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关键词:细胞生物学;教学改革;教学内容;教学方法
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2013)18-137-03
细胞生物学是从显微水平、超微水平和分子水平等不同层次研究细胞的结构、功能以及生命活动的一门科学,反映了现代生命科学的发展趋势,已成为高等教育中生物学、农学、医学等相关专业的一门必修课,并与植物学、动物学及微生物学等多门学科相互联系、相互渗透[1]。当前,随着生命科学的快速发展,细胞生物学教学在新的历史时期面临着前所未有的机遇和挑战。传统的单一教学模式忽视了启发式教学,束缚了学生的思维和个性的发展,并且教材中的知识点明显滞后,教学内容不够完善,不能针对不同专业和学科需求进行选择性教学。为适应新形势下人才培养的需求,必须改变传统的教学模式,适时更新教学内容,提高教学效率。
为此,本文从《细胞生物学》的课程特点着手,着重阐述了如何优化《细胞生物学》课程的教学内容,合理地运用不同的教学手段,结合多种成绩考核方式,使学生在有限的学时内能够较为系统地掌握本学科的基础知识,了解细胞生物学的发展动态和研究进展,充分调动学生学习的积极性,提高《细胞生物学》的教学质量。
1 建设过硬的教学团队
细胞生物学是一门实践性和前沿性较强的学科,要提高教学质量,首要的是建立一支经验丰富和理论知识过硬的教学团队[2]。针对安徽农业大学的学科定位及师资特点,教学中应以资深老教师为核心,培养一批理论和实践知识较扎实且具有一定创新能力的年轻教师作为支撑力量,不断完善教学内容,丰富教学方法。任课教师不仅需要熟悉教学内容,而且要能系统地把握教材的主线,将不同章节的知识点串联起来,摒弃其它学科中重复的知识点,真正做到教学点突出。同时,根据不同的专业特征制订出合理的教学计划,从各个教学环节上逐步提升教师的教学水平。任课教师还应注重跟踪本学科前沿领域新的理论和新的技术,实时更新自己的教学内容,积极与本课题组其他教师进行教学经验和教学技能的交流与改进,不断提升教学水平。
2 优化教学内容
教师应结合本学科专业设置及学生对相关领域基础知识的掌握情况,选择合适且具有代表性的优秀教材作为蓝本。考虑到安徽农业大学的学科建设特征,本课题组选用了翟中和主编的《细胞生物学》(第四版)作为主要教材,同时参考王金发教授主编的版本进行相关知识点的补充。为弥补教材不能实时更新的缺陷,还要将国外一些著名教材和细胞生物学相关网站介绍给学生。在较系统地阐述细胞生物学教学基础内容的同时,力求把该领域的最新科研成果和热点内容融入到教学中,从而激发学生渴求新知识的热情和动力。
其次,随着生命科学的快速发展,细胞生物学与生物化学、遗传学、分子生物学等学科的教学内容相互交叉,这就要求教师在授课时应根据实际情况进行选择性教学,突出本学科和专业特有的内容,避免繁冗的章节被重复讲授。例如细胞通讯、细胞骨架及细胞大分子等基础知识是细胞生物学中不可缺少的组成部分,而对蛋白质的生物合成和修饰等内容在生物化学中已有详细阐述。与此相类似的,染色体结构特征及核型分析主要在遗传学中已讲授,而基因表达调控和转录后翻译等是分子生物学的主要内容。教师在讲授时应力求知识点的相互串联,通过启发式教学,使得学生对整个知识能系统把握,起到温故而知新的效果,避免不必要的重复。实践证明,这种承前启后的教学方式,既保持了《细胞生物学》课程的完整性、系统性,又解决了相关课程间的重复教学问题,对提高单位时间内的教学效果,激发学生的学习兴趣具有积极作用。
除此之外,每年还应根据本学科最新的发展动态实时调整教学内容及授课的重点、难点,不断提高和改进教学方法,丰富教学内容,开拓学生视野。
3 不断改进教学方法
3.1 充分体现学生的主体地位 传统的教学方法过于注重教师的教授,而忽视了学生的互动。然而,教与学是统一的过程,教师在教学中起主导作用,而学生是学习的主体,二者是相辅相成的。教师在讲课时可结合运用设疑启发式教学方法,打破“满堂灌”的教学模式,充分调动学生的积极性,发挥其主体地位作用。通过讲解一系列经典有趣的实验,将讨论融入到课堂教学中,指导学生查阅相关文献并展开讨论,充分发挥学生的主观能动性。同时,通过一些教学手段调动学生积极参与教学过程,引导学生主动学习,培养他们的发散思维能力。例如,教师在讲述某一新发现或新知识点时,可先依据已学的内容,指导他们通过网络查询和图书馆丰富的图书资源获得相关知识,变封闭式学习为开放式学习,鼓励学生各抒己见,营造和谐、宽松的学习气氛,注重培养学生研究性学习的兴趣和能力,增强学生参与知识获取的积极性和自觉性[3]。
3.2 传统教学方法与多媒体教学手段并举 随着电子信息技术的快速发展,多媒体技术为《细胞生物学》教学提供了强有力的手段,用它独特的优势有效地推动了教育信息化进程,对突破传统的教学思想和组织形式带来了深刻的影响。多媒体教学内容丰富、图片清楚形象,使复杂和抽象的微观世界变得更加直观,特别是把显微镜拍摄的图像展示出来,有利于学生对本学科知识的直观理解。同时,在实践教学过程中,教师也可借鉴国内外优秀教材中的知识点及学科最新发展动态,将一些研究结果和抽象的知识点通过相关软件制作成动画效果,便于学生的形象记忆和理解。例如,物质的跨膜运输、信号转导及蛋白质筛选机制等。虽然多媒体已成功地运用到实践教学中,且具备众多优势,但任课教师应根据课程特点,明确多媒体的辅助教学地位,结合传统教学手段,充分发挥教师在课堂上的主导作用,以求达到最佳的教学效果。
Blackboard网络也是一个与同学有效互动的的教学平台,教师可将本学科的教学计划、教学课件及参考资料等通过该网络平台展示给学生,课后与同学建立问答学习模式,拓展了学生学习的空间,有利于学生对不同的知识点进行比较、分析及归纳演绎等思维活动的进行。与此同时,教师的角色也从原来的知识传授者,向教育和教学的设计者和管理者的方向转变。实践证明,现代教育信息技术有利于激发学生的思维能力和应变能力,使学生从不同侧面、不同层次运用不同思考方法来分析问题、解决问题,有效地提高了教学质量和教学效果。
3.3 注重双语教学 双语教学是借助于两种语言对相关领域的知识进行传播和交流,已成为推动我国高等教育国际化的重要举措,自2001年起教育部先后出台的双语教学相关文件中,明确指出高校20%的本科课程应进行双语教学[4]。这是我国高等教育与国际接轨的必然趋势,更是培养高层次人才的迫切要求。针对细胞生物学的学科特征,一些新知识、新技术及新学说几乎都以英语方式传播,为将这些前沿知识引入高等院校《细胞生物学》的课堂教学,开展以英语为主的双语教学就显得十分必要。其次,SCI(Science Citation Index)收录的期刊文章70%以上采用英文撰写,尤其是生命科学研究的前沿领域,双语教学可改进和提高教师和学生的英语水平,为进一步学习和交流打下良好的基础。这就要求学生在掌握细胞生物学基本知识的同时,还要熟悉常用的英语专业词汇及表达,不断提高使用专业英语的综合能力。
在我国生命科学科研水平较为落后的情况下,要获得前沿知识主要依靠查阅相关文献,而且国内大多数细胞生物学教材的一些知识点也主要来自英文原版教材的翻译和修订,这不可避免的导致知识滞后及一些新专业术语直译所造成的模糊等问题。利用双语教学不仅可以引导学生直接阅读英文原版教材及查阅相关英文资料,及时掌握细胞生物学的最新研究进展,锻炼学生的思维,开拓学生的视野,增强学生的就业竞争力和出国学习深造能力,培养外向型人才。
4 多种成绩考核方式并用
成绩考核是为了检验教学效果,督促学生学习的方法之一,它贯穿课程学习的整个过程。当前,闭卷考试仍是考核的主要方式,主要集中对学生学习掌握书本理论知识情况进行检测,而对于学生分析问题和解决问题的能力考核涉及较少,忽视了学生创新意识和创新能力的开发和评价。为培养多层次人才,教师应结合传统的课程考核方式建立一种多种考核方式并用的评价模式。依据不同专业的教学大纲,选择相应的试题库作为学生复习的模板,保证学生有目的、系统性地对所学的内容进行认真复习。为督促学生对本学科前沿领域知识的把握,教师可在课程进行到最后几周时,布置一些细胞生物学研究热点的题目,以小组为单位,组织学生进行学习讨论与探索,采用幻灯进行汇报讲解,最后根据汇报质量评定成绩。这是西方知名院校教学中常采用的一种重要的教学模式,重在培养学生发现问题、解决问题的能力,是一种值得关注的研究性教学模式,有效地调动学生学习的积极性,有利于学生和对本学科前沿知识的掌握。
传统的考核方式仍然需要,首先仍需注重细胞生物学基础知识、基本理论及基本实验技能的考核评价,以名词解释、填空、选择、判断和简答为主。其次,可依据平时的教学内容和研究进展,设置若干道灵活性和系统性较强的综合性试题,学生可根据自己的专业特征进行选择性答题,此种方法可有效地评价学生解决问题的能力。细胞生物学作为实践性较强学科之一,不仅要求学生有扎实的理论基础,而且要具备熟练的实验操作技能,因此在考核的过程中,也要评价学生在平时实验操作中的动手能力。这种综合的考核方式既可提高学生学习《细胞生物学》的积极性,也使学生能够真正掌握《细胞生物学》的知识要点。
5 结语
总之,教师在《细胞生物学》教学实践中,要结合实际情况勇于改革探索与创新,根据学生的专业特点及学科发展的要求,对传统《细胞生物学》教学的各方面进行合理调整和优化,秉承“授之以鱼,不如授之以渔”的教育理念,不断更新教学内容、改进教学方法和评价手段,实时把握学科研究的前沿动态,通过科研来指导教学,不断提高自身的业务能力和优化《细胞生物学》教学方法。
参考文献
[1]翟中和,王喜忠,丁明孝.细胞生物学[M].4版.北京:高等教育出版社,2011.
[2]王金发,何炎明,戚康标,等,细胞生物学与遗传学研究性教学团队建设[J].中国大学教学,2008,11:41-43.
关键词:通识课程;基因;细胞;文化素质
中山大学生命科学学院“细胞生物学与遗传学研究性教学团队”是国家级教学团队,承担 “细胞生物学”、“现代生命科学”、“细胞与遗传学实验”等三门国家级精品课程。如何利用精品课程资源创建优质通识课程、更好地发挥国家级教学团队的作用,是我们近几年着力进行通识课程建设的重点。
一、通识教育与育人
2011年主席在庆祝清华大学百年校庆的大会上对青年学生提出了三点希望:要把文化知识学习和思想品德修养紧密结合起来,刻苦学习科学文化知识,积极加强自身思想品德修养,立为国奉献之志,立为民服务之志,以实际行动创造无愧于人民、无愧于时代的业绩;要把创新思维和社会实践紧密结合起来,做到勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新,坚持理论联系实际,积极投身社会实践,切实掌握建设国家、服务人民的过硬本领;要把全面发展和个性发展紧密结合起来,实现思想成长、学业进步、身心健康有机结合,努力成为可堪大用、能负重任的栋梁之材。
这三点希望可以概括为:立大志、练本领、堪重任。
这三点希望也赋予高等教育新的使命:创新文化素质教育和通识教育,培养完整的人。提高通识教育的质量与效果,首要的是从事通识教育教师的认识高、境界高。
教育的根本是“育人”。“育人”的主要内容是既要教“做人”又要教“做事”。首先要教会“做人”,并使人全面发展。教育的对象是“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,有丰富的情感,有复杂的思想,而物无境界、无感情、无思想,这就是教育用“育”而非“制”的道理。教育必须按人成长的规律去“育”,因材施教,而非凭不顾实际情况的主观意愿去“制”,按图索骥。教育要求最终“育”出的应是有人性、有灵性,而且是有高尚精神与原创能力的人才,而非毫无人味与原创能力的精致的利己主义者。也就是说,我们应该用文化去开发与发展天赋的人性与灵性,让受教育者既会“做人”、有德,又会“做事”、有才。做人与做事不可分,德与才不可分,人性与灵性不可分,问题只是有什么样的德,“做”什么样的“人”,“做”什么样的“事”,有什么样的才而已。
通识教育既是大学的一种理念,也是一种人才培养模式。其目标是培养完整的人,即具备远大眼光、通融识见、博雅精神和优美情感的人。在通识教育模式下,学生需要综合和全面地了解人类知识的总体状况,学生通过融会贯通的学习方式,形成较宽厚、扎实的专业基础以及合理的知识和能力结构,同时认识和了解当代社会的重要课题,发展全面的人格素质与广阔的知识视野。
通识教育更加注重学生人格的塑造,其次才是专业知识的培养、职业能力的训练。此外,通识教育中的“通”不是指什么都知道的“通,而是融会贯通的“通”,即不同学科的知识能够相互通融,遇到问题能够从比较开阔的、跨学科的视角进行思考,达到不同学科文化、不同专业之间的交融。
人文素质是指人之所以为人的一种理性认识、理论阐述和实践规范;它包括对人的立身处世的现实规范,也包括对人的精神和价值追求的理论升华。从中国传统教育哲学的角度来解读文化素质教育,其含义有二:一是“化育”,即不是从外在的角度以政治道德伦理规范去约束人,而是将理想转化为信念,将信念转化为情感,让情感最终支配人的行为;二是将客观知识转化为一种个人的情境化的知识。文化素质教育是中国现代高等教育发展的必然产物。
文化素质教育不单纯是知识的传授和吸取,它更是一种将知识升华和转化为内在品质和外在能力与气质的教育。通识教育并不简单就是一般的知识教育,它的特点正在于“通”字,因此特别需要发挥国家级教学团队的教学优势与特色,将所承担国家精品课程转化为优质通识课程,更好地将文化素质教育与通识教育结合,培养高素质人才。
二、以精品课程为依托,创建优质通识课程
我们的“细胞生物学与遗传学研究性教学团队”是2007年获批的国家级教学团队,也是中山大学第一个国家级教学团队。该团队采取一系列改革措施,在本科教学中做出了重要贡献。该团队承担的10门课程中,有三门是国家级精品课程。涵盖了理论课、实验课、素质教育课。如2004年获批的“细胞生物学”是生命科学重要的理论基础课;2007年“现代生命科学”是教育部批准的素质教育类精品课程;2009年,“细胞与遗传学实验”是中山大学获批的第一个国家实验精品课程。这些精品课程极大提高了中山大学生命科学学院的本科教学质量。与此同时,如何使中山大学非生命科学专业的本科生享受生命科学学院的精品课程资源,是我们团队一直思考的问题。
我们团队中有三位获得博士学位的年轻教师,他们经过团队的培养,一位晋升了教授、另一位晋升了副教授。我们在培养青年教师积极参与本科生基础课、专业课教学的同时,组织青年教师利用团队的精品课程资源创建优质精品课程。
2008年,我们在国家级精品课程“现代生命科学”、“细胞生物学”的基础上,创建了“现代生命科学导论”、“细胞科学与社会”两门通识课程,并被中山大学批准为首批建设的核心通识课程,每学期都开设,深受学生欢迎。在此基础上,王宏斌教授创建了“基因、疾病与健康”通识课程,并很快被批准为中山大学第三批建设的核心通识课程。至此,我们团队充分利用国家精品课程资源,先后创建了以细胞、基因为核心的微型、优质通识课程,不仅融汇了本科生对生命科学的认识,也让非生命科学的本科生增强了对生命的认识。
三、以“敬畏生命、珍爱生命”为主线,育德育才
三门通识课程以“敬畏生命、珍爱生命”为主线,具有不同的定位与目标。
在国家级精品课程“现代生命科学”基础上创建的“现代生命科学导论”主要聚焦现代生命科学的一些热点,如基因、细胞、神经生物学、发育生物学、人类基因组计划等,让选修该课程的学生对现代生命科学有个整体概念,确立了现代生命科学的视野。
“细胞科学与社会”是在国家级精品课程“细胞生物学”多年授课的基础上创建的,以生命的基本单位――细胞为主线,从社会学的角度,将细胞社会与人类社会相结合,强调了社会的科学发展与和谐,牵引学生“敬畏生命,珍爱生命”的基本生命观。从细胞社会“生、老、病、死”的客观规律,引导学生建立“生命源于父母、安于社会、强于自身”的生存观和价值观,懂得感父母之恩、感国家之恩,通过自强,报答父母与社会。
“基因、疾病与健康”课程是由王宏斌教授创建的,主要是从基因水平上阐述对生命的珍爱,与“细胞科学与社会”互为补充。该课程通过分享现代基因组学的研究成果,讨论基因与健康、疾病的关系,将基因的科学知识深入浅出地介绍给学生,在此过程中,引导学生学会独立自主地获取知识、构建知识体系,培养逻辑分析与科学的认知能力。努力启发学生独立的思辨精神与严谨的科学素养,触动从生命科学知识到生活态度与人文精神的感悟。
此外,我们于2010年创建一门名为“如何上大学”的通识课程,经过在珠海校区三轮的讲授,取得极好的效果。该课程以人生规划为切入点,将大学学习与生命的价值有机结合起来,珍爱生命,需认真规划人生、经营人生,提升生命的附加值。科学的经营人生,就需要有全面的规划,包括学业规划、时间管理、团队合作、人际交往、学习能力、文化素质提升等。
四、变革教学模式,建立师生共同体,提升通识课程效益
哲学家认为,人有两种生命: 一是自然生命,一是文化生命。人的自然生命来自于自然,而人的文化生命则来自教育。人是文化动物,生物界靠基因遗传而存在,靠基因变异而演化;人类社会则靠文化传承而延续,靠文化创新而发展。人类文明进步发展得以延续到今天,教育起到了极为重要的作用。教育的本质在于赋予人以文化生命,离开培育人才这一基本点,离开关注、爱护、引导、熏陶、教化、养成以使人身心健康发展,进而体现为人的德、智、体、美的全面发展,离开 “以人为本”的通识教育而奢谈其他,只会使通识教育走入歧途。因此,如何变革通识课程的教学模式,使通识课程效益最大化,真正起到育人的作用是非常重要的。
1.建立“师生共同体”
一般而言,相当一部分本科生对通识课程的重视程度不够,只想“混学分”,因此,跷课、开小差现象比较严重,同时,也有部分教师将通识课变成完成学时的“挣工分”的课程,这样使一些通识课程沦为了“酱油课”!
通识教育的一个重要特点,就是在引导的基础上给与学生充分的自主选择的权利。 通识教育是否能达到此目的,其关键条件在于:学生是否真正遵循自己的内心做出选择,真正挣脱学分与分数的禁锢,选择有兴趣并且愿意全身心投入的课程。为此,我们将课程的第一节课设为“试听课”,主题定为“导言――大学之道”。确保学生在充分了解课程的特点与要求之后,真正依据自己的需求,慎重决定是否选修本课程,同时,我们也对一些为凑学分而被迫选课的同学说明课程的参与度与难度,对于确感有压力的同学进行劝退,这样,既保证了学生充分利用宝贵的通识课学习机会并选择适合的课程,也有利于教师教学理念的实施实践与教学环节的开展,更有利于展现师生间相互尊重与信任,形成积极融洽、自由平等的“师生共同体”。
2.巧设话题,寓文化教育于科学教育之中
通识教育是以克服专业教育的狭隘性,培养德才兼备、知识广博、个性充分发展的人才为宗旨。其关键是如何让本科生在通识课上,在学习专业课的过程中通过个人感悟,做到融会贯通,这里需要教师的努力与智慧。
为了做到专业与人文相通,我们在“细胞科学与社会”的课程教学中,设计了“今日话题”,巧妙地将细胞生物学的专业知识与人类社会有机地结合起来。如在讲授细胞的肿瘤发生与防治时,我们将该知识点与人类社会的腐败现象结合起来讲授:细胞的肿瘤发生主要是基因突变的结果,涉及的两类基因:原癌基因与抑基因。抑癌基因相当于人类社会的警察,或是执法机关,细胞的癌变与抑癌基因有密切的关系,这与人类社会的官员腐败有某种逻辑关系。因此,在讲授该内容时,与社会的法制建设、反腐倡廉结合起来,在专业知识的学习中,从专业知识的层面懂得了肿瘤发生的分子基础,以及肿瘤细胞对生命的危害;又从人文层面懂得了防止腐败的重要性,很好地融入做人的道理。
3. 共同关注,聚焦人生
我们创建开设的“如何上大学”,本课程主要针对目前很多大学生对大学学习感到迷茫而开设的通识课程,分五个模块、十六讲,内容包括:如何制定大学及人生规划、研究性学习理念、思维导图与镜像思维、交流与沟通、团队与合作型学习、演讲能力的培养、责任与担当等。
本课程是在多年教学基础上,总结与创造的课程,国内外均无先例。使用的教学参考资料均为教学团队自己收集与总结,并借鉴参考了包括牛津大学、哈佛大学等国际知名大学的相关资料。该课程以人生规划为切入点,将如何上大学与生命科学紧密结合,打造有生命的课堂。为此,我们从中央电视台新闻频道获得灵感,设置了“Focus On Topic”栏目,即在每个主题设置一个关注的主题,以此聚焦人生。如在“为何上大学”这一讲中,设计的关注主题是:上大学承载着国家与民族的希望、祖辈与父母的寄托,以及实现人生辉煌的诸多美好梦想。以此鼓励本科生励志,取得较好的效果。
参考文献:
[1] 陈玉红,张丽,胡家会. 对通识教育的实践认识[J].高等理科教育,2011(3).
[2] 杨 凡,李 蓓. 浅谈通识意识在高等教育中的积极意义[J].高等理科教育,2010(6).
[3] 吴 影,滕玉梅. 哈佛大学通识教育新课改对我国高校通识课程设置的启示[J].教育探索,2012(5).
[4] 庞海芍,通识教育课程建设的困境与出路[J].江苏高教,2010(2).
关键词:高等师范院校;分子生物学;课程改革
作者简介:梁卫红(1968-),女,山西祁县人,河南师范大学生命科学学院,副教授;杨献光(1980-),男,河北邯郸人,河南师范大学生命科学学院,讲师。(河南 新乡 453007)
基金项目:本文系河南省高等教育教学改革研究省级研究项目(项目编号:2012SJGLX134)、河南师范大学教学研究基金重点项目(项目编号:521751)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0110-02
分子生物学是一门从分子水平研究生命现象、生命本质及其规律的科学,以1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型为标志,分子生物学作为一门独立的学科诞生。该学科的最大特点是发展迅速,并在生命科学领域与其他学科融合交叉,对现代生物学发展的影响越来越广泛和深刻,因此分子生物学在生物学基础理论的学习中占有重要地位。目前很多高校的生物科学、生物技术、生物制药、生物工程、药学、环境科学等专业,都将“分子生物学”作为本科生的必修专业基础课或专业主干课,重视“分子生物学”教学已成为生物专业广大师生的共识。本文结合近年来河南师范大学本科分子生物学的教学实践,就分子生物学的课程体系安排、教学模式等方面进行了探索和分析。
一、课程教学内容体系改革
“分子生物学”的主要内容包括生物大分子的结构与功能、基因表达与调控以及技术方法等。通过对本课程的学习,要求学生掌握核酸、蛋白质等生物大分子的结构和功能,理解遗传物质的复制、转录和翻译过程及其分子机制、基因表达调控的基本模式、遗传物质突变、修复和重组的机理,了解分子生物学基础实验原理和应用。为在有限的学时和条件下,使学生理解抽象的分子生物学理论和基础实验原理,笔者从以下方面进行了改革和尝试:
1.课程在培养方案中的定位
从学科角度来讲,分子生物学涵盖面广、学科内容更新快,与“细胞生物学”、“生物化学”和“遗传学”等生命科学主干课程有一些交叉,所以在开设该课程时,需要充分考虑学生的接受能力。在本校生物专业2005年的本科生培养方案中,该课程为36学时,在大四第一学期开设,设定为生物技术和生物科学专业的必修课,水产养殖专业的选修课,实际开设时间是在学生教育实习之后11月到来年的1月,共9周,每周4学时。在教学中,笔者发现虽然在大四开设时,学生已经具备了预修课程的专业基础知识,但是由于95%以上的大四学生在这学期复习考研,而“分子生物学”又是许多生物专业硕士生入学考试的必修课,学生普遍反映该课程开设晚,学起来感觉时间紧、压力大。鉴于此,在2010年的本科生培养方案中,分子生物学改在大三第一学期,以每周2学时的方式面向生物科学、生物技术和水产养殖三个专业开设,这样学生可以在一个完整的学期内学习这门课,拥有了较为充裕的时间,系统掌握“分子生物学”基础理论,从反馈意见上看,学生非常认同这样的改革。
2.课程体系的制定和完善
本校生物专业本科“分子生物学”的教学体系自2005年以来进行了三次调整,第一次是从2005年起,采用了双语教学的模式,主要原因是当年本校面临本科教学评估,双语教学已经列为本科教学质量评估的观测指标之一,为使生物技术专业的课程的双语教学授课率达到15%,综合各方面因素,“分子生物学”双语教学成为一个试点。为开展人才培养模式的改革创新,“分子生物学”课程尝试采用双语授课形式,旨在提高大学生专业英语水平和直接使用英语从事科研的能力。但是当时适合高等师范院校本科生使用的原版分子生物学教材很少,几经筛选,本校最终将《Instant Notes in Molecular Biology》作为学生的教材。该书以24个专题的形式讲述细胞与大分子,蛋白质和核酸的特点,染色体结构,DNA的复制、损伤修复和重组,基因表达调控,分子生物学常规技术,每个专题相对独立,简洁易懂,但是系统性和深度尚有欠缺,难以适应学生考研的需求,所以在教学中,教师需要补充大量内容,因此无论教还是学,这本教材在使用中的缺陷都比较明显。鉴于此,自2009年起,本院选择了《现代分子生物学》作为教材,首先考虑该书由著名学者朱玉贤等编写,是“十一五”国家级规划教材,其次该书也是多所学校分子生物学考研复习的推荐参考书。该书在编排上分11章,从染色体与DNA,生物信息的传递,分子生物学方法,基因表达调控,疾病与人类健康,基因与发育,基因组与比较基因组学等方面介绍分子生物学基础理论和技术,在教学中,结合学生的实际情况,笔者并未完全按照该书的内容讲授,有些与生物化学、细胞生物学重叠的内容采用略讲方式,而有些内容则在教学中进行了补充或删减,例如:本教材中DNA修复和转座部分的内容薄弱,脉络不清晰,笔者主要依据《基因的分子生物学》进行了补充,而该书中一些与分子生物学主线关联不紧密的部分,则进行了删减,2012年,本校在多年教学经验积累的基础上,结合本科生的特点,出版了《普通分子生物学》一书,以易教易学作为编书的出发点,参考了多部目前国内外主流的分子生物学教材,构建了一个重在基础、兼顾前沿、简洁明了的体系,全书分6章,介绍了DNA的结构和复制,RNA的结构和转录,蛋白质的生物合成,基因表达的调控,分子生物学研究方法。该书在结构上分为三个模块,即基因组的维持、基因组的表达和调控、分子生物学技术,方便学生对学科体系的整体认识。
3.课程内容的优化
分子生物学是从生物化学分化延伸出来的一门独立的学科,一些内容和生物化学有较多的联系或重叠。但是分子生物学有自身的学科特点,突出对生命现象分子本质的解析。由于本校生物专业的“分子生物学”课程是在“生物化学”之后开设的,在课程教学中,任课教师通过讨论,对教学内容进行了分析,确定了两门课的侧重内容,在注意系统性的前提下,着重讲解教材的重点与难点,例如:在“生物化学”中已经有较大的篇幅讲述生物大分子的结构,在“分子生物学”课程中将略讲,教师在讲解复制、转录和翻译等过程分子机制时,以温故知新的方式,将基础知识和基本概念进行要点概括,借此为下一步的教学做铺垫,并检测学生的背景知识掌握情况,这种教学方法不仅得到了学生的广泛好评,而且使学科特点在教学中更加突出,专业课教学学时分配更加合理,起到了引导学生关注专业基础知识关联性的作用。
4.课程设置的调整
鉴于本校生物专业学生普遍有考研的需求,学生对“分子生物学”的教学要求高,希望能更贴近考研的要求,所以在2010年的培养方案中,分子生物学采取了分级、分段开设的方法,在大三面向所有专业开设的“分子生物学”,教学重点放在系统性和基础性上;在大四以选修课的形式开设的“高级分子生物学”,旨在通过教学促进学生提高专业基础理论的综合能力,在学科的深度和广度上做进一步的扩展,不仅补充了最新的国内外分子生物学前沿和热点内容,而且选择一些重点科研院所的考研真题进行剖析,引导学生完成拓展和提高。调查显示,学生普遍赞同这一课程改革方式。
二、课程实践环节与理论环节的有效衔接
实践教学是“分子生物学”课程的重要部分,但是由于条件所限,目前本校生物专业的“分子生物学”课程仅开设了理论课,实验课尚未开设。为解决这一问题,在理论教学中通过对教学内容的分析,尽最大可能的将基础理论的讲授和分子生物学基础实验相结合,坚持既要使教学沿着课程的主线进行,又要努力使实验技术的介绍与理论课教学合理的衔接的原则,一定程度上弥补了实验教学的不足,旨在通过课堂教学,使理论和实验教学融为一个有机的整体,一些代表性的分子生物学技术的原理和方法按照表1所示的安排在基础理论部分的讲解中进行了介绍。
作为任课教师,要使课堂教学精彩,还应深入科研第一线,这样才能利用科研和生产实践中的例子丰富课堂教学内容。[1]尤其是分子生物学这样更新快的学科,教师必须了解和准确把握学科发展方向和前沿热点,将自身科研实践中的经验、体会和感悟传递给学生,激发学生的对科学研究的热情,调动学生学习积极性。值得注意的是,专业课教学要充分发挥学生在学习过程中的主体作用,努力提高他们的分析能力、综合能力和创新能力,引导学生将理论知识和实验技术内容有效的融合,在教学中采用了一些方法来激发学生的学习兴趣和主动性,例如:每节课之后有要点回顾和知识链接提示,留给学生较为宽松的时间进行复习和延伸学习;设置一些与本节课内容有关的基础题、提高题、实验分析题,安排学生课下自行选择完成,以便学生检测学习掌握的情况,及时将知识梳理归纳,增加了学习过程的开放性和自主性。
三、教学模式的探索和实践
双语教学作为一种的新的教学模式,顺应了国家培养复合型人才的要求,也是考评学校教学质量和水平的一个重要指标。[2]2005年本校生物专业的“分子生物学”课程作为第一批教学模式改革的课程,率先采用了双语教学形式授课,一方面是出于本科教学评估的要求,另一方面也是专业课教学模式的一种尝试和探索。从2005至2008年的实践和学生反馈意见上看,双语教学作为教学改革的一种探索是值得肯定的,调查显示,92%的学生认同和赞成双语教学,认为通过使用原版英文教材和全英文课件,感觉学习“分子生物学”并没有开课前想象中的那么困难,通过学习,理解和掌握了学科知识体系,专业英文的阅读能力得到较大的提高,对专业词汇有一定的积累,很有成就感,对这门课更有兴趣了。从任课教师的反馈意见上看,由于难以找到合适的教材,所以在备课上需要下更大的力气,充实教学内容,不少教师在教学中信心不足,担心由于缺乏专业英文口语训练,造成专业术语的发音错误等问题。所以实际上,本校生物专业分子生物学开设的动因主要来自学校本科教学评估的要求。[3]笔者认为,双语教学的有效实施尚需从课程体系、师资培训、评价机制等多方面予以保证。[4]双语教学并没有固定的模式可循,需要从实际出发。
鉴于目前双语教学可用教材有限,选择适合的原版教材存在较大的困难,而分子生物学课程内容更新快,内容多,为适应绝大多数学生的考研难度需要,2009年以来,本校生物专业“分子生物学”选择了中文教材授课,将教学的重点放在系统性、基础性和前瞻性上,每年的授课内容至少更新30%,从学生的反馈意见上看,这一调整更加贴近学生的需要。这些年来的“分子生物学”课程改革实践也使本校认识到无论是常规教学还是双语教学形式,从学科特点、学生基础、师资条件等因素出发,制定合理的教学方案,提高教学质量,服务于人才培养这一目标才是课程改革的出发点和最终归宿。
参考文献:
[1]郑用琏.课堂的“磁力”来自哪里[J].中国高等教育,2004,(8):36-38.
[2]教育部“关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见”[Z].2007.
关键词:医学遗传学;遗传咨询;情景模拟
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)46-0225-03
医学遗传学是医学与遗传学相结合、并互相渗透的一门综合性学科。医学遗传学理论学习中主要针对人类遗传性疾病的发生机制、传递规律、诊断方法以及治疗和预后进行系统学习。在此基础上开设实验课,将理论应用于实践,通过遗传咨询估算再发风险和制定应对对策和措施,有效预防遗传病的发生,从而达到降低遗传病发病率的目的[1]。根据现代医学的发展,我国将面临极具缺乏医学遗传学医师这一职业。目前,大多数医院无专门的遗传咨询门诊,使医学生没有机会接触到遗传病病例,学生对遗传性疾病的掌握只限于书本而无临床实践机会,这将会导致临床医生缺乏对遗传病的认知能力。因此,我校从2007年开始对五年制临床医学、检验等本科专业开展医学遗传学实验教学,其中开设了遗传咨询教学内容。通过多年教学实践探索和改进,发现利用情景模拟教学法进行遗传咨询知识点的传授可以更好地调动学生学习的积极性,更好地理解遗传咨询的理论基础及临床意义,培养学生综合运用知识的能力。
一、教学设计
1.明确教学目的。遗传咨询情景模拟教学法是模拟临床遗传咨询的情景进行教学的方法。它是针对临床医学、检验等专业本科医学生在学习过染色体标本的制备与人类非显带染色体核型分析两次实验课的基础上来开展的。通过此次课的学习,使医学生能够充分掌握系谱及系谱分析的理论知识,掌握系谱分析的过程及系谱的绘制方法,熟悉遗传咨询的一般步骤和原则,并能推测系谱中各成员的基因型,计算再发风险,了解系谱分析和遗传咨询的临床意义。在此过程中,培养学生独立思考分析问题解决问题的能力,表达能力,促进高素质医学生的培养。
2.教学内容。情景模拟教学法的主要内容是模拟遗传咨询过程、讲授和熟悉遗传咨询的概念、对象、时机、步骤等。作为医学生首先要让他们明确知道什么是遗传咨询。遗传咨询是由医学遗传学专业人员或遗传咨询医师(或称咨询医师、医学遗传学医师),应用医学和遗传学基本原理,对咨询者提出的家庭中遗传病的发病原因、遗传方式、诊断、治疗和预后、一级患者同胞和子女再患此病风险等问题进行交谈和讨论,并就咨询者提出的婚育等问题提出可供咨询者选择的建议或具体指导措施的过程[2]。遗传咨询的时机和对象是一个人在婚姻或生育方面遇到问题,意识到可能面临患遗传病的风险,或者本人或子女已患有遗传病等情况下的人群。其次,传授和强调进行遗传咨询的一般步骤包括遗传病的明确诊断、绘制系谱并确定遗传方式、估计再发风险、提出对策和措施。遗传病的诊断是一个复杂的过程,包括临床层次、细胞水平、蛋白质水平、基因水平(基因诊断)等四个水平层次的诊断;绘制系谱并确定遗传方式以及估计再发风险需要遗传学理论知识做基础,要求学生在本科医学遗传学中作为掌握的内容加以理解和熟悉后计算再发风险;提出的对策和措施更进一步要求在学生掌握各层次的分子生物学和分子遗传学的系统的理论知识后,给咨询者提出合适的意见和措施。最后,重点强调医生给咨询者提出意见和措施时,要遵循非指令性遗传咨询的原则。作为医生只提出可供咨询者选择的若干方案,并陈述各种方案的利弊提供咨询者选择,咨询医师不应代替咨询者做决定。
3.教学案例的准备。教学案例的好坏直接影响教学效果。任课教师需要注意从多渠道深入开展病案搜寻工作,从病案中挑选诊断明确、典型的遗传病案例,除了教材中给出的常见多发遗传病病例外,也需经常浏览OMIM(OnLine Mendelian Inheritence)及等互联网址,了解重要的有关临床遗传学最新诊断技术及进展情况。案例挑选出来后,需要进行加工提炼、细心分析、集体讨论,按临床思维进行教学方案的设计。案例设计原则既要传授理论知识,又与临床需要结合,既有利于学生分析,于利于学生演练。
对于案例的教学准备,不但要求任课教师要熟悉案例遗传病的临床表现、发病机理,特别要熟悉遗传病的传递规律、传递方式、诊断方法、治疗方法和预后等方面的相关进展资料,还要要求教师对这些资料的深刻理解和透彻分析,以便针对学生演练过程中出现的各种不准确的表达或者错误的理解进行有效的指导。根据遗传咨询的复杂性,则需要教师具有深厚的理论知识基础,才能提高在模拟遗传咨询教学中的指导能力。因此,在案例准备时,要求任课教师要做好充足的教学准备,以应变课堂中随时出现的问题。
4.教学组织。做好充分的准备后,就进入了模拟遗传咨询情景课阶段,即开始遗传咨询情景模拟教学。由于课堂教学组织难度较大,需要教师在做好充分的案例准备基础上随机应变、深入浅出、因材施教。
教师组织教学的基本过程包括:第一步,教师详细讲解遗传咨询的定义、步骤、方法、意义;第二步,学生选择教师准备好的案例分组讨论,编写案例遗传咨询的对话,并要求学生在课结束后将所编写的对话上交作为课堂作业;第三步,学生两人一组,在45分钟左右的时间内讨论并编写对话,根据临床可能的情景,模拟演练遗传咨询的过程;第四步,当学生模拟演练完成遗传咨询的整个过程后,教师针对学生存在的问题一一进行分析和讲解。在肯定学生正确的理解和表达的基础上指出不当的或者不准确的或者错误的表达。
随着学生不同组别的模拟演练的进行,教师要注意始终引导学生围绕遗传咨询进行交谈,其询问和交谈的内容包括对遗传病的临床表现、发病原因、遗传方式、诊断等情况的了解,询问内容还包括病史、发育史、婚姻史和生育史、家族史,查阅和比对资料进行系谱分析,对咨询者提出的治疗和预后等问题一一作答,并且对患者同胞、子女再患此病的风险提出参考意见。教师始终在一旁提醒、引导和辅佐,并注意把控住整个课堂纪律,使每位学生积极参与到课堂中来,制造出学生在临床实践的气氛,提高学生课堂活跃度。
5.课堂总结。教师根据学生在课堂中的讨论、模拟遗传咨询的情况进行小结,联系理论知识肯定学生在讨论过程中表现好的地方,指出错误或忽视的地方,加深对理论知识的理解和记忆,加深学生对遗传咨询在临床工作的重要性和必要性的理解。最后根据学生在课堂中的表现进行评价,包括学生对案例的分析能力、理论知识的掌握、表达能力、临床综合分析能力、团队合作能力、创新能力等等方面。
二、教学思考与讨论
1.遗传咨询情景模拟教学法的优点和意义。经过多年的教学发现,大多数学生对于应用情景模拟方法进行遗传咨询都非常感兴趣,整个课堂气氛活跃,学生参与度高。整个教学活动中,一直围绕只有真实生活中才存在的病例来进行,组织学生分组开展讨论,教师从旁指导,真正做到以学生为中心,最大限度的激发学生的学习兴趣,取得了较好的教学效果。此教学法解决了以往医学遗传学理论教学与临床脱节,理论教学内容的枯燥难懂,教学手段落后等问题,有效地提高了学生对医学遗传学的学习效果及兴趣,是一种积极有效的教学方法。学生普遍认为通过情景模拟教学,对遗传性疾病的认识更加深刻和形象,他们所学习的内容不再是枯燥乏味的知识,而是在实际临床工作中切切实实需要解决的问题,极大的激发了学生对于学习《医学遗传学》的兴趣。
传统的遗传咨询教学主要以灌输式为主,要求学生大量记忆枯燥无味的基础知识,在这种模式下的教学不利于学生综合能力的提高。相反,经过实践证明,利用情景模拟教学进行遗传咨询,将所学理论知识与实际运用紧密结合,将理论课知识运用于实际临床当中,极大的激发了学生对于学习医学遗传学的兴趣,使学生整堂课都能够融入到课堂教学过程中,使学生将讲台变为他们自由发挥的舞台,而教师课堂中仅仅起到引导作用。在此过程中,学生从被动的接受知识向主动学习转变,既加深了对理论知识的记忆,又培养了学生独立思考分析问题的能力,训练了学生独立思考分析问题的能力。
近年来医患关系逐渐紧张,患者的维权意识也越来越强,如何缓解医患关系也是医学院校在培养学生时需要解决的一大难题。通过临床情景模拟教学的方法,让学生扮演患者有助于建立和谐的医患关系。学生通过扮演患者,能够充分的体会患者的心理和情绪上的变化,站在患者的角度看待就医过程,起到了换位思考的作用。另一方面,学生站在医生的角度学会处理医生和患者之间的矛盾,可以缩短学校与社会实践的差距,帮助学生建立医生角色,为学生将来走向社会处理医患关系奠定基础。
值得一提的是,遗传咨询师在我国医学领域缺乏大量的人才,是一个有待新增的职业。而在美国,绝大多数的医疗用人单位都要求他们的医生通过全美医学遗传学会的考试和资格认证[3]。所以,教师可借此课程向学生宣讲国际国内外医学遗传学理论、临床遗传学的发展的趋势和中国医学发展的所面临机遇和挑战。向学生说明遗传咨询是一项极具挑战的医疗活动,希望有更多的医学志愿者加入这项医疗事业中来。
2.遗传咨询情景模拟教学法的欠缺之处。首先,情景模拟与实际临床有一定的差别,学生由于缺少临床经验,在进行扮演患者的过程中,很容易用到所学的专业术语,与真正临床中所遇到的实际病例有较大的差别,没有达到角色交换的目的。其次,在提出对策和措施时,由于缺乏各层次的分子细胞生物学和分子遗传学的系统的理论知识,并且对所学医学遗传学知识不能灵活运用,只能提出供咨询者选择一到两种方案,没有真正提供可供咨询者选择的若干方案,且无法做到非指令性原则。最后,在教学实施的过程中,由于每位学生学习水平参差不齐,不愿意作为学习的主体,导致过分依赖老师,影响教学效果。目前看来,要使学生都能积极参与到教学活动中,最好的方法是让学生参与真正的临床实践,使学生体会到遗传咨询过程的复杂性。
通过7年的教学效果来看,情景模拟教学极大地调动了学生学习的积极性,真正实现了对医学生综合素质能力的培养,是一个值得推荐的好方法。
参考文献:
[1]蔡绍京,李学英.医学遗传学[M].北京:人民卫生出版社,2009.
[2]章远志,Nanbert ZHONG.中国目前的遗传咨询(英文)[J].北京大学学报(医学版),2006,(01).
[3]赵会全.美国临床医学进展[J].国外遗传学杂志,2007,30(2).
基金项目:遵义医学院教学改革计划项目2013(j-2-7)。
关键词 海洋生物技术
发展展望
近10年来,由于海洋在沿海国家可持续发展中的战略地位日益突出,以及人类对海洋环境特殊性和海洋生物多样性特征的认识不断深入,海洋生物资源多层面的开发利用极大地促进了海洋生物技术研究与应用的迅速发展。1989年首届国际海洋生物技术大会(以下简称MPS大会)在日本召开时仅有几十人参加,而1997年第四届IMBC大会在意大利召开时参加入数达1000多人。现在IMBC会议已成为全球海洋生物技术发展的重要标志,出现了火红的局面。《IMBC 2000》在澳大利亚刚刚开过,《IMBC 2003》的筹备工作在日本已经开始,以色列为了举办们《IMBC 2006》早早作了宣传,并争到了举办权。每3年一届的IMBC不仅吸引了众多高水平的专家学者前往展示与交流研究成果,探讨新的研究发展方向,同时也极大地推动了区域海洋生物技术研究的发展进程。在各大洲,先后成立了区域性学术交流组织,如亚太海洋生物技术学会、欧洲海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会等。各国还组建了一批研究中心,其中比较著名的为美国马里兰大学海洋生物技术中心、加州大学圣地亚哥分校海洋生物技术和环境中心,康州大学海洋生物技术中心,挪威贝尔根大学海洋分子生物学国际研究中心和日本海洋生物技术研究所等。这些学术组织或研究中心不断举办各种专题研讨会或工作组会议研究讨论富有区域特色的海洋生物技术问题。1998年在欧洲海洋生物技术学会、日本海洋生物技术学会和泛美海洋生物技术协会的支持下,原《海洋生物技术杂志》与《分子海洋生物学和生物技术》合刊为《海洋生物技术》学报(以下简称MB T),现在它已成为一份具有权威性的国际刊物。海洋生物技术作为一个新的学科领域已明确被定义为“海洋生命的分子生物学如细胞生物学及其它的技术应用”。
为了适应这种快速发展的形势,美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年,中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划(863计划),为今后的发展打下了基础。不言而喻,迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域,同时,也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。
1.发展特点
表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。
1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石
海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学,乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容,为了使其发展有一个坚实的基础,研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC 2000》会议期间,当本文作者询问一位资深的与会者:本次会议的主要进步是什么?他毫不犹豫的回答:分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明,海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究,如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究,对今后的发展将有重要影。
1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面
目前,应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面,这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面,提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况,特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步,如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等;在海洋天然产物开发方面,利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等,已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。转贴于
表1 近期IMBC大会研讨的主要内容
表2 近期IMBC大会和《Marine Biotechnology》学报论文统计表
1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面
利用生物技术保护海洋环境、治理污染,使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域,因此,无论是从技术开发,还是产业发展的角度看,它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复(如生物降解和富集、固定有毒物质技术等)、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段,美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划,推动该技术的应用与发展。
1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题
其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。
2. 重点发展领域
当前,国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面:
2.1发育与生殖生物学基础
弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理,不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义,而且对于应用生物技术手段,促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动,提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此,这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括:生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析,以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。
2.2基因组学与基因转移
随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施,各种生物的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容,海洋生物的基因组研究,特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物(包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒)基因组进行全序列测定,同时进行特定功能基因,如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上,基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段,已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选,如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因;大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面,除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外,目前已发展了逆转录病毒介导法,电穿孔法,转座子介导法及胚胎细胞介导法等。
2.3病原生物学与免疫
随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展,病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物(如细菌、病毒等)致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究,是研制有效防治技术的基础;同时,开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究,弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此,病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一,重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆,海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其产物转贴于
海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明,各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物,用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力,如海绵是分离天然药物的重要资源。另外,有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能,研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物,因而,对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。
2.5海洋环境生物技术
该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛,又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物,减少毒性或转化为无毒产品,富集和固定有毒物质(包括重金属等),大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物(水)处理等。目前,微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制,抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。
3.前沿领域的最新研究进展
3.1发育与生殖调控
应用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术[1],研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用,发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高,在肌肉中最低,而在肝、肾和鳃中表达水平中等,表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用[1],对海鞘的同源框(Homeobox)基因进行了鉴定,分离到30个同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉[1],建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因[2],进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定[2],应用受体介导法筛选GnRH类似物,用于鱼类繁殖[2],建立了海绵细胞培养技术,用于进行药物筛选[2],建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统[2],通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达[3],建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法[3],研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达[4],从海参分离出同源框基因,并进行了序列的测定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝脏和脾脏mRN A的表达序列标志,从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子,从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因,从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因[1];将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用,构建了班节对虾遗传连锁图谱,建立了海洋红藻EST,从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基,初步表明硬骨头鱼类IGF-I原E一肽具有抗肿瘤作用[2];构建了海洋酵母De—baryomyces hansenii的质粒载体,从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂,从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质,从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子,发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记,克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501A cD-NA,通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域,分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因,建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记,构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因,建立了班节对虾一些组织特异的EST标志,从经Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞 EST中分离出596个 cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的ß一肌动蛋白基因,从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4];鉴定和克隆出的基因包括:南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原(allergen)基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH(促性腺激素)受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因转移
分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子,并构建了大马哈鱼IGF(胰岛素样生长因子)基因表达载体[1]。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率[1],建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价;对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导,发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快,但优于未转基因的二倍体鱼,同时,转基因三倍体雌鱼是完全不育的,因而具有推广价值[2];研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法,将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂;表明转基因沟鲶比对照组生长快33%,且转基因鱼逃避敌害的能力较差,因而可以释放到自然界中,而不会对生态环境造成大的危害[3];应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率[3];在抗病基因工程育种方面,构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验[2];在转基因研究的种类上,目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类[2.3]。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性
研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性,应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1];利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度,应用18S和5.8 S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究[2];研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性,用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性,采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价,在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA,在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA[3];弄清了一种深水鱼类(Gonostoma gracile)线粒体基因组的结构,并发现了硬骨鱼类 tRNA基因重组的首个实例,测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列,用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段,从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA,用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性[3];用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献[4]。
3.5 DNA疫苗及疾病防治
构建了抗鱼类坏死病毒的 DNA疫苗[1];开展了虹鳟IHNV DNA疫苗构建及防病的研究,表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟,诱导了非特异性免疫保护反应,证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性,从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶[2];建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒,用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原,将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控,研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性,研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法[3];研究了Latrunculin B毒素在红海绵体内的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质
从海藻中分离出新的抗氧化剂[1],建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术,建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法[1];从不同生物(如对虾和细菌)中鉴定分离出抗微生物肽及其基因,从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质,海洋生物中存在的抗附着活性物质,用血管生成抑制剂作为抗受孕剂,从蟹和虾体内提取免疫激活剂,从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用,从海洋植物Zostera marina分离出一种无毒的抗附着活性化合物,从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物,开发了珊瑚变态天然诱导剂,从海胆中分离出一种抗氧化的新药,在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源[2];发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶,从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂,从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶,从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质,建立了开放式海绵养殖系统,为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3];从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质[4];从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶[4]。
3.7生物修复、极端微生物及防附着
研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力,表明明显大于野生藻类[1],研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力[1];研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力[1];用Bacillus清除养鱼场污水中的氮,用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻,开发了六价铬在生物修复上的应用潜力,分离出耐冷的癸烷降解细菌,研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术[2];从噬盐细菌分离出渗透压调节基因,并生产了重组Ectoine(渗透压调节因子),从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌,这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶,在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶,测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析进行了特定功能基因的筛选,从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌,并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶[2];建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法,研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用,研究了珊瑚抗附着物质(dterpene)类似物的抗附着和麻醉作用[3];分析了海岸环境中污着的起始过程,并对沉积物和附着物的影响进行了检测[4]。
4.展望与建议