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論文摘要:環境工程微生物學實驗作為環境工程專業的一門重要基礎課,作者在多年來的教學中深刻體會到嚴格遵守實驗操作規程,養成良好的科研及實驗習慣的重要性,并嘗試采用開放教學和靈活的考核方法,充分調動學生的積極性,強化實驗效果,收到了良好的教學效果。
環境工程微生物學是環境工程專業重要的專業基礎課,而環境工程微生物學實驗是環境工程微生物學理論知識的實驗技能培養課,二者相輔相承。目前,環境工程微生物學實驗教學還存在很多不足,如缺乏專業特點等。因此,為了達到較好的實驗教學效果,教學內容安排及教學模式必須要具有環境工程專業的特色,符合教學規律。
一、實驗內容的選擇及安排
環境工程微生物學是微生物學的一個分支,具有突出的專業特點,實驗內容的選擇要做到既能培養學生微生物學的基本操作技能,又要兼顧微生物在環境工程實踐中應用。例如,培養基的制備、器皿及培養基的滅菌、顯微鏡的操作、微生物的染色及觀察、微生物的培養及分離等實驗內容是必不可少的,這些都是微生物實驗最基本的操作,學生必須要扎實掌握,但在實驗微生物種類的選擇上要照顧到環境工程中的重要微生物,比如普通生物學中較少涉及而環境工程微生物中比較重要的藻類、原生動物和微型后生動物等。另一方面,實驗內容中要有環境工程微生物應用技術,例如細菌總數的測定、水中大腸菌群數的測定、菌膠團的觀察及活性鑒定、活性污泥的培養及馴化等。
實驗進度的安排盡量要和理論教學同步。微生物學主要是給學生介紹自然界中客觀存在的微生物的形態、結構及生理,依靠邏輯推理的知識較少,實驗能給學生非常直觀的感受,視野中真實的圖形和現象是對課堂講解知識最好的詮釋。另外,微生物實驗又具有自身的特點,即幾個實驗間的內容具有連續性,比如培養基的制備、微生物的培養、微生物的染色及觀察,雖然可以分割成獨立的實驗,但又完全可以作為一個完整的大實驗,但至少要連續幾天才能完成,因此需要安排好學生的實驗時間。
另外,在實驗教材的選擇上要便于學生學習,又要和實驗教學內容相呼應。目前獨立的環境工程微生物學實驗教材比較少,已有多個版本教材把實驗部分放在理論教材的后面,但內容不是非常詳盡,學生需要參考更為詳盡的教材才能全面地理解掌握。微生物學實驗教材版本雖然較多,但有關環境工程應用技術方面的內容又較少。因此,教師必須采取較好的教學方式加以彌補。
二、嚴格遵守實驗操作規程,養成良好的科研及實驗習慣
實驗過程中一定要嚴守實驗操作規程,加強對學生科學實驗習慣的培養。首先,微生物實驗的實驗對象—微生物本身對環境可以造成生物污染,有些還是致病菌,因此要求學生在實驗結束時必須要對丟棄的培養物進行滅菌,在實驗過程中,對取菌后的接種針和接種環要嚴格按照實驗規程及時滅菌,不能隨意亂放,以免造成環境污染。其次,在實驗過程中要強化無菌操作的意識。在環境治理過程中,如廢水的治理過程,微生物應用的形式多為雜菌形式,往往無菌操作會被環境工程的學生忽視。因此更應該強調無菌操作的重要性。為了保證實驗結果的精確性,嚴守無菌操作實驗規程是必需的。再有,實驗設備的操作要嚴守實驗規程,確保實驗室安全。如高壓蒸汽滅菌,目前,學生實驗室中的許多高壓蒸汽滅菌鍋沒有自動保壓裝置,只能依靠人工調節,多采用臨時關掉電源或保持排氣閥小幅度的開啟,無論哪種操作方式,時刻都需要人員看守。在實驗過程中,有的學生為了盡快結束實驗,保壓前冷空氣的排除不徹底,保壓結束后為了縮短冷卻等待時間,帶壓情況下大幅度打開排氣閥,這些操作不僅會帶來實驗失敗,而且往往會造成實驗事故。
三、充分調動學生的積極性,強化實驗效果
為了保證實驗效果,教師必須嚴格督促學生認真完成課程學習的各個環節。學生必須要對實驗內容進行課前預習,明確實驗步驟。微生物實驗準備是比較煩瑣的,而對于將來要獨立工作的學生來說也是很重要的環節,因此,利用學生課余時間,對學生進行分組輪流進行實驗準備,確實強化了學生對實驗整體的理解,而且也得到了學生很好的反饋。在實驗過程中,為了強化實驗效果,需要對典型的好的實驗結果,如染色結果、形態觀察結果等利用顯微鏡圖像采集設備進行采集并集中展示,也起到了鞭策后進的目的,充分調動了學生的實驗積極性。
四、開放教學,滿足學生的求知欲望
在目前學生就業不樂觀的現實面前,很多學生選擇用更多的知識和技能武裝自己,以增強自身的競爭力。實驗課程要給他們提供充分的發揮空間。我系環境工程微生物實驗室抽出固定的時間,對學生開放,學生可任意選做開放實驗,也可對以前做過的實驗加以進一步的驗證。學生如有特殊要求的,可提前提出,實驗室可根據自身條件為學生提供一切條件。這個環節不僅激發了學生對課程的興趣,有利于培養學生的主動性和創造性,提高了學生的自主實驗能力,同時也進一步豐富并充實了本課程的實驗內容。
五、采取靈活的考核方法,接受反饋,積極改進課程
在不同的壓力下學生獲得的知識是不同的,因此實驗教學同樣要給學生一定的壓力。適當的考核形式會給學生一定的壓力,更是對學生實驗技能的深化。很多實驗課程成績的最后評定主要依據實驗報告。我院環境工程微生物學實驗的考核則采用了多種形式相結合,主要包括三種,其中實驗報告的內容和質量占60%,實驗技能現場操作考核占30%,平時實驗操作技能及規范性占10%。其中,實驗技能現場考核采用抽簽方式,學生根據抽到的結果進行現場操作,從而給出該部分的成績,該環節也使學生在平時實驗過程中,對每個操作環節都給與了充分的重視,強化了實驗效果。另外,對于在開放教學環節中自主實驗內容新穎、具有創新性的學生給予充分肯定,可適當提高評定等級。
接受學生的反饋是促進課程建設很重要的一個途徑。我系建立了環境工程微生物學及實驗課程的公共郵箱,學生可以不記名發表意見和提出建議,以加強師生之間的溝通,同時也對教師的教學工作起到了監督和促進作用,得到了大家的肯定。
六、結束語
環境工程微生物學實驗的課程建設還有較遠的路要走,在課程的教學模式上應該多采用現代化輔助教學手段,harry brenton等人在解剖學教學中采用多媒體和計算機三維模型,建立網絡課件等,不僅收到了良好的教學效果,而且也籍此建立起了同行之間交流的橋梁,這一點很值得借鑒。在教學內容上更要適應學科發展的節奏,不斷更新,精益求精。實驗教學就是要讓學生成為知識的主宰者和應用者,給予他們把理論知識應用于實踐的技能,從而實現知識的工程化、產業化。
參考文獻:
[1]王國惠.微生物學通報.2006,33(6):144~145.
[2]周群英,高廷耀主編.環境工程微生物學.北京:高等教育出版社,2002.287-337.
【論文摘要】:《環境工程微生物學》課程是環境工程專業的主要專業基礎課之一。本人經過近兩年的教學實踐,認為應注重以下幾個方面:(1)加強緒論部分的教學,(2)加大新知識和新技術的傳授,(3)激發學生學習興趣,(4)加強實驗教學。做到以上幾點,將極大地提高該課程的教學水平,培養出該領域的優秀人才。
微生物技術是現代高技術之一,對經濟建設與社會進步有著深遠的影響,它以低耗高效、副產物和副作用小、安全性好,而在解決生態和環境問題等方面發揮著越來越重要的作用。在現代技術的交叉滲透過程中,將微生物技術的基本原理應用到環境工程中,為微生物技術從實驗室走向解決環境問題提供了理論基礎。在解決目前人類所遇到的人口、能源、廢物處理等環境問題中發揮了重要的作用,并顯示了可觀的經濟效益和社會效益。因此,國內許多院校的環境工程專業開設了《環境工程微生物學》課程,并將課程的重點放在了介紹微生物的生態與微生物在解決環境問題的應用上。但同時《環境工程微生物學》在內容與研究方法上和環境工程的其它課程又有較大的差別,所以該課程的教學有它的獨特性。
我校水資源與環境學院自開始招環境工程本科生以來,一直把《環境工程微生物學》作為環境工程專業的主要專業基礎課之一。目前,我有幸成為這門課程的主講老師。如何對待該課程的教學? 如何使環境工程專業微生物學教學緊跟學科發展步伐,使學生在系統學習和掌握微生物學基礎理論知識的同時,進一步理解防治環境污染、改善與提高環境質量的微生物學原理、技術和方法? 經過近兩年的教學工作,感受頗多,特將我對講授這門課的一些體會總結如下,請批評指正。
1 加強緒論部分的教學
有些人認為緒論沒有什么具體內容,在教學上可有可無,有些老師往往是讓學生們自學緒論部分。但實際上緒論是一門課程的序曲,又是一門課程的縮影和向導。在緒論的講授中,授課教師應該介紹微生物的發現及其與人類和環境之間的關系,讓學生認識到微生物對于我們人類和環境的重要性;介紹微生物學的奠基、發展歷史、現狀及發展方向,讓學生了解微生物學是在解決實際問題,是在認識自然和改造自然的過程中得到發展的;介紹顯微鏡的發明者列文虎克、青霉素的發現者弗萊明等為微生物學做出杰出貢獻的科學家,啟迪學生為科學獻身的精神[1];介紹環境工程微生物學當前的研究熱點和難點,激發學生的求知欲望。同時,在課程的講授過程中要多聯系生活和實踐,努力使抽象深奧的內容變得具體簡單。例如,在講授微生物發酵時,聯系酸奶的制作,告訴學生各廠家生產的酸奶呈現不同的風味就是因為不同廠家選用的菌種不同,因而發酵產物不同所致,使學生深刻了解了發酵的不同類型。
2 更新教學內容,加大新知識和新技術的傳授
環境微生物學作為一門新興的邊緣學科,隨著生物學、微生物學及環境科學的發展而不斷呈現出新的內容。特別是日新月異的分子生物學技術已滲透到生物科學和技術的各個領域,尤其是與微生物學關系密切,這更加促進了微生物在環境工程中的應用。為了緊跟時代和學科發展的步伐,培養高質量人才,教師需及時更新自己的知識結構,跟蹤學科前沿發展變化的動態,將新的知識和新技術及時增加到教學中來,讓學生熟悉和掌握學科前沿性的理論知識和操作技術,為他們將來深入開展研究打下良好的基礎。例如,可以講解有關DNA重組技術、基因擴增技術、DNA測序技術等高新技術在環境工程中的應用現狀和發展前景[2,3],為學生將來開展創新性研究工作奠定理論基礎。同時還可以把一些和日常生活關系密切的知識,例如ADIS的傳播及預防,SARS、禽流感的爆發與環境污染的關系等等,以科普形式介紹給學生,既活躍了課堂氣氛,又拓寬了學生的知識面,調動了學生的學習興趣,激發學生對科學研究的責任感和奉獻精神。另外,把一些有爭議的問題引入教學中,也可以開拓學生的專業視野,激發學生智力活動的積極性,培養學生的科研動機,幫助學生認識發現真理的過程,培養其攀登科學高峰的信心和勇氣。
3 改革教學模式,激發學生學習興趣
學習動機是一種內驅力,學習興趣是學習的最佳動力。只有在充分激發學生的興趣,調動他們的想象力和參與能力的情況下才能最大限度地發揮效力。環境微生物學研究的對象是人們在通常情況下看不見的微小生物,其教學內容是一些微觀的、抽象的、闡述性的內容,并且涉及到遺傳學、生理學、生物化學、分子生物學等諸多前沿學科,具有較強的廣度與深度。如果不能及時調動學生的學習積極性,那么這些繁雜的內容就會使學生感到味如嚼蠟,毫無興趣,直接影響學生的理解,最終導致學習效率低下,學習效果不佳。如果激發了學生對課程的學習興趣,就會增加學生課后查找、閱讀參考資料的主動性,這對學生后續內容的學習也是一種鞭策和鼓勵。
學生在學習該課程之前,主要學習了數學、物理和基礎化學等課程,專業課程學習尚未展開,所以學生對環境工程專業學習微生物目的缺乏認識,在他們思想上有一種根深蒂固的想法,即解決環境問題必須用物理化學的方法。針對這種情況,就需要將工程實踐中一些有影響的或與學生生活比較貼近的實例,如:一般的城市二級污水處理廠、城市垃圾資源化系統等內容引入課堂,讓學生明白微生物在處理環境問題中有著廣泛的應用,從而激發他們的學習熱情。
還有,《環境工程微生物學》的前幾個章節主要講述微生物的形態、結構及生化過程,具有概念多、微生物種類多且形態多變的特點,而且由于微生物形體小,無法從日常生活中得到直觀的印象,學生普遍感到“看不見,摸不著”。針對這種情況,應當采用多媒體教學的手段,利用一些典型微生物的圖片或三維動畫形式,描述其形態與生長發育過程,這樣既方便講解又生動活潑,利于學生理解,增加學生學習興趣,提高教學效果。同時,還要鼓勵學生自己動手采集微生物,利用實驗室開放時間,自己去觀察體會,并通過查資料,關注學科進展,采取互動形式,增加學生從課外獲得相關知識的能力。
4 加強實驗教學
微生物學是來源于實驗的科學,所以我們應著重加強實驗教學。環境工程微生物學實驗是一門原理性、概念性、實踐性、操作性難度較大的課程。比如顯微鏡技術、制片和染色技術、培養基的制備技術、無菌操作技術、純種分離培養技術、菌種保藏技術、大氣及水中微生物監測技術等。這些都需要特殊的設備和獨立的訓練,如果沒有足夠的課時及儀器支持,掌握其中的操作技術是很困難的。環境工程微生物學實驗課前期準備工作是一項比較復雜、精細和繁瑣的工作,工作量大,連續性強,即使是微小的疏忽也可能造成實驗的失敗。在做實驗準備的過程中必須認真、細致才能保證實驗課的順利進行,這就對實驗室老師的素質和教學態度提出嚴峻的考驗。
還有,實驗操作過程是培養學生獨立工作能力最好的過程。實驗中,我們應該采取學生獨立思考、自己動手、大膽探索,教師積極引導、注重啟發的實驗教學模式,充分發揮學生在實驗中的積極性和主動性。如在做“細菌革蘭氏染色”實驗時,我們要求每個學生至少完成3個不同類別典型細菌的正確鑒別染色片,從挑取菌種、涂片、固定、染色、調試顯微鏡,直到觀察到染色的微生物形態,鑒別出正確的菌種為止,整個過程完全由學生自己操作,而且實驗的每一步都要非常認真仔細,稍不注意就得不到正確結果[4]。實驗中,學生對涂片后固定細菌時的溫度高低、洗片環節、酒精脫色的時間等精心分析,反復實驗摸索,并在教師的啟發下,找出問題癥結,直到得出滿意的結果為止。實驗過程中,我們還應對學生操作時的習慣性問題和錯誤作重點提示和講解,并在學生操作過程中及時指導糾正動作,嚴格要求學生獨立完成。
實驗課的講授過程中,我們還應盡可能地開一些綜合性地實驗。綜合實驗是一個以學生為主體、學生與教師互動的教學過程,其特點是學生獨立自主進行實驗的設計、組織、實施和管理。演示性、驗證性實驗多,而綜合性、設計性實驗少是過去實驗教學中存在的問題,學生對實驗過程印象不深,理論掌握不牢,動手能力不強,不利于培養學生的創新能力。為此,我們針對學生比較感興趣的實驗課題,如水、室內空氣、土壤和食品中的微生物種類、數量、分布等應用于實驗教學,學生通過查閱資料,設計實驗方案,由指導老師指導和小組討論,確定實驗方案,提高了學生的分析問題和解決問題的能力,這樣激發了學習興趣,鞏固了理論知識和實驗技術,也培養了學生的綜合運用能力。
微生物學博大精深,微生物在處理環境問題時的優勢越來越明顯。作為環境工程專業的重要基礎課之一,《環境工程微生物學》在學科體系中的地位也越來越重要。如何使環境工程專業的微生物教學進行得更合理,如何使環境工程專業的學生具備較高的微生物學綜合素質,相信通過對教學經驗的不斷總結和改革,通過主講老師地不斷學習提高,最終能夠使《環境工程微生物學》的教學工作適應時展要求,為培養具有綜合素質的環境科學人才做出貢獻。
參考文獻
[1] 周德慶.微生物學教程(第二版).北京:高等教育出版社,2002.
[2] 張洪勛,王曉誼,齊鴻雁.微生物生態學研究方法進展[J].生態學報,2003,23(5): 988-993.
論文摘要:資源微生物學是一門實驗性很強的學科,為了提高該課程實驗教學質量,培養學生的創新和綜合素質,從實驗教學內容、實驗教學方法和實驗教學手段3個方面入手,對資源微生物學實驗教學改革進行了探討。
自20世紀以來,自然資源的保護及有效利用引起了人們空前的重視。植物資源、動物資源和微生物資源是自然資源的核心部分。其中,微生物資源擁有其他生物資源所不具備的、特有的生態學和經濟學意義。其具有生產速率高、生物轉化活性強、易實現工業化生產等特點,因而具有極為廣闊的應用前景。微生物資源的開發利用已成為現代應用生物學領域的研究熱點之一,在工業、農業、醫學等各個領域已得到了廣泛的應用,并有效地服務于人類。資源微生物學實驗課程通過具體的實驗技術操作使學生了解課程相關理論內容,掌握基礎知識并將各類信息進行新的組合,創造出新的方法、新的思路,從而提高學生的科學與實際動手操作能力[1,2]。但是在傳統的實驗教學過程中,學生只是嚴格按照事先設定好的實驗步驟逐項進行,整個實驗過程缺少操作者自己的主觀能動性。這種機械化實驗教學模式容易導致學生的思維定勢,不利于學生創新能力的培養,學生的實驗技能也得不到系統的訓練和提高。為了提高資源微生物學實驗教學和課堂教學的質量,提高學生各方面的綜合素質,筆者對資源微生物學實驗教學改革進行了探討。
1慎重選取實驗教學內容
資源微生物學是以微生物學為核心,涉及生物化學、有機化學與無機化學等的交叉學科,其實驗內容的總體要求是熟練掌握資源微生物學的基本實驗操作技能。實驗教學面向生物工程專業的學生,開設資源微生物形態特征的識別、能夠促進農業生產的微生物檢測、以農作物下腳料為培養基的食用菌栽培以及與生物前沿技術相接軌的前瞻性實驗等教學內容。
資源微生物學的一項重要教學內容就是要根據微生物的形態特征識別相關資源微生物,利用有益微生物的代謝活動制造更多的生物農藥、生物肥料、植物保健劑以及相關食品與藥品。因此,在實驗教學中開設了微生物形態觀察實驗,對農業生產及醫藥、食品行業中常見的微生物,如根瘤菌、菌根菌、放線菌、酵母菌等進行培養、觀察。通過具體的實驗操作,培養學生識別和繪制農業生產等相關領域常見菌類個體形態圖的能力,掌握不同微生物類群的菌落特征,使學生對資源微生物的特性有感性的認識,加深對理論內容的理解,以提高課堂教學質量。
目前,國內能源短缺和環境污染問題形勢依然嚴峻。對于培養生物技術專業人才的院校來說,將開發利用微生物資源的實驗作為重點內容是理所當然的。為了加強學生對資源微生物的開發應用能力,實驗中應當開設像微生物菌種培養與保存、食用菌栽培、微生物代謝調控及微生物代謝物生物活性分析等實用性較強的實驗課程。另外,在微生物培養實驗進行過程中,要適時向學生介紹培養條件對微生物生長和代謝的影響以及相關微生物檢驗檢測方法,以拓寬學生的知識面,為將來從事微生物資源開發和利用工作打下堅定的基礎。
近年來,分子生物學實驗技術發展迅速,作為該學科基礎的微生物學只有與分子生物學相結合才能具有更大的發展潛力。為了使學生全面了解生物學技術發展的現狀,在設置實驗內容時應該考慮將一些簡單的分子生物學方面的實驗內容,如核酸的分離與純化等,作為提高實驗并加入到資源微生物學實驗中。
2改革實驗教學方法
對實驗教學方法進行改革是對傳統教學方法弊端的修正,改革后的教學方法應該有利于充分調動學生的積極性、主動性和創造性,有利于培養學生觀察、思考、分析和解決問題的能力,有利于學生在科學實驗中培養嚴肅的實驗態度、嚴謹的科學作風[3,4]。為了改善實驗效果,激發學生的實驗積極性,可從以下幾個方面對實驗教學進行改進。
2.1鼓勵學生參與實驗準備工作
實驗準備工作繁多是資源微生物學實驗的特點之一。以往每次實驗前大量的洗刷、包扎、滅菌培養基的制備、溶劑配制等工作需要花費教師大量的時間來完成,而學生在實驗中坐享其成,雖然在較短的時間內就可以完成實驗,但對實驗內容的理解并不深刻,效果不佳。鼓勵學生在教師的指導下開展實驗準備工作,使他們有更多的機會參與到實驗中,有利于他們系統地掌握實驗方法和技能,也利于他們產生長時間自覺學習的動力;同時也減輕了教師的實驗負擔。
2.2嚴格實驗基本技能的訓練
實驗基本技能是實驗完成質量好壞的決定因素,也是培養學生動手能力和實驗能力的重要環節。因此,在實驗進行過程中教師要經常巡回檢查,隨時指出學生在操作中存在的問題。對于存在的問題教師要認真分析,親自示范、及時糾正,不放過任何一個不規范的細節操作,嚴格要求實驗紀律,培養學生養成嚴謹求實、踏實規范的科學實驗作風。
2.3規范實驗報告的書寫
實驗報告是教師對學生實驗完成情況的一種書面評價方式。規范的實驗報告應包括預習報告、過程報告和結果分析報告幾個部分。實驗開始之前教師先對學生的預習報告進行檢查;實驗進行中教師應該要求學生如實、客觀地記錄實驗過程及實驗結果;不管實驗成敗與否,實驗后都要認真分析實驗過程并總結實驗中要注意的事項以加深記憶。學生的實驗報告,教師要仔細批閱寫出評語。不規范的報告要指出問題所在,對于普遍存在的問題要在課堂上集中講解。
3充分運用多媒體教學手段
傳統的實驗教學過程中,教師為了加強教學效果均利用掛圖使學生客觀、感性地認識微生物。但是資源微生物的形態結構非常微小,非肉眼所能見,教師即使花費大量的時間進行描述、解釋也不能取得到好的效果,學生對教學內容難以掌握,甚至在觀察微生物形態時找不準正確的觀察對象。
在科學技術迅猛發展的今天,隨著教學體制改革的不斷深入,多媒體現代化教學手段得到越來越廣泛的應用。教師可以將這種教學手段充分運用到實驗教學中,將文本、圖形、圖像、動畫、聲音、視頻等融為一體,實驗中教師可以邊播放多媒體資料邊講解,以解決傳統教學中解釋不清的教學難題,減輕教師的教學負擔。另外,多媒體手段的應用可以對學生的感官形成刺激,能夠使學生直接地明晰抽象的微生物世界,激發學生的學習積極性,幫助學生準確地掌握重、難點,提高學習效率。
4結語
上述實驗教學改革措施的實施會很大程度上調動學生的實驗積極性,激發他們上好實驗課的熱情,削弱其實驗依賴性,使他們在實驗過程中真正發揮主觀能動性,確立其實驗主體地位。通過改革后的實驗課教學,學生獨立分析、解決問題的能力得到提高,嚴格的實驗作風和嚴謹的科學態度得到培養,為學生將來從事微生物資源開發和利用及相關科研工作打下堅實的基礎。
5參考文獻
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論文關鍵詞:微生物學;能力培養;基礎能力;綜合運用能力;科研創新能力
加強大學生能力培養,提高學生綜合素質,是高等教育的核心任務。通過什么樣的方式、方法,采取何種有效的途徑來提高學生的綜合能力,是高等教育面臨的重大課題。作為高等教育的重要陣地,學校教育既要注重知識的傳授,更要注重能力的培養。如何在專業課教學過程中,滲透學生能力培養,是我們在微生物學課程教學中一直努力的方向。微生物學是現代生物科學一門重要的基礎學科,也是一門應用性很強的學科,其應用范圍已經滲透到農業、工業、醫藥、環保、生物工程等各個領域。多年的教學中,我們在對學生的基礎能力、綜合運用能力及科研創新能力的培養等方面進行了有益的嘗試,取得了一定的成效。
一、基礎能力培養
基礎能力是一種積極學習的態度、自主學習能力及團結協作能力。要培養學生的基礎能力,就要讓學生有目標,有興趣,帶著問題去主動學習,在主動學習中培養團結協作能力。
1.上好緒論課,培養學生積極學習的態度
要培養學生積極學習的態度,首要問題是培養他們學習的興趣。興趣是最好的老師,是學生最持久的內在動力,是推動學生自主學習的主觀因素,是學生發揮主觀能動性的基礎。在微生物學課程教學中,我們非常重視緒論課在培養學生學習興趣方面的作用。俗話說,好的開頭等于成功的一半。第一印象往往給人留下難以磨滅的記憶。緒論課教學,既是課程入門的向導,又是師生合作的開始。如果緒論課的教學能引起同學們的興趣,就等于抓住牛鼻子,后面的“戲”就好唱了。根據這一特點,我們充分發揮第一堂課的作用。一是廣泛收集材料,精心準備教案,認真組織課堂教學,每一個環節不輕易放過。二是從日常生活中的常見現象導出微生物與人類生產、生活的關系。如從日常生活中的衣物發霉、剩飯變酸現象,到生產中釀酒、做面包饅頭、制醬、制腐乳、豆豉等等引出微生物概念。三是以講故事的方式引出微生物的發展史、關鍵人物及其貢獻。由荷蘭一個小鎮上的布商列文·虎克從小喜歡磨制透鏡,一個偶然的機會,他發現透鏡能將小東西放大,在這個基礎上,研制出了顯微鏡,至此引出了微生物的發現;由當今譽滿全球的法國白蘭地、巴黎時裝引出巴斯德解決酒變質、家蠶病害等貢獻,導出微生物的發展。四是采用形象的比喻與生動的語言列舉大量的數據和典型的事例說明微生物的特性。由空氣、土壤、水體、人體表面、人體消化道、人民幣紙幣等攜帶的微生物種類和數量介紹微生物種類多、數量大、分布廣。五是以充滿激情和向往的語氣介紹微生物學的發展動態和熱門話題。向學生展示微生物學研究的前緣領域如DNA芯片、微生物傳感器、微生物燃料電池、定向藥物、基因導入等,拉近學生與現代科學發展的距離,使學生知道本學科當前發展的趨勢、研究的熱點及爭論的問題……。讓學生在老師富有感召力的教學中,深切感受到科學的道路并不是一帆風順的,機會是給一個時刻準備著的人,從而對微生物學產生濃厚的學習興趣,熱切地希望跟隨老師去探討奧妙無窮的微生物世界。
2.采用討論式教學,培養學生自主學習能力
微生物學是我校生物工程、食品科學與工程、食品安全與檢測等專業的重要基礎課程,在課程教學中,有關微生物基本理論、基礎知識、基本技能的內容如微生物的純培養方法、微生物細胞的結構與功能、微生物的營養、微生物的生長繁殖及其控制、病毒等內容進行重點闡述,讓學生對微生物學知識有一個較全面的了解和掌握。而對資料性、一般演繹性的內容則“點講”,即在介紹基本概念后,老師引導出章節內容主題和重點,留有更多的未知知識空間,提出問題,讓學生帶著問題學習討論,以培養學生自主學習能力。例如,在微生物多樣性這一章學習時,學生已經系統學習了微生物學基本理論和基礎知識,課堂上,我們提出問題:微生物在工業、農業、醫藥、環保方面的應用情況怎樣?哪些微生物在這些領域有應用?微生物在這些領域的應用前景怎樣?如何合理利用和保護微生物資源?課堂外,讓學生帶著問題分組討論:學生就某一個方面的問題分組(2~3人)討論,通過查找資料,得出答案,每組確定一名代表公開作答,其他同學提問補充,教師講評。由于課堂知識的學習是有限的,課外知識的學習是無限的,這種方法的采用增強了學生對課堂的參與性,加深了對所學內容的理解,拓展了知識范圍,充分調動了學生學習的主觀能動性,有效地培養了學生的自主學習能力,學生終生受益。
3.開設大型綜合實驗,培養學生團結協作能力
微生物學是一門實踐性很強的學科,搞好微生物實驗教學對加深學生對微生物學理論知識的理解,培養學生的團結協作能力,提高學生實驗技能具有非常重要的意義。為此,我們在實驗課教學中,將微生物學實驗課的內容分為基礎實驗、綜合實驗和創新實驗三大部分。學生在完成基本技能訓練實驗,對培養基的配制、常用的滅菌方法及無菌操作要點、微生物標本片制作、顯微鏡使用、細胞大小測定及細胞計數、十倍稀釋法、平板活菌計數等有一個全面的了解與掌握后,開設大新綜合實驗,以提高學生實驗能力及團結協作能力。實驗內容大多來源于生產和生活的實際課題。如窖池窖泥的微生物檢測及優勢菌分析;不同大曲中微生物檢測與鑒定及其糖化力、發酵力測定;發酵酸奶活性菌分離、培養與鑒定及發酵酸奶的制備;常見食品衛生指標檢測及食品衛生質量標準指定等等。實驗期間,全天候開放實驗室,教師提要求、理思路,引導學生設計實驗方案,學生3~5人一組,利用業余時間,集體智慧完成實驗方案設計,分工合作完成藥品材料與儀器準備以及取樣、接種、分離、滅菌、培養基配制等一系列工作,遇到困難,在教師啟發下,小組成員分析討論并予以解決。每一步、每一個環節操作不規范或小組成員之間配合不默契,均會導致前功盡棄。大型綜合實驗的開設,不但有利于培養學生實驗設計能力、動手能力、獨立思考能力和處理實際問題的能力,而且有利于培養學生的團隊精神、小組成員間的分工與協作能力。
二、綜合運用能力培養
綜合運用能力指提出問題、分析問題及解決問題的能力。在課堂教學中,通過教師引導使問題呈現出來,讓學生看到問題,進而提出問題;通過介紹一些典型問題的探索過程和分析方法,啟迪學生對問題進行分析和評價,最終形成問題解決的方法與策略。
如講解病毒一章時,講完烈性噬菌體與溫和噬菌體定義與特點后,老師介紹工業發酵生產中出現的異常發酵現象——菌細胞生長緩慢,甚至沒有生長;耗糖緩慢或停止,發酵緩慢,周期長;PH不降反而上升;有大量泡沫產生,發酵液粘度增加;產物積累少甚至不積累;發酵液逐漸變清,鏡檢時發現菌數顯著減少,菌體不規則,有“云霧狀”碎片等,從而使問題呈現出來。學生通過教師的介紹與引導,在腦海中提出疑問:似乎菌細胞慢慢被吃掉,留下一些碎片,什么原因導致細胞裂解呢?教師適時導出:細胞裂解原因之一是細胞走向衰老凋亡,原因之二是遭受噬菌體感染。學生分析:根據生產菌生產周期和發酵時間,排出細胞自然衰老,細胞的裂解可能是遭受噬菌體感染。教師提問:如何證明你的判斷是正確的?噬菌體在光學顯微鏡下不見?學生得出:通過檢測噬菌斑有無判斷。教師提出:噬菌體是如何污染的(污染途徑)?在發酵生產中如何防止噬菌體污染?學生紛紛利用學過的知識,在教師的啟發下,從污染途徑著手,提出這樣防止噬菌體污染的若干種方法,教師加以總結和完善。老師的循循善誘,為學生打開了豐富的想象空間,學生運用學過的知識去求解未知領域,從而讓學生的學習由感知、記憶水平提高到想象、思維高度,極大地培養了學生知識綜合運用能力。
三、科研創新能力培養
大學是每個學生打基礎的階段,這是高等教育的一種共識。大學打基礎階段內涵是很豐富的,她強調全方位的基礎建設,其中重要一環就是科研能力的鍛煉培養和提升。在教學中,我們不但將科研意識、思維方式和教師承擔的科研課題融入教學中,還通過學生申報和參與大學生創新試驗項目來培養學生的科研創新能力。
例如在學習微生物細胞的化學組成時,教師介紹知識點:碳在各種微生物細胞中約占50%,N在各類微生物細胞中含量差異較大,期中細菌、酵母含N較高,占7%~13%,霉菌含氮量較低,約占5%,因此細菌與酵母常作單細胞蛋白(scp)生產菌。教師由此拓展授課內容:利用微生物生產單細胞蛋白的重要意義、單細胞蛋白的應用范圍及其局限性等,然后提問學生:如何大規模發酵生產單細胞飼料蛋白?要發酵生產單細胞蛋白,三個問題需要解決:一是發酵生產菌的選擇問題。必須選擇蛋白質含量高的菌細胞,這樣的菌細胞可以從自然界篩選,也可以從菌種保藏中心購買。如果希望產量有所提高,可以通過誘變(選擇合適誘變劑、誘變方法,對突變菌株進行粗篩、復篩等等)以篩選高產突變株用于發酵生產。二是原料問題。由于大規模發酵生產原料使用量大,要選擇價格低廉、來源廣泛的原料,最好是微生物能分解利用的農副產品及其廢料。三是發酵生產工藝優化問題。發酵生產中要控制好酸堿度、通氣量、接種量、培養溫度、培養時間以獲得最高產量。由此導出教師的科研課題——“微生物發酵再生曲酒丟糟的研究”選題思路及科研開展——教師如何選擇菌種,通過正交試驗進行純種發酵、雙菌共酵、兩步發酵、多菌種混合發酵、添加纖維素酶再發酵等生產單細胞蛋白。這種在繼承、傳授知識的同時,將教學與科研相結合的教學模式,能將學生引進科學領域,學習科研方法,激發了學生學習微生物的興趣,促進了“教學帶動科研,科研促進教學”的良性循環,培養了學生的科學素養和創新思維方式,促進了學生科研創新能力的全面提高。
關鍵詞: 生物信息學 農業研究領域 應用
“生物信息學”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名,其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學中的信息理論”討論會上首次被提出的[1],由美國學者lim在1991年發表的文章中首次使用。生物信息學自產生以來,大致經歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個發展階段[2]。2003年4月14日,美國人類基因組研究項目首席科學家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計劃(human genome project,hgp)的所有目標全部實現[3]。這標志著后基因組時代(post genome era,pge)的來臨,是生命科學史中又一個里程碑。生物信息學作為21世紀生物技術的核心,已經成為現代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質和生命,其研究成果必將深刻地影響農業。本文重點闡述生物信息學在農業模式植物、種質資源優化、農藥的設計開發、作物遺傳育種、生態環境改善等方面的最新研究進展。
1.生物信息學在農業模式植物研究領域中的應用
1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃(npgi),旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經濟價值的關鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計劃是與人類基因組工程(hgp)并行的龐大工程[4]。近年來,通過各國科學家的通力合作,植物基因組研究取得了重大進展,擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學的方法系統地研究這些重要農作物的基因表達、蛋白質互作、蛋白質和核酸的定位、代謝物及其調節網絡等,從而從分子水平上了解細胞的結構和功能[5]。目前已經建立的農作物生物信息學數據庫研究平臺有植物轉錄本(ta)集合數據庫tigr、植物核酸序列數據庫plantgdb、研究玉米遺傳學和基因組學的mazegdb數據庫、研究草類和水稻的gramene數據庫、研究馬鈴薯的pomamo數據庫,等等。
2.生物信息學在種質資源保存研究領域中的應用
種質資源是農業生產的重要資源,它包括許多農藝性狀(如抗病、產量、品質、環境適應性基因等)的等位基因。植物種質資源庫是指以植物種質資源為保護對象的保存設施。至1996年,全世界已建成了1300余座植物種質資源庫,在我國也已建成30多座作物種質資源庫。種質入庫保存類型也從單一的種子形式,發展到營養器官、細胞和組織,甚至dna片段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等[6]。近年來,人們越來越多地應用各種分子標記來鑒定種質資源。例如微衛星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質資源進行分子標記產生了大量的數據,因此需要建立生物信息學數據庫和采用分析工具來實現對這些數據的查詢、統計和計算機分析等[7]。
3.生物信息學在農藥設計開發研究領域中的應用
傳統的藥物研制主要是從大量的天然產物、合成化合物,以及礦物中進行篩選,得到一個可供臨床使用的藥物要耗費大量的時間與金錢。生物信息學在藥物研發中的意義在于找到病理過程中關鍵性的分子靶標、闡明其結構和功能關系,從而指導設計能激活或阻斷生物大分子發揮其生物功能的治療性藥物,使藥物研發之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發方向。生物信息學為藥物研發提供了新的手段[8,9],導致了藥物研發模式的改變[10]。目前,生物信息學促進農藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設計出兩種具有與唾液酸酶結合化合物:4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中,后者是前者與唾液酸酶的結合活性的250倍[11]。目前,這兩種新藥已經進入臨床試驗階段。tang sy等學者研制出新一代抗aids藥物saquinavir[12]。pungpo等已經設計出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物[13]。楊華錚等人設計合成了十多類數百個除草化合物,經生物活性測定,部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平[14]。
現代農藥的研發已離不開生物信息技術的參與,隨著生物信息學技術的進一步完善和發展,將會大大降低藥物研發的成本,提高研發的質量和效率。
4.生物學信息學在作物遺傳育種研究領域中的應用
隨著主要農作物遺傳圖譜精確度的提高,以及特定性狀相關分子基礎的進一步闡明,人們可以利用生物信息學的方法,先從模式生物
中尋找可能的相關基因,然后在作物中找到相應的基因及其位點。農作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列、分子標記、圖譜和功能方面的數據,可通過建立生物信息學數據庫來整合這些數據,從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置[15]。在此基礎上,育種學家就可以應用計算機模型來提出預測假設,從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型,然后從大量遺傳標記中篩選到理想的組合,從而培育出新的優良農作物品種。
5.生物信息學在生態環境平衡研究領域中的應用
在生態系統中,基因流從根本上影響能量流和物質流的循環和運轉,是生態平衡穩定的根本因素。生物信息學在環境領域主要應用在控制環境污染方面,主要通過數學與計算機的運用構建遺傳工程特效菌株,以降解目標基因及其目標污染物為切入點,通過降解污染物的分子遺傳物質核酸 dna,以及生物大分子蛋白質酶,達到催化目標污染物的降解,從而維護空氣[16]、水源、土地等生態環境的安全。
美國農業研究中心(ars) 的農藥特性信息數據庫(ppd) 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息,涉及它們在環境中轉運和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術大學(toyohashi university of technology) 多環芳烴危險性有機污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環保局綜合風險信息系統數據庫(iris) 涉及 600種化學污染物,列出了污染物的毒性與風險評價參數,以及分子遺傳毒性參數[17]。除此之外,生物信息學在生物防治[18]中也起到了重要的作用。網絡的普及,情報、信息等學科的資源共享,勢必會創造出一個環境微生物技術信息的高速發展趨勢。
6.生物信息學在食品安全研究領域中的應用
食品在加工制作和存儲過程中各種細菌數量發生變化,傳統檢測方法是進行生化鑒定,但所需時間較長,不能滿足檢驗檢疫部門的要求,運用生物信息學方法獲得各種致病菌的核酸序列,并對這些序列進行比對,篩選出用于檢測的引物和探針,進而運用pcr法[19]、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr[20]和多重熒光定量pcr等技術,可快速準確地檢測出細菌及病毒。此外,對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等[21-25]技術也是未來食品病毒檢測的發展方向。
轉基因食品檢測是通過設計特異性的引物對食品樣品的dna提取物進行擴增,從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段[26]。通過對轉基因農產品數據庫信息的及時更新,可準確了解各國新出現和新批準的轉基因農產品,便于查找其插入的外源基因片段,以便及時對檢驗方法進行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性,以及檢測方法的不完善等因素影響,生物信息學在食品領域的應用還比較有限,但隨著食品安全檢測數據庫的不斷完善,相信相關的生物信息學技術將在食品領域發揮越來越重要的作用。
生物信息學廣泛用于農業科學研究的各個領域,但是僅有信息資源是不夠的,選出符合自己需求的生物信息就需要情報部門,以及信息中介服務機構提供相關服務,通過出版物、信息共享平臺、數字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助,科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學發展還很不均衡,與國際前沿有一定差距,這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流,使得生物信息學能夠更好地為我國農業持續健康發展發揮作用。
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論文摘要:實踐教學對于培養學生的創新精神和實踐動手能力具有特殊的作用,為加強對學生綜合素質的培養和技能培養,我們對微生物實驗教學進行了一些改革,并從中獲得了一些啟發和體會。
新世紀的發展需要大批應用型人材,高職院校是培養應用型人材的重要基地之一,實驗教學又是培養應用型人材極其重要的而不可替代的形式之一。微生物學是環保高職院校一門重要的專業課,也是一門專業性實踐性很強的實驗課程,因此實驗課的教學效果將直接影響學生的技能素質,如何根據高職院校的培養目標,對實驗課教學內容和方法進行改革和充實,全面提高學生的實際操作和動手能力,顯得尤為重要,為使學生能取得較好的學習效果,幾年來,我們進行了不斷的探索,并取得了一定成效。
一、教學目的
通過本課程的學習,使學生掌握《環境微生物》的基本概念和基本原理,掌握利用微生物進行污染物處理的基本方法,了解國內外微生物學的發展動態與發展趨勢,了解微生物的代謝活動對環境的影響,增強環保意識,并讓學生了解微生物實驗操作在今后工作中的重要性。
二、實驗教學改革方法
實驗教學方法的改革應用有利于充分調動學生的積極性、主動性和創造性,有利于培養學生觀察思考,分析和解決問題的能力以及培養學生在科學實驗中嚴肅的態度、嚴密的方法和嚴謹的作風。
1.準確把握講授、示范、指導的尺度
首先要充分發揮學生的主觀能動性,以學生自己動手為主,從實驗的準備、操作過程結果分析都讓學生親自經歷,從每一個細節做起,但實驗老師一定要有高度的責任感,準確把握講授、示范、指導的尺度。每次實驗前,都給學生布置預習內容,讓學生帶著問題預習思考,要求學生做到實驗目的、實驗原理、方法步驟,心中有數,讓學生做實驗的設計者。
2.激發學生對實驗課的興趣
在實驗教學中,堅持以學生為主體,以設計為重點,我們采用師生討論的方式活躍課堂氣氛;同時老師有意識的擴展與實驗題目相關的知識,介紹本實驗技術方法的產生過程,使用范圍,意義價值及應用前景,使學生對其實驗的技術方法有較全面的了解和認識基本掌握該技術方法的學術價值和應用性。我們除設置平時需掌握的細菌形態觀察、純種分離、細胞大小的測量、染色制片技術、培養基的配制、消毒滅菌技術、生化反應等基本操作技能外,還針對不同專業讓學生自己設計感興趣的實驗方案,如食品檢驗和環境工程等專業開設酸奶的制作,泡菜的制作,蘑菇的種植,讓同學們自己動手做,嚴格按操作程序進行,這樣讓同學們親自經歷制作過程帶來的快樂,同時讓他們親自品嘗自己的勞動成果;環境管理、環境監測、環境生態等專業的學生,利用所學到的方法檢測身邊的微生物,如飲用水中的細菌總數、大腸菌群的測定;教室、寢室、食堂、餐具、手及化妝品中細菌總數的測定,要求學生重視每一個細節的操作環節,做到嚴肅認真、一絲不茍,培養學生嚴謹的學風和科學態度,也激發了學生實驗的積極性和創造性,也提高了其獨立分析問題、解決問題的能力。
3.開放微生物實驗室
我們在教學中進行了開放微生物實驗室的嘗試。因為學生在高中階段受教學條件限制和片面追求升學率的影響,同學們大多反應實驗課很少。因此,我們必須加強基本實驗技能訓練,開放實驗室不占用學生的實驗課學時,以免沖淡對學生基本技能的訓練,一般在學生的課余時間開放。在學生掌握微生物學基本實驗技能的基礎上,設立課題小組、興趣小組。同學們對自己感興趣的問題設計實驗方案,再提出申請,老師根據其方案的可行性給予指導和安排。開放實驗室后,那些愛好微生物學、具有探索精神的學生有了研究條件,學習積極性倍增。他們主動查閱大量資料,參與實驗的準備和安裝實驗儀器的過程,有些能進行獨立實驗設計、操作和測試分析,通過自己動手、廣開思路,強化了實驗技能,培養了創新意識。
4.建立教學見習和實習基地
為了讓學生有機會接觸生產實踐,我們建立了校內外的見習、實習基地,到附近的蘑菇種植基地參觀,到工廠見習,請工程師、技術人員講解生產所用菌種、發酵、工藝流程及產品的提取,到商品檢驗檢疫局、先進的污水處理廠參觀見習,把老師請進來,讓學生走出去,使學生從感性認識上升到理性認識。
三、寫好規范化的實驗報告
實驗報告的質量是檢驗實驗課教學質量的重要依據。實驗結束后,我們要求學生完成好規范化的實驗報告,并用自己的語言描述結果,做到實事求是、數據可靠、格式規范、分析得當、結論正確,對于出現不同結果時則和學生一起分析出錯的原因,看是哪個環節的問題,并提出方案,鼓勵其重做。這樣既增強了學生對實驗課的重視程度,又培養了學生觀察、思考、分析綜合和解決問題的能力。
四、改革實驗考試方法
【關鍵詞】食品科學;現狀;發展
1.食品科學簡介
1.1定義
食品科學:借用Food Science (Norman)的定義,食品科學可以定義為應用基礎科學及工程知識來研究食品的物理、化學及生化性質及食品加工原理的一門科學。
1.2所跨學科
食品科學關鍵于跨學科,包括: 化學類(有機化學、生物化學、食品化學、分析化學等)、生物學、食品科學、食品工程、微生物學、化工和食品技術、肉制品加工、乳制品加工、蛋制品加工等。
1.3食品科學分類
食品科學大致分為食品化學、食品工程、食品微生物學等幾個分支。 食品化學:從化學角度和分子水平上研究食品的化學組成、結構、理化性質、營養和安全性質以及他們在生產、加工、貯存和運銷的過程中的變化及其對食品品質和食品安全性影響的科學,是為改善食品品質、開發食品新資源、革新食品加工工藝和貯運技術、科學調整膳食結構、改進食品包裝、加強食品質量控制及提高食品原料加工和綜合利用水平奠定理論基礎的學科。
食品工程:食品工程是糧食、油料加工,食品制造和飲料制造等工程技術領域的總稱。一般會從事食品生物技術、食品化學及應用、食品加工與保藏、食品檢測與分析、食品分離與重組、糧食與油脂加工、水產品加工、畜產品加工、果蔬加工、食品機械與包裝、功能性食品的理論研究和技術開發的高級工程技術人才。
食品微生物學:是微生物學的分支學科。它是自工業微生物學、微生物生態學和衛生學中轉化出來的,主要研究微生物與食品制造、保藏等方面內容的一門科學。
2.今天的食品
社會發展到今天,人類對食品有了更全面更深層的認識。人們開始從健康、衛生、營養、科學的角度注重飲食生活。因飲食不當等種種原因造成的心臟病、糖尿病等各種慢性疾病已逐漸減少。
2.1發酵食品
是人類巧妙的利用有益微生物加工制造的一類食品,具有獨特的風味,它豐富了我們的飲食生活。如酸奶、干酪、酒釀、泡菜、醬油、食醋、豆豉、腐乳、黃酒、啤酒、葡萄酒,甚至還包括臭豆腐,這些都是頗具魅力而長期為人們喜愛的食品。發酵食品經發酵后使一些不能被人體利用的物質(如乳糖、棉子糖等)轉變成能被人體吸收利用的物質,并使一些食物中有害的氰基化合物經發酵轉變成安全無毒的物質,改善了風味和結構;對于酸奶發酵生成乙醛、雙乙酰、3-羥基丁酮等,使其產生愉快的口感,具有柔軟結構,而且發酵食品有一個最大的優點,就是抑制微生物的生長,增加保質期。發酵能提供種類繁多的組分、風味和結構的食品。
2.2方便食品
多指工業化大規模加工制成的,可直接食用或稍加烹調即可食用的食品。隨著人們生活節奏的加快和旅游業的興起,省時省力的方便食品已是食品市場的“寵兒”,并逐漸成為市民們生活中不可缺少的一部分。像現在最普遍最常見的方便面、各種飲料、以及方便米粉、芝麻粥、果蔬罐頭、肉類罐頭、速凍水餃、速凍面條等,種類繁多、風味各異,趨于大眾化,是利于人們生活性很強的食品,它將成為食品中消費量最多的食品。
2.3冷藏食品
是抑制化學反應和酶反應,阻止微生物生長的手段,使其保持原有的色、香、味。冷藏食品是消費者喜歡并青睞的食品。人們把新買來的食品放入冰柜中冷藏,幾天后還可以保持其新鮮度。在一些超市可以看到有些食品通過包裝改變氣體并與低溫相結合,使食品有更好的保藏效果。食品的冷藏技術在我國已得到了高效快速的發展。
2.4水產食品
現在食品開發方向已由陸地發展到海洋、江河中。海洋中蘊藏著大量的魚類、海帶、浮游生物、海藻等海生動、植物,是取之不盡用之不竭的天然寶庫,這些食品資源將被大量利用,為人類生存和生活服務。
2.5輻照食品
是利用電離輻射(主要指60lor射線加速器產生的電子束或X射線)與物質的相互作用所產生的物理、化學和生物效應,對物質或食品進行加工處理的新型保藏技術。食品輻照是經過幾十年的研究已被證明是一種有效提高食品安全性和延長食品貨架期的食品加工方法,和其它食品加工方法相比,輻照處理具有操作方便、無二次污染、安全可靠以及經濟適用等優點。該食品主要應用領域是香辛料和脫水蔬菜輻照殺菌,谷物豆類輻照殺蟲,作為一種處理方法,有著很好的應用前景。
2.6低熱卡值食品
主要是由高甜度甜味劑、低熱脂等代替原來食品中所用的糖、油脂所生產的食品,這類食品熱含量少,pH 穩定,從而抑制了肥胖癥、糖尿病、高血脂癥等一些疾病的產生。
2.7熱處理食品
進入新世紀,遠紅外、微波熱處理的開發被廣泛用于食品的調和、融凍、干燥、加熱、焙烤、殺菌等方面,表現出了良好的效果。
2.8人造食品
通過非農業途徑生產的單細胞蛋白質,,俗稱“人造肉”,是一種微生物食品。目前美國生產的人造雞蛋、人造魚子、人造火腿、人造蝦已暢銷美國各個地方成為家常菜肴。日本生產的“人造海蟄皮”香脆可口,已暢銷國內外。人造食品的前景廣闊它將在社會經濟發展中發揮重要作用。
2.9綠色食品
是全球人類呼吁并重視的食品。指經專門機構認定,許可使用綠色食品標志的無污染的安全優質、營養食品。它將是人類食品中最重要的食品。
2.10生態食品
指在沒有污染的自然生態條件下生產的原料加工成的食品。如野蘑菇、野木耳、野山參、野水果、山野菜等,它們只依靠大自然所給予的條件生長起來。
2.11有機食品
指由不使用化肥和農藥或少量施用化肥和農藥生產的原料加工的食品。這類食品是人類注重生態環境的產物,其價格比一般食品高50%-200%,其中水果和蔬菜類有機食品占有機食品市場的62%。
3.未來的食品
隨著人類科學技術的發展和生活水平的提高,未來的食品將會發生一系列意想不到的變化。并且還會有許多食品不斷的走上人們的餐桌。
3.1昆蟲食品
現代藥理研究證明,昆蟲具有抗凝血,溶解血栓,增加血流量,改善微循環等作用。同時科學家已證明2000多種昆蟲含蛋白質高達60%,并含有人體所需的多種微量元素且纖維少易為人體所吸收,昆蟲食品將是人類重要的蛋白質來源。從現在的螞蟻食品、蠶蛹食品、蚯蚓食品、蜜蜂食品、天蛾食品等功能來看,它已成為一座微型的營養寶庫,具有抗風濕、抗癌、護肝、平喘、解痙、補腎、健脾、活血化瘀、祛風散寒等多種藥理功效,在西方國家昆蟲食品已成為貴賓席上的美味佳肴,中國在不久的將來也將會涌現出一些品種各異的昆蟲食品。
3.2變態食品
是指在形態上與常用食物發生了很大變化的食品。如由原來的固態食品,現在加工成液態食品,或者把食品制成日常用品等模樣的形式。日本生產的粉沫酒,加入適量水即可飲用。其色澤、風味與液態酒一樣。美國最新研制的一種“空氣食品”它是含有人體必需營養的一種懸浮顆粒。將其按一定比例調配好,裝入一種特制的容器中,食用時將嘴對準容器的噴口,用手輕輕一按開關,馬上就會有一股“風”噴入人的口中,人吸食后饑餓感立即消失,同時產生一種進食美味佳肴的愉悅感受。目前,我國這種食品還很少,但變態食品必將是我國未來食品的一種更有創意、更新型的一種食品。
關鍵詞:醫學檢驗;進展;臨床
【中圖分類號】R145 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-7526(2012)04-0125-01
1 醫學檢驗的進展
1.1 分子生物學技術的應用:分子生物學的進展給檢驗醫學帶來了巨大的變化,使得檢驗醫學也從細胞水平進入了分子水平。將分子生物學技術應用到臨床檢驗診斷學,對疾病診斷深入到基因水平,稱為基因診斷。基因診斷技術主要包括核酸分子雜交技術、聚合酶鏈式反應(PCR)技術、基因多態性分析技術、單鏈構象多態性(SSCP)分析技術、熒光原位雜交染色體分析(FISH)技術、波譜核型分析(SKY) 技術以及蛋白質組技術等。
1.2 生物芯片技術:基因芯片的概念現已泛化到生物芯片(biochip)、微陣列(micr oar ray)、DNA 芯片(DNA chip),甚至蛋白芯片。基因芯片集成了探針固相原位合成技術、照相平板印刷技術、高分子合成技術、精密控制技術和激光共聚焦顯微技術,使得合成、固定高密度的數以萬計的探針分子以及對雜交信號進行實時、靈敏、準確的檢測分析變得切實可行。
1.3 流式細胞儀的應用:流式細胞儀(FCM) 有別于普通細胞計數儀的方面在于它不僅能夠進行細胞計數和簡單的三分群或五分群,而且能夠對細胞亞型進行檢測。臨床上,FCM 主要應用于免疫學和血液病學方面。它克服了傳統免疫技術難以準確定量的不足,可應用于外周血T 淋巴細胞亞群的測定,對器官移植后的排斥反應進行監測;用于肺泡灌洗液中T 淋巴細胞亞群的測定, 能夠快速、準確的測定細胞表面抗原的表達,為多種肺部疾病的診斷和發病機制提供重要信息。FCM 還可同時檢測T 細胞總數、Th 細胞和Ts 細胞,結果準確、報告迅速,國外已用來進行HIV 的常規檢測。FCM 在血液病方面主要是對白血病進行分型,可以克服傳統免疫熒光鏡檢法中人為因素的干擾和細胞計數少等造成的誤差,使之更為快速和精確。FCM 還可進行淋巴瘤的免疫分型、白血病微小殘留病變和化療效果監測、骨髓移植和干細胞移植的監測等。用FCM 檢測活化血小板表面受體是近來血栓研究的一項重要技術。
1.4 發光免疫分析技術:臨床上,發光免疫分析技術主要應用于甲狀腺疾病相關免疫檢測、生殖內分泌激素檢測、心肌蛋白的檢測和貧血指標的檢測等。該技術以其靈敏度高(可達10- 18mo l/ L)、檢測速度快、操作簡便、所使用試劑對人體無危害的優點,成為非放射性免疫分析技術中最具有發展前景的方法之一。
1.5 現場即時檢驗(point o f care testing, POCT):隨著急救醫學的發展,在急診科對危重患者的救治中快速檢驗很有必要。這種需求刺激了相關科學和技術的進步,給予了現場快速檢驗的新生。
1.6 細菌耐藥檢測:由于抗生素的普遍使用,臨床病原菌對抗生素的耐藥情況越來越嚴重,并出現了ESBL、MRSA 等廣譜耐藥菌。因此,盡早選擇敏感的抗生素對控制感染和節約醫療成本至關重要。臨床微生物室不僅需要分離鑒定感染標本中的病原菌,而且應該進行藥物敏感實驗,為臨床醫生選擇抗生素提供依據。
1.7 自動散射比濁分析的應用:散射比濁分析儀主要檢測的是血漿、體液中的特定蛋白系列,包括免疫球蛋白系列、補體系統、急性時相反應蛋白系列、炎性反應蛋白系列、載脂蛋白系列、尿微量蛋白系列和小分子藥物等。這些蛋白成分的檢測,可為臨床提供有效的病理生理指標,作為臨床診斷、判斷治療效果和分析預后的依據。
2 醫學檢驗的臨床應用
臨床生物化學檢驗和試驗數據主要用于以下幾個方面: ①揭示疾病的基本原因和機制,如動脈粥樣硬化,糖尿病及代謝性疾病等;②根據發病機制,建立合理治療,如針對苯丙酮尿癥患者給予低苯丙氨酸飲食;診斷特異性疾病,如利用肌紅蛋白、肌鈣蛋白診斷心肌梗死; ③為某些疾病的早期診斷提供篩選試驗,如測定血中甲狀腺素和促甲狀腺素用以診斷新生兒先天性甲狀腺機能減退癥;④監測疾病的病情好轉、惡化、緩解或復發等,如利用肝功能試驗對肝臟疾患進行診斷和治療監測;⑤治療藥物監測。即根據血液以及其他體液中的藥物濃度,調整劑量,保證藥物治療的有效性和安全性;⑥輔助評價治療效果,如測定血中癌胚抗原含量監測結腸癌的治療效果;⑦遺傳病產前診斷,降低出生缺陷病的發病率。
臨床微生物學是檢驗醫學的亞專業之一,其綜合了臨床醫學、病原生物學和免疫學、臨床抗生素學和醫學流行病學等幾方面的知識和技能,對感染性疾病進行快速、準確的診斷,密切結合臨床提出及時有效的治療方案,防止微生物產生耐藥性和醫院內感染的發生。
綜上所述,醫學檢驗在臨床醫學中有著不可替代的作用。①醫學檢驗的目的就是研究人體血液、體液、分泌物和排泄物中的致病因子,通過檢測這些致病因子的量和活性的變化而推斷疾病的發生發展來輔助臨床醫師準確判斷疾病。②醫學檢驗的結果是支持診斷、鑒別診斷,甚至是確診的主要依據,臨床醫生診斷治療疾病和判斷預后的途徑就是熟知檢驗知識。
3 總結
檢驗醫學的發展,不僅是循證醫學的必然要求,使醫療行為更為科學和經濟,也將可能為前瞻性的預防措施的實施提供依據。隨著新的儀器及方法的擴展,檢驗醫學在臨床生化、微生物學、血液學及免疫學等多個分支出現了一些新的檢驗項目與技術,使針對患者的臨床治療更為合理和快速。
醫學檢驗在臨床醫學中有著不可替代的作用。①醫學檢驗的目的就是研究人體血液、體液、分泌物和排泄物中的致病因子,通過檢測這些致病因子的量和活性的變化而推斷疾病的發生發展來輔助臨床醫師準確判斷疾病。②醫學檢驗的結果是支持診斷、鑒別診斷,甚至是確診的主要依據,臨床醫生診斷治療疾病和判斷預后的途徑就是熟知檢驗知識。
4 參考文獻
在電影《生化危機》中,小小的“T病毒”從發生到傳播再到毀滅世界,讓觀眾驚呼這是“一個病毒引發的血案”。失控的生物真的可以毀滅世界嗎?電影中的T病毒是一種變異的新型RNA病毒,只要一個生物被T病毒所感染,其本身的新陳代謝速度就會迅速加快,一旦生物體的新陳代謝以不正常的方式迅速增進,那么就會陸續出現電影中的癥狀直至變成喪尸。這樣的藝術創作讓電影充滿了科幻色彩,而現實生活中一種病毒往往只能感染單一或少數生物,當病毒摧毀一定量的生物時,也會因為減少宿主的數量而降低傳播速度,最終融入生物圈的平衡中,況且人類面對病毒的能動性是極大的,諸如天花、SARS、H1N1等曾瘋狂地在世界各地肆虐的病毒,而今都已銷聲匿跡,人類甚至已經研制出了預防這些病毒的疫苗。我曾經一度覺得這一系列的電影是駭人的恐怖片,而現在我不再擔心哪一天身邊的生物會變成喪尸,因為,真實的世界中沒有坐享利益的Umbrella公司,只有科學的大傘為我們擋風遮雨。一年之前,我選擇了生物技術專業,而今,我在夏意正濃的綠城感受生命的魅力。
生物技術專業在我國起步較晚,算得上是新興專業。比爾·蓋茨曾說:“下一個首富可能是生物技術的投資者。”由此可以看出生物技術是一個金磚專業。同時生物技術也是一個“燒錢”專業,因為生物技術的科研經費是一筆巨大的支出,而且研究生物還得要有一些運氣,要知道,一個偶然的發現就可以決定你的一生。前不久微生物學的第一節課,老師給我們的作業是查找青霉素的由來。1928年,弗萊明在檢查培養皿時發現在培養皿中的葡萄球菌由于被污染而長了一大團霉,有意思的是霉團周圍的葡萄球菌都被殺死了,只有在離霉團較遠的地方才有葡萄球菌生長。經過一系列試驗和研究,弗萊明認為這種霉菌的分泌物可能成為一種可以全身應用的抗菌藥物,于是青霉素被發現了。“讓你們查資料了解青霉素的由來不是重點,主要是想讓你們知道生物的實驗是充滿偶然性的,一個不起眼的東西就可能改變世界。”微生物學老師如是說。
博大精深的“副科專業”
高中階段,大多數省份的理綜卷中,生物占的戲份較少。這就使得很多同學對生物的關注度不夠,甚至把它拋棄成“副科”。到了大學,我才發現,生物技術竟然也可以如此博大精深。我們不僅僅要掌握普通生物學、遺傳學、微生物學等生物專業必備知識,還要懂得分子生物學、細胞生物學、基因工程等生物技術知識,它對于數理化的基本理論要求也不低,尤其是化學專業課的學習更是占據了學習的大部分時間,大一的有機化學就讓眾多同學頭痛不已,名副其實的“四大名補(補考)”之一。曾經有高中同學問我大學一年學了些什么,我打趣說:“數理化生都要學。”同學笑言:“你是在復讀嗎?”平常看到其他專業的朋友空蕩蕩的課表,再想想自己一周的課程中不是在教室上課就是在實驗室泡著,有過埋怨,但是想要學好生物技術就必須耐得住寂寞。
從種群到個體,從宏觀到微觀,從一個細胞窺探整個生命。課堂上,我知道了生物體的結構組成,系統的進化,單個細胞的分子物質以及這其中涵蓋的各種化學成分和它們的作用原理……高中時代,也許你只知道細胞的呼吸作用分為有氧和無氧呼吸,光合作用分為光反應和暗反應;只會用兩個“光呼”簡圖和那幾個背得滾瓜爛熟的方程式去計算某種植物夜間放出的二氧化碳、白天積累的葡萄糖;偶爾一個凈光合或呼吸作用的變量都能把你搞得暈頭轉向。可到了大學課堂,細胞呼吸分為糖酵解、檸檬酸循環、電子傳遞鏈和氧化磷酸化,光合作用分為光合原初反應、電子傳遞和光合磷酸化、二氧化碳的固定和還原,每一步的具體情況和概念圖同樣得銘記于心。就拿呼吸作用第一步葡萄糖分解為丙酮酸來說,大學階段稱之為糖酵解,其中包括9個反應,前4個是將己糖轉變為2個丙酮酸,消耗2分子ATP,后5個反應是由2分子丙糖形成2分子丙酮酸……當每個學期期考的時候啃下一本生物技術專業的大部頭,除了掌握扎實的專業素養,心中的自豪感更是無以名狀!
在生物技術的世界里,“實踐是檢驗真理的唯一標準”這句話是王道。專業課老師一再強調,實驗是生物學的靈魂。當我第一次在實驗課上穿上白大褂時,為科學求真的使命感便油然而生。從最簡單的觀察洋蔥表皮切片到如今我申請的省級創新實驗課題,生物實驗的世界里總能帶給我無限的驚喜。有過在第一次解剖動物時不能直視手術刀的驚恐;有過因染色不成功而一再地制作切片觀察的沮喪;還有過為得到一條清晰的條帶而重復地在無菌操作臺和離心機間走動,直到提取到高純度RNA的喜悅……生化實驗課上,用血清蛋白做醋酸纖維薄膜電泳實驗,因為誤把過期的血清用于離心,使得在薄膜上的樣品不純,導致電泳后染色結果與預期大相徑庭,全班同學看著自己辛辛苦苦做了一下午的實驗打了水漂,雖然心情糟糕,可是卻沒有一個人偽造實驗結果,大家都原封不動地將實驗薄膜貼在報告紙上,寫下失敗原因,再重新開始。在實驗室里,我見過師兄師姐倒掉了上千個平板才篩到一個滿意的菌種,那份成功的喜悅唯有他們知道;我也看到很多人放棄午休只為多看幾篇外國文獻,為實驗思路做指導。實驗室的生活在常人看來再枯燥無味不過了,可科學殿堂的大門也只為這些在實驗室努力追夢的人敞開。
運用廣泛的潛力股
生物技術可以運用到生物制藥、酶工程、基因工程、細胞工程、胚胎工程等領域,在工業、農業、醫療等行業也進展得突飛猛進。大家熟悉的克隆羊多利,就是將要克隆的羊的體細胞核移植到受體母羊的去核卵細胞中,接著進行細胞體外培養,然后再將胚胎移植到同期的母羊子宮中,由此孕育出世界上第一只克隆羊。這些都是細胞移植、細胞培養、胚胎移植等生物技術的結合。以前價格昂貴的胰島素、青霉素等藥物,如今,運用生物技術量產,它們都已走入尋常百姓家。