生物医学电子显微技术

生物医学电子显微技术（精选3篇）

生物医学电子显微技术 篇1

生物医学电子显微技术是将生物医学与电子显微技术学相结合的一门综合性学科。它是以电子显微技术为研究手段对生物医学进行研究和应用。基于问题式学习 (problem-based learning , PBL) 法是一种兴起于医学教育领域的教学模式, 目前在西方教育界非常兴盛, 被誉为当前国外教学改革的浪潮中“多年来专业教育领域最引人注目的革新”[1,2]。在我校教学改革浪潮的推动下, 我室将PBL教学模式引入到生物医学电子显微技术教学课程当中, 旨在改进传统的教学理念, 改革陈旧的教学方法;探索培养学生问题意识和创新精神的途径和方法, 以达到教与学的最优化效果。

1 研究目的

本课题的研究目的是突破传统的陈旧教学观念, 提高创新教育意识, 创建有利于发挥学生自主能动性、启发学生独立思考、培养学生团队合作精神的教学模式。从而提高本学科的教学质量, 为今后从事医疗工作及科学研究打下坚实的基础。

2 研究对象

2013 年选修《医学电子显微技术》课程的研究生和2014 年选修《医学电子显微技术》课程的研究生。

3 研究方法

2013 年选修学生为实验组, 2014 年选修学生为对照组。学生均来自不同专业随机分组。实验组引入PBL教学模式: (1) 课前数日由教研室全体教师精心选择临床病案, 设计相关问题, 然后打印出来发给学生, 使学生对每堂课的学习内容有一个初步了解, 明确每堂课的教学目标及要解决的问题。 (2) 自学讨论, 让学生有针对性的学习基础教材及相关参考资料, 通过个人自学、小组讨论, 深层次理解知识。 (3) 归纳总结, 每堂课讨论之后由教师进行归纳总结。目的是帮助学生抓住重点和及时作出课堂小结。教师根据自学情况进行评价, 对讨论结果加以概括。对照组则按照以往的传统教学方法授课:以多媒体课件为主, 挂图板书为辅, 适当上机观察切片, 课后书写实验报告。

4 研究结果

以上数据经统计学分析P<0.01, 问卷结果显示多数学生肯定了PBL教学法的优势 (表1) 。

以上数据经统计学分析, p<0.01, 分析结果显示采用不同教学模式对学生成绩有显著差异 (表2) 。

5 讨论

电子显微镜是生物、医学、化学、农林和材料科学等领域的某些学科进行研究的重要工具, 电子显微镜技术已成为上述各领域研究工作者应掌握的一项基本技能。近年来, 在生命科学领域内, 电子显微镜的应用已不再单纯局限于对组织、细胞超微结构的形态学观察与描述, 而是深入到细胞分子水平的结构与功能的研究[3]。因此在高等中医院校开设“生物医学电子显微技术”课程意义非常重大。

我校从2004 年面向研究生开设了此课程, 开设初期我们采用传统的讲授式教学模式, 不断总结教学中遇到的问题, 对教学内容、教学方法进行了一系列改革, 并已取得了一定的成果。但是由于透射电子显微镜属于大型高精密仪器, 不能让学生逐一操作, 因此很多概念对于学生来说是非常抽象难以理解的, 容易使学生对学习产生厌倦的心理, 影响教学效果。PBL教学模式能够很好的弥补传统教学的弊端, 极大地激发学生的学习兴趣, 因此从2013 年我室将PBL教学法引入到该课程的部分章节当中, 旨在调动学生学习的积极性、拓展学生的知识面, 为今后的科研工作打下良好的基础。

实践证明将PBL教学模式应用于生物医学电子显微镜教学中, 有助于激发学生的学习兴趣, 提高学生分析问题和解决问题的能力;有助于增强团队合作意识;有助于提高教学质量。

展望未来, PBL教学法作为一种全新的教学模式有其独特的优势, 目前已逐步成为现代医学教育改革的发展趋势[4]。随着教学改革的不断深化, PBL教学模式将得到进一步的发展。

摘要：目的:将PBL教学法引入到生物医学电子显微技术教学中来, 优化教学模式。方法:以PBL教学模式为实验组, 以传统讲授式为对照组进行比较, 观察PBL教学模式的效果。结果:实验组教学效果优于对照组教学效果。结论:PBL教学模式较传统教学模式优势明显, 激发了学生对本课程的兴趣, 提高了学生自主学习的能力。

关键词：PBL教学法,生物医学电子显微技术,研究

参考文献

[1]Nandi PL, Chan JN, Chan CP, et al.Undergraduate medical education:com-parison of problem-based learning and conventionalteaching[J].Hong kong Med J, 20006 (3) :301-306.

[2]吴刚.基于问题式学习模式 (PBL) 的述评[J].陕西教育:高教, 2012, (4) :3-7.

[3]付洪兰.实用电子显微镜技术[M].北京:高等教育出版社, 2004, 第一版.

[4]宋利, 史海勇.医学院校生物化学实验教学中PBL教学法的应用与评价[J].医学教育探索, 2009 (3) :260-262.

生物医学电子显微技术 篇2

一、《生物电子显微学技术》课程的教学内容与要求

1.《生物电子显微学技术》课程的理论教学内容。 《生物电子显微镜技术》理论课程20学时,教学内容包括:电子显微镜的发展与应用、透射电子显微镜原理与制样、扫描电子显微镜原理与制样、免疫电镜细胞化学技术、冷冻切片技术与冰冻蚀刻、酶电镜细胞化学技术、电镜放射自显影技术、生物大分子电镜超微细胞化学技术、电镜原位分子杂交技术。

2.《生物电子显微学技术》课程的实验教学要求。 在实验教学中要使学生掌握仪器的基本操作方法,生物样品超薄切片技术、半薄切片技术、负染技术、细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术、离子溅射技术、细胞冰冻蚀刻技术等样品制备方法,使学生能够学会运用电子显微镜技术对动植物组织细胞超微结构和功能的研究方法和技术手段。

二、生物电子显微镜技术在农学专业研究生教学中的应用

1.免疫电镜细胞化学技术在农学专业研究生教学中的应用。免疫电镜技术是免疫化学技术与电镜技术结合的产物,根据抗原抗体的高度特异性结合原理, 用高电子密度的标记物(如:金、铁蛋白等)在超微结构水平上检测某些抗原性物质的定位、定性、半定量的一种方法[2]。目前免疫电镜技术主要包括酶免疫电镜技术、免疫铁蛋白技术和免疫胶体金技术,此外还有抗体杂交技术、凝集素电镜标记技术和铁蛋白-抗铁蛋白电镜复合物技术。可用于农业作物抗旱、抗旱品种选育,品种间生长发育组织学特性表征抗原的定位分析;动物疾病微生物学鉴定、诊断和致病机制研究;动物组织胚胎发育,干细胞诱导发育研究,动物肿瘤的组织学诊断;林果品种发育结构特征等领域的科研研究。

2.冷冻切片技术与冰冻蚀刻在农学专业研究生教学中的应用。冷冻切片技术是利用液氮快速冷冻技术,在冷冻超薄切片机中进行冷冻切片。省去了传统的戊二醛/俄酸固定、乙醇脱水、丙酮置换等有机溶剂操作过程,避免了化学药剂的处理,样品结构、成分不发生变化,实现快速固定,快速制片、快速研究与诊断的能力,保持了细胞或组织的生物活性物质的原始状态。冷冻蚀刻技术是利用物理冷冻断裂方法对生物样品组织细胞进行断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术,用透视型电子显微镜观察细胞或细胞器的内、外表面微细的三维结构或膜内微细结构分析的方法[3]。可用于动植物新鲜组织细胞的超微结构、生物大分子和某些元素在组织内分布、免疫抗原电镜标记、 细胞酶活性标记、电镜放射自显影等细胞的化学和细胞成分的定量定性分析。

3.酶电镜细胞化学技术在农学专业研究生教学中的应用。电镜酶细胞化学技术是通过酶的特异性细胞化学反应来显示酶在细胞内的定位技术。一般先将酶原位固定在细胞内,再使它与特定的底物起反应,底物的分解物经过捕捉反应沉着于发生分解的原位上, 最后使沉着物变为在电镜下可以看到的物质。在整个处理过程中必须保存酶的活性不受破坏。目前能在电镜下定位的酶有三大类即水解酶、氧化还原酶和转移酶[4]。

电镜酶细胞化学技术可应用于农作物棉花、小麦、玉米、水稻等作物的生长发育、品种选育、营养成分检测等方面研究;动物生长代谢机制、不同畜禽品种间组织细胞形态学和生理生化机制差异;牛、羊等畜产品贮藏方法和无公害研究;动物超微解剖学、动物生理功能机制、动物发病机制、动物病原微生物形态、动物免疫学机制、动物药物作用机理、药物成分和结构等方面研究工作。

4.电镜放射自显影技术在农学专业研究生教学中的应用。放射自显影技术是利用放射性核素所产生的射线作用于感光乳胶的卤化银晶体而产生潜影,再经过显影定影处理,把感光的卤化银还原成黑色的银颗粒,即可根据这些银颗粒的部位和数量分析出标本中放射性示踪物的分布,以进行定位和定量分析[5]。可通过放射自显影技术定位功能,对组织样品的结构研究和目的成分检测进行分析,可应用于动物组织细胞的活性蛋白表达、活性物质的组织分布、检测物质的组织定位,以及肿瘤、免疫疾病、传染性疾病的特异性诊断;生物肥料物质的吸收及植株内的动态分布,抗旱、 抗旱功能蛋白的组织内定位,组织内的原位杂交等功能研究。

5.生物大分子电镜超微细胞化学技术在农学专业研究生教学中的应用。生物大分子是构成生命的基础物质,包括蛋白质、核酸、碳氢化合物等。由于其低相对分子量的有机化合物经过聚合而成的多分子体系。 生物大分子在各种生物活性和在生物新陈代谢中发挥重要作用[6]。通过电子显微镜技术可以观察生物大分子的理化特性及空间构像与功能研究;核酸分子的形状和长度、双链或单链的区分、根据长度计算核酸的分子量;进行异源双链分子分析、分子杂交、转录复合体、核酸蛋白质复合体等研究;基因组织结构、基因片段的缺失、断裂基因、插入或倒置、基因定位及碱基组成特征等方面的研究。应用范围涉及到生物化学、 细胞生物学、微生物、遗传发育、食品、药理、生理、医学、病理、植物、神经科学等的研究工作。

6.电镜原位分子杂交技术在农学专业研究生教学中的应用。原位杂交技术是利用核酸分子单链之间有互补的碱基序列,将有放射性或非放射性的外源核酸(即探针)与组织、细胞或染色体上待测DNA或RNA互补配对,结合成专一的核酸杂交分子,经一定的检测手段将待测核酸在组织、细胞或染色体上的位置显示出来[7,8]。自Gall和Pardue建立了原位杂交技术以来这一技术为基因的定位和表达、基因进化、发育生物学、 肿瘤学、微生物学、病毒学、医学遗传学和遗传分析等领域研究提供了极其宝贵的资料,发挥了其他技术难以取代的作用,近年来这一技术的应用领域逐渐向电镜水平发展以提高检测的分辨率。

三、展望

电子显微镜技术在生命科学的研究和应用地位日显重要,其稳定性、操作性的改善,更高分辨率依旧是电镜发展的最主要方向。高性能场发射枪电子显微镜日趋普及和应用、电子显微镜分析工作迈向计算机化和网络化、高性能CCD相机日渐普及应用、低温电镜技术和三维重构技术等电镜新兴检测技术的发展, 可以为生命科学的研究提供重要的研究工具,可以极大地提升生物形态学的发展进程。也可为农业生产、 科学养殖、动物疫病、林果产业、水土资源、水利水电、 化工工业的发展和科研提供技术条件,为新疆整体科研实力的提升和农业高校的学科建设与发展,提供科研平台[9,10]。

参考文献

[1]刘学春,郭延奎,崔德才.高等林业院校生物显微镜技术教学模式的研究与实践[J].中国农业教育,2001,(06):36-38.

[2]李文财,周常勇.免疫电显镜技术在植物病毒研究中的应用[J].南方农业,2011,(05):84-86.

[3]朱小东,曾彩虹,刘志红.冷冻超薄切片免疫电镜技术在肾活检病理中的应用[J].肾脏病与透析肾移植杂志,2013,22(03):293-298.

[4]付宇.盐碱胁迫下星星草根H+—ATP酶超微细胞化学定位研究[D].东北林业大学硕士研究生论文,2010.

[5]范永增,袁耿彪,朱晓娥.包裹放射性核素131I的高分子纳米药物的制备及其放射性自显影实验[J].重庆医学,2012,41(12):1203-1206.

[6]周建平.携带抗赤霉病基因的小麦-黑麦小片段易位的分子细胞学检测[D].四川农业大学硕士学位论文,2004.

[7]何玉英,李健,刘萍.原位杂交技术及其在水产养殖中的应用[J].海洋水产研究,2005,26(01):74-79.

[8]周燕,高华,高自旸.染色体原位杂交技术与植物显微镜技术实验探索[J].生物通报,2011,46(02):43-45.

[9]付志强,孟凯.材料电子显微镜分析技术现状与发展[J].检验检疫学刊,2009,(03):72-74.

生物医学电子显微技术 篇3

电子技术实验分为数字电子技术实验和模拟电子技术实验两大类, 本文针对本院数字电子技术实验教学中曾经存在的问题, 从实验内容的设置、实验教学方式方法的改进等方面进行了教学改革, 以达到巩固学生所学理论知识, 培养学生综合运用知识、发现问题及解决问题的能力, 且更大程度上提高学生电路设计、创新和实践动手能力, 从而提高教学质量的目的。

1 数字电子技术实验教学曾存在的问题

在过去的几年中, 本院生物医学工程专业的数字电子技术实验教学曾存在以下几个主要方面的问题。

(1) 实验内容设置简单。

数字电子技术实验总学时为24学时, 每2学时 (90min) 为一次课, 设置了12个实验项目。为了保证在2学时时间里顺利完成实验, 实验内容大多过于简单, 且大部分为基础验证性实验, 缺乏综合性设计性实验项目, 导致对学生的综合能力锻炼得不到显著效果。且在后面的实验过程中, 由于学生已掌握基本实验操作方法且实验内容过于简单, 实验完成时间非常短, 导致学生对实验的重视程度降低, 对教师的教学水平和态度表示质疑。

(2) 实验教学方式方法传统。

教师在实验教学过程中过于依赖实验指导书, 按部就班的讲解书上的实验内容, 缺少启发学生思考的行为。可采用什么方法、什么芯片来实现电路, 优缺点有哪些;当电路出现问题而得不到理想结果时, 问题出现在哪里, 如何测试电路, 如何找出问题并解决问题;这些问题式、思考式的教学方法在以往的教学中体现较少。在实验操作过程中, 教师往往把一个实验项目从头到尾演示一遍, 学生依葫芦画瓢, 对实验一知半解, 不主动思考为什么这样连接线路, 出现问题更是无从下手, 更谈不上对实验结果的分析与总结。这样的教学方式不仅使理论知识得不到巩固, 动手能力也得不到提高, 从而使得开展实验课的意义得不到体现, 与专业人才培养目标要求相处甚远。

(3) 实验室教学管理沉闷。

实验是个科学及严谨的行为, 一般情况下要求学生独立完成实验, 但是很多教师在实验室的管理上过于严格, 不允许学生之间进行相互沟通与交流, 实验氛围死气沉沉。这样虽然可以保证独立性, 但是在一定程度上也影响了实验效果。有些学生甚至也不敢和任课教师进行交流, 电路出现问题也无法解决, 课后抄袭别人的实验数据来完成实验报告。

(4) 考核方式不合理。

实验教学考核方式不够客观, 传统的实验考核以实验报告为主要依据。由于实验教学时, 老师不可能同时监督所有的实验学生, 所以抄袭的实验数据及实验报告的情况时有发生, 致使一些学生养成了对别人的依赖心理及学习懒惰的坏习惯[2]。

数字电子技术实验是一门逻辑性、实践性、应用性很强的课程, 要求学生具备应用系统分析、设计及制作的能力[3]。基于以上曾出现的主要问题, 在现阶段的数字电子技术实验教学中, 该研究者进行了以下方面的教学改革与实践。

2 实验内容改革

在实验教学内容上, 从专业培养目标出发, 全面修订了实验教学大纲, 优化实验知识结构, 形成梯次的教学内容体系, 即基础性实验、综合性实验和创新设计性实验。在实验总学时保持不变的前提下, 减少验证性实验项目, 增加了综合性、设计性实验项目, 并且注重实验项目课程内综合更新、课程间重组以及跨学科交叉融合, 尤其重视医学和生物医学工程专业知识综合运用能力和研究创新能力的培养。近两年, 面向本院生物医学工程专业本科生所开设的数字电子技术实验项目及学时分配如表1所示。

从表1可知:实验项目从12个减少到9个, 但是总学时保持未变;从实验内容设置来看, 实验难度成梯度;实验类型分为基础验证性、设计性和综合创新设计性三种。纯粹的验证性实验只有2个, 分别为实验一逻辑门测试和实验四触发器功能测试。实验一为第一次实验课, 先要教会学生使用实验箱和认识芯片实物, 向学生传授实验技巧, 所需时间较多, 因此设置的内容稍简单, 让学生的实验过程既顺利又充实而有成就感, 从而激起学生的实验兴趣。实验五分为两个部分:先验证计数器及寄存器逻辑功能, 随后重点完成常用计数器芯片74LS161和寄存器芯片74LS194的扩展应用设计, 如果只是单纯的芯片功能测试, 就缺乏应用训练, 不利于后面相关设计性实验的开展。实验二和实验三为组合逻辑电路设计, 分为小规模和中规模, 内容上不重复, 电路的实现从采用逻辑门升级到采用中规模集成芯片。实验六为经典的时序逻辑电路设计, 考虑到难度稍难及根据往届实验情况, 将其学时调为3学时, 通过该实验项目, 学生对时序逻辑电路的设计流程、动作特点及测试方式有了更深刻的理解。实验七为综合性实验, 主要进行综合实践训练, 培养学生综合运用知识的能力。时钟脉冲信号在数字电路的工作中起控制作用, 因此, 特设置了一个采用经典的模数综合器件555定时器来构建简易时钟脉冲信号源的实验项目。前八个实验基本涵盖了数字电路理论内容, 且按照理论课章节顺序来设置。在实验课程的最后, 为了综合考查学生知识运用、创新、动手操作及团队合作能力, 特设置了一个系统设计性实验项目, 如《交通灯控制电路设计》。该设计任务涉及到多个功能模块, 由于电路较复杂, 设定学时为6学时, 需要学生综合运用所学知识来实现, 作为实验课程考核部分之一。

综上, 整个实验教学分为四个阶段:基础训练实验阶段、基础设计实验阶段、综合应用训练阶段和系统设计实验阶段。使学生从基本的实验设备和器件的使用、实验数据的处理、知识的综合运用、电路设计调试到实践创新能力都得到了训练。

3 实验方式方法改革

在学生掌握了常用的实验仪器如数字电路实验箱、万用表、信号发生器等的使用方法, 熟识了常用的集成电路芯片的基础上, 结合各实验项目的要求及特点, 采用多种实验方式来完成实验。验证性实验可只用数字电路实验箱来实现, 多个芯片同时在实验箱上连接, 连线方便, 费时较短, 一次实验课中可以完成多个任务。较简单设计性实验采用分立元件连接来构建电路, 既可以锻炼学生动手能力, 又可以在规定时间内完成实验。综合设计性实验由于难度最高, 可让学生用软件仿真出电路原理图, 然后制作PCB板, 实现电路实物。

课程开始时教师讲授的时间不易超过15min, 主要帮助学生完成对实验的理解, 思路的建立。实验方案的设计、实验电路的搭建及问题的排解, 要有学生自主完成。在实验进行中, 教师和学生各自的定位要准确, 教师主指导, 注重培养学生的实验兴趣。在整堂实验课中, 要让学生体现主动性, 感受到“做中学”的乐趣。

由于实验内容大部分为设计性实验, 如果纯粹依赖实验指导书进行教学, 较难达到培养学生电路设计能力的目的。因此在现阶段, 采用项目驱动法[4]来开展实验教学, 具体做法为:开学初把数字电子技术实验的所有实验项目以电子文档的形式发送给学生, 每个设计性实验只提供设计任务、设计要求和可供参考使用的芯片种类, 设计方案和电路原理图由学生自主完成。这样既可以改善学生的懒惰思想, 又可以实现课前预习、培养学生查阅参考文献的和初步设计的能力。对于学时较长和难度较大的实验项目, 2~3名学生可组成小团队, 团队成员在参阅大量参考文献后进行小组讨论, 多次讨论后确定设计方案。在电路构建及测试过程中, 每个成员都必须积极参与, 教师也给予一些必要性的指导。经过两年的实践发现, 该实验教学方法有效增强了学生的自主学习能力、分析问题及解决问题能力、自我管理能力、团队合作能力和创新实践能力。每次实验完成之后, 学生不仅对相关知识有了更深刻的理解, 也获得了满足感, 极大提高了学生参与实验的兴趣。

4 实验室教学管理改革

对于任何一个实验项目, 都允许并鼓励学生之间相互交流, 教师作为引导者虽不过多干预学生的实验过程, 但是也积极关注他们的实验进度, 认真聆听他们的实验想法, 适时给出建议, 甚至和学生进行热烈讨论, 帮助他们构建更正确的实验方案。当学生搭建的电路不能正常工作时, 不过多责备, 反而是启发他们自己寻找问题的所在, 鼓励学生多思路分析问题。因此, 实验室的氛围既严谨又活跃, 绝大部分学生都非常专注的投入到实验中, 实验效果理想率可达到95%以上, 实验数据抄袭的现象非常少。

5 实验考核方式改革

很多学生不重视数字电子技术实验教学的原因之一就是其考核方式不太合理, 实验成绩要么只占数字电路课程成绩的百分之二十, 要么只由实验报告的成绩和平时考勤成绩组成, 导致有些学生认为只要期末考试卷面成绩高就行, 实验做不做问题不大, 有些学生虽然每次实验都出勤, 但是在实验室并不认真做实验, 实验报告抄袭他人。

基于这些现象, 近两年本院生物医学工程专业开展的数字电子技术实验考核方式做了如下改革。

(1) 电子技术实验单独为一门课程。该课程成绩中模拟电子技术实验成绩占50%, 数字电子技术实验成绩占50%。就数字电子技术实验成绩而言, 平时出勤率仅占10%, 实验过程中的表现占40%, 系统设计实验考核成绩占30%, 实验报告成绩占20%。因此, 学生的实验态度与实验能力最大程度上决定了其课程成绩。这就使得绝大部分学生能以正确、积极的态度来对待实验课程, 并尽量通过自主努力完成实验。

(2) 系统设计实验项目考核时, 分模块考核。比如在《交通灯控制电路设计》实验项目中, 总分100分, 完成时钟信号源电路模块, 得10分;完成定时器模块, 得25分;完成控制器模块, 得40分;完成译码驱动器模块, 得15分;设计方案阐述和回答教师提问部分完成, 得10分。这样不仅避免由于电路硬件原因导致电路系统最终实验效果不理想而得零分, 打击学生信心的情况出现, 又可以让学生在实验过程中能逐级测试电路, 保证最后的电路系统效果理想, 且对学生的团队合作能力和答辩能力进行了培养。

6 结语

通过采用设置梯次的实验教学内容、项目式开放式实验教学方法及综合式实验考核方式等手段对生物医学工程专业数字电子技术实验教学模式进行了改革, 改变了以往单一性的、被动的、以教师为主体的实验教学方式, 真正提高了分析问题和解决问题、综合运用知识、实践动手及创新思维等多方面的实验能力, 且取得了较好的实验教学效果。

摘要：该文针对生物医学工程专业数字电子技术实验教学中存在的问题, 从实验内容设置、实验方式、实验考核方式及实验课堂管理方式四个方面进行了教学改革及实践。具体做法为:通过精选实验内容而形成梯次的教学内容体系, 再利用项目驱动式实验教学方式和多元化的考核方法调动学生的自主性, 培养学生的创新实践思维, 锻炼学生的综合运用知识能力和动手能力。通过两年的教学实践, 该实验课程的教学质量和水平有了很大的提高, 得到学生的一致好评。

关键词：生物医学工程,数字电子技术实验,教学改革,项目驱动式

参考文献

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[2]陈俊梅, 李文洪, 周晋阳, 等.生物医学工程电子学实验教学改革[J].实验科学与技术, 2010 (2) :129-131.

[3]吴羽, 谢陈跃.数字电子技术实验教学研究与实践[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版, 2011 (3) :77-79.