細胞生物學研究的主要內容范文

導語：如何才能寫好一篇細胞生物學研究的主要內容，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關鍵詞]細胞生物學；醫學檢驗；實驗教學；教學改革

[作者簡介]黃蕾（1983—），女，江蘇贛榆人，本科，實驗師，研究方向為實驗教學；王芳（1974—），女，江蘇揚州人，博士，教授（通信作者），研究方向為免疫學。

[中圖分類號]G640[文獻標識碼]A[文章編號]1674-9324（2020）37-0383-02[收稿日期]2019-12-17

細胞生物學作為當前生命科學領域中最活躍、最富有發展前景的學科之一，細胞生物學的研究方法、技術在醫學基礎科學研究中處于重要的地位[1]。南京醫科大學醫學檢驗技術專業在基礎醫學階段開設了細胞生物學這門課程，側重講授了細胞生物學理論知識，然而在專業課學習階段，很多學校并沒有開設細胞生物學實驗技術這門課程，大多數高校認為細胞生物學實驗技術對于臨床常規檢驗工作無直接關聯，且開設這門課的硬件和軟件要求都較高，對于本科階段的學生沒有開設的必要性。

南京醫科大學醫學檢驗學系自2001年招收本科生以來，一直關注學生動手實踐能力的訓練，拓展學生的知識面和畢業后的就業廣度。在此過程中，我們發現越來越多的學生對科學研究充滿興趣，本科畢業后進入科研機構、研究室以及升入碩士研究生階段的學生比例逐年遞增。細胞生物學實驗技術是一門與生命科學密切相關的基礎研究手段，因此，我們認為開設細胞生物學實驗技術這門課很有必要，并且在專業發展的十幾年里不斷學習，總結經驗得失，改革教學的內容與形式，使得課程設置更具有科學性，讓學生在最精簡的課時里獲得最優化的教學效果。

一、改革經驗

本學系自設置細胞生物學實驗技術課程后，經過十幾年的教學實踐和探索，總結出以下幾方面的教學經驗：

（一）教學模式的改革，培養學生的科研思維

運用科研思維可以讓學生更深入地了解科學，增加學習熱情，明確發展方向，提高教學效率，讓實驗內容由驗證型向研究創新型轉變[2]。本學系實驗室是“江蘇省醫學檢驗學實驗教學示范中心”“中央與地方共建高校特色優勢學科實驗室”及“江蘇省高等學校特色專業建設點”，不僅承擔本科生的實驗教學，還承擔了碩士、博士研究生的科研培養。同時，本學系采用的是“系科合一”的模式，即醫學檢驗系設在南京醫科大學第一附屬醫院醫學檢驗學部，檢驗專業主干課程的老師多來自臨床檢驗一線醫生和技術人員，師資力量雄厚。但是考慮到每年的本科生人數較多，而傳統意義上的大課教學特別是實驗教學無法兼顧到每個學生，不利于引導和挖掘在本學科上有特長的學生。因此，我們在教學模式上進行改革，將本科生教學和研究生教育結合起來，相互促進。具體做法：將本科生劃分為每四人為一小組，讓碩士研究生以教學助教的身份參與到實驗課帶教中，形成一個學習小組，指導本科生查閱細胞生物學技術方面的文獻，指導學生實驗操作，引導學生的科研思維。研究生在助教的過程中也得到了鍛煉和成長，促進教學相長。

（二）以細胞培養技術為主體的實驗課內容改革

細胞培養技術是細胞生物學研究的基礎，因此我們將細胞培養技術作為細胞生物學實驗技術實驗課程的主要內容。我們在多年的教學過程中，根據學生的反饋以及相關學科的融合，不斷改革與調整課程內容，形成了現在的實驗教學課程體系。在此體系中，包含了細胞提取、培養、換液傳代、凍存復蘇、細胞融合和單抗制備技術，由淺入深展開，有助于學生以后在科學研究方向的發展。

（三）建立細胞生物學實驗技術特色的考核評定模式

實驗考試是考核學生掌握實驗知識與技能的一種手段，是檢查教師教學工作、了解教學成果、總結教學經驗、改進教學方法的一個重要途徑[3]。以往的實驗教學考核主要根據最后一次的實驗考試成績及每次實驗報告分數來評定，導致難以調動學生的學習積極性與主動性，并且一次考試的成績存在偶然性，不利于考查學生對知識、動手操作技能的掌握程度。因此，我們采用“全程考核”的模式動態考核學生的學習成績，這樣的考核模式更全面客觀，更具公平性。具體做法：將實驗考核成績分為三個部分，第一部分，以學習小組為單位，由研究生助教根據每位小組成員在每次課程學習過程中的表現打分，再結合每位成員的細胞生物學方面的文獻匯報評分，最終評定一個分數；第二部分，分為實驗理論知識答題和實驗技能考核兩個部分。以隨機抽題的方式回答兩個問題，老師根據學生的回答情況評分。同樣以隨機抽取的方式讓學生抽取一個實驗操作試題，老師根據學生實驗操作的流程是否規范以及操作的手法是否流暢來評分，最終將這兩個分數匯總評定為實驗考試分；第三部分，學生平時表現分，包含考勤、課堂回答問題、動手操作情況及實驗報告評分等。匯總這三部分的考核分即為學生的實驗課成績。通過多樣式的考試模式，能較客觀地反映學生的學習成效，調動了學生的自主學習興趣，同時也豐富了教學形式，課程中充滿了挑戰和趣味性，學生對我們的課程反饋良好。

二、改革成效

我們在數年的教學過程中不斷總結，在教學改革中取得了一定的成果。我們以細胞培養技術為切入點，讓參加的學生參與導師的課題研究，這樣的形式非常有助于我們發掘科研的好苗子，近年來我們有多名學生在本科階段申請到學?！洞髮W生創新實驗》課題項目，發表SCI論文以及獲得發明專利，取得了許多教學成果[4]。我們的本科學生經過訓練，在研究生招生面試中更具競爭力，近年來保研、考研的人數逐年遞增，導師們對學生評分很高。

三、改革方向

通過多年的努力，我們在課程教學改革中取得了一定的成果，未來我們將在以下幾個方面推進教學改革。

1.針對課程內容較單一現狀，將進一步提高實驗課時比例，而理論課課時的不足將通過引導學生上網課、微課以及開選修課的形式來補充。

2.與學校醫學模擬中心合作，嘗試開展新型的虛擬實驗的教學形式，便于我們開設那些現有實驗室條件下無法開展的實驗課程，豐富我們的教學形式和教學內容。

3.通過調查發現，本專業細胞生物學實驗技術這門課各高校開展情況不同，并且缺少統一的教材，我們希望推廣這門課，并聯合其他院校一起制定適合本專業的材。

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關鍵詞 動物細胞工程 教學 興趣教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

細胞工程是指按照一定的設計方案，通過在細胞、亞細胞或組織水平上進行實驗操作，獲得具有目的性狀的細胞、組織、器官或者個體的綜合性生物工程，是理論與實踐相結合的典范，在現代生命科學的研究中，細胞工程是生物技術應用于產業一個技術公用平臺，代表著現代生物工程最新的發展前沿，在醫藥、食品、農林等各領域發揮著越來越重要的作用，在高校生命學科及相關學科的課程設置中占有重要地位。動物細胞工程是細胞工程的重要組成部分，主要內容包括：細胞培養、細胞融合與單克隆抗體、胚胎工程、干細胞與組織工程、核移植技術與動物克隆、轉基因動物與動物生物反應器和動物染色體工程等。通過學習動物細胞工程這門課程可以為學生今后從事與細胞工程有關的生物技術產業工作奠定良好的理論和技術基礎。通過近兩年的教學實踐和改革，筆者就如何應用興趣教學法提高學生學習效率和教學質量進行探討。

1 合理定位課程，讓學生充分認識到本課程的重要性

我校動物細胞工程這門課程是在第6個學期開設，學生已經完成對生物學導論、動物生物學、分子生物學、細胞生物學等必修課程的學習，這非常有利于學生對動物細胞工程課程中一些知識進行認知結構的遷移。而動物細胞工程在本校既然是選修課程，其教學目的也必然有別于必修課程。因此，教學目的的側重點不再是讓學生掌握一般的概念和原理，而是更多地讓學生領悟和學會如何利用所學知識進行創造，讓學生充分認識到動物細胞工程并非一門理論性學習為主的課程，而是一門理論和實踐結合非常強的課程，是一門學好可以走向工作崗位的課程。筆者認為，在教授此課程時，需緊緊圍繞細胞水平的技術創新和技術應用為中心，聯系現代生物技術產業，使學生了解動物細胞工程各主要技術領域的原理和方法及其應用。

2 上好第一節課，吸引學生眼球

上好第一節課，也就為本課程的整個教學過程定下了基調。第一節課的內容無非是緒論部分，大多老師可能會對本課程的發展、地位等娓娓道來，但是卻不能引起學生的興趣，筆者嘗試提問式教學代替講述式教學收到了良好的效果。比如在講述動物細胞工程的研究領域時，筆者就在教學PPT中列出“多莉”羊、 “人耳鼠”、“試管嬰兒”、發光貓等圖片嘗試讓學生對位入座，以激起學生的興趣。

3 緊跟時代步伐，更新教學內容

目前細胞工程相關的教材有安利國版《細胞工程》（科學出版社）、楊吉成版《細胞工程》（化學工業出版社）、李志勇版《細胞工程》（高等教育出版社）、龐俊蘭版《細胞工程》、敘永華版《動物細胞工程》等，筆者所用的參考教材是安利國版《細胞工程》。雖然相關教材眾多，但生物技術發展日新月異，教材的更新速度根本無法趕上，因此，必須及時查閱相關文獻或信息，傳授學生最新的知識。比如講解胚胎工程可引入人類早期胚胎的成功培養；講到轉基因動物可引入中南大學的“供體豬”；講到干細胞可以引入“人工腎”等。

4 以社會問題或社會需求為切入點傳授理論知識

單純理論的講課效果，或者先理論講解再到實際應用講解的效果其實并不如從實際需求到理論講解的效果好，因此筆者在講解每個章節時盡量先引入社會問題或社會需求再來講解理論知識，這樣一來，學生課上的專注度明顯提高，收到的講課效果也非常好！比如在講解細胞融合與單克隆抗體這章時，筆者就拋出杭州下沙企業期望與浙江高校合作解決的一些項目，其中就有不少抗體制備技術，這即刻引起學生的關注；比如在講解干細胞這章節時，引入 “兒子嚴重燒傷 父親拒用麻藥割皮救子”的新聞事件，讓學生重視干細胞研究的重要性；在講解胚胎工程時，引入廣州“代孕事件”。

5 合理利用多媒體技術

動物細胞工程是一門綜合性很高的課程，傳統的“粉筆+板書（或PPT）”的方式已經難以滿足新形勢下對這門課程教學的要求?，F代教育技術在高等院校中已得到普及應用，通過多媒體技術，我們可以給學生展示除課本外更多的圖片和視頻信息，甚至可以直接在上課時在網上搜索相關信息給學生看。這些多媒體技術的應用在提高學生學習興趣的同時，可以發散學生思維，不但可以補充書本內容，也可以提高學生對書本內容的學習效果。比如在講解實驗室的安全性時，可引入電影《生化危機》片段；在講解細胞融合時，可引入《雜交》這部電影；在講解胚胎工程時，可輔以3D動畫演示嬰兒從受孕到誕生全過程；講干細胞可引入“八戒的肝救活孫猴子”的新聞。每次課講授時適當適量適時地引入一些多媒體圖片、視頻或動畫信息，可以在上課之初即刻吊起學生對即將要學的知識的胃口，也可以在課中學生注意力不集中時再次把他們的注意力拉回來，多媒體圖片或視頻可以說是調動學生學習興趣的一把利劍。但是這把利劍不能過度應用，否則就主次不分，學生把握不住重點，效果就會適得其反。

6 在討論中實踐實驗

筆者所授的動物細胞工程有8個學時實驗，實驗內容為細胞培養的基本過程，基本為驗證性實驗，但這并不妨礙學生對知識的學習，這主要在于討論式學習的引入。實驗課之前，筆者在課堂上放映培養基過濾操作視頻、細胞原代培養操作視頻、小鼠心肌細胞培養操作視頻等，讓學生思考視頻中實驗人員的操作規范問題，讓學生知道實驗操作中的注意事項及其對實驗結果的影響。在實驗課中，引導學生對比實驗前后結果，得出自己的結論，比如在做細胞培養基過濾實驗時，教學生用倒置顯微鏡觀察未過濾培養基的受污染情況，判斷污染微生物的類型，從而讓他們知道正確過濾的重要性以及如何處理受污染的培養基。

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[關鍵詞]：基礎生理實驗課體系 生理信號分析與處理 研究性教學 考核評價體系

[中圖分類號] TH79 [文獻標識碼] A

一、 引言

依據高等教育內外部環境的諸種變化，以及國家自主創新對于創新性人才培養的要求，在“卓越工程師”培養的教育理念指導下，通過對學生知識、能力與創新要素的綜合分析研究，本文提出構建一種以學生為中心，以滿足創新型人才培養的個性化需要，利于學生自主學習為目標的多模式開放型實驗教學體系。該種實驗教學體系對創新型人才培養的推動作用主要體現為實驗教學的多模式化組織以及綜合性開放式實驗考核評估2個方面。

生物醫學工程及相關儀器專業的學生在實驗技術上應培養具備生物醫學信息采集、傳輸、處理、分析新型生物醫療電子、信息與儀器等硬件知識、并具備較強的醫學應用軟件設計、開發的能力，能夠將信息技術與醫療管理、醫療服務有機結合的高級醫學信息技術人才。因此在課程內容安排上做到面和點的結合，既要保證知識面廣，同時要重點突出。但現狀是生物實驗與儀器等軟硬件平臺的掛鉤程度不夠。目前生物學實驗一方面主要涉及以細胞等微觀生物信息為主的實驗數據，主要以細胞生物學、遺傳學、解剖學為代表；另一方面涉及以人體生理信息為主的宏觀生理信號為主的實驗數據，主要以醫學儀器相關實驗為代表，均以單一化實驗結果作為實驗考核依據，限制了學生主動性和創造性的發揮。所以生物學實驗需要結合自身的教學經驗，對教學中存在的問題進行逐步改進。通過調整實驗內容、改革教學方法、完善考評體系等措施，對于生物實驗分析不能以短期實驗唯一結果論的定性認識為主，而應該強調以“長時程跟蹤的過程啟發式”為主的定量累積式分析，即在側重得到實驗結果的同時，鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺知識，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢，得到多樣化的處理結果，最大程度地增強學生的自主性與參與性。

在以過程化為主的“一問多答”教學模式中，采用啟發式的教學方法。教師根據教學內容向學生提出問題，引起學生主動思考，從而變結果灌輸式的被動學習為過程啟發式的主動學習，加深學生對概念、理論的理解，發現問題，敢于提出問題，渴求解決問題。而課后的各種實驗數據處理結果可以直觀地了解教師教學內容安排是否合理，教學效果是否明顯，為教學改革提供依據，從而為創新性高素質人才的培養作出應有的貢獻[1]。

二、現有模式的現狀及改革途徑

（一）. 微觀生物實驗內容由于教學條件等因素的限制，多局限于顯微鏡使用、或細胞膜通透性等驗證性實驗，對于推動微觀細胞生物學快速發展的新技術新方法，缺少教學資料與手段；同時，人體生理信息等宏觀醫療儀器生物實驗的測試側重于對醫療儀器面板的操作和各種簡單生理信息的直接獲取。

（二）. 實驗教學模式單調，難以激發學生的積極性和主動性?，F行的實驗教學基本都先由學生預習實驗指導書，實驗儀器設備及試劑都由實驗教師提前準備好，學生只要按照實驗步驟按部就班地做，最后寫出實驗報告。這種實驗教學模式難以很好地啟發學生創造性思維，不利于培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。學生容易無精打采，注意力分散，反應遲滯，多數學生被動應付教師的要求，甚至投機取巧，如采用“配色”等方式快速完成生化實驗；有的課堂學生隨心所欲，各行其是，故意搗亂，師生處于一種對抗狀況。在這樣的課堂環境里，教學任務難以完成，傳授知識、培養素質的目標難以實現[2]。

（三）. 實驗教學缺乏綜合性、設計性，不利于學生綜合素質的培養。由于課時安排固定、實驗條件的限制，現行開設的實驗項目多為驗證性實驗，實驗過程及可能出現的問題基本固定，結果也基本已知，只要按照步驟去做，基本都能達到較好效果。這種模式限制了學生思維，難以達到學生綜合素質的培養[3]。

（四）. 實驗課成績評定方式需要進一步完善。實驗課程由于其性質的特殊性，往往難以確定完善的考核指標和體系，從而導致學生實驗報告書寫的工整和完整程度決定了最終成績，使得最終實驗課成績評定存在一定的隨意性，從某種程度上影響了學生學習的動力[4]。

在此評估基礎上，應實現的改革途徑主要包含以下兩個方面：

第一，生物學實驗教學鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號特征提取方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢，得到多樣化的處理結果，最大程度地增強學生的自主性與參與性，培養學生理論聯系實際、獨立思考、團隊合作、自主創新的科學精神；

第二，通過施行開放式多結果的過程化實驗教學模式，注重實驗知識的延伸，創造和諧課堂、完善考核制度等改革措施，發揮實驗課的實踐性優勢，努力營造和諧課堂，最大程度地增強學生的自主性與參與性，培養社會需要的創新型、應用型、復合型、外向型人才。

三、實驗內容改革的模塊化設置

（一）修改完善教學大綱，科學合理設置實驗內容。

本專業實驗本著充分利用現有資源和儀器設備的原則，綜合考慮知識的難點和重點調整實驗教學內容，以“綜合課程設計”的2-3個相互銜接的短學期形式，對原有實驗內容進行篩選和整合，依照學生的實驗技能發展過程依次開設基本操作實驗、驗證性實驗、綜合性和創新設計性實驗。以微觀生物實驗為例，基本操作實驗包括顯微鏡的使用、顯微測量、細胞形態觀察等內容；設計驗證性實驗包括活體染色、細胞化學、核酸存在部位及檢測方法、細胞膜的滲透壓及細胞吞噬作用等內容；設計綜合性實驗需要在完成基本操作實驗和驗證性實驗的基礎上，指導學生查閱實驗資料及設計實驗方法，合理利用實驗室資源，充分利用實驗材料來完成實驗，如動物細胞的原代及傳代培養可作為設計綜合性實驗內容。相關生物實驗進行后，應著重加強特定生物信號與相應軟件處理的結合工作?？珊唵胃艣r為將專業軟件類課程打通，開設一門面向專業的軟件設計課程，如“生物醫學工程軟件設計”，或“電子信息技術及儀器軟件設計”課程，處理對象可定位為前期獲得的實驗數據。而以宏觀的動物生理數據為例，離體培養的小雞或蛙心肌細胞信號可通過相關動物實驗獲得，通過將測試的信號存儲成dap數據格式，輸入labVIEW軟件進行鎖相處理編程及特定濾波處理，實現對所弱信號的分析和相應數字信號處理工具的掌握，達到將感性數據上升到理性知識的目的。

（二）改革教學方法，變結果灌輸式為過程啟發引導式。

實驗過程中，既要發掘實驗背后的理論支持，又要培養技術意識，重視實驗技術和方法。同時，鼓勵師生交流，提倡師生間的問答，活躍課堂氣氛。教學過程中，教師在講清實驗目的和原理的前提下，鼓勵學生根據所學知識，自主設計實驗過程并完成實驗，實驗報告可考慮通過建立在各種實驗數據分析基礎上的論文形式完成。

（三）完善考評體系，激發學生對科學的求知欲和對本課程的興趣。

實驗考評體系應以過程累積式考核為主，擯棄傳統結果式考評。以細胞生物學實驗為例，其考核應以考查學生運用理論重視、運用實驗技術的能力為主要內容，可安排綜合性實驗要求學生利用所學的理論知識和實驗技術進行綜合分析、實際操作、做出實驗結果。對于實驗技術，以學生的直接操作作為考核方式，對于實驗理論的考核，通過閉卷方式完成，也可以通過學生對實驗數據的各信息化平臺分析來進行多結果式考核。另外，對于能夠自主設計完成實驗，積極申報完成開放性實驗的學生給予較大系數的鼓勵性加分。實驗具體路線圖如下。

四、實驗操作的關鍵性問題

（一）如何處理實驗室的開放問題。

在改革過程中，實驗設備資源的開放和教學方式的開放是該長期化銜接實驗的重要保障。其主要實現途徑為，結合生物學和儀器教學平臺，實施“具體生物弱信號案例教學法”，采用學期末“首尾相連”的兩個短學期和整個學期的“三明治”夾心時間實施整個實驗課程，并由相關實驗課的青年教師負責各實驗室的公共開放時間和相互協調。這樣能有效調動學生的主觀能動性，加強課程內容的實踐性，在知識的傳授過程中滲透工程技術的內容，使學生掌握工程設計、工程實踐的一般規律和基本方法，避免工科教學理科化、脫離實際的傾向。如圖2所示針對在體心電信號的測試及信號處理方法，可安排在微觀動物心肌細胞的培養及生物學方法觀察的細胞生物學實驗的短學期時間，同時合并進行在體式心肌細胞搏動的信號及噪聲分析，加強定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關理論知識與動手能力的結合（圖2）。

（二）如何充分利用實驗室資源，引導學生設計綜合性實驗

第一，以生理儀器平臺為主的硬件實踐動手能力。

當完成基礎性生理實驗及相關軟硬件知識的授課后，以宏觀人體生理信息為主的醫學儀器實驗，應該以設計開發性實驗為主，鼓勵學生自己設計開發醫學儀器。同樣以心電信號為例，如心電監測儀實驗中，可要求根據在體式及離體式心電信號的特點（圖3（a）（b）），結合理論知識，設計電信號檢測原理圖，用布線軟件軟件畫出其原理圖，并制作電路板、布線和焊接電路，在單片機應用開發環境中編寫程序并調試。最后制作簡單心電監測儀，通過相關的虛擬儀器平臺，在示波器上顯示被測者心電圖。同時配合相關傳感器知識，還可制作體溫計、氣體檢測儀等醫學儀器。在此基礎上，還可設置網絡數據平臺，進行遠程控制。

第二，以微弱生物信號實驗數據分析為主的軟硬件結合能力。

信息技術的發展對生物醫學信號的檢測、處理以及數字信號處理幾個方面發揮著重要的作用。生物信號一般可以分成電信號和非電信號，如心電、肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于非電信號。如從處理的維數來看，可以分成一維信號和二維信號，如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈博、心音等屬于一維信號；而腦電圖、心電圖、肌電圖、x光片、超聲圖片、CT圖片、核磁等則屬于二維信號。醫學儀器實驗采集到大量的以上一些宏觀的人體生理信號數據，應利用學生的相關生物醫學信號處理的知識，根據生物醫學信號的特點，對所采集到的生物醫學信號進行分析、解釋、分類、顯示、存貯和傳輸，其研究目的一是對生物體系結構與功能研究，二是協助對疾病進行診斷和治療。

本學院的相關教研室教師結合labview、DSP等編程工具的實驗教學案例，對于“虛擬儀器技術”及“數字信號處理”的綜合做了以下研究及整合。“虛擬儀器技術”及“數字信號處理”是一門應用性較強的技術課程。隨著信息化的發展，信息技術不斷地滲透到科學研究等各個領域中，發揮著越來越大的作用?？茖W實驗、測試信號的處理、工業生產中自動化生產線的測控等都以信號處理為基礎。我?！皵底中盘柼幚怼睂嶒灒詳底中盘柗治鰹榛A，以數字濾波為手段，以數字信號處理為目的，突出譜分析和濾波的應用，加大與信號與系統、自動控制原理，以及后繼的通信原理、計算機圖像處理等課程之間的銜接，使其與其他課程實驗融合為一個有機的整體。

以虛擬儀器中的相關控件調用為例，解決數字信號處理課程中的基本知識點“快速傅里葉變換（FFT） 數字濾波器”的實驗設置，對本文提出的“多模式過程啟發型實驗教學體系”進行具體闡述。

該知識點通常的實驗要求和目的為：①加強對labVIEW相關控件工具的使用及虛擬儀器技術編程能力的提高，加深對FFT基本原理和性質的理解；②學習利用FFT對連續或離散時間信號進行譜分析，了解可能出現問題及其原因，以便在實際應用中能夠正確使用FFT。

按照基本的實驗要求和目的，和多模式開放性原則，對該知識點的實驗設置如下：

第一，驗證性實驗內容。主要通過調用labVIEW“信號分析模塊”總的FFT函數，分析序列和其頻譜的特點，設計產生相應的虛擬生理信號及噪聲源，利用數字信號處理中各濾波器的特點去除噪聲，分析去噪后結果，并利用相關原理解釋其中的現象。實驗目的是通過形象和具體的內容，加深對理論知識的理解。該層面的實驗以直觀、具體和形象化為主要特點，避免復雜化。學生不會因為陷入繁雜的具體過程，而影響對理論知識的理解和掌握

第二，綜合、設計型實驗內容。數字信號處理與所采集到的實驗數據具有密切相關的聯系。生物醫學信號中的特點是微弱、噪聲大，所以濾波和靈敏度是生物醫學信號采集的關鍵。另外生物醫學信號的隨機性強，是隨機的且非平穩的。正是因為生物醫學信號的這些特點，以傅里葉理論為基礎的小波變換方法成為生物醫學信號分析的有力工具。利用小波變換能將原始心電信號分解為不同頻率的信號，然后對信號進行重建，此方法能很好地消除心電信號中的基線漂移，抑制工頻和肌電干擾，同時能獲得QT間期的精確值，是本專業學生的重要編程思想。

所以，在實際的推進環節中，涉及一個短期的課程推導實踐以及長期的過程啟發式環節。其中短期內容包括將短學期等實踐類課程，如“醫學軟件編程實習”和本門課程合并，其課時作為本門課程的實踐環節；長期內容則包括：①將畢業設計環節和課程合并，增加實踐課時；②將所有的硬件測試類課程和相關軟件分析生理信號內容合并。如“C程序設計”，“數據庫基礎”，“面向對象程序設計”等。此時授課教師不再為單個教師，而是整個課程群的全體教師；③學生畢業嚴格按照“寬進嚴出”的理念操作?？偨Y后的某“過程啟發式”實驗具體操作實例如下：

創設情境，提出問題?？砂才旁谖⒂^動物培養及生物學方法觀察后，同時協調進行在體式動物信號及噪聲分析，加強感性的定性實驗及理性的定量分析實驗的融合，提高相關理論知識與動手能力的結合：如細胞離體培養后的各種生物信號指標及各種混入的噪聲和分類，在此基礎上結合該案例講解相關濾波器的工作原理和基本設計方法，然后將生理信號提取的設計任務作為設計性作業布置給學生。

分組研討，設計方案。在布置設計任務后，教師組織學生分組研討。根據學生自主學習能力的強弱和自身特點合理分組，方便學生間相互協作，共同提高。學生利用電子資料庫檢索，查閱相關資料，獲取豐富的信息資源，通過對各種信息資源的分析研究，提出自己的解決方案。

成果展示，分析歸納。在各小組取得了初步的設計成果后，教師以課堂教學形式組織各小組的成果展示與評價。在課堂上通過虛擬實驗室系統和數字投影儀，展示各種解決方案所取得的生理信號濾波效果，分析它們的優缺點，引導學生分析歸納出解決此類問題的思路與方法，并共同探討最佳設計方案。

五、結語

“加強實驗教學和實驗環節，抓好綜合性和創新性實驗，大力培養學生實踐能力”是我國高校推進自主創新，落實“高等學校教學質量與教學改革工程”，培養創新人才所需采取的重要措施[4]。本文總的改革目標是“遵循以學生為本，注重以互動式教學為核心的教學觀念，構建有利于增強求知欲和創造力的課程教學模式”。本文提出的多模式開放性實驗教學體系擯棄短期實驗唯一結果論的定性實驗，強調以“長時程跟蹤的過程啟發式”為主的定量累積式綜合分析實驗，在整個學年中分階段構建以實驗教與學為中心的綜合型數字化實驗教學環境；鼓勵學生自主采用各種軟硬件儀器平臺，靈活選擇信號分析方法，加強對信號分析的能力和對結果的理性認識，發揮實驗課的實踐性優勢。通過施行開放式多結果的過程化實驗教學模式，注重實驗知識的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增強學生的自主性與參與性，積極響應國家“卓越工程師教育培養計劃”，培養出具有專業領域特色，能夠基本獨立完成初級軟硬件規模設計和開發工作的創新型、應用型、復合型、外向型的“卓越工程師”型儲備人才。

[參考文獻]

[1]張曉東.人才培養與產學研結合實踐中的問題及對策[J].沈陽航空工業學院學報，2009，26：41-44.

[2]黃解軍，袁艷斌。大學新生專業思想教育的思路及對策[J].教育探索與實踐，2007，8：51-53.

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北京林業大學“環境工程微生物學”課程被列為環境工程專業必修課和專業基礎課，總計48學時，其中理論課32學時、實驗課16學時。在有限的學時內，如何使專業學生較全面地掌握環境工程微生物學的基礎理論體系、核心知識內容和基本實驗技術，培養學生觀察和分析事物的能力、利用微生物學理論知識解決環境問題的能力和創新能力，是本課程的中心任務。基于此，筆者對該課程近幾年的教學情況和成果進行了綜合分析，對問題和經驗進行了總結和研究。

一、課程的定位

“環境工程微生物學”在整個環境工程專業的課程體系中是一門非常重要的專業基礎課。它既包括基礎微生物學的知識內容（微生物的分類、形態結構、營養、代謝、生長繁殖、生態、遺傳和變異等），還包括微生物在環境物質循環和環境污染控制中的作用原理（微生物在元素循環中的作用、微生物對污染物質的降解和轉化等）以及微生物新技術在環境工程中的應用等方面的內容。因此，環境工程微生物學不等同于環境中的普通微生物學，也不是環境污染的生物處理工程?！碍h境工程微生物學”是在學生不具備微生物學的基礎理論知識的背景下，通過介紹與環境科學與工程領域相關的微生物學基礎知識理論和實驗技術，為后續的水、空氣、固體廢棄物污染控制工程以及污染環境的生態修復等專業主干課程提供知識儲備和理論基礎。這就是“環境工程微生物學”課程學習的目的和任務。這一點對于“環境工程微生物學”課程教師的教學和學生的學習都非常重要，它決定了整個課程的邏輯結構、重點內容和教學方式。也就是說，“環境工程微生物學”的教與學，必須突出環境污染治理和生態環境保護的主題，將微生物學的知識理論和環境領域的工程實踐緊密結合，才能取得良好的教學效果。

二、教學內容的設置

目前，各個學校編寫了不少環境微生物學的教材。其中，周群英和王士芬編著的《環境工程微生物學（第三版）》為廣大高校的環境科學與工程專業所采用，它基本可以滿足一般工科類院校的教學要求。但是，在使用的同時，各學校還應根據自身的專業特色，對其中各章節的內容進行取舍，并針對各自的專業適當增加內容，比如土壤微生物、海洋微生物等，以體現學科的優勢研究領域。

在“環境工程微生物學”的教學過程中，把握好基礎微生物學和微生物在污染控制中的作用兩部分的關系十分重要。前者是后者的理論基礎，后者則是前者的工程應用，重點則是環境工程實踐中的微生物學原理。如果對微生物的結構、營養、代謝等內容介紹過多，課程容易演變為細胞生物學、微生物生理學或生物化學等；而對污染控制的具體工藝過程涉及過多，又容易重復污染控制工程的課程內容。因此，在課程教學時，應合理安排這兩部分的比例。另一方面，“環境工程微生物學”的教學還應處理好與其他相關課程的相互關系。北京林業大學開設的“植物學”“環境生物學”等課程與“環境工程微生物學”之間存在一定的聯系，3門課程在如細胞結構、生理代謝、遺傳變異等知識內容上均有一定的論述，但課程核心和重點內容各不相同。在講解“環境工程微生物學”時，應注重強調微生物細胞、生理、遺傳方面的獨特性，并對這些特性在環境工程領域的應用展開詳細介紹。也就是說，在教學過程中需要注意知識單元的邏輯銜接，注重課程體系的統一性，要明確課程的側重點，避免重復。

基于當前環境科學與工程學科的飛速發展，“環境工程微生物學”的課程教學還應緊密結合當前環境污染控制和生態修復相關領域的新進展，而不能只停留在傳統污染處理工藝的微生物學原理上。教師通過對最新污染控制工程理論和技術的微生物學原理進行解析，可以激發學生學習的興趣、專業的熱情，樹立投身環境保護事業的志向，課程的教學效果也會隨之提高。例如，在廢水生物處理的微生物學原理部分，筆者介紹了這幾年比較受關注的利用好氧顆粒污泥處理高負荷、強毒性有機廢水的新工藝，解析了活性污泥微生物胞外聚合物在好氧顆粒污泥形成中的作用以及生物處理系統由于污泥濃度大幅增加而帶來的高效性，來強調通過利用微生物的生理生化特性進行廢水處理技術的革新。學生對這些新內容的反饋很活躍，也引發了很多討論。

三、教學方法的改革和創新

隨著計算機技術的迅猛發展和現代社會的快速信息化，傳統的、單一的灌輸式教學方法難以取得滿意的教學效果，也無法滿足當前創新型人才的培養要求。大學課堂的教學必須與時俱進，應借助多媒體、網絡以及最新的科研成果和成功的工程實例，來豐富教學的內容和形式，提高教學效率和效果。

(一）合理使用多媒體課件

根據實驗心理學的原理，對于同樣的信息，圖像比文字容易被信息接受者所記憶，這就是所謂的“圖象優勢定律”3]。在傳授以敘述性為主的知識內容時，合理使用形象思維方法，可以幫助學生提高記憶力；而信息的幾何形狀、色彩、字符對形象思維的建立起著相當大的作用。環境工程微生物學的研究對象是肉眼看不見的微小生物，在教學中通過展現大量生動形象的微生物照片，可以使學生容易認識和區分種類繁多的微生物，印象深刻，易于激發學習興趣。例如，在比較G+和G—細菌的結構時，通過對細胞圖片的詳細講解可以清楚地說明二者的區別：G—細胞由胞外到胞內依次為外膜、細胞壁、周質空間及原生質膜，而G+則為細胞壁、原生質膜；同時，G—細菌的細胞壁上僅有一層很薄的肽聚糖，但脂肪層較厚，相反G+細菌的細胞壁含有多層肽聚糖，而脂肪卻相對較少。這樣，學生對G+和G—細菌細胞壁差別的認識就會十分深刻，為此后順利開展革蘭氏染色實驗提供了理論基礎。在介紹微生物代謝、遺傳等較為抽象的知識內容時，教師可以合理采用示意圖、動畫等形式來進行講解，將有效提高學生對知識的理解和掌握水平。例如，在微生物的遺傳和變異一章中，筆者采用Flash動畫演示了微生物遺傳的經典轉化實驗即肺炎鏈雙球菌感染小白鼠實驗，使原本抽象難懂的概念和理論變為生動的畫面，教學效果明顯改善。事實上，國內外一些著名高校、環境微生物實驗室的網站上和國外優秀原版微生物教材中有許多高質量的微生物圖片、教學課件和研究成果，教師可以將其作為本課程的教學素材來加以使用，豐富教學內容，開闊學生視野。

(二）充分利用科研成果和工程實例

大學階段的人才培養正日益與科學技術和社會生產的發展緊密聯系，這就要求“環境工程微生物學”的教學要注重結合科學研究和工程實踐，不斷地加入新的科研成果和工程實例來說明課程的基本知識和基礎理論。同時教師也不能脫離科學研究和工程實踐而單純地搞教學工作。只有長期參加科研實踐的教師，才能使自已的教學內容更加具有前沿性、獨創性和啟發性，在豐富自己的教學內容的同時加深學生對知識的理解；也只有將教學與工程實踐有機結合起來，才能更有效地激發學生的學習興趣，培養學生解決實際問題的能力[4]。例如，筆者在教學過程中選取了微生物燃料電池研究中最新發現的細菌鞭毛充當“納米導線”的現象作為背景材料，展開討論，分析了細胞鞭毛的電子傳遞功能在物質轉化和能量代謝中發揮的作用。這個例子在介紹微生物學知識的同時，很好地詮釋了如何恰當地利用微生物的特性來解決環境問題和實現可持續發展。又如，通過介紹實際工程項目——煤氣廢水生物處理系統中活性污泥的馴化過程，說明了微生物遺傳和變異的特性對于有毒有害工業廢水處理的重要意義。

(三）改變傳統教學模式

在當前大學教學中，課時的有限性與知識的增長性之間的矛盾日益突出，“環境工程微生物學”這門新興的交叉學科尤為如此。所以，教師在授課時，應更加注重所介紹內容的質和量，將多而雜的信息進行疏理與歸納，并以更加靈活的方式傳達給學生。這就要求教師在教學模式上進行變革，改變以往單一的注入式教學方法，采用多種方法有機結合的教學模式，將教師的主導作用和學生的主體地位相結合，從而在傳授知識的同時提高學生的創新能力和綜合素質。

研究表明，提問、引入和討論等啟發式教學方法比起傳統的注入式教學模式更為吸引人，更能收到事半功倍的效果。一方面，啟發式教學可以促進師生之間的互動，活躍課堂氣氛，激發學生濃厚的學習興趣；另一方面，啟發式教學可以培養學生將書本知識應用于實際的思考和分析等綜合能力?？傮w來講，一些基礎性知識的教學，可以以教師講解為主，但講解的內容要少而精，留一部分內容讓學生自己去消化吸收。對于理解性的知識內容，教師要啟發學生積極思考，有些問題要引而不發，導而不講，讓學生自己通過分析和總結來深化認識。此外，還應注意到高年級本科學生已經具有一定的自學能力，對于一些比較淺顯的多門環境類課程反復涉及的章節內容或非核心知識單元，完全可以安排由學生自學來完成。例如，在講解微生物在氮素循環中的作用時，筆者詳細介紹了硝化作用、反硝化作用等生化反應過程及其影響因素，所以在講解廢水微生物的脫氮原理時，采取了“學生自學為主，教師組織討論和總結”的教學方式。這種教學方式既節省了課時，同時又鍛煉了學生的自學能力、認識能力和分析能力，為以后的科研創新打下基礎。

四、實驗項目和實驗內容的挑選和設置

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關鍵詞：微生物學；分級式教學；創新；互動式；考核

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0056-03

微生物學是生物學的分支學科之一，涉及細胞生物學、分子遺傳學、真菌分類學、病毒學、環境微生物學及環境生態學、土壤學等多種學科領域。作為生命科學和生物技術的重要組成部分，微生物學發展越來越迅速，是生物學領域的一門比較前沿的學科。微生物學傳統教學模式的弊端：①傳統的教育理念比較重理論輕實踐、重知識輕能力。②傳統教學中“教師主體”的師生觀和“傳承性教學”的教學觀，使學生對學習不感興趣，其主動性得不到充分的挖掘和發揮。③在考核辦法方面，不能體現學生的實踐操作能力和創新素質，僅以試卷、實驗報告的優劣決定學生的最終成績。這些現象不利于對大學生綜合素質的培養。因此在創新素質教育下探討微生物學課程體系教學改革與實踐是十分必要的。

一、在創新素質教育下探討微生物學課程體系教學改革與實踐研究背景

國內外高校十分重視高素質創新生物學人才培養模式的研究，如課程體系、師資隊伍建設、實驗內容設計與創新、互動式教學方法的改革等等。這些教學研究成果在一定程度上推動了人才培養質量的提升，然而，由于地域、層次、政策等因素，各高校的人才培養模式各具特色、實踐效能亦各有千秋，外加高等學校制定的教學計劃比較死板，學生自由選擇權較少，不能有效調動學生的學習積極性。因此為加快培養高素質創新人才，必須深化人才培養模式改革。在創新素質下探究微生物教學體系改革是以培養學生的創新精神和主動性為目的的，立足教學，從實際問題和背景出發，將問題情境“提出問題、分析問題、解決問題”貫穿整個教學過程，通過學生自身主動的探究來培養學生創新思維和科研素養。

二、微生物學課程體系采用分級式教學方式

改變傳統教學中“教師主體”的師生觀和“傳承性教學”的教學觀，采用分級式教學方式，提升課堂教學和創新人才培養的實效性，對培養的學生創新素質有一定的益處。

1.一級內容為微生物學科基本知識和基礎理論，以“什么是微生物，微生物吃什么，怎樣吃，怎樣給微生物做飯，微生物應用價值”為主線講解微生物基礎知識，使同學們思路清晰。

2.二級內容為微生物學實驗技術，包括驗證性實驗教學模塊，綜合性實驗教學模塊，設計性實驗教學模塊。

驗證性實驗教學模塊——形態觀察。在該模塊中，主要是觀察微生物的形態，讓學生通過實驗總結細菌、霉菌、酵母菌等在個體形態、繁殖方式等方面的區別，讓同學們掌握微生物革蘭氏染色技術、制片技術、微生物大小的顯微鏡觀察測量技術等。讓同學們總結實驗成功的關鍵和找出出現假陽性、假陰性的原因，并繪圖表示各個微生物的形態。綜合性實驗教學模塊——培養、分離微生物并分析。在這個模塊中，以學習培養、分離微生物并分析為主要內容，由每個單獨設立的實驗組成一個綜合性實驗，不僅掌握單個實驗技能，而且也鍛煉了同學們的數據統一分析與整理的能力。根據綜合性實驗內容的要求，我們設立了多管發酵法測定水中大腸菌群、平板菌落計數法分離純化土壤微生物、細菌的分解物質能力與生理生化鑒定等。設計性實驗教學模塊——由學生自行設計實驗方案，并獨立完成實驗。班里的同學可以根據自己的興趣和專長，查閱相關文獻，可以采用不同的方法，自由分組，自由設定實驗方案來達到預期的實驗目標，完成實驗并分析、進一步再處理實驗結果，交流實驗結果和體會。同學們可以在實驗中充分發揮創新性想法去設計實驗，這些實驗由于貼近生活，進而引起了學生的普遍興趣，為進一步培養學生的實驗能力奠定了良好的基礎。

3.三級內容為微生物學科相關的拓展性知識，通常以學術講座的方式介紹本學科相關領域內的研究前沿、發展進展趨勢和創新性等；這樣可以拓寬學生的知識面，引深科研思路，培養同學們獨立完成科研的能力。同時讓學生開展課程論文形式來總結國內外前沿知識體系，提高學生的學習興趣及主觀能動性。

三、創建互動式的微生物學課程教學模式

在整個教學過程中，創建互動式的教學模式：

1.授課與自學相結合。倡導啟發式教學，包括讓學生帶著問題自學、按照提綱思路引導性自學、自己歸納自學等幾種方式，融知識傳授和能力為一體。教學中發揮教師主導、學生主體作用，激發學生主體意識和學習興趣，調動主觀能動性，使學生的學習過程成為愉快、主動、積極獲取知識的過程。

2.理論與實驗相結合。理論與實驗結合教學，不僅可以使學生將理論知識應用于實踐，而且通過實踐，可以培養學生發現問題、解決問題和創新思維的能力。在實驗教學過程中，力求讓實驗內容更加系統完整和先進，通過實驗培養學生的獨立操作能力、創新能力與綜合分析能力，鼓勵學生多參加老師的科研課題并且自行查閱文獻設計實驗方案。

3.講解與討論相結合。討論既有利于促進學生對理論知識的綜合應用和消化，又對培養學生協作精神、表達能力、綜合分析能力和良好的心理品質有益，使學習的過程從被動接受變為自覺研究。推演方法是教師提供討論的問題學生圍繞問題，查閱文獻分析并提出結論討論教師總結講評。

4.傳統教學與多媒體教學相結合。多媒體教學可有效增加教學的信息量，使教學過程具有趣味性、直觀性、生動性。教學中恰當運用傳統教學手段與電教教材、網絡技術，對提高教學效果會起到事半功倍的作用。

四、改革微生物學課程考核方式，注重學生實驗技能與創新素質的培養

微生物學課程考核，是作為一種評價微生物課程教育過程的主要手段，可以檢驗學生是否掌握了一定的實驗技能和鍛煉了科研思維的能力等。我校生物科學基地班微生物學理論40學時，實驗課單獨設課32學時，生物技術64學時，理論40學時，實驗24學時。針對不同班級采用了不同的考核方式。微生物學實驗課的考核成績由驗證性實驗模塊和綜合性實驗模塊的實驗成績（占70%）和設計性實驗成績（占30%）組成。自從采用了這種考核方式以后，學生都比較重視實驗課的學習，這對培養學生的科研創新能力和嚴謹的治學態度大有益處。學生在設計性實驗模塊中收獲較大，成績評定包括文獻調研、方案選擇、實驗操作、論文撰寫和實驗結果匯報等方面，使得學生有意識地培養團結協作意識、思維能力、科研嚴謹態度、語言表達能力等。理論課的考試是檢查學生掌握本學科知識的重要手段。我們認為閉卷考試+撰寫論文+實驗設計+實驗操作綜合性的考試這種綜合性考試方法最好。

五、微生物學課程體系教學改革與實踐的效果

1.改變了傳統的以知識為中心、以教師為中心的被動式教學，使高校教學活動真正成為能夠啟發學生心智、培養創新精神和實踐能力的高效行為。建立了一個系統性強、框架清晰、與國際接軌的微生物學知識體系，提出創新素質教育下微生物學教學模式改革的策略。

2.促使教師教育教學能力的提升，打造了教學、科研雙優的師資隊伍。

3.微生物學模塊式實驗教學體系的建立，使學生掌握了微生物研究的實驗方法和技術，訓練了自己動手操作的能力，調動了學生學習的積極性和主動性。有助于使學生成為在創新素質、研發思維、人格品質等方面均優的具有國際競爭力的高層次人才。

以上是我們在微生物課程教學過程中總結的一些體會和做法。通過對微生物學課程體系、教學內容、教育教學模式等方面的深入研究，我們建立了適應學科發展趨勢的微生物學分級式教學課程體系，在基礎理論教學過程中強調對基礎知識的理解和創新素質的培養；在“模塊實驗”教學中強調實驗的綜合性和探索性，培養學生提出、分析、解決和評價問題的能力，達到授課內容的國際化、教學理念的前瞻化，利于學生以后的發展和進行有效的學術交流。根據理工類學生的特點，通過理工結合進行教學設計，綜合運用多種教學方式和考核方式，在教學中調動本科生的學習積極性，提升本科生的科研素質，培養了創新性能力。

參考文獻：

[1]葛菁萍.普通高校微生物學雙語教學初探[J].微生物學通報：2010，37（10）：1537-1540.

[2]徐啟江，李玉花.分子生物學分級式課程體系的構建[J].黑龍江高教研究，2008，（5）：158-161.

[3]黃夏.高職食品微生物實驗教學改革初探[J].廣西輕工業，2011，（8）：171-172.

[4]姜立春，李俊剛，閻秋潔，等.微生物學實驗創新教學改革與實踐初探[J].實驗科學與技術，2011，9（6）：64-66.

[5]易力，，陳萬光，等.推進微生物學實驗教學改革培養學生的綜合能力[J].實驗室科學，2010，13（1）：10-12.

基金項目：東北林業大學教育研究課題項目（DGY2011-15），東北林業大學學位與研究生教育教學改革研究項目（J1101411），黑龍江省教育廳項目（JGXM-HLJ-2010010）

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關鍵詞：多媒體教學；本科生物教學；優勢；問題

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0230-02

計算機多媒體技術（Multimedia Technology）的發展為高等教育帶來了教學形式上的根本改變。中國20世紀幾十年間，本科教學一直以傳統板書為主，在生物、化學和物理等實驗學科教學中輔以適量的實驗課教學。但進入21世紀后，傳統板書逐步被多媒體教學所取代。近年來，我校教室全部安裝了多媒體教學設備，根據各門課程的不同特點，大部分老師在教學中不同程度地使用了PPT軟件教學模式（Power Point Teaching，PPT）。

生物學是以實驗為基礎的學科，直觀性是授課的主要特點。PPT課件教學正是迎合了這一特點，能夠輔助教師把抽象的知識直感形象地向同學們展示，因此PPT課件教學很快就被生物學教師所接受并啟用。通過幾年教學總結，本文就多媒體技術在本科生物教學中的作用作了一些探討。

一、PPT課件在高校生物教學中的優勢

近十幾年來，由于高校擴招，學生人數由過去每年級幾十人增加到現在一個專業就幾十人，甚至上百人，這給教師授課增加了難度。板書顯然不能照顧到坐在后排的同學，多媒體教學擴大了版面，同時可以通過聲音或版面的調整突出講授內容，更適合大班上課。具體分析有如下特點。

1.增加課堂教學知識量。過去的生物教學以板書為主，教師必須在黑板上書寫與教學相關的主要內容并繪制相關示意圖，花費了大量的時間。就一節課而言，真正講授的知識點并不多。PPT課件的使用則省略了教師書寫板書的時間，教師就可以把課堂重點放在講授知識點上，無形中增加了教師課堂教學的知識量。目前，我校為適應高校教育理念和辦學方式的改革，本科專業課課時大量削減，教師必須加快講課速度才能完成授課內容，與此同時還要保證教學質量。因此，使用PPT課件符合本科教育改革的發展特點。

2.增強課堂教學直觀性、形象性。生物學的理論和知識來源都是一系列觀察與實驗推論的結果，教師必須通過大量的圖片、標本及實驗向學生講解具體的知識點，尤其是針對分子生物學這類微觀生物學理論課程。傳統板書教學一方面通過看書來講解，一方面要依賴老師在黑板上畫出示意圖，容易造成部分偏差，使學生產生困倦感。PPT課件則可以避免上述問題，其可以使用直觀逼真的圖片，還可以制作成動畫效果或通過色差與聲音的處理吸引學生的注意力，使生物學的知識點變得更好理解。比如講到《分子生物學》中“原核生物轉錄與翻譯的偶聯”這一名詞時，為了使學生更好地理解，可以使用動畫來表現邊轉錄邊翻譯的動態過程，既可以通過動態的場景吸引學生的注意力，又幫助學生在頭腦中形成細胞結構的連貫性，動態地理解知識點。

3.有助于促使課堂教學與當前科技最新成果聯系起來。高校教師不僅向學生講授成熟的知識、理論，還需要介紹新出現的名詞及理論。但由于高校教學使用的教材在某些知識點上并不能反映出最新的科技成果，為了使學生近距離接觸科學的最高峰，提高學生的學習積極性，擴展學生的知識面，讓課堂教學更有深度，教師應該從網絡上下載學科的前沿內容，借助PPT課件從內容編排、圖像插入等方面來更直觀、更淺顯地向學生講授相關的新內容。反觀傳統板書則顯然不具備這種優勢。

21世紀是生物科學快速發展的時期，新技術、新方法、新理論及新成果層出不窮。尤其是獲得諾貝爾獎的科學成果代表著該領域的最高成就，有必要穿插到合適的章節給同學們進行講授。例如：2009年的諾貝爾生理學和醫學獎授予了三位從事端粒酶研究的科學家。在分子生物學“DNA復制”一章講到DNA以半保留半不連續的方式進行復制，涉及到DNA兩端的復制，在當時還沒有明確的理論來解釋，所以該問題一般以含糊的方式帶過，但新的諾貝爾成果告訴我們染色體兩端如何完整復制以及如何避免老化的知識，關鍵在于位于染色體末端的端粒和生成端粒的酶，即所謂“端粒酶”。教師就可以把這些新內容制作成形象生動的課件并深入淺出地向同學們進行介紹。

4.活躍課堂教學氣氛。傳統生物學教學無論板書過程還是講解的過程都有些枯燥，由于缺乏形象性而使得課堂氣氛沉悶。多媒體教學是集文本、圖像、動畫、音頻等多種信息于一體的教學系統。在生物專業教學中，教師可以利用視覺動畫和聲音效果來表現生物學中的變化過程，使學生接受到立體的新知識，同時使學生注意力更容易集中，從而改變沉悶的課堂氣氛，進一步增強教學效果。

綜上所述，多媒體的教學方式對生物本科教學具有不可替代的作用，這與提高本科教學質量的要求息息相關。

二、使用多媒體教學所存在的主要弊端與對策

目前PPT在生物教學中已基本取代傳統板書，但從學生的反映仍可以看到還有一些實際問題需要解決。

1.容易造成教學速度過快。PPT課件教學可以加快教學進度，同時教師還要注意速度過快是否會超出學生的認知負荷，是否容易使學生吃“夾生飯”。分子生物學、遺傳學和細胞生物學這些課程理論性強、抽象難懂，教學速度過快不僅使學生聽不懂，還會喪失其學習積極性。通過幾年的教學總結，我認為可以通過課堂提問的方式來適當放慢速度，增強和學生之間的互動，更多地了解學生掌握知識點的情況，特別是重點知識授課需要老師“常掛嘴邊”。蘇霍姆林斯基曾說過：“不能使學生參與的教學是教師的最大過失。”師生互動也是現代教學過程中的重要環節，是提高教學效果的有效方式。教師應多注意學生的課堂反應，善于捕捉學生的反饋信息，并根據學生的反應調整教學節奏與策略。

2.忽視教學的主要目的，課件制作過于“花哨”。有些教師在PPT課件制作中加入了大量圖片，有的能與講授內容一致，起到輔助教學的良好效果；有的則與教學內容沒有任何相關性，只是從視覺上讓學生感到新鮮，這些圖片的插入對課堂教學并沒有促進作用。教師的職責是“傳道、授業、解惑”，大學教師尤其要注意課堂教授信息量的把握，而多媒體的參與本科教學只是輔助手段。在選用圖片的時候要注意能否和應講的知識點結合起來，要分清主次。同樣，聲音效果的使用也是這樣，否則多媒體的使用對本科教學反而是一種負擔。

3.提高教師制作課件水平。PPT課件制作不是書本內容的簡單壓縮或整段堆積。需要教師通過對知識點的理解，以提高教學效率為目的，加工成學生容易接受的簡潔講授方式。同時還要重視PPT課件制作的藝術性，否則雖然形式上使用多媒體教學，但仍然難以取得教學效果，學生反而經常抱怨還不如看書容易接受。我認為教師應重視PPT課件的制作，提煉知識點并加以總結，以口頭或書面形式讓學生對知識有系統性的掌握。學校方面則應組織教師多參加PPT課件的制作培訓班，提高整體制作水平。

綜上所述，PPT課件在生物學教學中的使用是順應科技時展的必然，而且多媒體教學確實有傳統教學所不具備的優勢，但同時應在教學中多總結、多發現問題，以“教學為本”，這樣才能產生預期的教學效果。

參考文獻：

[1]張琦.行走在PPT課件與板書之間[J].中國科教創新導刊，2010，（2）：173.

[2]封彥婷.淺談PPT課件制作中的幾點體會[J].高等教育，2010，（2）：51.

[3]楊叔子，王筠.要真抓課堂教學質量[J].中國高教研究，2007，（4）：5-7.

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關鍵詞：生命科學導論；教學理念；教學體系；教學團隊；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）29-0094-02

21世紀生命科學將在人類科技、社會和經濟全面發展和進步中起到巨大作用，適應社會需要的高等人才必須具備良好的生物學知識基礎，因此為非生物學專業的學生開設生物學方面的課程是一項很重要的舉措。大學生的素質培養是我校一貫重視并不斷探索和實踐的課題，在新的社會發展形勢下，我校對大學生的素質教育思路進行了重新調整和嘗試，提出文、理、工、藝術等非生物類專業本科生也必須學習有關生命科學的知識，并將《生命科學導論》課定位為全校本科生的素質教育課。因此，圍繞《生命科學導論》課程的建設與改革，我們開展了一系列教學工作，并取得了一定的成果，現將部分體會總結如下，供同行指正。

一、更新教育觀念，構建生命科學導論課程教學新體系

為適應生命科學對社會經濟、生活和持續發展的影響日益增加的勢態，世界一流大學，如，MIT等從20世紀80年代后葉起陸續為全校大學生開設了生物類課程。我國幾所重點院校從上世紀90年代中期開始，也相繼開設出類似的全校性課程。在這個前提下，2000年，我院組織在科研和教學方面有豐富經驗的教師首次面向全校非生物學類專業本科生開出了《生命科學導論》公共基礎課程，學生表現出較高的學習熱情，受到熱烈歡迎。經過近十年的教學探索與實踐，本課程組結合學校的人才培養實際，制定了課程培養目標，構建了獨特的課程教學體系。

1.多層次的教學體系。在對國內外《生命科學導論》教學與研究的調研基礎上，探討非生物類專業理論教學必須掌握的知識和結構。利用我院生命科學教學的基礎和特色，根據培養對象的不同建立了茅以升班、理工科類、文科類等幾個不同的生命科學導論課程的教學體系，從學時、教學大綱、教學內容、教材的選用和老師的配備幾個方面保障教學質量。結合學生所修專業背景和不同專業的特點，分層次確定了生命科學導論的教學內容，構建了適合的專業平臺，同時面向全校開設必修、限選和公選課等不同類型的課程供學生選擇。在教學體系的各個層次、各個環節貫穿生命科學的先進技術和手段，緊跟世界科技前沿，為我校通識教育和創新人才的培養奠定了基礎。

2.豐富的教學內容。《生命科學導論》講授的內容從微觀和宏觀兩個方面講授生命科學的基本理論和應用。教學過程中，從提高學生思維能力和整體規劃的角度出發，結合教學時數和教學條件，從學生感興趣的話題入手，緊扣當前生命科學研究領域的熱點，如，干細胞研究、轉基因等，牢牢抓住學生關注點；選取生命科學發展歷程中的經典研究，引導他們去提出問題、去分析問題、去研究、去創新，取得啟迪悟性、挖掘潛能的效果，實現本課程教學的基礎性與前沿性、理論性與實踐性、交叉性與創新性的統一。

3.特色鮮明的教學模式?！渡茖W導論》作為基礎和前沿學科，課程體系和課程內容的設計緊緊圍繞人才培養目標，充分體現現代教育思想。在課程體系和課程內容的設計中以“人與生物圈”為主題整合高中生物學的教學內容，強調生物科學、技術與社會的關系，更加突出了生物科學知識對科學發展、社會進步和經濟建設的重要作用。為了充分體現生命科學“重基礎、重交叉、重人文、重實踐”的教學理念，重視培養學生分析問題和解決問題的能力。

二、啟發式教學貫穿始終，采用靈活多樣的教學方法和教學手段

1.積極推進探索性或研究性、啟發式教學。教師們結合課程的主要內容、重點、難點，設計激發學生興趣、引發學生思維的問題。同時圍繞媒體關注的有關生命科學研究中涉及的熱點話題，將教學內容貫穿其中。同時，結合教學內容選取具有典型意義的科學發現、技術創新過程、科學家的故事等充實到課堂教學中，以啟發學生對科學研究的理解，加深對科學本質的認識，培養科學素養。

2.將聲、形、言、情等傳統課堂教學方法結合多媒體教學課件靈活運用于教學。通過語言的輕重緩急突出重點、難點；用通俗易懂的語言、形象的比喻、生動的實例、直觀的圖表及深入淺出的解析，幫助學生理解，加強學生記憶；用激情講授調動學生的學習熱情，在主要內容和關鍵環節，通過教師的手勢、表情、動作加深學生對重點、難點的理解和認識。現代的教育技術手段使得單位教學時間內的信息量大、網上資源豐富并使知識的獲得和更新速度加快，充分利用網絡多媒體技術進行課堂教學，圖文并茂和動畫演示，發揮教師在課堂教學中的主導作用。

3.教與學的互動。針對學生不同的專業背景，教學中我們要求學生結合自己的專業特點，分小班查閱本專業與生命科學研究的最新進展制作成多媒體后，請小班代表在課堂上演講，開闊其思路，以對學生跨學科的聯想、創新思維起到一定的科學啟迪作用，認識生命科學在社會和經濟發展中的地位和作用。此外，我們設計了多種形式的第二課堂活動，包括小型研究課題、知識拓展講座和教材評論等，并隨時注意調節教學進度，留給學生充分吸收消化的時間，達到師生互動學習的目的。

4.多環節考查模式?？荚嚫淖兞藗鹘y的期末一次卷面考試定成績的方式，實行多元成績評定辦法，采取用平時成績、期末考試、講演成績和考勤成績等多個考核環節評定學生的總成績，加強對學生學習過程的檢查評價，培養學生合理安排學習時間的好習慣，克服少數學生臨時報佛腳的不良習慣，幫助學生養成認真踏實的學風。

5.設置研究生教學助理，加強溝通?！渡茖W導論》課程組配備有研究生教學助理，教學中加強例題示范、習題講解、答疑及作業批改等教學環節，并經常與學生交流和溝通，及時了解學生的學習效果，調整教學方法，如，在2006年下發收集學生對該課程意見和建議問卷達5000余份。學生同老師的聯系也延伸到了email、BBS、ftp及短消息等系統上。

三、教材、擴充性資料的使用與建設

教材的選擇使用是影響教學質量的重要因素，而生命科學發展迅猛，很難通過一本教科書把至今人類對生命的了解全部反映出來。課程組針對工科、理科和文科學生的不同生物學知識背景及課程屬性，準備了不同的教材。采用上海交通大學張惟杰教授主編的《生命科學導論》[1]作為限選課和選修課的主修教材。針對茅班開設的必修課，在選用恰當的《生命科學導論》教材方面，教師們多次組織研究討論，查閱了大量的圖書，最后確定使用高等教育出版社出版的吳慶余教授主編的《基礎生命科學》[2]，該教材為國內第一本生命科學類的全彩色教材，圖文并茂的彩色圖片更能真實高效地反映生命的特征和規律，用現代的觀點重新審視、選擇和組織傳統教學內容，從宏觀到微觀系統地闡述生命現象。經過3～4年的使用，又更新其新版。此外，還提供了促進學生自主學習的教輔材料和相關教學網站，如，高崇明主編《生命科學導論》（北京：高等教育出版社，2007）、沈顯生主編《生命科學概論》（文科）（北京：科學出版社，2007）、裘娟萍、錢海豐主編《生命科學概論》（工科）（北京：科學出版社，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出版集團，2003）、曹陽、林志新主編《生物科學實驗導論》（附光盤）（北京：高等教育出版社，2006）等。同時，擬構建《生命科學導論》全方位、立體化的網絡教學平臺[3]。在學校學院的支持下，依托生物信息實驗教學平臺，初步構建了“生命科學導論”網上教育資源框架，包括理論教學大綱、實驗教學大綱、電子教案和課件、電子教材、習題與解答、實驗指導、知識擴展、學術講座、網上答疑、網上討論、網上測練、網上提交作業和報告等相關內容，為進一步完善“生命科學導論”課程網站打下堅實的基礎。

四、重視自身知識的提高和隊伍建設

1.加強師資隊伍建設。生命科學發展迅猛，為了更新教學理念和知識結構，我們采用引入和走出相結合的模式，請國內外知名專家學者來我院講座和授課，并派出數名老師到清華、浙大、上海交大、北大、武大等學校觀摩、交流教學經驗，參加國內各類骨干教師培訓班學習及有關《生命科學導論》課程改革研討會。

2.樹立團隊教學理念。按照課程建設與人才培養相結合、教學與科研相結合、理論教學與實驗教學統籌協調發展的原則，改變“單兵作戰”的育人模式，由年齡結構、職稱結構、知識結構、學緣結構合理的多名教師組成教學團隊，以系列課程建設為教學團隊的最終目標，形成綜合實力，針對不同專業、層次的學生開展教學，有效地促進課程體系和教學內容改革，從整體上提高教書育人的效果和質量。課程組經常開展互學活動，通過相互之間的定期交流，使各位教師的專業特長得到交叉、融合，教學更加生動、深入，從而提高教學質量。

3.通過科研帶動教學。課程組教師所從事的學科專業有植物學、動物學、細胞生物學、生物化學、微生物學、遺傳學、分子生物學、生物信息學和生態學等，幾乎涵蓋現代生命科學研究的所有領域。除了具有豐富的教學經驗外，還是各自所從事學科研究領域的骨干力量，通過組建科研團隊，吸收青年教師到自己的課題中擔任一定的科研工作，使青年教師將生命科學領域的前沿技術、信息及研究成果融入到課堂教學中，促進了教學改革的深入發展。

《生命科學導論》作為面向非生物學類專業本科生開設的通識課程，為了充分體現和實現本課程的“素質教育”宗旨，應該結合學校的人才培養實際，使學生通過課程學習，掌握生命科學的基本概念、基本原理、基本知識，同時，讓學生了解學科熱點問題和發展趨勢，了解生命科學與其他學科的聯系，促進學科交叉和知識遷移，進而幫助學生正確理解生命科學的發展將如何影響人類和人類社會，增強學生的健康和環保意識，培養學生正確的生命觀和社會責任感，全面提高大學生素質，實現創新性人才的培養，最終達到“了解生命、尊重生命、熱愛生命”的終級目標。

參考文獻：

[1]張惟杰.生命科學導論[M].第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]吳慶余.基礎生命科學[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]徐鵬，關學鋒.應用現代教育技術深化材料力學教學改革研究[J].中北大學學報（社會科學版），2005，21（3）：94-95.

篇8

1.1調查分析方法

2013年，在筆者所在刊物國際化網站建設、完善過程中，為了提高中國主辦的國際化期刊的網站建設水平，筆者選擇了5種在行業內影響力較高的中國生命科學類SCI期刊作為調研對象，通過網絡搜索、調研分析、歸納總結等方法，對期刊的國際化網站建設進行了多角度、多因素分析。首先，筆者考察了5種被調研期刊的辦刊背景及學術地位。同時，根據網站建設的主要內容和影響因素，考察了5種被調研期刊的網站國際化界面、在線投、審稿系統、OA出版模式、與國際出版集團合作的數字化傳播模式及提供網絡增值服務方面的特點。

1.2調研期刊的學術地位

①CellResearch（CR）是我國細胞生物學領域以英文發表原創性研究論文、綜述、快報和述評的國際性學術期刊。美國科技信息研究所近期公布的2012年JCR影響因子10.526。2006年CR和自然出版集團（NaturePublishingPartnerships）合作，由其負責全球電子版的出版發行。②ActaPharmacologicaSinica（APS《,中國藥理學報》）創刊于1980年，由中國藥理學會和中科院上海藥物研究所主辦，中國科協主管。2000年起正式注冊為全英文出版的國際性刊物。2005年起與英國Blackwell出版公司合作出版。是美國CurrentContents/LifeSciences僅選錄的中國兩種期刊之一，同時進入BA、CA、IndexMedicus等十余種國際著名檢索系統。2012年JCR影響因子2.354。③JournalofGeneticsandGenomics(JGG)是中國生命科學的領軍雜志之一，涉及遺傳學、基因組學研究領域，2012年JCR影響因子2.076。目前，JGG在154種中國被SCI收錄的期刊中排名13。④TheJournalofMolecularCellBiology(JMCB)，涉及分子細胞生物學、其他生命科學及其交叉學科研究，2012年JCR影響因子7.308，在國際細胞生物學領域180種核心期刊中排名第28位。⑤TheAsianJournalofAndrology（AJA）是亞洲男科學會的官方雜志，2012年JCR影響因子2.140,在5種國際男科學雜志中排名第三，由中國科學院上海藥物所與上海交通大學聯合主辦，與自然出版集團合作，有較高的國際可見度，通過平臺吸引了全球讀者，2011年7月起，提供OA服務?？梢钥闯鲞@5種雜志都是由中國學術機構主辦、在國際生命科學領域有極高影響的科技期刊，JCR影響因子較高，是中國生命科學科技期刊國際化辦刊的成功典范。通過研究這些期刊的網站風格、內容、功能等，獲取了大量期刊網站擴展國際視角的經驗和做法。

1.3部分期刊網站擴展國際視角的經驗

1.3.1較高的國際顯示度

域名通常由雜志名稱縮寫或全稱構成，方便檢索和記憶，方便輸入，易于查找，具有較高的獨立性和可信度。5種期刊都有獨立的國際域名。就網絡顯示度而言，在google搜索引擎中輸入雜志名稱，第一條檢索結果就可以直接鏈接到期刊主頁，五種期刊都有較高的國際顯示度。且檢索結果的地址下簡短的期刊介紹，包含了讓讀者一目了然的信息，提高了在國際學術領域的可見度。如APS的介紹為：officialjournalofChinesePharmacologicalSociety,websiteoffersachieve,submission,guidelinesforauthorsandreviewers。JGG的介紹為：WelcometoJournalofGeneticsandGenomics(JGG)isoneofChina’sleadingjournalsinthelifescience。JMCB的介紹為：Peer-reviewjournalfocusedonpublishingnovelfindingsinstemcellresearch,molecularsignaling,epigenetics,andotherareasofbiologyresearch。AJA的介紹為：AnofficialpublicationoftheAsianSocietyofAndrologyfoundedinJune1999。這些都為需要查閱雜志的讀者提供了直接的幫助和提示。5種期刊主頁面都以英文為主，部分期刊的主頁面保留少量中文信息和鏈接內容（如AJA）。頁面界面友好，主色調突出、協調，網站總體布局合理，風格高雅、醒目，期刊基本信息涵蓋全面，各項功能操作簡易、直觀易懂。網站都在主頁面醒目位置顯示期刊最新一期的封面，標明期刊的ISSN號及影響因子。

1.3.2國際化的投審稿系統

在調研的5本刊物中，其期刊網站的投稿鏈接都采用了國際學者熟悉的投審稿系統，APS、AJA、JMCB都使用的ScholarOneManuscripts系統，CR使用的是NPG系統的投稿系統，JGG則使用的Elsevier的投稿系統。可見，采用國際學者熟悉的投審稿系統，是吸引國際投稿的做法之一，遠程投稿、在線辦公的國際化形態是期刊國際化網站的基本構成要素。利用國際學者熟悉的投審稿系統、在線投稿、遠程編審，利用在一個更為廣泛得多的地理位置內工作的學者的專長、人際關系和研究視角，提高期刊的有效擴展和影響。

1.3.3加強出版內容的可獲得性，提高文章被引頻次

在調研的5本刊物中，都施行了OA或部分OA的在線出版模式。開放獲?。∣penAccess，OA）是國際科技界、學術界、出版界、信息傳播界為推動科研成果利用因特網自由傳播而發起的運動，以此促進科學信息的廣泛傳播、促進學術信息的交流與出版、提升科學研究的公共利用程度、保障科學信息的長期保存。統計調查表明，OA出版可以顯著提高論文的被引頻次，直接影響到刊物的影響因子。如APS過刊內容全部OA。JMCB現刊與過刊內容全部OA。AJA部分內容OA，期刊在網上為讀者提供3篇當期全文免費閱讀服務，其余文章則須通過國際出版合作集團購買，部分文章只給出Researchhighlight的內容。JGG出版的文章中，2007年之后的全文都鏈接于ScienceDirect數據庫，2006年之前的文章內容列于期刊的網頁，實現了現刊與過刊內容全部OA。CR通過NPG向133家發展中國家機構免費提供網站瀏覽權限，同時中國境內也有136家高等學府和研究所能夠免費網上閱讀。CR選擇混合模式，作者可以選擇付費以使自己的文章OA。CR刊登的優秀論文及專刊論文能直接鏈接到主頁上進行重點宣傳，featuredarticles欄目在主頁上醒目位置顯示，部分文章內容可以免費獲取。

1.3.4借力國際出版集團加強國際傳播

期刊通過與國際出版集團合作，加強鏈接的制作和使用，可以提升網絡版的可視度，提升國際影響力和知名度，數字化品牌傳播效果顯著。CR、AJA、APS都與NPG（NaturePublishingGroup）合作，在主頁醒目位置設置了NPG的鏈接。CR通過CR@NPG直接鏈接到，即NPG提供的CR頁面；CR還與NPG旗下的優秀期刊展開合作，比如CR刊登的研究論文曾在國際頂級學術期刊NatureCellBiology上得到專家點評。AJA@Nature直接鏈接到，即NPG提供的AJA頁面。APS在主頁面有鏈接直接鏈到。NPG不同雜志的頁面內容不同，但風格統一，也便于國際讀者檢索和瀏覽。通過與NPG合作，以NPG提供的統一網絡界面，期刊網頁優化了版式設計和欄目設計，加大了市場推廣力度。JMCB與OxfordUniversityPress合作，在/頁面可以檢索刊物的出版內容及相關信息。JGG與Elsevier集團合作，其稿件處理系統鏈接到/jgg/，而全文則鏈接于ScienceDirect數據庫。

1.3.5提供增值信息，聚集特色資源

科技期刊增值服務以內容為基礎，專業化程度極高，具有極強的針對性和極高的專業價值；以受眾需求為核心，主動服務，滿足用戶個性化選擇，突顯特色；新鮮的信息才有價值，科技期刊增值服務以高效傳播為目標，服務迅速。數字化增值服務借助互聯網等現代科技工具，體現及時性和有效性。所調研的5種刊物基于自己的出版內容和學科范圍進行了深入的挖掘，通過多種形式的高附加值的增值信息，期刊網站可以不受時空局限，成為期刊特色資源聚集的新空間。APS的網站主頁提供了相關學科學術會議的信息，并鏈接到相關的論壇，提供GOOGLE檢索鏈接。CR主頁上學術會議通知滾動播出，有部分行業內的商業廣告，主頁上鏈接了NPG旗下相關學科領域的其他期刊網站，提供E-alerts服務。提供GOOGLE檢索鏈接及Pubmed檢索鏈接。提供網絡預出版內容及下載引用前10名的文章。JGG提供網絡預出版，most-read下載文章列表，提供學術會議信息，Feedback功能收集讀者、作者的反饋。JMCB根據研究內容提供特別專輯，特色文章。編輯服務鏈接到英論閣，理文編輯，幫助作者潤色英文，改進文章質量。每期介紹coverlegend,突出研究亮點。列出50篇高被引文章。提供GOOGLE檢索鏈接及PubMed檢索鏈接。FastTrack是為優秀的競爭性強的文章提供的投稿后立即進入同行評審階段的通道，1-2周可以完成。JMCB還提供GreenTrack，對大量被國際一流期刊（包括Nature,Science,NatureMedicine,NatureCellBiology,Cell等）拒收的優秀文章提供一個機會，為作者節省精力和時間，JMCB鼓勵作者將上述期刊的評審意見和文章一起投到JMCB，進行快速評審，通過這個綠色通道使文章在短時間內被JMCB錄用。AJA提供網絡預出版,提供當期特色文章，editor’schoice及coverstory欄目突出研究亮點。Englishcorner提供大量英文論文寫作的幫助信息。AJA主辦的“亞太地區男科學論壇”在網站上單獨有信息獲取頁面和論壇注冊及論文摘要投遞系統，從而使這個四年舉辦一次的國際論壇的影響力在網上得以延伸。

2科技期刊建設國際化期刊網站的啟示

2.1提高國際顯示度

國際顯示度對國內科技期刊的對外傳播非常重要，網絡鏈接去區域化、提高網絡可見度。國際化科技期刊網站的主頁設計風格，應注重適用性、嚴謹性、藝術性相結合，并以適用性為決定性因素，加強導航系統設計，幫助用戶快速獲取信息。資源豐富、界面友好，結構清晰、重點突出，功能齊全。希望每位第一次點擊此網站的讀者可以將網站加入收藏夾，這就是網站設計基本成功的一個準則。國外出版機構擁有知名的出版品牌、成熟的國際銷售渠道及完善的網絡平臺，依托這樣的國際化平臺，能迅速提升科技期刊的國際顯示度。國外出版機構在全球已經擁有龐大的營銷網絡，參與國際上主要的學術會議，通過國外出版機構在國際上推廣中國科技期刊的效果遠比我們自己做要好，事半功倍，極大地提高期刊的國際發行和論文傳播效力。

2.2提升國際學術聲譽

高質量文章的高被引、高下載是建立國際學術聲譽的基石，稿件處理流程、處理質量、審稿質量、發表周期，在網站上應有全面的反映。注重學術質量，注重出版文章的多樣性、豐富性，出版內容準時在線，不遲于印刷版期刊出版。加快數字出版速度，縮短時滯，提供OA或在線優先出版（onlinefirst）。這些都直接影響刊物的學術聲譽。文獻服務功能是科技期刊網站依托出版內容而設立的重要網絡服務內容。在功能設置上強調搜索、而不僅是瀏覽功能。系統的搜索、檢索功能（如根據作者、文章標題、摘要、關鍵詞或正文中的主題詞識別文章的能力）比瀏覽現刊的能力更加重要。所刊載文章應有較高的國際文章比例，讀者會在當期及歷史的目錄中，注意到中國及非中國作者的比例，只有了解到期刊刊載的內容是來自全球范圍的，才會吸引更多的國際學者關注刊物，這樣才能不斷樹立在國際學術界的知名度和影響力。

2.3提高國際傳播效率

為了加強出版內容的有效傳播，應及時將文章內容上傳到相關學科的知名數據庫，依靠數據庫的影響力和渠道實現有效傳播。國際重要檢索數據庫收錄過程有嚴格的要求和標準，這有利于提高科技期刊的辦刊質量，還可以促進學術期刊出版與國際傳播效率，擴大國際影響。大型網絡數據庫，有集成的技術與運營能力，使加入其中的期刊可以減少前期投入，迅速地進入網絡群，面對網絡用戶，提升網絡影響力。在被著名數據庫收錄上線后，就可以被廣泛瀏覽。廣泛瀏覽是高下載量的前提，高下載量又是提高引證的基礎。同時還可以建立自己的開放瀏覽頁面作為補充。

2.4重視特色服務

利用網站為讀者、作者提供多種形式的數字化服務。利用科技期刊網站宣傳學術會議動態、學科研究熱點、即將召開的會議或活動，形成學科或課題的討論平臺，可以提升期刊數字化品牌在國際學者中的口碑。主辦有國際影響的學術會議可以方便認識和了解與會專家、作者和讀者，向國際一線科研人員近距離宣傳刊物。在行業重要國際會議、論壇、專業展示活動方面的組織和參與程度是衡量品牌輻射能力的尺度；創建和主導大型學術活動，能迅速提高刊物品牌在科學界的認知度。

3《中國天然藥物》網站國際化建設中的舉措

通過對中國優秀生命科學類SCI期刊國際化網站建設的學習與借鑒，《中國天然藥物》在網站的國際化建設過程中采取了相應的有效措施，大大提高了刊物的國際顯示度，有效提高了刊物的國際傳播效率，目前刊物國際稿源的比率已達到35%~40%?！吨袊烊凰幬铩吩诰W站國際化建設過程中，注重網頁的國際顯示度、建立國際學術聲譽、提高國際傳播效率及增值服務等。使用GOOGLE搜索雜志名稱，在首條搜索結果顯示期刊主頁的網站，并有簡短、醒目的雜志介紹，這樣可以在第一時間吸引來自全球范圍的讀者和作者?！吨袊烊凰幬铩纷⒅丶訌妼Ш较到y設計，幫助用戶快速獲取刊物信息。有關刊物的介紹、對文章的要求等都采用國際學者熟悉的導航名稱，網站上的作者指南內容詳盡，通過網絡直接服務全球作者?！吨袊烊凰幬铩吩谥黜撎峁┌l表文章的數據庫鏈接，設有ScienceDirect、SCI及MEDLINE數據庫鏈接，方便檢索，鏈接結構有效、高效，提高了刊物出版內容在全球的有效傳播?！吨袊烊凰幬铩分黜撛OScholarOne投審稿系統鏈接，設定高水平的稿件錄用標準，過刊目錄在線顯示文題和作者名，較高的國際論文比例吸引了更多的國際學者關注刊物?！吨袊烊凰幬铩吩谥黜撛O置了學術活動專欄，利用科技期刊網站宣傳學術會議動態、學科研究熱點、即將召開的會議或活動，以期提高刊物品牌在本領域的認知度。

4結語

篇9

【關鍵詞】 光電子技術 光醫學 光保健 學科現狀 發展趨勢

一 引言

生物醫學光學與光子學是光學或者說光子學現展的一個分支學科。由于光學與光子學是具有極強應用背景的學科，所以“生物醫學光子技術”這一多學科交叉的新興研究領域在20世紀末葉也隨之應運而生。

激光技術作為一項重大的科技成就，為研究生命科技和疾病的發生、發展開辟了新的途徑，為保健和臨床診療提供了嶄新的手段,推動人類科學技術進入新的發展階段。

可以把與光的產生、傳播、操縱、探測和利用有關的物理現象和技術包括在內的科學及工程籠統地簡稱為光學。用光學最廣的含義來概括各研究領域及其相關交叉分支時必然包括了激光和光電子技術。運用光學及其技術研究光與人體組織的相互作用問題可歸之于“組織光學”范疇。它是研究光輻射能量在生物組織體內的傳播規律以及有關組織光學特性的測量方法的一門新興交叉學科，是光醫學（光診斷和光治療）的理論基礎。經過40多年的發展，激光與光電子技術在人類的保健、醫療以及生命科學中產生了很大影響。

在醫學領域，光電子技術使各種新療法，包括從激光心臟手術到用光學圖像系統的關節內窺鏡進行微損膝關節修復等，成為可能或得以實現。目前，科學家們正致力于研究光學技術在非侵入式診斷和檢測上的應用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“無針”監控等。激光在醫學上的最早應用雖然集中在治療方面，然而在80年代初期起便開始了光診斷技術的探索。指望無損害地獲得診斷信息是這些研究的驅動力之一，其中在物理學中高度發展的光譜技術有望在診斷醫學中得到應用。利用光纖把光傳輸到身體內部的能力，可以完成膀胱、結腸和肺等器官的檢查。隨著醫學診斷方法向無損化方向發展，利用光電子學技術對組織體進行鑒別和診斷，有可能更早期、更精確地診斷各種疾病。近年來，人們開始把這種診斷方法稱之為“光活檢”。

隨著現代醫學模式的轉變、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，從20世紀80年代后期起，“激光美容術”在世界各地包括在我國各大城市逐漸地開展。保健美容是光電子技術應用越來越活躍的領域。激光技術應用于美容外科的起步較早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治療變得簡易有效。到20世紀末，人們又開發了一種稱為光子嫩膚術的新美容技術。它基于選擇性的光熱解作用，有效地改善肌膚的質地和彈性，達到美容的效果。之所以用激光或強脈沖光進行非消融性的嫩膚或治療越來越流行，是因為這類手術具有無損、不必住院、幾乎無副作用和無疼痛，從而使受術者容易接受的優點。

國家自然科學基金委員會先后二次在“光子學與光子技術”以及“生物醫學光學”優先資助領域戰略研究報告中分別指出：近年來生物醫學光學與光子學的迅猛興起，令人矚目，并因而引發出一門新興的學科－生物醫學光子學（Biomedophotonics）。研究報告選定了近期優先研究領域包括生物光子學、醫學光子學基礎研究、醫學臨床的光學診斷和激光醫學中的重要課題等諸方面。

福建師范大學在1974年成立了“醫用激光及其應用技術”研究組，以激光與光電子技術為基礎，圍繞激光醫學應用的核心技術開展研究與開發。至二十世紀九十年代，跟隨該領域的國際走向，轉入激光醫學技術的基礎理論研究工作，在國內率先開展了生物組織光學與光劑量學的研究。伴隨研究工作的深入開展，逐步形成了我們有特色的若干前沿研究方向，并于2005年獲準立項建設醫學光電科學與技術教育部重點實驗室。

二 國內外現狀

光學在生命科學中的應用，在經歷了一個緩慢的發展階段后，由于激光與新穎的光子技術的介入，進入了一個迅速發展的新階段。與光學有關的技術沖擊著人類健康領域，正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段，并為醫療診斷提供了革命性的新方法。特別在近十多年來，與蓬勃的學術研究活動相對應，國際上出現了專門的研究性學術雜志，如：Laurin 出版公司于1991年發行了“Bio-Photonics”新雜志。美國光學學會重要的會刊之一“Applied Optics”也于1996年將其“Optical Technology”欄目擴充為“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有關生物醫學光學的論文專集。SPIE亦于1996年創辦了期刊Journal of Biomedical Optics，且聲譽日隆。到2004年，該刊的SCI影響因子已達3.541。當前，發達國家普遍對生物醫學光子學學科給予了高度重視。例如，在美國國家衛生研究院（NIH）新成立的國家生物醫學影像與生物工程研究所（NIBIB）中，生物醫學光子學也成為其主要資助的領域。近三年中，美國NIH已經召開過4次研討會，認為新的在體生物光子學方法可用于癌癥和其它疾病的早期檢測、診斷和治療。新一代的在體光學成像技術正處在從實驗室轉向癌癥臨床應用的重要時刻。在NIH的支持下，美國國家癌癥研究所（NCI）正在計劃5年投資1800萬美元，招標建立“在體光學成像和/或光譜技術轉化研究網絡（NTROI）”，其研究內容主要包括：光學成像對比度的產生機理、在體光學成像技術與方法、臨床監測、新光學成像方法的驗證、系統研制與集成等五個方面。2000年底，在美國NIBIB的首批支持項目中，光學成像方法約占30%。2000年7月，美國NIH投資2000萬美元，開展小動物成像方法項目（SAIRPs）研究，受到生命科學界的高度關注，其中光學成像方法是研究重點之一。美國國家科學基金會（NSF）在2000-2002年了4次關于生物醫學光子學研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招標指南?！?.11”事件后，美國國防部啟動了“應激狀態下的認知活動”(Cognition under stress)項目，采用的研究方法就是光學成像技術。美國加州大學Davis分校于2002年10月宣布：未來10年內，將投資5200萬美元建立生物醫學光子學科學技術中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000萬美元由NSF支持。在學術交流活動方面，國際光學界規模最大西部光子學會議（Photonics West）上，每年的四個大分會之一即是生物醫學光學會議（BiOS），論文均超過大會總數的三分之一，如，2003年關于BiOS的專題為19個，占整個會議的19/52=36.5%；2004年，IBOS會議專題為20個，占整個會議的20/55=36.4%。另外，每年還召開歐洲生物醫學光子學會議。除疾病早期診斷、生理參數監測外，在基因表達、蛋白質―蛋白質相互作用、新藥研發和藥效評價等研究中，特別是近年來的Science, Nature, PNAS等國際權威刊物發表的論文表明，光子學技術也正在發揮至關重要的作用。在某些領域，如眼科，光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現，并以最小的無損或微損療法代替外科手術，如膝關節的修復?，F在，用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段，包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。光學技術還為生物學研究提供了新的手段，如人體內部造影、測量、分析和處理等。共焦激光掃描顯微鏡能將詳細的生物結構的三維圖象展現出來，在亞細胞層次監測化學組成和蛋白質相互作用空間和時間特征。以雙光子激發熒光技術為代表的非線性成像方法，不僅可以改善熒光成像方法的探測深度、降低對生物體的損傷，而且還開辟了在細胞內進行高度定位的光化學療法。近場技術將分辨率提高到衍射極限以上，可以探測細胞膜上生物分子的相互作用、離子通道等等。激光器已成為確定DNA化學結構排序系統的關鍵組成部分。光學在生物技術方面的其它應用還包括采用“DNA芯片”的高級復雜系統，和采用傳輸探針的簡單系統。激光鉗提供了一種在顯微鏡下方能看見的一種新奇的、前所未有的操作方法，能夠在生物環境中實現細胞或微觀粒子的操縱與控制，或在10-12m范圍內實現力學參數的測量。結合光子學和納米技術已經可以探測細胞機械活動，揭示細胞水平上隱秘的生命過程，利用納米器件甚至可以檢測和操縱原子和分子，這可以應用在細胞水平的醫學領域。高技術的進步，如：微芯片極大地加速了生物光子學的發展進程。集成電路、傳感器元件和相連電路的小型化、集成化促使在體和體外測量分子、組織和器官圖像成為可能。許多生物醫學光子學技術已經在臨床上應用于早期疾病監測或生理參量的測量，如血壓，血液化學，pH，溫度，或測量病理生物體或臨床上有重要意義的生化物種的存在與否。描述不同光譜特性（如熒光，散射，反射和光學相干成像）的各種光學概念出現在功能成像的重要領域。從大腦到竇體再到腹部，精確導位和追蹤，對于精確定位醫療儀器在三維手術空間的位置具有重要的作用?；诜肿犹结樀墓庾蛹夹g可以識別發生疾病時產生的分子報警，將真正實現令人激動的、個人的、分子水平的醫學。

我國的研究基礎與條件雖然相對落后，研究投入不足，但生物醫學光子學是一門正在興起和不斷發展的學科，在這一新興交叉學科上國內外處于一個起跑線上。近年來，在國家自然科學基金委、省部委以及其它基金項目的資助下，我國在生物醫學光子學的研究中取得了很大的進展，尤其是2000年第152次主題為 “生物醫學光子學與醫學成像若干前沿問題”、第217次主題為“生物分子光子學”的香山會議后，有許多學校和科研單位開展了生物醫學光子學的研究工作，并初步建成了幾個具有代表性的、具有自己研究特色和明確科研方向的研究機構或實驗室，并在生物醫學光學成像（如OCT、光聲光譜成像、雙光子激發熒光成像、二次諧波成像、光學層析成像等）、組織光學理論及光子醫學診斷、分子光子學（包括成像與分析）、生物醫學光譜、X射線相襯成像、光學功能成像、認知光學成像、PDT光劑量學、高時空譜探測技術及儀器研究等方面取得了顯著的研究成果。發表了許多研究論文，申請了許多發明專利，有些已經獲得產業化。國家自然科學基金委員會生命科學部與信息科學部聯合發起并承辦的全國光子生物學與光子醫學學術研討會已經舉辦了六屆。這對我國生物醫學光子學學科的發展起到了積極的推動作用。在我國近年所召開的亞太地區光子學會議中，有關生物醫學光子學的內容已大幅增加，成為主要的研討專題。我國的生物醫學光子學研究和學術活動也方興未艾，呈現與國際同步的態勢。在基礎研究、應用基礎研究以及對新技術的掌握方面跟蹤國際先進水平，但國內科研經費的投入相對較小，科研隊伍規模不大，原創性的科研成果與國外有較大差距。和國外的發展水平相比，我國的生物醫學光子學發展還存在以下問題：

（1）盡管從事生物醫學光子學的科研單位很多，但取得突破性、創新性的研究成果很少，主要是由于我們的科研隊伍在組織、組成上還不合理，過于分散、開展的內容繁雜，難以將有限的資金投入到一些有利于國計民生的及上水平的研究方向上；另外許多單位的研究重復，缺乏合作，導致水平低下；

（2）和國外相比，研究經費無論在絕對值還是相對值上均投入十分不夠；

（3）缺乏研究成果產業化的引導機制。

三 醫學光電科學與技術（福建師范大學）教育部重點實驗室概況

“醫學光電科學與技術”教育部重點實驗室設立于福建師范大學物理與光電信息科技學院（激光與光電子技術研究所）內，作為本學科開展科研研究和實施建設與發展的一個基礎平臺。實驗室已有30年發展歷史，1973年成立福建師范學院物理系激光實驗室，1984年成為福建師范大學激光研究所實驗室，1995年為福建省首期211重點學科《應用光子學》學科實驗室，2003年5月26日經福建省科技廳批準成立“光子技術福建省重點實驗室”，2005年7月28日經教育部批準立項建設教育部重點實驗室。實驗室座落于福建師范大學長安山校園內。

30年多來，實驗室在生物組織光學、醫學光譜與光學成像技術、光診斷及光診療技術、信息技術光學及其生物醫學應用等四個主要方向上努力開拓，承擔并完成了數十項國家與省部重點、重大項目課題，取得一批代表我國本領域研究水平的科研成果，其中十五以來獲省部級科技進步一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項，其它省級以上獎勵12項。在國內外重要刊物發表的論文以及被SCI、EI收錄的論文均超過100篇。

實驗室目前承擔著國家與省級重要課題50余項，科研經費超過2000萬元。其中國家自然科學基金項目11項，國家教育部、科技部、衛生部項目9項，福建省科技重大專項1項，其它省級重要項目近30項。

中科院半導體研究所原所長王啟明院士任重點實驗室學術委員會主任，副主任由黃尚廉院士和謝樹森教授擔任。另有九位國內外著名的激光、光電子與醫學學科交叉的院士、專家或資深教授擔任委員，其中海外委員兩人。他們規劃、指導并檢查本學科實驗室的建設與發展。

重點實驗室主要學術帶頭人、實驗室學術委員會常務副主任謝樹森教授是中國光學學會副理事長、福建省光學學會理事長、國家有突出貢獻的中青年專家、光學工程專業博導、全國勞動模范，是我國醫學光電科學與技術領域的學術帶頭人與開拓者。實驗室主任陳榮教授、副主任李暉教授均為國務院特殊津貼專家，實驗室常務副主任陳建新教授來自于北京大學的優秀博士后研究員。重點實驗室擁有穩定的可持續開展高水平科研的學術梯隊，其中的中青年學術帶頭人或學術骨干包括1位閩江學者特聘教授、1位福建師范大學特聘教授、3位國務院特殊津貼專家、2位全國優秀教師、2位福建省優秀教師和15位博士。

重點實驗室與國內外學術界建立了并保持著廣泛的聯系。重點實驗室已設立面向國內外的開放課題基金。已批準并實施來自浙江大學、廈門大學、上海光機所、西安交通大學、華南師范大學、天津醫科大學、上海市激光醫學研究中心等單位知名學者的開放課題。

重點實驗室已具備良好的科研軟硬件環境?，F有面積近5000平方米，儀器設備原值2500多萬元。重點實驗室各項管理制度健全。

“醫學光電科學與技術”重點實驗室，在我國現代科學技術領域特色鮮明，在我國相關學科處于領頭地位，有較大影響。重點實驗室建設將有力促進福建省科技創新能力建設，促使福建師范大學迅速向高水平、有特色、開放型的綜合性大學邁進。同時，重點實驗室的建設與發展將有力促進我國醫學光電科學與相關學科的發展，為廣大民眾的身心健康，為海峽西岸的科技、社會與經濟發展做出重大貢獻。

四 發展趨勢和展望

光子學及其技術已廣泛應用或滲透到生物科學和醫學的諸多方面，被科學界所認同和重視。生物醫學光學已經成為國際光學學科重要發展方向之一。生物醫學光子學的發展，將為現代醫學和生命科學帶進嶄新的時代。本學科的發展將繼續體現了多學科交叉的特點，研究領域涉及到了生物學、醫學、和光學，還有化學等不同大學科的方方面面。技術開發與臨床應用研究的結合將越來越密切。一般認為，光學領域未來發展的重點是將各種復雜的光學系統和技術更加廣泛地應用于保健和醫療。當今世界中,與光子學有關的技術沖擊著人類對生命體的認知及人類健康領域?；诂F代激光與光電子技術的生物醫學光子學技術將為生命科學研究帶來具有原始性創新的重要科研成果，并可望形成有重大社會影響和經濟效益的產業。

在醫學領域，光子學技術正在改變著藥物療法和常規手術的實施手段,并為醫療診斷提供了新方法。在某些領域,如眼科,光學和激光技術已成熟地應用于臨床實踐。激光還使治療腎結石和皮膚病的新療法得以實現,并以無損或微損療法代替外科手術,如膝關節的修復?，F在,用激光技術和光激勵的藥物相結合可治好某些癌癥。以光學診斷技術為基礎的流動血細胞測量儀可用于監測愛滋病患者體內的病毒攜帶量。還有一些光學技術正處于無損醫學應用的試驗階段,包括控制糖尿病所進行的無損血糖監測和乳腺癌的早期診斷等。

在基礎研究方面，研究重點在于從細胞，甚至是亞細胞尺度層次揭示病變組織與正常組織之間的差異，為新技術開發以及應用提供理論依據。另一方面，研究光與人體組織之間的相互作用以及所產生的光化學、光熱和光機械效應。在技術的應用方面，研究重點轉向比較各種技術中光源（相干光源/非相干光源、波長、功率密度、偏振性、連續/脈沖光源、脈沖持續時間等）和個體差異（年齡、性別、臨床癥狀、發病史、發病時間等）對診斷或治療結果的影響，在確定各種技術臨床適應癥的同時，進一步實用化各種技術。此外，還在不斷開發新的實用于不同疾病的診斷、治療和監測技術。

值得關注的是，國外從事“生物醫學光學”領域研究的高?；蜓芯繖C構中，來自大陸的中國學者的數量越來越多。這有助于使國內外的學術交流更加有效，并可以預期國內與國外在該領域的研究水平差距將不斷縮小。

今后若干年內醫學光電科技學科需關注的重大科學問題和優先研究領域如下：

（一）醫學光子學基礎

在組織光學方面，其中最主要的有光在組織體內傳播的特殊方式、組織光學性質的描述以及有關實驗技術的開發和完善等。組織光學是醫學光子技術的理論基礎。光在生物組織中的運動學（如光的傳播）問題和動力學（如光的探測）問題是研究的主要內容，目的是要研究生物組織的光學性質和確定某靶位單位面積上的光能流率。應優先解決測量技術和實驗精度的問題，利用近場光學顯微技術、光鑷技術測量活體組織的光學參量。在理論建模方面，建立生物組織中光的傳輸理論和數值模擬方法。具體開展的研究工作應包括：1）光在生物組織中傳輸理論：要用更復雜的理論來描述生物組織的光學性質以及光在其中的傳播行為。建立準確的組織光學模型，使之能反映生物組織空間結構及其尺寸分布情況、組織各個部分的散射與吸收特性以及折射率在一定條件下的變化情況；改造傳輸方程，使之適應新的條件，并能在某些情況下求出光在生物組織中傳輸的基本性質。2）光傳輸的蒙特卡羅模擬：繼續開發新的更為有效的算法以適應生物組織的多樣性和復雜性的要求。除了了解光在組織中的分布，還在探索從大量數字模擬中得到生物組織中光的宏觀分布與其光學性質基本參量之間的經驗關系。另外，發展非穩態的光傳輸的蒙特卡羅模擬方法也是一個重要的研究方向，從中可以獲得比穩態條件下更多的信息。

組織光學參數的測量方法和技術方面，尚未獲得人體各種組織的可靠實驗數據。發展和完善活體的無損檢測尤為重要。在這方面，時間分辨率與頻率分辨率的測量方法引人注目。

（二）醫學光子學光譜診斷技術

醫學光子學光譜（非成像）診斷技術實質上是利用從組織體反射、散射、發射出來的光，經過適當的放大、探測以及信號處理，來獲取組織內部的病變信息，從而達到診斷疾病的目的。

生物組織的自體熒光與藥物熒光光譜技術，內容涉及光敏劑的吸收譜、激發與發射熒光譜以及各種波長激光激發下正常組織與病變組織內源性熒光基團特征光譜等?，F在人們所謂的特征熒光峰實際上只是卟啉分子的熒光峰?？陀^和科學地判斷激光熒光光譜對腫瘤的診斷標準是十分必要的。目前，某些癌瘤的藥物熒光診斷已進入臨床試用，自體熒光的應用尚處于摸索之中。需要開展激光激發生物組織和細胞內物質的機理研究，探討激光誘發組織自體熒光與癌組織病理類型的相關性以及新型光敏劑的熒光譜、熒光產額和最佳激發波長等方面的研究，以期獲得極其穩定、可靠的特征數據，為診斷技術的發展提供科學依據。

近年來，拉曼光譜技術應用于醫學中已顯示出它在靈敏度、分辨率、無損傷等方面的優勢。應開發并完善重要醫學物質拉曼光譜數據庫，并使基于拉曼光譜分析的小型、高效、適用于體表與體內的醫用拉曼光譜儀和診斷儀將在醫學臨床獲得更廣泛的應用。

超快時間分辨光譜比穩態光譜在技術上更靈敏、更客觀和更具有選擇性。因此，將脈寬為ps、fs量級的超短激光脈沖光源用于醫學受到廣泛重視，其一，應發展超快時間分辨熒光光譜技術，用于測量生物組織及生物分子的熒光衰變時間，分析癌組織分子馳豫動力學性質等，為進一步研究自體熒光法診斷惡性腫瘤提供基礎數據；其二，應發展超快時間分辨漫反射（透射）光譜技術。以時域的角度測量組織的漫反射，從而間接確定組織的光學特征。這是一種全新的、適用于活體的、無損和實時的測量方法，為確知光與生物組織的相互作用，解決醫學光子學中基礎測量問題開辟一條新徑。

（三）醫學光子學成像診斷技術

發展出具有無輻射損傷、高分辨率、非侵入、實時、安全的光子學成像診斷技術，并具有經濟、小型、且能監測活體組織內部處于自然狀態化學成分等特點的醫療診斷設備。主要的醫學光子學成像診斷技術包括：

超快時間分辨成像技術：以超短脈沖激光作為光源，根據光脈沖在組織內傳播時的時間分辨特性，使用門控技術分離出漫反射脈沖中未被散射的所謂早期光，進行成像。正在研究的典型時間門有條紋照相機、克爾門、電子全息等。

散射成像技術：包括光子密度波散射層析成像、組織深度光譜測量以及復合成像等，利用紅外光源，光子密度波在生物組織中的穿透深度可達幾個毫米，在低散射的人腦組織中甚至可達30mm。

紅外熱成像：紅外熱成像是利用紅外探測器測量人體和動物的正常與病變組織的溫度差異來診斷病變及其位置，現已在醫學診斷中得到廣泛的應用，如乳腺腫瘤的診斷。

光學相干層析成像技術：一種非侵入式無損成像技術，并且可以與顯微鏡、手持探針、內窺鏡、醫用導管、腹腔鏡等相結合使用，從而具有廣闊的應用領域。而且，OCT能進行眾多功能成像，如分光鏡OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以與眾多成像技術結合使用，如熒光、雙光子、二次諧波成像等技術。

熒光壽命成像：受超短光脈沖激發后，熒光團，包括自體熒光團如NADH、FAD等和外源熒光團，如有機熒光染料、熒光蛋白等，所發出熒光的壽命取決于熒光團的分子種類及其所處的微環境，如pH、離子濃度（如Ca2+、Na+等）、氧壓等，因此熒光壽命的測量和成像，有助于提供生物組織的功能信息。和內窺鏡結合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期診斷，是一種很有前途的具有高靈敏度、高特異性以及高診斷準確性的早期癌癥診斷方法。

光聲作用成像：利用超聲場在生物組織中的優良傳輸特性和激光在生物組織中的選擇性吸收特性,將超聲定位技術和光學高靈敏度檢測技術結合,以實現無損傷臨床醫學的結構和功能層析診斷。預期成像深度遠好于目前的光學成像方法,對于較厚生物組織成像及臨床應用特別具有吸引力,可為及早發現一些特殊病變提供一種無損、有效、高準確度的方法。

非線性光學成像：雙光子激發熒光顯微成像、二次諧波等成像技術由于具有三維高空間分辨率，對比度高、對生物組織的損傷小等優點，研究工作重點是擴展成像技術在生物醫學領域的應用范圍，重點解決研制小型化內窺型診斷設備所面臨的相關技術問題。

人體經絡的光學表征及其調控功能：已經用不少事實證明了經脈循行路線的現象，也初步顯示了人體體表沿十四經脈路線存在的紅外輻射軌跡。然而，至今未能用西醫的形態學或生理學方法證明它的存在，也不能明晰地闡明“經絡”的實質?？梢岳靡寻l展的生物醫學光子學諸多成像技術為工具，研究這個具有中國特色的中醫學中的重大問題。

4.醫用激光治療技術（激光醫學）

強激光治療：是當前激光醫學中最成熟和最重要的領域。隨著新型醫用激光器的不時出現，如：鈦激光、鉺激光、準分子激光等，強激光治療技術的臨床用途也逐漸增多，提出一些新的問題。關于這些新型激光器及新的工作方式對人體組織的作用特點的認識還相對不足，基本沒有適合國人組織特性的治療參數。為此需加強研究激光與生物組織間的作用關系，特別是在諸多有效療法中已獲得重要應用的激光與生物組織間的作用關系；研究不同激光參數（包括波長、功率密度、能量密度與運轉方式等）對不同生物組織、人體器官組織及病變組織的作用關系，取得系統的數據，同時也有必要加強新型激光器及新的工作方式的臨床適應證的研究。

低強度激光治療：非熱或低強度激光輻射可作為一種輔助治療手段，其作用機理尚不清楚。對弱激光治療機理的認識有待于整個基礎醫學的提高，如充分認識細胞基因表達與調控、細胞代謝的調控、免疫反應的調控等，同時還需研究不同弱激光劑量對這些調控的影響，這才能提高弱激光治療的針對性和療效。針對目前臨床上盲目夸大療效、照射劑量嚴重混亂的局面，建議重點扶持2-3個弱激光研究中心，集中財力與人力進行弱激光的細胞生物學效應研究；弱激光生物調節作用和細胞生物學現象（基因調控和細胞凋亡）的量效關系、弱激光鎮痛的分子生物學機制以及弱激光與細胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的關系及其機制。尋求弱激光生物刺激效應的可能機制與量效關系；規范臨床治療參數與操作等。

光動力學治療（PDT）是當前激光醫學中最具活力且發展迅速的領域。光動力療法具備了診斷和治療腫瘤、心腦血管病等人類重大疾病的潛力。光動力療法在鮮紅斑痣、老年性眼底黃斑病變、某些頑固性皮膚病、類風濕性關節炎等常規手段難以奏效的良性疾病的治療研究中取得一系列進展，并結合內鏡技術的發展等，其應用領域得到很大的延伸和擴展。這些都說明發展光動力療法具有重要的社會和經濟效益。應當重點資助PDT相關產品的國產化，扶持新一代國產光敏劑的開發及相應激光器的產業化，資助新一代光敏劑光動力學治療的機理研究。作用機理、光動力療法各要素對光動力學效應的影響、建立數學模型、新型光敏劑光動力學效應的研究，為開拓光動力療法新的應用領域取得系統的數據。

激光美容與光子嫩膚術：利用激光或強脈沖光照射皮膚后的選擇性光熱解效應，即靶組織（病灶）和正常組織對光的吸收率的差別，使激光在損傷靶組織的同時避免正常組織的損傷這一原則，達到去皺、去文身、脫毛和治療各種皮膚病或達到美容的效果。

五 結論

醫學光子學及其技術的學科發展，對生命科學有重要且積極的意義。在醫學領域，將為解決長期困擾人類的疑難頑疾如心血管疾病和癌癥的早期診治提供可能性，從而提高人類的生存價值和意義，其中的重大突破將起到類似X射線和CT技術在人類文明進步史上的重要推動作用，在知識經濟崛起的時代還可能產生和帶動一批高新技術產業。

參考文獻

〔1〕Michael I. Kulick. Lasers in Aesthetic Surgery. New York: Spring-Verlag,1998.（中譯本：激光美容外科，葉青等譯，福建科技出版社 2003.）.

〔2〕美國國家研究理事會編，上海應用物理研究中心譯. 駕馭光：21世紀光科學與工程學, 上海：上?？茖W技術文獻出版社，2001. 78-114.

〔3〕 謝樹森，雷仕湛. 光子技術. 北京：科學出版社,2004. 266.

〔4〕國家自然科學基金委. 光子學與光子技術：國家自然科學基金優先資助領域戰略研究報告. 北京: 高教出版社/海德堡，施普林格出版社, 1999. 96-114.

〔5〕Raloff, Janet, Optical biopsy hunts would-be cancers, Science news, 2001,159(14):214.

〔6〕 Kathy Kincade, Medicalwatch: Optical biopsy device nears commercial reality, Laser focus world, 2000.

〔7〕 Britton Chance, Mingzhen Chen and Gilwon Yoon, Editors, Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnosis and Treatment, Proc.SPIE, 2002.

〔8〕R.R. Alfano, Advances in optical biopsy and optical mammography, Published by the New York Academy of Sciences, 1998.

〔9〕R.R. Anderson, J.A. Parrish, Science, 1983, 220:524-527.

〔10〕 謝樹森，龔瑋，李暉，光電子激光，2004，15（10）：1260-1262.

〔11〕 R. Christian, G. Barbel, etal, Lasers Srug Med,2003;, 32:78-87.

〔12〕范滇元 中國激光技術發展回顧與展望 《2000高技術發展報告》 2000.

〔13〕 世界激光醫學發展簡史 2004.

〔14〕 李蘭 我國激光醫學現狀發展戰略――問題與對策《科技日報》2002.07.

〔15〕 Wei Gong, Shusen Xie, Hui Li. Photorejuvenation:still not a fully established clinical tool for cosmetic treatment. ICO20: Biomedical Optics, Proc. of SPIE Vol. 6026, 602604, (2006).

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

課題組成員：

1.謝樹森：教授、博士導師，中國光學學會副理事長，福建省光學學會理事長

2.李 暉：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室

3.陳 榮：福建師范大學 醫學光電科學與技術教育部重點實驗室

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關鍵詞：醫學儀器；課程改革；虛擬儀器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0164-02

一、課程特點分析

生物醫學工程是一門跨學科的相對較新的專業，它綜合性強，在十幾年的發展過程中，生物醫學工程在生物、醫學、工程各個領域都有了長足的發展，所涉及的領域也越來越廣。但在國內外高校中，對于生物醫學工程專業本科生的培養方式則一直秉持著用工程角度來審視生物/醫學問題的理念。所以在生物醫學工程專業的基礎課程中，既有細胞生物學、人體解剖與生物學等生物醫學課程，也有數字信號處理、單片機原理及應用等工程類課程。旨在用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成分、結構和功能，以及人體各種正常生理功能與病理狀態之間的差異，同時探索防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備[1]，因此《醫學儀器原理及設計》課程一直是生物醫學工程專業重要的特色專業課之一。

作為生物醫學工程系的專業必修課，《醫學儀器原理及設計》課程的教學體系的建立對于本專業學生專業知識的學習起著至關重要的作用。它涉及到生物醫學工程與電子信息技術及儀器兩個專業的知識交叉與融合，所以該課程的特色化建設對于一個學校生物醫學工程的發展尤為重要?，F代醫學儀器在生物醫學工程學科發展和現代臨床的診斷、治療中所發揮的作用是不可或缺的。從簡易的數字血壓計到大型CT（X射線電子計算機斷層掃描）的結構，都是與現代醫學電子技術密不可分的。因此，了解并掌握它們的工作原理、電路組成和設計原則，對促進學科、教學發展，保障學生的培養質量和提高自身的市場競爭力都具有重要意義。

同時，現代醫學儀器又是現代工程技術的結晶。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展，現代醫學儀器的設計無論是內容、方法還是成本都發生了根本的變化。計算機與傳統的醫學儀器儀表的結合已成為一種趨勢，這項技術來自于虛擬儀器的概念[2]?，F代醫學儀器系統應該是一個開放式的系統，在這個系統中，可以根據當前生物醫學測量技術、生物醫學信息處理技術、計算機技術和集成制造技術等的發展，隨時改善其系統構成，從而使其永遠是一個先進的系統。而借助于近幾年發展起來的虛擬儀器技術，可以方便地實現這一目標。虛擬儀器強大的功能是傳統儀器所無法比擬的：虛擬儀器是在通用計算機平臺上，用戶根據自己的需求來定義和設計測試功能的儀器系統。也就是說虛擬儀器是由用戶利用一些基本硬件及軟件編程技術組成的各種各樣的儀器系統[3]?，F代醫學儀器的設計過程必將和虛擬儀器產生交集，所以醫學儀器相關課程的傳統內容已經遠遠不夠，我們必須教會學生在虛擬儀器的平臺上進行醫學儀器的設計，這樣，培養出來的大學生才能緊跟時展的腳步，掌握最新的科學技術。

杭州電子科技大學近年來在《醫學儀器原理及設計》課程上做了一系列的探討，在培養目標和課程設置上基本上有了一定的科學依據。然而在實際的教學過程中，我們還是發現了一些問題：《醫學儀器原理及設計》課程知識點多，而且課程內容比較抽象，學生不易理解透徹；并且實踐性強，需要進行理論與實踐相結合的課程訓練。同時，隨著計算機技術的迅猛發展，傳統的醫學儀器設計方法也已經跟不上發展形式。因此，改變以往單一方式的該課程教學模式，建立一個由醫學儀器基本原理介紹、不同種類醫學儀器簡介及設計原則、醫學虛擬儀器設計構成的新的教學體系，是順應現代儀器技術發展的趨勢，可以最大程度地實現教學相長。因此我們對《醫學儀器原理及設計》課程教學模式進行了如下的改革，通過改革，使醫學儀器系統的發展不再拘泥于傳統的醫學儀器系統的框架，最大限度地滿足現代生物醫學工程發展的要求，使學生畢業以后能夠在醫學儀器的設計應用上有一個質的飛躍，更能適應社會需要。

二、課程改革的主要內容

1.教學內容的優化。醫學儀器的概念非常寬泛，涉及到的內容也十分繁復。要在短短的48課時內講授完所有的醫學儀器相關知識是不現實的[4]。所以對于課程內容的選擇就顯得尤為重要。在研究了多個高校類似課程的內容設計之后，我們結合本學院專業交叉的特點，對課程的內容進行了優化?！夺t學儀器原理及設計》要在內容上做到點和面的結合，既要保證知識面廣，同時又要重點突出，要有體現較寬專業綜合理論和較強實踐特點的課程內容。在目前高校常用的教材基礎上[5][6]，我們將課程內容進行整合與優化。從基本原理知識出發，了解生物醫學信號的特點，通過數學建模方法的講解，深入醫學儀器的設計原則，最后詳細介紹各類典型醫學儀器，包括：基礎生理信號（血壓、心電）的檢測儀器，臨床監護儀器，治療及恢復設備，醫學成像設備，臨床檢測儀器等。此外，還涵蓋了國際和國內關于醫學儀器的認證和監管，電器安全評估以及現在醫學儀器發展的方向等內容。

2.教學方式和教學手段的多樣化。單一的教學方式無法滿足這類專業特色課程的需求，所以我們在教學過程中采用以多媒體為主，板書為輔的教學方式。由于課程內容豐富，信息量大，需要借助多媒體的方式形象地展示各種圖片與視頻文件，充分調動學生的學習興趣，提高學習效果[7]。而板書的融入可以提高學生對知識的理解和掌握能力，使其學懂學透，起到事半功倍的效果。

此外，為了充分調動學生的積極性，培養學生自主學習、歸納整理以及表達的能力，將學生分為5～6人一組，課外通過對任何一種醫療儀器的學習，在課堂上做一個10分鐘左右的presentation，內容涉及該種醫療儀器的原理方法、使用過程、行業前景等內容。這種互動方式可以提升學生學習的積極性，同時直觀地了解教學安排是否合理，效果是否明顯，為教學改革提供依據。

3.實踐環節的設計和加強?！夺t學儀器原理及設計》是一門理論性和實踐性都很強的課程，單一的課堂講授遠遠不夠，為此，本課程采取理論教學與實驗教學相結合的方式。具體來說，實踐環節包括課堂實驗和上機課程設計兩個環節。課堂實驗旨在讓學生最直觀地接觸市場上的醫療儀器，在使用過程中體會學習過的原理知識，感受不同廠家的產品在細節處的差別，以及不同檢測原理在測量同一生理參數時結果的區別。主要實驗儀器包括：水銀血壓計，電子血壓計，紅外體溫計，血糖儀，電子刺激器等。上機課程設計環節主要為虛擬醫學儀器的設計?；谔摂M儀器的軟件開發平臺Labview（美國NI公司），使用圖形語言，讓學生4人一組，共同設計一個能夠實現基本功能的醫學儀器，并在全班同學前進行演示和講解。通過這種課程設計，讓學生切身體會一下虛擬儀器平臺在醫學儀器發展中的重要作用，同時在設計醫療儀器的時候，又把在課堂上學習的內容進行了綜合運用，既扎實了知識，又鍛煉了能力，為今后走向工作崗位奠定了堅實的基礎。

4.建立合理全面的考核方式。以往單一的僅用期末考試成績反映學生課程水平的方法已經不適用于《醫學儀器原理及設計》這類綜合性專業課。我們建立了一套多形式、多層面的教學評價方法，既檢測學生對課程內容的掌握程度，又可以衡量學生的獨創性、探索性和分析應用知識的能力。平時課堂表現、小組presentation的質量、課程設計程序的優劣以及期末考試成績，均成為新考核體系中的一部分。

課程的考核方式和考核結果并不是我們追求的最終目標，在新考核體系的指導下，最大程度調動學生的積極性、鞏固學習到的專業知識、鍛煉學生的專業綜合能力、公平評價每個學生的學習態度才是課程考核體系的不斷完善的目標方向?？己瞬皇亲罱K的結果，但卻是必不可少的一個重要手段。

三、總結

通過一個學期課程實踐，我們發現，改革后的《醫學儀器原理及設計》課程在多個方面都有了明顯的進步與提高。新的課程安排在內容上體現了生物醫學工程專業的多學科交叉，課堂內容的講解和學生自主學習有效融合，實驗課程讓專業知識不僅僅局限于課本演示，虛擬儀器設計的訓練緊跟現代醫學儀器發展的腳步，全面提升了學生的專業知識和行業競爭力，為他們今后進入社會，從事相關行業打下堅實的基礎。同時，學生對于這種新的教學模式十分喜歡，接受度很高，在實驗報告上，經?？梢钥吹剿麄冞@樣寫道：“喜歡這樣的課程，很開心也挺有收獲”；“第一次接觸血壓計，比課堂上講解更直觀”；“嘗試了很多新東西，很有趣”，“既興奮又倍感收獲”……學生喜愛，教學效果良好，緊貼行業發展步伐，培養行業需要的人才，這正是我們高校課程改革的最終目的。

參考文獻：

[1]趙佐民，周克元，馮天亮.我院生物醫學工程專業設置《生物醫學儀器》課程的意義和建設[J].廣東醫學院學報，2005，（23）.

[2]俞鐵岳，林建歡，黃宜堅.虛擬儀器和LabVIEW簡介[J].福建電腦，2004，（2）.

[3]季忠，秦樹人.基于虛擬儀器技術的生物醫學儀器系統[J].中國機械工程，2004，（15）.

[4]王芳群，和衛星，李天博.生物醫學工程專業“醫學儀器”課程教學方法分析[J].課程教材建設，2010，（33）.

[5]王成.醫療儀器原理[M].上海：上海交通大學出版社，2008.

[6]鄧親愷.現代醫學儀器設計原理[M].北京：科學出版社，2004.

[7]吳水才，白燕萍，楊春蘭.生物醫學工程專業信息類課程教學內容與方法探討[J].中國電力教育，2010，（10）.