生物化学的研究方法篇1
关键词:生物多媒体
信息技术与生物课程的整合推动师生共同创建适合于教学目的、内容及主体的物质、精神氛围,进而促进互动的教学情境构建,使教学双方融入其中,引发积极的情感和共鸣,使师生自觉地投入、参与到对话、交流、合作,为教学效益的提升奠定基础。
一、生物常态化多媒体课堂中的多媒体应用对象分析
(一)契合高中生身心特点
由于高中生的年龄特点,他们求知欲强,接受新鲜事物快,而多媒体具有的声,光、电的综合刺激,能够激发学生的积极性,引起学生的注意。但心理学也表明,高中生的大脑皮层长时间处于高度兴奋状态,会使身心疲倦;经常性地使用电脑,也容易使学生视力下降。因而,多媒体在生物课堂的使用,要注意两点:一是课件制作要平和自然,切忌花、艳、乱;二是高中生的空间想象力还不够,加上高中生物中部分与化学相关的内容接触较早,给教学和学生的学习也带来了困难,因此内容一定要适时适度,切忌频繁滥用,否则其结果必然事与愿违。
(二)契合高中生物教学内容
多媒体作为教学的重要手段,其展示的知识内容必须与教材相适应,与学生的认知水平相适应。高中生物学中有很多内容是学生能够看得懂,或通过自学能够掌握的,或其社会实践和生活经验已经具备了的,或只需要教师给予简单指导便能融会贯通的,这部分知识是根本用不着利用多媒体来进行教学的。而像一些微观的现象或暂时观察不到的现象,我们可以通过多媒体来再现,为学生创设良好的学习环境,使学生能够一目了然。
(三)契合高中生物教学课型
新授课,一般可根据上述原则来进行,主要是激发学生学习兴趣,突出重点,突破难点。复习课则需选择多媒体来扩大容量,浓缩教学内容,建立系统的科学认知体系,强化重难点。实验课可选择那些在课堂上无法完成的演示实验或现象,以及在现有条件下无法完成的一些经典实验,则可以通过电脑模拟来实现,帮助解决问题。
二、生物常态化多媒体课堂中的多媒体实践方式分析
(一)激发学生兴趣,导入新课
导课这一环节在一节课中非常重要,好的导课,能充分激发学生的学习兴趣。有人说,兴趣是最好的老师,学生只有在上课时激起强烈的求知欲,调动起浓厚的学习兴趣,学习起来才会有事半功倍的效果。例如:在讲述必修第一册第五章第一节《生物的生殖》时,播放《多利羊的诞生》,通过这些短剧或影片的播放,一方面可以有效地激发学生的兴趣,提高学生的能动性;另一方面也可以利用这些生动有趣的情景对学生进行情感教育,培养其献身科学的精神。但要注意,短剧播放要短而精,切不可占用太多时间。
(二)奠定情境铺垫,突破重难点
生物课堂上很多复杂的生命现象、生化反应、代谢途径等,学生接受起来很困难,多媒体课件能够集声音、图像,文字、动画、视频等于一体,直观形象,生动有趣,可以尽最大限度地满足学生的视听等感官需求,在学生头脑中建构理论模型和知识结构,比较容易突破重难点。如《神经调节》中的“兴奋的传导”这个难点,学生难于理解,而多媒体可以模拟出兴奋在“神经元内”“神经元间”的电位变化和突触内递质的释放过程,以及电位传导和化学刺激的转化,使学生很容易在头脑中形成:刺激――膜电位变化――突触递质――膜电位变化这条一体化兴奋传导路线,从而理解兴奋的传导机制达到教学目的,从而大大节省教学时间,提高教学效率,提高教学质量。
(三)突出课堂局限,模拟实验过程
生物是一门以实验为基础的自然科学,如果在生物实验教学中适当的利用计算机模拟一些实验,会收到意想不到的效果。例如:在《叶绿体色素的提取和分离》实验中,教材上的叶绿体色素带分布是自下而上是橙黄色的胡萝卜素,黄色的叶黄素,蓝绿色的叶绿素a,黄绿色的叶绿素b,而我们在实验中由于各种条件的限制和其他外界因素的干扰往往会导致实验结果不清。这种情况下,我们可以说明原因,并用计算机模拟获取准确的实验结果,纠正实验中出现的误差。
(四)巩固学习效果,强化复习课效果
在生物复习课中,教师借助计算机网络和投影技术,把预先准备好的一个完整的知识网络体系投到大屏幕上或是投到学生计算机的屏幕上,这样既节约了时间,又加大了课堂的容量,而且便于教师精讲。在复习中利用信息技术展示知识网络体系,可以使学生在瞬间勾起对以前所学知识的回忆,省时高效,而且还利于分层教学,自主复习。
三、生物常态化多媒体课堂中的多媒体一般课例分析
(一)教学准备
1.教学目标
掌握减数分裂的概念;掌握减数分裂过程及图解;理解卵细胞的形成过程及图解;理解受精作用的概念及意义,培养学生识图绘图能力、探究能力、养学生收集信息和处理信息能力。
2.教学重点难点
重点:染色体的动态行为变化。
难点:染色体在减数分裂中的行为变化特点。
(二)教学过程
1.课题导入
动画演示:演示、卵子形态,以及精卵细胞受精作用过程。针对受精作用过程中染色体的变化提出问题:染色体数目在上下代是否稳定不变?指导学生阅读这段资料:比利时学者比耐登发现减数分裂。针对资料提出问题:染色体在什么时候减少一半?是怎样进行分裂的?
2.新课讲授
问题1:精原细胞是如何通过减数分裂形成的?
(1)动画演示的形成过程。
(2)教师引导学生得出知识链:
减数第一次分裂--减数第二次分裂:精原细胞――初级精母细胞――2级精母细胞――4个细胞――
问题2:减数第一次分裂过程中染色体发生了哪些变化?
(1)动画演示:精原细胞形成初级精母细胞的过程。
(2)教师特别说明:精巢中的一部分精原细胞略微增大,染色体进行复制,这时候精原细胞就成为初级精母细胞。
(3)动画演示:同源染色体联会时的动态变化和四分体的形成过程。
(4)教师引导学生观察、探索、理解什么是同源染色体?什么叫联会、四分体?
(5)教师点拨学生总结出同源染色体的概念以及联会、四分体的特点。
(6)教师提出问题:从染色体的行为变化分析,导致次级精母细胞染色体数目减半的直接原因是什么?根本原因是什么?
(7)教师指导点拨,让学生仔细分析同源染色体的行为变化和染色体数目的变化,分析导致染色体数目减半的直接原因是同源染色体的分离,根本原因是同源染色体的联会,只有联会才能规则地排列在赤道板两侧,从而导致同源染色体分离,使子细胞染色体数目减半。
问题3:同源染色体能否有另一种分离情况?
(1)教师提出问题:同源染色体能否有另一种分离情况?
(2)动画演示:同源染色体分离,非同源染色体自由组合的过程。
(3)教师引导学生分析总结:同源染色体分离的同时,非同源染色体自由组合。
问题4:次级精母细胞中染色体如何变化,就能使其产生的细胞中染色体数与它保持一致?
(1)教师提出问题:次级精母细胞中染色体如何变化,就能使其产生的细胞中染色体数与它保持一致?
(2)动画演示:次级精母细胞到的过程。
(3)教师引导学生分析总结:次级精母细胞中染色体数目加倍就能使其产生的细胞中染色体数与它保持一致。
3.课堂小结:利用多媒体课件小结本节课学习的主要内容。
4.课堂练习:精心编制难度适宜、题量适中的练习,课件出示。
(三)教学反思
本节内容主要是以染色体的动态行为变化为轴线,抽象地阐明了生殖细胞的形成过程。因此如何让学生直观地观察,分析减数分裂中染色体的变化,这是本节重点也是难点。多媒体课件不仅以文字、图表来传递信息,而且还大量地以图形、图像和声音来传递信息,围绕一节课的教学重难点,从不同角度、不同侧面进行强化,积极引导学生思维,可以加深学生对知识的理解,有利于教学目标的实现。
总之,在高中生物教学中,要大力推进多媒体使用的常态化实践,通过多媒体与课程的有机整合,以进一步发挥多媒体在辅助教学,引导学生中的技术优势,从而为优化教学流程,提升课堂效率,强化教学效果提供有效的物质保证
参考文献:
生物化学的研究方法篇2
关键词：整体科学；定性研究法；目的启发法；概念创新法
中图分类号：n03
文献标识码：a
文章编号：1671-1165（2013）01-0084-06
自然科学可以分还原性科学和整体性科学。随着科学发展，人们发现许多现象不能进行还原和分析研究，需要从整体维度上把握。或者对于同一个研究对象，既需要还原性研究，同时又需要从整体上研究，二者缺一不可。从整体上进行研究的学科领域可以称之整体科学。整体科学是以独特的整体作研究对象，这种研究对象往往具有不可还原的系统性和复杂性，或者把整体还原部分将会丢失整体的某些属性，从而使得还原研究有时候价值不大。博物学、生物学、中医、天文学、气象学这样一些学科在很多方面需要从整体上进行研究，从而很大程度上属于整体科学。
传统上，科学哲学将物理学作科学的基本范式，坚持认可以证实或者证伪的理论才算科学。基本思路是强调还原、分析，将研究对象简化、纯化、理想化、数学化，注重规律的可重复性和实验的科学方法，这种传统就是还原性科学。还原性科学主要是指以分析和还原思路的研究，包括物理、化学以及分子生物学等学科。物理、化学、分子生物学主要研究事物要素与要素或者要素与整体之间的关系，属于还原性科学；博物学、进化论和中医等学科主要研究事物整体及其关系的发展变化，属于整体科学，适用整体科学方法。整体科学研究对象具有整体性和复杂性。“生物学的现象和过程是复杂的，对于复杂系统不能形成严格的定律。生物学的对象，如物种、基因都是变化的，因而不能形成普遍的概括。”
一般来说生命系统的整体性和复杂性程度很高，贝塔朗非的《一般系统论》就是从生命现象的系统性开始研究的。由部分有机地构成整体后，会有新的东西突现出来，整体大于部分之和。
古代科学倾向于整体科学，因古代还没有对事物的基本组成部分进行分析研究，还没有还原、分析的科学手段。到了近代，实验等实证方法则成经典物理科学的主要方法，机械力学的研究一般采用简化、纯化和理想化的方法，物质结构被还原到分子和原子层次，这时才有条件研究世界的细微结构。到了20世纪，还原方法的局限性逐渐显现，有些整体性现象的研究很难适用还原、分析性的实验方法，或者整体现象难于用分析思维进行解释，于是系统论应运而生。整体科学提供了与还原思路完全不同的研究视角，补充和矫正了分析和还原研究的不足和片面性。因此从科学史上看，科学发展遵循“整体科学（古代）――还原性科学（近代）――还原性科学+整体科学（现代）”的路线演进，符合辩证法的正反合循环。
复杂的整体事物从结构和理论上都不能还原部分，还原性科学无法解释整体科学所描述的复杂现象。整体性和复杂性使得整体科学跟物理和化学的研究方法根本不同，如进化论需要用整体科学方法进行研究，主要方法有定性方法、历史叙述方法、概念方法、目的启发方法等，观察、比较和分类方法在整体科学研究中比在还原科学中占有更重要地位。
一、观察、比较与分类方法在整体科学研究中的地位
在整体科学中，观察、比较与分类方法是常用的方法，所起的作用很大。“包括中医在内的中国古代的大量博物学著作，大量采取了‘类比取象’的认知方式。类比方法的本质是，在不同事物中发现、建构出相似的成分，以同代异。……在描述类科学（包括博物学）中，默会知识、个人知识是存在的。”
实验方法在很多科学问题研究中并不适用或根本无法施展，如在进化生物学中观察方法已上升到科学方法的重要地位。观察不需要改变整体观察对象，而实验要改变研究的整体对象，改变对象达到实验目的的条件。实验的重要特点往往是纯化、强化研究对象，采用分析的方法，实验方法往往造成整体研究对象状况的改变，而生物体或者生态系统等是系统整体，常常不容拆解，因此实验方法往往达不到所需要的研究效果，某些情况下不适用于整体科学研究。而观察和比较是在保留整体研究对象原貌的情况下进行的，而不是在孤立情况下进行的，比较适于复杂对象的研究。
观察是在自然现象自发发生的情况下进行的。对于天文现象，人不可能改变它，只能用可观察信息进行推断，并提出假说进行辩护。观察和实验都是事物自然性质的呈现，在生物学中由观察所产生的知识比实验要多。很多生物学家就是博物学家，观察是获得经验材料的主要手段。
实验方法要控制、改变研究对象，人设定研究条件，而整体科学对象在大多数情况下是不可以控制、人改变的，人们只能在自然发生的情况下进行研究，如天文、生物、行科学等的大多数研究对象，只能用观察、比较和分类的方法，或者将它们结合在一起综合运用。
整体科学中也有规律，不过整体科学规律的陈述往往不是全称的，不具有普遍意义，而观察、比较和分类法是获得整体科学规律的主要方法。如果不拆解整体，只有采用保持原型的观察和比较方法，这两种方法实际上是不可以分开的，往往同时进行。比较法包含着类比逻辑，经过相同和差异的比较，往往可以得出概括性结论，也可以使用类比方法进行推理，对事物进行归类并使之条理化。
在整体科学研究中，一方面有整体性研究，如进化论和中医研究，依赖观察和比较进行研究，对系统整体的描述和解释不可能还原成物理、化学科学的定律；另一方面，实验方法有时也还是要使用的，不过其地位不及在物理化学中重要。还原式的分析研究在分子生物学中取得了成功，可以有效研究基因组的结构及其表达等。物理主义者往往重视分析、还原和归纳，他们认实验才是唯一的科学方法。整体研究方法跟还原分析的研究策略十分的不同。对前者，观察、比较和定性叙述是主要方法；对后者，实验和数学是主要方法。只有将两种研究思路互补利用，才有利于获得更全面的科学认识。
二、定性研究方法
整体科学的特点在于按照整体进行研究，整体作研究对象都是独特的、唯一的，没有两个完全相同的整体事物。仅仅运用数量方法并不能反映整体事物的独特性，定性研究只能在一定程度上被采用。在对整体事物的特征和变化进行描述时，对性质的表述具有重要作用。数学计算的重要性在生物学中大大削弱，定性的说明对生物过程和性质、状态更重要，进化生物学中大多数现象都是通过定性的推理来解释。达尔文的进化研究是一种定性研究，并在此基础上建立概念结构。博物学是定性的，分类学与解剖学也如此。
定性与定量方法在具体运用中各有优势，二者是互补的。达尔文的《物种起源》主要是定性研究，仍然能成改变人们世界观的名著。经济学既有定量研究又有定性研究（如《资本论》）。经过很多数学家和经济学家的运算，美国的经济体系2008年仍然发生了累及全球的金融风暴。数量经济学家不能通过繁杂的定量计算来预测和规避这场危机，在危机发生后倒是有很多人对马克思的定性经济学著作《资本论》很感兴趣。不是数学家的计算不精确，而是整体经济运行过程的随机性因素太多，如果像数学方法那样模型化，将复杂事物进行简化、纯化和理想化处理，那么繁杂的定量计算结论与现实之间总是会有偏差的，因此在不否认数学方法作用的同时，也不能夸大定量计算的作用。
数量模型方法也是生物学研究的重要方法，数量遗传学可以解释不少现象，但是把基因当成计算的基本单位，显然是做了过于简化的处理，并导致部分生物学家对它的诟病。迈尔认基因型具有整体性，基因不是理想的那种成数量计算的单位，基因型之间还有很多关联，数量遗传学不过是“豆袋”遗传学。有人认：“科学研究中如果仅仅运用日常定性的自然语言，就不可能描述现象的内在联系。数学语言把抽象能力和精确性带给了科学。”这种说法对物理学是正确的，对整体科学就不一定对。
物理学的特征是将运动、力和质量数量化。数学方法是还原性科学的重要方法，促进了近代科学的产生和发展，数学使得模糊不清的东西变得清晰和精确起来。对比之下，进化论与此不同，它更适用于性质描述。生物个体的特征和差异、系统结构、信息传递、生态系统演变等都是需要定性研究的。人们如果把这些性质、特征转换成定量描述，就会失去生物现象的真正意义。如果尝试将适于定性研究的生物学现象转换成数学语言，定会困难重重，不如定性表达简洁、顺畅、切合实际。习惯于定量研究的科学家认仅仅通过定性表达的知识是非科学的，只能起到模糊描述和分类的作用。其实这是对定性研究方法的偏见。当然并不否认定量研究在生物学的很多领域中是重要的，这种重要性并不能排斥其他场合的定性研究。
三、历史方法
物理学是较早的带头学科，科学哲学早期是在物理学特别是力学的基础之上发展起来的。严格因果决定论是机械论的理念，预测和解释被看成是对称的。在机械论流行的时候，时间与历史的维度往往被忽视。而生命起源、太阳系起源、宇宙起源的各种学说都具有独特的历史性质，独特性和连续性是进化历史的突出特征。现代的进化生物学、生态学以及天文学离不开时间和历史的研究。定性方法和历史方法离不开对性质和历史的叙述，因此进行叙述性表达非常重要。
按柏拉图的本质论思维很难理解过程的独特性和连续性，从而忽视历史性叙述的重要性，并企图按定律将之公式化。达尔文的《物种起源》就是采用历史叙述的方法完成的，而不是进行定量研究。物理科学和力学定律对科学和哲学思想的影响深远，然而并不是一切科学都像物理学那样以数学基础，在许多人看来进化论的科学依据并不充分。胚胎学、古生物学也是历史性科学，生物性状是由历史形成的遗传程序所控制，遗传程序的演变也是个历史性过程。
在整体科学中，不是由全称的定律陈述来解释现象，而是通过历史性叙述作出解释。历史性解释是整体科学的基本表述方式。当研究生命历史中的独特事件时，就需要叙述性解释。叙述性解释与物理学中的定律不同，进化过程中的某一事件需要作叙述性解释时，这一事件就不是某一类中的一个例子，而是独一无二的，它只发生一次，并按不同方式重复出现。历史性叙述之所以具有解释意义，是因较早的事件往往是其后事件的原因，历史性叙述的目的之一就是后续事件寻找原因。
四、概念创新方法
整体科学的发展更多地借助于概念创新。整体科学的研究对象具有特异性和多样性，整体科学具有历史性、独特性和复杂性，它的定律没有理化科学那样重要，然而定性叙述与概念创新却能起到很好的概括作用。
系统整体层次的概念和理论很难还原到物理、化学层次的概念和理论，例如自然选择、性选择、竞争等概念不能还原到分子层次，因此整体科学很难在物理、化学层次上得到准确有效的描述和解释，即使描述也是不完整的。一些整体层次的过程不可能只根据物理定律或化学反应来阐述。用生物学概念所表述的许多结构和过程在非生物界根本就不存在，因此同一事件在不同层次的概念结构中进行表达可能具有完全不同的意义。
整体科学只能在整体层次上进行概念的构建和创新，概念创新在整体科学的理论发展中显得特别重要。整体科学研究者可以用整体层次的概念来理论化，利用叙述方法进行表达。整体科学中主要依靠概念创新推进科学的发展。
整体科学不仅仅是搜集新事实，创新性地提出一个新概念或许比发现新事实更能把科学推向前进。在整体科学中，大多数重要进展是由引入新概念或改进现有概念而取得的，如进化生物学和中医科学都是如此。
在某种程度上，某一整体科学的突破主要在于科学概念的提出和突破，如自然选择等概念的提出使人们对生物进化机制和过程有了新的理解。有时发现进行理论表达的词汇非常贫乏，补充新概念就是丰富学科内容。然而在科学内部引进一个新概念很困难，往往受到旧范式的抵制。概念的重要创新往往导致范式的转换。当然，观察或者通过实验获得新的科学事实可以促进整体科学的发展。没有新事实的发现，科学研究就缺少鸟儿飞翔的空气。提出新概念与发现新事实是互补的，二者同等重要。
五、目的启发法
按照逻辑实证主义的传统，目的性不是一种纯粹的因果关系，目的性与逻辑实证主义的原则和经验陈述之间是矛盾的。尽管目的论符合逻辑，但很难直接用观察和实验进行证实。目的性在现实世界是确实存在的，并且追问目的是不可替代的问题研究方式。使用目的论陈述和弃之不用的效果截然不同。目的论语言的使用可以转化成一种方法论。
目的论语言与因果论在本质上是不同的，试图将目的论语言转译成纯粹因果论陈述很难成功，因在转译中不可避免地要损失目的论语言的一部分关键信息。在整体科学中的目的论陈述是一种必不可少的科学语言，目的论陈述具有鲜明的指向特征。生物学中目的论陈述很常见，如海龟上岸以便排卵，如果换成非目的论的陈述就是：海龟上岸并排卵，这时就有关键信息遗失了。
追问目的的方法富有启发意义，目的启示法是整体科学研究的重要方法。目的性不是形而上学的，而是当代科学的重要内容。适应与自然选择是生物获得目的性的原因，它将结构与功能、目的与现象连接起来。例如，当讲到生物适应环境可以提高生存的几率，“适应”就是一种目的性概念，具有启发作用。适应主义者认生物的每一种结构必有其存在的理由，探索这种理由就成他们的任务，这正是在利用目的启示法。进化论是从目前的生物结构与功能的相互演变关系来进行解释，以现在的现象和理论解释以前的事件，所以必须采用目的性原因追问的方法。不用这种方法就难以研究这种重要的因果联系。“达尔文进化论需要提出什么的问题：通常只有由自然选择选中的生物性状才能进化演变。这性状或行程序必须在生物的生存或繁殖成功上发挥作用。要承认这一前提就必须问某个性状什么存在，也就是说它在特定生物的生命活动中起什么作用，只有这样，才能完成动因分析。”
在探索生命奥秘中，目的论研究是十分必要的。例如，研究花朵颜色就要问虫媒花什么长得如此鲜艳，风媒花什么没有美感。了保持人的血压平衡，生理上应该有什么样的机制和化学反应？如果不了解它，我们对花的生长机制就不可能真正理解。“以理性超越、驾驭感性，被视理所当然。但博物学提醒人们要重视感性，通常感性并不比理性差。”
生物化学的研究方法篇3
关键词：化学教育；学科教育；研究；定位；转型
20世纪80年代以来，我国化学教育及化学教育研究有了巨大的发展，成绩喜人。但是，跟一些发达国家比，跟相近学科比，在一些方面的差距很明显。我国的化学教育研究亟需克服浮躁，认真地、踏踏实实地总结，思考，探索，改进和突破。
1化学教育研究需要恰当地定位
要弄清化学教育的恰当定位，就要排除盲目自大和学科情结的影响。为此，首先需要弄清化学是不是一门中心学科。
1.1要弄清化学是不是一门中心学科
常常听到有人说“化学是一门中心学科”。姑且不说事实如何，让我们先看看是谁说的。
1985年皮门特尔（pimentel）首次提出化学是一门中心学科，化学处于自然科学的中心位置[1]。同年，美国国家研究理事会在其一份报告中正式地把化学称为“中心科学”（centralscience）[2]。此后，不少人引用或者提出了类似的看法，例如，日本化学家福井谦一说：“在古老的物理学-化学-生物学的排序中，化学注定是中心位置的占有者[3]。”原美国化学会主席布里斯罗（r.breslow）在其1997年编著的《化学的今天和明天》中提出：“化学是一门中心的、实用的、创造性的学科”，他还用“一门中心的、实用的、创造性的学科”作为该书的副标题[4]。不过，引用或者提出类似看法的几乎都是从事化学研究或教学的人士，几乎没有其他学科有影响的人士这么说（作者只看到一位医学界人士这么说的报道）。
为什么说“化学是一门中心学科”？归纳主要有下面几方面的理由：
化学与社会多方面的需求有关，能满足人们衣、食、住、行和增进健康、战胜疾病的需要，是现代社会中国民经济的重要支柱[5]。
化学是一门承上启下的科学，能在相关学科的发展中起基础、牵头、带动和推动的作用[6]。徐光宪院士曾指出：“科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地”；“化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系，产生了许多重要的交叉学科”[7]，以至化学成了有关学科群的中心。
化学“埋没在自己的成功之下”，面临着自己的学科声望问题：化学失去自己的光辉形象，在社会经济资源和人才的优化配置方面得不到应有的支持，存在着被遗忘和被忽视的危险”[5]，有必要引起学生、媒体和公众的重视。
可见，化学是一门中心学科，其本意是指其他门类的自然科学之间，或者自然科学与工程技术之间的联系都需要以化学为中间媒介。例如，现代的生命科学和材料科学，如果缺少化学的介入，就不能达到高的水平；数学和物理科学，也需要通过化学的中介，才能在生物和材料科学中发挥较好的作用[8]。
说“化学是一门中心学科”，并不是说化学在所有学科中最重要，只不过是说明它在社会和科学系统中的多边关系和地位而已。我们不要只说“化学是一门中心学科”而不做解释，务必不要断章取义，错误理解，盲目自大。
唐有祺院士在评论“化学是一门中心学科”时就曾经提出，“更全面的提法是化学和物理一起是当代自然科学的轴心”[9]。这是值得思考和采纳的。
1.2要抛弃“小学科情结”
盲目自大是表，学科情结是实。所谓，就是囿于本学科，忽视其他学科，包括上位学科，就是满足于、陶醉于已经取得的成绩，或者不顾全局地争课时、争地位。小学科情结危害很大，因为它会导致视野窄小、短浅，导致小打小闹；导致把化学教育跟科学教育对立，导致化学教育“自边缘化”而孤立于科学教育之外，不能及时吸收科学教育和其他相关学科研究和发展的成果。
化学教育是科学教育的重要组成部分，化学教育工作者首先是科学教育工作者，明确了这个归属，才可能抛弃小学科情结，真正把提高学生乃至公民的科学素养作为自己的首要责任。
1.3要弄清化学学科的本质特点
所有的理科教育都有实施科学素养教育的义务和责任，这就有了发挥各自优势，相互配合的问题。为此，需要弄清各学科的本质特点。有比较才能有鉴别，才能弄清化学的特点。跟化学最为接近的是物理学和生物学，它们同是“基础的自然学科”，对他们进行比较、区分，可以使我们迅速地接近化学的本质特点。
通常认为，物理学是研究宇宙中物质的基本存在形式、基本结构、相互作用和最基本、最普遍的运动形式（机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等）及其相互转化规律的科学；生物学是研究生物各层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的科学；化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。看起来，化学和物理学同属于物质科学，它们的研究对象差不多，其实两者是有差别的。它们的差别主要在于：
化学研究的物质运动不同于物理学研究的物质运动。
物质的化学运动主要表现为物质转变成其他物质，即产生新物质的运动形式，其实质乃是由于化学键合状况改变，引起宏观物质分解、化合或重组，导致物质分子组成和结构变化而产生新物质的特殊的物质运动形式。物理学研究的物理现象一般不包括物质的化学运动。
化学研究物质的广度不同于物理学。
化学研究的是实物（substance）。实物是狭义的物质，是具有静止质量、占有空间的物质。化学实物是具有特定物理性质和化学性质的单质、化合物或者混合物。而物理学研究的是实物和场（field），物理实物通常是指由物质形成的，以一定的形状、体积、大小、质量等为特征的物体。物理学不以研究实物具体的组成、结构和相互转化为任务。
化学所研究的物质也不同于哲学中的物质。哲学中的物质（matter）泛指具有客观实在性，能作用于人的感官而引起感觉的东西，是人感觉到的客观实在，其外延十分宽泛。
化学研究物质的深度（层次）也不同于物理学。
在对物质的存在方式、结构、相互作用、运动形式及其相互转化的研究上，物理学只是针对基本的、普遍的特点来开展研究。而化学对物质的研究比物理学具体，但概括性不及物理学。这个特点造成化学的内容十分丰富，以至于它成为一个庞大的学科，不能被其他学科兼并。
在解释宇宙物质进化的不同阶段时，化学、物理学和生物学具有不同的功能。
在解释宇宙演化史中物质进化的不同阶段时，化学、物理学和生物学鲜明地表现了不同的功能。在宇宙的创生期、极早期、早期和近期，先后形成“实时空”、各种基本粒子和原子，解释、说明这些过程是物理学的任务。然后，相继发生元素进化、星际小分子合成、生物小分子合成、生物大分子合成，宇宙物质由简单分子逐步进化为生物小分子，再逐步进化形成生命基础物质。解释、说明这些过程只能靠化学。随后，生命物质由简单到复杂、由低级到高级，逐步形成具有生命的生物的过程，这些过程的解释、说明则非生物学不可。
总之，化学的研究对象既不同于物理的研究对象也不同于生物学的研究对象，化学科学既不同于物理科学也不同于生物科学，然而又不可能在它们之间划出一条绝对严格分明的界限。
概括地说，化学学科有下列特点：
化学研究物质的性质、组成、结构、变化和应用，其基本问题是组成、结构和反应以及它们跟物质性质的关系。
化学研究的对象是泛分子[10]层次，构成泛分子的较低层次的微粒之间的相互作用十分复杂，使其整体的性质各不相同，很难用演绎的方式简洁地描述，这就决定了化学研究的个别化特点。
在研究方法方面，物理学方法注重分析，在本质上是机械论（或称还原论）的；生物学方法注重整体，在本质上是目的论（或有机体论、自主论）的；化学方法一方面把研究对象分解为若干组成成分，另一方面又把研究对象作为由某些微粒（或部分）组成的、复杂性不同于生物体的系统来研究其结构，研究实物的相互关系，既有跟物理学相似之处，又有跟生物学相似之处。但是，化学又具有跟物理学和生物学不同之处，表现出自己的特殊性。
化学的这些特征，应该在科学素养教育的实施中较好地得到反映。
2未来的化学教育研究需要把握好方向
为了把握好方向，化学教育要自觉地服从科学教育的目的、任务、规律等整体规定。
20世纪以来，科学教育的指导思想的变化有下列特征：由关注科学知识、技能，关注个体的认知发展，演变到关注人格或个性，关注个体的全面发展；再演变到突出重点，关注个体的科学素养；然后演变到关注更多人的发展，提出科学为所有人，关注公民的科学素养；再演变到关注人的和谐发展，关注人在科学技术领域发展的背景环境，注重环境教育、sts教育。
化学教育应该顺应科学教育的整体趋势，并为科学教育的进步作出自己的贡献。要真正着眼于促进学生更好地发展，重视科学文化建设，促进全社会爱科学、讲科学、学科学、用科学良好风气的形成。
当今世界，能源、资源、粮食、健康、环境等有关人类生存的重大问题的解决都离不开化学，需要更多、更优秀的化学人才。同时，向全体社会公民普及一些化学知识的必要性也日益增加，需要更多、更优秀的化学科学普及人才。对应于这种情况，未来的化学教育需求会出现“高端更高”“低端更低”的现象。未来的化学教育要努力满足“高端”“低端”两方面的需要。为避免和解决两难问题，未来的化学教育应该包括这相互协调的两翼。
3未来的化学教育研究需要采用适宜方法
化学教育系统涉及到人，是开放的复杂的巨系统。钱学森院士一再指出，研究开放的复杂的巨系统不能采用简单方法，综合集成法是研究复杂系统的有效方法。
综合集成方法的特点是：（1）以实践经验，特别是（实践）专家的经验为基础，把局部性的经验知识跟现代科学提供的系统的理论结合起来。（2）系统研究（整体研究）与分析还原相结合，获得关于系统整体的状态、特性、行为的描述。（3）历史研究与现实研究相结合，发现、揭示、检验对象的内在逻辑。（4）以经验为基础建立模型进行计算，把定性知识跟各种观测数据、统计资料结合起来，从局部的定性知识发展到整体的定量的认识。（5）充分利用现代信息技术的优势，实行人-机结合，内省思辨与观察实验结合，宏观研究与微观研究结合。（6）多种学科不同角度的研究相结合，最终产生新知识、新思想、新方法；等等。
化学教育是一种复杂性系统，研究复杂的化学教育系统，要运用综合集成法。在综合集成法的诸要素中，需要注意的是利用计算机进行建模。利用计算机来模仿系统的运行和演化，可以观察系统整体的涌现，预测系统的走向......因此，基于计算机建模成为许多领域发展很快的重要研究方法。在这方面，目前的化学教育研究还处于空白状态，亟需开展和加强。
模型是解决问题的一种十分重要的科学方法。人类对世界的探索过程，实际上就是建立各种模型表示的过程。模型是以文字、符号、图表、实物、数学式等形式对一个系统某一方面本质属性的描述、模仿或抽象。一个恰当的模型能够提供组织观察数据、资料和其他信息的框架，对原型系统的行为特征和演化规律作出解释，揭示其运行机制，预测原型系统未来的行为特性，提示按照一定目的影响和改变原型系统行为特性和进行控制的思路与方式，启示新事物、新技术的创造。通过模型的建立和研究，不但可以更好地认识、改进原型，而且可以进一步形成有关理论和实践模式。
建模的努力可以从确定系统的状态参数开始。
4未来的化学教育研究需要形成学科特色
未来的化学教育研究应该注意化学教育跟一般教育的区别，形成鲜明的学科特色，不能用一般的教育学研究、心理学研究来代替化学教育自身的研究。要形成鲜明的学科特色，就必须注意结合具体问题深入地、精细地搞好“个别化”研究。
未来的化学教育研究除了需要恰当地定位，把握好方向，采用适宜方法，形成学科特色之外，还应该关注化学教师教育的革新。未来的化学教师教育要减少空洞的、实效很差的理论内容，多结合具体内容进行实践训练。
更为重要的是，要重视改变现有的粗放的、不合理的教师教育体制。一些国家对化学教师培养采用两段制，即：取得理学士学位的大学化学系毕业生须在专门的教师教育学院接受培训，通过国家教师聘用考试后，再接受一年的教师职业培训,取得教育硕士学位后才能被任用为教师。在教师职业培训中，除了教育理论学习和研讨外，要用相当多的时间结合中学教材具体内容的教学进行“精耕细作”式的培训。这样做有其必要性和合理性，能有效地保证化学教师的专业化，保证新教师能较快地适应实际教学、满足实际教学需要。我们应该立足于本国国情，善于取人之长，在总结以往经验教训的基础上，尽快建立有效和规范的化学教师教育体系。
参考文献:
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生物化学的研究方法篇4
进入考古学的转变期(20世纪40—60年代，属于考古学分类与巩固期的后一阶段)，从以层位学和类型学为研究手段的文化历史研究转变为以人类生态学思想指导的、大量结合自然科学方法和技术进行的古代社会重构的研究。西亚新石器时代农业起源研究就充分利用了动物考古的研究成果。［5］这一阶段在美洲出现了人类行为的文化功能解释的趋势，以环境为背景来复原考古学文化的多学科研究，就充分体现了动物考古学的作用。［12］步入考古学发展新时期的新考古学出现阶段(20世纪60—80年代)，在传统考古学重建文化史(主要是考古学文化时空框架的重建)的基础上，美洲考古学家以复原或重建文化形态(生产力、社会组织和意识形态为主)、解释文化过程(主要是文化发展的动因，属于过程考古学范畴)这两个更高层次的研究为目标，以进化论、系统论和生态学理论为思想指导，通过物质遗存所反映的考古学文化的各个方面及其与环境之间关系的研究，来更全面、系统地解释文化发展的过程。作为文化生态系统中生物环境系统的重要组成部分，动物资源利用方式和聚落形态研究中有关适应环境的生存战略(包括食物、供给、聚落和维持战略)研究，使动物考古研究的重要性进一步突出。［13］西亚的农业起源有关狩猎到饲养经济发展过程的动态研究也得益于动物考古的微观研究。［14］在考古学发展新时期的当展新阶段(20世纪80年代至今)，动物考古对于新学派中社会考古学各种社会形态经济基础的研究具有很强的说服力。［15］在探究古代人类精神世界的认知考古学有关肖像象征意义的研究中，动物考古知识的应用也获得了令人信服的成果。［16］马克思主义考古学流派将研究重点放在人类的适应性与系统平衡上，提倡生态学、进化论和辩证法相结合，这一过程中美国学者威廉•马夸特对肯塔基西部贝丘遗址采食者的研究就体现出动物遗存研究所起的重要作用。［17］在社会学中程理论被引入到考古学后，在将其作为连接经验性考古学材料与高层次文化理论解释的桥梁的过程中，刘易斯•宾福德(LewisBinford)最有代表性的工作之一就是记录了许多影响动物组合特征和条件的自然过程，并将这些过程应用到考古记录的解释中。在这个成功的中程理论应用研究范例中，动物考古的作用功不可没①。［18］综上所述，考古学产生和发展的历程中，动物考古都不同程度地做出了贡献，在提高人类对古代人地关系的认识水平上起到了积极作用。
以北美为代表的国际动物考古学发展历程在梳理了动物考古与考古学渊源关系的前提下，根据理论与实践的特征将动物考古学发展的阶段性特征重新审视一下，有利于正确评价亚洲动物考古在整个世界动物考古领域所处的地位和所起的作用。与考古学发展息息相关，国际上动物考古研究也是以欧美发达国家起步最早，以北美的阶段性研究最具有代表性。以北美为代表的国际动物考古发展经历了三个阶段，即形成阶段、系统化阶段、综合化阶段。第一阶段或开始形成时期(19世纪60年代—20世纪初)，动物考古工作的贡献主要在第四纪地质及旧石器时代考古的年代学和地层变化研究方面［19］，如揭示人类的古老性，确定早期人类如何生存以及如何获得食物并重建古环境。这些贡献主要建立在应用地质学的地层学和古生物学方法的进化论理论基础之上。这一时期环境决定论、环境可能论以及历史学方法处于全盛期，而动物材料并未被纳入考古学文化范畴当中。第二阶段或系统化发展时期(20世纪40—50年代)，动物考古工作者致力于两个相关的目标，即了解动物的生物学及生态学特征以及认识人类行为的时空变化。这就要将理论及方法植根于如物理及生物等大量学科的系统性引入。大量分析性和人类学研究伴随着如下两个概念的出现而产生:中程理论和用来检验生存对策的经济和生态学模式。这一时期的一大特点是强调方法的重要性。第三阶段或综合化成熟时期(20世纪60年代以来)，随着文化资源管理的快速发展，在很多方面开展的历史时期动物考古研究以及大量开发出来的模型和预设对考古学做出了巨大的贡献。文化生态学和人类学理论特别注重生态学和环境学议题，在动物考古实践中起到了重要的作用，其目的在于研究适应、生存对策以及人与环境之间的功能性关系。可以这样说，这一时期动物考古充满了所谓新考古学的思考。［20］这一时期的一大特点是逻辑推理方法由归纳转变为演绎。
动物考古的理论与方法及其回答考古学问题的研究层次基于达格拉斯•J．布尔(DouglasJBrewer)在《考古学方法与理论》所做的关于动物考古学的理论、方法与目标的论述，我们可以将各种论题按着研究层次划归到不同的组分中(见表1)。［21］从表1中可以看到，在生物学、社会学和人类学理论范畴内的各种理论框架下，动物考古学研究所涉及的考古学问题大多处于中等研究层次，只是生物地层学及古生物学探讨的问题处于基础性研究层次;哲学范畴内，除了方法论里数据搜集处于基础性研究层次之外，绝大多数理论框架下动物考古研究所涉及的考古学问题处于高等或者极高等研究层次;文化遗产管理范畴的均变论涉及较高等层次的研究;系统论范畴的社会经济生态理论框架下探讨的考古学问题处于极高等研究层次。
亚洲动物考古的研究进展
(一)西亚的领先地位与亚洲其他地区相比，西亚的动物考古已经达到了相当高的水准。无论是来自发达国家还是本土的专家，都非常重视现代动物考古学理论的应用，这一地区的动物考古研究不但在数量上而且在质量上都在某种程度上赶上了国际同行的步伐。从表2的统计不难看出，大多数动物考古学文章致力于方法和理论的探讨(82%)。其中生存对策研究文章占较大比重(33．7%)，其他方面比重较低，如驯化(14．5%)、宗教(12．2%)，埋藏学(9．6%)。有少量古Dna的文章发表(6．0%)。高等层次的研究成果占18．2%，较高等层次的研究成果占3．6%，中等层次的成果占60．2%，基础性成果占18%，而且研究主题具有多样性特点。因此，与国际同行相比，西亚动物考古研究的主体处于中高等层次。
(二)南亚及东南亚的积极努力从对南亚和东南亚与动物考古相关文章的一般统计来看，高层次研究成果占20%，较高层次的成果占2．9%，中等层次的成果占50%，基础性成果占27．1%。中等层次研究中生存对策相关研究占较大比例，达到34．3%，研究主题涉及面较广，表现出较强的学术进步势头。总体上看，本区高等及较高层次研究略逊于西亚，研究水平要高于东北亚和北亚，处于中等略偏高的研究层次。
(三)北亚的保守性基础工作基于表2的综合数据可见，北亚动物考古工作的主体多涉及方法论和理论领域，调查与报告约占文章总数的1/3。在北亚所有的研究领域中将近35%的文章属于生存对策主题，其中近1/4与驯化有关。也就是说，将近72．6%的工作已经达到中等水准，但是基础研究所占比重较高(达27．4%)，而且缺少高层次研究。北亚动物考古研究成果涉及的主题与其所覆盖的空间地域和所经历的考古学文化变迁并不相符，涉及的主题比较有限，表现出明显的保守性，总体上处于中等研究层次。
(四)东北亚的提升空间从表2中的数据不难看出，东北亚动物考古工作有一半以上处于基础性研究水准，其中绝大多数属于基本生物学信息(33．6%)以及基本鉴定过程(11．2%)的积累。在东北亚所有的研究领域中，1/3略强的工作与中等层次的研究密切相关。包括宗教宴飨、社会复杂化和国家形成在内的高层次研究成果仅占6．1%，较高层次的综述性研究占7．8%，而包括埋藏学、动物驯化、生存对策、环境学和适应行为时空分布在内的中等层次研究成果却占33．5%，特别值得注意的是基础性研究成果足足占有52．6%。综上所述，以中国为代表的东北亚动物考古研究层次还很低，但是研究主题体现出一定程度的多样性，却是本区动物考古活力和未来快速发展的预兆。总体上看，东北亚动物考古研究水平要低于除北亚外的亚洲其他地区，更不必说与西方发达国家相比了，因此还有很大的提升空间。
(五)亚洲动物考古的整体观察基于数百篇国内外动物考古文献资料进行的有关亚洲动物考古工作成果的简单统计分析似乎毫无意义，但事实上通过这种量化分析会使我们易于清楚地看到我们已经做了什么，处于何等研究层次，进而意识到为了与国际动物考古学发展步伐保持一致，如何尽可能地做好自己的工作。囿于篇幅的限制，笔者无法将所有成果一一列出，只能抽选极少数较有代表性的文章列入参考文献名录，在此深表歉意。上述统计表中所列数据，是建立在权威性杂志上发表文章的大样本量统计和分析基础上得到的，具有统计学意义。亚洲动物考古工作主要开始于20世纪晚期，但是大多数高水平的研究结果出自21世纪头十年。一般来讲，目前西亚动物考古已经进入全球动物考古发展的第三个阶段;南亚和东南亚主体动物考古研究成果已经处于第二阶段，也有部分成果属于第三阶段的较高层次;北亚及以中国为代表的东北亚动物考古整体上却还停留在第二阶段，其动物考古理论与实践水平都有待大幅度提高(参见表1、表2的数据)。学者们对于西亚、南亚、东南亚和北亚有关生存对策的动物考古学研究做出了巨大的努力，但是在东北亚就这一主题的研究应当得到更多的关注，因为这是达到更高研究层次的坚实基础。另外，东北亚在生物学和古代环境信息方面已经有了相当丰富的积累，这为深入的动物考古研究搭建了很好的基础性平台。与亚洲以外的其他国家，尤其是欧洲和北美发达国家已经开展的工作相比，亚洲(特别是东北亚)就诸如社会复杂化和国家形成等高层次的研究还很不够。但是在亚洲(尤其是西亚、南亚、东南亚和东北亚)利用现代分子生物技术开展的古Dna考古，在来自发达国家的专家(如来自加拿大的杨冬亚等)和亚洲本土学者(如日本的奥村、石黑等)的共同努力下，已经取得了骄人的进展，为深入开展更高层次的研究奠定了较好的自然科学基础。
亚洲动物考古的未来之路
根据2010年8月23日至28日在巴黎召开的第11届国际动物考古会议的议题，结合上述有关动物考古研究层次的分析，可以将目前的主要研究议题归纳为下述几个不同层次的问题，这也是今后亚洲动物考古努力的重要参考。
(一)较高层次研究所涉及的问题与宗教活动相关的葬礼用牲动物研究，国家形成过程中动物资源的强化利用状况研究，就动物考古对人类社会探究所做贡献的综述性研究，鹿科动物、猪、马、牛、羊(绵羊和山羊)等对经济形态转型(如跨时代畜牧业转型)以及社会复杂化进程的影响和作用研究，动物考古的专业性研究，动物遗存所反映的人类社会地位研究等，是今后亚洲动物考古所涉及的较高层次问题，值得我们继续投入更多精力加以深入研究。
(二)中等层次研究所涉及的问题外来贸易与生物入侵研究，副产品开发研究(如副产品革命新标志、乳制品制法的发展等)，方法论研究(如形态测量与相似属种比较相关的动物资源管理水平研究、利用同位素和痕量元素生物地球化学的动物迁徙性研究、与现代人类起源研究相关的各个氧同位素阶段的人类狩猎行为多样性探究等)，古代人地关系研究(通过动物遗存开展的人类对气候变化的响应度研究等)，与遗址形成过程密切相关的埋藏学新探索，与人类迁徙问题相关的岛屿动物地理考古研究，更新世至早期全新世旧大陆古人类的生存对策研究，动物和人类食性与人类行为和食物加工技术相关性的综合分析，动物资源获取方式研究，地貌景观、环境及其变化研究，生存对策研究等等。这些是今后应当加强研究的中等层次动物考古学问题。
(三)基础性研究所涉及的问题按地域开展的动物考古研究(如全新世非洲动物考古，环极地动物考古，新热带区动物考古新进展，旧大陆各时段动物群时空分布总结与研究，中东欧动物考古研究)，按动物类别进行的专题研究(如旧大陆的骆驼、古寄生虫、软体动物考古，猛犸绝灭的环境与人为因素研究，鹿科动物与社会)，数字化动物考古，实验动物考古等成为未来应进一步加强的基础性研究。其他常规的基础性研究包括畜牧业基础信息、信仰系统食物加工以及食谱和营养性疾病状况、文化交流等。上述相关的基础性研究的加强，将有利于亚洲动物考古水平的稳步提高。四、结语总体上看，亚洲动物考古的发展在时空两个方面都还表现出相当的不平衡;来自不同国家的同行之间通过共享数据库进行的交流还远落后于快速发展的动物考古的需要;动物遗存基本鉴定的训练以及国际通用语言的运用也显得很薄弱。目前高校中动物考古知识的教育与技能的训练还无法满足该领域未来发展对高素质人才培养的需求。这些不利因素都制约着亚洲动物考古的健康发展。鉴于拥有农业起源和动物驯化发祥地的重要地位，亚洲就经济形态转型为主题的动物考古研究应当以综合研究范式的方式得到进一步加强。为了进一步提高研究层次，我们应当结合对来自考古背景的文化遗存的分析，充分利用生物学和古环境重建信息的积累(其中富有遗址形成过程的大量信息)。在埋藏学研究方面，文化层和自然地层应当同时加以考察，并尽量配合成系列的测年数据，以便于在考古学文化的时空框架下，更好地了解从生存组合到发掘所获材料经历的变化过程。中亚和北亚是需要我们投入更多努力的区域。在这样广大的地区，亟待就更广泛的议题开展国际合作性动物考古研究。尤其是从晚更新世到早全新世人类生存对策转型以及马的驯化这些重大考古学问题的探究，就更仰仗于结合与周边地区的大量比较所开展的多学科、多遗址、跨区域、系统性和综合性的动物考古研究。鹿科动物遗存广泛出现于包括中国在内的广大地区，在人类社会演进过程中的很长时间里都起到了不可忽视的作用。因此无论是古生态环境重建，还是狩猎经济的主要狩猎对象，都离不开对这类动物的深入研究。中国的鹿科动物遗存的深入研究，必将有力地促进经济形态转型以及社会复杂化进程等高层次考古学问题的研究。
生物化学的研究方法篇5
关键词:气候变化;农作物生长;气候适宜度
作者简介:陈炳东(1975-),助理农艺师,气从事候变化对农业发展的影响研究。
中图分类号s16文献标志码b
农业发展中,气候条件的变化对于农作物的种植以及生长影响作用最直接。气候变化对于农作物的种植布局以及生长情况等都有着重要的影响和作用。在我国,不同地区分布的种植农作物对于气候资源的要求也不相同,农业气候资源条件对于农作物的生长以及发展等有着不同的作用影响。在农业发展领域建立农业气候资源的适宜度模型,进行不同气候资源条件下的农作物生长情况评估对于农业的成长以及发展有着积极的作用。
1气候资源对于农作物适宜度影响的一般研究思路
在我国农业发展相关研究中,对于气候条件对于农作物适宜度影响的研究中,对于气候变化情况对农作物成长适宜度的影响研究一般是通过进行气候变化对农作物生长适宜度影响的研究模式选择、气候条件变化以及农作物生长适宜度等相关资料的来源以及最后对于研究模式的参数的确定实现的[1]。
气候变化对于农作物适宜度影响的一般研究思路中。气候变化对于农作物适宜度影响的模式是进行农作物适宜度影响研究的重要的前提,气候变化对于农作物适宜度影响模式是对农作物在不同气候条件下的适宜度变化的情况的正确反映。气候变化以及农作物生长适宜度等资料情况则是进行气候条件变化对农作物生长适宜度研究的重要的依据,相关资料的来源不相同,对于适宜度影响的研究结果也不相同。而最后对于气候条件变化情况下的农作物适宜度的参数则是进行研究结论获得的关键,确定参数值情况直接影响到研究结果的准确性。
2气候变化对农作物生长适宜度影响研究进展
进行气候变化对于农作物适宜度影响研究进展的论述,首先需要从气候条件对于农作物生长适宜度的研究方法以及具体研究内容进行论述,然后结合气候条件对于农作物生长适宜度影响的具体研究情况,进行气候条件对于农作物生长适宜度的影响研究进展进行论述[2]。
2.1气候变化对于农作物生长适宜度影响的研究方法
进行气候变化对于农作物生长适宜度的影响研究就是对一定气候条件下农作物的生长情况也就是农业气候资源情况进行量化的评价以及分析。在进行气候变化对于农作物生长适宜度影响研究的过程中主要是通过数学方法进行研究分析的。使用数学方法对农业气候资源进行量化的评价和分析的过程就是通过多年平均气候资料的收集研究,进行区域内农业气候资源情况的量化指数以及数学模型的建立,最后通过对所建立的数学模型的各项资源数据进行分析已获得区域内的气候变化情况对于农作物生长适宜度的影响研究的具体结果的过程。
在进行气候变化对于农业资源的生长适宜度影响研究中应当注意的是,农业资源也就是农作物的气候适宜度是指气候因子数量变化情况下,对于农作物的生长以及发展等相关情况通过模糊数学的相关方法进行转换,从而实现气候变化对于农作物生长适宜度的影响的具体研究[3]。
2.2气候变化对农作物生长适宜度的影响的研究内容以及研究进展
进行气候变化对于农作物生长适宜度影响的研究主要是对一定区域的气候要素、农业气候适度模型以及不同农业生态气候资源的运用和农业生态气候适宜度理论对农业生产的指导研究等。其中,在进行区域气候要素的研究中主要是对气候要素的适宜度曲线变化情况、适宜度状态等内容的研究。具体气候资源研究过程中是通过相关气象监测资料以及农业资源气候适宜度模型以及数学方法进行计算实现研究的。对于农业气候适宜度模型的建立研究也是通过模糊数学理论的相关方法进行模型建立以及研究实现的。除此之外,对于不同农业气候资源的研究实现以及农业生态气候适宜度研究理论在农业生产中的应用研究等均已经在实际研究中得以实现,并取得一定的研究成果[4]。
3结束语
总之,进行气候变化对于农作物适宜度的影响的研究中应当首先进行农业气候资源适宜度模式的建立,然后根据具体研究方法结合农作物情况进行相关研究计算。需要注意的是在进行具体研究过程中应注意对研究中存在的问题进行避免。
参考文献
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生物化学的研究方法篇6
物理学以实验为基础，在人们的社会生活、生产及现代科学技术中有着极其广泛的应用。在我们的生活周围，物理现象随处可见。在各行各业生产实践中包含的物理知识、物理原则也极为丰富。在现代科学技术中，物理学更是一马当先。因此在课堂讲授中，教师应尽量列举大量的生活、生产中的实例，向学生介绍现代科技知识。这样可拓展学生的视野，提高认识问题和解问题的能力。此外，在习题的讲析中，选例除了要注重习题的典型性外，更要注意习题的实用性，以及渗透相关学科知识的结合性。
一、在课堂习题教学中的方法
科学方法教育既需要潜移默化的熏陶，也需要有目的的训练.教师生动精辟的讲述，学生对知识只能达到理解的水平，要达到运用的水平，就非要经过学生本人参与分折，解决新问题的实践不可，就像学游泳必须下水一样.训练一定要与具体内容相结合，让学生在具体运用中掌握研究方法，使之达到自动化，技巧化程度.因此，教师要站在科学方法论的高度去创设情景，认真研究题型，分析归类，精选典型例题和习题，引导学生运用科学方法解决具体的物理问题，使学生实现知识向能力的转化.如在课堂上用控制变量法研究滑动摩擦力的大小与压力，接触面的粗糙程度有关后，可在教材内容之外延展，设计"滑动摩擦力的大小与速度或接触面积大小是否有关"的习题，让学生巩固对控制变量法的理解，并进一步提升解决实际问题的能力.
二、在知识传授中的方法
脱离物理知识对中学生大讲研究方法，犹如建设空中楼阁；埋头讲物理知识而不注意方法教育，则犹如给学生一堆砖瓦.故物理研究方法教育要以知识传授为载体.教师要善于挖掘教材中的素材，抓住知识和研究方法的结合点，在知识的传递中渗透物理研究方法教育.
物理研究方法的教育应该体现在具体科学知识的认知过程中，只有把认知过程充分而合理地展示出来，学生才能看到科学问题是怎样提出来的，从什么角度，用什么方法去解决，从而学到科学的研究方法.这就要求我们在教学中注意物理概念和规律的形成过程，按照学生的认知过程，合理的设计教学过程和教学方案.例如："等效代替法"又称"转换法"就是用一种已知的模型，过程或作用替代不便直接研究的对象，从而化整为零，降低思维活动的难度，加快解题速度.等效有结果等效和过程等效两种.如研究平面镜成像规律的实验中，我们并不需要具体知道像的大小，只是要比较像和物的大小关系.让学生思考能用刻度尺放到玻璃后方测量吗而人却要在玻璃前方观察，显然既不方便效果又不佳.武打演员无法独立完成一些高难动作时，常请替身来完成，而对替身又有什么要求呢通过这样的例子来类比，启发学生，从而让学生想到用另一根完全相同的蜡烛做替身，来代替镜前的蜡烛，放到镜后去与它的像进行比较，方便且准确地解决了像和物的大小问题.
三、在物理实验教学中的方法
生物化学的研究方法篇7
关键词：整合药理学；中药方剂；方剂作用原理；中药现代化
[收稿日期]2013-12-31
[基金项目]国家自然科学青年基金项目（81202793）；中国中医科学院自主选题项目（Z02063）
[通信作者]杨洪军，博士，研究员，主要从事中药新药设计方法与技术研究，tel：（010）64014411-2948，e-mail：
[作者简介]许海玉，博士，副研究员，主要从事中药药代动力学和中药组效关系研究，e-mail：
中药方剂是中医临床治疗的主要形式和手段，探索中药方剂的化学物质实体与机体生命活动的交互规律，是揭示中药方剂治疗原理、发现中医原创思维科学价值的基本路径。中药方剂是一个复杂化学体系，生物机体也是一个复杂生命系统，使得中药方剂的化学物质实体与机体生命活动的交互规律研究，尚未形成有效模式和方法学体系，也就成为制约中药现代研究的瓶颈，是亟待突破的关键科学问题。当前的中药药理学基本往往沿用了西药药理学的研究方法和思路，对研究对象中药方剂的物质基础与机体生命活动的交互规律的层次性重视不够，也没有充分重视中药组效关系[1]，未能形成独立的研究体系，学科特点不明确。面对中药方剂的化学物质实体与机体生命活动的交互规律研究，必须以多学科交叉、融合为基础，构建新的研究体系，以满足“整体与局部研究相结合”，“体内aDme过程与活性评价相结合”、“计算、体外与体内相结合”等多层次、多环节的整合研究的需要，这一学科即为整合药理学。本文就整合药理学的研究背景、概念、研究内容及其应用领域等，探讨如下。
1背景
中药方剂是中医临床治疗的基本形式，“药有个性之特长，方有合群之妙用”，中药方剂通过配伍发挥临床疗效和降低毒性。与西药的单一“基因-疾病-药物”研究模式相比，中药方剂强调的是药物组合，“七情和合”是中药方剂配伍的基本原则，由此可见，“组效关系”是中药方剂研究的核心问题之一[1]。然而，中药方剂是复杂体系，机体同样是复杂体系，中药方剂治疗疾病的过程是2个复杂体系相互作用的过程，也就成为制约中药现代研究的瓶颈，是亟待突破的关键科学问题。
中药药理往往按照西医病理观点和治疗学原理来看待中药的临床应用价值，认识和解释中药的药理作用[2]。对于中药方剂研究，往往也是采用还原论的方法，如在药理活性导向下植物化学分离，主要有2种研究思路：先化学后药效或者先药效后化学[3]。该思路对单一成分药物的发现与研究比较适合，例如抗疟疾药物青蒿素发现就是通过这种研究思路获得的[4]，但是，对于大多数中药方剂，往往不是通过单一成分发挥治疗作用的，它往往割裂了成分与成分之间的协同作用。
随着组学技术的发展，系统生物学和网络生物学发展十分迅速，开始从生物系统中所有组成成分（基因、mRna、蛋白质等）认识机体的生命活动规律[5]。特别是在2007年网络药理学的提出[6-7]，这些研究方法同样受到中医药学者青睐，被广泛应用到中药方剂的研究，取得许多可喜的成果。罗国安[8]提出了“系统-系统”的中药方剂研究模式，李梢[9]建立中药网络药理学研究平台，并成功应用于中药方剂作用机制的解析等。特别是陈竺院士[10-11]通过系统生物学从“整体-器官-细胞-分子-基因”水平全面揭示了急性早幼粒白血病的发病机制及其复方黄黛片治疗的作用机制，到目前为止，是最具有里程碑意义的方剂作用机制研究的范例。但是，现在中药系统生物学和中药网络药理学研究重视中药方剂对机体的生物效应，往往忽视机体对药物的处置过程，即中药物质基础的体内过程研究，致使未能对中药方剂的化学物质实体与机体生命活动的交互规律的深入阐释。
当然，中药体内aDme过程研究受到中药学者高度重视，提出了一些新的研究思路并进行了大量的研究工作，如杨秀伟[12]提出了基于体内过程的中药有效成分和有效效应物质的发现策略，王喜军[13-15]建立血清药物化学的技术方法体系，并应用到多味中药或者中药方剂中研究，李川[16]从成药性特性[drug-like]角度鉴定了口服三七提取物后的药代标记物，王广基[17]基于曲线下面积（aUC0-∞）并自定义权重系数，对三七总皂苷进行多效应成分整合药代动力学研究。中药药代动力学研究促进了中药现代化发展，有些学者也开始尝试进行中药pK-pD模型的研究，但是，到目前为止，具有里程碑意义的研究范例尚比较缺乏。
为此，本课题组在不同层次上积极探索体内过程与活性评价相结合中药现代研究模式。在体外研究时，建立了“肠吸收-活性评价”联用模型，该模型具有稳定性强、重复性好和灵敏度高等优点，同时能排除未被吸收成分对药理活性的干扰[18]，并通过“肠吸收-血管活性”对不同厂家、不同批次的元胡止痛片含药肠吸收液进行舒张血管活性评价，基于灰色关联分析方法，构建了多成分组合与血管活性之间关联的数学模式，进行了“组效关系”解析，进而辨识出具有舒张血管活性的关键成分[19]，提高了中药质量评价水平[20-21]。在网络药理学研究方面，提出了基于体内aDme过程和网络药理学的中药现代研究思路[22]，并通过“化学指纹-代谢指纹-网络药理学”三维研究模式，系统地揭示元胡止痛片的药效物质基础及其作用机制[20-24]。
中药方剂的化学物质实体与机体生命活动的交互规律研究是十分复杂的过程，在某一环节上或者某一个方面，无论在研究技术方面还是研究内容方面都取得较好的研究结果，促进了中药方剂的现代化研究，但是，往往环节上关联不够，注重中药方剂的药代动力学研究时往往对药理学研究的深入不够，反之也一样。在研究层次上，已有从“整体-器官-细胞-分子-基因”水平复方黄黛片治疗急性早幼粒白血病的方剂作用机制研究成功范例，但是，对于大多数中药方剂来说，成分更加复杂，仅仅通过药理试验难以实现，需要计算与试验相结合。中药方剂的现代研究，需要加强整合，包括整体与局部的整合，宏观和微观的整合，体内aDme过程与活性评价的整合，计算与实验的整合，也就是进行整合药理学研究。
2整合药理学概念和研究思路
整合药理学（integrativepharmacology，ip），是研究多成分药物与机体相互作用及其整合规律和作用原理的一门学科，是药理学研究的新领域，中药方剂物质实体与机体交互作用规律是整合药理学研究的关键科学问题之一，是中药学、化学、药代动力学、药理学、计算科学等多学科融合的交叉学科。整合药理学在中药现代研究中的应用思路，见图1，2。
由图2可知，整合药理学主要包括3个方面的内容：一是在计算层次上，通过对“药物溶出-肠内菌代谢-肠吸收-肝药酶代谢”等预测模块，并于计算生物学或者网络药理学相结合，从计算机虚拟角度进行中药方剂与体内相互作用研究；二是在体外试验层次上，通过整合“药物溶出-肠内菌代谢-肠吸收-肝药酶代谢”等体外模块，并于细胞、组织、器官等体外药理评价相结合，从而在体外试验角度进行中药方剂与体内相互作用研究；三是在整体动物试验上，进行体内药代动力学与药效学评价相结合研究，尤其是中药方剂代谢指纹
图1中药现代研究的关键科学问题
Fig.1thecriticalscientificproblemofmodernresearchontraditionalChinesemedicine
图2整合药理学在现代中药研究中应用思路
Fig.2ResearchtechnicalrouteofintegrativepharmacologyintraditionalChinesemedicine
与系统生物学相结合，药代标志物与生物标志物相关联的中药方剂与体内相互作用研究。从多层次、环节的中药方剂与机体的相互作用关系研究，从而系统地、全面地揭示中药方剂的药效物质基础及其作用机制，为中药临床应用、质量评价、药效物质基础、方剂作用原理和中药新药研究等方面提供依据，促进中药的国际化和现代化发展。
3整合药理学的主要内容
3.1计算aDme复合模型与计算生物学/网络药理学整合研究中药方剂主要是口服制剂，在体内经过一系列aDme过程后到达靶标器官、靶组织，与分子靶标网络相互作用而发挥治疗作用，为此，笔者提出过基于体内aDme过程和网络药理学的中药现代研究思路[22]。中药方剂是复杂体系，在体内药物代谢过程十分复杂，与分子靶标网络相互作用过程更加复杂。仅通过试验研究费时、费力、费钱，同时，受到研究技术、手段的影响，有限研究难以进行[23-24]，例如，在中药方剂aDme研究时，微量化合物体内分析方法受到仪器的灵敏度影响建立难度大；在中药方剂代谢指纹与分子生物网络相互作用关联更加难以研究。然而，通过计算机的虚拟预测技术和生物信息技术的发展，为中药方剂与机体相互作用研究提供了有力的技术手段，受到了广泛重视。
在药代动力学研究方面，自从Lipinski[25]提出“五规则（Ruleof5）”，计算aDme早期预测技术发展十分迅速，多个aDme预测模式，包括肠道通透性[26]、口服生物利用度[27]、血脑屏障渗透性[28]和p450代谢[29]等代谢预测模块被建立，被广泛应用到早期药物成药性评价和先导化合物的发现，近年来，也被应用到中药方剂的药效物质筛选[30]和代谢产物的预测[24]。然而，现在aDme预测模块是基于单体化合物的构建了，往往没有考虑药物-药物相互作用（成分-成分之间相互作用），没有考虑成分是存在与复杂的中药方剂中，所以为了符合中药方剂特点，需要对现有aDme预测模块进行改良的。同时，现有的单一化aDme预测模块，应该发展“药物溶出-肠内菌代谢-肠吸收-肝脏代谢-组织分布”等aDme预测整合模型。
在药效学方面，随着计算机辅助药物分子设计方法（computeraidedmoleculardesign，CaDD）迅速发展，基于计算机虚拟筛选被广泛应用到新药发现和药物设计研究，同样被应用到中药有效成分筛选研究[31]。尤其是网络药理学引起中医学者的广泛兴趣，被广泛应用到中药的药效物质基础与作用机制的研究[32-34]。然而，现在中药网络药理学研究，往往是通过中药数据库、文献中选用中药方剂中的原型成分，忽略了中药在体内的aDme过程，不符合中药方剂在体内与机体之间的相互作用实际情况。所以，整合药理学研究需要加强对中药方剂进行计算aDme过程与计算生物学/网络药理学整合研究，尤其是进行aDme预测整合模型与计算生物学/网络药理学整合研究，研究思路见见图3。
图3通过计算aDme预测-计算生物学/网络药理学的结合研究
Fig.3integrativestudyoftraditionalChinesemedicinebasedontheaDmepredictionandcomputationalbiologyornetworkpharmacology
3.2体外aDme复合模型与体外活性评价整合研究体外试验能排出体内复杂环境的干扰，往往具有操作简便、敏感特异、条件易控等优点。在体外aDme方面，从“药物溶出-肠道菌群转化-肠道吸收到肝药酶代谢-血脑屏障”各个环节都已有成熟的体外模型，例如模拟胃肠道消化的仿生提取法[35]，模拟肠道吸收的Caco-2细胞模型法[36]和外翻肠囊法[37]、模拟肝脏代谢的肝微粒体体外孵育法[38]等。在体外活性评价方面，目前主要采用的方法有直接添加法和间接添加法（血清药理学方法）。直接添加法，忽略了体内aDme过程，与中药方剂和机体之间的相互作用关系不一致。血清药理学同样存在一些局限性，血清中药物浓度非常低、基质干扰大，难以深入研究中药方剂与机体之间的相互作用关系。近年来，有研究表明，未被吸收入血的成分未必就不是有效成分，有些成分是通过调节肠道菌群而发挥治疗作用[39]。
在体外试验研究时，整合药理学需要从体外aDme模型与体外活性评价相结合开展中药方剂研究，其研究思路见图4。一是加强体外aDme模型整合研究，建立“药物溶出-肠内菌代谢-肠吸收-肝脏代谢-组织分布”复合代谢模型，在体外代谢角度较好的模拟中药方剂在体内的药物代谢过程。二是体外aDme过程与体外活性评价相结合研究，即通过对中药方剂在体外代谢物（中药方剂体外代谢指纹）在细胞、组织和器官等水平上进行活性评价，并通过数据挖掘建立成分与活性之间关联，即中药方剂“组效关系”，从而从体外试验揭示中药方剂的药效物质基础及其作用机制。笔者[18]建立“肠吸收-血管活性”联用模型，并成功应用到元胡止痛方“组效关系”研究中，辨识关键性药效成分[19]。
图4中药方剂体外aDme复合模型与体外活性评价整合研究思路
Fig.4integrativestudyoftraditionalChinesemedicinebasedonthecomplexaDmemodelsandevaluationofbioactivitiesinvitro
3.3基于整体的中药方剂的药物代谢研究与系统生物学整合研究中药方剂是通过中药方剂代谢指纹与证候/疾病的分子生物网络相互作用而发挥治疗作用，所以，在整体动物水平，通过对中药方剂进行药物代谢动力学和系统生物学研究，尤其是随着新技术应用，提高了中药方剂的研究水平，更能系统地、全面地揭示中药方剂的作用原理。在药物代谢方面，液相-质谱联用仪等技术的飞速发展，在定量研究时，如UpLC-QQQ等仪器，能建立多成分同时测定的体内分析方法，尤其是微量成分的体内分析方法建立提供了技术手段。在定性研究时，高分辨质谱，如RRLC-Q-toF等，通过精确分子量和碎片信息，以及进一步代谢产物预测软件，如massHunter软件等，能高通量、快速的进行代谢产物分析[21]。在药理研究方面，系统生物学，包括基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等，被广泛应用到中药复方的药效物质基础和作用机制研究，能从分子水平认识中药方剂作用的机制。然而，从系统生物学的角度，多组学数据融合还面临许多问题，难以构建一张完整的疾病分子生物网络，同时，中药方剂的代谢指纹与证候/疾病分子生物网络相关性研究比较少。
基于整体的整合药理学研究，更加强调多组学数据融合，以及药代与药效关联性研究，见图5，主要包括以下内容：对中药复方进行较为系统的药物代谢研究，包括血清药物化学、组织药物化学以及多成分的药代动力学研究等，获得中药方剂代谢指纹及其代谢轨迹；通过系统生物学技术，包括基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学和网络药理学等，对中药复方进行系统地药理学研究，并加强多组学数据融合，获得中药方剂调节疾病失衡的分子生物网络；建立中药方剂代谢指纹与疾病的分子生物网络之间的关联，从“点-线-面”建立多维度的中药方剂与机体之间的相互作用关系；通过数据挖掘建立药代标志物与与生物标志物之间关联关系，即“组效关系”，以及构建多成分的“pK-pD”模型。
4展望
整合药理学是多学科融合的交叉科学，强调多层次、多环节整合研究，重点发展多模块的整合，例如“药物溶出-肠道菌群转化-肠道吸收到肝药酶代谢-血脑屏障”在计算和体外整合研究，便于更好的模拟药物在体内aDme动态过程；在计算和体外研究，中药方剂对酶、细胞、器官的药理作用与整体药理学之间的关联等。整合药理学研究是采用“化学指纹-代谢指纹-分子生物网络-药理效应”多维研究模式，在靶标分子、细胞、组织、器官和整体等多个水平上，基本讲清证候/疾病的分子生物网络，基本讲清中药复方的化学成分及其在体内的药物代谢过程，以及基本讲清中药复方的分子生物网络和药理效应。整合药理学不仅可以被广泛应用到中药方剂药效物质基础、作用机制、配伍规律等方面，以促进中药现代研究水平，而且，可以探索多成分组合药物的研究方法，为开创中西医统一的新医药学奠定基础。
图5基于整体的中药方剂的药物代谢研究与系统生物学整合研究思路
Fig.5integrativestudyoftraditionalChinesemedicinebasedontheaDmeprocessandsystemsbiologyinvivo
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integrativepharmacology：newparadigmofmodernizationofChinesemedicine
XUHai-yu，YanGHong-jun（instituteofChinesemateriamedica，ChinaacademyofChinesemedicalSciences，Beijing100700，China）
[abstract]Chinesemedicinalformulae（CmF）wereoftenusedintheclinicsoftraditionalChinesemedicine（tCm）whichwerecriticalformodernizationofChinesemedicinetoshedlightontheinteractionbetweenCmFandbiologicalorganisms.incurrentstudies，correlationbetweensystemandpart，macroscopicactionsandmicrocosmicmechanism，aDmeprocessandpharmacologicactionswereoftenneglected.thus，weputforwardintegrativepharmacology，whichcouldintegratethecorrelationbetweenCmFandbiologicalorganismsfrommulti-levelsandmulti-dimensionalviews.integrativepharmacologywouldrevealthemolecularmechanismofCmFforailmentstreatmentandscreenouteffectivematerialsystematically，whichwouldbethenewparadigmoftCmresearch.
生物化学的研究方法篇8
关键词 物理教学 问题 问题解决
物理教师进行课题研究的特点是问题性、专业性、主体性、灵活性、针对性与独特性。问题性就是指课题研究针对教育教育教学的具体、实际问题与问题解决而展开。专业性是物理教师针对学科自身特点进行的具有明确的物理学科特色的专业化研究。主体性是指研究主体是以教师教育教学为核心，辅以同伴的帮助来进行相关研究。灵活性是指课题研究选题、内容、方法、周期等调整方便、灵活。针对性是指课题研究源于教师或同伴教育教学中的实际问题，是教师教育教学过程迫切需要解决的问题，具很强的针对性与时效性。独特性是课题研究的方法具有个性化的特征，非常适合于行动研究与实验研究，对于教师业务发展和专业成长具有独特的作用。因此，物理教育教学科研课题的核心任务是解决物理教学过程中的一些实际问题。
1 物理教学问题提出
物理教学课题研究的起点是“问题”，这里的“问题”是指不能用现成的、现有的经验和方法解决的一种情景状态，是教育教学实践活动中出现的矛盾与影响学生身心发展、教学质量提高的现象与弊端。教学要培养学生发现问题和提出问题的能力，教给学生发现问题和提出问题的方法，然而遗憾的是许多教师发现问题和提出问题的能力就比较缺失。
发现问题是指头脑中产生的疑问但未必明确、清晰；提出问题则是指头脑中产生的疑问用明确的语言表达出来，由发问题到提出问题这中间需要经历逻辑思维和语言组织的过程。从课题产生角度来看，有以下几种类型：
（1）源于教学环境：教学环境是教育外部环境与内部环境。外部环境包括社会、家庭；内部环境包括区域、学校、班集体等。例如，针对课时紧张、学生学业负担可提出“物理学习成绩与学生作业量的关系研究”课题，这是针对学业负担过重而进行的微观性研究。
（2）源于教学资源：教学资源包括物质资源、软件资源与信息资源几个方面。例如“实验条件对中学物理实验教学的制约性研究”可为实验教学资源建设提供思路。
（3）源于教学实践：教学实践活动过程中存在着诸多需要研究的问题，每时每刻都可以发现问题。例如，教师可以针对学生上课时睡觉、打磕睡的现象提出相应的问题并组织研究。象“学生课堂睡觉与教师教学行为的相关性研究”、“学生课堂打磕睡原因的调查研究”等。再如，近年来高中女生物理学习成绩普遍比生好，可提出“高中物理学习成绩与性别关系的研究”。
（4）源于教学理论：一般中小学教师不适宜进行理论研究，但可以根据自己所熟悉的领域进行转移性理论应用研究。例如，应用探究理论来研究“探究性学习中猜想方法与途径研究”。
（5）源于教学价值：每个学科都有其内在的教学价值。教学是由知识传授为最初的出发点，教师在教学中如何关注每个知识的教学价值是值得研究的。例如，“电场思维教育价值辩考”、“测定小灯泡伏安曲线的教学价值分析”等。
（6）源于教育教学发展：中小学教师进行课题选题表现出过于明显的教学功利性倾向，忽视了教育教学的发展性要求。许多教师围绕解题、复习、考试等内容来选题，并不是这些内容不能研究。但是，教育教学的发展要从微观入手进行宏观谋划。教师在教学实践活动中要依据学科特点，对学生终身发展的问题进行研究。如，学生在关注成绩的过程中，教师可以研究考试成绩对学生学业发展的影响，“如何通过考试成绩的正确评价来促进物理学习水平的提升”、“物理思维方式对学生物理素养形成的作用”等。
问题提出的需要注重科学性。物理教师长期在中学课堂一线教学对课题研究的过程中提出问题的科学性不太关注。典型的错误是选题中的逻辑相关性程度考虑欠妥。如，对于研究过程中的变量与因变量之间的逻辑相关程度直接性考虑缺乏严谨性与科学性。象“高中生物理演绎能力对物理学习成绩的影响”、“物理学习兴趣与学习成绩的研究”等选题，表面上看选题是以学习效果为因变量因素进行研究，具有很强的实践性与可操作性。然而，仔细分析就会发现研究变量与因变量的逻辑相关程度存在一些问题。事实上，影响考试成绩的因素可能是一系列的，如前测与后测的两份试卷的信度、区分度，两份试卷评定方法的差异、同一学生两次考试前复习投入、临场发挥等因素都可能造成考试成绩的差异。这就造成了用考试成绩作为实验变量所导致的学习效果变化进行比较的可靠性值得怀疑。从变量的逻辑相关程度方面来讲，可以将上述两个选题改为“物理演绎能力对学生解题效率的影响”、“物理学习兴趣与学生物理学习投入量的研究”或“物理学习兴趣与学生物理学习方式变化趋向的研究”等。
2 课题研究过程中的问题解决
2.1 注重概念的科学化水平
（1）缜密思考相关概念的界定：不少教师在课题研究时对相关概念的界定不是太重视，往往会抄录一些理论术语作为界定。从物理课题研究的实践经验来看，课题相关概念的界定以“操作性定义”方式比较容易使其内涵清晰、具体。“操作性定义”是指将研究变量的抽象化形式转变为可以观察、 测量和操作性的具体形式。
例如，“物理学习成绩与学生作业量的关系研究”中两个研究变量“物理学习成绩”和“学生作业量”分别界定为：物理学习成绩是指学生参加学业达标考试的原始分数经过标准化处理后的标准分。学生作业量是指学生完成教师布置的书面作业所用时间与授课时间的比值。
（2）缜密思考变量与因变量之间存在可能存在的变化因素：教育教学中问题的变量通常不是单因素变化所引起的。如学生的学习成绩影响的因素就很多。如“物理学习成绩与学生作业量的关系研究”中的因变量“物理学习成绩”，与许多变量相关，除了与前文所述因素之外，还有教材、课时、教学进度、教学方法等因素。因此，在制定研究方案时需要对这些因素进行控制，以便使研究数据更接近研究的本源。例如，可以选择同一班级的学生作业研究对象，在控制教材、教法、课时、教学进度、教学方法等方面就好一些，而对比实验是将这个班的学生随机等分成两组，一组是作业量大一些的，一组是作业量小一些，成绩采样也是相同的，其得出结果的可靠性就强一些。
（3）缜密思考因变量在研究前后的变化评价标准：有些教师在研究过程中，经常将这个问题简化处理。例如，“学习成绩”在研究过程中如何进行评价，多数教师是实验前后考试原始分数来进行评价与比较。事实上，前后两次试卷的难易度、区分度、信度等差异会造成评价标准的不同，而造成对结果的影响。因此，研究过程中，将实验班的两个对比组放在学校样本中进行标准处理后再对对比实验小组比较与分析。
2.2 选择合适的研究方法
正确的研究方法是保证课题研究科学化的基础，也是解决问题的核心策略。因此，研究方法的选择一定要适应课题研究目标要求。
例如，“物理学习成绩与学生作业量的关系研究”就适宜采用实验法，不宜采用个案分析法、观察法、问卷调查法之类的研究方法。如“不同物理课堂教学方法与学生的注意集中程度的关系研究”用定性处理与定量处理结合的方法。即将自变量“不同教法”与因变量“注意的集中程度”进行定性分析；将自变量“不同教法”与因变量“注意力持久程度”进行定量分析。
2.3 准确地搜集研究资料
课题研究是在解决“问题”的过程找到其内在规律，揭示其蕴含的真谛。而规律总是存在于大量的现象之中的，真谛往往蕴含在纷繁复杂的材料之中。课题研究搜集研究资料是一项重要的工作。要对研究对象、研究内容、研究过程相关的所有信息资料等进行收集。主要包括：与课题研究相关的文献资料；研究问题最初是如何提出来的，问题经过什么样的过程变成研究课题的，课题的计划书、研究方案以及研究过程性资料等；课题活动的学习资料、课题交流情况、专家指导以及同伴对课题可行性的意见与建议、相关机构与团体直接、间接评价资料等；研究过程中观察、采集的各类信息和数据，与研究课题相关的活动照片、音像资料，研究过程中遇到的困难及克服困难的过程性资料、研究过程中意外收获、制作作品，态度和情感方面的体验等。
在收集资料的过程中要有的放矢，避免出现眉毛胡子一把抓的现象。收集资料要及时准确、搜集真实原始的资料，同时要借助于现代科技技术进行收集。
2.4 严谨地进行数据处理与科学分析
课题研究过程中获得研究数据，只有通过有效的处理，才能从中看出研究变量之间的内在关系，为进一步归纳、总结、得出结论提供科学根据。教育教学研究的数据处理方法比较多。如统计分析法之单因素比率显著性检验、双因素两样本差异性显著性检验、多因素问题的%p2检验法等是课题研究常用方法。
2.5 认真撰写课题研究论文
（1）结构合理：课题研究背景和主题意义应放在论文开始部分，论证的核心内容一般放在论点之后，研究结论放在论文后面。结构层次要清晰、段落分明，且有一定的内在逻辑。
（2）语言简洁：论文写作中语言要准确、简洁、流畅，有关的语言、符号、图表要符合规范。有引用文献资料的要注明出处，避免抄袭。
（3）内容精准：写作的内容要依据题研究资料的研究成果真实写作，切忌杜撰。不要将与论文主题联系密切的内容写入文章之中，一些客套、假、大、空话坚决不要写入文章中。
（4）结论科学：论文主题要对教育教学有社会意义和某种价值。论文观点和论据材料要仔细论证，要符合逻辑。
参考文献
生物化学的研究方法篇9
1990年启动的人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向了系统生物学时代,生物学由分解转向整合。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后,系统生物学的重要组成部分。细胞内的生命活动大多发生在代谢物层面,如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等,因此,代谢组学被认为是“组学”研究的最终方向[1]。中医药学是有着几千年历史的古老科学,中医药的现代化研究迫切要求将古老的中医“语言”用现代科学加以阐释,而近年来用现代医学的还原论思想模式来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。代谢组学与中医药学都是用整体思维模式来研究机体的,因此,如果能寻找到有机的切合点,将处于科学研究前沿的代谢组学与中医药学研究结合起来,势必能更好地推动中医药现代化的进展。笔者重点探讨了代谢组学与中医药学的联系及代谢组学在中医药现代研究中的应用,以期抛砖引玉,为代谢组学应用于中医药的现代化研究提供理论帮助。
1 代谢组学与中医药学理论体系的联系
中医药学是有着数千年历史的古老科学,在历代医家不懈的医疗实践中,形成了以整体观念和辨证论治为特点的理论体系。所谓整体观念,是关于人体自身的完整性及人与自然和社会环境统一性的认识,是整体思维方法在中医理论中的体现。中医药学非常重视人体的统一性和完整性,认为人体的每个局部都是整体的一部分,都具有整个生命的全部信息；另一方面注重人体与环境的统一性,认为人的生命活动与自然运动规律相统一。这种观念贯穿于中医学对人体的生理活动和病理变化乃至疾病的诊断、预防和治疗等各个方面的理性认识之中。近年来,中医药现代化研究已经成为学术科研上的焦点问题,学者们力图用现代科学方法论来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。这都是由于现代医学的方法论与中医药学的方法论之间存在着明显的鸿沟,中医药学研究用的是整体思辨的网状思维模式,它注重把握事物之间的联系,而不是事物本身,因而其知识结构是综合的、整体性的；同时,中医药学善于把人与环境因素综合地加以考虑,其思维呈网状结构。而现代医学研究是还原分析的链式思维模式,它是建立在实验分析基础上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之间的联系,其知识结构是分析性的、局部的。然而,人体本身是一个复杂的整体,人体的复杂性及疾病的联系性,与中医的整体网状思维模式接近现代医学,也正由一元化向多元化转变,由单一性向系统型转变。基因组计划基本完成,标志着生物学研究进入了“后基因时代”,而系统生物学研究是后基因时代的最主要研究任务。基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学都是系统生物学的重要组成部分,基因组学、转录组学和蛋白质组学分别从基因、mrna、蛋白质层面探寻生命的活动,然而,代谢物是生命活动的最终产物,代谢物的水平可以被看作是基因或环境发生变化时生物体作出的最终的应答,正如oliverfiehn所认为的“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”[3],“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么”[4]。因此,代谢组学是系统生物学研究的终点。总之,代谢组学属于全局系统生物学(globalsystemsbiology)研究方法,与中医药学的整体观念相对应；且代谢组学研究的目标是代谢物,而“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”,其研究更接近表现型,由此,代谢组学用于中医药现代化研究具有不可比拟的优势。
2 代谢组学与“证”的现代研究
辨证论治是中医学认识和治疗疾病的基本思路,是中医理论体系的基本特点之一。“证”是辨证论治的起点和核心。所谓“证”,是指在致病因素作用下,机体内外环境各系统之间相互关系发生紊乱所产生的综合反应,是反映疾病处于某一阶段病因、病性、病位、病势等病理要素的综合性诊断概念。因此,“证”的现代研究是中医药现代化研究的核心任务。近年来,学者们对“证”进行了广泛而深入的研究,主要集中在证候的标准化、客观化、证候的本质、计量诊断、证候的动物模型等方面。其中证的标准化、规范化是进行“证”的其它方面研究的基础,如果对证候没有一个客观的尺度加以评价,其它方面的研究也就无法进行。每一个证候都有其外象(外候)与内涵,证的标准化研究中,对其外候的研究主要是根据中医文献及临床资料,并结合临床流行病学研究,制订某些证的诊断标准,使辨证达到规范化,并将现代医学的实验指征结合到证的研究标准之中；但外候是用四诊——望、闻、问、切所获得的信息进行整理而得,很难量化,即使用流行病学方法加以分析,亦是靠专家经验打分,最多亦只是半定量。这种诊治的准确性很大程度上依赖医生的诊疗经验,无论在准确性、稳定性、敏感性等方面都更多地受到医患双方主观因素的影响。因此,从证的内涵方面去制定“证”的诊断标准十分有意义。近年来,学者们致力于探索证候的高特异性和高灵敏性的指标,试图建立证候实验诊断单个金指标,然而,由于证的整体性、动态性和异病同证、同病异证等特征,不可能用单一指标作定性、定量、定位的说明。据此,证候客观化研究采用综合指标,精选非特异指标进行特异组合,建立能反映证本质并能区别它证的定性、定量、定位综合实验指标,辅助四诊,确定证候诊断具有重要的意义。代谢组学正具备反映和解决这些问题的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能。它能够通过检测不同时间患者的尿液或血液,对这些代谢产物进行分析,从而确定不同的证所对应的代谢组,使“证”可以得到客观化的表述。另外,利用代谢组学方法,通过研究代谢物图谱随时间的变化,能够帮助人们更好地理解疾病过程中“证”的变化与机体内物质的代谢途径和代谢状况的关系,还有助于疾病生物标记物的发现和辅助诊断,使诊断、治疗达到个体化。其准确性依赖于仪器的性能,可以提高诊治的科学化、定量化,避免了人为因素的误诊。
3 代谢组学与中医药疗效的整体评价
既然疾病具有系统化、动态化、整体化的特征,所以,在治疗时应随疾病的进程不同相应地调整药物剂量和种类。因为疾病发生的不同阶段需要不同的药物组分发挥调节作用,而以单一成分作用到单靶点的西药对此束手无策。从这个意义上讲,中药没有无效成分。所谓无效成分只是相对疾病的不同阶段而言。因此,未来的若干年,复方药或多组分药将在疾病治疗中担当重要角色。中药及复方具有多种组分,其多效性、多靶点、多途径发挥作用等特点又为其临床疗效评价带来了很多难题。近年来,对于中医药的临床疗效评价,自觉不自觉地照搬西医过去生物医学模式的疗效评价和标准,从单侧面、单生物学因素着手,缺少系统地反映中医个体诊疗特色和复合干预策略的疗效评价方法和指标[5],这一点严重影响了中医药的质量和水平及其可信度。另一方面,又无法有效地将可能存在的临床疗效优势客观的表现出来。因此,中医药的临床疗效必须用系统方法学加以评价,寻找客观、系统的临床疗效评价方法是中医药现代研究中急需解决的重点问题。
代谢组学的出现为中医药临床疗效评价提供了全新的思路和工具,中药(尤其是复方)的整体性作用机制和疗效在系统代谢组学的研究方法下将可能得到充分的展示和挖掘。疾病状态可以引起机体内代谢物的整体发生变化,成功的治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须的代谢途径的调控[6]。利用代谢组学方法,通过监测分析尿液、血液、唾液及细胞和组织的提取液等一系列样品的谱图在用药前后的整体变化,再结合模式识别方法,不仅可以客观地评价药物对于疾病的治疗效果,还可以对人体功能活动、生存质量和影响健康等的重大事件加以评价。中药及复方的临床疗效评价得以客观化后,对于中医药学用循证医学的方法进行进一步疗效评价提供了可能性。另外,在中医药研究中要高度重视其对肠道菌群的影响。现代研究发现,在正常情况下肠道菌群之间存在着复杂的动态平衡关系,此种平衡不仅为肠道正常菌群的生存所需要,而且对其宿主的多种生理功能(尤其是代谢)乃至生命活动亦至关重要,即肠道微生物群落实际上参与了人体的生理、病理和药理(毒理)过程,形成了人类代谢网络中重要的组成部分。中医从整体出发研究人体的平衡与失调问题,并通过中药使其恢复平衡,与肠道内微生态环境的平衡理论有异曲同工之处。中药大多数给药途径是通过口服,经过消化道在局部起作用或通过吸收在全身起作用。中医药的整体观虽然与西医相比具有其特殊性,但与现代微生态学具有一致性,因此,肠道菌群研究很可能会成为用代谢组学的方法来研究中医药的突破口。正如代谢组学鼻祖nicholson教授所提出,“在globalsystemsbiology的框架下,将人看作一个superorganism来进行代谢组学研究的思想,把人与环境(地理的、社会的)、人与肠道菌群之间的相互作用加以综合考虑,使我们能够更全面、真实地反映人体疾病与代谢变化的关系,从而达到个性化医疗(personalizedhealthcare)的理想目标”[7]。这种思想与传统中医药强调人与社会环境的整体观、四时和饮食对人的影响、辨证施治等思想是一致的。
4 代谢组学与中药新药研究
中药的化学成分复杂,中药及复方在治疗疾病时,主要是由于药效组分在多靶点或多器官上发挥整体综合调节作用,具有多因微效的特点。正由于中药及复方的多组分和作用具有多效性、多靶点性、多途径性等特点,为其新药开发带来了诸多的障碍,如中药的质量控制、发挥作用的物质基础、作用机理、安全性研究等都是中药新药研究亟待解决的重点和难点问题[8]。
中药材的质量直接影响中药饮片和中成药的质量,最终影响其临床疗效。中药材的质量好坏与其所含的化学成分直接相关。因此,对中药组成成分的控制是中药材质量控制的着眼点。中药的多种组分,其实质就是其多种代谢产物的集合,其组成、含量和存在状态等受到产地、气候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。代谢组学可以用于分析中药中各种组分的类型、含量和状态随各种因素的变化,可以定量地对其进行评价,从而实现对其质量进行控制。所以,代谢组学用于中药栽培、采集、加工阶段,符合药品生产质量管理规范(gmp)的质量控制以及药物监督部门针对药物质量的控制,无疑是最佳方法。这种方法准确、重复性好,而且不依赖于操作人员的经验[9]。对于中药及复方的药理作用机制的研究,代谢组学也具有绝对的优势。成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须代谢途径的调控。药物的作用机制的研究就是研究药物在这种调控作用中所起到的作用和如何起作用。通过认识体液“代谢指纹图谱”变化的原因,联系基因组学和蛋白质组学的方法,可以寻找药物作用的靶点或受体,从而发现药物作用的机制。正如nicholson教授提出的proteo-metabonomics的概念,即将蛋白质组学与代谢组学相结合,以便更全面、有效和准确地寻找药物作用的生物标志物。在中药及复方的安全性评价方面,代谢组学通过分析与毒性作用的靶位和作用机制密切相关的生物体液中的代谢产物谱随时间的变化,可以确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物[10-11]。因此,代谢组学可以反映出毒性效应的终点状况,并且可以与生化和病理指标联系起来。所有的代谢物都有其特征nmr谱峰,故代谢变化的指纹图谱可以作为毒物检测的定性依据,以便从功能和安全性两方面使药物筛选更有效,为新药临床前安全性评价提供可靠的技术支持和保障。因此,代谢组学在毒物药物学的研究中将发挥极其重要的作用。
5 结语
代谢组学是处于科学研究顶端的前沿性科学,近些年中,其发展非常迅速。虽然由于技术和设备等的局限,我国在这方面的研究才刚起步,但其在中医药领域的应用已初步显现出了明显的优势,将其用于中医药学的研究,必将对中医药的现代化研究起到推波助澜的作用。因此,引进先进的技术和设备,大力开展代谢组学在中医药领域的研究,对于推进中医药现代化的进程具有重要的现实意义。
【参考文献】
[1]陈慧梅.代谢组学及其研究方法和应用[j].肾脏病与透析肾移植杂志,2005,14(1)：59－64.
[2]路玉滨.中医理论、科学方法、科学事实[j].浙江中医学院学报,1999,23(5)：4－6.
[3]oliverfiehn.metabolomics-thelinkbetweengenotypesandphenotypes[j].plantmolecularbiology,2002,48：155－171.
[4]germanjb,baumande,burrindg,etal.metabolomicsintheopeningdecadeofthe21stcenturybuildingtheroadstoindividualizedhealth[j].jnutr,2004,134(10)：2729.
[5]中医现代化科技发展战略研究课题组.中医疗效系统评价体系的研究[j].世界科学技术——中药现代化,2002,4(2)：12－14.
[6]刘昌孝.代谢物组学在中药现代研究中的意义[j].中草药,2004,35(6)：601－605.
[7]jeremyknicholson,iandwilson.understanding“global”systemsbiology：metabonomicsandthecontinuumofmetabolism[j].naturereviewsdrugdiscovery,2003,2(8)：668－676.
[8]梁鑫淼,徐青,章飞芳.中药现代化研究的几点思考[j].中国科学院院刊,2004,19(3)：218－220.
[9]沈一丁,费贵强,张宇.代谢组学促进中医药现代化[j].精细化工,2005,22(6)：444－446.
生物化学的研究方法篇10
1990年启动的人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向了系统生物学时代,生物学由分解转向整合。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后,系统生物学的重要组成部分。细胞内的生命活动大多发生在代谢物层面,如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等,因此,代谢组学被认为是“组学”研究的最终方向[1]。中医药学是有着几千年历史的古老科学,中医药的现代化研究迫切要求将古老的中医“语言”用现代科学加以阐释,而近年来用现代医学的还原论思想模式来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。代谢组学与中医药学都是用整体思维模式来研究机体的,因此,如果能寻找到有机的切合点,将处于科学研究前沿的代谢组学与中医药学研究结合起来,势必能更好地推动中医药现代化的进展。笔者重点探讨了代谢组学与中医药学的联系及代谢组学在中医药现代研究中的应用,以期抛砖引玉,为代谢组学应用于中医药的现代化研究提供理论帮助。
1代谢组学与中医药学理论体系的联系
中医药学是有着数千年历史的古老科学,在历代医家不懈的医疗实践中,形成了以整体观念和辨证论治为特点的理论体系。所谓整体观念,是关于人体自身的完整性及人与自然和社会环境统一性的认识,是整体思维方法在中医理论中的体现。中医药学非常重视人体的统一性和完整性,认为人体的每个局部都是整体的一部分,都具有整个生命的全部信息；另一方面注重人体与环境的统一性,认为人的生命活动与自然运动规律相统一。这种观念贯穿于中医学对人体的生理活动和病理变化乃至疾病的诊断、预防和治疗等各个方面的理性认识之中。近年来,中医药现代化研究已经成为学术科研上的焦点问题,学者们力图用现代科学方法论来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。这都是由于现代医学的方法论与中医药学的方法论之间存在着明显的鸿沟,中医药学研究用的是整体思辨的网状思维模式,它注重把握事物之间的联系,而不是事物本身,因而其知识结构是综合的、整体性的；同时,中医药学善于把人与环境因素综合地加以考虑,其思维呈网状结构。而现代医学研究是还原分析的链式思维模式,它是建立在实验分析基础上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之间的联系,其知识结构是分析性的、局部的。然而,人体本身是一个复杂的整体,人体的复杂性及疾病的联系性,与中医的整体网状思维模式接近现代医学,也正由一元化向多元化转变,由单一性向系统型转变。基因组计划基本完成,标志着生物学研究进入了“后基因时代”,而系统生物学研究是后基因时代的最主要研究任务。基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学都是系统生物学的重要组成部分,基因组学、转录组学和蛋白质组学分别从基因、mrna、蛋白质层面探寻生命的活动,然而,代谢物是生命活动的最终产物,代谢物的水平可以被看作是基因或环境发生变化时生物体作出的最终的应答,正如oliverfiehn所认为的“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”[3],“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么”[4]。因此,代谢组学是系统生物学研究的终点。总之,代谢组学属于全局系统生物学(globalsystemsbiology)研究方法,与中医药学的整体观念相对应；且代谢组学研究的目标是代谢物,而“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”,其研究更接近表现型,由此,代谢组学用于中医药现代化研究具有不可比拟的优势。
2代谢组学与“证”的现代研究
辨证论治是中医学认识和治疗疾病的基本思路,是中医理论体系的基本特点之一。“证”是辨证论治的起点和核心。所谓“证”,是指在致病因素作用下,机体内外环境各系统之间相互关系发生紊乱所产生的综合反应,是反映疾病处于某一阶段病因、病性、病位、病势等病理要素的综合性诊断概念。因此,“证”的现代研究是中医药现代化研究的核心任务。近年来,学者们对“证”进行了广泛而深入的研究,主要集中在证候的标准化、客观化、证候的本质、计量诊断、证候的动物模型等方面。其中证的标准化、规范化是进行“证”的其它方面研究的基础,如果对证候没有一个客观的尺度加以评价,其它方面的研究也就无法进行。每一个证候都有其外象(外候)与内涵,证的标准化研究中,对其外候的研究主要是根据中医文献及临床资料,并结合临床流行病学研究,制订某些证的诊断标准,使辨证达到规范化,并将现代医学的实验指征结合到证的研究标准之中；但外候是用四诊——望、闻、问、切所获得的信息进行整理而得,很难量化,即使用流行病学方法加以分析,亦是靠专家经验打分,最多亦只是半定量。这种诊治的准确性很大程度上依赖医生的诊疗经验,无论在准确性、稳定性、敏感性等方面都更多地受到医患双方主观因素的影响。因此,从证的内涵方面去制定“证”的诊断标准十分有意义。近年来,学者们致力于探索证候的高特异性和高灵敏性的指标,试图建立证候实验诊断单个金指标,然而,由于证的整体性、动态性和异病同证、同病异证等特征,不可能用单一指标作定性、定量、定位的说明。据此,证候客观化研究采用综合指标,精选非特异指标进行特异组合,建立能反映证本质并能区别它证的定性、定量、定位综合实验指标,辅助四诊,确定证候诊断具有重要的意义。代谢组学正具备反映和解决这些问题的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能。它能够通过检测不同时间患者的尿液或血液,对这些代谢产物进行分析,从而确定不同的证所对应的代谢组,使“证”可以得到客观化的表述。另外,利用代谢组学方法,通过研究代谢物图谱随时间的变化,能够帮助人们更好地理解疾病过程中“证”的变化与机体内物质的代谢途径和代谢状况的关系,还有助于疾病生物标记物的发现和辅助诊断,使诊断、治疗达到个体化。其准确性依赖于仪器的性能,可以提高诊治的科学化、定量化,避免了人为因素的误诊。
3代谢组学与中医药疗效的整体评价
既然疾病具有系统化、动态化、整体化的特征,所以,在治疗时应随疾病的进程不同相应地调整药物剂量和种类。因为疾病发生的不同阶段需要不同的药物组分发挥调节作用,而以单一成分作用到单靶点的西药对此束手无策。从这个意义上讲,中药没有无效成分。所谓无效成分只是相对疾病的不同阶段而言。因此,未来的若干年,复方药或多组分药将在疾病治疗中担当重要角色。中药及复方具有多种组分,其多效性、多靶点、多途径发挥作用等特点又为其临床疗效评价带来了很多难题。近年来,对于中医药的临床疗效评价,自觉不自觉地照搬西医过去生物医学模式的疗效评价和标准,从单侧面、单生物学因素着手,缺少系统地反映中医个体诊疗特色和复合干预策略的疗效评价方法和指标[5],这一点严重影响了中医药的质量和水平及其可信度。另一方面,又无法有效地将可能存在的临床疗效优势客观的表现出来。因此,中医药的临床疗效必须用系统方法学加以评价,寻找客观、系统的临床疗效评价方法是中医药现代研究中急需解决的重点问题。
代谢组学的出现为中医药临床疗效评价提供了全新的思路和工具,中药(尤其是复方)的整体性作用机制和疗效在系统代谢组学的研究方法下将可能得到充分的展示和挖掘。疾病状态可以引起机体内代谢物的整体发生变化,成功的治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须的代谢途径的调控[6]。利用代谢组学方法,通过监测分析尿液、血液、唾液及细胞和组织的提取液等一系列样品的谱图在用药前后的整体变化,再结合模式识别方法,不仅可以客观地评价药物对于疾病的治疗效果,还可以对人体功能活动、生存质量和影响健康等的重大事件加以评价。中药及复方的临床疗效评价得以客观化后,对于中医药学用循证医学的方法进行进一步疗效评价提供了可能性。另外,在中医药研究中要高度重视其对肠道菌群的影响。现代研究发现,在正常情况下肠道菌群之间存在着复杂的动态平衡关系,此种平衡不仅为肠道正常菌群的生存所需要,而且对其宿主的多种生理功能(尤其是代谢)乃至生命活动亦至关重要,即肠道微生物群落实际上参与了人体的生理、病理和药理(毒理)过程,形成了人类代谢网络中重要的组成部分。中医从整体出发研究人体的平衡与失调问题,并通过中药使其恢复平衡,与肠道内微生态环境的平衡理论有异曲同工之处。中药大多数给药途径是通过口服,经过消化道在局部起作用或通过吸收在全身起作用。中医药的整体观虽然与西医相比具有其特殊性,但与现代微生态学具有一致性,因此,肠道菌群研究很可能会成为用代谢组学的方法来研究中医药的突破口。正如代谢组学鼻祖nicholson教授所提出,“在globalsystemsbiology的框架下,将人看作一个superorganism来进行代谢组学研究的思想,把人与环境(地理的、社会的)、人与肠道菌群之间的相互作用加以综合考虑,使我们能够更全面、真实地反映人体疾病与代谢变化的关系,从而达到个性化医疗(personalizedhealthcare)的理想目标”[7]。这种思想与传统中医药强调人与社会环境的整体观、四时和饮食对人的影响、辨证施治等思想是一致的。
4代谢组学与中药新药研究
中药的化学成分复杂,中药及复方在治疗疾病时,主要是由于药效组分在多靶点或多器官上发挥整体综合调节作用,具有多因微效的特点。正由于中药及复方的多组分和作用具有多效性、多靶点性、多途径性等特点,为其新药开发带来了诸多的障碍,如中药的质量控制、发挥作用的物质基础、作用机理、安全性研究等都是中药新药研究亟待解决的重点和难点问题[8]。
中药材的质量直接影响中药饮片和中成药的质量,最终影响其临床疗效。中药材的质量好坏与其所含的化学成分直接相关。因此,对中药组成成分的控制是中药材质量控制的着眼点。中药的多种组分,其实质就是其多种代谢产物的集合,其组成、含量和存在状态等受到产地、气候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。代谢组学可以用于分析中药中各种组分的类型、含量和状态随各种因素的变化,可以定量地对其进行评价,从而实现对其质量进行控制。所以,代谢组学用于中药栽培、采集、加工阶段,符合药品生产质量管理规范(gmp)的质量控制以及药物监督部门针对药物质量的控制,无疑是最佳方法。这种方法准确、重复性好,而且不依赖于操作人员的经验[9]。对于中药及复方的药理作用机制的研究,代谢组学也具有绝对的优势。成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须代谢途径的调控。药物的作用机制的研究就是研究药物在这种调控作用中所起到的作用和如何起作用。通过认识体液“代谢指纹图谱”变化的原因,联系基因组学和蛋白质组学的方法,可以寻找药物作用的靶点或受体,从而发现药物作用的机制。正如nicholson教授提出的proteo-metabonomics的概念,即将蛋白质组学与代谢组学相结合,以便更全面、有效和准确地寻找药物作用的生物标志物。在中药及复方的安全性评价方面,代谢组学通过分析与毒性作用的靶位和作用机制密切相关的生物体液中的代谢产物谱随时间的变化,可以确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物[10-11]。因此,代谢组学可以反映出毒性效应的终点状况,并且可以与生化和病理指标联系起来。所有的代谢物都有其特征nmr谱峰,故代谢变化的指纹图谱可以作为毒物检测的定性依据,以便从功能和安全性两方面使药物筛选更有效,为新药临床前安全性评价提供可靠的技术支持和保障。因此,代谢组学在毒物药物学的研究中将发挥极其重要的作用。
5结语
代谢组学是处于科学研究顶端的前沿性科学,近些年中,其发展非常迅速。虽然由于技术和设备等的局限,我国在这方面的研究才刚起步,但其在中医药领域的应用已初步显现出了明显的优势,将其用于中医药学的研究,必将对中医药的现代化研究起到推波助澜的作用。因此,引进先进的技术和设备,大力开展代谢组学在中医药领域的研究,对于推进中医药现代化的进程具有重要的现实意义。
【参考文献】
[1]陈慧梅.代谢组学及其研究方法和应用[j].肾脏病与透析肾移植杂志,2005,14(1)：59－64.
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[3]oliverfiehn.metabolomics-thelinkbetweengenotypesandphenotypes[j].plantmolecularbiology,2002,48：155－171.
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[8]梁鑫淼,徐青,章飞芳.中药现代化研究的几点思考[j].中国科学院院刊,2004,19(3)：218－220.
[9]沈一丁,费贵强,张宇.代谢组学促进中医药现代化[j].精细化工,2005,22(6)：444－446.