郝長(zhǎng)春+孫潤(rùn)廣

摘要：學(xué)科交叉是科學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)，物理學(xué)與生物學(xué)的交叉日益密切，一些高校在相關(guān)專業(yè)已經(jīng)開設(shè)了生物物理課程。生物物理課程具有必要性、創(chuàng)新性、前瞻性且受眾面廣的特點(diǎn)，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的趣味性和應(yīng)用性，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)與教師業(yè)務(wù)水平的提高。本文在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，從課程內(nèi)容和授課方式上提出教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程的改革方向，并將其應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：生物物理;交叉學(xué)科;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0120-02

隨著教學(xué)科研的深入，學(xué)科間的交叉已經(jīng)成為科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]，成為探尋科研前沿創(chuàng)新方向的重要途徑。生物物理學(xué)是物理學(xué)與生物學(xué)相互結(jié)合產(chǎn)生的一門交叉學(xué)科，它是研究生命物質(zhì)的物理性質(zhì)、生命過(guò)程的物理學(xué)與物理化學(xué)規(guī)律以及物理因素對(duì)生命系統(tǒng)作用機(jī)制的一門新興學(xué)科。目前生物物理學(xué)引起了一些高校物理和生物專業(yè)人員的普遍重視，并且許多已經(jīng)引入生物物理學(xué)課程[2]。筆者在生物物理教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法講解課本上的內(nèi)容和知識(shí)對(duì)于單一學(xué)科（生物專業(yè)或物理專業(yè)）的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于在某一方面有所欠缺，所以接受課堂知識(shí)有些困難，這就需要教師在課堂上注意授課內(nèi)容的傳授方式和課堂氣氛的調(diào)節(jié)，從而激發(fā)學(xué)生興趣，只有這樣學(xué)生才能在興趣的引導(dǎo)下，下功夫?qū)W習(xí)相關(guān)知識(shí)。課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中主要通過(guò)教學(xué)內(nèi)容多樣化和應(yīng)用趣味化、多媒體教學(xué)等方面進(jìn)行了探索，學(xué)生反應(yīng)較好并取得了一定的進(jìn)展。具體實(shí)施內(nèi)容如下。

一、教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建與拓展

本文按照生物物理課程不同章節(jié)進(jìn)行闡釋和拓展，以期達(dá)到激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)學(xué)生自主意識(shí)和創(chuàng)新能力的目的。

1.生物物理緒論章節(jié)講授生物物理學(xué)科建立的背景、意義、發(fā)展，使學(xué)生具有拓展科學(xué)知識(shí)視野的認(rèn)識(shí)，了解生物學(xué)與物理學(xué)交叉產(chǎn)生生物物理學(xué)的過(guò)程，詳細(xì)介紹生物物理包含的分支，學(xué)科的交叉將給整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)嶄新的局面。同時(shí)可以拓展介紹我國(guó)生物物理學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀，生物物理學(xué)科奠基人貝時(shí)璋院士創(chuàng)辦中科院生物物理所以及其他高校生物物理的開設(shè)情況，讓學(xué)生有個(gè)總括的認(rèn)識(shí)和了解。

2.分子生物物理主要是運(yùn)用物理學(xué)理論和技術(shù)研究生物大分子的結(jié)構(gòu)及其構(gòu)象變化、分子內(nèi)部以及大小分子之間的相互作用、生物體系中能量的狀態(tài)等。主要內(nèi)容包括：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)測(cè)定、核酸的結(jié)構(gòu)變化以及維持DNA雙螺旋的力（氫鍵、疏水作用力、范德華力等）、維持生物分子構(gòu)型和構(gòu)象的熱力學(xué)基礎(chǔ)等問題，通過(guò)基本知識(shí)的講解可以拓展討論轉(zhuǎn)基因食品的安全以及危害，通過(guò)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)讓學(xué)生對(duì)此進(jìn)行深入了解，從而加深知識(shí)的靈活性。

3.膜與細(xì)胞生物物理主要包括生物膜的組成成分（脂、蛋白、膽固醇等）、分類（甘油磷脂、鞘磷脂、糖脂等）、膜的特性（不對(duì)稱性、流動(dòng)性、選擇通透性等）及膜上的分子特征，重點(diǎn)介紹生物膜模型的認(rèn)識(shí)演化過(guò)程（三明治模型、板塊模型、流體鑲嵌模型、脂筏微區(qū)模型等）和生物膜分子結(jié)構(gòu)與生命疾病過(guò)程的關(guān)系（膜脂筏微區(qū)結(jié)構(gòu)變化與老年癡呆癥、糖尿病等的關(guān)系），從理論到現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合達(dá)到全面了解和掌握。

4.神經(jīng)生物物理主要包括神經(jīng)生物物理的發(fā)展簡(jiǎn)史、研究目標(biāo)和發(fā)展方向、神經(jīng)元電生理模型和動(dòng)力學(xué)模型及神經(jīng)元間的通訊方式，了解神經(jīng)元、靜息電位、動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)理和特性，學(xué)習(xí)噪聲作用下兩個(gè)FitzHugh-Nagumo神經(jīng)元的同步活動(dòng)，得到頻率同步活動(dòng)和噪聲強(qiáng)度、耦合強(qiáng)度的三維關(guān)系圖。引申介紹神經(jīng)系統(tǒng)在人生命活動(dòng)及感官功能方面的作用，達(dá)到綜合理解神經(jīng)系統(tǒng)生理過(guò)程。

5.自由基生物物理介紹自由基基本概念、自由基產(chǎn)生、性質(zhì)、反應(yīng)、自由基的研究方法（電子順磁共振、超微弱化學(xué)發(fā)光、超氧陰離子和過(guò)氧化氫的測(cè)定及相關(guān)酶活力的測(cè)定等）、體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生及自由基對(duì)人體的危害等方面。通過(guò)學(xué)習(xí)自由基生物物理讓學(xué)生了解人類衰老與自由基的關(guān)系、自由基與健康的關(guān)系、自由基與人類疾病的關(guān)系，如何降低自由基對(duì)人體的傷害，指導(dǎo)合理的飲食及生活習(xí)慣配合，并攝取相應(yīng)的食物來(lái)降低自由基和抗氧化，從生活角度啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生興趣等。

6.感官生物物理主要包括耳朵的結(jié)構(gòu)（耳廓、外耳道、鼓膜、聽骨鏈、咽鼓管、耳蝸、前庭器官）、聽覺的過(guò)程、聲壓聲阻抗的定義;視覺產(chǎn)生的原因與物理凸透鏡成像關(guān)系、眼睛的結(jié)構(gòu)（角膜、房水、晶狀體、鞏膜、脈絡(luò)膜、視網(wǎng)膜、玻璃體、視神經(jīng)）、近視眼和遠(yuǎn)視眼的原因及防治等;嗅覺味覺產(chǎn)生的機(jī)理等知識(shí)。可以引申介紹助聽器的應(yīng)用、最先進(jìn)的視覺生成器治療技術(shù)及味覺和嗅覺的阻遏和拓寬應(yīng)用，使學(xué)生在該領(lǐng)域有個(gè)全面的了解，為物理原理在生理過(guò)程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

7.血液流變生物物理學(xué)內(nèi)容包括血液的成分組成（血漿、紅細(xì)胞、血小板、白細(xì)胞）、血液的理化性質(zhì)（比重、滲透壓、pH值、電特性）、影響血液粘度的因素（剪變率、紅細(xì)胞壓積、紅細(xì)胞聚集、紅細(xì)胞變形、血漿粘度）、血液的本構(gòu)方程（卡森方程）、血液中紅細(xì)胞、血小板、白細(xì)胞的流變性知識(shí)（流動(dòng)性、粘彈性），拓展介紹人類血液疾病例如白血病的產(chǎn)生原理及治療途徑和方法，使大學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)容有全面的了解。

8.光生物物理主講光在光合作用中的作用及循環(huán)、針對(duì)光對(duì)生物的作用衍生出的熒光粉以及熒光產(chǎn)生的原理，結(jié)合原子核物理知識(shí)揭示電子軌道躍遷產(chǎn)生熒光的機(jī)理;講解熒光過(guò)程捕獲，影響熒光強(qiáng)度的因素（濃度、環(huán)境、溫度等），熒光壽命的概念及應(yīng)用;相對(duì)應(yīng)的磷光的知識(shí)及生物大分子能量和能量轉(zhuǎn)移的應(yīng)用方面，介紹生物分子的熒光機(jī)理，蛋白質(zhì)、核酸的發(fā)光基團(tuán)特性，歸納總結(jié)熒光分子的共同特點(diǎn)，闡釋熒光磷光在生物物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的標(biāo)記和應(yīng)用。拓展介紹激光在生物儀器如激光共聚焦顯微鏡中的應(yīng)用，激光在農(nóng)業(yè)育種、殺蟲除草中的應(yīng)用以及激光在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)美容中的應(yīng)用，例如激光祛斑，、眼部手術(shù)等知識(shí)，使同學(xué)從日常生活出發(fā)，學(xué)有所用，激發(fā)興趣。

9.輻射生物物理中簡(jiǎn)介輻射源的種類（天然放射源、人工輻射源），表征輻射的物理量（放射性活度、照射量、吸收劑量、劑量當(dāng)量、傳能線密度），射線對(duì)生物機(jī)體的傷害原理（直接作用和間接作用），如何防護(hù)等。拓展介紹人類歷史上烏克蘭切爾諾貝利核事故，然后再結(jié)合日本大地震導(dǎo)致的福島核電站等背景知識(shí)來(lái)使本章知識(shí)生活化，讓同學(xué)們科學(xué)認(rèn)識(shí)核污染以及防范措施。

10.電磁生物物理的主要內(nèi)容包括生物電磁效應(yīng)、生物分子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的排布和取向，拓展介紹心電圖、腦電波、磁療儀等醫(yī)療設(shè)備的工作原理和生物物理的關(guān)系，使學(xué)生學(xué)到的知識(shí)得到應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;

11.生物物理新技術(shù)新方法中主要講光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的發(fā)展、物理光學(xué)的應(yīng)用、光譜技術(shù)的原理（紫外、紅外、拉曼、圓二色）等技術(shù)，介紹研究生物分子的儀器原理及應(yīng)用例如X-射線技術(shù)、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、核磁共振成像等。

二、教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐

傳統(tǒng)的教學(xué)方法對(duì)于交叉學(xué)科來(lái)說(shuō)效果通常不是很明顯，學(xué)生最初積極性會(huì)很高，但是隨著知識(shí)的深入，逐漸會(huì)變得冷淡。面對(duì)此種問題一定要注重教學(xué)中教與學(xué)的雙方交流，激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性，可以通過(guò)相關(guān)課程視頻進(jìn)行多媒體解讀、分析活躍課堂氣氛，得到教學(xué)相長(zhǎng)[3]，例如可以選取“貝時(shí)璋生平”、“核輻射危機(jī)”、“手機(jī)輻射實(shí)驗(yàn)”、“人體衰老密碼”等相關(guān)的視頻進(jìn)行短片分析，這樣就可以達(dá)到教師和學(xué)生互動(dòng)，鍛煉同學(xué)分析問題、歸納問題的能力。同時(shí)在電磁生物物理章節(jié)還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手機(jī)基站周圍輻射強(qiáng)度以及手機(jī)在信號(hào)和電量不足時(shí)輻射的強(qiáng)度變化探討電磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用等實(shí)驗(yàn)來(lái)分析，讓學(xué)生真正參與到課程教學(xué)中，達(dá)到互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，從而提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)[4]。

除了多媒體應(yīng)用以外，課堂還可以進(jìn)行互動(dòng)的教學(xué)模式。針對(duì)某一章節(jié)設(shè)立主題探討小組，精選案例分析，讓學(xué)生真正參與到課堂活動(dòng)中，發(fā)揮其積極性，這樣學(xué)生就會(huì)查閱很多資料和參考書，增添了學(xué)習(xí)的樂趣。例如在電磁生物物理拓展知識(shí)心電圖介紹中，同學(xué)在體檢時(shí)就會(huì)特意留意觸頭的部位，了解其工作原理，學(xué)以致用，寓教于樂。

三、展望

生物物理課程的構(gòu)建可以培養(yǎng)學(xué)生多元化的背景知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)科交叉，對(duì)提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)具有非常重要的意義。在課堂教學(xué)過(guò)程中一定要注意知識(shí)的積累和啟發(fā)，貼近生活，這樣課堂內(nèi)容才會(huì)生動(dòng)有趣，達(dá)到學(xué)以致用，才能實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科學(xué)生培養(yǎng)的目的，才能在科學(xué)理論和技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域取得一定的進(jìn)展和突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭亞輝，李奇楠，羅旺，任曉輝.地方高校物理專業(yè)引入生物物理課的必要性研究[J].高師理科學(xué)刊，2013，33（5）：114-117.

[2]李永鑄，李清玉.對(duì)公選課“生物物理技術(shù)與方法”的實(shí)踐探索[J].西南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22：48-50.

[3]童家明.生物物理技術(shù)課程教學(xué)方案的構(gòu)建與實(shí)踐[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2004，12（2）：132-133.

[4]李春華，張小軼，王存新.生物物理課中“互動(dòng)式”教學(xué)方法初探[J].理工高教研究，2010，29（1）：120-121.