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因为课程和内容较上学期更多更难,同学们的学习比较紧张,学习小组要认真落实组员的学习情况,并每周向学习委员汇报一次。
上学期本班考试成绩并不理想,这学期将增大对同学们学习的督促力度,课代表要完全了解同学们的作业完成情况,并每周向学习委员汇报一次。本学期的各科挂科率均不得超过机械学院平均水平,以挂科率最低为目标。
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4.英语四级考试。
【关键词】 细胞图案化,组织工程,细胞传感器,自组装单层膜,软刻蚀,评述
Abstract The technologies that we call cell micropatterning allow the control of the shape and size of cell adhesion. Combination of micro/nano technology, surface chemistry, electrochemistry and photochemistry enables us to control the adhesion, migration, differentiation of cells and the interactions between different types of cells. These methodologies bring about a new platform for the studies of cell biology. A number of techniques for cell patterning and compares their advantages and disadvantages were reviewed in this article. The applications of cell micropatterning, including those for fundamental studies in cell biology, tissue engineering and cellbased biosensors were also discussed.
Keywords Cell micropatterning, tissue engineering, cellbased biosensors, selfassembled monolayer, soft lithography, review
1 引 言
20世纪70年代,用于生物分子和细胞的图案化技术已开始出现[1]。细胞图案化技术主要分为两类:一类是通过表面修饰形成细胞粘附生长的图案化区域,使细胞选择性地粘附生长形成图案;另一类是通过可移除的物理障碍将细胞限制在图案化的区域生长,形成细胞图案。基于上述两种原理,各种细胞图案化技术相继出现并得到发展[2]。
在众多的图案化技术中,细胞大多被固定在二维平面。人们发现基底的形貌和物理性质会对细胞的功能产生很大的影响,而且大部分高等动物细胞(除血球细胞等少数几种细胞)都是贴壁生长的,这为图案化技术在生物学领域的应用奠定了基础。在基础生物学方面,图案化技术可以建立两种或两种以上的细胞共培养体系,已成为揭示细胞与细胞以及细胞与基底相互作用基本机理的有力工具。另一方面,图案化能将细胞精确定位在表面,这将在很大程度上促进细胞传感器和分子传感器的发展。目前,二维细胞图案化技术已在生物学领域受到广泛关注。
2 细胞图案化的方法
2.1 光刻技术
光刻技术最初应用于半导体产业中,该技术利用紫外光将掩膜上的几何图案转移到基底上(见图1)。首先在基底上铺一层光敏聚合物——光刻胶,然后基底在光掩膜覆盖下曝光显影形成图案。表面修饰材料(如蛋白质等)吸附在基底表面后,将基底浸入到有机溶剂中洗刻胶,即可在底面上形成表面修饰蛋白质的图形,细胞会按照已修饰的图形粘附和生长,形成细胞图案[3]。
光刻技术以其较高的精确度成为固体表面图案化的主要手段。但是,光刻过程需要洁净空间和昂贵的设备,并且对于实验者要求较高,限制了其在生物技术方面的广泛应用。此外,光刻加工过程采用的化学溶剂容易使生物大分子变性,使它们失去活性[4]。
2.2 软刻蚀技术
近年来,Whitesides 等[5,6]研究了一系列更具生物相容性的图案化方法,统称为“软刻蚀”。软刻蚀技术通过使用高分子聚合物,如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxine, PDMS),在有图案的底模上形成印章,达到复制微米甚至纳米尺度结构的目的(图2)。
与光刻技术相比,软刻蚀最大的优点在于制作过程更简便[6]。软刻蚀仅需要在制备底模时做一次光刻,而其后的过程在普通实验室就可完成,将对洁净空间的要求降到最低。因为底模和印章可被重复利用,软刻蚀比光刻更加经济、方便和有效。此外,PDMS 的弹性可以使它容易在曲面和外形可变的基底上进行图案化,透明、自发荧光低的特点使得某些样品可在光学显微镜下直接观察。软刻蚀的这些优点使它正成为细胞图案化的主要方法,常用到的有微接触印刷、微流控图案化以及模板图案化;其中微接触印刷、微流控以及上述的光刻都属于通过表面修饰形成图案化的方法,障碍物限制细胞迁移来实现图案化的方法。
2.2.1 微接触印刷
微接触印刷(microcontact printing , μCP)技术最早用于将硫醇转移到金表面,形成图案化的自组装单层膜(selfassembled monolayers, SAMs)[7]。用 PDMS复制光刻的微结构即获得微接触印刷所需要的印章(图2A),将印章在硫醇溶液中浸泡以后,用氮气或者压缩空气使其表面的图案干燥。印章表面的图案与金表面相接触,硫醇分子从印章凸面转移到金表面上形成SAMs;印章凹面未与底面接触,所以其对应的基底是裸露的。这一过程完成后,将金表面置于另一种硫醇溶液中,第二种硫醇分子将覆盖金表面的裸露部分,这样就在同一个金表面上形成了两种类型的SAMs,并且具有不同的表面性质。例如:以甲基结尾的硫醇形成的SAMs能够促进细胞粘附,以聚乙二醇 (polyethylene glycol , PEG) 结尾的硫醇形成的SAMs则抗拒细胞粘附,当细胞被接种到这个表面后,它仅在甲基结尾的SAMs上粘附。这些为控制细胞的形状、大小等奠定了基础(图3a)。
微接触印刷的使用范围不仅仅局限于金表面,在聚乙二醇修饰的玻璃和二氧化硅表面同样可以使用[8]。如上所述,传统的微接触印刷只能形成一种或两种分子图案,只有使用多级印章才可以形成多种分子的图案[9],但其制备过程相对复杂。
2.2.2 微流控图案化
微流控图案化是一个与微接触印刷相关的过程(图2B),但与微接触印刷不同的是PDMS模板底面具有微通道网络。当 PDMS 模板与底面接触后就形成微流管道,在管道的开口处加入溶液,液体可以进入管道并在表面吸附形成图案[10];引入液体的方法可以依赖毛细作用或注射泵[11,12]。微流控图案化可相对简便地产生多种分子修饰。与微接触印刷相比,微流控图案化的优点是不需要对修饰在表面的分子进行干燥,这样就易于将一些敏感分子(如不稳定的蛋白或酶)修饰在表面,并且维持其生物活性。由于微流控图案化是运用不同分子的溶液来形成图案,通常每一种分子的图案在表面上都是连续分布的[13],这就限制了图案形状的多样性。
2.2.3 模板图案化
用于细胞图案化的“模板”,就是指带有一定几何形状和大小的透孔的膜。PDMS是模板图案化的合适材料,因为它与大多数的干燥表面都能紧密结合。模板的制作类似于微接触印刷的印章,但在PDMS固化之前使液体 PDMS不完全覆盖表面结构(即表面微结构的高度要大于PDMS液面的高度),之后将固化的PDMS从模板上剥离下来就会得到具有透孔的 PDMS 模板(图2C)。膜与基底紧密接触后,透孔处的底面就被暴露出来,其它区域仍被PDMS膜覆盖。因为细胞仅在暴露的基底粘附,所以揭去模板后细胞就会在基底上形成设计的图案[14,15]。模板图案化是一种不需要对基底进行化学修饰即可进行细胞图案化的方法。该方法制作圆形、方形等简单图案比较容易,但边角比较多的图案在PDMS的剥离过程中易损坏。
3 细胞图案化的生物学应用
3.1 细胞生物学基础研究
细胞图案化最重要的应用就是研究细胞的基础机制和特性,在二维表面上控制细胞大小和空间排布的能力,为细胞生物学研究提供了新的工具。体内的细胞并非封闭的单元,它与周围的细胞以及胞外基质之间有着诸种联系,它们不仅仅是加强细胞之间的机械连接,更参与了物质交换和信号转导过程[16]。当细胞在基底上粘附时,依赖细胞膜上的整合素和细胞外基质相连。整合素首先聚集在一起,然后募集各种结构蛋白和信号蛋白形成粘着斑[17]。整合素与胞外基质连接的改变,最终将导致细胞骨架的重新排列,使细胞可以在表面铺展和迁移[18]。无论是在胚胎发育还是整个生命过程,细胞与细胞之间及细胞与胞外基质之间的连接对于组织形态结构的形成和发挥其功能特性都具有特殊作用,例如当神经细胞之间的连接丧失以后,兴奋的传导就会中断,这将直接造成相应的神经退行性疾病。
表面图案化技术已经证实细胞形状以及细胞连接的改变会影响细胞的分裂增殖[19,20]和分化[21]。可以利用大小、形状以及构造不同的图案来控制细胞与细胞之间以及细胞与基底之间的连接。图案化技术可作出一系列面积逐渐增大的图案,这些图案上粘附细胞的数目将随面积的增大而增多,细胞间连接也因此增多。用领结型图案培养细胞就可实现对细胞形状和细胞连接的同时控制。设计合适尺寸的图案使“领结”两端分别仅够粘附一个细胞,这样两个细胞只在“领结”的中间区域有连接,所以该区域的宽度就决定了细胞连接的程度[22,23]。细胞与细胞之间的连接在体内的许多生理过程中都发挥着重要作用。例如,血管内皮细胞之间的紧密连接是血脑屏障的结构基础。而在血管生成过程中,内皮细胞在增殖的同时还需要保持细胞间的紧密连接以阻止某些物质到达脑组织。
早期的研究通过调节胞外基质面积来调节细胞的铺展程度(即细胞与基底的连接)。结果表明,细胞只有在铺展的时候才可以增殖[24]。然而,基质浓度的变化同时刺激了整合素连接的胞内信号转导,细胞增殖是否仅由铺展引起仍是未知。图案化技术可帮助实现独立控制细胞铺展面积及细胞与基底的接触面积。利用微接触印刷技术在基底上做不连续的小图案,通过调节图案间的距离,可以改变细胞的铺展面积而保持细胞的粘附总面积基本不变。该项研究发现,细胞的铺展面积,而非细胞的粘附总面积,是细胞增殖期与静止期转换的重要因素[20]。
本研究组将细胞图案化应用于细胞迁移的研究中[25],用电化学的方法脱附SAMs,可使已经图案化的细胞在表面自由移动(图 3)。用 μCP 或微流控的方法将细胞进行表面图案化,图案化的表面有两部分组成,一部分是末端连接聚乙二醇 (polyethylene glycol,PEG) 的 SAMs 构成的惰性表面,用于抗细胞粘附;另一部分是可粘附细胞的纤维蛋白(见2.2.1)。通过电化学反应,末端连接 PEG 的巯基从金表面脱吸附离去,细胞便可以在原来的惰性表面粘附和迁移。
利用该方法可研究细胞形状的不对称性和迁移方向之间的关系。在细胞已经形成图案时 (t=0) 使用电化学法脱附,COS7 细胞沿不对称图形的钝端迁移(虚线作为细胞定位的参照)[26]。在此基础上,再利用微流控的方法可形成浓度梯度[27,28],有利于研究细胞在被诱导状态下的迁移。研究表明,高尔基体、中心体以及细胞核等细胞器的相对位置的关系会影响细胞的急性和迁移方向[29,30]。
能够改变表面分子末端官能团的化学方法也可以动态控制细胞在表面的粘附。当对苯二酚或其衍生物作为 SAMs 分子的末端时[31~33],电化学可使其发生氧化反应。反应得到的结构是可以在表面上促进细胞粘附的基团,从而使本来不能粘附细胞的表面变得可以粘附细胞,进而控制细胞在表面的粘附和迁移。这些小分子的表面化学性质已成为控制细胞的粘附和迁移的有效技术[34]本研究组使用紫外光使偶氮苯在SAMs表面上可逆地展示其RGD配体,实现了可逆地控制细胞的粉附[35]。
3.2 组织工程
组织并不是单一细胞的简单堆积,而是多种细胞有机结合的完整功能体。细胞与细胞之间的相互作用是研究组织工程的一个关键问题,如脉管系统(平滑肌细胞和内皮细胞) 、骨骼肌(单核成肌细胞和末梢神经)以及肝脏(肝细胞和窦状小管内皮细胞)中都存在众多细胞之间的相互作用。传统的共培养体系不能将不同种类的细胞控制在同一基底培养,使得关于细胞相互作用的研究变得很困难。多种细胞图案化的共培养体系是研究组织模型中细胞间相互作用的良好平台。1997年,Bhatia等[36]首次利用细胞图形化技术来改变肝细胞和纤维原细胞的直接接触位点,证明在该培养体系中肝细胞和纤维原细胞直接接触的点越多,肝细胞越能够维持其正常的表现型。
电化学与微流控相结合可以把多种细胞固定在表面。这样不仅可在时间和空间上控制细胞的粘附和脱附,更能精确的控制细胞之间的距离(图5)。如图5所示,中间的条带是 NIH3T3细胞,两侧的条带是Hela 细胞,运用1.2 V阴极电压电解脱附30 s后,所有细胞便可自由地在表面移动。这种方法可以研究同一表面上多种细胞的动态行为和相互作用[37]。
上述通过操纵空间位置来调控多细胞体系的方法在体外组织重建等领域中有广阔的应用前景,例如肝脏、皮肤、血管、肌肉以及其它组织。体外模拟体内研究的最终目的是可以应用于组织工程,但是若把上述体系移植入体内还存在一定的障碍。大多数的细胞图案化技术都是以硅、金或玻璃为基底,若使细胞从基底上脱附并且维持原有的结构还是一个较大的技术难题。于是,科研人员开始了以生物材料为基底的细胞图案化研究[38,39],以求基底可以在体内直接降解。壳聚糖和明胶具有较高的生物相容性,并在生物医学领域已经有了广泛的应用。研究证明,在壳聚糖和明胶膜上可以进行人微血管内皮细胞的图案化。将纤维原细胞和人微血管内皮细胞在壳聚糖基底上图案化以后,共培养会产生毛细管状的结构[40]。
综上所述,细胞图案化在组织工程中已有广泛的应用。然而现阶段的问题是:如何将二维平面的实验系统转变为三维的组织结构;如何将组织中的几种细胞以最佳的数量和位置关系在体外共培养;更重要的是获得了具有特殊结构的细胞后,它能否行使组织功能[41]。
3.3 基于细胞的生物传感器
细胞作为细胞生物传感器最基本的感应单元,能够表达一系列潜在的分子识别元件,例如受体、信号分子和酶,并且它们在细胞内处于“自然态(native state)”[42]。在不破坏细胞形态结构的状况下,可以用生化和物理技术对活细胞的生活状态、代谢过程及信号通路等进行定性和定量的分析,甚至研究其动态变化。蛋白质作为大多数分子传感器的感应单元,其稳定性和亲和力易受微环境变化的影响,如酸碱度等;而细胞本身可以为被检测分子提供一个相对稳定的环境。细胞传感器保持了分子传感器高通量的优点,而相对于复杂的动物活体分析它又能够快速检测。
图案化技术可以将细胞固定在二维表面形成微阵列,直接研究单细胞的行为(如通过细胞内的Ca2+含量变化研究细胞对刺激的反应)[43]。在众多的细胞类型中,神经细胞、心肌细胞等能够感受电刺激的细胞被广泛应用在细胞传感器中的感应单元,因这些细胞的生理状态可以用微电极直接监控。对于神经细胞来说,环境中化学信号的改变会引起膜电位的变化。因此,神经元经常被用于药物检测、毒性检测以及探测气味物质[44]。早期的研究为了检测到这些信号,以极高的密度接种细胞使细胞覆盖在微电极上的概率增加,但这样也增大了测量误差。现在图案化技术可以更精确的定位细胞,用微接触印刷在微电极阵列表面固定多聚赖氨酸,神经元细胞就会粘附在微电极阵列上[45]。
细胞微阵列现已经成为检测细胞对于药物筛选[46]、抗体检测[47]及RNAi 转染[48]的一种重要工具,以其高通量、节约试剂等优点被广泛关注。但是仍存在许多复杂的问题,如细胞类型的选择、细胞活性的保持以及传感器的微型化和便携化等。随着检测手段[49]和软件的发展,实时、持续和快速的细胞传感器检测将具有更广阔的应用前景。4 总结与展望
二维细胞图案化在生物医学领域具有广阔的应用前景。然而,相对于细胞在体内微环境平面结构仍然比较简单。微流控技术和3D细胞培养系统[50]与细胞图案化结合,将能更加精细地调节细胞微环境(基质、信号分子等),实现更大程度的体内模拟。随着微尺度水平制备技术的发展,以及它与传统生物学实验方法的结合,二维平面细胞图案化技术将为全方位控制细胞的行为提供更多的发展空间。
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我们一起把那小小的梦想
变得浩浩荡荡
把你的牵挂挂在我心上
把你的泪水藏在我的肩膀
迎着风和雨
征服高山海洋……
――《我有个小小梦想》
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爱心助学 只为西部女孩那一双双忧郁的眼睛
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欧洁瑜出生在深圳一个知识分子家庭。作为家中的独生女儿,她享受着父母的爱和优越的物质生活,可幸福女孩也有不为人所知的隐衷。
欧洁瑜的爸爸是欧家中唯一的儿子,爷爷奶奶对他寄托了很大希望。爸爸从来都没让爷爷奶奶失望过,可欧洁瑜的出生却是最不能原谅的例外――因为她是女孩。出生后不久,奶奶曾想把她送到农村亲戚家,好让她父母再生一个男孩。这件事是欧洁瑜小时候不经意听到的,后来再没任何人跟她提过,但是这件事却让幼小的她突然懂事起来。她一直很努力,想让自己符合爷爷奶奶心中孙子的形象。但是她的努力并没有改变爷爷奶奶的想法,直到去年爷爷临终的一刻,他都不忘想要一个男孙!这在欧洁瑜心里产生了不小的震动。
2005年7月,欧洁瑜进入深圳育才中学学习。育才中学每年都会举办“育才专列”活动,组织学校师生到西北考察、扶贫,欧洁瑜踊跃地报名参加。
2005年8月去大西北,是欧洁瑜第一次近距离地与西部女孩接触。西部女孩的淳朴让欧洁瑜感觉很亲切。其中印象最深的是一个叫何丽丽的女孩,她父母的身体都不好,很多农活都由她和几个弟弟妹妹一起分担,她还有两个哥哥在城里打工,但是经常拿不到工资,一年都不回家一次。丽丽总是愁眉不展,熟悉之后,她才哭着说:“爸妈要我退学回家帮忙,可我想继续读书,将来能当医生为爸妈治病……”欧洁瑜忙不迭地安慰她,握紧她的手,想给她一些力量。可握手的感觉让欧洁瑜微微吃了一惊,同样是花季少女,丽丽的手摸起来很粗糙,有很明显的裂痕,欧洁瑜心中一阵难过。
就要分别了,欧洁瑜没想到,短短的两天,丽丽竟然用她那双粗糙的手给欧洁瑜织了一副手套。欧洁瑜戴上一试,大姆指居然还露在外面。丽丽不好意思地笑了,“要干的活太多,是熬夜织的,实在织不完了……” “这样就很好!”欧洁瑜连说谢谢,并把自己的丝巾摘下来给丽丽戴上,“我们永远都是朋友。”两个女孩相拥而别,丽丽苦笑着说,“你出生在大城市,命真好,我是不可能上大学了,你替我实现这个心愿吧!” 欧洁瑜想鼓励她继续上学,可钱是最现实的问题,自己只是个学生,根本没有能力改变丽丽的命运。欧洁瑜张了张嘴,终究什么也没有说。两个女孩只是哭着黯然分手。
从西北回来,欧洁瑜常常拿出那副露着指头的手套玩味,丽丽忧郁的眼神,一直出现在欧洁瑜脑海中,挥之不去。自己在深圳,拼命努力却始终无力改变爷爷奶奶的遗憾,如果自己出生在西部,命运岂不是和她们一样不堪!从此,欧洁瑜开始关注西北贫困地区的女孩,坚持每年到大西北扶贫。
2007年5月,欧洁瑜进入深圳鸿扬英语培训班学习,为留学美国做准备。一次课间闲聊时,她讲起自己到西北考察的见闻,拿出在西部拍的照片给同学们看:贫瘠的土地、破烂的衣服、即将坍塌的房子、渴求知识的眼睛……一张张照片,让这几个从小在大都市养尊处优的女孩受到了极大震撼!“你们今年想不想和我一起去西北扶贫,为她们捐款?”欧洁瑜问同学们。几个女生中有人提议:“不如我们自己组织一个捐助活动,既能锻炼自己的能力,还可以体验生活。”大家一拍即合,一个爱心行动计划横空出世!
热烈响应活动的几名女生是庄健仪、崔丹霞、庄彦莉、郭小茉、康炜颖、庄鸣真,她们和欧洁瑜一样,在为留学美国做语言准备。她们分别来自深圳实验中学、深圳外国语学校、育才中学、红岭中学、深圳国际教育交流学院。七个女孩说干就干,经过反复讨论和策划,又考虑到大家很快成为求学异国的游子,她们给这个爱心团队起了名字――游子交流团,欧洁瑜为团长。让欧洁瑜欣慰的是,她们还请到了北大高材生、鸿扬英语创始人阎震来做指导老师。
经在深圳的古浪籍企业家肖德才先生牵线搭桥,游子交流团把救助对象确定为甘肃省古浪县黄羊川镇的老师和贫困学生。那里严重缺水,很多山头寸草不生。学校很少,经济落后,很多孩子面临失学,正渴望着外界的援助。想到西部女孩那一双双忧郁而期待的眼睛,大家感觉时间紧迫,立即紧锣密鼓地张罗起来!
行动起来 七少女历尽周折筹资50万
2007年5月25日,经过半个月的筹划,欧洁瑜带领团队正式启动爱心筹款活动!活动序幕――“爱心签名”在深圳育才中学正式拉开!两个队友还在东门狂砍价买下了便宜的T恤作为队服,队服的前后写有两个“德”字,大家很是喜欢。学校师生热情高涨,三四个小时后,那块长六米宽三米的白布上,就签满了名字和留言,大家心中备感充实!总结会上,欧洁瑜信心十足,“这是良好的开端,我们一定会成功的!”
但第二天海上世界筹款活动却让欧洁瑜和队友们备受打击。
欧洁瑜的第一个说服对象是一个看似和蔼的外国人。她和队友激动地抱着箱子走过去,可还没开口,那位外国朋友就很不耐烦地做出让她们走开的手势。更有一些人甚至不听她们讲话,就算听了也会冷笑而过,有的人甚至嘲讽她们,“这些活动是真的吗?谁知道是不是骗人的?”“这些政府该管的事情你们小屁孩儿来管有啥效果啊!”
碰了一鼻子灰,从没遭受过如此难堪的欧洁瑜委屈极了,泪水在眼圈中打转,她真想哭着跑开。可是想到自己是队长,想到大家的热情,不能就这样放弃。她偷偷地擦干泪水,强打精神,脸上挂着笑,一直坚持着。做完活动大家都像打了败仗,互相看看,都晒得又红又黑。不能放弃,几个女孩互相鼓励,她们决定改变策略:地毯式走访企业筹款!欧洁瑜还朗读了一段英文励志文章,大家重整旗鼓,决定再战!
百密一疏,欧洁瑜怎么也没想到,由于事先没有和大厦管理处协调好,连写字楼都进不去!经过一番唇枪舌战,物业人员还是冷漠地说:“不行,你们换个地方吧。”无奈之下,欧洁瑜和队友顶着烈日,手提着资料、牌匾,拖着重重的双脚,像一群找不着家的小孩,漫无目的地四处寻找办公楼。欧洁瑜心中有些茫然,大家也垂头丧气,难道爱心行动就这样夭折了吗?
2007年6月4日,有好心人为欧洁瑜介绍了一位社会活动家。专家看了她们的资料后,说资料太单薄,不具有说服力,并真诚地提出了很多建议。欧洁瑜听后一振,反思这几次活动的失败,再综合专家的建议,豁然开朗!她立刻召集大家连夜开会,一直到凌晨4点,终于把方案赶了出来。
大家的筹款热情前所未有的高涨。欧洁瑜和黄羊川镇多次沟通,掌握了当地详尽的资料,而且还得到深圳市青少年发展基金会的支持,有了专项基金账号。经过多方奔走,成效显著:新印象照相馆赞助8幅宣传海报、天之彩印刷有限公司赞助3000个书签和200个不粘胶标识、南山书城总经理免费提供摊位作宣传筹款活动、彩虹图片社赞助21幅宣传海报……社会各界行动了起来,大家都为这七名花季女孩的浓浓爱心所感动。
女孩们的辛苦,家长们看在眼里疼在心中。活动刚开始时,他们担心会影响学习,不赞同。但看着孩子们如此真诚,他们的态度也由反对到默认,到最后的绝对支持。
2007年6月9日,在水围广场的活动是游子交流团成立以来最辉煌的一次。幼儿园200多个小朋友在老师的带领下,表演手语《感恩的心》。他们的爱心感染了在场的观众,大家不由自主地跟他们一起唱起来。人们踊跃参与活动,捐款、捐物的人更是络绎不绝……
欧洁瑜和队友的活动还吸引了不少附近的商家,人人乐、大佛口、东方棕泉等纷纷捐款。虽然那天四点多就下起了倾盆大雨,但是就在短短的一个多小时内,水围村的人们一共捐款43990.1 元!
有了这次大规模筹款活动的经验,欧洁瑜和队友们马不停蹄,继续着爱心活动。功夫不负有心人,两个多月过去了,她们筹到的钱也一天天多了起来,加上企业承诺的捐款,她们筹到了近50万元!
到西部去 感动就在身边
2007年6月18日,欧洁瑜和队友应甘肃省古浪县教育局的邀请,从深圳前往黄羊川镇,在当地教育局工作人员的陪同下进行参观考察,同时为黄羊川的32名困难老师和107名贫困学生捐了5万元救助金,为学校捐了116箱书。同时,她们还打算在黄羊川修缮一所学校,新建一所小学。
初踏上黄羊川这片荒凉的黄土地,欧洁瑜和队友们受到了强烈地震撼!原来还有如此贫困的人们!
有一个女孩叫李洁,长得清新脱俗,却是如此不幸。她9岁就承受了丧父之痛,妈妈绝望地离家出走,姐妹俩与爷爷奶奶相依为命。奶奶患有先天性癫痫和白内障,生活不能自理,年近七十的爷爷在外地打工。她断断续续地上了3年学,明年还不知情况如何。泪水在她脸上不停地流淌:“我好想继续读下去,可是这样爷爷就要更拼命地干活了,我不想让他那么辛苦……”欧洁瑜的心就像被刀刺了似的,她哭了,大家都哭了。欧洁瑜决心帮助她实现上学的心愿!
再也不用担心辍学了,李洁高兴地拉着欧洁瑜的手来到她家做客。那是简陋的小土房,家徒四壁。善良的老奶奶赶紧给客人倒水。没有水,只能到水窖里现打。女孩不经意地介绍着,“幸亏有这水窖,要不连洗脸的水都没有,有时早上就互相往脸上吐口唾沫,用唾沫抹把脸……”欧洁瑜难过得说不出话来,水窖的水烧开后有些苦涩,但女孩却喝得很香甜。临别时,李洁一定要给欧姐姐送一件礼物。谁也没想到,礼物竟是梨树上三个分别刻了“欧、洁、瑜”的梨子。“我用纸把它们包好,到了秋天就给姐姐寄去!” 欧洁瑜用力地拥抱小女孩,“好好读书,做一个快乐的女孩!”分手了,李洁那甜美的笑容和那声清脆的“姐姐”,在欧洁瑜的耳边回荡了很久,让她百感交集。
14岁的女孩张德榛,担负着家中大部分家务,已被生活磨砺得坚强起来。大大咧咧的她,一年四季不怎么穿鞋,冬天也是如此,遇上新鲜热乎的牛粪,就把脚伸进去暖暖。张德榛这样说时一点也不悲苦,反而像在说一件好玩的事。“我光着脚还抓过一只肥野兔!那只兔子居然跑进一个坟墓里,那还能躲得掉?”欧洁瑜惊奇极了,“那你怎么抓啊,把坟扒开不成?”“那当然!”“里面的尸体呢?”“早化成灰了,风一吹就什么都没啦!”张德榛高兴地说,“那只兔子,我们一家人吃了三顿呢!” 可是一谈到上学,张德榛的眼神暗淡下来,“明年我可能不上学了,要回家里帮忙。”“不用担心, 我们这次就是来帮助你们的。” 欧洁瑜详细地解释了她们的活动计划,张德榛非常开心,“走,到我们家去,我请你们吃饭!” 欧洁瑜犹豫了一下,担心会给张德榛增加负担。张德榛却豪爽地笑了,“只是粗茶淡饭!”
这真是一次别具风格的聚餐!欧洁瑜像看变戏法一样,只见张德榛用盐水利落得和好面,醒了一会之后,把面团成一片,切成条,然后,她抓住面条两端轻轻一扯,竟然扯出一米多长细细的面丝!欧洁瑜赞叹到,“太好了,这就是兰州拉面吗?”“不是,是拉条子!”吃着土豆丝炒拉条子,再拌一点辣椒酱,还真是津津有味。大家都为西部女孩的热情好客打动了。
黄羊川,不仅让欧洁瑜看到了那里的贫困,更让她感受到了那里民风的淳朴。路上经过的每一户人家都有人出来欢迎她们,静静地对她们微笑。
中图分类号:O6-33 文献标识码:A
随着国民教育的快速发展,各类学校的实验室教学、科研活动愈加频繁,实验室废气、废液、固体废弃物等的排放及其污染问题日益突出。①②③④尤其是化学实验产生的污染更为严重,反应常常会伴有有毒有害气体产生并逸出。如在有机化学实验正溴丁烷的制备中,反应物HBr气体有毒有害且难以冷凝,容易逃逸出反应装置造成环境污染。为防止HBr的污染,常需要安装尾气吸收装置。但由于传统吸收装置设计上的缺陷,常出现吸收不完全,废气外逸,吸收液倒吸等现象。因此,在化学实验教学中有必要进行实验仪器的改进。这里特别设计了一种结构合理、效果良好的气体吸收装置。
1 现有气体吸收装置的分析
目前普遍使用的气体吸收装置如图1的右下部分所示,采用的方法是通过反应装置上的回流冷凝管连接一导气软管,导气软管另一端连接一个玻璃漏斗。玻璃漏斗略微倾斜,漏斗口一半浸没在水面下,一半露出在水面上以达到既能吸收废气又能防止水流倒吸的效果。⑤⑥⑦然而传统气体吸收装置存在以下缺点:(1)液封效果不好,吸收气体时,液面波动,气体容易逸出。(2)漏斗不易固定,经常会整个浸入水面,导致液体倒吸至反应瓶。(3)当反应过程中有大量气体生成或气体逸出很快时,会导致装置来不及充分吸收而使得有毒有害气体逸散到空气中。
为了克服传统吸收装置中漏斗不易固定,气体容易逸出、吸收效果不佳的问题。黄福祥、朱池平等进行了仪器的改进:固定倒置漏斗或长导管稍伸入水面下,与水面形成液封,设计气体由另一导管进入且不与水面接触,当瓶内气压因气体溶解而减小时,由于漏斗或长导管的平衡内、外气压作用,不会形成吸收液体的倒吸。⑧⑨宋学军、赵桂贞等报道设计了一种由三通管连通的气体吸收装置。该装置设计了安全辅助装置,通过水位升降来调节气体流向。⑩以上装置基本能有效吸收有害气体,并能起到防止倒吸的现象。但也存在一定的缺陷:如吸收形态固定、吸收容量有限;又如当反应过程中有大量气体生成或气体很快逸出时,仍会导致气体来不及被充分吸收而逃逸出装置。目前,化学实验教学中还没有一种操作方便、吸收容量大、效果良好,适用范围广,能有效防止水流倒吸的实验尾气吸收装置。
2 气体吸收装置的改进
针对现有实验尾气吸收装置存在的不足之处,特设计了如图2所示的一种新颖装置,可使得废气被充分吸收并且能有效防止水流倒吸。其操作简便、安全可靠、效果显著,可广泛应用于学生实验。
图2所示的瓶体1的上端一体设置有进水管2和进气管3,瓶体1内固定设置有内管4,进水管2和进气管3分别与内管4的上端相连通,内管4的下端开口,瓶体1的侧壁上设置有出水口5,内管4的下端略低于出水口5。图3即为该吸收装置与反应装置一起使用的状态示意图。
该装置的特点是由于瓶体的上端设置有进水管和进气管,因此可利用反应装置上回流冷凝管流出的水进入该进水管,并与由进气管进入的实验尾气一起流经内管至瓶体出水口排出。由于内管的下端略低于瓶体上的出水口,使内管管口刚好被水面封住,因此吸收装置的液封效果良好,可将废气有效密封并充分吸收。
该装置的另一优点是进入瓶体的水流对废气进行有效吸收的同时还源源不断将溶有废气的液体排出出水口,增大了废气吸收容量。同时液体的流动阻止了水流的逆流倒吸,有效防止了传统装置中水倒吸至反应瓶的情况出现。此外,该装置吸收容量大尤其适用于有大量废气生成或气体逸出激烈等情形使用。
该气体吸收装置适用于类似正溴丁烷的制备等有尾气产生的化学实验,可提高学生实验的安全可操作性和环保性,可提高实验教学效果,具有一定的推广应用价值。
3 实验应用
将该气体吸收装置应用于1-溴丁烷的制备:在100mL圆底烧瓶中加入10mL水,并小心地加入14mL浓硫酸,混合均匀后冷至室温。再依次加入9.2mL正丁醇和13g溴化钠,充分摇振后加入几粒沸石。圆底烧瓶上接一回流冷凝管,冷凝管上的出水软管接入吸收装置的进水管,冷凝管上端的尾气排出软管接入吸收装置的进气管。接通冷凝水后将烧瓶置于石棉网上小火加热至沸,不断摇动烧瓶,并保持平稳回流30~40min。待反应完全,冷却后改为蒸馏装置,蒸出粗产物。将溜出液转移至分液漏斗中进行洗涤。将干燥好的产物过滤到蒸馏瓶中,加热蒸馏,收集95~99℃的馏分。实验结果获得约50%的产率。新装置在使用过程中容易固定,装配方便;尾气随冷凝水排至下水道,基本无逸出,更无水流倒吸现象,实验环境亦大为改善。
4 结束语
该新型气体吸收装置结构简单合理,克服了传统装置存在的缺点,可有效吸收有害废气,防止液体倒吸,使用方便、安全,适用于化学实验的有害尾气吸收。
注释
① 吴伟军,刘海飞.实验室环境污染现状与防治对策[J].实验室研究与探索,2008.27(4):142-144.
② 孟庆祥.实验室污染的防治及治理[J].实验室科学,2009(6):161-162.
③ 易国顺,赵邦枝,李名家,等.高校实验室安全与环保的现状分析和对策研究[J].实验技术与管理,2010.27(5):170-176.
④ 王玉清,薛琳娜.高校实验室污染的因素及防治对策[J].实验室研究与探索,2011.30(6):417-420.
⑤ 谷珉珉,贾韵仪,姚子鹏.有机化学实验[M].上海:复旦大学出版社,1991:174-175.
⑥ 曾昭琼.有机化学实验(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2000:92-93.
⑦ 王清廉,李瀛,高坤,等.有机化学实验(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2010:129-130.
【Abstract】 AIM: To investigate the therapeutic effect of vitamin E(Vit E) and its mechanisms on liver fibrosis induced by Schistosoma japonicum infection in mice. METHODS: Mice were infected with Schistosoma japonicum cercariae percutaneously, and were pided into 5 groups: normal control group, model group, and intervention groups which were treated with three different doses of Vit E, 150, 50, and 5 mg/kg. That live fibrosis reached gradeⅡ or above was considered to be a marker of therapeutic start. The mice were killed at the end of the 8th week. Liver lesions were evaluated using HE and VG staining. Immunohistochemistry for αsmooth muscle actin (αSMA) as an activated hepatic stellate cell(HSC) marker was performed to detect and quantify activated HSC by SP technique. The malondialdehyde (MDA) content and superoxide dismutase (SOD) activity in liver tissue were determined by spectrophotometric method. The α1(I) procollagen mRNA expression was measured by RTPCR. RESULTS: Vit E reduced MDA content [(5.00±0.31) μmol/g vs (11.66±1.84) μmol/g, P
【Keywords】 Schistosomiasis japonica; liver cirrhosis; vitamin E; oxidative stress; hepatic stellate cell(HSC); collagen type I
【摘要】 目的: 探讨维生素E (Vit E)抗小鼠日本血吸虫病肝纤维化作用及其机制. 方法: 用日本血吸虫尾蚴皮肤敷贴法感染小鼠,构建日本血吸虫病肝纤维化模型,以肝纤维化达Ⅱ级或Ⅱ级以上作为开始Vit E治疗标志. 实验分5组: 正常对照组、模型组及Vit E高、中、低剂量组(每日150, 50, 5 mg/kg), 8 wk末处死动物,HE和VG染色对肝组织进行病理学检查,分光光度法检测肝组织丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性,免疫组化SP法检测肝星状细胞(HSC)标记物α平滑肌动蛋白(αSMA)表达,RTPCR方法检测肝脏α1(I)型前胶原mRNA表达. 结果: Vit E降低模型组肝脏MDA含量[(5.00±0.31) μmol/g vs (11.66±1.84) μmol/g, P
【关键词】 血吸虫病,日本;肝硬化;维生素E;氧化性应激;肝星状细胞;胶原I型
日本血吸虫病是我国危害最大的寄生虫病之一,而肝纤维化是日本血吸虫病致死和形成严重并发症最重要的原因. 研究表明,在血吸虫病肝纤维化形成过程中,氧化应激发挥重要作用,参与血吸虫对宿主的损伤,自由基可能是血吸虫病主要的致病因素[1]. Vit E作为机体防御氧化应激损伤的重要抗氧化剂,已应用于治疗肝纤维化,但有关Vit E抗日本血吸虫病肝纤维化作用的研究国内外报道甚少,而Vit E治疗血吸虫病肝纤维化的作用机制尚未见文献报道. 我们观察Vit E抗日本血吸虫病肝纤维化作用,探讨其机制如下.
1材料和方法
1.1材料健康雄性昆明小鼠(18~22) g及日本血吸虫尾蚴阳性钉螺(湖北省血吸虫病防治研究所),皮肤敷贴法感染日本血吸虫尾蚴(20±1)条/只,于感染后8, 10, 12 wk末分别处死6只小鼠后取肝组织进行病理学检查,以肝纤维化达Ⅱ级或Ⅱ级以上作为Vit E开始治疗的标志,即在12 wk末开始给予Vit E治疗. 32只感染小鼠分为4组,每组8只: 1组,模型组;2组,Vit E高剂量组(Vit E每日150 mg/kg);3组,中剂量组(50 mg/kg);4组,低剂量组(5 mg/kg). Vit E胶丸由厦门鱼肝油厂生产,剪破胶丸,用蒸馏水配制所需浓度的混悬液,灌胃给药每日1次,连续8 wk. 另取同一批健康小鼠10只作为正常对照组. 丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)测定试剂盒(南京建成生物工程研究所),免疫组化所用试剂(北京博奥申生物技术有限公司),TRIzol(美国Invitrogen),逆转录试剂盒(美国Promega),Taq酶(Gibco公司). α1(I)型前胶原引物序列参照Gen Bank,上游序列: 5′ GAG CGG AGA GTA CTG GAT CG 3′,下游序列: 5′ TGC TGT AGG TGA AGC GAC TG 3′,扩增片段为419 bp;内参照βactin引物上游序列: 5′ TGT CAC CAA CTG GGA CGA TA 3′,下游序列: 5′ AGG TCT TTA CGG ATG TCA ACG 3′,扩增片段为654 bp,引物由北京奥科生物技术有限公司合成.
1.2方法断颈处死小鼠,取肝右叶相同部位肝组织2块,1块于-70℃保存,测定肝组织匀浆MDA含量、SOD活性及肝脏α1(I)型前胶原基因表达;1块固定于100 mL/L中性甲醛,石蜡包埋,行HE和VG及αSMA免疫组化染色.
1.2.1肝组织病理学及纤维化评分常规行HE和VG染色,光镜下观察肝小叶病理变化及肝纤维化程度分级: 0级20=1,正常;Ⅰ级21=2,胶原纤维包绕虫卵肉芽肿周围;Ⅱ级22=4,汇管区有大量纤维,小叶间仅有少量纤维;Ⅲ级23=8,纤维组织大量延伸至肝小叶间. 应用HPIAS1000高清晰度彩色病理图文分析系统,每组每次测量20~30个由单个成熟虫卵形成的肉芽肿两个直角相交直径,以(最大横径+最大纵径)/2为平均值,并计算各组均值;测定VG染色切片胶原纤维灰度面积(S)和视野总面积(T),用S/T比值表示胶原含量.
1.2.2肝组织匀浆MDA含量和SOD活性测定硫代巴比妥酸比色法测定肝脏MDA含量,黄嘌呤氧化法测定SOD活性,按试剂盒说明书要求操作.
1.2.3肝脏αSMA免疫组化采用SP法,兔抗鼠αSMA抗体稀释度1∶100,用已知阳性片做阳性对照,PBS液代替一抗做阴性对照,细胞内出现棕黄色颗粒为阳性细胞. 应用HPIAS1000高清晰度彩色病理图文分析系统对αSMA免疫组化切片进行平均吸光度值检测.
1.2.4肝脏α1(I)型前胶原基因表达应用TRIzol试剂盒,参照说明提取肝组织总RNA,逆转录合成cDNA,采用20 μL反应体系. PCR反应条件: 95℃变性5 min, 94℃ 30 s, 94℃ 30 s, 52.7℃退火30 s, 72℃延伸30 s,循环30次,最后72℃终止10 min,以βactin为内参照. PCR产物分析: PCR产物经2 kg/L琼脂糖凝胶2 μL电泳检测,结果照相并存入凝胶分析系统,以βactin光密度值标化α1(I)型前型胶原基因光密度值,得到α1(I)型前胶原基因相对含量.
统计学处理: 采用SPSS 12.0统计软件对结果进行统计学分析,数据均采用x±s表示,采用方差分析进行比较,P
转贴于 2结果
2.1肝脏病理学变化对照组无明显组织学异常. 1组: HE和VG染色示小鼠血吸虫病肝纤维化模型建立成功. 血吸虫感染后8 wk,虫卵肉芽肿大小和数量达到高峰,大量炎性细胞浸润;随感染时间延长,肉芽肿逐渐缩小,肝细胞变性、坏死和炎性细胞浸润明显减轻,胶原纤维逐渐增多. 至20 wk,胶原纤维由最初的细线状变为条索状或网状分布在汇管区、虫卵肉芽肿周围并延伸至肝小叶间(图1A,B). Vit E组肉芽肿大小与1组比较无显著差异(P>0.05),对肝细胞变性、坏死和炎性细胞浸润程度影响不明显;2,3组虽有不同程度肝纤维化,但纤维带变细、窄、短,胶原纤维局限于汇管区和肉芽肿内及周围,肝小叶间很少有胶原沉积(图1C),与1组比较,肝纤维化程度分级差异有显著性(P
2.2肝脏MDA含量和SOD活性与对照组比较,1组SOD活性下降(P
A: 模型组×100; B: 模型组×200; C: Vit E组×100.
图1肝脏胶原纤维分布VG
2.3肝脏αSMA表达对照组肝脏血管壁、胆管壁平滑肌有少许αSMA阳性表达,汇管区及肝窦内基本无αSMA阳性表达;1组汇管区、虫卵肉芽肿内及周围胶原纤维沉积处可见大量索状αSMA阳性表达细胞,肝窦内可见多量αSMA阳性表达细胞(图2A, B);2, 3组αSMA阳性细胞数目减少(P
A: 模型组×100; B: 模型组×200; C: Vit E组×100.表1Vit E对虫卵肉芽肿直径、MAD含量、SOD活性、αSMA平均吸光度值及肝纤维程度的影响
2.4肝脏α1(I)型前胶原基因表达和胶原含量1组(即感染20 wk末)α1(I)型前胶原mRNA和胶原含量高于感染12 wk时(P
M: marker; 1: 模型组; 2: 感染12 wk; 3: Vit E高剂量组; 4: Vit E中剂量组; 5: Vit E低剂量组.
图3RTPCR分析各组α1(I)型前胶原mRNA表达表2Vit E对胶原含量和α1(I)型前胶原基因表达的影响
3讨论
氧化应激是多种病因所致肝纤维化发生发展的重要环节之一[2]. Vit E作为体内一个重要的抗氧化剂,有抗肝纤维化[3-5]、抗肿瘤、抗衰老等功能. 宗道明等[5]研究表明,Vit E可降低血吸虫病肝纤维化患者血清肝纤维化各项指标,对肝纤维化组织形态学的好转有积极作用,治疗血吸虫病肝纤维化疗效显著. 但目前有关Vit E抗血吸虫病肝纤维化机制少见文献报道.
Chojkier等[6]研究表明,Vit E抑制HSC α1(I)型胶原基因表达. 我们发现,Vit E降低肝脏α1(I)型前胶原基因表达、胶原含量及肝纤维化程度分级;2组α1(I)型前胶原mRNA和胶原含量显著低于感染12wk时. 可见Vit E可延缓血吸虫病肝纤维化进程,减轻肝纤维化程度. 本研究中,1组MDA含量增加,SOD活性下降,说明日本血吸虫病肝纤维化之肝脏发生氧化应激反应,产生脂质过氧化损伤,与文献[1]报道一致,而Vit E能够不同程度地逆转这些改变,对此具有一定的治疗作用;并且Vit E抑制HSC活化和增殖. Vit E可能通过抑制肝脏脂质过氧化作用和由此产生的活性醛,如MDA 和4羟化壬烯(4HNE),从而抑制MDA和4HNE蛋白加合物形成,该加合物是实验性肝损伤和肝纤维化联系的枢纽[7],进而抑制氧化应激诱导的HSC α1(I)型前型胶原基因表达和蛋白合成[8]. 我们发现Vit E尚不能完全逆转SOD活性,故对其剂量、疗程以及与其它药物的联合应用有待于进一步的研究.
总之,Vit E可延缓血吸虫病肝纤维化进程,减轻肝纤维化程度,其机制与抗脂质过氧化作用、抑制HSC活化和增殖、降低α1(I)型前胶原基因表达和胶原合成有关,适当补充Vit E进行抗纤维化治疗是一种可行的手段,有望成为一种廉价、不良反应少、疗效显著的临床用药.
参考文献
[1] ElSokkary GH, Omar HM, Hassanein AFMM, et al. Melatonin reduces oxidative damage and increases survival of mice infected with Schistosoma mansoni[J]. Free Radic Biol Med, 2002,32(4):319-332.
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其中,“目标导航”遵循课程标准提出的“立足于适应现代生活和未来发展的需要,着眼于提高21世纪公民的科学素养,构建三维课程目标体系”的理念,围绕“认知性学习目标、技能性学习目标、体验性学习目标”开展一系列教学活动。目标决定着行动的方向。教学目标是教与学的灵魂,它支配着教学的全过程,统领着教与学的方向,并指导着学习结果的评价。准确把握教学目标是有效地“教”和有效地“学”的前提和关键。“问题驱动”是在新课程理念指引下,以问题解决为驱动方式,开展一系列的教学实践活动——将所要学习的核心知识转化为一个或几个具体的问题,让学生在特定的情境中围绕问题展开分析和讨论,寻求解决问题的方法和途径。“问题驱动”的目的,是让学生参与到课堂教学中来,由各种问题特别是化学知识体系中具有核心观念性的化学问题,引导学生逐步地学习化学知识,深刻理解所学内容的本质。“问题驱动”是站在教师和学生共同发展的角度,通过问题解决的思维模式组织教学,搭建一个师生互动的平台:于学生而言,学会学习,提高发现问题、分析问题、解决问题的能力;对教师来说,增强课程意识,树立新的教材观,重构对化学学科体系的认识和理解,发展专业素养。
二、“目标导航、问题驱动”教学模式的基本程序
“目标导航、问题驱动”教学模式打破了以讲授、灌输为主的封闭式教学体系,是以教学目标为引领,师生共同创设学习问题,学生在教师的点拨、启发下,自主探究、合作学习,从而解决问题。它以发现问题、分析问题、解决问题为线索,并贯穿于整个教学过程,基本程序如图1所示。下面试以苏教版高中《化学1》中“含硫化合物及其应用”一节内容为例,对“目标导航、问题驱动”教学模式的基本程序加以阐释。
(一)教学目标设计
教学目标是教学的出发点和归宿,它指导着教学内容的设计和教学策略的选择。教学目标设计要将教学内容、课程标准与学生的已有认知能力和生活体验进行有机地整合,使其成为具体的、可操作、可测量的“过程与方法”维度的教学目标。
“含硫化合物及其应用”一课设计了如下教学目标:
1.能说出二氧化硫的物理性质,初步学会通过实验探究分析二氧化硫的化学性质(酸性氧化物的性质、氧化还原性等)。
2.列举实例说明二氧化硫在生产生活中的应用,知道二氧化硫与氯水等氧化剂的漂白原理。
3.从氧化还原的角度认识硫酸型酸雨的形成,知道采取哪些措施可减少酸雨对环境造成的危害。
4.初步认识化学物质在造福人类、推进社会文明进程中所起的作用,知道对物质的不合理应用也会引起危害生命健康、污染环境等社会问题,逐步树立应用化学物质的科学观。
(二)自学尝试交流
课前,教师要精心编制“导学案”,明确学习目标,围绕教学目标设计3~5个尝试练习。学生通过自学探究,培养自学能力、知识迁移能力、独立思考能力、解决问题能力。并通过尝试练习,自检自测,分析目标的达成情况,在此基础上提出需要解决的疑难问题。
“含硫化合物及其应用”一课的尝试练习设计如下:
2.“酸雨”的形成主要是由于( )
A.森林遭乱砍滥伐,破坏了生态平衡
B.工业上大量燃烧含硫燃料
C.大气中二氧化碳的含量增多
D.汽车排出大量尾气
4.与的化学性质有许多共同之处,也有很多差异。请根据所学知识分析:它们具有哪些共性?又有哪些不同的性质?写出你熟悉的发生氧化反应和还原反应的化学方程式。
(三)优化重组问题
在自学尝试交流中,学生初步掌握了基础化学知识,同时也会遇到许多疑难问题。不同层次的学生存在的问题大相径庭。如何引导学生解决这些问题,体现的是教师的智慧。在教学过程中,必须围绕教学目标和教学重点,将学生提出的问题进行归纳重组,使问题得到优化。
“含硫化合物及其应用”一课,需要着重探究的主要有如下四个问题:
1.二氧化硫的漂白原理与氯水的漂白原理相同吗?如何设计实验进行验证?
2.日常生活中我们经常见到削了皮的土豆、荸荠等露置于空气中很快变色,但把削了皮的土豆、荸荠浸泡水中就不易变色,这是为什么?菜场里的小贩常将去了皮的土豆等蔬菜用的水溶液浸泡后露置在空气中,半天甚至一整天都不会变色,这又是为什么?说明具有什么性质?请选择适当的试剂验证你的猜想。
3.酸雨主要是大量燃烧含硫燃料释放出所造成的。
(1)现有雨水样品1份,每隔一段时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下:
分析数据完成下列问题:
雨水样品pH变化的原因________(用化学方程式表示)。如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合,pH将________(填“变大”或“变小”),原因是________(用化学方程式表示)。
(2)依据硫酸型酸雨的形成原理,你认为采取哪些措施可减少酸雨的形成?
4.如何设计实验探究某气体是二氧化硫和二氧化碳的混合物?
(四)探究解决问题
上述需要探究的四个问题,涉及二氧化硫的漂白性、氧化还原性、酸雨及其他综合性问题,这些都是教材的核心内容,是教学的重点。创设这些有思维容量的问题情境,可以引发学生全面、深刻的思维活动,使学生进入主动学习的状态,认知得到最大化的发展。课堂上,经过生生、师生之间的双边或多边研讨,最终得出正确的结论。比如,问题4是一个综合性问题,涉及二氧化硫的漂白性、酸酐的通性、氧化还原性等,对学生的知识迁移能力、分析比较能力、灵活运用所学知识解决问题的能力要求较高。解决这一问题的关键,是启发、引导学生从二氧化硫与二氧化碳的差异性入手——二氧化硫具有漂白性,能使酸性高锰酸钾溶液褪色;而二氧化碳则没有这些性质。通过分析探究,学生的思维逐步引向深入,最终设计出合理的方案:首先,用品红溶液检验二氧化硫的存在;然后,通过酸性高锰酸钾除去二氧化硫;接着,通过品红溶液检验二氧化硫是否除尽;最后,通入澄清石灰水检验二氧化碳的存在。
(五)提升所学知识
通过上述问题的探究,学生掌握了二氧化硫的主要物理性质和化学性质,初步了解了硫酸型酸雨的形成原因,但此时学生获得的这些知识还是琐碎零散的。因此,教师要引导学生进行归纳总结,在理解的基础上,逐步建立起以二氧化硫为中心的知识网络(如图2)。
三、“目标导航、问题驱动”教学模式的实施要点
(一)目标设计要科学
教学目标是课堂教学的灵魂,科学设计教学目标,需注意以下几点:
1.富有弹性。设计教学目标要因材施教——既要注意班集体以及学习困难学生的特点,面向全体学生制订基本的教学目标;还要针对学有余力的学生提出适当的提高要求,使教学目标体系具有一定的弹性,使全体学生都能得到充分的发展。
2.突出重点。一节课有多重教学目标,如知识目标、技能目标、情感目标等,而这些维度目标还有若干个子目标,每个目标相对应有一个学习结果。在设计教学目标时要权衡各目标,确定主要教学目标,并围绕主要目标进行设计,以突出重点。
3.相互协调。在制订教学目标时,要注意各目标之间的相互联系、相互促进、相互制约,使它们组成协调、和谐、自然的教学目标体系——既要有知识与知识间的协调统一,也要有知识与精神、知识与能力之间的协调,还要有精神与精神、能力与能力之间的协调。
4.符合实际。教学目标设计要符合学生的认知规律和认知水平。学生的认知规律是指学生学习知识、技能,获得方法的认知规律,符合从特殊到一般、从具体到抽象的认知规律。要分析学生现有的知识储备和能力,对新知识的学习应在理解的基础上学会应用;在技能提高上也应该从模仿到创新,由易到难、由简单到复杂,循序渐进。
(二)问题设计有效果
问题设计是课堂教学的关键,有效的问题设计主要表现为以下几个特性:
1.科学性。即课堂探究的问题既要符合化学学科特点,又要符合社会和生活实际,不违反化学事实及其科学原理,不“闭门造车”、臆造杜撰,更不能出现科学性错误。
中图分类号X592 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)38-0072-02
Classification and Hazard Analysis of Dioxins-class Chemicals
MA Dejin
Anhui BBCA Chemical Equipment Co., Ltd., Bengbu 233010,Anhui Province,China
Abstract The persistence of the toxicity hazard being to human and organism caused by dioxins-class chemicals,has been attaching more and more highly attentions around the world. The related scientific and technical terms had been misused and confused from the large standard literature, this paper recited its normative classification and hazard analysis and some suggestions based on existing key problems in the field of research and practice.
Keywords 1,4-dioxin;dioxins;PCDDs;PCDFs;PCBs
1 二恶英类化学物质的分类
近半个世纪以来,二恶英类化学物质的概念多见于国内外各类刊物与文献上,但在概念的规范性方面存在颇多异议与混淆,本文基于对大量科技文献的研究,对此进行了论述。
1)二f英(1,4-dioxin),仅指1,4-二氧杂环己二烯,是一个单环有机化合物和工业上没有用处的副产物,二f英也称二氧杂芑,“芑”为有机化合物环己间二烯(1,3-cyclohexadiene) 的简称,分子式 C6H8,分子量80.13,为无色液体,具有刺激性和易燃性,结构式为如图1。二f英分子式C4H4O2,分子量84.07,常温常压下是无色液体状,有毒并具有易燃性,基本结构见图2。
2)二f英类化学物质(dioxin-type chemicals)是含有二f英结构的衍生化合物,应属于一族多氯代二苯-并-对-二f英(polychlorinated dibenzo-p-dioxins,简称PCDDs)的有机化合物,基本结构可用下图3表示,该类物质按照氯原子的数目(1-8个)不同有75种衍生物,它是含有两个氧键的二f英基本结构连接两个苯环的三环结构。
研究表明,该类物质仅有7种结构化合物具有毒性,其中以2,3,7,8-四氯二苯并-对-二f英(2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin,简称TCDDs或T4CDDs)为典型研究对象,TCDDs或T4CDDs有22个衍生物异构体,分子式C12H4Cl4O2,分子量321.97,结构式见图4,其毒性相当于氰化钾的1000倍,是人类发现的无意识合成副产品中毒性最强的物质,有“世纪之毒”之称,迄今为止该类化合物的毒性最大且属于含有多种毒性的物质之一。
3)多氯代二苯并呋喃(polychlorinated dibenzo-p-furans ,简称PCDFs),它是在含有一个氧键的呋喃基本结构上连接两个苯环的三环结构,由于在结构和生物作用上或生态影响方面与二f英类化学物质有相似之处,人们将其归属于二f英类似化学物质(dioxin-like chemicals)。
众所周知,呋喃的基本结构如图5所示,呋喃分子式C4H4O,分子量68.07,是无色液体,有特殊的气味,有麻醉和弱刺激作用,极度易燃,吸入后可引起头痛、头晕、恶心、呼吸衰竭等病理现象,此物质无论分子结构还是性能方面与二f英有一定的差别。
在呋喃基本结构上连接两个苯环,且苯环的相应位置上与氯结合后,分别形成135种衍生物,其基本结构式为图6之右图,并同图6之左图中的PCDDs进行对比,可以明显看出二者结构上差距[1]。PCDFs 对生物体的内分泌系统、免疫系统以及生殖系统具有很强的毒性. 目前, 已经成为持久性有机污染物和内分泌干扰物方面的研究热点[2]。
4)多氯联苯(polychlorinated biphenyls , 简称PCBs)是与苯环上碳原子相连接的氢被氯不同程度地取代而形成的一类联苯化合物,又称共平面多氯联苯(co-polychlorinated biphenyls),属于人工合成的化合物。在过去的数十年中广泛用于作加热载体、绝缘油和油,同时由于其良好的工业用途被作为添加剂而广泛使用,如添加到各种树脂中增加其抗氧化性和耐腐蚀性,添加到橡胶中增强其持久性、灭火性和电绝缘性,添加到各种涂料中作增塑剂等[3]。多氯联苯类化合物外观呈流动的油状液体或白色结晶固体或非结晶性树脂,对生物体有积聚性和持久毒害作用,一般结构式表达成C12HnCl(10-n)(0≤n≤9),依照氯原子的个数和位置不同,多氯联苯有209种异构体,其中有13种为有毒化合物,结构图见图7。
5)二f英化合物(dioxin-compounds)应属于二f英类化学物质和二f英类似化学物质的统称,它包含二f英、75种多氯代二苯-并-对-二f英和135种多氯代二苯并呋喃的所有衍生物或异构体。
6)二恶英化合物(dioxins-compounds)或二恶英类化学物质(dioxins-class chemicals)属于二f英化合物与多氯联苯系列中那些具有毒性化合物的统称,即仅包含30种有毒化合物,简称二恶英(dioxins),显而易见二恶英中不包含二f英。
2 二恶英类化学物质的毒性危害
在二f英化合物中,对于PCDDs和PCDFs两类化合物中的氯原子数在1个~3个氯者不具备毒性,氯原子数在在4-8个的该类衍生物或异构体具有毒性,分别有7种和10种有毒化合物,该类物质的名称及简称见国家环保部的四个配套系列标准之一[4];多氯联苯的毒性相对PCDDs和PCDFs两类化合物要低,在209种异构体中有13种属于毒性物质。
二恶英类化学物质的毒性危害已经引起世界各国的高度重视,中国国家环境保护部等九部委于2010年10月19日联合发文《关于加强二恶英污染防治的指导意见》(环发〔2010〕123号)指出:二恶英具有很强生物毒性,同时具有难以降解、可在生物体内蓄积的特点,进入环境将长期残留,对人类健康和可持续发展构成威胁;同时强调到2015年,建立比较完善的二恶英污染防治体系和长效监管机制,重点行业二恶英排放强度降低10%,基本控制二恶英排放增长趋势。同时本权威性文件所使用的“二恶英”而非“二f英”,笔者认为更趋于规范性用法。
目前研究发现,二恶英包括30种化合物,这类有机物质性质非常稳定,熔点较高,极难溶于水,可以溶于大部分有机溶剂,大多属于无色无味的脂溶性物质,所以非常容易在生物体内积累,自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小,因此,环境中的二恶英很难自然降解消除,对人类健康影响的科研成果已经越来越多地展现出来。普遍被认同的观点主要有:二恶英类化学物质是一类由碳、氢、氧及卤族元素组成的环状分子,它们不易挥发、不易溶于水,但却溶于油脂,进入人体后极易留存;二恶英对人类的危害主要表现在:引起皮肤损伤性疾病,具有强烈的致癌性、致畸性及致突变性,同时还造成生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性。
3 结论
对二恶英类化学物质的研究,首先应对术语予以科学分类和界定,以便进一步研究系统中产物的来源及其衍生后果,有益于理清研究思路和突出科研重点,本文中术语及有关提法与现行标准及有关权威文献有很多不一致之处,仅属于作者个人观点,不足之处敬请专业人士不吝赐教和指正,期望从追根朔源角度探究科学问题;二恶英给环境污染带来的危害将直接影响人类的健康,其单一或混合异构体的形成机理、对环境及人类的危害特性、毒性特征、毒性当量及限量、消除危害措施等无疑牵涉多学科专业知识,尽管目前已经拥有初步的防控体系和措施,仍有诸多难题等待更多人士探讨和研究。
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(一)“新型小班课”构建“多语种外语特色教育体系”
我校作为外国语学校所开设的英语“小班课”经历了由传统型向创新型转变的过程,及由部分课时、部分教材的“小班化”转型为全部课时、全部教材“小班化”。作为一次尝试、一种改良,“新型小班课”现已成为我校外语特色教育体系的平台与基石。2012年秋季开始,我校围绕进一步强化学生外语听、说、读、写、演能力,构建有效外语课堂模式,对初一年级全部特色班和高一部分特色班,全面推行外语小班化教学实验,外语课堂教学改进实验已取得初步的良好成效。
1.必修与选修设置:
(1)必修课程:英语、俄语、德语等
(2)选 修 课:第一外语为英语的班级选修俄语和德语
第一外语为俄语或德语的班级选修英语
(3)校本课程:以培养多样化、国际化人才为办学目标,创设并逐步完善有助于提升学生的外语自主学习、外语应用能力、较全面人文知识的校本课程,如:以某语种外语为母语的国家的历史、地理、文化、艺术、科技、教育、经济、法律、生活习俗等方面内容介绍的校本课程,搜集、整理上述方面内容的外文资料,提供给学生进行自主选读、开设外文期刊报纸的自主泛读、精读课程。建立常态化的国内外学校师生间教育文化互访交流管道。实现语言学习、人文知识积累与国际交流协作中语言应用的相互促进。
2.各年级课程设置:
七年级、八年级、九年级的各一个班(俄德班)选修英语;住校英语特色班(2班、3班)选修德语;走读英语特色班(4―8班)选修俄语。高一年级、高二年级的英语特色班选修德语和俄语
(二)“汉推基地”奠基“汉语国际推广教育体系”
2012年初,我校作为自治区首批“汉语国际推广中学基地”,面向周边国家有志于学习汉语的学生,开办了“国际留学生班”,探索建立国际留学生班的课程体系。首届班级共招收了16名外国中学生来我校学习汉语课程,他们分别来自哈萨克斯坦、吉尔吉斯、俄罗斯、澳大利亚。学校专门选派了优秀的语文教师,教授国际班汉语课程,国际班有6名学生报名参加了今年6月汉语HSK等级考试,有四名学生通过了三级,2名通过了2级考试,这6名学生来我校前,汉语水平为零基础,经过短短一学期,进步显著,其中有6名留学生已插班与中国学生一起学习,学习初中和高中课程。
此外,我校根据教育厅外事处申请接受外国中学生资格的批复文件要求,成立了外国留学生办公室,由校领导分工负责。我校严格按照物价局收取外国留学生收费标准招收、录取,严格按照外国留学生管理法规,证照办理,教育教学数据统计上报,结业毕业等日常管理工作程序,保证教学质量,维护学校形象,维护国家教育信誉,同时积极与主管部门沟通,保障外国留学生合法权益,并因地制宜开设适合不同层次留学生国内深造的课程体系,进一步规范了教育教学制度。
(三)“高中国际课程教育项目”完善“三位一体”特色育人模式
我校始终坚持教育创新的理念,全面贯彻素质教育,不断加强教育现代化建设,全方位提高教育、教学水平。为了创办精品学校,探索一条能满足教育多元化需求的道路,培养具有国际化视野的学生,把国际化办学作为特色,我校与 Arroyo Pacific Academy即阿罗约太平洋中学达成合作办学协议,在剑桥大学考试学院的认证下,举办“高中国际课程教育项目”。“高中国际课程教育项目”旨在满足本地学生多样化发展需求,为新疆国际化、跨越式发展储备人才,输送力量。
我校在2013年9月与北京“中育乐训”出国培训机构合作,开办以“A-level”、“AP”课程为主的“国际英语课程班”,首届招收学员40人,分为Oxford Optimists和Cambridge Climbers两个班。我们不仅立足中国高中基础教育和高中新课改精神,以人为本,因材施教,还为学生设计不同的培养目标,并为学生的多元化发展创造条件。融合教育理念和管理经验,让学生体会两种教育模式的差异,即为学生升入国外优秀大学奠定基础,又可用于丰富和探索中国高中新课改。
本研究设计了一种两极隔离式双极电极电化学发光装置,并以此装置为基础,研究了两极隔离式双极电极在鲁米诺电化学发光体系中电化学发光行为和分析特性。本方法具有如下的优点:(1)与微流控双极电极电化学发光装置相比,本装置具有设计简单、便宜、易于加工的特点;(2)双极电极的阳极端和阴极端被分隔在不同的电解室,分析物的富集、分离介质和电化学发光传感反应的介质可以完全依据各自反应的要求、方便选择,彼此没有干扰,为优化体系的分析特性和拓宽应用范围奠定了基础;(3)在此体系中,两极分处不同空间,彼此隔开。因此,发生在经典微流控双电极体系中的电渗流等液体流动对双极端的“扰动效应”等可降低或消除,增强了体系分析信号的稳定性和重现性。
2实验部分
2.1仪器与试剂
MPIA型电泳电化学发光检测仪(西安瑞迈公司);两根铂丝(驱动电极);自制隔离式双极电极,1.5 mL离心管(驱动电极的电解池);内径0.5 mm的聚四氟乙烯管;25×25 称量瓶(发光池); DDS11A型数字电导率仪(上海雷磁创益仪器仪表有限公司)。
鲁米诺(美国Sigma公司);NaH2PO4Na2HPO4缓冲液(PBS, pH 7.4)。实验所用试剂均为分析纯。实验用水为超纯水。
2.2两极隔离式双极电极的制备
截取长约4 cm玻璃管,将长1 cm、直径0.5 mm的铂丝装进玻璃管(一半在玻璃管内部,一半在玻璃管外部),将其放置在酒精喷灯上灼烧,直至玻璃管与铂丝完全密封。
2.3测量方法
3结果与讨论
3.1隔离式双极电极电化学发光装置的设计
隔离式双极电极电化学发光装置的设计如图1所示。在阳极池和连接管a中注入分析物溶液,在阴极池、连接管b和发光池中装入鲁米诺溶液,将两极隔离式双极电极垂直插入发光池中。当有一定的驱动电压施加于驱动电极两端时,在双极电极附近将会产生一个电势梯度,这个电势梯度会导致阴、阳离子在双极电极的两极富集\[26\]。同时,当施加的驱动电压足够大时,还会诱导双极电极表面的法拉第电化学过程。富集于双极电极阳极端的鲁米诺就会产生电化学发光信号,从而传感阴极端富集的阳离子。基于此装置的电化学发光信号可定量分析检测水中杂质离子的总量。
3.2双极电极阳极端氧化鲁米诺的电化学发光特性研究
为验证上述装置的预设功能,以鲁米诺为电化学发光传感试剂, 以低浓度且组成较为复杂的PBS缓冲溶液为分析物。当向驱动电极施加足够高的脉冲式电压激发信号时,插入发光池中的双极电极阳极端将产生强烈的发光信号,且当脉冲电压信号的施加时间为3 s、检测电化学发光信号的时间为40 s时,可产生良好的峰型电化学发光信号,其发光动力学曲线如图2所示。更为重要的是,当连续脉冲信号施加时,相应的电化学发光信号会持续增强,而当分析物中不含电解质溶液时,体系所产生电化学发光信号弱,且增强缓慢。因此,这一电化学发光信号可用于定量分析溶液中电解质的总量。
为了使鲁米诺的电化学发光信号具有较好的重现性和稳定性,研究了各种实验条件(如电极在电解池和发光池中的位置等)对鲁米诺电化学发光行为的影响。结果表明,当阴极池和阳极池中铂电极的位置、连接管在阴极池和阳极池中位置、双极电极的位置等均需保持稳定不变时,鲁米诺的电化学发光信号具有良好的重现性(图3),相对标准偏差为1.6%。
3.5发光池中支持电解质对双极电极体系中鲁米诺的ECL的影响
在本研究中,双极电极阳极端的电化学发光强度与其富集的鲁米诺有关,当发光池中有其它电解质存在时,必然导致富集的鲁米诺减少,从而使双极电极阳极端电化学发光强度降低。在发光池中加入支持电解质KCl溶液,鲁米诺的电化学发光强度
随KCl溶液浓度增加而降低,这可能是由于随着Cl
Symbolm@@ 的加入,双极电极阳极端富集的阴离子将产生竞争效应,使富集的鲁米诺阴离子减少,电化学发光强度降低。
3.6电化学发光分析特性
在最佳实验条件下,研究了鲁米诺电化学发光信号与水溶液中杂质离子浓度(以PBS溶液为代表)的关系(图5)。
3.7两极隔离式双极电极上鲁米诺电化学发光体系可能的发光机理
当施加脉冲电压时,两极隔离式双极电极通过溶液使整个回路畅通,此时,[TS(]图6电化学发光传感电导原理
此外,双极电极的阴、阳两极富集的阳阴离子需保持电荷平衡状态\[28\],样品中阳离子浓度越大,阳极富集的鲁米诺越多,发生氧化的鲁米诺就越多,产生的电化学发光信号越强;因此,体系中鲁米诺的ECL强度与双极电极阴极端富集的阳离子总量有关,因此,可根据发光信号定量分析溶液中的阳离子总量。
4结论
设计的两极隔离式双极电极电化学发光装置可广泛应用于分离富集领域;与已知的非隔离式双极电极电化学发光装置相比,此装置具有将分离、富集与电化学传感集于一体的特点,拓宽了电化学发光检测法的应用范围。
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17Adams K L, Puchades M, Ewing A G. Annu. Rev. Anal. Chem., 2008, 1: 329-355
18Hlushkou D, Perdue R K, Dhopeshwarkar R, Crooks R M, Tallarek U. Lab Chip, 2009, 9(13): 1903-1913
19Laws D R, Hlushkou D, Perdue R K, Tallarek U, Crooks R M. Anal. Chem., 2009, 81(21): 8923-8929
20Perdue R K, Laws D R, Hlushkou D, Tallarek U, Crooks R M. Anal. Chem., 2009, 81(24): 10149-10155
21Anand R K, Sheridan E, Hlushkou D, Tallarek U, Crooks R M. Lab Chip, 2011, 11(3): 518-527
22Anand R K, Sheridan E, Knust K N, Crooks R M. Anal. Chem., 2011, 83(6): 2351-2358
23Sheridan E, Hlushkou D, Anand R K, Laws D R, Tallarek U, Crooks R M. Anal. Chem., 2011, 83(6): 6746-6753
24Sheridan E, Knust K N, Crooks R M. Analyst, 2011, 136(20): 4134-4137
25Cox J T, Guerrette J P, Zhang B. Anal. Chem., 2012, 84(20): 8797-8804
26Dhopeshwarkar R, Hlushkou D, Nguyen M, Tallarek U, Crooks R M. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(32): 10480-10481
27GUO ZiCheng. The Second Volume of Physical Chemistry. Beijing: Chemical Industry Press, 2013: 7-11
郭子成. 物理化学(下册), 北京: 化学工业出版社, 2013: 7-11
28Mavre F, Chow K F, Sheridan E, Chang B Y, Crooks J A, Crooks R M. Anal. Chem., 2009, 81(15): 6218-6225
新课程为了充分体现“探究”这一学习理念,在教材中设计了大量的“活动”题,这一方面说明了探究式学习是一种重要的学习方法,另一方面也容易使人产生一切知识都应该通过探究的方式获得、在教学中探究才是唯一的方法的假象,从而在认识上形成探究“万能论”的思想,在实践中走上探究“唯一化”道路。有的教师为了追求课堂效果的热热闹闹,缺乏对探究学习的目的、时机和过程应有的整体把握,导致只“合”不“作”、只“议”不“思”,只“说”不“听”,大多数探究学习只停留在形式上,而无实质性内容,导致学习费时费力,收效甚微!
这种现象不在少数,怎么办?笔者结合自身的教学实践,谈谈自己的感受。
一、正确认识“接受式”和“发现式”这两种学习方式
学生的学习方式一般有“接受式”和“发现式”两种,在接受式学习中,学习内容是以定论的形式直接呈现出来的,学生是知识的接受者。在发现式学习中,学习内容是以问题形式间接呈现出来的,学生是知识的发现者,两种学习方式都有其存在的价值,都是中小学生的重要学习方式。在传统的教学中,过于突出和强调接受和掌握,冷落和忽视发现和探索,从而在实践中导致了学生认识过程的极端处理,使学生死记硬背,变成了接受知识的容器,阻碍了思维和智力的发展,忽略了学习兴趣和热情的培养,阻碍了学生的全面发展。探究是科学研究的核心,科学家也往往以探究为乐,但这并不妨碍他们积极学习和利用已有的、现成的知识。事实上,最有成就的科学家也最善于吸收前人的成果,站在巨人的肩膀上攀登科学的高峰。尽管基于直接经验的、探究式的学习最有利于学生的全面发展,但间接学习在学生的学习活动中是大量存在的,要组织有效的探究式学习活动,除了受教师、学生和教学设施条件等因素制约以外,还与所学习的科学知识内容有关。有些知识内容,不易于设计成通过探究式的学习活动去获取。因此,一些内容的学习,用探究的方式不仅效率太低,而且效果往往不如直接学习。传统的接受学习方式本身并没有错,错的只是仅仅把它当做教学和学习的唯一方式,走向另一个极端。
二、教师要树立正确的教材观,灵活使用教材。机智处理“活动”
教师必须摈弃“教教材”的传统观念,树立“用教材教”的教学思想,灵活地和创造性地使用教材,防止“新瓶装旧酒”的现象发生,要对教材中的“活动”根据需要大胆“取舍”与“整合”,并选择适当的切入时机和活动形式,最大限度地提高教学效果。
三、科学合理分组。切实落实小组合作探究学习
首先,教师要了解每一个学生的认知水平、性格差异、学生层次、动静搭配等原则,做到合理、科学分组。在组内达到一个取长补短、相互借鉴的目的。教师必须要选出有组织能力的小组长,对组长进行技能和心理培训,让其明确角色意识、使命意识。并对每个小组成员进行学习方式培训,明确具体分工,明确职责,并且要求组员有序的进行发言、交流,学会倾听别人的意见,学会与他人合作。
其次,教师要有效指导小组合作探究,即是对不清楚任务的小组说明操作程序和探究合作方式,对开展得很顺利的小组给予及时表扬,对探究交流中偏离主题或遇到困难的小组提供及时的点拨,对完成任务的小组进行检查,对小组成员的各司其职进行监督等。这样学生的合作探究才更得法、更有效。
中图分类号:B84-0 文献标志码:A 文章编号:1673-8500(2014)03-0071-02
华生把行为作为心理学的研究对象,把客观法作为心理学的方法。这是一场破主观心理学、立客观心理学思想的革命,但华生的行为主义心理学也有其极大的局限性。本文客观评价华生的行为主义心理学,将能有效促进高校的学生管理工作。
一、行为主义心理学的理论观点
1.行为主义心理学的发展史
美国心理学家约翰・华生(John B.Watson,1878~1958)于1913年创立了行为主义心理学。1908年,华生开始形成行为主义方向的信念;1913~1919年,华生先后出版了三部著作:《行为主义者心目中的心理学》、《行为:比较心理学导言》、《从一个行为主义者的观点看心理学》。这三部著作,系统阐述了行为主义的观点,开始了心理学上的“行为主义革命”,确立了行为主义心理学流派的发展方向和学术地位;1920年,华生退出来了他长达12年的校园学术生涯。1921年~1947年,华生不断普及、应用、传授他的行为主义于商业领域中。1957年,华生被美国心理学会授予荣誉,他的工作被褒扬为“现代心理学的形式与内容的极其重要的决定因素之一,是持久不变的、富有成果的研究路线的出发点”。[1]此后,华生的行为主义心理学不断得到后来者的续存和发展,且广泛应用于教学领域。
2.行为主义心理学的主要观点
行为主义的直接推动因素是:逻辑实证主义思想发展、巴普洛夫条件反射实验研究、达尔文进化论:人和动物的同源关系,动物被试代替人。从华生的《行为主义者心目中的心理学》、《行为:比较心理学导言》等著作中,我们可以归纳出以下几个主要观点:
(1)个体的行为是后天环境决定的,不是先天遗传所决定。华生将行为分解为“刺激―反应”(“S-R”)单元,刺激来自于客观,是可调控的因素,而不是决定于遗传,因此论证行为也不可能取决于遗传。相反,华生认为环境和教育是行为发展的决定条件,只要控制好环境,就能有效控制到行为。
(2)心理学的对象不是意识而是行为。传统的心理学对象是心理或意识,而行为主义心理学将行为取而代之。华生把有机体在适应环境变化的各种身体反应的组合都称之为行为。他把心理或意识归结为内隐而轻微的行为,把思维和情绪看成是内隐和轻微的身体变化,也归为行为的一种形式。华生作为彻底的机能主义者,认为心理学可以丢开意识去考察行为,但不能丢开行为去考察意识。
(3)心理学的任务在于预测和控制行为。华生说到:“人和动物的全部行为都可以分析为刺激与反应”(《行为:比较心理学导论》)。他把个体最基本的刺激―反应联结定义为反射,认为无论什么行为归根结底是一套反射而已,这便形成了刺激―反应(S-R)的简化行为公式。因此,查明刺激与反应之间的规律性关系,就可以有效预测和控制行为,成了心理学研究行为的任务所在。
(4)心理学的研究方法采用客观法而不是内省法。华生摈弃传统的内省法,主张采用条件反射法、客观观察法(无帮助的观察和借助仪器的观察两种方法)、测验法和言语报告法四种方法。其中,条件反射法是其最重要的研究方法,它使华生掌握了一种完全客观的分析行为的方法。华生因怀疑传统内省法的精确性,从而强调客观法来研究心理学。
3.行为主义心理学的进步意义与局限性
华生的行为主义心理学的矛头指向传统心理学的两个中心思想,即意识心理学和内省主义,它是西方现代心理学史上的第―次革命,有其进步的意义。但华生行为主义的革命也有极大的片面性,我们既不能全盘否定,也不能全盘肯定。
(1)行为主义心理学的进步意义
首先,华生行为主义奠定了“行为科学”的方法论基础。华生反对传统的内省法,主张客观化的研究方法,推动了心理学研究方法的科学化进程。它的许多实验技术,如行为矫正技术和定量刺激技术都是卓有成效的研究人类行为的实验手段。
其次,行为主义心理学为学习理论的研究和发展做出了一定的贡献。华生重视学习过程的研究,认为行为的改变和塑造都是通过学习过程实现的。学习就是通过条件反射建立牢固的刺激-反应(S-R)联结。华生的这一观点对后期的行为主义学习理论家斯金纳和班杜拉等给到了很好的启示,他们对反射式学习过程的研究相当深入。
(2)华生行为主义心理学的局限性
首先,华生的行为研究抹煞了人类行为的本质性特征,而忽略了对行为的整体性、目的性和认知性特征的考虑。
其次,行为主义心理学的最大缺陷是将意识及认知等中介过程排斥在心理学研究的范畴之外,使人的心理过程成为不可知的“黑箱”。[2]也因为这一点,使当代的认知心理学取代了行为主义心理学的“霸主”地位。
二、行为主义心理学对学生工作的启示
1.以创建良好的学习环境促进个体的行为表现
将华生的“环境决定论”结合到学生思政工作中:个体所处的环境(如班风)是否紧气,是否积极向上,是否有良好的行为模式为榜样等,均直接而明显的影响到个体的行为表现。譬如,学院内一对双胞胎学生,学习态度和工作表现大不一样。老大选择的是汽修专业,由于汽修专业重实操,且班中多为男生,大家比较的是学习能力的高低。老大整天跟汽车打交道,在班中逐渐养成刻苦钻研的精神,一门心思的专攻于看似“枯燥”的汽车维修中,不喜与人交流。而老二则不同,父母为培养俩人能成为今后工作上的“搭档”,就指定他读营销专业。因营销班女孩子多,老二进了学校不久就被 “熏陶”了,整天爱“包装”,同学间相互攀比名牌,并很快谈起恋爱,不求学业。相比较,汽修专业的班级管理比较严格,强调操作一丝不苟;营销班则比较开放,班风活跃,学生想法新潮,培养出的营销生也追求时尚,赶潮流。由此可见,个体虽为同卵双生子,但在不同的班风影响下,形成了截然不同的工作表现和学习态度。因此,可以肯定的是,对个体行为起决定作用的不是遗传因素,相反,环境因素的影响更大。
塑造良好的班风,在一定程度上直接影响到个体的积极表现和努力程度;而一个管理松散、班风消极的学习团队,自然很难成就学生乐观向上积极进取的精神风貌。因此,华生的“个体的行为是后天环境决定的”这一理论给予了广大教育者很深的启示:想要培养一批进取奋发的学生,我们可以从改善环境做起,从建设班风做起,进而促进个体的积极表现。
2.以改善授课方式来促进学习状态
行为主义心理学为学习理论的研究和发展做出了一定的贡献。例如华生的恐惧学习理论对学校教育的启发:在有他人存在的情境中,人们由于害怕被人评价而引起了激起,并进而对个体的心理或者行为造成一定的影响。结合实际工作,学生的行为态度很多时候就是通过经典条件反射而学到的。比如说,一些学生可能就喜欢实训课,不喜欢理论课,因为他们将理论课的学习方式跟枯燥乏味这样的形容词和不愉快的生活经验联系了起来。在课堂上被提问难题(CS)引起了焦虑(UR),形成了对理论课焦虑厌烦恐惧的条件反射,可能泛化他们对其他课程或对学校环境等的厌烦恐惧。华生的这一理论研究,启发了改善塑造和矫正学生行为的方法,即教师可从改善课程的上课形式及课程内容拓展等方面,来强化学生的行为和学习状态。
三、结语
从华生行为主义心理学的研究对象、研究任务、研究方法来评论,行为主义心理学具有反封建反宗教的积极意义,可以说,这是一场破主观心理学、立客观心理学思想的革命。虽然,华生的行为主义心理学有其极大的局限性,但它对于动物心理学、儿童心理学尤其是实验心理学和学习心理学都给予了很大的启发,它使心理学从主观的唯心主义的科学向客观的唯物主义的科学发展道路上迈进了―大步。[3]在学生工作中,结合华生的行为主义心理学观点,从中受到教育教学的启示,并合理运用,将能更为高效的开展教育事业。
参考文献:
[1]沈德灿,孙玉兰,滕桂荣.西方心理学史简编[M].光明日报出版社,1990;260.