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關鍵詞:細胞生物學;教學改革;教學內容;教學方法
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2013)18-137-03
細胞生物學是從顯微水平、超微水平和分子水平等不同層次研究細胞的結構、功能以及生命活動的一門科學,反映了現代生命科學的發展趨勢,已成為高等教育中生物學、農學、醫學等相關專業的一門必修課,并與植物學、動物學及微生物學等多門學科相互聯系、相互滲透[1]。當前,隨著生命科學的快速發展,細胞生物學教學在新的歷史時期面臨著前所未有的機遇和挑戰。傳統的單一教學模式忽視了啟發式教學,束縛了學生的思維和個性的發展,并且教材中的知識點明顯滯后,教學內容不夠完善,不能針對不同專業和學科需求進行選擇性教學。為適應新形勢下人才培養的需求,必須改變傳統的教學模式,適時更新教學內容,提高教學效率。
為此,本文從《細胞生物學》的課程特點著手,著重闡述了如何優化《細胞生物學》課程的教學內容,合理地運用不同的教學手段,結合多種成績考核方式,使學生在有限的學時內能夠較為系統地掌握本學科的基礎知識,了解細胞生物學的發展動態和研究進展,充分調動學生學習的積極性,提高《細胞生物學》的教學質量。
1 建設過硬的教學團隊
細胞生物學是一門實踐性和前沿性較強的學科,要提高教學質量,首要的是建立一支經驗豐富和理論知識過硬的教學團隊[2]。針對安徽農業大學的學科定位及師資特點,教學中應以資深老教師為核心,培養一批理論和實踐知識較扎實且具有一定創新能力的年輕教師作為支撐力量,不斷完善教學內容,豐富教學方法。任課教師不僅需要熟悉教學內容,而且要能系統地把握教材的主線,將不同章節的知識點串聯起來,摒棄其它學科中重復的知識點,真正做到教學點突出。同時,根據不同的專業特征制訂出合理的教學計劃,從各個教學環節上逐步提升教師的教學水平。任課教師還應注重跟蹤本學科前沿領域新的理論和新的技術,實時更新自己的教學內容,積極與本課題組其他教師進行教學經驗和教學技能的交流與改進,不斷提升教學水平。
2 優化教學內容
教師應結合本學科專業設置及學生對相關領域基礎知識的掌握情況,選擇合適且具有代表性的優秀教材作為藍本。考慮到安徽農業大學的學科建設特征,本課題組選用了翟中和主編的《細胞生物學》(第四版)作為主要教材,同時參考王金發教授主編的版本進行相關知識點的補充。為彌補教材不能實時更新的缺陷,還要將國外一些著名教材和細胞生物學相關網站介紹給學生。在較系統地闡述細胞生物學教學基礎內容的同時,力求把該領域的最新科研成果和熱點內容融入到教學中,從而激發學生渴求新知識的熱情和動力。
其次,隨著生命科學的快速發展,細胞生物學與生物化學、遺傳學、分子生物學等學科的教學內容相互交叉,這就要求教師在授課時應根據實際情況進行選擇性教學,突出本學科和專業特有的內容,避免繁冗的章節被重復講授。例如細胞通訊、細胞骨架及細胞大分子等基礎知識是細胞生物學中不可缺少的組成部分,而對蛋白質的生物合成和修飾等內容在生物化學中已有詳細闡述。與此相類似的,染色體結構特征及核型分析主要在遺傳學中已講授,而基因表達調控和轉錄后翻譯等是分子生物學的主要內容。教師在講授時應力求知識點的相互串聯,通過啟發式教學,使得學生對整個知識能系統把握,起到溫故而知新的效果,避免不必要的重復。實踐證明,這種承前啟后的教學方式,既保持了《細胞生物學》課程的完整性、系統性,又解決了相關課程間的重復教學問題,對提高單位時間內的教學效果,激發學生的學習興趣具有積極作用。
除此之外,每年還應根據本學科最新的發展動態實時調整教學內容及授課的重點、難點,不斷提高和改進教學方法,豐富教學內容,開拓學生視野。
3 不斷改進教學方法
3.1 充分體現學生的主體地位 傳統的教學方法過于注重教師的教授,而忽視了學生的互動。然而,教與學是統一的過程,教師在教學中起主導作用,而學生是學習的主體,二者是相輔相成的。教師在講課時可結合運用設疑啟發式教學方法,打破“滿堂灌”的教學模式,充分調動學生的積極性,發揮其主體地位作用。通過講解一系列經典有趣的實驗,將討論融入到課堂教學中,指導學生查閱相關文獻并展開討論,充分發揮學生的主觀能動性。同時,通過一些教學手段調動學生積極參與教學過程,引導學生主動學習,培養他們的發散思維能力。例如,教師在講述某一新發現或新知識點時,可先依據已學的內容,指導他們通過網絡查詢和圖書館豐富的圖書資源獲得相關知識,變封閉式學習為開放式學習,鼓勵學生各抒己見,營造和諧、寬松的學習氣氛,注重培養學生研究性學習的興趣和能力,增強學生參與知識獲取的積極性和自覺性[3]。
3.2 傳統教學方法與多媒體教學手段并舉 隨著電子信息技術的快速發展,多媒體技術為《細胞生物學》教學提供了強有力的手段,用它獨特的優勢有效地推動了教育信息化進程,對突破傳統的教學思想和組織形式帶來了深刻的影響。多媒體教學內容豐富、圖片清楚形象,使復雜和抽象的微觀世界變得更加直觀,特別是把顯微鏡拍攝的圖像展示出來,有利于學生對本學科知識的直觀理解。同時,在實踐教學過程中,教師也可借鑒國內外優秀教材中的知識點及學科最新發展動態,將一些研究結果和抽象的知識點通過相關軟件制作成動畫效果,便于學生的形象記憶和理解。例如,物質的跨膜運輸、信號轉導及蛋白質篩選機制等。雖然多媒體已成功地運用到實踐教學中,且具備眾多優勢,但任課教師應根據課程特點,明確多媒體的輔助教學地位,結合傳統教學手段,充分發揮教師在課堂上的主導作用,以求達到最佳的教學效果。
Blackboard網絡也是一個與同學有效互動的的教學平臺,教師可將本學科的教學計劃、教學課件及參考資料等通過該網絡平臺展示給學生,課后與同學建立問答學習模式,拓展了學生學習的空間,有利于學生對不同的知識點進行比較、分析及歸納演繹等思維活動的進行。與此同時,教師的角色也從原來的知識傳授者,向教育和教學的設計者和管理者的方向轉變。實踐證明,現代教育信息技術有利于激發學生的思維能力和應變能力,使學生從不同側面、不同層次運用不同思考方法來分析問題、解決問題,有效地提高了教學質量和教學效果。
3.3 注重雙語教學 雙語教學是借助于兩種語言對相關領域的知識進行傳播和交流,已成為推動我國高等教育國際化的重要舉措,自2001年起教育部先后出臺的雙語教學相關文件中,明確指出高校20%的本科課程應進行雙語教學[4]。這是我國高等教育與國際接軌的必然趨勢,更是培養高層次人才的迫切要求。針對細胞生物學的學科特征,一些新知識、新技術及新學說幾乎都以英語方式傳播,為將這些前沿知識引入高等院校《細胞生物學》的課堂教學,開展以英語為主的雙語教學就顯得十分必要。其次,SCI(Science Citation Index)收錄的期刊文章70%以上采用英文撰寫,尤其是生命科學研究的前沿領域,雙語教學可改進和提高教師和學生的英語水平,為進一步學習和交流打下良好的基礎。這就要求學生在掌握細胞生物學基本知識的同時,還要熟悉常用的英語專業詞匯及表達,不斷提高使用專業英語的綜合能力。
在我國生命科學科研水平較為落后的情況下,要獲得前沿知識主要依靠查閱相關文獻,而且國內大多數細胞生物學教材的一些知識點也主要來自英文原版教材的翻譯和修訂,這不可避免的導致知識滯后及一些新專業術語直譯所造成的模糊等問題。利用雙語教學不僅可以引導學生直接閱讀英文原版教材及查閱相關英文資料,及時掌握細胞生物學的最新研究進展,鍛煉學生的思維,開拓學生的視野,增強學生的就業競爭力和出國學習深造能力,培養外向型人才。
4 多種成績考核方式并用
成績考核是為了檢驗教學效果,督促學生學習的方法之一,它貫穿課程學習的整個過程。當前,閉卷考試仍是考核的主要方式,主要集中對學生學習掌握書本理論知識情況進行檢測,而對于學生分析問題和解決問題的能力考核涉及較少,忽視了學生創新意識和創新能力的開發和評價。為培養多層次人才,教師應結合傳統的課程考核方式建立一種多種考核方式并用的評價模式。依據不同專業的教學大綱,選擇相應的試題庫作為學生復習的模板,保證學生有目的、系統性地對所學的內容進行認真復習。為督促學生對本學科前沿領域知識的把握,教師可在課程進行到最后幾周時,布置一些細胞生物學研究熱點的題目,以小組為單位,組織學生進行學習討論與探索,采用幻燈進行匯報講解,最后根據匯報質量評定成績。這是西方知名院校教學中常采用的一種重要的教學模式,重在培養學生發現問題、解決問題的能力,是一種值得關注的研究性教學模式,有效地調動學生學習的積極性,有利于學生和對本學科前沿知識的掌握。
傳統的考核方式仍然需要,首先仍需注重細胞生物學基礎知識、基本理論及基本實驗技能的考核評價,以名詞解釋、填空、選擇、判斷和簡答為主。其次,可依據平時的教學內容和研究進展,設置若干道靈活性和系統性較強的綜合性試題,學生可根據自己的專業特征進行選擇性答題,此種方法可有效地評價學生解決問題的能力。細胞生物學作為實踐性較強學科之一,不僅要求學生有扎實的理論基礎,而且要具備熟練的實驗操作技能,因此在考核的過程中,也要評價學生在平時實驗操作中的動手能力。這種綜合的考核方式既可提高學生學習《細胞生物學》的積極性,也使學生能夠真正掌握《細胞生物學》的知識要點。
5 結語
總之,教師在《細胞生物學》教學實踐中,要結合實際情況勇于改革探索與創新,根據學生的專業特點及學科發展的要求,對傳統《細胞生物學》教學的各方面進行合理調整和優化,秉承“授之以魚,不如授之以漁”的教育理念,不斷更新教學內容、改進教學方法和評價手段,實時把握學科研究的前沿動態,通過科研來指導教學,不斷提高自身的業務能力和優化《細胞生物學》教學方法。
參考文獻
[1]翟中和,王喜忠,丁明孝.細胞生物學[M].4版.北京:高等教育出版社,2011.
[2]王金發,何炎明,戚康標,等,細胞生物學與遺傳學研究性教學團隊建設[J].中國大學教學,2008,11:41-43.
關鍵詞:通識課程;基因;細胞;文化素質
中山大學生命科學學院“細胞生物學與遺傳學研究性教學團隊”是國家級教學團隊,承擔 “細胞生物學”、“現代生命科學”、“細胞與遺傳學實驗”等三門國家級精品課程。如何利用精品課程資源創建優質通識課程、更好地發揮國家級教學團隊的作用,是我們近幾年著力進行通識課程建設的重點。
一、通識教育與育人
2011年主席在慶祝清華大學百年校慶的大會上對青年學生提出了三點希望:要把文化知識學習和思想品德修養緊密結合起來,刻苦學習科學文化知識,積極加強自身思想品德修養,立為國奉獻之志,立為民服務之志,以實際行動創造無愧于人民、無愧于時代的業績;要把創新思維和社會實踐緊密結合起來,做到勤于學習、善于思考、勇于探索、敏于創新,堅持理論聯系實際,積極投身社會實踐,切實掌握建設國家、服務人民的過硬本領;要把全面發展和個性發展緊密結合起來,實現思想成長、學業進步、身心健康有機結合,努力成為可堪大用、能負重任的棟梁之材。
這三點希望可以概括為:立大志、練本領、堪重任。
這三點希望也賦予高等教育新的使命:創新文化素質教育和通識教育,培養完整的人。提高通識教育的質量與效果,首要的是從事通識教育教師的認識高、境界高。
教育的根本是“育人”。“育人”的主要內容是既要教“做人”又要教“做事”。首先要教會“做人”,并使人全面發展。教育的對象是“人”而非“物”,因此,教育的目的是“育人”而非“制器”。由于人有精神境界,有豐富的情感,有復雜的思想,而物無境界、無感情、無思想,這就是教育用“育”而非“制”的道理。教育必須按人成長的規律去“育”,因材施教,而非憑不顧實際情況的主觀意愿去“制”,按圖索驥。教育要求最終“育”出的應是有人性、有靈性,而且是有高尚精神與原創能力的人才,而非毫無人味與原創能力的精致的利己主義者。也就是說,我們應該用文化去開發與發展天賦的人性與靈性,讓受教育者既會“做人”、有德,又會“做事”、有才。做人與做事不可分,德與才不可分,人性與靈性不可分,問題只是有什么樣的德,“做”什么樣的“人”,“做”什么樣的“事”,有什么樣的才而已。
通識教育既是大學的一種理念,也是一種人才培養模式。其目標是培養完整的人,即具備遠大眼光、通融識見、博雅精神和優美情感的人。在通識教育模式下,學生需要綜合和全面地了解人類知識的總體狀況,學生通過融會貫通的學習方式,形成較寬厚、扎實的專業基礎以及合理的知識和能力結構,同時認識和了解當代社會的重要課題,發展全面的人格素質與廣闊的知識視野。
通識教育更加注重學生人格的塑造,其次才是專業知識的培養、職業能力的訓練。此外,通識教育中的“通”不是指什么都知道的“通,而是融會貫通的“通”,即不同學科的知識能夠相互通融,遇到問題能夠從比較開闊的、跨學科的視角進行思考,達到不同學科文化、不同專業之間的交融。
人文素質是指人之所以為人的一種理性認識、理論闡述和實踐規范;它包括對人的立身處世的現實規范,也包括對人的精神和價值追求的理論升華。從中國傳統教育哲學的角度來解讀文化素質教育,其含義有二:一是“化育”,即不是從外在的角度以政治道德倫理規范去約束人,而是將理想轉化為信念,將信念轉化為情感,讓情感最終支配人的行為;二是將客觀知識轉化為一種個人的情境化的知識。文化素質教育是中國現代高等教育發展的必然產物。
文化素質教育不單純是知識的傳授和吸取,它更是一種將知識升華和轉化為內在品質和外在能力與氣質的教育。通識教育并不簡單就是一般的知識教育,它的特點正在于“通”字,因此特別需要發揮國家級教學團隊的教學優勢與特色,將所承擔國家精品課程轉化為優質通識課程,更好地將文化素質教育與通識教育結合,培養高素質人才。
二、以精品課程為依托,創建優質通識課程
我們的“細胞生物學與遺傳學研究性教學團隊”是2007年獲批的國家級教學團隊,也是中山大學第一個國家級教學團隊。該團隊采取一系列改革措施,在本科教學中做出了重要貢獻。該團隊承擔的10門課程中,有三門是國家級精品課程。涵蓋了理論課、實驗課、素質教育課。如2004年獲批的“細胞生物學”是生命科學重要的理論基礎課;2007年“現代生命科學”是教育部批準的素質教育類精品課程;2009年,“細胞與遺傳學實驗”是中山大學獲批的第一個國家實驗精品課程。這些精品課程極大提高了中山大學生命科學學院的本科教學質量。與此同時,如何使中山大學非生命科學專業的本科生享受生命科學學院的精品課程資源,是我們團隊一直思考的問題。
我們團隊中有三位獲得博士學位的年輕教師,他們經過團隊的培養,一位晉升了教授、另一位晉升了副教授。我們在培養青年教師積極參與本科生基礎課、專業課教學的同時,組織青年教師利用團隊的精品課程資源創建優質精品課程。
2008年,我們在國家級精品課程“現代生命科學”、“細胞生物學”的基礎上,創建了“現代生命科學導論”、“細胞科學與社會”兩門通識課程,并被中山大學批準為首批建設的核心通識課程,每學期都開設,深受學生歡迎。在此基礎上,王宏斌教授創建了“基因、疾病與健康”通識課程,并很快被批準為中山大學第三批建設的核心通識課程。至此,我們團隊充分利用國家精品課程資源,先后創建了以細胞、基因為核心的微型、優質通識課程,不僅融匯了本科生對生命科學的認識,也讓非生命科學的本科生增強了對生命的認識。
三、以“敬畏生命、珍愛生命”為主線,育德育才
三門通識課程以“敬畏生命、珍愛生命”為主線,具有不同的定位與目標。
在國家級精品課程“現代生命科學”基礎上創建的“現代生命科學導論”主要聚焦現代生命科學的一些熱點,如基因、細胞、神經生物學、發育生物學、人類基因組計劃等,讓選修該課程的學生對現代生命科學有個整體概念,確立了現代生命科學的視野。
“細胞科學與社會”是在國家級精品課程“細胞生物學”多年授課的基礎上創建的,以生命的基本單位――細胞為主線,從社會學的角度,將細胞社會與人類社會相結合,強調了社會的科學發展與和諧,牽引學生“敬畏生命,珍愛生命”的基本生命觀。從細胞社會“生、老、病、死”的客觀規律,引導學生建立“生命源于父母、安于社會、強于自身”的生存觀和價值觀,懂得感父母之恩、感國家之恩,通過自強,報答父母與社會。
“基因、疾病與健康”課程是由王宏斌教授創建的,主要是從基因水平上闡述對生命的珍愛,與“細胞科學與社會”互為補充。該課程通過分享現代基因組學的研究成果,討論基因與健康、疾病的關系,將基因的科學知識深入淺出地介紹給學生,在此過程中,引導學生學會獨立自主地獲取知識、構建知識體系,培養邏輯分析與科學的認知能力。努力啟發學生獨立的思辨精神與嚴謹的科學素養,觸動從生命科學知識到生活態度與人文精神的感悟。
此外,我們于2010年創建一門名為“如何上大學”的通識課程,經過在珠海校區三輪的講授,取得極好的效果。該課程以人生規劃為切入點,將大學學習與生命的價值有機結合起來,珍愛生命,需認真規劃人生、經營人生,提升生命的附加值。科學的經營人生,就需要有全面的規劃,包括學業規劃、時間管理、團隊合作、人際交往、學習能力、文化素質提升等。
四、變革教學模式,建立師生共同體,提升通識課程效益
哲學家認為,人有兩種生命: 一是自然生命,一是文化生命。人的自然生命來自于自然,而人的文化生命則來自教育。人是文化動物,生物界靠基因遺傳而存在,靠基因變異而演化;人類社會則靠文化傳承而延續,靠文化創新而發展。人類文明進步發展得以延續到今天,教育起到了極為重要的作用。教育的本質在于賦予人以文化生命,離開培育人才這一基本點,離開關注、愛護、引導、熏陶、教化、養成以使人身心健康發展,進而體現為人的德、智、體、美的全面發展,離開 “以人為本”的通識教育而奢談其他,只會使通識教育走入歧途。因此,如何變革通識課程的教學模式,使通識課程效益最大化,真正起到育人的作用是非常重要的。
1.建立“師生共同體”
一般而言,相當一部分本科生對通識課程的重視程度不夠,只想“混學分”,因此,蹺課、開小差現象比較嚴重,同時,也有部分教師將通識課變成完成學時的“掙工分”的課程,這樣使一些通識課程淪為了“醬油課”!
通識教育的一個重要特點,就是在引導的基礎上給與學生充分的自主選擇的權利。 通識教育是否能達到此目的,其關鍵條件在于:學生是否真正遵循自己的內心做出選擇,真正掙脫學分與分數的禁錮,選擇有興趣并且愿意全身心投入的課程。為此,我們將課程的第一節課設為“試聽課”,主題定為“導言――大學之道”。確保學生在充分了解課程的特點與要求之后,真正依據自己的需求,慎重決定是否選修本課程,同時,我們也對一些為湊學分而被迫選課的同學說明課程的參與度與難度,對于確感有壓力的同學進行勸退,這樣,既保證了學生充分利用寶貴的通識課學習機會并選擇適合的課程,也有利于教師教學理念的實施實踐與教學環節的開展,更有利于展現師生間相互尊重與信任,形成積極融洽、自由平等的“師生共同體”。
2.巧設話題,寓文化教育于科學教育之中
通識教育是以克服專業教育的狹隘性,培養德才兼備、知識廣博、個性充分發展的人才為宗旨。其關鍵是如何讓本科生在通識課上,在學習專業課的過程中通過個人感悟,做到融會貫通,這里需要教師的努力與智慧。
為了做到專業與人文相通,我們在“細胞科學與社會”的課程教學中,設計了“今日話題”,巧妙地將細胞生物學的專業知識與人類社會有機地結合起來。如在講授細胞的腫瘤發生與防治時,我們將該知識點與人類社會的腐敗現象結合起來講授:細胞的腫瘤發生主要是基因突變的結果,涉及的兩類基因:原癌基因與抑基因。抑癌基因相當于人類社會的警察,或是執法機關,細胞的癌變與抑癌基因有密切的關系,這與人類社會的官員腐敗有某種邏輯關系。因此,在講授該內容時,與社會的法制建設、反腐倡廉結合起來,在專業知識的學習中,從專業知識的層面懂得了腫瘤發生的分子基礎,以及腫瘤細胞對生命的危害;又從人文層面懂得了防止腐敗的重要性,很好地融入做人的道理。
3. 共同關注,聚焦人生
我們創建開設的“如何上大學”,本課程主要針對目前很多大學生對大學學習感到迷茫而開設的通識課程,分五個模塊、十六講,內容包括:如何制定大學及人生規劃、研究性學習理念、思維導圖與鏡像思維、交流與溝通、團隊與合作型學習、演講能力的培養、責任與擔當等。
本課程是在多年教學基礎上,總結與創造的課程,國內外均無先例。使用的教學參考資料均為教學團隊自己收集與總結,并借鑒參考了包括牛津大學、哈佛大學等國際知名大學的相關資料。該課程以人生規劃為切入點,將如何上大學與生命科學緊密結合,打造有生命的課堂。為此,我們從中央電視臺新聞頻道獲得靈感,設置了“Focus On Topic”欄目,即在每個主題設置一個關注的主題,以此聚焦人生。如在“為何上大學”這一講中,設計的關注主題是:上大學承載著國家與民族的希望、祖輩與父母的寄托,以及實現人生輝煌的諸多美好夢想。以此鼓勵本科生勵志,取得較好的效果。
參考文獻:
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關鍵詞:高等師范院校;分子生物學;課程改革
作者簡介:梁衛紅(1968-),女,山西祁縣人,河南師范大學生命科學學院,副教授;楊獻光(1980-),男,河北邯鄲人,河南師范大學生命科學學院,講師。(河南 新鄉 453007)
基金項目:本文系河南省高等教育教學改革研究省級研究項目(項目編號:2012SJGLX134)、河南師范大學教學研究基金重點項目(項目編號:521751)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)01-0110-02
分子生物學是一門從分子水平研究生命現象、生命本質及其規律的科學,以1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構模型為標志,分子生物學作為一門獨立的學科誕生。該學科的最大特點是發展迅速,并在生命科學領域與其他學科融合交叉,對現代生物學發展的影響越來越廣泛和深刻,因此分子生物學在生物學基礎理論的學習中占有重要地位。目前很多高校的生物科學、生物技術、生物制藥、生物工程、藥學、環境科學等專業,都將“分子生物學”作為本科生的必修專業基礎課或專業主干課,重視“分子生物學”教學已成為生物專業廣大師生的共識。本文結合近年來河南師范大學本科分子生物學的教學實踐,就分子生物學的課程體系安排、教學模式等方面進行了探索和分析。
一、課程教學內容體系改革
“分子生物學”的主要內容包括生物大分子的結構與功能、基因表達與調控以及技術方法等。通過對本課程的學習,要求學生掌握核酸、蛋白質等生物大分子的結構和功能,理解遺傳物質的復制、轉錄和翻譯過程及其分子機制、基因表達調控的基本模式、遺傳物質突變、修復和重組的機理,了解分子生物學基礎實驗原理和應用。為在有限的學時和條件下,使學生理解抽象的分子生物學理論和基礎實驗原理,筆者從以下方面進行了改革和嘗試:
1.課程在培養方案中的定位
從學科角度來講,分子生物學涵蓋面廣、學科內容更新快,與“細胞生物學”、“生物化學”和“遺傳學”等生命科學主干課程有一些交叉,所以在開設該課程時,需要充分考慮學生的接受能力。在本校生物專業2005年的本科生培養方案中,該課程為36學時,在大四第一學期開設,設定為生物技術和生物科學專業的必修課,水產養殖專業的選修課,實際開設時間是在學生教育實習之后11月到來年的1月,共9周,每周4學時。在教學中,筆者發現雖然在大四開設時,學生已經具備了預修課程的專業基礎知識,但是由于95%以上的大四學生在這學期復習考研,而“分子生物學”又是許多生物專業碩士生入學考試的必修課,學生普遍反映該課程開設晚,學起來感覺時間緊、壓力大。鑒于此,在2010年的本科生培養方案中,分子生物學改在大三第一學期,以每周2學時的方式面向生物科學、生物技術和水產養殖三個專業開設,這樣學生可以在一個完整的學期內學習這門課,擁有了較為充裕的時間,系統掌握“分子生物學”基礎理論,從反饋意見上看,學生非常認同這樣的改革。
2.課程體系的制定和完善
本校生物專業本科“分子生物學”的教學體系自2005年以來進行了三次調整,第一次是從2005年起,采用了雙語教學的模式,主要原因是當年本校面臨本科教學評估,雙語教學已經列為本科教學質量評估的觀測指標之一,為使生物技術專業的課程的雙語教學授課率達到15%,綜合各方面因素,“分子生物學”雙語教學成為一個試點。為開展人才培養模式的改革創新,“分子生物學”課程嘗試采用雙語授課形式,旨在提高大學生專業英語水平和直接使用英語從事科研的能力。但是當時適合高等師范院校本科生使用的原版分子生物學教材很少,幾經篩選,本校最終將《Instant Notes in Molecular Biology》作為學生的教材。該書以24個專題的形式講述細胞與大分子,蛋白質和核酸的特點,染色體結構,DNA的復制、損傷修復和重組,基因表達調控,分子生物學常規技術,每個專題相對獨立,簡潔易懂,但是系統性和深度尚有欠缺,難以適應學生考研的需求,所以在教學中,教師需要補充大量內容,因此無論教還是學,這本教材在使用中的缺陷都比較明顯。鑒于此,自2009年起,本院選擇了《現代分子生物學》作為教材,首先考慮該書由著名學者朱玉賢等編寫,是“十一五”國家級規劃教材,其次該書也是多所學校分子生物學考研復習的推薦參考書。該書在編排上分11章,從染色體與DNA,生物信息的傳遞,分子生物學方法,基因表達調控,疾病與人類健康,基因與發育,基因組與比較基因組學等方面介紹分子生物學基礎理論和技術,在教學中,結合學生的實際情況,筆者并未完全按照該書的內容講授,有些與生物化學、細胞生物學重疊的內容采用略講方式,而有些內容則在教學中進行了補充或刪減,例如:本教材中DNA修復和轉座部分的內容薄弱,脈絡不清晰,筆者主要依據《基因的分子生物學》進行了補充,而該書中一些與分子生物學主線關聯不緊密的部分,則進行了刪減,2012年,本校在多年教學經驗積累的基礎上,結合本科生的特點,出版了《普通分子生物學》一書,以易教易學作為編書的出發點,參考了多部目前國內外主流的分子生物學教材,構建了一個重在基礎、兼顧前沿、簡潔明了的體系,全書分6章,介紹了DNA的結構和復制,RNA的結構和轉錄,蛋白質的生物合成,基因表達的調控,分子生物學研究方法。該書在結構上分為三個模塊,即基因組的維持、基因組的表達和調控、分子生物學技術,方便學生對學科體系的整體認識。
3.課程內容的優化
分子生物學是從生物化學分化延伸出來的一門獨立的學科,一些內容和生物化學有較多的聯系或重疊。但是分子生物學有自身的學科特點,突出對生命現象分子本質的解析。由于本校生物專業的“分子生物學”課程是在“生物化學”之后開設的,在課程教學中,任課教師通過討論,對教學內容進行了分析,確定了兩門課的側重內容,在注意系統性的前提下,著重講解教材的重點與難點,例如:在“生物化學”中已經有較大的篇幅講述生物大分子的結構,在“分子生物學”課程中將略講,教師在講解復制、轉錄和翻譯等過程分子機制時,以溫故知新的方式,將基礎知識和基本概念進行要點概括,借此為下一步的教學做鋪墊,并檢測學生的背景知識掌握情況,這種教學方法不僅得到了學生的廣泛好評,而且使學科特點在教學中更加突出,專業課教學學時分配更加合理,起到了引導學生關注專業基礎知識關聯性的作用。
4.課程設置的調整
鑒于本校生物專業學生普遍有考研的需求,學生對“分子生物學”的教學要求高,希望能更貼近考研的要求,所以在2010年的培養方案中,分子生物學采取了分級、分段開設的方法,在大三面向所有專業開設的“分子生物學”,教學重點放在系統性和基礎性上;在大四以選修課的形式開設的“高級分子生物學”,旨在通過教學促進學生提高專業基礎理論的綜合能力,在學科的深度和廣度上做進一步的擴展,不僅補充了最新的國內外分子生物學前沿和熱點內容,而且選擇一些重點科研院所的考研真題進行剖析,引導學生完成拓展和提高。調查顯示,學生普遍贊同這一課程改革方式。
二、課程實踐環節與理論環節的有效銜接
實踐教學是“分子生物學”課程的重要部分,但是由于條件所限,目前本校生物專業的“分子生物學”課程僅開設了理論課,實驗課尚未開設。為解決這一問題,在理論教學中通過對教學內容的分析,盡最大可能的將基礎理論的講授和分子生物學基礎實驗相結合,堅持既要使教學沿著課程的主線進行,又要努力使實驗技術的介紹與理論課教學合理的銜接的原則,一定程度上彌補了實驗教學的不足,旨在通過課堂教學,使理論和實驗教學融為一個有機的整體,一些代表性的分子生物學技術的原理和方法按照表1所示的安排在基礎理論部分的講解中進行了介紹。
作為任課教師,要使課堂教學精彩,還應深入科研第一線,這樣才能利用科研和生產實踐中的例子豐富課堂教學內容。[1]尤其是分子生物學這樣更新快的學科,教師必須了解和準確把握學科發展方向和前沿熱點,將自身科研實踐中的經驗、體會和感悟傳遞給學生,激發學生的對科學研究的熱情,調動學生學習積極性。值得注意的是,專業課教學要充分發揮學生在學習過程中的主體作用,努力提高他們的分析能力、綜合能力和創新能力,引導學生將理論知識和實驗技術內容有效的融合,在教學中采用了一些方法來激發學生的學習興趣和主動性,例如:每節課之后有要點回顧和知識鏈接提示,留給學生較為寬松的時間進行復習和延伸學習;設置一些與本節課內容有關的基礎題、提高題、實驗分析題,安排學生課下自行選擇完成,以便學生檢測學習掌握的情況,及時將知識梳理歸納,增加了學習過程的開放性和自主性。
三、教學模式的探索和實踐
雙語教學作為一種的新的教學模式,順應了國家培養復合型人才的要求,也是考評學校教學質量和水平的一個重要指標。[2]2005年本校生物專業的“分子生物學”課程作為第一批教學模式改革的課程,率先采用了雙語教學形式授課,一方面是出于本科教學評估的要求,另一方面也是專業課教學模式的一種嘗試和探索。從2005至2008年的實踐和學生反饋意見上看,雙語教學作為教學改革的一種探索是值得肯定的,調查顯示,92%的學生認同和贊成雙語教學,認為通過使用原版英文教材和全英文課件,感覺學習“分子生物學”并沒有開課前想象中的那么困難,通過學習,理解和掌握了學科知識體系,專業英文的閱讀能力得到較大的提高,對專業詞匯有一定的積累,很有成就感,對這門課更有興趣了。從任課教師的反饋意見上看,由于難以找到合適的教材,所以在備課上需要下更大的力氣,充實教學內容,不少教師在教學中信心不足,擔心由于缺乏專業英文口語訓練,造成專業術語的發音錯誤等問題。所以實際上,本校生物專業分子生物學開設的動因主要來自學校本科教學評估的要求。[3]筆者認為,雙語教學的有效實施尚需從課程體系、師資培訓、評價機制等多方面予以保證。[4]雙語教學并沒有固定的模式可循,需要從實際出發。
鑒于目前雙語教學可用教材有限,選擇適合的原版教材存在較大的困難,而分子生物學課程內容更新快,內容多,為適應絕大多數學生的考研難度需要,2009年以來,本校生物專業“分子生物學”選擇了中文教材授課,將教學的重點放在系統性、基礎性和前瞻性上,每年的授課內容至少更新30%,從學生的反饋意見上看,這一調整更加貼近學生的需要。這些年來的“分子生物學”課程改革實踐也使本校認識到無論是常規教學還是雙語教學形式,從學科特點、學生基礎、師資條件等因素出發,制定合理的教學方案,提高教學質量,服務于人才培養這一目標才是課程改革的出發點和最終歸宿。
參考文獻:
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[2]教育部“關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見”[Z].2007.
關鍵詞:醫學遺傳學;遺傳咨詢;情景模擬
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)46-0225-03
醫學遺傳學是醫學與遺傳學相結合、并互相滲透的一門綜合性學科。醫學遺傳學理論學習中主要針對人類遺傳性疾病的發生機制、傳遞規律、診斷方法以及治療和預后進行系統學習。在此基礎上開設實驗課,將理論應用于實踐,通過遺傳咨詢估算再發風險和制定應對對策和措施,有效預防遺傳病的發生,從而達到降低遺傳病發病率的目的[1]。根據現代醫學的發展,我國將面臨極具缺乏醫學遺傳學醫師這一職業。目前,大多數醫院無專門的遺傳咨詢門診,使醫學生沒有機會接觸到遺傳病病例,學生對遺傳性疾病的掌握只限于書本而無臨床實踐機會,這將會導致臨床醫生缺乏對遺傳病的認知能力。因此,我校從2007年開始對五年制臨床醫學、檢驗等本科專業開展醫學遺傳學實驗教學,其中開設了遺傳咨詢教學內容。通過多年教學實踐探索和改進,發現利用情景模擬教學法進行遺傳咨詢知識點的傳授可以更好地調動學生學習的積極性,更好地理解遺傳咨詢的理論基礎及臨床意義,培養學生綜合運用知識的能力。
一、教學設計
1.明確教學目的。遺傳咨詢情景模擬教學法是模擬臨床遺傳咨詢的情景進行教學的方法。它是針對臨床醫學、檢驗等專業本科醫學生在學習過染色體標本的制備與人類非顯帶染色體核型分析兩次實驗課的基礎上來開展的。通過此次課的學習,使醫學生能夠充分掌握系譜及系譜分析的理論知識,掌握系譜分析的過程及系譜的繪制方法,熟悉遺傳咨詢的一般步驟和原則,并能推測系譜中各成員的基因型,計算再發風險,了解系譜分析和遺傳咨詢的臨床意義。在此過程中,培養學生獨立思考分析問題解決問題的能力,表達能力,促進高素質醫學生的培養。
2.教學內容。情景模擬教學法的主要內容是模擬遺傳咨詢過程、講授和熟悉遺傳咨詢的概念、對象、時機、步驟等。作為醫學生首先要讓他們明確知道什么是遺傳咨詢。遺傳咨詢是由醫學遺傳學專業人員或遺傳咨詢醫師(或稱咨詢醫師、醫學遺傳學醫師),應用醫學和遺傳學基本原理,對咨詢者提出的家庭中遺傳病的發病原因、遺傳方式、診斷、治療和預后、一級患者同胞和子女再患此病風險等問題進行交談和討論,并就咨詢者提出的婚育等問題提出可供咨詢者選擇的建議或具體指導措施的過程[2]。遺傳咨詢的時機和對象是一個人在婚姻或生育方面遇到問題,意識到可能面臨患遺傳病的風險,或者本人或子女已患有遺傳病等情況下的人群。其次,傳授和強調進行遺傳咨詢的一般步驟包括遺傳病的明確診斷、繪制系譜并確定遺傳方式、估計再發風險、提出對策和措施。遺傳病的診斷是一個復雜的過程,包括臨床層次、細胞水平、蛋白質水平、基因水平(基因診斷)等四個水平層次的診斷;繪制系譜并確定遺傳方式以及估計再發風險需要遺傳學理論知識做基礎,要求學生在本科醫學遺傳學中作為掌握的內容加以理解和熟悉后計算再發風險;提出的對策和措施更進一步要求在學生掌握各層次的分子生物學和分子遺傳學的系統的理論知識后,給咨詢者提出合適的意見和措施。最后,重點強調醫生給咨詢者提出意見和措施時,要遵循非指令性遺傳咨詢的原則。作為醫生只提出可供咨詢者選擇的若干方案,并陳述各種方案的利弊提供咨詢者選擇,咨詢醫師不應代替咨詢者做決定。
3.教學案例的準備。教學案例的好壞直接影響教學效果。任課教師需要注意從多渠道深入開展病案搜尋工作,從病案中挑選診斷明確、典型的遺傳病案例,除了教材中給出的常見多發遺傳病病例外,也需經常瀏覽OMIM(OnLine Mendelian Inheritence)及等互聯網址,了解重要的有關臨床遺傳學最新診斷技術及進展情況。案例挑選出來后,需要進行加工提煉、細心分析、集體討論,按臨床思維進行教學方案的設計。案例設計原則既要傳授理論知識,又與臨床需要結合,既有利于學生分析,于利于學生演練。
對于案例的教學準備,不但要求任課教師要熟悉案例遺傳病的臨床表現、發病機理,特別要熟悉遺傳病的傳遞規律、傳遞方式、診斷方法、治療方法和預后等方面的相關進展資料,還要要求教師對這些資料的深刻理解和透徹分析,以便針對學生演練過程中出現的各種不準確的表達或者錯誤的理解進行有效的指導。根據遺傳咨詢的復雜性,則需要教師具有深厚的理論知識基礎,才能提高在模擬遺傳咨詢教學中的指導能力。因此,在案例準備時,要求任課教師要做好充足的教學準備,以應變課堂中隨時出現的問題。
4.教學組織。做好充分的準備后,就進入了模擬遺傳咨詢情景課階段,即開始遺傳咨詢情景模擬教學。由于課堂教學組織難度較大,需要教師在做好充分的案例準備基礎上隨機應變、深入淺出、因材施教。
教師組織教學的基本過程包括:第一步,教師詳細講解遺傳咨詢的定義、步驟、方法、意義;第二步,學生選擇教師準備好的案例分組討論,編寫案例遺傳咨詢的對話,并要求學生在課結束后將所編寫的對話上交作為課堂作業;第三步,學生兩人一組,在45分鐘左右的時間內討論并編寫對話,根據臨床可能的情景,模擬演練遺傳咨詢的過程;第四步,當學生模擬演練完成遺傳咨詢的整個過程后,教師針對學生存在的問題一一進行分析和講解。在肯定學生正確的理解和表達的基礎上指出不當的或者不準確的或者錯誤的表達。
隨著學生不同組別的模擬演練的進行,教師要注意始終引導學生圍繞遺傳咨詢進行交談,其詢問和交談的內容包括對遺傳病的臨床表現、發病原因、遺傳方式、診斷等情況的了解,詢問內容還包括病史、發育史、婚姻史和生育史、家族史,查閱和比對資料進行系譜分析,對咨詢者提出的治療和預后等問題一一作答,并且對患者同胞、子女再患此病的風險提出參考意見。教師始終在一旁提醒、引導和輔佐,并注意把控住整個課堂紀律,使每位學生積極參與到課堂中來,制造出學生在臨床實踐的氣氛,提高學生課堂活躍度。
5.課堂總結。教師根據學生在課堂中的討論、模擬遺傳咨詢的情況進行小結,聯系理論知識肯定學生在討論過程中表現好的地方,指出錯誤或忽視的地方,加深對理論知識的理解和記憶,加深學生對遺傳咨詢在臨床工作的重要性和必要性的理解。最后根據學生在課堂中的表現進行評價,包括學生對案例的分析能力、理論知識的掌握、表達能力、臨床綜合分析能力、團隊合作能力、創新能力等等方面。
二、教學思考與討論
1.遺傳咨詢情景模擬教學法的優點和意義。經過多年的教學發現,大多數學生對于應用情景模擬方法進行遺傳咨詢都非常感興趣,整個課堂氣氛活躍,學生參與度高。整個教學活動中,一直圍繞只有真實生活中才存在的病例來進行,組織學生分組開展討論,教師從旁指導,真正做到以學生為中心,最大限度的激發學生的學習興趣,取得了較好的教學效果。此教學法解決了以往醫學遺傳學理論教學與臨床脫節,理論教學內容的枯燥難懂,教學手段落后等問題,有效地提高了學生對醫學遺傳學的學習效果及興趣,是一種積極有效的教學方法。學生普遍認為通過情景模擬教學,對遺傳性疾病的認識更加深刻和形象,他們所學習的內容不再是枯燥乏味的知識,而是在實際臨床工作中切切實實需要解決的問題,極大的激發了學生對于學習《醫學遺傳學》的興趣。
傳統的遺傳咨詢教學主要以灌輸式為主,要求學生大量記憶枯燥無味的基礎知識,在這種模式下的教學不利于學生綜合能力的提高。相反,經過實踐證明,利用情景模擬教學進行遺傳咨詢,將所學理論知識與實際運用緊密結合,將理論課知識運用于實際臨床當中,極大的激發了學生對于學習醫學遺傳學的興趣,使學生整堂課都能夠融入到課堂教學過程中,使學生將講臺變為他們自由發揮的舞臺,而教師課堂中僅僅起到引導作用。在此過程中,學生從被動的接受知識向主動學習轉變,既加深了對理論知識的記憶,又培養了學生獨立思考分析問題的能力,訓練了學生獨立思考分析問題的能力。
近年來醫患關系逐漸緊張,患者的維權意識也越來越強,如何緩解醫患關系也是醫學院校在培養學生時需要解決的一大難題。通過臨床情景模擬教學的方法,讓學生扮演患者有助于建立和諧的醫患關系。學生通過扮演患者,能夠充分的體會患者的心理和情緒上的變化,站在患者的角度看待就醫過程,起到了換位思考的作用。另一方面,學生站在醫生的角度學會處理醫生和患者之間的矛盾,可以縮短學校與社會實踐的差距,幫助學生建立醫生角色,為學生將來走向社會處理醫患關系奠定基礎。
值得一提的是,遺傳咨詢師在我國醫學領域缺乏大量的人才,是一個有待新增的職業。而在美國,絕大多數的醫療用人單位都要求他們的醫生通過全美醫學遺傳學會的考試和資格認證[3]。所以,教師可借此課程向學生宣講國際國內外醫學遺傳學理論、臨床遺傳學的發展的趨勢和中國醫學發展的所面臨機遇和挑戰。向學生說明遺傳咨詢是一項極具挑戰的醫療活動,希望有更多的醫學志愿者加入這項醫療事業中來。
2.遺傳咨詢情景模擬教學法的欠缺之處。首先,情景模擬與實際臨床有一定的差別,學生由于缺少臨床經驗,在進行扮演患者的過程中,很容易用到所學的專業術語,與真正臨床中所遇到的實際病例有較大的差別,沒有達到角色交換的目的。其次,在提出對策和措施時,由于缺乏各層次的分子細胞生物學和分子遺傳學的系統的理論知識,并且對所學醫學遺傳學知識不能靈活運用,只能提出供咨詢者選擇一到兩種方案,沒有真正提供可供咨詢者選擇的若干方案,且無法做到非指令性原則。最后,在教學實施的過程中,由于每位學生學習水平參差不齊,不愿意作為學習的主體,導致過分依賴老師,影響教學效果。目前看來,要使學生都能積極參與到教學活動中,最好的方法是讓學生參與真正的臨床實踐,使學生體會到遺傳咨詢過程的復雜性。
通過7年的教學效果來看,情景模擬教學極大地調動了學生學習的積極性,真正實現了對醫學生綜合素質能力的培養,是一個值得推薦的好方法。
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基金項目:遵義醫學院教學改革計劃項目2013(j-2-7)。
關鍵詞 海洋生物技術
發展展望
近10年來,由于海洋在沿海國家可持續發展中的戰略地位日益突出,以及人類對海洋環境特殊性和海洋生物多樣性特征的認識不斷深入,海洋生物資源多層面的開發利用極大地促進了海洋生物技術研究與應用的迅速發展。1989年首屆國際海洋生物技術大會(以下簡稱MPS大會)在日本召開時僅有幾十人參加,而1997年第四屆IMBC大會在意大利召開時參加入數達1000多人。現在IMBC會議已成為全球海洋生物技術發展的重要標志,出現了火紅的局面。《IMBC 2000》在澳大利亞剛剛開過,《IMBC 2003》的籌備工作在日本已經開始,以色列為了舉辦們《IMBC 2006》早早作了宣傳,并爭到了舉辦權。每3年一屆的IMBC不僅吸引了眾多高水平的專家學者前往展示與交流研究成果,探討新的研究發展方向,同時也極大地推動了區域海洋生物技術研究的發展進程。在各大洲,先后成立了區域性學術交流組織,如亞太海洋生物技術學會、歐洲海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會等。各國還組建了一批研究中心,其中比較著名的為美國馬里蘭大學海洋生物技術中心、加州大學圣地亞哥分校海洋生物技術和環境中心,康州大學海洋生物技術中心,挪威貝爾根大學海洋分子生物學國際研究中心和日本海洋生物技術研究所等。這些學術組織或研究中心不斷舉辦各種專題研討會或工作組會議研究討論富有區域特色的海洋生物技術問題。1998年在歐洲海洋生物技術學會、日本海洋生物技術學會和泛美海洋生物技術協會的支持下,原《海洋生物技術雜志》與《分子海洋生物學和生物技術》合刊為《海洋生物技術》學報(以下簡稱MB T),現在它已成為一份具有權威性的國際刊物。海洋生物技術作為一個新的學科領域已明確被定義為“海洋生命的分子生物學如細胞生物學及其它的技術應用”。
為了適應這種快速發展的形勢,美國、日本、澳大利亞等發達國家先后制定了國家發展計劃,把海洋生物技術研究確定為21世紀優先發展領域。1996年,中國也不失時機地將海洋生物技術納入國家高技術研究發展計劃(863計劃),為今后的發展打下了基礎。不言而喻,迄今海洋生物技術不僅成為海洋科學與生物技術交叉發展起來的全新研究領域,同時,也是21世紀世界各國科學技術發展的重要內容并將顯示出強勁的發展勢頭和巨大應用潛力。
1.發展特點
表1和表2列出的資料大體反映了當前海洋生物技術研究發展的主要特點。
1.1加強基礎生物學研究是促進海洋生物技術研究發展的重要基石
海洋生物技術涉及到海洋生物的分子生物學、細胞生物學、發育生物學、生殖生物學、遺傳學、生物化學、微生物學,乃至生物多樣性和海洋生態學等廣泛內容,為了使其發展有一個堅實的基礎,研究者非常重視相關的基礎研究。在《IMBC 2000》會議期間,當本文作者詢問一位資深的與會者:本次會議的主要進步是什么?他毫不猶豫的回答:分子生物學水平的研究成果增多了。事實確實如此。近期的研究成果統計表明,海洋生物技術的基礎研究更側重于分子水平的研究,如基因表達、分子克隆、基因組學、分子標記、海洋生物分子、物質活性及其化合物等。這些具有導向性的基礎研究,對今后的發展將有重要影。
1.2推動傳統產業是海洋生物技術應用的主要方面
目前,應用海洋生物技術推動海洋產業發展主要聚焦在水產養殖和海洋天然產物開發兩個方面,這也是海洋生物技術研究發展勢頭強勁。充滿活力的原因所在。在水產養殖方面,提高重要養殖種類的繁殖、發育、生長和健康狀況,特別是在培育品種的優良性狀、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的進步,如轉生長激素基因魚的培育、貝類多倍體育苗、魚類和甲殼類性別控制、疾病檢測與防治、DNA疫苗和營養增強等;在海洋天然產物開發方面,利用生物技術的最新原理和方法開發分離海洋生物的活性物質、測定分子組成和結構及生物合成方式、檢驗生物活性等,已明顯地促進了海洋新藥、酶、高分子材料、診斷試劑等新一代生物制品和化學品的產業化開發。轉貼于
表1 近期IMBC大會研討的主要內容
表2 近期IMBC大會和《Marine Biotechnology》學報論文統計表
1.3保證海洋環境可持續利用是海洋生物技術研究應用的另一個重要方面
利用生物技術保護海洋環境、治理污染,使海洋生態系統生物生產過程更加有效是一個相對比較新的應用發展領域,因此,無論是從技術開發,還是產業發展的角度看,它都有巨大的潛力有待挖掘出來。目前已涉及到的研究主要包括生物修復(如生物降解和富集、固定有毒物質技術等)、防生物附著、生態毒理、環境適應和共生等。有關國家把“生物修復”作為海洋生態環境保護及其產業可持續發展的重要生物工程手段,美國和加拿大聯合制定了海洋環境生物修復計劃,推動該技術的應用與發展。
1.4與海洋生物技術發展有關的海洋政策始終是公眾關注的問題
其中海洋生物技術的發展策略、海洋生物技術的專利保護、海洋生物技術對水產養殖發展的重要性、轉基因種類的安全性及控制問題、海洋生物技術與生物多樣性關系以及海洋環境保護等方面的政策、法規的制定與實施倍受關注。
2. 重點發展領域
當前,國際海洋生物技術的重點研究發展領域主要包括如下幾個方面:
2.1發育與生殖生物學基礎
弄清海洋生物胚胎發育、變態、成熟及繁殖各個環節的生理過程及其分子調控機理,不僅對于闡明海洋生物生長、發育與生殖的分子調控規律具有重要科學意義,而且對于應用生物技術手段,促進某種生物的生長發育及調控其生殖活動,提高水產養殖的質量和產量具有重要應用價值。因此,這方面的研究是近年來海洋生物技術領域的研究重點之一。主要包括:生長激素、生長因子、甲狀腺激素受體、促性腺激素、促性腺激素釋放激素、生長一催乳激素、滲透壓調節激素、生殖抑制因子、卵母細胞最后成熟誘導因子、性別決定因子和性別特異基因等激素和調節因子的基因鑒定、克隆及表達分析,以及魚類胚胎于細胞培養及定向分化等。
2.2基因組學與基因轉移
隨著全球性基因組計劃尤其是人類基因組計劃的實施,各種生物的結構基因組和功能基因組研究成為生命科學的重點研究內容,海洋生物的基因組研究,特別是功能基因組學研究自然成為海洋生物學工作者研究的新熱點。目前的研究重點是對有代表性的海洋生物(包括魚、蝦、貝及病原微生物和病毒)基因組進行全序列測定,同時進行特定功能基因,如藥物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐鹽基因等的克隆和功能分析。在此基礎上,基因轉移作為海洋生物遺傳改良、培育快速生長和抗逆優良品種的有效技術手段,已成為該領域應用技術研究發展的重點。近幾年研究重點集中在目標基因篩選,如抗病基因、胰島素樣生長因子基因及綠色熒光蛋白基因等作為目標基因;大批量、高效轉基因方法也是基因轉移研究的重點方面,除傳統的顯微注射法、基因槍法和攜帶法外,目前已發展了逆轉錄病毒介導法,電穿孔法,轉座子介導法及胚胎細胞介導法等。
2.3病原生物學與免疫
隨著海洋環境逐漸惡化和海水養殖的規模化發展,病害問題已成為制約世界海水養殖業發展的瓶頸因子之一。開展病原生物(如細菌、病毒等)致病機理、傳播途徑及其與宿主之間相互作用的研究,是研制有效防治技術的基礎;同時,開展海水養殖生物分子免疫學和免疫遺傳學的研究,弄清海水魚、蝦、貝類的免疫機制對于培育抗病養殖品種、有效防治養殖病害的發生具有重要意義。因此,病原生物學與免疫已成為當前海洋生物技術的重點研究領域之一,重點是病原微生物致病相關基因、海洋生物抗病相關基因的篩選、克隆,海洋無脊椎動物細胞系的建立、海洋生物免疫機制的探討、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其產物轉貼于
海洋生物活性物質的分離與利用是當今海洋生物技術的又一研究熱點。現人研究表明,各種海洋生物中都廣泛存在獨特的化合物,用來保護自己生存于海洋中。來自不同海洋生物的活性物質在生物醫學及疾病防治上顯示出巨大的應用潛力,如海綿是分離天然藥物的重要資源。另外,有一些海洋微生物具有耐高溫或低溫、耐高壓、耐高鹽和財低營養的功能,研究開發利用這些具特殊功能的海洋極端生物可能獲得陸地上無法得到的新的天然產物,因而,對極端生物研究也成為近年來海洋生物技術研究的重點方面。這一領域的研究重點包括抗腫瘤藥物、工業酶及其它特殊用途酶類、極端微生物定功能基因的篩選、抗微生物活性物質、抗生殖藥物、免疫增強物質、抗氧化劑及產業化生產等。
2.5海洋環境生物技術
該領域的研究重點是海洋生物修復技術的開發與應用。生物修復技術是比生物降解含義更為廣泛,又以生物降解為重點的海洋環境生物技術。其方法包括利用活有機體、或其制作產品降解污染物,減少毒性或轉化為無毒產品,富集和固定有毒物質(包括重金屬等),大尺度的生物修復還包括生態系統中的生態調控等。應用領域包括水產規模化養殖和工廠化養殖、石油污染、重金屬污染、城市排污以及海洋其他廢物(水)處理等。目前,微生物對環境反應的動力學機制、降解過程的生化機理、生物傳感器、海洋微生物之間以及與其它生物之間的共生關系和互利機制,抗附著物質的分離純化等是該領域的重要研究內容。
3.前沿領域的最新研究進展
3.1發育與生殖調控
應用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素調控甲殼類動物成熟和繁殖的技術[1],研究了甲狀腺激素在金紹生長和發育中的調控作用,發現甲狀腺激素受體mRNA水平在大腦中最高,在肌肉中最低,而在肝、腎和鰓中表達水平中等,表明甲狀腺素受體在成體金銀腦中起著重要作用[1],對海鞘的同源框(Homeobox)基因進行了鑒定,分離到30個同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干細胞系并通過細胞移植獲得了嵌合體青鳉[1],建立了虹鱒原始生殖細胞培養物并分離出Vasa基因[2],進行斑節對蝦生殖抑制激素的分離與鑒定[2],應用受體介導法篩選GnRH類似物,用于魚類繁殖[2],建立了海綿細胞培養技術,用于進行藥物篩選[2],建立了將海膽胚胎作為研究基因表達的模式系統[2],通過基因轉移開展了海膽胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖轉移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鱒胚胎中的表達[3],建立了通過細胞周期蛋白依賴的激酶活性測定海水魚苗細胞增殖速率的方法[3],研究了幾丁質酶基因在斑節對蝦蛻皮過程中的表達[4],從海參分離出同源框基因,并進行了序列的測定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝臟和脾臟mRN A的表達序列標志,從深海一種耐壓細菌中分離到壓力調節的操縱子,從大西洋鮭分離到雌激素受體和甲狀腺素受體基因,從挪威對蝦中分離到性腺抑制激素基因[1];將DNA微陣列技術在海綿細胞培養上進行了應用,構建了班節對蝦遺傳連鎖圖譜,建立了海洋紅藻EST,從海星卵母細胞中分離出成熟蛋白酶體的催化亞基,初步表明硬骨頭魚類IGF-I原E一肽具有抗腫瘤作用[2];構建了海洋酵母De—baryomyces hansenii的質粒載體,從鯉魚血清中分離純化出蛋白酶抑制劑,從蘭蟹血細胞中分離到一種抗菌肽樣物質,從紅鮑分離到一種肌動蛋白啟動子,發現依賴于細胞周期的激酶活性可用作海洋魚類苗種細胞增殖的標記,克隆和定序了鰻魚細胞色素P4501A cD-NA,通過基因轉移方法分析了鰻細胞色素P450IAI基因的啟動子區域,分離和克隆了鰻細胞色素P450IAI基因,建立了適宜于溝紹遺傳作圖的多態性EST標記,構建了黃蓋鰈EST數據庫并鑒定出了一些新基因,建立了班節對蝦一些組織特異的EST標志,從經Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴細胞 EST中分離出596個 cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一種自體受精雌雄同體魚類的?一肌動蛋白基因,從金鯛cDNA文庫中分離出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鱒基因組中發現了TC1樣轉座子元件[4];鑒定和克隆出的基因包括:南美白對蝦抗菌肽基因、牡蠣變應原(allergen)基因、大西洋鰻和大西洋鮭抗體基因、虹鱒Vasa基因、青鳉P53基因組基因、雙鞭毛藻類真核啟始因子5A基因、條紋鱸GtH(促性腺激素)受體cDNA、鮑肌動蛋白基因、藍細菌丙酮酸激酶基因、鯉魚視紫紅質基因調節系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因轉移
分離克隆了大馬哈魚IGF基因及其啟動子,并構建了大馬哈魚IGF(胰島素樣生長因子)基因表達載體[1]。通過核定位信號因子提高了外源基因轉移到斑馬魚卵的整合率[1],建立了快速生長的轉基因羅非魚品系并進行了安全性評價;對轉基因羅非魚進行了三倍體誘導,發現三倍體轉基因羅非魚盡管生長不如轉基因二倍體快,但優于未轉基因的二倍體魚,同時,轉基因三倍體雌魚是完全不育的,因而具有推廣價值[2];研究了超聲處理促進外源DNA與金鯛結合的技術方法,將GFP作為細胞和生物中轉基因表達的指示劑;表明轉基因溝鯰比對照組生長快33%,且轉基因魚逃避敵害的能力較差,因而可以釋放到自然界中,而不會對生態環境造成大的危害[3];應用GFP作為遺傳標記研究了斑馬魚轉基因的條件優化和表達效率[3];在抗病基因工程育種方面,構建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表達載體并進行了基因轉移實驗[2];在轉基因研究的種類上,目前已從經濟養殖魚類逐步擴展到養殖蝦、貝類及某些觀賞魚類[2.3]。通過基因槍法將外源基因轉到虹鱒肌肉中獲得了穩定表達[4]。
3.4分子標記技術與遺傳多樣性
研究了將魚類基因內含子作為遺傳多樣性評價指標的可行性,應用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海幾種海洋生物的遺傳多樣性[1]。研究了南美白對蝦消化酶基因的多態性[1];利用寄生性原生動物和有毒甲藻基因組DNA的間隔區序列作標記檢測環境水體中這些病原生物的污染程度,應用18S和5.8 S核糖體RNA基因之間的第一個內部間隔區(ITC—1)序列作標記進行甲殼類生物種間和種內遺傳多樣性研究[2];研究了斑節對蝦三個種群的線粒體DNA多態性,用PCR技術鑒定了夏威夷Gobioid苗的種類特異性。通過測定內含子序列揭示了南美白對蝦的種內遺傳多樣性,采用同功酶、微衛星DNA及RAPD標記對褐鱒不同種群的遺傳變異進行了評價,在平魚鑒定并分離出12種微衛星DNA,在美國加州魷魚上發現了高度可變的微衛星DNA[3];弄清了一種深水魚類(Gonostoma gracile)線粒體基因組的結構,并發現了硬骨魚類 tRNA基因重組的首個實例,測定了具有重要商業價值的海水輪蟲的衛星DNA序列,用RAPD技術在大鯪鲆和鰨魚篩選到微衛星重復片段,從多毛環節動物上分離出高度多態性的微衛星DNA,用RAPD技術研究了泰國東部泥蟹的遺傳多樣性[3];用AFLP方法分析了母性遺傳物質在雌核發育條紋鱸基因組中的貢獻[4]。
3.5 DNA疫苗及疾病防治
構建了抗魚類壞死病毒的 DNA疫苗[1];開展了虹鱒IHNV DNA疫苗構建及防病的研究,表明用編碼IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鱒,誘導了非特異性免疫保護反應,證明DNA免疫途徑在魚類上的可行性,從虹鱒細胞系中鑒定出經干擾素可誘導的蛋白激酶[2];建立了養殖對蝦病毒病原檢測的ELISA試劑盒,用PCR等分子生物學技術鑒定了蝦類的病毒性病原,將魚類的非特異性免疫指標用于海洋環境監控,研究了抗病基因轉移提高鯛科魚類抗病力的可行性,研究了蛤類唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一種海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了測定牡蠣病原的PCR—ELISA方法[3];研究了Latrunculin B毒素在紅海綿體內的免疫定位[4]。
3.6生物活性物質
從海藻中分離出新的抗氧化劑[1],建立了大量生產生物活性化合物的海藻細胞和組織培養技術,建立了通過海綿細胞體外培養制備抗腫瘤化合物的方法[1];從不同生物(如對蝦和細菌)中鑒定分離出抗微生物肽及其基因,從魚類水解產物中分離出可用作微生物生長底物的活性物質,海洋生物中存在的抗附著活性物質,用血管生成抑制劑作為抗受孕劑,從蟹和蝦體內提取免疫激活劑,從海洋藻類和藍細菌中純化光細菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表現出批精細胞形成的作用,從海洋植物Zostera marina分離出一種無毒的抗附著活性化合物,從海綿和海鞘抽提物分離出抗腫瘤化合物,開發了珊瑚變態天然誘導劑,從海膽中分離出一種抗氧化的新藥,在海洋雙鞭毛藻類植物中鑒定出長碳鏈高度不飽和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分離抗微生物肽等生物活性化合物的理想來源[2];發現海洋假單胞桿菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,從硬殼蛤分離出谷光甘肽一S一轉移酶,從鯉血清中分離出絲氨酸蛋白酶抑制劑,從海綿中分離出氨激脯氨酸二肽酶,從一種珊瑚分離出具DNA酶樣活性的物質,建立了開放式海綿養殖系統,為生物活性物質的大量制備提供了充足的海綿原料[3];從蝦肌水解產物中分離到抗氧化肽物質[4];從一種海洋細菌中分離純化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脫乙酸酶[4]。
3.7生物修復、極端微生物及防附著
研究了轉重金屬硫蛋白基因藻類對海水環境中重金屬的吸附能力,表明明顯大于野生藻類[1],研究了石油降解微生物在修復被石油污染的海水環境上的可療性及應用潛力[1];研究了海洋磁細菌在去除和回收海水環境中重金屬上的應用潛力[1];用Bacillus清除養魚場污水中的氮,用分子技術篩選作為海水養殖餌料的微藻,開發了六價鉻在生物修復上的應用潛力,分離出耐冷的癸烷降解細菌,研究了海洋環境中多芳香化烴的微生物降解技術[2];從噬鹽細菌分離出滲透壓調節基因,并生產了重組Ectoine(滲透壓調節因子),從2650米的深海分離到一種耐高溫的細菌,這種細菌可用來分離耐高溫和熱穩定的酶,在耐高溫的archaea發現了D型氨基酸和無氧氨酸消旋酶,測定了3種海洋火球菌的基因組DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析進行了特定功能基因的篩選,從海底沉積物、海水和北冰洋收集了1000多種噬冷細菌,并從這些細菌中分離到多種冷適應的酶[2];建立了一種測定藤壺附著誘導物質的簡單方法,研究了Chlorophyta和共生細菌之間附著所必需的形態上相互作用,研究了珊瑚抗附著物質(dterpene)類似物的抗附著和麻醉作用[3];分析了海岸環境中污著的起始過程,并對沉積物和附著物的影響進行了檢測[4]。
4.展望與建議