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文章指出研究生分子生物學實驗中存在的問題,提出從注重各個實驗內容之間的銜接與關聯、根據學生實驗技能設置相關實驗內容、充分利用網絡教學資源等幾個方面的教學改革措施,以期增強學生的學習信心和興趣,提高學習效率。
關鍵詞:
研究生;分子生物學;實驗技能;教學改革
分子生物學是研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構與功能,并從分子水平上闡述蛋白質與核酸、蛋白質與蛋白質之間相互作用的關系及其基因表達調控機制的一門學科[1]。該學科前沿性強、發展迅速、對生命科學領域各分支學科具有廣泛和深入影響,是學習和學好專業課程的必要前提。針對生命科學專業學生而言,分子生物學是一門重要的(專業)基礎課程,是普通生物學、生物化學、有機化學等課程的后續課程,同時為基因工程、微生物工程、細胞工程等課程的后續實踐環節奠定了理論基礎[2]。分子生物學作為新疆農業大學農學院農學、生物技術、種子科學與工程等本科專業普遍開設的重要專業基礎課程,在學生由基礎課轉向專業課的學習中占有重要的地位。同時對分子生物學基本原理和基本實驗技術的掌握是本校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科研究生站在新的高度和視野揭示生命奧妙的共同需求。雖然本校生命科學類和食品科學與工程等學科研究生都在上這門課程,但是由于研究生是來自于全國各地的各個大學,每個大學對相關專業所設置的專業課程也不一樣,加上一些轉專業的學生,所以加大了我們開設分子生物學實驗課的難度。
一、研究生開展分子生物學實驗存在的問題
(一)資金投入有限和實驗耗資較大相互矛盾由于分子生物學是20世紀中期才興起的一門新興學科,研究對象主要是圍繞著核酸和蛋白質這兩大分子,因此實驗室開展相關的實驗對儀器和實驗條件都要求很高,相應實驗的試劑和耗材也比較貴,尤其是實驗耗材不能重復利用,這大大增加了實驗成本[3]。研究生分子生物學實驗課要體現出與本科教學的區別和高層次的特點,但經費的限制確實使實驗可選擇的余地不多,而且分子生物學技術每年都在持續發展,新的技術和研究手段層出不窮,使研究水平不斷向廣度和深度發展,但耗材和試劑也在成倍上漲,要使實驗項目與學科發展相適應,就要不斷增加的實驗經費預算,這筆增加的預算如何合理的解決,是影響分子生物學實驗教學改革的矛盾之一[4]。
(二)實驗內容設置和專業及學科特點相矛盾分子生物學是橫跨我校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科研究生的一門專業課程。因此開設分子生物學實驗課程,必須與這些相關學科緊密滲透,只有因材施教地開展實驗教學,才能更好地理論聯系實際。雖然分子生物學設計的實驗內容很多,但是目前以我校的實驗條件和經費條件,對分子生物學實驗操作環節,主要是圍繞以現代生物技術的核心“基因工程技術”為主要內容開展實驗課對理論知識驗證,主要以大腸桿菌為研究對象進行、基因的克隆和轉化,載體構建,基因的表達和檢測實驗,中間貫穿講解以中心法則為理論主線的各個理論知識點[5]。這些基本實驗內容是我校生物學、作物學、草學、林學、動醫和動科等學科本科生生物技術引論與實踐課程的教學內容,對研究生的實驗教學而言,顯然開展所有的實驗內容無論是時間還是實驗經費上都是不可能完成的。新疆農業大學的研究生主流群體是我校本科生,由于他們本科階段已經做過相關實驗了,所以再開展相關的實驗內容,恐難激發他們的興趣。而對于校外考入農大的研究生來說,他們可能對分子生物學這些基本的實驗內容是完全陌生的,因此需要針對不同學科背景的研究生設置不同的實驗內容[6]。
二、分子生物學實驗教學的改革
為了克服上述實驗教學環節中存在的問題,我們應加深對分子生物學實驗改革措施的探索,努力營造有利于學生創新能力的培養的實驗環境,作者認為應該從以下幾方面進行著手,以此加快創新人才培養的步伐。
(一)注重各個實驗內容之間的銜接與關聯由于研究生實驗學時的限制,要開展一個完整的分子生物學實驗具有一定的難度,結合實際情況,我們建立分子生物學實驗體系時,盡量做到充分利用教學學時,集中在一起利用,開展一個具有關聯度和銜接性的實驗,而不是一個個獨立的實驗內容,這樣有利于學生系統科學思維的培養。比如我們制定的兩個實驗方案,一個是基因表達,模擬植物干旱脅迫下基因的表達情況,這中間涉及到植物總RNA的提取,反轉錄,RT-PCR,內參基因的調平,目的基因的表達,這部分實驗內容對應我們理論教學中真核生物基因表達的理論知識,這樣通過實際應用加深對理論知識的理解,同時又能做到學習致用,讓學生覺得所學的分子生物學知識是有用的,而不是一些晦澀難懂的語言;另一個是圍繞基因亞克隆,涉及的實驗內容包括、植物DNA的提取、以DNA為模板進行PCR擴增目的基因、回收目的片段、連接T載體、轉化感受態細胞、提取質粒酶切鑒定。這兩個實驗每個內容之間都是彼此承接和關聯的,這就要求學生在做實驗時每個實驗都要認真完成,否則會影響下一個實驗的進行,這樣有助于培養學生做事的認真性和耐心,培養日后科研的系統性和邏輯性。
(二)根據學生實驗技能設置相關實驗內容把握專業特點,根據我校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科專業特點,在開展實驗時,我們既注重分子生物學常規實驗內容的選取,又要結合農大研究生的學科背景和自身教育背景選擇更能體現和反應專業特點的實驗內容。學生根據自己實驗技能,在兩個實驗中進行選擇,例如,我校本科生考入研究生們考慮選擇開展實驗主要是圍繞基因表達進行,這樣避免了和本科階段的基因克隆實驗重復,而校外學生考入農大研究生同時又沒有一點專業相關知識的學生,選擇進行基因克隆為主線的相關實驗。學生對這些分子生物學實驗最常用實驗技術的掌握,使其具備未來科研工作需求所必須具備的基本素養。
(三)充分利用網絡教學資源受制于實驗儀器和相關試劑耗材等實驗條件和上課人數多因素的影響,因此無法滿足每個學生都能操作實驗的要求,這樣就達不到預期的實驗效果。為此,我們建立了分子生物學網絡課程中心,這其中包含教學課件,每個實驗的教學視頻,這樣即使上課期間沒能操作實驗觀看進行學習,形象直觀地掌握該實驗的操作過程,避免浪費時間,達到在有限的時間內完成實驗任務的要求,增強他們科研的成就感,更有效地開展科研工作。
三、結束語
分子生物學實驗課是我校生命科學領域一門十分重要的實驗課程,如何在學時減少和學生基礎參差不齊的情況下,完成教學任務,對我們老師來說是一個考驗,希望我們提出的實驗教學改革對我校生命科學相關專業分子生物學的實驗教學產生積極而深遠的影響。
參考文獻
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關鍵詞: 分子生物學 綜合性實驗 設計思路 教學內容 教學條件
分子生物學是生物技術及生物科學專業的一門必修課,它是在分子水平上研究生命活動及其規律的科學,主要研究的內容是核酸、蛋白質等生物大分子的結構、功能及其相互作用[1]。隨著科技的突飛猛進的發展,遺傳學、生理學、免疫學等基礎領域的研究工作也已深入到分子水平,分子生物學成為各學科的領先學科,而且已逐漸滲透到農業、工業、醫學等科學的各個領域之中[2],[3]。在我國分子生物學已成為國家‘863’高新技術和‘十一五’、‘十二五’計劃的一項重要內容,越來越得到廣泛的發展和應用[4]。
分子生物學實驗是進行各個學科研究、實踐的基礎,實驗課的教學直接影響學生對分子生物學課程的理解程度;它不僅是學生掌握基本知識、基本理論和發展基本技能的重要手段,而且對培養學生的科技創新能力,探索科學的研究方法和喚起學生的求知欲望都有著重要的意義。但是由于本課程實驗相對較抽象,難理解,對學生而言,如果不能充分激發其興趣,就會導致厭學情緒。因此,分子生物學實驗課的重要作用在高校生物技術及生物科學專業中日益凸顯。近年來,衡水學院根據培養創新型、應用型人才的目標,結合學生特點,對分子生物學綜合性實驗教學進行了初步探索。
1.綜合實驗設計思路
1.1注重經典,結合先進。
分子生物學實驗內容的設置既要保留基本的操作訓練,又要不斷更新,使學生盡可能多地接觸新的前沿技術。基本的實驗技術主要包括質粒DNA的提取、分光光度計檢測、瓊脂糖凝膠電泳技術、聚合酶鏈式反應、感受態細胞的制備及轉化等,均需要學生在實驗過程中熟練掌握原理和基本操作。同時對一些先進的儀器,要盡可能地使學生掌握基本的實驗操作,為以后進一步開展科學研究奠定基礎。對于一些新的實驗技術,不能正常在實驗課中開展的內容,可播放錄像和示范,也可制成精美的多媒體課件,利用相關教學資源制成Flash[5],使學生們在有限的學習條件下學到更多的知識。
1.2強調教學,結合科研。
實驗教學的目標,不僅是知識的傳承和實驗技能的訓練,更要在實驗教學中培養學生的科研素質、科研技能和創新能力[6]。強調教學的同時,將教師的科研內容引入到學生的實驗中來,不僅可增強學生的學習興趣,也可以使學生了解到最新的科研動態和科研成果,為學生今后考研及發展提供有價值的參考。同時,將教師的科研成果進入教學,引導學生參與到教師的科研中去,以教學帶科研,以科研促教學,讓學生得到最大的實驗收獲。
1.3強調系統,側重綜合。
在強調分子生物學實驗的綜合性的同時,也要保持它的系統性,只有系統地完成一系列連續的實驗,才能充分展示其綜合性。所以實驗內容要豐富,加強涵蓋分子生物學基礎技術的訓練,每個系列實驗由若干個小實驗組成,各個實驗之間緊密相連,注重強調實驗的整體性和連貫性,這樣有助于激發學生的實驗學習興趣,發展學生的觀察分析能力及實驗設計能力,從而全面提高學生的綜合素質。
2.實驗教學內容
實驗課中實驗內容的選擇是體現綜合性實驗教學的重要方面,在優化實驗教學內容的過程中,將教師科研中較成熟的內容開發為可供學生操作的實驗,實驗材料和內容均來源于實驗教師的科研課題,例如植物DNA的提取,DNA的檢測及純化,基因的克隆、連接及轉化,克隆的篩選等一系列的連貫性實驗。從提取的方法、引物的設計到篩選,均讓學生查閱教師提供的文獻資料來設計,從而鍛煉學生的實驗設計能力,使學生對基因克隆的整個過程有清晰的認識,同時強調這些實驗的連貫性和整體性,使學生充分認識到每個實驗的重要性。
3.實驗條件
分子生物學綜合性實驗涉及的實驗內容多、實驗方法和手段多、實驗中使用的儀器設備多、實驗材料和試劑較多,因此我們在進行實驗方法選取時,應盡量使用經典的方法,避免使用昂貴的試劑盒操作,這樣既可以使學生充分了解實驗中藥品的配置及作用,同時可節約藥品的開銷。此外,我們要合理利用實驗室,充分利用實驗學時,多個實驗穿行,把相近的實驗內容安排在一個單位時間內完成。通過這樣的合理安排,在較少的課時計劃下,盡可能多地安排實驗,學生能夠得到扎實的實驗技能培訓,從而充分鍛煉學生的動手能力。
4.結語
近年來,隨著分子生物學的發展,實驗手段的不斷增多,以及在人類社會中所發揮作用的日益凸顯,使高校在講授分子生物學理論的同時,需要對學生實驗技能和科學的思維方法進行綜合性的培養。高校綜合性實驗教學的開展及進一步實施正是這一理念的體現。我院分子生物學綜合性實驗教學的開展必將在一定程度上提高學生的實驗動手能力、實驗分析能力、數據處理能力和創新能力。
參考文獻:
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【關鍵詞】生物化學與分子生物學;實驗室;安全隱患;安全管理
21世紀,生命科學迅速發展,生物化學與分子生物學作為聯系基礎醫學與臨床醫學的重要學科,是醫學院校學生的必修課,而實驗課則是生物化學與分子生物學教學中的一個重要環節。隨著一些高校教育模式的轉變,對學生動手和科研能力的要求越來越高,在生物化學與分子生物學實驗中涉及到的儀器設備日益增加,易燃、易爆、有毒試劑藥品的使用越來越多,實驗過程可能伴隨高速離心、高溫、高壓等特點,實驗廢棄物的處理不當,使得實驗室安全問題日益凸顯。因此,加強生物化學與分子生物學實驗室建設和安全管理對實驗教學和科研活動的開展有著重要的意義[1]。
生物化學與分子生物學實驗室的安全管理是一項長期復雜的工程,需要在發展中不斷的進行改進和完善,我們針對本實驗室生物化學與分子生物學實驗的準備和教學中可能存在的安全問題進行總結并提出防范措施,以確保實驗教學順利進行。
1 實驗室不安全因素分析
近年來我校的招生規模逐漸擴大,生化與分子生物學實驗教學工作量急劇增加,實驗儀器設備、試劑藥品的使用量越來越多,實驗室的安全面臨以下幾方面問題。
1.1 儀器設備因素
基礎生化實驗中常用儀器設備包括高速離心機、恒溫水浴鍋、高壓滅菌鍋等,這些儀器在使用時未按操作規程如使用時離心機沒有配平、水浴鍋溫度異常、電路老化仍在使用等會造成儀器設備的損壞從而引發安全事故。分子生物學實驗中經常用的二氧化碳、氮氣等壓縮氣體容器在搬運使用時發生碰撞極易引起爆炸的事故。此外一些需要在紫外燈下操作的實驗若防護不當會引起人體眼部和皮膚的不適,長期接觸會誘發癌癥。
1.2 試劑藥品因素
基礎生化實驗中用到的危險試劑藥品如易燃易爆的乙醇、甲醇、三氯甲烷等,強腐蝕性的濃硝酸、濃鹽酸、苯酚等存放不當或保管不善都會使其發生變化,降低使用效果,有的甚至會引發重大事故。分子生物學實驗中經常用到丙烯酰胺、溴化乙錠、TEMED、DEPC等試劑會對實驗人員的身體健康有很大危害。
1.3 實驗廢棄物因素
在基礎生化實驗中會產生一些有毒、強腐蝕、有刺激性的化學廢液或氣體,分子生物學實驗后廢棄的菌液、移液槍頭、離心管、使用過的組織樣品等,這些廢棄物如果未經處理S意丟棄,會造成病毒傳播或環境污染,直接或間接的危害人體健康。
1.4 安全防范意識薄弱
部分學生安全觀念不強,不按操作規程操作儀器設備,常見的現象如將早飯帶進實驗室;隨意接觸毒性試劑藥品;在實驗課堂上吵鬧嘻戲,造成課堂混亂等,這些行為容易造成安全事故。
2 防范措施
為了避免由于各種原因引起的實驗室安全事故,及時消除安全隱患,處理解決好實驗室安全的問題,防止事故發生,需從以下幾方面著手。
2.1 健全實驗室安全管理制度
為保證實驗的順利進行,加強師生的安全意識,防止實驗事故,我們制定了相應的規章條例,并要求所有進入實驗室的師生嚴格執行,儀器設備的使用要建立嚴格的工作責任制度,儀器設備要責任到人,加大對實驗技術人員的基本操作培訓,特別是大型精密儀器應實行專人負責[2]。對違反儀器設備操作規程者,實驗技術人員有權要求其停止使用。對實驗室內的儀器設備應按精密程度分級使用,在實驗開始前檢查儀器裝置是否完整穩妥。
2.2 加強實驗室的儀器設備管理
實驗室常用儀器設備的日常維護是保證儀器設備量值穩定、可靠的常用手段。特別是對大型儀器設備要注意防塵、防潮、防霉、防曬。做好儀器設備的分類,根據各自的特點要求進行維護保養對故障儀器設備及時登記報修。同時建立各種儀器的操作規程,在學生初次使用儀器時實驗技術人員應事先講解,并隨時注意給予必要的指導,讓每位學生都能標準、規范、合理的使用儀器。例如高速離心機在使用前應配平,恒溫水浴箱和高壓滅菌鍋在使用前應檢查是否有水,并且在使用過程中應密切觀察儀器狀況不得離開崗位[3]。在實驗結束后,實驗技術員應切斷實驗室所有儀器電源同時檢查水龍頭是否關閉以防引起火災水災。
2.3 試劑藥品的安全管理
實驗室設立專門的試劑藥品室,依據試劑藥品自身的物理性質和化學性質分門別類存放,并設置編號。易燃易爆強腐蝕的試劑藥品應要專人、專門儲藏室、專柜存放,實行雙人雙鎖管理制度,同時建立易燃易爆有毒試劑藥品的領用登記制度。規范管理危險化學藥品包括藥品的合理定購、合理存放、合理使用。
2.4 加強實驗人員安全防范意識教育
有危險的實驗在操作過程中應使用防護眼鏡、口罩、手套等防護設備,如產生刺激性氣體或有毒氣體的實驗應在通風櫥內操作,可產生含生物因子的氣溶膠的實驗應在相應的生物安全柜內操作。
2.5 廢棄物的處理
絕大多數生化與分子生物學實驗中,實驗后都會不可避免地產生各種廢物、廢液、廢氣、有毒有害的包裝容器和微生物污染物,均應按屬性分別妥善處理,以免對環境及人體造成污染、損害。例如蛋白質硝酸纖維薄膜電泳后的漂洗液可經活性炭吸附后回收利用,試驗后的動物尸體應統一于焚燒爐內焚燒,分子生物學實驗后的腫瘤細胞、細菌等應經過滅活和消毒處理。
實驗室安全問題是一個涉及多方面的問題,我們應充分了解并熟悉實驗室存在的安全隱患,建立安全制度、培養安全意識,以人為本安全第一,預防為主,把安全教育納入到正常的教學工作中,按照相應的對策去做好防范工作,使生物化學與分子生物學實驗室課堂真正成為輔助教學中培養人才的重要平臺。
【參考文獻】
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【關鍵詞】分子生物學;實驗教學;高等教育;教學質量
近年來,隨著高科技向生物學各個領域的滲透,特別是免疫學、分子生物學與基因工程學及基因組學等基礎研究的不斷深化,分子生物學是一門新興的前沿學科,已成為現代生命科學中最具活力的帶頭學科之一,分子生物學研究日新月異的發展,使人類對疾病的認識、預防、診斷和治療發生了深刻的變革,醫學科學已從整體、細胞水平逐步深入到了分子水平。分子生物學實驗教學作為分子生物學整個課程中重要的必不可少的組成部分,不僅能讓學生鞏固和加深理論課知識,而且能加強對學生良好綜合素質和動手能力的培養,以及對他們后續的學習都會起著非常重要的作用。
1.培養學生的學習興趣,激發他們的學習動力
學習興趣是學習活動的重要動力。成功的教學所需的不是強制,而是激發學生的興趣,學習興趣是一種力求認識世界、渴望獲得文化科學知識的意識傾向,能推動人們去尋求知識、鉆研問題和開闊眼界,是一個人走向成才之路的一種高效能的催化劑。分子生物學因其學習涉及面廣、內容繁雜、抽象往往成為諸多學生學習的一大障礙,甚至成為一種負擔,缺乏積極學習的動力。因此我們利用實驗課以實踐動手為主要教學內容的特點,通過營造良好學習氛圍、開展互動式討論學習和體驗成功實驗等方法激發學生的學習興趣。一來可以彌補理論課學習的不足,培養學生掌握實驗基本操作技能和基礎知識;其次,可以逐步培養學生嚴謹的科學態度和創新意識,提高科學的觀察能力、分析思維能力、動手能力和解決實驗問題的能力,真正達到有效地提高實驗課學習效率的目的。例如學習胰島素、腎上腺素對血糖濃度的影響時,我們首先以糖尿病的臨床治療進行設疑,激發學生的好奇心;在完成實驗后由學生根據自已的實驗結果進行答疑;最后由老師結合臨床應用進行總結。通過這樣的教學“三步曲”,激發學生的學習興趣,把抽象、枯燥的理論教學轉變成興趣學習,提高了教學質量。
2.引導學生進入角色,培養良好的學習習慣
在教學活動中,教師發揮學習的引導作用,學生是學習的主體。但在傳統的教學模式中, 我們往往只重視教師的引導作用,而忽略了學生的主體作用,這樣的結果往往導致學生只是被動地接受知識,過度地依賴老師,而不能充分調動學生的學習積極性和學習的潛能。為了提高課堂教學效率,我們應該充分發揮學生的主體作用,調動其自主參與意識,從根本上引導學生形成良好的學習習慣,實現教與學的互動,以取得理想的教學效果。為此,我們讓學生從課前、課堂、課后參與實驗,引導進入角色,培養課前預習、課上積極參與、課后總結的良好學習習慣。實驗課前鼓勵學生參與一些實驗的準備與設計,提高對實驗內容的理解和把握,增強計劃性學習思維的培養;課堂上增加實驗教學內容,盡可能增加每個學生的動手操作機會,同時通過“問題-討論”的方法培養學生獨立思考、自主學習、積極參與的習慣;課后組織學生參與本學科的學習交流,不僅可以在實踐中對所學的理論與技術進行檢驗,同時提高實驗中分析問題和解決問題的能力,進而增加對分子生物學理論與實驗課學習的興趣。在上述提到的胰島素、腎上腺素對血糖濃度的影響教學時,我們對糖尿病的臨床治療方法進行提問,讓學生融入到教學內容,實現主動進入角色。
3.改革傳統課程,開設設計性實驗
分子生物學實驗技能對于科研工作大有裨益。因此,我們在實驗教學中,除要加強學生基本實驗技能的訓練外,還應增加設計性綜合實驗的內容,使分子生物學實驗教學在內容、方法和手段上更加符合培養新型人才和社會發展的要求。設計性實驗是一種介于基本教學實驗與實際科學研究實驗之間,對科學實驗全過程進行初步訓練的教學實驗。它要求學生在充分理解分子生物學基本原理的基礎上,綜合運用所掌握的基礎理論、實驗技能以及各種檢測手段和實驗方法,自行設計實驗方案、確定實驗方法、選用配套的儀器設備,進行實驗,記錄實驗數據,最后寫出比較完整的實驗報告乃至學術論文。設計性實驗具有綜合性、典型性和探索性的特點。此外,它還可以激發學生的創造性思維和探索性精神,是培養學生終生具有創造精神和創新意識的重要途徑。目前我們的實驗教學雖然在內容上進行了一定的改革,減少了驗證性實驗,增加了諸如DN斷的切割、連接、轉化和鑒定的系列實驗,但是學生仍然很難系統掌握實際的實驗技能,達不到提高學生整體科研能力的要求。因此在改革的同時開設設計性實驗將是我們未來實驗教學改革與發展的方向。因為設計性實驗教學的開設,不僅使實驗教學內容有了新的變化,更重要的是對開發學生智力、培養學生的創造性思維能力和實踐能力具有重要作用。
4.以開放實驗室為平臺,進行創新研究
由于科技創新是將科學研究成果轉化為現實生產力的實踐活動,因此提高學生的創新能力,必須注重實踐能力特別是主動實踐能力的培養。所以我們開放實驗室,鼓勵學生自主進行科技實踐,開辟分子生物學第二課堂,組織興趣小組。同學們報名非常踴躍,我們將興趣組分成3~5人/組。在實驗方案中選出最適合開展的方案,由教師點評,學生修改實驗設計方案后,在老師的指導下,由興趣小組來實施。同學們通過課堂的理論學習—課后查閱相關資料—課堂討論—實驗設計—綜合實踐的過程能使學生深刻理解分子生物學實驗的技術與理論,能熟練運用已經學習的多種技術,學會充分利用本實驗室已有的實驗設備和條件,自主設計實驗并實踐,培養了學生的創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。
5.結語
總之,在實驗教學中,我們應該從教與學的關系入手,充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用,通過教學改革引導學生的學習興趣,培養他們良好的學習習慣,并充分調動他們的學習主觀能動性,從而最終達到提高實驗教學效果、實現學生綜合素質和能力全面提高的目的。
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[關鍵詞]現代分子生物學 實驗教學 教學改革 方案
目前,許多高等院校都把分子生物學作為本科生和研究生的必修課或選修課,分子生物學實驗課也是高等院校生物相關專業重要的實驗課之一[1]。分子生物學實驗是提升學生生物科學素養的重要手段和途徑,能有效提高學生的動手操作能力、觀察能力、思維能力、語言表達能力以及學生之間相互交流和合作的能力。然而在現代分子生物學實驗教學過程中,筆者發現存在著一些較為突出的問題,本文就這些主要問題提出改革與創新的應對措施。
一、地方高校現代分子生物學實驗的現狀和存在的問題
分子生物學實驗課教學是生物教學的重要組成部分,是培養學生動手能力、創新能力、創新意識和科研能力的基本途徑。目前,分子生物學實驗教學的現狀令人堪憂,實驗教學中存在的問題主要體現在以下幾個方面:
(一)實驗經費和設施有限
現代分子生物學實驗中所用藥品,如Taq聚合酶、DNA連接酶和載體等,均較貴,由于經費原因許多實驗大打折扣,甚至無法開展。現代分子生物學實驗教學所需的設施也較為先進、昂貴,如PCR擴增儀、移液槍、高壓滅菌鍋、高速冷凍離心機、超低溫保存冰箱、電泳儀、超凈工作臺和凝膠成像系統等,這些設備的數量都是有限的。上課的人數較多,教師講解儀器的使用方法時有相當一部分的學生不能完全聽明白,連儀器的基本操作都不會,要求他們熟練地使用儀器時就顯得有點困難。
(二)教學方式較為僵化
分子生物學實驗教學方式較為單一,一般是老師準備實驗、講實驗原理和操作步驟,學生模仿教師的演示或照著黑板的步驟按部就班地進行操作。操作前,教師講明實驗過程,這雖然利于學生掌握實驗步驟,教師易管理,但學生思考和主動參與的過程被省略了。動手完全與動腦脫節,動手能力的培養是實驗教學的一個重要內容,但不經思考地完成實驗根本談不上能力的培養。
(三)學生自主學習能力不強
學生在實驗中被動成分大于主動成分。課前雖然預習了,但對實驗內容還不是很熟悉。上課時有的學生不認真聽教師講實驗原理、實驗步驟、注意事項,結果在實驗過程中常常出錯,卻不知道如何解決。實驗材料、實驗藥品和實驗儀器都是教師事先安排好的,實驗時間和實驗具體實施步驟也是按教師安排進行的,學生做實驗僅憑好動的天性,既沒有時間、機會去思考或詢問為什么要這樣做?有沒有其他方法或方式去嘗試?對實驗設計、方法、步驟是只知其然、不知其所以然。實驗后得到的結果若與理論結果不同,并不能獨立地思考出現該結果的原因。耐人尋味的是,一些學生對實驗結果對答如流,實驗操作卻極不熟練。有些學生組織紀律意識不強,經常遲到早退。有的學生馬馬虎虎做完實驗,不管操作是否規范、結果是否正確,甚至有的在一旁觀看別人操作自己根本就不動手,最后照抄別人的實驗結果[2]。
(四)實驗教學安排、管理不合理
現代分子生物學實驗所涉及的一系列相關實驗都需要相當長的時間,并且所做的實驗一般都具有強的連續性,如DNA的提取、檢測、PCR擴增、DNA回收、DNA與載體連接、感受態細胞的制作、轉化等實驗。由于學校安排的課時相對較少,并且比較固定。因此,許多實驗過程只是老師講解,學生并不能進行操作,這樣學生根本就不能順利地掌握實驗的全部過程,不利于學生全面掌握整個實驗過程。除此之外,上課的人數多,實驗分組每組人數多,實驗儀器少,每個學生所擁有的自由空間就很小,影響實驗的進程,同時也不利于教師指導實驗。
(五)教學要求較低、課程考核不合理
教師一般對實驗教學要求較低,對學生的基本操作要求不嚴格,但地方高校學生學習多數自主性較差,這樣不能較好的促進學習進行學習。最后的考核方式也比較單一,基本都為兩種方式:一是書面形式,考核學生對實驗結果或要證實的理論的掌握;二是操作觀察,考核學生的實驗操作技能[3]。這種單一的考核極易養成學生投機取巧、不踏踏實實做實驗的壞習慣,而實驗操作評價往往是突擊性的,為了應付期末考核,學生反復機械地訓練操作技能,很難促進學生能力的發展。
二、現代分子生物學實驗教學改革
現代分子生物學是一門建立在實驗基礎之上的學科,一切的真知灼見都來源于時實踐和實驗,為了提高實驗教學的質量,促進學生素質的培養,筆者認為應從以下幾點進行改進:
(一)加強實驗教學管理和經費投入
學校應逐步完善實驗室的建設、儀器設備和用具的配置,保證實驗教學經費的投入。建立一套公正、合理、科學的實驗教學評估體系,包括實驗人員管理與考核體系、教師實驗教學質量評價體系和學生實驗教學質量評價體系。課程上采取評比競爭,讓教師感到有一定的壓力,從而提高他們的責任心和進取心。任課教師要認真備課,做好預備實驗,實驗過程中精講多練,親自示范,示范的同時提出關鍵步驟以及注意事項,多指導學生,實驗結束后進行歸納總結,認真批改實驗報告。
(二)優化實驗教學模式
讓學生積極參與到實驗中來,由被動變為主動。鼓勵學生多參與實驗課相關活動,如與實驗相關的講座、參與教師相關科研項目、“挑戰杯”等。在科研教師的指導下,學生獨立地思考實驗過程中出現的問題,并不斷通過實驗找出問題的根源所在,最后完成科研任務[4]。體會實驗帶給學生的苦與樂,幫助學生真正理解科學的含義,讓學生從心底里改變對實驗的態度,激發學生對實驗濃厚的興趣,從而由衷地熱愛實驗。
不應只重視實驗結果,更應看重實驗過程。實驗過程中,手、腦的結合可使學生在掌握知識、方法、技能的同時也得到態度、意識、能力的培養,即獲得了綜合性、協調性的發展。教師可以鼓勵學生嘗試用不同的方法,也許他們的嘗試不一定是得到了正確結果,但更重要的是參與了探究過程,體驗了探究過程中的成功感與失敗感。
采用各種激勵措施,讓每位學生都進行實驗操作。教師在實驗中或實驗后提出一些與實驗結論相悖的現象或是與實驗過程有關的問題讓學生思考,從而使每一位學生都能體驗到一種動手實驗的快樂。同時,應獎“勤”罰“懶”,制造出一個活躍的實驗氛圍[5]。在此過程中和學生相互交流也是有必要的,可以更加了解學生的學習情況,對實驗的理解、消化程度,也可以從中了解到教師在教學過程中的不足。在教學中,教師還應該了解當前分子生物學的前緣學科知識,在實驗課程中穿插一些新知識,引導學生的學習興趣,提高學生的科研能力。
(三)充分利用現有資源
雖然學校實驗設備有限,實驗室空間有限,但可以將學生分為幾個小組,每次各個小組依次按實驗順序輪流做實驗。這樣不僅有利于教師管理和指導,也避免了實驗儀器的浪費,使其得以充分利用。同時在某種程度上也節約了不少時間。在課余時間開放實驗室,讓學生學會自己設計實驗并進行實驗,從而加深他們對儀器的使用熟練程度和提升他們的創新能力[6]。
(四)提高教學要求,培養科研意識
在實驗過程中嚴格要求學生,特別是實驗的基本操作,包括各種儀器的使用、每個步驟的要求、注意事項。該實驗所涉及的是分子水平上的操作,對藥品的接觸較多,其中也有毒的試劑,在使用時應該極其小心。除此之外對無菌操作要求也較為嚴格,這些都是不能馬虎的。久而久之在學生的意識中就建立起實事求是的科學態度,獨立自主的思想意識和追求科學真理的不懈精神和創新精神等。
在地方高校中存在相當一部分要考研究生的學生,分子生物學實驗正好可以為他們提供一個科研實踐的平臺,在學習專業課程實驗的同時,提高動手和思考問題的能力,為后續的研究生學習打下基礎[7]。所以分子生物學實驗課程可以積極鼓勵和引導學生投身于科學研究,增強學生學習的興趣,同時可以使他們更加重視這門課程,使得實驗課教學可以順利完成,獲得更好的教學效果。
(五)加強考勤管理,改善考核方法
實驗課教師要加強實驗課堂紀律,課前點名,要求每個學生獨立完成實驗內容和實驗報告,對遲到、早退、曠課、實驗不動手、抄襲實驗報告的學生給與嚴厲的批評。提高實驗課考試在課程成績中的比例,考核采取實際操作、設計實驗和平時實驗中的表現三種方式,考試時應嚴格監考,提高要求。只有這樣才能增強學生的實驗意識,親自動手實驗,提高實際操作能力和思考能力。
由于當今高等院校要培養高能力高素質的全方面發展的人才,因此,怎樣才能保證學生具有強的、好的科學素養,還需進一步的探討。
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關鍵詞 醫學生物化學 分子生物學 實驗教學 分層教學 教學改革
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.09.054
Application of Lamination Teaching in Medical Biochemistry
and Molecular Biology Experimental Teaching
LI Cuiping, ZHANG Wei, ZHAO Chunpeng
(Department of Biochemistry and Molecular Biology,
Xinxiang Medical College, Xinxiang, He'nan 453003)
Abstract Medical biochemistry and molecular biology experiments is an important subject, which has a significant enlightenment role in promoting the operative ability and developing the innovative potential and scientific research ability of the students, to connect medical theory with practice. However, traditional medical biochemistry and molecular biology experiments teaching has its limits, such as the quickly update theoretical knowledge with the obsolete experiment content and students participating in the experimental courses passively, which is not conducive to the innovation ability development and practice participation of the medical students. To solve above limitations, we put forward the concept of "lamination teaching" and divide the experimental classes into basic experiment, comprehensive experiment, designed experiment, according to the difference of each student in educational resources including biochemistry and molecular biology knowledge, ability level and personal development direction. The important role of "lamination teaching" in teaching reform of biochemistry and molecular biology experiments is also analyzed.
Key words Medical biochemistry; Molecular biology; experiment teaching; Lamination teaching; teaching reform
醫學生物化學與分子生物學是從分子水平研究生命現象本質、疾病發生機制的學科。由于生物化學、分子生物學的內容繁多、理解和記憶難度較大,對于臨床醫學的學生而言,醫學生物化學與分子生物學實驗既有利于學生理解理論知識、掌握相關技術,又可以提高動手能力、參與能力、分析及解決問題的能力、團結合作的能力,可以說實驗課的學習過程是一個理論與實際聯系的過程,更是一個對理論知識進一步升華的過程。通過實驗課的學習,可以讓學生充分認識到醫學生物化學與分子生物學對人類醫學發展的重要作用。但是,在實際教學中出現了很多不利于學生學習和發展的問題,顯示出傳統醫學生物化學與分子生物學實驗教學模式的局限性。分層教學的應用可以解決這些弊端,讓學生根據自己的知識、能力、發展傾向選擇不同層次的實驗課題,從調動學生的主動性和創造性出發,對培養高素質的創新型人才發揮重要作用。
1 傳統醫學生物化學與分子生物學實驗教學的局限性
生物化學與分子生物學知識繁多、內容抽象、概念枯燥,理解和記憶的難度很大,使得不少學生越學越記不住,越學越難理解,產生厭煩和畏難情緒。隨著時間的積累,各個學生對生物化學與分子生物學知識的掌握參差不齊,從而影響在實驗課上的表現和發揮;生物化學與分子生物學教材更新迅速,但實驗內容陳舊落后,主要為一些簡單的驗證性實驗,與臨床實踐、實際應用明顯脫節,嚴重滯后于學科發展;①實驗課教學采用教師預先優化實驗環節,講授實驗原理、介紹實驗試劑、演示重要操作步驟、強調注意事項,然后學生按照操作步驟依次做實驗、寫實驗報告的教學方法,學生僅僅被動學習,缺乏主動思考,很多學生甚至出現了抄襲實驗報告的現象,根本不知其所以然,更不懂得實驗中觀察實驗現象,發現問題、分析并解決問題的重要性;生物化學與分子生物學實驗課是一門強調學生動手操作,在動手的過程中獨立思考,發現問題、分析問題、解決問題的重視實踐的學科,但由于實驗操作中以組為單位,有些學生不親自做實驗,抄襲實驗報告,養成了眼高手低的習慣,對于臨床本科生而言,不利于今后的發展;可見,傳統實驗教學理論與實踐脫節,對其改革是學科發展、培養創新型人才的教育需求。
2 應用分層教學法,全面改革醫學生物化學與分子生物學實驗教學
分層教學又稱分組教學、能力分組,是教師根據學生的知識、能力水平和潛力傾向把學生科學地分成幾組水平相近的群體并區別對待,使得各群體在教師恰當的分層策略和相互作用中得到最好的發展和提高。根據分層教學的理念,教師可以根據各個學生對生物化學與分子生物學知識的掌握、能力水平及個人的發展方向,將實驗課分為基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗等。醫學的學習過程是一個重視實踐的過程,所以基礎實驗、綜合實驗作可為必修課程要求每個學生都參加并進行實驗考核;而設計性實驗可作為選修課程,根據學生自己的科研興趣及未來發展志向,自愿選擇。大體規劃如下:
2.1 精選基礎實驗,掌握基本實驗技能
基礎實驗的教學目標是掌握基本實驗技能,如醫學生物化學與分子生物學實驗中常見玻璃儀器的使用、清洗和干燥、電泳技術、層析技術、光譜光度技術、離心技術、物質的分離提純及含量測定。按照教學目標,可安排如下基礎實驗:血清蛋白含量的測定、血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳、氨基酸薄層層析、肝臟DNA的提取等。通過基礎實驗,學生加深了對基本理論知識的理解,掌握了分光光度計、離心機、電泳儀、水浴鍋等常見生化儀器的使用,熟悉了基礎實驗的操作過程,為開設綜合實驗、研究型實驗奠定了基礎。
2.2 開設綜合性實驗,提高動手能力和科研素質
綜合性實驗的教學目標是提高學生的動手能力,培養分析問題、解決問題等科研素質。綜合實驗側重以生物大分子的分離、提純及測定為主,涉及各種實驗技術的綜合。②為了達到上述教學目標,可篩選以下實驗:細胞核分離純化及DNA、RNA含量的定量測定、聚丙烯酰胺凝膠電泳分離血清蛋白、堿性磷酸酶的提取和測定等。通過基礎實驗課的學習,學生已掌握了基本實驗技術。在綜合性實驗的開展過程中,要突出學生的主體地位,以學為主,以教為輔。學生通過預習課本,動手實驗、發現問題、分析問題,最后解決不了的問題,教師可以組織學生討論,最后再答疑,指導實驗的完成。通過實驗,學生對實驗原理有了更深入認識、提高了發現問題、分析問題及解決問題的能力,發揮了學生的主觀能動性。如“細胞核分離純化及DNA、RNA含量的定量測定”實驗中,由于細胞質、細胞核的水解液中容易吸入少量沉淀,導致比色時吸光度偏大,實驗數據有偏差,出現該問題怎樣解決呢?首先讓學生觀察實驗現象,試管中的反應液是不是有懸浮物,不清澈呢?然后分析問題。根據分光光度計的測定原理Lamer-Beer定律A=KCL可知,在實驗條件一定的情況下,A與C成正比,那么吸光度(A)偏大是由反應液的濃度(C)增大而引起的。是什么原因引起反應液的濃度增大呢?引導學生思考,是由于吸取水解液時混入少量沉淀而造成的。那如何解決該問題呢?是不是可以采用離心技術,將懸浮物沉淀,再用上清液比色呢?通過離心前后實驗結果的比較,學生懂得了實驗中發現問題的重要性,體會了運用所學知識去分析并解決問題的成就感。當然,也有同學實驗數據還沒認真分析,就已經把反應液倒掉了,若實驗數據有問題,已來不及查找原因,在這種情況下,可以讓學生再重復進行測定部分的實驗。通過重復實驗,學生了解到保存實驗材料的必要性及其對實驗結果分析的重要性。綜合實驗的開設,提高了學生分析問題、解決問題的能力,更重要的是學生通過自己的主動學習,參與實驗的熱情提高,對實驗過程的理解更加透徹,科研素質得到了提升。
2.3 組織“研究性實驗”,突出學生創新能力的培養
研究性實驗可作為選修課,實驗題目待定或由各學業導師出相關題目,讓學生參考。學生根據自己的專業特點、興趣愛好、發展傾向選擇研究項目,由學業導師負責指導。學業導師負責做好以下相關工作:(1)幫助學生選題,引導學生查閱資料,設計實驗并跟蹤指導實驗;(2)做好實驗室開放工作,保障實驗藥品、器械的正常供應;(3)幫助學生分析實驗結果。③當然,研究性實驗也可以在學業導師自己的實驗室進行。在完成實驗的過程中,學生圍繞自己感興趣的課題經歷了查閱資料、選擇材料、確定方案、準備試劑、分析結果、撰寫研究報告等一系列過程,教師則全程跟蹤指導。研究性實驗的開設讓學生體會到科研的過程,體會到自己查找資料、學習知識的過程,體會到發現問題、解決問題的過程,體會到獨立思考在科研中的重要性,培養了嚴謹的科學態度,同時提高了學生的動手能力,激發了學生對科研的熱情,提高了學生的創新能力,更重要的是提高了學生的獨立性和自信心,這對學生日后從醫或搞科研是非常重要的。在教師的指導下,一些學生通過查閱資料后提出有價值的問題,寫出課題申請,獲得了大學生創新項目的資助,還有一些學生將自己的研究成果在學術刊物發表。④可以說研究性實驗為那些喜歡做實驗、搞科研的學生提供了一個平臺。
總之,應用分層教學法,開設基礎實驗、綜合實驗、研究性實驗,是全面改革醫學生物化學與分子生物學實驗教學的有效途徑。各學校根據情況設定實驗內容,本文只提供了一種改革思路,僅供參考。
*通信作者:李翠萍
基金項目:新鄉醫學院高學歷人才資助計劃(505026)
注釋
關鍵詞 RNA 綜合性實驗 分子生物學檢驗技術 教學
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2016.12.042
Abstract Molecular Biology Diagnostic Technique is an important professional course in laboratory Medicine. Experimental teaching, especially the teaching of comprehensive experiment is very important to the cultivation of students' comprehensive skills. This paper expound the teaching implementation of comprehensive experiment “extraction and quantification of RNA and RT-PCR” in molecular biology diagnostic technique from the experimental design ideas, organization, implementation, implementation effect, teaching experience and so on. Analyze the problems existing in the teaching, and put forward the corresponding countermeasures. Provide a reference of teaching on experiment of “extraction and quantification of RNA and RT-PCR” for some colleges.
Keywords RNA; comprehensive experiment; Molecular Biology Diagnostic Technique; teaching
1 實驗設計思路
RNA提取、定量及RT-PCR綜合性實驗主要由RNA提取、RNA定量和RT-PCR這三個部分組成。在本校的實驗設計中,目標基因采用常用 -actin基因片段。實驗首先用TRizol試劑提取小鼠肝臟總RNA,然后用紫外分光光度法和瓊脂糖凝膠電泳法檢測所提取RNA的純度和含量,最后利用引物oligo(dT)在逆轉錄酶作用下制備cDNA模板,通過小鼠 -actin基因的特異引物擴增出 -actin基因片段,并用瓊脂糖凝膠電泳法檢測擴增產物。實驗內容涉及RNA的分離與純化技術、紫外比色技術、凝膠電泳技術、RT-PCR技術等研究技術與方法,具有較好的實用性和先進性。
2 實驗組織實施
RNA提取、定量及RT-PCR綜合性實驗所涵蓋的知識面非常廣,整個實驗歷時長,對學生的細心程度和實驗技能要求較高,在實驗過程中,有些試劑(比如TRizol試劑和氯仿)有強烈的刺激性氣味且伴有毒性,而且任何一個環節的微小錯誤,都有可能導致實驗最終失敗,故實驗需要在特殊環境下(如通風櫥)進行。為了使學生在實驗中能夠學到更多的知識,并且順利地完成實驗,首先,學生應該在實驗課前通過實驗指導書和互聯網了解實驗的相關內容進行預習,熟悉實驗的原理、儀器的使用方法、試劑的作用、操作步驟和注意事項,并與其他學生討論預習過程中遇到的問題,若仍不能解決,則在老師講解實驗時邊聽邊思考,務必在做實驗之前弄懂實驗的關鍵點和每個步驟的目的,盡量避免盲目操作和錯誤操作;其次,實驗施教時,教師通過PPT展示和現場演示進行講解,同時提出問題讓學生回答,加深學生對實驗要點的理解,并解答學生在預習過程中遇到的疑惑;再次,學生了解清楚每個步驟的操作、目的和注意事項后,開始進行實驗,實驗過程中,學生嚴格按照實驗指導的說明來進行操作,在通風廚中進行加樣,且要注意戴好口罩和手套,防止酶等因素影響實驗,教師應督促和提醒學生是否有不當的操作,輔助學生完成實驗;最后,教師對實驗結果進行引導性的講解,布置學生寫實驗報告,并要求學生在實驗報告中結合實驗原理對結果進行分析討論,寫明實驗中的注意事項和實驗要點,提出一些具有探究性的問題,以此啟發學生的邏輯思維和創新思維,加深學生對實驗的了解,并在一定程度上激發學生對分子生物學檢驗技術實驗的興趣。
3 實驗實施效果
3.1 鞏固理論知識,提高運用知識能力
由于分子生物學檢驗技術這門學科的理論知識較為抽象、復雜難懂,學生在預習實驗的過程中,需要查閱書本、上網觀看實驗視頻或者在網上查找資料以便更好地理解實驗原理、操作步驟和注意事項,等等。同時,學生也對這個實驗所涉及的知識點有了更好的掌握。學生在分析實驗結果的過程中,復雜、抽象的理論知識轉化成實物(比如凝膠電泳結果、測量吸光度的結果等等),可以幫助學生對課本中的知識點有更清晰的認識,這正是每個實驗所要達到的目的。
關鍵詞:分子生物學;雙語教學;教學模式
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)19-0146-02
雙語教學是我國大學教育進軍國際化的一個重要舉措和標志,同時也是我國高等校院培養具有國際競爭能力的高端人才的戰略部署和實踐手段[1]。為了促進我國高等院校學生,特別是研究生能夠結合自身專業知識和專業外語學習及在實際科研工作中的運用能力,從而提高他們的外語水平,廣東海洋大學研究生處對有條件進行雙語教學的課程設立專項資金進行資助,以積極推進雙語教學模式。學校研究生雙語教學因開展時間較短,經驗欠缺,再加上研究生的英文底子薄弱,因此在具體工作中存在很多問題和困難,這不僅表現在雙語教學實踐中,學生聽不懂,更體現在教師很難選擇出合適的教材,備課存在一定的難度,有些教師甚至不會講。值得肯定的是,雖然雙語教學仍然是摸著石頭過河,改革推進較慢,但隨著教學經驗的日益豐富,教師出國培訓機會的增多,教師雙語教學能力會得到較大提升,可以實實在在地為研究生開展雙語教學活動,為他們在英語聽說讀寫等方面進行拓展訓練,從而培養出一批有專業思想和語言優勢的高素質創新型科研人才。
分子生物學是現代生命科學領域中最具有活力的前沿學科之一,其理論基礎知識和相關技術手段幾乎已應用到水產學科的所有領域[2]。然而,因分子生物學本身具有極強的抽象性和前瞻性,其研究的分子對象看不見,摸不著,且理論與技術進展日新月異,新的概念層出不窮,幾乎該學科的所有重大研究成果是以學術論文的形式發表在高水平的英文期刊上,因此,國內高等院校特別是涉海、涉農高校在分子生物學教學和科研方面與西方發達國家相比存在較大差距,這決定我們只有借助熟練閱讀英文文獻、英文教材,才能快速地掌握該學科的前沿知識,追蹤最新發展動態[3]。在分子生物學教學中采用中英文雙語教學,查閱分子生物學領域的外文資料及與國外專家直接交流學習,是使研究生快速邁向信息化、國際化的重要手段。《分子生物學》是學校水產養殖和海洋生物學專業碩士生培養方案的重要基礎課,從2013年開始,該課程實行雙語教學。就近年來對《分子生物學》課程進行雙語教學的體會和實踐,本文主要闡述對該課程進行雙語教學的一些思考。
一、重視研究生英語運用能力
語言不僅僅是一個交流工具,更是一個思想、文化和知識的傳播載體。目前,學校水產學科專業碩士研究生的英語水平普遍較低,特別是英語聽說能力嚴重不足,還有部分研究生的漢語基礎運用能力也較薄弱。而在現實的教學科研工作中,碩士研究生的英語聽說讀寫能力直接影響其獲取分子生物學學科最前沿知識和最新科研成果的能力,因此,在《分子生物學》雙語教學中,必須首先重視研究生的英語運用能力,建立科學的學生語言和知識評價體系。該體系需要以雙語教學中知識點的掌握和語言能力的提升作為雙重目標,重視對研究生英文運用能力的考核。具體的考核方式和考核內容應重點放在研究生運用英文進行遣詞造句、固定語法搭配及時態、科技論文慣用語等方面,力求讓他們在課外閱讀到地道而寫作規范的分子生物學領域的英文文獻,同時,教師要給出某些實驗結果,讓學生模仿范文進行科技論文寫作,以此手段提升他們的英語讀寫能力,具備迅速掌握分子生物學前沿知識的能力。
在《分子生物學》雙語教學過程中,強調研究生與授課教師的互動性[4]。教師用英語教學時,對不常見的單詞應板書,在內容講授過程中要經常提問,讓學生用英文回答;準許研究生在課堂上隨時用英文提問,教師也要用英文對問題進行解答。上課前及時了解研究生整體專業知識和英語水平的差異,及時調整教學內容,認真聽取他們對教學方法的意見和看法,從而調整教學過程中的語速、板書內容等,提升學生英語聽說運用能力,達到與國外分子生物學專家直接交流及學習國外先進實驗方法的能力。
二、師資培訓及教材選擇
加強《分子生物學》雙語教學任課教師的英語口語表達能力是該課程雙語教學成敗的關鍵因素之一。在該課程雙語教學任課教師的遴選中,應首先以分子生物學領域、有國外留學經歷及博士學位的教師為先。目前,學校擔任該課程的四名教師均在廣東外語外貿大學進行過為期6個月的英語脫產學習培訓,然后在國家留學基金的資助下赴英語國家進行過為期一年的分子生物學領域的研究訪問,他們均有較好的聽說讀寫能力,完全能滿足擔任《分子生物學》雙語教學任課教師所應有的素質和條件。但在該課程的雙語教學過程中,我們仍發現存在一些問題,主要表現為雖然教學語言是英文的,但思維方式仍是中式的,如一些專業名詞用英文解釋做得不夠到位時,聽課學生也無法真正理解,對一些最新的專業術語或最新的發展技術就連授課教師也無法進行流利的描述,所以對《分子生物學》雙語教學授課教師進行師資培訓非常必要。這種培訓主要以請國際上在分子生物學領域研究處于前沿的科學家來校報告、座談或派授課教師到該領域有建樹的國外實驗室進行研究訪問,以期讓教師能及時掌握國際前沿的分子生物學領域的知識和技術[5]。
分子生物學與多個學科有交叉,涵蓋內容寬,技術應用廣泛。目前,學校水產學科研究生《分子生物學》雙語教學選用的是由Jocelyn E. Krebs等主編的Lewin's GENES X及中國科學院研究生院教學叢書系列之《分子生物學(第3版)》(英文)作為授課教材和補充教材,但在備課和授課過程中會發現兩本教材內容過多,Lewin's GENES X在教材組織體系與我們的學習思維方式不匹配,而中國科學院研究生院教學叢書系列之《分子生物學(第3版)》(英文)對分子生物學基礎知識薄弱的水產學科研究生而言過于深奧。為了更緊密地與學校水產學科相結合,本課程授課教師計劃在現有選用教材的基礎上做調整,自編Current Molecular Biology for Aquaculture,且每年更新,以便讓研究生及時了解水產學科相關的分子生物學的發展前沿。
三、存在問題和建議
目前,我國高等院校高度重視雙語教學,但僅從語言的運用和教學效果的好壞來評判,使得雙語教學缺乏具體、規范的參考和評價標準。根據英文在課堂上的所占比例,我國高等院校的雙語教學可以分為三種類型:第一種類型是全英文授課,授課教師以少數英文水平較高的教師和相關專業的外籍教師構成。目前,學校水產學科專業研究生《分子生物學》雙語教學就屬于這種類型。第二種類型是授課時中英文比例大致相等。比如課程上所使用的教材是英文,講授時以中文為主;或使用的教材是中文,講授時以英文為主。第三種類型是課程講授主要以中文為主,英文僅用于組織教學用語及對專業名詞的翻譯和解釋。比較這三種類型,顯示最好的是采用第一種類型,但對授課教師和學生的英文能力要求也最高,普通高等院校學生無法達到這一要求,所以目前第二種類型的雙語教學模式在我國高校中占主導地位。目前,學校水產學科專業《分子生物學》雙語教學課程組師資優良,不像其他許多雙語教學授課教師是在非自愿或自身專業知識條件不成熟的情況下被“趕鴨子上架”[6]的。但從近年來的雙語教學效果來看未能達到預計,其主要原因有兩個:一是因為課程使用英文教學,導致大量的時間用于學生練習專業詞匯的聽說,而實際授課內容相應減少,即較之母語教學,同樣的內容使用雙語教學時所需的學時更長,這主要是因為師生使用外語交流不可能達到信息交流如直接傳遞的母語交流狀態,因而使教學內容在量上被打了折扣[7]。二是課堂上師生用英文交流會阻礙師生對分子生物學重要內容或前沿技術的深入討論,直接導致《分子生物學》雙語教學中的授課內容出現介紹性多、描述性多而研究性少的弊端,阻礙學生創造性思維的發展和對解決關鍵科學問題的思考。因此,本課程在被設為雙語教學課程的同時應相應增加課時,最好先對學生的英文能力進行測評,選擇20名左右語言能力不錯的研究生進行試點上課,并與整班雙語教學的教學效果進行縱向比較,從而探討本課程的最佳雙語教學模式。
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視網膜母細胞瘤( retinoblastoma,RB)是嬰幼兒最常見的一種眼內惡性腫瘤, 不僅嚴重影響患兒的視力,更危及生命。隨著生物學技術的迅猛發展,RB的生物學研究已取得一些突破,探討RB的發病機制對抑制腫瘤的生長和轉移,提高患兒的生存率,具有重要的臨床意義。現將視網膜母細胞瘤發病機制的研究進展綜述如下。
【關鍵詞】 視網膜母細胞瘤;基因突變;p53;鼠雙微粒體2;Rb蛋白
Abstract Retinoblastoma is a common pediatric eye malignant tumor, it not only seriously affects childrens eyesight, but also endangers their lives. With the rapid development of biological technology, some breakthroughs have been made in retinoblastoma biological research. It has an important clinical significance to explore the pathogenesis of retinoblastoma in order to inhibit tumor growth and metastasis and improve the survival rate of children. Now the pathogenesis of retinoblastoma research is summarized.
KEYWORDS: retinoblastoma; mutation; p53; MDM2; pRb
0 引言
視網膜母細胞瘤(retinoblastoma,RB)是發生于嬰幼兒時期最為常見的眼內惡性腫瘤[1],出現首個體征的平均年齡為生后7mo(雙側發病病例)和24mo(單側發病病例)[2],嚴重危害著患兒的視力和生命,已經受到醫學界的廣泛關注。我國每年新病例約有1000人,占全世界每年新病例的20%。其中30%~40%的病例屬于遺傳型,符合常染色體不完全顯性遺傳,外顯率約90%;60%~70%的病例屬于非遺傳型。遺傳型是由生殖細胞突變引起,變異存在于每一個體細胞中;非遺傳型,基因突變僅發生在視網膜細胞。因此,遺傳型RB通常為雙側、或單眼多發性;非遺傳型則以單側、散發型多見。
RB是人類特有的一種視網膜腫瘤,對其成因學者們提出了許多假說:1971年,Knudson[3]的二次突變假說認為RB需要經歷某個基因的兩次突變才能發生;Benedict等[4]在1983年提出類似Knudson的假說;同年Cavenee證實了兩個等位基因的失活致RB發生,該基因位于13q14位點,編碼pRb蛋白,靠近脂酶D的編碼區,命名為Rb1基因。pRb在細胞的增殖和分化中起重要作用,決定細胞是否進入S期[5]。Rb1基因啟動子包含多個轉錄因子的結合位點(RBF1, Sp1, ATF和E2F)[6],遺傳型Rb在這些位點上發生突變,造成轉錄調節因子無法結合,降低了轉錄活性[7],導致細胞內pRb功能低下或缺失,細胞的正常周期被打破,表現出細胞快速生長形成腫瘤。
1 RB基因突變
1970年代,Knudson[3]首次提出視網膜母細胞瘤發生的“二次突變學說”,即一個正常的視網膜母細胞瘤變成腫瘤細胞需發生2次突變。隨機發生的2次突變可使RB基因中正常的等位基因失活。當兩個等位基因均發生突變,由體細胞的雜合子型變成了純合子狀態,細胞將失去正常RB蛋白功能,細胞分化失去控制,從而形成腫瘤。1980年代,對RB基因的位置和作用方式有了基本了解。多位學者對RB腫瘤細胞內RB基因及產物進行詳細分析[8,9]:(1)在DNA分子水平,大約15%~30%的RB腫瘤顯示RB基因結構異常,主要限于顯示大的缺失、易位、重組以及影響限制性酶切位點的點突變;(2)在mDNA表達水平,更多的RB腫瘤表現出低于正常胎兒視網膜或分子量大小異常。RB的mDNA異常被認為是由于不同的RB基因點突變對mDNA穩定性轉錄及剪接影響所致;(3)在蛋白質水平,絕大多數RB或缺失RB蛋白或僅表達少量的或分子量異常的RB蛋白。RB基因突變的類型:(1)大片段缺失[811]:即大片段(全部或部分)RB基因缺失,缺失斷裂點可出現于整個RB基因范圍內(外顯子13~17區域內);(2)在基因編碼序列中缺失或插入幾個堿基,引起閱讀框架移位[1214]。(3)點突變:按其性質可分為2類:錯義突變和無能突變。據文獻統計,遺傳型患者中,僅25%有陽性家族史,多數RB患者為新發生的生殖細胞突變。這說明RB發病過程除了基因突變外可能有其他機制的參與。
2 癌基因、抑癌基因論
近年來,對RB中一些癌基因和抗癌基因的研究開始引起人們的重視。越來越多的研究表明,視網膜母細胞瘤的發生、發展是一個復雜的過程,有多個癌基因和抑癌基因的異常改變,其中MDM2基因的擴增或過表達及p53基因突變有著舉足輕重的作用。我們著重對P53及與其可能相關的癌基因MDM2做一綜述。p53為一公認的抗癌基因,50%以上的腫瘤組織中可檢測到它的突變。腫瘤抑制基因p53位于人類17號染色體短臂17P13.1上,其編碼產物位于細胞核,是一種分子量約為53KD的含磷蛋白,可分為野生型和突變型兩種。正常細胞所產生的P53蛋白(野生型)很少,而且在細胞中易水解,半衰期為20min左右,用常規免疫組化方法難以檢出[15]。突變型p53基因由野生型突變產生,失去抑癌基因活性,可導致正常細胞惡性轉化、腫瘤發生[1618]。因其多積聚在細胞核內,穩定性增加,半衰期延長,故可通過免疫組織化學染色檢測[17]。在正常細胞中,p53信號通路主要調節細胞損傷后反應(修復或凋亡)[19]。研究發現[2023],RB組織中有高水平的突變型p53基因蛋白表達,提示p53基因突變與RB發生關系密切。p53基因突變與P53蛋白過度表達間的高度一致性己經被證實[24]。
MDM2是一種癌基因,其主要的功能是與野生型或突變型P53蛋白的相互作用[25]。野生型p53基因誘導MDM2轉錄增強,致使MDM2蛋白水平升高;反過來,MDM2蛋白與P53結合形成復合物,促使P53蛋白降解,抑制其功能的發揮,二者構成了負反饋調節環。通過這種調節,二者在細胞內能處于平衡狀態,這即利于DNA損傷后的修復,同時又防止修復后細胞生長受阻[26]。研究表明:MDM2P53負反饋調節環異常可導致細胞中抑癌基因p53功能失活,與多種腫瘤的發生發展密切相關[27] 。MDM2(鼠雙微粒體2)癌基因定位于12q13 14,多項實驗證實了該基因能使體外細胞發生轉化并具有動物成瘤性[28,29]。
MDM2還可通過P53非依賴性方式在腫瘤的發生、發展中起作用。最近新的研究表明MDM2和P53的調節通路有新的酶化途徑參與[30],這表明兩者之間的作用不是單一途徑。
3 其他觀點
Rb基因編碼的Rb蛋白(pRb)是一種具有廣泛生物學意義的轉錄調節因子,為具有DNA結合能力的核磷酸化蛋白,主要參與細胞周期的調節,對細胞生長起負調控作用,它是調節細胞增殖信號通路的中心成分。近期研究認為,pRb與RB的發生密切相關。
pRb作用于腫瘤的發生、發展可能是通過兩種機制:(1)細胞周期調控作用,pRb及其相關蛋白是決定細胞分裂增殖還是休止、分化的重要分子[31]。pRb的功能受磷酸化狀態影響,pRb以非磷酸化的活性形式與轉錄因子E2F結合而抑制其活性,阻止細胞從G1期進入S期[32],抑制細胞增殖,而pRb的磷酸化可使其失活。(2)誘導細胞凋亡,通過p53依賴和p53非依賴的細胞凋亡途徑,誘導細胞凋亡[33]。有研究表明[3436]:pRb功能異常導致中心體和非整倍體的擴增。這就意味著pRb與中心體擴增和染色體穩定性有關。最近研究發現:腫瘤的發生開始于干細胞的表觀遺傳變異,這就意味著基因表達的后天性缺失(非突變性的)比突變更常見。所以就有人提出質疑“二次基因突變論”的合理性。
4 展望
眾所周知,腫瘤的發生和發展是一個復雜的過程,有很多影響因素,包括癌基因的激活、抗癌基因的失活、凋亡機制的異常及其他因子的改變。腫瘤細胞既是分化紊亂的產物又是增殖失控的產物。視網膜母細胞瘤亦是如此。目前的研究還沒有對RB的發病機制做出較權威的結論,但其分子生物學研究取得了一定進展,我們了解到RB的發生不僅是基因突變那么簡單,可能有抑癌基因、癌基因、抗凋亡因子的參與,我們已了解了相當一部分,以后要繼續完善研究它們之間的內在關系及相互影響,找出RB發病的主要機制。從分子水平重新認識RB的發生、發展規律,具有明顯的理論價值與廣泛的應用前景,能為以后基因治療RB提供科學依據。
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