【关键词】高职医学检验技术分子生物学教学改革
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2015）09C-0156-03
分子生物学是从分子水平认识生命本质的一门新兴边缘学科。随着新技术、新理论的不断发展，分子生物学几乎渗透到检验医学的所有领域。其快速发展也给检验医学开辟了新的领域，为学科发展提供了新的机遇。但分子生物学的理论更新得太快，技术种类又繁多，对技术人员的理论素质和实践能力要求高，特别是对高职医学检验技术专业分子生物学的教学提出了非常大的挑战。在国家大力发展职业教育的战略背景下，如何通过机制创新，建立合理、科学的适用于高职医学检验技术专业的分子生物学课程教学体系是本文探讨的重点。本文拟以广西卫生职业技术学院为例进行论述。
一、高职医学检验技术专业分子生物学教学存在的问题
由于分子生物学的专业术语繁多、理论知识抽象难懂、技术专业性强，在以往传统的教学过程中有许多学生对基本概念搞不清、对基础理论很模糊，对技术掌握也不到位，临床实习时根本适应不了临床的分子诊断工作。因此，怎样帮助高职医学检验技术专业学生进一步理解和掌握分子生物学的理论知识是一个难题。
另外，分子生物学技术的种类繁多、发展迅速，而由于种种客观的原因，分子生物学这门课程是安排在医学检验技术专业学生的大一、大二阶段进行授课，课程安排得较早，在这个时期医学检验技术专业的学生基本没有接触专业课，所以对分子生物学这门课很难吃透。而基于有限的理论和实验学时数，要把分子生物学的所有技术详细讲授给学生几乎是不可能办到的。因此，学生在校学习期间，教师如何充分利用学校有限的教学仪器设备和有限的实验课时，培养医学检验技术专业学生的实验技能和动手能力，也是一个难题。
二、高职医学检验技术专业分子生物学教学改革思路
以广西医院临床分子生物学实验室实际操作需求为核心，在现代高职教育“能力本位”的课程理念指导下，充分利用学校现有资源对医学检验技术专业的分子生物学技术理论与实训内容进行设计和改进，精心组织教学实施，构建适合高职医学检验技术专业的分子生物学教学模式。特别是在分子生物学基本实验技能的训练上，既需要提升实践教学和技能训练的效率和效果，也需要充分挖掘教师和学生的科研潜力，提高科研水平。
广西卫生职业技术学院结合医学检验技术专业的具体情况，在2013、2014级检验班中选取2个班做试点。为突出高职教育的职业性和实用性，重新整合理论教学模块，调整教学内容；采用以完成工作任务为主线的职业性、实践性的实训项目。改变传统的讲授式的教学模式，模拟临床基因扩增和分子诊断的情景，构建以“学生”为中心的新型教学模式。在教学过程中通过问题启发引入新理论新技术、案例分析导入实验数据分析、分组讨论及专题讲座学习最新技术等多样化的教学方法，提高教学效果。实践教学上采用示教、开放实验室、实训室练习、岗前分子生物学技术培训、医院见习、病例讨论、综合训练等。改革考核方式，建立一套科学的、多元化的考核评价体系，采取阶段性考核的方式，先考核手工操作，再进行仪器设备操作考核，最后是学科理论考核和综合能力考核，岗位模拟及出勤也在考核计分之内。
三、高职医学检验技术专业分子生物学教学改革具体方案
（一）高职医学检验技术专业分子生物学理论教学改革
1.改选合适的教材，整合优化教学内容，完善教学大纲。选用与高职医学检验技术人才培养相适应的高职高专规划教材。如广西卫生职业技术学院改革前使用吕建新主编的《临床分子生物学检验》，这本教材主要针对本科医学检验专业，对高职高专院校的学生不太适用；改革后选用胡颂恩主编的《分子生物学与检验技术》，这本教材专门针对高职高专院校的医学检验技术专业，更适合该校学生。根据培养目标和教学时数，对教材内容做适当的侧重，强调对基础知识的强化讲解，以及对前沿知识的扩展讲授，即适当介绍分子生物学技术的新进展，以帮助学生对当今科技水平发展进行深入了解。例如，在DNA和RNA的分离纯化过程中向学生强调核酸的特性；在基因扩增时详细讲解PCR反应的原理、条件、过程、特点和注意事项以及引物如何设计等；在检测病毒基因型时介绍核酸分子杂交的原理，顺便导入基因芯片技术和DNA测序技术；将枯燥抽象的理论知识融入一个个生动的临床病例中，由临床问题引出要掌握的理论知识，这样可引起学生求知的欲望，提高理论教学效果。另外，将分子生物学这门课程从第二学期调整到第四学期进行授课，在这个时期医学检验技术专业的学生已经接触了大部分的专业课，对分子生物学这门课会更容易理解。
2.授课方法的多样化。要求知识的融会贯通，讲课方法的灵活运用、教与学的互动等非常重要。在理论知识讲授的过程中，通过问题启发引入新理论新技术、案例分析导入实验结果分析、分组讨论及专题讲座了解最新技术等多样化的教学方法；同时加强病例分析，培养学生建立良好的实验诊断学思维和技术应用的能力。例如，对于基因测序技术、Western-Blot、2-DE等最新分子生物学技术，可以采用专题讲座的方式，结合临床和科研应用对学生进行深入浅出的讲解。并且以交论文的方式要求学生阅读文献和参考资料，不定期安排学生参加院内、市内举办的各种分子生物学新技术讲座，帮助医学检验技术专业学生及时了解最新的分子生物学技术。
3.注重综合素质的培养。在学生掌握一定的理论知识后，帮助学生把理论学习与实践工作有机结合起来，提高学生实习或毕业后在工作中解决临床问题的能力。例如，不但要求学生掌握基因扩增的基本原理和基本操作，更要教会学生如何进行引物的设计，因为设计好引物是PCR成功与否的关键。还要更加深入地介绍临床和科研工作中可能出现PCR的假阳性和假阴性问题，也就是培养学生在实际工作中做好PCR的防污染措施。
（二）高职医学检验技术专业分子生物学实验教学改革
1.强化实验教学改革。从培养应用型人才的要求出发，调整理论和实验比例，加大实验比重。根据检验学科新发展和新要求，强调对基本实验技能的培训。目前临床检验工作已广泛应用各种自动化仪器和试剂盒，应注重培养学生对商品试剂盒的使用和评价以及对各种自动化仪器的参数编程能力，以适应临床检验的工作需要。以血液基因组DNA的提取为例，要求学生在理解核酸分离纯化原理的基础上，掌握核酸提取的操作流程、操作要点，在训练时要求操作标准化、规范化，每做一步都应有实验记录，这样才能够正确分析影响实验结果的各种干扰因素（如表1所示）。
2.配合理论教学开设综合性实验。重新编写实验指导，安排一些综合性实验。制订实验考核方案，充分强化学生的实验操作技能。如将哺乳动物基因组DNA的提取、PCR与琼脂糖凝胶电泳实验整合为一个综合性实验，要求学生自己设计实验方案，列出具体的操作步骤、所需试剂、器材。在老师的引导下，通过小组讨论确定最佳的实验方案（如
（三）高职医学检验技术专业学生实习前的分子生物学技术岗前培训
学生进实习点前在校进行的岗前培训与常规课堂教学既存在联系，也有着差异。例如，分子生物学的理论教学偏重系统性和完整性，而学生实习前的岗前培训则更偏重职业性与实用性。因此，在医学检验技术专业学生进入医院实习前，有必要对他们进行分子生物学技术的岗前培训。例如，岗前培训时我们用真实的病人标本，真实的商品试剂盒和基因扩增仪，模拟建设的临床基因扩增实验室，在训练时更严格要求操作的规范化，每完成一步都有实验记录，严格做好实验室的防污染措施，以让学生完成临床检测任务的实战训练学生的实验技能和解决问题的能力（如表4所示）。
（四）改革考试方法
采取阶段性考核的方式，先考核手工操作，再进行仪器设备操作考核，最后是学科理论考核和综合能力考核，岗位模拟及出勤也在考核计分之内。
（五）加强师资培养
教师必须紧跟学科发展潮流，不断加强自身专业知识的学习，才有可能培养出实践性和创新性的医学检验技术专业人才。因此，必须加快青年教师的培养，采取“请进来、送出去”的方式，邀请临床一线检验人员定期给本科室教师培训，并分期选派青年教师定期到临床实践锻炼，以形成具有先进的教学理念、出色的教学手段和方法，丰富的课程相关临床检验经验的优秀教师队伍。
四、教学改革效果
通过多年的建设，广西卫生职业技术学院医学检验技术专业的仪器、设备已相对完备，拥有了全自动生化分析仪、化学发光分析仪、电泳仪、PCR分析仪、原子吸收分光光度计、酶标仪、高速低温离心机等大型、精密仪器。但从各医院调研发现，该校医学检验技术专业学生在进入临床实验室实习工作后，对实验室的仪器设备比较陌生，实践操作中往往存在很多不规范的动作。该专业以往的教学往往只注重样本的检测过程，而忽略了样本分析的前处理、移液加样器的使用等最基本的手工操作，教改后更加注重样本分析前、样本分析后的细节锻炼，务必使学生每一步的操作都规范化、标准化。通过教师示范性的操作和一对一的指导，由易到难，训练学生认真完成每一项实验操作。教师必须做到“放手不放眼”，对学生持续关注、严格要求，以培养学生良好的实验习惯和严谨的工作作风。同时，教师在申报各级科研课题的过程中，鼓励学生参与，如鼓励他们参与文献的查阅收集、参与采集血样、提取血样DNA等过程。学生通过文献的阅读，巩固了基础理论知识，了解了分子生物学最新的研究进展；通过参与采集血样，锻炼了胆量和动手能力；通过提取血样DNA的实验过程，更加熟悉核酸提取的实验方法。
广西卫生职业技术学院医学检验技术专业在分子生物学理论教学与实验体系改革试运行中，注重发现问题、改正问题，使整个教学改革不断完善，教学运行更加顺畅，不断提高教学质量和科研水平，培养出越来越多理论基础知识扎实、操作技能熟练的医学检验技术专业的高级技能型人才。
【参考文献】
[1]吕建新.分子诊断学在检验医学中的应用前景[J].中华检验医学杂志，2005（2）
[2]谢青，杨广笑.分子生物学创新性实验教学的实践与探索[J].实验室科学，2008（1）
[3]刘卉卉，徐涛.高职院校实验室建设在专业建设中的重要性[J].吉林省经济管理干部学院学报，2010（3）
[4]朱彤，胡明.高职院校实验室管理的研究[J].湖北广播电视大学学报，2010（1）
[5]卢庭婷，李进，陈基强，等.从各医院开展的临床生化检验项目调研结果反思本课程教学的适应性[J].卫生职业教育，2012（15）
分子生物学是研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能、遗传信息传递规律及调控方式和分子生物学研究方法的一门学科，涉及到动植物功能基因的挖掘、基因调控、基因工程、人类疾病的基因诊断与生物治疗等生物相关领域。它使人类从分子水平上真正揭开了生物世界的奥秘，由被动转向主动地改造生物世界迈出了一大步。分子生物学同时也是生命科学领域产生的一门重要的新兴学科［1］。现今分子生物学的成就说明了生命活动的根本规律在各种各样的生物体中都是统一的。例如，在自然界的各种生物体中，都是由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。同时，除某些病毒外，各种生物体的遗传物质均为DNA，并且在所有的细胞中都以同样的机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除少数例外，在绝大多数情况下也都是通用的。
二、实验教学
近年来，随着分子生物学突飞猛进的发展，其新理论、新技术也层出不穷。分子生物学基本理论的建立以大量的实验为基础，是一门实验性非常强的学科。分子生物学教学如果不做实验，只学习理论，往往会事倍功半。分子生物学实验技术亦成为高素质生物类人才必须掌握的基本技能［2］。分子生物学实验的开设是让学生从课堂单纯的学习理论转换到实践操作和科学研究的一项重要举措，不仅培养学生真正掌握基本理论、基本知识和基本技能的能力，还培养学生的科研能力、综合素质和科学作风，对建立用科学的方法研究问题及唤起学生们的求知欲均具有十分重要的作用。因此，开设分子生物学实验课程对培养高素质生物类专业人才非常重要。而基于现实条件，多数高校在现有的实验教学中，存在一些问题:
1．试剂的浪费和仪器的损耗:生物实验多综合性实验，由于这类实验是开放性的，实验开展过程中经常存在试剂浪费、仪器损耗大等问题;同时分子生物学实验所用的一些仪器与材料往往是精细的、昂贵的，对实验条件、操作技能的要求非常高［3］。而学生们在做实验时，往往会忽略这些细节，造成试剂浪费或仪器损坏等问题。
2．实验室的环境卫生的保持:保持良好的实验环境对于实验来说是至关重要的。在实验期间，由于学生多，极易造成仪器、设备、试剂等摆放不合理，环境条件差的情况。因此，要对实验合理安排，及时清理，同事提高同学们的实验意识。
三、改革措施
1．建设综合的评价体系。实验课程评价体系是保证教学质量的关键之一，构建科学的实验考核体系，可以提高实验教学质量和学生对实验课的关注度与兴趣度。比如按照平时成绩(平时成绩包括出勤、实验报告、课堂态度、操作规范程度等)占60%、操作考试占20%、理论考试占20%等划分。
2．运用现代化的教学手段。分子生物学知识具有高度的抽象性和微观性，学生对这些知识几乎没有任何感性认识。但同时，分子生物学实验课程是一门对操作要求极为严格的实验，而多媒体设备具有非常丰富的表现力，不仅能够对微观过程进行形象模拟，还可以对抽象事物进行直接的表现，对复杂过程进行精简和重现，这一点恰恰在分子生物学实验教学中显得尤为重要。在教学过程中运用多媒体和网络技术对于实验的进行有极大的帮助。多媒体技术可以让学生们对实验又最直观的认识，还可以给同学们示范规范操作;网络技术可以让学生们了解更多资讯及科研的前言进展，对激发同学们的兴趣有极大帮助。随着IT行业的发展，生物学软件的出现极大的便利了同学们的独立学习。
3．开展双语教学。随着全球化发展，许多生物院校都非常重视双语课程的教学，尤其是分子生物学。双语教学不仅会帮助学生学习专业英语，而且可以很好使科学研究和国际接轨，了解更为前沿的学科发展，掌握最新的文献资料等。在日常学习中，鼓励学生多阅读英文文献、做英文报告对双语教学的开展大有裨益。
4．培养学生的工程创新意识。创新是科技进步和经济发展的源泉，工程类人才更要具有很强的创新意识和宽广的知识面。这就更加要求教师在教学过程中加强对学生创新意识的培养，工程创新意识来源于扎实的基础理论知识和宽广的知识面。在教学过程中，要求学生学好基础理论知识的同时不断拓宽知识面。在分子生物学实验教学的过程中，我们留意分子生物学发展过程中的重大事件，并将其与当时的科学发展背景和重大发现经历等加以介绍。同时将实践教学与理论课程有机结合，并纳入到研究性教学方案中，并且鼓励学生参与分子生物学课程相关的大学生研究性学习和创新性实验项目。
四、结语
台湾有组织地开展物理学研究始自于1966年，即科技主管部门在新竹清华大学出资设立“物理研究中心”（台湾大学和台湾中研院为合办机构，1983年改由台湾科技主管部门直属，1986年改名为“物理研究推动中心”）以后，通过大力培育物理人才及推动基础与应用物理研究，逐渐形成规模，执行研究计划的数量也由1966年的12项，发展到到1977年的36项，再到1988年的136项，研究水平也得到很大提高。
在1986年以前，岛内物理学研究主要集中在凝聚态物理、原子核物理、原子与分子物理、粒子物理、场论及统计力学等五大领域。其中，凝聚态物理研究的重点放在对固体材料的热性、电磁性、机械性质等方面的了解，进而改进、合成或控制材料的特性，以及研制或发掘新的材料。
原子核物理研究的重点放在原子核结构及现象、电磁作用、强作用力及弱作用力、基本粒子研究之中间媒介等理论内容；原子与分子物理研究的重点放在原子与分子中电子的分布及其与原子核间的电磁交互作用，以及与化学和生命合成物的性质关系等方面；粒子物理及场论属于物理学中最新领域；统计力学则作为方法论，研究重点放在通过系统组成单元之间的相互作用，来了解系统的宏观性质与现象，特别是在相变化、平衡态与非平衡态的热力学性质及现象等问题的微观了解上。
当时岛内物理研究计划虽不少，但其研究题目多属依个人专长及兴趣而从事的自由研究。为有效推进物理学研究发展，台湾科技主管部门下属“自然科学发展处”在1985年初制定了“物理学科规划方案”，以充分地因应在推展即根据科技发展趋势及社会建设需要，规划出研究重点方向，并据以推动大型整合性合作研究计划，逐步使其所培养的专业人才及建立的研究体系，在质与量两方面都得以快速提升。
根据该规划方案，台湾物理学科基础研究重点方向共有5个：规范场论及其现象学研究，稀土及过渡金属系统的磁性及超导性研究，原子分子光谱研究与激光及同步辐射光源发展的配合运用，固体表面的能谱学研究，非线性与相位共轭研究。
上世纪80年代，世界各国掀起高温超导研究热潮后，台湾相关科技人员投入该项研究的越来越多。台湾科技主管部门于1988年1月成立“高温超导研究规划小组”，负责购置关键性贵重仪器设备，供研究人员测试导体物理、化学特性以及材料制作之用，并分北部、新竹、南部三区，以整合计划方式成立高温超导实验室，集中人力、物力，以重点研究寻求突破，提高岛内研究水平。
由于表面物理研究对台湾当时正在大力发展的电子及化工产业有极其重要的关系，台湾科技主管部门于1986年9月成立了“表面物理研究规划推动小组”，制定了《表面物理计划建议书》及《合作研究计划书》，选择能相互支持配合的研究重点，组成研究团队，集中资助其开展表面物理研究。
主要物理研究机构
成立于1997年的台湾“理论科学研究中心”理论物理组，现任主任朱创新来自新竹清华大学物理系（主攻粒子物理），聘请的“中心科学家”有蒋正伟（主攻粒子物理）、耿朝强（主攻粒子物理）、Cazalilla，MiguelA.米格尔（主攻核物理）、陈宣毅（主攻生物物理）、陈柏中（主攻凝聚态物理）、仲崇厚（主攻凝聚态物理）、寺西庆哲（主攻凝聚态物理），另有十余名博士后及助理研究人员，每年还有数十位来自各地的“中心合作科学家”，他们共同组成12个重点研究小组，开展各领域研究外，还常常开展对外学术交流，举办国际性学术会议，邀请海外专家学者来台湾讲学和共同开展学术活动。
为增强该中心各重点研究小组与不同领域研究人员的互动，他们每年都要在台北、新竹、台南市三地轮流举办“中心物理日”，同时召开“理论物理大趋势”研讨会。同时，他们还积极培养与鼓励岛内年轻学者进行前沿科学研究，每年都要颁发“年轻理论学者奖”与“博士后研究论文奖”。
在对外交流与合作方面，他们积极与多个海外研究机构开展合作，包括大陆重庆邮电大学数理学院、北京大学物理学院、中国科学技术大学交叉学科理论研究中心、美国马萨诸塞州立大学物理系、日本高能物理研究中心、日本京都大学基础物理学研究所、韩国亚太理论物理中心、韩国高等研究院、澳大利亚高能粒子物理卓越研究中心、越南HUE大学和越南科学院物理研究所等。
目前，台湾从事基础物理研究的专业人员大多集中在设有物理学系/所的公私立高校内，每年最多的有台湾大学、新竹清华大学、新竹交通大学、成功大学、台湾师范大学、淡江大学、东吴大学、中国文化大学、辅仁大学、中央大学、中原大学、中兴大学、东海大学、彰化大学、高雄师范大学、中山大学、中正大学等物理学系/所。
能够开展实验物理学研究的机构主要为拥有较精密大型实验仪器设备的新竹清华大学、台湾大学、台师大、台湾中研院物理研究所和原子与分子科学研究所、台湾原子能主管部门下属的核能研究所，以及科技主管部门组建并管理的同步辐射研究中心等。
台湾中研院物理研究所的历史可追溯到1928年在上海建立的理化实业研究所，1962年在台湾复建，由吴大猷担任首任所长，此后一直是台湾实验物理学研究的主力。1970年，该所将研究领域扩展至大气科学与流体力学，之后又在1975年新增生物物理研究计划。上世纪80年代，该所的研究领域扩充至场论与粒子物理、原子核物理、统计与计算物理等领域。
该所现任所长为李定国，共有45位研究人员，包括特聘研究员3名、研究员22名、副研究员12名、助理研究员3名，每年约有400余名访问学者、博士后、兼任助理的研究生等约人来所从事研究工作，分为纳米科学、中高能物理和复杂系统3个研究群组，研究方向涵盖中微子物理及探测器、重夸克及大型对撞机物理、宇宙反物质及暗物质、高温超导、磁性物理、纳米科学、统计与计算物理、生物物理等领域，所内拥有加速器实验室、纳米核心设施中心、生物图像核心设施、精工室以及高速网络计算平台等，大型实验设备和仪器包括3MV串级静电加速器、场发射穿透式电子显微镜、双枪聚焦粒子束及扫描式电子显微镜、电子束曝光系统、激光曝光机、1000级无尘室内制程设备（含黄光室）、纳米压印机、激光热扩散测量系统、纳米粉末及薄膜制备系统、共轭焦激光显微系统、全反射荧光显微系统、荧光显微镜、三维超解析荧光显微系统、拉曼图像显微系统、多光子荧光显微镜、原子力显微镜等，几乎全部对外开放。
台湾中研院原子与分子科学研究所由诺贝尔化学奖得主李远哲倡议筹建，1995年正式成立，位于台北市台湾大学校园内。现任所长周美吟，共有30位专职研究人员、10位特聘研究员，每年约有200余位访问学者及博士后、研究助理及研究生参与该所的研究工作。该所研究的范围涵盖化学、物理、光电等领域，并划分为尖端材料与表面科学组、原子物理与光学组、化学动态学与光谱组、生物物理与分析技术组等四个研究群组。
该所设有量子材料理论实验室、表面纳米结构实验室、尖端材料实验室、分子/材料模拟实验室、表面动力学与动态学实验室、固态核磁共振及触媒化学实验室、量子纳米电子材料模拟实验室、生物物理电脑模拟实验室、自发性表面纳米结构实验室、纳米元件物理实验室、纳米磁学实验室、现代光谱实验室、有机材料实验室、瞬态分子激光光谱实验室、分子束化学反应动态实验室、光化学实验室、生化分子质谱与光谱学实验室、生物质谱分析实验室、基因与分子发育遗传学实验室、强场物理与超快技术实验室、理论原子碰撞实验室、超低温原子与分子实验室等，拥有利用VUV同步辐射光探测化学反应产物的动力学实验研究装置、多质量离子图像探测器、10兆瓦飞秒脉冲激光器、交叉分子束仪、多质量光碎片离子影像仪、双色共振多光子游离光谱仪、自旋隧道电子扫描显微镜等仪器。
台湾中研院天文及天文物理研究所自1993年开始筹建，直到2010年6月才正式成立，位于台湾大学校区内（天文数学馆大楼内），另在美国夏威夷设有办事处。首任所长为贺曾朴，现有31位研究人员，包括特聘研究员4名、研究员5名、副研究员11名、助研究员11名，每年都有100多名访问学者、博士后研究人员、海外科学家来此从事合作研究工作，主要研究方向包括河外天文学、恒星形成、星际与拱星介质（也称原行星盘）、天文尘粒物理、高能天文物理、理论及观测宇宙学、太阳系及系外行星系统、天文仪器安装与测试等，2013年共204篇。
2004年，该所设立高等理论天文物理研究中心，最初位于新竹市清华大学校园内，2013年迁至台湾大学，目的是将天文物理研究与教学相结合，将研究成果整合融入岛内大学生及研究生的教育课程之中，培养下一代天文学家。自成立以来，该中心积极开展有关宇宙中恒星、行星、致密天体、星系等起源与演化问题的研究，包括流体动力学、磁流体动力学、天文化学、辐射转移等数值模拟，每年均举办一期冬季/夏季短期课程、2到4次学术研讨会或各种规模的主题式课程，同时积极邀约外国访问学者造访该所，举办学术研讨会与短期培训课程，将最新的理论天文物理研究成果带给台湾。
由于台湾缺少独立建造大型天文望远镜的经济和技术能力，以及岛屿环境的地理和气候条件不适宜开展天文观测，因此除在嘉义鹿林山上建有4座口径仅50厘米的小型天文望远镜外，其余观测设备都是通过在外国与其他天文台或天文国际组织合作建造的方式来取得，包括位于美国夏威夷冒纳基山的次毫米波阵列射电望远镜和宇宙微波背景辐射阵列射电望远镜，以及位于格陵兰的12米射电望远镜和目前正在建造中的位于智利阿塔卡玛沙漠的大型毫米波及次毫米波阵列射电望远镜，台湾都只是众多参与者之一，仅拥有这些天文观测设施的部分使用权力。
以上台湾中研院这几个研究所本身都有固定的研究经费预算，而大学物理学系/所的研究经费主要由“国科会”补助，每年约150个物理专题研究计划项目，经常参与计划申请的研究人员有300人左右。
根据历年《台湾科技年鉴》、《“国科会”年报》及科技主管部门下属“物理研究推动中心”发表的各种简讯、报告等资料显示，目前台湾物理学研究主要集中在天文及天体物理、基本粒子与宇宙学、高能物理实验、原子核物理、凝聚态与表面物理、统计与计算物理、生物物理、流体与非线性物理等领域。
粒子物理与宇宙学
在粒子物理领域，台湾因缺少大型实验设备，故以理论研究为主，其研究人员主要分布在台湾中研院、台湾大学、新竹清华大学、成功大学、台师大、中央大学、中原大学、东海大学、中兴大学和新竹交通大学等机构，根据专长和爱好组成研究团队，每年固定召开研讨会，相互启发，共同促进理论水平的提高。
例如在2000年，台湾一组科研团队发现重介子非轻子弱衰变的规范不变及发展红外有限理论，即在微扰量子色动力学的因次化定理架构下，可建立一个规范不变及红外有限的理论，避免红外无穷大问题。
台湾科学家2001年提出量子动力学及弦论新算法，藉由非交换几何的描述研究相关问题。此外，提出研究B介子衰变的量子色动力学理论，借着对强作用机制的掌握，从实验数据可精确萃取标准模型中的弱相角等基本参数。2002年，在在弦论方面，推导S-膜的有效作用量，并求出在超光速粒子的背景下形成基本弦的解。
台湾科学家2004年推论，奇夸克和底夸克间可能有相当大的混杂，因此会造成新的CP相位及右手动力学；利用手征对称来探讨π介子、K介子和η介子等粒子光锥分布函数的SU（3）违逆，并建立具有交互作用及化学位能的非相对论性费米子系统（自旋1/2）的晶格场论，这个理论可以应用在粒子间距大于位能作用范围的情况，而且不会有符号问题。
2007年，台湾科学家提出B介子衰变的偏极化问题，给出不同的衰变其湮灭图贡献的关系式。2008年，提出寻找希格斯波玻色子时可籍由其一种衰变模式，即当其衰变成4个底夸克所形成的不变质量，来补偿寻找希格斯粒子的可能机会。
近几年，随着欧洲大型强子对撞机（LHC）正式运行并不断公布最新实验结果，开展对标准模型以外新物理现象的研究，成为岛内新热点。例如台湾大学物理系何小刚教授及其团队在2010年发现，标准模型不可能得出2005年在美国费米实验室的HyperCP发现大于标准模型预言的Σ+->pμ+μ-衰变率的结果，这一结果有可能解释为一质量为214MeV的新粒子引起的反常现象。这一模型有很强的预言性并能被LHC实验检验，如暗物质的直接产生等，并存在其它新粒子的可能性。
此外，2011年，台湾中研院物理所李湘楠与美国密西根州立大学研究人员合作，以微扰量子色动力学的重求和方法为基础，建立强子对撞机中喷流现象的理论架构，成功描述费米实验室及欧洲大型强子对撞机测量的喷流质量与喷流内部的能量分布，首度实现物理学家以量子场论研究喷流现象的想法。
高能物理实验
在高能物理实验领域，由于台湾岛内缺少大型实验设备，只能借助外国。上世纪90年代，经美籍华裔科学家丁肇中的安排，有5名台湾科学家先后赴欧洲核子研究中心（CERN）从事高能物理方面的实验研究。自2001年起，他们开始加入大型强子对撞机中的紧凑型μ子螺旋管探测器（CMS）研发制造团队，负责前端的预显示探测器的建造、运行维护与数值分析，与国际上一流研究团队合作，共同寻找希格斯粒子。
近年来，台湾科学家还参加大型强子对撞机寻找希格斯粒子最重要的衰变频道（希格斯粒子衰变到双光子频道）物理分析，为2012年新发现一个类似希格斯粒子的新玻色子做出成绩。此外，他们还投入对重夸克的探索，已成功的提出几项与重夸克有关的重要成果，在相似于标准模型下前三代夸克的序列型第四代夸克，以及非标准的奇异夸克的研究上皆有贡献。
经华裔科学家叶恭平的协助，台湾中研院物理所部分研究人员1993年加入美国阿贡国家实验室的费米碰撞探测器（CDF）研发团队，参与粒子探测器的建造（负责提供并列光纤传输模组）与实验结果分析。1年后，该团队顺利发现顶夸克。2004年，该团队发现由5个夸克所构成粒子，被认为是过去30年中首次观察到重子、介子之外，新一类多夸克所构成粒子的最明确证据。
1999年，台湾大学高能物理研究人员又参与日本B介子工厂Belle实验，致力于B介子的稀有衰变与CP破坏的研究，在2005年发现了B介子到两个K介子衰变的证据，确定“直接”电荷宇称破坏。另外，还参与日本重子设施兴建计划，负责建造时间飞行探测器，利用50GeV高能质子束，进行粒子物理和核废料处理实验研究。
李世昌领导的台湾中研院物理所高能实验团队还参与建造人类第一个太空磁谱仪（AMS），由美国“发现”号航天飞机载往地球轨道进行测试，发现地球附近的太空中有许多以前从未观测到的高能量质子、电子、反电子及氦的同位素原子核氦3，其中反电子数约为电子的4倍，且氦3数量远多于氦4。
由台湾中研院物理所主导的“台湾中微子实验”是岛内首次开展的高能粒子物理实验。在台电公司核能二厂内，距离反应堆28米处建立实验室，以研究中微子物理特性。实验设备包括重量达50吨的屏蔽体，以防止宇宙射线及周围环境辐射所造成的背景干扰，还有精密的高纯锗及闪烁晶体探测器，加上性能先进的电子仪器，用来显视、监控、记录及分析探测器的信号。合作团队除了台湾中研院、核能所、新竹清华大学外，还包括来自大陆中科院高能研究所、原子能研究院、北京清华大学、南开大学、四川大学，以及土耳其与印度的科研机构。
该合作团队在2007年进行的中微子磁矩实验研究，灵敏度达到世界一流水平。2010年再接再厉，完成了中微子与电子交互作用截面的测量，所采用的极低能高纯锗探测器技术，其探测能量范围比之前更低100倍，成功开启了研究暗物质的视窗，在未被前人检验的能量区域里，证明粒子物理的标准模型依然有效，并限制了新物理理论的可能参数。所有实验结果确信没有发现任何中微子磁矩和辐射衰变的证据。其在2013年3月发表的最新数据，否定了美国CoGeNT实验在2011年发表的有关暗物质的证据及诠释，并引证其数据处理的不足之处。
目前，台湾科学家正在与北京清华大学等机构合作，在四川锦屏山地区建造世界最深的地下实验室，准备全力开展寻找宇宙暗物质的研究，备受国际同行期待。
原子分子物理
在原子分子物理领域，包括中低能核物理研究，主要在台湾中研院原子与分子科学研究所、原子能主管部门下属核能研究所及台湾大学、新竹清华大学、新竹交通大学、中央大学、中原大学等研究机构开展，如利用激光冷却低温原子实验、激光等离子波电子加速器、同步辐射光源的相对比X光显微术等，开展夸克胶子等离子体的特性及原子核内的非线性动力学研究。
例如，台湾科学家发展出多重能量相位迭加的理论，即把光学全像术的概念，应用于波长小约1万倍的电子绕射上，将实验得到的电子绕射图案做简单的傅立叶转换，即可看到所测量系统的原子三维结构，并发现电子绕射图案或曲线的Patterson反转，也可直接获得所测量系统的原子三维结构。
2006年，台湾中研院原子与分子所的研究人员利用交叉分子束及先进的时间切片离子图像仪技术，测量高能量分子与氪原子在交叉分子束中碰撞的散射图像结果，藉由分析有机分子光化学实验所得到的能量转移机率分布函数，直接观察到超级碰撞（即一次碰撞转移很多能量）的存在。
新竹清华大学物理系王道维教授在2008年发现，如果考虑一系列多层的二维结构，这些冷分子是可以排成长链状的流体，造成一种以前只有在软物质物理或化学反应里看到的“极性流体”现象，但与之不同的是，这样的长链结构同时拥有温度与量子效应。由此证明许多在多分量低维度的半导体系统中的多体物理现象其实更容易在冷分子的系统内达成，原因是冷分子间的偶极作用力可以同时有排斥力与吸引力，且因作用力的主角可以为费米子或玻色子，这使得未来可以有更宽广的空间来研究一些多体物理的基本性质。
关键词：分子生物学理论教学教学效果
分子生物学是研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用，即从分子水平上认识生命本质的一门新兴边缘学科。分子生物学也是一门开放性的学科，随着生物学研究的发展，其理论和技术体系也在不断地更新和完善。作为当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿学科，分子生物学已经成为高等院校生物科学、生物技术和生物工程专业的专业必修课和主干课程。如何根据这门学科的特点，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新思维，是每个高校分子生物学授课教师都深切关注的教研难题。现就自己对分子生物学课程执教三年来的体会，将提高分子生物学理论教学效果的几点措施总结如下。
1.关注学科前沿研究进展，及时补充和更新教学内容，开阔学生知识面
生命系统的复杂性决定了研究生命本质的分子生物学的发展是一个漫长的过程。在这漫长的研究历程中，随着新知识、新理论的不断涌现，新问题也不断被提出；新问题的提出又促进了研究技术的不断更新。所有这些都决定了分子生物学研究的快速发展，也使分子生物学这门课程具有了前沿性的特点。而作为知识载体的教材，其编写需要一个过程，加上编者知识面的局限性，学科前沿研究成果不可能被及时、全面地编入其中。例如关于真核生物基因组中的转座子的种类，目前，几乎所有版本的分子生物学教材，包括近年来新编的一些版本［1］，都只将其分成“DNAtransposons”（DNA转座子）和“retrotransposons”（反转座子）两大类，而没有提到第三类“Polintons”（自我合成的DNA转座子）；事实上，第三类转座子是在2006年报道出来的一种新类型，其无论从DNA大小、结构，还是转座机制等方面都与前两类有很大的不同［2］。这就要求教师的讲课内容不能局限于教材，而应该关注学科前沿，经常查阅文献资料，及时地补充和更新教学内容，例如肿瘤的基因治疗、生物芯片、后基因组计划、RNAi等分子生物学的新进展［3］，从而使学生能够及时、全面地了解和掌握分子生物学的新知识，拓展知识面。当然，新内容的补充与有限的学时数会有冲突，这就需要根据学时数灵活压缩基础理论内容，如在许多生物化学教材中都有的DNA结构、蛋白质翻译等内容。
2.根据学科特点，灵活运用多媒体教学手段，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新思维
爱因斯坦说“兴趣是最好的老师。”如何根据学科特点激发学生学习的兴趣是提高分子生物学教学效率、开发学生的创造性思维能力的关键。分子生物学是人类从分子水平研究生命的本质，彻底认识自己，了解自己，深入探索生命与自然的奥秘，全面改造和改良人类生存环境与生存质量的自然科学，是生物学科最具活力的科学，在推动社会生活各领域的持续高速发展方面具有重要的影响。分子生物学的这种影响力，如果单凭教师口头上的讲述，显得有点轻描淡写，是很难在学生心目中留下深刻印象的。多媒体教学方式的运用，通过把书本知识转换为直观形象的、图文并茂的、情景交融的计算机辅助教学课件，使理论知识的表达更加形象、直观，从而激发学生学习的主动性和积极性；甚至可以播放一些与生命热点问题相关的科幻影片来激发学生的学习兴趣和加深学生对这些问题的理解。例如，关于基因工程的安全性与伦理道德问题，一直都是很有争议的问题，可以在课堂上提出来讨论，也可以播放一些相关的科幻影片，如“侏罗纪公园”、“逃出克隆岛”等，让学生自己判断。这样等于给了学生一个独立思考的空间，使学生的脑筋都开动起来，对培养学生的创新思维是非常有益的。此外，多媒体教学方式的使用，还可以增加单位学时的授课信息量，提高课时利用率，解决内容多而课时少的矛盾。
3.采用动画式教学，加深学生对复杂分子机理的理解和掌握
分子生物学是在分子水平上对生命机制的一个诠释，而生命机制又是由很多错综复杂的微观过程综合体现的，如基因的转座、表达与调控等。这些微观的过程都是肉眼无法观察到的；口头讲述也是比较抽象的；即使是对照课本或黑板上所画的静态图讲解，也很难细致地描述一个复杂的连续过程，不容易让学生理解。动画式教学，借助多媒体技术，可以将声音、文本、图片等组合制作成课件，变静态为动态、使抽象难懂的微观生命过程具体化、可视化，便于学生理解和掌握，可以提高学生的学习热情，从而有助于提高理论教学效果。
4.应用双语教学，避免概念混淆，提高英文文献阅读能力
目前的分子生物学教材的编写内容大多都是根据英文教材、英文文献资料翻译而来的；对于同一个专业词汇的翻译，不同的编者可能翻译的结果略有差异，这样就会造成一定的概念混淆。例如，“operator”一词，有的教材将其译为“操纵序列”［4］，有的教材将其译为“操纵基因”［5］，有的教材将其译为“操纵区”［1］，这样就容易造成混乱，给“教”和“学”都带来不便。另外，分子生物学也是一门发展迅速的前沿科学，新知识、新技术在不断地涌现，而且这些研究成果的报道绝大多数都是用英文撰写。学生要想了解、吸收和借鉴学科前沿知识的最新动态，就要具备良好的阅读英文文献的习惯和能力。鉴于以上情况，在教学过程中就需要灵活运用汉语与英语交替进行的双语教学模式。当然，考虑到学生的外语水平和接受双语教学的能力直接影响双语教学实施的效果，这里所说的双语教学并不是追求严格意义上的双语教学的形式［6］，而是在课堂上尽量创造较多的使用英语的语言环境。
参考文献：
［1］朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学（第3版）［M］.北京：高等教育出版社，2007：59，237.
［2］VladimirV.KapitonovandJerzyJurka.Self-synthesizingDNAtransposonsineukaryotes［J］.PNAS，2006，103，（12）：4540-4545.
［3］戚晓利，张丽敏，薛春梅.分子生物学教学改革的探索［J］.生物学杂志，2003，20，（6）：51-52.
［4］特纳等著.刘进元等译.分子生物学（第2版）［M］.科学出版社，2001：221.
摘要：
黄酮类化合物普遍存在于天然产物中，具有多种生理活性．本文中我们用密度泛函理论优化了3种黄酮类化合物的几何结构，用含时密度泛函理论计算了它们的垂直激发能，并拟合了它们的电子吸收光谱，同时还预测了它们的抗氧化活性．结果表明，拟合的光谱与实验光谱符合较好，很好地解释了实验光谱；3种黄酮类化合物的抗氧化活性均高于维生素C．
关键词：
黄酮类化合物；电子吸收光谱；密度泛函理论；含时密度泛函理论
黄酮类化合物广泛存在于植物的根茎叶花果中，是一大类植物次级代谢产物［1－4］．黄酮类化合物具有抗氧化［5－6］、抗自由基［7］、抗菌消炎［8－9］、抗癌［10－11］、抗辐射［12］、抗糖尿病［13］、抗心血管疾病［14］、抗骨质疏松［15］等多种生理活性，因此，对黄酮类化合物的研究已经成为一个非常热门的课题．最近，王勇等［16］从黑沙蒿植物中分离出了3，5－二羟基－7，4′－二甲氧基黄酮（1，见图1），报道了其晶体结构，并测定了化合物1和之前从黑沙蒿植物中分离得到的5－羟基－7，4′－二甲氧基黄酮［17］（2，见图1）的电子吸收光谱．结果发现，与化合物2相比，化合物1的最大吸收波长发生了44nm的红移．为了更深入地认识这一现象，有必要从计算化学的角度对这一现象进行理论研究．同时，我们设计了5－巯基取代的化合物3（见图1），对这3种化合物的电子吸收光谱进行了详细的理论研究，并理论预测了它们的抗氧化活性．以前的研究［18－23］表明，密度泛函理论能比较合理地预测有机共轭分子的几何结构和光谱．因此，本文中我们拟采用密度泛函理论进行计算．
1计算方法
基态的几何结构是在B3LYP［24－25］／6－31G＊水平上优化得到的，并在相同理论水平下进行振动分析以确定其为势能面上的能量极小点．垂直激发能是在TD［26－27］－B3LYP／6－31＋G＊＊水平上计算得到的，并用CPCM模型［28］考虑了氯仿溶剂的影响．所有计算都是在Gaussian09程序包［29］中完成的．
2结果与讨论
2．1基态的几何结构
优化得到的3个化合物的几何结构见图2，从图2中可以看出，3个化合物几何结构相差不大，色原酮和7－OMe在一个平面上（不考虑Me中的H），苯环和4′－OMe在同一平面上（不考虑Me中的H），差别较大的地方是前后两个平面之间的夹角，在化合物1、2、3中分别为0．2°、17．7°和34．8°．化合物1中羰基上的氧可以和5－OH、3－OH形成2个O－H…O分子内氢键，同时化合物1中的1－O和3－C上的O还可以分别与2′－C和6′－C上的H形成两个较弱的C－H…O分子内氢键；化合物2、3中羰基上的氧只能和5－OH形成1个O－H…O分子内氢键．因此，化合物1的共面性最好，电子离域程度最大．
2．2电子吸收光谱
分子的化学反应性质、电子吸收光谱的性质等都与前线分子轨道密切相关，因此我们将计算得到的各体系的最高占据轨道（HOMO）、最低空轨道（LU－MO）能级、HOMO－LUMO能级差ΔEg列于表1中．比较真空和氯仿溶剂中的数据可以看出，氯仿溶剂中的HOMO、LUMO能级比真空中的都降低了约0．1eV，ΔEg几乎不变．比较3种化合物的能级可以看出，化合物2的HOMO能级最低，LUMO能级最高，ΔEg最大．当色原酮环上3位H被—OH或者—SH取代后，HOMO能级明显升高（分别升高0．33和0．31eV），LUMO能级略有降低（分别降低0．05和0．1eV），ΔEg显著减小．由此可见，3位取代对HOMO能级影响较大，对LUMO能级影响较小．为了得到这3种黄酮类化合物的电子吸收光谱，我们分别计算了它们前20个激发态的垂直激发能（ΔEv）和振子强度（f），拟合采用高斯线型，得到的电子吸收光谱见图3、图4和图5，详细的光谱数据和相应的跃迁情况见表2．为简化起见，表2中只列出了f＞0．1和CI系数＞0．3的跃迁．从图3、图4和表2中可以看出，理论预测的光谱和实验光谱［16］符合得很好．化合物1的第一个吸收带相对于化合物2的发生较大的红移主要有2个原因：其一是化合物1的HOMO－LUMO能级差（S1态主要由HOMOLUMO跃迁产生）比化合物2的明显减小（前文已讨论过），导致S0S1的吸收发生红移；其二是化合物1中S0S1跃迁的f是S0S2跃迁的3倍多，第一个吸收带由S0S1跃迁贡献，而化合物2中S0S1跃迁的f小于S0S2，第一个吸收带主要由S0S2跃迁贡献，这使得光谱红移程度进一步增大．从图3、图4和表2还可以看出，实验上观测到的化合物1和化合物2分别在265和270nm附近的吸收峰都是由一系列激发态的跃迁产生的．同时我们还得到了化合物1和化合物2实验上未测得的吸收峰216和212nm，都是来自多个高能激发态的贡献．此外，我们还预测了化合物3的电子吸收光谱，化合物3第一吸收带的位置与化合物1接近，详见图5和表
2．2．3抗氧化活性
分子的抗氧化活性通常与HOMO能级相关．HOMO能级越高，越容易失去电子，抗氧化活性越高．从表1可以看出，无论是在真空中还是在氯仿溶剂中，化合物2的HOMO能级都是最低的，化合物1和3的HOMO能级接近，前者略高于后者．由此可推测这3个化合物中，化合物1的抗氧化活性最高．维生素C是一种常见的还原剂，文献曾报道的维生素C的HOMO能级在真空中为－6．84eV（－0．25120a．u．［30］），－7．08eV（－0．26021a．u．［31］），在水溶液中为－6．78eV（－0．24914a．u．［31］），在CCl4溶液中为－6．95eV（－0．25550a．u．［31］）．与维生素C相比，化合物1、2、3的HOMO能级远高于维生素C的．因此，从能级上分析，本文中报道的3种化合物的抗氧化活性都远高于维生素C．
3结论
用密度泛函理论的B3LYP方法优化得到了3种黄酮类化合物1、2、3基态的几何结构．计算表明，色原酮环和苯环两个平面之间的夹角在化合物1、2、3中分别为0．2°、17．7°和34．8°．化合物1存在2个O－H…O分子内氢键，而化合物2、3中只有1个O－H…O分子内氢键．用含时密度泛函理论计算得到了各体系的垂直激发能，并拟合了其电子吸收光谱．结果表明，计算的光谱和实验光谱符合较好，并对实验光谱进行了详细的解释．同时，我们还预测了这3种黄酮类化合物的抗氧化活性顺序，即1＞3＞2＞维生素C．
参考文献：
［3］彭程程，王青山，赵国祥，等．黄酮类化合物的研究进展［J］．农产品加工•学刊，2010（5）：38－41．
［4］唐毓，李丽，周平和，等．天然植物中黄酮类化合物的研究进展［J］．现代畜牧兽医，2016（5）：45－50．
［7］王勇，庆伟霞，杨玉霞，等．分光光度法测定二氢黄酮化合物对超氧阴离子自由基的清除作用［J］．化学研究，2013，24（5）：441－443．
［11］范攀越，王江，黄远，等．一种黄酮衍生物的合成及其体外抗癌活性［J］．化学研究，2013，24（1）：68－70．
［12］，李其福，黄胤怡．抗UV－辐射植物黄酮类化合物研究进展［J］．生态学杂志，2001，20（6）：36－40．
［13］蓝晓雪，杨洁．黄酮类化合物降糖功能研究进展［J］．安徽农业科学，2016，44（17）：255－257．
［14］耿玮峥，吕铭洋，崔新明，等．天山花楸叶总黄酮对心肌缺血再灌注损伤大鼠心肌酶和心肌超微结构的影响［J］．中国实验诊断学，2015，19（6）：877－879．
［15］李洋，康倩，荣婵，等．骨碎补总黄酮对MLO－Y4细胞增殖、分化、矿化和凋亡影响的探究［J］．中国骨质疏松杂志，2015，21（5）：592－598．
［16］王勇，庆伟霞，赵东保．3，5－二羟基－7，4′－二甲氧基黄酮的晶体结构（英文）［J］．化学研究，2016，27（5）：593－598．
［17］赵东保，杨玉霞，张卫，等．黑沙蒿黄酮类化学成分研究［J］．中国中药杂志，2005，30（18）：1430－1432．
［18］李洁琼，赵清岚．三种席夫碱－Ni（Ⅱ）配合物的电子结构和吸收光谱的理论计算［J］．化学研究，2014，25（5）：497－503．
［19］吴文鹏，曹艳．三（4－硝基苯基）甲烷衍生物的结构和振动光谱的理论研究（英文）［J］．化学研究，2014，25（6）：609－615．
［20］李洁琼，李永红．用密度泛函理论研究两种金属镍席夫碱配合物的电子结构和光谱性质［J］．化学研究，2014，25（6）：616－621．
［21］李云飞，王新收，吴文鹏．一种基于苯并噻二唑衍生物的F－荧光探针分子的理论研究［J］．化学研究，2015，26（6）：575－578．
［22］汪欣，李永红．两种Zn（II）配合物电子结构和光谱性质的理论研究［J］．化学研究，2016，27（4）：445－449．
［23］马原，左桂云，吴文鹏．理论研究连接方式对低聚（3－己基噻吩）结构和电子光谱的影响［J］．化学研究，2016，27（4）：450－454．
［30］周敏娜．维生素类清除自由基机理的密度泛函理论计算［D］．新乡：河南师范大学，2011：33－40．
困扰笔者的一个问题是生命现象或生物学陈述是否会对物理学定律发生证伪事件，引起物理学理论的修正？无论是证实，还是证伪，理论陈述与观察陈述之间必须存在着可能的演绎关系，而生物学陈述中的一些成分与物理学陈述在演绎关系上的不相关，似乎是当前对生物学自主性认识的根本所在。这种认识基本是这样的：①生命科学具有独立于物理科学（包括化学）的规律或定律；②生命科学的解释框架不同物理科学的演绎解释框架。本文试图对生物学自主性提出一个新的理解，它与物理科学的理论构建密切相关，并由此解决演绎逻辑上相关与否的问题。
1生物学自主性在以往理论结构上的表现
（1）生物学理论的公理化尝试
生物学具有独特的内容，可建立一个与物理科学并行的演绎体系，这种观念导致了对生物学进行公理化处理的尝试。伍德格尔（J．H．Woodger）早在1937年就试图对孟德尔遗传学定律进行公理化处理，但未引起人们的注意、到七十年代，在生物哲学界发生了达尔文进化论是否属于科学理论的争论。在这种背景下，威廉斯（M．B．Williams）在1970年给出了关于达尔文进化论的完整公理化模型理论〔1〕，它包括两个初始概念、进化的两个公理、有关适应和选择的五个公理、适应度的操作定义，由这些可推导出达尔文理论的一切概念和关系或定理〔2〕。
威廉斯的体系只是直接从宏观上对进化的原始概念和公理的认定，脱离了微观的遗传学机制。还原论者认为，仅仅将进化论改造为演绎体系是不够的，还应当在物理科学与这个演绎体系之间建立起逻辑演绎关系。因此，鲁斯（M．Ruse）建议，群体遗传学应是进化论的演绎基础〔3〕，首先应阐明从群体遗传学到进化论的演绎关系，而公理化处理后的群体遗传学体系，其逻辑公理则是孟德尔遗传定律。然后，再将孟德尔定律作为演绎结果从分子生物学中导出。
在下文的分析中将会看到，分子生物学本身就不是一个纯粹的演绎体系，并且它与经典遗传学之间存在着逻辑蕴涵上的脱节。这是生物学自主性的一种表现，其根源来之于演绎体系的构建之始，即演绎的公理和原始概念直接来之于生命界，从而独立于或自主于以无机界为研究对象和直观经验来源的物理科学。这种构建过程的合理性在于，人类的直观经验有两大类或两个来源，除了无机界之外，还有生命世界的生命现象。人们无法漠视生命这一独立于无机界的现象或实体的存在，因而它们也成为人类直观经验的基础。
（2）分子生物学中的功能性解释
事实上，在诸如分子遗传对经典遗传学的还原，那一部分不能还原的独特内容，以功能预设或目的性预设的形式出现。
对孟德尔遗传学稍加考察，便可发现，它首先直接从遗传现象和数据中设定了一个生命实体即遗传因子（后来称为“基因”），接着给予了这一实体两个承诺：第一，它们既可以彼此分离，又可以再组合；第二，它们自身带有某种生物学性质，这种性质是使生物体显示某种性状的原因。在孟德尔遗传学或以此为基础的公理化体系中，不必给予这两个承诺以解释，因为遗传因子在此是最基本的实体。但是，当分子遗传学从实体上将基因与DNA片段相对应，或者说将前者还原为后者，随之而来的则必须从DNA分子行为上给予这两个承诺以解释，并且只有演绎的解释，才能达到理论还原的要求。
然而，分子生物学对经典遗传学的所谓还原，只达到了对第一个承诺的还原，可以从DNA分子的性质和行为来解释遗传因子或基因的分离与组合。而关键是第二个承诺，无法对此给予从DNA分子到遗传性状的上行演绎解释，例如，在将性性状与蛋白质相对应的解释中，DNA碱基顺序代表了基因即遗传信息，而遗传信息是从生物学功能角度来定义（而不是从DNA分子的性质及行为来定义），涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系，涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系，涉及到转录、合成、生长、发育等一系列过程，即它是从生命整体角度来定义的。DNA分子的行为与性质并没有蕴涵遗传信息的概念，因此，DNA决不等于基因。在这里，体现了功能性解释的特点；基因的含义有一部分是从这一实体或DNA分子在生命整体中所具有的功能这一方面来定义的。人类直观经验之一的生命现象在此以功能预设的方式参预了理论的构建，所以，生物学在理论上的自主性，并没有由于分子生物学所谓的还原而消失。内格尔（E．Nagel）、罗森伯格（A．Rosenberg）等人把功能（或目的性）解释看成生物学自主性的依据和根源。
2功能性（目的性）、演绎性和理论构建
由于功能预设的存在，使得生物学解释框架不同于物理科学。那么，在生物学理论中，是否能实现一种从功能解释模式框架向演绎解释框架的模式转换，在消除功能预设的同时，又不破坏分子与生命之间的联系呢？模式的建立与科学理论的构建过程相关，通过其构建过程的分析，对于模式转换问题有着莫大的启示。
演绎性解释框架模式如下：
（1）L1，L2，……，Lr
解释性陈述或前提
（2）C1，C2，……，Ck
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
（3）E
解释对象
其中，L1……Lr是规律般的全称陈述，C1………Ck是关于初始条件的特称陈述，E是描述单个事件的特称陈述，也就是对要给予解释的现象的陈述。如果E能够作（1）中的全称陈述和（2）中的初始条件的特称陈述的演绎结果，则它就得到了解释〔4〕。这种解释框架实际上就是要对自然现象寻求一种因果性解释：如果条件C1、C2…Ck存在，则必有现象E出现。
一个严密的、完美的科学理论体系必须使用这种解释框架，这已成为一种模式。从物理学到化学，基本上已达到了这种要求。而生命现象的特殊性，如趋目的性，使我们在传统的生物学理论中仍到处采用目的性或功能性解释，特征是以未来的一种既定状态作为当下行为的依据，或以生命现象为整体背景，以组成部分（如分子）对整体所具有的功能作为组成部分的行为依据，因而我们常采用这样的语句：“为了达到某种目的而如何”，或“……具有使达到某种目的功能或作用”。功能的依据不能仅仅从组成部分本身的性质给出，必须依据整体的状态才能得以解释。〔5〕因此，这一框架与人们寻求自然界因果关系的精神不相吻合。
演绎体系的建立，主要在于规律性全称陈述的建立，即定律、原理建立。在这个过程中，解释的对象先是作为经验基础参预了定律的构建，例如，对无机界实体及其性质的认定，依据于宏观的经验现象和数据，然后，回过头来演绎解释其他现象。既使遇到新的观察事实，它与规律性的全称陈述的演绎结果不符甚至相反，也可以通过修正或证伪的途径，或修改、或重建规律性的全称陈述。证伪，也是“解释对象”参预构建“解释前提”的途径之一。由此保证了演绎性解释框架在物理科学中的有效性。
解释对象，将其看成一个集合，其中某些“元素”作为经验基础参预了理论构建，从而内化于解释的前提。这样的解释前提，再去解释其他“元素”时，可能会发生以下三种情况。第一，演绎的结果与新的解释对象相符，从而得以证实和支持；第二，演绎结果与新的解释对象不符，发生证伪，因而要对理论进行修正，新的解释对象就此参预了理论构建；第三，解释前提的演绎结果，与新的解释对象无关，既不证伪，也不证实。
第三种情况对于我们非常重要。在这种情况下，我们需要以此为经验基础，构建新的解释前提。这是物理科学体系中并非存在唯一的解释前提的原因。重要的是，生命现象对于物理科学中的解释前提来说，也正是处于既不证实、也不证伪的境遇。但，第一，它没有参预构建新的解释前提，第二，它也没有作为解释对象：生物大分子行为的结果，只局限于物理、化学领域内，生命的特性似乎游离于分子行为之外。作为解释对象和参预解释前提的构建，二方面具有潜在的统一性，而生命现象以另一种形式出现，即在解释之先作为一个其作用类似于解释前提的目的性或功能性预设。当然，它并不与解释前提等同。事实上，正是由于它的存在，才代表了与演绎框架不同的目的性或功能性解释框架。下图表示出分子生物学理论中同时采用的两种框架之间的关系：
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
┃解
生
解
┃
┃释━━━━━━━━物━━━━━━━━释
┃
┃前演绎或因果关系
大演绎或因果关系
对
┃
┃提
分
象
┃
┃C1
子
E
┃
┃
行
┃
┃
为
┃
┃
C2
┃
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
┃赋予生物学意义
整体的生命现象（目的性或功能预设）
方框内是演绎解释的框架，解释前提C1是指以微观实体为起点构成的物理科学解释前提，它来之于物理科学的理论构建过程；解释对象E是指用物理和化学手段将生物体进行处理后，形成的无机环境背景下所显示出的现象，如DNA晶体的X射线衍射图、试管中的化学现象；生物大分子行为C2是指诸如DNA、蛋白质等行为过程；目的性或功能性预设来之于对宏观生命现象的认定，它不是作为解释的对象，而是赋予生物大分子行为以生物学意义，赋予DNA碱基变化以“变异”的意义，赋予血红蛋白与O2、CO2的结合与分离以“呼吸”的意义，即生物大分子的活动或行为都必须指向生命整体，以其为最终目标。在这种框架中，生物大分子的行为只是一种形式或“载体”，负载着生命现象所赋予的意义，这是分子本身并不逻辑地蕴涵着有关生命特征的概念的原因。
人类对于生命现象的直观经验，在此以目的性或功能性预设的形式出现，这提示我们，生命现象要融于物理科学的演绎体系，其本身要参预物理科学的解释前提的构建，从而使其从这种预设的形式转换为某种内化于解释前提中的成分。
我们从化学还原为物理学的历程中受到一种虚幻的鼓舞，从而忙于将生命还原为已有的物理科学定律，这是一种狭隘的还原主义。化学现象之所以可以成为物理学解释前提的演绎结果，是因为物理学的解释前提不仅仅属于物理学，而是二门学科共同享有。量子化学的诞生与发展，是化学从理论上成为物理学演绎体系的一部分的标志。这一度使人相信在生物学中也可以发生类似事件。但是，从理论构建历史中可以发现，生物学与化学，二者在同物理学的“亲缘”关系上存在着巨大差异。用来作为化学现象的解释前提的微观物理学同化学本身有着极深的渊源关系。只要罗列一下原子结构、量子力学的形成历史就足以说明这一点。
早期化学
原子论
元素论
量子化学──
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元素周期律─电子运动理论
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原子结构论─量子力学───
①道尔顿所创立的原子论，首先是化学理论，为近代化学奠定了理论基础，其动机则是期望用经典力学的观念来解释化学；
②元素及原子一开始是化学研究的对象，也是一个化学概念，以后成为物理学研究的对象；元素周期律是化学体系中举足轻重的理论；
③原子论、元素周期律导致了原子结构理论的诞生，以及成为电子运动理论诞生的契机；
④玻尔创立量子理论的基础是原子结构模型、氢光谱及巴尔末公式；而量子力学首先对分子最成功的解释正是对氢分子的说明，因而诞生了最子化学；
⑤量子力学、电子运动理论是量子化学的理论基础。
因此，用来演绎解释化学的那部分物理学理论，首先是从化学走出来的，微观物理学便“天生”具有了解释化学的胎记。这种历史性的构建过程，保证了它们的概念、命题、现象之间存在着天然的逻辑蕴涵关系和证伪、修正关系。
对于生物学来说，只需指出下面一点就足够了；物理学、化学的理论构没有采纳生命界的任何生命现象的特征，或者说生命现象没有参预物理学、化学的理论构建。至少在系统理论、耗散结构理论或自组织理论建立之前是这样的。
3广义还原与生物学自主性的新含义
在狭隘的还原主义看来，仅从无机界现象中构建起来的理论诸如实体的性质、行为、运动规律等，相对于生命世界来说，无可怀疑地有着先天的真理性，是永恒的基石，对它的证伪、修正或完备性的补充，只能在对无机界的研究中进行，而生物学、生命现象只能动地等待着解释和还原。针对于此，我们应持有一种广义的还原主义，将物理学理论或演绎的解释前提体系看成一个对生物学、生命现象开放的理论体系。系统理论的奠基人贝塔朗菲、控制论的创立者维纳无不受到生命现象的启迪。正如贝塔朗菲所建议：考虑到有机体具有整体性，会发育、变异、生长，为了描述它们，我们必须运用调节、控制、竞争这些传统自然科学（主要指物理学、化学）没有的新概念。〔6〕另一个著名事例是耗散结构理论诞生于热力学理论对于生命自组织性的不完备性。
生命界的各种现象中，是否存在着对现有物理学、化学定律证伪的事件，是否能象黑体辐射现象对经典物理学进行证伪从而赋予基本粒子以一种全新的行为和性质，到现在为止还不得而知。现在的情况是生命现象对正统的物理学既不证实也不证伪，而系统理论、耗散结构论、超循环论等新兴学科，正在吸收生命现象的特征，并与正统物理学相联系。
对于这个问题，如果认为“生物学能否还原为物理科学与能否用物质的原因阐释生命现象”是两个问题〔7〕，那是不妥的。将两个问题截然分开的根源在于把物理科学所研究的物质运动规律封闭于无机界，同时认为生物界中的物质运动规律独立于物理、化学规律，也就是独立于无机界。但是，只要承认生命来之于无机界，就无法把无机界的运动规律与生命界运动规律绝对地划界，因而也就不应在物理、化学与生物学理论之间人为地划出一条不可通约的鸿沟。物理学的还原地位是先天的，这是它所研究的对象决定的。即使生命界存在许多现有物理学所不能解释的现象，甚至出现与现有物理学规律相悖的现象，也不应成为生命运动规律独立于物理规律、生物学独立于物理学的理由。生命界存在物理学不能解释的现象（或与物理学定律无关），说明物理学的内容还不完备，有待于充实、丰富和发展；如果相悖，说明二者至少有一方是错误的，要么修正物理学，要么修正生物学规律，要么二都有待于修正，以达到逻辑上的统一。辩证唯物主义认为，物理学和化学规律在生命体中的作用的“范围被限制”了，物理和化学规律在生命体中并不具备发挥作用的充分条件。我们必须深化这一观念，对此做出更清晰的解释和理解，而不能在此止步不前，更不能将这种“范围被限制”作为生物学规律与物理学规律之间存在一条天然的逻辑鸿沟的理由。只要我们追究这种“限制”（即生命的有序性、组织性）是如何从无机界产生的，并将封闭于无机界领域的物理科学解放出来，那么生物学就可以广义地还原为物理科学。耗散结构论、协同学、超循环论等都是在这种背景下产生的新物理科学，所取得的成果使我们看到将生命现象纳入演绎框架体系的希望。这虽然只是初步，但科学的生命力在于不断引进新概念来解释不曾解释的现象。
在此，可以提出生物学自主性的新含义，这种自主性并非表现为生物学必须具有独立于物理学和化学、并且不能从后者获昨解释的规律，而是表现为生物学及生命现象作为物理科学的构建基础之一，参预物理科学的理论构建；物理科学自身也不应拘泥于无机界之中，只有如此，才能构建一个对于整个自然界是完备的物理科学体系。反过来说，仅将无机界作为理论构建的经验来源的物理学，其对于生命现象的不完备性，体现了生物学对这种物理学理论的那种过去所理解的自主性。
4非线性还原
将物理科学与生命科学统一于一个演绎解释的框架之中，是还原的需要，因而也是广义还原的需要，以反映从分子到生命的逻辑过程。不过，这是一个非线性的逻辑过程。
辩证唯物主义所认为的“不能把高级运动形式归结为低级运动形式”中的“归结”一词，其意义是模糊的，含有“演绎解释、还原、简单地组合或机械地相加”等诸多含义。我们认为，“不能归结”的提出，有着历史背景，是针对十八、十九世纪机械的、线性的还原论进行的批判。机械自然观认为，生命运动是低级运动形式的机械组合，相应地，生命体是一种机械装置，用今天的术语说，生命是生物大分子及其行为的线性迭加，二者之间是一个线性的逻辑关系。现代自组织理论已揭示出，生命的自组织过程是一个从分子到生命的非线性动力过程。与理论之间的广义还原相应，本文提出实体上或本体论上的非线性还原。现代物理学发现，自然界普遍存在的是非线性关系，而线性关系极为少见。无机界同样存在着非线性的自组织过程，这说明自组织性并非为生命界所独有，而是生命界与无机界的桥梁，而物理学所研究的就是这种发展过程的动力学原因，描述它们的逻辑过程，无论是线性还是非线性的。这是物理学处于先天的还原地位的理由。如果说物理学内的演绎框架体系是由于对无机界运动或现象的统一解释的需要，那么，在物理科学与生命科学之间建立一种非线性逻辑演绎关系，则是对无机界与生命界统一解释的需要。因此，演绎框架的合理性并非只存在于物理科学与无机界之间的关系中，并不仅仅是建立物理科学体系的标准。这种合理性同样存在于物理科学、生命科学、无机界、生命界之间的关系中。
5总结
生物学自主性的根源在于：生命现象是人类直观经验来源之一。它以不同的方式参预了理论的构建：在威廉斯、鲁斯那里，直接针对着生命世界构建一个公理化体系，如果将理论封闭于生命世界中而不向无机界拓展，可建立一个自足的演绎体系，与物理科学演绎体系相并列，这是自主性的一种表现；在以分子生物学还原经典遗传学的过程中，它以解释之先的目的性或功能预设的形式参预了生物学理论的构建；本文受到新兴学科的启示，提出生物学自主性表现为这种经验来源及理论（或陈述）直接参预物理科学的构建过程。
阿亚拉（F．J．Ayala）曾提出，可以把还原论区分为三个层次：本体论还原、方法论还原，理论的还原。对此，本文提出了在理论之间的广义还原，本体上的非线性还原；方法论上，物理科学应是对生物学、生命现象开放的体系，生物学、生命现象应直接参预物理科学的理论构建，这并不是指利用物理、化学手段将生物体破坏，在试管中还原为无机背景，因为这已推动了生命现象作为直观经验的价值。生命现象参予物理科学理论构建的价值体现，离不开生物学理论作为必要的中介作用。
参考文献
〔1〕Wiliams，M．B．（1970）．DeducingtheConsequenceofEvolution：AMathmaticalModel．JournalofTheoreticalBiology，29：343－385。
〔2〕Rosenberg．A．（1985））．TheStructureofBiologicalScience．（Cambridge：CambridegUniversityPress）
〔3〕董国安：论生物学自主性，《自然辩证法研究》，1992年第10期，第48页。
〔4〕〔5〕李建会：功能解释与生物学自主性，《自然辩证法研究》，1991年第9期。
