夜上海论坛前言:我们精心挑选了数篇优质分子生物学的概念文章,供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发,助您在写作的道路上更上一层楼。
【关键词】医学;高等院校;中医专业;医学分子生物学;教学;实践
1教材的选择
教材是体现教学内容和教学方法的知识载体,也是教师授课的重要依据和学生学习知识的工具,因此选择合适的教材是教学过程中非常重要的环节。在开设中医学专业医学分子生物学课程时,我们选择了供中医药类专业使用,由唐炳华,王继峰主编,中国中医药出版社出版的《医学分子生物学》作为教材。该教材承接医学院校生物化学的夜上海论坛教学内容,深入和系统地介绍分子生物学的理论、技术和应用,注重与基础医学和临床医学的结合,符合中医学专业学生医学分子生物学教学的实际情况,增强了教学效果。分子生物学是一门现代生命科学领域中的前沿性学科,新知识、新理论、新技术层出不穷,发展成果日新月异。因此如何借助现代化的教学设施将基础性的教材内容与最新研究成果的补充增添内容融为一体,是教学改革的主要内容[5]。近年来,以新一代基因测序技术为代表的高通量分析技术,极大地推动了分子生物学的发展,组学以及大数据分析的技术手段为分子生物学的研究提供了更丰富的信息和更广阔的视野。这使得现有的教材出现了一定的滞后性,我们根据长期教学和科研工作的经验体会,编写了针对高等医学院校学生医学分子生物学的专业授课为明确对象的《医学分子生物学》教材。本教材在突出前沿和实用为原则的前提下,缩减了同类教材中普遍出现的与技术细节相关的大篇幅内容,而对理论和原理部分进行了扩展与强化;注重讨论与疾病和临床案例或相关问题的联系;根据对分子生物学发展趋势的把握,尝试了对系统生物学等前沿领域的介绍[1]。目前,该教材已经在本校医学各专业使用了近1年,取得了良好的教学效果。
2教学内容的优化
医学分子生物学课程的概念抽象,内容繁多、新概念、新技术及新进展不断涌现。在有限的学时内,合理安排教学内容、根据学生专业的特点优化教学内容、注重理论知识及技术相互渗透,并兼顾新知识的传授,是取得良好教学效果的关键。配合新教材的内容,重新修订了大纲和教案,精选了7个专题,以“基因与基因组”,“基因组稳定性与DNA损伤修复”,“基因表达的表观遗传调控”作为学生学习分子生物学理论知识的基础;随后通过“基因结构分析的基本方法”,“基因克隆与基因体外表达”介绍多项分子生物学中重要的实验技术;与医学紧密联系的“肿瘤分子生物学”;包含近年来分子生物学前沿知识的“生物组学与研究方法”。确保课程内容既丰富全面,涵盖基本理论与基本技术,又避免重复,还具有前沿性。
夜上海论坛 3教学方法的多样性
夜上海论坛 医学分子生物学课程的特点决定了必须采用灵活多样的教学方法才能达到良好的教学效果。
3.1利用多媒体教学的优势
医学分子生物学课程中有很多需要掌握的概念、原理和技术,传统教学模式会导致学生感觉学习枯燥,不能深刻理解概念,缺乏学习兴趣。相较于以往传统的板书教学,多媒体形式更灵活、内容含量更丰富,可以通过幻灯片、动画、视频等更加直观形象地呈现,利于学生在有限的时间内获得更多的信息量[6]。例如在讲授聚合酶链式反应(PCR)技术的基本原理时,仅有文字描述,甚至示意图都不能让学生很好的理解PCR技术是如何把目的基因扩增至100万倍的,在讲解原理后配合PCR扩增的多媒体动画,生动形象的展示PCR在每一轮循环中DNA新链合成的过程,数目变化,最终是如何达到100万倍的。这样就使抽象的理论知识变得具体化,加深了学生对概念的理解和记忆,提高了学习兴趣。
夜上海论坛 3.2注重学生知识体系的建立
夜上海论坛 分子生物学的理论知识与基础医学各个学科如生理学、微生物学、免疫学、病理学、药理学以及临床各学科都有广泛的联系,相互交叉与渗透。所以要透彻理解分子生物学的理论精髓,必须将这些相关学科的基本原理有机地贯穿到相应的原理和概念中去。在医学分子生物学教学过程中注重之间的相互联系,例如核酸分子杂交技术涉及生物化学课程中讲过的核酸分子重要的特性即:核酸的变性和复性。我们在讲授核酸分子杂交技术之前会带着学生复习核酸分子变性和复性的概念,然后引出核酸分子杂交的概念,再进入核酸分子杂交技术的介绍。这样既巩固了学生已有的知识,又由浅入深地理解和掌握了新知识,使学生的知识体系跨越学科的界限相互联系在一起。
3.3突出分子生物学技术在中医药学研究中的应用
夜上海论坛 近年来,运用分子生物学相关知识与技术研究中医学已经在国内外广泛开展,目前的研究成果多集中在中医基础理论、中医辨证论治学说、中药临床应用、中医临床研究等方面,对推动中医理论向现代化迈进有着重要的意义[7]。中医药专业学生的生物学知识背景相对薄弱,因此在教学过程中需要考虑到学生的知识体系、兴趣以及中医药专业人才的培养需求,针对性的进行讲授[8]。在给中医专业的学生讲授医学分子生物学课程的过程中,我们注意在医学分子生物学理论和实验技术的讲解过程中穿插中医药研究中实际案例,如在讲解限制性长度多态性(RFLP)技术时,引入科学家利用PCR和RFLP技术作为分析手段对黄芪亚族和甘草亚族亲缘关系的研究。在讲解人类基因组学和蛋白质组学的研究成果时,介绍利用蛋白芯片技术来鉴定中药品质、分析中药成分;利用基因芯片技术研究中药治疗前后疾病相关基因位点的变化,筛选中药作用靶点。一方面激发学生的学习兴趣,开拓了视野,另一方面让学生认识到学习和掌握分子生物学理论和技术的重要性。
夜上海论坛 4提高学生的综合素质
时代的发展对分子生物学教学不断提出新要求,对专业人才知识结构和能力素质也提出了新标准,迫切需要培养创新型高素质人才[9]。因此,针对当前中医专业学生的特点,培养学生在基础研究、临床实践中应用医学分子生物学知识分析问题、解决问题的能力,可以为今后学生科研选题或从事这方面的工作打下良好基础。此外,我们还鼓励有能力的学生阅读相关英文专业书籍、和专业文献;参加海内外相关领域专家所做的学术报告,增加学习兴趣和热情。
1.基本概念很重要
夜上海论坛 分子生物学中有很多名词会让初学者感到不可理喻,有的学生即使对其有专业感觉也很难把它说清楚,这直接导致学生分子生物学学习障碍的产生。所以老师要做的第一件事就是向学生教授概念,澄清概念和鉴别概念。(1)教授概念如果这个概念是学生在其他科目中没有接触到的全新概念,老师就需要对其给出一个鲜明准确的定义,这点是每个老师都应该做到的,比较常规,此略。(2)澄清概念主要指的是帮助学生理顺概念间的相互关系。例如:染色体,染色质,核小体,螺线管,超螺线管,DNA(RNA),蛋白质这一组名词,我们应该掌握他们的内在联系。染色体是由DNA(RNA)和蛋白质组成的。染色体的基本组成单位是核小体,一个个核小体成串排列在染色质细丝上。核小体是DNA(RNA)缠绕在八聚体蛋白被压缩成1/7的结果,核小体缠绕成螺线管又压缩了1/6,进一步压缩成1/40的超螺线管,超螺线管再压缩到1/5成为染色单体。可以看到染色体,染色质,核小体,螺线管,超螺线管的组成都是DNA(RNA)和蛋白质,只不过在不同情况下存在不同形态而对应不同名称而已。对于很多同学来讲,这种概念的澄清是非常必要的。(3)鉴别概念刚才说的是同一物质不同形态的名称问题,这里指的就是完全一样的内涵对应不同名字的问题。例如:在真核生物基因表达调控内容中,通用型转录因子与一般辅助因子,同源域与同源盒等等,虽然说法不同但表示相同的内容。这些情况如果老师对学生缺乏交待,会造成大部分学生概念认识上的混乱。如果在分子生物学授课过程中能够使学生对基本概念有一个清晰明确地认识,后续的教学任务才有望顺利完成。
2.建立知识体系
夜上海论坛 以比较权威的分子生物学教材——北京大学教授朱玉贤的《现代分子生物学》——为例,分子生物学的教学内容分以下章节:染色体与DNA;从DNA到RNA;从mRNA到蛋白质;分子生物学研究法;原核基因表达调控模式;真核基因表达调控规律;疾病与人类健康;基因与发育;基因组与比较基因组学。分子生物学的核心基础知识集中体现在前六部分,后面内容更多的是前面知识的综合运用。当课程进行到真核基因表达调控规律一般内容的时候,笔者会帮助学生回首前面的所有内容,并将其纳入到此为止揭示出的理论框架中来,即真核基因表达调控的核心内容是顺式作用元件与反式调控因子之间相互作用的过程。这说明什么呢?DNA经过转录和翻译生成蛋白质,真核基因表达调控是蛋白质因子与DNA序列间作用,原核生物虽以操纵子为模型来讲述其调控过程,但实际上也是通过蛋白质因子与DNA的作用来完成的。虽然真核生物与原核生物各个方面存在很多不同,但我们看到了其大同的一面,这样我们就可以把有关DNA,蛋白质以及一切从不同角度对真原核生物表达调控进行描述或分类的内容都镶嵌到这个框架相应的位置上。如果学生做到了这一点,他会有豁然开朗,别有洞天之感,分子生物学理论学习道路上的一切阴霾就此消散。至于基因治疗,发育生物学,免疫学等是在此基础上结合其他课程内容,对分子生物学知识的综合运用,研究方向相对独立,只要学生有了前面的知识框架基础,再来看这些内容,会多少找到用公式原理解应用题的感觉。在笔者的分子生物学理论教学过程中,一直把知识体系的建立放在重中之重的位置,这比要求学生掌握很多细节知识更重要。
3.培养学生用哲学方式看问题
关键词:分子生物学;教学改革;经验介绍
夜上海论坛 中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)31-0176-02
分子生物学主要研究DNA的复制、转录、蛋白质的翻译及其相关调控规律的学科,它是高等学校生物相关专业开设的核心课程之一。虽然分子生物学是近二十年才被写入高校生物类及相关专业本科及研究生培养大纲,但是分子生物学已成为生物类等很多专业的核心专业课程之一。分子生物学理论和实验结合最紧密的课程之一,不但是生物科学和其他生物技术专业的基础课,而且广泛应用于生命科学实验的各个领域。分子生物学这门课程内容繁杂,微观概念繁多,并且其理论体系演变发展很快,也对其课程教学带来了巨大的挑战。
夜上海论坛 笔者长期从事分子生物学课程的理论和实验技术的教学工作。在教学过程中,结合该课程微观概念繁多、抽象性强等特点,从教材的选用、内容、以及教学方法等几个方面进行了探索研究,并取得了一些成效。以下对教学改革的几点措施以及体会和认识进行具体的描述。
一、精心选择有关教材和参考书
夜上海论坛 教材是学生“学”和教师“教”的过程中的基本资料,市面上关于分子生物学的教材十分多。由于分子生物学所包涵的知识面十分广,在编写教材时有不同的侧重点,因此选用一本合适的教材十分重要。通常要求教材既能涵盖分子生物学基本概念与基础知识,同时又能反映学科的发展动态,体现学校的办学特色。分子生物学是我校较早实行双语教学的课程之一,根据学生的实际水平选择了科学出版社影印出版的英国经典分子生物学教材《Molecular Biology》(Turner)。本教材按主题,采用言简意赅的语言和简明清晰的图表,系统概括了分子生物学的核心内容、主要技术及前沿动态。而且,此教材有中文译本,可以帮助学生快速准确获得信息,十分适合作为双语课程的教材。
夜上海论坛 二、优化教学内容
由于目前大多数生物学课程,如遗传学、生物化学、细胞生物学等都进入了微观分子时代,因此均增加了蛋白质、核酸、基因表达调控等基础知识的讲解。这使得学生对开设在高年级的分子生物学有一些似曾相识的感觉。这虽然有助于学生对分子生物学的理解,但是也会使学生感觉好多内容是对前面的复习,出现厌学情绪。针对这种情况,我们邀请遗传学、生物化学、细胞生物学等可能涉及分子生物学内容课程的主要负责人,认真讨论,优化了各自的教学大纲,在保证课程内容完整性的前提下,尽量压缩分子生物学的相关内容。对于教学过程中,生物化学、遗传学和遗传学中必须出现的分子生物学内容,如蛋白质核酸的结构与组成,采用分组讨论的方式进行自学,调动学生的学习积极性,因势利导,使学生对所学知识能够更加理解,对所学知识的记忆和理解能够进一步加深,为以后对相关知识点的学习打下良好基础。与此同时,这既节约了教学时间,又不会再出现与遗传学和生物化学有相同内容的重复教学问题。这样,一方面对分子生物学的教学重点进行了明确,另一方面又突出了分子生物学的教学特点,即以遗传学和分子生物学为基础,保证了教学课程的系统性和完整性。
夜上海论坛 三、合理使用多媒体课件
分子生物学理论课教学内容多,而且抽象,因此学生很难熟练掌握和理解。另外,分子生物学又有着很强的技术性。其原理十分复杂、难度高,很难进行试验操作且成本很高,这样可以利用教学课件中的相关图像及动画来进行演示,提高学生的学习兴趣。教师还可根据学生的个性特点以及接受能力来选择合适的多媒体课件配合内容的讲解,文、声、图、像并茂的新闻课件能够从多个角度分层次地展现教学内容,使学生更加容易理解相关知识,从而提高教学质量。美观清晰的多媒体界面,逼真的动画模拟更加方便教师在教学过程中的使用。通过多媒体向学生提供信息,是对学生进行多种感官的综合刺激,在获取信息的过程中,学生通过听觉、视觉等多方面的并用,更加容易使学生在学习中进行想象和创新,提高学生的学习积极性和创新能力。
但是,在教学过程中使用多媒体时,应注意它只是一种教学手段,是为教师的教和学生的学服务的。教师不能一味地让学生时刻跟着多媒体,只是做一个多媒体的操作员。所以,在多媒体教学过程中,教师要把多媒体当一种教学辅助手段,同时要注意给学生思考和讨论的机会和时间,培养学生的创新思维,重视学生的主体地位。
夜上海论坛 四、剖析经典实验
夜上海论坛 分子生物学是所有生物学学科相关课程中,最注重实验研究的课程之一。目前,现代分子生物学的理论发展的过程,实际上是前人大量实验发现的科学阐述集合,比如转座子的发现、RNA干扰现象及其机制的发现等。这些设计巧妙的实验,有着严谨的论述,其中的一些研究方法如今仍然在分子生物学的研究中广泛应用,如RNA干扰。这些经典实验过程本身就是一个科学故事,在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣,其实验设计可以启发学生寻找解决问题的方法,也可以帮助学生在专业课程的学习中了解研究方法,从而加深对相关理论知识的理解和掌握。
夜上海论坛 同时,分子生物学本身仍在不断地完善当中。相关的知识内容、发现和研究方式方法日新月异。如对非编码RNA的研究已经成为目前对分子生物学进行研究的特点。将用故事的相识对非编码RNA的研究历史进行讲述,进而采用启发的方式对学生进行引导,讨论在研究中对这一作用的应用。这样的起发过程,可以增加学生对现代生物学研究中理论与技术相互促进发展的理解,激励他们对已学知识的充分思考,建立基础研究与社会应用之间的联系,提高学生的创新能力和学习积极性。
五、利用科研实例剖析重点难点问题
分子生物学虽然理论很高深,但是它却被广泛应用于各种领域。特别值得一提的,如今各高校的教师有着较高的学历和丰富的科研经历,能够在教学过程中融入实际的科研案例。在教学中对书本知识进行传授的同时,为学生讲解讲授一些在实际工作中应用理论知识的实例,对学生知识的灵活运用能力的提高有很大帮助,可以为他们今后的工作和实践奠定基础。从课堂教学效果来说,有助于激发学生的学习积极性,并增强他们对重点知识的掌握理解。除此之外,也有助于提高学生对所学知识的应用能力,为以后的工作和实践奠定基础。
夜上海论坛 如可能的话,教师可以介绍自己研究团队的一些有趣的研究。比如笔者所在的团队,是搞泌乳调控机制的研究的。首先,向学生简单介绍研究泌乳调控机制的背景(泌乳对母亲和婴儿的重要作用)。我们在研究过程中发现一个小RNA对泌乳调控有重要作用,它可以影响乳蛋白的合成。进一步向学生介绍这个实验的设计思路,研究过程中所采用的试验方法。这种讲解,可以使学生对小RNA有深刻的印象,大大激发他们的科研兴趣。
六、实行双语教学
分子生物学,可以说是发展最快的生物学领域,因此分子生物学课程内容相应地也在迅速更新。大多数分子生物学的新发现,主要以英文论文形式发表在各种期刊杂志及其他媒体上。这要求教师不光要给学生讲授分子生物学的理论内容,同时还要培养学生通过英文杂志媒体了解、掌握分子生物学的前沿进展。双语教学在分子生物学教学过程中体现了很大的优势。我校分子生物学课程组自2004年起开始了双语教学的尝试,积累了一些经验。首先,在教材方面,我们选用了内容简洁的英国经典分子生物学教材《Molecular Biology》(Turner)。该教材涵盖了分子生物学绝大多数的基本知识点,且篇幅较短,特别适合本科生使用。第二,在教学方法方面,采用循序渐进、分步实施的办法。即开始是中英文对照,逐渐改为全英文,让学生逐步适应,减少因畏惧产生厌学。教学过程中,采用多媒体教学手段,教学课件中尽量多选用形象、精美的图片,将高深的抽象概念转变成直观的图像、动画,调动学生的学习积极性。注意搜集国外分子生物学视频,特别是一些标准英文配音的动画视频。这些动画视频形象地把一些分子生物学过程展示给同学,极大引起学生的兴趣。视频所配的标准英文介绍,可以帮助学生纠正一些专业词汇的正确读音,演示后,教师加以中文解释可进一步加深学生对相关知识的理解。
参考文献:
夜上海论坛 [1]王子健,张超,刘群红.生物化学和分子生物学课程整合的教学探索[J].基础医学教育,2011,13(12):1061-1063.
[2]Weaver.R.F.分子生物学[M].郑用琏,译.北京:科学出版社,2010.
夜上海论坛 [3]谢兆辉.小RNAs作用机制的研究进展[J].遗传,2009,31(12):1205-1213.