生命科學研究成果范文

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傳統的實踐教學體系中，缺乏引導學生創新精神的實驗內容，獨立設計和研究創新性實驗少，缺乏在人才培養整體框架下、與生命科學人才培養目標相一致、課堂內外相結合的創新性系統實踐教學內容體系，難以保證創新性人才培養的可持續發展。

民族院校生命科學創新性實踐教學體系

1創新性實踐教學體系的改革在“強化基礎、拓寬知識、突出能力、強調創新、激勵個性、提高素質”人才培養思想的指導下，根據生命科學專業人才培養目標和規格的基本要求，從高素質人才培養體系的整體出發，以先進的實踐教學理念為指導，以培養具有生命科學基礎科學研究和創新、創業、管理等高層次人才為目標，構建適應生命科學人才培養的生物學基礎實驗、專業實驗、實訓實驗、實習實驗、畢業論文等層次分明、相互銜接、相互融通、科學系統的生命科學實踐教學體系(圖1)。

1．1基礎實驗教學。基礎型實驗旨在訓練本科生基本實驗技能，在保留與改進部分認知性實驗的同時，積極轉化科研成果，引進目前生命科學領域科研中的新實驗技術，如(WesternBlotting)、轉基因方法研究、PCR基因擴增、DNA重組、DNA分子雜交等。

1．2專業實驗教學。根據生命科學專業的特點，設立專業綜合大實驗，使學生掌握生命科學的新知識、新技術、新方法的同時，激發學生對生命科學實驗的興趣，培養學生綜合運用基礎知識和專業知識分析解決實際問題的能力。

1．3校內實訓教學。利用2周的時間開展發酵工程校內實訓教學，堅持樹立以學生為主體的校內實訓指導思想，培養學生的主體精神，使學生的創造性、自主性、責任性得到鍛煉。

1．4校外實習教學。校外實習教學內容主要包括:野外生物學實習和工廠生產實習。野外生物學實習主要使學生識別各主要生態環境中常見的、有代表性的動植物種類，學習動植物標本的采集、鑒定和保存方法。工廠生產實習主要使學生將所學知識與生產實際相結合，培養學生的動手能力、實踐能力和就業能力。

1．5研究創新性科研訓練。根據大學生創新意識、創新精神和創新能力培養的需要，建立有利于大學生科技創新與創業的培養、培訓、研究和競賽于一體的創新實驗課程內容體系。創新實驗課程內容選題來源于本科生自主選題、教師科研項目的衍生課題、校級創新課題等。

1．6畢業論文。畢業論文是高校培養人才的重要實踐教學環節，是對本科生4年學習成果的綜合性總結和檢閱，是大學生從事科學研究的最初嘗試。設置畢業論文環節的目的在于通過較系統的科研設計作業，使學生在教師的個別指導下，總結在校期間的學習成果，完成科學研究和工程設計的初步訓練任務，掌握專業論文寫作和工程設計的基本方法，具備一定的專業研究和設計模仿能力，理論聯系實際，在該專業問題具有一定水平的個人觀點與見解，最終形成具有一定理論價值和實際意義的創新性成果。

2創新性實踐教學體系的特點

(1)改變以往實驗課程與理論課程的依存關系，建立相對獨立的生命科學實踐教學體系。

(2)將不同課程的實驗內容進行整合，在此基礎之上將所有實驗課程歸屬于生命科學基礎實驗教學、生命科學專業實驗教學、生命科學校內實訓教學、生命科學校外實習教學、畢業論文教學等模塊，有利于實驗內容的循序漸進，實驗課程的系統化，提高學生的實踐創新能力。

(3)實踐教學配套教材的精選與建設。目前出版的生命科學實踐教學教材仍不能滿足人才培養目標的需要。有的教材實驗項目設置不盡合理，基礎性實驗項目較多，綜合性、設計性實驗項目較少;前沿性實驗項目較少。通過參考國內外優秀的實驗教材，特別是教育部“十一五”規劃的實驗教材，根據本科專業的培養方案和專業特點由相關教師共同編寫實驗課程講義，同時緊跟各學科的發展動向與實驗教學的最新研究成果，適時調整，完善實驗內容，使實驗教材的內容既有穩定連續性，又有開放創新性。

(4)生命科學創新性實踐教學體系按實驗內容的內在聯系設計綜合性實驗項目，培養學生綜合運用知識分析解決實際問題的能力。

(5)引入最新研究成果，使實驗內容與科研、社會需求密切聯系。

民族院校生命科學創新性實踐教學體系的實踐

生命科學創新性實踐教學體系在中南民族大學生命科學學院實施幾年來，實踐教學取得了較好的效果，減少了不同實驗課程間相似的重復實驗內容，增強了學生綜合運用實踐技能的能力和創新能力，激發了學生對實踐課程的興趣，極大地提高了實踐教學的質量與效果，具體達到了以下幾個目標:

(1)加強了實驗基本技術的培訓，注重實驗基本技能的培養。基本技能培養的目標是學生了解基本實驗理論知識，熟悉實驗原理，掌握規范的實驗方法，學會常規實驗儀器的使用，掌握必要的數據處理手段，撰寫實驗報告。

(2)實驗教學與理論教學合理銜接，實驗課與理論課內容融會貫通。實驗教學與理論教學大綱統一制訂，明確界定實驗課與理論課的講授內容，保證實驗課內容與理論課內容一致、合理銜接。

(3)加強各門實驗課內容的科學結合。如:微生物實驗中“產蛋白酶菌株的分離”得到的菌株作為基因工程、發酵工程等實驗材料，增強實驗中的連貫性，培養學生的責任感。

(4)按實驗內容的內在聯系設計綜合性實驗項目。如:土壤微生物的分離、培養和觀察，將以前單一的、分散的多個實驗，按其內在聯系組合為一個綜合性實驗，包括10余個實驗技術。

(5)將最新研究成果引入實踐教學內容，使實驗內容與科研、社會需求密切聯系。使學生掌握生命科學的新知識、新技術、新方法，激發學生對生命科學的興趣。

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人文素質教育是科學文化教育的基礎，是國民素質教育的重要組成部分，缺少人文的教育是不完整的、缺少靈魂的教育。愛因斯坦曾經說過：僅用專業知識教育大學生是不夠的，通過專業教育，他可以成為一種有用的機器，但是不能成為一個和諧發展的人[1]。而道德素質是人文素質的基礎部分。培養出具備優良的品德、堅強的意志、高度的事業心和社會責任感的大學生，是高校人文道德素質教育的目標。而人文道德素質只有通過長期的潛移默化的影響才能養成，任何急功近利的說教式的教育都是難以奏效的。因此學校要調動各方面力量，包括教師、管理者和服務者，營造出整體優化的育人大環境，近朱者赤，學生長期置身于具有良好校風學風、高雅的文化品味、濃郁的人文氣息的環境中，耳濡目染，才能成為具有較高人文道德素質的人才。高校專業課教師對學生的人文道德素質教育有不可推卸的責任，然而重知識輕素質是目前高校專業課教學中存在的普遍問題。多數專業課教師對學生的人文道德素質教育不夠重視，甚至認為這個問題與專業課教學無關。然而，大學教育中，專業課程的教學占據了學生的大部分時間，如果把這部分教學處理成單純的專業知識教學，不與人文道德素質教育融合起來，我們就會失去賦予學生人文道德素質教育的很多機會和時間，人文道德素質教育就難以深入而持久。另一方面，專業課教師是高校教學人員的主體，如果不對他們的教學過程滲透人文道德素質教育予以重視，對學生進行人文素質教育的效果勢必受到很大的影響。因此高校專業課教學中滲透人文道德素質教育是培養出高素質人才的重要環節。本文旨在論述專業課教師在教學中滲透人文道德素質教育的問題。

二、生命科學專業人才的培養迫切需要重視人文道德素質教育

1.生命科學領域輝煌的成就及其對人類的貢獻。生命科學是研究生命現象和生命活動的本質、特征和規律，以及各種生物之間、生物與環境之間相互關系的科學。20世紀下半葉以來，人類在生命科學及其應用技術領域取得了一系列巨大成就：1978年，英國培育出了世界上第一個試管嬰兒，引發了世人的普遍關注；1985年，人類實現了對DNA堿基配對測序的自動化，標志著人類生命科學技術的進一步成熟；1997年，克隆羊多莉出世，使得克隆人開始變得可能；1998年，科學家成功分離出了人體胚胎干細胞，使人類生命科學技術又向前邁進了一大步；1999-2001年，科學家們成功地從成年人體內分離出干細胞，并找到了培養方法，使得人體臟器的再生不再是夢；2001年，人類基因組序列草圖發表，表明生命科學技術開始向解讀人類生命天書的方向挺進；2004年，人類基因組序列圖正式完成并公布，其精確度高于99%，進一步宣示了人類生命科學技術的輝煌[2]。生命科學在解決食品、疾病和健康等問題上已經并將繼續發揮重大的作用。隨著能源危機和環境問題的日益嚴重，生命科學研究及其技術進展為未來人類解決可再生能源、可再生的生物材料等方面還將做出重要的貢獻。生命科學對人類的影響越來越大，正如美國一位科學家所說的：歷史上從來沒有哪個科學領域在為人類謀福利和在基本知識的積累上有像目前生命科學那樣的廣闊前景[3]。在某種意義上，生命科學領域科學家或者專業人才正在扮演著上帝的角色：他們不僅通過器官移植改變了某些器質性疾病無法治愈的窘境，還通過轉基因技術創造出自然界原本沒有的物種。

2.生命科學技術的發展可能帶給人類困惑和災難。任何事物都具有兩面性，生命科學技術的進步也是如此。人類發展的歷史已經不止一次地證明：科學技術是一把雙刃劍，科學技術越發展，它的正負作用也都越來越大[4]。生命科學技術的發展給人類帶來了健康、富庶和便利，但同時也給人類帶來了困惑、問題甚至災難，生命科學技術正在對人類倫理和法理學帶來新的挑戰。例如，人類基因組計劃（human genome project，HGP）對生命科學的研究和生物產業的發展以及揭開生命之謎具有十分重要的意義.它將為人類社會帶來巨大的影響。在不久的將來，醫學很有可能依照每個人的基因特點對因下藥。但人類基因組研究也對社會倫理和法律問題帶來了沖擊，基因技術濫用很可能會對人類造成巨大的威脅，通過基因技術制造怪物將破壞人類原有的生態平衡，克隆動物對生物多樣性產生威脅，一些動物的天性將會被人為的改變?；蚣夹g一旦被濫用，人類的倫理和法律就會變得蒼白無力甚至不復存在。隨著生命科學技術的發展，生命科技犯罪已經受到相關領域學者的關注。生命科技犯罪是指利用現代生命科學技術所實施的具有嚴重社會危害性或者可能產生嚴重危害生命社會關系等重大后果的一系列行為及與其他生命科學技術的利用有關的各種嚴重危害社會的行為的總稱，例如制造基因武器或生物病毒等。生命科技犯罪作為現代生命科學技術的濫用，嚴重背離了生命科技發展本應造福于人類社會的基本宗旨。以器官移植技術的發展為例，器官移植技術的發展使某些疾病的醫治成為可能，帶給了類健康和長壽，但同時引發的人體器官買賣等問題又使人類面臨很多困境。

3.加強生命科學領域專業人才的人文道德素質教育意義重大。生命科學研究的動力來自于多方面的價值目標，包括學術價值目標、經濟價值目標、道德價值目標、美學價值目標等。道德價值目標是生命科學研究的重要價值目標之一。歷史告訴我們，科學工作者只有明確其科研道德價值，以造福人民為己任，以維護和增進人類的和諧發展為導向，其工作才能真正造福于人類。因此，專業人才的科學良心事關重大，因為他們所具有的特殊的知識背景使其在知識領域中具有權威性，因此他們更需要具備較強的社會責任感，這種責任感將促使其對研究成果的應用所帶來或者可能帶來的正面和負面后果進行客觀的評價，一旦意識到專業研究成果會對人類及其生存環境造成不可逆的破壞，就應當自覺地約束自己的行為。如上文所述，生命科學的確已經帶給人類很多的隱患和威脅，而掌握生命科學技術的專業人本身的科學和人文素質會對此產生重大的影響。目前我國綜合性大學多數都有生命科學專業，生命科學領域專業人才的培養是高等教育的重要組成部分，因此培養生命科學專業人才過程中注重教育大學生樹立正確的世界觀、人生觀和科學觀，培養學生的社會意識，增強利用所學知識技能服務社會的使命感和責任感，在生命科學研究高度發展的時代就顯得更加重要。

三、如何在生命科學專業課教學中滲透人文道德素質教育

生命學科雖然被歸屬于理科范疇，似乎不具備人文色彩，但是人與自然的和諧發展是生命科學研究的終極目的，從這點出發，生命科學是具有人文色彩的，隨著人類對生命科學現象、原理的深入研究，人文色彩在這一領域必將越來越得到彰顯。下面筆者就多年的教學實踐談談如何在生命科學專業課教學中滲透人文道德素質教育。

1.提高專業教師的人文道德素質，運用教師人格的力量感染學生。所謂人格是人的能力特征和品德特征的總和。身教重于言教，教師的人格魅力對學生具有深刻的影響，這種影響甚至是終生的。俄國著名的教育家烏申斯基曾經說過：在教育工作中，一切都應以教育者的人格為依據，任何章程和綱領，任何人為的管理機構，無論他們設想得多么精巧，都不能代替人格在教育中的作用。沒有教師給學生以個人的直接影響，深入到學生品格中的真正教育是不可能的。一個具有人格魅力的教師會贏得學生的尊重和愛戴，促進學生良好人格的形成。所以，教師在教學和教育的過程中要注意用人格魅力去感召學生。教師是學生的榜樣，教師是不是具有高度的社會責任感，是不是以高度的責任心對待自己的教育和科研事業，教師能不能為科學獻身，有沒有對科學的極大的熱情、獨到的見解與創新的思想，敢不敢堅持真理、修正錯誤、向陳舊的學說挑戰，其實大學生看得很清楚。教師的學識、為人會對學生產生深刻的影響。作為大學專業教師，應該嚴格要求自己，努力提高自身的人文道德素質。

2.充分發揮科學家的典型事跡和科學史的作用，幫助學生建立正確的科學道德觀。生命科學史不僅包含著科學家的天才智慧，更為感人的是科學家們嚴謹的科學態度，堅忍不拔、追求真理的精神以及高尚的社會責任感。榜樣的力量是無窮的，著名科學家對青年學生的影響是巨大的。在課程內容中穿插一些科學發現的歷史，向學生揭示自然奧秘是如何被揭開的過程，會極大地鼓勵學生從事科學的熱情，幫助他們樹立高尚的科學道德，鍛煉正確的思維方法。愛因斯坦在紀念居里夫人時說過：第一流人物對于時代和歷史進程的意義，在其道德品質方面，也許比單純的才智成就方面還要大。偉大的科學家對青年的無限魅力是我們進行科學精神與人文精神教育的寶貴教材。在生命科學的發展史上，涌現出的許多著名科學家，他們不僅創造了造福于人類的科學成就，而且他們的崇高思想、高尚品質、求實精神也教育和鼓舞了一代又一代人。青霉素的發現者弗萊明，孟德爾、摩爾根在經典遺傳學上的貢獻，我國首次人工合成結晶牛胰島素和酵母丙氨酸轉運核糖核酸，袁隆平兩系雜交水稻法這些典型史實和典型人物，處處體現出對人的價值的重視、對社會和諧發展的追求。由此激勵學生學習科學家們的科學探索精神，以科學家在創造偉大業績中所表現的人格力量為榜樣，確立為人類而奮斗、為真理而獻身的崇高品德，追求科學精神和人文精神的完美結合。

3.結合社會問題，培養學生高尚的道德感和社會責任感。生命科學的研究，在涉及到人類健康發展的科學實驗中，還應考慮它的技術手段和成果是否給人類帶來危害，它不同于其他學科的研究。制定和完善準則規范是重要的，而科研工作者和專業人才本身的道德自律也是重要的制約機制?？蒲泄ぷ髡弑仨氉袷叵鄳姆煞ㄒ幒偷赖陆缦?，人類有能力駕馭和引導技術向需要的方向發展，然而人類現在掌握的知識，已經賦予人類幾乎擺布自然的本領，因此必須謹慎小心地衡量各種技術抉擇是否合乎需要，這種強大的力量必須用于高尚的目的[5]。教師要在專業課課堂培養學生的社會責任感，不能簡單的說教，而是要結合實際的社會問題，讓學生有切身的體會。生命科學造假、相關的學術腐敗問題，是生命科學研究領域嚴重影響專業人才的社會聲譽的大問題。在2006年12月，《科學》雜志的編輯們評出了年度科學欺詐事件韓國科學家黃禹錫和其研究小組偽造在《科學》雜志上發表的論文，這一事件動搖了科學大廈的誠實根基。在講授干細胞研究進展時，可以穿插這一事件，教育學生在治學中要有高尚的學術品格，這樣的學術不端行為就是直接損害學術品格，瓦解學術研究，導致學術泡沫化和無謂地消耗人力物力的可怕病毒。

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關鍵詞 分子影像學 教學體系 復合型人才

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

On Molecular Imaging Teaching System Construction

CHEN Duofang

（School of Life Science and Technology， Xidian University， Xi'an， Shaanxi 710071）

Abstract Molecular imaging is an emerging interdisciplinary， has become one of the most important techniques of modern life sciences， medical imaging represents the direction of future development. In this paper， molecular imaging features， combined with research in Life Science and Technology in the field of molecular imaging as well as the basis for cooperation with our university hospital， a study in teaching content， teaching models and evaluation methods， the life science and information science and clinical cross， build molecular imaging teaching system， laying the foundation for training medical complex polytechnic molecular imaging professionals.

Key words molecular imaging; teaching system; complex talent

0 引言

分子影像學（molecular imaging）是運用影像技術顯示組織、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態下分子水平變化，對其生物學行為在進行定性和定量研究的科學。①分子影像學是將分子生物學技術和現代醫學影像學相結合的產物，最早由美國哈佛大學Weissleder等學者于1999年提出，經過10余年的飛速發展，取得一系列成就，已經成為現代生命科學研究最重要的技術手段之一，受到世界各國的高度重視。①②隨著分子影像學技術研究工作在我國的迅速開展，具有分子影像技術背景的人才更顯缺乏。醫藥企業、醫療設備企業、生命科學研究機構等單位對分子影像專業人才需求日趨增加，尚沒有專門學科進行分子影像學人才培養。我校生命科學技術學院依托生物醫學工程與生物技術專業，定位為研究型學院，分子影像為主要研究方向之一。經過幾年的發展，學院在分子影像研究領域取得一定進展。學院教工由來自不同專業背景，包括生物、信息、計算機和醫學等學科的人員構成，但由于當前研究成員各自的專業背景單一，成員之間尚未有機融合和深度交叉，很大程度上限制了在分子影像領域取得重大突破。而目前國內，分子影像學教材較少，分子影像學課程主要面向研究生開設，極少高校面向本科生開設分子影像學課程。③④⑤本文探討如何借助我校信息學科與計算機學科的優勢，結合我校在分子影像學的研究成果以及與醫院的合作基礎，將生命科學與信息學科和臨床醫學交叉，開展針對本科生的分子影像學教學工作，建立分子影像學教學體系，為培養理工醫復合型分子影像學人才奠定基礎。

1 分子影像學教學體系構建

分子影像學起源于現代醫學影像學，在現代醫學影像學基礎上融入分子生物學，其教學體系不同于傳統的工學學科和生物學學科體系。我們將從分子影像學教學內容，分子影像學教學模式和分子影像學考評方式進行分子影像學教學體系構建，目的在于建立包括基礎理論―驗證實驗―應用實踐三個層次的多學科深度交叉、理工醫有機融合的綜合型分子影像學教學體系，為培養基礎理論扎實、實驗技能過硬、應用實踐廣泛的理工醫復合型分子影像學人才打下堅實基礎。

1.1 分子影像學教學內容

分子影像學屬于前沿科學，知識更新日新月異，相關資料主要來自世界各國研究小組的公開文獻，缺乏全面、系統的參考教材;而且分子影像學屬于典型的多學科交叉，涉及信息、生物、醫學等多個學科，需要掌握各種影像原理與理論，熟悉核酸、蛋白質等大分子的形態、結構與操作，并應用影像技術進行分子生物學相關研究，課程內容繁雜，信息量龐大。分子影像學是分子生物學與先進醫學影像技術結合的產物，屬于典型的多學科交叉，涉及信息、生物、醫學等多個學科。分子影像學內容覆蓋面廣、跨度大，教學內容包括：分子生物學中核酸等大分子的功能、形態結構特征并在分子水平上闡明細胞活動的規律;超聲成像、CT成像、MRI成像、核素成像等臨床中成熟的醫學影像技術，以及光學分子斷層成像、光聲斷層成像等新興的醫學影像技術;分子影像技術在腫瘤、神經系統、心腦血管研究以及新藥研發等領域的應用。學生不僅需要掌握基本理論知識，了解最新研究進展，更要學會利用影像技術進行基礎研究以及臨床應用?？紤]到分子影像學信息量大，教學內容以生命學院優勢研究方向即光學分子影像及其在腫瘤細胞學中的應用為主線，其余內容為輔助展開。教學過程中，力爭做到重點突出、內容全面和有的放矢。

1.2 分子影像學教學模式

分子影像學涉及多個學科，涵蓋現代影像成像理論，分子生物學與細胞生物學以及分子影像技術在基礎和臨床實驗研究中的應用。為了系統地學習掌握分子影像學知識，成為合格的分子影像專業人才，學生不僅需要了解分子生物學相關知識，而且需要知道靶向分子在臨床中的應用前景;不僅需要了解分子結構修飾、分子標記等專業知識，而且也需要知道生物信息、醫學影像等相關知識。傳統的單一學科的教學模式難以滿足上述需求，需要探討新的有效的教學模式。對于多學科交叉產生的分子影像學，采用傳統的單一學科教學模式難以滿足要求。我院分子影像學教師來自不同專業背景，采用不同的教學模式進行協同合作教學。借助我校生命科學技術學院在分子影像學領域的研究成果以及與醫院的合作基礎，可以將生命科學與信息學科和臨床醫學進行深度交叉，開展目標明確和特色鮮明的分子影像學教學工作。對于分子生物學部分，由生命學院生物技術專業教師任教，主要采取課堂講授以及實驗演示教學方式，指導學生掌握生物基本操作技能，包括：核酸凝膠電泳、PCR、DNA測序、RNA提取與純化、基因敲除、基因克隆等技術。對于醫學影像部分，由生命學院信息專業教師任教，主要采取課堂講授、理論推導和計算機模擬仿真等教學手段，使學生掌握醫學影像的基本物理原理以及數學理論。對于應用部分，由外聘的第四軍醫大學第一附屬醫院教師承擔，引導學生使用分子影像技術進行腫瘤早期診斷、心腦血管疾病診斷以及新藥研發等應用研究。上述教職人員由生命科學技術學院自然基金委重大項目參與人員構成，經過前期合作研究，已進行一定程度的多學科交叉，可進行協同教學工作。

1.3 分子影像學考評方式

傳統教學考評中，多注重考核學生掌握知識的多少，而不是學習知識能力的大小;注重考核學生技能掌握的多少，而不是學習技能能力的高低。這種考核體系只能反映一定時間內的學習結果，不能反映學生學習新知識、新技能的本領，難以適應分子影像快速發展的需要，這不僅使教師的教學方法陷于陳舊古板，而且使一些再學習能力、發展潛力大、動手能力強的學生長期得不到有效鍛煉和培養。因此，如何將傳統的考核知識與技能與考核學生掌握新知識、新技能的本領相結合，是我們需要關注的問題。分子影像學涵蓋學科領域廣，知識更新速度快，學生學習任務重，我們需要站在發展的角度，從學校培養學生的近期和遠期效果建立合理的考評方式。對于學生學習考核，我們采用知識與能力兼顧的評價標準。該評價標準主要包括四大模塊：基本理論知識、實驗操作技能、進展跟蹤和科研創新能力。對于基本理論知識考核，采用試卷筆答形式;對于實驗操作技能，考核學生對刻度吸量管、分光光度計、離心機、電泳儀等常規儀器的操作，此外還考核學生對microCT、光學分子斷層成像等學院研制的醫療影像設備的操作，以實驗報告形式答題;對于進展跟蹤考核，則要求學生根據教師給定的主題詞，進行文獻查閱及總結，以文獻綜述形式答題;對于科研創新，則根據教師課題或學生自主選題進行相關科研活動，以小論文或專利形式答題?？傊?，將采用形式多樣的考評方式，對學生的綜合能力進行測評。

2 總結

分子影像學是一門新興的交叉學科，已經成為現代生命科學研究最重要的技術手段之一，代表了未來醫學影像發展的方向。我校生命科學技術學院為國內最早進行分子影像學研究的單位之一，學院教師來自不同的專業背景，包括信息、生物和數學等專業，在多學科交叉方面已經積累了一定的經驗。基于學院在分子影像領域的研究基礎，結合我校信息學科優勢，融合生命科學相關專業，本文提出建立包括基礎理論――驗證實驗――應用實踐三個層次的多學科深度交叉、理工醫有機融合的創新型分子影像學教學體系。通過建立該體系，我們將使不同學科背景教師協同工作，講授成熟的基礎成像理論、分子生物學基礎知識;實時跟蹤分子影像學研究動向，向學生傳遞最新進展;指導學生進行驗證實驗，引導學生得出結論，從實驗中引申理論知識;此外，基于理論知識以及實驗操作訓練，鍛煉學生使用分子影像設備進行生命科學領域相關研究的科研能力。通過分子影像學綜合體系的構建與實施，最終培養基礎理論扎實、實驗技能過硬、應用實踐廣泛的理工醫復合型分子影像學人才。

基金項目名稱：1. 西安電子科技大學新實驗開發項目（項目編號：SY1359）

2. 西安電子科技大學本科教育質量提升計劃教改項目

注釋

① 申寶忠.分子影像學（第二版）[M].人民衛生出版社，2010.

② 申寶忠，王維.分子影像學2011年度進展報告[J].中國繼續醫學教育，2011（8）：132-157.

③ 朱宏，董鵬，李耀武.分子影像學教學中的哲學思考[J].中國科教創新導刊，2010（2）：82-84.

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SCI創建于1961年，其創始人為美國科學情報研究所所長EugeneGarfield（1925-09-15）。它主要收錄文獻的作者、題目、源期刊、摘要、關鍵詞，不僅可以從文獻引證的角度評估文章的學術價值，還可以迅速方便地組建研究課題的參考文獻網絡。利用它，可以檢索數學、物理學、化學、天文學、生物學、醫學、農業科學以及計算機科學、材料科學等學科方面自1945年以來重要的學術成果信息。SCI還被國內外學術界當做制定學科發展規劃和進行學術排名的重要依據。SCI的出版形式包括印刷版期刊和光盤版及聯機數據庫，還發行了互聯網上Web版數據庫。經過四十多年的發展完善，已從開始時單一的印刷型發展成為功能強大的電子化、集成化、網絡化的大型多學科、綜合性檢索系統。

SCI涵蓋學科超過100個，主要涉及農業、生物及環境科學；工程技術及應用科學；醫學與生命科學；物理及化學；行為科學。SCI將來源期刊數量劃分為SCI和SCI-E。SCI指來源刊為3500多種的SCI印刷版和SCI光盤版（SCICompactDiscEdition，簡稱SCICDE），SCI-E（SCIExpanded）是SCI的擴展庫，收錄了6650余種來源期刊，可通過國際聯機或因特網進行檢索。

ISI通過它嚴格的選刊標準和評估程序挑選刊源，而且每年略有增減，從而做到其收錄的文獻能全面覆蓋全世界最重要、最有影響力的研究成果。所謂最有影響力的研究成果，是指報道這些成果的文獻大量地被其它文獻引用。即通過先期的文獻被當前文獻的引用，來說明文獻之間的相關性及先前文獻對當前文獻的影響力。

SCI以《期刊目次》(CurrentContent，簡稱CC)作為數據源。自然科學數據庫有五千多種期刊，其中生命科學輯收錄1350種；工程與計算機技術輯收錄1030種；臨床醫學輯收990種；農業、生物環境科學輯收錄950種；物理、化學和地球科學輯收錄900種期刊。各種版本收錄范圍不盡相同。這其中，含有全世界出版的數、理、化、農、林、醫、生命科學、天文、地理、環境、材料、工程技術等自然科學各學科的核心期刊約4500種；擴展版收錄期刊6650余種。SCI每年收集論文數達六七十萬條。

SCI索引形式

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關鍵詞：和諧 科學倫理 生態倫理 網絡倫理 生命倫理

科學技術的進步推動著構建和諧社會的腳步，沒有科學技術的社會是滯后的，但是科學技術并不是萬能的，如果對其運用不當，那么造成的后果將是我們無法預計的，所以科學技術的發展要在一定的倫理約束下才能為人類生存和發展起到積極的作用。

一、科學倫理掀起的歷史進程

第一次世界大戰爆發時，化學成果被用作戰爭、毒氣彈等化學武器屠殺了無數的無辜人民。科學家們強烈反對科學成果被用于殺人，倡導“科學要為人道做貢獻”，反對化學武器和細菌武器。50年代-80年代這一階段，針對地球生態環境被破壞，人類面臨危險的生存環境，引發了科學倫理問題以及科學家所面臨的社會責任。到了90年代開始重點轉向信息技術和網絡空間的倫理問題；生物技術、基因技術、遺傳工程等生命倫理問題。

如今，科學家和全體公民一道，為合理公正地解決而作出了不懈的努力，盡管每個重大問題都未能完善徹底地解決，但畢竟成績斐然。人類在不斷的追求中完善自我，人類的道德境界將更高遠更開闊，和諧是人類追求的至上目標。

二、目前熱議的科學倫理研究現狀

科學倫理問題是從直觀的、外顯的逐漸演進為隱含的、內在的，倫理問題在更加復雜化和專門化的同時也變得更為意義深遠。目前來講，我國理論界涉略到科技倫理問題的研究已經涉及每一個重要領域，內容復雜不失熱點。

（一）生態倫理問題。生態文明是人類文明繼續發展的倫理需要，進一步強調人與自然的相互協調、共同發展，倡導生態倫理、生態文明。但是這一共識的爭論仍然持續不斷，這種爭論的焦點主要集中在：第一，探討生態倫理的理論前提。有人在“人類中心主義”的層面上，主張以人的尺度為價值評價標準，強調人的生存權利與生存價值。第二，關于生態倫理的本質的探討。從“生物中心主義”或“自然中心主義”的前提出發，生態倫理是人與自然之間所存在的倫理關系。但更多的學者則認為，人與自然之間的關系歸根到底是一種價值關系，而不存在什么倫理關系。

（二）網絡倫理問題。這是近年來信息技術發展和互聯網延伸而引發的關于信息技術負面影響的倫理問題。譬如，有人從網絡的運行和使用層面提出，網絡技術的興起引發了道德邊緣化、人際疏遠、隱私侵犯等問題?？傮w而言，人們主要是以現有的倫理觀念去審視網絡技術所帶來的各種道德問題。實際上網絡倫理問題，追溯根本還是人的倫理問題，時代進步、科技發展，需要我們對人及人倫之道作出進一步的思考和認識，確立與網絡技術發展相適應的倫理觀念。

（三）生命倫理問題。這是隨著近年來生命科學的迅猛發展，而引起人們的極大關注和激烈爭論的問題。隨著生命科學技術的不斷發展，也給我們的社會帶來了許多前所未有的倫理難題，無形之中就要求生命倫理學的研究跳出原有的框架，要從全新的角度去研究現代生命科學發展帶來的倫理難題?？茖W技術的應用消融了人類的多樣性、復雜性和整體性；科學技術會導致人倫關系混亂、性別比例失調，以及個人和群體的歧視與侮辱、種族主義的沉渣泛起等問題。有學者指出，從技術的可能性上來看，通過基因工程使人類得以優化的方案在今天還是一個遙不可及的夢想，實際上是一種低估了自然界的高度復雜性的盲目樂觀。即使我們具有這種技術條件，我們也沒有權利對未來人類的遺傳特征進行人為的干預?？晌覀兙烤乖撊绾稳ダ斫馊说纳c存在？新型的倫理規范到底應該是什么，生命科學的研究和應用從而消除其諸多的負面效應呢？目前尚未有明確而具體的回答。

三、把握時代脈搏，解決科學倫理爭論問題的創新提議

近些年來科技不斷發展，也在不斷的進步，因此由此而來的就是關于科學倫理的爭論問題。本文通過運用多元的調查研究方法對科學倫理問題的分析和研究，提出了一下幾點：

（一）要對實踐和科研進行有效區分。在任何一個社會中，對科學的基礎性研究都需要加強，而不應該被削弱。而且我們也越來越能感受到科學的基礎性研究是極具重要性的。實際上，我們必須能夠冷靜的分析出一項研究成果對人類具有怎么樣的影響，是有利還是有害？通過科學研究才能得到最真實的答案，而僅僅依靠先驗的判斷是不能達到這個目的的，而且通常也會出現大量的誤差。因為人的知識本身是存在盲區的，而且也不能做到完全的理性。所以我們必須依靠實踐來完成。

（二）對感性和理性性具有效的區分。在這個問題上，我們就以克隆技術為例，來進行分析?？茖W的不斷發展，隨之產生了克隆技術，但同時也對生命倫理提出了挑戰?？v觀歷史，人類社會的每一次發展都是在用理性對抗感性的情感。生命的形式就是不斷發展，而人們對生命的認知也是在不斷加深的。而科學研究就是讓人們的認識不斷深化的基本手段之一。在我國一些生態主義者認為不論是克隆動物，還是克隆植物，在他們的眼里都是不道德的行為，都是對生命的不尊重，對生命的褻瀆。那么由此也可以看出，他們的觀點在情感上顧慮并不能成為阻礙生命研究的理由，因為克隆技術并沒有被徹底的終止。

（三）正視科學創新和科學倫理的關系。科學倫理并不是指代科學家的倫理責任和社會責任，因為一旦涉及到了科學家的倫理責任，那么就給科學研究劃定了范圍和，也意味著給科學研究和科學創新劃定了范圍、設置了障礙。在以前我們也犯過很多的錯誤，把很多科學發現當成了不好的東西，當做所謂的唯心主義而大肆批判。比如我們對控制論、對相對論、對共振論、以及對量子力學的批判，我們至今我們都會影響深刻，記憶猶新吧。我們并不能做到沒有錯誤，只能盡力去減少犯錯誤的幾率，總結經驗和教訓，避免重蹈覆轍。

參考文獻：

[1]楊通進：走向深層的環保[M].四川人民出版社，2000年10月

[2]許志偉：面對科技，生命何以自處[J].復旦學報（社會科學版），1999（2）

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關鍵詞生命教育課程探索

中圖分類號：G640文獻標識碼：A

生命科學是與人、社會、環境結合最緊密的學科，面向大學生開設生命科學課程是通識教育中不可或缺的一部分。我校生命科學導論通識課程自2008年以來積累了較為豐富的教學經驗，教學內容在趣味性、可操作性以及規范性，重視對非生物學專業學生的授課方式，在培養學生的綜合素質與創新意識方面取得了良好的效果。

1反思教學的基礎元素

“授人以魚，不如授人以漁；授人以漁，不如授人以欲。”一個好的稱職的教師，不但要給學生以知識，還要教會學生自學的方法。教師是教學活動的組織者，是影響教學有效性的最重要的因素，教師的整體綜合素質和情感操守等對教學效率具有重要影響。團隊成員在承擔《生命科學導論》課程以來，一直在不斷豐富專業知識，“學然后知不足，教然后知困”，要改變教學思維，首先改變我們自己。為此我們采取了多種方式提高、升華和創新自身教學水平。

1.1學習優秀團隊經驗

為提高自身素養，2013年我們邀請清華大學名師吳慶余教授來我院座談教學經驗，分享教學科研成果；2014年課程組11人先后到清華、北大、浙大、上海交大、同濟大學等高校觀摩學習、取經交流座談；每年派數名教師參加在廣東、福建、山東及本省的教育教學研討會；定期開展本學院課程組任課老師的互學教學交流。每一次學習都受益匪淺，不僅增加了知識的積累，在交流中也增加了個性的塑造，對生命前緣的理解和認識更加深刻。熱愛教育事業，熱愛學生，嚴格自己，身正為范，這本身就彰顯了一種讓所有生命更加絢麗的理念。

1.2積極申報參與學校的教育教學項目

《生命科學導論》不應該局限于現有的知識體系，應該屬于生命學科的大范疇。為整合學院教學資源2015年我們申報并獲準了1項重大教改項目“生物技術創新性綜合實踐教學平臺的建設”，2項重大孵育項目《基于生態學視野構建生命教育課程》、《生化》。這是以生命基礎教育拓展的新嘗試，也是優化現有教學資源的具體體現。

1.3展示教學新成果，觸及科學前緣

生命科學的內容不但要注重傳統意義上的基礎性和系統性，還要注意內容的新穎性、趣味性、科普化、生活化和多樣化。要展示生命科學研究最新進展，必須時刻關注前緣動態，重新選定教學內容以觸及科學前緣。

2教學方法新探索

2.1討論、質疑、引發大腦風暴

過去我們的課程以教為主，重視知識的直面傳播。重知識、輕能力、重書本、輕實際、重考試、輕應用，以教師、課程、教材為中心。教師自始自終控制著整個教學過程，學生的主體性得不到充分發揮。通識課程建設以來，通過各種學習我們采取了互動式教學，鼓勵學生大膽提問，踴躍發表自己的觀點和想法。為此我們針對有關生命科學問題展開分組討論，先后討論了優生優育、最強大腦、克隆人、轉基因技術的利與弊等熱點話題，在強烈思維觀點沖擊下，學生的知識體系一次次刷新，關注了解生命科學的興趣更加濃厚，跟蹤討論問題的意愿更強烈。

2.2分享經典閱讀體會

激發學生學習的興趣，鼓勵他們通過網絡查閱和觀看生命相關的影像、文字資料。同時通過助教把最新的研究成果放在qq群中，讓同學們思考和探索，發表個人意見并邀請他們在課程展開討論。對《生命是什么》、《寂靜的春天》等生命科學的經典文獻在課堂中導讀，并鼓勵學生發表心得體會，積極參與學校組織的經典閱讀開放周。

2.3參觀調查，貼近生活

組織學生參觀、調查校園植物，并對其分類，從根莖葉到花果實種子，了解其生活史，并鼓勵學生對所調查的每種植物通過查閱文獻資料，了解其用途；對于一些珍稀物種，強調其作用地位以及普及植物資源對生態環境的重要性，不僅讓學生學知識，還能長見識。鼓勵他們參觀動物園、動物標本館，讓學生零距離領略大自然的神奇以對生命科學知識和生活環境有深刻的認識。

2.4厚基礎、重操作、寬口徑，為交叉學科精心的篩選教學實驗

一直以來，生命科學的實驗課與理論課嚴重脫節。為了重視非專業學生基礎知識、動手能力的培養，我們每學期精選2-3個趣味性與專業性相結合實驗，拓展學生的知識面，鼓勵學生自己查閱文獻，親自動手規范化的操作實驗，激發學生想象力和創造力，促進學生積極主動思考問題、提出問題，注重學科交叉融合，全面提高大學生的綜合素質。再通過多角度、多層次、全方位的實驗教學，讓學生們對生命科學知識產生全新的認識，深思人類、社會、環境和諧發展的問題。

3改革考核評分標準

考核是課程教學的一個重要組成部分?！渡茖W導論》作為一門通識教育課程，其考核方式不僅要考查學生對知識的掌握，還要注意考查學生的道德素質、學習態度、動手能力以及創新能力等綜合素質和能力。因此，在面向非生物類專業學生加強素質教育的過程中，經過多年的不斷探索，我們拋棄了以往單一的閉卷期末考試的方式，采取了更加靈活全面的考核方式，將考核貫穿于整個教學過程中。平時表現+討論+實驗+期末各占一定比例。該考核方式突出了對學生的基本科學素養、生命科學知識掌握能力、綜合表達討論能力、實驗技能及實驗結果分析能力的考核，對學生端正學習態度，認真上好每一次課程有很大的促進作用，同時對于提高學生的學習主動性，培養學生的生命科學綜合素質也起到了積極的推動作用。

4教學效果碩果累累

新的教學理念帶來新的教學效果，在教學中我們不斷吸納各種知識以豐富完善自己，同時將教學成果分享給同行。我們編寫出版了《生命科學實驗教材》，先后發表教學論文共計5篇。

作者：李萍等

參考文獻 

[1] 周紅.授人以魚，不如授人以漁——例談綜合實踐活動中的方法指導[J].新課程（教研），2011（07）：60-61. 

[2] 繆敏鋒.學然后知不足，教然后知困”——對幾個教學案例的反思[J].學生之友（初中版）（下），2010（03）：19-20. 

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    1 當代大學生的生物科學素養現狀及其存在問題

    生物相關專業的學生對生物科學技術具有濃厚的興趣,生物科學技術基礎知識扎實,對生物技術發展持積極的肯定態度,具備良好的科技強國的信念。但是,他們對高新生物科學技術知識和先進實驗技術了解較少,生物科學實驗實踐技能較差,對生物科學科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有調查表明,當代大學生對于當前的一些生物熱點問題有一定的了解,但是對于高新技術的應用和新的科學研究領域的認識不足。在理性上,有43%的學生是盲目的懷疑,或者是盲從專家和他人的觀點,對事物較少有自己的看法;在探索求知精神上,“科學功利主義”對學生的影響最大,使得學生視野狹窄、目光短淺;在實證精神上,有62%的學生缺乏實驗實證精神,偏重抽象思維,缺乏科學實驗的精神和價值眼光。②此外,許多高校只注重生物專業課的常規教學,很少舉辦專門的科研活動,且科學技能培養與鍛煉的途徑缺乏,這使得大學缺乏濃郁的科學素養氛圍,學生較難形成一定的科學技能,由此科學實踐能力也較差。

    2 細胞生物學教學中培養科學素養的意義

    細胞生物學是生物學類及農林醫藥類本科生一門必修的專業基礎課,是現代生命科學的前沿分支學科之一,它是以細胞為研究對象,從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學是一門承上啟下的學科,和分子生物學一起同是現代生命科學的基礎,并廣泛滲透到遺傳學、發育生物學、生殖生物學、神經生物學和免疫生物學等的研究中,和農業、醫學、生物高新技術的發展有密切的關系,是生命科學的重要支柱之一,在解決人類面臨的重大問題、促進經濟和社會發展中發揮重要的基礎作用。同時,細胞生物學又是一門實踐性很強的學科,重要理論與實踐密切地聯系著。隨著生命科學自身和生物產業的快速發展,對生命科學相關領域創新型人才的需求也在不斷增加。由此可見,細胞生物學課程中科學素養的培養對于建立與其專業層次、研究方向相符合的細胞生物學知識構架體系,培養和鍛煉學生的科學思維能力具有非常重要的作用。

    3 細胞生物學教學中如何培養學生的科學素養

    細胞生物學作為生物學類及農林醫藥類的一門專業基礎課程,在培養學生的科學素養方面,具有舉足輕的重要作用。然而,科學素養的提高不是一朝一夕之功,教師應始終將其貫穿于自己的教學之中。如何在細胞生物學教學中培養和提高學生的科學素養,以下是筆者的一些想法和體會。

    3.1 加強課堂教學中的“生活化”融合

    細胞生物學的知識理論性強,內容抽象深奧、難于理解,教師可以試將抽象的內容與日常生活相聯系,使學生有此聯想起有趣的、熟悉的生活場景或事物,這不僅使抽象的內容具體化和動態化,使其容易理解,而且激發了學生的探究欲望和學習興趣。例如講解“蛋白質的分選”時,引導學生由細胞社會聯想到人類社會。細胞中的各種蛋白質發揮結構或功能作用的部位幾乎遍布細胞的各種膜區和組分,只有當蛋白質各就各位并組裝成結構和功能復合體,才能參與細胞的各種生命活動。這就好比在人類社會中,各專業的畢業生只有找到適合其自身特點的工作崗位才能發揮所長?？傊?運用發散性思維,盡可能地將細胞生物學抽象的理論知識與生活實際聯系起來,并配合以多媒體輔助手段,使抽象的內容變得形象生動,易于理解掌握。

    3.2 側重教學內容的前沿性和新穎性

    細胞生物學發展極為迅速,隨著科學家們研究成果的不斷涌現,其內容處在不斷更新的動態過程中。因此,教師在教學過程中,要注重聯系學科的前沿和熱點,講述較先進的科學結論,跟蹤國際上最新進展。此外,教師在注重教學的同時,宜以科研并舉,以科研引導和促進教學;教學與培養科學研究型人才緊密結合;教學內容與最新科研進展同步,使學生在正確掌握細胞生物學基礎上學會解決與之相關的科學研究問題。如將教師的主要科研成果與基礎理論教學有機結合,結合教學內容介紹自己的科研成果,這樣既生動又貼切,學生又很熟悉,使學生獲得學習的興趣和動力,亦可以啟發學生的創新思維能力,培養學生的科研鉆研精神。

    3.3 增加細胞生物學實驗綜合性和設計性實驗的比例

    綜合性實驗注重知識的綜合運用,實驗原理和方法步驟較為復雜,可以使學生更好地理解實驗原理,正確使用儀器設備,鍛煉學生綜合分析問題的能力;設計性實驗是指學生根據實驗項目,自主設計實驗方案,自主準備實驗材料,自主配制實驗所需試劑,根據自己的時間自主安排實驗進程,設計性實驗可以充分調動學生的實驗積極性,培養學生的創新思維和勇于探索的精神。由此可見,綜合性和設計性實驗可以鍛煉學生綜合分析問題和解決問題的能力。③然而目前許多高校由于實驗條件和課時安排的限制,細胞生物學實驗主要以基本操作和驗證性實驗為主,綜合性和設計性實驗較少甚至沒有,這在一定程度上限制了學生綜合素質和創新思維的培養。④因此,教師應根據科學性、可行性和實用性原則增大綜合性和設計性實驗的比例。如我們精選了真核生物基因組的提取、純化、鑒定、擴增、酶切、重組、轉化、篩選的大實驗,膜蛋白的分離與鑒定等綜合設計型大實驗,這些實驗中的每個實驗都構成了一個綜合性整體,同時,在實驗材料的選擇上盡量做到由學生自主選擇。通過每一次的綜合設計實驗,使學生進一步鞏固了已學習的知識和已掌握的技術,并能夠對實驗結果進行合理的正確的資料采集、整理、分析和歸納,有效地培養了學生的科學素質、科學精神、創新思維及分析問題和解決問題的能力。

    3.4 組織各種“科學小組”,布置學科發展前沿的討論,與全程科研訓練對接,以培養學生的科學態度和科學精神

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莊小威今年5月荻選美國科學院院士，由此刷新了最年輕美國科學院華人院士的紀錄。她出身中科大少年班，15歲進入大學，但是這位天才認為自己在中國接受的教育中創造力是個空白：“我在讀大學時沒有創造力，到了伯克利才慢慢改變，開始批判性地閱讀和懷疑性地閱讀。”

“有人說你像紅樓夢里的史湘云，你怎么看?”

“你是如何平衡妻子母親女兒科學家這幾個身份的?”

場下“粉絲”的這些問題，讓人絕不會想到，這是一個科學講座的現場。

這場主題為《從物理到生物》的報告，是北京大學“大學堂頂尖學者講學計劃”的—部分。主講人莊小威成為入選該計劃的第二位學者。一個多月前，諾貝爾物理學獎得主崔琦作為首位入選者開啟了這一講學計劃。

“頂尖學者”莊小威實至名歸：今年5月她獲選美國科學院院士，由此刷新了最年輕美國科學院華人院士的紀錄。在這—名單中，被她甩在身后的不乏聲名如雷貫耳的名家，包括華人諾貝爾獎得主楊振寧、李政道、丁肇中等人。在此次北大報告現場，莊小威受追捧之熱烈，甚至超過崔琦。

盡管莊小威的形象早已多次出現在熒屏報端，但當她來到現場，這位年輕的女科學家還是引來觀眾不約而同的驚呼。

驚呼的原因不難理解：明眸皓齒，話語輕陜，看起來比她40歲的年紀還要年輕不少，這與人們印象中的科學家形象并不相符，儼然一位鄰家姐姐。

但在演講中，她還是顯現出了大多數科學工作者的特質。她反復說道：“我不愿意做演講，因為演講不像物理那樣有著嚴密的邏輯。”

對朱棣文的建議說“why not”

莊小威開始引起國內媒體的廣泛關注，大約是在6年前。那年，34歲的莊小威成為哈佛大學化學與化學生物、物理學雙聘教授，并隨后在哈佛大學建立了以自己名字命名的單分子生物物理實驗室。

事實上，莊小威在圈內成名更早。2004年，美國著名的《科技評論》評選出在納米技術、計算機與通信及生物技術領域從事前沿技術研究的、年齡在35歲以下的100名青年創新者，莊小威名列其中。2003年，31歲時，莊小威獲得麥克阿瑟“天才獎”，她是第—位獲此榮譽的華人女科學家。

北京大學生命科學學院院長饒毅告訴《瞭望東方周刊》：“莊小威的科學成就有目共睹。如果說她是杰出的華人女科學家之一，不會有很大爭論?！?/p>

莊小威的主要研究內容是用現代成像研究生物學問題。她最知名的研究成果是曾拍攝到單一枚感冒病毒如何影響一枚細胞，這是首次有科學家記錄到這—過程。

為了實現這一目標，她將帶熒光的分子標記物附在病毒上。當用激光照射時，標記物發射出特殊的彩色光。借助超分辨率顯微鏡技術，就可以實現跟蹤拍攝。

莊小威能夠取得這樣的突破，得益于她跨學科的背景。

這位如今在生物學領域頗有建樹的學者，直到博士生學業結束時，一直聚焦物理領域。1987年，莊小威畢業于蘇州中學的科大少年班預備班；1991年，她獲得中國科學技術大學物理學學士；隨后，她赴美國加州大學伯克利分校深造，師從著名物理學家沈元壤，1997年獲物理學博士學位。

在科學網上，有網友認為，莊小威之所以從物理轉而研究生物，是因為“生物科學相對于數理化而言，還是一門非常初級的科學，容易出成果”。

莊小威對此的解釋是，這就是個偶然。博士后研究期間，她進入諾貝爾物理學獎獲得者朱棣文的實驗室。莊小威說想做點新東西，朱棣文問她要不做生物，“我就跟他說why not”。

科大少年班采取自由選課制度，莊小威的興趣都在數學、物理上，導致她沒有任何生物學基礎。研究開始時，她連DNA和RNA有什么區別都不知道。但她認為，“ignorance is bliss(無知者無畏)”。

無畏是莊小威性格的一部分。在美求學期間，一次，沈元壤受邀在某大會上做報告。因為臨時有事，沈元壤讓莊小威代勞。這位還在念書的女學生十分自信地走上講臺，后來效果不錯，會議還延長了十分鐘。

恰逢生物革命

從物理到生物，這個偶然的變更帶莊小威進入了一個完全不同的學術世界：“做生物研究有個做物理沒有的體驗。做物理研究，經常是自己提出問題，自己給出解答，沒多少人關心。做生物研究，不需要挖空心思去想新題目，有很多自然而然的東西，因為生物跟我們息息相關。而且大家都關心健康，因此比較容易產生社會共鳴?！鼻f小威告訴《瞭望東方周刊》。

值得注意的是，近年來獲評美國科學院院士的美籍華人科學家中，生物領域的研究者在各學科中占據多數。如在2012年的獲選者中，6位在美華裔學者的研究領域均與生物領域相關。前幾年人選的學者亦有不少在國內為公眾所知，如北京生命科學研究所所長王曉東等人。

饒毅說：“留學美國的中國人，研究生命科學領域的，最終留在學術界的人數比其他學科更多?！?/p>

觀察美國科研的整體狀況，這一現象不難理解。以2011年美國科學院院士評選為例，在72位新晉院士中，從事生物醫學領域研究的院士有20多位，在總數上占絕對優勢。

饒毅對此的解釋是，“因為美國投資生命科學的研究經費有可能多于數理化天地等學科研究經費的總和，美國做生命科學學術的人就比較多。”莊小威從另一個角度解釋了生物研究火熱的原因：“作為一門新興學科，生物研究比較吸引人才?！?/p>

在20世紀下半葉，生命科學成為發展速度最快的領域之一，“21世紀是生命科學的世紀”這一說法甚至進入了教科書。

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1轉化醫學的概念

轉化醫學是近l0年來國際生命科學界的一大熱點，于1996年由國際知名醫學雜志《Lancet)首次提出。目的是將基礎科研成果快速轉向臨床應用，在基礎研究與患者的診療之間，特別是與臨床試驗建立橋梁聯系，更有效地將基礎研究發現應用于臨床疾病的預防和診療，并以臨床疾病的問題指導基礎研究的走向…。對于臨床醫生而言，把握轉化醫學的本質，就是要注重從臨床中發現問題，為基礎研究提供研究方向和目標，并將實驗研究成果應用于臨床診治當中，解決臨床問題，切實為臨床服務。

2科研選題應源于臨床

科學問題的提出必須且只有來自于人體，才能真正體現科學研究的價值。麻醉學科研領域中，習慣的做法是在老鼠、兔子或狗身上展開基礎研究。但是必須意識到，基于實驗室在非人體水平發現的某種現象提出假說，這些假說通常并不能推及人體，約3／4的基礎研究甚至沒有進入臨床前實驗就被棄之一旁。惟有基于臨床發現所提出的假說和研究模式，才能最大程度地反映人體的真實狀況]。廣大臨床麻醉醫生需要認真思考如何將臨床現象凝練成具體的科學問題，通過系統的實驗室研究獲得其規律性，轉化為指導臨床麻醉工作的知識并能經得起大樣本的臨床評價?；谶@種思想的指導，近年來科研選題的方向，都是盡可能從臨床麻醉工作中來尋找。比如說，在臨床工作遇到了很多創傷失血性休克需行手術治療的患者。心、肺是這些患者缺血后損傷的首次打擊器官。臨床麻醉廣泛使用的物會對這些器官產生怎樣的影響呢?針對這些疑問選題，以靜脈異丙酚為干預，選擇其臨床相關濃度范圍，在動物身上開展藥物對靶器官缺氧一復氧影響的研究。結果發現：異丙酚后處理，能顯著減輕大鼠心肌細胞缺氧一復氧損傷；異丙酚預處理，能顯著減輕缺氧II型肺泡上皮細胞凋亡，提高細胞存活率。并推測這種保護作用的相關靶基因及胞內信號轉導途徑，相關研究結果先后于2010年和2011年發表在Euro—peanJournalofAnesthesiology和Injury雜志。在此基礎上，制定研究方案，觀察常規使用的靜脈物異丙酚，對創傷失血性休克擬行手術患者缺血器官的影響及可能機制。如果動物實驗的結果能夠在臨床麻醉患者身上得到印證，那么對于科研工作無疑是一個重要的肯定和鼓勵。畢竟，開展的所有醫學科學研究最終服務的個體是人，只有成功實現基礎實驗和臨床試驗的對接，完成研究成果的轉化，才能真正體現科研工作的價值。

3科研成果應用于臨床

近年來，進行了大量的動物實驗，研究高位脊髓損傷后神經中樞、心臟、肺、大血管、外周神經等部位的自主神經功能障礙，從中篩選出從外周到中樞的一條異常神經反射弧。研究課題《平戰時脊髓損傷后心血管功能可塑性的研究》獲得了2007年軍隊科技進步二等獎。以該研究成果指導臨床高位脊髓損傷患者的麻醉管理，術中無1例患者出現惡性自主高反射。內皮干細胞的研究是目前醫學界研究的熱點，已經證實內皮干細胞在細胞炎癥反應和自身免疫應答的調控方面發揮了重要作用?？剖业难芯可苍谠摲矫孢M行了一系列動物實驗，發現應用內皮干細胞移植，可明顯減輕大鼠內毒素所致急性肺損傷，研究論文今年已被國際麻醉學頂尖雜志《Anesthesiolo—g)r》接收。由于內皮干細胞移植已進入臨床實踐，下一步就是要聯合醫院、大學、科研機構、醫藥公司和生物器械公司等部門和機構，將該研究成果逐步推向臨床。但由于臨床研究的復雜性，涉及適應證、醫BasicMedicalEducation，Jan．2012，Vo1．14No．1學倫理、藥物或治療方法的安全性評價等，實驗室的結果轉化成為經過臨床驗證有效、能夠在l臨床推廣應用的成果將會是一個較長的探索過程。

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關鍵詞：DNA計算；計算模型；DNA計算發展前景

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)04-0920-02

Analysis DNA Computing and its Development

XIAO Zhen-nan1, JIANG Han-yang1,2,WANG Xiang-wen1

(1.Department of Computer Science and Technology, Hunan Technological and Economic Vocational College, Hengyang 421001, China;2. Department of Computer Science, Hengyang Normal University, Hengyang 421000, China)

Abstract: In recent years, based on the biochemical reaction mechanism of DNA computing model by many different scientific disciplines within the field of scholarly concern. DNA computing has become the forefront of international scientific research within the field of a new hot spot. This paper discusses the principle of DNA computing, DNA computing summarized the characteristics, DNA computing model, and pointed out the study of DNA computing problems, and finally to the development of DNA computing prospect.

Key words: DNA computing; computing model; prospects of DNA computing

DNA計算利用DNA特殊的雙螺旋結構和堿基互補配對的原則對問題進行編碼，把要運算的對象映射成DNA分子鏈，在生物酶的作用下，生成問題的可能解即初始數據。然后按照一定的規則將原始問題的數據運算并行地映射成DNA分子鏈的可控的生化過程。最后利用現代生物技術等手段獲得運算結果。

1994年,Aldeman博士介紹了用DNA來解決復雜的數學問題想法。Aldeman是美國南加州大學的一名計算機科學家，在閱讀James Watson寫的《分子生物學的基因》得出了結論：DNA是有潛力的計算。Aldeman博士在實驗室采用現代分子生物技術，在試管中利用DNA分子解決了具有7個頂點的有向Hamihon回路問題(Hamilton pathproblem。HPP)，該研究開創了用DNA分子解決經典困難計算問題的先河。它的新穎性不在于算法。也不在于速度，而在于采用了迄今為止還沒有作為計算機硬件的生物工業技術來實現，并且開發了DNA潛在的并行性。隨著傳統電子計算機的制造工藝瀕I臨極限，DNA計算成為了傳統硅介質計算機的最有利挑戰者。這一研究成果引起了世界范圍內各個科學研究領域科學家的廣泛關注，繼而開辟了一個嶄新的研究領域--DNA計算。

目前，國內北京大學、上海交通大學、西安交通大學系統工程研究所和華中科技大學分子生物計算機研究所等高校、科研單位和計算機專家在DNA計算科學研究領域取得了很好的研究成果。其中上海交通大學Bio―X生命科學研究中心和中科院上海生命科學院營養科學研究所于試管中完成了DNA計算機的雛形研制。在實驗上把自動機與表面DNA計算結合到了一起，這在中國還是首次。

1 DNA計算原理

DNA計算的原理來自分子生物學的研究成果。DNA鏈的巨大并行性和Watson―Crick的互補結構使這樣的計算對解決一些問題。特別是一些傳統電子計算機還無法解決的問題，有了良好并且廣闊的發展前景。DNA計算原理圖如圖1所示。

DNA的來源廣闊．生物乃至人的體內就擁有大量的DNA鏈。DNA是由聚合鏈組成．通常這樣的鏈稱為DNA鏈，DNA鏈由核苷酸構成，核苷酸由4個不同的堿基：A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)。而根據Watson―Crick互補雙鏈結構．這樣的堿基配對相互吸引：A與T連接。G與C連接。正如電子計算機由0和1的編碼來編寫和表示信息一樣，由字母表Σ={A、T、G、Cl組成的DNA單鏈可以看做是編寫和表示信息的方法．而基于DNA鏈的一些生物操作(PCR操作、親和層析、超聲波降解、磁珠分離、凝膠電泳等)可以認為對這個字母表的計算方式。這種計算，不僅是一種物理性質的符號變換，也是一種化學性質的變換，這種計算方式是前所未有的，是劃時代的。

2 DNA計算模型

DNA計算模型的研究已經引起了數學、計算機科學、生命科學等領域研究者的廣泛關注。DNA計算研究的最終目的是構造出具有巨大并行性的DNA計算機。在目前所獲得的DNA計算模型中，最能引起學者們興趣與關注的模型有如下幾種：粘貼模型、剪接系統模型、表面與芯片DNA計算模型、布爾電路模擬等。國內開始DNA計算的研究始于1996年。到目前為止，我國關于DNA計算的研究已經取得許多可喜的研究成果。如最小頂點覆蓋問題的Sticker模型，布爾電路模擬，DNA計算與遺傳算法，神經網絡算法的結合，DNA計算中的編碼等。

目前，DNA計算模型主要分為基于DNA分子結構特征的DNA計算模型和基于生物操作與實現的計算模型。

2.1 基于DNA分子結構特征的DNA計算模型

1) 基于DNA分子結構特征

粘貼模型是由Roweis等人于1996年提出來的。它是一種基于分子操作和隨機訪問內存的一種DNA計算模型，是一種通用計算機系統。粘貼模型采用單鏈和雙鏈的混合形式進行編碼，將一條長鏈劃分為若干段。其中有些是單鏈，有些是雙鏈，單雙鏈隨機分布。若用單鏈表示數據0，用雙鏈表示數據1，則一條這祥的一個長鏈可用來表示二進制數據。由于單鏈和雙鏈根據不同的生物操作可發生變化，因而DNA鏈相當于一個隨機數據存儲器。粘貼模型的優點是在運算過程中不需要DNA鏈的延伸，也不需要酶的作用，并且DNA鏈可重復使用。

2) 基于DNA分子結構特征的其它計算模型

除了粘貼模型外，目前研究比較熱的還有剪切系統模型、插入―刪除系統模型、發夾DNA計算模型、質粒DNA計算模型等。

2.2 基于生物操作與實現的DNA計算模型

基于生物操作與實現的DNA計算模型主要包括試管型、表面型兩種。

3 DNA計算的優點

1) 運算速度快

普通的計算機的運算速度為106次/秒，目前最快的超級計算機的計算速度為1012次/秒，而對于分子計算機，如果是兩個DNA的連接視為一次操作，又假定4*1014個邊DN斷有一半發生了連接反應，則分子計算機的運算速度為1014次/秒。

2) 低能耗

生化反應所需要的能量消耗很小, 完成同樣的運算DNA計算所消耗的能量是大型機的十億分之一。

3) 存儲容量高

DNA存儲信息的密度是1bit/nm3，而當前錄像帶的信息存儲密度僅為1bit/1212nm3。

4) 可以真正實現并行工作

傳統電子計算機主要是串行工作，而分子計算機可視為多CPU的并行工作，可以實現現有計算機無法真正實現的模糊推理和神經網絡運算功能。對于分子計算機，一個DNA分子相當于一個CPU，在1molDNA溶液中就含有1023個分子，則可以實現1023量級的并行計算。

5) DNA計算存在的問題

隨著生物技術的不斷發展，DNA計算將會被用來解決更多的實際問題，特別對一些復雜巨系統中的問題。它將會給數學、計算機科學、生物學、化學和工程等學科帶來飛速的發展。但DNA計算本身也存在一些問題網：

1) 沒有統一的操作

由于其本身的生物技術的多樣性，基于DNA計算的基本操作并沒有統一。通常在不同的解決方案里會提出同樣的操作名稱，但其對應的生物操作并不相同。對于研究者來講。在查閱相關資料時．不得不把更多的精力放在分子生物學操作上，這對于用DNA計算解決問題是不利的。特別是隨著問題規模的增大，所需要的DNA分子數目和各種酶的數量會呈指數增長，而生物操作錯誤和統計誤差的概率會被放大。

2) 自動化程度不高

在DNA計算中人的參與還是比較多的，隨著DNA計算研究的發展，現在已經出現了一些半自動的DNA計算機，但還是無法離開人類的參與，從某些角度上來講，也大大制約了DNA計算的發展。

3) 缺乏良好的人機對話界面

DNA計算機要想真正地取代傳統電子計算機，就目前而言，在人機對話界面上還有待改進，無法便利地輸入問題和獲得解，在這些方面還是無法離開傳統計算機。

4 DNA計算的發展前景

目前，關于DNA計算和DNA計算機的研究發展速度十分驚人。無論在理論研究上，還是實驗方式的研究上都有很大的進展舊?；诠腆w表面的DNA計算可不在溶液中進行。這項成果大大降低了DNA計算的出錯率。粘貼計算模型的出現使得在運算過程中不需要DNA鏈的延伸，也不需要酶的作用。并且DNA鏈可重復使用，對DNA鏈的增長起到了控制作用。

DNA計算應用廣泛。利用DNA計算可以解決某些NP完全問題；實現數據加密、解密；進行智能控制；解決生物化學、組合化學、醫學等領域問題；實現Boolean電路和數據流邏輯運算等。

DNA計算是跨學科的研究熱點。涉及到DNA計算的學科有生物學、化學、數學和計算機科學等。

DNA計算研究方向廣泛，涉及到DNA計算的的主要研究方向有DNA nanotechnology、表面實驗、算法設計和計算模型等。

5 小結

綜上所述，DNA計算的發展前景是非常廣闊的，隨著生物技術的發展，特別是越來越多的研究者的參與，DNA計算的研究將會出現一個嶄新的局面。很多制約現在DNA計算的問題慢慢會得到解決。雖然在很多方面，DNA計算還存在問題，但在特定的領域和復雜問題上，它已顯現出巨大的潛力。這一新領域的發展和研究值得關注和重視。

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