“分子生物物理”课程建设中的探索

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“生物物理学”课程建设的构建与探索

摘
要
本文结合实际的教学经验．我校“ 物物理学” 把生
射生物学、宇宙生物学、生物控制论和生物物理工程技术的研究，推进了我国分子酶学、生物大分子空间结构的分析、膜生物学、神经生物学和细胞生物学的发展。以生物物理学的本质为基础，结合我校生物技术研究方向的特点，制定
“ 物物理学” 程建设方案【生课 ’ １据２世纪生物科学对于为根１
教学定位在将物理、学和数学的理念、论和方法应用于化理
生命科学，同时在对教学大纲、学内容、学模式、验技教教实
能的培养及教师本身素质的提高等方面不断探索和完善的基础上，建 “ 物物理 ” 程的教学方案，更好地实施和构生课为
修改教学大纲和教学内容，完善“ 生物物理学” 程。为课
了实现教学目标、成教学内容，学过程中需设立教学大完教纲。主要是规定学生需要掌握理解的生物物理学的基本内容和基本技能，是为了确保人才的培养。根据社会的发展这
ｃｒｉｕｕｕｒｌｍ，ｔａｈｎｃｎｅｔｎｔａｈｎｍｏｅｏｕｏｃｅｃｉｇｏｔｎａｄｅｃｉｇｄ，ｆｃｓｎ
ｅｐｒｍｅｔｌｓｉｓｔａｎｎｘｅｉｎａｋｌ．Ｂｓｅ，ｉｉｘｅｉｎａｋｌｒｉｉｇｅｐｒｌｍｅｔｌｓｉｓｅｉｓｔｓｌｄ

生物物理学和分子生物学

生物物理学和分子生物学是当今最为重要的生物学研究领域。

这两个学科的产生与发展，给我们带来了许多关于生命本质和生命现象本身的深刻认识。

本文将从哲学的角度来探究的意义，以及这两个学科在田野调查和实验室研究中的应用。

一、的意义1.1 生物物理学的意义生物物理学是介于生物学和物理学之间的交叉领域。

生物物理学以物理学的分析和测量手段为基础，探究生命的物理特性和其背后的物理规律。

生物物理学的目标是发现生命的物理基础，揭示生命产生与演化的物理机制，探讨生命在物理学上的本质。

因为生命本身是由分子和细胞等不同物理层次的组成部分构成的，所以生物物理学也涉及到分子科学和细胞生物学等其他学科。

生物物理学意义的探究需要提一下两个重要的生命物理特性：自组装和自组织。

自组装指的是分子和细胞结构通过相互间的化学作用相互组装形成生命结构体。

自组织是指生命体内的结构和功能会随着时间的推移而自我组织和更新。

自组装和自组织是生命现象的两个核心特征，也是生物物理学最基本的两个研究方向。

生物物理学的研究结果不仅有利于生物学进一步深入探究生命的本质，而且在诸多生物医学方面也有重要应用点。

1.2 分子生物学的意义分子生物学是生命科学的一个分支领域，它探究生命现象的分子机制与生命系统的结构、功能和调节机制。

分子生物学的主要研究对象是生物大分子、如DNA、RNA和蛋白质等，这些分子是生命现象的实质或基础，是生物结构和功能的核心。

通过对这些大分子的研究，人们可以理解生物发育、生长、代谢等方面的基本性质，也可以开发新的医疗手段和技术。

分子生物学重要的技术手段包括PCR(聚合酶链反应)、SDS-PAGE(聚丙烯酰胺凝胶电泳)、核磁共振、结构生物学和蛋白质质谱等。

这些技术手段的产生和发展，推动了分子生物学的快速发展。

分子生物学的意义在于从分子水平上透视和理解生化反应、代谢调节及信号转导等生物学过程的微观机制，还可以为细胞和遗传学、药物研发等提供理论和实践支持。

生物物理学的新进展——细胞力学和分子动力学

生物物理学的新进展——细胞力学和分子动力学生物物理学是一个研究生物系统与物理学之间的交互作用的学科。

在过去的几十年里，随着技术的进步，我们对生命体系的理解在不断深入。

在这个领域中，细胞力学和分子动力学成为了最受关注的两个分支。

在本次文章中，我们将讨论这两个新进展在生物物理学中的应用、发展和未来的发展方向。

细胞力学细胞力学是研究细胞形态、结构和机能与力学作用之间的关系的领域。

细胞力学的实践涵盖了细胞分裂、内骨架、细胞迁移、局部改变、细胞膜等方面的研究。

这里的力学作用包括摩擦、压力、张力、剪力、弯曲、扭转和形变等。

这些力学作用通过细胞膜、骨架蛋白和细胞质流动等因素来实现。

近年来，细胞力学的发展在医学、生命科学和纳米技术等领域起着重要作用。

例如，生物材料科学中的细胞力学研究工具被广泛应用于人工器官和组织工程的研究中。

此外，感知和传导细胞之间的力学信号在癌症、干细胞和肌肉病理学等领域中也起着重要的作用。

独特的力学特性与这些疾病有着密切的联系。

分子动力学分子动力学和细胞力学之间的关系非常紧密。

分子动力学是描述分子之间、分子与其周围介质之间的相互作用的物理理论。

随着电脑技术的发展，分子动力学计算已成为了一项重要的工具。

分子动力学模拟通过原子模拟和量子力学方法对分子结构和动力学过程进行研究。

它可以为研究生物分子和生物化学机制提供新的视角。

此外，分子动力学的发展对于生物药物研究、药物设计、代谢物研究和药物毒理学研究起着重要作用。

生物物理学的未来细胞力学和分子动力学在生物物理学和生物医学科学中起到的作用已经不言而喻。

这些新进展还将为生物成像、基因组学、蛋白质组学、代谢组学、生物定量学和药物研究提供新机遇。

在接下来的几年中，我们预期会有更高效、更具创造性的技术涌现出来。

例如，在细胞力学领域中，最新的技术将带来更具灵敏性和可扩展性的检测性能，同时在分子动力学中，我们还预期将建立更准确、更全面和更具精度的计算模型来加强我们对于分子动力学机理的理解。

《高分子物理》课程的教学体会与思考

课例研究新教师教学引言对高分子科学的学习，主要包括三部分内容：高分子化学、高分子物理和高分子材料的成型加工。

其中，高分子化学是最基础的专业课程，研究各种聚合反应的机理和方法；高分子材料成型加工学习的是怎样将高分子化合物变成可实用的各种各样的高分子材料；而高分子物理，介于两者之间，研究的聚合物的结构与性能之间的关系[1-2]，高分子物理是连接高分子化学与高分子材料加工成型的桥梁。

但是，高分子物理的教学内容比较繁杂、概念多、且比较抽象，高分子材料的结构和性能差异性大，难于把握其共性[3]，学生学习起来较为困难。

因此，如何做好高分子物理的教学工作，是相关教学工作者一直以来所思考的问题。

作者就近几年的教学经验进行总结，提出一些思考和改革的方法。

一、高分子物理教学体会（1）精心备课第一轮讲授该课程时，在上课前花费大量的精力进行备课，首先是熟悉书本上的基本内容，其次利用网络资源，学习其他老师的授课方式及讲解要点，然后按自己的思路制作出课程PPT 。

并且制作PPT 时，不是全篇的复制书本文字，而是只上展示总结性的要点文字、图表及公式，使学生看起来清晰明了。

（2）认真讲解课堂上，以PPT 内容为主线，进行各个知识点的分步讲解。

因为在上课前进行了充分准备，对所讲授内容非常熟悉，讲授过程中，总是努力把自己所知道的内容全部告诉学生，唯恐有所遗漏。

因此，每一个45分钟的课堂都显得非常“饱满”，不浪费一分一秒的时间，真真是实现了满堂灌。

（3）存在问题第一轮教学完成后，期末考试成绩反应出学生对于书本上的基础概念、定义等掌握很好。

但是，在后续的课程实验和其他专业课课堂上，发现学生只是掌握了基础的表面的理论知识，而对于知识点的深入理解和灵活应用则十分欠缺。

此时，才发现或许是教学方式出了问题，学生只是学到了最表层的内容，完成了课程任务而已。

于是，在之后的教学中，带着这些问题，对教学方法进行深入思考，并进行了相应探索二、高分子物理教学的思考与改进1、改变教学理念基于作者三年的教学经验，发现要讲好高分子物理，最基本的是应该改变教学理念。

研究型教学模式在《生物化学与分子生物学》课程中的探索与实践

研究型教学模式在《生物化学与分子生物学》课程中的探索与实践作者：袁成福，李志红，彭帆，肖方祥来源：《教育教学论坛》 2016年第18期袁成福，李志红，彭帆，肖方祥（三峡大学医学院生物化学教研室，湖北宜昌443002）摘要：生物化学与分子生物学是医学科学中的重要基础课程；传统讲授式教学模式已越来越显示其弊端。

本文作者将研究型教学模式在生物化学与分子生物学理论及实验教学等环节中进行探索和实践，旨在培养医学大学生的科技创新能力。

关键词：研究型教学；生物化学与分子生物学；大学生科技创新中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0146-02基金项目：三峡大学教学研究重点项目（J2015023）通讯作者：袁成福。

进入21世纪后，分子生物学的发展迅猛，新技术新手段层出不穷并已渗透到各个学科；分子生物学理论与技术已经成为人们认识生命本质和改造生物特性的有力武器。

然而，我们在指导大学生科技创新活动中发现：大多数学生（即使考试成绩很好的学生）很难能应用所学的分子生物学理论与技术设计出科学研究的实验方案；我们调查也发现：很多硕士研究生在利用分子生物学理论与技术设计科学研究实验方案时仍困难重重，这说明我们传统的“老师讲、学生听、再考试”按部就班的生物化学与分子生物学教学模式已经很难实现“培养高素质创新性人才”的目标。

那么，如何在教学中引导学生进行科技创新？随着近年来分子生物学的飞速发展，给生物化学与分子生物学教学带来一些问题，主要体现为：教学学时的不足与教学内容的扩增；学生理论知识的学习与科学研究实验环节的严重脱离，这是造成分子生物学知识在应用中“困难重重”的主要原因。

研究型教学也称主题研究，是在美国布鲁纳的“发现式学习模式”和瑞士皮杰的“认知发展学说”基础上构建的教学模式[1]，是在老师指导下有目的地相对独立地对教学内容相关的实际问题进行探索研究，从而提高学生运用知识解决实际问题的能力，从而培养出具有独立思考研究能力的创新型及应用型人才。

生物物理的研究现状和发展趋势

生物物理的研究现状和发展趋势生物物理是一门综合性的学科，将物理学、化学、数学等体系与生物学紧密结合，研究生命科学中涉及的基本物理问题，如生物大分子的结构、功能、动力学、能量传递等。

生物物理的发展历程随着科学技术的不断发展，生物物理的发展历程也在不断演化。

在20世纪初期，物理学家为了研究生命科学中的一些基本问题，开始使用物理学方法，并开创了生物物理学。

到了20世纪60年代，分子生物学的发展，创立了新的分子医学、分子细胞生物学和分子遗传学，对生物物理的研究做出了贡献。

80年代初，出现了生物分子小技术，将分子物理学的技术手段运用到生物研究中。

这种技术的出现，为新分子生物学和生物物理学的交叉应用提供了可实现的科学技术和通用理论基础。

生物物理的研究现状目前，生物物理学家和其他物理学家领导着一项复杂的计划，即为生命科学和医学领域提供物理学的思维、理论和技术。

在近年来，随着研究手段和物理技术的不断提升，生物物理学得到了相应进展，主要体现在以下几个方面：1. 大分子对序列、构象、结构、功能、组装和定向相互作用的研究。

生物物理学家发展了许多微小的、非常精致的技术，可以观察、测量和解释大分子的行为。

2. 单个分子的研究。

已有一些物理学方法被用来研究根据单个分子特有的动力学和能量状态来模拟等效的热力学量的方法。

3. 生物膜的结构和动态的研究。

生物物理学的研究对象已经从可溶性蛋白转移到生物膜上的酶、激素、锌指蛋白、离子通道、转运蛋白、免疫受体等。

以高光学分辨率的显微镜为基础，微观技术被用来研究细胞表面和生物膜中的物质运动，并解释生物膜的生理学意义。

生物物理的未来发展未来的生物物理学将注重研究生命体系的高层结构，对分子之间的相互作用和组装的理解，对分子之间的相互作用和组合的理解，以及对生物系统的更全面解释。

在研究中，应重视以下方面：1. 分子运动和细胞功能的动态计算。

尽管计算生物学和生物物理学同时出现，但在两个领域中，计算生物学所取得的进展远高于生物物理学领域。

生物化学与分子生物学实验若干方面的思考

生物化学与分子生物学实验若干方面的思考生物化学与分子生物学是生命科学的前沿学科，其理论和技术已经渗透到医学的各个领域。

近年来，分子生物学技术发展更是日新月异，新技术、新理论层出不穷，对新世纪的人才培养也提出了新的要求[1]。

生物化学与分子生物学实验是整个课程体系重要的组成部分，学生通过实验不仅能够加深对理论知识的理解，而且对学生的实践能力及创新能力的培养也有重要作用。

因此，对生物化学与分子生物学实验教学进行系统性的研究和改革，充分调动学生学习的主观能动性，启迪学生的科学思维，提高学生的综合素质和创新能力具有重要意义。

1 引导学生改变学习方法，提高学习能力生物化学与分子生物学是实践性非常强的科学，其理论课与实验课相辅相成，各有特点。

理论知识是科学实验结果的凝练，是实验课的理论基础；而实验[]课则可以通过具体实践得出结果，对理论加以验证，帮助学生复习巩固所学的理论知识[2]，但长期以来形成的实验课的上课模式却大大束缚了学生的自主学习能力。

在课堂上，老师占据主导地位，学生被动接受老师灌输的知识，然后根据老师的提示，按照实验指导一步一步进行操作，很少积极主动地去思考问题、解决问题[3]。

为了改善目前这种状况，我们在教学方式上作了一些改变。

我们引导学生改变以往的学习方法，鼓励学生在上课前做好预习，从对应的理论知识、相关的背景信息到实验的具体操作步骤等，引导学生进行独立思考，提出自己的问题，帮助学生更好地掌握相应的理论知识以及实验操作的重点，提高学生的学习积极性，提高学生的自主学习能力。

2 改革考核方式，提高学生的实验兴趣以往，实验课作为整个课程体系的一部分，主要根据学生的实验报告评定分数，但这往往会使有些学生产生只要交出一份漂亮的实验报告就能得高分的错误思想。

有的学生常常依据所学的理论推测实验结果，有时在做出错误的结果时，为了片面追求理想的实验结果，甚至改动原始实验数据或直接抄袭别人的实验结果[2-3] 。

探究分子运动实验的创新设计

探究分子运动实验的创新设计分子运动是物理学和化学的基本概念之一，而探究分子运动的实验则是教学中不可缺少的环节。

如何设计一种创新的实验来帮助学生更好地理解分子运动呢？下面为大家介绍一种新颖的分子运动实验设计。

材料准备：
1. 一只透明的玻璃瓶；
2. 一些普通的小球（如马球或网球）；
3. 水；
4. 蒸馏酒精；
5. 一把打火机；
6. 纸张。

实验步骤：
1. 将小球放入玻璃瓶中，加入适量的水；
2. 将瓶子口与打火机相接触，并向其中喷入适量的蒸馏酒精；
3. 在瓶口处点燃酒精蒸气，使其在玻璃瓶内爆炸；
4. 观察小球在爆炸中的运动状态。

实验分析：
在本实验中，小球会因为爆炸产生的冲击波和瓶内的气体运动而
产生随机运动。

这种随机运动正好符合分子运动的特征，让学生更好
地理解分子的无规律性运动。

同时，在实验中加入蒸馏酒精可以使爆炸更加明显，充分展示分
子的碰撞和排斥现象。

此外，实验中还可以用计时器来测量小球在瓶
子中移动的时间，让学生更加深入地理解分子运动的速度和距离变化。

总结：
通过这项创新的实验设计，学生可以更加直观和深入地理解分子
运动的本质，并且通过实际观察和测量提高了自己的科学探究能力。

值得值班老师和实验教师在自己的教学中使用，相信会收到不错的教
学效果。

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关键词：教学内容；教学方法；动手能力；创新精神
作者简介：李春华（１９７４一），女，山东郓城人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，教授；张小轶（１９７４一），女，甘肃天水人，北
京工业大学生命科学与生物工程学院，讲师。（北京１００１２４）
学生理论联系实际、创新思维及动手能力具有重要意义。
蛋白质和核酸是分子生物物理研究的主要对象，是不可忽略的基础知识部分。主要教学内容涵盖：蛋白质和核酸的基本组成、结构层次、分类，维系蛋白质和核酸结构稳定的作用力及其本质，模拟生物大分子的数学物理模型及力场等。这部分内容中的大部分，生物背景的学生在其本科阶段的 “ 生物化学”和 “ 分子生物学”中有所接触，但内容不够深入。学生对此领域的知识没有形成—定的体系。而非生物学科（如数学、物理、化学和计算机）来源的研究生则对这个领域基本没有了解。因此，课程将全面系统地介绍这部分基础知识，快速补齐部分学生的知识缺口。此外，将大胆创新，结合国内外最新科研成果和学院的研究课题，系统深入地讲解这部分内容。让学生通过对具体实例
１．蛋白质和核酸的基础知识
向，重点讲述分子对接在药物筛选中的应用。学院已获批的国家 “ ９７３ ”、“ ８６３ ” 等多个抗艾滋病药物研发项目，国际科技合作环境污染物监测项目，都为这部分内容提供了丰富的教学案例和素材，可调动学生学习的积极性，同时配合上机操作，对提高
学科交叉是当前极富活力的领域，分子生物学与物理学的交叉——分子生物物理学日益受到人们的关注。＿１分子生物物理
和生动，有利于学生的理解，同时有助于他们在具体研究工作中
应用这方面的知识。
２．蛋白质一配体相互作用与识别
学是以生物大分子，即主要以核酸和蛋白质及其复合体作为研究对象，力求在分子水平上用物理学的概念、理论与技术来研究生命物质与生命过程。它是结构生物学、分子医学和药学专业的重要基础课程。生物医药是北京工业大学生命科学与生物工程学院科研发展的重要方向之一，开设 “ 分子生物物理学 ” 课程十分必要。但如何结合学院特色进行该课程的建设，是一个值得思考的问题。先进适合的教学内容建设和恰当的教学方法运用无疑是至关重要的，本文就课程建设中如何把握好这两方面的问题，培养研究生的动手能力，激发他们的创新精神方面，浅谈一些心得和体会，与大家交流。
一
蛋白质一配体相互作用在分子识别和信号传导中起着重要作用，其研究对计算机辅助药物设计和筛选具有重要意义。该
部分内容与学院几个重大科研方向密切相关，因此是课程的教学重点。主要内容包括：分子间相互作用的热力学和动力学过
程、分子对接方法、分子柔性的处理和打分函数的研究等。
另外，紧跟科技前沿，还将引入国际ＣＡＰＲＩ（ＣｒｉｔｉｃａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ）复合物结构预测实验内容。讲授历届实验中国外和我们科研小组的最新工作，同时在课余指导学生参加实验，这将是课程的一大突出特色。ＣＡＰＲＩ实验是欧洲生物信息学中心举办的，￣１２００１年启动到现在已进行了２７届比赛。课题组作为中国高校的首个代表共参加了２６届，并应邀参加了在法国、意大利、加拿大和西班牙举办的１－４届ＣＡＰＲＩ研讨会。相信这一内容的引入不仅可以大大激发学生学习的兴趣，而且可提高其创新思维和迎接挑战的能力。
课程除了讲述以上内容外，还将紧密结合学院病毒药理研究室和笔者所在的分子设计与生物信息研究室的主要研容
恰当先进的教学内容对学生完善的知识框架的构筑，对创新思维的形成具有重要意义。围绕国内外前沿，结合学院特色，笔者希望建设一门具有基础性、宽广胜、系统性、实践性和综合性的 “ 分子生物物理” 课程。具体内容包括以下几个方面。
基金项目：本文￣，２０１２年北京工业大学研究生课程建设项目（项目编号：ＣＲ２０１２一Ｂ一０２１）的研究成果。中图分类号：Ｇ６４２．０文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ００７９（２０１３）１９ — ０１２７～０２
总第２７８期
ＤＯＩ编码：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００７ — ００７９．２０１３．１９．０６４
课程教材改革
“ 分子生物物理’ ’ 课程建设中的探索
李春华张小轶谭建军王存新
摘要：在课程建设的众多环节中，建设合适的教学内容和运用恰当的教学方法至关重要。就“ 分子生物物理” 课程建设中，如何把握好以上两个环节，从而更好地培养研究生的动手能力，激发他们的创新精神方面做了初步探索。