分子生物學的應用范文

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分子生物學的應用

篇1

關鍵詞:分子生物學;醫學檢驗;蛋白質

20世紀80年代中期,分子生物學技術進入人類的生活,自此之后,分子生物學的發展取得了突飛猛進的成果,已經逐步成為醫學領域不可或缺的診療手段之一[1]。分子生物學技術作為檢驗醫學的最新方法,已被檢驗學科的各領域所應用,近年來,分子基因芯片技術、分子蛋白組分析技術等技術都為檢驗學科提供了新的發展思路,為此,筆者根據自己的一些臨床經驗,從與檢驗醫學相關的技術與發展進行簡單的分析介紹:

1、聚合酶鏈式反應(PCR)的應用

PCR是一種體外酶促合成特異DN段的方法,是分子生物學中最常用的技術?;虻目寺?、分離和核苷酸序列分析等都用到PCR技術,也可以應用與突變體和重組體的構建以及基因表達調控的研究,也涉及到基因多態性的分析、腫瘤機制的探索、遺傳病和傳染病的診斷等諸多方面。PCR的操作步驟分別是高溫變形、低溫退火、適溫延伸,作為一個循環周期,多次循環反應,使目的DNA得以迅速擴增。傳統的操作技術與這些衍生出的新PCR技術(定時定量PCR、原位PCR技術等)相比,都具有靈敏度高、操作簡單、省時省力等特點。

2、分子生物傳感器的應用

現代檢驗醫學中,分子生物傳感器被廣泛應用于臨床,成為了臨床診斷和病情分析的重要依據,其應用的主要范圍在體液微量蛋白、小分子有機物等多種物質的檢測。分子生物傳感器的工作原理是利用如酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜、微生物、細胞等生物物質作為識別元件固定在轉化器上,當待測物與生物識別元件發生特異性反應后,將生化反應轉通過轉化器將所產生的反應結果轉變成可定量的物理、化學信號等,從而進行生命物質和化學物質檢測和監控[2]。這樣一來我們可以設想如果分子生物傳感器能夠在體內實施監控,那么對于患者來說是個很大的福音。

3、分子生物芯片技術的應用

隨著醫學科學技術的飛速發展,傳統的醫學檢驗技術顯然已經不能跟上生物學的腳步,對于臨床上更微量、更迅速的檢驗要求已經滿足不了。生物芯片技術把傳統醫學檢驗技術的復雜、自動化程度低、檢測目的分子數量少、低通量等不足都解決了,其原理是把分子間特異性地相互作用,將大量探針分子固定于支持物上,通過縮微技術,實現對細胞、蛋白質、基因及其它生物組分的檢測。這一技術是通過不同的探針陣列和特定的分析方法,使其應用更加廣泛和有價值,如基因表達譜測定、突變檢測、多態性分析、基因組文庫作圖及雜交測序等均為“后基因組計劃”時期基因功能的研究以及現代醫學科學及醫學診斷學的發展提供了強有力的工具,在基因的發現、基因診斷、藥物篩選、給藥等個性化方面也同樣取得了重大突破[3]。

4、分子生物納米技術的應用

分子納米技術的發生和發展,使人們在防治和治療疾病上又向前邁了一大步,改善了人類的整個生命系統。納米技術可以探測機體內化學或生物化學成分的變化,適時地釋放藥物和人體所需的微量物質,及時消滅侵入人體的細菌和病毒,修復畸形的基因,扼殺萌芽的癌細胞。近來有學者將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學發光免疫測定技術相結合的自動檢測系統,成功用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型(HIV-1和HIV-2)抗體的檢測[4]。

5、分子蛋白質組學的應用

人類基因組的測序成功為蛋白組學的研究提供了一個很好的平臺,但目前仍有很多新發現的基因編碼蛋白質功能未知的,比如目前癌基因的發現,雖然在一定程度上得到了很大發展和進步,但癌癥的發病原因、診斷和治療等方面還存在一些未解決的問題。

6、展望

目前檢驗醫學中的發展趨勢是定量PCR和PCR的全自動化。體外基因擴增技術除PCR以外,還衍生出LCR,鏈置換擴增系統(SDA),轉錄擴增系統(TAS),自限序列擴增系統(3SR)等技術也將由科研逐步進入臨床領域[5,6]。所以說現代醫學分子生物技術的前景是美好的,各種新技術的應用也在不斷涌現,并且成熟的運用到臨床醫學檢驗中。

參考文獻:

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篇2

關鍵詞:Sandwich教學法,分子生物學教學,教學改革

中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)51-0173-02

分子生物學是研究生物大分子功能和相互關系的科學,是21世紀生命科學中發展最迅速的學科之一[1]。分子生物學是我國高等院校生物、醫學類學生的專業必修課,也是化學、物理、材料等專業的選修課。然而該課程內容信息量大,理論知識抽象、枯燥、不易理解和記憶,導致學生學習興趣和積極性缺乏,普遍存在教師難教和學生難學的現象。

Sandwich教學法,即“三明治”教學法,是一種在教學中增加學生小組討論等環節,促使師生、生生之間交流,調動學生積極性和提高學生自我學習和自我思考的新型教學模式[2]。該方法被應用于其他課程教學中,均取得了良好的教學效果。因此,針對塔里木大學本科生分子生物學教學中存在的問題[3],我們將Sandwich教學法引入分子生物學課堂中,通過一學期的實踐及與傳統教學法效果對比,得到了學生的普遍認可,提高了教學質量。

一、教學對象與方法

1.教學對象。以塔里木大學2013級生物技術和應用生物科學專業的75名學生為研究對象,其中對生物技術專業的50名學生采用傳統教學方式,為對照組;對應用生物科學專業的25名學生采用Sandwich教學法,為實驗組。上述兩組均為統招生,在第一和第二學年的學習成績均無明顯差異,相同教師授課,使用相同教材。

2.教學方法。(1)實施方法。塔里木大學分子生物學課程在第三學年第一學期開設,總學時60,每周4節課。兩組學生教學內容相同,同步授課。實驗組學生4―5人為一組,共分6組。在每章基本內容講授完后安排2個學時進行Sandwich教學法授課。(2)教學評價。采用考試和問卷調查形式評估教學效果。實驗組和對照組期末考試試卷相同,綜合成績=期末成績(70%)+平時成績(30%);期末采用無記名問卷調查方式了解學生對教學效果的反饋。獲得數據用EXCEL進行統計學分析和t檢驗。

二、結果

1.成績考核。從兩種教學方法比較來看,采用Sandwich教學法學生的期末考試成績和綜合成績均高于傳統教學組,且具有顯著性差異(表1)。

2.教學效果評價。調查問卷顯示,Sandwich組對分子生物學的學習興趣占68%,明顯高于傳統組(46%),且前者有72%的學生能主動學習,也高于后者(38%)。對老師提出的問題,Sandwich組選擇“喜歡”比例也均高于傳統組。另外,84%的學生對Sandwich教學法滿意,而對傳統方法滿意的學生只有44%(表2)。

三、討論

隨著科技的快速發展,分子生物學成為生命科學的帶頭學科和前沿領域。該課程內容的枯燥和抽象,使學生缺乏學習興趣,學習成績和教師教學效果較差。因此,進行課堂教學方法的改革,是當前人才培養模式轉型的一個關鍵環節。

從塔里木大學分子生物學課堂中引入Sandwich法的教學效果看,無論是學生的學習成績(表1),還是對學生能力的培養(表2),Sandwich教學法都比傳統方法具有明顯優勢。這種教學法營造了生動活潑、形式多樣的課程氣氛。學生在學習每章基本知識的基礎上,通過開場、提出問題、分組討論、匯報、總結等環環相扣的過程,在身心愉悅的氛圍中學習知識,有效克服了枯燥、沉悶、被動的“填鴨式”傳統教學方法弊端。同時也杜絕了課堂上學生缺勤、打瞌睡、玩手機的不良現象。另外,針對教師開場提出的問題,要求學生獨立思考、自主利用網絡、書籍等渠道查資料。在分組討論時,學生相互交換意見、各抒己見和進行思維碰撞,充分調動了學生學習的主觀能動性。通過該環節的實施,使性格內向的學生逐漸樂于表達自己的觀點,掌握了良好的溝通技巧。同時,在此過程中,教師的專業技能和教學水平也得到了提高,形成了良好的教學相長的格局。

然而,盡管Sandwich教學法較傳統方法有明顯優勢,但在具體實施中,我們發現該方法仍有一定的局限性,主要有幾個方面:(1)費時。在有限的2個學時內,學生難以實現課堂上查找資料,無法全面覆蓋課程知識點,問題探不夠深入,極大地制約了Sandwich教學法的普遍應用。(2)不適合大班授課。目前國內大部分高校的教學班不是合班就是單班人數過多,均不利于Sandwich教學法的實施。(3)對教師和學生要求很高。教師提出的問題一定是經過深入思考、能涵蓋主要知識點的問題,這樣才能有利于學生對知識的掌握。學生對教師提出的問題,如果不認真查找資料和思考,就會討論很膚淺,達不到掌握和補充知識的目的。對此,我們嘗試在傳統教學模式基礎上引入Sandwich教學法,即在每章結束后進行Sandwich法教學,把問題提前提供給學生并啟發思考,學生課堂下查找資料,在課堂討論時能有的放矢、游刃有余。這樣不僅增強了學生學習的自信心和興趣,而且培養了學生思考、分析和解決問題的能力??傊?,通過Sandwich教學法的實施,使以教師為中心的教學模式轉變為以學生為中心的導向教學模式,有效提高了教學質量,值得在今后分子生物學的教學中進行推廣和應用。

參考文獻:

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Application of Sandwich Teaching Method in Molecular Biology Teaching

QIN Shao-wei1,ZHAO Li-feng1,2

(1.College of Life Science,Tarim University,Alar,Xinjiang 843300,China;2.Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin,Tarim University,Alar,Xinjiang 843300,China)

篇3

[關鍵詞]農業院校 研究生 分子生物學雙語教學 課堂演講 應用

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2015)11-0086-04

近年來,我國各行業日益與國際接軌,迫切需要既精通專業知識又能良好運用外語的高素質人才。研究生的外語運用能力是衡量我國研究生培養是否滿足社會需求的標準之一。英語早已是全球語言,我國高校部分研究生專業課程實施漢英雙語教學(Chinese-English bilingual teaching)正是高校研究生教育致力于培養具有國際視野的高層次人才的重要舉措之一。

分子生物學是現代生命科學中發展最快的前沿學科之一,其理論和技術幾乎已滲透到農業的所有領域。因此,在我國農業院校,分子生物學被設計為“生物化學與分子生物學”、“植物學”和“作物遺傳育種”等眾多學科點的基礎課或學位課之一。然而,分子生物學內容多、抽象性強、進展飛速,加上國內高校尤其是農業院校的分子生物學在教學與科研方面均與美、英等發達國家的存在較大差距,這決定了國內師生只有借助英語才能迅捷、精確地掌握該學科知識,追蹤其最新進展。因此,我國部分農業院校將研究生的分子生物學設計為漢英雙語教學,以幫助學生借助英語更好地掌握分子生物學知識,同時提升學生的英語運用能力。

但是,與國內綜合性大學相比,農業院校研究生的生源質量較差,一方面,學生的分子生物學知識薄弱,部分學生以前沒學過分子生物學或生化知識,個別跨專業的學生甚至缺乏生物學常識;另一方面,學生的英語基礎偏弱,“啞巴英語”是普遍現象。這樣一來,農業院校實施研究生分子生物學漢英雙語教學面臨巨大困難,學生對該課充滿期待卻又焦慮不堪。因此,如何幫助學生接納該課程是教師亟須解決的難題。筆者在多年教學中初步證實,“課堂演講(class presentation)”是實現分子生物學漢英雙語課教學目標的有效方法之一。

課堂演講在國內外高校中均是一個歷久彌新的命題。演講是講話人處于中心地位在聽眾面前就某問題發表意見或闡述某事理的交際活動;狹義的課堂演講是指學生在課堂上就某話題陳述看法、觀點。在當今社會,口才是人才的必備素質之一,演講課是國外許多大學必開的一門課。早在1642年,哈佛大學就將演講作為必修內容訓練學生;在當代美國高校,演講課被作為通識教育的必修科目,具有不可撼動的地位。在我國,最早為英語專業學生開設演講辯論課的是北京大學。但是,課堂演講在我國農業院校研究生的分子生物學漢英雙語教學中的系統實踐卻迄今未見報道。

筆者針對我國農業院校研究生分子生物學雙語教學舉步維艱、效果欠佳的現狀,結合多年教學實踐,探討了將學生課堂演講引入研究生分子生物學雙語教學的主要理論基礎、操作環節和實踐效果,旨在為我國農業院校研究生分子生物學雙語教學的效果優化提供參考。

一、我國農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講的主要理論基礎

(一)實施課堂演講依托的是“輸出式”知識獲取理論

目前,我國高校的大部分課程均是單純的“輸入式”教學,而徹底缺失了“輸出式”教學。教育家Swain的“輸出理論(output hypothesis)”認為:“輸出”可大大提高學習者特別是語言學習者的學習意識,對提高學習者的交際能力起著不可替代的作用;事實上,成功的專業知識和二語習得既需要大量“可理解輸入(comprehensible in?鄄put)”,又需要有效“可理解輸出(comprehensible out?鄄put)”。對學生而言,在農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講正是一種專業知識和英語的雙重“強迫性輸出(pushed output)”,是一種以任務為導向將學生置于真實“輸出”環境的“任務型教學”。在完成演講任務中,學生須經過重構在分子生物學和英語兩方面將陳述性知識轉化為程序性知識,并以富于情感的演講來實現分子和英語知識的同時強化。

(二)實施課堂演講體現的是“研究型學習”理念

“研究型學習”是指學生在教師指導下以類似科研的方法獲得知識。農業院校研究生分子生物學雙語教學的目標之一就是要強化學生的研究能力,課堂演講正是磨煉學生研究能力的有效方式。這是因為,課堂演講過程包括選題、準備、演講和評價等環節,學生應對每個環節時都可模擬研究來開展。在認定題目時,學生須客觀評價自身的知識基礎和未來研究需要,這類似于科研中的“選題”;在準備演講稿時,學生須大量收集、快速甄別資料,這等同于科研中的“文獻檢索”與“立論”,該過程錘煉的總結與寫作技巧還能有效運用到學生的論文寫作中;在制作PPT和上臺演講時,學生須理清邏輯、謀篇布局、旁征博引,該過程等同于科研中的“結題匯報”或“論文答辯”。可見,課堂演講的實施正是契合了研究生課程的“面向研究”的屬性,體現的是“研究型學習”理念。

二、我國農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講的主要操作環節

(一)學生動員

在首次課中,教師一方面要向學生說明課程的設計理念,強調課堂演講的實施是順應時代的發展,以敦促學生感悟教師的良苦用心,積極應對;另一方面,要說明課堂演講的實施方案和評價方式(見表1),規定每位學生都要演講一次,成績將被納入其“形成性評價體系”,并占課程總成績的40%,促使學生高度重視、嚴肅對待。實踐發現,少數分子基礎知識扎實、英語口語功底好的學生對課堂演講的興趣較高,但大部分學生因分子基礎知識薄弱、英語口語能力低下而對演講產生焦慮感,故動員環節的核心是消除這些學生的畏難情緒,鼓勵其勇敢面對。

表1 研究生分子生物學雙語教學中課堂演講的評分體系

(二)演講題目確定

演講題目按“一人一題”的原則并根據分子生物學內容和學生水平確定。就學科內容而言,題目須立足學生的研究需要,以分子技術的基本操作、新進展為重點,同時兼顧基本概念,做到深與淺、經典與現代的和諧統一。就學生實際而言,首先須照顧學生的知識背景,如學生的分子基礎知識極其薄弱,則為其設計基礎性的題目,并推薦中文材料;如學生已擁有較扎實的分子基礎知識,則鼓勵其選擇較尖端的新命題。其次,須考慮學生在研究生階段甚至在就業后的研究方向,如學生在研究中將不涉及或很少涉及分子問題,則讓其選擇“入門”型的題目;如學生研究涉及大量分子手段,則讓其與導師溝通,使所選題目能貼近其研究細節或就是其研究的關鍵環節,即讓演講成為該學生準備研究的有機組成部分。在長期教學中,筆者已建成了課堂演講的“題目庫”,供每輪教學更新、使用。

(三)演講PPT制作與審定

學生須提前準備好演講PPT。演講內容應緊扣題目,支撐材料可來自指定的原版教材、國際分子生物學相關網站或英語期刊。內容的組織應重點突出、結構嚴謹、邏輯清晰。PPT須用全英語完成,并講究科技論文寫作的規范和專業詞匯翻譯的準確度。PPT應長短適宜,背景美觀,字體、字號恰當,圖、表和視頻等精美、合適。學生演講前,教師及時審閱其PPT,指導其在分子內容和英語運用方面進行反復推敲,特別是要杜絕抄襲與剽竊現象。

(四)正式演講前的演習

在正式演講前,教師指導學生利用宿舍、實驗室或自習室等場合反復演習,以熟悉PPT、控制時限、推敲演講中構思與布局的科學性,并設計必要的肢體語言。教師可提供經典英語演講稿供學生欣賞,讓其領略英語演講中的換氣、連續、重音和停頓等用聲特征。

(五)“上臺”演講

在規定時間,學生上講臺在10-15min內完成演講,并預留提問時間1-2min,演講順序可按學生學號也可由學生自主決定。學生演講時須先說或讀英語,再漢譯關鍵詞或句。教師負責為學生營造一個寬松而莊嚴的環境,要求學生鄭重進入演講狀態,并敦促其他學生尊重演講者;學生演講結束后,教師隨機請學生對演講者進行點評或提問。在學生演講過程中,教師要寬容對待其失誤或錯誤,及時給予總結或鼓勵。條件允許時,教師可對演講過程進行錄音或錄像,再在課堂上回放點評,這樣可大大增加課堂的趣味性與互動效果。

(六)成績評定與期末試題設計

演講結束后,教師參考學生對演講者的點評對演講者進行評分(表1)。同時,教師在演講結束后的提問時段,從演講內容中快速精選部分知識點設計為期末考試題,并當場對全體學生說明,即本課程的期末考題全部來自學生的演講內容,每個學生的演講內容都有可能出現在期末試卷中,這樣一來每輪課的期末試題均不同,可杜絕“師弟”、“師妹”向“師兄”、“師姐”打探期末考題、弄虛作假應對考試的弊端,從而促使全體學生專心聽每一個演講者的演講,積極應對期末考試。

三、我國農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講的主要意義

(一)有助于強化研究生的分子生物學知識和綜合運用英語的能力

農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講可從“源頭”強化學生的分子知識。在學生為演講做準備的過程中,教師引導學生熟悉國際上分子生物學的主要網站、著名期刊和經典名著,學生從中積累了大量的分子生物學專業詞匯。隨著閱讀量的擴大,學生將逐步掌握分子基礎知識、技術方法的英語表達方式,以實現對分子理論和技術的準確認知。同時,學生可熟悉部分分子生物學英語期刊的辦刊宗旨和收錄范圍,從而為今后的英語打下初步基礎。

另一方面,實施課堂演講可大大提升學生綜合運用英語的能力。課堂演講實施中,英語文獻檢索與閱讀、英語科技論文的寫作和英語口語演練等環節可系統地促使學生自主強化其綜合運用英語的能力,教師則引導學生感悟英語的遣詞造句、基本語法和科技論文慣用語等諸多細節,使學生運用英語時在詞、句、段和篇各層次均力求地道,從而提高英語思維、錘煉英語思辨能力。其中,“上臺演講”環節可在近似正式交流的層次為學生創造說、講、讀和聽英語的寶貴平臺,可有效幫助學生在英語運用中認識到地道、優美語音語調的魅力和連貫、流暢表達的重要性。

(二)有助于強化研究生的心理素質

農業院校的研究生因英語較差而對演講產生嚴重的畏難情緒,但仍被分子生物學雙語教學中的課堂演講“逼”上講臺。教師應正視學生的焦慮情緒,依托完善的演講內容準備和基本演講技能指導來幫助學生消除理解恐懼,調整期望值,臨場時冷靜、自制。實踐證明,學生按平等機會輪流上臺能有效幫助學生克服怯場心理,后上臺者越發鎮定自若,臺下的提問者也逐漸活躍,在這種充滿善意、激情的氛圍中,學生運用英語的興趣被激發,在公眾場合展示自我的勇氣得以增強,害羞、怯場等不良心理逐漸被克服。

(三)有助于強化研究生以信息收集與甄別為核心的思辨能力

我國長期的“填鴨式”教學使學生思辨能力低下,面對海量信息時,學生們往往無所適從。研究生參與課堂演講時嘗試以語言綜合認知和運用為基礎的跨文化交際,在應對演講的各環節時都須調動、運用分析、綜合、判斷和推理等思辨能力。其中,學生瀏覽網站和閱讀國內外參考文獻時,須做到廣泛涉獵、海量收集和快速甄別。面對龐大的信息群時,學生須以評判性思維、緊扣自身目標來辨析信息與目標的“關聯度”,在有限的時空內快速決定材料的取舍和“取”的程度,該過程與科研項目申報中的立論依據梳理和研究假說凝練過程極其相似??梢姡n堂演講可培養學生良好的以信息收集與甄別為核心的思辨能力,這對學生研究工作的開展具有特別重要的意義。

四、結束語

我國農業院校研究生分子生物學雙語教學中實施課堂演講并非致力于把學生培養成演說家,而是將課堂演講作為手段實現學生分子知識水平提升和英語運用能力強化雙重目標。[3] [28]實施課堂演講運用的是“輸出式”知識獲取理論,體現的是“研究型學習”理念,具體包括學生動員、演講題目確定、演講PPT制作與審定、正式演講前的演習、“上臺”演講和成績評定與期末試題設計六個環節。實踐證明,課堂演講有助于強化研究生的分子知識和英語綜合運用能力、心理素質和以信息收集與甄別為核心的思辨能力。

同時,實施課堂演講對教師在分子知識、英語能力和工作量等方面提出了新的挑戰。教師須時時緊跟分子生物學的發展才能引導學生實現對該學科的即時了解。教師組織課堂演講既要立足于對普通英語演講的充分了解,又要從英語學術報告的角度強調課堂演講的科學性。此外,教師在演講的各環節都要密切關注、精心組織學生,還需統籌教學任務的圓滿完成,故必然付出更多的精力和時間。

[ 注 釋 ]

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篇4

關鍵詞結核病;結核分枝桿菌;聚合酶鏈反應

20世紀90年代,全球多數發達國家結核病疫情出現明顯回升,許多發展中國家出現結核病疫情嚴重加劇,結核病已成為全球最緊迫的公共衛生問題,目前世界上沒有任何一個國家能逃脫結核病的威脅。每年全世界約有800萬新發病人,約300萬人因結核病而死亡。我國的情況也是如此,據2000年第四次全國結核病流行病抽樣調查表明,我國結核病的形勢仍然十分嚴峻。結核病流行病學顯示高患病率、高耐藥率、低遞降率等特點 [1]。因此快速準確的診斷是控制結核病的主要條件,我們對使用分子生物學技術聚合酶鏈反應在結核病實驗室的診斷做了一些分析研究。

1材料

儀器與試劑:廣州達安基因生物公司DA-7600熒光定量核酸擴增儀和結核分枝桿菌檢測試劑盒。

2方法

2.1標本采集和處理

2.1.1標本的采集和液化

用一次性痰液收集器采集,最好留取早晨第一口痰液。痰液收集后應盡快送檢。在痰液標本中加入4倍體積的4%NaOH溶液,吹打均勻后室溫放置30分鐘使之液化。

2.1.2 1×TE溶液配制

吸取1ml20×TE,溶于19ml去離子水中,混勻即可。

2.1.3標本及質控標準品的處理

取0.5ml液化痰液至1.5ml離心管中,再加入0.5ml4%NaOH室溫放置10分鐘后15000rpm離心5分鐘,吸棄上清,在沉淀中加無菌生理鹽水1ml打勻,15000rpm離心分鐘,吸棄上清:再重復洗滌一次。(血液標本直接用淋巴細胞分離液分離沉淀白細胞)沉淀直接加50ulDNA提取液充分混勻,沸水浴10分鐘(誤差不超過1分鐘),轉至4°C靜置6~8小時以保證充分裂解。1000rpm離心5分鐘,取上清液2ul做核酸擴增反應。另取陰性質控品、陽性質控品各40ul加等量DNA提取液打勻,沸水浴10分鐘后同上處理。

2.2加樣

將樣品處理上清液各2ul分別加入反應管中,混勻后置核酸擴增儀上,立即進行PCR擴增反應。

2.3核酸擴增程序

93°C2分鐘預變性,然后按95°C45秒55°C60秒,先做10個循環,最后按93°C30秒55°C45秒,做30個循環。

2.4結果分析

在定量分析中,綜合考慮相關系數,誤差后,設置當前域值(參考值1.2左右)。

3結果判斷

Ct值無:陰性結果;Ct值

4質量控制

陰性質控品:全部陰性;陽性質控品(包括臨界陽性質控品、強陽性質控品)全部陽性;陰性質控品Ct值>臨界陽性質控標準品Ct>強陽性質控標準品Ct,則本次實驗有效,否則,實驗無效,應檢查試劑、儀器、反應條件等方面的誤差。

5討論

結核桿菌(TB)可以導致全身性疾病,特別是在發展中國家,其發病率較高,危害性極大.近幾年結核桿菌的變異性較大,對抗癆藥物的耐藥性增加[2],從而使結核病的發病大幅度增高。雖然傳統的涂片抗酸染色、細菌培養以及胸片檢查對大部分結核能作出正確的診斷,但對某些病人亦可造成誤診或漏診.分子生物學技術基本實現了簡便、快速、防污染、靈敏、準確地診斷結核的目的[3],并且該方法正趨于常規化地應用于臨床一般實驗室[4]。應用PCR方法檢測結核桿菌的首要條件是設計一對特異性DNA引物.該引物所引導的DNA擴增序列應是結核桿菌獨有的,且是結核桿菌的保守序列,這樣才能保證檢測結果的特異性[5]。自從1989年聚合酶鏈反應(PCR)應用于結核桿菌檢測以來,該技術已廣泛應用于結核病的診斷并顯示出很多優點.PCR檢測結核桿菌的優點決定了它在臨床上的應用價值和范圍,PCR檢測TB的優點主要表現如下:

5.1能早期診斷TB菌血癥

在TB感染的早期,特別是在TB病灶通過血源性外傳播時、及在外周血中存在極少量的TB時,PCR就能給于擴增并確診.此外,由于外周血中TB的含量甚微,又沒有新的病灶形成,因而血清學方法和物理方法均難以達到確診的目的,而對這類病灶的早期診斷在臨床治療上具有指導意義,因為早期菌血癥是較易控制的,并可以防止繼發性TB病灶的形成。

5.2時間短

PCR檢測TB僅需2~4h對于某些培養法難以實施的病例,PCR法則行之有效,同時提高了敏感性和特異性,可以檢測到1個TB菌。

5.3有利于鑒別診斷

對于肺結核來說,其中的結核球和成人型原發性結核等,經常易于同肺癌的診斷相混淆。病灶中心部位經常出現既未見TB又未見癌細胞的壞死區.此時涂片檢測常是陰性的。在這種情況下,PCR檢測就顯得特別有效。在許多情況下,TB可以導致腦膜炎、胸膜炎、腹膜炎等。涂片法盡管在診斷上具有直接、簡便的優點,但敏感性差就局限了它的診斷范圍和實用價值。PCR檢測這類標本,可以說極其有效.其極高的特異性和敏感性可以很容易地確定TB性腦膜炎及TB性胸腹水。另外,對于腎結核、泌尿生殖系統結核的診斷,PCR都可以予以完成。

5.4抗癆治療的評價

對于抗癆治療效果的評價,以前的方法顯得軟弱無力。而PCR法則可以通過定期檢測,采用定量PCR法確切地評價抗癆藥物的療效及殘存菌的數量和活性度。 PCR擴增結果將是最可靠的療效評價指標。

所以分子生物學技術聚合酶鏈反應對于評估結核病的臨床療效、疫情的檢控、發病機理的探討均有十分重要的意義。隨著人們對結核分枝桿菌的認識不斷深入,結核病臨床發展的需要,我們必須從菌體水平到分子水平,從傳統實驗方法到現代實驗方法,進行全視角全方位的研究和探索,為達到最終控制結核病提供理想手段。

參考文獻

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[2] 勒小紅、劉元東、苗 青。結核分枝桿菌耐藥基因突變的研究。中華檢驗醫學雜志,2004。27:117-117.

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篇5

社區課程資源生物教學應用社區課程資源具有豐富性和多樣性,是社區教育課程實施的重要因素,也是社區教育課程的重要組成部分。即社區本身就是社區教育的“課堂”,社區所處的社會環境和自然環境對社區課程教學具有十分重要的實踐教學意義。本文著重對社區課程資源在生物教學中的應用進行了如下分析和探討。

一、社區生物課程資源的種類

社區生物課程資源主要是指存在于社區內部的一切可以被生物教學所利用的直接或非直接的實施條件,其中包括素材性資源、環境資源、課程實施條件資源等。本文主要立足于河北秦皇島地區,針對社區生物課程資源的具體涵義,對本地區的社區生物課程資源進行了如下調查、分析、整理。

1.社區的生物素材資源

社區的生物素材資源主要來自兩個方面。一方面是來自于社區內部,即社區內存在的動植物生物資源,其中包括家庭中擁有的盆摘、小藥箱、小動物,以及社區中的公共生物資源等。另一方面則是來自于公共場所。以秦皇島市為例,秦皇島市擁有豐富的生物素材資源,集山、河、湖、寺、廟、園、別墅、泉、瀑、洞、城、港、關、海、沙于一體,擁有數百種珍稀動植物。秦皇島野生動物園內有80余種5000多只動物,東北虎、斑馬、黑天鵝、非洲獅、棕熊等世界珍禽名獸應有盡有。秦皇島新澳海底世界有各種珍奇生物標本:旗魚、蝠鲼、翻車魚……還有各種爬行類、書中哺乳動物。樂島海洋公園除了豐富的海洋生物資源外,遍植木槿、海棠、冷杉、金絲柳、雪松、法國梧桐等50余種植物。

2.社區生物研究資源

北戴河生態農業觀光園有貼近生活的各種蔬菜、水果,還有生物研究科技研發基地,對生物教學研究具有十分重要的作用。秦皇島鳥類博物館、北戴河博物館等都珍藏有珍貴的生物標本資源,為社區生物教學提供了科學技術和科學研究的絕佳場所。此外,社區生物研究資源還包括社區中的與生物相關的人力資源,包括生物教師、生物學研究人員、生物開發技術人員、生物生產實踐人員,等等。

3.社區生物教學環境資源

社區本身是學生生活的環境和學習的環境,貼近生活的教學會使得生物教學更具針對性和實效性。社區生物教學的環境資源主要是指社區活動場所、生物種植修復場所、生物研究學習場所、社區公共交流平臺(社區QQ群、社區微信群、社區休閑吧、社區微博等)。

二、社區課程資源在生物教學中的應用

1.全面開發社區生物課程資源

應用的前提在于開發,社區生物資源的開發關系著生物實踐教學的范圍與教學水平,社區生物課程資源的多樣性要求社區生物課程資源的選擇與應用需要具備系統性、科學性、針對性和預見性。特別是那些一直未被利用卻極具教育意義和實踐意義的課程資源應當被納入社區生物資源,最終達到社區資源課程化的效果。博物館、海洋館、工廠、農場、公園、少年宮、科技館、植物園、動物園等都是社區生物課程資源的重要組成部分。綜合利用這些資源能更好地提高學生的學習興趣,激發學生的學習激情,改變學生的思維方式,最后達成終身學習的教學效果。

2.利用社區資源豐富生物教學形式

從社區生物課程資源的多樣性來看,教師可以根據社區的生物素材資源、研究資源、環境資源主動開發生物課程。一是利用社區環境資源開展講座、征文比賽、座談會、文體活動、植樹活動等活動。二是利用社區生物素材資源將課堂教學與課外教學相結合,讓受教育者直接與生物面對面進行實地學習。三是利用社區生物研究資源,利用社區的生物研究設施、研究資源、醫療設施進行實踐教學實習活動。

3.社區課程資源的實踐教學應用案例分析

社區課程資源的實踐教學根據教學目標的不同可分為三類:走進社會、服務社區與社會實踐。

走進社會的教學目標在于讓學生親近自然、認識自然,懂得自然中的生物常識、生物科學技術以及它在日常生活中的作用。在秦皇島地區開展的教學實例有關于“霧霾是否影響人類的生殖能力”“采取怎樣的措施可減小汽車尾氣對人體的傷害”等話題的民意調查。同時,也開展過社區生態環境考察、社區生物資源大尋寶等社會實踐活動。

服務社區不同于走進社會,它不僅僅要了解更多的是需要自己動手,其教學目標就在于讓學生利用學習到的生物科學知識來解決生活中所遇到的問題,形成獨立的動手能力和解決問題的能力。其教學實例主要包括對敬老院老人日常生活用品的檢測、幼兒園公共食譜的研究和制作、公共廁所的空氣流通設施的改造、社區損壞植物的修復、廚房微生物群體的研究、農場的育苗技術學習等。這之中會包含很多細微的生物知識學習,例如大豆與根瘤菌的關系、昆蟲“S”型增長的原因、大豆與根瘤菌是否互利共生等話題性的探究學習。

社會實踐的教學案例主要包括在各種與生物相關的節日時開展的節日宣傳互動,其中包括植樹節、愛鳥周、地球日、無煙日等公益宣傳活動。此外,也會涉及生物科技設備促銷、科普知識宣傳、廢舊電池有獎回收、計劃生育宣傳等與經濟和政治相關的活動。其目的主要在于鍛煉學生的社交能力,培養其社會責任感和公民責任心。

三、結語

綜上所述,社區的生物教學資源十分豐富,利用形式也多種多樣。社區課程資源的開發與利用不僅有利于有效整合社區教學資源,為社區提供良好的教育平臺,而且將社區教育中心建設成為社區學習資源中心、信息交流中心和學法指導中心,為社區教育的全面綜合發展奠定基礎。

參考文獻:

\[1\]池淮清.開發社會資源助力生物學教學\[J\].生物學教學,2013,38(5):35-36.

篇6

筆者長期從事分子生物學課程的理論和實驗技術的教學工作。在教學過程中,結合該課程微觀概念繁多、抽象性強等特點,從教材的選用、內容、以及教學方法等幾個方面進行了探索研究,并取得了一些成效。以下對教學改革的幾點措施以及體會和認識進行具體的描述。

一、精心選擇有關教材和參考書

教材是學生“學”和教師“教”的過程中的基本資料,市面上關于分子生物學的教材十分多。由于分子生物學所包涵的知識面十分廣,在編寫教材時有不同的側重點,因此選用一本合適的教材十分重要。通常要求教材既能涵蓋分子生物學基本概念與基礎知識,同時又能反映學科的發展動態,體現學校的辦學特色。分子生物學是我校較早實行雙語教學的課程之一,根據學生的實際水平選擇了科學出版社影印出版的英國經典分子生物學教材《Molecular Biology》(Turner)。本教材按主題,采用言簡意賅的語言和簡明清晰的圖表,系統概括了分子生物學的核心內容、主要技術及前沿動態。而且,此教材有中文譯本,可以幫助學生快速準確獲得信息,十分適合作為雙語課程的教材。

二、優化教學內容

由于目前大多數生物學課程,如遺傳學、生物化學、細胞生物學等都進入了微觀分子時代,因此均增加了蛋白質、核酸、基因表達調控等基礎知識的講解。這使得學生對開設在高年級的分子生物學有一些似曾相識的感覺。這雖然有助于學生對分子生物學的理解,但是也會使學生感覺好多內容是對前面的復習,出現厭學情緒。針對這種情況,我們邀請遺傳學、生物化學、細胞生物學等可能涉及分子生物學內容課程的主要負責人,認真討論,優化了各自的教學大綱,在保證課程內容完整性的前提下,盡量壓縮分子生物學的相關內容。對于教學過程中,生物化學、遺傳學和遺傳學中必須出現的分子生物學內容,如蛋白質核酸的結構與組成,采用分組討論的方式進行自學,調動學生的學習積極性,因勢利導,使學生對所學知識能夠更加理解,對所學知識的記憶和理解能夠進一步加深,為以后對相關知識點的學習打下良好基礎。與此同時,這既節約了教學時間,又不會再出現與遺傳學和生物化學有相同內容的重復教學問題。這樣,一方面對分子生物學的教學重點進行了明確,另一方面又突出了分子生物學的教學特點,即以遺傳學和分子生物學為基礎,保證了教學課程的系統性和完整性。

三、合理使用多媒體課件

分子生物學理論課教學內容多,而且抽象,因此學生很難熟練掌握和理解。另外,分子生物學又有著很強的技術性。其原理十分復雜、難度高,很難進行試驗操作且成本很高,這樣可以利用教學課件中的相關圖像及動畫來進行演示,提高學生的學習興趣。教師還可根據學生的個性特點以及接受能力來選擇合適的多媒體課件配合內容的講解,文、聲、圖、像并茂的新聞課件能夠從多個角度分層次地展現教學內容,使學生更加容易理解相關知識,從而提高教學質量。美觀清晰的多媒體界面,逼真的動畫模擬更加方便教師在教學過程中的使用。通過多媒體向學生提供信息,是對學生進行多種感官的綜合刺激,在獲取信息的過程中,學生通過聽覺、視覺等多方面的并用,更加容易使學生在學習中進行想象和創新,提高學生的學習積極性和創新能力。

但是,在教學過程中使用多媒體時,應注意它只是一種教學手段,是為教師的教和學生的學服務的。教師不能一味地讓學生時刻跟著多媒體,只是做一個多媒體的操作員。所以,在多媒體教學過程中,教師要把多媒體當一種教學輔助手段,同時要注意給學生思考和討論的機會和時間,培養學生的創新思維,重視學生的主體地位。

四、剖析經典實驗

分子生物學是所有生物學學科相關課程中,最注重實驗研究的課程之一。目前,現代分子生物學的理論發展的過程,實際上是前人大量實驗發現的科學闡述集合,比如轉座子的發現、RNA干擾現象及其機制的發現等。這些設計巧妙的實驗,有著嚴謹的論述,其中的一些研究方法如今仍然在分子生物學的研究中廣泛應用,如RNA干擾。這些經典實驗過程本身就是一個科學故事,在很大程度上提高學生對相關領域的興趣,其實驗設計可以啟發學生尋找解決問題的方法,也可以幫助學生在專業課程的學習中了解研究方法,從而加深對相關理論知識的理解和掌握。

同時,分子生物學本身仍在不斷地完善當中。相關的知識內容、發現和研究方式方法日新月異。如對非編碼RNA的研究已經成為目前對分子生物學進行研究的特點。將用故事的相識對非編碼RNA的研究歷史進行講述,進而采用啟發的方式對學生進行引導,討論在研究中對這一作用的應用。這樣的起發過程,可以增加學生對現代生物學研究中理論與技術相互促進發展的理解,激勵他們對已學知識的充分思考,建立基礎研究與社會應用之間的聯系,提高學生的創新能力和學習積極性。

五、利用科研實例剖析重點難點問題

分子生物學雖然理論很高深,但是它卻被廣泛應用于各種領域。特別值得一提的,如今各高校的教師有著較高的學歷和豐富的科研經歷,能夠在教學過程中融入實際的科研案例。在教學中對書本知識進行傳授的同時,為學生講解講授一些在實際工作中應用理論知識的實例,對學生知識的靈活運用能力的提高有很大幫助,可以為他們今后的工作和實踐奠定基礎。從課堂教學效果來說,有助于激發學生的學習積極性,并增強他們對重點知識的掌握理解。除此之外,也有助于提高學生對所學知識的應用能力,為以后的工作和實踐奠定基礎。

如可能

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關鍵詞 農業院校;分子生物學;綜合性實驗;教學改革;成效

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2014)21-0332-02

分子生物學是目前農林院校生物專業及涉農專業的主干課程,是從分子水平研究生命本質的一門新興學科。它以核酸和蛋白質等生物大分子的結構及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的作用為主要研究內容,在當前生命科學中發展較快,并正在與其他學科廣泛交叉與滲透。分子生物學的發展為人類認識生命現象帶來了前所未有的機會,也為人類利用和改造生物創造了極為廣闊的前景。學好分子生物學,學會運用基本的實驗技術對遺傳物質進行實驗操作,對于培養和訓練學生的研究性思維很有幫助[1-2]。目前,各個院校生物專業均開設了分子生物學與分子生物學實驗課,分子生物學實驗課程是一門年輕的課程,從20世紀90年代初期開始,隨著分子生物學日新月異的發展,分子生物學實驗技術已逐漸成為生命科學各學科重要的研究工具。但是目前分子生物學實驗課存在著知識更新慢,實驗內容單一[3],實驗內容更新速度慢等問題,難以滿足分子生物學發展的需要。本文針對目前分子生物學實驗課現狀,結合筆者自身體會,提出綜合性實驗的內容和可行性,進行實驗課的改革和創新。安徽農業大學生命科學學院實驗教學中心把科學研究中較成熟的科研項目逐步運用于實驗教學中,通過開展綜合性、設計性實驗的探索,取得了理想的效果。

1 農業院校分子生物學實驗課程現狀

目前各個高校均開設了分子生物學實驗課,從20學時至60學時都有。但是目前各個高校的分子生物學實驗內容大同小異,驗證性實驗多,知識點少,綜合性不強。主要內容一般包括基因組DNA提取、瓊脂糖凝膠電泳、PCR反應、質粒DNA提取、感受態細胞制備、DNA的分子雜交等[4-5],目前分子生物學實驗課的開設基本采用集中教學的方法,因為分子生物學實驗一般需要的時間較長,一個實驗項目短則連續1 d完成,長則連續3 d完成。但是在目前分子生物學的實驗課程安排上每個項目基本是單獨存在的,而且基本是一些驗證性的實驗。但目前分子生物學技術往往實際使用的是連貫的技術體系,目前的分子生物學實驗課只能訓練學生的基本技能,無法進行綜合能力的培養[6]。學生學習了實驗課內容后,記憶不強,印象不深,且在畢業論文及以后學習中,難以綜合應用分子生物學實驗技術。但在實際應用中分子生物學需要與其他學科相交叉,才能更好地發揮作用。基于分子生物學實驗課程現狀分析,提出了合理確定課程內容,培養學生創新能力,訓練扎實的基本功,利用現代化教學手段使實驗內容更加生動形象、豐富多彩,并嚴格要求,以科研促進實驗教學改革,自主設計綜合性實驗以及實行開放式教學等若干合理對策。

2 綜合性實驗實施案例

綜合性實驗重點體現“綜合”二字,本綜合性實驗名稱為《水稻愈傷組織誘導及轉GUS基因鑒定》,涉及的實驗技術比較多,而且每個環節都有聯系,最終達到一個實驗目的,解決一個問題。本實驗以水稻種子為材料,從愈傷組織誘導、農桿菌的培養、GUS基因載體的轉化、GUS基因的染色等方面,學習農桿菌導入方法,熟悉水稻轉基因的全部流程,掌握GUS基因作為標記基因的優點,從而掌握植物轉基因的各個環節,為以后的功能基因組學研究打下基礎。實驗目的為使學生明確實驗流程(圖1),熟悉科研課題的設計,并且訓練學生的科研素養。實驗內容主要包括:①水稻胚性愈傷組織誘導;②農桿菌感受態細胞的制備;③液氮凍融法把重組子導入農桿菌;④農桿菌與水稻愈傷組織的共培養和篩選;⑤水稻轉基因抗性植株的獲得和鑒定;⑥水稻愈傷組織和葉片的GUS染色[7-8]。然后根據實驗內容撰寫論文,論文的格式同格式,要求圖文并茂。

水稻愈傷組織誘導實驗需要學生結合前期組織培養技術的學習,回顧學過的實驗技術。農桿菌感受態細胞的制備也是分子生物學實驗中的內容,同時結合了微生物培養的實驗技術[9]。液氮凍融法把重組子導入農桿菌是植物轉基因中常用的實驗技術,與上一個內容相連接,同時對陽性菌株的檢驗又會使用質粒提取、PCR等技術。農桿菌與水稻愈傷組織的共培養和篩選綜合運用了植物轉基因的知識,使學生認識到植物轉基因的步驟和原理[10]。水稻轉基因抗性植株的獲得和鑒定又結合了植物基因組提取、PCR等分子生物學實驗技術。水稻愈傷組織和葉片的GUS染色實驗使學生熟悉了標記基因在轉基因中的應用,基本實驗過程見圖2??傊诒揪C合性實驗技術中,不僅包含了普通分子生物學實驗中大部分實驗技術,且與其他學科實驗技術融會貫通,更重要的是整個實驗室成為一個有機的整體,有一個明確的實驗目的。學生在實驗中不僅要觀察實驗現象,進行拍照,同時要進行數據統計,優化實驗參數。

3 綜合性實驗實施效果分析

3.1 實驗時間靈活,周期長

根據分子生物學實驗的特點和各校教學時間設計情況,在時間上對分子生物學實驗進行靈活而又合理的安排。該綜合實驗持續2~3個月的時間,學生可利用空余時間進行實驗,而不一定要在固定時間進行,且實驗周期長,學生能學會更多知識內容。

3.2 實驗內容豐富,綜合性知識多

該實驗不僅涉及到分子生物學的實驗技術,細胞學、微生物學等實驗技術也有涉及,起到了綜合運用多種實驗技術的目的,同時也是對原來實驗技術的復習和回顧。比如本實驗中使用了組織培養技術,屬于細胞工程實驗的內容,農桿菌培養屬于微生物學實驗內容,再結合分子生物學實驗內容,體現了該實驗的綜合性。

3.3 考核方式靈活,重過程,輕結果

以往的分子生物學實驗報告,每位同學的報告內容基本相同,抄襲現象嚴重,因為每位同學的實驗步驟、方法,甚至結果都基本相同。綜合性實驗要求按照科研論文的形式上交,每位同學都要收集圖片、統計數據,因此每個人的實驗圖表各不相同,通過圖和表以及文字的敘述來衡量學生的技能掌握情況,比用單純的實驗報告效果更好。

3.4 培養了學生的動手能力,教師起到輔導作用

以往的實驗課中教師授課時間基本占1/3,學生按照固定的模式去做實驗,基本都是一些重復性的結果,學生往往是機械性地操作,實驗內容枯燥乏味。綜合性實驗教師起到的是導師作用,進行實驗的指導,學生往往需要自己查閱文獻、配制試劑,并把實驗作為一個課題來研究,提高了學生的思考意識和能力。此外,安排研究生進行助教工作,將綜合性實驗與研究生實驗進行有效結合[11]。同時也減少了實驗教師的工作量,從傳統機械性的教學模式轉變為實驗性的輔導。

4 結語

農業院校生物學專業必須結合實際要求,植物轉基因和基因工程是生物專業必須要了解的知識。但是目前分子生物學實驗教學中,往往進行的都是分子生物學基本技能的培養,缺乏深層次和系統性的實驗,學生學習興趣不大。本文從多方面闡述了綜合性實驗在分子生物學實驗教學中的必要性,同時以《水稻愈傷組織誘導及轉GUS基因鑒定》綜合性實驗為例,列舉了該實驗集合了多項實驗技能,能夠通過這樣的實驗項目鍛煉學生的實驗技能,同時進行了科研能力的訓練,在今后農業院校分子生物學實驗教學中應該多采用綜合性實驗教學的模式。

5 參考文獻

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[3] 姜立春,李俊剛,閻秋潔,等.分子生物學綜合性實驗創新教學改革與探索[J].實驗室科學,2011,14(3):56-58.

[4] 劉文,胡巍.分子生物學實驗教學改革及綜合性實驗教學項目設計[J].教育教學論壇,2013(3):226-227.

(下轉第338頁)

(上接第333頁)

[5] 倪郁.分子生物學綜合實驗課程的設計和實踐[J].西南師范大學學

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[6] 張彥定,黃義德,胡雪鋒.本科分子生物學實驗教學的思考[J].新課程研究,2008(126):115-116.

[7] HIEI Y,KOMARI T,KUMASHIRO T.Efficient transformation of rice(Oryza sativa L.)mediated by Agrobacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA[J].Plant J,1994(6):271-282.

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[9] LEE S,JEON J S,JUNG K H,et al.Binary vector for efficient transformation of rice[J].Plant Biol,1999(42):310-316.

篇8

關鍵詞:研究型教學;生物化學與分子生物學;大學生科技創新

中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)18-0146-02

進入21世紀后,分子生物學的發展迅猛,新技術新手段層出不窮并已滲透到各個學科;分子生物學理論與技術已經成為人們認識生命本質和改造生物特性的有力武器。然而,我們在指導大學生科技創新活動中發現:大多數學生(即使考試成績很好的學生)很難能應用所學的分子生物學理論與技術設計出科學研究的實驗方案;我們調查也發現:很多碩士研究生在利用分子生物學理論與技術設計科學研究實驗方案時仍困難重重,這說明我們傳統的“老師講、學生聽、再考試”按部就班的生物化學與分子生物學教學模式已經很難實現“培養高素質創新性人才”的目標。那么,如何在教學中引導學生進行科技創新?

隨著近年來分子生物學的飛速發展,給生物化學與分子生物學教學帶來一些問題,主要體現為:教學學時的不足與教學內容的擴增;學生理論知識的學習與科學研究實驗環節的嚴重脫離,這是造成分子生物學知識在應用中“困難重重”的主要原因。

研究型教學也稱主題研究,是在美國布魯納的“發現式學習模式”和瑞士皮杰的“認知發展學說”基礎上構建的教學模式[1],是在老師指導下有目的地相對獨立地對教學內容相關的實際問題進行探索研究,從而提高學生運用知識解決實際問題的能力,從而培養出具有獨立思考研究能力的創新型及應用型人才。

“開展大學生創新教育、培養高素質創新性人才”是高等教育改革與持續發展的一個重要主題。為堅持“教學以學生為本”的原則,以培養“實踐能力強、綜合素質高”的創新型醫學人才為中心,我們以“腫瘤微環境與免疫治療湖北省重點實驗室”為平臺,以教師承擔的科研項目為引導,在生物化學與分子生物學理論及實驗教學中探索并實踐“研究型教學”模式。

1.優化和整合理論教學內容,夯實學生創新基礎。生物化學與分子生物學發展快速,新技術、新方法、新成果不斷涌現。我們根據教學大綱要求,優化、整合教學內容:刪除淘汰的內容,合并重復的內容,增加新出現的內容。在課堂講授中,將國內外一些最新分子生物學研究成果、發展動態及科學前沿知識充實到教學內容中;介紹分子生物學新技術在疾病診斷、治療、預防中的最新進展,使學生明白生物化學與分子生物學在醫學中的重要性。

2.利用多種現代化教學方法和手段,激發學生科技創新興趣。生物化學與分子生物學課堂內容豐富、信息量大,而教學課時少。因此,我們在理論教學中將教學內容分為講授和自學兩部分:在講授中,利用多媒體等多種現代化教學手段,將難點和抽象的內容以動畫的形式反應出來,使教學內容直觀化,增加學生對知識的掌握;在自學中,充分利用網絡教學平臺實現師生之間、生生之間的交流互動;同時將教師承擔的科研課題設置成科研專題,讓學生帶著科研專題的問題開展學習。

3.加強實踐教學,培養學生科技創新能力。我們在重視理論知識教學的基礎上,加強實踐教學與理論教學相結合。我們重新組合實驗內容,實行“三型實驗原則”(即將實驗分為驗證型實驗、綜合型實驗、研究型實驗):減少基礎性驗證型實驗、增加設計性綜合型實驗、開展創新性研究型實驗。

在課堂內的基礎性實驗部分:減少傳統的驗證性及臨床生化指標測定的實驗項目及學時數,使實驗項目主要集中于基本操作、比色技術、離心技術、層析技術及電泳技術等方面的實驗;對基本的規范化實驗操作方法及常規實驗技術(如比色、離心、層析、電泳等技術)操作流程錄像后上傳到課程網站中以便學生對照學習。

在課堂內的設計性綜合型實驗部分:我們組織學生針對教學中遇到的問題設計研究方案。例如,在肝臟生物化學中提到:白蛋白主要是由肝臟合成,而白蛋白又是臨床醫療和科研中常用制劑,如何提取出有活性的白蛋白?如何利用生物技術大量生產白蛋白?通過討論,使學生了解解決這一問題所依據的蛋白質理化性質和分離純化、基因表達、基因重組、PCR等理論知識。通過設計白蛋白分離純化與鑒定實驗,在對蛋白質理化性質加深理解的同時,使學生掌握合理運用鹽析沉淀、離子交換層析等技術操作流程;在此基礎上,啟發學生運用基因重組、RT-PCR等分子生物學技術設計重組表達白蛋白的實驗方案。指導教師對學生設計的研究方案可行性和合理性進行點評及修改,學生在老師指導下,在課堂內開展上述設計性綜合型實驗。

4.在課堂外的創新性研究型實驗部分:學生組成多個研究小組(3~5人/組)對教師承擔的科研課題(已設置成多個科研專題)查閱文獻和資料后進行創新性科研專題申請書的撰寫;指導老師根據申請書質量及個人興趣愛好挑選部分研究小組開展科研專題的實驗研究;在此過程中,學生利用課余時間在老師指導下開展創新性實驗研究,從而進一步培養科技創新能力。

5.研究型教學模式在生物化學與分子生物學教學中的效果:通過研究型教學模式在三峽大學醫學院臨床醫學專業的生物化學與分子生物學教學中的探索與實踐,我們發現學生的考試成績顯著高于未經過研究型教學模式的班級;學生的動手操作能力也顯著高于未經過研究型教學模式訓練的學生。通過研究型教學模式,學生的科研素質和創新能力得到提高,激發了學生對生物化學與分子生物學的學習興趣,極大調動了學生的學習積極性。通過學生課外完成的科研專題研究,學生以第一作者在CSCD核心期刊發表研究論文7篇;指導老師在指導大學生科研專題的同時,圓滿完成了自己所承擔的科研課題的研究;同時老師通過完成科研課題,促進自己的教學水平。

總之,通過上述一系列的探索與實踐,能充分調動學生學習積極性,開闊視野,增加學生對生物化學與分子生物學及科技創新活動的興趣;更重要的是能提高學生的實踐動手能力,培養學生的科技創新能力;同時,老師通過完成科研課題,帶動人才培養;能使教師把教學與科研有機結合起來,以科研促進教學;使教師不斷更新教學內容,不斷改善教學框架,形成囊括最新知識框架的教學體系,從而使《生物化學與分子生物學》教學質量得以進一步提高;即充分證明研究型教學模式在生物化學與分子生物學教學實踐中是有效和可行的。

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關鍵詞:分子生物學;產學研結合;教學改革

1引言

分子生物學是一門以中心法則為基礎,以研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構與功能以及其在生命發生發展過程中作用的科學[1],屬于技術類學科。目前已經成為生物類、醫學類、農學類專業教學的核心課程之一[2]。在生命科技人才培養、社會醫療以及生活服務方面均起著舉足輕重的作用。隨著社會對人才需求的進一步提升,分子生物學的教學改革已經引起廣大分子生物學教師的注意,例如在教學手段上,慕課[3]、翻轉課堂[3]、虛擬課堂[4]、線上線下教學銜接[5]已經有廣泛的探索;在教學考核方式上,強調過程考核,加大實驗考核比例[6];在教學內容上,強調通過版塊教學,避免重復教學以及加強思政教學,培養學生學習熱情等[7]。分子生物學的教學改革已經取得較好的效果,但是每個學校/專業分子生物學所面臨的問題不完全一致,因此將根據貴州大學水產專業分子生物學教學具體實際進行教學改革的探討。

2分子生物學教學存在的問題分析

2.1分子生物學內容繁雜,各個章節銜接不緊密

分子生物學是一門前沿學科,具有知識點雜、涉及面廣以及更新速度快等特點,單純根據教學大綱進行教學,很難將各個知識點進行串聯。該校分子生物學教學主要針對大三學生,在大二年級開設過生物化學以及基因工程等課程,然而之前的生物化學以及基因工程等課程均為選修課,并非所有學生都會選修,導致進入分子生物學教學時,全班同學的基礎水平不一致,面臨繁雜的內容,要同時兼顧基礎好的同學和沒有選修過生物化學以及基因工程的同學,并在有限教學課時內,講好分子生物學難度相當大。同時分子生物學教學內容之間也缺乏有效地銜接,以朱玉賢教授主編的《現代分子生物學》為例[1],全書共分為11個章節,各個章節知識量大,內容翔實,但是章節與章節之間的銜接并不緊密,例如生物信息傳遞過程中,怎么提煉出原核生物轉錄與真核生物轉錄的聯系與區別;比較原核生物和真核生物的表達調控,甚至需要跨章節進行比較,如何有效地將這些內容銜接起來,方便學生進行比較學習,加深記憶與理解,提高教學質量,也是需要解決的問題。

2.2分子生物學內容過于抽象

分子生物學屬于典型的基礎學科,具有看不見摸不著的特點。分子生物學所研究的DNA與蛋白質都是肉眼無法見到的,因此如何將看不見的東西,變為看得見摸得著的實物,讓學生深刻理解也著實困難。以前理論課上主要通過flash動畫或者視頻,將DNA、蛋白質的結構以及功能等進行形象化,讓學生理解,然而一旦關掉視頻,進入純理論探討,多數學生又回到原點,回到用分子生物學技術去解決實際問題時,又無從下手的情況。

2.3實驗教學方式單一,實驗設計零碎

實驗教學是實現將不可見DNA、蛋白質變成可見的物質的一個重要過程,但是以往通常按照講授式教學法進行教學,為了追求較好的實驗結果,往往對試驗方法、實驗步驟等細化講解,并將配置好的試劑耗材交于學生,然后學生按部就班進行實驗操作,最后得到統一的結果,有些甚至直接觀看老師進行實驗操作,進行演示實驗,這樣嚴重影響學生理解實驗的本質,學生缺乏相關思考,難以培養科技創新意識。此外,受教學學時的影響,分子生物學實驗必須在2節課(90min)內完成,這就要求老師將一個完整的分子生物學實驗人為切割成多個小實驗,各個小實驗中間間隔時間長(1~2周),這樣不僅會破壞實驗的完整性,無法通過實驗將理論教學有效銜接起來。

3開展產學研結合教學的必要性

產學研的深度融合是深化科技體制改革的重要內容,通過高校與企業進行產學研合作對于推動高??蒲谐晒目焖俎D化具有重要作用。水產專業是一門以應用為主的學科,要求培養適應經濟社會發展需要,具有較好專業知識和技能,能在水產養殖生產相關行業從事技術管理、研發推廣、產品營銷、飼料檢測等工作,富有創新意識,通專兼備,知行合一的高素質專門人才。因此開展產學研結合教學是培養水產人才的必由之路。大學生作為未來企業科技發展的中堅力量,大學生能力強,則企業的活力強,科技部、教育部也一再要求廣大科研工作者將科研寫在祖國大地上,因此,教學也必須圍繞這一目標進行,加快推進產學研結合教學的探索。

4產學研教學模式開展分析

分子生物學是一門應用基礎學科,如何實現產學研結合,一直困擾著廣大教師,根據筆者多年教學以及與企業合作的經驗看,可以從以下3個方面著手。

4.1開展模塊教學,串聯教學內容

分子生物學內容繁雜,為了更好地開展教學,幫助學生梳理教學內容,有必要進行版塊教學,根據教材安排的11個章節,將所有內容分為4大版塊(表1)根據不同的教學版塊,選擇不同的教學方式,講述遺傳信息的轉錄與翻譯版塊中,首先通過安排學生課前查閱資料與預習,課程中通過大量使用flash動畫等模式,加深學生對轉錄與翻譯的理解,同時對原核生物和真核生物的轉錄與翻譯的聯系與區別進行列表式的對比講授,加深學生理解;對于實驗版塊,主要通過視頻+講授的形式進行授課,可以讓學生對大部分的實驗有感性認識,然后通過實驗教學,加深部分實驗的理解;對于分子生物學應用教學,主要通過案例教學,在案例中進行理論知識的講解;發展歷史與前沿主要通過學生查閱資料,進行小組討論和老師總結的方式進行教學,同時結合相關科研論文進行講解。

4.2聯系生產實際,強調分子生物學技術應用

需求與興趣是最好的老師,為了將課程內容更好地加以銜接,可以通過設置學生感興趣的案例進行教學,例如講水產養殖過程中的“饑餓補償”以及女生減肥過程中的“越減越肥”現象,組織學生討論基因的表達調控,并討論如何指導并應用于貴州省水產養殖;結合該省氣溫低,水產動物生長慢的現象,組織學生通過查閱資料討論如何進行耐低溫品種的選育(雜交和群體選育),并向學生講述選種過程中分子標記技術的應用以及比較基因組學的知識,推動學生將專業知識快速與生產實踐結合起來。

4.3結合教師科研,開展綜合實驗教學

為了通過實驗進一步銜接理論教學,建議設置綜合性探索實驗。而綜合性探索實驗往往需要耗時1~2d,因此建議將分子生物學教學時間調整為周六、周日進行,確保實驗時間完整。同時為了培養學生的科技創新意識,可以實行小組教學,并結合教師的科研內容進行,確保實驗的探索性?;谏鲜鲆蛩?,將分子生物學實驗設置為2個綜合性實驗,第一個為DNA水平實驗,主要為魚類微衛星位點的開發,包括DNA的提取、水平凝膠電泳檢測、PCR擴增、垂直凝膠電泳檢測以及后續的銀氨染色與脫色的過程。第二個實驗為RNA水平實驗,主要研饑餓補償后某個基因的差異表達,包括RNA的提取、水平凝膠電泳檢測、熒光定量PCR技術等,并通過設置不同是實驗魚以確保實驗結果的差異性,提高學生探索問題的興趣,但是因為該實驗需要較多的經費支撐,因此必須結合教師的科研進行。

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關鍵詞:分子生物學實驗;工科院校;教學

中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)07-0189-02

分子生物學是研究核酸、蛋白質等所有大分子的形態、結構特征及其重要性、規律性和相互關系的科學。隨著分子生物學新理論和技術的大量出現,其應用已滲透到生命科學的各個領域,不再是神秘、難以操作的實驗技術,而成為生命科學相關教學和科研過程中的一項基礎技術。例如,許多本科課程教學中以及畢業論文實驗過程中都涉及分子生物學技術,同時,工業上進行菌株選育工作,也多采用了分子生物學技術,并已形成了一種發展趨勢。因此,開設本科分子生物學實驗課程,讓學生掌握基礎分子生物學操作,培養學生分析問題和解決實際問題的能力,可促使學生在畢業論文環節快速開展實驗并獲得結果,對于完成本科階段學習具有重要作用,也為學生在畢業后快速投入和開展有關的科研和實際生產工作打下堅實的基礎。

工科院校的培養目標就是為社會和工程應用培養工程師,培養具有堅實的基礎知識和較強應用能力的人才。針對這一培養目標并結合發酵工程學科專業特色,在實際教學中不但要讓學生充分理解實驗的原理,對其實驗操作的技術能力也提出較高的要求,同時還需要培養學生分析和解決實際應用問題的能力,以應用于未來科研和生產工作中。本文結合實際教學經歷,淺談對工科學校分子生物學實驗課教學改革的探索。

一、改進教學組織方式,提高教學效率

(一)培養學生自學能力,提高課堂效率

在以往的實驗課上,學生等、靠、要的思想嚴重泛濫,一切都等著老師傳授,一旦離開老師就不知所措,不能形成良好的自學能力。針對這一問題,并根據分子生物學實驗的特點,我們將實驗集中安排在一段時間內完成。制定了詳細的時間表,并注明每天實驗的操作內容,讓學生充分了解每節課要進行的內容,形成連貫的思路。同時,將詳細的講義提前發給學生,督促學生進行充分的預習,查閱有關文獻資料,了解最新研究進展。在課堂上通過提問和分析式的講解讓學生理解每步操作的原理和目的。這樣可激發學生的研究興趣,不僅知道應該怎樣去操作實驗,還可以達到知其所以然的目的。對于不理解的知識,也可以在課堂上詢問老師,問題的解決可以激發學生的興趣,變被動學習為主動學習,形成良性循環,這不僅可提高課堂效率,還有助于培養學生形成良好的學習習慣。在課程完成后,有興趣的同學還可在課余時間加入研究室的課題研究中,鞏固實驗操作能力,讓抽象的理論變為可見的事物,培養學生的科研精神,豐富學生的課余生活,尤其是對于參加各種本科生科技競賽活動的同學有極大的幫助,同時也可輔助研究生的研究,減輕研究生的工作負擔。

(二)對必要操作進行演示

由于多數同學完全沒有接觸過分子生物學實驗,實驗的操作步驟又較為煩瑣,難免操作失誤,使后續實驗受阻。而上課的時間有限,幾乎沒有重復操作的可能性。因此,需要對必要的操作步驟進行演示,讓學生由抽象的想象轉變為具體認識,減少了學生實驗操作出錯的概率。

(三)盡量增加每位同學的操作機會

由于分子生物學實驗試劑通常較昂貴,以往實驗常以小組為單位進行,不能充分鍛煉學生的動手能力,也為那些有偷懶思想的同學提供了置身于實驗之外的機會。我們在實驗條件容許的情況下,盡量增加每個同學的動手機會,將以小組為單位進行的實驗改為每人一次的實驗。例如,讓每個同學都進行PCR操作,并親自將自己擴增的PCR產物加入瓊脂糖凝膠中,使他們能夠充分體會到分子生物學實驗操作是微量的,需要準、穩。然后,從瓊脂糖凝膠電泳中確定擴增出目的DN段的PCR樣品,用以進行下一步實驗。這樣,不但可以提高同學參與實驗的熱情和興趣,而且可以避免以小組為單位實驗時操作失敗導致后續實驗受影響的現象。

二、改進課堂講授方式,培養工科學生分析和解決問題能力

(一)培養學生分析和解決實際問題的能力

分子生物學是一項精巧的技術,其發展速度快,大量新技術不斷涌現,而課堂上時間有限,僅能實踐學習一些基礎的分子生物學實驗技術。在這有限的過程中,讓學生形成分析問題和解決問題的能力,以應用于未來的科研或者生產過程中,這對于學生的發展更有長足發展意義。分子生物學實驗操作需要“心靈手巧”?!靶撵`手巧”則可一次操作成功,否則多次重復操作仍不能獲得理想結果。所謂“心靈”是指學生需要充分理解實驗原理,掌握操作注意事項。例如,讓學生懂得分子生物學操作要注意避免環境以及人所攜帶的酶類對操作對象(如DNA、RNA)的降解作用;同時,實驗過程中用到的試劑極為微量,多一點、少一點可能就導致成倍數的誤差。這不僅可避免他們課堂上實驗的失敗,在未來進行其他實驗時還可以事先設想出操作的注意事項,形成分析問題的習慣和能力。即使在不能獲得理想實驗結果時,引導其分析實驗操作過程失誤的原因,提出改進的辦法,可培養他們獨立思考和解決問題的能力。這正可達到“授人以魚,不如授人以漁”的效果。所謂“手巧”則要求學生有較高的動手能力。我們將操作要領總結成口訣的形式,并對口訣進行詳細的解釋。例如,在進行感受態細胞制備的實驗中,用“冷”、“輕”兩個字概括其操作的要領,也就是所有操作盡量在冰上進行,并輕柔操作防止這種處于脆弱狀態的細胞破碎,以充分保證細胞的活性。這樣既容易讓學生理解,又方便他們記憶。此外,第一次操作過程難免出現各種問題,鼓勵學生多加練習,熟能生巧,在實踐中掌握真知。這對于培養同學的耐心和毅力,在未來勝任更為復雜的工作同樣重要。

(二)培養學生具有“量”的工程概念

工科學校有為企業提供工程人才的義務。工業上追求高產量、高轉化率、高生產速率,利用分子生物學改造生物體,也是為了追求這三高。因此,我們在教學過程中應為學生灌輸“量”的概念。例如,讓學生懂得所獲得的重組酶,酶活越高越有應用價值,而所應用的底物價格越低越有利于工業應用。此外,讓同學懂得生命體是復雜的,在不同環境下表現出的性能也不一樣,經過實驗摸索可獲得一個最優的實驗條件,從而將產量提高。進一步通過提問和布置課后思考題的方式,引導學生利用已學知識并通過查閱文獻,設計、改進實驗方案,展望未來可進行研究的方向,這也有助于學生在未來快速適應企業科研、生產等工作。

三、改進考核機制,綜合評價學習效果

以往教學多以實驗報告形式進行實驗課的考核,但往往發現多份同一版本的實驗報告。這些抄襲別人實驗報告的同學顯然不能完全掌握實驗內容。另一方面,有的同學實驗報告寫的非常仔細、全面,但實驗操作過程并不理想。因此,僅憑實驗報告的質量不能夠綜合評價同學對實驗的掌握程度。

針對上述問題,我們對實驗考核機制進行了改進,增加以下考核方式:首先,在課堂上進行提問,考察學生的預習情況和對以往知識的掌握情況,并進行評分。其次,實驗過程中為每個學生對操作注意事項的理解程度、操作的熟練程度以及獲得結果的好壞程度進行評分,避免了不動手、靠同組同學做實驗的現象,提高了學生實驗的積極性。再次,對實驗報告中實驗數據處理、分析清晰以及對思考題討論詳盡、有創新思路的同學給予加分。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,也可減少實驗報告抄襲的現象。

總之,通過分子生物學實驗的教學過程,引導、鼓勵學生通過網絡資源、圖書館資源進行擴展學習,促進學生開闊思路,形成創新性思維,形成連貫、有序的研究思路。同時,引導學生形成產量意識和工業化的思維方式,對其今后在科研和工程領域的發展都有幫助。

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