时间：2023-07-13 16:36:01
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1临床案例运用的意义
生物化学理论性强,要记的知识点多且枯燥。很多学生开始学还比较有兴趣,等进入物质代谢章节后,越来越跟不上进度,到最后都听不懂,自暴自弃。其原因是:生化前几章是关于生物大分子的内容,相对比较形象,记起来可以联系图,有些内容中学也学过,但是物质代谢内容多且抽象,不易理解。此外,医学生对与自已专业有关的医学知识很感兴趣,而很多教师没有临床背景,上课多局限于纯生化理论知识,学生学了总感觉“用处不大”。因此,在教学中引入临床案例,不仅可以提高学生的学习兴趣,还将生物化学理论有机的结合临床,理论联系实际,学生学习也有的放矢,记忆也更加深刻。
2生物化学教学如何联系临床案例
2.1对教师的要求:
教师在课堂中不再是主角,而应该起到辅助学生自主学习的作用,帮助学生解决相关问题。教师提出案例后可为学生提炼讨论内容,在讨论中总结学生发言,指出问题。这就要求教师提高自身素质,不仅具有生化知识还要有一定的临床知识,并能把知识形成连贯的体系,融会贯通,归纳总结学生解决问题的多种方案的可行性。
2.2对学生的要求:
学生要端正学习态度,积极参与,充分发挥主观能动性。善于利用和收集各方面的学习资料,并学会共享和沟通,在遇到问题时不急于寻求其他人的帮助,学会自已想办法解决问题,在讨论的过程中学会从中总结要点,最后将知识内化。
2.3教学的实施:
课程开始前一两周时,教师将教材中某基础知识相关的案例提供给学生,布置讨论题目。将本班学生平分为多个小组,可自由组合,也可按学号分。分组后选好组长,由组长安排组员对案例进行分析和讨论,收集资料。组员积极收集资料,成员之间要经常沟通交流,可由组长安排时间地点讨论个人的收集成果,这样既促进相互的学习,且提高了解决问题的能力。经多次讨论后组长组织汇总,整理资料,制作成课件用于课堂汇报。课堂中,各组的组长进行总结发言,用课件的形式把各组的讨论结果一一展示。每组汇报完,其他同学可对该组进行提问,可由本组成员回答,如回答不了也可由其他同学回答。最后,教师把学生的所有方案进行总结性的分析,引导学生以正确的方法解决问题,评价学生的表现,指出不足之处。
2.4生物化学教学中涉及的具体临床案例举例
(1)例1某患者,男性,40岁,因昏迷紧急入院,家属提供给医生的资料是:患者5年前诊断为肝硬化,病发前,表现为行为异常、性格突变、易迷失方向,并伴有恶心、呕血等症状;经检查患者定向力减弱,黄染,腹部胀满、颈部可见蜘蛛痣,双手震颤、神经反射亢进,血液中氨的水平升高,其他检测正常。教师可根据患者症状和化验结果提问学生:可能是什么原因引起的以上症状？学生在学过氨的代谢后,根据已学知识,并查阅相关的资料,得出这是氨中毒。最后教师总结并引入本章相关内容,说明氨的来源、转运和去路,为什么血氨会升高,氨中毒的发病机理----脑中的α-酮酸与过多的氨结合而导致含量减少,α-酮酸是三羧酸循环的中间代谢产物,从而三羧酸循环受抑制,最终脑能量不足而出现昏迷。最后,再探讨如何在临床上治疗这类患者。
关键词： PBL教学法 医学生物化学 应用
基于问题的学习（Problem-Based Learning，PBL）教学法由美国神经病学教授Barrows于1969年在加拿大的麦克马斯特大学创立并引入医学教育领域［1］，是以问题为基础，以医学生为中心的教学方法，引导学生从某一医学专题或具体病例去独立自主地发现问题、分析问题并综合运用所学知识解决问题，从而实现知识和经验的构建［2］。医学生物化学是医学院校设置的一门重要的医学基础课程，通过对医学生化的学习，使医学生系统地掌握现代生物化学的基本理论及实验技能，从分子水平认识生命现象的本质，并为以后从事生命科学相关的临床医疗、教学及科研奠定基础。然而医学生物化学所涉及的内容繁多，理论抽象并且知识更新快，是学生学习难度较大的课程之一。因此，如何将抽象、枯燥的理论知识讲授好一直是生物化学教学中亟待解决的难题。为此，我们在教学实践中积极改变原来单一的“灌输式”教学法，对PBL教学法进行有益的探索和尝试，取得了较好的效果。
一、PBL教学法在医学生物化学教学中应用的必要性
1.适应医学生物化学学科发展的需要。
随着生命科学的加速发展，人们对生命、生理健康和疾病的认识大大提高，医学生化知识的内容越来越丰富，新理论、新技术层出不穷。如医学生化教材中的生命信息的传递与调控、分子生物学技术的原理及应用篇中的内容在不断的更新和扩充；没有写进教科书的前沿性的生化知识在不断地被发现、被创造，这使得师生的负担越来越重。当今分子生物学技术的发展使得生命科学领域各学科之间的界限变模糊，以学科为界限的教学存在大量的重复，这使得本来就与其他基础医学课及临床各学科有着密切关系的医学生物化学不再适合使用单纯的传统教学法，只有重视、应用PBL教学法，才能适应时代对医学生化教育提出的挑战。
2.与传统教学法相比，PBL教学法具有优越性。
与传统的教学法比较，PBL教学法在内涵、学习目的、教学形式、评估体系等方面均具有很大的不同，也表现出传统教学法不可比拟的优越性，主要体现在以下两点。
（1）促进学生综合素质的提高。
PBL教学法需要学生主动地去查阅文献资料，积极地与同学合作交流，不断地发现问题、分析问题并通过讨论而解决问题，从而培养学生的自主学习能力，善于捕捉、整合、判断各种信息价值的能力，发现知识、创造知识的能力，团队合作能力，等等，使学生成为具有个体发展优势的全方位发展的高素质人才。
（2）拓宽教师的知识面，提高教育能力。
PBL教学法是跨学科的教学方法，需要将各基础学科和临床知识点贯穿于一个真实的病例或某一医学专题，使各学科知识相互渗透，培养医学生的发散思维和横向思维。因此，它要求教师不但要系统、全面、深入地掌握本专业的知识和技术，而且要掌握相关学科的知识，拓宽知识面。此外，教师在不断地与学生交流沟通的过程中能提高教学能力，真正实现教学相长。
二、医学生物化学教学中PBL教学法的应用
1.以问题为主轴组织课堂教学。
在PBL教学过程中，学生的一切学习内容是以问题为起点的，因此，教师在备课时要根据教学大纲要求，在查阅相关教材、文献和临床资料的基础上精心设计一系列相关问题，有计划、分步骤地向学生提出。比如，第7章“脂类代谢”，要使学生在课前对本章内容有个大概的了解，老师可以在课前提出一些相对比较简单的框架性的问题，如脂类的组成与结构有何特征？脂类一般如何分类？脂类有何功能？食物中的脂肪如何被消化吸收？等等。在课堂中，教师应该从一些重点、难点或者是一些比较容易混淆的细节内容中提炼出问题并进行讨论，以引起学生的注意和重视。如在讲解本章的一个重点内容“甘油三酯的代谢”时，教师可以提出这些问题：贮存的脂肪是如何动员的？食物来源的或脂肪动员得到的甘油和脂肪酸是如何被机体利用的？脂肪酸在肝脏中分解代谢时产生过多的酮体会有何后果？这些问题往往能激发学生的学习热情，提高课堂学习效率。课后，可提出一些总结归纳性的问题，供学生课后查阅资料、分析思考。例如，在讲解“血浆脂蛋白代谢”后，可提出：脂肪肝是如何形成的？最近有何研究进展？脂蛋白代谢异常与动脉粥样硬化有何关系？等等，这些问题往往带有前言性和发展性，学生要想了解这些问题，就必须查阅大量相关文献资料，这样不仅能够巩固课堂所学知识，而且能够培养学生主动学习，主动获取知识和创造知识的能力。
2.围绕问题展开课堂讨论。
小组讨论是PBL开展的表现形式，而目前在我国，在没有相应条件的前提下，可以变异为课堂集体讨论。在医学生化教学内容中，有些章节为基本理论及基本技能，内容分散，缺乏系统性，不适合进行课堂讨论；而有些章节内容本身的联系性和逻辑性强，或与一些临床疾病和其它基础学科知识关系密切，易提出一些真实的、开放性的问题进行课堂讨论。比如，第10章“物质代谢的联系与调节”，它是对整个物质代谢篇的概括总结，并实现各知识点的横向联系，老师可以准备一些开放性的问题供学生课堂讨论。比如：如何在细胞水平看代谢？如何在整体水平看代谢？等等。在这个过程中，教师应该做好引导工作，使得学生的讨论始终围绕着问题，并做到不遗漏重要的知识点。
三、PBL教学法在我国的应用现状和前景
在我国PBL教学法还是一个新鲜事物，还处于一个刚刚起步的阶段，而且由于我国具有特殊的国情，完全照搬国外PBL教学法的模式是不可行的。因此，现阶段在我国实施PBL教学法注定要碰到很多的阻力和困难，主要表现在以下几点。
1.传统教育观念根深蒂固。
部分教师对教学改革怀有抵触情绪，从观念上否定PBL教学法；而已经习惯了传统教学的学生对PBL教学过程中强调的自主学习、团队共同学习感到不适应，甚至很难接受。
2.缺少相应的教学思路和教学经验。
经典PBL教学模式与传统教学模式在知识体系与结构，教学目标，以及对学生和自身的要求等方面存在着很大的差异。这样原来设定教学思路的依据都发生了巨大转变，教授也变得灵活多变，这需要重新设计一套完备而切实可行的教学思路。此外，怎样借鉴国外先进教学经验，树立有中国特色的PBL教学形象，构建PBL知识体系是目前需要积极探索和解决的重要问题。
3.师资不足。
经典PBL教学法一般以6―7名学生为一组，每组配有一位带教老师，这与我国传统大班课教学（一个班级30―50人，有的甚至多达百人配有一位教师）相比，教师需求量显著上升。此外，PBL还对教师的自身素质和教学技能提出了更高的要求。因此，各高校应加强对教师队伍的建设，对青年教师进行PBL教学培训，并且适度引进一些具有丰富教学经验的教师来国内执教，为PBL教学的开展作积极的准备。
4.教学条件不足。
实施PBL需要有不同于传统大班课教学的硬件设施和软件配套，如适合小组讨论和共同学习的小教室，能够灵活移动的室内课桌椅。为保证教学效果，必须扩大图书馆藏书量，添置必要的实验设备、教学仪器等。在教学软件方面，PBL需要有一个更为透明的教学环境，更为和谐的人际关系，以及能够支持和鼓励学生投入到各个管理机构工作实践中去的教学制度［3］。
PBL是一种“授之以渔”的教学方法，有利于培养学生的独立思维能力、人际沟通能力、团队协作能力和自主学习能力，符合培养创造性人才和构建学习型社会的要求，因此，开展PBL教学是国内大学教育的必然趋势。目前我们的教学实践也证明，在医学生物化学教学中，实行PBL为主的教学模式是可行的，在这种教学模式下学生学习生化的积极性和主动性得到充分调动，学习效率明显提高。因此，教师要抱以极大的热情，克服一切困难和阻力，积极做好课前的一切准备工作，激发学生的学习热情，让PBL教学发挥其积极作用，不断提高教学效益。
参考文献：
［1］Barrows HS.A taxonomy of problem2based learning methods［J］.Med Educ，1986，20，（6）：481-486.
关键词：医学生物化学；形成性评价；七年制临床医学教学
生物化学即生命的化学，是指在分子水平上研究生物体的化学本质及生命活动过程中化学变化规律的科学。由于大部分内容较抽象，和临床疾病联系较少。学生学起来觉得很难，不能将其真正融会贯通，从而使学生的学习只是为了应付考试而死记硬背，而不是真正的去学习知识，也就失去了学习生物化学的意义和目的。目前大学的教育模式基本沿袭的是“教师—教材—学生—考试”的教学模式，潜移默化地引导着学生的学习方向，影响着学生的学习态度，可现在这种模式也越来越受到人们的质疑。为了进一步提高医学人才培养质量，充分调动教师在教学中的主动性和创造性，和学生学习的主动性、积极性，培养学生的创新精神和创新思维。而教学评价方式的选择有着重要的导向作用。师生利用评价活动所提供的反馈信息来调整自己的教学或学习活动，因此高效的教学依赖于高质量的评价。
形成性评价也称称过程性评价，是指在教学过程中进行的过程性和发展性评估，采用多种评估手段和形式，跟踪教学过程，反馈教学信息，促进学生全面发展。特别有利于对学生自主学习的过程进行有效监控。鉴于形成性评价在教学过程中的作用，因此，我们将其引入了七年制临床医学生的生物化学的教学过程中，获得有关教学的反馈信息，为学生提供及时的信息反馈，增强学生的自主学习意识，促进其全面发展；同时有助于教师及时发现教学中的问题，提出改进措施，修正教学计划，提高教学质量。
1 生物化学理论课程考核项目构成
课程考核由平时考核与期末考核组成。平时考核由出勤情况、互动问答、随堂测验、课堂提问、阶段性测验、专题讨论、小论文和小组学习等组成。期末考核采用闭卷笔试的考核方式。平时考核成绩占课程总成绩的60%。根据专业班级情况不同，从以上常用考核项目中任选几项或自选其它考核方式，形成性评价的成绩不是由教师单方面决定，而是师生合作共同完成。期末进行的笔试属于终结性评价，成绩占课程总成绩的40%。
2 形成性评价常用考核项目的实施
2.1 课堂提问
课堂提问是一种实用的评价手段。在理论课教学过程中，坚持每次课将前一节课的内容进行课堂提问。保证每个同学本学期都有2-3次的课堂回答问题的机会。这样既能激发学生的学习兴趣和独立思考能力，同时，还有助于教师及时获取教学信息，有效调控教学过程，从而提高课堂教学质量。课堂提问要注意设计合适的问题，把握适当的时机。如讲解“物质代谢的调节和联系”时，向学生提出问题“为什么高糖饮食会引起肥胖？”引导他们深入思考，启发学生运用所学知识解决现实生活的问题。
2.2 阶段性小测验
测验的范围可以是一个章节或者一个教学模块，我们现在采用的是一个教学模块教学结束后，将需要掌握及熟悉的知识点，并突出重点和难点。以选择题（单选为主，加入少量的多项选择）和填空题的形式，以笔试的方式完成。并批改和记录结果，对测验成绩进行分析，下次课抽出一定时间把测试结果及时反馈给学生，并进行点评和指导。通过一定数量的测验及时了解学生对掌握所学知识的动态，对学生及时巩固课堂知识及教师了解教学效果具有积极的意义，及时查漏补缺。
2.3 专题讨论
教师根据本学期的教学重点布置一两个专题供学生研究讨论，从学生的研讨情况可以考察学生学习过程的学习态度、创新精神、分析和解决问题的综合学习能力。如给学生提出以下讨论题目：根据你所学的知识”谈谈你对转基因食品的看法”。这个论题以整个基因表达过程为解释主线，需要学生综合分析与总结。在这个过程中，教师要不断关注学生的研讨情况，鼓励学生发挥主动性、表现自我，同时组织学生进行自我讲解与评价。
2.4 撰写小论文
由于课堂的时间有限，我们在教学过程中有选择性的给学生出一些较为感兴趣的论文题目，或学生自拟题目，内容不限，范围可涉及生物化学所学理论知识的各个方面，可以让学生充分发挥自主学习的能动性。学生在撰写论文过程中，可以上网或去图书馆查阅文献、整理资料和归纳总结，同时可以结合自己已学的生物化学理论知识提出自己的观点，写出小论文。通过撰写小论文，学生不仅加深了对已学知识的认识和理解，而且也增长了学生独立获取知识的能力，提高了学生创新思维能力。论文完成后教师负责仔细阅读每篇论文并给出“等级+评语”的评价。
2.5 互动问答
在每次课结束前5～10分钟，让同学对本节课内容和已学内容不懂的知识点进行提问，并让其他同学给出答案，对于主动回答问题和提出问题的同学老师都予以评价，作为形成性成绩评定的依据之一。采用这种方式可以考察学生提出和解决问题的能力，学生的主动性、创造性也因此得以充分发挥。
2.6 出勤情况
学生的出勤问题是影响高校教育教学质量的一个重要因素，学生出勤率不高，会直接影响到课堂的教学效果，除了班主任、学生干部的考勤以外，任课老师随机的随堂考勤，也是形成性评价中的一个方面，在评价考核体系占有一定的比例，以调动学生学习的主动性和积极性。
2.7 期末考核
最后的生物化学理论期末成绩认定=平时理论评价成绩（60%）+期末理论闭卷考试成绩（40%），其中理论评价成绩由课堂提问成绩和专题讨论成绩，互动问答成绩，小论文成绩，阶段小测验成绩以及出勤情况构成。
2.8 学生反馈情况
最后，我们对学生做了一次问卷调查，同学们都认为有很多优点：①由一学期一次的期中期末考试改为多次的形成性评价改革很好，避免了一次考核定“终身”的弊端，减轻了学生期末复习的负担。有利于老师及时检查教学质量和学生们的学习掌握情况，促进同学们课后及时复习，发展学生的自主学习能力，对知识形成长期记忆，一定程度上避免了以往考前的临时“抱佛脚”。有助于及时反映老师的教学质量，便于老师调整教学策略。②形成性评价是对学生一段时间内学习状况的一个评价和总结，能够让学生认识自己在学习中的遗漏，帮助学生查遗补缺，改正学生的错误认识，同时可以敦促学生的平时学习，有一个更好的学习氛围。③小论文有利于学生开放思维。同时同学们也提出了一些小建议：①多种题型考核，多开放性题目，多方向综合考查；加强专业英文考查。②最好每一章节一次测评，更好的敦促学生的学习。③老师教学过程中突出重点，并在形成性评价中体现出来。④增加课堂提问、小组讨论及小演讲。⑤考试形式多样化，比如采用PPT展示、论文、小组讨论等。
在教学过程中我们也发现将形成性评价纳入最终成绩评定中，发现该班学生学习生物化学的主动性明显提高，对知识的理解和掌握程度也有所改善。虽然形成性评价体系的具体方法仍有待进一步探索，但现在的医学教育模式正在向能力培养方面转变，要求老师采用形成性评价对学生的学习状况进行评估。期望在今后的教学中，逐步完善教学评价方式，并将其应用于更多的班级，促进学生学习的自主性，提高教学效果。
参考文献：
关键词：TBL教学法;PBL教学法;医学
生物化学是一门理论抽象、概念繁多的学科。笔者在5年的本科教学过程中发现，大多数学生反映该门课程学习的难度大，对教师讲授的知识点难以理解和记忆，以至于在学习过程中缺乏学习兴趣，学习难以达到预期效果。更不要说将其与后续的基础课程和临床专业课的内容进行横向联系，由此导致基础理论课与临床专业知识脱节，所学知识不成体系。
进入新世纪，人们开始致力于教学方法、教学手段的改革，多种创新型教学方法随之产生并运用到了教学活动当中，获得了一定的成效。目前，国内外的医学院校中尤其受到关注的是以问题为基础的教学方法（problem-based learning，PBL）和以团队为基础的教学方法（team-based learning，TBL），其在以往的教学中已取得较好的效果。但对于生物化学这样一门基础学科，在教学实践中我们发现，单独开展PBL、TBL都有一定的局限性，尤其是对于我院这样一所新兴的本科医学院校，学生人数多、资源少、学生素质差异大。由此，我们提出一个设想，即将PBL与TBL结合起来，综合两者在教育教学中的优点，力争实现两者“弊端最小化”。
一、PBL教学方法总结
PBL教学法于1969年由美国的神经病学教授Barrows首创，是一种以学生为中心的教学方法，强调学生自主提出问题、分析问题和解决问题。为了提高教学质量，笔者在本科临床专业大二学生的生物化学教学中，首先选取了“维生素与微量元素”这一章节开展PBL教学法，结合实际病例进行教学，取得了一定教学效果，但也发现了弊端。
首先，教师围绕教学内容精心设计有关的问题，学生带着问题自行查找资料看书思考，极大地改善了以往教师“满堂灌”的教学模式，每个学生都需要参与到学习中，一起思考讨论，有效调动了学生学习的积极性。通过本次的PBL教学，笔者发现，学生基本都能积极主动地参与到课堂中来，或提问或讨论，甚至有的还需对一个问题进行辩论，课堂气氛活跃，大大改观了以往死水一潭的课堂。但由于是首次采用PBL教学，讨论的又是一些与临床病例有关的问题，而且针对的是还没有开始系统学习专业知识的大二学生，要求学生查找资料解决问题的难度大。通过课后调查反馈的信息来看，在开展PBL教学时，学生需要花费更多的时间和精力查找资料和自学总结。同时，学生必须面对其他学科的学习压力，难免顾此失彼，不能面面俱到，这也是开展PBL教学后学习效果未能达到预期的一个最主要的原因。
二、TBL与PBL相结合的教学设计
为了能改变这一现象，笔者在本科临床专业平行班中尝试PBL与TBL相结合的教学方法。TBL教学法是20世纪70年代末由美国Oklahoma大学Michaelsen等正式提出的一种以团队为基础的教学方法，它强调促进学习者团队协作精神，注重人的创造性、灵活性的培养。
在此教学活动中，学生可自由组合，每组5～6人，选出组长，负责设计学习方案，统筹协调组员任务。小组成员利用课余的时间查阅和整理资料，并制作讲解课件。课堂上由每组的代表发言，阐明本组观点，在此过程中其他学生可对此组成员提出问题，由该组成员共同回答。在学生讨论过程中，教师则起到引导作用，并根据学生讨论情况了解其学习情况，制订进一步的教学计划，这对于教师也是一个更高的要求。
这次的教学活动中，学生能够较之前更好地完成课程任务。一方面，通过各种渠道搜集整理了较为完善的学习资料，学习方法和学习能力得到了培养，学习效果也优于以往，成绩有了明显的提高;另一方面，通过相互合作，学生之间协作的能力和自我表达能力也得到了提高。
三、总结和体会
实行教学改革是时展的必然，在众多教学方法突现的医学院校中，PBL与TBL相结合的教学法不仅顺应时代的发展，还可调动学生的主动性和积极性，同时提高教师对相关学科之间的理解。通过自主学习，学生能更好地将基础知识与临床知识结合起来，将理论与实际联系起来，为今后临床专业知识的学习打下了良好的基础。
总之，随着学科分化更细且学科间交叉增多，TBL与PBL教学法相结合以后在教学中的优势更加明显，必将成为一种更高效的教学模式。
参考文献：
点击化学法主要由诺贝尔化学奖获得者Sharpless于2001年提出，其以组合化学为基础，经过一系列革命性变化的合成方法，为一种新型的快速合成大量化合物方法。由于其具备反应条件温和、产物收率高、高度选择性、产物速率快、产物易分离等优点，使得其在各种用途的生物医用领域中得到广泛应用，并为其提供较多便利，逐渐受到国内、国外科学家的关注。为更加深入地了解点击化学法在生物医学领域中的应用效果，现综述如下。
1 点击化学概述
点击化学被称作链接化学、动态组合化学，属于一个模块合成概念，为一种选用易得原料，经过可靠性、模块化、高选择性、高效率的化学转变，进而实现碳杂原子连接（C-S-C），通过应用低成本快速合成各类新化合物组合化学方法，突破传统有机合成，为目前化学领域发展较显著的一个趋势。
点击化学具备的优异特征可使应用“分子裁剪”手段模块组合成复杂化合物，主要包括树枝状分子、星形聚合物、梳形聚合物、糖类衍生物及蛋白质及生物杂化物等生物医学材料。
2 点击化学法及其在生物医学领域中的应用
2.1 应用至合成基因载体领域
研究指出，临床已将点击化学法应用到合成基因载体领域中，且在高转染效率与低细胞毒性的基因载体中已经获得一定进展。应用电极化学反应合成法，主要将聚天冬酰胺作为基础，成分主要以含有双硫键聚乙烯亚胺衍生物P为主，并以其为载体，作为非病毒基因载体的研究。研究时，使用已合成的叠氮管能化聚合含有双硫键作为载体，单炔终止予聚乙烯亚胺；点击化学反应合成后，主链为聚天冬酰胺，侧链为聚亚胺作，有研究显示，PXSS-PEIs可和质粒DNA与浓缩DNA互相结合，之后形成纳米粒子。还有体外试验研究表明，高分子刷被降解后，不仅具备低细胞毒性，而且具备转染活性，表明在基因载体领域中，这种还原可降解分子刷发挥着潜在作用。
2.2 应用至药物释放载体领域
药物载体不仅在药物释放体系中发挥着重要作用，而且还对药效产生决定性作用。点击化学法以其独特性被制备药物释放载体领域的科学家所重视。临床研究指出，通过合成一种叠氮修饰嵌段共聚物，阿霉素-葡萄糖酸酸前体药物与人类β-葡萄糖醛酸酶结合后可互相产生作用，加快恶性肿瘤细胞增长。
与预先经叠氮修饰的嵌段共聚物结合后，两者之间耦合率约为95%。结合后的药物嵌段共聚物会自发性形成胶束，具备单分散、形态小的特点。将其放置到37℃环境及存在β-葡萄糖醛酸镁的环境下，经过5d后，约会释放出40%的药物。置于无酶环境下，则胶束内药物释放率不足5%。通过进一步探讨，结果显示胶束载体不会给细胞产生毒性，在酶相应性癌症治疗领域内该一基因运输载体具有潜在性应用。
2.3 应用至荧光标记领域中
在医疗检测、药物探测及生物技术领域内，生化分析物荧光标记技术为一种主导分析法，主要具备主导作用。报道指出，进行点击化学反应主要对3-叠氮香豆素的聚乙二醇和炔基修饰的牛血清白蛋白应用端基。经过分析后，首先可将其合成一系列端基，主要为3-叠氮香豆素聚乙二醇，蛋白质模型主要应用炔基修饰的牛血清白蛋白，应用点击化学法发生反应之后，即可标记蛋白质原位荧光。将荧光基团接入，使用体积排阻色谱，可准确监测乙二醇和牛血清白蛋白反应程度。
还有研究指出，对细胞荧光进行检测时应用新型免疫荧光标记法，最终可合成两种化合物，其中一种化合物为6-叠氮-乙酸琥珀酰亚胺活性酯；另一种化合物为4-乙炔基-N-乙基-1，8-萘酰亚胺。经过点击化学荧光显色反应后，可形成一种新型免疫分析法，在细胞水平方面，表明同时使用该种方法、传统抗体标记技术及生物素-链霉亲和素免疫荧光检测系统，信号不会互相干扰且检测灵敏度相同，在未来免疫研究中，其具备广阔的发展潜力和广泛的应用前景。
2.4 应用至药物设计领域内
在生物科学领域内，点击化学在其中应用领域较广泛。有研究指出，通过应用原位点击化学反应，使用高效液相色谱-质谱联用技术，能够找到一种合成乙酰胆碱酯酶抑制剂方法。经过分析后，能够将叠氮和炔构建块乙酰胆碱酯酶孵育液，快速找到4个乙酰胆碱酯酶诱导叠氮和炔构建块形成环加成反应产物，经过进一步研究证实，以上4种产物具备较强的乙酰胆碱酯酶抑制活性。
3 展望
>> 互文性理论与汉英翻译教学 互动式教学模式在无机化学实验教学中的应用 无机化学双语教学中的难题 小学语文阅读和写作的依互关系探讨 多媒体技术在中医药院校无机化学教学中的应用研究 在药学专业无机化学教学中渗透生物无机化学的思考 应用生物无机化学研究探讨 双向知识流动：校企联盟互依平衡的基础 汉英双语平行语料库在高职英语教学中的应用研究 “自探互教模式”在生物课堂教学中的应用 生物无机化学课程教学中的一些探索与尝试 无机化学实验课教学的实践研究 无机化学教学中绿色化学教育的研究 实验引领教学模式在职教无机化学课程中的运用 无机化学实验教学中绿色环保模式的探索与实践 无机化学实验教学中设计性实验的开设模式探索 大一无机化学双语课程教学中的问题与教学方法探索 “多媒体教学”在无机化学教学中的应用探讨 无机化学教学中PBL教学法的应用 试论多媒体在高校无机化学教学中的应用 常见问题解答 当前所在位置：，2012.
[3] Hakuta，K.Bilingualism and Bilingual Education：A Research Perspective [M].California：Sage Publication.1990： 27-43.
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关键词: 石墨烯；生物传感器；靶向给药
中图分类号:TQ 127.1 文献标志码:A 文章编号:1672-8513(2011)05-0327-06
Functional Grarhene: A Novel Plateform for Biomedical Applications
YANG Wenrong1，2
（1. Australian Centre for Microscopy & Microanalysis, The University of Sydney, NSW 2006, Australia；2. School of Life and Environmental Sciences, Deakin University,Geelong, Victoria 3217, Australia）
Abstract: Atomically two dimensional thin sheets of carbon known as “graphene” have captured the imagination of much of the scientific world since it was discovered in 2004. The graphene and its related materials have come to the forefront of research in biomedical research due to their unique electronic structures and properties, bolstered by other intriguing properties. This paper summarizes some applications of graphene in the field of biosensors and the targeted drug delivery systems.
Key words: graphene；biosensor；targeted drug delivery
石墨烯为碳单质材料，其结构由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子以sp2杂化连接而成的单原子层组成，具有超大的比表面积，两面都可以通过共价、非共价作用与生物分子、高分子［1-2］及有机药物分子结合［3］，从而对外嫁接其它分子，并因此拥有超高的电荷负荷量.由于这些独特的性质，石墨烯在生物传感［4］及药物递送方面具有极高的研究开发价值［5］.本文重点介绍了近5年来石墨烯在这2个方面的应用情况.
1 石墨烯简介
1.1 石墨烯简史
作为碳材料，金刚石和石墨这2种三维结构为人们所熟知.1985年，美国和英国的3位科学家Kroto、Smalley和Curl率先发现 了C60［6］.C60是由60 个碳原子组成20 个六边形和12个五边形构成的足球状碳单质，又称为富勒烯，属于零维结构碳材料 （图1）.1991年，日本科学家Sumio Iijima使用石墨电弧放电法来制备富勒烯，当他用高分辨透射电子显微镜观察产物时意外地发现了一种管状的碳单质――碳纳米管［7］.碳纳米管的出现再一次将碳材料的维度扩展到一维空间.当零维、一维和三维的碳材料被成功发现及合成后，人们开始关注二维晶体碳材料.关于准二维晶体――1个原子层厚度的晶体的存在性，科学界一直存在争论.早在1934年Peierls等认为准二维晶体材料由于其本身的热力学不稳定性，在室温环境下，会迅速分解或拆解.但是人们对二维晶体材料的探索与研究一直没有放弃.2004年，英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim及Novoselov博士领导下的研究小组用一种极为简单的胶带纸剥离方法观测到了单层石墨晶体即石墨烯，并研究了其独特的电学性质［8］,引起了科学界新一轮的先进“碳”材料的研究热潮，他们也因此荣获2010诺贝尔物理学奖.
1.2 石墨烯的制备方法
目前，研究人员发现可以有多种方法制备石墨烯（图2），其主要方法有机械方法和化学方法2大类.机械方法包括微机械分离法、取向附生法和加热SiC方法等 ；化学方法包括化学还原法与化学解离法等.
微机械分离法是最普通分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来.2004年Novoselov等用的胶带纸剥离就属于这种制备方法.该法制备的单层石墨烯可以在外界环境下稳定存在.取向附生法又称晶膜生长法或化学气相沉积(CVD)，是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯［9］.该法首先让碳原子在1000℃高温下渗入钌，然后逐步冷却，冷却到850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层碳原子布满了整个基质表面，最终长成完整的一层石墨烯.除了钌外，也可以用其它金属作为基底生长石墨烯［10-11］.加热 SiC法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上分解出石墨烯片层［12］.具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下通过电子轰击加热除去氧化物.用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1400℃左右后恒温一段时间，从而形成极薄的石墨层.采用该方法可以获得大面积的单层石墨烯, 并且质量较高.然而由于 单晶SiC的价格昂贵,生长条件苛刻,并且生长出来的石墨烯难于转移,因此该方法制备的石墨烯主要用于以SiC 为衬底的石墨烯器件的研究.
化学还原法是将氧化石墨与水以一定比例混合， 用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量水合肼在100℃回流一段时间，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯.Ruoff 研究组利用化学分散法制得厚度为1 nm左右的石墨烯［13］.化学解离法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应，迅速放出气体，使得氧化石墨层被还原的同时解离开，得到石墨烯.这是一种非常有用的制备石墨烯的方法［14］.
1.3 石墨烯的表征
石墨烯的形貌可以通过光学显微镜、原子力显微镜、高清晰扫描电镜、透射电镜及拉曼光谱进行表征［15］ （图3）.在使用光学显微镜时， 石墨烯只有当沉积在具有特定厚度氧化层的单晶硅片上时，才能被光学显微镜捕获.研究发现，由于石墨烯和衬底对光线产生干涉，不同层数的石墨烯会显示出特有的颜色和对比度.原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）通过检测样品表面和一个微型力敏感元件 (探针)之间的作用力来研究物质的表面结构及性质，是观测石墨烯最有效工具之一，在观察石墨烯表面形貌、鉴定石墨烯层数和厚度的过程中发挥了重大作用.单层石墨烯原子层厚度约为0.34nm，考虑表面吸附杂质，实际厚度约为0.5~1nm.在原子力显微镜下可测量石墨烯的厚度，由此可推算出石墨烯的层数.透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）采用透过样品的电子束成像.扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）采用电子束在样品表面扫描激发二次电子成像.通过TEM 和SEM 可直接观测石墨烯的表面和层片结构.例如，从SEM 图像可知石墨烯的二维平面是否光滑平整，是否存在褶皱.通过TEM图像，可以直观判断出石墨烯的层数.另外，通过电子衍射图像可以准确判断石墨烯的六边形排列平面结构以及单层特性.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）在研究和表征石墨材料的历史上曾发挥了重要的作用.石墨晶体一旦被剥离为单碳层石墨烯，其电子结构发生明显的变化，通过拉曼光谱可以清楚观测到其在1580cm-1的G峰和2700cm-1附近D峰的差别.5层以下的石墨层可以用拉曼光谱进行判定,尤其是可以利用D峰区分单层石墨烯片和多层石墨烯片.在过去40 年内被广泛用于检测热解石墨、碳纤维、玻璃碳、沥青基石墨泡沫、纳米石墨带、富勒烯、碳纳米管和石墨烯.目前，拉曼光谱主要作为一种无损检测手段，对石墨层数和缺陷进行鉴别.
1.3 石墨烯的特性
石墨烯之所以能引起科学家们巨大的研究热情，首先是因为它具有超常的电学性质，如通常材料的电学性质，由具有有限的有效质量且遵从薛定锷（Schrodinger）方程的非相对论电子描述，而对单层石墨烯的实验研究发现其中的电子输运由狄拉克方程来确定.还有，通常导体在没有巡游电子的时候，就会失去其导电性.然而研究发现即使在单层石墨薄片中，没有巡游电子，依旧存在一个最低导电率.同时，石墨烯具有的场效应特性、超高比表面特性、高强度特性（被认为强度超过金刚石）、储氢特性、催化特性、生物传感特性以及
越来越多正在被揭示的特性和被预测的潜在应用吸引着全世界的科学家们［16］.在未来几年内，石墨烯将在特殊传感器、高性能复合材料、催化剂、高性能电池、显示器材料领域得到突破性的应用进展.石墨烯分解可以变成零维的富勒烯，卷曲可以形成一维的碳纳米管，叠加可以形成三维的石墨，这些功能都为石墨烯的深入应用提供了广阔领域.
2 石墨烯在生物传感器上的应用
由于石墨烯每个原子都在表面上，对外界分子的光响应与电响应极其灵敏，同时，嵌入生物传感器界面的石墨烯可增大电极的有效表面积，为石墨烯生物传感器的研发提供了非常有利的基础.
2.1 单分子检测器
纳米尺寸的功能颗粒能够在单位面积上固定大量的生物分子，形成高效的生物传感器或生物质催化剂.这些材料具有最佳的传感器性能，而且成本低廉.与目前电子器件中使用的硅及金属材料不同，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环时同样保持很好的稳定性和电学性能，使其应用于探索单电子器件成为可能.Schedin等人首先将石墨烯制作成为单分子检测器来检测NO2［17］.
2.2 基于荧光淬灭作用的生物传感器
氧化石墨烯具诱导淬灭荧光的性质，这种性质是由于其不均一的化学结构及电子性质.发挥荧光淬灭作用的是氧化石墨烯中sp2杂化的晶域，因此还原后的氧化石墨烯的淬灭效果可以大幅度提高.研究表明，这种荧光淬灭效应源于氧化石墨烯与荧光物质间的荧光共振能量转移，与氧化石墨烯结合后的荧光物质将丧失荧光效应，利用此性质可以研发出一系列分子生物传感器.陈国南研究组通过标记荧光染料的单链DNA 吸附于氧化石墨烯上制备出一种复合物用于目标单链DNA 的检测［18］（图5）.氧化石墨烯对荧光标记的ss-DNA 具有荧光淬灭作用.目标ss-DNA通过碱基互补配对原则与荧光标记的单链DNA特异结合形成双螺旋，改变分子在氧化石墨烯片上的构象，从而使得荧光恢复，实现了对单链DNA的高灵敏的选择性检测.该方法利用碱基互补配对原则检测目标ssDNA，具有高度的选择性，拥有潜在的实用价值.
Cyclin A2是细胞周期蛋白(Cyclin)家族的一员，它对于细胞复制及翻译的启动和细胞周期调节起着关键的作用，另外，Cyclin A2在很多类型的癌症中都能表达，它已成为早期癌症的预警指标和抗癌靶点.因此，发展一种可以简便、灵敏及高选择性检测Cyclin A2的方法对于早期癌症的诊断预测及治疗具有重要意义.但是，由于大多数的肽与蛋白结合而不能产生一个容易测量的输出信号，这严重阻碍了肽作为检测探针对蛋白的均相检测.现在，大多数均相检测蛋白的方法都是基于蛋白-抗体之间的相互作用，严重限制了这种方法的推广使用.曲晓刚课题组使用荧光标记的p21 (WAF-1)衍生的Cyclin A2结合序列，并借助于氧化石墨烯或者单壁碳纳米管超强的荧光淬灭能力，发展了一种简便的、高灵敏和选择性的信号增强的荧光方法来检测早期癌症的预警指标Cyclin A2［20］.他们通过实验发现，对于Cyclin A2的检测，氧化石墨烯（GO）比单壁碳纳米管（SWNTs）更具优越性.用GO得到的直接检测限为0.5 nm，比用SWNTs优异10倍；由于其是基于荧光增强实现检测的，所以可以用多孔板进行高通量的筛选.这种方法也可通过改变相应的肽探针扩展到其它的非酶蛋白的检测.通过使用不同染料标记的多个寡聚肽识别探针，可实现蛋白的多元检测.
2.3 其他功能性传感器
哈佛大学和美国麻省理工学院的研究人员研究发现石墨烯――仅1个原子厚度的非晶体碳复合薄膜有可能制成人工膜用于DNA测序［19-20］.研究人员在石墨烯上钻出纳米孔，通过检测孔隙的离子交换证实长DNA分子能像线穿过针眼一样地通过石墨烯纳米孔.石墨烯上的纳米孔是一个小到足以分辨2个近邻核苷碱基对的纳米孔，当DNA链通过纳米孔时，就可对核苷碱基对进行鉴定.目前利用纳米孔进行测序仍存在一些困难，包括控制DNA穿过纳米孔的速度，如果这些技术难题被攻克，纳米孔测序将成为非常廉价和快速的DNA测序方法，并有可能推动个体化的卫生保健于预防.
董绍俊课题组利用化学法，通过血红素与石墨烯之间π-π相互作用合成了血红素功能化的石墨烯纳米杂化材料(H-GNs)［21］.这种新的纳米材料在水溶液中具有很好的稳定性，并且具有血红素和石墨烯的优良特质.石墨烯表面上附着的血红素使得H-GNs具有过氧化氢酶的性质，能够催化过氧化氢氧化过氧化氢酶底物的反应；H-GNs在水溶液中的分散符合2D的Schulze-Hardy规则，当电解质的浓度超过临界聚沉浓度后，H-GNs溶液就会由于电荷屏蔽效应发生聚集；单链DNA（ss-DNA）和双链DNA（ds-DNA）与H-GNs之间的亲和力不同，可以在最佳盐浓度下利用H-GNs的不同聚集状态区分ss-DNA和ds-DNA.
3 药物的靶向递送
石墨烯为单原子层结构，具有超大的比表面积，其两面都可以于对外嫁接其它分子，例如它可以通过共价、非共价作用与高分子及药物结合，因此拥有超高的药物负荷量.它可通过较强的物理吸附作用与芳香环类药物非共价结合，递送一些难溶性药物［3］（图6），尤其是一些抗癌药，这对于大部分非水溶性药物的体内递送具有重要的意义.另外，氧化石墨烯为亲水性物质，具有较好的生物相容性.有关研究发现，在细胞水平氧化石墨烯是一种相当安全的材料，没有明显的细胞毒作用，因此氧化石墨烯作为药物靶向输送的载体最近受到科研人员的高度重视.
戴宏杰课题组首先研发了星状聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)功能化的纳米级氧化石墨烯（NGO-PEG）［5］，增强了氧化石墨烯在盐溶液和胞浆中的溶解性和稳定性.研究表明，只有当细胞在极高浓度的NGO-PEG溶液中时，其生存能力才会出现轻度下降.在此复合物的基础上，他们引入了B 细胞单克隆抗体(Rituxan)生成NGO-PEG-Rituxan，增强了靶向性，使其能特定作用于CD20+的癌细胞.NGO-PEG-Rituxan 溶液中通过π-π堆积作用将阿霉素负载到NGO上， 生成NGO-PEG-Rituxan/DOX复合物 .肿瘤细胞外的组织为酸性，NGO-PEG-Rituxan/DOX 在此酸性微环境中可缓慢释放出阿霉素，从而发挥抗癌作用.该方法利用了抗原抗体特异结合的原理，加强了阿霉素递送的靶向作用，提高了药物作用部位的选择性，具有非常重要的临床应用价值.
张智军研究组首先报道了将氧化石墨烯用于多种抗癌药的混合转运［22］，从而增加了其抗癌活性，降低了癌细胞耐药性的产生.他们将功能化氧化石墨烯通过π-π 堆积和疏水作用， 依次与喜树碱(Camptothecin, CPT, DNA 拓扑异构酶Ι 抑制剂)、阿霉素(DOX, DNA 拓扑异构酶ΙΙ 抑制剂) 相互结合， 生成复合物.在肿瘤组织细胞外酸性微环境中，DOX 和CPT 转变为亲水性，溶于组织液中.复合物可通过受体介导的细胞内吞作用，将抗癌药转运至细胞内，从而发挥毒性作用.抗癌药的联合运用降低了癌细胞耐药性的产生，增强了药物的抗癌活性，提高了临床疗效，与单个药物的靶向转运相比，具有明显的优势.最近同一课题组研究了氧化石墨烯用于siRNA与化学药物贯序输运及其协同抗癌作用［24］.他们将阳离子聚合物聚乙烯亚胺（PEI）与氧化石墨烯（GO）共价交联，制备出带正电的PEI-GO复合物，其可以通过静电作用将siRNA装载到PEI-GO上.研究表明，PEI-GO纳米载体输运对Bcl-2靶标的siRNA进入HeLa细胞后，产生的基因沉默效果明显高于PEI 25K，但细胞毒性却低于后者.在此基础上，他们进一步研究了该体系用于siRNA 和抗肿瘤药物阿霉素的贯序输运.结果发现，贯序输运对Bcl-2靶标的siRNA与阿霉素对肿瘤细胞的杀伤作用是对照组（scrambled-siRNA和阿霉素）的2.6倍，表现出明显的协同抗癌效应.
4 结语与展望
石墨烯及其衍生物由于其独特二维结构、优良的物理化学性能、制备方法多样化，成本低廉，适于规模化制备等特点，自2004年它被发现以来，在短短几年的时间内相关研究就取得了很大的进展.目前，石墨烯优缺点并存，如何大规模制备结构完整、尺寸和层数可控的高质量石墨烯依然是值得继续研究和探讨的课题.新的化学修饰方法、共价键合与非共价键合到石墨烯表面上的有机高分子及生物分子可控［24］石墨烯及其衍生物的作为独特的软物质的研究及开发还需要进一步深入研究.掺杂的石墨烯的制备和分子水平功能修饰，基于功能化的石墨烯在生物传感，新型核酸/药物输运体系以及在肿瘤等重大疾病诊断与治疗中更具有潜在的应用前景［25］.总之，石墨烯其功能材料在生物医学的探索方兴未艾，是非常有实用价值的先进碳材料.
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收稿日期:2011-05-06.
关键词 仿真动画；实验教学；病原生物与免疫学
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）03-0150-02
1 引言
病原生物与免疫学实验是病原生物与免疫学课程的重要组成部分，是培养学生动手能力、科研能力、实验素养的重要实践环节。高职院校实验教学方法的改革是整个实验教学改革的核心内容之一。因此，在病原生物与免疫学实验教学过程中融入仿真动画，利用仿真动画有利于教师有序地组织实验教学，也便于学生系统地学习相关的知识和掌握实验操作技能。只有充分发挥多媒体技术的优势进行病原生物与免疫学实验教学，才能实现实验教学的最优化和高效性。
本文主要介绍了在病原生物与免疫学实验教学过程中融入仿真动画的教学方法、教学手段，阐述了运用仿真动画进行实验的作用，分析了模拟仿真动画在病原生物与免疫学实验教学中的应用效果。
2 模拟仿真动画在高职实验教学中的作用
促进改革传统教学模式，适应信息时代潮流 深化教育教学改革，提高教学质量，是教育一个永恒的主题。医学高职高专学校在中国医疗环境迅猛发展的形势下，担负着为国家培养高级医学技能型创新人才的重任。同时，随着网络与信息技术的迅猛发展，传统的教学和教学模式难以适应信息社会的要求，必须通过改革传统的教学方法和教学手段，在病原生物与免疫学基础教学过程中改革教学思路，逐步培养和训练学生科学的思维方法、创新意识和创新能力，教学中更要突出“以学习者为中心”，将多媒体技术融入实验教学过程中，提高学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，使学生尽快了解和适应医学科学研究的积累性、探索性和创新性；培养学生获取信息、分析信息、处理信息和利用信息的能力，激发学生的学习积极性。
随着计算机技术的高速发展，以计算机为核心的信息技术在教育教学领域的全面运用，必将导致教学内容、教学手段、教学方法和教学模式的深刻变革[1]。本课题组教师以“培养高素质技能型专门人才”的目标为导向，采用以“培养学生职业能力”为主线的教学模式，实践教学以常用、实用、够用为原则，旨在提高学生的实际操作能力和分析、解决问题的能力，全面提高学生的综合能力。
利用仿真实训动画，发挥演示实验的作用，优化实验教学过程 利用Flash仿真等多媒体技术可以动态地展现事件的发展变化过程，特别是在演示实验等方面有着传统教学不可比拟的优势。多媒体技术可以提供人与计算机更好的交互，充分发挥人在学习过程中的主动性，提高课堂效率[2]。
病原生物与免疫学基础是一门医学基础课程，实验内容复杂繁多、操作性强，学生普遍反映实验内容抽象难懂，特别是免疫学部分――豚鼠过敏性休克实验。为了给学生提供良好的学习资源和学习环境，帮助学生解决实验过程中的难点和重点，紧紧围绕本课程的实训内容，使用Flash软件研制和开发仿真实训动画（如豚鼠速发型过敏反应实验）和部分视频内容，把实训内容的重点、难点融入仿真实训动画之中，设计一个个生动有趣的模拟情境和演示画面来组织教学，利用仿真动画活泼多样、形象生动、新奇直观、图文并茂、层次结构鲜明、交互性强，极富吸引力的优势，设置情境教学，激发学生的学习兴趣，把学生置身于一个和谐的教学情境中，通过情境教学及播放、虚拟演示实验，帮助学生突破实验教学中的重点和难点。
实践表明，这样可促进学生有效地获得操作技能，起到了很好的辅助教学的作用，优化实验教学过程，有效地提高实验教学效率和教学质量。本课题组成员2013年11月研制的《〈病原生物与免疫学基〉仿真实训课程》多媒体课件获得第17届全国教育教学信息化大奖赛高等教育组课件的三等奖。
利用仿真实训动画，有利于学生自主学习、差异发展 教学团队研制的实验动画都设有实验材料介绍、实验操作方法、实验分步操作方法，让学生观察，扩大了学生的视野，并引导学生细心观察操作要领和实验现象，领会操作的要求和注意事项；动画中设有暂停、播放、返回等几个功能按钮，并配有实验演示操作方法的解说，由浅及深、层层递进。学生只要根据需要点击动画中不同功能的按钮，就可以观看到实验动画内容，反复播放，从而可以进行反复练习，激发学生的求知欲，活跃学生的思维，引起学生的好奇心，使学生更好地理解和掌握实验操作方法，也便于学习基础和能力不同的学生进行自主学习，有利于学生的个性发展和差异发展。
演示实验具有“百闻不如一见”的功效，对培养学生观察、分析和探究问题的能力，以及对培养学生的操作技能和严谨科学的实验态度、实验素质有着极为重要的作用。现以“细菌的分布与消毒灭菌”实验内容为例，介绍不锈钢手提式压力蒸汽消毒器仿真动画的使用情况。首先点击不锈钢手提式压力蒸汽消毒器的结构部分，可了解消毒锅的内部结构和外部结构；点击使用操作方法，可演示消毒锅的操作流程和注意事项，每一步骤都配有操作方法解说，便于学生观察和模仿练习。在实验教学过程中运用仿真实验动画，学生对于这种具体形象、生动逼真的教学形式，往往感觉轻松、有趣和投入，提高了学习能力和实验动手能力，有利于全面提高学习质量和教学质量，使学生的综合素质能力得到不断提高，达到事半功倍的教学效果。
利用仿真实训动画，发展学生的创造思维能力，激活创新意识 在病原生物与免疫学实验教学中运用仿真动画，能够结合声音、图像等带给学生视觉、听觉上的感受，为教学创设图文声像并茂、动静结合、声情融合的虚拟环境，激发学生的大脑思维和创新意识，让学生“亲历”实验探究过程。学生只有在情感、思维、动作等方面自主地参与到实验教学活动中，学习主体性才能体现，才能促进实验教学的顺利进行，使学生加深理解和掌握实验操作技术。这种教学模式适合高职高专学生好奇、求趣、求新的年龄特点，有利于培养学生的观察力、丰富的想象力和探究能力。因此，充分利用信息技术能够为教学提供形象、生动的表现效果，化繁为简、化难为易，提高教学速度、节省讲解时间，腾出时间让学生多操作练习，显著提高教学的实效性。
3 结论及教学效果
随着计算机技术的发展，多媒体技术已广泛应用到课堂教学领域，特别是生动形象的动画效果，可以充分调动学生的学习兴趣，极大地帮助学生理解知识内容，是提高教学效率、取得良好效果的关键要素[3]。经过多年来的实践与应用，深深体会到仿真动画作为一种新的教学方式和教学手段在实验教学中的应用，克服了传统教学模式的局限性，使教学内容更加丰富多彩，改变了枯燥单一的教学模式，变抽象为具体和形象化，通过不同形式的直观化方式，提高实验内容的逼真程度和直观程度；通过情境教学及虚拟演示实验，实现助教、助学功能，为学生提供优质的学习资源，在教学中的应用效果十分明显，现代化多媒体教育技术的广泛应用成为发展的趋势。
用Flash软件可以将文字、图像、动画、声音、视频集于一体，设计出精彩有趣的多媒体课件来模拟演示实验，扩大了学生的视野，使学生通过全方位多感官的感知，获取更多的课堂信息量，增强了学生的实验意识，提高了学生的实验素质，激发了学生的学习积极性，充分体现了以学生为主体的现代教育教学要求，对提高教学质量起着促进作用。
将Flash仿真动画应用到病原生物与免疫学实验教学中，与传统教学方法相比具有明显优势。它开拓了一种全新的教学思路和教学理念，加快了教学改革的进程，提高了学生的学习兴趣和创造性思维，提高了教学实效性。此外，作为计算机辅助教学的一种应用，它仅仅是传统教学模式的补充和改进，只有正确应用，取长补短，才能充分发挥多媒体教学的优势，达到提高教学质量的目的[4]。
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关键词：生物柴油；离子液体；[Bmim]BF4；实验教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0233-02
一、引言
生物柴油（Biodiesel），即脂肪酸甲酯，是一种含氧清洁燃料，由菜籽油、回收烹饪油、动物油等可再生油脂制取加工而成。作为优质的柴油代用品，属环境友好型绿色燃料，具有深远的经济效益与社会效益。对保障石油安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、提高农民收入，产生相当重要的积极作用[1]。生物柴油的制备实验是中国石油大学化学工程学院为适应社会需求、培养紧密贴近科研前沿所设置的一项应用化学专业实验。
目前化学催化法是应用最广泛的方法，但均相强酸、强碱催化剂的后处理问题，易于造成污染环境。而非均相负载型固体碱催化剂存在催化活性较低的缺点[2]。
离子液体（ionic liquid）具有挥发性低，在较宽的温度范围内保持液相，且不燃等优点，具有明显的“绿色”环保性质。离子液体的生物柴油合成方法，是采用有烷基咪唑、季铵（磷）盐等含氮、含磷化合物与金属或非金属的卤化物形成在室温下呈液态的离子液体作为催化剂，用来合成生物柴油。该方法的特点就是离子液体既可以作催化剂又可作溶剂，加快反应，绿色环保的优点[3，4]。
对应着本科生实验项目所经常提及的研究型、开放型、综合型这三种教学类型，具体的如何支持学生参与科学研究，如何让学生在专业实验中尽快地运用科研思维来学习教学实验，应当是每一个实验教学工作者的重要的工作命题。
教学实验进行之前，首先安排进行大学生创新实验的几名学生进行催化剂的制备。采用两步法合成得到[Bmim]BF4离子液体并运用红外光谱仪进行官能团分析确定最终目标产物。然后将其作为教学实验用催化剂用于合成制备生物柴油，并对制备的生物柴油进行了气相色谱仪的定量和定性分析表征。
二、[Bmim]BF4离子液体的制备
本实验类型定位为研究型教学实验。为此将前沿科学问题作为教学内容提出，让学生进行课前文献查阅并写出相应的实验设计方案。课堂进行中，实验老师进行合理的引导，最终按照正交试验法这种最优化方法科学实验方法，以分组进行实验、最终多个实验小组实验数据汇总。按照建立跨班级、跨实验小组的实验结果的数据库，分析实验规律的方法进行实验教学。当学生知道自己正在讨论和实践的内容是学术前沿或者是热门研究项目的时候，并且是有分工、有合作的形式进行科研探索，自然而然就能够激发起学习热情和研究兴趣[5]。
三、离子液体做催化剂制备生物柴油
1.实验过程。称取30g大豆油，放入250mL的三口烧瓶中，架上回流冷凝管，置于电热式磁力搅拌器中。缓慢搅拌升温至所需温度，按预先设定的反应参数，计算催化剂用量及甲醇用量，分别滴加到烧瓶中。开始计时，同时恒温搅拌，反应结束后，将产物温度降至室温。在分液漏斗中静置20min，等分层后，下层为甘油相，上层为反应得到的生物柴油。
将分出的甘油相减压蒸馏，分离的离子液体催化剂用正己烷洗涤，并在70℃下真空干燥3h。离子液体回收后可再次回收重复使用。
2.正交试验的设计。实验过程归纳引导学生认识“正交试验设计法”等最优化实验方法的应用。正交试验法可以以较少的试验次数得到较优的较全面的实验规律。这是进行科研项目实验方案设计的常规要求，也是进行实验的必要素质要求。[6]
有了合理的实验方案才能得到理想的实验结果。实验过程可以将学生分成小组，分别进行自主选定不同反应条件如：选定不同的催化剂用量；采用不同的反应操作条件，如改变时间、温度、压力等。这样可以在确定实验要求目标的前提下，制定正交实验的因素与水平表，制定正交试验的方案。
正交试验法可以有效整合各个因素和水平，比较可信地反映出实验的真实状况。根据前期单因素实验的研究结果，确定影响生物柴油制备的4个主要因素：离子液体用量、反应温度、醇油摩尔比和反应的时间。采用4因素3水平，进行正交试验设计。探索生物柴油转化率的变化，探索优化条件，得到更高的酯交换转化率。
由表2可知，极差大小顺序为RC>RD>RB>RA，即影响生物柴油产率的因素的顺序为反应温度>反应时间>催化剂的量>醇油比。离子液体[Bmim]BF4制备生物柴油的优化条件为：醇油比8.3：1，离子液体用量0.3%，反应温度60℃，反应时间3.5h。所得生物柴油的产率为71.71%。
四、生物柴油的仪器表征
选取学生实验制备的典型生物柴油样品，按照要求处理并进行气相色谱测定。
1.实验过程。采用SP-3420A色谱仪，BF2000工作站，KB-Wax毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；氢火焰检测器（FID）。调节柱温210℃；汽化室温度280℃；检测器温度280℃；分流比10：1，进样体积1μL，载气为N2，辅助气为空气，柱头压为0.1MPa的参数条件进行色谱分析。用丙酮将生物柴油稀释10倍，静置后吸取溶液上层清液，注入色谱仪。
2.色谱仪分析结果（见图1）。对学生制备的生物柴油的成分和组成进行气相色谱图分析后。结果表明：参照各标准品谱图确定制得的生物柴油主要由4种脂肪酸甲酯组成：亚油酸甲酯、油酸甲酯、亚麻酸甲酯和棕榈酸甲酯。其不饱和脂肪酸甲酯的含量较高（大于93%），饱和脂肪酸甲酯的含量较低。从谱图上的保留时间推断这些百分含量低的组分大部分为碳链较长，分子量较大的脂肪酸甲酯，证明试验所得的产物主要为生物柴油。
五、结论
通过教学实践可知，将离子液体作为催化剂制备生物柴油作为课题研究导向的专业教学实验课，能够全方位开拓培养学生实践能力、吸引学生进行课题研究。符合转变教育思想、促进实践教学改革、提高人才培养质量的高校教育改革的目标，有其进一步进行教学研究和探索的价值。
参考文献：
[1]王一平.生物柴油制备方法研究进展[J].化工进展，2003，22（1）：8-12.
[2]赵光辉.生物柴油产业开发现状及应用前景[J].化工中间体，2013，（02）.
[3]李胜清，刘俊超，刘汉兰，等.B酸离子液体催化剂在生物柴油制备中的应用[J].湖北农业科学，2009，48（2）：438-441.
[4]李怀平，汪全义，兰先秋，等.离子液体[Hmim]HSO4催化菜籽油制备生物柴油[J].中国油脂，2008，33（4）：57-59.
