分子生物学的发展史范文

导语：如何才能写好一篇分子生物学的发展史，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：分子生物学；教学；实效性

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）28-0204-03

课堂质量和课堂效率是提高课堂教学的实效性的两大关键因素。课堂质量包括教师教的质量和学生学的质量；课堂效率是指教师能否在单位时间里高效完成教学任务。“教”主要体现在教学目标、教学环节、教学活动等是否能调动起学生学习的积极性等；“学”主要体现在学生对基础知识的掌握情况、学习能力的提升状况、学科思想、方法与策略的获得、学习乐趣的有无、是否有了探索知识的欲望[1]。因此具有实效性的课堂，讲求的是高质量的教与学的过程。

分子生物学是高等院校生物学相关专业开设的主干课程之一，也是生物学科中发展较快的前沿学科之一，该课程的理论性很强，所涉及的内容都是在分子水平上的研究成果和研究方法。因此，无论是教师还是学生，对于初学者来说，确实有一定的难度。笔者根据自己多年来从事分子生物学的教学实践，对如何提高分子生物学课堂教学实效性的一些关键的问题进行了归纳和分析。

影响分子生物学课堂教学实效性的因素有很多，如教材的选择、教学目标的确定、教学手段和方法运用、教师的综合素质以及学生的自身因素等，但是，最主要的因素是教师的综合素质和学生的学习能力。笔者根据对分子生物学教学的经历，从教材的选择和利用、教师的素质和学生等方面进行简要阐述。

一、教材的选择和利用是提高分子生物学课堂实效性的重要基础

分子生物学较难，因此选择合适的教材很重要，要选择结构编排清晰的中文教材，这样会使学生对分子生物学有一个整体的清晰地认识，不至于对该课程产生厌倦的情绪。选择主要教材固然很重要，但是选择合适的参考书也不容忽视，这些参考书要以教材为中心，从不同方面对分子生物学的某些章节进行了详细阐述，这样可以使学生对不太清楚的知识点进行自学和更详细的把握。

在分子生物学教学中，要以教材为中心，通过查阅大量文献，灵活地使用教材。比如在绪论中介绍分子生物学发展史时，里面涉及的许多分子生物学的重大发现，是获得了诺贝尔生理和医学奖或者化学奖的成果，光讲这些理论成果比较枯燥，如果穿插介绍一些科学家发现理论的一些有趣的生活小故事等，就可以激发学生的学习兴趣。

一个优秀的分子生物学教师必须能灵活地处理和利用教材，在不打破知识结构顺序的前提下，可以打破所选教材的编排顺序，按照自己的教学思路，因材施教。在教材的选择方面笔者认为，以国内的优秀教材为主，把国外的一些优秀教材的相关内容的实验证据翻译成汉语制成课件或动画，让学生通过对实验证据的理解更进一步巩固加深。同时给学生提供一些国内外优秀的分子生物学参考书和高校精品课程网站，以利于学生更好地掌握和巩固分子生物学中难理解的知识。

二、教师的知识储备和综合素质是提高分子生物学课堂实效性的核心

1.教师的知识储备与分子生物学的课堂实效性的提高。分子生物学是一门综合性的学科，它以经典遗传学为基础、与微生物学、细胞生物学相互交叉，与生物化学同处在一个二级学科下，所以一个好的分子生物学教师，应该具备生物学领域中上述四大课程的扎实的理论知识和实践知识结构，同时还要具备该领域创新活动所必需的知识结构。尽量做到课程之间的联系和知识的迁移。

分子生物学的专业知识和技术是分子生物教师知识中的特色部分。当然分子生物学实践知识在该课程教学中至关重要。分子生物学的一些理论和规律是通过实验得出来的，所以教师对相关实验证据的理解和掌握要全面透彻。而分子生物学的发展国外要快于国内，因此教师掌握英语，使自己具有查阅国际先进技术信息和进行信息处理以及国际技术交流的能力很重要。因此只有储备广泛的学科知识，才能将分子生物学知识融会贯通，从而达到较好的教学效果。除此以外，一个优秀的分子生物学教师还应该掌握现代教育理论和技术，这样才能将专业知识的讲授和教育技术的利用有机结合起来，教学效果会更好。

2.教师的综合素质与分子生物学课堂实效性的提高。教师的思维能力直接影响学生的课堂联想能力。教师应在分子生物学课堂教学中，用声情并茂的语言传授知识，对知识进行多方位的联想、分析，使学生掌握知识结构的内在规律，激活学生知识迁移的本领，获得有价值的活知识。分子生物学是一门综合性的学科，几乎每一个知识点都涉及几门学科的知识，因此以问题的形式启发学生回忆联想相关知识，将不同学科的知识点加以整合，利于提高学生的联想能力。

教师的观察能力是教师在分子生物学教学过程中必须具备的能力。教师能否有效地引导学生进入知识的殿堂，主要取决于教师是否具有准确的洞察力和及时反馈获取瞬间信息的能力。在分子生物学教学过程中，遇到难理解的问题时，学生会皱眉头或者瞪大眼睛，这时教师应该将该知识点所涉及的内容清楚讲解，便于学生消化吸收后面的内容。

教师的科研能力也是教师教育所必备的能力。一名优秀的大学教师除了具备以上所谈到的能力外，还要具备较强的科研能力。分子生物学是生命科学领域里发展较快的一门学科，新的技术和方法层出不穷。分子生物学教师必须以研究者的姿态进行教育教学，并在不断的研究与探索中，有所发现，有所创造，才能紧跟分子生物学的发展，把新的发现贯穿到教学当中，使学生了解分子生物学的发展热点和趋势，从而激发学生的学习兴趣。因此，教学过程中，将自己的科研成果与教材上的知识相结合讲解，更能激发学生的积极性。

教师的沟通能力有助于分子生物学课堂实效性的提高。教师的教育对象是学生，课堂上，需要教师与学生之间进行精神的沟通，情感的交流，引导学生积极上好每一节课，教师由教学活动的主角转变为学生学习的指导者和配合者。课堂上，教师的视线不要离开学生，一定要捕捉学生对所讲内容的反应，哪怕是一点点细微的表情，比如眼神、皱眉、点头、摇头以及微笑和迷惑的表情，随时灵活改变教学方法和表达的方式，让学生真正成为学习的主人而不是知识的奴隶。在课堂教学中，给学生提供一些学习资源，告诉学生如何利用这些资源，要善于捕捉和激发学生学习的灵感，发现和挖掘学生发展的潜能。同时对自己的教学过程，不定期进行问卷调查或者让学生以匿名的方式写出自己的意见和见解，从而不断提高和改进教师的教学技能和教学方法。

三、教学方法和手段是提高分子生物课堂实效性的关键

1.教学方法的灵活运用可以激发学生的学习兴趣。在分子生物学理论课程的教学上，采用启发式、互动式、对比式、小结式、开放式和研究式等多种教学方法的灵活使用，有利于提高教学质量，培养学生学习兴趣，活跃教学气氛，增进师生交流。

分子生物学是一门很难的课程，必须采用丰富多样的课堂教学模式，活跃课堂气氛，提高学生学习的主动性和积极性，即在分子生物学的教学中鼓励学生提问、讨论与交流，采用启发提问、讨论的方式，努力去创造有利于学生独立思考问题的情境，激发学生活跃的思维。引导学生带着问题学习，鼓励学生全方位、多角度独立思考，大胆提问，使其学会发现问题、提出问题，这样才能把学生的思维引入到活跃的课堂氛围中，以此培养学生的课堂积极性和激发创造性思维能力。

2.适当的教学手段可有效提高课堂教学质量。在教学手段方面，目前我们的分子生物学教学主要应用多媒体教学。多媒体教学利用动态画面展示知识点，利用它的图画特性将抽象的、理论的东西形象化，将空间、难以想象的内容具体化，还可以在课件中展示自然界的直观现象、模拟实践过程和再现研究过程，使学生在学习中感受到乐趣[2，3]。在多媒体教学中，我们应用了大量的动画来展示分子生物学核心内容，比如PCR原理，可以从网上下载动画素材，让学生从感官上认识PCR反应的具体过程，生动、形象、直观，节省时间，很容易接受，还可以进一步加深学生对理论的理解。

教学语言最好用汉语（母语），一些名词术语可以标注英语，因为我们的学生英语水平有限，分子生物学的知识本身就很难理解，如果用英语讲课无形中又增加了难度。所以用汉语讲效果会更好。

四、学生的学习方法和学习兴趣是提高分子生物学课堂效率的主要因素

教固然是影响课堂实效性的主要因素，但学也同样是一个非常关键的因素。学生首先要学会在做好预习，教师课前布置预习任务，以问题的形式让学生去预习下一次课的内容，这样学生听课就容易多了，接受知识也就轻松多了，只要能听懂，兴趣自然也就有了。于是，听课的过程中，学生就会提出一些问题，在老师的指导下，学生自己分析问题和解决问题，自然课堂效率会得到提高。

其次，在课堂上要聚精会神地听课，而不要光盲目地记笔记，最好提前把老师的课件拷贝打印出来，在听课的过程当中把难点记下来，以便课后向老师求教。分子生物学比较难，如果没有教师的细心讲授和指导，学生学起来也很吃力，所以每讲完一节课，教师要有目的地布置作业，对于记忆性的知识，让学生课后复习即可，而一些难理解的知识点，布置一些查阅文献的作业，让学生通过大量查阅文献对这些知识加以理解和掌握，这样理解更深刻透彻，就更容易掌握。

再者，我们可以找一些难度适中的章节让学生自己设计编写教案，然后讲给大家听，这样也可以激发学生的学习和探索的兴趣。

综上所述，要提高分子生物学课堂效率和教学质量，教师必须具备扎实雄厚的分子生物学知识、较强的学习能力和巧妙运用教育技术的能力。除此以外，一名优秀的分子生物学教师在走上讲台前，一定要旁听相关课程教师的课，尤其是旁听有经验的教师的课，这样从中可以细致地品味怎样才能让学生喜欢这门课。笔者在讲分子生物学课之前，曾经在不同的学校旁听了分子生物学及相关课程的不同优秀教师的课程达三年，既有研究生的课也有本科生的课，发现不同的教师在讲课时具备不同的风格，有的由浅入深娓娓道来，有的旁征博引激情活泼，有的边讲边讨论互动，无论哪种形式，都是主次分明层次清晰，最后高度概括和归纳，由点到面，再由面到点，学生的课堂积极性很高，因此课堂效率也很高。由此看来，总结经验取长补短，先当好“学生”，而后再当教师，这样才能胜任该课程。

因此，在分子生物学教学中，教师应该以雄厚的分子生物学理论和教育技术为指导，建立一个以学生为中心的动态课堂教学模式，即实行教师为主导，学生为主体，互相交流，共同参与的“双向沟通”教学模式，从而提高教师的课堂教学质量和学生的课堂学习效率。

参考文献：

[1]黄瑞.优化分子生物学课堂教学的尝试[J].苏州医学院学报，1999，19（10）：1070-1071.

[2]刘新光.多方位改进研究生的分子生物学技术理论与实验教学[J].广州医学院学报，2001，19（1）：75-76.

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16~19世纪，为近代生物学史15-16世纪欧洲兴起文艺复兴运动,是一次伟大的思想解放运动,它沉重地打击了教会和神学,为自然科学(包括生物学）的发展创造了良好的条件。资本主义及其生产力的发展为自然科学提出许多新的课题，同时也提供了大量可供观察的材料和新的研究手段。近代生物学的发展,在方法论上以培根实验理论和笛卡尔的数学方法为标志，在生物学内容上则以细胞学说和达尔文进化论的创立为中心,生物学的研究达到了整体水平和细胞水平。16~n世纪,生物学上一些分支学科开始独立和发展。植物学、解剖学和生理学先后成为一门独立的学科。18世纪,除生理学取得进一步发展外，分类学和胚胎学的成就最为显著。19世纪，细胞学、进化论和孟德尔遗传学方面的成就最为突出。近代生物学发展的特点是生物科学内部不同学派之间的对立和争鸣：这一时期,不同学派产生和不同的学说的争端，往往是特定学科走向更为成熟阶段的重要标志之一。例如,“物成论”与“神创论”，“进化论”与“不变论”，“人为分类法”和“自然分类法”,“预成论”与“渐成论”，“活力论”与“机械论"，“生生说”与“自生说”等等,不同学派的理论在经受实践、历史的检验以后，一方面，可以不断地修正错误,也可以相互取长补短,统一认识后达到更高层次的完善。例如,“活力论”和“机械论”的争论促进了生理学的发展。又如,“预成论”和“渐成论”的争论，有效地推动了胚胎学的发展；另一方面,真理战胜谬误,为学科发展奠定基础，例如“生生说”战胜“自生说”为微生物学的发展扫潸道路。不同学派之间的争端和对立，即有正价值，又有负价值。研究生命科学史，就要总结正反两方面的经验,帮助科学的研究自觉地运用这类正负价值,推动生物科学的发展。

2.现代生物学:

20世纪以来为现代生物学史由于物理、化学、数学向生物学渗透,给生物学带来了巨大的变革和发展,在全面发展的基础上，从描述性为主的傅物学领域，进人实验生物学蓬勃发展的时代。到了20世纪30年代,大多数生物学应用实验分析、物理或化学方法取得了许多新的进展。20世纪上半叶，基本上是以遗传学、胚胎学和生理学为带头学科，到了20世纪下半叶则以分子生物学为带头学科，加上细胞学、神经生物学和生态学构成了当代生物学的四大支柱。随着实验科学手段和方法的发展，生物学在微观上从细胞生物学水平走向分子生物学水平；宏观上,从各分支学科走向综合生物学的方向发展,这是一个微观研究和宏观研究不断相互促进的发展过程。21世纪被称为生物科学发展的世纪。

3.伟大科学家的重要成果是生物科学发展的里程碑,科学家的科学精神是生命科学发展史的炅魂。

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【关键词】生物学 核心概念 核心概念教学 新课程

生物学是一门研究生命现象及其活动规律的自然科学，它以一系列核心概念作为分析、推理、判断和综合等逻辑思维过程的依据来揭示本学科的基本规律。生物学概念不仅是生物学科的基础，而且是生物学领域最基本的语言表达单位。新课程改革的一个核心就是“注重学生在现实生活的背景中学习生物学，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”。可见提高科学素养不是追求对科学事实和信息量的更多占有，而是要求对核心概念和科学思想的深刻领悟。更重要的是培养学生接触到新的“原理、规律和方法”时能借助生物学概念能进行自我阐明的能力。因此，学生能否牢固地、准确地建立起反映生物学思想的基本的生物学核心概念体系，应当是中学生物学教学的主要目标。

一、对生物学核心概念的认识

在学科教学中，建构汇集信息片段的知识结构，并将其纳入到信息结构之中，这个知识结构的节点就是核心概念。在生物学这门基础自然科学中，离不开对事物和现象的具体描述和分析。生物学的核心概念，是指代表生物世界中同类的“事”、“物”及“规律”。我们要从众多的生物学概念中提炼出能反映学科本质的、构成学科骨架的概念，因为这样的概念可以统摄学科的一般概念，可以揭示一般概念之间的联系，具有统整学科知识的功能，这样的概念就叫核心概念。我们在课堂上抓住生物学的核心概念进行教学，教学中前后一致、将生物学思想主线贯穿始终，致使学生对生物学现象本质的认识深入，提高学生解决生物学实际问题的能力，这对学生的终身发展是极其有利的。

二、为什么要进行生物学核心概念的教学

第一，生物学核心概念有助于提升学生的科学素养。

考试评价已经悄悄地由事实性知识的记忆转向对核心概念的理解。近几十年来，特别是DNA分子双螺旋结构破译以来，生物学的研究进入到分子生物学水平，生物科学知识呈现出爆炸性的增长，面对如此繁多的知识，如果仍然要求学生记忆生物学事实，哪怕是一些经典的生物学事实，恐怕也很难做到。最基本的概念、原理、规律等一般不发生巨大的变化，创设新的情境，要求学生应用概念、原理、规律等来分析解决问题，以此来评价学生的学习，已成为评价学生学业的主流方向了。

第二，生物学事实往往是相互孤立的，难以建立合理的联系，组成一个合理的结构，因此对生物学事实的考查往往是检查学习者是否记住，是否记得清楚。而生物学概念主要是在运用中得到巩固，概念的运用是把已经概括化的一般属性应用到特定场合。

第三，生物学核心概念具有统摄思维功能。核心概念的提炼和梳理需要按照知识的内在联系和规律性，将零散的整体化、条理化，建构起脉络清晰、条理分明、相互之间有机联系的体系。

第四，生物学核心概念具有很强的迁移教育功能。概念的过程也是概念的具体化过程。一般而言，概念的应用有两种途径：一是引证具体实例来说明概念的内涵和外延；二是运用概念来解决实际问题。

三、如何进行核心概念的教学

1、以教学单元作为建构核心概念体系的基本单位

教学单元是一个相对完整的教学内容体系，它由若干节具有内在联系的具体内容组成，它们之间形成了一个有机整体，因此教学单元是学生知识结构形成和发展的基本单位。

2、充分应用生物科学发展史建构核心概念体系

生物学概念的发展史中，不仅记载着生命科学知识的形成过程，而且蕴涵着科学家的创造思维方式。所以学习生物学概念的发展史，不仅有利于更好地理解、掌握生物学概念，而且有利于学生形成科学的观念，提高生物学科学素养、提高学生的探究能力、培养学生的“三维目标”、实现学生科学素养和人文精神的和谐统一。

3、通过模型法建构核心概念体系

“模型”是人们按照科学研究的特定目的，在一定的假设条件下，用物质形式或思维形式再现原型客体的某种本质特征。在实践教学中主要有物理模型、数学模型、概念模型，通过构建模型和直接认知模型来把握生物学概念，是当前课改实践中的常用科学方法。模型法可以让抽象问题更易理解和直观化。

4、通过概念图方法建构核心概念体系

“知识的构建是通过已有的概念对事物的观察和认识开始的”。概念图是一种用节点代表概念，连线表示概念间关系的图示法。通过建立概念网络，不断地向网络增添新内容，有助于学生激发学习动机，创造新知识，形成有意义的学习过程。

生命科学中的“规律、原理和方法”都是借助于有关生物学概念才得以表述。而概念是人脑对现实的对象和现象的一般特征和本质特征的反映。因此，在生物学教学中学生准确、深刻地理解、掌握概念，不仅是学好生物学的前提，也是发展学生智力和逻辑思维能力的必要条件。因此，生物教师要重视概念教学，运用有效的策略帮助学生正确理解和运用概念，进而运用生物学原理、规律解决生产、生活实践中的有关生物学问题。

参考文献：

[1]戢守志等译.美国国家科学教育标准.北京：科学技术文献出版社.1999.

[2]The California State Board 0f Education， Science Framework， California Department 0f Education. 2000.

[3]H.Lynn Erickson著，兰英译.概念为本的课程与教学.北京：中国轻工业出版社.2003

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关键词：生物化学；多媒体技术；最新科研成果；发展史

生物化学是一门探讨生命本质的学科，具有较强的实践性和应用性，并快速地与其它学科进行交叉、渗透。生物化学是从分子水平研究了生物体的分子结构和功能，概念抽象晦涩、知识体系较为复杂。因此大多数学生感觉生物化学不易掌握和理解，导致学生缺乏积极性和学习兴趣。因此，有必要通过多种方法来提高生物化学的课题教学效果。

1、采用多媒体技术提高教学效果

随着对媒体教学技术以及网络教学平台的快速发展，多媒体课件在生物化学教学过程中发挥着重要作用。生物化学的研究对象往往比较难以观察，通过多媒体课件可以进行丰富的课堂展现，不仅对生物化学的微观过程进行模拟，而且可以对一些抽象的生物现象进行直接表现。生物化学的一些概念较为抽象、复杂，学生难以通过语言或文字真而正理解。通过多媒体课件中的动画或视频，可以将一些抽象的概念进行直观展示。此外，生物化学是一门研究型学科，结合实验教学有助于学生对相关知识有更好地直观理解。由于生物化学实验时间较长，操作较为复杂，课堂教学过程中难以结合实验教学。通过多媒体动画或视频展现实验效果，可以获得更好的教学互动。多媒体课件以其协同性、交互性、动态性，可以极大地提高了生物化学的教学效果。

2、将生物化学知识与现实生活结合来提高教学效果

生物化学教学不仅要以教材为基础，还应将科学知识与现实生活相结合。例如，在讲解基因重组技术时，介绍一些化妆品具有抗衰老作用，是由于加入了从大肠杆菌获得的表皮生长因子。利用大肠杆菌获得人表皮生长因子的操作方法是：通过PCR技术人基因组中获得表皮生长子基因，将表皮生长子基因重组到原核表达的质粒载体，基因重组质粒转化大肠杆菌后，在适当条件下可以诱导大肠杆菌表达生成人表皮生长因子。在讲解过脂代谢时，将脂代谢与减肥联系起来。强调脂肪是在线粒体中进行β-氧化分解，由于线粒体膜的屏障作用，脂肪是不能直接进入线粒体。肉碱在脂肪代谢过程中作为搬运工，搬运脂肪穿过线粒体膜屏障，让脂肪在线粒体中“燃烧”。一些公司由此将肉碱开发成具有减肥作用的保健品。在讲解DNA时，介绍转基因植物对我们日常生活的重要影响，例如转基因西红柿是通过基因过程技术敲除了能够引起自身腐烂的聚半乳糖醛酸酶，因此转基因西红柿不易腐烂，能够保存较长时间。通过一些实例介绍，使学生将课本知识与现实生活交汇起来，激发学生对生物化学的兴趣，由此可以提高生物化学的教学效果。

3、通过介绍最新科研成果来提高教学效果

生物化学是研究自然界组成生物体的化学成分及其变化规律的学科，生物化学的主要任务解释各种生命现象。在课堂教学过程中，向学生介绍生命科学领域的最新研究成果，将最新的科研成果融入到教学过程中，有助于激发学生的兴趣，提高课堂教学效果。很多疾病的发生机制的解释，疾病的诊断方法、治疗措施，都是基于生物化学的理论基础。在讲授蛋白质功能结构时，向学生介绍镰刀形红细胞贫血症，该病患者血液中出现许多长而薄，看起来像镰刀的新月形红细胞，患者血红蛋白含量仅及正常人的一半，患者主要靠输血维持，多在成年前死亡。镰刀形红细胞贫血症是一种“分子病”，是由于异常血红蛋白β链的第6位谷氨酸被缬氨酸所代替，蛋白质分子结构发生遗传性变化导致了病变。过去镰刀形红细胞贫血症没有特效治疗手段，最新研究成果发现可以采用基因治疗的方法，治疗性的基因被导入非致病的病毒载体并转化入造血干细胞，输入人体后，能够在人体内产生正常的血红蛋白，从而获得较好的治疗效果。课堂教学中引入最近的科研成果，不仅使学生对理论知识有了更深入的理解，同时激发了学生的学习兴趣和学习热情。

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一、青光眼流行病学

在我国非选择性人群中，原发性青光眼发病率为0.52%，继发性和先天性青光眼的发病率为0.06％和0.02％，年龄＞40岁的人群中，原发性青光眼的发病率达1%～2%。以全国12亿人口计算，原发性青光眼患者已超出625万。以往的调查表明，我国原发性青光眼患者中，闭角型青光眼与开角型青光眼的比例约为3.7∶1；与新加坡的4.5∶1接近；与日本及欧美国家比例正相反,日本为1∶7.7；欧美国家原发性开角型青光眼（primaryopen-angleglaucoma,POAG）占85%～95%，原发性闭角型青光眼（primaryangle-closedglaucoma,PACG）占5％～15%。这种发病类型的差异主要与种族差异有关，也与我国在POAG诊断方面发生漏诊，丢失了一些早期青光眼患者，发生统计学α类误差，欧美国家将有些疑似青光眼患者归为POAG，发生统计学β类误差有关。近年来，随着医疗卫生保健工作的开展、社区服务的健全、社会成员就诊意识的加强及临床诊断水平的提高，我国POAG患者越来越多，且有年轻化的趋势；同时因糖皮质激素在眼科及其他临床学科的应用日益广泛，糖皮质激素诱发性青光眼（glucocorticoid-inducedglaucoma,GIG）患者逐渐增多，致使青光眼内部构成发生了变化。据有关临床资料统计，青光眼住院患者的构成比，已由80年代PACG的80.37%、POAG的8.18%，变为如今的PACG为55.86%、POAG为19.25%，GIG为4.35%，这种构成比的变化呈上升趋势。当前我国青光眼内部构成比的变化，必将带来青光眼防治重点的转移。PACG仍居防治工作的首位，POAG和GIG由于起病隐匿、早期诊断困难，发现时患者视功能已出现不可逆性损害，已成为青光眼防治工作的另一个重点。

二、青光眼早期诊断

先天性青光眼和PACG的诊断相对较容易。先天性青光眼一般根据患儿的症状如畏光、流泪及有关检查（如角膜直径、角膜有无混浊、眼压情况及视盘大小）即可做出诊断。PACG通过前房深度测量，超声生物显微镜（ultrasoundbiomicroscopy,UBM）、前房角镜及眼底镜检查，进行暗室试验或暗室俯卧试验等，同时观察眼压情况，最后均可排除或确立诊断。

由于POAG患者早期与正常人群存在交叉重叠，对于单项指标异常很难做出判别。而3项指标均确立者往往已是进展期，所以早期诊断较为困难，难以给患者一个明确的结论，需要随访观察。传统的POAG早期诊断主要根据房角、眼压（24h眼压曲线）、视野及对视和视神经纤维层动态观察进行诊断，对一些正常眼压性青光眼或眼压处于临界值的患者，这些检查的客观性和敏感性均感不足，通常只能根据视野改变最后确立诊断，此时患者已出现明显的视功能损害。所以眼科学家们一直都在寻找可以解决这个问题的新方法。近年来，随着眼科领域影像学及特殊视功能检查技术的不断发展，对POAG的诊断新手段相继出现。并显示出独特的诊断价值，如共焦激光扫描眼底镜（confocalscanninglaserophthalmoscopy,CSLO）、激光扫描偏振仪（scanninglaserpolarimetry）、光学相干断层成像（opticalcoherencetomography,OCT）、视网膜厚度分析仪（retinalthicknessanalyzer,RTA）、共焦图像血管造影（confocaltomographicangiography）等，不仅能够客观评价视和视神经纤维层的结构改变，而且可提供定量测定数据；彩色多普勒血流成像（colordopplerimaging,CDI）能够准确测定眼眶血管，特别是视神经部位的血流动力学特征；眼底血管荧光造影（fluoresceinfundusangiography,FFA）、吲哚青绿脉络膜血管造影（indocyaninegreen,ICG），对于了解青光眼的视神经损害、可能的视功能影响及治疗效果的追踪观察等提供了有价值的信息；眼前段UBM检查对了解前房深度、房角定量测定及动态观察有重要帮助。上述新的影像学检查手段对于青光眼的早期诊断、发病机制的研究及追踪观察等方面，均具有重要价值，对促进青光眼学科的发展有重大作用。特殊视功能检查包括视觉生理检查、心理物理学检查及计算机视野检查等，使我们可以利用视诱发电位（visualevokedpotential,VEP）、视网膜电图（electroretinogram,ERG）、多导VEP、运动觉、对比敏感度视野、黄绿视野、高通分辨视野等,对视网膜神经节细胞的特性进行分析，以期达到早期诊断目的。近几年应用CSLO扫描，可实时同步定点对特定部位的视网膜进行多焦视网膜电图(multifocaleRG)检查及视野检测，精确判定局部视网膜的功能，为青光眼的早期诊断提供了更敏感的参考指标。

通过对患者遗传背景、性别、年龄，有无高血压、糖尿病、心血管病史及高度近视眼史，有无青光眼家族史等分析，进行24h眼压曲线描记，通过影像学及特殊功能学检查，可望对POAG做出正确的早期诊断，同时指导进一步的治疗。随着对青光眼相关发病基因研究的深入，对青光眼高危人群进行基因筛查，或对POAG家系中所谓正常人或GIG患者的其他家庭成员进行基因检测，建立起一套准确而又先于症状的检测手段，应是新世纪对青光眼早期诊断的发展方向。在此基础上，通过对青光眼患者进行基因产前诊断，对于优生优育、提高我国人口素质，也具有重大意义。

三、青光眼发病机制

眼压在青光眼的发病中起着非常重要的作用，所谓正常眼压，是根据眼压在人群中的正态分布制定的，属于统计学概念，并非指病理状况。在青光眼的发病中，病理性眼压升高及个体眼压也即靶眼压或个体所能耐受的眼压，显得更为重要。

传统观点认为引起PACG房角关闭的机制主要是瞳孔阻滞。随着UBM临床应用的普及，发现我国PACG房角关闭还存在着其他形式，并在UBM对房角关闭进行半定量研究的基础上，提出我国PACG新的分类体系：（1）单纯型瞳孔阻滞型；（2）单纯型非瞳孔阻滞型，包括睫状体前位型、周边虹膜肥厚型两类；（3）多种机制共存型等。UBM的研究还发现，葡萄膜囊肿特别是睫状体囊肿在闭角型青光眼的发病中起着一定的作用。这些研究均加深了对闭角型青光眼发病机制的认识。

有关POAG及GIG的发病机制一直不很清楚，随着分子遗传学及分子生物学在眼科领域的不断渗透，青光眼研究已从受体水平达到了基因水平，取得了可喜的成果。通过对我国广州（Guangzhou-1,GZ-1)POAG家系进行遗传方式分析、基因克隆测序及SSCP（single-strandconformationpolymorphism）基因突变筛选研究发现：（1）其遗传方式基本符合孟德尔常染色体显性遗传规律;（2）GZ-1家系患者TIGR（trabecularmeshworkinducedglucocorticoidresponseprotein）基因第3外显子在第370密码子发生突变，由原来的CCG突变为CTG，氨基酸也由脯氨酸替换为亮氨酸，即Pro370Leu,该突变与日本报道的家系一致，与西方国家的家系不同，提示中国人POAG家系发病机制与西方国家的差异；（3）个别POAG患者TIGR基因第3外显子小片段在第388密码子发生突变，由GAT突变为AAT，氨基酸由天冬氨酸替换为天冬酰胺，即Asp388Asn，但突变频率仅约1.4%，较国外报道的2.8%低，进一步提示中国人POAG家系发病机制与西方国家的差异。对PACG家系及正常人进行TIGR基因检测未发现突变。观察中国正常人与GIG患者外周血淋巴细胞与小梁网细胞糖皮质激素受体（glucocorticoidreceptor,GR）特性，发现GIG患者较正常人有更高的结合位点，亲和力、解离度偏高。研究正常人与GIG患者编码GR的DN段，结果发现二者无差别，提示GIG的发病可能是由于编码GR时在mRNA水平发生异常所致。在POAG发生中所涉及的众多细胞因子中，有的因子起到正调节作用，促进小梁功能的恢复，如胰岛素样生长因子-1（insulin-likegrowthfactor,IGF-1）、一氧化氮（nitricoxide,NO）等，有的则可能产生负调节作用，导致小梁网功能的损害，如转化生长因子（transforminggrowthfactors,TGF-β）等。以上基因突变或表达异常，均可能造成细胞因子间的调节失衡，导致小梁网细胞外间质成分的改变，使小梁网孔变小，或使小梁网细胞中细胞骨架的微丝重排，导致小梁细胞移行和增殖能力明显降低，吞噬功能减弱，最终导致房水流出道的阻力增加和眼压升高。这些研究进一步加深了眼科医师对青光眼发病机制的认识。

当前有两个基因与青光眼之间的关系研究得比较透彻，即上述与POAG相关的TIGR基因及与原发性婴幼儿型青光眼有关的CYP1B1基因。分子生物学技术的不断发展，使我们可以利用DNA芯片技术(DNAchips)或生物芯片技术检查基因突变及其多态性，并利用靶向转录技术(transriptionaltargeting)或转基因动物，研究基因突变后功能变化及与青光眼发病的关系。利用DNA芯片技术(DNAchips)或生物芯片技术将发现更多与青光眼相关的致病基因。随着对青光眼相关发病基因认识的不断深入，既往青光眼分类的某些观念正逐渐改变。主要根据发病年龄划分的原发性婴幼儿型青光眼、青少年型青光眼及迟发性青光眼等传统分类已显得不尽合理；将青光眼分为开角型、闭角型和先天性也只是解剖学分类。因此，新的青光眼分类应根据其遗传方式、致病基因、发病年龄、房角状况、眼压情况等综合确立。

四、青光眼视神经损害及视神经保护

青光眼视神经损害是导致不可逆性视功能损害的根本原因，青光眼视神经损害的发生机制与防护正在成为当前青光眼研究领域的热点之一。高眼压或低血流灌注压导致缺血、缺氧等，使视神经纤维轴浆流中断，进一步导致靶源性神经营养因子的供给中断，同时产生较多的兴奋性毒素，并激活了某些诱导凋亡的基因，作用于细胞表面的受体如NMDA受体，出现大量钙离子内流、钙离子超载，通过胞内信号转导，激发一系列级联式反应，最终导致DNA断裂，细胞发生变性凋亡，从而引起青光眼视神经损害。如何有效保护和恢复青光眼等眼病的视网膜视神经病变患者的视功能，即视神经保护（neuroprotection）的问题，是当前视觉科学领域亟待攻克的难关之一。狭义的视神经保护概念主要是指通过直接作用于视网膜的物质，达到保护视网膜神经节细胞免受损害的目的；广义的视神经保护概念是指能够防止视网膜神经节细胞发生死亡的一切治疗手段，其中降眼压是最重要手段之一，不将眼压降到个体能够承受的耐受压水平，根本无法论及视神经保护的问题。所以，视神经保护的策略应该是在有效降低眼压的基础上，针对上述发生视神经损害的不同环节，利用不同的药物，阻断视神经损害的发生。祖国中医中药当归素及黄芩甙、钙离子通道阻滞剂硝苯地平（nifedipine）和尼莫地平（nimodipine）、NMDA受体阻滞剂MK-801、一氧化氮合酶抑制剂左旋精氨酸、抗氧化剂维生素C及维生素E等、热休克蛋白家族、神经营养因子家族NGF、BDNF、CNTF、GDNF、NT-3、NT-4或NT-5等，均可从不同环节，达到保护视神经的目的。利用外周神经移植联合转生长因子基因细胞移植，或与雪旺细胞共生培养促进青光眼残存的神经细胞再生的实验研究已初露端倪，为进一步的临床应用奠定了基础。通过视网膜移植达到改善青光眼患者视功能的研究经多年努力已达到形态上的重建，但是要达到突触及功能重建的目的还要经过长期的努力。当前组织工程学的建立和发展，是继细胞生物学和分子生物学后，生命科学发展史上又一个新的里程碑，同时也为青光眼视神经损害的治疗提供了一个契机，利用组织工程学的种子细胞即胚胎干细胞（embryonicstemcells）定向分化和移植，通过治疗性克隆（therapeuticcloning）等方法进行青光眼等视网膜、视神经疾病的治疗，是神经科学及视觉科学又一研究热点。目前的研究已表明，移植入眼内的胚胎干细胞可以形成视网膜样结构，这无疑为青光眼等眼病的视功能保护带来了希望。

五、抗青光眼术后功能性滤过泡的保持

抗青光眼术后功能性滤过泡的维持是保证手术成功的最重要因素。损伤和修复的矛盾是滤过泡瘢痕化的主要问题。如何应用药物或手术使功能性滤过泡得以维持而又不产生并发症，是对眼科医生极大的挑战。术中于结膜瓣或巩膜瓣下一次性使用0.2～0.4mg/ml丝裂霉素（溶解2mg丝裂霉素用液量不得少于6ml）3～5min，术后5-氟尿嘧啶、α2b干扰素、γ-干扰素等的使用，术后滤过泡的分离，激光缝线切断术处理抗青光眼术后巩膜瓣缝线过紧致滤过功能欠佳者，非穿透性小梁切除及Schlemm管外壁切除术加巩膜瓣下水凝胶物或羊膜植入术等，为手术后功能性滤过泡的维持，提供了较好的方法。通过UBM监测滤过道的情况，发现阻塞部位及时解除，对功能性滤过泡的维持起到了重要作用。通过转γ-干扰素基因细胞移植、或应用第3代光敏剂苯并卟啉衍生物进行新型激光光动力疗法，使青光眼术区滤过泡纤维化的治疗成为可能。

六、青光眼的治疗

近几年青光眼的药物治疗有较大发展，药物剂型的改进、新药物的研制和开发，使临床医生在选择抗青光眼药物方面有较大的回旋余地。如新近对传统药物毛果芸香碱凝胶缓释系统等新剂型的开发，使患者减少了滴药次数，而降眼压效果又明显。近几年开发的主要新型抗青光眼药物：β-受体阻滞剂如左旋丁萘酮新安（betagen,贝他根）、倍他洛尔（betopic,贝特舒）及卡替洛尔（mikelan,美开朗），前列腺素类药物如latanoprost(xalatan，适利达)及unoprostoneisopropylate(rescula)，拟交感神经药物如普罗品（propine）、brimonidine（alphagan），局部用碳酸酐酶抑制剂如dorzolamide(trusopt，添素得)等。上述药物均各具优点，分别从抑制酶的活性、减少常规房水流出通道阻力（小梁网途径）、促进房水经葡萄膜、巩膜途径流出等方面降低眼压。betopic对心血管及支气管-肺影响较小；latanoprost每日滴眼1次，即可产生持续恒定的降压效果；alphagan除有较好的降眼压作用外，还有潜在的神经保护作用；局部滴用trusopt降压效果好，且又无明显的全身副作用等。这些药物的开发应用，为临床医生提供了多样化的选择。此时，药物的配伍及使用顺序显得相当重要，临床医生要在充分了解药物作用机制的基础上，合理用药，以最少的药物达到最理想的效果。另外，患者使用药物的顺应性(compliance)问题，即患者对药物的反应、副作用、耐受性、能否遵照医嘱等，是抗青光眼用药的一个重要环节，应该得到重视，特别要注意药物的使用对患者精神和心理因素的影响，以便取得良好的药物效应。

在临床用药方面值得提出的是药物性小梁切除术的发展，既往使用的药物如细胞松弛素等，由于毒副作用较大，未能得到推广。近年来开发的药物小梁切除术，是通过特异性的酶如透明质酸酶等，直接作用于Schlemm管，松解细胞外间质，达到疏通房水流出道的作用，可能是药物治疗的又一发展方向。

青光眼的手术治疗也同样有了较大的提高。复合式小梁切除术规范化操作的发展及抗代谢药物在手术中的应用，使滤过性手术的效果有了明显改善，手术成功率大大提高。转γ-干扰素基因细胞移植的研究，可为抑制青光眼滤过泡瘢痕化提供低副作用且有效的方法，以进一步提高抗青光眼滤过性手术的效果。通过非穿透性小梁切除术联合透明质酸钠生物胶植入治疗POAG，能有效降低眼压，保持患者原有视功能，减少术后并发症，有较好的临床应用前景。随着小切口超声乳化白内障摘除技术和设备的不断改进和日益成熟，以及折叠式人工晶状体的不断改良，将这项白内障治疗的新技术引入主要由晶状体因素导致的PACG及恶性青光眼的治疗，已初见成效；该手术方法不但能够有效降低眼压、加深前房、开放房角，还可恢复患者视功能，大部分患者还可免行抗青光眼手术，是治疗PACG及恶性青光眼的一种新方法。另外，房水引流装置植入术的应用，为部分滤过性手术效果差的难治性青光眼患者提供了一种新的治疗方式，并获得了一定疗效。

随着激光医学的发展，各种类型的眼用激光设备随之出现，激光在青光眼领域的应用也日渐广泛。结合激光生物性效应对青光眼的治疗作用，包括光致热效应、光致切割作用、光致等离子体裂解效应，临床上可针对青光眼致眼内压升高的不同环节，联合应用不同类型的激光机，分别进行房角成形术联合虹膜切除术治疗PACG或恶性青光眼；应用小梁成形术或小梁切开术治疗POAG；使用虹膜或房角小梁新生血管漂白术治疗新生血管性青光眼；采用激光缝线切断术处理抗青光眼术后巩膜瓣缝线过紧致滤过功能欠佳者；选用经巩膜或瞳孔路径行睫状体光凝术治疗某些难治性青光眼患者。此外，行激光巩膜全层切除术治疗青光眼是近年来的又一进展。最近利用第3代光敏剂苯并卟啉衍生物进行新型激光光动力疗法，治疗新生血管性青光眼及青光眼术区滤过泡纤维化也已初见成效。

篇6

【关键词】医学影像技术

医学影像技术主要是应用工程学的概念及方法,并基于工程学原理发展起来的一种技术,其实医学影像技术还是医学物理的重要组成部分,它是用物理学的概念和方法及物理原理发展起来的先进技术手段。医学影像信息包括传统X线、CT、MRI、超声、同位素、电子内窥镜和手术摄影等影像信息。它们是窥测人体内部各组织,脏器的形态,功能及诊断疾病的重要方法。随着医疗卫生事业的发展,以胶片为主要方式的显示、存储、传递X-ray摄像技术已不能满足临床诊断和治疗发展的需求,医疗设备的数字化要求日益强烈,全数字化放射学、图像导引和远程放射医学将是放射医学影像发展的必然趋势。

1 传统摄影技术在摸索中进行

1.1 计算机X线摄影

X射线是发展最早的图像装置。它在医学上的应用使医生能观察到人体内部结构,这为医生进行疾病诊断提供了重要的信息。在1895年后的几十年中,X射线摄影技术有不少的发展,包括使用影像增强管、增感屏、旋转阳极X射线管及断层摄影等。但是,由于这种常规X射线成像技术是将三维人体结构显示在二维平面上,加之其对软组织的诊断能力差,使整个成像系统的性能受到限制。从50年代开始,医学成像技术进入一个革命性的发展时期,新的成像系统相继出现。70年代早期,由于计算机断层技术的出现使飞速发展的医学成像技术达到了一个高峰。到整个80年代,除了X射线以外,超声、磁共振、单光子、正电子等的断层成像技术和系统大量出现。这些方法各有所长,互相补充,能为医生做出确切诊断,提供愈来愈详细和精确的信息。在医院全部图像中X射线图像占80%,是目前医院图像的主要来源。在本世纪50年代以前,X射线机的结构简单,图像分辨率也较低。在50年代以后, 分辨率与清晰度得到了改善,而病人受照射剂量却减小了。时至今日,各种专用X射线机不断出现,X光电视设备正在逐步代替常规的X射线透视设备,它既减轻了医务人员的劳动强度,降低了病人的X线剂量;又为数字图像处理技术的应用创造了条件。随着计算机的发展数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影现阶段,用于数字摄影的探测系统有以下几种: (1)存储荧光体增感屏[计算机X射线摄影系统(computer Radiography.CR)]。

(2)硒鼓探测器。(3)以电荷耦合技术(charge Coupled Derices.CCD)为基础的探测器 。(4)平板探测器(Flat panel Detector)a:直接转换(非晶体硒)b:非直接转换(闪烁晶体)。这些系统实现了自动化、遥控化和明室化,减少了操作者的辐射损伤。

1.2 X-CT

CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破,因为他标志了医学影像设备与计算机相结合的里程碑。这种技术有两种模式,一种是所谓“先到断层成像”(FAT),另一种模式是“光子迁移成像”(PMI)。

1.3 磁共振成像

核磁共振成像,现称为磁共振成像。它无放射线损害,无骨性伪影,能多方面、多参数成像,有高度的软组织分辨能力,不需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。

1.4 数字减影血管造影

它是利用计算机系统将造影部位注射造影剂的透视影像转换成数字形式贮存于记忆盘中,称作蒙片。然后将注入造影剂后的造影区的透视影像也转换成数字,并减去蒙片的数字,将剩余数字再转换成图像,即成为除去了注射造影剂前透视图像上所见的骨骼和软组织影像,剩下的只是清晰的纯血管造影像。

2 数字化摄影技术

数字X射线摄影的成像技术包括成像板技术、平行板检测技术和采用电荷耦合器或CMOS器件以及线扫描等技术。成像板技术是代替传统的胶片增感屏来照相,然后记录于胶片的一种方法。平行板检测技术又可分为直接和间接两种结构类型。直接FPT结构主要是由非品硒和薄膜半导体阵列构成的平板检测器。间接FPT结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非品硅层在加TFT阵列构成的平板检测器。电荷耦合器或CMOS器件以及线扫描等技术结构上包括可见光转换屏,光学系统和CCD或CMOS。

3 成像的快捷阅读

由于成像方法的改进,除了在成像质量方面有明显提高外,图像数量也急剧增加。例如随着多层CT的问世,每次CT检查的图像可多达千幅以上,因此,无法想象用传统方法能读取这些图像中蕴含的动态信息。这时在显示器上进行的“软阅读”正在逐渐显示出其无可比拟的优越性。软拷贝阅读是指在工作站图像显示屏上观察影像,就X线摄影而言这种阅读方式能充分利用数字影像大得多的动态范围,获取丰富的诊断信息。

4 PACS的广阔发展空间

随着计算机和网络技术的飞速发展,现有医学影像设备延续了几十年的数据采集和成像方式,已经远远无法满足现代医学的发展和临床医生的需求。PACS系统应运而生。PACS系统是图像的存储、传输和通讯系统,主要应用于医学影像图像和病人信息的实时采集、处理、存储、传输,并且可以与医院的医院信息管理系统放射信息管理系统等系统相连,实现整个医院的无胶片化、无纸化和资源共享,还可以利用网络技术实现远程会诊,或国际间的信息交流。PACS系统的产生标志着网络影像学和无胶片时代的到来。完整的PACS系统应包含影像采集系统,数据的存储、管理,数据传输系统,影像的分析和处理系统。数据采集系统是整个PACS系统的核心,是决定系统质量的关键部分,可将各种不同成像系统生成的图象采入计算机网络。由于医学图像的数据量非常大,数据存储方法的选择至关重要。光盘塔、磁带库、磁盘陈列等都是目前较好的存储方法。数据传输主要用于院内的急救、会诊,还有可以通过互联网、微波等技术,以数据的远距离传输,实现远程诊断。影像的分析和处理系统是临床医生、放射科医生直接使用的工具,它的功能和质量对于医生利用临床影像资源的效率起了决定作用。综上所述,PACS技术可分为三个阶段,(1)用户查找数据库;(2)数据查找设备;(3)图像信息与文本信息主动寻找用户。

5 技术----分子影像

随着医学影像技术的飞速发展,在今天已具有显微分辨能力,其可视范围已扩展至细胞、分子水平,从而改变了传统医学影像学只能显示解剖学及病理学改变的形态显像能力。由于与分子生物学等基础学科相互交叉融合,奠定了分子影像学的物质基础。Weissleder氏于1999年提出了分子影像学的概念:活体状态下在细胞及分子水平应用影像学对生物过程进行定性和定量研究。

分子成像的出现,为新的医学影像时代到来带来曙光。基因表达、治疗则为彻底治愈某些疾病提供可能,因此目前全世界都在致力于研究、开创分子影像与基因治疗,这就是21世纪的影像学。 新的医学影像的观察要超出目前的解剖学、病理学概念,要深入到组织的分子、原子中去。其关键是借助神奇的探针--即分子探针。到目前为止,分子影像学的成像技术主要包括MRI、核医学及光学成像技术。一些有识之士认为;由于诊治兼备的介入放射学已深入至分子生物学的层面,因此,分子影像学应包括分子水平的介入放射学研究。

6 学科的交叉结合

交叉学科、边缘学科是当今科学发展的趋势。影像技术学最邻近的学科应为影像诊断学。前者致力于解决信息的获取、存储、传输、管理及研发新的技术方法;后者则将信息与知识、经验结合,着重于信息的内容,根据影像做出正常解剖结构的辨认及病变的诊断。两者相辅相成,互为依托。所以,影像技术学的发展离不开影像诊断学更密切地沟通与结合将为提高、拓展原有成像方式及开辟新的成像方式做出有益的贡献。医用影像诊断装置用于详细地观察人体内部各器官的结构,找出病灶的位置毫克大小,有的还可以进行器

官功能的判断 。还有医用影像诊断装备情况,已成了衡量医院现代化水平的标志。

7 浅谈医学影像技术的下一个热点

医疗保健事业在经济上的窘迫使得90年代以来,成为一个没有大规模推广一种新的影像技术的、相对沉寂的时期,延续了一些现有影像技术的发展,使得他们中至今还没有一种影像技术能对影像学产生巨大的影响。随着科技的发展,最近逐渐发展起来的一批有希望的影像技术。如:磁共振谱(MRS),正电子发射成像(PET)单光子发射成像(SPECT),阻抗成像(EIT)和光学成像(OCT或NRI)。他们有可能很快成为大规模应用的影像技术,将为脑、肺、及其他部位的成像提供新的信息。

7.1 磁源成像

人体体内细胞膜内外的离子运动可形成生物电流。这种生物电流可产生磁现象,检测心脏或脑的生物电流产生的磁场可以得到心磁图或脑磁图。这类磁现象可反映出电子活动发生的深度,携带有人体组织和器官的大量信息。

7.2 PET和SPECT

单光子发射成像(SPECT)和正电子成像(PET)是核医学的两种CT技术。由于它们都是接受病人体内发射的射线成像,故统称为发射型计算机断层成像(ECT)。ECT依据核医学的放射性示踪原理进行体内诊断,要在人体中使用放射性核素。ECT存在的主要问题是空间分辨率低。最近的技术发展可能促进推广ECT的应用。

7.3 阻抗成像(EIT)

EIT是通过对人体加电压,测量在电极间流动的电流,得到组织电导率变化的图像。 目的在于形成对体内某点阻抗的估计。这种技术的优点是,所采用的电流对人体是无害的,因而对成像对象无任何限制。这种技术的时间分辨率很好,因而可连续监测实际的应用,已实现以视频帧速的医用EIT的实验样机。

7.4 光学成像(OTC或NIR)

近期的一些实质性的进展表明,光学成像有可能在最近几年内发展成为一种能真正用于临床的影像设备。它的优点是:光波长的辐射是非离子化的,因而对人体是无伤害的,可重复曝光;它们可区分那些在光波长下具有不同吸收与散射,但不能由其它技术识别的软组织;天然色团所特有的吸收使得能够获得功能信息。它正在开辟它的临床领域。

7.5 MRS

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【摘 要】 结合医学院校生物化学的教学实践，通过对绪论课的生动讲授、医学实例的联系、多种教学方法的运用，激发学生的学习兴趣，使学生由被动学习转为主动学习，从而提高生物化学的教学效率。

【关键词】 生物化学；学习主动性

Discussion on the improving the initiative in learning biochemistry for medical majors

Ling lie-feng

【Abstract】 To stimulate the interest and improve the initiative in learning biochemistry for medical majors, a series of measures has been carried out, which includes the vivid teaching for the introduction, giving the examples of the clinical medicine, applying various methods of teaching. Good results have been achieved.

【Key words】 Biochemistry; The initiative in learning

生物化学是从分子水平研究生命现象的学科，是医学院校的一门重要的基础课和必修课，对于学生今后从分子水平认识理解疾病的发生、发展及治疗具有十分重要的作用［1］。同时生物化学也是一门学生普遍感到较难学习的课程，尤其是对枯燥琐碎的物质代谢部分和抽象难以理解的分子生物学部分内容，学生普遍感到"害怕"，在学习该课程时大多采取死记硬背的方式以应付考试，学习上常处于一种"被动"状态，从而使本来就较"难"的生物化学变成了"难上加难"。如何提高学生学习生物化学的主动性，变"要我学"为"我要学"，是提高生物化学教学效率的迫切需要，也是一个很值得认真研究的课题。现结合笔者多年的生物化学教学实践，围绕如何才能提高学生学习的主动性，从以下几方面粗浅地谈几点体会，以期能与各同仁相互交流和探讨。

1 绪论的生动讲授，激发学生的学习热情

良好的开端是成功的一半，"绪论"是一门课的开始，如果能在这部分的讲授中使学生明确生物化学"是什么"、"学什么"和"为什么学"，可以激发学生"我要学"生物化学的热情，将对后续的教与学产生非常积极的推动作用。

对"是什么"、"学什么"和"为什么学"这三个问题的讲解，可以结合对生物化学发展史或生物化学家的故事的介绍来进行，但更重要的是适当穿插与生活密切相关的实例。如，介绍酶的发现和作用，引出生物大分子的结构和功能；生动讲述20世纪30年代Krebs HA发现三羧酸循环的故事，介绍物质代谢与调节；通过讲述1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为他们赢得诺贝尔奖的荣耀及其相关弗兰克林的故事［2］，1995年Mulis因发明PCR技术而获得诺贝尔奖的事迹（虽然简单但该技术对于分子生物学的影响远远超过了其他所有的技术）［3］，了解遗传信息传递的相关知识。这些趣味盎然的故事对于激发学生学习兴趣往往能起到事半功倍的效果。又如，还可以利用一些实例拉近枯燥的理论与实践的距离。通过转基因食品利与弊的探讨，即可以激发学生对学习相关内容的期待，又让学生感觉生化并不是深奥抽象的学科，而是与生活、健康密切相关，是医学的重要基础，从而引起学生对学习生化的重视，激发学生的学习热情和动力。

2 联系医学实例，培养学生的学习兴趣

"兴趣是最好的老师"，学习动力源于兴趣，让学生对所学知识产生浓厚的兴趣，是使学生进入主动学习状态的最好方法。

作为医学院校的学生，最感兴趣的是临床知识。在教学过程中应始终紧密结合临床实际，通过一些典型病例让学生明白"生物化学"是一门什么样的学科，它与临床医学是怎样紧密联系的，使学生能灵活运用生物化学的基本原理分析临床问题，体验学有所用的喜悦，从而调动学习的兴趣和主动性。如物质代谢中氨的代谢，可以引入这样的病例：一名男性患者因昏迷被送到急诊中心，家属告诉医生患者曾患有丙型肝炎，在病发前表现出行为异常，性格改变，易迷失方向，睡眠颠倒，并伴有恶心和呕血等症状；经检查发现患者定向力减退，巩膜黄染，腹部胀满、触之有水样流动，双手扑冀样震颠，神经反射性亢进；尿液药物筛选和乙醇筛选为阴性，血氨水平升高，其他检测正常［4］。根据症状，引导学生分析可能是什么原因？结合检测结果，有可能得出什么结论？肝性病变为什么导致血氨升高和脑性昏迷？从而激发学生探讨的兴趣，对氨的来源与去路、转运等内容有了学习的动力，相关记忆也会更加深刻。然后布置课后习题"结合本节所学知识，探讨如何在临床上治疗该患者？"，让学生进行信息的收集、整理、归纳并分组讨论，由此体会到学习基础理论知识的意义和重要性，因而就有了更加努力学习的主动性。

此外，恰当的联系日常生活中发生的公共关注的焦点问题，使学生了解本专业涉及的实际应用问题，会增强学生的学习兴趣。如适时联系"三聚氰胺事件"，让学生了解到其涉及的蛋白质的检测原理是利用蛋白质含N特点来进行的，再结合布置课后习题"奶粉中蛋白质含量检测新方法及其原理"，引导学生利用网络资源，在寻找答案的过程中，更加体会"学以致用"，成功的喜悦也进一步激发学生学习的主动性。

3 运用多种教学方法，调动学生的学习主动性

教学过程是一种特殊的认识活动，只有将学习转变为学生的愿望与动机，才能促使他们进行主动的学习。正如德国教育家第斯多惠所言："教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞"，教师的作用就是致力于多方诱导，使学生能主动学习、自发探索。因而，教师在课堂上要合理运用多种教学方法与手段，如设疑启发式教学、病例式教学、多媒体直观教学、谐音歌诀记忆法等，使生物化学抽象枯燥的内容变得生动易懂，营造出生动有趣的教学情境，从而调动起学生的学习主动性。

如讲解生物氧化时，在总结了之前糖代谢的相关内容后，可以提出问题："体内H2O是如何生成？""为什么NAD+和FAD携带的H生成H2O时生成ATP不同？"。这两个问题可以启发、引导学生的思考，最终一步步引入此章的主要内容--呼吸链的概念、氧化磷酸化的偶联机制及影响因素等。

如讲解原核生物基因表达调控-乳糖操纵子时，由于内容抽象，机制复杂，学生难以理解和掌握。教师可通过设疑启发引导学生产生疑问，使其通过积极动脑思考参与问题的解决，活跃课堂气氛的同时，也提高了学生学习的兴趣。在学生初步了解乳糖操纵子结构后（图1），结合细菌培养的实例，提出问题："其基因表达在不同培养基下是否相同--⑴只有葡萄糖；⑵只有乳糖；⑶既有葡萄糖也有乳糖。"在学生思考的过程中，教师提示之前学习的"诱导现象"，大部分学生会正确回答前两个问题，⑶则会有不同的答案。教师在肯定⑴⑵回答正确的同时，提出"大肠杆菌是如何控制该基因表达的？"引出"负性调节"，形象的"开关"比喻，使学生容易接受阻遏蛋白的调节机制；在给出⑶的真实答案的过程中，逐步引导学生认识"大肠杆菌以负性调节为主，同时还存在正性调节，且负性和正性调节相互协调"。由浅入深，抽象内容形象化，启发学生主动参与并积极思考，有助于学生的理解和掌握。

图1 乳糖操纵子结构

此外，还应充分发挥多媒体技术在生物化学教学中的作用。如酶的作用机理、遗传信息的传递等，看不见、摸不着，学生理解起来比较困难。应用多媒体技术、采用动画进行演示，可以直观、生动地再现酶和底物诱导的契合过程及核酸、蛋白质等生物大分子合成的动态过程，化抽象为形象，增强学生的感性认识，使枯燥乏味的教学过程变得生动有趣，学生也感到一看就懂了并且能深刻记忆，从而能维持学生的学习兴趣与学习主动性。

总之，教师是学生自主学习的引导者，怎样才能激发学生学习兴趣、提高学生学习的主动性，从而促进生物化学教学效率的提高，是我们每一个生物化学的任课老师应该认真研究和探讨的课题。

参考文献

［1］查锡良.生物化学［M］.第7版.北京：人民卫生出版社，2008.

［2］张，尹战海等.浅谈生物化学绪论课教学［J］.西北医学教育，2008，16(3)：608-609.

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关键词：物理教学；数学手段；物理教学理念

一、前言

物理是一门研究自然界变化规律的科学。物理逻辑性强，物理教学中离不开数学，需要通过数学公式来表达物理思想，通过数学演算揭示事物发展规律，同时也为数学的发展提供新的命题。成功的物理的教学理念往往体现出物理和数学这种相辅相成的关系。

二、物理教学理念处处体现数学的重要性

物理教学应该具备相应的理念，这些教学理念也可以在物理、数学的密切关系中得到体现。在设计物理教学时应该具备的教学理念有：

1.注意分享物理发展史，介绍物理发展史上著名的物理问题的提出和解决过程，回顾大师足迹，激发学生兴趣，这就必然离不开阐述物理和数学的关系。物理发展史上有很多物理学家，他们同时也是数学家。比如牛顿，牛顿19岁时进入剑桥大学，他的第一任教授伊萨克•巴罗是个博学多才的学者，将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，牛顿在数学的学习中走向了近代自然科学的研究领域，又在自然科学的研究中提出二项式定理、微积分、解析几何与综合几何、数值分析、概率论和初等数论，牛顿在他的论著《自然哲学中的数学原理》中明确提到了物理———数学方法，认为物理学范围中的概念和定律都应该“尽量用数学表达”。因此，介绍牛顿的贡献必然离不开介绍牛顿为物理、数学两个领域建立的桥梁，牛顿的贡献是阐述物理和数学之间不可分离的关系的最生动的实例。

2.提醒学生重视物理学科的研究方法，在传授知识点的时候介绍相应的方法论。物理问题的表述、解答、定律都离不开数学，物理学研究方法与数学发展紧密相关，不同分支的物理学科有其最重要的数学理论，要掌握不同分支的物理知识必须熟悉其相应的数学方法，否则就是离本之木。比如分析力学的创立者拉格朗日，在其名著《分析力学》中，在总结历史上各种力学基本原理的基础上，拉格朗日发展了达朗贝尔、欧拉等人的研究成果，引入了势和等势面的概念，建立了拉格朗日方程，把力学体系的运动方程从以力为基本概念的牛顿形式，改变为以能量为基本概念的分析力学形式，使得分析力学成为理论力学最重要的方法论。高斯通过对足够多的测量数据的处理，得到一个新的、概率性质的测量结果，在这些测量数据的基础之上，高斯专注于曲面与曲线的计算，成功得到正态分布曲线，其函数被命名为标准正态分布（或高斯分布），这种分布被广泛应用于分析和处理物理学中各种概率事件中。傅里叶认为数学是解决工程问题最卓越的工具，在他的著作《热的解析理论》中，傅里叶就系统运用了三角级数和三角积分（即傅里叶级数和傅里叶积分），此后以傅立叶著作为基础发展起来的傅立叶分析对近代物理和工程技术的发展都功不可没，因此，学好物理某一分支，就必须重点掌握并能够灵活运用这一分支需要的数学知识。

3.注重将物理知识与生活、社会联系起来，启发学生创造性思维，提高学生素质。国际纯粹物理与应用物理联合会在《新千年的物理教育》一文中认为：如果物理教育是为更多学生的全面发展服务的，那就应当重视物理学家的工作成果在社会上、技术上的应用，应当重视蕴涵于我们文化之中的物理学方法，应当重视物理学家这个专业群体的特点，如支持、贡献社会的方式等。如今，物理已经渗透到社会生活、技术的各个领域，比如，物理和化学之间，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化、功能材料等学科的兴起都是物理学的理论向化学领域的渗透；物理和生物学之间，量子生物学、分子生物学等也都是物理理论在生物学领域的进一步延伸和提高；再比如物理与经济学，股市模型、报酬经济学等都建立在物理模型和经济学基础相结合的基础上。然而，我们也必须注意到，物理向某个科学领域渗透的媒介必然是数学，物理学家对这一学科的贡献也报过了其用到的数学方法，因此，强调物理学的应用就必须强调数学的重要性。比如免疫的统计模型建立的基石是数学统计、回归分析论，通过各种先进数学算法得出规律性结论，多元判别分析预测结果与原判定结果差异等。股市模型可以建立在模糊数学方法基础上，应用模糊模式识别、评价股市技术面和基本面，指导股民进行理性投资。因此，物理向各学科领域渗透的过程，也是相应的数学知识与各领域特征知识进行结合的过程，只有深刻意识到这一点，物理思想才能在各学科领域中发光溢彩。

4.引导学生建立严谨、务实的求知态度，帮助学生认识到物理的哲学思想，实现自然科学和人文教育的大统一。物理是研究运动的科学，物理上的运动可以理解为变化，变化是自然界的客观存在，与人类的主观认知有不同的一面，这就要求我们在物理教育过程中，不能让人类的认知水平左右到对物理知识的接受，不能偏离物理客观的一面。而数学作为一门逻辑性很强的科学，最适合于作为物理教育的语言载体和分析工具，由数学推导、建立起来物理结论无疑最具有说服力，物理教学要以数学为主要载体，在数学的基础上向学生熏陶物理思想，在经得起推敲的层面上，保证物理知识的延续和发扬，同时培养思维细致、逻辑缜密的公民。爱因斯坦在他的狭义相对论中得出了“一切物体的速度不可以超过光速”的结论，而根据当时人们对引力的认识，似乎引力的传播速度却是无穷大，为了解决这一问题，最终爱因斯坦以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，在专门学习了黎曼几何、张量分析等数学知识后，利用数学手段进行推理、论证，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空的观点。爱因斯坦用数学方法得到的广义相对论中的推测，也最终由水星近日点进动中一直无法解释的43秒、引力红移、引力场使光线偏转等系列观测结论完美地证实。如今广义相对论已经被广泛承认，广义相对论的发展里程也正是一条典型的物理学发展进程：在自然界中发现变化—借助数学方法摸索规律—通过实验证实推断，这种思维方式应该在物理教学中得到落实。

三、在强调数学手段的重要性中贯彻物理教学理念

学习物理的目的分为：①研究物理而学物理；②为应用而学物理；③为提高文化素养而学物理。这就构成了物理教学目的的多样性或者说物理学习的多功能性。但从物理学的发展我们知道，18世纪，物理学归属于自然哲学，因为数学和实验的发展，使得物理学从自然哲学中分离出来，物理学研究不再以思辨哲学的方法为主，从定性表达发展到定量表达，塑造了现代物理学的新特征物，因此，物理研究终究需要通过数学手段来完成。物理和数学都是逻辑性强的学科，因此物理教学设计要关注学生渴求学习成功的心理，拓展教学方法和思路，使学生通过数学来理解物理，获得物理学习的乐趣，要尽可能多地在双向交流中进行数学推导，在数学的基础上采用提问模式、讨论模式、合作学习模式、答辩模式等。

参考文献：

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我国自解放以来一直用“科技”一词来涵盖科学与技术两个方面，包括在国务院下属部门中专管科学与技术的“科技部”以及许多单位中的“科技处”等等。毫无疑问，自然科学与技术有非常密切的关系；但是，也必须指出科学与技术虽然关系密切却又区别明显，在许多问题上还真不能混为一谈。几乎在所有情况下使用“科技”一词把科学和技术合二为一，也许是我国的创造。邹承鲁在1999年应《Science》编辑部邀请而写的“ScienceinChina”一文中，谈到了我国当前有把科学与技术混为一谈的倾向，而“科技”一词就是混同科学与技术所创造的专用术语。李醒民同志在“科学无”一文中（见《科学时报》2002年7月19日B3版）提到，这个词是有“中国特色”的。我们同意李醒民同志的意见，在我们多年国际科学活动中，也许除前苏联外，还很少见过别的国家有类似的提法。

科学与技术密切相关

科学仅指自然科学。科学和技术同样以自然界为对象，但严格的说，自然科学研究的目的是为了认识自然，包括认识自然界发生的各种现象，剖析自然界存在的所有物质，揭示主宰自然现象的内在规律和相互联系。大至宇宙中的日月星辰，小至组成一切物质的基本粒子，都是科学认识的对象。不仅要认识其宏观和外观，还要认识其内部各个层次上的精细结构，运动特点及运动规律。而技术侧重将我们对自然界的认识去利用自然，向自然索取，改造自然以适应人类越来越复杂、越来越高标准的生活的需要。李醒民同志指出：技术的发明和使用比科学的历史久远得多，某些技术即使在今天也完全可以脱离科学自主发展。但是时至今日，技术上的进步，总体来说基于科学的发展，科学上的每一个重大突破，不仅都将在一定时间内导致影响人类生活的新技术的出现，还必定极大地丰富我们进一步认识自然的技术手段；新技术的发展又促使我们认识自然的实验手段不断增加、不断提高，从而推动科学的进一步发展。

在20世纪最伟大的科学发现中，原子核结构和DNA结构的阐明无疑都是名列前茅的。19世纪末放射性元素的发现，表明元素是可变的。20世纪初，用重粒子轰击破碎原子核弄清了原子核是由质子和中子构成的。这些方面的突破，影响了整个物理科学的发展。生命科学领域也同样如此。生物学不仅研究自然界里所有的生物体，还要研究生命活动的各种表现形式，构成生物体的所有物质，以及这些物质在生命活动中所起的作用，揭示出生命活动的本质和规律。构成生物体的物质，最重要的是蛋白质和核酸。生命活动主要由蛋白质承担，而生物体的遗传则以核酸为基础，或者说遗传信息的世代相传是依靠DNA分子的自我复制。1953年DNA分子双股螺旋结构的发现和阐明从根本上说明了这个问题。由于构成DNA分子的四种核苷酸之间有严格的两两配对关系，根据双股螺旋DNA分子的一个单股为模板合成另一个单股必然形成另一个和原来的DNA分子完全相同的双股DNA分子，生物体的遗传就是这样实现的。这一发现改变了整个生物学的面貌，使生物学进入了崭新的分子生物学时代。

无论是原子核结构还是DNA分子的双股螺旋结构的阐明，都是科学家研究自然所得到的重大认识，属于科学研究的范畴。而且在一段历史时间内，并没有与技术有直接的关系。但是这两件在科学发展史上产生了划时代突破作用的发现，很快激发技术上的突飞猛进。正因为对于原子内部结构有了深入的科学认识，才有可能利用原子核分裂所释放的巨大能量为人类活动服务，发展成为今天的核能工业。而根据对DNA作为遗传物质基础的认识，在农牧业上培育和改良物种，在医学上有效地预防和治疗大量疑难疾病，在工业上建立全新的基因工程产业。以上这些在技术上的发展，已经对人类生活产生了巨大的影响。实际上我们今天所享用的改变了人类生活方式的所有重要技术成果，几乎无一例外，全部都来源于科学发展史上的重大突破。

如果把技术分为实验技术和生产技术两个方面，上面说的是科学发展对生产技术产生的巨大影响。在另一方面我们也不能不看到实验技术对科学发展的巨大推动作用。没有加速器的技术，就不能进行许多重要核物理研究的实验。没有X－射线衍射技术，就无法测得DNA的双股螺旋结构。这两项属于20世纪最伟大的科学突破，就无法实现。如果我们纵观一个世纪以来的诺贝尔奖的历史就可以看到，以实验技术上的成果而得奖的，特别是在物理奖和化学奖方面，占有相当大的比例。包括2002年得奖的在质谱和核磁共振方面的贡献。科学与技术的本质差异

虽然科学和技术如此密切相关，但二者毕竟有所不同，而且有本质的差异。科学以认识自然、探索未知为目的。虽然自然科学的发展有其内在的规律，但是却有它的不可预见性。具体的发展途径，哪一项突破在什么时间在哪个实验室出现，一般来说是不可预见的。科学发展史上的许多重大突破，以百年来的诺贝尔奖获得者为例，相当大的一部分是获奖者从本人的兴趣出发而进行工作的，有的甚至是工作中偶然的发现，是原先完全没有预料的事情。而按照预定的计划，组织安排而最终获得突破的反而只是极少数。好像还没有哪一位诺贝尔奖获得者是通过有目的的预先组织，精心安排、刻意培养而产生的。而技术是以对自然界的认识为根据，利用得到的认识来改造自然为人类服务。由于它有了科学的根据，就可以树立目标，因此总体来说是可预见的，也是可以根据人们的需要和现实的可能，包括人力、资金和技术条件进行规划的。

建国初期所进行的“科学规划”（实际上是否应该说是“技术规划”）得到了巨大的成功。原子弹爆炸了，火箭上天了，半导体工业建立起来了。但是这些技术成就，毕竟都是国际上已经实现了的，因此也是可以规划的，可以指日实现的。然而当时在科学方面的学科规划呢，由于不像技术方面那样有硬指标可供检查，就有些说不清楚了。当然我国的科学在解放以后取得了巨大的进展，但是国际上的科学家也不是在原地踏步，与建国初期相比，我们现在和国际上科学先进国家的差距是缩小了，还是扩大了，这可能是一个见仁见智的问题了。

这一事实至少从一个方面说明了科学是难以进行规划的。20世纪50年代的学科规划只不过是规划了应该在哪些方面进行工作。回想半个世纪以来科学发展的现实，有许多重要发展是当时没有预见到的，例如这几十年来出现了许多新兴的分支学科。如果我们不注意这些新发展而完全按照当时的学科规划进行工作，我们就会蒙受很大的损失，就不会有今天的局面。1978年DNA双螺旋结构建立25周年之际，英国《自然》杂志记者采访克里克教授，要他预测到20世纪末生物学可能取得的成就。克里克回答说科学发展是不可预测的，过去的预言家大多是以失败而告终。他只是说，“我们现在见到的生物学问题，到20世纪末都可以解决，但是那时又会有新的问题出现。”现在看来他的预言也没有完全实现，例如癌症问题，当时在美国还是属于有一定程度组织安排并限期解决的问题，到现在仍然没有解决。克里克教授也是一位失败的预言家。

技术上的发展在一定程度上是可以预见的，也完全是可以规划的。特别是国际上已经实现的技术，我们做一个具体的规划，安排一定的力量，经过努力在一定时间内完成是可以做到的。我国在20世纪50年代所制定的科学规划中有关技术部分，都属于这种情况。80年代在四位院士倡议下制定的发展高技术规划，也属于同样性质，在总体上也同样顺利实现了。但是要实现国际上还从未实现过的技术，特别是那些包含科学上尚未解决的问题的技术，就很难预见何时可以实现了，例如核聚变能量利用问题。虽然时见全世界媒体的炒作，迄今也无法断言何时可以实现。

在这个意义上说，科学发展难以预见，因此也难以规划。我们可以做的也无非是和半个世纪以前一样，勾划出各个学科中的主攻方向而已。但是如前所说，科学发展有一定的不可预见性，我们现在看见的主攻方向是根据当前的科学发展态势所认定的重要方向，若干年后整个科学发生变化，重要方向也会随之变化。如果我们硬性规定什么可以做什么不可以做，就必然失去机会。我们认定的主攻方向也必须随时修正以适应形势的变化。试想20世纪90年代初，人类基因组全序列的测定还没有提上日程时，我们如果在当时制定规划，在生物学领域内我们能够预见到蛋白质组学，能够预见到生物信息学吗？

以认识自然为目标的科学研究特别是基础研究由于探索性强，结果一般难以事先预见，原创性强的技术研究也是如此。因此除可以明确总体研究方向外，常常难以事先设定具体的研究目标，难以事先规定进度，或强求完成的日期。毋庸置疑，自然科学史中众多重大突破都是自由探索的结果。从物理学上牛顿力学的建立，电的发现和电学基本定律的建立；化学上门捷列夫周期律的建立；生物学上细胞的发现，孟得尔遗传定律的建立等，都是自由探索的结果，这些都已经在实际应用中产生了众所周知的巨大影响。类似的例子实在是举不胜举。在20世纪内所有诺贝尔奖获奖人中绝大部分都是由于在基础研究领域中的自由探索而获奖的。20世纪一百项重大事件中名列前茅的，像青霉素、半导体和DNA双螺旋结构的发现，曾分别获1945年、1956年和1962年诺贝尔奖，这些也都是少数科学家自由探索的结果。而它们在实际应用上的巨大影响已经深入到我们每个人的生活中。近年来获诺贝尔奖的基础研究成果，如超导现象和新高温超导体的发现，胆固醇代谢调节，癌基因的发现等，仍然是少数科学家自由探索的结果，这些发现必将对21世纪人类文明产生巨大影响。

科学与技术的不可预见性

我们不是完全否定规划的重要性，而只是指出科学和部分含有原始性创新的技术都有相当程度的不可预见性。我们在制定规划时务必充分认识这一特征，规划可以一方面指出方向，而在另一方面也必须同时鼓励自由探索，不要在科学上设立，并且在规划中留有充分的余地，以便在形势发展时可以随时修订。

当前在我国科学界流行的追赶国际科学发展热点，体现在对设定项目的高强度支持，这对我国科学努力追踪和赶上世界发展潮流是重要的。但同时也必须看到，设定热点项目的多数已经是全世界科学家辛勤工作了多年，有的项目年数已在万篇以上，超过我国全年发表全部SCI论文总数，要在这些国际上已经充分开放的领域中有所突破的可能性就微乎其微了。当然这决不是说我们不应该进入热点领域，热点领域的研究往往对科学发展有重要作用，进入热点领域，在热点领域内进行工作以积蓄力量，对发展我国科学还是有重要作用的，我只是想强调在热点领域内取得突破的艰巨性可能更大一些。我还想强调的是我们必须看到自然科学的发展有一定的不可预见性，因此既要重视热点领域，又要鼓励在那些目前虽还不是热点却有广阔发展前景的基础研究领域中去进行自由探索，对自由探索中已经取得有意义进展的项目，不仅不能予以限制，还要给以鼓励和支持。二者的关键都在于有自己创新的学术思想，这样才能在根本上有所创新和取得重大突破。没有自己原创性的学术思想，不仅进行自由探索寸步难行，进入热点领域也只能永远模仿或重复前人的工作，最多也不过为前人成果锦上添花而已。

科学和原创性技术的发展需要长期积累。自然科学的发展经常是波浪式前进的。在一段平稳发展的时期之后，会出现一件重大突破性贡献而给有关领域带来一个飞速发展的时期，引起大量在有关领域工作者的密切关注，并涌入这一领域工作，造成一哄而起的局面，形成科学中的热点，这在国际上也是常有的事。当然我们应该看到，一些热点领域对于科学长远发展有其内在的重要性。因此，对于一个国家的科学发展而言，从全面布局考虑，安排适当力量去追踪热点是必要的。但是我们又必须认识到，在一件突破性贡献发表之后，一些较为重要的后继性工作，往往已经在同一研究集体，或有密切关系的研究集体中酝酿已久或者已经在积极进行，并且在一个不太长的时期内就会陆续发表。外来者，即使急起紧跟，也已经落后了一个位相，在多数情况下，只能拾取一些残羹剩饭而已。

在另一方面，我们也必须看到，突破性进展常常不是一个偶然事件，而是经过长期艰苦努力，大量工作积累的结果。不用说佩鲁兹和肯特鲁关于蛋白质晶体结构分析的工作是经过长期努力才开花结果的，就是沃森和克里克关于DNA双螺旋结构的重大突破，看似突然，实际上如果没有剑桥关于X－射线衍射研究几十年的积累和威尔金森等人长期关于DNA衍射数据的收集，这一突破也不可能从天而降。

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[关键词]生物学教学；生物科学史教育；学生科学素养

生物学教学中，教师不仅要使学生形成一定的生物知识体系，还应使学生认识科学探索过程，形成对待科学的正确态度和价值观。生物科学史蕴含着科学思维及方法的多样性和创造性，体现着科学态度和科学精神，是对学生全面进行生物学教育的重要手段。所以，将生物科学史融入中学生物课的课堂教学，并力求做到通过在适当的章节里有机整合相关知识的发现史实、相关生物学家的研究过程和生平经历等方面，再现人类对生物学知识的动态发现过程，可以实现学生科学素养的全面提高，并藉此渗透世界观和方法论，爱国主义教育和辩证唯物主义教育。

一、利用生物科学史的教学，激发学生的学习兴趣

生活中人们都喜欢听故事，因为故事的情节扣人心弦，引人入胜。而生物科学史中就有许多小故事，可以吸引学生注意力，激发他们的求知欲望。比如在讲伴性遗传时，有的教师向学生讲了历史上著名的“皇家病”。英国的维多利亚女皇夫妻都未患血友病，他们有两个儿子和四个女儿。大儿子奥波德因为患血友病早夭；另一个儿子爱德华健在并继承了王位。两个女儿分别同正常男人结婚，各生一个女儿。其中一个与沙皇尼古拉二世婚配生下一个患血友病的儿子，另一个嫁到西班牙皇室，也生了患血友病的儿子。从此，俄国的罗曼诺夫家族和西班牙的巴本家族都因为娶了维多利亚女皇的外孙女而造成了血友病的遗传。学生听了故事，便急切地想知道“皇家病”蔓延的原因。这样，学生对新知识的学习就产生了强烈的愿望，充分调动了学生学习的积极性，调节了大脑，减少了疲劳，教学效率也大大提高了。

二、利用生物科学史教育提高教学质量，

促进对知识的理解

科学史是贯穿整个文明史的线索，能为知识的综合提供思路，能成为科学和哲学之间的媒介，并能名副其实地成为教育的基本原理。它把科学家的研究过程和研究结果——动静两方面有机、内在地结合起来，使学生兴趣盎然地获得相互联系的、有来龙去脉和发展变化的生动知识。

用生物科学史促进学生对知识的理解，针对教材中难以理解的重点问题或结论性叙述，适当补充必要的生物科学史，会有助于学生对知识的理解。例如，通过介绍用不同的荧光染料标记的抗体分别与小鼠细胞和人细胞的膜抗原相结合，它们能分别产生绿色和红色荧光。将这两种细胞融合成一个细胞时，开始一半呈绿色一半呈红色，但在37℃下保温40分钟后，两种颜色的荧光点就呈均匀分布了。这样，学生便不难理解细胞膜的流动性了。讲生态系统中能量流动时，不妨让学生分析林德曼在一个衰老湖泊所做的生态研究资料，从具体的数据中领悟能量流动的基本原理。实践证明，这是一条使学生“既会学、又学会”的有效途径。

三、用生物科学史教学

进行科学思想和科学方法教育

以往单向传授知识型的教学方法把学生的思维局限起来，使他们往往思维路线单一，思维方法保守。只有打破这种传统的习惯思维，才能在科学研究的进程中有所突破，有所创新。生物学的发展史中不乏这种发散思维、逆向思维的生动实例。

引导学生从科学史中去发掘那些有利于完成科学探索过程的思想和方法是有益的。它可以使学生学习借鉴前人的研究思路和方法，大大提高分析、推理、预测、评估问题的能力。例如讲“翻译”时，介绍克里克1955年提出的“接头假说”。先简介当时的知识背景，认识到核糖体是装配蛋白质的场所，核糖体中还有许多的RNA（核糖核酸）且在化学性质和结构上与DNA（脱氧核糖核酸）十分相象，DNA携带信息的作用被人们所接受并逐渐相信在核糖体上存在一种装配蛋白质的模板，该模板一定含有DNA携带的信息，但决不是DNA，因为DNA始终存在于细胞核中。那么，在化学结构上一点也不像DNA或RNA的氨基酸为何能识别预先安排给它的准确位置呢？然后引导学生沿着克里克的思维路线合理推理，大胆想象：假定存在于核糖体中RNA是这种模板，假如氨基酸本身不能识别RNA模板，那么为何不可以先在其上附着一些能识别RNA模板的物质呢？RNA和DNA一样能利用碱基互补来识别另一条链。所以有理由设想：氨基酸附着在一小段RNA上，而这小段RNA可以识别核糖体中某段核苷酸链，这样不是可以按一定顺序合成蛋白质了吗？克里克将这个吸引人的新思想称为“接头假说”，不久，便发现了tRNA（转移RNA）的存在从而证实了接头思想的正确性。根据已有的发现创造性地提出一些设想或假说，并以此作为工作的出发点去探索、实验，证实假说或而建立新假说，这在科学中是很普遍的。教学中引入这些科学史内容，使学生从中学习科学家如何工作、如何思考、如何处理问题，这对学生科学思维、科学方法的培养是大有裨益的。

新课标明确指出，要使学生掌握生物科学的一些基本方法，因此，重视科学方法论教育，使学生学会如何通过观察、分类、比较、确立关系、数量化、实验、解释数据、下定义等获得科学知识，应成为教学的重要任务。而生物科学史中蕴含着丰富的科学方法，例如，研究植物光合作用释放的O2是来自于H2O还是CO2，范·尼尔通过研究紫硫细菌的光合作用发现：它是利用CO2和H2S做原料，产生的是 S而不是 O2。由此类比联想到绿色植物光合作用中的 O2应来自于 H2O。又如，1941年鲁宾用同位素示踪法，以含 1 8O的 H2O做光合作用原料，用实验证实了上述结论。这其中就包含了类比思维和科学研究中的移植法。再如，孟德尔提出遗传的两个规律，就综合运用了简化现象、分析、归纳、假说等方法。教学中我们有必要讲授教材中的科学史内容，让学生不仅知道科学家发现了什么，还能知道是怎样发现的，使学生在对科学史的分析中受到方法论教育。

四、用生物科学史进行创新意识教育

在强调素质教育的今天，培养学生的创新思维能力成为目前的热门话题。一部生物科学史，就是生物学家靠坚韧不拔的毅力、刻苦奋斗的精神、艰苦卓绝的创新过程和辉煌灿烂的创新成就谱写成的。无论达尔文进化论的创立，还是现代分子生物学的形成，以及人类基因组的成功破译，都是对学生进行创新教育的事实材料。达尔文归纳进化理论、孟德尔研究遗传定律等，都具体地昭示学生：创造与发明并不遥远，就在房边屋角，在人们习焉不察的地方。不过，要让学生明白，机遇只偏爱有心人。科学研究是不断深入和拓宽的，需要独创性。生物科学史实际上就反映了一些科学家从事创造活动的研究过程和方法。科学的发展道路中有成功的经验，也有失败的教训。总结经验，接受教训，拓展思路，坚持创新：这是前人在创造性活动中的共性，对于学生会有很大的启迪。孟德尔之所以能发现遗传的两大规律，与他精心选用实验材料有关。但在孟德尔之前，不少科学家如奈特、高斯等也以豌豆做材料进行过杂交实验，却并没有发现遗传规律。关键就在于孟德尔有科学的观察和分析方法，他善于总结前人的经验教训，认为必须从最简单的事物中去认识真理。他在观察时，对纷繁复杂的杂交现象，只看其一对性状，而对其他性状暂且不管，这就使研究对象大大简化。孟德尔还开创性地将数学方法引入遗传学研究中，这也是他成功的原因：将遗传学从单纯描述推进到定量分析，开拓了遗传学研究的新途径，这就是独创性。

五、生物科学史再现科学发展过程，

有助于认识科学本质

《美国国家科学教育标准》中关于科学内容标准分为部分，科学史和科学的本质是其中之一。科学的大厦绝非一蹴而就，而是在无数次失败后，科学先驱们不屈不挠的钻研下不断地构建。21世纪的科学殿堂虽然已经富丽堂皇，但是仍在添砖加瓦。真理总是相对的，没有绝对的真理。有些理论尚不完善，有些假说尚待事实的支持。正如当作为支柱的理论、学说不能支撑某些实验现象时，必须对理论进行修正。生物学的发展从来没有脱离其他学科的渗透。生物科学史上无数的实例都受当时其他学科水平的推动或制约。科学的发展并不是一帆风顺的、线性的，而是螺旋上升、不断完善的。

例如，高中教材中有关酶的发现史的内容，介绍了300年间人们对酶的认识过程、探索方法、实验设计、结论及其分析，充分证实了这一点。

六、用生物科学史进行科学态度、

价值观教育以及爱国主义教育

结合科学史，向学生展示科学家在科学探索中体现出的实事求是、开拓创新的科学精神和自由探索、民主讨论、尊重事实和服从真理的科学态度，将会有助于学生形成对待科学的正确价值观。具体地讲，从事科学活动应持的价值观主要包括真实、自由、质疑、独创性、交流和合作。真实是进行科学活动的最基本价值观，寻求真实必然要重视自由探索和敢于质疑，不能唯书、唯上，只能唯实。

素质教育的一个重要方面，就是要培养学生的爱国主义品质。生物科学史中就包含着丰富的爱国主义内容。在生命科学领域内 ，我国科学工作者取得了许多令人瞩目的伟大成就，这些都可以增强学生的民族自豪感，激发学生爱国热情。例如：1965年，我国科学家在世界上第一次合成了具有全部生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素；1981年合成了具有全部生物活性的核酸——酵母丙氨酸转运核酸。另外，在教学过程中还可以向学生介绍我国古代在医药、农业方面的发明创造。以上这些都属于当时世界领先水平，是值得学生自豪的。它将激励着我们的莘莘学子为了祖国的明天而勤奋读书，使他们将来有所发明，有所创造，为早日实现中华民族的伟大复兴而奋斗。

七、用生物科学史进行科学精神、品质和情感教育

科学品质是一种非智力因素，它主要包括情感、意志、作风、态度等方面。因为这些品质具有强化学习过程的驱动作用，又对学生学习科学具有控制调节的反作用。良好的科学品质能使人乐于参与科学的学习与实践活动，并从中得到乐趣和满足；能使人有坚强的意志，表现出高度的自觉性、顽强性和自制性；还能使人具有谦虚谨慎、虚怀若谷的胸襟。有人曾说，第一流人物对于时代和历史进程的意义，在其道德品质方面，也许比单纯的才智成就方面还要大。

在生物科学史中就包含着许多关于生物科学家良好道德风范的故事，这些故事无疑就是道德教育的良好素材。如在讲孟德尔遗传规律时向学生介绍：孟德尔用豌豆等材料做实验发现了遗传规律，写的论文登在奥地利的一家地方性刊物上，但在当时并未受到人们的重视。一个世纪后，有三位科学家（荷兰的德弗里斯、德国的科论斯和奥地利原丘歇马克）在各自互不知晓、也不知道孟德尔论文的情况下，各自做了类似于孟德尔的实验，并且都写了相应的论文，然而他们在查阅了过去这方面的文章时，都意外地看到了孟德尔的论文，三人在以后发表的文章中都把发现的荣誉让给了孟德尔，而把自己的工作只说成是证实而已。这三位科学家不计个人名利、为人诚实的态度值得当今学生学习。

科学情感主要是指对科学的热爱，渴求科学知识，关心自然，对自然事物和所发生的现象具有好奇心，喜欢进行观察和探究；关心与社会密切相关的课题，具有社会责任感；努力追求真理，具有创新的欲望。科学情感在相当大程度上对学生努力学习科学知识起着远景动机的作用，同时也是他们将来走进社会后为国家和人民贡献力量，为人类造福的内在驱动力之一。对教学过程而言，它是指引和维持师生的教学行为，排除教学过程中遇到的障碍，高质量完成教学任务的必要保证之一。