细胞生物学研究的主要内容范文

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篇1

[关键词]细胞生物学；医学检验；实验教学；教学改革

[作者简介]黄蕾（1983—），女，江苏赣榆人，本科，实验师，研究方向为实验教学；王芳（1974—），女，江苏扬州人，博士，教授（通信作者），研究方向为免疫学。

[中图分类号]G640[文献标识码]A[文章编号]1674-9324（2020）37-0383-02[收稿日期]2019-12-17

细胞生物学作为当前生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科之一，细胞生物学的研究方法、技术在医学基础科学研究中处于重要的地位[1]。南京医科大学医学检验技术专业在基础医学阶段开设了细胞生物学这门课程，侧重讲授了细胞生物学理论知识，然而在专业课学习阶段，很多学校并没有开设细胞生物学实验技术这门课程，大多数高校认为细胞生物学实验技术对于临床常规检验工作无直接关联，且开设这门课的硬件和软件要求都较高，对于本科阶段的学生没有开设的必要性。

南京医科大学医学检验学系自2001年招收本科生以来，一直关注学生动手实践能力的训练，拓展学生的知识面和毕业后的就业广度。在此过程中，我们发现越来越多的学生对科学研究充满兴趣，本科毕业后进入科研机构、研究室以及升入硕士研究生阶段的学生比例逐年递增。细胞生物学实验技术是一门与生命科学密切相关的基础研究手段，因此，我们认为开设细胞生物学实验技术这门课很有必要，并且在专业发展的十几年里不断学习，总结经验得失，改革教学的内容与形式，使得课程设置更具有科学性，让学生在最精简的课时里获得最优化的教学效果。

一、改革经验

本学系自设置细胞生物学实验技术课程后，经过十几年的教学实践和探索，总结出以下几方面的教学经验：

（一）教学模式的改革，培养学生的科研思维

运用科研思维可以让学生更深入地了解科学，增加学习热情，明确发展方向，提高教学效率，让实验内容由验证型向研究创新型转变[2]。本学系实验室是“江苏省医学检验学实验教学示范中心”“中央与地方共建高校特色优势学科实验室”及“江苏省高等学校特色专业建设点”，不仅承担本科生的实验教学，还承担了硕士、博士研究生的科研培养。同时，本学系采用的是“系科合一”的模式，即医学检验系设在南京医科大学第一附属医院医学检验学部，检验专业主干课程的老师多来自临床检验一线医生和技术人员，师资力量雄厚。但是考虑到每年的本科生人数较多，而传统意义上的大课教学特别是实验教学无法兼顾到每个学生，不利于引导和挖掘在本学科上有特长的学生。因此，我们在教学模式上进行改革，将本科生教学和研究生教育结合起来，相互促进。具体做法：将本科生划分为每四人为一小组，让硕士研究生以教学助教的身份参与到实验课带教中，形成一个学习小组，指导本科生查阅细胞生物学技术方面的文献，指导学生实验操作，引导学生的科研思维。研究生在助教的过程中也得到了锻炼和成长，促进教学相长。

（二）以细胞培养技术为主体的实验课内容改革

细胞培养技术是细胞生物学研究的基础，因此我们将细胞培养技术作为细胞生物学实验技术实验课程的主要内容。我们在多年的教学过程中，根据学生的反馈以及相关学科的融合，不断改革与调整课程内容，形成了现在的实验教学课程体系。在此体系中，包含了细胞提取、培养、换液传代、冻存复苏、细胞融合和单抗制备技术，由浅入深展开，有助于学生以后在科学研究方向的发展。

（三）建立细胞生物学实验技术特色的考核评定模式

实验考试是考核学生掌握实验知识与技能的一种手段，是检查教师教学工作、了解教学成果、总结教学经验、改进教学方法的一个重要途径[3]。以往的实验教学考核主要根据最后一次的实验考试成绩及每次实验报告分数来评定，导致难以调动学生的学习积极性与主动性，并且一次考试的成绩存在偶然性，不利于考查学生对知识、动手操作技能的掌握程度。因此，我们采用“全程考核”的模式动态考核学生的学习成绩，这样的考核模式更全面客观，更具公平性。具体做法：将实验考核成绩分为三个部分，第一部分，以学习小组为单位，由研究生助教根据每位小组成员在每次课程学习过程中的表现打分，再结合每位成员的细胞生物学方面的文献汇报评分，最终评定一个分数；第二部分，分为实验理论知识答题和实验技能考核两个部分。以随机抽题的方式回答两个问题，老师根据学生的回答情况评分。同样以随机抽取的方式让学生抽取一个实验操作试题，老师根据学生实验操作的流程是否规范以及操作的手法是否流畅来评分，最终将这两个分数汇总评定为实验考试分；第三部分，学生平时表现分，包含考勤、课堂回答问题、动手操作情况及实验报告评分等。汇总这三部分的考核分即为学生的实验课成绩。通过多样式的考试模式，能较客观地反映学生的学习成效，调动了学生的自主学习兴趣，同时也丰富了教学形式，课程中充满了挑战和趣味性，学生对我们的课程反馈良好。

二、改革成效

我们在数年的教学过程中不断总结，在教学改革中取得了一定的成果。我们以细胞培养技术为切入点，让参加的学生参与导师的课题研究，这样的形式非常有助于我们发掘科研的好苗子，近年来我们有多名学生在本科阶段申请到学校《大学生创新实验》课题项目，发表SCI论文以及获得发明专利，取得了许多教学成果[4]。我们的本科学生经过训练，在研究生招生面试中更具竞争力，近年来保研、考研的人数逐年递增，导师们对学生评分很高。

三、改革方向

通过多年的努力，我们在课程教学改革中取得了一定的成果，未来我们将在以下几个方面推进教学改革。

1.针对课程内容较单一现状，将进一步提高实验课时比例，而理论课课时的不足将通过引导学生上网课、微课以及开选修课的形式来补充。

2.与学校医学模拟中心合作，尝试开展新型的虚拟实验的教学形式，便于我们开设那些现有实验室条件下无法开展的实验课程，丰富我们的教学形式和教学内容。

3.通过调查发现，本专业细胞生物学实验技术这门课各高校开展情况不同，并且缺少统一的教材，我们希望推广这门课，并联合其他院校一起制定适合本专业的材。

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关键词 动物细胞工程 教学 兴趣教学

中图分类号：G424 文献标识码：A

Interesting Teaching of Animal Cell Engineering

XU Yipeng

（Zhejiang Biometric Quarantine and Inspection and Technology Laboratory，

College of Life Sciences， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract Based on the development of modern cell biology and technology of an emerging discipline， animal cell engineering is a course that closely integrate theory and practice and that plays an important role in the curriculum of life sciences in institutions of higher learning. This article discusses how to improve the students' interest in the animal cell engineering course， in order to provide a reference for the teaching reform of the animal cell engineering course.

Key words animal cell engineering； teaching； interesting teaching

细胞工程是指按照一定的设计方案，通过在细胞、亚细胞或组织水平上进行实验操作，获得具有目的性状的细胞、组织、器官或者个体的综合性生物工程，是理论与实践相结合的典范，在现代生命科学的研究中，细胞工程是生物技术应用于产业一个技术公用平台，代表着现代生物工程最新的发展前沿，在医药、食品、农林等各领域发挥着越来越重要的作用，在高校生命学科及相关学科的课程设置中占有重要地位。动物细胞工程是细胞工程的重要组成部分，主要内容包括：细胞培养、细胞融合与单克隆抗体、胚胎工程、干细胞与组织工程、核移植技术与动物克隆、转基因动物与动物生物反应器和动物染色体工程等。通过学习动物细胞工程这门课程可以为学生今后从事与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。通过近两年的教学实践和改革，笔者就如何应用兴趣教学法提高学生学习效率和教学质量进行探讨。

1 合理定位课程，让学生充分认识到本课程的重要性

我校动物细胞工程这门课程是在第6个学期开设，学生已经完成对生物学导论、动物生物学、分子生物学、细胞生物学等必修课程的学习，这非常有利于学生对动物细胞工程课程中一些知识进行认知结构的迁移。而动物细胞工程在本校既然是选修课程，其教学目的也必然有别于必修课程。因此，教学目的的侧重点不再是让学生掌握一般的概念和原理，而是更多地让学生领悟和学会如何利用所学知识进行创造，让学生充分认识到动物细胞工程并非一门理论性学习为主的课程，而是一门理论和实践结合非常强的课程，是一门学好可以走向工作岗位的课程。笔者认为，在教授此课程时，需紧紧围绕细胞水平的技术创新和技术应用为中心，联系现代生物技术产业，使学生了解动物细胞工程各主要技术领域的原理和方法及其应用。

2 上好第一节课，吸引学生眼球

上好第一节课，也就为本课程的整个教学过程定下了基调。第一节课的内容无非是绪论部分，大多老师可能会对本课程的发展、地位等娓娓道来，但是却不能引起学生的兴趣，笔者尝试提问式教学代替讲述式教学收到了良好的效果。比如在讲述动物细胞工程的研究领域时，笔者就在教学PPT中列出“多莉”羊、 “人耳鼠”、“试管婴儿”、发光猫等图片尝试让学生对位入座，以激起学生的兴趣。

3 紧跟时代步伐，更新教学内容

目前细胞工程相关的教材有安利国版《细胞工程》（科学出版社）、杨吉成版《细胞工程》（化学工业出版社）、李志勇版《细胞工程》（高等教育出版社）、庞俊兰版《细胞工程》、叙永华版《动物细胞工程》等，笔者所用的参考教材是安利国版《细胞工程》。虽然相关教材众多，但生物技术发展日新月异，教材的更新速度根本无法赶上，因此，必须及时查阅相关文献或信息，传授学生最新的知识。比如讲解胚胎工程可引入人类早期胚胎的成功培养；讲到转基因动物可引入中南大学的“供体猪”；讲到干细胞可以引入“人工肾”等。

4 以社会问题或社会需求为切入点传授理论知识

单纯理论的讲课效果，或者先理论讲解再到实际应用讲解的效果其实并不如从实际需求到理论讲解的效果好，因此笔者在讲解每个章节时尽量先引入社会问题或社会需求再来讲解理论知识，这样一来，学生课上的专注度明显提高，收到的讲课效果也非常好！比如在讲解细胞融合与单克隆抗体这章时，笔者就抛出杭州下沙企业期望与浙江高校合作解决的一些项目，其中就有不少抗体制备技术，这即刻引起学生的关注；比如在讲解干细胞这章节时，引入 “儿子严重烧伤 父亲拒用麻药割皮救子”的新闻事件，让学生重视干细胞研究的重要性；在讲解胚胎工程时，引入广州“代孕事件”。

5 合理利用多媒体技术

动物细胞工程是一门综合性很高的课程，传统的“粉笔+板书（或PPT）”的方式已经难以满足新形势下对这门课程教学的要求。现代教育技术在高等院校中已得到普及应用，通过多媒体技术，我们可以给学生展示除课本外更多的图片和视频信息，甚至可以直接在上课时在网上搜索相关信息给学生看。这些多媒体技术的应用在提高学生学习兴趣的同时，可以发散学生思维，不但可以补充书本内容，也可以提高学生对书本内容的学习效果。比如在讲解实验室的安全性时，可引入电影《生化危机》片段；在讲解细胞融合时，可引入《杂交》这部电影；在讲解胚胎工程时，可辅以3D动画演示婴儿从受孕到诞生全过程；讲干细胞可引入“八戒的肝救活孙猴子”的新闻。每次课讲授时适当适量适时地引入一些多媒体图片、视频或动画信息，可以在上课之初即刻吊起学生对即将要学的知识的胃口，也可以在课中学生注意力不集中时再次把他们的注意力拉回来，多媒体图片或视频可以说是调动学生学习兴趣的一把利剑。但是这把利剑不能过度应用，否则就主次不分，学生把握不住重点，效果就会适得其反。

6 在讨论中实践实验

笔者所授的动物细胞工程有8个学时实验，实验内容为细胞培养的基本过程，基本为验证性实验，但这并不妨碍学生对知识的学习，这主要在于讨论式学习的引入。实验课之前，笔者在课堂上放映培养基过滤操作视频、细胞原代培养操作视频、小鼠心肌细胞培养操作视频等，让学生思考视频中实验人员的操作规范问题，让学生知道实验操作中的注意事项及其对实验结果的影响。在实验课中，引导学生对比实验前后结果，得出自己的结论，比如在做细胞培养基过滤实验时，教学生用倒置显微镜观察未过滤培养基的受污染情况，判断污染微生物的类型，从而让他们知道正确过滤的重要性以及如何处理受污染的培养基。

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[关键词]：基础生理实验课体系 生理信号分析与处理 研究性教学 考核评价体系

[中图分类号] TH79 [文献标识码] A

一、 引言

依据高等教育内外部环境的诸种变化，以及国家自主创新对于创新性人才培养的要求，在“卓越工程师”培养的教育理念指导下，通过对学生知识、能力与创新要素的综合分析研究，本文提出构建一种以学生为中心，以满足创新型人才培养的个性化需要，利于学生自主学习为目标的多模式开放型实验教学体系。该种实验教学体系对创新型人才培养的推动作用主要体现为实验教学的多模式化组织以及综合性开放式实验考核评估2个方面。

生物医学工程及相关仪器专业的学生在实验技术上应培养具备生物医学信息采集、传输、处理、分析新型生物医疗电子、信息与仪器等硬件知识、并具备较强的医学应用软件设计、开发的能力，能够将信息技术与医疗管理、医疗服务有机结合的高级医学信息技术人才。因此在课程内容安排上做到面和点的结合，既要保证知识面广，同时要重点突出。但现状是生物实验与仪器等软硬件平台的挂钩程度不够。目前生物学实验一方面主要涉及以细胞等微观生物信息为主的实验数据，主要以细胞生物学、遗传学、解剖学为代表；另一方面涉及以人体生理信息为主的宏观生理信号为主的实验数据，主要以医学仪器相关实验为代表，均以单一化实验结果作为实验考核依据，限制了学生主动性和创造性的发挥。所以生物学实验需要结合自身的教学经验，对教学中存在的问题进行逐步改进。通过调整实验内容、改革教学方法、完善考评体系等措施，对于生物实验分析不能以短期实验唯一结果论的定性认识为主，而应该强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式分析，即在侧重得到实验结果的同时，鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台知识，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性。

在以过程化为主的“一问多答”教学模式中，采用启发式的教学方法。教师根据教学内容向学生提出问题，引起学生主动思考，从而变结果灌输式的被动学习为过程启发式的主动学习，加深学生对概念、理论的理解，发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题。而课后的各种实验数据处理结果可以直观地了解教师教学内容安排是否合理，教学效果是否明显，为教学改革提供依据，从而为创新性高素质人才的培养作出应有的贡献[1]。

二、现有模式的现状及改革途径

（一）. 微观生物实验内容由于教学条件等因素的限制，多局限于显微镜使用、或细胞膜通透性等验证性实验，对于推动微观细胞生物学快速发展的新技术新方法，缺少教学资料与手段；同时，人体生理信息等宏观医疗仪器生物实验的测试侧重于对医疗仪器面板的操作和各种简单生理信息的直接获取。

（二）. 实验教学模式单调，难以激发学生的积极性和主动性。现行的实验教学基本都先由学生预习实验指导书，实验仪器设备及试剂都由实验教师提前准备好，学生只要按照实验步骤按部就班地做，最后写出实验报告。这种实验教学模式难以很好地启发学生创造性思维，不利于培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。学生容易无精打采，注意力分散，反应迟滞，多数学生被动应付教师的要求，甚至投机取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化实验；有的课堂学生随心所欲，各行其是，故意捣乱，师生处于一种对抗状况。在这样的课堂环境里，教学任务难以完成，传授知识、培养素质的目标难以实现[2]。

（三）. 实验教学缺乏综合性、设计性，不利于学生综合素质的培养。由于课时安排固定、实验条件的限制，现行开设的实验项目多为验证性实验，实验过程及可能出现的问题基本固定，结果也基本已知，只要按照步骤去做，基本都能达到较好效果。这种模式限制了学生思维，难以达到学生综合素质的培养[3]。

（四）. 实验课成绩评定方式需要进一步完善。实验课程由于其性质的特殊性，往往难以确定完善的考核指标和体系，从而导致学生实验报告书写的工整和完整程度决定了最终成绩，使得最终实验课成绩评定存在一定的随意性，从某种程度上影响了学生学习的动力[4]。

在此评估基础上，应实现的改革途径主要包含以下两个方面：

第一，生物学实验教学鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号特征提取方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势，得到多样化的处理结果，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养学生理论联系实际、独立思考、团队合作、自主创新的科学精神；

第二，通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，创造和谐课堂、完善考核制度等改革措施，发挥实验课的实践性优势，努力营造和谐课堂，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型人才。

三、实验内容改革的模块化设置

（一）修改完善教学大纲，科学合理设置实验内容。

本专业实验本着充分利用现有资源和仪器设备的原则，综合考虑知识的难点和重点调整实验教学内容，以“综合课程设计”的2-3个相互衔接的短学期形式，对原有实验内容进行筛选和整合，依照学生的实验技能发展过程依次开设基本操作实验、验证性实验、综合性和创新设计性实验。以微观生物实验为例，基本操作实验包括显微镜的使用、显微测量、细胞形态观察等内容；设计验证性实验包括活体染色、细胞化学、核酸存在部位及检测方法、细胞膜的渗透压及细胞吞噬作用等内容；设计综合性实验需要在完成基本操作实验和验证性实验的基础上，指导学生查阅实验资料及设计实验方法，合理利用实验室资源，充分利用实验材料来完成实验，如动物细胞的原代及传代培养可作为设计综合性实验内容。相关生物实验进行后，应着重加强特定生物信号与相应软件处理的结合工作。可简单概况为将专业软件类课程打通，开设一门面向专业的软件设计课程，如“生物医学工程软件设计”，或“电子信息技术及仪器软件设计”课程，处理对象可定位为前期获得的实验数据。而以宏观的动物生理数据为例，离体培养的小鸡或蛙心肌细胞信号可通过相关动物实验获得，通过将测试的信号存储成dap数据格式，输入labVIEW软件进行锁相处理编程及特定滤波处理，实现对所弱信号的分析和相应数字信号处理工具的掌握，达到将感性数据上升到理性知识的目的。

（二）改革教学方法，变结果灌输式为过程启发引导式。

实验过程中，既要发掘实验背后的理论支持，又要培养技术意识，重视实验技术和方法。同时，鼓励师生交流，提倡师生间的问答，活跃课堂气氛。教学过程中，教师在讲清实验目的和原理的前提下，鼓励学生根据所学知识，自主设计实验过程并完成实验，实验报告可考虑通过建立在各种实验数据分析基础上的论文形式完成。

（三）完善考评体系，激发学生对科学的求知欲和对本课程的兴趣。

实验考评体系应以过程累积式考核为主，摈弃传统结果式考评。以细胞生物学实验为例，其考核应以考查学生运用理论重视、运用实验技术的能力为主要内容，可安排综合性实验要求学生利用所学的理论知识和实验技术进行综合分析、实际操作、做出实验结果。对于实验技术，以学生的直接操作作为考核方式，对于实验理论的考核，通过闭卷方式完成，也可以通过学生对实验数据的各信息化平台分析来进行多结果式考核。另外，对于能够自主设计完成实验，积极申报完成开放性实验的学生给予较大系数的鼓励性加分。实验具体路线图如下。

四、实验操作的关键性问题

（一）如何处理实验室的开放问题。

在改革过程中，实验设备资源的开放和教学方式的开放是该长期化衔接实验的重要保障。其主要实现途径为，结合生物学和仪器教学平台，实施“具体生物弱信号案例教学法”，采用学期末“首尾相连”的两个短学期和整个学期的“三明治”夹心时间实施整个实验课程，并由相关实验课的青年教师负责各实验室的公共开放时间和相互协调。这样能有效调动学生的主观能动性，加强课程内容的实践性，在知识的传授过程中渗透工程技术的内容，使学生掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本方法，避免工科教学理科化、脱离实际的倾向。如图2所示针对在体心电信号的测试及信号处理方法，可安排在微观动物心肌细胞的培养及生物学方法观察的细胞生物学实验的短学期时间，同时合并进行在体式心肌细胞搏动的信号及噪声分析，加强定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合（图2）。

（二）如何充分利用实验室资源，引导学生设计综合性实验

第一，以生理仪器平台为主的硬件实践动手能力。

当完成基础性生理实验及相关软硬件知识的授课后，以宏观人体生理信息为主的医学仪器实验，应该以设计开发性实验为主，鼓励学生自己设计开发医学仪器。同样以心电信号为例，如心电监测仪实验中，可要求根据在体式及离体式心电信号的特点（图3（a）（b）），结合理论知识，设计电信号检测原理图，用布线软件软件画出其原理图，并制作电路板、布线和焊接电路，在单片机应用开发环境中编写程序并调试。最后制作简单心电监测仪，通过相关的虚拟仪器平台，在示波器上显示被测者心电图。同时配合相关传感器知识，还可制作体温计、气体检测仪等医学仪器。在此基础上，还可设置网络数据平台，进行远程控制。

第二，以微弱生物信号实验数据分析为主的软硬件结合能力。

信息技术的发展对生物医学信号的检测、处理以及数字信号处理几个方面发挥着重要的作用。生物信号一般可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号。如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、x光片、超声图片、CT图片、核磁等则属于二维信号。医学仪器实验采集到大量的以上一些宏观的人体生理信号数据，应利用学生的相关生物医学信号处理的知识，根据生物医学信号的特点，对所采集到的生物医学信号进行分析、解释、分类、显示、存贮和传输，其研究目的一是对生物体系结构与功能研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。

本学院的相关教研室教师结合labview、DSP等编程工具的实验教学案例，对于“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”的综合做了以下研究及整合。“虚拟仪器技术”及“数字信号处理”是一门应用性较强的技术课程。随着信息化的发展，信息技术不断地渗透到科学研究等各个领域中，发挥着越来越大的作用。科学实验、测试信号的处理、工业生产中自动化生产线的测控等都以信号处理为基础。我校“数字信号处理”实验，以数字信号分析为基础，以数字滤波为手段，以数字信号处理为目的，突出谱分析和滤波的应用，加大与信号与系统、自动控制原理，以及后继的通信原理、计算机图像处理等课程之间的衔接，使其与其他课程实验融合为一个有机的整体。

以虚拟仪器中的相关控件调用为例，解决数字信号处理课程中的基本知识点“快速傅里叶变换（FFT） 数字滤波器”的实验设置，对本文提出的“多模式过程启发型实验教学体系”进行具体阐述。

该知识点通常的实验要求和目的为：①加强对labVIEW相关控件工具的使用及虚拟仪器技术编程能力的提高，加深对FFT基本原理和性质的理解；②学习利用FFT对连续或离散时间信号进行谱分析，了解可能出现问题及其原因，以便在实际应用中能够正确使用FFT。

按照基本的实验要求和目的，和多模式开放性原则，对该知识点的实验设置如下：

第一，验证性实验内容。主要通过调用labVIEW“信号分析模块”总的FFT函数，分析序列和其频谱的特点，设计产生相应的虚拟生理信号及噪声源，利用数字信号处理中各滤波器的特点去除噪声，分析去噪后结果，并利用相关原理解释其中的现象。实验目的是通过形象和具体的内容，加深对理论知识的理解。该层面的实验以直观、具体和形象化为主要特点，避免复杂化。学生不会因为陷入繁杂的具体过程，而影响对理论知识的理解和掌握

第二，综合、设计型实验内容。数字信号处理与所采集到的实验数据具有密切相关的联系。生物医学信号中的特点是微弱、噪声大，所以滤波和灵敏度是生物医学信号采集的关键。另外生物医学信号的随机性强，是随机的且非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，以傅里叶理论为基础的小波变换方法成为生物医学信号分析的有力工具。利用小波变换能将原始心电信号分解为不同频率的信号，然后对信号进行重建，此方法能很好地消除心电信号中的基线漂移，抑制工频和肌电干扰，同时能获得QT间期的精确值，是本专业学生的重要编程思想。

所以，在实际的推进环节中，涉及一个短期的课程推导实践以及长期的过程启发式环节。其中短期内容包括将短学期等实践类课程，如“医学软件编程实习”和本门课程合并，其课时作为本门课程的实践环节；长期内容则包括：①将毕业设计环节和课程合并，增加实践课时；②将所有的硬件测试类课程和相关软件分析生理信号内容合并。如“C程序设计”，“数据库基础”，“面向对象程序设计”等。此时授课教师不再为单个教师，而是整个课程群的全体教师；③学生毕业严格按照“宽进严出”的理念操作。总结后的某“过程启发式”实验具体操作实例如下：

创设情境，提出问题。可安排在微观动物培养及生物学方法观察后，同时协调进行在体式动物信号及噪声分析，加强感性的定性实验及理性的定量分析实验的融合，提高相关理论知识与动手能力的结合：如细胞离体培养后的各种生物信号指标及各种混入的噪声和分类，在此基础上结合该案例讲解相关滤波器的工作原理和基本设计方法，然后将生理信号提取的设计任务作为设计性作业布置给学生。

分组研讨，设计方案。在布置设计任务后，教师组织学生分组研讨。根据学生自主学习能力的强弱和自身特点合理分组，方便学生间相互协作，共同提高。学生利用电子资料库检索，查阅相关资料，获取丰富的信息资源，通过对各种信息资源的分析研究，提出自己的解决方案。

成果展示，分析归纳。在各小组取得了初步的设计成果后，教师以课堂教学形式组织各小组的成果展示与评价。在课堂上通过虚拟实验室系统和数字投影仪，展示各种解决方案所取得的生理信号滤波效果，分析它们的优缺点，引导学生分析归纳出解决此类问题的思路与方法，并共同探讨最佳设计方案。

五、结语

“加强实验教学和实验环节，抓好综合性和创新性实验，大力培养学生实践能力”是我国高校推进自主创新，落实“高等学校教学质量与教学改革工程”，培养创新人才所需采取的重要措施[4]。本文总的改革目标是“遵循以学生为本，注重以互动式教学为核心的教学观念，构建有利于增强求知欲和创造力的课程教学模式”。本文提出的多模式开放性实验教学体系摈弃短期实验唯一结果论的定性实验，强调以“长时程跟踪的过程启发式”为主的定量累积式综合分析实验，在整个学年中分阶段构建以实验教与学为中心的综合型数字化实验教学环境；鼓励学生自主采用各种软硬件仪器平台，灵活选择信号分析方法，加强对信号分析的能力和对结果的理性认识，发挥实验课的实践性优势。通过施行开放式多结果的过程化实验教学模式，注重实验知识的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增强学生的自主性与参与性，积极响应国家“卓越工程师教育培养计划”，培养出具有专业领域特色，能够基本独立完成初级软硬件规模设计和开发工作的创新型、应用型、复合型、外向型的“卓越工程师”型储备人才。

[参考文献]

[1]张晓东.人才培养与产学研结合实践中的问题及对策[J].沈阳航空工业学院学报，2009，26：41-44.

[2]黄解军，袁艳斌。大学新生专业思想教育的思路及对策[J].教育探索与实践，2007，8：51-53.

篇4

北京林业大学“环境工程微生物学”课程被列为环境工程专业必修课和专业基础课，总计48学时，其中理论课32学时、实验课16学时。在有限的学时内，如何使专业学生较全面地掌握环境工程微生物学的基础理论体系、核心知识内容和基本实验技术，培养学生观察和分析事物的能力、利用微生物学理论知识解决环境问题的能力和创新能力，是本课程的中心任务。基于此，笔者对该课程近几年的教学情况和成果进行了综合分析，对问题和经验进行了总结和研究。

一、课程的定位

“环境工程微生物学”在整个环境工程专业的课程体系中是一门非常重要的专业基础课。它既包括基础微生物学的知识内容（微生物的分类、形态结构、营养、代谢、生长繁殖、生态、遗传和变异等），还包括微生物在环境物质循环和环境污染控制中的作用原理（微生物在元素循环中的作用、微生物对污染物质的降解和转化等）以及微生物新技术在环境工程中的应用等方面的内容。因此，环境工程微生物学不等同于环境中的普通微生物学，也不是环境污染的生物处理工程。“环境工程微生物学”是在学生不具备微生物学的基础理论知识的背景下，通过介绍与环境科学与工程领域相关的微生物学基础知识理论和实验技术，为后续的水、空气、固体废弃物污染控制工程以及污染环境的生态修复等专业主干课程提供知识储备和理论基础。这就是“环境工程微生物学”课程学习的目的和任务。这一点对于“环境工程微生物学”课程教师的教学和学生的学习都非常重要，它决定了整个课程的逻辑结构、重点内容和教学方式。也就是说，“环境工程微生物学”的教与学，必须突出环境污染治理和生态环境保护的主题，将微生物学的知识理论和环境领域的工程实践紧密结合，才能取得良好的教学效果。

二、教学内容的设置

目前，各个学校编写了不少环境微生物学的教材。其中，周群英和王士芬编着的《环境工程微生物学（第三版）》为广大高校的环境科学与工程专业所采用，它基本可以满足一般工科类院校的教学要求。但是，在使用的同时，各学校还应根据自身的专业特色，对其中各章节的内容进行取舍，并针对各自的专业适当增加内容，比如土壤微生物、海洋微生物等，以体现学科的优势研究领域。

在“环境工程微生物学”的教学过程中，把握好基础微生物学和微生物在污染控制中的作用两部分的关系十分重要。前者是后者的理论基础，后者则是前者的工程应用，重点则是环境工程实践中的微生物学原理。如果对微生物的结构、营养、代谢等内容介绍过多，课程容易演变为细胞生物学、微生物生理学或生物化学等；而对污染控制的具体工艺过程涉及过多，又容易重复污染控制工程的课程内容。因此，在课程教学时，应合理安排这两部分的比例。另一方面，“环境工程微生物学”的教学还应处理好与其他相关课程的相互关系。北京林业大学开设的“植物学”“环境生物学”等课程与“环境工程微生物学”之间存在一定的联系，3门课程在如细胞结构、生理代谢、遗传变异等知识内容上均有一定的论述，但课程核心和重点内容各不相同。在讲解“环境工程微生物学”时，应注重强调微生物细胞、生理、遗传方面的独特性，并对这些特性在环境工程领域的应用展开详细介绍。也就是说，在教学过程中需要注意知识单元的逻辑衔接，注重课程体系的统一性，要明确课程的侧重点，避免重复。

基于当前环境科学与工程学科的飞速发展，“环境工程微生物学”的课程教学还应紧密结合当前环境污染控制和生态修复相关领域的新进展，而不能只停留在传统污染处理工艺的微生物学原理上。教师通过对最新污染控制工程理论和技术的微生物学原理进行解析，可以激发学生学习的兴趣、专业的热情，树立投身环境保护事业的志向，课程的教学效果也会随之提高。例如，在废水生物处理的微生物学原理部分，笔者介绍了这几年比较受关注的利用好氧颗粒污泥处理高负荷、强毒性有机废水的新工艺，解析了活性污泥微生物胞外聚合物在好氧颗粒污泥形成中的作用以及生物处理系统由于污泥浓度大幅增加而带来的高效性，来强调通过利用微生物的生理生化特性进行废水处理技术的革新。学生对这些新内容的反馈很活跃，也引发了很多讨论。

三、教学方法的改革和创新

随着计算机技术的迅猛发展和现代社会的快速信息化，传统的、单一的灌输式教学方法难以取得满意的教学效果，也无法满足当前创新型人才的培养要求。大学课堂的教学必须与时俱进，应借助多媒体、网络以及最新的科研成果和成功的工程实例，来丰富教学的内容和形式，提高教学效率和效果。

(一）合理使用多媒体课件

根据实验心理学的原理，对于同样的信息，图像比文字容易被信息接受者所记忆，这就是所谓的“图象优势定律”3]。在传授以叙述性为主的知识内容时，合理使用形象思维方法，可以帮助学生提高记忆力；而信息的几何形状、色彩、字符对形象思维的建立起着相当大的作用。环境工程微生物学的研究对象是肉眼看不见的微小生物，在教学中通过展现大量生动形象的微生物照片，可以使学生容易认识和区分种类繁多的微生物，印象深刻，易于激发学习兴趣。例如，在比较G+和G—细菌的结构时，通过对细胞图片的详细讲解可以清楚地说明二者的区别：G—细胞由胞外到胞内依次为外膜、细胞壁、周质空间及原生质膜，而G+则为细胞壁、原生质膜；同时，G—细菌的细胞壁上仅有一层很薄的肽聚糖，但脂肪层较厚，相反G+细菌的细胞壁含有多层肽聚糖，而脂肪却相对较少。这样，学生对G+和G—细菌细胞壁差别的认识就会十分深刻，为此后顺利开展革兰氏染色实验提供了理论基础。在介绍微生物代谢、遗传等较为抽象的知识内容时，教师可以合理采用示意图、动画等形式来进行讲解，将有效提高学生对知识的理解和掌握水平。例如，在微生物的遗传和变异一章中，笔者采用Flash动画演示了微生物遗传的经典转化实验即肺炎链双球菌感染小白鼠实验，使原本抽象难懂的概念和理论变为生动的画面，教学效果明显改善。事实上，国内外一些着名高校、环境微生物实验室的网站上和国外优秀原版微生物教材中有许多高质量的微生物图片、教学课件和研究成果，教师可以将其作为本课程的教学素材来加以使用，丰富教学内容，开阔学生视野。

(二）充分利用科研成果和工程实例

大学阶段的人才培养正日益与科学技术和社会生产的发展紧密联系，这就要求“环境工程微生物学”的教学要注重结合科学研究和工程实践，不断地加入新的科研成果和工程实例来说明课程的基本知识和基础理论。同时教师也不能脱离科学研究和工程实践而单纯地搞教学工作。只有长期参加科研实践的教师，才能使自已的教学内容更加具有前沿性、独创性和启发性，在丰富自己的教学内容的同时加深学生对知识的理解；也只有将教学与工程实践有机结合起来，才能更有效地激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力[4]。例如，笔者在教学过程中选取了微生物燃料电池研究中最新发现的细菌鞭毛充当“纳米导线”的现象作为背景材料，展开讨论，分析了细胞鞭毛的电子传递功能在物质转化和能量代谢中发挥的作用。这个例子在介绍微生物学知识的同时，很好地诠释了如何恰当地利用微生物的特性来解决环境问题和实现可持续发展。又如，通过介绍实际工程项目——煤气废水生物处理系统中活性污泥的驯化过程，说明了微生物遗传和变异的特性对于有毒有害工业废水处理的重要意义。

(三）改变传统教学模式

在当前大学教学中，课时的有限性与知识的增长性之间的矛盾日益突出，“环境工程微生物学”这门新兴的交叉学科尤为如此。所以，教师在授课时，应更加注重所介绍内容的质和量，将多而杂的信息进行疏理与归纳，并以更加灵活的方式传达给学生。这就要求教师在教学模式上进行变革，改变以往单一的注入式教学方法，采用多种方法有机结合的教学模式，将教师的主导作用和学生的主体地位相结合，从而在传授知识的同时提高学生的创新能力和综合素质。

研究表明，提问、引入和讨论等启发式教学方法比起传统的注入式教学模式更为吸引人，更能收到事半功倍的效果。一方面，启发式教学可以促进师生之间的互动，活跃课堂气氛，激发学生浓厚的学习兴趣；另一方面，启发式教学可以培养学生将书本知识应用于实际的思考和分析等综合能力。总体来讲，一些基础性知识的教学，可以以教师讲解为主，但讲解的内容要少而精，留一部分内容让学生自己去消化吸收。对于理解性的知识内容，教师要启发学生积极思考，有些问题要引而不发，导而不讲，让学生自己通过分析和总结来深化认识。此外，还应注意到高年级本科学生已经具有一定的自学能力，对于一些比较浅显的多门环境类课程反复涉及的章节内容或非核心知识单元，完全可以安排由学生自学来完成。例如，在讲解微生物在氮素循环中的作用时，笔者详细介绍了硝化作用、反硝化作用等生化反应过程及其影响因素，所以在讲解废水微生物的脱氮原理时，采取了“学生自学为主，教师组织讨论和总结”的教学方式。这种教学方式既节省了课时，同时又锻炼了学生的自学能力、认识能力和分析能力，为以后的科研创新打下基础。

四、实验项目和实验内容的挑选和设置

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关键词：微生物学；分级式教学；创新；互动式；考核

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0056-03

微生物学是生物学的分支学科之一，涉及细胞生物学、分子遗传学、真菌分类学、病毒学、环境微生物学及环境生态学、土壤学等多种学科领域。作为生命科学和生物技术的重要组成部分，微生物学发展越来越迅速，是生物学领域的一门比较前沿的学科。微生物学传统教学模式的弊端：①传统的教育理念比较重理论轻实践、重知识轻能力。②传统教学中“教师主体”的师生观和“传承性教学”的教学观，使学生对学习不感兴趣，其主动性得不到充分的挖掘和发挥。③在考核办法方面，不能体现学生的实践操作能力和创新素质，仅以试卷、实验报告的优劣决定学生的最终成绩。这些现象不利于对大学生综合素质的培养。因此在创新素质教育下探讨微生物学课程体系教学改革与实践是十分必要的。

一、在创新素质教育下探讨微生物学课程体系教学改革与实践研究背景

国内外高校十分重视高素质创新生物学人才培养模式的研究，如课程体系、师资队伍建设、实验内容设计与创新、互动式教学方法的改革等等。这些教学研究成果在一定程度上推动了人才培养质量的提升，然而，由于地域、层次、政策等因素，各高校的人才培养模式各具特色、实践效能亦各有千秋，外加高等学校制定的教学计划比较死板，学生自由选择权较少，不能有效调动学生的学习积极性。因此为加快培养高素质创新人才，必须深化人才培养模式改革。在创新素质下探究微生物教学体系改革是以培养学生的创新精神和主动性为目的的，立足教学，从实际问题和背景出发，将问题情境“提出问题、分析问题、解决问题”贯穿整个教学过程，通过学生自身主动的探究来培养学生创新思维和科研素养。

二、微生物学课程体系采用分级式教学方式

改变传统教学中“教师主体”的师生观和“传承性教学”的教学观，采用分级式教学方式，提升课堂教学和创新人才培养的实效性，对培养的学生创新素质有一定的益处。

1.一级内容为微生物学科基本知识和基础理论，以“什么是微生物，微生物吃什么，怎样吃，怎样给微生物做饭，微生物应用价值”为主线讲解微生物基础知识，使同学们思路清晰。

2.二级内容为微生物学实验技术，包括验证性实验教学模块，综合性实验教学模块，设计性实验教学模块。

验证性实验教学模块——形态观察。在该模块中，主要是观察微生物的形态，让学生通过实验总结细菌、霉菌、酵母菌等在个体形态、繁殖方式等方面的区别，让同学们掌握微生物革兰氏染色技术、制片技术、微生物大小的显微镜观察测量技术等。让同学们总结实验成功的关键和找出出现假阳性、假阴性的原因，并绘图表示各个微生物的形态。综合性实验教学模块——培养、分离微生物并分析。在这个模块中，以学习培养、分离微生物并分析为主要内容，由每个单独设立的实验组成一个综合性实验，不仅掌握单个实验技能，而且也锻炼了同学们的数据统一分析与整理的能力。根据综合性实验内容的要求，我们设立了多管发酵法测定水中大肠菌群、平板菌落计数法分离纯化土壤微生物、细菌的分解物质能力与生理生化鉴定等。设计性实验教学模块——由学生自行设计实验方案，并独立完成实验。班里的同学可以根据自己的兴趣和专长，查阅相关文献，可以采用不同的方法，自由分组，自由设定实验方案来达到预期的实验目标，完成实验并分析、进一步再处理实验结果，交流实验结果和体会。同学们可以在实验中充分发挥创新性想法去设计实验，这些实验由于贴近生活，进而引起了学生的普遍兴趣，为进一步培养学生的实验能力奠定了良好的基础。

3.三级内容为微生物学科相关的拓展性知识，通常以学术讲座的方式介绍本学科相关领域内的研究前沿、发展进展趋势和创新性等；这样可以拓宽学生的知识面，引深科研思路，培养同学们独立完成科研的能力。同时让学生开展课程论文形式来总结国内外前沿知识体系，提高学生的学习兴趣及主观能动性。

三、创建互动式的微生物学课程教学模式

在整个教学过程中，创建互动式的教学模式：

1.授课与自学相结合。倡导启发式教学，包括让学生带着问题自学、按照提纲思路引导性自学、自己归纳自学等几种方式，融知识传授和能力为一体。教学中发挥教师主导、学生主体作用，激发学生主体意识和学习兴趣，调动主观能动性，使学生的学习过程成为愉快、主动、积极获取知识的过程。

2.理论与实验相结合。理论与实验结合教学，不仅可以使学生将理论知识应用于实践，而且通过实践，可以培养学生发现问题、解决问题和创新思维的能力。在实验教学过程中，力求让实验内容更加系统完整和先进，通过实验培养学生的独立操作能力、创新能力与综合分析能力，鼓励学生多参加老师的科研课题并且自行查阅文献设计实验方案。

3.讲解与讨论相结合。讨论既有利于促进学生对理论知识的综合应用和消化，又对培养学生协作精神、表达能力、综合分析能力和良好的心理品质有益，使学习的过程从被动接受变为自觉研究。推演方法是教师提供讨论的问题学生围绕问题，查阅文献分析并提出结论讨论教师总结讲评。

4.传统教学与多媒体教学相结合。多媒体教学可有效增加教学的信息量，使教学过程具有趣味性、直观性、生动性。教学中恰当运用传统教学手段与电教教材、网络技术，对提高教学效果会起到事半功倍的作用。

四、改革微生物学课程考核方式，注重学生实验技能与创新素质的培养

微生物学课程考核，是作为一种评价微生物课程教育过程的主要手段，可以检验学生是否掌握了一定的实验技能和锻炼了科研思维的能力等。我校生物科学基地班微生物学理论40学时，实验课单独设课32学时，生物技术64学时，理论40学时，实验24学时。针对不同班级采用了不同的考核方式。微生物学实验课的考核成绩由验证性实验模块和综合性实验模块的实验成绩（占70%）和设计性实验成绩（占30%）组成。自从采用了这种考核方式以后，学生都比较重视实验课的学习，这对培养学生的科研创新能力和严谨的治学态度大有益处。学生在设计性实验模块中收获较大，成绩评定包括文献调研、方案选择、实验操作、论文撰写和实验结果汇报等方面，使得学生有意识地培养团结协作意识、思维能力、科研严谨态度、语言表达能力等。理论课的考试是检查学生掌握本学科知识的重要手段。我们认为闭卷考试+撰写论文+实验设计+实验操作综合性的考试这种综合性考试方法最好。

五、微生物学课程体系教学改革与实践的效果

1.改变了传统的以知识为中心、以教师为中心的被动式教学，使高校教学活动真正成为能够启发学生心智、培养创新精神和实践能力的高效行为。建立了一个系统性强、框架清晰、与国际接轨的微生物学知识体系，提出创新素质教育下微生物学教学模式改革的策略。

2.促使教师教育教学能力的提升，打造了教学、科研双优的师资队伍。

3.微生物学模块式实验教学体系的建立，使学生掌握了微生物研究的实验方法和技术，训练了自己动手操作的能力，调动了学生学习的积极性和主动性。有助于使学生成为在创新素质、研发思维、人格品质等方面均优的具有国际竞争力的高层次人才。

以上是我们在微生物课程教学过程中总结的一些体会和做法。通过对微生物学课程体系、教学内容、教育教学模式等方面的深入研究，我们建立了适应学科发展趋势的微生物学分级式教学课程体系，在基础理论教学过程中强调对基础知识的理解和创新素质的培养；在“模块实验”教学中强调实验的综合性和探索性，培养学生提出、分析、解决和评价问题的能力，达到授课内容的国际化、教学理念的前瞻化，利于学生以后的发展和进行有效的学术交流。根据理工类学生的特点，通过理工结合进行教学设计，综合运用多种教学方式和考核方式，在教学中调动本科生的学习积极性，提升本科生的科研素质，培养了创新性能力。

参考文献：

[1]葛菁萍.普通高校微生物学双语教学初探[J].微生物学通报：2010，37（10）：1537-1540.

[2]徐启江，李玉花.分子生物学分级式课程体系的构建[J].黑龙江高教研究，2008，（5）：158-161.

[3]黄夏.高职食品微生物实验教学改革初探[J].广西轻工业，2011，（8）：171-172.

[4]姜立春，李俊刚，阎秋洁，等.微生物学实验创新教学改革与实践初探[J].实验科学与技术，2011，9（6）：64-66.

[5]易力，，陈万光，等.推进微生物学实验教学改革培养学生的综合能力[J].实验室科学，2010，13（1）：10-12.

基金项目：东北林业大学教育研究课题项目（DGY2011-15），东北林业大学学位与研究生教育教学改革研究项目（J1101411），黑龙江省教育厅项目（JGXM-HLJ-2010010）

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关键词：多媒体教学；本科生物教学；优势；问题

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）37-0230-02

计算机多媒体技术（Multimedia Technology）的发展为高等教育带来了教学形式上的根本改变。中国20世纪几十年间，本科教学一直以传统板书为主，在生物、化学和物理等实验学科教学中辅以适量的实验课教学。但进入21世纪后，传统板书逐步被多媒体教学所取代。近年来，我校教室全部安装了多媒体教学设备，根据各门课程的不同特点，大部分老师在教学中不同程度地使用了PPT软件教学模式（Power Point Teaching，PPT）。

生物学是以实验为基础的学科，直观性是授课的主要特点。PPT课件教学正是迎合了这一特点，能够辅助教师把抽象的知识直感形象地向同学们展示，因此PPT课件教学很快就被生物学教师所接受并启用。通过几年教学总结，本文就多媒体技术在本科生物教学中的作用作了一些探讨。

一、PPT课件在高校生物教学中的优势

近十几年来，由于高校扩招，学生人数由过去每年级几十人增加到现在一个专业就几十人，甚至上百人，这给教师授课增加了难度。板书显然不能照顾到坐在后排的同学，多媒体教学扩大了版面，同时可以通过声音或版面的调整突出讲授内容，更适合大班上课。具体分析有如下特点。

1.增加课堂教学知识量。过去的生物教学以板书为主，教师必须在黑板上书写与教学相关的主要内容并绘制相关示意图，花费了大量的时间。就一节课而言，真正讲授的知识点并不多。PPT课件的使用则省略了教师书写板书的时间，教师就可以把课堂重点放在讲授知识点上，无形中增加了教师课堂教学的知识量。目前，我校为适应高校教育理念和办学方式的改革，本科专业课课时大量削减，教师必须加快讲课速度才能完成授课内容，与此同时还要保证教学质量。因此，使用PPT课件符合本科教育改革的发展特点。

2.增强课堂教学直观性、形象性。生物学的理论和知识来源都是一系列观察与实验推论的结果，教师必须通过大量的图片、标本及实验向学生讲解具体的知识点，尤其是针对分子生物学这类微观生物学理论课程。传统板书教学一方面通过看书来讲解，一方面要依赖老师在黑板上画出示意图，容易造成部分偏差，使学生产生困倦感。PPT课件则可以避免上述问题，其可以使用直观逼真的图片，还可以制作成动画效果或通过色差与声音的处理吸引学生的注意力，使生物学的知识点变得更好理解。比如讲到《分子生物学》中“原核生物转录与翻译的偶联”这一名词时，为了使学生更好地理解，可以使用动画来表现边转录边翻译的动态过程，既可以通过动态的场景吸引学生的注意力，又帮助学生在头脑中形成细胞结构的连贯性，动态地理解知识点。

3.有助于促使课堂教学与当前科技最新成果联系起来。高校教师不仅向学生讲授成熟的知识、理论，还需要介绍新出现的名词及理论。但由于高校教学使用的教材在某些知识点上并不能反映出最新的科技成果，为了使学生近距离接触科学的最高峰，提高学生的学习积极性，扩展学生的知识面，让课堂教学更有深度，教师应该从网络上下载学科的前沿内容，借助PPT课件从内容编排、图像插入等方面来更直观、更浅显地向学生讲授相关的新内容。反观传统板书则显然不具备这种优势。

21世纪是生物科学快速发展的时期，新技术、新方法、新理论及新成果层出不穷。尤其是获得诺贝尔奖的科学成果代表着该领域的最高成就，有必要穿插到合适的章节给同学们进行讲授。例如：2009年的诺贝尔生理学和医学奖授予了三位从事端粒酶研究的科学家。在分子生物学“DNA复制”一章讲到DNA以半保留半不连续的方式进行复制，涉及到DNA两端的复制，在当时还没有明确的理论来解释，所以该问题一般以含糊的方式带过，但新的诺贝尔成果告诉我们染色体两端如何完整复制以及如何避免老化的知识，关键在于位于染色体末端的端粒和生成端粒的酶，即所谓“端粒酶”。教师就可以把这些新内容制作成形象生动的课件并深入浅出地向同学们进行介绍。

4.活跃课堂教学气氛。传统生物学教学无论板书过程还是讲解的过程都有些枯燥，由于缺乏形象性而使得课堂气氛沉闷。多媒体教学是集文本、图像、动画、音频等多种信息于一体的教学系统。在生物专业教学中，教师可以利用视觉动画和声音效果来表现生物学中的变化过程，使学生接受到立体的新知识，同时使学生注意力更容易集中，从而改变沉闷的课堂气氛，进一步增强教学效果。

综上所述，多媒体的教学方式对生物本科教学具有不可替代的作用，这与提高本科教学质量的要求息息相关。

二、使用多媒体教学所存在的主要弊端与对策

目前PPT在生物教学中已基本取代传统板书，但从学生的反映仍可以看到还有一些实际问题需要解决。

1.容易造成教学速度过快。PPT课件教学可以加快教学进度，同时教师还要注意速度过快是否会超出学生的认知负荷，是否容易使学生吃“夹生饭”。分子生物学、遗传学和细胞生物学这些课程理论性强、抽象难懂，教学速度过快不仅使学生听不懂，还会丧失其学习积极性。通过几年的教学总结，我认为可以通过课堂提问的方式来适当放慢速度，增强和学生之间的互动，更多地了解学生掌握知识点的情况，特别是重点知识授课需要老师“常挂嘴边”。苏霍姆林斯基曾说过：“不能使学生参与的教学是教师的最大过失。”师生互动也是现代教学过程中的重要环节，是提高教学效果的有效方式。教师应多注意学生的课堂反应，善于捕捉学生的反馈信息，并根据学生的反应调整教学节奏与策略。

2.忽视教学的主要目的，课件制作过于“花哨”。有些教师在PPT课件制作中加入了大量图片，有的能与讲授内容一致，起到辅助教学的良好效果；有的则与教学内容没有任何相关性，只是从视觉上让学生感到新鲜，这些图片的插入对课堂教学并没有促进作用。教师的职责是“传道、授业、解惑”，大学教师尤其要注意课堂教授信息量的把握，而多媒体的参与本科教学只是辅助手段。在选用图片的时候要注意能否和应讲的知识点结合起来，要分清主次。同样，声音效果的使用也是这样，否则多媒体的使用对本科教学反而是一种负担。

3.提高教师制作课件水平。PPT课件制作不是书本内容的简单压缩或整段堆积。需要教师通过对知识点的理解，以提高教学效率为目的，加工成学生容易接受的简洁讲授方式。同时还要重视PPT课件制作的艺术性，否则虽然形式上使用多媒体教学，但仍然难以取得教学效果，学生反而经常抱怨还不如看书容易接受。我认为教师应重视PPT课件的制作，提炼知识点并加以总结，以口头或书面形式让学生对知识有系统性的掌握。学校方面则应组织教师多参加PPT课件的制作培训班，提高整体制作水平。

综上所述，PPT课件在生物学教学中的使用是顺应科技时展的必然，而且多媒体教学确实有传统教学所不具备的优势，但同时应在教学中多总结、多发现问题，以“教学为本”，这样才能产生预期的教学效果。

参考文献：

[1]张琦.行走在PPT课件与板书之间[J].中国科教创新导刊，2010，（2）：173.

[2]封彦婷.浅谈PPT课件制作中的几点体会[J].高等教育，2010，（2）：51.

[3]杨叔子，王筠.要真抓课堂教学质量[J].中国高教研究，2007，（4）：5-7.

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关键词：生命科学导论；教学理念；教学体系；教学团队；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）29-0094-02

21世纪生命科学将在人类科技、社会和经济全面发展和进步中起到巨大作用，适应社会需要的高等人才必须具备良好的生物学知识基础，因此为非生物学专业的学生开设生物学方面的课程是一项很重要的举措。大学生的素质培养是我校一贯重视并不断探索和实践的课题，在新的社会发展形势下，我校对大学生的素质教育思路进行了重新调整和尝试，提出文、理、工、艺术等非生物类专业本科生也必须学习有关生命科学的知识，并将《生命科学导论》课定位为全校本科生的素质教育课。因此，围绕《生命科学导论》课程的建设与改革，我们开展了一系列教学工作，并取得了一定的成果，现将部分体会总结如下，供同行指正。

一、更新教育观念，构建生命科学导论课程教学新体系

为适应生命科学对社会经济、生活和持续发展的影响日益增加的势态，世界一流大学，如，MIT等从20世纪80年代后叶起陆续为全校大学生开设了生物类课程。我国几所重点院校从上世纪90年代中期开始，也相继开设出类似的全校性课程。在这个前提下，2000年，我院组织在科研和教学方面有丰富经验的教师首次面向全校非生物学类专业本科生开出了《生命科学导论》公共基础课程，学生表现出较高的学习热情，受到热烈欢迎。经过近十年的教学探索与实践，本课程组结合学校的人才培养实际，制定了课程培养目标，构建了独特的课程教学体系。

1.多层次的教学体系。在对国内外《生命科学导论》教学与研究的调研基础上，探讨非生物类专业理论教学必须掌握的知识和结构。利用我院生命科学教学的基础和特色，根据培养对象的不同建立了茅以升班、理工科类、文科类等几个不同的生命科学导论课程的教学体系，从学时、教学大纲、教学内容、教材的选用和老师的配备几个方面保障教学质量。结合学生所修专业背景和不同专业的特点，分层次确定了生命科学导论的教学内容，构建了适合的专业平台，同时面向全校开设必修、限选和公选课等不同类型的课程供学生选择。在教学体系的各个层次、各个环节贯穿生命科学的先进技术和手段，紧跟世界科技前沿，为我校通识教育和创新人才的培养奠定了基础。

2.丰富的教学内容。《生命科学导论》讲授的内容从微观和宏观两个方面讲授生命科学的基本理论和应用。教学过程中，从提高学生思维能力和整体规划的角度出发，结合教学时数和教学条件，从学生感兴趣的话题入手，紧扣当前生命科学研究领域的热点，如，干细胞研究、转基因等，牢牢抓住学生关注点；选取生命科学发展历程中的经典研究，引导他们去提出问题、去分析问题、去研究、去创新，取得启迪悟性、挖掘潜能的效果，实现本课程教学的基础性与前沿性、理论性与实践性、交叉性与创新性的统一。

3.特色鲜明的教学模式。《生命科学导论》作为基础和前沿学科，课程体系和课程内容的设计紧紧围绕人才培养目标，充分体现现代教育思想。在课程体系和课程内容的设计中以“人与生物圈”为主题整合高中生物学的教学内容，强调生物科学、技术与社会的关系，更加突出了生物科学知识对科学发展、社会进步和经济建设的重要作用。为了充分体现生命科学“重基础、重交叉、重人文、重实践”的教学理念，重视培养学生分析问题和解决问题的能力。

二、启发式教学贯穿始终，采用灵活多样的教学方法和教学手段

1.积极推进探索性或研究性、启发式教学。教师们结合课程的主要内容、重点、难点，设计激发学生兴趣、引发学生思维的问题。同时围绕媒体关注的有关生命科学研究中涉及的热点话题，将教学内容贯穿其中。同时，结合教学内容选取具有典型意义的科学发现、技术创新过程、科学家的故事等充实到课堂教学中，以启发学生对科学研究的理解，加深对科学本质的认识，培养科学素养。

2.将声、形、言、情等传统课堂教学方法结合多媒体教学课件灵活运用于教学。通过语言的轻重缓急突出重点、难点；用通俗易懂的语言、形象的比喻、生动的实例、直观的图表及深入浅出的解析，帮助学生理解，加强学生记忆；用激情讲授调动学生的学习热情，在主要内容和关键环节，通过教师的手势、表情、动作加深学生对重点、难点的理解和认识。现代的教育技术手段使得单位教学时间内的信息量大、网上资源丰富并使知识的获得和更新速度加快，充分利用网络多媒体技术进行课堂教学，图文并茂和动画演示，发挥教师在课堂教学中的主导作用。

3.教与学的互动。针对学生不同的专业背景，教学中我们要求学生结合自己的专业特点，分小班查阅本专业与生命科学研究的最新进展制作成多媒体后，请小班代表在课堂上演讲，开阔其思路，以对学生跨学科的联想、创新思维起到一定的科学启迪作用，认识生命科学在社会和经济发展中的地位和作用。此外，我们设计了多种形式的第二课堂活动，包括小型研究课题、知识拓展讲座和教材评论等，并随时注意调节教学进度，留给学生充分吸收消化的时间，达到师生互动学习的目的。

4.多环节考查模式。考试改变了传统的期末一次卷面考试定成绩的方式，实行多元成绩评定办法，采取用平时成绩、期末考试、讲演成绩和考勤成绩等多个考核环节评定学生的总成绩，加强对学生学习过程的检查评价，培养学生合理安排学习时间的好习惯，克服少数学生临时报佛脚的不良习惯，帮助学生养成认真踏实的学风。

5.设置研究生教学助理，加强沟通。《生命科学导论》课程组配备有研究生教学助理，教学中加强例题示范、习题讲解、答疑及作业批改等教学环节，并经常与学生交流和沟通，及时了解学生的学习效果，调整教学方法，如，在2006年下发收集学生对该课程意见和建议问卷达5000余份。学生同老师的联系也延伸到了email、BBS、ftp及短消息等系统上。

三、教材、扩充性资料的使用与建设

教材的选择使用是影响教学质量的重要因素，而生命科学发展迅猛，很难通过一本教科书把至今人类对生命的了解全部反映出来。课程组针对工科、理科和文科学生的不同生物学知识背景及课程属性，准备了不同的教材。采用上海交通大学张惟杰教授主编的《生命科学导论》[1]作为限选课和选修课的主修教材。针对茅班开设的必修课，在选用恰当的《生命科学导论》教材方面，教师们多次组织研究讨论，查阅了大量的图书，最后确定使用高等教育出版社出版的吴庆余教授主编的《基础生命科学》[2]，该教材为国内第一本生命科学类的全彩色教材，图文并茂的彩色图片更能真实高效地反映生命的特征和规律，用现代的观点重新审视、选择和组织传统教学内容，从宏观到微观系统地阐述生命现象。经过3～4年的使用，又更新其新版。此外，还提供了促进学生自主学习的教辅材料和相关教学网站，如，高崇明主编《生命科学导论》（北京：高等教育出版社，2007）、沈显生主编《生命科学概论》（文科）（北京：科学出版社，2007）、裘娟萍、钱海丰主编《生命科学概论》（工科）（北京：科学出版社，2007）、Neil A.Campbell，Jane B.Reece著《Essential Biology》（影印版）（高等教育出版社，Higher Education Press Pearson Education出版集团，2003）、曹阳、林志新主编《生物科学实验导论》（附光盘）（北京：高等教育出版社，2006）等。同时，拟构建《生命科学导论》全方位、立体化的网络教学平台[3]。在学校学院的支持下，依托生物信息实验教学平台，初步构建了“生命科学导论”网上教育资源框架，包括理论教学大纲、实验教学大纲、电子教案和课件、电子教材、习题与解答、实验指导、知识扩展、学术讲座、网上答疑、网上讨论、网上测练、网上提交作业和报告等相关内容，为进一步完善“生命科学导论”课程网站打下坚实的基础。

四、重视自身知识的提高和队伍建设

1.加强师资队伍建设。生命科学发展迅猛，为了更新教学理念和知识结构，我们采用引入和走出相结合的模式，请国内外知名专家学者来我院讲座和授课，并派出数名老师到清华、浙大、上海交大、北大、武大等学校观摩、交流教学经验，参加国内各类骨干教师培训班学习及有关《生命科学导论》课程改革研讨会。

2.树立团队教学理念。按照课程建设与人才培养相结合、教学与科研相结合、理论教学与实验教学统筹协调发展的原则，改变“单兵作战”的育人模式，由年龄结构、职称结构、知识结构、学缘结构合理的多名教师组成教学团队，以系列课程建设为教学团队的最终目标，形成综合实力，针对不同专业、层次的学生开展教学，有效地促进课程体系和教学内容改革，从整体上提高教书育人的效果和质量。课程组经常开展互学活动，通过相互之间的定期交流，使各位教师的专业特长得到交叉、融合，教学更加生动、深入，从而提高教学质量。

3.通过科研带动教学。课程组教师所从事的学科专业有植物学、动物学、细胞生物学、生物化学、微生物学、遗传学、分子生物学、生物信息学和生态学等，几乎涵盖现代生命科学研究的所有领域。除了具有丰富的教学经验外，还是各自所从事学科研究领域的骨干力量，通过组建科研团队，吸收青年教师到自己的课题中担任一定的科研工作，使青年教师将生命科学领域的前沿技术、信息及研究成果融入到课堂教学中，促进了教学改革的深入发展。

《生命科学导论》作为面向非生物学类专业本科生开设的通识课程，为了充分体现和实现本课程的“素质教育”宗旨，应该结合学校的人才培养实际，使学生通过课程学习，掌握生命科学的基本概念、基本原理、基本知识，同时，让学生了解学科热点问题和发展趋势，了解生命科学与其他学科的联系，促进学科交叉和知识迁移，进而帮助学生正确理解生命科学的发展将如何影响人类和人类社会，增强学生的健康和环保意识，培养学生正确的生命观和社会责任感，全面提高大学生素质，实现创新性人才的培养，最终达到“了解生命、尊重生命、热爱生命”的终级目标。

参考文献：

[1]张惟杰.生命科学导论[M].第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]吴庆余.基础生命科学[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]徐鹏，关学锋.应用现代教育技术深化材料力学教学改革研究[J].中北大学学报（社会科学版），2005，21（3）：94-95.

篇8

1.1调查分析方法

2013年，在笔者所在刊物国际化网站建设、完善过程中，为了提高中国主办的国际化期刊的网站建设水平，笔者选择了5种在行业内影响力较高的中国生命科学类SCI期刊作为调研对象，通过网络搜索、调研分析、归纳总结等方法，对期刊的国际化网站建设进行了多角度、多因素分析。首先，笔者考察了5种被调研期刊的办刊背景及学术地位。同时，根据网站建设的主要内容和影响因素，考察了5种被调研期刊的网站国际化界面、在线投、审稿系统、OA出版模式、与国际出版集团合作的数字化传播模式及提供网络增值服务方面的特点。

1.2调研期刊的学术地位

①CellResearch（CR）是我国细胞生物学领域以英文发表原创性研究论文、综述、快报和述评的国际性学术期刊。美国科技信息研究所近期公布的2012年JCR影响因子10.526。2006年CR和自然出版集团（NaturePublishingPartnerships）合作，由其负责全球电子版的出版发行。②ActaPharmacologicaSinica（APS《,中国药理学报》）创刊于1980年，由中国药理学会和中科院上海药物研究所主办，中国科协主管。2000年起正式注册为全英文出版的国际性刊物。2005年起与英国Blackwell出版公司合作出版。是美国CurrentContents/LifeSciences仅选录的中国两种期刊之一，同时进入BA、CA、IndexMedicus等十余种国际著名检索系统。2012年JCR影响因子2.354。③JournalofGeneticsandGenomics(JGG)是中国生命科学的领军杂志之一，涉及遗传学、基因组学研究领域，2012年JCR影响因子2.076。目前，JGG在154种中国被SCI收录的期刊中排名13。④TheJournalofMolecularCellBiology(JMCB)，涉及分子细胞生物学、其他生命科学及其交叉学科研究，2012年JCR影响因子7.308，在国际细胞生物学领域180种核心期刊中排名第28位。⑤TheAsianJournalofAndrology（AJA）是亚洲男科学会的官方杂志，2012年JCR影响因子2.140,在5种国际男科学杂志中排名第三，由中国科学院上海药物所与上海交通大学联合主办，与自然出版集团合作，有较高的国际可见度，通过平台吸引了全球读者，2011年7月起，提供OA服务。可以看出这5种杂志都是由中国学术机构主办、在国际生命科学领域有极高影响的科技期刊，JCR影响因子较高，是中国生命科学科技期刊国际化办刊的成功典范。通过研究这些期刊的网站风格、内容、功能等，获取了大量期刊网站扩展国际视角的经验和做法。

1.3部分期刊网站扩展国际视角的经验

1.3.1较高的国际显示度

域名通常由杂志名称缩写或全称构成，方便检索和记忆，方便输入，易于查找，具有较高的独立性和可信度。5种期刊都有独立的国际域名。就网络显示度而言，在google搜索引擎中输入杂志名称，第一条检索结果就可以直接链接到期刊主页，五种期刊都有较高的国际显示度。且检索结果的地址下简短的期刊介绍，包含了让读者一目了然的信息，提高了在国际学术领域的可见度。如APS的介绍为：officialjournalofChinesePharmacologicalSociety,websiteoffersachieve,submission,guidelinesforauthorsandreviewers。JGG的介绍为：WelcometoJournalofGeneticsandGenomics(JGG)isoneofChina’sleadingjournalsinthelifescience。JMCB的介绍为：Peer-reviewjournalfocusedonpublishingnovelfindingsinstemcellresearch,molecularsignaling,epigenetics,andotherareasofbiologyresearch。AJA的介绍为：AnofficialpublicationoftheAsianSocietyofAndrologyfoundedinJune1999。这些都为需要查阅杂志的读者提供了直接的帮助和提示。5种期刊主页面都以英文为主，部分期刊的主页面保留少量中文信息和链接内容（如AJA）。页面界面友好，主色调突出、协调，网站总体布局合理，风格高雅、醒目，期刊基本信息涵盖全面，各项功能操作简易、直观易懂。网站都在主页面醒目位置显示期刊最新一期的封面，标明期刊的ISSN号及影响因子。

1.3.2国际化的投审稿系统

在调研的5本刊物中，其期刊网站的投稿链接都采用了国际学者熟悉的投审稿系统，APS、AJA、JMCB都使用的ScholarOneManuscripts系统，CR使用的是NPG系统的投稿系统，JGG则使用的Elsevier的投稿系统。可见，采用国际学者熟悉的投审稿系统，是吸引国际投稿的做法之一，远程投稿、在线办公的国际化形态是期刊国际化网站的基本构成要素。利用国际学者熟悉的投审稿系统、在线投稿、远程编审，利用在一个更为广泛得多的地理位置内工作的学者的专长、人际关系和研究视角，提高期刊的有效扩展和影响。

1.3.3加强出版内容的可获得性，提高文章被引频次

在调研的5本刊物中，都施行了OA或部分OA的在线出版模式。开放获取（OpenAccess，OA）是国际科技界、学术界、出版界、信息传播界为推动科研成果利用因特网自由传播而发起的运动，以此促进科学信息的广泛传播、促进学术信息的交流与出版、提升科学研究的公共利用程度、保障科学信息的长期保存。统计调查表明，OA出版可以显著提高论文的被引频次，直接影响到刊物的影响因子。如APS过刊内容全部OA。JMCB现刊与过刊内容全部OA。AJA部分内容OA，期刊在网上为读者提供3篇当期全文免费阅读服务，其余文章则须通过国际出版合作集团购买，部分文章只给出Researchhighlight的内容。JGG出版的文章中，2007年之后的全文都链接于ScienceDirect数据库，2006年之前的文章内容列于期刊的网页，实现了现刊与过刊内容全部OA。CR通过NPG向133家发展中国家机构免费提供网站浏览权限，同时中国境内也有136家高等学府和研究所能够免费网上阅读。CR选择混合模式，作者可以选择付费以使自己的文章OA。CR刊登的优秀论文及专刊论文能直接链接到主页上进行重点宣传，featuredarticles栏目在主页上醒目位置显示，部分文章内容可以免费获取。

1.3.4借力国际出版集团加强国际传播

期刊通过与国际出版集团合作，加强链接的制作和使用，可以提升网络版的可视度，提升国际影响力和知名度，数字化品牌传播效果显著。CR、AJA、APS都与NPG（NaturePublishingGroup）合作，在主页醒目位置设置了NPG的链接。CR通过CR@NPG直接链接到，即NPG提供的CR页面；CR还与NPG旗下的优秀期刊展开合作，比如CR刊登的研究论文曾在国际顶级学术期刊NatureCellBiology上得到专家点评。AJA@Nature直接链接到，即NPG提供的AJA页面。APS在主页面有链接直接链到。NPG不同杂志的页面内容不同，但风格统一，也便于国际读者检索和浏览。通过与NPG合作，以NPG提供的统一网络界面，期刊网页优化了版式设计和栏目设计，加大了市场推广力度。JMCB与OxfordUniversityPress合作，在/页面可以检索刊物的出版内容及相关信息。JGG与Elsevier集团合作，其稿件处理系统链接到/jgg/，而全文则链接于ScienceDirect数据库。

1.3.5提供增值信息，聚集特色资源

科技期刊增值服务以内容为基础，专业化程度极高，具有极强的针对性和极高的专业价值；以受众需求为核心，主动服务，满足用户个性化选择，突显特色；新鲜的信息才有价值，科技期刊增值服务以高效传播为目标，服务迅速。数字化增值服务借助互联网等现代科技工具，体现及时性和有效性。所调研的5种刊物基于自己的出版内容和学科范围进行了深入的挖掘，通过多种形式的高附加值的增值信息，期刊网站可以不受时空局限，成为期刊特色资源聚集的新空间。APS的网站主页提供了相关学科学术会议的信息，并链接到相关的论坛，提供GOOGLE检索链接。CR主页上学术会议通知滚动播出，有部分行业内的商业广告，主页上链接了NPG旗下相关学科领域的其他期刊网站，提供E-alerts服务。提供GOOGLE检索链接及Pubmed检索链接。提供网络预出版内容及下载引用前10名的文章。JGG提供网络预出版，most-read下载文章列表，提供学术会议信息，Feedback功能收集读者、作者的反馈。JMCB根据研究内容提供特别专辑，特色文章。编辑服务链接到英论阁，理文编辑，帮助作者润色英文，改进文章质量。每期介绍coverlegend,突出研究亮点。列出50篇高被引文章。提供GOOGLE检索链接及PubMed检索链接。FastTrack是为优秀的竞争性强的文章提供的投稿后立即进入同行评审阶段的通道，1-2周可以完成。JMCB还提供GreenTrack，对大量被国际一流期刊（包括Nature,Science,NatureMedicine,NatureCellBiology,Cell等）拒收的优秀文章提供一个机会，为作者节省精力和时间，JMCB鼓励作者将上述期刊的评审意见和文章一起投到JMCB，进行快速评审，通过这个绿色通道使文章在短时间内被JMCB录用。AJA提供网络预出版,提供当期特色文章，editor’schoice及coverstory栏目突出研究亮点。Englishcorner提供大量英文论文写作的帮助信息。AJA主办的“亚太地区男科学论坛”在网站上单独有信息获取页面和论坛注册及论文摘要投递系统，从而使这个四年举办一次的国际论坛的影响力在网上得以延伸。

2科技期刊建设国际化期刊网站的启示

2.1提高国际显示度

国际显示度对国内科技期刊的对外传播非常重要，网络链接去区域化、提高网络可见度。国际化科技期刊网站的主页设计风格，应注重适用性、严谨性、艺术性相结合，并以适用性为决定性因素，加强导航系统设计，帮助用户快速获取信息。资源丰富、界面友好，结构清晰、重点突出，功能齐全。希望每位第一次点击此网站的读者可以将网站加入收藏夹，这就是网站设计基本成功的一个准则。国外出版机构拥有知名的出版品牌、成熟的国际销售渠道及完善的网络平台，依托这样的国际化平台，能迅速提升科技期刊的国际显示度。国外出版机构在全球已经拥有庞大的营销网络，参与国际上主要的学术会议，通过国外出版机构在国际上推广中国科技期刊的效果远比我们自己做要好，事半功倍，极大地提高期刊的国际发行和论文传播效力。

2.2提升国际学术声誉

高质量文章的高被引、高下载是建立国际学术声誉的基石，稿件处理流程、处理质量、审稿质量、发表周期，在网站上应有全面的反映。注重学术质量，注重出版文章的多样性、丰富性，出版内容准时在线，不迟于印刷版期刊出版。加快数字出版速度，缩短时滞，提供OA或在线优先出版（onlinefirst）。这些都直接影响刊物的学术声誉。文献服务功能是科技期刊网站依托出版内容而设立的重要网络服务内容。在功能设置上强调搜索、而不仅是浏览功能。系统的搜索、检索功能（如根据作者、文章标题、摘要、关键词或正文中的主题词识别文章的能力）比浏览现刊的能力更加重要。所刊载文章应有较高的国际文章比例，读者会在当期及历史的目录中，注意到中国及非中国作者的比例，只有了解到期刊刊载的内容是来自全球范围的，才会吸引更多的国际学者关注刊物，这样才能不断树立在国际学术界的知名度和影响力。

2.3提高国际传播效率

为了加强出版内容的有效传播，应及时将文章内容上传到相关学科的知名数据库，依靠数据库的影响力和渠道实现有效传播。国际重要检索数据库收录过程有严格的要求和标准，这有利于提高科技期刊的办刊质量，还可以促进学术期刊出版与国际传播效率，扩大国际影响。大型网络数据库，有集成的技术与运营能力，使加入其中的期刊可以减少前期投入，迅速地进入网络群，面对网络用户，提升网络影响力。在被著名数据库收录上线后，就可以被广泛浏览。广泛浏览是高下载量的前提，高下载量又是提高引证的基础。同时还可以建立自己的开放浏览页面作为补充。

2.4重视特色服务

利用网站为读者、作者提供多种形式的数字化服务。利用科技期刊网站宣传学术会议动态、学科研究热点、即将召开的会议或活动，形成学科或课题的讨论平台，可以提升期刊数字化品牌在国际学者中的口碑。主办有国际影响的学术会议可以方便认识和了解与会专家、作者和读者，向国际一线科研人员近距离宣传刊物。在行业重要国际会议、论坛、专业展示活动方面的组织和参与程度是衡量品牌辐射能力的尺度；创建和主导大型学术活动，能迅速提高刊物品牌在科学界的认知度。

3《中国天然药物》网站国际化建设中的举措

通过对中国优秀生命科学类SCI期刊国际化网站建设的学习与借鉴，《中国天然药物》在网站的国际化建设过程中采取了相应的有效措施，大大提高了刊物的国际显示度，有效提高了刊物的国际传播效率，目前刊物国际稿源的比率已达到35%~40%。《中国天然药物》在网站国际化建设过程中，注重网页的国际显示度、建立国际学术声誉、提高国际传播效率及增值服务等。使用GOOGLE搜索杂志名称，在首条搜索结果显示期刊主页的网站，并有简短、醒目的杂志介绍，这样可以在第一时间吸引来自全球范围的读者和作者。《中国天然药物》注重加强导航系统设计，帮助用户快速获取刊物信息。有关刊物的介绍、对文章的要求等都采用国际学者熟悉的导航名称，网站上的作者指南内容详尽，通过网络直接服务全球作者。《中国天然药物》在主页提供发表文章的数据库链接，设有ScienceDirect、SCI及MEDLINE数据库链接，方便检索，链接结构有效、高效，提高了刊物出版内容在全球的有效传播。《中国天然药物》主页设ScholarOne投审稿系统链接，设定高水平的稿件录用标准，过刊目录在线显示文题和作者名，较高的国际论文比例吸引了更多的国际学者关注刊物。《中国天然药物》在主页设置了学术活动专栏，利用科技期刊网站宣传学术会议动态、学科研究热点、即将召开的会议或活动，以期提高刊物品牌在本领域的认知度。

4结语

篇9

【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势

一 引言

生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。

激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。

可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。

在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。

随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。

国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。

福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。

二 国内外现状

光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3.541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9.11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36.5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36.4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。

我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：

（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；

（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；

（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。

三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况

“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。

30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。

实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。

中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。

重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。

重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。

重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。

“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。

四 发展趋势和展望

光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。

在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。

在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。

值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。

今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：

（一）医学光子学基础

在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。

组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。

（二）医学光子学光谱诊断技术

医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。

生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。

近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。

超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。

（三）医学光子学成像诊断技术

发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：

超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。

散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。

红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。

光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。

荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。

光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。

非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。

人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。

4.医用激光治疗技术（激光医学）

强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。

低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。

光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。

激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。

五 结论

医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。

参考文献

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〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al. Optical imaging method.

课题组成员：

1.谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长

2.李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室

3.陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室

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关键词：医学仪器；课程改革；虚拟仪器

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0164-02

一、课程特点分析

生物医学工程是一门跨学科的相对较新的专业，它综合性强，在十几年的发展过程中，生物医学工程在生物、医学、工程各个领域都有了长足的发展，所涉及的领域也越来越广。但在国内外高校中，对于生物医学工程专业本科生的培养方式则一直秉持着用工程角度来审视生物/医学问题的理念。所以在生物医学工程专业的基础课程中，既有细胞生物学、人体解剖与生物学等生物医学课程，也有数字信号处理、单片机原理及应用等工程类课程。旨在用技术科学的概念和方法来解释和描述人体各层次的成分、结构和功能，以及人体各种正常生理功能与病理状态之间的差异，同时探索防病、诊断、治疗及功能辅助的具体技术和设备[1]，因此《医学仪器原理及设计》课程一直是生物医学工程专业重要的特色专业课之一。

作为生物医学工程系的专业必修课，《医学仪器原理及设计》课程的教学体系的建立对于本专业学生专业知识的学习起着至关重要的作用。它涉及到生物医学工程与电子信息技术及仪器两个专业的知识交叉与融合，所以该课程的特色化建设对于一个学校生物医学工程的发展尤为重要。现代医学仪器在生物医学工程学科发展和现代临床的诊断、治疗中所发挥的作用是不可或缺的。从简易的数字血压计到大型CT（X射线电子计算机断层扫描）的结构，都是与现代医学电子技术密不可分的。因此，了解并掌握它们的工作原理、电路组成和设计原则，对促进学科、教学发展，保障学生的培养质量和提高自身的市场竞争力都具有重要意义。

同时，现代医学仪器又是现代工程技术的结晶。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，现代医学仪器的设计无论是内容、方法还是成本都发生了根本的变化。计算机与传统的医学仪器仪表的结合已成为一种趋势，这项技术来自于虚拟仪器的概念[2]。现代医学仪器系统应该是一个开放式的系统，在这个系统中，可以根据当前生物医学测量技术、生物医学信息处理技术、计算机技术和集成制造技术等的发展，随时改善其系统构成，从而使其永远是一个先进的系统。而借助于近几年发展起来的虚拟仪器技术，可以方便地实现这一目标。虚拟仪器强大的功能是传统仪器所无法比拟的：虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计测试功能的仪器系统。也就是说虚拟仪器是由用户利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统[3]。现代医学仪器的设计过程必将和虚拟仪器产生交集，所以医学仪器相关课程的传统内容已经远远不够，我们必须教会学生在虚拟仪器的平台上进行医学仪器的设计，这样，培养出来的大学生才能紧跟时展的脚步，掌握最新的科学技术。

杭州电子科技大学近年来在《医学仪器原理及设计》课程上做了一系列的探讨，在培养目标和课程设置上基本上有了一定的科学依据。然而在实际的教学过程中，我们还是发现了一些问题：《医学仪器原理及设计》课程知识点多，而且课程内容比较抽象，学生不易理解透彻；并且实践性强，需要进行理论与实践相结合的课程训练。同时，随着计算机技术的迅猛发展，传统的医学仪器设计方法也已经跟不上发展形式。因此，改变以往单一方式的该课程教学模式，建立一个由医学仪器基本原理介绍、不同种类医学仪器简介及设计原则、医学虚拟仪器设计构成的新的教学体系，是顺应现代仪器技术发展的趋势，可以最大程度地实现教学相长。因此我们对《医学仪器原理及设计》课程教学模式进行了如下的改革，通过改革，使医学仪器系统的发展不再拘泥于传统的医学仪器系统的框架，最大限度地满足现代生物医学工程发展的要求，使学生毕业以后能够在医学仪器的设计应用上有一个质的飞跃，更能适应社会需要。

二、课程改革的主要内容

1.教学内容的优化。医学仪器的概念非常宽泛，涉及到的内容也十分繁复。要在短短的48课时内讲授完所有的医学仪器相关知识是不现实的[4]。所以对于课程内容的选择就显得尤为重要。在研究了多个高校类似课程的内容设计之后，我们结合本学院专业交叉的特点，对课程的内容进行了优化。《医学仪器原理及设计》要在内容上做到点和面的结合，既要保证知识面广，同时又要重点突出，要有体现较宽专业综合理论和较强实践特点的课程内容。在目前高校常用的教材基础上[5][6]，我们将课程内容进行整合与优化。从基本原理知识出发，了解生物医学信号的特点，通过数学建模方法的讲解，深入医学仪器的设计原则，最后详细介绍各类典型医学仪器，包括：基础生理信号（血压、心电）的检测仪器，临床监护仪器，治疗及恢复设备，医学成像设备，临床检测仪器等。此外，还涵盖了国际和国内关于医学仪器的认证和监管，电器安全评估以及现在医学仪器发展的方向等内容。

2.教学方式和教学手段的多样化。单一的教学方式无法满足这类专业特色课程的需求，所以我们在教学过程中采用以多媒体为主，板书为辅的教学方式。由于课程内容丰富，信息量大，需要借助多媒体的方式形象地展示各种图片与视频文件，充分调动学生的学习兴趣，提高学习效果[7]。而板书的融入可以提高学生对知识的理解和掌握能力，使其学懂学透，起到事半功倍的效果。

此外，为了充分调动学生的积极性，培养学生自主学习、归纳整理以及表达的能力，将学生分为5～6人一组，课外通过对任何一种医疗仪器的学习，在课堂上做一个10分钟左右的presentation，内容涉及该种医疗仪器的原理方法、使用过程、行业前景等内容。这种互动方式可以提升学生学习的积极性，同时直观地了解教学安排是否合理，效果是否明显，为教学改革提供依据。

3.实践环节的设计和加强。《医学仪器原理及设计》是一门理论性和实践性都很强的课程，单一的课堂讲授远远不够，为此，本课程采取理论教学与实验教学相结合的方式。具体来说，实践环节包括课堂实验和上机课程设计两个环节。课堂实验旨在让学生最直观地接触市场上的医疗仪器，在使用过程中体会学习过的原理知识，感受不同厂家的产品在细节处的差别，以及不同检测原理在测量同一生理参数时结果的区别。主要实验仪器包括：水银血压计，电子血压计，红外体温计，血糖仪，电子刺激器等。上机课程设计环节主要为虚拟医学仪器的设计。基于虚拟仪器的软件开发平台Labview（美国NI公司），使用图形语言，让学生4人一组，共同设计一个能够实现基本功能的医学仪器，并在全班同学前进行演示和讲解。通过这种课程设计，让学生切身体会一下虚拟仪器平台在医学仪器发展中的重要作用，同时在设计医疗仪器的时候，又把在课堂上学习的内容进行了综合运用，既扎实了知识，又锻炼了能力，为今后走向工作岗位奠定了坚实的基础。

4.建立合理全面的考核方式。以往单一的仅用期末考试成绩反映学生课程水平的方法已经不适用于《医学仪器原理及设计》这类综合性专业课。我们建立了一套多形式、多层面的教学评价方法，既检测学生对课程内容的掌握程度，又可以衡量学生的独创性、探索性和分析应用知识的能力。平时课堂表现、小组presentation的质量、课程设计程序的优劣以及期末考试成绩，均成为新考核体系中的一部分。

课程的考核方式和考核结果并不是我们追求的最终目标，在新考核体系的指导下，最大程度调动学生的积极性、巩固学习到的专业知识、锻炼学生的专业综合能力、公平评价每个学生的学习态度才是课程考核体系的不断完善的目标方向。考核不是最终的结果，但却是必不可少的一个重要手段。

三、总结

通过一个学期课程实践，我们发现，改革后的《医学仪器原理及设计》课程在多个方面都有了明显的进步与提高。新的课程安排在内容上体现了生物医学工程专业的多学科交叉，课堂内容的讲解和学生自主学习有效融合，实验课程让专业知识不仅仅局限于课本演示，虚拟仪器设计的训练紧跟现代医学仪器发展的脚步，全面提升了学生的专业知识和行业竞争力，为他们今后进入社会，从事相关行业打下坚实的基础。同时，学生对于这种新的教学模式十分喜欢，接受度很高，在实验报告上，经常可以看到他们这样写道：“喜欢这样的课程，很开心也挺有收获”；“第一次接触血压计，比课堂上讲解更直观”；“尝试了很多新东西，很有趣”，“既兴奋又倍感收获”……学生喜爱，教学效果良好，紧贴行业发展步伐，培养行业需要的人才，这正是我们高校课程改革的最终目的。

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