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關鍵詞:醫學細胞生物學;選修課;存在問題;對策
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)08-0277-02
隨著對細胞結構、功能及其分子機制研究的不斷深入,細胞生物學的相關知識和理論在醫學領域中的應用也變得越來越廣泛,醫學細胞生物學已成為現代醫學教育的重要基礎課程,也是生命科學的前沿學科之一。對于現代醫學生,具備醫學細胞生物學的相關基礎知識和基本技能,是進一步學習其他課程的重要基礎[1]。在我校,醫學細胞生物學這門課程,對于臨床醫學專業的學生它是一門必修課,而對于口腔醫學、醫學檢驗、醫學影像、護理、助產和藥學專業的學生,它則屬于一門限定選修課。這門課作為必修課時,學生對課程的學習態度明顯優于選修課。本文對醫學細胞生物學這門選修課出現的問題進行了分析,并提出了相應的解決問題的對策,以期為這門選修課更好地開展提供參考。這門選修課存在問題主要有四方面。
一、學生到課率低
這門課作為限定選修課學生的到課率比起作為必修課到課率明顯降低。學生到課率降低主要有兩方面原因:一方面,學生對選修課不夠重視,部分學生選修這門課是為了“湊學分,混畢業”,出現“選而不修”的現象;另一方面,由于學校教室資源短缺,選修課往往被安排在晚上或周末上課,一小部分學生,由于要參加學校組織的其他的一些活動,不得不請假。
二、學生上課不專心
學生對選修課缺乏足夠的認識和重視,選修只是為了應付學校對學生在校期間修習學分的要求。對于選修課,有的學生為了應付老師的考勤而到課,雖然每節課都在聽,但卻往往是“身在曹營心在漢”,上課時心不在焉,更談不上知識面的擴充、綜合素質的提高和能力的更上一層樓了。選修課對這樣一些學生來說,完全失去了它應有的意義[2]。學生上課心不在焉主要有三個方面的原因:(1)醫學生的專業課比較多,學習任務比較重,學生疲于對付,導致一些學生在上選修課時把時間花在他們認為比較重要的課程的學習上或者把時間花在即將要考試的科目上。(2)在網絡及其發達的今天,小部分不愛學習的學生,抵制不住網絡的誘惑,在課堂上偷偷用手機上網。(3)周末晚上上課時,經常會遇到學校有晚會活動,教室外充滿誘惑力和干擾力的聲音,讓學生無法專心學習。
三、課程較為抽象,學生基礎較低
醫學細胞生物學是一門在細胞水平、亞細胞水平和分子水平上研究細胞生命活動的學科。主要研究細胞的結構、細胞的生命活動、細胞的功能及分子機制等,所以這門課的抽象性可想而知。《醫學細胞生物學》作為護理,醫學檢驗等專業的學生的選修課,這些專業的學生甚至還有小部分是文科生,比起臨床本科專業的學生來說,基礎相對薄弱,加之這門課較為抽象,所以學生學習起來難免會感到吃力。
四、學時少,內容多
這門課一共有十三章內容,包括緒論、細胞的基本特征、細胞的基本結構、細胞的物質運輸、細胞的信號轉導、細胞的能量轉換、細胞運動、細胞內遺傳信息的流動、細胞增殖、細胞分化、干細胞與組織再生、細胞衰老以及細胞死亡,包含內容比較多。學校安排18個學時,要求完成這門選修課的教學任務,顯然時間上是捉襟見肘的。
五、問題對策
1.要解決學生到課率低的問題。首先,學校應對選修課給予重視,盡量不要把選修課安排在晚上或周末上課,這樣學生就不會因為要參加其他的一些活動而請假不上課;其次,應該改革選課制度,讓學生能真正選修到自己感興趣的科目;再者,教師也應該采取一定的措施來杜絕學生“選而不修”現象的發生,可采取多種方法,比如不定時的考勤,課堂提問,課堂作業等方法。當然由于課堂的時間有限,不可能每次課都進行考勤。課堂提問可在一定程度上提高學生的出勤率。每次課盡量留出一些時間給學生做課堂作業,作業的成績直接和這門課的最終成績掛鉤。課堂作業不僅可以鞏固課堂知識,也可大大提高學生的到課率。出課堂作業也有講究,盡量不要全部出選擇題,這就可在一定程度上避免到課同學幫缺課同學做作業的現象發生。
2.要解決學生上課不專心的問題。首先教師要讓學生認識到選修課的重要性,嚴格要求學生,課堂采用多種教學方法,避免“滿堂灌”,盡量調動學生的學習興趣,比如,這門課比較抽象,可通過多媒體向學生多展示一些精選的精美圖片或動畫視頻,使學生有一個直觀的認識。另外,盡量和醫學結合起來,多舉一些與醫學有關的例子,這樣才能調動學生的學習興趣,使學生感到學有所用,這樣學生才會專心聽講。課堂上還可以和學生互動,讓學生回答問題,這樣也會提高學生學習的注意力。還有,在切換幻燈片時,可適當加一些背景聲音,這些背景聲音也可以起到一定的“提神”作用。
3.要解決課程抽象,學生基礎低的問題,教師應該考慮到授課對象不同而調整課程的難度,充分利用多媒體,講授盡量通俗易懂,深入淺出,既注重知識性,也要注重實用性,盡可能與醫學結合,使學生更容易理解和接受。
4.選修課和必修課一樣,都需要有足夠的學時才能保證學生從教師那里獲得應得到的知識,所以學校應盡可能增加授課學時。在授課學時有限的情況下,教師應結合學生的實際情況,精選教學內容,既要突出重點,也要兼顧內容的新穎性與實用性[3]。
總之,要解決選修課中存在的問題,需要學校、教師和學生的共同努力。學校應重視選修課,改革選課制度,合理安排上課時間;學生應認識到選修課對擴充自身知識,提高自身素養的重要性;教師應有飽滿的上課熱情,調動學生上課的主動性和積極性,并不斷實踐,總結經驗,才能真正讓學生學有所獲、學有所長、學有所用。
參考文獻:
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基金項目:廣西壯族自治區教育廳項目(201106LX440)。
素質教育歷來是高等教育階段的主要任務,提升學生的科學素養是素質教育中一項最基本的內容,尤其是對生物學而言,更應該注重提高和培養學生的生物科學素養,這樣才能夠培養出能適應當代生命科學發展需要的應用型專門人才。所謂生物科學素養是指參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需的生物科學概念和科學探究能力,包括人們所掌握的生物科學知識、技能和方法,以及在此基礎上形成的生物科學能力、科學觀以及科學品質等方面。①細胞生物學是研究細胞基本生命活動規律的科學,是21世紀自然科學的三大前沿學科之一,是當前生命科學領域中最活躍、最富有發展前景的學科,是生物類專業的主干課程之一。因此,在細胞生物學教學中如何提高學生的科學素養對于培養新時期的生物人才至關重要。本文主要對當代大學生生物科學素養現狀、實施生物科學素養教育的重要意義以及如何在細胞生物學教學之中提高學生的科學素養進行了綜述,旨在為生物教學提供一定的參考價值,以供方家借鑒。
1 當代大學生的生物科學素養現狀及其存在問題
生物相關專業的學生對生物科學技術具有濃厚的興趣,生物科學技術基礎知識扎實,對生物技術發展持積極的肯定態度,具備良好的科技強國的信念。但是,他們對高新生物科學技術知識和先進實驗技術了解較少,生物科學實驗實踐技能較差,對生物科學科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有調查表明,當代大學生對于當前的一些生物熱點問題有一定的了解,但是對于高新技術的應用和新的科學研究領域的認識不足。在理性上,有43%的學生是盲目的懷疑,或者是盲從專家和他人的觀點,對事物較少有自己的看法;在探索求知精神上,“科學功利主義”對學生的影響最大,使得學生視本文由收集整理野狹窄、目光短淺;在實證精神上,有62%的學生缺乏實驗實證精神,偏重抽象思維,缺乏科學實驗的精神和價值眼光。②此外,許多高校只注重生物專業課的常規教學,很少舉辦專門的科研活動,且科學技能培養與鍛煉的途徑缺乏,這使得大學缺乏濃郁的科學素養氛圍,學生較難形成一定的科學技能,由此科學實踐能力也較差。
2 細胞生物學教學中培養科學素養的意義
細胞生物學是生物學類及農林醫藥類本科生一門必修的專業基礎課,是現代生命科學的前沿分支學科之一,它是以細胞為研究對象,從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學是一門承上啟下的學科,和分子生物學一起同是現代生命科學的基礎,并廣泛滲透到遺傳學、發育生物學、生殖生物學、神經生物學和免疫生物學等的研究中,和農業、醫學、生物高新技術的發展有密切的關系,是生命科學的重要支柱之一,在解決人類面臨的重大問題、促進經濟和社會發展中發揮重要的基礎作用。同時,細胞生物學又是一門實踐性很強的學科,重要理論與實踐密切地聯系著。隨著生命科學自身和生物產業的快速發展,對生命科學相關領域創新型人才的需求也在不斷增加。由此可見,細胞生物學課程中科學素養的培養對于建立與其專業層次、研究方向相符合的細胞生物學知識構架體系,培養和鍛煉學生的科學思維能力具有非常重要的作用。
3 細胞生物學教學中如何培養學生的科學素養
細胞生物學作為生物學類及農林醫藥類的一門專業基礎課程,在培養學生的科學素養方面,具有舉足輕的重要作用。然而,科學素養的提高不是一朝一夕之功,教師應始終將其貫穿于自己的教學之中。如何在細胞生物學教學中培養和提高學生的科學素養,以下是筆者的一些想法和體會。
3.1 加強課堂教學中的“生活化”融合
細胞生物學的知識理論性強,內容抽象深奧、難于理解,教師可以試將抽象的內容與日常生活相聯系,使學生有此聯想起有趣的、熟悉的生活場景或事物,這不僅使抽象的內容具體化和動態化,使其容易理解,而且激發了學生的探究欲望和學習興趣。例如講解“蛋白質的分選”時,引導學生由細胞社會聯想到人類社會。細胞中的各種蛋白質發揮結構或功能作用的部位幾乎遍布細胞的各種膜區和組分,只有當蛋白質各就各位并組裝成結構和功能復合體,才能參與細胞的各種生命活動。這就好比在人類社會中,各專業的畢業生只有找到適合其自身特點的工作崗位才能發揮所長。總之,運用發散性思維,盡可能地將細胞生物學抽象的理論知識與生活實際聯系起來,并配合以
多媒體輔助手段,使抽象的內容變得形象生動,易于理解掌握。
3.2 側重教學內容的前沿性和新穎性
細胞生物學發展極為迅速,隨著科學家們研究成果的不斷涌現,其內容處在不斷更新的動態過程中。因此,教師在教學過程中,要注重聯系學科的前沿和熱點,講述較先進的科學結論,跟蹤國際上最新進展。此外,教師在注重教學的同時,宜以科研并舉,以科研引導和促進教學;教學與培養科學研究型人才緊密結合;教學內容與最新科研進展同步,使學生在正確掌握細胞生物學基礎上學會解決與之相關的科學研究問題。如將教師的主要科研成果與基礎理論教學有機結合,結合教學內容介紹自己的科研成果,這樣既生動又貼切,學生又很熟悉,使學生獲得學習的興趣和動力,亦可以啟發學生的創新思維能力,培養學生的科研鉆研精神。
3.3 增加細胞生物學實驗綜合性和設計性實驗的比例
綜合性實驗注重知識的綜合運用,實驗原理和方法步驟較為復雜,可以使學生更好地理解實驗原理,正確使用儀器設備,鍛煉學生綜合分析問題的能力;設計性實驗是指學生根據實驗項目,自主設計實驗方案,自主準備實驗材料,自主配制實驗所需試劑,根據自己的時間自主安排實驗進程,設計性實驗可以充分調動學生的實驗積極性,培養學生的創新思維和勇于探索的精神。由此可見,綜合性和設計性實驗可以鍛煉學生綜合分析問題和解決問題的能力。③然而目前許多高校由于實驗條件和課時安排的限制,細胞生物學實驗主要以基本操作和驗證性實驗為主,綜合性和設計性實驗較少甚至沒有,這在一定程度上限制了學生綜合素質和創新思維的培養。④因此,教師應根據科學性、可行性和實用性原則增大綜合性和設計性實驗的比例。如我們精選了真核生物基因組的提取、純化、鑒定、擴增、酶切、重組、轉化、篩選的大實驗,膜蛋白的分離與鑒定等綜合設計型大實驗,這些實驗中的每個實驗都構成了一個綜合性整體,同時,在實驗材料的選擇上盡量做到由學生自主選擇。通過每一次的綜合設計實驗,使學生進一步鞏固了已學習的知識和已掌握的技術,并能夠對實驗結果進行合理的正確的資料采集、整理、分析和歸納,有效地培養了學生的科學素質、科學精神、創新思維及分析問題和解決問題的能力。
3.4 組織各種“科學小組”,布置學科發展前沿的討論,與全程科研訓練對接,以培養學生的科學態度和科學精神
細胞工程課程在生物科學專業的設置
本課程自從2007年在我校新辦生物技術專業開設以來,根據學校對本科生物技術專業的培養計劃,細胞工程是生物技術專業的主干課程,并于2009-2010學年第二學期開始開設。通過對該課程的教學,使學生掌握細胞工程所涉及的基本概念、原理、技術方法、應用基礎等內容。通過近三年的教學實踐,不斷加強課程建設與發展,理論教學體系已經基本完善,實驗教學平臺基本建立。通過全面進行教學改革,已逐漸形成本校建設的特色課程。21世紀,生命科學全面快速發展。根據學科發展和社會需求趨勢,在新辦生物技術專業基礎之上,2009年我校新辦生物科學專業。然而,新辦生物科學專業的困境是專業范圍寬泛;如何在有限的時間內,全面、高效地培養適應社會需求的合格人才,是每位任課教師和教學管理者必須認清的首要問題。為了充分發揮我們醫學院校的資源優勢,在培養學生方向定位上,以健康教育為主要方向,兼顧生物制藥等,但又與生物技術的培養方式不同。由于細胞工程是由細胞生物學、分子生物學、基因工程、工程學等學科理論技術有機結合的一門嶄新學科,因而被設定為新辦生物科學專業本科生培養計劃的必修課程。
細胞工程課程在生物科學中的開設,是以普通生物學、生物化學、醫學遺傳學、細胞生物學、分子生物學、微生物學、免疫學等先修課程為基礎。同時,將本課程的學習與基因工程、生物技術等課程的學習互相補充和相互促進,為將來從事生命科學基礎理論研究、生物制品的開發和應用、疾病診斷技術的開發與應用等領域的工作打下必要的基礎。在教材方面,以李志勇編著《細胞工程》(高等教育出版社)為基本教材,以楊吉成編著《細胞工程》(化學工業出版社)、安利國編著《細胞工程》(第二版,科學出版社)等為主要參考教材。在教師隊伍配置方面,既有細胞生物學領域教學經驗豐富的教授,也有年富力強的專業知識扎實的中青年骨干教師。細胞工程的理論教學和實驗教學全部由既具有扎實生物工程學相關知識背景,又有基礎細胞理論與實驗技術背景的骨干教師承擔。
細胞工程教學內容的設定與改革
細胞工程課程的特色,是以細胞工程技術方法的基本原理為課程教學切入點。在教學內容上,基本理論的講授與技術方法過程的介紹并重;在本學科知識的系統性方面,既有本學科理論的系統性,又加強與其他相關學科的相互滲透交叉,尤其是以細胞生物學、生物工程的基礎知識背景,為本學科的理論教學奠定基礎;通過將現有技術的原理、應用歸納,與本學科相關技術的發展趨勢講解相結合;從內容上,客觀系統地反映本學科相關領域應用前景、重點研究方向和尚待解決的科學問題;在理論上自成體系。根據教學計劃,細胞工程在我校總學時設定為80學時,其中理論50學時,實驗30學時。本課程的開設,一般在第三學年的第二學期,在普通生物學、生物化學、醫學遺傳學、細胞生物學、組織胚胎學等課程修完之后進行。細胞工程在教學內容、教學方法上又與以上學科大不相同,本課程教學是以技術方法的原理為基礎理論的學科,因此實驗與理論教學并重。細胞工程課程的理論課程內容,根據研究對象一般分為三大部分內容,分別為:細胞工程概論與基本技術、植物細胞工程、動物細胞工程。根據我校的教學實際情況和培養計劃,我們對教學內容進行了適當的改革與調整。課程的內容重點在第一部分細胞工程概論與基本技術和第三部分動物細胞工程[1-4]。
10月3日, 2016年諾貝爾生理學或醫學獎頒給日本分子細胞生物學家大隅良典,獲獎理由是,他的研究揭示了細胞自體吞噬的機制。
71歲的大隅教授研究的是細胞“自噬”,通俗點的理解是:細胞自己吃自己,就是細胞吞噬清除內部的代謝殘渣,順便回收有用的零件材料。細胞自噬很早就被發現了,但人們一直沒搞懂自噬的機制。大隅教授的貢獻在于,他找到了酵母這種簡單又與人體細胞相似的實驗模型,將復雜問題化難為易。
不同于那些一帆風順的天之驕子,大隅教授的故事,比較坎坷。
1945年,大隅良典出生在日本福岡縣,父親是一位工科教授。小時候,哥哥常常買科普書籍給他看,他最喜歡的是《動物的歷史》《空氣的發現》以及法拉第的《蠟燭的化學史》,這些書啟發了他對科學的興趣。
十幾歲時,大隅決心要當化學家,但當他進入東京大學化學系時,卻冷靜了下來。他認為化學體系已經非常成熟,他不太可能干出什么大成就。于是,他決定轉專業去學生物。
可是從本科到博士,他都“表現一般,沒做出什么東西來”。由于博士論文沒通過答辯,他連學位都沒拿到。他又花了兩年時間重讀,雖然順利畢業,卻因日本的科研環境不好,連工作都很難找到。無奈之下,他只好遠去美國,進入諾獎得主埃德爾曼的研究所當博士后。
大隅說自己在美國的日子是“這輩子最艱難的時光”。他研究的是大腸桿菌,而埃德爾曼實驗室主要研究發育學,他一竅不通,只能從頭學起。抑郁苦悶地干了一年半后,實驗室來了一個新同學,他的研究方向是酵母細胞內的DNA復制,大隅決定加入他的研究。從那之后,他就和酵母結下了不解之緣。
畢業后大隅返回日本,回到母校東大就職。當了九年實驗室助手后,1986年才升任講師,1988年成為助理教授,有了自己的實驗室。小得可憐的實驗室一開始只有他一個人。在開始研究自噬時,也只多了兩個學生。但正是在這個小地方,他解決了上世紀60年代以來就困惑著大家的自噬難題。
談及自己的成功時,大隅經常用“幸運”來形容。他說自己的興趣在于做別人不做的事,發現一個課題無人問津時,他會非常開心,做研究的妙趣就在于:“自己是世界上第一個看到的人,這種滿足感對科學家而言是最大的動力。”
2006年11月12日星期天,在南港中央研究院的活動中心,有一個三天的研討會,研討會的主題是“二十一世紀分子生物學:傳承、整合和展望”。這個研討會的舉行,是為配合中研院分子生物所設立二十年慶,也回顧臺灣在分子生物科學發展的過往和瞻望未來。
分子生物學的濫觴,可以追溯到一九四年代,在那個物理科學當紅的時期,小尺度的生物學研究多是由物理學家,以物理方法進行研究。生物學大約每十年就會有一個嶄新的研究方向,經過一九五―六年代的醞釀發展,奠定了分子生物學的研究基礎;到了一九七年代,DNA重組研究成熟之后,這個學科得到快速發展。
分子生物學相對于傳統的生物學來說,算是一種比較“現代”的生物學。傳統生物學偏重于敘述現象,即使有探討其下的生物機制,也是利用一些比較抽象的概念,沒有一個扎實的分子基礎;分子生物學則著重在這一塊,利用物理與化學技巧,為生物研究提供分子層面的研究基礎。
臺灣的生物研究一直都是以傳統生物學為主,直到一九八年代,才有人注意到海外生物學的研究風向有所轉變,因此開始構思建立分子遺傳學與分子生物學的研究據點。當年第一批從海外學成歸來為分生所創建工作貢獻心力的前所長沈哲鯤表示,當時臺灣分子生物學的基礎幾近于零,假如不建立起分子生物學的基礎,接下來所有的生物學發展,甚至包括醫學在內,都會欠缺必要的技術,實在是非做不可的事情。雖然起步的時機比起歐美各國自然是晚了許多,不過遲做總比不做好。
臺灣分子生物學草創時期的帶頭人物,當屬在一九六年代,于美國加州理工學院做DNA重組博士后研究的王倬。他說當時臺灣的分子生物研究幾乎是一片荒田,延攬海外學人歸來就成為必要且唯一的選擇。在美國加州大學柏克萊分校做了十一年研究,一九七七年轉往哈佛大學的王倬,回憶起當年找人的過程,說那時候臺灣在美國發展的幾位分子生物學者,在某一次聚會里表示,如果王倬回臺灣指導分生所的創建工作,他們也很愿意跟著一起回來共襄盛舉,王倬覺得這是一個很難得的機會,放掉實在可惜。
當時在哈佛大學研究成就杰出,已被認為是DNA拓樸結構學的開山鼻祖,二十世紀世界上核酸結構研究方面最著名十位科學家之一的王倬說,他從臺灣大學化學工程系畢業到美國念書,覺得自己在臺灣接受這么久的基礎教育,總該回來做一點事,“把債還掉”。于是便答應了回臺協助分生所的創建工作,從而帶動了一波回歸。
一九八六年中研院院內新落成了一棟白色的分子生物實驗大樓,王倬帶領著他的五個子弟兵劉枋、謝道時、涂振北、周寄梅以及沈哲鯤,以及七位由海外學成回歸的年輕研究人員鐘邦柱、譚鳴輝、黃昭蓮、孫以瀚、陳枝乾、賴明宗與鄭淑珍,為臺灣的分子生物研究奠定了根基。在當時造型新穎的分子生物研究實驗大樓里,王倬和他帶領的年輕研究人員半夜在燈火通明實驗室中進行研究工作,是臺灣分子生物學起步的動人景象。
王倬之后,黃周汝吉和吳瑞接續主持研究所的大計,后來更有何潛和王正中的接續回臺主持所務,給中研院分子生物學研究奠定了基礎。
那時回臺幫忙的幾位學人,在美國都還有教職或研究職,無法全職投入,因此議定幾個人采取“輪值”的方式,每個人輪流回來主持一年。這是不得已的妥協辦法,而且由于各人的研究領域不盡相同,不免使人擔心分生所的研究方向也會跟著“輪值”變化,如此每年一改,成不了氣候。
關于這一點,當年回臺幫忙的院者也都心知肚明,彼此有著共識,只待分生所的組織健全,有了常態性的行政所長,輪值制度就可以隨時淡出運作,不一定要把人輪完。事實上確是如此,在沈哲鯤擔任分生所的第一任所長職務后,許多人對分生所研究方向飄忽不定的疑慮,也逐漸的煙消云散了。
王倬認為,在中央研究院成立分生所對臺灣學術界的意義,在于它引起了大家對分子生物學的重視,也提供了學生對分子生物學認識的一個渠道。分生所早期有一項與清華大學合作,在清華大學開設分子生物學相關課程的計劃。這個計劃對于臺灣生物學界的發展有沖擊性的深遠影響,時至今日,臺灣的生物學研究得以跟上現代潮流的腳步,分生所當年率先在校園進行教育,功不可沒。
不過也有人認為分生所可以做得更多,比方說帶動臺灣的生物科技發展,促進相關產業的競爭力。然而科技產業的發展并非一蹴可及,必須要有厚實的研究傳統,以及充沛的研究新鮮血液,才能夠水到渠成;單靠一個學術研究所就要為整個生物科技產業負責任,既非分生所所能為,恐怕也不是該所創立的初衷。
(二)
分生所目前共有研究員、博士后研究員與研究助理約六百人,每年預算有兩億多元新臺幣;就每個實驗室平均可分得的資源來說,這個規模大約相當于一個分子生物學比較發達的美國州立大學。分生所自我評估,認為目前分生所擁有的資源與學術貢獻,大約與美國的加州大學戴維斯分校以及北卡羅萊納大學兩所大學旗鼓相當;不過與校內設有大型研究中心的美國重點大學相比,仍然是只能望其項背。
雖然在整體研究資源上,分生所有其力有未逮之處,但是卻可以在單個的研究項目上,做重點式的突破,比方說利用老鼠、果蠅或線蟲這類基因體較為單純的動物,進行一些醫學相關的研究。舉凡肌肉萎縮癥、肥胖癥、RNA剪接等等,都是分生所目前達到國際水平的重點研究項目。
分生所二十周年所慶研討會的主題之一就是要討論分子生物學下一階段的方向。一般分子生物學界認為,目前看起來比較具有發展潛力的研究項目,包括生物早從受精卵開始的發展過程,探討在其發育過程中細胞內的各種生物機制(發展生物學),生物演化的分子結構細節(結構生物學),以及醫學應用技術。
分子生物學跟細胞生物學或育生物學類似,盡管計算上的觀念各有千秋,但都是一種小尺度的研究工具;這些新興的學科里面,有太多未知的事實與現象有待探索。沈哲鯤指出,現代的生物學主要是一種“發現”的科學,包括2006年獲頒諾貝爾醫學獎的RNAi研究,是屬于發現既有的生物機制(參見《知識通訊評論》四十六期一文);真正創新的部分,大約只限于發現了某個現象或機制之后,如何創造出一些技法來解決、解釋它們而已。舉例來說,分子生物學就分子層面來對癌細胞分裂情況進行觀察,試著找出是哪些分子分裂太多,為何如此分裂,從而再試圖發展予以控制的手段。沈哲鯤說,有個觀念,將其驗證,最后再發展出應用技術,整個分子生物學約略就是這么一回事。
至于結構生物學的發展,由于電腦運算能力的發展突飛猛進,如今分子生物學才可以做到許多以前無法做到的事,解出大分子的結構,以三維空間的圖像具體呈現。“解讀”是結構生物學里很重要的一環,結構生物學家從晶體分析中得到一種特定模式,據此解出對應結構,再根據手上的生化結果或基因結果,來判斷這個結構是否可以正確解讀特定模式。不是每一次的猜測都正確無誤,不過隨著研究技法持續進步,出錯的機率逐漸減低。王倬特別指出,解讀方法各人不同,有過度保守的,也有過度樂觀的,這都是一種嘗試的方向;不過若要建立起某種客觀性,所做的解讀總要可以接受檢驗(testable)。
當然還有在傳播媒體的報導里最熱門的醫學應用,如干細胞研究等。值得一提的是,以往的醫學應用是對病癥“添加”一些元素上去,比方說將特定病毒注入病人體內,期望達到某種生理反應,然而這種技法后來卻頻頻出現各種副作用;隨著分子生物學的進步,現在有時候可以采取某種“減”法,像比較新穎的轉殖過程(transgenic process),利用細胞內的揀選機制,鎖定認為會引起不良生理反應的分子,將它敲掉(knock out),這種新技法或許有助于降低副作用出現的機率。
不過醫學研究并非沒有底限。舉例來說,即使已經有了可能管用的技法,對于人類腦部進行操作性的分子處理,仍然有許多生物倫理上的爭議;因此盡管腦部生物學幾乎是眾所公認的未來研究趨勢大熱門,但是分子生物學對于人類腦部的研究,可能會因此僅限于描述其生物機制,無法進行太深入的實驗。
(三)
無論分生所的下一階段工作具體內容為何,做研究的時機是否成熟至關緊要。王倬指出,分子生物學一開始著重“簡化” (reduction),將復雜的生物現象拆解成各個不同的機制,予以解釋、處理;之后再進行“整合”(integration) ,將謎題已解的各個生物機制重新組合,以達到特定的應用目的。當年先著重簡化研究的時機很正確,現在開始進行整合研究的時機也很正確。
王倬記得早在他還在仿DNA重組的博士后研究時,就有人提議要做神經生物學,然而在當時欠缺對相關基礎機制了解的情況之下,進行神經生物學研究的條件還不成熱,那時候若往這個方向發展,會走許多冤枉路。這也是分生所接下來選擇研究方向,需要特別留意的一點。
另一個分生所需要考慮的,是它要提供哪一種類型的研究環境。幾乎所有的科學研究發展都有兩種型態,一種是個別的研究者基于本身的興趣或天分,在前無古人的情況下自辟一條嶄新的研究途徑,就好比物理學上的量子跳躍(quantumleap)一樣,其獨創性固然耀眼奪目,卻包含有相當程度的機動性在內,是可遇而不可求的。另一種研究型態,則是進行一個極有潛力領域的計劃研究,收獲雖然可期,但眾人皆知,不會有什么意外的驚喜。王倬認為理想中的分生所應該要兼容并蓄,因為他認為這兩種研究特質是互補的而非互斥,一個研究環境若是過度偏向其一,做出來的研究也會有所缺漏。
王倬認為臺灣分子生物學的研究(可能也是整個臺灣科學界的普遍現象),有時太過小心謹慎,比較具有風險性的研究主題都乏人問津,大家盡做“保證有東西會出來”,很安全的研究。這或許是研究環境文化的不同,不過科學政策也有相當程度的影響,比方說“國科會”據以提供研究經費的評價方式,本質上就不大鼓勵研究員去做三年內不一定會有成果的前沿研究。臺灣的研究人員其實并不乏處理大型難題,進行創新研究的能力,但是研究政策是否有給予他們適當的誘因與支持就顯得非常重要。
有鑒于此,王倬指出如果臺灣的分子生物學日后要招攘研究人員,最好找比較年輕的,既敢挑戰風險性較高的研究,也比較有登峰造極的機會。他認為在分子生物學的領域,一般人研究最輝煌的時刻,是在三十五歲到四十五歲之間;不過最近似乎有一種“晚出道”的趨勢,近期研究成名的學者,多是年過四十。
沈哲鯤則認為,臺灣分子生物學研究的弱勢在于起步晚,實驗室的數量也少,各研究員手頭上都有很多正在進行的工作,出現了像RNAi這么顯赫的大發現之后,鮮少能有余力對其進行后續研究。像美國這類實驗室眾多的國家,就有機會全力支持下屬的研究員進行后續研究,功成名就自然也就不在話下。在大環境無法支持設立較多的實驗室,先天條件不如人的情況下,除了做重點式的專業研究以外,如何通過科學政策的擬定,減輕研究人員手頭工作的負擔,讓他們有時間去做一些額外的研究,應該是科學研究管理部門應該思考的問題。