發(fā)布時間：2023-05-05 08:57:36
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生物學論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：鉀離子通道；結構；基因
離子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每個蛋白分子能以高達l08個／秒的速度進行離子的被動跨膜運輸，離子在跨膜電化學勢梯度的作用下進行的運輸，不需要加入任何的自由能。一般來講，離子通道具有兩個顯著特征：
一是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關兩種構象所調節(jié)，并通過開關應答相應的信號。根據(jù)門控機制，離子通道可分為電壓門控、配體門控、壓力激活離子通道。
二是通道對離子的選擇性，離子通道對被轉運離子的大小與電荷都有高度的選擇性。根據(jù)通道可通過的不同離子，可將離子通道分為鉀離子(potassiumion，K)通道、鈉離子(natriumion，Na)通道、鈣離子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是種類最多、家族最為多樣化的離子通道，根據(jù)其對電勢依賴性及離子流方向的不同，可把K通道分為兩類：①內向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物細胞中含量最為豐富的陽離子，也是植物生長發(fā)育所必需的唯一的一價陽離子，它在植物生長發(fā)育過程中起著重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，這一點早在20世紀6o年代植物營養(yǎng)學界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23證實，他們利用膜片鉗(patchchmp)技術，首先在蠶豆(V／c／afaba)的保衛(wèi)細胞中檢測出了K通道鉀離子通道的結構單個鉀離子通道是同源四聚體，4個亞基(subunit)對稱的圍成一個傳導離子的中央孔道(pore)，恰好讓單個K通過。對于不同的家族，4"亞基有不同數(shù)目的跨膜鏈(membrane。span。ningelement)組成。兩個跨膜鏈與它們之間的P回環(huán)(porehelixloop)是K通道結構的標志2TM／P)，不同家族的K通道都有這樣一個結目前從植物體中發(fā)現(xiàn)的K通道幾乎全是電壓門控型的，如保衛(wèi)細胞中的K外向整流通道等，其結構模型如圖2一a所示。離子通透過程中離子的選擇性主要發(fā)生在狹窄的選擇性過濾器(selectivityfilter)中(圖2一b)，X射線晶體學顯示選擇性過濾器長1．2nIll，孔徑約nIll，K鉀離子通道的作用.有關K通道在植物體內的作用研究并不多。
從目前的結果來看，認為主要是與K吸收和細胞中的信號傳遞(尤其是保衛(wèi)細胞)有關。小麥根細胞中過極化激活的選擇性內流K通道的表觀平衡常數(shù)Km值為8．8mmol／L，與通常的低親和吸收系統(tǒng)Km值相似[。近年來，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收轉運鉀離子的重要途徑之一。保衛(wèi)細胞中氣孔的開閉與其液泡中的K濃度有密切關系。質膜去極化激活的K外向整流通道引起K外流，胞質膨壓降低，導致氣孔的關閉。相反，質膜上H．ATPase激活的超極化(hyperpolarization)促使內向整流鉀離子通道(Kin)的打開，引起K的內流，最終導致氣孔的張開鉀離子通道相關基因及其功能特征迄今，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離得到多種K通道基因(圖3)，根據(jù)對其結構功能和DNA序列的分析，可以把它們分為5個大組：工，Ⅱ，Ⅳ組基因屬于內向整流型通道；m組屬于弱內向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一個克隆到的植物K通道基因，采用酵母雙突變體互補法從擬南芥cDNA文庫中篩選出來cDNA序列分析表明，AKT1長2649bp，其中的閱讀框為2517bp，編碼838個氨基酸殘基組成的多肽，相對分子質量約為95400Da。AKT1編碼的K通道，對K有極高的選擇性，其選擇性依次是K>Rb>>Na>Li。
Northernblot分析表明，AKT1組織特異性較強，主要在根組織中表達ZMK1(ZeamaysKchannel1)是從玉米胚芽鞘中分離出的K通道基因，在皮層表達。在卵母細胞中的表達表明，ZMK1編碼的K通道是通過外部酸化激活的。有研究表明，藍光對ZMK1通道在玉米胚芽鞘中的分布有一定影響[32l。1組KAT1組基因編碼內向整流鉀離子通道，其與AKT1組基因產(chǎn)物結構上的最大區(qū)別是在COOH端沒有錨蛋白相關區(qū)(枷n—relateddo—main，ANKY)。KAT1組基因主要包括KAT1，KST1，SIRK，KZM1，KPT1等。KAT1(ArabidopsisinwardrectifierKchannel1)是與AKT1同時從擬南芥cDNA文庫中篩選出來的植物K通道基因。KAT1基因的閱讀框含有2031個核苷酸，編碼的多肽由677個氨基酸殘基組成，相分子質量約為78000Da。KAT1的表達具有組織特異性，KAT1在擬南芥植株中的主要表達部位是保衛(wèi)細胞，在根和莖中也有少量的表達。人們認為KAT1通道可能參與了氣孔開放，并向維管組織中轉運K，而不是直接從土壤中吸收KJ。
以KAT1為探針，又能從擬南芥cDNA文庫中篩選出KAT2等功能類似的內向整流型K通道基因通過基因工程技術，人們已相繼開展了將KATI和AKTI基因導人到擬南芥、煙草和水稻的研究，并獲得了一些轉基因植株。比如，施衛(wèi)明等利用根癌農桿菌介導法已成功地把KAT1和AKT1導人擬南芥和野生型煙草中，并獲得了轉基因植株及其純合株系，發(fā)現(xiàn)轉基因植株的吸鉀速率和對K的累積能力都比對照的有明顯的提高，而且，經(jīng)過分子檢測，也證實711和AKT1基因在轉基因植株中得到了整合和表達。因此，運用現(xiàn)代分子生物學手段和基因工程技術篩選高效利用鉀的作物品種或利用現(xiàn)有的鉀離子通道基因改良作物品種，從而提高作物本身的鉀吸收利用能力應該是目前主要的研究方向?？梢韵嘈?，隨著分子生物學技術、基因工程技術和有關分析測試技術的發(fā)展和應用。隨著研究工作的不斷深入，有關鉀離子通道基因的分離、克隆和利用會取得更大的進展。
參考文獻：
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1.1生長曲線的測定嗜酸乳桿菌AP117經(jīng)活化后,以5%的接種量接種到MRS液體培養(yǎng)基中,30益靜置培養(yǎng)24h,每隔2h取樣,稀釋涂布MRS固體培養(yǎng)基平板,培養(yǎng)20~24h后數(shù)活菌數(shù),每毫升的細菌菌落數(shù)以對數(shù)值表示。
1.2耐酸能力的測定將嗜酸乳桿菌AP117經(jīng)MRS液體培養(yǎng)基活化后,按5%接種量接種于MRS液體培養(yǎng)基,30益培養(yǎng)16h備用。用0.1mol/L的HCl分別調節(jié)MRS液體培養(yǎng)基pH為1.5、2.0、3.0、4.0和4.5。取16hAP117培養(yǎng)液,按5%接種量接種于不同pH的液體培養(yǎng)基中,30益培養(yǎng)2h,采用傾注平板法,以MRS固體培養(yǎng)基作為計數(shù)培養(yǎng)基,測定培養(yǎng)液的活菌數(shù),平行測定3次,取平均值,以剛接種時的活菌數(shù)為對照,計算菌株在不同酸性條件下處理2h后的存活率。
1.3耐膽鹽能力的測定將嗜酸乳桿菌AP117經(jīng)MRS液體培養(yǎng)基活化后,按5%接種量接種于MRS液體培養(yǎng)基,30益培養(yǎng)16h備用。用豬膽鹽分別調節(jié)MRS液體培養(yǎng)基,使膽鹽含量分別為0.1%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%。取16h培養(yǎng)液按5%接種量接種于不同膽鹽含量的液體培養(yǎng)基中,30益培養(yǎng)2h,采用傾注平板法,以MRS固體培養(yǎng)基作為計數(shù)培養(yǎng)基,測定培養(yǎng)液的活菌數(shù),平行測定3次,取平均值,以剛接種時的活菌數(shù)為對照,計算在不同膽鹽條件下處理2h后的菌株存活率。
2結果與討論
2.1嗜酸乳桿菌AP117的生長動態(tài)曲線嗜酸乳桿菌AP117在溫度30益,靜置培養(yǎng)24h,其活菌數(shù)的對數(shù)值隨時間變化關系如圖1。由圖1看出培養(yǎng)6h后活菌濃度達到105cfu/mL,之后進入對數(shù)生長期,14~20h為穩(wěn)定期,活菌濃度超過1010cfu/mL。
2.2嗜酸乳桿菌AP117的耐酸性乳酸菌可以利用的耐酸性機制有許多種,目前沒有統(tǒng)一定論,大體上可以分成8類:質子泵、蛋白質修復、DNA修復、調節(jié)因子、細胞密度的改變、細胞膜的改變、產(chǎn)生堿和代謝方式的改變,其耐酸性機制因菌株不同而有差異。不同的菌株耐酸性不同。采用MRS液體培養(yǎng)基和0.1mol/L的HCl溶液模擬胃酸環(huán)境(pH為1.5~4.5),測定菌株AP117在不同pH條件處理2h后的存活率,結果見圖2。在pH為4.0和4.5條件下,菌株存活率均較高,達到97%以上,活菌數(shù)在1010cfu/mL以上;在pH為2.0條件下,菌株的存活率仍為79.8%,表現(xiàn)出極強的耐酸性;而在pH為1.5條件下,菌株的活菌數(shù)下降較快,降至105cfu/mL,存活率僅為48%左右,說明pH為1.5對嗜酸乳桿菌有較強的抑制作用。表明嗜酸乳桿菌AP117完全可能適應胃內環(huán)境,是比較理想的耐酸性較強的益生菌菌株。
2.3嗜酸乳桿菌AP117的耐膽鹽能力采用豬膽鹽分別調節(jié)MRS液體培養(yǎng)基,使膽鹽質量分數(shù)分別為0.1%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(下同)。測定菌株AP117在不同膽鹽濃度條件處理2h后的存活率,結果見圖3．圖3中數(shù)據(jù)表明在0.1%膽鹽的MRS液體培養(yǎng)基中放置2h后,菌株AP117的存活率為100%左右,能夠很好的存活;膽鹽質量分數(shù)0.5%條件下,菌株的存活率仍高達82.48%,說明0.5%膽鹽濃度對嗜酸乳桿菌AP117的生長影響不大;繼續(xù)增加膽鹽質量分數(shù),菌株的存活率顯著降低。趙瑞香等[14]研究發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌能夠有效降低血清及培養(yǎng)介質中的膽固醇水平,但其降低膽固醇的機理未確定。嗜酸乳桿菌對膽鹽的耐性可能與菌體細胞的膽鹽水解酶活力有關[15]。高濃度的膽鹽對菌體細胞有一定的毒害,在膽鹽水解酶的作用下膽鹽由結合態(tài)變?yōu)槊摻Y合態(tài)膽鹽,后者溶解度降低,對菌體細胞的傷害減小。
2.4嗜酸乳桿菌AP117代謝產(chǎn)物的抑菌特性采用雙層瓊脂牛津杯法測定菌株AP117對兩種指示菌的抑菌效果,觀察抑菌圈,測定抑菌圈直徑,結果如圖4所示。菌株AP117的代謝產(chǎn)物對兩種指示菌的抑菌圈明顯可見,直徑均在10mm以上,尤其對大腸桿菌抑菌圈直徑達到12.5mm,表明嗜酸乳桿菌AP117的代謝產(chǎn)物對大腸桿菌的拮抗作用更大些。大腸桿菌和金黃色葡萄球菌會導致人類和動物發(fā)生細菌性食物中毒和其它感染癥。嗜酸乳桿菌代謝產(chǎn)物對這些致病菌的拮抗能力較強,可以降低食物中毒的發(fā)病率,保證食品的安全性。
3結論
關鍵詞:道爾頓;分子量;相對分子質量;量和單位;量符號
1引言
在生物學和醫(yī)學研究論文中,常會碰到一些看似簡單,實則使人頭痛的物理量、計量單位和符號問題。例如,作者常常需要對研究的目標物質進行描述,其中一個重要的指標就是其分子大小。在我們的編輯實踐當中發(fā)現(xiàn),來稿中很多研究論文在描述關于物質分子大小時存在著這樣的現(xiàn)象:多數(shù)研究論文仍然使用“分子量”這一物理量,以“道爾頓”或“千道爾頓”為單位(××D或××kD)來描述;有的使用了“相對分子質量”這一物理量但是書寫卻不正確;只有極少部分論文正確地使用和書寫了這一物理量。究竟應如何正確使用?
2描述物質分子大小的物理量
對所研究的原子和分子的質量進行描述,以往多使用“道爾頓(D)”這一單位。英國化學家JohnDalton(1766-1844)是近代化學之父,在化學方面提出了定量的概念,總結出了質量守恒定律、定比定律和化合量(當量)定律。在此基礎上,1803年又發(fā)現(xiàn)了化合物的倍比定律,提出了元素的原子量概念,并制成最早的原子量表。人們?yōu)榱思o念道爾頓,以他的名字作為原子質量單位,定義為12C原子質量的1/12,1D=1/Ng,N為阿伏加德羅常數(shù)。
以往我們常用的描述物質分子大小的物理量是分子量,它是“單質或化合物以分子形式存在時的相對質量”[1]。我們知道,以一個12C重量的1/12為標準,其他的原子質量同這標準相對照得出相對質量,稱為這個原子的原子量[2]。分子量是物質分子或特定單元的平均質量與核素12C原子質量的1/12之比,等于分子中原子的原子量之和[3]。
對于分子來說,一個分子的質量,用道爾頓表示時,應該是“蛋白質A的質量為××道爾頓”。因為分子量為該物質的分子的質量與12C原子的質量的1/12之比,所以如果說“蛋白質A的分子量為××道爾頓”,乃是不正確的表示方法。
3國家標準中規(guī)定的物理量
道爾頓是核物理與反應堆技術中慣用的質量舊單位,自1960年起,用原子質量單位(u)代替它,規(guī)定1dalton=1u≈1.6605402×10-27kg[4]。
作為國家標準,與國際標準一致,現(xiàn)行有效的1993年修訂的國家標準《量和單位》選擇了“相對原子質量”和“相對分子質量”這兩個物理量名稱,并在GB3102.8—93的引言中說明:“本標準中的相對原子質量Ar和相對分子質量Mr,以前分別稱為原子量和分子量,在使用中,應有計劃地逐步采用本標準的名稱?！?/p>
所謂相對原子質量Ar是指“元素的平均原子質量與核素12C原子質量的1/12之比”,即Ar=m/mu(m為元素的平均原子質量);物質的相對分子質量是指“物質的分子或特定單元的平均質量與核素12C原子質量的1/12之比”,即Mr=m/mu(m為物質的平均分子質量)。它們是量綱一的量,其單位為1[5]161。
4正確運用“相對分子質量”等物理量和單位
由于歷史的原因,在道爾頓當初提出原子量的概念時指出,“同一種元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量?！币虼恕癮tomicweight”在中文里翻譯成了“原子量”。但是當時重量和質量(mass)是相同的概念,實際中獲得的都是原子的相對質量,但仍然稱作原子量,這也許是原子量和分子量的單位一直用“道爾頓”的原因。
但國家標準中規(guī)定了應當使用“相對分子質量”來描述分子的相對大小,那么,關于道爾頓(D),在現(xiàn)實中用作“原子質量”或“分子質量”單位時,原來的1D=1u;用作“相對原子質量”或“相對分子質量”單位時,原來的1D=1,即其單位為1。
雖然“道爾頓”屬非SI單位即非法定計量單位,但由于歷史的原因,鑒于目前科學界尚有大量使用“D”或“kD”的文獻存在,在某些類型的論文寫作中,作者往往會堅持在某些數(shù)據(jù)中使用“D”或“kD”。例如在綜述類論文中,被引用文獻數(shù)據(jù)中“D”常常不可避免。在這種情況下,有人[6]認為應尊重作者的選擇,雖然期刊中會出現(xiàn)“非法的”D,但不應視為“違法”。超級秘書網(wǎng)
5正確運用“相對分子質量”的量符號
既然明確了描述物質分子大小的物理量,在使用“相對分子質量”這一量符號時,很多期刊沒有能準確把握,造成了很多錯誤。在國內免疫學相關的7本雜志以及其他生物學、醫(yī)學類的雜志,發(fā)現(xiàn)在稿約、正文以及SDS-PAGE、Westernblotting等結果圖中,“相對分子質量”這一量符號出現(xiàn)了很多種寫法,如:Mr、Mr、Mr、Mr以及仍然沿用kD為單位等多種情況。那么,究竟應該如何書寫這一量符號呢?根據(jù)科技書刊外文字符使用規(guī)范[5]197-201:量符號、代表量和變動性數(shù)字及坐標軸的下標符號應用斜體;量符號中除表示量和變動性數(shù)字及坐標軸的下標字母用正體。根據(jù)這一原則,相對分子質量中M是量符號,應用斜體;下標r是relative(相對的)的首字母,不是量符號,也不是代表變動性數(shù)字,更不是坐標軸符號,應使用正體。因此,正確的寫法是Mr。類似地,相對原子質量的正確寫法是Ar。
6結語
生物學和醫(yī)學類科技期刊是廣大科研工作者展示其學術成果的舞臺,要科學地將一系列學術成果展現(xiàn)出來,要實現(xiàn)科技期刊的標準化與規(guī)范化,就要改變人們長期以來的習慣,需要廣大科(下轉257頁)(上接256頁)技期刊編輯擔負起科技期刊的社會責任,加強宣傳和普及,需要作者和編輯同仁長期不斷的共同努力,才能最終得以實現(xiàn)。
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國家大力推進教育改革將應試教育轉變?yōu)樗刭|教育,倡導將課本知識變?yōu)閷嶋H生活中的技能。當前低碳生活的理念已經(jīng)為民眾所熟知和重視,通過學校的教育將這種理念從一種口號變?yōu)閷嵤┎僮鲗用娴拇胧┖苤匾?把這種理念貫穿到整個生物學教學過程中,讓學生親身體驗,通過各種活動,使低碳生活進入學校,走進家庭,培養(yǎng)學生對低碳生活的認知度,這樣才能讓學生充分體會自然的深奧與神奇,了解保護地球環(huán)境的重要意義。這篇論文對低碳生活理念與生物教學的結合進行了一些探討,提出幾點改進生物教學的建議。
2、將生物學科教學與低碳生活相關知識相融合的改進方法
2.1將低碳生活理念與生物教學內容有機結合
從生物學科的教材內容上看,教材原有的各類動物、植物的知識已經(jīng)涵蓋了一部分低碳生活的要素,教師應該根據(jù)現(xiàn)有的教學內容進行改進,適當突出含有低碳生活知識的部分、緊跟新聞時事,根據(jù)學生的興趣使生物教學更加系統(tǒng)化與層次化。例如在生物與環(huán)境章節(jié)融入環(huán)境對生物物種生長發(fā)育及分布的影響、生態(tài)環(huán)境危機及低碳發(fā)展的相關理論,在現(xiàn)代生物技術等題教學中組織學生到污水處理廠進行參觀,在直觀見證現(xiàn)代污水生物處理技術應用的同時培養(yǎng)其節(jié)能節(jié)水的低碳行為。此外,在教學實踐中,組織學生搜集低碳素材,設計低碳生活悶卷并在校園一定區(qū)域內進行問卷調查社會實踐。同時,制作低碳牛活宣課件進行校吲內低碳宣教。這些低碳教程的合理滲透取得了較好的效果。
2.2讓生物學科的理論知識運用到實踐中
生物學科的教學目標是讓學生了解相關知識,并且能夠在實際生活中運用這些知識解決困難,為今后更深一層的學習打下良好的基礎。面對我國當前經(jīng)濟發(fā)展的態(tài)勢重視環(huán)保工作也非常重要,因此讓學生領會多姿多彩的生物界的同時還要了解很多環(huán)境保護的知識,這些理論知識可以幫助他們了解自然,熱愛自然。而且還要讓他們理解低碳生活,低碳經(jīng)濟。了解人類的索取會給自己和其他生物帶來什么樣的后果。生物世界是很奇妙的,生物種類繁多,包括植物、動物、微生物。這些知識在教材中都有詳細的講解。生物和他們所擁有的基因已及與它們生存的環(huán)境形成了現(xiàn)在這個高耗能經(jīng)濟,這種經(jīng)濟發(fā)展造成無序的拋棄、污染、垃圾、核廢料正成為地球生態(tài)向前延續(xù)的巨大障礙。在理論知識的講解中多與實踐相聯(lián)系,可以組織學生認識常見的動植物,試著給它們分類,了解它們的習性,收集標本都可以讓學生學會如何和身邊的生物相處,讓他們學會尊重生命。保護地球。
2.3利用多媒體的現(xiàn)代化技術平臺提高教學水平
在信息技術飛速發(fā)展的時代中,將計算機多媒體平臺作為生物知識的教學平臺可以大大提高教學效率,提升學生的學習興趣。多媒體平臺擁有的動畫、聲音、圖片等媒介能讓生物學知識呈現(xiàn)出更生動立體的面貌。這些媒介都有助于讓生物知識在學生腦海中留下更深刻的形象,有助于提升學生的學習主動性。教師在生物學課件的制作中,應該充分考慮到這些因素,將大綱上的知識難點深入淺出地通過多媒體教學平臺傳授給學生,這種教學方式比傳統(tǒng)掛圖、板書等教育手段減少了眾多弊端。如基礎理論的很多微觀知識點晦澀難解,因此這部分知識尤其注重動畫、聲像、影視等多媒體技術及資源的利用。實踐證明,通過動畫顯示顯微鏡下的中期細胞中的全套染色體的多媒體教學方式可以取得較好效果。實踐證明,利用多媒體技術和聲像教學法不僅可以讓學生快捷,輕易地掌握理論知識,還恰好切合了低碳環(huán)保的教學理念,有效降低教學資源的浪費。
3、結語
2.利用探究探究教學是指在教師引導下，學生主動參與到發(fā)現(xiàn)問題，尋找答案的過程中，以培養(yǎng)學生解決問題能力的教學活動。以探究的方式講授核心概念，可以將抽象的知識以實驗的過程讓學生感知，因此被眾多教師用于課堂教學?！稑藴省诽岢觥俺珜骄啃詫W習，力圖促進學生學習方式的變革，引導主動參與探究過程，逐步培養(yǎng)學生獲取新知識、分析和解決問題、交流與合作等能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力?！啊耙院诵母拍睢被颉睘槔锰骄拷虒W策略的設計如下：①提出探究問題：基因是否等于DNA？②推理與設計分析：一個DNA分子就是一個基因嗎？③取證：通過對資料數(shù)據(jù)分析出全部基因的堿基對數(shù)>DNA分子的堿基對數(shù)，得出結論：基因只是DNA的片段。④解釋證據(jù)：海蜇的綠色熒光蛋白基因轉到小鼠體內，發(fā)現(xiàn)小鼠能發(fā)光，證明海蜇的發(fā)光基因不僅傳給小鼠，而且能表現(xiàn)出來，起到控制小鼠的特定性狀的作用，即具有了特定的“效應”。因此就順利地從DNA水平上給基因下一個完整的定義：基因是有遺傳效應的DN段。
3.通過比喻或模型比喻或模型法可以讓抽象問題更易理解和直觀化。如核心概念“染色體組”可以用撲克牌的類比法來講授；核心概念“減數(shù)分裂”可用模型法講授，用橡皮泥反映染色體的形態(tài)變化，用紅綠分別代表來自父方和母方的一對同源染色體，模擬減數(shù)分裂過程中各時期染色體的行為。又如，在講述DNA分子的結構時，教師將DNA分子的平面結構比喻成梯子，磷酸和脫氧核糖交替排列構成了梯子的扶手，堿基間構成的氫鍵就是梯子的踏板，這樣可很好地加深學生對DNA組成的認識。
4.采用概念圖概念圖是用來組織和表征知識的工具，它通常將某一主題的有關概念置于圓圈或方框之中，然后用連線將相關的概念和命題連接，連線上標明兩個概念之間的意義關系。一個完整概念圖的完成需要經(jīng)過以下幾個步驟：①選取一個知識領域；②確定關鍵概念和概念等級；③初步擬定概念圖的縱向分層和橫向分支；④建立概念之間的連接，并在連線上用連接詞標明兩者之間的關系；⑤在以后的學習中不斷修改和完善。理想的概念圖的具有以下幾個特征：①概念間具有明確包容關系的層次結構；②概念間的內在邏輯關系可以用適當?shù)脑~或詞組標注出來；③）不同層級概念間的縱橫聯(lián)系清楚、明確，并形成一些交叉點：縱向聯(lián)系說明概念間的包容與被包容的關系；橫向聯(lián)系可以說明處于概念圖中同一層級水平的概念間的有意義聯(lián)系；而交叉關系則說明處于不同層級概念間的聯(lián)系。故而，在概念圖中的概念是不能被單獨表征的。如在核心概念“染色體”的教學中和學生一起構建如下的概念圖：
圖1核心概念“染色體”的概念圖5.借助現(xiàn)代信息技術輔助手段現(xiàn)代信息技術在輔助教學上的主要手段有網(wǎng)絡技術、通信技術、虛擬現(xiàn)實技術、多媒體技術等。在教學過程中，教師使用最廣泛的是多媒體技術，它是以計算機為基礎，以交互方式處理、傳輸和管理文本、圖形、圖像、視頻、動畫和聲音等運載信息的媒體技術。此項技術具有聲、圖、文并茂，形成多種感官刺激，有利于對知識的記憶和保持；渲染理想的教學環(huán)境等優(yōu)點。如在講授“細胞增殖”、“減數(shù)分裂”、“神經(jīng)調節(jié)”等抽象、復雜知識時，教師可以用動畫來演示這些過程性知識。
在新課程理念下以“提高高中學生的生物科學素養(yǎng)”為根本任務的《標準》指導下，借助于生物科學史去建構概念，有效展示了概念的發(fā)展過程，學生在這樣的教學中學習的不僅僅是條條框框的生物學知識，更重要的是得到了科學方法的訓練，落實了“知識、能力、情感態(tài)度價值觀”的三維目標。采用實驗探究進行概念學習，就是通過學生自主設計實驗后在教師指導下實驗，通過學生的親自實踐不僅可利用科學事實建構科學概念，同時能發(fā)揮學生的主動性，要讓學生積極地思考，積極地參與學習活動，提高學生對生物學的學習興趣。通過比喻或模型、信息技術輔助學概念，都是屬于借助一定手段使抽象概念直觀化。概念圖的運用是進一步訓練學生建立概念、理解概念的方法。
生命科學中的“規(guī)律、原理和方法”都是借助于有關生物學概念,才得以表述。而概念是人腦對現(xiàn)實的對象和現(xiàn)象的一般特征和本質特征的反映。因此，在生物學教學中學生準確、深刻地理解、掌握概念，不僅是學好生物學的前提,也是發(fā)展學生智力和邏輯思維能力的必要條件。因此，生物教師要重視概念教學，運用有效的策略幫助學生正確理解和運用概念，進而運用生物學原理、規(guī)律解決生產(chǎn)、生活實踐中的有關生物學問題。
近半個世紀以來,以分子生物學和細胞生物學為代表的生物學相關學科的發(fā)展突飛猛進,并向生物醫(yī)學多個學科進行廣泛滲透和交叉融合,對傳統(tǒng)的生物學和醫(yī)學科學均產(chǎn)生了革命性的影響,極大地推動了人類健康領域的理論突破和技術創(chuàng)新。目前,分子與細胞的相關知識已經(jīng)成為生命科學的共同語言。按照現(xiàn)代醫(yī)學對于人體認知的“社會–人體–系統(tǒng)–器官–組織–細胞–分子”這一逐級探索模式,分子與細胞是最為基本和最為核心的層次。因此,作為一名現(xiàn)代醫(yī)學生,掌握扎實的分子與細胞基本理論知識對于理解或闡明疾病的發(fā)病機制、理解/執(zhí)行或創(chuàng)建疾病的診斷和治療方案至關重要。近年來,國內外各高等醫(yī)學院校紛紛對已有的基礎醫(yī)學和臨床醫(yī)學課程,在器官系統(tǒng)層次上進行課程和知識整合,這已成為目前西方醫(yī)學教育的主流模式。國內多個醫(yī)學院校也紛紛學習、引進、改良和開展了“以器官系統(tǒng)為中心”的教學體系,取得了良好的效果。然而,在分子與細胞層次上的相關課程整合,主要涉及《生物化學》《、分子生物學》《、細胞生物學》和《醫(yī)學遺傳學》四門密切相關的生物學主干課程的整合。國內各醫(yī)學院校雖有探索,但基于國內外醫(yī)學教育在生物學相關課程教學上存在較大的差異(西方醫(yī)學生進入醫(yī)學院前學過較多的生物學課程,但國內醫(yī)學生則從高中直接入學),故而目前在上述四門課程的整合上尚無一個成熟的模式。根據(jù)筆者前期調研掌握的國內醫(yī)學院校的情況來看,中國醫(yī)科大學和華中科技大學同濟醫(yī)學院對生物學學科相關課程整合進行了有益的探索,這兩所學校均將《生物化學》、《細胞生物學》和《分子生物學》三門課程的內容進行重組整合,還分別出版了專門的教材《醫(yī)學分子細胞生物學》和《細胞的化學與生物學》[6-7]。此外,中國醫(yī)科大學和上海交通大學醫(yī)學院還嘗試將《醫(yī)學遺傳學》與《組織胚胎學》兩門課程進行整合[8]。通過調研和梳理,筆者發(fā)現(xiàn),上述國內醫(yī)學院校的生物學相關課程整合中存在一個關鍵問題,即《醫(yī)學遺傳學》的相關內容在課程整合中沒有與相關生物課程進行較好的融合。眾所周知,《醫(yī)學遺傳學》在早期發(fā)展階段,與胚胎發(fā)育研究密切相關,但經(jīng)過近年來的快速發(fā)展,其整體內容已迥異于傳統(tǒng)的經(jīng)典遺傳學和胚胎發(fā)育研究,反而與《生物化學》、《細胞生物學》,尤其是《分子生物學》的聯(lián)系更為密切。因此,《醫(yī)學遺傳學》更應該與《生物化學》等生物學主干課程進行系統(tǒng)、合理的整合;而《組織胚胎學》則適合以器官系統(tǒng)為主線,與其他醫(yī)學類課程進行整合。然而,對包括《醫(yī)學遺傳學》在內的這四門密切相關的生物學主干課程進行系統(tǒng)整合的做法尚未見報道,很有必要進行嘗試和探索[6-9]。
2分子與細胞整合課程教學體系的構建
2.1整合思路與教學內容
2012年初,作為我校啟動的“以器官系統(tǒng)為中心”重大教學體系改革的一部分,我們在充分調研的基礎上,以分子和細胞為主線,將傳統(tǒng)以學科設置的《生物化學》、《分子生物學》、《細胞生物學》和《醫(yī)學遺傳學》四門課程進行有機精簡整合,形成了一門新的整合課程《分子與細胞》[10-12]。如表1所示,整合后的新課程的教學內容包含“生物大分子結構與功能”等八個層層遞進的知識模塊,按照由“動”至“靜”,由“分子”至“細胞”,由“簡單”至“綜合”的原理進行設置。整合后的內容更為合理,更符合學習認知規(guī)律。結合教學實施,全部教學內容又分為兩大部分,依次分為兩個階段進行教學。第一階段,即《分子與細胞I》,為基礎階段:主要講解分子與細胞相關的基礎知識,該部分內容是將原有四門課程的核心基本知識進行重新精簡整合為生物大分子結構與功能、細胞的結構與功能、物質代謝及調控、遺傳信息傳遞及調控和細胞的運行機制五個密切關聯(lián)并層層遞進的模塊。本階段的主要教學目標是使學生掌握分子與細胞相關的基本理論知識,能夠在分子和細胞水平上理解生命活動的基本規(guī)律,并嘗試初步運用這些知識分析和理解相關的醫(yī)學問題。實驗教學方面,主要設置基本實驗,包括雙縮脲法測定血清蛋白質含量、血清蛋白的醋酸纖維薄膜電泳、胰酶對蛋白質的消化和影響酶作用的因素、丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制作用、血糖濃度的測定、轉氨基作用(紙層析)、轉氨酶活性的測定、DNA/RNA的原位顯示及細胞膜通透性觀察、線粒體活體染色及細胞器的觀察、酸性蛋白/堿性蛋白及過氧化物酶的原位顯示共計10個實驗項目,以培養(yǎng)學生的基本實驗技能和思維能力。第二階段,即《分子與細胞II》,為提升階段,主要將原有四門課程中的前沿進展性內容、醫(yī)學相關內容如基因工程、分子生物學技術、基因診斷與基因治療、干細胞、細胞工程、醫(yī)學遺傳學等內容進行整合,分為分子與細胞操作專題、醫(yī)學遺傳學專題和專題綜合討論三部分。本階段的主要教學目標是,在第一階段的基礎上,使學生了解和掌握一些重要的分子細胞生物學技術及其應用、分子醫(yī)學研究前沿與進展,并重點培養(yǎng)學生初步具備運用分子與細胞相關知識分析和解決相關醫(yī)學問題的能力,為后續(xù)課程學習奠定堅實的基礎。實驗教學方面,包括人類皮膚紋理的觀察與分析、人類染色體非顯帶核型分析和人類染色體G顯帶核型分析三個經(jīng)典驗證實驗,另外設置一個基因克隆綜合大實驗,以培養(yǎng)學生綜合性思考和解決問題能力。與原有的四門課程相比,新的整合課程重點解決了如下四個問題。首先,該整合課程很好地解決了前述的《醫(yī)學遺傳學》與其他三門生物學課程的系統(tǒng)整合問題。其次,該整合課程很好地解決和避免了原有四門課程中一些教學內容重復講授的問題,如細胞信號轉導、遺傳信息傳遞與調控、癌基因與抑癌基因等,新整合課程教學學時數(shù)也比原四門課程總學時數(shù)減少了12個學時。再次,該整合課程將原有四門課程中一些密切相關交叉內容進行有機融合,以專題形式講授。譬如,將原《醫(yī)學遺傳學》中的“腫瘤遺傳”、原《分子生物學》中的“癌基因和抑癌基因”、《細胞生物學》中的“細胞周期與腫瘤”等內容進行整合,合并為分子腫瘤學專題討論式教學;還將原《醫(yī)學遺傳學》中的“生化遺傳病”與原《生物化學》中的代謝病、分子病等相關內容進行整合,合并為分子與疾病專題討論式教學。最后,該課程整合是在分子與細胞層次上,與所在單位的在器官系統(tǒng)層次上的基礎醫(yī)學與臨床醫(yī)學課程整合緊密配合,實現(xiàn)了整個醫(yī)學院校生物醫(yī)學課程的系統(tǒng)整合。譬如,將原有《生物化學》課程中的“肝的生物化學”和“血液生物化學”章節(jié)分別調整入后續(xù)器官系統(tǒng)整合課程中的“消化系統(tǒng)”和“血液系統(tǒng)”教學單元。針對上述整合后的教學內容,教學團隊編寫了教學大綱和一個簡明的教學講義。在實際教學過程中,教師和學生主要以自編的教學大綱和教學講義開展教學和學習,同時輔助參考整合前的三本教材《生物化學與分子生物學》、《醫(yī)學細胞生物學》和《醫(yī)學遺傳學》[10-12]。
2.2教學方法與手段
在教學模式上,由“以教師為中心”轉變?yōu)椤耙詫W生為中心”。除了采用常用的多媒體教學、網(wǎng)絡輔助教學等教學方法與手段外,我們重點采用小組討論式教學。在小組討論式教學具體實施過程中,我們確保每20個學時進行一次小組討論式教學。具體實施方案為:首先,教師提前根據(jù)教學內容設計病例討論(如糖尿病病例、鐮刀狀紅細胞貧血病例)或相關生物醫(yī)學討論主題與問題(如蛋白質分子結構與功能的辯證關系、基因突變對蛋白質結構與功能的影響等),將全班(35~40人)隨機分為5~8組(每組5~8人),布置討論任務;然后,學生以小組為單位,查找資料,相互討論分析,最后形成書面報告,并以PPT形式口頭匯報,口頭匯報時各組之間相互提問討論;最后,教師根據(jù)小組書面報告、口頭匯報和討論參與度等對學生打分,組內學生也根據(jù)貢獻、參與度等互相打分。與傳統(tǒng)的教師灌輸式講授教學相比,小組討論式教學可顯著提高學生的參與度和主動性,使學生由傳統(tǒng)的“被動式學習”轉變?yōu)椤爸鲃邮綄W習”,也很好地培養(yǎng)了學生的合作交流溝通、查閱資料、口頭表達以及運用所學知識分析和解決相關醫(yī)學問題的能力。
2.3課程考核和成績評定
改變單一的期末集中一次性終結考試的方法,采取形成性評價與總結性評價相結合,加強全程性考核,將課程考核貫穿到課程教學的全過程,充分調動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性。堅持知識、素質和能力協(xié)調發(fā)展的原則,引導學生從以知識學習為主向知識、能力、素質并重的方向轉變,增強學生自主學習和分析問題、解決問題的能力。在具體實施中,考核分為形成性評價和總結性評價兩部分,總分為100分,形成性評價和總結性評價各占50%。綜合考慮形成性評價指標的合理性、客觀性和可操作性,經(jīng)過多次修改調整后的評價方案參見表2。
2.4教學團隊與管理
在生物學一級學科層次上跨科室組建的教學團隊,主要由來自生物化學與分子生物學教研室、細胞生物學與遺傳學教研室的資深和年輕優(yōu)秀教師組成,實行多學科跨科室聯(lián)組教學。團隊管理采用課程負責人制,同時設立教學秘書,協(xié)助處理教學相關具體事務。在每學期開學前、期中和期末,均組織一次集體備課和教學討論會,通過集體備課討論的方式,對授課方案、授課過程中出現(xiàn)的問題、學期末考核具體方案、學期教學經(jīng)驗總結等方面進行討論總結,從而保證教學質量。
3實施效果與存在問題
1．1在分組實驗中實施有目的、有計劃的程序控制，首先要引導學生在熟識實驗目的、內容及注意事項的基礎上總結概括實驗操作程序。
例如：在《用顯微鏡觀察人的口腔上皮細胞》的實驗中，把制作口腔上皮細胞臨時裝片的步驟總結為“滴”、“刮”、“涂”、“蓋”、“染”；在《觀察植物細胞的有絲分裂》的實驗中，把裝片的制作順序概括為“鹽酸解離”、“清水漂洗”、“龍膽染色”、“壓片制片”，這樣做既可以幫助學生按程序進行實驗，牢固掌握實驗步驟，又能夠節(jié)省實驗時間，提高觀察的效果。
1．2在分組實驗中實施有目的、有計劃的程序控制，還要培養(yǎng)學生養(yǎng)成按順序觀察的習慣。實驗中要引導學生做到：
（1）從整體到局部，如在《觀察葫蘆蘚》及《觀察鐵線蕨》的實驗中，要先觀察整株植物的形態(tài)，再看它的根（或假根）、莖、葉；
（2）由表及里，如在《觀察菜豆種子和玉米種子的結構》的實驗中，要求學生先看外部形態(tài)，再看內部結構；
（3）由粗到細，如在《觀察植物莖的結構》實驗中，要先用肉眼觀察，用放大鏡或顯微鏡觀察；再如在《觀察根毛和根尖的結構》的實驗中，要先用肉眼觀察根，再觀察根毛，找到根尖，然后用放大鏡仔細觀察，接著用低倍顯微鏡觀察根尖的永久切片，分清根尖的四個組成部分，最后用高倍顯微鏡識別每部分的細胞結構特點。當然，大多數(shù)動物學實驗則應該先觀察外部形態(tài)，再解剖內部結構。不僅要求觀察的順序如此，而且在復述和復習時也要按這樣的順序，長期堅持就會使生物學實驗課活而不亂，有條不紊地進行，培養(yǎng)學生實驗操作的條理性。
1．3在分組實驗中實施有目的、有計劃的程序控制，還應該依據(jù)教材中試驗的目標要求層次及學生的認知規(guī)律和單位時間內的接受能力，適當控制信息量。一是要注意分散操作難度；二是要防止單位時間內的信息密度過大，使學生難以消化吸收。
2結果控制
2．1為了最大限度、最大范圍的對實驗結果進行調控，首先要在實驗前“定點，抓預習”。
對每個實驗，筆者都堅持首先把重點、難點提前告訴學生，同時圍繞重點、難點提出思考題或應注意的關鍵問題，讓學生在預習時有明確的目的、有思考的內容、有議論的話題。在預習期間，筆者也經(jīng)常參與學生們的討論，指導課外興趣小組對實驗內容進行預演，培養(yǎng)實驗課小骨干，從而為實驗課上減少盲目性，順利完成教學內容奠定了基礎。
2．2為了最大限度、最大范圍的對實驗結果進行調控，其次要在實驗中“立標，重規(guī)范”。
每次在學生動手操作以前，筆者都要通過不同的形式為學生樹立標準，如：在《觀察和解剖鯽魚》等實驗材料較大的實驗中，就可以親手對解剖過程進行示范，讓學生對何處下剪、下剪深度、剪到何處、解剖剪的傾斜度有一個感性認識；在《觀察蚯蚓》等實驗材料軟小的實驗中，則可以利用課外興趣活動培訓骨干，讓他們在實驗課上帶動本組成員；在《觀察草履蟲》等實驗材料非常小的實驗中，則可以運用錄像片對學生進行前期的指導。
2．3為了最大限度、最大范圍的對實驗的結果進行調控，也應該在實驗中“控速，促進程”。
由于學生自身能力、性格、知識水平的不同，在實驗中不可避免的會出現(xiàn)速度上的差距，另外學生在實驗過程中也難免“離標”。對待這種現(xiàn)象筆者的做法是：劃分實驗小組時要根據(jù)以往了解的情況進行合理搭配，在此基礎上對實驗速度特別慢的小組再進行強化指導，或把他們落下的個別次要步驟“演示”完成，以幫助他們在實驗結束后享受到成功的喜悅，為今后的學習樹立信心。對實驗過程中“離標”走樣的學生應在講清楚道理局嚴格要求，有時甚至手把手地教，以形成規(guī)范化操作。
2.4為了最大限度、最大范圍的對實驗結果進行調換，還必須每時每刻“防偏，保方向”。
其主旨在于以課堂教學為中心，以教師為中心，以書本為中心．忽視了學生的主體性，簡單地將生物學知識看成是一種可以由教師傳遞給學生的客觀經(jīng)驗．傳統(tǒng)的生物教學模式比較側重“灌入式”講授，注重概念和理論準確性及知識系統(tǒng)性，卻不能激發(fā)學生深層的學習動機和興趣．這種靜態(tài)的絕對主義的生物教學觀，造成不能充分發(fā)揮學生的智力潛能，不能激發(fā)學習者學習的主動性和興趣，更不利于發(fā)展學生的個性和主體意識，合作交流意識和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)被忽視，探究性能力、創(chuàng)新能力得不到鍛煉和提高．
2建構主義理論對高校生物學教學改革的引領
建構主義教學觀強調在教師指導和引領下以學生為中心進行自主學習，學習者主動學習意識的培養(yǎng)是建構主義教學的主要目標．具體應用到生物學課堂教學中，強調靈活運用以下幾種教學手段與方法．討論式教學法討論式教學法是指以討論為基本方法和主導的教學，教師引導學生參與課堂討論，為學生梳理出解答問題的不同途徑，以指導學習者自主進行討論，獨立或協(xié)作思考，幫助和引導學習者得出自己的看法．討論式教學法鼓勵學生在課堂教學過程中積極參與班級或小組討論，實現(xiàn)“教與學”的雙邊互動性，實現(xiàn)學習者個體之間以及學習者與教師之間的平等與尊重．通過教師預先的精心設計、組織和引導，為達到特定的教學目標，針對特定的問題啟發(fā)學生發(fā)表自己的獨特觀點與見解，引導學生積極思維，從而最終實現(xiàn)對學生的發(fā)現(xiàn)思維、創(chuàng)新意識及獨立分析和解決問題能力的培養(yǎng)．學習的內在動力來源于學習者的興趣和主動性，而教師的教學是外部因素，外因通過內因而起作用．討論式教學是實現(xiàn)內因與外因即教與學正確結合的橋梁．探究式教學法教師對生物學知識的傳授，應該像是在“品嘗”生物學現(xiàn)象一樣，是一個欣賞的過程．探究式教學法恰當和靈活的運用不僅能激發(fā)學生的潛能和內在的學習動力，還能增強學生的自信心和求知欲．問題式教學法問題式教學法以提出、分析和解決問題為線索，并將這一線索始終貫穿于整個教學過程，教師有針對性地講解并準確地引導學生解決問題．培養(yǎng)和發(fā)展學生的思維能力和問題意識是建構主義的核心內容．學習者的思維方式和能力往往是與問題緊密相連的．問題是思維的起點，沒有問題的思維是空中樓閣空洞而膚淺，沒有問題的大腦是不會思考的大腦，而不動腦筋的根本原因就在于缺乏問題意識，故此在生物教學中要通過培養(yǎng)學生的發(fā)散性、批判性和創(chuàng)造性思維來引導學生發(fā)現(xiàn)問題．
3建構主義理論對教師的要求
建構主義教學理論引導下的課堂主旨是以學生主動學習為中心，教師的職能是引導為主，教學為輔，教師扮演著組織者、教練、向導或顧問的角色．教師在實際教學中，要因地制宜，靈活運用，以學生為中心．建構主義理論要求教師除了應該擁有必備的知識經(jīng)驗之外，還要求教師要努力實現(xiàn)教學技巧與建構主義模型的和諧統(tǒng)一．在教學中無論采用何種特殊的教學技巧，一定要確保學生通過自己的努力自主建構知識結構，靈活運用各種教學技巧去調動學生的思維．教授方法是教學的根本，選擇正確的教授方法比知識本身更為重要，教為不教是教學的最高境界．教師要具備運用示范性教學、支架式教學、指導式教學、訓練式教學和協(xié)商式教學等多種復雜策略的能力．
4討論與思考
