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[關鍵詞] 分子生物學實驗；教學；改革；實踐

[中圖分類號] R-05 [文獻標識碼] C [文章編號] 1674-4721（2012）07（c）-0175-01

現代分子生物學的迅猛發(fā)展，給生命科學帶來日新月異的變化，而且這門以實驗為主的前沿學科已經滲透到醫(yī)學的各個領域。在知識經濟的新形式下，努力把學生培養(yǎng)成具有現代意識、國際視野、創(chuàng)新能力和良好職業(yè)素質的醫(yī)學人才是實驗教學的重點[1]。臨床醫(yī)學七年制分子生物學實驗課的目的，不僅驗證理論知識，掌握基本實驗技能，還應致力于學生動手、動腦能力，科研能力,創(chuàng)新能力等綜合素質的培養(yǎng)。在實驗過程中，培養(yǎng)學生對實驗現象進行觀察和對結果進行分析、比較、綜合并做出科學的解釋，是我們的最終目的。因此，如何提高實驗課教學水平，把常規(guī)的科研方法以及新技術傳授給學生，讓學生系統(tǒng)掌握實驗技能，提高科研素質，成了我們實驗教學不斷探索的內容[2]。近年來筆者在實驗課中進行了一些嘗試性改革，并取得了一定的成績。

1 改革實驗內容，提高科研素質

1.1 基本技能訓練

針對七年制學生畢業(yè)授予碩士學位這一特點，為了使學生受到基本的技能訓練，在實驗課中，筆者改變以往由教師在實驗課前，為學生準備好各種試劑及器材的做法，讓學生自己動手計算實驗中所需的藥品的數量，儀器設備等，凡是實驗中涉及的物品清洗、高壓滅菌、菌種接種和保存以及試劑配制均由學生自己完成。這樣不但培養(yǎng)了學生實驗操作能力，而且還使學生懂得了實驗中每一步驟的作用及注意事項。在實踐中培養(yǎng)學生獨立完成一些相關的實驗準備，為以后的臨床實踐打下基礎。

1.2 綜合能力的培養(yǎng)

科研過程是一個創(chuàng)新的過程，許多分子生物學技術的改進和完善就是科學工作者創(chuàng)新的結果。為了適應醫(yī)學學科的發(fā)展，加大分子生物學實驗課內容改革的力度，我們開設了綜合性的實驗內容：從人血中基因組DNA的提取開始，通過PCR技術擴增看家基因（γ－actin）片段，經瓊脂糖凝膠電泳，回收特定的PCR產物，然后進行連接、轉化、篩選、工程菌的接種培養(yǎng)，保存以及重組質粒的提取、酶切、鑒定。這一綜合性實驗，是以基因工程流程為主線，一環(huán)緊扣一環(huán)。學生通過這一實驗過程，不但把理論知識和實驗內容有機地結合起來，而且極大地調動了學生學習的積極性，使科研思維得到了鍛煉，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力奠定了基礎。另外在實驗課上，還安排了分子生物學基本技術、PCR技術及引物設計、DNA測序等教學內容，并根據學生的掌握情況詳略講解，并采取多媒體等技術手段，使枯燥的實驗理論變成了生動有趣直觀的教學形式，激發(fā)了學生學習的主動性和熱情。

2 更新教學手段，激發(fā)學生的興趣

隨著科學技術的不斷發(fā)展，借助電子技術的現代化教學設備，利用大型儀器，多媒體技術和計算機進行輔教學，是當今教學改革的發(fā)展趨勢。為此，我們對分子生物學實驗教學手段進行了大膽的改革，根據教學內容改革的需要，把學生每次實驗結果的觀察，由原來的紫外透射儀，改為使用凝膠成像系統(tǒng)進行圖像處理及結果分析，使學生能夠形象、直觀地在屏幕上看到每組的實驗結果，并進行對比，同時向學生展示標準的結果，通過分析、對比發(fā)現自己在實驗過程中的許多不足，從而激發(fā)學生對實驗的極大興趣和愛好，培養(yǎng)從事科學研究的動手和動腦能力，同時也培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和分析解決問題的能力，提高學生的綜合素質[3]。

3 改革考核方法，提高綜合素質

為了全面提高和培養(yǎng)學生的科研能力，收集處理信息能力，總結分析、獲取知識能力，語言文字表達能力以及解決實際問題能力，我們改變了傳統(tǒng)的實驗報告書寫模式（目的、原理、步驟、結果分析等），全部實驗結束后以科研論文的形式提交實驗報告，而且要求學生在實驗報告的最后，提出對此次實驗內容安排有什么建議和意見，并用所學過的實驗原理設計一個相關的實驗內容。這一舉措，充分調動了學生學習的積極性和主動性，培養(yǎng)和開拓了學生的科研思維，使學生的科研能力明顯提高。實驗成績?yōu)?00分，包括實驗過程操作記錄30分，科技論文50分，平時操作10分，課堂表現10分。

總之，通過醫(yī)學分子生物學實驗教學的改革，學生對分子生物學產生了濃厚的興趣，參與實驗的自覺性和積極性得到了很大提高[4-6]，不僅掌握了分子生物學的基本理論與實驗技能，而且也提高了學生動手動腦能力，在實驗中培養(yǎng)了學生的綜合素質，增強了創(chuàng)新意識。

[參考文獻]

[1] 王曉霞，解軍，張悅紅，等. 研究生分子生物學實驗教學改革探討[J]. 山西醫(yī)科大學學報：基礎醫(yī)學教育版，2010，12（11）：1091-1092.

[2] 姚娟，隋建峰. 基礎醫(yī)學綜合實驗與實驗設計考核模式的探討[J]. 山西醫(yī)科大學學報：基礎醫(yī)學教育版，2010，12（5）：519-520.

[3] 易發(fā)平，卜友泉，馬永平，等. 醫(yī)學分子生物學教學模式轉變的實踐[J]. 基礎醫(yī)學教育，2011，13（7）：623-625.

[4] 李美寧，張悅紅，常冰梅，等. 醫(yī)學七年制生物化學與分子生物學實驗教學探索[J]. 山西醫(yī)科大學學報：基礎醫(yī)學教育版，2009，11（3）：301-303.

[5] 劉友勛，黃娟. 《分子生物學》課程實驗教學改革的探索[J]. 讀寫算（教師版）：素質教育論壇，2011，（7）：114-115.

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關鍵詞： 分子生物學 理論教學 教學效果

分子生物學是研究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，即從分子水平上認識生命本質的一門新興邊緣學科。分子生物學也是一門開放性的學科，隨著生物學研究的發(fā)展，其理論和技術體系也在不斷地更新和完善。作為當前生命科學中發(fā)展最快并正在與其它學科廣泛交叉與滲透的重要前沿學科，分子生物學已經成為高等院校生物科學、生物技術和生物工程專業(yè)的專業(yè)必修課和主干課程。如何根據這門學科的特點，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，是每個高校分子生物學授課教師都深切關注的教研難題。現就自己對分子生物學課程執(zhí)教三年來的體會，將提高分子生物學理論教學效果的幾點措施總結如下。

1.關注學科前沿研究進展，及時補充和更新教學內容，開闊學生知識面

生命系統(tǒng)的復雜性決定了研究生命本質的分子生物學的發(fā)展是一個漫長的過程。在這漫長的研究歷程中，隨著新知識、新理論的不斷涌現，新問題也不斷被提出；新問題的提出又促進了研究技術的不斷更新。所有這些都決定了分子生物學研究的快速發(fā)展，也使分子生物學這門課程具有了前沿性的特點。而作為知識載體的教材，其編寫需要一個過程，加上編者知識面的局限性，學科前沿研究成果不可能被及時、全面地編入其中。例如關于真核生物基因組中的轉座子的種類，目前，幾乎所有版本的分子生物學教材，包括近年來新編的一些版本［1］，都只將其分成“DNA transposons”（DNA轉座子）和“retrotransposons”（反轉座子）兩大類，而沒有提到第三類“Polintons”（自我合成的DNA轉座子）；事實上，第三類轉座子是在2006年報道出來的一種新類型，其無論從DNA大小、結構，還是轉座機制等方面都與前兩類有很大的不同［2］。這就要求教師的講課內容不能局限于教材，而應該關注學科前沿，經常查閱文獻資料，及時地補充和更新教學內容，例如腫瘤的基因治療、生物芯片、后基因組計劃、RNAi等分子生物學的新進展［3］，從而使學生能夠及時、全面地了解和掌握分子生物學的新知識，拓展知識面。當然，新內容的補充與有限的學時數會有沖突，這就需要根據學時數靈活壓縮基礎理論內容，如在許多生物化學教材中都有的DNA結構、蛋白質翻譯等內容。

2.根據學科特點，靈活運用多媒體教學手段，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維

愛因斯坦說“興趣是最好的老師?！比绾胃鶕W科特點激發(fā)學生學習的興趣是提高分子生物學教學效率、開發(fā)學生的創(chuàng)造性思維能力的關鍵。分子生物學是人類從分子水平研究生命的本質，徹底認識自己，了解自己，深入探索生命與自然的奧秘，全面改造和改良人類生存環(huán)境與生存質量的自然科學，是生物學科最具活力的科學，在推動社會生活各領域的持續(xù)高速發(fā)展方面具有重要的影響。分子生物學的這種影響力，如果單憑教師口頭上的講述，顯得有點輕描淡寫，是很難在學生心目中留下深刻印象的。多媒體教學方式的運用，通過把書本知識轉換為直觀形象的、圖文并茂的、情景交融的計算機輔助教學課件，使理論知識的表達更加形象、直觀，從而激發(fā)學生學習的主動性和積極性；甚至可以播放一些與生命熱點問題相關的科幻影片來激發(fā)學生的學習興趣和加深學生對這些問題的理解。例如，關于基因工程的安全性與倫理道德問題，一直都是很有爭議的問題，可以在課堂上提出來討論，也可以播放一些相關的科幻影片，如“侏羅紀公園”、“逃出克隆島”等，讓學生自己判斷。這樣等于給了學生一個獨立思考的空間，使學生的腦筋都開動起來，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維是非常有益的。此外，多媒體教學方式的使用，還可以增加單位學時的授課信息量，提高課時利用率，解決內容多而課時少的矛盾。

3.采用動畫式教學，加深學生對復雜分子機理的理解和掌握

分子生物學是在分子水平上對生命機制的一個詮釋，而生命機制又是由很多錯綜復雜的微觀過程綜合體現的，如基因的轉座、表達與調控等。這些微觀的過程都是肉眼無法觀察到的；口頭講述也是比較抽象的；即使是對照課本或黑板上所畫的靜態(tài)圖講解，也很難細致地描述一個復雜的連續(xù)過程，不容易讓學生理解。動畫式教學，借助多媒體技術，可以將聲音、文本、圖片等組合制作成課件，變靜態(tài)為動態(tài)、使抽象難懂的微觀生命過程具體化、可視化，便于學生理解和掌握，可以提高學生的學習熱情，從而有助于提高理論教學效果。

4.應用雙語教學，避免概念混淆，提高英文文獻閱讀能力

目前的分子生物學教材的編寫內容大多都是根據英文教材、英文文獻資料翻譯而來的；對于同一個專業(yè)詞匯的翻譯，不同的編者可能翻譯的結果略有差異，這樣就會造成一定的概念混淆。例如，“operator”一詞，有的教材將其譯為“操縱序列”［4］，有的教材將其譯為“操縱基因”［5］，有的教材將其譯為“操縱區(qū)”［1］，這樣就容易造成混亂，給“教”和“學”都帶來不便。另外，分子生物學也是一門發(fā)展迅速的前沿科學，新知識、新技術在不斷地涌現，而且這些研究成果的報道絕大多數都是用英文撰寫。學生要想了解、吸收和借鑒學科前沿知識的最新動態(tài)，就要具備良好的閱讀英文文獻的習慣和能力。鑒于以上情況，在教學過程中就需要靈活運用漢語與英語交替進行的雙語教學模式。當然，考慮到學生的外語水平和接受雙語教學的能力直接影響雙語教學實施的效果，這里所說的雙語教學并不是追求嚴格意義上的雙語教學的形式［6］，而是在課堂上盡量創(chuàng)造較多的使用英語的語言環(huán)境。

參考文獻：

［1］朱玉賢，李毅，鄭曉峰.現代分子生物學（第3版）［M］.北京：高等教育出版社，2007：59，237.

［2］Vladimir V.Kapitonov and Jerzy Jurka.Self-synthesizing DNA transposons in eukaryotes［J］.PNAS，2006，103，（12）：4540-4545.

［3］戚曉利，張麗敏，薛春梅.分子生物學教學改革的探索［J］.生物學雜志，2003，20，（6）：51-52.

［4］特納等著.劉進元等譯.分子生物學（第2版）［M］.科學出版社，2001：221.

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關鍵詞：分子生物學；雙語教學；模式建設

中圖分類號：G420文獻標識碼：A文章編號：1674-120X（2016）08-0039-02收稿日期：2015-12-22

分子生物學是研究核酸等生物大分子的功能、形態(tài)結構及其重要性和規(guī)律性的科學，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應自然界向主動地改造和重組自然界轉變的基礎學科[1]。雖然分子生物學是近二十年才被寫入高校生物類及相關專業(yè)本科及研究生培養(yǎng)大綱，但其作為和實驗結合十分緊密的課程之一，不但是生物科學和其他生物技術專業(yè)的基礎課，而且廣泛應用于生命科學實驗的各個領域。

但是分子生物類課程中有關原理部分講起來很單調復雜，學生不太容易理解。加上本課程的講授在河南師范大學（以下簡稱“我?！保┥茖W學院僅有36個學時，如何在較短時間的教學中讓學生加深對分子生物學原理的印象，主動理解、掌握相關知識，并訓練思維能力是這門課程中亟須解決的問題。此外，國際上多數有影響力的分子生物相關期刊、書籍均使用英文出版，國際學術會議和學術交流也多以英語為工具進行交流。因此，學生迫切希望在這門課程上能夠有專業(yè)的語言環(huán)境，提高自我學習與獲取信息的能力，以更快地了解分子生物課程發(fā)展的最新趨勢，并增強查閱外文文獻的技能。

2001年8月， 教育部印發(fā)了《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》（教高〔2001〕4號），要求各高等學校積極推動使用英語等外語進行教學。鑒于此，關于分子生物學的教學改革――雙語教學在很多高校開展起來，這對于提高教學質量，培養(yǎng)具有自主學習能力的創(chuàng)新人才，提高學生競爭力等均具有重要的實踐意義。

一、高校分子生物學雙語教學的內涵及目的

根據《朗曼應用語言學詞典》所給的定義，雙語教學是指在學校里使用第二語言或外語進行各門學科的教學[2]。我國目前推崇的雙語教學是指除漢語外，用英語作為課堂主要用語進行學科教學的活動。它要求用準確、流利的英語進行知識講解，但不絕對排除漢語，以避免由于語言障礙造成學生對專業(yè)知識的理解困難而影響教學效果。

通過雙語課程的教學，讓學生在扎實掌握分子生物學基本概念和原理的同時，能增強在分子生物學專業(yè)英語方面的綜合運用能力，提升學生的創(chuàng)新意識和探索研究的能力，培養(yǎng)高素質的綜合型人才。我校開展雙語教學示范課程，雙語教學圍繞為學生出國留學和考研兩方面服務展開。教學過程中需要引導學生閱讀專業(yè)文獻，或者選擇英美報刊上的文章進行閱讀和翻譯，這樣既可以提高學生的專業(yè)分析能力，又能提高他們的英語能力。

二、高校分子生物學雙語教學模式的建設

教育部與財政部期望各高等學校充分利用示范課程的資源和經驗，不斷提高雙語教學質量，不斷探索與國際先進教學理念和教學方法接軌的、符合中國實際的雙語課程教學模式，為全面提高我國高等教育教學質量做出新成績。為此，我校生命科學學院建設了分子生物學的雙語教學示范課程，建設內容包括以下幾方面。

1分子生物學雙語師資的培訓與培養(yǎng)

為推進分子生物學雙語教學課程的建設，學院要提高對分子生物學雙語教學工作的重視程度，對師資儲備不足問題給予重視。首先，應加強雙語教學師資隊伍的培養(yǎng)工作；努力提高雙語教學教師的教學能力；教學經費適當向雙語教學課程建設等方面傾斜。例如，鼓勵并支持雙語教學師資參加國際雙語教學相關會議及培訓項目，及時與各高校進行交流，可以聘請外籍教師對雙語教學負責人進行培訓，提高教師外語水平，始終保持學校雙語師資的先進性。

2先進分子生物學雙語教材的引進與建設

由于分子生物更新速度快， 所以在教材建設上我們比較重視教學內容的科學性、先進性、新穎性與啟發(fā)性。在教材方面，中文教材為朱玉賢等編著的普通高等教育“十二五”國家級規(guī)劃教材《現代分子生物學（第4版）》；英文教材選用了內容簡潔的英國經典分子生物學教材Molecular Biology（Turner主編），該教材涵蓋了分子生物學絕大多數的基本知識點，且篇幅較短，特別適合本科生使用。另外本課程除了指定的教材外， 爭取能編寫與教材配套的英文版雙語教學講義，豐富學生的學習研究內容， 提高他們的學習興趣。

3立體化雙語教學手段的建設

PBL（Problem Based Learning）教學法，是一種以問題為基礎的教學方法，主要通過以問題為中心、學生為主體、教師為導向，培養(yǎng)學生自主學習的積極性和主動性，以提高學生系統(tǒng)分析問題、解決問題的綜合能力[3]。PBL教學法具體做法：學生課前閱讀雙語教學內容，課堂則主要以問題為中心，學生以雙語提問并相互解答問題，教師以雙語提問并解答疑難點。而傳統(tǒng)教學法的具體做法：不刻意要求學生課前閱讀雙語教學內容，教師雙語授課，采取“灌注”或“填鴨式”的方法，使學生被動接受雙語教學相關知識。結果發(fā)現，接受PBL教學方法的學生在英語專業(yè)句法、英語專業(yè)文章閱讀方面明顯優(yōu)于接受傳統(tǒng)教學方式的學生。因此，有必要提倡分子生物學專業(yè)教師多采用PBL授課方法進行雙語教學。

4優(yōu)秀分子生物學雙語教學課件的制作

全英式教學課件使用英文原版教材，要求高，難度大，難以確保取得理想的教學效果。經過實踐，教師應該制作中英文對照課件幫助學生理解，這樣可以面向所有學生，十分利于雙語教學的推廣與普及。另外，教學課件中盡量多選用形象、精美的圖片，將高深的抽象概念轉變成直觀的圖像、動畫，調動學生的學習積極性。注意搜集一些標準英文配音的分子生物學動畫或者視頻，形象地把一些分子生物學過程展示給學生，調動學生的興趣。

三、高校分子生物學雙語教學存在的問題及思考

雖然應教育部要求，各高等學校積極推動使用英語進行教學，各高校逐漸開展雙語教學模式，但在高校分子生物學雙語教學工作中依然存在各種問題，如教學體制不完善、師資儲備不足、教學條件不夠優(yōu)越、學生英語能力參差不齊等。就此提出以下建議：一是學院要提高對雙語教學工作的重視程度；二是加強雙語教學師資隊伍的培養(yǎng)；三是努力提高雙語教學教師的教學能力；四是加強對雙語教學工作的管理；五是教學經費適當向雙語教學課程建設等方面傾斜。

四、總結

本文從高校分子生物學雙語教學模式的建設各方面進行了探討，另外指出目前高校分子生物學雙語教學存在的問題，并給出了建議。需要指出的是，高校分子生物學雙語教學只有將教師教學能力、學生學習能力及所需的硬件設施盡可能協(xié)調好，才能達到培養(yǎng)與國際接軌的生物分子學專業(yè)人才的目標。

參考文獻：

朱玉賢，張毅，鄭曉峰，等現代分子生物學（第4版）北京：高等教育出版社，2013.

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【關鍵詞】虛擬實驗 生物化學 實驗教學

生物化學與分子生物學實驗技術是生命科學研究的重要手段，是生命科學相關專業(yè)的重要的實踐性課程，該課程的教學效果直接影響學生的培養(yǎng)質量，尤其是對相關專業(yè)研究生的培養(yǎng)質量（如論文質量和研究生的實驗技能）至關重要。而生物化學與分子生物學實驗是通過微觀領域的深入研究不斷地揭示了各種生命奧秘，因此學生了解生命本質必須能夠進入微觀世界，傳統(tǒng)的教學手段對微觀世界的動態(tài)變化的展示卻顯得不夠充分，但信息技術提供了這種可能。運用多媒體課件教學，動態(tài)模擬，創(chuàng)設教學情境，把學生的思維帶進微觀世界模擬的實驗環(huán)境之中，誘導學生觀察思考，相互討論，共同探究規(guī)律，較好地實現教學效果。虛擬實驗就是基于信息技術、網絡技術、虛擬仿真技術上構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統(tǒng)，使現有各種教學實驗室的數字化和虛擬化。

一、虛擬實驗的概念

虛擬實驗的概念，最早在1989 年由美國的William Wolf教授提出，用來描述一個計算機網絡化的虛擬實驗環(huán)境。虛擬實驗概念的提出至今僅為十多年的時間，但因其廣闊的應用前景，國內外有很多組織都已經開展了虛擬實驗系統(tǒng)的研究和建設工作，特別是在國外一些著名的大學，已有較多建好并投入使用的虛擬實驗系統(tǒng)，涵蓋了計算機網絡、數學、人工智能、生命科學、化學、物理、生物工程、通訊、3DCAD、圖形圖像、農業(yè)科學等教學、科研領域。

目前，國內在虛擬實驗方面開展的工作還不多，已有部分高校初步建立了虛擬實驗室。例如：中國農業(yè)大學建立了網上虛擬土壤作物系統(tǒng)實驗室，應用計算機模擬植物在三維空間中的生長發(fā)育狀況，探討虛擬植物模型在農業(yè)領域應用的關鍵問題。縱觀近年來虛擬實驗室在國內高校的發(fā)展和應用， 可以看出虛擬實驗室已經實實在在地改變了人們對實驗室的看法。由于它不但能有效地降低實驗成本， 提高實驗效率， 而且可以實現異地協(xié)作和實驗資源共享， 因此這種實驗方式也越來越受到國內高校和科研機構的重視和青睞， 成為強化實驗室建設、改革實驗教學手段的一個重要發(fā)展方向。

虛擬實驗在生物化學與分子生物學教學中的實踐意義

生物化學與分子生物學實驗教學一般都是在實驗室中進行，往往是教師介紹相應實驗項目的原理，學生則按照教材所示實驗步驟進行操作，對于實驗過程中具體的細節(jié)尚處于一知半解狀態(tài)；而且，生物化學和分子生物學實驗所用試劑費用較高，教學經費往往不允許學生進行反復實驗，一些較為前沿的實驗項目還會因為實驗經費和所需儀器的限制無法開設；另外，在實驗進行過程中，往往需要較長的等待時間如PCR擴增時要等待1個多小時、SDS-PAGE時電泳要等待1小時左右，后面的凝膠染色、脫色又有很長時間等待，有限的課程實驗時間只能開設非常有限的實驗項目。綜上所述，實驗教學過程費時費力，卻難以達到預期效果。

虛擬實驗則可以很好地解決上述問題，開展虛擬實驗的虛擬實驗環(huán)境由虛擬實驗臺、虛擬器材庫和開放式實驗室管理系統(tǒng)組成。虛擬實驗臺與真實實驗臺類似，可供學生自己動手配置、連接、調節(jié)和使用實驗儀器設備。教師利用虛擬器材庫中的器材自由搭建任意合理的典型實驗，或實驗案例，學生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設計實驗，有利于培養(yǎng)的操作能力、分析診斷能力、設計能力和創(chuàng)新意識。在虛擬實驗中，學生更易獲得相關的知識，科學的指導和敏捷的反饋。

二、生物化學與分子生物學虛擬實驗的運用現狀

目前，相當部分的物理與化學虛擬實驗室逐漸運用于實驗教學，但是有關于生命科學的相關虛擬實驗平臺均尚處于建設之中。原因有多方面的，如生命科學現象比較復雜，虛擬實驗平臺的開發(fā)也就相對較為復雜；生物化學與分子生物學實驗項目繁多，有時候實驗材料的選擇、方法的選擇不同就是不同的實驗項目，要建設一個相對較為完善的虛擬實驗平臺工作量非常大，需要耗費大量的人力物力；另外，生物化學與分子生物學虛擬實驗平臺建設需要計算機工程和生物化學與分子生物學專業(yè)人才共同努力才能完成的一項工作，而大部分實驗教學中兩個學科之間交叉得比較少，也就是專業(yè)課程老師的計算機基礎相對較為薄弱，而計算機工程的專業(yè)人士的生物化學與分子生物學背景又相對欠缺。因此，生物化學與分子生物學虛擬實驗尚有待于探索和研發(fā)。

三、展望

虛擬實驗輔助生物化學與分子生物學實驗教學是一種全新的嘗試，能提升課程學習效果和教學質量。但是，由于生物化學與分子生物學實驗本身的復雜性，虛擬實驗軟件的研發(fā)尚處于起步階段，其進一步開發(fā)需要投入很大的人力和物力，需要計算機工程和生物化學與分子生物學專業(yè)人才共同努力才能完成。綜上所述，針對課程特點合理選用開發(fā)技術，逐步實現教學型虛擬實驗室的建設和應用，使虛擬實驗成為實驗教學的有益的、必要的補充。

【參考文獻】

[1]易杰，高東輝. 實驗技術類教學體系和課程體系構建的思考，現代中西醫(yī)結合雜志，2009，18（2）：2485-2486.

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關鍵詞:啟發(fā)式教學 分子生物學 實踐

中圖分類號:G434 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0178-02

20世紀90年代起,隨著計算機技術的迅速發(fā)展和普及,多媒體教學以直觀,信息量大為突出優(yōu)點已經逐步取代了大學以往的板書、掛圖以及多種教學媒體綜合使用的地位。由于分子生物學不僅是生物學的前沿與生長點,它與生物學的幾乎所有學科都有交叉。因此,分子生物學所涵蓋的內容非常豐富,信息量也足夠大。而多媒體教學的優(yōu)點正好符合分子生物學的特點,而且還可以針對分子生物學中理論性強,抽象和不可視等導致的教學“難點”,通過多媒體教學的直觀、生動的媒體動畫展現出來,取得了可喜的成績。但是,幾年的教學實踐也發(fā)現一些問題,比如由于授課信息量過大,使學生在學習時主動性減小、從而導致學生的學習興趣與積極思考問題的能力有所減弱,對授課質量也有一定的影響[2]。針對這一問題,通過直觀性啟發(fā)、設疑啟發(fā)、程序啟發(fā)、討論啟發(fā)等啟發(fā)式教學法的嘗試,并與多媒體教學有機結合,取得了較好的效果。

1 直觀性啟發(fā)法 引導學生歸納總結

分子生物學中有一些概念屬于文字簡單,含義抽象。對于這種概念的講解,如果忽視了學生學習過程的客觀規(guī)律、理解能力、知識水平,不調動學生開動腦筋、積極思考,而是把現成的概念直接灌輸給學生,學生只學到一些死知識,只會死記硬背,學習處于一種完全被動的狀態(tài)。如果采取直觀性啟發(fā)教學法,就可達到對概念的深入理解和對多個知識點的融會貫通的效果。什么是直觀性啟發(fā)教學法呢？所謂直觀性啟發(fā)教學法就是通過展示與知識點密切相關的實物、數學模型、教具等具體事物,有計劃、有目的、有順序、有組織、認真仔細地進行觀察、記憶,從而使學生從形象思維逐步過渡到抽象思維的一種方法[3]。比如在講解基因家族概念時,不直接給出基因家族的概念,而是通過多媒體展示一組組蛋白(組蛋白1、組蛋白2A、組蛋白2B、組蛋白3和組蛋白4)的結構和功能相關圖片,并通過具體的例子(幾種生物的組蛋白在DNA中排列方式)進行引導,讓學生從組蛋白的來源、功能和結構幾方面思考,從中得出這一組組蛋白規(guī)律性的內涵:其來源相同、結構相似、功能相關。同時,指出像這一組組蛋白的基因就是一個基因家族。這樣,學生通過積極思維不僅對基因家族概念有了深刻理解,同時還掌握了組蛋白的結構和在DNA上排列方式等有關的知識,以及這些知識之間的相互關系,還學會了對問題進行歸納總結。

2 設疑啟發(fā)法,引起和強化學生興趣

設疑啟發(fā)法在啟發(fā)式教學中是應用最廣泛的一種方法,設疑啟發(fā)法,又稱問題啟發(fā)或質疑啟發(fā)法,是運用一定的教學手段,激發(fā)學生的疑問,激起學生求知的要求,從而調動學生學習的積極性[4,5]。分子生物學的教學過程中運用設疑啟發(fā)法也可起到非常好的效果。例如,B型DNA雙螺旋結構是沃森和克里克1953年提出的,從此,分子生物學成為一門獨立的學科。在講解B型DNA雙螺旋結構時,會講到它是由10對核苷酸組成一個螺距,每個螺距高為3.4nm等。如果這時直接講DNA的長度計算這時,同學們只能被動的聽,可能會顯得平鋪直敘,枯燥！如果采用設疑啟發(fā)法,教師通過提出問題:如果有一個1000個核苷酸對的DN段,請問你可以計算出它的長度嗎？同學們這時會由被動變主動,主動的思考問題,并根據已經講過的10對核苷酸的長度為3.4nm,計算出兩個核苷酸之間的距離為0.34nm。知道了兩個核苷酸之間的距離就很容易得出任何DNA分子的長度了！此時,再進一步提問:接下來同學們能計算1000個核苷酸的DNA的分子量是多少嗎？同學們思考后回答:不能！教師問:為什么？同學回答:單個核苷酸的分子量不知道！教師答:這個問題回答的非常好,如果老師告訴你們4種核苷酸的平均分子量為330Da,你們可以計算嗎？同學們馬上回答:能！這樣,同學們就在,“生疑—質疑—釋疑”的過程中掌握了DNA的結構、長度和分子量之間的關系,學的靈活、記得牢固。為了進一步強化同學們的學習興趣,進一步設疑:當先給某一DNA的分子量時,同學們能否計算出其長度、核苷酸對數和轉數(螺距數)呢？同學們有了前面學習的基礎,通過思考后很自信地回答:能！通過設疑啟發(fā)法的應用,同學們自然達到觸類旁通,舉一反三的效果,整個過程中不僅很好的引起了學生的興趣,而且還進一步強化了學生的學習興趣。

3 程序啟發(fā)法[6]的運用,調動學生解決問題

與基因家族概念不同,由于生命活動的復雜性,有些知識并不是運用一般規(guī)律就可以解釋的。例如,我們都知道,蛋白質是由氨基酸組成的,通常一個氨基酸是由三個核苷酸組成的一個密碼子進行編碼的,也就是說DN段有多少核苷酸組成,意味著其編碼的蛋白質的氨基酸的最大容量為核苷酸的數目除以3。但是,也有例外,ΦX174是一種噬菌體,其基因組為單鏈DNA,本身只有5375個核苷酸,按3個核苷酸編碼一個氨基酸計算,基因組全部的核苷酸都用來編碼氨基酸,最多也只能編碼1792氨基酸的蛋白質,如果按氨基酸的平均分子量為110Da計算。該分子編碼的蛋白質的總分子量為19.7萬；但是,當ΦX174感染大腸桿菌后共合成11個蛋白質分子,總分子量為25萬左右,相當于6078個核苷酸所容納的信息量。是什么原因導致理論推理與實際情況之間的差異呢？要解決這個知識難點,采用啟發(fā)式教學中的程序啟發(fā)可以得到較好的結果。所謂程序啟發(fā)法也稱“有序啟發(fā)”,按課題內容的規(guī)律性和教學過程的規(guī)律性,設計一套符合學生認識規(guī)律的程序,也可設計程序性練習,把復雜問題分解,分散難點,降低思維梯度,用前一問題啟發(fā)后一問題,用后一問題深化前一問題,層層剖析、環(huán)環(huán)相扣,最后實現整體突破。因此,對于上面問題可以先從學生已經掌握的遺傳密碼這一知識入手。遺傳密碼是將DNA或RNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白質的氨基酸序列,以用于蛋白質合成。在教學過程中先進行這樣的啟發(fā):對DNA或RNA的閱讀方式不同時,會導致什么結果？同學們自然會得出“用不同方式去閱讀DNA或RNA序列時,導致編碼的蛋白質大小和數量都可能是不同的”！接著教師可進一步啟發(fā):按不同方式閱讀DNA或RNA序列,同一序列上有沒有可能編碼兩種或兩種以上的蛋白質？這時,可能有兩種回答,教師可以請回答正確的一組同學陳述他們的理由,最后給出例子進行論證。最后得出:按不同方式閱讀DNA或RNA序列,同一序列上有可能編碼兩種或兩種以上的蛋白質,這就是導致ΦX174噬菌體能夠編碼超出自身容量的更多的蛋白質的原因。進而導出重疊基因的概念。在這個教學過程中還可以請一些同學論述自己的觀點,從中發(fā)現同學們對這一知識理解的正確與否,以便教學過程中更有針對性。

4 討論啟發(fā)法的運用,激發(fā)學生的智慧

為了啟發(fā)學生的智慧,活躍課堂氣氛,還可引入啟發(fā)式教學中的討論啟發(fā)法。所謂討論啟發(fā)法是以問題為中心,以討論為形式,可收到互相啟發(fā)、集思廣益之效果。討論的問題最好是無標準答案的開放型的問題,學生的思維引發(fā)的越新穎越獨特越好,問題應具有代表性、典型性和啟發(fā)性[7]比如:先有雞還是先有蛋?這是一個千古難解的哲學和科學之謎。同樣,在生命起源時,究竟是先有蛋白質還是先有核酸呢？這也是科學領域中還未徹底解決難題！這是因為從現在的生命現象中,既可以找到先有蛋白質的例子:DNA復制過程和RNA轉錄過程都有大量的酶(蛋白質)參與,換句話說:沒有酶(蛋白質),DNA的復制是不可能進行的；同時,又可以找到先有核酸的證據:核酶是一種RNA,它可以在沒有蛋白質和DNA存在的情況下進行自我剪切,自我催化作用。因此,在學習了一定分子生物學基礎知識之后,可以將這個命題交給同學們,讓同學們在討論的過程中回顧已學DNA復制過程、RNA轉錄過程、蛋白質合成、RNA及核酶相關的知識,互相啟迪、互相印證、互相碰撞集思廣益,進而激發(fā)學生的學習智慧。

5 避免走進誤區(qū)

前面我們用到了直觀性啟發(fā)、設疑啟發(fā)、程序啟發(fā)、討論啟發(fā)等幾個方面,都涉及到“提問”這一環(huán)節(jié),但要注意的是,“提問”并不是啟發(fā)式教學方法的簡單內涵,“提問”并不完全等于啟發(fā),啟發(fā)的效果也不取決于提問的次數。所以,我們要善用提問又不可濫用提問,更要杜絕那種“三句半式”的問題,回答是簡單的“是”與“不是”,這種絕不是啟發(fā)式教學,徒有其形而無其實,沒有任何可取之處。因此,教師要經常運用啟發(fā)式教學,還要運用得法,就可以使全體學生的思維都處于警戒的敏銳狀態(tài),甚至閃出智慧的火花。從這一點看,教師更要做到思想活躍、思想解放,只有這樣的教師才能培養(yǎng)思維敏捷而深刻的學生。這種教學方法與素質教育的目標是一致的。

參考文獻

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[5] 劉麗,呂維愈.淺談對啟發(fā)式教學法的認識[J].石油教育,2001,107(4)88.

篇6

2006年11月12日星期天，在南港中央研究院的活動中心，有一個三天的研討會，研討會的主題是“二十一世紀分子生物學：傳承、整合和展望”。這個研討會的舉行，是為配合中研院分子生物所設立二十年慶，也回顧臺灣在分子生物科學發(fā)展的過往和瞻望未來。

分子生物學的濫觴，可以追溯到一九四年代，在那個物理科學當紅的時期，小尺度的生物學研究多是由物理學家，以物理方法進行研究。生物學大約每十年就會有一個嶄新的研究方向，經過一九五―六年代的醞釀發(fā)展，奠定了分子生物學的研究基礎；到了一九七年代，DNA重組研究成熟之后，這個學科得到快速發(fā)展。

分子生物學相對于傳統(tǒng)的生物學來說，算是一種比較“現代”的生物學。傳統(tǒng)生物學偏重于敘述現象，即使有探討其下的生物機制，也是利用一些比較抽象的概念，沒有一個扎實的分子基礎；分子生物學則著重在這一塊，利用物理與化學技巧，為生物研究提供分子層面的研究基礎。

臺灣的生物研究一直都是以傳統(tǒng)生物學為主，直到一九八年代，才有人注意到海外生物學的研究風向有所轉變，因此開始構思建立分子遺傳學與分子生物學的研究據點。當年第一批從海外學成歸來為分生所創(chuàng)建工作貢獻心力的前所長沈哲鯤表示，當時臺灣分子生物學的基礎幾近于零，假如不建立起分子生物學的基礎，接下來所有的生物學發(fā)展，甚至包括醫(yī)學在內，都會欠缺必要的技術，實在是非做不可的事情。雖然起步的時機比起歐美各國自然是晚了許多，不過遲做總比不做好。

臺灣分子生物學草創(chuàng)時期的帶頭人物，當屬在一九六年代，于美國加州理工學院做DNA重組博士后研究的王倬。他說當時臺灣的分子生物研究幾乎是一片荒田，延攬海外學人歸來就成為必要且唯一的選擇。在美國加州大學柏克萊分校做了十一年研究，一九七七年轉往哈佛大學的王倬，回憶起當年找人的過程，說那時候臺灣在美國發(fā)展的幾位分子生物學者，在某一次聚會里表示，如果王倬回臺灣指導分生所的創(chuàng)建工作，他們也很愿意跟著一起回來共襄盛舉，王倬覺得這是一個很難得的機會，放掉實在可惜。

當時在哈佛大學研究成就杰出，已被認為是DNA拓樸結構學的開山鼻祖，二十世紀世界上核酸結構研究方面最著名十位科學家之一的王倬說，他從臺灣大學化學工程系畢業(yè)到美國念書，覺得自己在臺灣接受這么久的基礎教育，總該回來做一點事，“把債還掉”。于是便答應了回臺協(xié)助分生所的創(chuàng)建工作，從而帶動了一波回歸。

一九八六年中研院院內新落成了一棟白色的分子生物實驗大樓，王倬帶領著他的五個子弟兵劉枋、謝道時、涂振北、周寄梅以及沈哲鯤，以及七位由海外學成回歸的年輕研究人員鐘邦柱、譚鳴輝、黃昭蓮、孫以瀚、陳枝乾、賴明宗與鄭淑珍，為臺灣的分子生物研究奠定了根基。在當時造型新穎的分子生物研究實驗大樓里，王倬和他帶領的年輕研究人員半夜在燈火通明實驗室中進行研究工作，是臺灣分子生物學起步的動人景象。

王倬之后，黃周汝吉和吳瑞接續(xù)主持研究所的大計，后來更有何潛和王正中的接續(xù)回臺主持所務，給中研院分子生物學研究奠定了基礎。

那時回臺幫忙的幾位學人，在美國都還有教職或研究職，無法全職投入，因此議定幾個人采取“輪值”的方式，每個人輪流回來主持一年。這是不得已的妥協(xié)辦法，而且由于各人的研究領域不盡相同，不免使人擔心分生所的研究方向也會跟著“輪值”變化，如此每年一改，成不了氣候。

關于這一點，當年回臺幫忙的院者也都心知肚明，彼此有著共識，只待分生所的組織健全，有了常態(tài)性的行政所長，輪值制度就可以隨時淡出運作，不一定要把人輪完。事實上確是如此，在沈哲鯤擔任分生所的第一任所長職務后，許多人對分生所研究方向飄忽不定的疑慮，也逐漸的煙消云散了。

王倬認為，在中央研究院成立分生所對臺灣學術界的意義，在于它引起了大家對分子生物學的重視，也提供了學生對分子生物學認識的一個渠道。分生所早期有一項與清華大學合作，在清華大學開設分子生物學相關課程的計劃。這個計劃對于臺灣生物學界的發(fā)展有沖擊性的深遠影響，時至今日，臺灣的生物學研究得以跟上現代潮流的腳步，分生所當年率先在校園進行教育，功不可沒。

不過也有人認為分生所可以做得更多，比方說帶動臺灣的生物科技發(fā)展，促進相關產業(yè)的競爭力。然而科技產業(yè)的發(fā)展并非一蹴可及，必須要有厚實的研究傳統(tǒng)，以及充沛的研究新鮮血液，才能夠水到渠成；單靠一個學術研究所就要為整個生物科技產業(yè)負責任，既非分生所所能為，恐怕也不是該所創(chuàng)立的初衷。

（二）

分生所目前共有研究員、博士后研究員與研究助理約六百人，每年預算有兩億多元新臺幣；就每個實驗室平均可分得的資源來說，這個規(guī)模大約相當于一個分子生物學比較發(fā)達的美國州立大學。分生所自我評估，認為目前分生所擁有的資源與學術貢獻，大約與美國的加州大學戴維斯分校以及北卡羅萊納大學兩所大學旗鼓相當；不過與校內設有大型研究中心的美國重點大學相比，仍然是只能望其項背。

雖然在整體研究資源上，分生所有其力有未逮之處，但是卻可以在單個的研究項目上，做重點式的突破，比方說利用老鼠、果蠅或線蟲這類基因體較為單純的動物，進行一些醫(yī)學相關的研究。舉凡肌肉萎縮癥、肥胖癥、RNA剪接等等，都是分生所目前達到國際水平的重點研究項目。

分生所二十周年所慶研討會的主題之一就是要討論分子生物學下一階段的方向。一般分子生物學界認為，目前看起來比較具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯宽椖?，包括生物早從受精卵開始的發(fā)展過程，探討在其發(fā)育過程中細胞內的各種生物機制(發(fā)展生物學)，生物演化的分子結構細節(jié)(結構生物學)，以及醫(yī)學應用技術。

分子生物學跟細胞生物學或育生物學類似，盡管計算上的觀念各有千秋，但都是一種小尺度的研究工具；這些新興的學科里面，有太多未知的事實與現象有待探索。沈哲鯤指出，現代的生物學主要是一種“發(fā)現”的科學，包括2006年獲頒諾貝爾醫(yī)學獎的RNAi研究，是屬于發(fā)現既有的生物機制(參見《知識通訊評論》四十六期一文)；真正創(chuàng)新的部分，大約只限于發(fā)現了某個現象或機制之后，如何創(chuàng)造出一些技法來解決、解釋它們而已。舉例來說，分子生物學就分子層面來對癌細胞分裂情況進行觀察，試著找出是哪些分子分裂太多，為何如此分裂，從而再試圖發(fā)展予以控制的手段。沈哲鯤說，有個觀念，將其驗證，最后再發(fā)展出應用技術，整個分子生物學約略就是這么一回事。

至于結構生物學的發(fā)展，由于電腦運算能力的發(fā)展突飛猛進，如今分子生物學才可以做到許多以前無法做到的事，解出大分子的結構，以三維空間的圖像具體呈現?！敖庾x”是結構生物學里很重要的一環(huán)，結構生物學家從晶體分析中得到一種特定模式，據此解出對應結構，再根據手上的生化結果或基因結果，來判斷這個結構是否可以正確解讀特定模式。不是每一次的猜測都正確無誤，不過隨著研究技法持續(xù)進步，出錯的機率逐漸減低。王倬特別指出，解讀方法各人不同，有過度保守的，也有過度樂觀的，這都是一種嘗試的方向；不過若要建立起某種客觀性，所做的解讀總要可以接受檢驗(testable)。

當然還有在傳播媒體的報導里最熱門的醫(yī)學應用，如干細胞研究等。值得一提的是，以往的醫(yī)學應用是對病癥“添加”一些元素上去，比方說將特定病毒注入病人體內，期望達到某種生理反應，然而這種技法后來卻頻頻出現各種副作用；隨著分子生物學的進步，現在有時候可以采取某種“減”法，像比較新穎的轉殖過程(transgenic process)，利用細胞內的揀選機制，鎖定認為會引起不良生理反應的分子，將它敲掉(knock out)，這種新技法或許有助于降低副作用出現的機率。

不過醫(yī)學研究并非沒有底限。舉例來說，即使已經有了可能管用的技法，對于人類腦部進行操作性的分子處理，仍然有許多生物倫理上的爭議；因此盡管腦部生物學幾乎是眾所公認的未來研究趨勢大熱門，但是分子生物學對于人類腦部的研究，可能會因此僅限于描述其生物機制，無法進行太深入的實驗。

（三）

無論分生所的下一階段工作具體內容為何,做研究的時機是否成熟至關緊要。王倬指出，分子生物學一開始著重“簡化” (reduction)，將復雜的生物現象拆解成各個不同的機制，予以解釋、處理；之后再進行“整合”(integration) ，將謎題已解的各個生物機制重新組合，以達到特定的應用目的。當年先著重簡化研究的時機很正確，現在開始進行整合研究的時機也很正確。

王倬記得早在他還在仿DNA重組的博士后研究時，就有人提議要做神經生物學，然而在當時欠缺對相關基礎機制了解的情況之下，進行神經生物學研究的條件還不成熱，那時候若往這個方向發(fā)展，會走許多冤枉路。這也是分生所接下來選擇研究方向，需要特別留意的一點。

另一個分生所需要考慮的，是它要提供哪一種類型的研究環(huán)境。幾乎所有的科學研究發(fā)展都有兩種型態(tài)，一種是個別的研究者基于本身的興趣或天分，在前無古人的情況下自辟一條嶄新的研究途徑，就好比物理學上的量子跳躍(quantumleap)一樣，其獨創(chuàng)性固然耀眼奪目，卻包含有相當程度的機動性在內，是可遇而不可求的。另一種研究型態(tài)，則是進行一個極有潛力領域的計劃研究，收獲雖然可期，但眾人皆知，不會有什么意外的驚喜。王倬認為理想中的分生所應該要兼容并蓄，因為他認為這兩種研究特質是互補的而非互斥，一個研究環(huán)境若是過度偏向其一，做出來的研究也會有所缺漏。

王倬認為臺灣分子生物學的研究(可能也是整個臺灣科學界的普遍現象)，有時太過小心謹慎，比較具有風險性的研究主題都乏人問津，大家盡做“保證有東西會出來”，很安全的研究。這或許是研究環(huán)境文化的不同，不過科學政策也有相當程度的影響，比方說“國科會”據以提供研究經費的評價方式，本質上就不大鼓勵研究員去做三年內不一定會有成果的前沿研究。臺灣的研究人員其實并不乏處理大型難題，進行創(chuàng)新研究的能力，但是研究政策是否有給予他們適當的誘因與支持就顯得非常重要。

有鑒于此，王倬指出如果臺灣的分子生物學日后要招攘研究人員，最好找比較年輕的，既敢挑戰(zhàn)風險性較高的研究，也比較有登峰造極的機會。他認為在分子生物學的領域，一般人研究最輝煌的時刻，是在三十五歲到四十五歲之間；不過最近似乎有一種“晚出道”的趨勢，近期研究成名的學者，多是年過四十。

沈哲鯤則認為，臺灣分子生物學研究的弱勢在于起步晚，實驗室的數量也少，各研究員手頭上都有很多正在進行的工作，出現了像RNAi這么顯赫的大發(fā)現之后，鮮少能有余力對其進行后續(xù)研究。像美國這類實驗室眾多的國家，就有機會全力支持下屬的研究員進行后續(xù)研究，功成名就自然也就不在話下。在大環(huán)境無法支持設立較多的實驗室，先天條件不如人的情況下，除了做重點式的專業(yè)研究以外，如何通過科學政策的擬定，減輕研究人員手頭工作的負擔，讓他們有時間去做一些額外的研究，應該是科學研究管理部門應該思考的問題。

篇7

21世紀是生命學科突飛猛進的發(fā)展時代，分子生物學是生命學科領域發(fā)展的必不可少的一門學科，它已經廣泛滲透到生物學的所有領域，是生命科學領域的首要、重要的學科。分子生物學知識點較多，而且內容抽象、難懂，如何激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性，如何提高教學效果，這些是幾乎所有分子生物學教師的疑惑和難題。同時，分子生物學作為生命學科的專業(yè)主干核心課，已經引起大專高校的強烈重視。由于該學科的復雜性和抽象性，其教學方法和理念是非常重要的。筆者結合多年的教學經驗，總結以下幾點建議。

1 教學內容的優(yōu)化和總結

分子生物學是一門抽象復雜的學科，首先要讓學生明白這門課主要講哪些內容，幫助學生建立完善的知識體系和結構。我校分子生物學課程是生物技術和生物制藥專業(yè)的核心課，要求學生必須掌握該學科的基礎理論知識。分子生物學課程是以遺傳的中心法則為主線，由DNA RNA 蛋白質這條主線貫穿整本教材（見圖1），DNA作為第一主要層次，包括DNA的結構、DNA的復制等內容，每個層次都有相關章節(jié)內容?；虮磉_內容是以前面知識內容為基礎，進一步拓寬和深化知識內容。分子生物學的內容是前后相互貫通、環(huán)環(huán)相扣、由淺到深，每個章節(jié)內容不是獨立存在的，前一章節(jié)是后一章節(jié)內容的鋪墊。所以要想學好分子生物學，必須腳踏實地、一步一個腳印地去學。

2多媒體的教學方式，使抽象知識形象化

分子生物學是從分子水平來研究生物的生命現象和規(guī)律，研究對象是核酸和蛋白質生物大分子的結構、功能和遺傳規(guī)律。它涉及的概念、基礎理論、實驗方法和應用實踐，具有一定程度的抽象性和復雜性。因此，學生對這些抽象復雜的分子生物學知識很容易產生犯難或畏懼情緒，進而影響學生的學習興趣。

板書教學和多媒體教學相結合，可以明顯提高教學質量和效果。多媒體教學以其圖文并茂、信息量大、內容形象等優(yōu)點已在教學中廣泛使用。多媒體教學能夠將抽象復雜的內容和規(guī)律通過靜態(tài)或動態(tài)的圖像形象地展示出來，使抽象知識轉化為具體且易理解的知識。不僅軟化了學生的疑惑和不解，而且拓展了學生的知識視野。比如DNA的結構、DNA的復制、RNA轉錄、蛋白質的合成等內容，光憑語言描述很難讓學生理解，但是通過多媒體方式以動畫來演示這些過程，給學生以真實感，讓學生很容易掌握和接收所學的知識難點。所以，多媒體教學手段在分子生物學教學中的使用，既激發(fā)學生的學習興趣和科學思維，又提高了教學效果和教學質量。

3實驗教學與理論結合，提高學生的操作能力

分子生物學教學包括理論課和實驗課，我們在實驗教學的內容上安排最基本、最常用、最基礎的實驗內容，如基因組DNA的提取、PCR擴增、瓊脂糖凝膠電泳、總RNA的提取、感受態(tài)細胞的制備及轉化等實驗技術。每個實驗要讓學生明白實驗原理，在操作過程中給學生詳盡的解釋具體步驟的用途，同時解釋實驗現象。學生在實驗過程中，不僅掌握儀器設備的使用說明、如何配置溶液，而且能夠獨立完成整個實驗操作步驟。并且將實驗內容和所學的理論知識緊密聯(lián)系起來，這樣一來，學生就會把課本的基礎知識加深理解得以掌握。還要讓學生學會發(fā)現問題、提出問題、解決問題的能力。實驗技術可以培養(yǎng)學生的邏輯能力和創(chuàng)造能力，為將來的學習和科研奠定堅實的基礎。

我校有本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)項目，這項措施就是為了滿足本科生的創(chuàng)新意識和實踐能力。學生可以充分發(fā)揮想象，在學習的過程中，大膽提出新的創(chuàng)新項目，在老師輔導下，親自寫項目申報書，親自設計項目內容，并且親自操作，來完成項目。這些實踐培養(yǎng)方案有力地推動了本科生的創(chuàng)新意識和科研能力，從而有利于學校的學科建設和學風意識，為將來培育出更優(yōu)秀的人才做準備。

4理論知識與現實事件相結合，加深學生理解內容

老師在授課的過程中，舉一些現實事例或日常發(fā)生的話題，和理論知識相結合，能夠大大調動學生的學習興趣，進而激發(fā)學生學習分子生物學的興趣。例如，在講解基因突變會引起編碼蛋白功能的變化時，血紅蛋白基因的一個堿基突變，引起相對應的氨基酸序列發(fā)生變化，使血紅蛋白由正常球形變?yōu)殓牭缎?，進而失去或降低運載氧的能力，出現貧血癥狀。再如DNA的超螺旋結構，如果DNA處于伸展狀態(tài)，那么人的DNA長度可以繞地球旋轉一周，而實際上DNA處于超螺旋壓縮狀態(tài)位于小小的細胞核內。所以用形象的實例和比喻學生就容易理解難懂苦澀的理論知識。

老師可以將自身科研內容和權威雜志上的最新研究成果引用到所講的知識點上，讓學生懂得這些枯燥的理論知識不是天方夜譚，而是實實在在地存在我們的身邊事件。培養(yǎng)學生的科學思維方法和科學研究的興趣。

5結語

篇8

    1.1類比教學的概念。所謂類比法,它通過對已知事物的性質和特點的分析而對另一事物的特性做出推斷,找出二者之間的相似性,以此達到認識新的事物,解決新問題的目的。類比主要包括雷同性類比、反意性類比和夸張性類比三種。類比法運用于教學即是類比教學,指在教學過程中,老師通過知識之間的相關性幫助學生理解和掌握新知識,通過類比,用學生耳熟能詳的常用事物來說明新知識的性質、特點,是新的知識在學生頭腦中具體化和熟悉化,幫助學生的理解、掌握和運用。

    1.2類比法在生物化學和分子生物學教學中的優(yōu)勢。對于教學主體而言。在教學過程中,在生物化學和分子生物學教學過程中,概念的講解是必不可少的基礎過程,但是往往枯燥無味,難以提起學生的學習興趣,使用類比教學能夠將抽象的概念具體化和生活化,讓講解過程變得輕松有趣,讓知識變得通俗易懂。對學生來說,也能夠用已有經驗來解釋新的知識,建立新舊知識點之間的有效聯(lián)系,避免用死記硬背的方法完成學習任務,達到減輕學習負擔,提升學習效率的目的。另一方面,對于生物化學和分子生物學的學科特點而言,類比教學具有明顯優(yōu)勢。生物化學和分子生物學設計的知識點較為龐雜,需要對理論知識和實踐知識進行聯(lián)系起來進行交叉闡述,且這些知識以概念理論為主,很大一部分是要求學生記憶的基礎性知識,學生掌握不牢固對其以后的學習會造成很大的困難。使用類比教學,能夠幫助學生將各種知識聯(lián)系起來,舉一反三、觸類旁通的鞏固舊知識和掌握新知識,具有很好的教學效果。

    2、類比法在生物化學和分子生物學教學組織中的應用

    前文已經詳細分析了類比法在生物化學和分子生物學教學中的優(yōu)勢,那么,具體在教學過程中應如何操作?下面將進行具體闡述。

    2.1了解類比教學的特點,挖掘教材的類比因素。在具體的教學實踐中,教師所能運用的類比例子并不多,這需要教師在備課的時候有意識的發(fā)掘各種能夠進行類比教學的因素,否則,僅僅憑借上課時的靈感,隨便舉例、打比方,這樣的類比教學是不科學的,對課堂效果只會起到相反的作用。因此,對于教師而言,應當深入了解類比教學的特點,形成系統(tǒng)科學的類比教學的相關知識,在對兩種事物進行類比分析時,不要拘泥于事物之間的顏色、形狀等表面屬性的相似性的比較,更應對二者的結構、功能進行仔細推敲和分析。對于挖掘出來的類比關系,也不能隨意使用,需用討論和反推等方式進行合理驗證,保證在教學過程中所使用的類比教學方法的科學性和嚴謹性。

    2.2科學使用類比教學法,提高教學的科學性。在生物化學和分子生物學教學過程中使用類比法進行教學,不僅僅是一種教學方式和手段的變化,更要求教師對這種教學方式有更深入的了解,在教學過程中科學的使用,充分體現類比教學的優(yōu)勢地位。在課堂上,教師要清楚的呈現兩類知識之間的類比關系,對二者的性質、結構、功能等作出詳盡的講解,幫助學生梳理二者之間的相似性與相異性,使學生更好的理解和掌握知識,能夠做出基本的判斷和推理,做到舉一反三,觸類旁通。同時,在教學過程中,可以鼓勵學生自己提出類比關系,對他們所提出的類比關系進行討論,分析類比的可行性和科學性,對于錯誤的類比關系做出糾正和進行重點講解,對正確的類比關系做出鼓勵,這樣可以加深學生對類比因素的了解,讓知識掌握的更加牢固。

    2.3重視類比在預測和推理方面的作用,培養(yǎng)學生推理和自學能力。對于生物化學和分子生物學的教學,類比法不僅在講解知識、提高教學效果方面有很大的作用,更重要的是能夠探索更多的未知領域,培養(yǎng)出“像科學家一樣學習”的學生。在進行類比教學過程中,教師不僅自己能夠擴展知識面,而且能幫助學生以新的眼光看待知識,培養(yǎng)學生的推理和預測方面的能力,使他們自己在學習過程中發(fā)現各種問題,獨立進行思考,并對自己的結論進行推理、預測和驗證,最終依靠自己的力量解決問題。這樣的過程,就是科學的思維習慣的形成過程,也是推理能力、實踐能力和自學能力不斷提高的過程。

篇9

    中心法則作為分子生物學最基本、最重要的理論之一，對當代分子生物學的發(fā)展起到了極大地推動作用。然而，在分子生物學領域，自其產生到現在一直存在著很多爭議。作為一個科學假設的中心法則，對其進行系統(tǒng)的語義分析有益于這一理論的意義澄清。那么在什么樣的一個基底上對其進行語義分析？我們認為這一基底應該是語境論。

    結構學、生物化學和信息學路線是一直較為公認的分子生物學研究中三條主要的路線。[1]中心法則的產生是以生化——信息學方法為基礎的。其產生的模式是假說演繹的，即先利用有限的證據提出一個假說，然后根據假說演繹出若干理論，最后等待證據檢驗所演繹的結論，其過程是假說——演繹——檢驗。伴隨著分子生物學的不斷發(fā)展，這一演繹——檢驗的過程不斷循環(huán)往復。正是在這種循環(huán)往復的過程中，中心法則的語形發(fā)生著不斷地轉變。同時，在此過程中，不斷有新的生物學概念的提出，不斷有新舊生物學概念的更替。在這里既包括新的概念的提出及其所被賦予的特定意義，又包括同一概念在不同的研究范圍中所包含的不同的生物學意義。也就是說，在這一過程中中心法則的語義不斷地發(fā)生變遷，而這種變遷是在分子生物學縱向語境的不斷變化中實現的。

    1　中心法則的語義變遷

    自克里克在1958年提出中心法則至今，中心法則已經經過了半個多世紀的豐富和發(fā)展。我們可以將其發(fā)展的整個過程大致分為三個階段：克里克最初提出的經典的中心法則；20世紀70—80年代被修正和豐富的中心法則；20世紀末基因組及后基因組時代下的中心法則。

    最初被克里克描述的中心法則如圖1所示。

    

    圖1　最初被克里克描述的中心法則圖

    箭頭表示在三大類生物大分子DNA、RNA和蛋白質間信息傳遞或流動所有可能的方向。它揭示了生命遺傳信息的流動方向或傳遞規(guī)律。結合當時的理論背景和認識論背景，克里克對所描述的中心法則做了進一步的分析，最終提出了中心法則最初的基本形式：

    

    上式描述了由堿基→氨基酸→蛋白質這一基本過程。對這一過程中代碼的語義分析，必然無法脫離整個理論的語義結構。因為，在以上所描述的過程中，任意一次結構的上升，都必然會伴隨著其代碼的語義調整。在中心法則中，堿基位于一個基礎的層面，成為生物學解釋與物理、化學解釋的紐帶。例如，在化學中GAA是作為氨基乙酸的代碼，然而，在生物學中，它卻表示對應于谷氨酸的遺傳密碼。當我們對其結構上升，多個連續(xù)的三聯(lián)體堿基序列自然也就對應多個連續(xù)的氨基酸序列。當堿基序列發(fā)生變化時，也就必然地導致氨基酸序列發(fā)生變化。有序列的堿基鏈和氨基酸鏈又分別構成了DNA和蛋白質。自此，就構成了最初的中心法則：蛋白質作為生物性狀形成的工作分子是由構成DNA的堿基序列所決定，我們把這種堿基序列稱之為遺傳信息。同時，由于當時生物學理論背景及研究對象的限制，自然決定了中心法則從DNA到RNA到蛋白質嚴格的單程信息流路線，以及從DNA序列到RNA序列到蛋白質氨基酸序列嚴格的共線性。

    由上可以得到，單一的堿基符號的語義形成是在中心法則整個的語義結構中實現的，堿基序列在生物學語境中的語義表達同樣也無法脫離中心法則的語義結構。而整個中心法則的語義實現又是在當時特定的語境下完成。也就是說，特定語境的確立，決定了中心法則的語義解釋，確定了中心法則在當時語境下的解釋伸縮度。

    隨著分子生物學的發(fā)展，1970年Temin等在RNA病毒中發(fā)現了RNA逆轉錄酶，說明了RNA到DNA逆向轉錄的可能性。[2]之后，又有人發(fā)現細胞核里的DNA還可以直接轉譯到細胞質的核糖體上，不需要通過RNA即可以控制蛋白質的合成。[3]此時，中心法則被修正為如圖2所示。

    

    圖2　修正后的中心法則圖

    而中心法則的語義解釋，也就由之前的“嚴格的單程式”變遷為一種“中途單程式”。從20世紀70年代開始，分子生物學家對真核生物進行了大量的研究，發(fā)現了基因上存在的非編碼序列，從而產生了內含子與外顯子的區(qū)別。20世紀80年代末，分子生物學家又報道了多種RNA編輯的類型。這些都說明了蛋白質序列在DNA序列上的非連續(xù)性及非對應性。這又要求中心法則的語義解釋由之前的“嚴格共線性”轉變?yōu)?ldquo;非共線性”。這都是由于分子生物學縱向語境的變化，導致了中心法則語義邊界的改變，從而使其語義的解釋范圍及解釋伸縮度發(fā)生改變。理論背景及認識論背景的不同，便造成了中心法則概念的語義擴張。這種語義的擴張通過再語境化的功能，繼而又成為其它生物學理論的語義語境。中心法則的理論發(fā)展，就是在這種語境轉變，或者說是再語境化的過程中不斷實現其語義轉變。

    在分子生物學中，還有非DNA分子模板(如細胞模板、糖原以及一些細胞級的非分子模板)、朊病毒等的出現。雖然，這些只是出現在離體實驗中，應只屬于尚未定論的科學預測。但是，它們強力說明著：在生物系統(tǒng)中，信息流的傳遞是多元和多層次的，它們在細胞中構成了一個精密的時空框架，中心法則僅僅只是這些信息流中的一條或者說是一條主流；在中心法則的信息流中，非DNA編碼的滲入，使得DNA僅作為DNA編碼的一個起點，而不是遺傳信息流的唯一源頭；同時，在信息流的傳遞過程中，非模板式的序列加工，使得信息流并不是模板流。[4]這些似乎對中心法則都構成了嚴峻的挑戰(zhàn)。然而，我們并不能抹殺它的合理性地位。中心法則的提出是以當時病毒、細菌的實驗材料為依據。它所指出的DNA、RNA、蛋白質間的信息傳遞是符合分子生物法則的。鑒于當時理論背景和認識論背景的限制，我們應該是在其三大分子的框架性語境下對其進行語義解釋。當分子生物學推進到真核細胞時，中心法則的信息流其實已經處于另一個完全不同的時空框架中，這時我們應對其進行語境下降，在單個基因層面或者是更低的層面對其進行語義解釋。而面對當代基因組語義研究的問題，或許我們還要對其進行語境上升，在基因組層面、細胞層面甚至是更高的層面對其進行語義解釋。

    綜上所述，對中心法則的語義解釋應該放在分子生物學發(fā)展的縱向語境下進行。中心法則的語義變遷就是在這一縱向發(fā)展過程中，一次次不斷地語境化與再語境化的過程中實現的。同時，我們對中心法 則的語義理解也還必須在一種橫向的特定的語境下進行，而不是僅僅只在分子生物信息較窄的概念下進行。只有這樣才不會導致中心法則的語義局限性。而作為科學理論的中心法則語義被局限，自然會導致其作為研究方法的意義局限性。這也就引出了本文接下來所要談論的一個問題：在傳統(tǒng)意義下，作為研究方法的中心法則的意義及其局限性。

    2　作為研究方法的中心法則的意義及其局限性

    中心法則是一個關于DNA、RNA、蛋白質三大分子的信息傳遞的科學理論。在它的解釋之下，信息不能由蛋白質向下傳遞到DNA，而是DNA被轉錄成RNA，RNA再翻譯成蛋白質。更進一步講是，“信息從DNA向上傳遞到RNA、蛋白質，進而延伸到細胞、多細胞系統(tǒng)”。[5]然而，不僅于此，中心法則還作為一種研究的方法，被用于許多研究計劃，用以解決基因組的語義問題。

    基因組研究的核心問題是研究作為生命系統(tǒng)發(fā)展和運行基礎的基因組調節(jié)網絡的意義。一個基因組意義的理論問題便是一個基因組語義問題。部分地講，這種語義是將基因組序列轉化成系統(tǒng)性意義的語義代碼。由于生物系統(tǒng)是在不同層次被組織，所以一個基因組的語義會由于該序列片段所處的本體論、功能及組織層次的不同而產生不同的語義聯(lián)想意義。因此，如何獲得一個基因組語義的元理論問題便成為基因組和蛋白質組研究的戰(zhàn)略問題。

    目前，許多關于基因組研究的方法論都是遵循一種自下而上的策略。這種研究的方法正是受到了中心法則的啟示。也就是說，中心法則為還原論者研究基因組提供了方法論基礎。這種還原論方法論的前提是，在我們要進一步了解下一個層次的信息時，我們必須在理論上和實際中都要對每一個更低、更微觀層面的信息和本體論的知識有所把握。這就好比說，當我們要獲得一個蛋白質的結構時，我們首先要掌握構成這一蛋白質的氨基酸信息，再獲得核酸信息。然而，即便是掌握了基本的核酸信息，由于基因和細胞網絡設計一系列的相互作用的部分，而使得從核酸到蛋白質信息的過程特別復雜。

    一個以中心法則為方法的研究項目，最大的弱點是其驚人的復雜度。這種自下而上的還原論策略存在的問題是，尋找到一個解決路徑的搜索空間非常巨大。在計算機科學中，解決一個問題的關鍵往往就在于能夠解決這個問題的可能路徑的空間。這樣一系列的可能路徑被稱為搜索空間。一個問題的一種解決方法就是一個路徑在這樣一種搜索空間中實現一個目標或解決。一些問題擁有巨大的搜索空間，從而使得其在實際層面上幾乎不可能被解決。在計算機科學中講，這就是所謂的NP——complete問題。[6]這些問題的復雜程度，足以使現階段最快的計算機癱瘓?；蚪M和細胞網絡的研究正是面臨這樣的問題，它們涉及成千上萬的相互作用的部分。遵循一種自下而上的策略進行研究，必然在其過程中呈現出一系列的NP——complete問題。

    然而，在實際的研究過程中，研究者形成的研究策略都是依據關于更高層次的生物信息的知識。“即使在平常的實驗決策和實驗設計中，研究者的行為都是在一個關于現象的系統(tǒng)知識，即一個更高層次的語境中進行的。”[7]在這些系統(tǒng)問題的研究過程中，研究者預先假設這些知識可以對他的研究和實驗設計提供一個更寬的方向。更為重要的是，這樣就使得這個研究有了其自身的意義。這種高層次、系統(tǒng)性的信息給出了這個研究或實驗為什么要進行的理由。

    這種知識在人工智能的研究領域被稱為啟發(fā)性知識。啟發(fā)性知識被定義為可以減少搜索空間的信息。因此，在這種情況下，科學家就利用這種啟發(fā)性的、系統(tǒng)層面的生物學知識，去減少那些非正式的、直覺的、先驗的搜索空間，從而來解決他的問題。在我們所說的基因組語義的問題中，啟發(fā)性信息可以減少基因組語義的搜索空間，可以減少基因代碼可能解釋的空間。

    例如，在信息的傳遞方面，根據中心法則，信息是不能從蛋白質到RNA再到DNA向下傳遞的。然而，在系統(tǒng)層面，信息可以從蛋白質向下傳遞到DNA。細胞信號就是一個例子。正是由于一系列的蛋白質與蛋白質的相互作用，蛋白質與RNA的相互作用，導致了DNA轉錄的被激活。因此，從系統(tǒng)層面來講，中心法則僅僅介紹了細胞信息系統(tǒng)中許多種可能的信息傳遞路徑中的一種。實際上，存在細胞內的信息傳遞路徑和細胞間的信息傳遞路徑。這些路徑構成了細胞內及細胞間的信息傳遞網。然而，它們又都是通過細胞的基因組信息來組織著細胞內和細胞間的信息傳遞。

    所以，我們必須有意識地去區(qū)分作為科學理論的中心法則和作為研究的方法的中心法則。否則，我們就有可能錯誤地提前認為，由于信息不能向下傳遞，我們就不能自上而下地由高層次的信息得到低層次的信息。多細胞以及單細胞中信息傳遞的二元性，就使得基因組語義的研究策略，跳出了傳統(tǒng)意義下中心法則的局限性。

    現階段關于基因組理論的大部分研究，都是遵循傳統(tǒng)意義下的中心法則，在一個嚴格的自下而上研究策略下進行的。替代這種研究策略，我們主張同時考慮一種自上而下的互補性策略。我們認為，一種能夠整合高層面的系統(tǒng)層面與低層面的基因組信息層面的研究策略，對于解決基因組語義問題是非常必要的。傳統(tǒng)意義下的中心法則對于基因組語義研究已經不再是充足的組織模式。那么是否存在一種路徑，在細胞和多細胞的語境下，利用高層次的系統(tǒng)信息去理解基因組？我們認為是存在的。正如上文所言，這時候我們就需要對傳統(tǒng)意義下的中心法則進行語境上升，在細胞與多細胞的層面對其進行語義理解。同時，在方法論層面，我們也就同樣可以嘗試一種自上而下的研究范式，來補充之前的嚴格的自下而上的方法論研究策略。

    3　中心法則方法論意義研究的新路徑

    什么是一個自上而下的研究策略？

    在一個自上而下的研究策略下，我們可以在抽象概念的層面來討論多細胞的發(fā)展過程。在抽象概念層面的討論，可以使我們獲得更多關于系統(tǒng)層面的現象。假設有一個軟件系統(tǒng)，并且在這個軟件系統(tǒng)中可以設計一個人工基因組，同時在這個系統(tǒng)中該基因組可以產生一個人工有機體。然后，我們可以使這個人工基因組盡可能地模仿自然基因組的主要的系統(tǒng)屬性。比如，該系統(tǒng)是否能夠模擬多細胞的發(fā)展、細胞信號的傳遞等？在該系統(tǒng)中進行特定位點的基因突變，是否能得到自然基因組下的相似效果，如畸形發(fā)展、癌變等？這一系列問題的實現，就 使得我們可以確認該系統(tǒng)能夠反映自然基因組的一些基本特征。然而，我們可能需要一種更為精確的相關性。但是，如果我們能夠使得人工基因組與自然基因組相關聯(lián)，那么我們就得到了從一個基因組翻譯到另一個基因組的開端。如圖3所示。

    

    圖3　基因組翻譯模擬圖

    圖3所模擬的是生物體內的基因組和計算機系統(tǒng)中多細胞有機體之間的關系。圖中的“翻譯關系”指的是計算機系統(tǒng)及生物體系統(tǒng)中基因組之間的“句法關系”。中間的“語義關系”表示的是用計算機系統(tǒng)中的多細胞有機體語言翻譯出生物體中的基因組。下面的“一致性關系”應該包括系統(tǒng)之間暫時的和動態(tài)的形態(tài)學之間的一致性。

    這就好比將英語翻譯成漢語。我們需要知道這些被翻譯的單詞是什么，如何在句子中使它們相關聯(lián)。這就是語言中的句法。但是，首先我們需要知道語言的語義。也只有當兩段話的意思相同的時候，對于一個詞、一句話或者一段話的翻譯才是充分的。

    這樣我們就通過計算機代碼的語義獲得了基因組的語義。然而，在這個過程中，并不妨礙我們同時使用自下而上的研究策略。“在人工智能中，合并自上而下和自下而上的研究路徑是較優(yōu)的研究策略之一。當兩種研究路徑，分別自上而下與自下而上在中間合并時，便形成了一種解決路徑。”[8]

    在這里需要注意的是，無論是低層次的本體論層面(如生物化學)，還是高層次的關于信息和本體論的層面，對于研究生物過程而言，沒有哪一種是固有的更為優(yōu)越的。關于細胞和多細胞現象的正確的高層面的信息，沒有必要一定要被還原成更低層面的本體論視角。很多情況下，高層面的系統(tǒng)知識反而能夠幫助我們限定研究的搜索空間，促進我們去理解更低層面的生物過程。因此，對于一個系統(tǒng)不同層面信息的理解，能夠使我們獲得更多、更全面的關于該系統(tǒng)的知識。

    所以，在細胞或者多細胞系統(tǒng)的層面，中心法則可以被簡單的描述為：基因組→蛋白質組。我們也沒有必要必須將其還原到DNA轉錄和翻譯的層面。

    4　結語

    隨著分子生物學的發(fā)展，其理論在不斷地遠離經驗。在這樣的一個背景下，如何去構造、理解和解釋分子生物學，語義分析成為一種十分重要的科學方法。首先，“語義分析方法本身作為語義學方法論，在科學哲學中的運用是‘中性’的，這個方法本身并不必然地導向實在論或反實在論，而是為某種合理的科學哲學的立場提供有效的方法論的論證。”[9]“語義分析方法在例如科學實在論等傳統(tǒng)問題的研究上具有超越性，在一個整體語境范圍內其方法更具基礎性；其次，作為科學表述形式的規(guī)則與其理論自身架構是息息相關的，這種關聯(lián)充分體現在理論表述的語義結構之上，對其邏輯合理性的分析就是對理論真理性的最佳驗證；第三，生物學理論表述的多元化特征使得語義分析應用更加具有靈活性。”[10]

    正如中心法則，其語義的實現無法脫離其整個理論的語義結構。在整個理論中，每一次結構的上升或者下降，都會帶來其代碼的語義調整。同時，生物體是一個多層次的、有組織的、結構復雜的系統(tǒng)，在這個不同層次被組織的復雜系統(tǒng)中，任何一個代碼的語義都會由于其指稱實體所處的本體論、功能及組織層次的不同，而產生不同的語義聯(lián)想意義。因此，對中心法則進行語義研究是有益于其意義澄清及理論分析的。然而，這種語義研究應該在分子生物學發(fā)展的縱向語境下進行。因為，中心法則的語義變遷正是在分子生物學縱向發(fā)展的語境化與再語境化得過程中實現的。同時，我們也只有在某種特定的語境下對中心法則進行語義解釋，才不會導致其語義的局限性。

篇10

關鍵詞:分子生物學；食品；微生物

1分子生物學的概念闡述

分子生物學作為一種基礎性學科，將分子作為一種物質來研究生命的相關現象，比如構成細胞的物質，能夠發(fā)生何種物理和化學變化。在進行探究的過程中，這種學科代表了人們由探究生命的出現和進化，可以得到生命所表達的重要意義。

2分子生物學在食品微生物檢測中的應用意義

分子生物學的各項研究成果已經滲透進了人們的實際生活中，而且起到了促進社會發(fā)展，和為全世界解決實際問題的作用。比如將酶催化產生的反應和原因運用到各類化學工業(yè)活動中，人工進行酶的模擬并生成新的催化劑，不僅能針對性地解決問題，還可以在化學工業(yè)領域領導新的革命。除了在化學方面有所益處，對食品安全方面也有巨大意義，它能夠更新微生物檢測技術，提升了食品安全，保障了食品加工過程中產品的質量和人的健康。

3基于分子生物學方法的食品微生物檢測技術研究

3.1以電泳為主導技術的DNA圖譜技術

由于排列順序不同的DN段會在變性劑濃度不同的情況下發(fā)生改變，利用不一樣的解鏈行為，使排列順序不同的DN段會停留在不同位置的凝膠上這一特性，提出了DGGE技術來檢測核酸序列，在被變性劑染色成功后，會在凝膠的各個位置上出現條帶狀物體。這種技術已經被越來越多相關企業(yè)運用，進行食品微生物的抽離或測定，檢測微生物的數量等。J.Theunissen和T.J.Britz等人2004年在南非對含益生菌對食物進行了DGGE技術檢測[6];MilicaNikolic等人則在南非自制的山羊奶干酪中進行了PCR-DGGE檢測。在DGGE之后出現的NA指紋圖譜技術，也叫做溫度梯度凝膠電泳，不同于DGGE的凝膠中使用尿素和甲酰胺濃度梯度的方法，溫度梯度凝膠電泳使用了溫度梯度和在引物的5′端增加3050bpGC片段的新技術。這種新的方式可以有效地統(tǒng)計出某一區(qū)塊內，微生物的數量和品種，還可以檢測出其他未知的腸道細菌，雖然Zoetendal等人已將這項TGGE技術運用在了人糞樣微生物的探究分析中，但是針對食品的運用還很少。

4隨機擴增多態(tài)DNA技術(RAPD)

通過將隨機的引物進行PCR反應，并加重靶細胞DNA的比例進行分析，這一方法被稱為RAPD分析，它能夠讓研究人員了解DN段的大小和數量，再根據DNA在不同基因組中的差異做出判斷。這種方式能夠將全部DNA基因定位成目標對象，可以辨識極小的差別，非常適合運用在研究成果少，特點不明顯的或是DNA序列不凸顯的真菌和乳酸菌的研究中。G.Spano等人利用RAPD-PCR技術發(fā)現了隱藏在紅葡萄酒中的植物乳桿菌，Walczak等人利用RAPD分析法得出了非生產用酵母菌株與標準清酒假絲酵母菌株具有相近的遺傳特質。此外，針對葡萄球菌、大腸埃希氏、沙門氏菌和志賀氏菌等研究，都采用了這種技術方法。

5基因探針檢測方法

1968年，華盛頓卡內基學院的Britten等人研究提出了核酸分子雜交技術，也叫做基因探針技術，這種技術的提出為分子生物學的DNA分析方法奠定了基礎，也成為了全球范圍內被使用最多的分子生物學技術?；蛱结樖且环N具有特定標記的基因碎片，具有檢測功能的原理是采用了堿基的配對，通過退火讓兩條互補的核酸單鏈成為雙鏈。這種檢測技術可以用來檢測食品微生物，具有方便快捷，直接有效的特點，使食物免遭致病性微生物的損害。病原體其本身具有特殊的核酸碎片，利用已經做好分離和標志的核酸探針，將與需要檢測的樣品結合過的標記物進行監(jiān)測，如果檢測的樣品中本身就有確定的病原體，那么探針和核酸序列就會有所結合。這種基因探針檢測技術的優(yōu)勢在于，能夠非常靈敏地檢測出不同，而且還具備了組織化學染色的特點，即可被見的特性和可定位的特點，所以能夠檢測出食品中的致病性細菌。就現在來說，世界各地都提出了各種能夠檢測食品微生物的基因探針，比如說Moseley等人提出的生物素標記的沙門菌基因探針，以及Kerdahi等人提出的能夠測試出單核細胞增生的李斯特菌的，來自非放射性DNA探針，還有陳倩等人能夠檢測出ESIEC大腸桿菌的，根據HPI毒力島基因生成的rp－z探針。另外還有已轉變?yōu)樘厥馍唐返幕蛱结樤噭┖?。美國的GENETRAK公司采用特殊的基因探針對沙門菌、李斯特菌和大腸桿菌的rRNA進行檢驗[6]，最后得出了脫氧核糖核酸雜交篩選比色法。主要檢驗方式分為以下幾步:

(1)需要一種與細菌rRNA相反的基因探針和一份完成增菌培養(yǎng)的樣品，細菌溶解之后與帶有熒光素標記的探針互相雜交。此時樣品中存在靶細菌rRNA，則帶有熒光素和多聚脫氧腺嘌呤核苷酸(polydA)的探針互相雜交將成立。

(2)將包被多聚脫氧胸腺嘧啶核苷酸(polydT)的固相載體測桿與雜交溶液反應，如果polydA和polydT間的堿基出現配對，那么雜交核酸分子就被固體載體獲得，并將這種分子培養(yǎng)在辣根過氧化酶－抗熒光素接合劑中，使探針上的熒光素與結合劑溶合。

(3)固體載體首先放置在酶底物－色原溶液，再由辣根過氧化酶與底物反應，最后用酸終止，在450nm處計量吸光度的多少，就能確定樣品中是否存在靶細菌。

6基因芯片

上世紀90年代中期出現的基因芯片技術，也就是DNA微陣列(DNAmicroarray)，使用微加工技術構建出能將人工產生的基因片段，緊密結合的、排列有序的出現在硅片等載體上。再根據被熒光檢測系統(tǒng)掃描過的，和標記樣品雜交后的芯片，利用計算機進行分析檢測，得出定性、定量的結果。由于基因芯片技術能夠高度地自動處理大量信息，所以能夠快捷準確地檢測食品安全。運用基因芯片技術進行病原體檢測的有:Berger等人進行的12株嗜酸乳桿菌檢測;Wang等人進行能夠具有超強特異性和靈敏度的肺炎鏈球菌檢測;高興等人對痢疾志賀菌、鼠傷寒沙門菌、金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌、肉毒梭菌、肺炎鏈球菌、布氏桿菌、嗜肺軍團菌等16種病原細菌進行檢測。但就目前的技術來說，基因芯片的應用還不夠完善，首先，基因芯片所需的設備價格不低，制作成本很高，普通實驗室沒有足夠的經濟能力可以負擔。其次，基因芯片的特異性還不夠明顯，假陽性和假陰性會對實驗結果的精準程度產生影響。最后，基因芯片技術在進行過程中，各項數據和參數還沒有形成統(tǒng)一的標準，對可重復性會產生影響。只有不斷完善自身解決上述問題，基因芯片技術才能被更廣泛地運用在全世界的各個領域。伴隨著全球食品貿易的發(fā)展，檢測食品病原菌也越來越重要，只有更方便快捷地完成食品安全檢測，將分子生物學的檢測方法運用于日常生活，才能更好地發(fā)揮這項學科的魅力，研究出真正實用的食品病原微生物快速檢測方法。

參考文獻

[5]陳倩,程伯琨.基因探針檢測食品中具有HPI毒力島的ESIEC大腸桿菌[J].食品科學,2000,21(7):35．