生物医学电子显微学是电镜技术与生物医学相结合的边缘学科,是应用电镜观察研究细胞亚显微结构及其变化,揭示细胞结构与功能的科学技术,对建立现代医学完整形态学知识结构体系及分子生物学的研究至关重要。为生物医学专业研究生开设《生物医学电子显微学》课程,旨在使学员系统地学习超微结构知识,掌握超微结构的研究方法和实用意义,扩大科研思路,为课题设计和研究打下良好的基础。我室在多年教学实践中,经过积极探索,对教学内容、教学方法进行了系统的改革,几年的教学实践证明,这一改革取得了明显的效果。
1构建面向适应能力培养的教学内容
《生物医学电子显微学》的教学对象主要是硕士研究生,其目的是使学员掌握与研究相关的超微结构研究的实验技能,为超微结构研究奠定实验技术基础,拓展课题研究思路。为了使课程具有足够的宽广度和纵深度,并具有前沿性和前瞻性,提高超微结构的研究水平,突出电子显微学在基础医学及临床研究中的应用[1]。首先,将细胞超微结构纳入电镜技术的教学,系统地充实有关新的电镜技术和细胞超微结构的理论知识,把超微结构理论知识与电镜技术整合为生物医学电子显微学,作为一门学科进行建设。通过两部分内容的有机结合,让学员在学习电镜技术时了解细胞超微结构,在学习细胞超微结构的过程中掌握电镜技术。另外注重融合、吸纳本学科前沿的研究成果和实验实例,更新教学内容,将细胞生物学、分子生物学中的新进展、新技术融入教学,增设了培养细胞电子显微学研究技术、特殊组织细胞(如海马)的取材技术、电镜原位杂交技术、硝酸镧示踪技术、钙离子示踪技术等,使课程内容紧密结合基础研究和临床应用,为研究生更好的利用电镜技术为基础医学和临床研究打下基础。为了使研究生更好地进行超微结构研究,我们建立了开放型技术平台[2],为研究生课题研究提供选题设计、实验技术方法、镜下图像观察、结果分析与论文撰写等技术指导,既保证了研究生课题的顺利进行,也促进了本学科实验技术的发展,充实了教学内容。同时多层次与我校形态学专家建立良好的协作关系,聘请他们协助指导研究生超微结构研究工作。
2实施有利于实验技能培养的教学法
改革教学方法,突出对研究生创新能力、实践能力的培养,增进研究生的科学素质;改进训练方法,解决课程中的重点与难点教学,加强实际工作能力的训练;应用多种辅助教学手段,建立互动教学园地,提高了教学质量。
2.1理论教学
在细胞超微结构的教学中采用大量典型的各系统超微结构照片、模式图和事例充实理论教学内容,使学员了解细胞亚显微结构的异常改变与功能变化、发病机理及疾病的关系,从而认识到电子显微学在疾病病因、病情、分型及鉴别诊断中的重要性。在有关电镜的结构与原理的教学中应用多媒体、视频、动画和实物等多种辅助教学方式,将抽象的理论形象化。在讲解样品制备技术时,强调取材的重要性,通过介绍失败事例使学员认识到样品制备在超微结构研究中的重要性。
2.2实验教学
在实验教学中重点训练学员基本技能,培养动手能力,使其掌握正确规范的实验技能。通过实验教学加强学员对课程的重点、难点的理解和掌握:①突出重点,培养学员的动手能力;②突破难点,使学员掌握电镜操作技能;③强调镜下观察分析的重要性,提高学员的研究能力;④考试、考核并举,重在能力培养。
3新教学法的实施效果
通过教学体系的改革与调整,拓展了教育规模,提高了学员对生物医学电子显微学的认识及科研技能掌握和应用的能力,增加了选课率,增加了研究生在课题研究中的电镜使用率。两年来完成了593人次.2374例的样品测试任务。通过对教学内容、教学方法的改革,以及新技术、新方法在教学中的应用和充实,促进了教员查阅文献的主动性,追踪技术进展的积极性,使教员队伍综合素质整体跃升。通过建立开放型技术平台,促进了电镜实验技术的发展,两年来协助完成科研任务474项,在临床医生和研究生的配合下开展了电镜诊断研究,涉及到肿瘤疑难病例的诊断、肾穿刺活检的电镜诊断、神经.肌肉活检电镜诊断等,开展了对细胞组织起源的鉴定,细胞损伤的早期观察,纳米材料的测定等,既提高了自身的业务水平,又解决了临床疑难,推动了临床科研,提高了电镜的有效使用率,使教学改革成果显著。
[参考文献]
初中生物实验教学实验步骤新一轮课程改革的目的,不仅是让学生掌握知识,更重要的是要让学生通过学习过程的体验和探索,获得终身学习的能力。生物学作为一门自然科学,很多结论都是建立在实验基础上的,通过实验教学能够使学生更好的了解自然规律,发现问题并得出结论。作为我们一线教育工作者,在教学中只有做到与时俱进,采取多种教学手段,充分利用好生物实验室,强化生物实验课教学,才能有效提高初中生物课教学质量。
一、让学生明确实验目的,激发学生学习动机
教育心理学告诉我们,合理的教学目标是学生采取行动的结果,而动机则是激励学生去行动的动力。学生明确了实验目的,自觉地产生“我要动手去实验”的内部动机,实验课教学效果就会达到预期的效果。但是从目前中学实际中学生物实验课教学情况来看,有个别学校对生物实验室的重视及开放程度不够及受“你讲我记式”的传统教学模式的影响,目前大部分学生接触生物实验较少。还有一部分学生认为,生物课的学习只要把概念和结果都记在脑子里,就是把生物课学好了,动不动手做实验都无所谓,缺乏对生物实验课教学正确的认识。有的学生认为上实验课只是好玩,缺乏正确的科学态度;有的学生认为生物课中考不考,所以学习目的和动机都不是十分明确,这些都给生物实验课教学带来了一定的困难。因此,实验前除要求学生明确教材上的实验目标以外,还要让学生明确该实验在生产生活等实际应用中的作用。如我在教学《显微镜使用〉一课时,先给学生讲关于医生对贫血和癌症等疾病的诊断常识,告诉学生医生在诊断时除通过看、问、查等方式以外,还要通过仪器化验手段,用显微镜、电子显微镜等高端仪器对病人患病部位的细胞组织等进行科学的病理诊断,最后才能敢于得出结论。如果不采用科学手段和设备,容易会给病人误诊,严重时会危及病人生命,造成患者精神和物质上不可弥补的损失。同时还给学生介绍显微镜在其它工、农、医学方面的广泛应用,以此来激发学生学习动机,树立科学的态度,提高学生学习显微镜的兴趣。
二、让学生掌握实验步骤,规范实验操作流程
实验步骤是学生动手规范操作的要领,只有理解掌握才能达到规范操作,实验才能获得成功。因此,在实验前,我经常指导学生预习整节内容,将实验步骤由繁化简,抓住每一步的关键词语串通于实验步骤之中。如教学显微镜使用过程中的“三个一”:(1)安放距桌边一掌(5~7cm);(2)对光要目(目镜)物(物镜)通光(通光孔、光源),光强用平面镜,光弱用凹面镜;(3)观察时标本对孔正中距离物镜一厘米,视野中出现标本颜色或杂质时观察目标即将到位,微调粗旋镜升降,细旋校象清晰,找不到目标时缓缓移动玻片标本等。教师要每规范操作一步,就给学生讲解该步的注意事项,同时让学生模仿操作一步,同时及时指导巡视,纠正学生错误的操作方法等。如让学生使用显微镜用左眼观察物体时闭着右眼的习惯,还有在转动转换器时,纠正扳物镜的错误操作习惯等。通过教师一步一步地认真指导和科学要求,学生才能很快对好光,顺利观察到实验标本在视野中的图象。同时教育学生养成良好的实验习惯,即用完显微镜擦干净外表,还有转动转换器,把物镜偏两旁,放回镜箱原处。
三、让学生学会观察实验现象
学生在实验过程中的规范操作是进行实验的基础,而对实验现象的认真观察是达到实验的目的、探索实验结果的关键。但在实际实验教学中发现,大部分学生在实验中往往重视操作过程,忽视了必要的观察和分析。如在解剖鲫鱼的实验教学过程中,很多学生认为解剖完了,实验就做完了。针对这一问题,我在实验前就做好实验指导,要求学生搞好预习,在实验时首先要准备好硬纸板,并在相应的位置写上鲫鱼各器官、系统的名称。然后在做解剖鲫鱼实验时,先让学生观察鱼的各种鳍在游泳中所起的作用,最后让学生按步骤规范操作解剖,将观察后的器官,系统解剖后放在硬纸板写好的相应位置上,并在实验指导的空白处填上相应的结构及功能。这样通过学生在课堂上积极的动手、动眼、动脑、观察和分析,培养了学生认真严谨的科学态度,使生在掌握知识的同时,学会了观察分析比较的方法。
四、让学生进行独立操作,及时考查实验教学效果
及时的考查和评比,更能有效激励学生认真上好生物实验课。我在具体教学中常常将学生所学过的知识进行科学的统筹,并做好知识的衔接,有效考查学生对实验仪器设备的综合运用能力。如让学生用显微镜观察植物细胞、探究种子成分、鲫鱼的解剖等。在指导学生了解植物的基本结构后,及时对学生利用显微镜观察植物细胞的实验进行综合考查,通过这个实验既考查了学生显微镜的使用,又考查了临时装片的制作,也考查了对细胞结构的认识,为后面的生物实验打下基础。我参照初中毕业生物实验考查《显微镜使用和临时装片制作》的方式及评分标准实施考查。结果学生有三分之一能在5分钟内完成,评90分以上;多数在8分钟内完成,评80分以上;极个别的学生在教师指导下完成的,评60分。这样通过实验考查,促使学生经常做到认真复习和温故,最终达到能够独立动手操作显微镜的能力。同时还对实验操作能力稍差的学生做到及时发现,加强个别指导,最后达到人人过关,人人掌握显微镜的使用技术要领,有效提高了学生动手操作实验的能力。
总之,通过几年来的生物实验课教学实践,使我深深地体会到,生物实验课教学在提高生物学科的教学质量中的促进作用。通过实验课教学,培养了学生认真学习生物科学的基本方法,激发了学生生物课学习的兴趣,培养了学生认真的科学态度,拓宽了学生的知识视野,全面提高了新课程背景下中学生物教学的质量和水平。
参考文献:
早在公元前1世纪,人们就已经发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像。后来有了放大镜、眼镜等光学器具。
1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者在放大镜原理的基础上发明了显微镜。
光学显微镜分为单式和复式两种。单式显微镜的实质就是一台高倍放大镜,构造简单,呈正实像。
我们都知道,放大镜是根据光的折射原理制成的,中央较厚,边缘较薄的透镜。凸透镜对光线有会聚作用故又称聚光透镜。但是,它有一个致命的缺点,那就是它的焦距与透镜直径成正比,而焦距又与放大倍数成反比。也就是说,焦距越短,放大倍数越大,而透镜直径就越小。太小的的透镜在当时根本制造不出来。因此当时放大镜的放大倍数最多不过25倍。众所周知,体积较大的一些纤毛虫的长度也不过0.1毫米,放大25倍后也才2.5毫米大,它内部的细微结构就更看不清了。因此为了观察更多的细微物体,人们迫切需要一种更好的放大工具。
复式显微镜时代来了
1595年的一天,荷兰一位名叫詹森(H.Janssen)的少年,无意中把两片大小不同的凸透镜重叠在一起。当他把两个镜片移动至适当的距离时,发现很小的东西一下子被放大了好多倍。他把这个奇异的现象告诉了父亲,父子两人随即动起手来,做出了第一个复式显微镜。这台显微镜的镜筒大约长18英寸,直径约2英寸,两个镜头都是凸透镜,分别固定在镜筒的两端。物镜是一个只有一个凸面的单凸透镜,目镜是一个有两个凸面的双凸透镜。当这个显微镜的两个活动镜筒完全收拢时,它的放大倍数是3倍;当两个活动镜筒完全伸出时,它的放大倍数是10倍。
复式显微镜的出现是一项里程碑式的成就,我们今天所使用的光学生物显微镜就是由其发展而来的。
镜筒里的故事
英国物理学家胡克(RobertHooke,1635~1703)的研究工作使显微术变得流行。1665年,胡克自己设计制造了一架由上下两块透镜组成的复式显微镜,观察了栎树皮的薄片,第一次描述了植物细胞的构造,并为这些蜂巢状的小室起名为“cellar”。细胞的英文“cell”即为他所定名,一直沿用至今。其实,他所观察到的只是纤维质的细胞壁,并非完整的活细胞,但这一发现开创了显微镜以后的发展方向。同年,他发表了《微观画集》一书,展示了他在显微镜底下看见的昆虫器官的精细图案。此外,他还对显微观察进行了最早的论述,并详尽无遗地说明了有效使用显微镜的方法。
胡克制造的显微镜是早期性能最出色的复式显微镜之一,它用一个半球形单透镜作为物镜,一个平凸透镜作为目镜。镜筒长6英寸,但可用一个附加的拉筒来加长。镜筒用螺丝装在一个可活动的环上,后者装在一个立架上。待察物体固定在一个从底座伸出的针状物上,并用一只灯照明,灯上附装有一个球形聚光器。胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过不断改进,成为现代显微镜的基本组成部分。
最早把显微镜应用于生物医学领域的是意大利人马尔比基(MarcelloMalpighi,1628~1694),他早期从事的工作是用显微镜研究青蛙的肺。1660年,他发现青蛙的肺里布满了复杂的血管网,这种结构使血液在肺内很容易将空气带走,而且正是这种血管网连接了肺动脉和肺静脉。后来,他又在蛙体的其他部位也发现了十分纤细的血管。尽管肉眼无法看见这些血管,但是它就是今日我们十分熟悉的毛细血管,正是它们将身体内部各处的动脉与静脉相连通。
马尔比基还用显微镜研究了蚕,他发现这种小动物有一个十分复杂的呼吸系统,用来呼吸的小管遍布全身。后来,他发现植物茎秆内也有这样的小管,这使他发明了比较解剖学方法。在大量观察的基础上,马尔比基提出呼吸器官的大小与有机体的完善程度成反比,有机体越低级,呼吸器官比例就越大。
此外,马尔比基还用显微镜发展了法布里修斯和哈维所开创的胚胎学研究,对小鸡在鸡蛋中的发育过程做了仔细的观察。
荷兰的业余科学家列文虎克(AvonLeeuwenhoek,1632~1723)为显微镜的发展和生物学的进步做出了重要贡献,他自幼没有接受过正规的科学教育,但对新奇事物充满强烈的兴趣。一次,他从朋友那里听说荷兰最大的城市阿姆斯特丹的眼镜店可以磨制放大镜,用放大镜可以把肉眼看不清的东西看得很清楚。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心,但又因为价格太高而买不起。从此,他经常出入眼镜店,认真观察磨制镜片的工作,暗暗地学习着磨制镜片的技术。功夫不负苦心人,1665年列文虎克终于制成了一块直径只有0.3厘米的小透镜,把这块小透镜镶在架上,又在透镜下边装了一块铜板,上面钻了一个小孔,使光线从这里射进而反射出所观察的东西,就这样列文虎克的第一台显微镜研制成功了。几年后,他终于制出了能把物体放大300倍的显微镜。由于他没有多少光学知识,所以没能造出复式的显微镜,但是他的透镜放大倍率高,所以这种只用一个透镜的单显微镜也十分管用。在他的透镜下面出现了一个无比丰富复杂的世界,他使用这些显微镜观察到了许多动、植物的活细胞与原生动物。