、植物細(xì)胞工程、綜合設(shè)計(jì)。這樣既注重了基礎(chǔ)操作，利于學(xué)生畢業(yè)后工作銜接，又突出了創(chuàng)新。

總之，課程教學(xué)是實(shí)現(xiàn)本科生教育培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段[6]。在我國(guó)，細(xì)胞工程課程開設(shè)較晚，目前還沒有形成系統(tǒng)有效的教學(xué)模式，地方本科院校因其特殊性，很多細(xì)胞工程師資配備有限，實(shí)驗(yàn)條件缺乏，有的學(xué)校甚至還不能開設(shè)細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課程。為此，我們依據(jù)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)教師在細(xì)胞工程理論和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，從教學(xué)目標(biāo)、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了積極的探索與改革，取得了較好的效果。

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基金項(xiàng)目：重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：103157）

篇10

【關(guān)鍵詞】 光電子技術(shù) 光醫(yī)學(xué) 光保健 學(xué)科現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

一 引言

生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)是光學(xué)或者說光子學(xué)現(xiàn)展的一個(gè)分支學(xué)科。由于光學(xué)與光子學(xué)是具有極強(qiáng)應(yīng)用背景的學(xué)科，所以“生物醫(yī)學(xué)光子技術(shù)”這一多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域在20世紀(jì)末葉也隨之應(yīng)運(yùn)而生。

激光技術(shù)作為一項(xiàng)重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發(fā)生、發(fā)展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動(dòng)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。

可以把與光的產(chǎn)生、傳播、操縱、探測(cè)和利用有關(guān)的物理現(xiàn)象和技術(shù)包括在內(nèi)的科學(xué)及工程籠統(tǒng)地簡(jiǎn)稱為光學(xué)。用光學(xué)最廣的含義來概括各研究領(lǐng)域及其相關(guān)交叉分支時(shí)必然包括了激光和光電子技術(shù)。運(yùn)用光學(xué)及其技術(shù)研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學(xué)”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內(nèi)的傳播規(guī)律以及有關(guān)組織光學(xué)特性的測(cè)量方法的一門新興交叉學(xué)科，是光醫(yī)學(xué)（光診斷和光治療）的理論基礎(chǔ)。經(jīng)過40多年的發(fā)展，激光與光電子技術(shù)在人類的保健、醫(yī)療以及生命科學(xué)中產(chǎn)生了很大影響。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光電子技術(shù)使各種新療法，包括從激光心臟手術(shù)到用光學(xué)圖像系統(tǒng)的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡進(jìn)行微損膝關(guān)節(jié)修復(fù)等，成為可能或得以實(shí)現(xiàn)。目前，科學(xué)家們正致力于研究光學(xué)技術(shù)在非侵入式診斷和檢測(cè)上的應(yīng)用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監(jiān)控等。激光在醫(yī)學(xué)上的最早應(yīng)用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術(shù)的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅(qū)動(dòng)力之一，其中在物理學(xué)中高度發(fā)展的光譜技術(shù)有望在診斷醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用。利用光纖把光傳輸?shù)缴眢w內(nèi)部的能力，可以完成膀胱、結(jié)腸和肺等器官的檢查。隨著醫(yī)學(xué)診斷方法向無損化方向發(fā)展，利用光電子學(xué)技術(shù)對(duì)組織體進(jìn)行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀(jì)80年代后期起，“激光美容術(shù)”在世界各地包括在我國(guó)各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術(shù)應(yīng)用越來越活躍的領(lǐng)域。激光技術(shù)應(yīng)用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡(jiǎn)易有效。到20世紀(jì)末，人們又開發(fā)了一種稱為光子嫩膚術(shù)的新美容技術(shù)。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質(zhì)地和彈性，達(dá)到美容的效果。之所以用激光或強(qiáng)脈沖光進(jìn)行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因?yàn)檫@類手術(shù)具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術(shù)者容易接受的優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)先后二次在“光子學(xué)與光子技術(shù)”以及“生物醫(yī)學(xué)光學(xué)”優(yōu)先資助領(lǐng)域戰(zhàn)略研究報(bào)告中分別指出：近年來生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)的迅猛興起，令人矚目，并因而引發(fā)出一門新興的學(xué)科－生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)（Biomedophotonics）。研究報(bào)告選定了近期優(yōu)先研究領(lǐng)域包括生物光子學(xué)、醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)臨床的光學(xué)診斷和激光醫(yī)學(xué)中的重要課題等諸方面。

福建師范大學(xué)在1974年成立了“醫(yī)用激光及其應(yīng)用技術(shù)”研究組，以激光與光電子技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用的核心技術(shù)開展研究與開發(fā)。至二十世紀(jì)九十年代，跟隨該領(lǐng)域的國(guó)際走向，轉(zhuǎn)入激光醫(yī)學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究工作，在國(guó)內(nèi)率先開展了生物組織光學(xué)與光劑量學(xué)的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

二 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

光學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，在經(jīng)歷了一個(gè)緩慢的發(fā)展階段后，由于激光與新穎的光子技術(shù)的介入，進(jìn)入了一個(gè)迅速發(fā)展的新階段。與光學(xué)有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類健康領(lǐng)域，正在改變著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實(shí)施手段，并為醫(yī)療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學(xué)術(shù)研究活動(dòng)相對(duì)應(yīng)，國(guó)際上出現(xiàn)了專門的研究性學(xué)術(shù)雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發(fā)行了“Bio-Photonics”新雜志。美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)重要的會(huì)刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴(kuò)充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關(guān)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)的論文專集。SPIE亦于1996年創(chuàng)辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽(yù)日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達(dá)3.541。當(dāng)前，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍對(duì)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科給予了高度重視。例如，在美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院（NIH）新成立的國(guó)家生物醫(yī)學(xué)影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)也成為其主要資助的領(lǐng)域。近三年中，美國(guó)NIH已經(jīng)召開過4次研討會(huì)，認(rèn)為新的在體生物光子學(xué)方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測(cè)、診斷和治療。新一代的在體光學(xué)成像技術(shù)正處在從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向癌癥臨床應(yīng)用的重要時(shí)刻。在NIH的支持下，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所（NCI）正在計(jì)劃5年投資1800萬美元，招標(biāo)建立“在體光學(xué)成像和/或光譜技術(shù)轉(zhuǎn)化研究網(wǎng)絡(luò)（NTROI）”，其研究?jī)?nèi)容主要包括：光學(xué)成像對(duì)比度的產(chǎn)生機(jī)理、在體光學(xué)成像技術(shù)與方法、臨床監(jiān)測(cè)、新光學(xué)成像方法的驗(yàn)證、系統(tǒng)研制與集成等五個(gè)方面。2000年底，在美國(guó)NIBIB的首批支持項(xiàng)目中，光學(xué)成像方法約占30%。2000年7月，美國(guó)NIH投資2000萬美元，開展小動(dòng)物成像方法項(xiàng)目（SAIRPs）研究，受到生命科學(xué)界的高度關(guān)注，其中光學(xué)成像方法是研究重點(diǎn)之一。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）在2000-2002年了4次關(guān)于生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標(biāo)指南。“9.11”事件后，美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)了“應(yīng)激狀態(tài)下的認(rèn)知活動(dòng)”(Cognition under stress)項(xiàng)目，采用的研究方法就是光學(xué)成像技術(shù)。美國(guó)加州大學(xué)Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內(nèi)，將投資5200萬美元建立生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)科學(xué)技術(shù)中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學(xué)術(shù)交流活動(dòng)方面，國(guó)際光學(xué)界規(guī)模最大西部光子學(xué)會(huì)議（Photonics West）上，每年的四個(gè)大分會(huì)之一即是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)會(huì)議（BiOS），論文均超過大會(huì)總數(shù)的三分之一，如，2003年關(guān)于BiOS的專題為19個(gè)，占整個(gè)會(huì)議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會(huì)議專題為20個(gè)，占整個(gè)會(huì)議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)會(huì)議。除疾病早期診斷、生理參數(shù)監(jiān)測(cè)外，在基因表達(dá)、蛋白質(zhì)―蛋白質(zhì)相互作用、新藥研發(fā)和藥效評(píng)價(jià)等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國(guó)際權(quán)威刊物發(fā)表的論文表明，光子學(xué)技術(shù)也正在發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在某些領(lǐng)域，如眼科，光學(xué)和激光技術(shù)已成熟地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。激光還使治療腎結(jié)石和皮膚病的新療法得以實(shí)現(xiàn)，并以最小的無損或微損療法代替外科手術(shù)，如膝關(guān)節(jié)的修復(fù)。現(xiàn)在，用激光技術(shù)和光激勵(lì)的藥物相結(jié)合可治好某些癌癥。以光學(xué)診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的流動(dòng)血細(xì)胞測(cè)量?jī)x可用于監(jiān)測(cè)愛滋病患者體內(nèi)的病毒攜帶量。還有一些光學(xué)技術(shù)正處于無損醫(yī)學(xué)應(yīng)用的試驗(yàn)階段，包括控制糖尿病所進(jìn)行的無損血糖監(jiān)測(cè)和乳腺癌的早期診斷等。光學(xué)技術(shù)還為生物學(xué)研究提供了新的手段，如人體內(nèi)部造影、測(cè)量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細(xì)的生物結(jié)構(gòu)的三維圖象展現(xiàn)出來，在亞細(xì)胞層次監(jiān)測(cè)化學(xué)組成和蛋白質(zhì)相互作用空間和時(shí)間特征。以雙光子激發(fā)熒光技術(shù)為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測(cè)深度、降低對(duì)生物體的損傷，而且還開辟了在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行高度定位的光化學(xué)療法。近場(chǎng)技術(shù)將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測(cè)細(xì)胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)排序系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。光學(xué)在生物技術(shù)方面的其它應(yīng)用還包括采用“DNA芯片”的高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)，和采用傳輸探針的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環(huán)境中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量。結(jié)合光子學(xué)和納米技術(shù)已經(jīng)可以探測(cè)細(xì)胞機(jī)械活動(dòng)，揭示細(xì)胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測(cè)和操縱原子和分子，這可以應(yīng)用在細(xì)胞水平的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。高技術(shù)的進(jìn)步，如：微芯片極大地加速了生物光子學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測(cè)量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)已經(jīng)在臨床上應(yīng)用于早期疾病監(jiān)測(cè)或生理參量的測(cè)量，如血壓，血液化學(xué)，pH，溫度，或測(cè)量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學(xué)相干成像）的各種光學(xué)概念出現(xiàn)在功能成像的重要領(lǐng)域。從大腦到竇體再到腹部，精確導(dǎo)位和追蹤，對(duì)于精確定位醫(yī)療儀器在三維手術(shù)空間的位置具有重要的作用。基于分子探針的光子技術(shù)可以識(shí)別發(fā)生疾病時(shí)產(chǎn)生的分子報(bào)警，將真正實(shí)現(xiàn)令人激動(dòng)的、個(gè)人的、分子水平的醫(yī)學(xué)。

我國(guó)的研究基礎(chǔ)與條件雖然相對(duì)落后，研究投入不足，但生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是一門正在興起和不斷發(fā)展的學(xué)科，在這一新興交叉學(xué)科上國(guó)內(nèi)外處于一個(gè)起跑線上。近年來，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、省部委以及其它基金項(xiàng)目的資助下，我國(guó)在生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究中取得了很大的進(jìn)展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)與醫(yī)學(xué)成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學(xué)”的香山會(huì)議后，有許多學(xué)校和科研單位開展了生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究工作，并初步建成了幾個(gè)具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室，并在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發(fā)熒光成像、二次諧波成像、光學(xué)層析成像等）、組織光學(xué)理論及光子醫(yī)學(xué)診斷、分子光子學(xué)（包括成像與分析）、生物醫(yī)學(xué)光譜、X射線相襯成像、光學(xué)功能成像、認(rèn)知光學(xué)成像、PDT光劑量學(xué)、高時(shí)空譜探測(cè)技術(shù)及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發(fā)表了許多研究論文，申請(qǐng)了許多發(fā)明專利，有些已經(jīng)獲得產(chǎn)業(yè)化。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)生命科學(xué)部與信息科學(xué)部聯(lián)合發(fā)起并承辦的全國(guó)光子生物學(xué)與光子醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)已經(jīng)舉辦了六屆。這對(duì)我國(guó)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)學(xué)科的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。在我國(guó)近年所召開的亞太地區(qū)光子學(xué)會(huì)議中，有關(guān)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的內(nèi)容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究和學(xué)術(shù)活動(dòng)也方興未艾，呈現(xiàn)與國(guó)際同步的態(tài)勢(shì)。在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究以及對(duì)新技術(shù)的掌握方面跟蹤國(guó)際先進(jìn)水平，但國(guó)內(nèi)科研經(jīng)費(fèi)的投入相對(duì)較小，科研隊(duì)伍規(guī)模不大，原創(chuàng)性的科研成果與國(guó)外有較大差距。和國(guó)外的發(fā)展水平相比，我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展還存在以下問題：

（1）盡管從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的科研單位很多，但取得突破性、創(chuàng)新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊(duì)伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內(nèi)容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國(guó)計(jì)民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復(fù)，缺乏合作，導(dǎo)致水平低下；

（2）和國(guó)外相比，研究經(jīng)費(fèi)無論在絕對(duì)值還是相對(duì)值上均投入十分不夠；

（3）缺乏研究成果產(chǎn)業(yè)化的引導(dǎo)機(jī)制。

三 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)（福建師范大學(xué)）教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概況

“醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)立于福建師范大學(xué)物理與光電信息科技學(xué)院（激光與光電子技術(shù)研究所）內(nèi)，作為本學(xué)科開展科研研究和實(shí)施建設(shè)與發(fā)展的一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室已有30年發(fā)展歷史，1973年成立福建師范學(xué)院物理系激光實(shí)驗(yàn)室，1984年成為福建師范大學(xué)激光研究所實(shí)驗(yàn)室，1995年為福建省首期211重點(diǎn)學(xué)科《應(yīng)用光子學(xué)》學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，2003年5月26日經(jīng)福建省科技廳批準(zhǔn)成立“光子技術(shù)福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，2005年7月28日經(jīng)教育部批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室座落于福建師范大學(xué)長(zhǎng)安山校園內(nèi)。

30年多來，實(shí)驗(yàn)室在生物組織光學(xué)、醫(yī)學(xué)光譜與光學(xué)成像技術(shù)、光診斷及光診療技術(shù)、信息技術(shù)光學(xué)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等四個(gè)主要方向上努力開拓，承擔(dān)并完成了數(shù)十項(xiàng)國(guó)家與省部重點(diǎn)、重大項(xiàng)目課題，取得一批代表我國(guó)本領(lǐng)域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，其它省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外重要刊物發(fā)表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。

實(shí)驗(yàn)室目前承擔(dān)著國(guó)家與省級(jí)重要課題50余項(xiàng)，科研經(jīng)費(fèi)超過2000萬元。其中國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目11項(xiàng)，國(guó)家教育部、科技部、衛(wèi)生部項(xiàng)目9項(xiàng)，福建省科技重大專項(xiàng)1項(xiàng)，其它省級(jí)重要項(xiàng)目近30項(xiàng)。

中科院半導(dǎo)體研究所原所長(zhǎng)王啟明院士任重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔(dān)任。另有九位國(guó)內(nèi)外著名的激光、光電子與醫(yī)學(xué)學(xué)科交叉的院士、專家或資深教授擔(dān)任委員，其中海外委員兩人。他們規(guī)劃、指導(dǎo)并檢查本學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要學(xué)術(shù)帶頭人、實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)常務(wù)副主任謝樹森教授是中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、福建省光學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、國(guó)家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家、光學(xué)工程專業(yè)博導(dǎo)、全國(guó)勞動(dòng)模范，是我國(guó)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人與開拓者。實(shí)驗(yàn)室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國(guó)務(wù)院特殊津貼專家，實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任陳建新教授來自于北京大學(xué)的優(yōu)秀博士后研究員。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有穩(wěn)定的可持續(xù)開展高水平科研的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，其中的中青年學(xué)術(shù)帶頭人或?qū)W術(shù)骨干包括1位閩江學(xué)者特聘教授、1位福建師范大學(xué)特聘教授、3位國(guó)務(wù)院特殊津貼專家、2位全國(guó)優(yōu)秀教師、2位福建省優(yōu)秀教師和15位博士。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界建立了并保持著廣泛的聯(lián)系。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已設(shè)立面向國(guó)內(nèi)外的開放課題基金。已批準(zhǔn)并實(shí)施來自浙江大學(xué)、廈門大學(xué)、上海光機(jī)所、西安交通大學(xué)、華南師范大學(xué)、天津醫(yī)科大學(xué)、上海市激光醫(yī)學(xué)研究中心等單位知名學(xué)者的開放課題。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已具備良好的科研軟硬件環(huán)境。現(xiàn)有面積近5000平方米，儀器設(shè)備原值2500多萬元。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)管理制度健全。

“醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域特色鮮明，在我國(guó)相關(guān)學(xué)科處于領(lǐng)頭地位，有較大影響。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)將有力促進(jìn)福建省科技創(chuàng)新能力建設(shè)，促使福建師范大學(xué)迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學(xué)邁進(jìn)。同時(shí)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與發(fā)展將有力促進(jìn)我國(guó)醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。

四 發(fā)展趨勢(shì)和展望

光子學(xué)及其技術(shù)已廣泛應(yīng)用或滲透到生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)的諸多方面，被科學(xué)界所認(rèn)同和重視。生物醫(yī)學(xué)光學(xué)已經(jīng)成為國(guó)際光學(xué)學(xué)科重要發(fā)展方向之一。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展，將為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)帶進(jìn)嶄新的時(shí)代。本學(xué)科的發(fā)展將繼續(xù)體現(xiàn)了多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，研究領(lǐng)域涉及到了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、和光學(xué)，還有化學(xué)等不同大學(xué)科的方方面面。技術(shù)開發(fā)與臨床應(yīng)用研究的結(jié)合將越來越密切。一般認(rèn)為，光學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的重點(diǎn)是將各種復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于保健和醫(yī)療。當(dāng)今世界中,與光子學(xué)有關(guān)的技術(shù)沖擊著人類對(duì)生命體的認(rèn)知及人類健康領(lǐng)域。基于現(xiàn)代激光與光電子技術(shù)的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)技術(shù)將為生命科學(xué)研究帶來具有原始性創(chuàng)新的重要科研成果，并可望形成有重大社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)業(yè)。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，光子學(xué)技術(shù)正在改變著藥物療法和常規(guī)手術(shù)的實(shí)施手段,并為醫(yī)療診斷提供了新方法。在某些領(lǐng)域,如眼科,光學(xué)和激光技術(shù)已成熟地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。激光還使治療腎結(jié)石和皮膚病的新療法得以實(shí)現(xiàn),并以無損或微損療法代替外科手術(shù),如膝關(guān)節(jié)的修復(fù)。現(xiàn)在,用激光技術(shù)和光激勵(lì)的藥物相結(jié)合可治好某些癌癥。以光學(xué)診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的流動(dòng)血細(xì)胞測(cè)量?jī)x可用于監(jiān)測(cè)愛滋病患者體內(nèi)的病毒攜帶量。還有一些光學(xué)技術(shù)正處于無損醫(yī)學(xué)應(yīng)用的試驗(yàn)階段,包括控制糖尿病所進(jìn)行的無損血糖監(jiān)測(cè)和乳腺癌的早期診斷等。

在基礎(chǔ)研究方面，研究重點(diǎn)在于從細(xì)胞，甚至是亞細(xì)胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術(shù)開發(fā)以及應(yīng)用提供理論依據(jù)。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產(chǎn)生的光化學(xué)、光熱和光機(jī)械效應(yīng)。在技術(shù)的應(yīng)用方面，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向比較各種技術(shù)中光源（相干光源/非相干光源、波長(zhǎng)、功率密度、偏振性、連續(xù)/脈沖光源、脈沖持續(xù)時(shí)間等）和個(gè)體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發(fā)病史、發(fā)病時(shí)間等）對(duì)診斷或治療結(jié)果的影響，在確定各種技術(shù)臨床適應(yīng)癥的同時(shí)，進(jìn)一步實(shí)用化各種技術(shù)。此外，還在不斷開發(fā)新的實(shí)用于不同疾病的診斷、治療和監(jiān)測(cè)技術(shù)。

值得關(guān)注的是，國(guó)外從事“生物醫(yī)學(xué)光學(xué)”領(lǐng)域研究的高校或研究機(jī)構(gòu)中，來自大陸的中國(guó)學(xué)者的數(shù)量越來越多。這有助于使國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流更加有效，并可以預(yù)期國(guó)內(nèi)與國(guó)外在該領(lǐng)域的研究水平差距將不斷縮小。

今后若干年內(nèi)醫(yī)學(xué)光電科技學(xué)科需關(guān)注的重大科學(xué)問題和優(yōu)先研究領(lǐng)域如下：

（一）醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)

在組織光學(xué)方面，其中最主要的有光在組織體內(nèi)傳播的特殊方式、組織光學(xué)性質(zhì)的描述以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)和完善等。組織光學(xué)是醫(yī)學(xué)光子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。光在生物組織中的運(yùn)動(dòng)學(xué)（如光的傳播）問題和動(dòng)力學(xué)（如光的探測(cè)）問題是研究的主要內(nèi)容，目的是要研究生物組織的光學(xué)性質(zhì)和確定某靶位單位面積上的光能流率。應(yīng)優(yōu)先解決測(cè)量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)精度的問題，利用近場(chǎng)光學(xué)顯微技術(shù)、光鑷技術(shù)測(cè)量活體組織的光學(xué)參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數(shù)值模擬方法。具體開展的研究工作應(yīng)包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復(fù)雜的理論來描述生物組織的光學(xué)性質(zhì)以及光在其中的傳播行為。建立準(zhǔn)確的組織光學(xué)模型，使之能反映生物組織空間結(jié)構(gòu)及其尺寸分布情況、組織各個(gè)部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應(yīng)新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸?shù)幕拘再|(zhì)。2）光傳輸?shù)拿商乜_模擬：繼續(xù)開發(fā)新的更為有效的算法以適應(yīng)生物組織的多樣性和復(fù)雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數(shù)字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學(xué)性質(zhì)基本參量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。另外，發(fā)展非穩(wěn)態(tài)的光傳輸?shù)拿商乜_模擬方法也是一個(gè)重要的研究方向，從中可以獲得比穩(wěn)態(tài)條件下更多的信息。

組織光學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法和技術(shù)方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。發(fā)展和完善活體的無損檢測(cè)尤為重要。在這方面，時(shí)間分辨率與頻率分辨率的測(cè)量方法引人注目。

（二）醫(yī)學(xué)光子學(xué)光譜診斷技術(shù)

醫(yī)學(xué)光子學(xué)光譜（非成像）診斷技術(shù)實(shí)質(zhì)上是利用從組織體反射、散射、發(fā)射出來的光，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯蟆⑻綔y(cè)以及信號(hào)處理，來獲取組織內(nèi)部的病變信息，從而達(dá)到診斷疾病的目的。

生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術(shù)，內(nèi)容涉及光敏劑的吸收譜、激發(fā)與發(fā)射熒光譜以及各種波長(zhǎng)激光激發(fā)下正常組織與病變組織內(nèi)源性熒光基團(tuán)特征光譜等。現(xiàn)在人們所謂的特征熒光峰實(shí)際上只是卟啉分子的熒光峰。客觀和科學(xué)地判斷激光熒光光譜對(duì)腫瘤的診斷標(biāo)準(zhǔn)是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進(jìn)入臨床試用，自體熒光的應(yīng)用尚處于摸索之中。需要開展激光激發(fā)生物組織和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的機(jī)理研究，探討激光誘發(fā)組織自體熒光與癌組織病理類型的相關(guān)性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產(chǎn)額和最佳激發(fā)波長(zhǎng)等方面的研究，以期獲得極其穩(wěn)定、可靠的特征數(shù)據(jù)，為診斷技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

近年來，拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)開發(fā)并完善重要醫(yī)學(xué)物質(zhì)拉曼光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內(nèi)的醫(yī)用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫(yī)學(xué)臨床獲得更廣泛的應(yīng)用。

超快時(shí)間分辨光譜比穩(wěn)態(tài)光譜在技術(shù)上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級(jí)的超短激光脈沖光源用于醫(yī)學(xué)受到廣泛重視，其一，應(yīng)發(fā)展超快時(shí)間分辨熒光光譜技術(shù)，用于測(cè)量生物組織及生物分子的熒光衰變時(shí)間，分析癌組織分子馳豫動(dòng)力學(xué)性質(zhì)等，為進(jìn)一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；其二，應(yīng)發(fā)展超快時(shí)間分辨漫反射（透射）光譜技術(shù)。以時(shí)域的角度測(cè)量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學(xué)特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實(shí)時(shí)的測(cè)量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫(yī)學(xué)光子學(xué)中基礎(chǔ)測(cè)量問題開辟一條新徑。

（三）醫(yī)學(xué)光子學(xué)成像診斷技術(shù)

發(fā)展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實(shí)時(shí)、安全的光子學(xué)成像診斷技術(shù)，并具有經(jīng)濟(jì)、小型、且能監(jiān)測(cè)活體組織內(nèi)部處于自然狀態(tài)化學(xué)成分等特點(diǎn)的醫(yī)療診斷設(shè)備。主要的醫(yī)學(xué)光子學(xué)成像診斷技術(shù)包括：

超快時(shí)間分辨成像技術(shù)：以超短脈沖激光作為光源，根據(jù)光脈沖在組織內(nèi)傳播時(shí)的時(shí)間分辨特性，使用門控技術(shù)分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進(jìn)行成像。正在研究的典型時(shí)間門有條紋照相機(jī)、克爾門、電子全息等。

散射成像技術(shù)：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測(cè)量以及復(fù)合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達(dá)幾個(gè)毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達(dá)30mm。

紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測(cè)器測(cè)量人體和動(dòng)物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現(xiàn)已在醫(yī)學(xué)診斷中得到廣泛的應(yīng)用，如乳腺腫瘤的診斷。

光學(xué)相干層析成像技術(shù)：一種非侵入式無損成像技術(shù)，并且可以與顯微鏡、手持探針、內(nèi)窺鏡、醫(yī)用導(dǎo)管、腹腔鏡等相結(jié)合使用，從而具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。而且，OCT能進(jìn)行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術(shù)結(jié)合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術(shù)。

熒光壽命成像：受超短光脈沖激發(fā)后，熒光團(tuán)，包括自體熒光團(tuán)如NADH、FAD等和外源熒光團(tuán)，如有機(jī)熒光染料、熒光蛋白等，所發(fā)出熒光的壽命取決于熒光團(tuán)的分子種類及其所處的微環(huán)境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測(cè)量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內(nèi)窺鏡結(jié)合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準(zhǔn)確性的早期癌癥診斷方法。

光聲作用成像：利用超聲場(chǎng)在生物組織中的優(yōu)良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術(shù)和光學(xué)高靈敏度檢測(cè)技術(shù)結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)無損傷臨床醫(yī)學(xué)的結(jié)構(gòu)和功能層析診斷。預(yù)期成像深度遠(yuǎn)好于目前的光學(xué)成像方法,對(duì)于較厚生物組織成像及臨床應(yīng)用特別具有吸引力,可為及早發(fā)現(xiàn)一些特殊病變提供一種無損、有效、高準(zhǔn)確度的方法。

非線性光學(xué)成像：雙光子激發(fā)熒光顯微成像、二次諧波等成像技術(shù)由于具有三維高空間分辨率，對(duì)比度高、對(duì)生物組織的損傷小等優(yōu)點(diǎn)，研究工作重點(diǎn)是擴(kuò)展成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，重點(diǎn)解決研制小型化內(nèi)窺型診斷設(shè)備所面臨的相關(guān)技術(shù)問題。

人體經(jīng)絡(luò)的光學(xué)表征及其調(diào)控功能：已經(jīng)用不少事實(shí)證明了經(jīng)脈循行路線的現(xiàn)象，也初步顯示了人體體表沿十四經(jīng)脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫(yī)的形態(tài)學(xué)或生理學(xué)方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經(jīng)絡(luò)”的實(shí)質(zhì)。可以利用已發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)諸多成像技術(shù)為工具，研究這個(gè)具有中國(guó)特色的中醫(yī)學(xué)中的重大問題。

4.醫(yī)用激光治療技術(shù)（激光醫(yī)學(xué)）

強(qiáng)激光治療：是當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)中最成熟和最重要的領(lǐng)域。隨著新型醫(yī)用激光器的不時(shí)出現(xiàn)，如：鈦激光、鉺激光、準(zhǔn)分子激光等，強(qiáng)激光治療技術(shù)的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關(guān)于這些新型激光器及新的工作方式對(duì)人體組織的作用特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)還相對(duì)不足，基本沒有適合國(guó)人組織特性的治療參數(shù)。為此需加強(qiáng)研究激光與生物組織間的作用關(guān)系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應(yīng)用的激光與生物組織間的作用關(guān)系；研究不同激光參數(shù)（包括波長(zhǎng)、功率密度、能量密度與運(yùn)轉(zhuǎn)方式等）對(duì)不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關(guān)系，取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也有必要加強(qiáng)新型激光器及新的工作方式的臨床適應(yīng)證的研究。

低強(qiáng)度激光治療：非熱或低強(qiáng)度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機(jī)理尚不清楚。對(duì)弱激光治療機(jī)理的認(rèn)識(shí)有待于整個(gè)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的提高，如充分認(rèn)識(shí)細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞代謝的調(diào)控、免疫反應(yīng)的調(diào)控等，同時(shí)還需研究不同弱激光劑量對(duì)這些調(diào)控的影響，這才能提高弱激光治療的針對(duì)性和療效。針對(duì)目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴(yán)重混亂的局面，建議重點(diǎn)扶持2-3個(gè)弱激光研究中心，集中財(cái)力與人力進(jìn)行弱激光的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)研究；弱激光生物調(diào)節(jié)作用和細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象（基因調(diào)控和細(xì)胞凋亡）的量效關(guān)系、弱激光鎮(zhèn)痛的分子生物學(xué)機(jī)制以及弱激光與細(xì)胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關(guān)系及其機(jī)制。尋求弱激光生物刺激效應(yīng)的可能機(jī)制與量效關(guān)系；規(guī)范臨床治療參數(shù)與操作等。

光動(dòng)力學(xué)治療（PDT）是當(dāng)前激光醫(yī)學(xué)中最具活力且發(fā)展迅速的領(lǐng)域。光動(dòng)力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動(dòng)力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等常規(guī)手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進(jìn)展，并結(jié)合內(nèi)鏡技術(shù)的發(fā)展等，其應(yīng)用領(lǐng)域得到很大的延伸和擴(kuò)展。這些都說明發(fā)展光動(dòng)力療法具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)資助PDT相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，扶持新一代國(guó)產(chǎn)光敏劑的開發(fā)及相應(yīng)激光器的產(chǎn)業(yè)化，資助新一代光敏劑光動(dòng)力學(xué)治療的機(jī)理研究。作用機(jī)理、光動(dòng)力療法各要素對(duì)光動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響、建立數(shù)學(xué)模型、新型光敏劑光動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的研究，為開拓光動(dòng)力療法新的應(yīng)用領(lǐng)域取得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

激光美容與光子嫩膚術(shù)：利用激光或強(qiáng)脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應(yīng)，即靶組織（病灶）和正常組織對(duì)光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時(shí)避免正常組織的損傷這一原則，達(dá)到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達(dá)到美容的效果。

五 結(jié)論

醫(yī)學(xué)光子學(xué)及其技術(shù)的學(xué)科發(fā)展，對(duì)生命科學(xué)有重要且積極的意義。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，將為解決長(zhǎng)期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價(jià)值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術(shù)在人類文明進(jìn)步史上的重要推動(dòng)作用，在知識(shí)經(jīng)濟(jì)崛起的時(shí)代還可能產(chǎn)生和帶動(dòng)一批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

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課題組成員：

1.謝樹森：教授、博士導(dǎo)師，中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，福建省光學(xué)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)

2.李 暉：福建師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.陳 榮：福建師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)光電科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室