纳米生物学交叉实验课程的开设是为了满足纳米生物学交叉实验课程教学实践探索.pdf
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1、纳米科学是在纳米尺度(从原子、分子到亚微米尺度之间)上研究物质的相互作用、组成、特性与制造方法的科学1。纳米尺度级的材料和宏观物质相比,具有独特的物理、化学和生物特性,被广泛应用于科学、技术、工程、医学等领域。在生物医学领域,如药物载体、分子影像、抗菌和抗肿瘤治疗、组织工程等方面,纳米材料都显示出良好的应用前景和巨大的潜力,纳米技术与生命科学的融合催生了一个迅速发展的领域,被称为纳米生物技术或纳米生物学。纳米生物学的发展为生物医学研究提供了新的思路和方法,为维护人类健康贡献了新的治疗策略。近年来,随着纳米生物学领域的发展和学科交叉的深入,越来越多的高校开始关注这一领域,并开设相应的实验课程,以
2、培养学生的实验能力和综合素质。而各高校在教学体系、培养目标、课程设置等方面各有差异。如何有效地进行实践教学、激发学习兴趣、提高创新思维、切实提高该课程的教学质量和教学效果,是目前高校教师在授课过程中亟待解决的问题。苏州大学纳米科学技术学院(以下简称我院)是全国首家聚焦纳米专业人才培养的学院,是首批17所国家试点学院之一。我院开设的纳米生物学交叉实验课是学院纳米医学培养方向的核心课程,是按照培养具有国际视野、独立思维能力和完善人格的精英化拔尖创新人才的育人目标,面向学院生物方向本科生开设的专业必修课,是将理论教学、实践教学、创新思维教学有机联系在一起的桥梁。本文结合近年来这门课程的实践教学,探讨
3、了教学过程中可能用到的教学方法和策略、师资培养及评价机制,并对课程教学提出了进一步探索的方向,为其他高校提供参考。1 开设背景1.1 纳米科学与技术的迅速发展纳米科学和纳米技术在过去几十年中取得了巨大的进展。纳米尺度的材料和技术具有独特的特性和应用潜力,引起了广泛的关注和研究。同时,生物学作为一门关于生命科学的学科也在不断发展,对纳米技术的应用和交叉研究提出了新的需求和挑战。1.2 生物医学和健康领域的需求纳米生物学交叉实验课程的开设是为了满足纳米生物学交叉实验课程教学实践探索孙 熠 曹友志(苏州大学纳米科学技术学院/功能纳米与软物质研究院 江苏 苏州 215000)摘要:纳米生物交叉实验是将
4、纳米技术与生物学领域相结合的前沿科学研究领域。纳米生物交叉实验课程教学的目标是培养学生的纳米技术和生物学知识,以及实验操作技能和科学素养,使学生具备纳米生物交叉领域的综合素质。该文结合苏州大学纳米科学技术学院的教学实际,探讨了纳米生物交叉实验课程的开设背景、教学内容与目标、教学方法和策略、师资培养及评价机制,提出了一些方法和建议,并对课程教学提出了进一步探索的方向,为其他高校提供参考。关键词:纳米生物学;交叉实验;教学中图分类号:G642.423 文献标识码:A DOI:10.16871/ki.kjwh.2023.16.025基金项目:磨损微粒促进巨噬细胞糖酵解在人工关节无菌性松动中的作用和机
5、制研究国家自然科学青年基金项目(项目批准号:81802223)。作者简介:孙熠(1987),女,硕士,助理研究员,研究方向为纳米生物学、教育管理;曹友志(1984),男,博士,实验师,研究方向为纳米生物学、实验室管理。105生物医学和健康领域对技术和创新的需求。纳米技术在药物输送、生物传感、生物成像等方面具有巨大的应用潜力,可以提高药物的靶向性、生物传感器的敏感性和生物成像的分辨率2。为了培养从事相关研究和应用的专业人才,纳米生物学交叉实验课程应运而生。1.3 学科交叉与综合性人才需求纳米生物学交叉实验课程的开设是为了培养具备学科交叉背景的综合性人才。纳米生物学涉及多个学科领域,包括物理学、化
6、学、生物学和工程学等。通过提供相关的课程和实验培训,学生可以在跨学科的环境中学习和实践,培养综合性的科学思维和技能3。1.4 科技创新与产业发展的需求纳米生物学交叉实验课程的开设也与科技创新和产业发展的需求密切相关4。纳米生物学领域的研究和应用具有广阔的前景,对创新性的技术和专业人才的需求日益增加。通过开设相关课程,可以培养具备纳米生物学知识和实验技能的人才,为科技创新和产业发展提供有力支持。2 教学内容与目标2.1 教学内容纳米生物学作为一门典型的综合性强的交叉学科,融合了化学、材料学、生物医学、分析科学、计算生物学等多学科。课程设置不能仅仅是几个学科领域的单纯叠加和组合,而应该是紧密的多层
7、次、多元化的整体,在认识多学科间的内部联系和理论基础结构上,结合引入应用性、交叉性等内容,将纳米技术和生物学的相关知识整合到实验课程中,构建纳米生物交叉实验的教学内容体系。我院开设的本门课程不仅设有观察性和验证性的各学科的基础实验,还有与之密切相关的综合性纳米生物学交叉实验,在内容上设立了“生物化学基础实验”“分子生物学基础实验”“微生物学基础实验”和“细胞生物学基础实验”4个部分,3个学分,108个课时,在各学科基础实验后,针对不同的学科领域分别开设了与之密切相关的纳米生物学交叉实验5,比如“不同种类纳米材料与细菌的相互作用比较”“不同种类氧化石墨烯的细胞毒性评价”等实验,比较不同纳米材料对
8、受试对象的作用和影响。2.2 教学目标纳米生物交叉实验课程教学的目标是全面提高学生的纳米技术和生物学知识,以及实验操作技能和科学素养。具体包括:(1)理论知识学习:使学生掌握纳米技术和生物学的基本理论知识,了解纳米技术在生物学中的应用现状和前景,为后续的实验操作和研究工作打下坚实的基础。(2)实验操作能力培养:通过纳米生物交叉实验的设计和操作实践,培养学生的实验操作技能和实验设计能力,包括纳米材料制备技术、生物分子检测技术等。(3)科学素养提升:培养学生的科学思维方式、科学研究方法和科学伦理意识,使学生具备批判性思维、问题解决能力和科学沟通能力。(4)创新意识和团队合作能力培养:激发学生的创新
9、潜能,培养学生的创新思维和创新能力,培养学生的团队协作精神和领导才能。(5)社会责任意识培养:加强对纳米生物交叉实验的社会影响和伦理问题的教育,培养学生的社会责任意识和科学伦理素养。3 教学方法和策略在纳米生物交叉实验课程中,整合纳米技术和生物学的相关知识,构建教学内容体系,及时更新和整合教学内容,进行方法创新。3.1 教学内容的整合与更新将纳米技术和生物学的相关知识整合到实验课程中,构建纳米生物交叉实验的教学内容体系,更新教材和实验教具,使其符合纳米生物交叉领域的最新发展。引入最新的研究成果和前沿技术:及时了解纳米生物交叉领域的最新研究成果和前沿技术,将其融入教学内容。通过讲座、学术交流等方
10、式邀请相关领域的专家学者进行指导,使学生接触最新的科学进展。设计具有挑战性的实验项目:针对纳米生物交叉领域的实际问题,设计具有挑战性和创新性的实验项目。通过实验操作,培养学生的实验技能、问题解决能力和创新思维。3.2 教学方法的创新实践与应用导向的教学方法是纳米生物交叉实验课程教学的重要特点,我们通过以下方式进行了实践与探索:(1)实验设施和设备保障:为了支持纳米生物学交叉实验的教学,学院投资建设了现代化的实验室设施,并提供必要的仪器设备和材料资源。这些教改教法106资源包括纳米材料的合成和表征设备、生物实验室设备、分析仪器等,以确保学生能够进行有效的实验操作和研究。提升实验室的设施和设备水平
11、,更新纳米材料制备和生物检测的实验设备,确保学生能够在先进的实验环境中进行实验操作。(2)跨学科教师团队建设:建立纳米生物交叉实验课程的跨学科教师团队,包括纳米科技和生物学领域的专家,促进教师之间的学科交流和合作,提高教学水平和教学质量。(3)课堂讲授:通过讲授纳米生物学交叉实验的理论知识,介绍相关概念、原理和技术。利用教案、多媒体展示和示意图等教学辅助工具,提供清晰的讲解和示范。同时充分利用互联网展示渠道,将实验教学中的知识以趣味性的形式展示,激发学生的课堂兴趣。例如,在“RNA 的细胞化学Brachet反应”的课前讲解阶段,我们以视频和动态图的方式讲解实验原理,播放操作视频直观展现实验过程
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