時間:2024-01-12 14:43:59
導語:在生物信息學作用的撰寫旅程中,學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優秀范文,愿這些內容能夠啟發您的創作靈感,引領您探索更多的創作可能。

《基礎教育課程改革綱要》明確指出:“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用,促進信息技術與學科課程的整合,逐步實現教學內容的呈現方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革,充分發揮信息技術的優勢,為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環境和有力的學習工具”。可見信息技術在充分發揮學生的主動性與創造性,培養學生自主探究的能力,培養學生的信息素養,提升學生的綜合能力等方面具有重要作用。
信息技術是指在計算機與通信技術的支持下,用以采集、存貯、處理、傳遞和顯示包括文字、數據、聲音、圖像在內的各種信息的一系列現代化技術。信息技術與學科課程的有機整合是教育信息化的熱點話題,也是轉變教師的教學觀念、教學方式,轉變學生學習方式的有效途徑,而且在教學中也越來越體現出其不可替代的優勢,將信息技術與學科課程有機整合應用于高中生物學教學更是如虎添翼。生物學是一門直觀性很強的實驗學科,生物教學重視直觀與操作,但由于受時間、空間、教學條件等多方面的限制,有些內容學生不可能去實地去觀察。而利用信息技術教學手段可以有效解決這些弊端,呈現給學生一個活生生的生物世界,燃起學生求知的欲望。在網絡普及的時代,如何實現信息技術與課堂教學的有機整合,將成為新的時代背景下對生物教師提出的又一要求。本文就信息技術教學手段在高中生物學教學中的應用做一簡要闡述。
一、信息技術在高中生物學教學中應用的重要意義
現代信息技術與生物學教學結合起來,可將生物學知識的表達多媒體化,使知識呈現更加生動、形象、逼真,而這樣既可以提高學生的學習興趣,同時又提高了教學質量和教學效率。信息技術更深層次的意義還在于:可以充分利用各種生物教學資源,使生物學教師改進教學方法和教學策略;有助于培養學生的創新能力、探究能力和協作能力,從而培養了學生的綜合素質:還可以根據具體教學內容和具體學習對象的基礎水平等編制多媒體課件,通過錄象、動畫、圖片等技術的綜合和集成,把豐富多彩的生物世界栩栩如生地展現在學生面前,共同探討生命現象和生命活動規律。
二、信息技術在生物課堂教學中的具體應用
(一)網絡資源在生物學教學中的應用
網絡資源具有信息量大、鏈接豐富、實時性和互動性等特點。生物學教師可以利用Internet 資源進行備課、信息檢索、資料收集、問題探討和學術交流。在眾多生物網站中,如 、中學生物教學資源網、金太陽教育網、、百度搜索各章節教案、學案、課件等。教師可根據需要進行檢索、下載任何有用的生物信息資料和現成的課件,經過加工就可以用于課堂教學。在教學中遇到疑難問題也可以上網信息請教同行, 通過E―mail、BBS與同行們交換意見。教師的教學心得和制作的課件也可以發表于網上進行學術交流和資源共享。學生則可以根據教師在校園網上提供的相關鏈接,獲得更多的生物學知識和觀點。充分利用Internet資源,不僅可以節省教師搜集教學素材和制作課件的時間,而且大大地拓寬了師生的視野,同時也增強了師生的現代信息素養。適時適量地使用網絡資源,可以充分調動學生學習的積極性,有效緩解學生的視覺、聽覺的疲勞,提高教育教學效果。
(二)網絡化教學在生物學教學中的應用
網絡化教學是指利用文本書籍、光碟軟件、網上資料等資源,以及學生自主探究式學習為主體的教學模式。這種教學模式為教師和學生之間提供了一個跨越時間和空間的學習情境,有利于學生自主學習和協作學習。同時網絡化教學也為學生之間,師生之間的交流提供了多種途徑,如可以通過E-mail、聊天室、電子論壇、BBS等方式實現網上討論、答疑、網上作業等學習形式。
結合生物學科的特點,可以把網絡化教學充分應用于生物學教學中。在生物學網絡化教學過程中,可以選取教材中、網上資源豐富又比較開放和新穎的部分,如細胞、遺傳、生命起源、生物多樣性、減數分裂與受精作用等內容,作為學習內容來進行網絡化教學。比如,在“生物多樣性及保護”一節的教學過程中,首先利用網絡與學生自主探究相結合的方法,幫助學生學習生物多樣性的基本概念,建立起有關生物多樣性及其保護的生物學知識體系;然后圍繞學習主題――保護生物多樣性來設計一些問題,如什么是生物的多樣性,生物多樣性的價值,為什么要保護生物的多樣性等,讓學生有選擇地進行自主學習,在學習過程中可以通過多人協作,網上查閱資料等方式來解決相關問題,學生在網上所獲得的信息還可以通過網上傳遞進行交流;讓學生對自己感興趣的問題發表自己的意見,進行總結,教師再作總的評價,進行理論升華;最后對學生進行測試,針對及時反饋的信息,查漏補缺。在整個教學過程中,教師應作為學生學習的指導者、幫助者和促進者,而學生才是學習的主體,充分調動學生的學習積極性,培養學生的學習能力和參與意識。
(三)多媒體課件在生物學教學中的應用
多媒體同傳統的直觀教具:標本、模型、掛圖、幻燈、錄像等相比具有表現力強、交互性好、信息量大等優點。教師在生物學教學過程中能從市場上或Internet資源網上獲得一些現成的多媒體課件,但這不能完全滿足教學的需要。這就要求教師能夠應用相關軟件:如Flash等和平時積累的素材自己制作一些相應的多媒體課件,這樣可以結合自己教學的實際及所教學生的特點進行制備,這樣的課件符合學生的實際情況,便于學生接受,有利于學生對知識的理解和掌握。
教師根據教學內容的要求,精心設計和制作的,反映著自己教學意圖、思路和觀點的,形象、生動、具體的;融知識性和趣味性于一體的多媒體課件應用到教學中,既節省了教學時間、降低教學難度,又有利于提高學生的學習興趣,加深對教材知識點的理解。此外,多媒體較高的交互性也可以在教師和學生之間進行更及時、更開放的交流,便于教師及時了解學生掌握知識的情況。比如,在講授“減數分裂和有性生殖細胞的形成”這一節內容時,可以將和卵細胞的形成過程制作成Flas來演示;把拍攝的在顯微鏡下觀察到的減數分裂不同時期細胞的圖片與教師畫的示意圖對照著呈現給學生;同時要求學生跟著老師畫,將受精部分內容通過播放科普視頻片的形式介紹給學生,這樣有助于學生對重點、難點知識的理解,提高學生對課堂教學的參與能力。從而進一步提高教育教學效果。
三、生物學教學中現代信息技術應用應注意的問題
教師在課堂教學中如果能恰當的運用信息技術,將會使學生在接受信息,傳遞知識,感知教材,理解知識,培養能力等方面起到事半功倍的效果,但如果運用不當,效果可能不很理想,所以在實際操作中還應注意以下幾個方面的問題。
(一)發揮教師應有的作用,使學生積極參與到課堂教學中來
教師是教學過程的組織者、指導者、幫助者和促進者,因而課堂教學過程應用多媒體課件時,仍需發揮教師的這些作用。因而要求教師要會將課本中的現成的、結論性的內容變為具有探索性的資料、信息,精心設計,會合理安排信息,使學生主動探究、學習,從而培養他們能力。與此同時,要求教師的教學設計能調動學生學習的積極性和主動性。如生動有趣的引入,密切聯系生產、生活實例的討論分析,巧設問題情境引發學生的求知和探索欲望、發現學生的優點及時表揚等。而絕不能只讓學生通過多媒體課件閱讀大量信息資料,只讓學生使用計算機做題,還應該讓學生進行必要的語言表達、書面表達以及課堂小組討論交流等。這樣,學生才會有學習興趣,并積極主動地參與課堂活動,他們的各種能力才會得到有效的培養和提高。
【關鍵詞】師范院校 研究生 生物信息學教學
20世紀80年代末,人類基因組計劃(HGP)正式啟動,隨著該計劃的實施,越來越多物種的基因組被破譯,隨之而來的還有海量的分子生物學數據。對物種基因組的研究并不是為了單純的積累數據,而是為了揭示大量數據中所蘊藏的信息。因此,生物信息學應運而生。目前,幾乎所有生物醫學相關高等院校都開設了生物信息學課程,很多農業院校也陸續開設此課程,但是在普通師范院校還存在著開設不足的狀況。目前在師范院校中,很多科研工作者也在從事分子生物學的研究,特別是最近幾年隨著高通量測序技術的發展,越來越多的數據涌現出來,對數據的收集、整理和分析成為大多數研究人員不可回避的問題,因此,對生物信息學專業人才的需求也越來越大。但是目前大多數生物信息學專業的本科生在學習期間只接觸基本的生物學課程,在生物學專業知識的深度上把握不夠,而生物信息學專業的研究生一部分直接從來自于生物信息學專業,另外一部分則是從計算機、數學或物理專業轉行而來,在生物學背景知識方面更是欠缺。因此,如果能夠讓非生物信息學專業的研究生能夠掌握基本的數據收集、整理和分析的方法,培養復合型的人才將符合未來人才培養的要求。因此,我們就目前普通師范院校非專業研究生生物信息學課程教學中存在的問題及對于改革存在的思考詳述如下:
一、師范院校研究生生物信息學課程教學中存在的問題
(一)教材選擇少
碩士研究生培養有其自身的特點,需要學生系統掌握某學科或專業領域內專門知識和基礎理論。這就要求研究生既要擁有廣泛深厚的專業知識,也應具備一定研究與創造能力。對于非生物信息學專業的師范院校研究生,我們要求其既掌握基本的生物信息學知識,同時具備一定的數據分析處理能力。目前本科院校生物信息專業常用的教材講的比較深入,對于非專業的研究生來說,由于缺乏較好的數學和計算機基礎,學習起來稍顯吃力。但是普通生物信息學教程大多講的較寬泛,也不適合研究生教學。如果能夠編纂既能普及學生的生物信息學知識,同時又能讓其具備基本的數據收集、整理和分析能力的教材將非常有利,但是目前市面上該類教材還比較少。
(二)師資缺乏
目前,國內大部分師范院校將生物信息學作為選修課來開設,使得課程在專業建設和人才培養方案中的地位偏低,造成對該類教師的師資培養不夠重視。且大部分師范院校未配備專業的生物信息學教師,多為其他生物專業的教師兼職講授,該類教師部分通過自學,部分通過進修,缺乏專業系統的生物信息學培訓,因此在教學過程中不能很好滿足教學要求。
(三)學生基礎水平參差不齊
師范院校研究生來源途徑廣,除了本科師范院校外,還有一部分來自農林院校或綜合院校,學生本科所學專業不同,生物學基礎和對生物信息學的認知程度差異較大,這些問題都會成為教學中的影響因素,這就要求授課教師能夠在授課內容上不僅做到完成教學要求,同時要兼顧學生基礎水平參差不齊的現象,使學生更好的對該門課程有很好的把握。
二、教學改革思考
(一)選擇合適的教材和教輔資料完善教學廣度和深度
不同院校不同的教師研究方向不同,但是大致都離不開動物、植物、微生物、生態這些大類,生物信息學作為一門工具學科,要求研究生在學習該門課程后,能夠熟練的運用生物信息學的知識為自己的科研服務。作為該門課程的任課教師,要求在上課之前先對學生的研究對象和研究內容進行初步的調查,選擇能夠更好的服務于學生科研的教材和教輔資料,可以不局限于現有教材的內容,必要時候可以以專題講座的形式對部分教學內容進行補充。
(二)根據學生基礎調整教學內容
針對學生基礎層次不齊的現狀,授課教師可以在授課前幾章節補充學生的遺傳學和基礎分子生物學知識,通過兩到三次課的時間完善學生該方面的不足,部分學生可能是農林院校的本科生,在大學期間學習的多為專業方向比較強的生物學知識,那么通過普及基礎生物學知識,可以讓其對整個生物學有一個整體的了解。同樣對于師范院校的本科生,通過該段授課,也可以將自己在大學學到的各門專業課有一個整體的脈絡和認識,起到提綱挈領的作用。通過這個過程,學生對基礎分子生物學及基本的遺傳學思想不再陌生,再學習后邊的生物信息學知識的時候就不會顯得很吃力。同時由于學生研究方向不同,對生物信息學技術的需求也不一樣。針對此,授課教師可以在講授過程中,穿插列舉一些學生科研終于到的一些問題,應用所學的生物信息學知識進行解決,而不是僅僅局限于教材所舉實例。同時對于前沿技術的內容,也必須做及時補充和更新,使學生更好的把握生物信息的前沿和技術。
(三)利用現有的多媒體資源改進教學方式
作為一門實用性很強的課程,生物信息學教學有其自身的特點。它不僅要求學生有較強的理論知識,同時要求其必須有較強的上機操作能力。且大部分課程知識在講授過程中如果只是單純的教師操作演示不能起到好的教學效果,畢竟觀看和臨摹效果是截然不同的。因此在教學中,可以將生物信息學教學分成理論授課和上機實踐兩部分,有些操作性較強的章節可以直接選擇在機房講授,讓學生在聽課過程中通過自己操作增強感性認識,以利于更好的對知識進行掌握。
生物信息學是一門快速發展的交叉學科,在今后的生物學科研中將占有不可估量的作用,重要的且處于快速更新中的學科, 其發展與生物醫學發展是協同的。授課教師的授課觀念、授課策略既要緊跟國內外發展前沿又立足選課學生實際,切實做好生物信息學教學工作,滿足我國目前研究生教育需要,培養更多的復合型人才。
關鍵詞:生物信息學;教材;師范院校
20世紀80年代末以來,生物信息學以驚人的發展速度,獲得了很多突破性成就,正日益成為生命科學在21世紀發展的核心內容。對于未來生物科學中堅力量的現代生物科學工作者而言,掌握生物信息學的相關知識尤為重要。
作為一門新興的課程,生物信息學課程在全國很多高等院校都已經開設,并進行了一些卓有成效的探索和改革。我們結合自身的教學實踐和相關學校的教學現狀,對師范院校生物信息學課程教學內容、師資力量、教學模式和方法、跨學科合作、教學實踐實施情況等方面的現狀進行了積極分析和思考。目前,師范院校生物信息學教學的現狀如下。
一、教學內容陳舊、教學資源缺乏
生物信息學是一門新興的學科,在高等院校開設時間較晚,我國對生物信息學專業精品課程的建設方面投入不夠,成熟的生物信息學教學大綱、教案、多媒體課件、教學視頻和習題等教學資源稀少。目前,市場上也缺乏相關的生物信息學教學多媒體課件和音像制品輔導材料等相關產品,造成生物信息學教學資源匱乏的現狀。
目前師范院校所用教材大多數是徐程主編的《生物信息與數據處理》,蔣彥等編著的《基礎生物信息學及應用》等幾種不同版本的教材。這些教材在知識性、科學性和系統性方面還行,但是在教學內容的新穎性、時效性和實踐性以及生物相關背景的介紹和對師范院校的適用性等方面有所欠缺。生物信息學的知識日新月異,新的數據庫、新的軟件、新的算法層出不窮,而生物信息學的課堂往往不能及時地將最新進展呈現給學生,導致課堂內容陳舊,不利于學生的發展和對生物信息知識的合理掌握,從而影響了生物信息學教學的質量。
二、師資力量缺乏
生物信息學是一門新興的交叉學科,需要熟練掌握計算機與生物學知識的老師來授課。然而,實際上,由于缺少生物信息學的專業教師,教授該學科的教師多為生物學其他課程兼任,這些老師往往缺乏專門的生物信息學訓練,在知識的傳授和應用方面存在欠缺。與生物信息學教學要求存在著較大的差距,不能很好地滿足教學大綱的要求。另外,師范院校通常將生物信息學作為選修課來開設,該課程在專業建設和人才培養方案中的地位偏低,造成相關部門對師資培養不夠重視。
三、教學模式和方法落后
由于生物信息學課程涉及大量的數據庫和軟件知識,教師普遍采用多媒體教學。而多媒體課件的容量通常很大,學生忙于筆記,難以把握重難點。同時,幻燈片展示的知識點猶如放電影一般一閃而過,學生沒有足夠的時間思考和消化,跟不上教師的進度。教師進行多媒體教學時,往往是一堂課上從頭講到尾,語調缺乏抑揚頓挫,沒有起伏,學生很容易昏昏欲睡。因此,教師雖然使用的是先進的教學工具,采用模式的卻是傳統的灌輸式教學,只管埋頭照本宣科,不管學生接收領悟多少。學生為了達到期末考試標準,只顧死記硬背,這樣的教育讓學生失去創新精神和主動思考的能力,失去對生物信息課程的興趣。
四、缺乏與相關學科的合作交流
生物信息學實際上是生物學與計算機科學的交叉學科。然而一般高校往往只在生命科學學院開設生物信息學,由生物學老師來擔任授課老師。由于對計算機科學知識的缺乏,導致生物專業教師對生物信息學課程很難深入開展;另一方面,計算機科學專業由于沒有開設生物信息學課程,使學生不能了解到生物信息學的重要性,以及如何使計算機科學更快更好地發揮其在生物信息學中的作用。總的來說,生物信息學課程的建設欠缺相關學科的協作,不能有效地整合資源,不利于培養復合型人才。
五、缺乏實踐教學內容
現有的生物信息學課程也有一些實踐內容,但實踐課時數少,內容相對簡單,缺乏系統完善的實踐過程。教師為學生講授具體知識時,通常只通過多媒體課件演示操作,并沒有為學生設置具體的動手操作步驟。使得學生對信息反饋遲鈍,印象不深刻,不容易掌握方法。生物信息學實踐教學并不需要價格昂貴的實驗設備,只需要一網的電腦和一些相關的分析軟件便可以進行實驗。然而,目前的狀況是,生物信息學課程中真正開展實踐性教學的內容少之又少。
生物信息學的學習是一個長期積累的過程,教學水平的提高也需要在大量的教學實踐中不斷總結和完善。我們通過分析發現,在師范院校生物信息學教學中仍存在很多問題,其原因是多方面的,需要教學工作者進一步深入探討并提出切實可行的策略。
參考文獻:
[1]湯麗華.淺談大學本科生物信息學課程建設與教學[J].科技
信息,2010(1).
[2]賈小平,孔祥生.生物信息學實踐教學初探[J].陜西教育,
2010(3).
[3]軍.農學專業生物信息學課程教學改革探析[J].現代農
業科技,2010(5).
[4]郝新保.充分利用網絡資源開展生物信息學教育[J].中國醫
“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。
參考文獻:
[1]yockey hp,platzman rp,quastler h.symposium on information.theory in biology.pergamon press,new york,london,1958.
[2]鄭國清,張瑞玲.生物信息學的形成與發展[j].河南農業科學,2002,(11):4-7.
[3]駱建新,鄭崛村,馬用信等.人類基因組計劃與后基因組時代.中國生物工程雜志,2003,23,(11):87-94.
[4]曹學軍.基因研究的又一壯舉——美國國家植物基因組計劃[j].國外科技動態,2001,1:24-25.
[5]michael b.genomics and plantcells:application ofgenomics strategies to arabidopsis cellbiology[j].philostransr soc lond b bio sci,2002,357(1422):731-736.
[6]盧新雄.植物種質資源庫的設計與建設要求[j].植物學通報,2006,23,(1):119-125.
[7]guy d,noel e,mike a.using bioinformatics to analyse germplasm collections [j].spri
nger netherlands,2004:39-54.
[8]鄭衍,王非.藥物生物信息學,化學化工出版社,2004.1:214-215.
[9]俞慶森,邱建衛,胡艾希.藥物設計.化學化工出版社,2005.1:160-164.
[10]austen m,dohrmann c.phenotype—first screening for the identification of novel drug targets.drug discov today,2005,10,(4):275-282.
[11]arun agrawal,ashwini chhatre.state involvement and forest cogovernance:evidence from the indianhmi alayas.stcomp international developmen.t sep 2007:67-86.
[12]tang sy.institutionsand collective action:self-governance in irrigation [m].san francisco,ca:icspress,1999.
[13]pungpo p,saparpakorn p,wolschann p,et a.l computer-aided moleculardesign of highly potenthiv-1 rt inhibitors:3d qsar and moleculardocking studies of efavirenz derivatives[j].sar qsar environres,2006,17,(4):353-370.
[14]楊華錚,劉華銀,鄒小毛等.計算機輔助設計與合成除草劑的研究[j].計算機與應用化學,1999,16,(5):400.
[15]vassilev d,leunissen j,atanassov a.application of bioinformatics in plant breeding[j].biotechnology & biotechnological equipment,2005,3:139-152.
[16]王春華,謝小保,曾海燕等.深圳市空氣微生物污染狀況監測分析[j].微生物學雜志,2008,28,(4):93-97.
[17]程樹培,嚴峻,郝春博等.環境生物技術信息學進展[j].環境污染治理技術與設備,2002,3,(11):92-94.
[18]史應武,婁愷,李春.植物內生菌在生物防治中的應用[j].微生物學雜志,2009,29,(6):61-64.
[19]趙玉玲,張天生,張巧艷.pcr 法快速檢測肉食品污染沙門菌的實驗研究[j].微生物學雜志,2010,30,(3):103-105.
[20]徐義剛,崔麗春,李蘇龍等.多重pcr方法快速檢測4種主要致腹瀉性大腸埃希菌[j].微生物學雜志,2010,30,(3) :25-29.
[21]索標,汪月霞,艾志錄.食源性致病菌多重分子生物學檢測技術研究進展[j].微生物學雜志,2010,30,(6):71-75
[22]朱曉娥,袁耿彪.基因芯片技術在基因突變診斷中的應用及其前景[j].重慶醫學,2010,(22):3128-3131.
[23]陳彥闖,辛明秀.用于分析微生物種類組成的微生物生態學研究方法[j].微生物學雜志,2009,29,(4):79-83.
[24]王大勇,方振東,謝朝新等.食源性致病菌快速檢測技術研究進展[j].微生物學雜志,2009,29,(5):67-72.
摘 要 本文主要運用文獻資料法和調查訪談法,經過整理歸納得出健身街舞對大學生身心健康發展的積極作用主要體現在以下方面:
1.健身街舞在健身之余可以使學生逐步形成積極的學習心態。
2.健身街舞可以有效增強大學生自信心及團隊配合意識。
3.健身街舞可以將終身體育的觀念深入人心。
關鍵詞 健身街舞 大學生 身心健康 作用
街舞誕生于二十世紀六十年代末,是美國黑人城市貧民的舞蹈,發展到七十年代被歸納為嘻哈文化的一部分,具有較強的表演性、參與性和競爭性。
一、健身街舞在身體及心理方面的作用分析
(一)健身街舞的健身功效分析
校園健身街舞的特點就是動作張弛自如、快慢有度、流暢中有停頓、身體彈動中有節奏。在練習的過程中往往需要練習者動用到身體的各個部分的肌肉群,并且一段街舞套路動作練習下來有一定的運動量和運動強度。同時可增強心血管系統的機能。通過訪談法了解到學生普遍認為街舞對身體素質、身體協調性是有影響的,而健身街舞以小肌肉群、小關節運動為主,它強調全身協調配合,尤其是胸、腰、膝、踝等部位小動作的配合,又要注意各部分動作的獨立運動,并且街舞動作靈活多變、步伐多種多樣,練習者往往需要在一個音樂節拍里完成多個組合動作,因此長期練習有助于提高身體的協調性。
(二)健身街舞對學生的心理影響作用分析
現代是一個充滿競爭的社會,激烈的社會競爭,對人的心理品質提出了嚴峻的考驗,不少人由于不適應這種競爭而染上了心理疾患。街舞是結合大學生身心特點,剔除原始街舞中頹廢等不良因素而新興的一門新型舞蹈,具有健身性、競技性、娛樂性、創造性等特點,以對人體健康體魄與心理調節之功效。
隨著時代的進步,學生在校期間受到來自社會就業的壓力,導致精神上心理上的疾病只增不減,而街舞對心理的調節和緩解作用,街舞的音樂是多種形式并存的,從抒情到勁爆,它能夠符合每一位大學生心理所需,另外街舞可以加強大學生的交往能力,由于現代計算機和技術的發展給高等教育帶來實惠的同時,也是這種障礙帶來的弊端越來越突出,而街舞可以通過豐富多彩的形式來擴展校園的交往空間,增加情感溝通渠道,而增加交往的頻率,改善不和諧的人際關系,獲得凝聚力和向心力。針對這樣的問題從訪談了解到,大學生看到街舞表演的時候都會很開心、興奮,會不知不覺的關注它,因此對大學生的心理健康是非常有益的。
二、健身街舞對提高大學生自信心及團隊意識的作用分析
以動作為標準,街舞舞者分兩大類:Dancer和Bboy(BGIRL)街舞一般可以分為兩種,一種是個人的技巧街舞個人技巧街舞是最早流行的一種街舞。另外一種就是集體街舞,是目前比較流行的街舞形式。
在街舞體育課的教學中,教師的教學方法和模式有:集體學習、分組練習、分組教學、小組長責任制、分組表演、個人表演、小組比較、個人比較等。這樣的教學方法要求學生必須敢于表現、加強溝通,所以對培養學生的自信心、責任心、表現力、交際能力起到很好的促進作用。街舞的節奏感要求相當嚴格,動作和音樂需要一致性,不能有絲毫偏差,否則就達不到音樂與舞蹈的特有效果。這樣的節奏要求必然影響到學生做事和學習的穩定性。由此可見,在街舞體育課課堂氛圍的熏陶和鍛煉下,對一些平時膽小,性格內向,不敢表現自我,做事急躁的學生起到一個良性作用。
三、健身街舞對培養大學生終身體育意識的作用分析
終身體育,是指一個人終身進行身體鍛煉和接受體育教育。終身體育的含義包括兩個方面的內容:一是指人從生命開始至生命結束中學習與參加身體鍛煉,使終身有明確的目的性,使體育成為一生生活中始終不可缺少的重要內容;二是在終身體育思想的指導下,以體育的體系化、整體化為目標,為人在不同時期、不同生活領域中提供參加體育活動機會的實踐過程。提高學生對“終身體育”的認識,體育運動是保持人體機能、體能處于最佳狀態,增強人們的體質為有效手段,在人的一生中都必須選擇不同的身體鍛煉的形式和內容,以增強體質,延緩生命衰老。因而終身進行體育鍛煉是提高身體健康的有效方式。而街舞則是一項很好的選擇,因為它的隨意性,創造性還有就是對場地的無要求性等優勢的特點更加適合終身的鍛煉,尤其是它的編排特點,它的編排來源與生活,讓大學生感受到生活是貼切,在編排的同時樂趣也是無時不在的,這是一種生活街舞,大學生對此種街舞的喜愛也就促進了大學生終身體育意識的形成。
四、小結
健身街舞是一項新穎的運動項目,在大學開設同類課程,會對學校課程多樣化發展和學生身心健康發展帶來諸多益處,不僅在健身之余可以使學生逐步形成積極的學習心態,還可以在課堂內外有效增強大學生自信心及團隊配合意識,最終在無形當中使終身體育的觀念深入人心。
參考文獻:
[1] 郭立三.普通高校街舞教學對大學生性格影響的研究.貴州體育科技[J].2009.9:74-76.
【關鍵詞】組合數學 教學方法 生物醫學 生物信息學
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)09-0132-02
伴隨著信息時代的來臨,特別是生物醫學科學研究的迅猛發展,尤其是生物信息學這門科學的出現使得原來的生物醫學研究向低通量的臨床數據轉向高通量分子生物學數據。組合數學作為一門應用性較強的數學分支,在生物醫學中的應用廣泛,面對多因素高通量的生物醫學問題,增加高等學校,特別是生物信息學專業學生的組合數學知識,培養他們運用組合數學方法分析和解決生物醫藥科學問題的能力已經成為必要。如何在教學過程中提高學生學習組合數學的興趣,建立組合數學的邏輯思維用于解決醫學問題是我們教育工作者需要思考的問題。
一、高等學校組合數學的特點及教學現狀
組合數學是一門研究離散對象的科學,在計算機科學、信息科學中具有重要的地位,是理科及工科院校的一門必修課,隨著現代生物醫學的日益發展,組合數學的重要性也日漸凸顯。組合數學對于生物醫學專業基礎課有著直接的衍射作用。目前,部分開設組合數學課程的生物高等學校的主要面向生物信息學、統計學等等專業開設,講授學時30到60學時。在大部分生物高等學校并沒有該類課程的設置,也是導致高等學校組合數學教師隊伍的匱乏的主要原因。而且目前組合數學授課考核形式也比較單一。組合數學主要是以理論授課形式為主的教學方式,考試成績是考核學生的唯一標準,忽視了學生在學習過程中的考核。信息時代學科的交叉發展體現在組合數學在各個學科中不可替代的作用,因此提高生物高等學校學生的組合數學學習興趣,培養他們運用組合數學的能力是目前迫切需要解決的問題。
二、改進組合數學教學措施,提高學生興趣
(一)更新教學內容,改進教學方法
目前的組合數學內容主要有: 鴿巢原理、排列與組合、容斥原理、遞推關系、生成函數等基本的組合數學知識及其在數學中的應用。為了讓學生在有限的學時內學完必要的知識,更新和精選教學內容顯得尤為必要,將以組合數學內容為主導的教學模式改進成以生物醫學問題為導向的教學模式。由于面向醫學專業的特殊性,從內容上應著重選擇與醫學知識聯系緊密的內容,采取精講和略講相結合的方式。根據不同專業背景更新組合數學的教學內容往往能夠起到事半功倍的效果。以下是我們在講解排列與組合一章時的一個教學實例:“生物遺傳信息是由DNA分子中4個堿基核苷酸就像電報密碼似的以不同的排列順序記錄下來,它載著人類的全部基因或全部遺傳信息,人的DNA約有30億(3×109) 堿基對,按照排列的思想可知人類基因組可能的排列方式有N=4■=(4■)■≈(1.52)■種,然而人類僅從這無窮多的方式中選了一種作為全人類共同的遺傳密碼,可見我們的基因組是祖先們留給人類的最寶貴的財富!”。這樣的實例教學不僅可以讓學生熟悉課堂知識,還能讓學生對所學的知識進行綜合的運用,更重要的與生物醫學問題的結合提高了學生的學習興趣。通過興趣小組討論學習提高學生自主學習的主動性,變被動學習為主動學習,充分調動學生學習組合數學的興趣,從而充分發揮學生學習的主觀能動性。
(二)加強多媒體輔助教學,提高學生學習興趣
組合數學傳統的授課方式是在黑板上將定義、定理的內容進行逐步嚴密的推導證明,這在一定程度上讓學生緊跟授課教師的思維和建立學生的邏輯思考能力。然而隨著多媒體技術的不斷進步,利用多媒體和板書相結合的策略成為下一階段組合數學教學模式的主要教學手段。對于繁瑣的定理公式例如容斥原理避免推導證明,結合多媒體的幾何圖形使學生更加直觀的理解和應用。以我們在教授容斥原理時的一個實例,容斥原理的根本思想是將難的問題分解成若干簡單問題,通過間接計數來解決直接計數不容易解決的問題,我們用多媒體幻燈片分別展示兩集合和三集合的容斥原理(圖1A和B),并按照容斥原理的邏輯順序利用多媒體動畫技術控制每一部分的出現順序,不僅避免了大量繁重枯燥的板書推導,最重要的是圖形式教學可以幫助學生對容斥原理建立更直觀的理解。可見在組合數學的教學過程多媒體的充分利用可以起到事半功倍的效果。
圖1 多媒體在組合數學教學中的應用――容斥原理實例
(三)增設組合數學實驗課,培養學生創新性思維
組合數學除了基本理論課之外還應該開設適當的實驗課,在實驗課上讓學生自己動手解決一些與生物醫學有關的實際問題。通過讓學生自己編程實現排列組合的算法,不僅可以增進學生對排列與組合的深入認識,也能夠培養學生利用排列組合思想解決實際問題的能力。以下是我們的一個實驗教學實例:“任選一種排列生成算法,編程實現自動生成n個(如n=6)不同元素中取r個元素的排列,并輸出指定任意n和r的所有排列。”,不僅讓學生掌握了課堂上講解的排列原理,還鍛煉了編程能力,初步體驗了科研的樂趣,由消極的被動學習升級為積極的主動學習。可見通過組合數學實驗課更能培養學生自己動手自己學習的能力,進一步激發學生的創新性思維。
(四)精挑細選課后練習,培養學生獨立解決問題的能力
組合數學作為一門應用性較強的數學課,需要學生掌握其在生物醫學領域的應用,這就必須加強組合數學課堂后練習。因此習題是組合數學課程重要的教學環節,也是理論教學必不可少的補充。然而習題課并不意味著單純地大量做題,教師應根據課堂內容,精挑細選出質量比較高的少量題目,供學生課余時間認真研究,要在習題中體現組合數學的知識點,激發學生獨立給出解決問題的新觀點和新方法。設置習題時,應以問題為導向,即給定一個實際的有興趣的問題,讓學生利用所學的組合數學理論進行解決,進一步加強學生對知識細節的理解和掌握,并讓學生舉一反三熟練掌握所學內容,使學生的理解更加深刻。如我們在教學過程中的一個課后習題實例:“一位國際象棋大師有11周的時間備戰一場錦標賽,他決定每天至少下一盤棋,但是為了使自己不過分疲勞他還決定在每周不能下棋超過12盤。證明存在連續若干天,期間這位大師恰好下了21盤棋。”,該實例引起了學生在課余時間學習組合數學的一個熱潮。
總之,面對高等學校生物信息學學生的專業特點,傳統的單一的純理論的組合數學教學方法已經不再適用。應該考慮改進教學內容和方法,發揮學生學習的主觀能動性,使學生在快樂進取的氛圍里學習組合數學,具體的教學內容和教學方法的改進仍有待教學工作者進一步探討和研究。
參考文獻:
[1]盧開澄,盧華明.組合數學[M].北京:清華大學出版社,2002.
[2]蘇建忠,張巖,劉洪波,王芳,崔穎.組合數學在生物信息學教學中的應用[J]. 科技創新導報,2012,6,142-143.
作者簡介:
劉洪波(1983-),男,漢族,山東德州人,博士,講師,主要研究方向:生物信息學,計算表觀遺傳學。
王芳(1982-),女,漢族,吉林松原人,博士,副教授,主要研究方向:生物信息學,計算表觀遺傳學。
1.1事實(Facts)
作為整個信息鏈的起點,事實就是事物在人類視野(感觀/邏輯)中的原始映像[1]。事實是事情的真實情況,包括事物、事件、事態,即客觀存在的一切物體與現象、社會上發生的不平常事情和局勢及情況的變異態勢[2]。事實也是人類知識的起源,人類全部知識的最初信息基礎就是事實。
1.2數據(Data)
通常認為,數據是對事物純粹的、客觀的記錄,是原始的未經解讀的數字、文字、圖像、符號、聲音、計算機代碼等[3]。而數據本身缺乏關聯和目的性,但當數據結合一定的背景、規則、意義之后,就會形成信息。
1.3信息(Information)
作為整個信息鏈中的中心鏈環的信息,它的下游是面向物理屬性的,上游是面向認知屬性的。“信息”既有物理屬性也有認知屬性,因此成為“信息鏈”的代表稱謂。
1.4知識(Knowledge)
知識來自于信息,信息只有同接收者的個人經驗、信息與知識準備結合,也就是同接收者的個人背景融合才能轉化為知識,它比數據或信息更接近行動。知識必須經過學習或研究以及從信息中經過去粗取精、去偽存真等加工才能夠獲得[4]。
1.5情報(Intelligence)
情報是為實現主體某種特定目的,有意識地對有關的事實、數據、信息、知識等要素進行加工后得到的產物。情報既包含有信息的成分,也包含有知識的成分。從信息層面看,情報所包含的信息是與人類社會有關的;從知識層面看,情報是與知識的利用價值緊緊聯系在一起的。從一定程度上來說,情報是知識的子集。1.6智慧(Wisdom)智慧是能迅速、靈活、正確地理解和解決事物的能力。這種能力來源于人類基于已有的知識,是針對物質世界運動過程中產生的問題,根據獲得的信息進行分析、對比、演繹,找出解決方案的能力。從嚴格意義上來講,智慧是屬于知識層面的,是人類大腦運用知識活動的產物———即運作和應用知識的知識。有知識不一定有智慧,但有智慧一定有知識。知識只有轉化為智慧,才能顯示出其真正的價值。
1.7事實、數據、信息、知識、情報、智慧之間的關系
數據是客觀事實的記錄,信息是有意義的事實和數據,知識是系統化的信息,情報是進入人類社會交流系統的運動著的知識,智慧是運用信息和知識解決問題的能力。這樣由事實(Facts)數據(Data)信息(In-formation)知識(Knowledge)情報(Intelligence)智慧(Wisdom)層層遞進,構成了一條完整的信息鏈,見圖1[5]。
2醫學信息學的相關概念
2.1國外醫學信息學定義的三種導向
2.1.1以信息技術為導向定義側重于技術和工具,即通常強調以計算機為基礎的技術。“臨床計算”、“醫學中的計算機”、“醫學計算機科學”、“計算機在醫學中的應用”等認識比較常見[6]。
2.1.2以角色、任務或面向領域為導向定義側重于組織內部信息人員的角色。例如,護理信息學、牙醫信息學等通過醫學信息學分支學科來定義。
2.1.3以概念為導向定義側重于如數據、信息和知識這些概念在醫學領域中的特定內涵。從總體上來看,國外醫學信息學的定義是朝著形成基于數據、信息、知識的醫學信息學定義方向發展的。
2.2中國醫學信息學定義的兩種傾向
2.2.1基于字面拆分后的概念解析
第一種拆分是將“醫學信息學”拆分為“醫學”+“信息學”(medicalinformatics)———偏重于方法論層面。把“醫學信息學”定義為信息學在醫學領域中的應用,同時確定醫學信息學的范圍是“醫學”和“信息學”之交叉。前者指其應用領域,后者指其方法學。第二種拆分是將“醫學信息學”拆分為“醫學信息”+“學”(medicalinformationscience)———側重于學科體系層面(即理論與技術方法統一的學科體系)。把醫學信息學定義為研究“醫學信息”的一門科學,即研究醫學領域中的信息現象和信息規律的一門科學。
2.2.3基于國外醫學信息學定義的翻譯與重組
此類定義大多為將國外醫學信息學的定義翻譯成不同形式的漢語語言并且進行重組,與國外對醫學信息學的定義無太大區別。
3醫學信息學研究中的信息鏈
3.1“數據信息”鏈
這一環節的重點在于對醫療大數據的應用。當下全球大量的公共衛生信息、電子病歷信息、用藥信息、住院信息、圖像信息、管理信息、基因信息、醫學知識庫信息以及實驗室數據等構成了醫療衛生大數據[7]。隨著信息技術與衛生及生物醫學日益緊密的結合,大數據對衛生及生物醫學的研究與應用也將產生深刻影響。因此,如何更好地利用大數據便成為信息技術與衛生及生物醫學領域共同面對的挑戰。大數據在醫療行業可應用于臨床、研發、公共衛生和創新商業模式等領域,在健康領域的終極應用是疾病診斷和預測性治療。雖然醫療大數據的研究和應用如火如荼,但在應用過程中也面臨著諸多問題,如數據的存儲、數據的整合、數據的挖掘利用和保護等方面都面臨著一些問題。這也就需要我們在利用醫療大數據的同時,變革數據管理方式、建立完善的區域衛生信息化標準體系、積極探索利用數據挖掘技術等等各種措施,利用創新的方法和模式,發揮大數據在醫院行政管理、健康教育與管理、衛生信息服務和疾病的控制預防中的作用和價值。
3.2“信息知識”鏈
這一環節主要關注醫學知識庫的建立。數據庫是計算機應用系統中的一種專門管理數據資源的系統,它有文字、符號、圖形、圖像、數字及聲音等多種形式。而知識庫是知識工程中結構化、易操作、易利用、有組織的知識集群,是針對某一(或某些)領域問題求解的需要,采用某種(或若干)知識表示方式在計算機存儲器中存儲、組織、管理和使用的互相聯系的知識集合區別與聯系[8]。知識庫的概念來自兩個不同的領域,一個是人工智能及其分支———知識工程領域,另一個是傳統的數據庫領域。人工智能和數據庫兩項計算機技術的有機結合,促成了知識庫系統的產生和發展。建立醫學知識庫,需要一支多學科人才的專業隊伍,并且要能夠適應數字化醫療向智慧化醫療的轉變需要,構建大型的一站式通用智能醫學知識庫。建立知識庫,要以本體為建設思路和方法,不僅要構建西醫學科的知識庫,更要構建中醫學科知識庫,且重視與“大數據”醫療的整合,更好地利用臨床信息,將有用的信息知識化。
3.3“知識智慧”鏈
這一環節的著重點在于智慧醫療的實現。2008年,IBM首先提出了“智慧醫療”的概念。早期的智慧醫療強調物聯網的作用,設想把物聯網技術充分應用到醫療領域中,以實現醫療的信息互聯、共享協作、臨床創新、科學診斷以及公共衛生預防。而未來的智慧醫療將是以衛生信息化和信息共享為基礎,以患者為中心,以個性化、智能化醫療服務為核心的醫療服務體系[9]。智慧醫療包括了智慧醫院、區域醫療、家庭自助健康監護等多種服務方式,它將成為未來醫療衛生信息化發展的主要潮流。智慧醫療可以創建一個更加合理的醫療產業鏈,并且使用戶體會到更加智能化和協調化的醫療服務[10]。
4醫學信息學的未來發展方向
4.1學科體系的協同融合,加速了生物醫學信息學的形成與發展
醫學信息學(MedicalInformatics,MI)和生物信息學(Bioinformatics,BI)雖然產生背景不同,但是進入后基因組時代之后,生物信息學和醫學信息學的邊界趨于模糊,互相滲透和結合的趨勢明顯。其目的就是要提供新的生物醫學知識的開發和共享框架。正是兩者的協同融合加速產生了一門新的學科———生物醫學信息學(BiomedicalInformatics,BMI)。可以預見的是,基于相同的學科理論基礎和彼此交叉融合的研究內容,生物醫學信息學一定是醫學信息學和生物信息學未來的發展方向。
4.2學科研究向促進“轉化研究”的方向發展
首先,在信息鏈的研究視角下,醫學信息學的發展會更加注重信息鏈中的要素從低層次到高層次的鏈環轉化;其次,在醫療領域,醫學信息學面臨的最大的挑戰是如何將生物醫學研究領域的成果快速、可靠地轉化為現實可用的臨床解決方案。同時,醫學信息學出現了新的分支學科,即轉化醫學信息學。轉化醫學信息學通常被認為是以轉化醫學中的相關信息問題為研究對象,結合信息科學、理論基礎和應用技術,服務于轉化醫學的研究,其目的是促進基礎醫學研究成果順利向臨床應用轉化[11]。轉化醫學信息學的研究內容包括醫學信息的標準化和醫學數據的組織與存儲等。它可以利用信息技術有效地加快基礎研究變為臨床應用,有力地促進轉化醫學的發展。
4.3學科的社會服務功能不斷提升
4.3.1個性化
個性化意味著衛生信息管理和衛生信息服務以用戶為中心,圍繞每個用戶的狀態、需求乃至興趣愛好來采集信息或提供信息服務。可以設想,在未來每個患者都將擁有自己的個人健康中心。
4.3.2智能化
智能化意味著通過對既有信息的分析,挖掘其中的規律,利用獲得的規律來處理新的信息,并給用戶提供科學合理的建議。
4.4新技術支撐和引領著醫學信息學的未來發展
在未來發展中,許多嶄新的技術可以有效地促進醫學信息學的研究和應用的發展。遠程醫療(Telemedicine):計算機技術、多媒體技術、通信技術與醫療技術結合。移動醫療(MobileHealth):通過移動通信技術來提供醫療服務。健康物聯網(TheInternetofthings):利用物聯網進行健康和疾病的管理。健康云(Healthcloud):以SaaS的方式向醫院和醫療機構提供醫院管理和居民健康檔案管理方面的服務。醫療大數據(Medicalbigdata):大數據技術與醫療行業結合,充分開發利用醫療數據蘊含的信息與價值。轉化醫學(TranslationalMedicine):建立基礎研究與臨床醫療間更為直接便捷的聯系。智慧醫療(Wisemedical):使用物聯網技術打造健康檔案和醫療信息平臺,實現患者與醫護人員、醫療機構和醫療設備的互動。
4.5我國醫學信息學學科發展亟待解決的問題
我國醫學信息學最近幾年發展很快,但學科研究體系不夠完善和成熟、學科建設和理論研究比較薄弱、標準設置滯后、系統規劃和人才不足等問題制約了醫學信息學的健康發展。
4.5.1亟需解決學科正名和專業名稱規范化問題
醫學信息學在國內的學科地位的確很尷尬,主要表現在國內的三大學科體系(目錄),即“中國圖書館分類法”(簡稱中圖法)、“國家標準的學科分類與代碼”(簡稱國標法)、“教育部頒布的學科專業目錄”(簡稱教育法)中均沒有“醫學信息學”的類名。因此,當務之急是要盡快確立“醫學信息學”的學科名稱及其在學科體系中的位置。醫學信息教育在國內看似很火爆,其實是亂象叢生。此前教育部只批了中南大學、南通大學、徐州醫學院的醫學信息學專業,但國內很多學校都在信息管理與信息系統等專業后面加括號注明“醫學信息學方向”,然后對外宣稱是醫學信息學專業。與此類似的還有一種叫“衛生信息管理專業”。顯然這都是不負責任的做法。因此,希望教育主管部門加大宏觀指導與調控力度,規范醫學信息學的學科建設與專業教育。首先,在學科及專業目錄上設立獨立的“醫學信息學”,既不要讓“醫學信息學”依托(附)于其他學科/專業,也不需要在別的學科/專業后面的括號內出現“醫學信息學”。根據教育部2012年9月頒布的《普通高等學校本科專業目錄》,建議將“醫學信息學”納入到“特設專業”中的“1010醫學技術類”。其次,成立全國醫學信息學教學指導委員會(教指委),規范指導醫學信息學的專業教育。再次,協調指導“醫學信息”類的學術組織,整合醫學信息學的學術研究力量和研究隊伍,指引醫學信息學的健康發展。
4.5.2加強學科課程的設置和培養目標的確立
我國醫學信息學專業的本科課程設置比較落后,學科的課程體系不完善且專業教材缺乏,不同學校的教學內容和培養目標差別很大,體現不出學科的重要性和交叉復雜性。故要求科學合理地加強學科的課程設置,正確處理好計算機科學、醫學和信息科學之間的關系,參照國外已有的教學方案并聯系自己的教學實際情況去充實教學計劃,擴寬教學范疇,使整個醫學信息學的教育更加合理。4.5.3實現專業教育體系化,加強專業人才的培養由于沒有認識到醫學信息學教育的重要意義,醫學信息學地位不高,所以學科的科研投入、教育投入和人才培養都面臨難題,教材和師資的缺乏也導致了專業教育規范化和體系化不足。為此,要深刻認識到醫學信息學教育的意義,推動專業教育向規范化和體系化邁進。醫學信息學作為一門新興學科,其發展需要大批的高水平人才。人才的培養需要在專業教育中實現,只有通過規范科學的教育體系培養高素質的醫學信息學人才,培養醫學信息學研究的復合型人才和對在崗人員進行進修培訓,才能適應醫學信息學的快速發展。
5結語
1.1轉化醫學的發展歷程及現狀
轉化醫學提倡以患者個體為中心,強調多學科交叉合作。轉化醫學作為一個新的領域,從發展走向成熟,需要多專業的交流與協作。在國外轉化醫學起步較早。2003年,美國國立衛生研究院(NIH)宣布了發展生物醫學的長期計劃,主要是培養具有不同專業背景、能在基礎研究和臨床工作間互相協作研究的團隊。在NIH的推動下,2011年美國已有包括哈佛大學、耶魯大學、斯坦福大學等名校在內的38個大學和醫學院建立了進行轉化研究的醫學中心;2005年蘇格蘭政府與惠氏制藥公司合作,建立了世界上第一個轉化醫學合作研究中心;2007年,歐盟實施的第7個框架研究計劃,將預算中的60億歐元用于轉化醫學研究方面。同時世界著名醫學類核心期刊都為轉化醫學開辟了專欄,相繼組建了ScienceTranslationalMedicine、JournalofTranslationalMedicine和TranslationalResearch等國際性專業雜志。相比較而言,中國在轉化醫學的研究和實踐方面尚處于初級階段,但發展勢頭日趨高漲。2007年上海交通大學成立了專門從事轉化醫學研究的“Med-X研究院”;2008年上海復旦大學依托其附屬醫院,率先成立了“出生缺陷研究中心”;2009年中南大學湘雅醫院組建了“湘雅轉化醫學研究中心”,研究惡性腫瘤;2011年總醫院附屬八一腦科醫院建立了國內第一個“神經科學轉化醫學中心”等。
2010年陳竺等在《科學》雜志上發表了一項研究成果,揭示了砷劑治療急性早幼粒細胞性白血病(APL)的直接藥物作用靶點為PML-RARa。這一研究成果對于推動該類型白血病的分子靶向治療具有重要意義。砷劑成功治療APL的研究成果成為我國轉化醫學研究的典范之一。
1.2轉化醫學的研究內容
轉化醫學是蛋白質組學和基因組學及生物信息學等生物醫學發展的時代產物,其中心思想是以解決臨床和健康問題為目標的實驗室基礎研究。轉化研究是轉化醫學中最重要的內容之一,主要包括:①分子靶向治療;②尋找適當生物分子標志物,提高臨床輔助技術對臨床工作的輔助效力;③藥物二期臨床實驗。此外,還有基因診斷治療、干細胞與再生醫學、基因組藥理學與個體化醫學。其中最重要的環節是生物分子標志物的研究。
1.2.1基于分子分型的個體化治療惡性腫瘤、心腦血管病及糖尿病等大多數慢性病是多病因疾病,其發病機制復雜、疾病異質性很大,因此,對這些疾病不能采用單一方法來進行診治。著眼于患者的遺傳、分子生物學特征和疾病基本特征進行分子分型,以此為基礎實施個體化治療是現代醫學的目標。實施個體化的治療,可以對治療方法、藥物、劑量進行優化,達到最好的治療效果。
1.2.2生物分子標志物的鑒定與運用基于各種組學方法篩選出早期診斷疾病、預測疾病、判斷藥物治療效果和評估患者預后的生物分子標志物及藥物靶標,如DNA、miRNA、蛋白質及多肽、炎性因子及其通路等,有利于針對性地探索新的藥物和治療方法,提高藥物篩選的成功率,縮短藥物研究從實驗走向臨床應用階段的時間。這些分子標志物的開發應用,對疾病的預防、診斷、治療和預后有重要指導作用。
1.2.3藥物臨床實驗及研發美國曾有報告稱,研制一種新藥,從選題到臨床應用,平均要用14年的時間。近40年來,美國在惡性腫瘤的研究方面投入2000多億美元,收獲了156萬篇研究論文,但腫瘤患者的生存率卻沒有得到顯著改變。轉化醫學通過收集和分析分子生物學和生物信息學的海量數據,篩選出分子標志物和藥物靶標,有效地降低在臨床二期實驗中藥物靶點驗證性研究的失敗率,提高了基礎研究的轉化率和速度,為新藥的臨床應用和個體化治療研究開辟出一條革命性的道路。
2轉化醫學與中醫藥學的基本理念一致
中醫學是我國醫學重要的組成部分,進入新世紀,中醫學先進的理念與落后的技術手段之間的矛盾愈發突出,限制了中醫理論的廣泛傳播及其診療技術的普及與應用。然而轉化醫學的出現為中醫藥的現代化研究提供了一個良好的發展機遇。轉化醫學的基本理念與中醫藥學從臨床到基礎理論再到臨床的發展歷程和“辨證論治”的個體化治療思想不謀而合。
2.1轉化醫學與中醫學的運行模式相同臨床實踐一直是中醫學產生、發展、繁榮的根本原因,從臨床積累的經驗中抽提理論,再用理論指導臨床實踐的過程是中醫藥發展的經典模式。基于基礎科學與臨床應用出現嚴重脫節而產生的轉化醫學,其主要目的就是加強基礎醫學與臨床醫學之間的聯系,將實驗室的研究成果快速轉化為臨床應用,同時臨床上出現的新問題可以指導基礎研究方向。雖然傳統中醫學不進行實驗室研究,但其“臨床-理論-臨床”這個螺旋上升的模式與轉化醫學的運行模式是一致的。
2.2轉化醫學與中醫學的理念統一基礎醫學與臨床醫學存在著方法論方面的差異,主要體現在:臨床醫學以系統論為導向,基礎醫學則以簡化論為基礎。轉化醫學研究的對象是人,人的健康除與人體結構與功能相關外,還涉及自然環境和社會環境因素的作用,這決定了轉化醫學必然是一種復雜性研究系統。以轉化醫學為基礎的系統生物學應用系統工程的概念、定量分析生物系統若干組成部分的動態相互作用,通過反復計算和/或數學建模及試驗來研究復雜的生物系統。中醫學是借助古代哲學、自然科學和臨床實踐發展起來的一種系統科學,其蘊含的“整體觀”、“天人合一”等思想,與系統生物學的理念相統一。
2.3轉化醫學與中醫學所倡導的治療方式相同現代疾病譜逐漸向慢性病方向轉變,其發病原因有多種且機制復雜,以往的單一治療方法難以奏效。轉化醫學針對這一問題提出了基于患者遺傳、分子生物學特征和分子分型的個體化治療方案。中醫學治病的基本原則———辨證論治,其本質就是個體化醫學,體現了現代個體化醫學的特征。
3中醫藥轉化醫學的特點
3.1以中醫基礎理論為指導原則中醫基礎理論是中醫學的精髓,如果中醫藥的研究忽視中醫學的特色,一味地追求細胞乃至分子層面的機制,或盲目地模仿化學藥物研發模式,必然導致臨床與科研的脫節,最后中醫臨床只能依據古代經典,缺乏令人信服的科學證據。因此,中醫藥轉化醫學研究必須以中醫基礎理論為指導,才能更好地服務于臨床。
3.2以患者個體為中心中醫學的整體觀既強調人是一個有機整體,又強調人與自然、社會環境的密切相關,并建立“觀其脈證,知犯何逆,隨證治之”的辨證論治體系,也是一種人本主義的醫學研究模式。
3.3基礎研究與臨床應用之間相互促進的連續過程中醫藥轉化醫學的實質是理論與實踐的結合,是基礎與臨床的整合,具有“實驗室-臨床-實驗室-臨床”不斷循環的運作特色。中醫學也是在不斷的臨床實踐中逐漸發展壯大。只有通過基礎與臨床之間不斷地循環轉化,才能促進中醫醫療技術水平的整體提高。
4中醫藥轉化醫學的實施
中醫藥轉化醫學研究如何開展,如何順應世界醫學發展潮流,是當前中醫藥界必須思考的一個重要問題,其中中醫藥語言現代化和中醫臨床、中藥創新藥物研究的現代化是中醫藥轉化醫學實施的關鍵。
4.1建立中醫學轉化研究機構有條件的研究型或教研型中醫藥大學、研究型醫院或國家中醫臨床研究基地可采用加盟或聯合方式進行資源整合,建立以臨床和基礎及藥物研發為主體,結合中醫古籍研究的跨學科中醫藥轉化研究中心,并吸引相關企業共同參與,以平臺管理方式進行統一部署和聯合攻關,構建起一條高效率的轉化鏈。此外,也可以通過內部選拔或對外招聘的方式組建一個交叉學科研究室。此外,生物醫學信息學為解決轉化醫學相關問題提供了一系列方法學,其研究者應該成為中醫藥轉化醫學研究團隊的核心成員。
4.2加強轉化醫學推廣教育和轉化型人才培養長久以來,基礎研究領域人才的提拔和獎勵主要依據研究者的論文,而不是其帶來了多大的臨床效果。而臨床醫生則缺少時間去閱讀相關文獻,這在相當程度上限制了基礎研究與臨床之間的交流。要解決這個問題,就必須加強基礎研究者和臨床醫生之間的交流、合作。當前中醫藥基礎研究的人才隊伍建設比較薄弱,整體科研水平較低,知識結構也較單一,學科滲透和交叉能力相對欠缺,對世界醫學最新進展和前沿動態信息了解滯后,創新能力不足。因此,需要加強對既懂中醫又具有現代西醫科學實驗技能,并有轉化醫學理念的復合型人才的培養。國內中醫藥大學與開設的中醫學國家理科基地專業是一個很好的探索。
4.3加大扶持力度與政策引導長期以來,高昂的經費支出是造成轉化醫學研究發展十分緩慢的核心問題,原因在于科研成果從實驗室走向臨床的轉化過程成本高,前期的巨大投入使許多企業和醫療機構失去投資的動力。其次,中醫藥轉化研究的過程涉及多學科、多部門的利益協調,很容易在關鍵環節產生脫節現象。因此,政府除了要在政策上加以傾斜和扶持,引導大型企業贊助中醫藥轉化研究外,還應制定有效的體制、規定,將各學科、各部門緊密地聯系在一起,形成一個團結高效的研究團隊。
4.4緊密結合中醫特色和優勢,展開中醫藥轉化研究中醫藥轉化研究是中醫藥現代化研究的需求,有助于更好地促進和加快中醫藥向更深層次水平邁進。中醫藥轉化研究的開展應緊密結合中醫特色和優勢。主要包括:①重視中醫經典的指導作用:2006年頒布的《中醫藥創新發展規劃綱要》,明確了中醫藥發展的“繼承、創新、現代化、國際化”四項基本任務,強調在“繼承”基礎上加以豐富發展、充實完善,才會有中醫的創新。②推動經典復方的方劑組學研究:方劑組學以中醫方劑作為研究內容,以提取物的質量控制為前提,以臨床療效為基礎,然后應用基因組學和蛋白質組學明確其作用靶點、研究其調控機制。③協作進行病證結合的轉化醫學研究:陳可冀院士認為,西醫診斷與中醫辨證的病證結合充分體現了中西醫兩種醫學的優勢互補,是中西醫結合的最佳模式。④注重結合中醫臨床:進行中醫藥轉化研究時,必須充分體現中醫整體觀及辨證論治的特色,針對證候的分類、治則治法、方藥選用、證候轉變、療效評價等關鍵環節,應用各種組學技術,篩選出不同層面的與證候發生發展、辨證分類、治法方藥和療效評價相關聯的敏感性生物標志物群,并給予其在臟腑及四診信息中的定位。
5結語
關鍵詞:微生物學實驗課程;多學科融合;教學改革;教學質量;創新能力
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)47-0108-03
微生物學是生物學和生命科學領域中極為重要的基礎性學科,同時也是生物工程和生物技術專業的核心課程。由微生物學的發展史不難看出,該學科最重要的特征就是具有實驗性和實踐性,同時具有很強的應用性。微生物學實驗教學既是對微生物基本理論的深化和鞏固,又是培養學生觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題能力的最有效途徑,更是培養學生創新能力、科學思維和提高對本專業學習興趣的重要手段。因此,在開設微生物學課程時,微生物學實驗也是既重要又十分必要的課程。我校的生物工程、釀酒專業和生物技術三門本科專業盡管分屬于工科、理科性質,但均側重于培養本領域具有國際視野、創新思維和解決實際問題的高素質人才。特別是我校“國家生命科學與技術人才培養基地”的人才培養目標明確定位為“培養適合社會發展的具有創新精神、實踐能力和創業能力的新世紀高層次工業生物技術人才”。同時,微生物學是多個相關學科的聯系紐帶,特別是生物化學、分子生物學、細胞生物學和發酵工藝學等本專業的學科平臺課程和專業核心課程,均依賴于微生物學科的支撐。同樣,微生物學和微生物實驗課程的知識體系、基本理論和前沿進展又離不開其他學科的支撐,因此,在學科交叉與知識融合的背景下,在本科課程設置和教學模式改革中,我們特別注重微生物學實驗教學的教學模式改革和實踐效果。
一、微生物學實驗課程的傳統教學模式及不足
微生物學實驗是微生物學的重要組成部分,也是微生物學教學的重要環節。從培養人才目標上來看,微生物學實踐教學與微生物理論教學具有同等重要的地位,甚至更高。就我校生物工程專業,微生物學理論課程設定40學時,而實驗課程設定48學時,這也從一定程度上反映了實驗教學的重要性。傳統的實驗教學雖有區別,但總的來看多以單元操作實驗、結果驗證實驗為模塊進行課程設置,其出發點是以掌握基本實驗技能,加深基本概念和理論為目標的。就其出發點來看,傳統的實驗教學設置課程體系是發揮了良好的效果。但是,對照培養高素質、寬口徑和創新型生物工程人才的培養目標來看,傳統的實驗教學仍有一些不足之處,概況起來有以下幾點。一是在主觀認知上,認為實驗課的目的是驗證課堂講授的理論內容,常采用實驗課堂上教師單純講解示范,學生一味跟蹤模仿,造成了學生被動接受知識的效果。長此以往,實驗教學形式僵化,學生上課興趣降低,導致最終的教學效果很難達到預期目標。二是實驗教學內容的設計上呈現點狀式、碎片化特征,驗證實驗過多,綜合型、設計型實驗環節較少。這種實驗內容的設計優點是強調對基礎實驗技術的掌握,但是很難充分激發學生的創新思維和探索未知世界的興趣。三是實驗安排上采取每周有實驗,理論課和實驗課并行的特征,導致一些連續性的實驗難以及時完成。這種實驗課程學時的安排布局看似合理,實則不符合微生物學實驗的基本規律,因為有些微生物學實驗需要半天、一天甚至更長時間才能完成,而零碎的時間打斷了實驗的節奏,導致不可預知的實驗結果,更為重要的是沒有給學生充分的時間去思考、分析和吸收消化所學知識,教學效果肯定大打折扣。為此,我們在吸收、總結傳統實驗教學精髓的基礎上,根據工科專業人才的培養特征,探討和嘗試了一些微生物學實驗課教學的新舉措。
二、微生物實驗教學改革的探索與實踐
1.微生物實驗課程的體系改革。傳統的微生物學實驗主要包含無菌技術、染色技術、純培養技術、顯微技術這四大技術。如前所述,一方面,這些實驗技術是基本的微生物學實驗操作,隨著生命科學特別是微生物學科的快速發展,僅僅開設這樣實驗內容是跟不上學科發展的步伐的,因此微生物實驗教學體系結構也要有相應的改革和創新,必須體現新內容、新技術、新方法和新進展。另一方面,實驗課程通常將這些實驗技術分散在相對獨立的實驗單元中,各單元之間缺乏方法和內容的有機結合,形成割裂的教學效果,難以有效地培養學生完整的知識體系,融會貫通的理解能力。這種傳統的教學形式不利于創新型人才的培養。因此,我們在課程實驗教學環節,重構課程實驗的教學內容和課程體系,增加綜合和設計型實驗比重,進行基本技能和創新能力的交叉遞進式培養。
首先,通過單元操作技能訓練,培養學生的基本實驗技能(即染色技術、顯微技術、無菌技術、純培養技術)和動手能力。本部分內容主要包括細菌、放線菌、酵母和霉菌的形態學特征;微生物培養基的配制和接種;微生物培養基的配制與滅菌等。單元操作訓練是認識微生物、了解微生物的入門技能,也是開展微生物學研究和微生物工程必備基本技能。在開展單元實驗過程中,為提高學生的積極性和實驗興趣,首先結合教學錄像進行講解,在實驗的關鍵點設置思考題,在觀看錄像過程中,老師隨時就問題和學生互動,讓學生對實驗原理不僅要知其然,還要知其所以然。在問題設置上要能夠從細節入手,讓學生學會知識的交叉運用、思維方式的靈活拓展。如在進行培養基滅菌實驗中,首先設置問題1:常見的滅菌方式有哪些?其適用范圍和特點有哪些?根據所學理論知識和老師引導,學生很容易回答這個問題。接著,設置問題2:無菌操作時,超凈臺面和雙手表面如何殺菌?通過這個問題與接種操作技術結合起來。設置問題3:我們在消毒時為何用70%左右的酒精而不是用無水乙醇?通過這個將微生物學和生物化學兩個學科進行了有機交叉,實現了知識的融合。緊接著設置問題4:如果工程發酵罐中發現了噬菌體污染,如何消毒?這個問題將理論問題與發酵工程相結合,該問題要求學生既要掌握理論知識,也要熟悉發酵工業才能很好地進行回答。通過四個環環相扣的問題實現了知識的遷移、交叉和融合。其次是通過綜合實驗設計,強化學生基本實驗技能和微生物學基礎理論知識的應用。在這一部分中,首先由教師將一系列獨立單元實驗設計成圍繞為解決某一模擬課題而展開的系列關聯的實驗環節,然后學生利用微生物理論知識結合基本實驗技能,在遵循微生物基本原理基礎上在一定范圍內自主選擇實驗對象。讓學生學習和掌握相關的實驗技術和方法并學會對不同實驗結果進行分析比較。以自來水中大腸桿菌菌群檢測為例,利用微生物的生理生化實驗進行微生物的鑒定,并對照水質檢測的國家標準來安排實驗。在這個實驗過程中,不僅利用了微生物學基本實驗操作,而且還將大腸桿菌的形態學特征、生理生化特征以及菌種鑒定等知識融合到實驗中。更為重要的是,讓學生直接認識到微生物特別是大腸菌群在水質監測中作為指標菌的重要應用。再次,通過設計型實驗,提升學生利用微生物學理論和實驗技術開展工業微生物菌株選育的能力。在這一層次上采用學生自主設計、老師負責把關的開放式實驗教學模式,強化工程概念和實踐特征。學生通過完成前面兩個階段的實驗,對微生物基本理論和實驗技能有了較好的理解和掌握。在此基礎上,開放式的實驗教學按照自由組合分組、獨立設計實驗方案、協同完善內容安排、時間分配,強調團隊合作的基本原則開展實驗。老師在整個過程中要起著引導、啟發作用。例如:以“從自然界中篩選產酸性淀粉酶(或有機酸)的芽孢細菌”研究課題開展實驗為例。學生需要完成如下工作:通過生境分析明確采樣地點;完成采樣并查找或自行設計快速檢出方法;進行富集和選擇培養;篩選獲得相對優良的產生菌株;初步鑒定和發酵實驗。整個環節的完成不僅可以提高學生對實驗課的學習興趣,強化團隊協作能力,更重要的是使他們獲得一個真實的實驗研究過程的鍛煉。最后,設置交叉學科的創新課題,引導學有余力的同學積極參與授課老師的相關科研課題,激發學生對生物工程和生命科學的興趣。如前所述,微生物與分子生物學、生物化學、遺傳學、生物信息學等學科有著廣泛的交叉與聯系,當今工業微生物育種技術在多學科交叉融合的發展趨勢下取得了長足的進步。因此,培養創新潛力大、科研素質高的學生,普通的實驗設計難以滿足需要。我們在不斷的探索過程中,初步形成了創新課題的形式,讓部分學生真正參與到科學研究的第一線。創新課題實驗按照學科交叉、由易到難、注重創新的原則設置。在學生能夠獨立完成小型課題的基礎上,再進一步融入到研究生課題的探索中。如,以“表達綠色熒光蛋白的重組大腸桿菌構建”為課題,將微生物學、分子生物學、生物化學、基因工程、生物信息學等相關學科知識交叉、融合其中,讓學生在探索中創新,在創新中實現寬口徑、厚基礎型的人才培養目標。
2.微生物實驗課程的課時安排和考核模式改革。如前所述,傳統的實驗教學課時安排導致不適宜于微生物實驗課程的開展。為了避免分散的課時導致教學效果的降低,教務部門在安排班級教學任務時,會統籌考慮不同課程的差異性,在協調優化課時安排的基礎上,排出相對完整的時間安排微生物實驗課程教學。另外,任課教師統籌利用下午和晚上連續較長的時間開展教學工作。實踐證明,優化課程學時結構,合理安排教學課時能夠保障實驗的連貫性、一致性,提高學生的積極性,從而顯著提升教學效果。考核是實驗教學體系的重要環節,是評估學生學習成效的重要手段。傳統微生物學實驗考核方式相對單一,通常以實驗報告為主,考勤情況等為輔綜合評定的方法作為考核手段。這種評價方法盡管具有標準公平、成績公正、易于操作等優點,不足之處在于導致學生僅注重實驗結果和實驗報告的書寫,而忽視了實驗過程中發現問題、分析問題和解決問題能力的培養,更重要的是這種考核模式難以真實反映學生對微生物學理論和實驗技能的綜合分析能力和創新能力。因此,我們也對微生物學實驗課程考核方法進行了一些探索和嘗試。
首先,我們認為考核的內容不僅應包括對實驗原理的理解和基本實驗技能的掌握,還應包括分析和解決問題的能力、團隊協作精神以及科學嚴謹的態度。因此,實行實驗過程與結果并重的考評方法對于培養學生良好的實驗技能和求真務實的科學態度很有必要。
其次,在加強對實驗課程的管理和考核規范的前提下,淡化和簡化實驗報告中操作步驟按部就班的抄寫,注重結果分析和討論,并在實驗結束后布置一些開放性的思考題讓學生完成。這樣,不僅能促使學生通過查閱資料解決問題,增強其學習主動性和分析問題的能力,也能避免學生對實驗結果作假和抄襲實驗報告的現象發生。
再次,分類考核,全面考查。對于一次實驗課能夠完成的單元操作實驗,指導教師應當場檢查學生的實驗完成情況和結果,發現問題當場指出并評定課堂表現成績。教師將根據實驗課堂表現和實驗報告完成情況,對每個單元實驗的綜合成績進行評分。對于需要多次實驗才能完成的綜合性和設計性實驗,要求提供詳細的原始記錄、實驗結果分析報告作為實驗成績考核的重要依據。
三、結語
江南大學生物工程學院的微生物學理論教學和實驗教學在多年來不斷探索和改革的過程中,逐漸形成了具有特色的學科平臺課程。在教學過程中,微生物學理論課老師一般都要擔任微生物學實驗教學課程,這樣老師能夠更好地自主協調和平衡理論教學與實驗課程在時間、節奏和進度上的合理安排,從而使二者能夠相輔相成,相得益彰,整體上提高微生物學的教學水平和質量。通過單元操作實驗、綜合實驗、設計實驗和創新實驗等由易到難、由淺入深的實驗內容結構安排,對學生更好地理解和消化理論課,培養學生動手能力、創新能力有重要的意義。
參考文獻:
[1]諸葛健,李華鐘.微生物學[M].第2版.北京:科學出版社,2009.
[2]周宜君,劉越,戴景峰,等.微生物學實驗教學改革探索與實踐[J].微生物學通報,2009,36(10):1609-1613.