細胞生物學\\(cellbiology\\)是運用近代物理學和化學的技術成就以及分子生物學的概念與方法,從顯微水平、亞顯微水平和分子水平三個層次上研究細胞的結構、功能及各種生命活動規律的科學,是一門集基礎性、前沿性和實踐性于一體的學科。在我國基礎科學發展規劃中,細胞生物學被列為生命科學的四大基礎學科之一[1]。細胞生物學既是發育生物學、遺傳學、神經科學、毒理學、病理學、腫瘤學等的基礎課程,又是生命科學各學科的匯聚點,起著承上啟下的作用。生物學家Wilson曾經說過“一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找”[2]。本世紀的諾貝爾生理學或醫學獎以及化學獎中,約75%的獎項與細胞生物學密切相關,可見細胞生物學已經成為當代生物科學中發展最快的學科。根據教育部專業培養要求,細胞生物學是大學本科生物科學和生物技術專業“6+X”中的核心課程之一。如何構建細胞生物學課程的教學模式,激發學生對生命科學的熱愛,培養適應當今生物科學發展的高素質生物學專業人才,一直是細胞生物學教學所探討的議題和追求的目標。在細胞生物學教學過程中經過不斷的探索,我們進行了一系列細胞生物學的教學改進,構建了一套高效的培養高素質人才的課堂教學模式,取得了良好的教學效果。
1細胞生物學教學框架的構建
本學院細胞生物學理論課教學總課時為56學時,本科生的理論課程教學教材選用的是翟中和教授等編著的《細胞生物學》\\(第4版\\)。本課程理論教學內容安排如表1,包括教師課堂講授\\(53學時\\)、學生課外自學、專題課堂討論課\\(1學時\\)和讀書報告會\\(2學時\\)。
2細胞生物學教學模式的構建
2.1通過多媒體教學提高基礎知識的學習效果
當前,多媒體教學模式正逐漸成為一種主要的教學方式[3]。多媒體以其信息量大、形象直觀、生動活潑的特點得到了教師和學生的廣泛認可,能將細胞生物學中抽象難懂的概念、關系、原理變得具體化[4]。在細胞生物學課程基礎知識\\(表1\\)的講授過程中,主要以多媒體教學為主體。在制作多媒體課件時,通過搜集大量形象直觀的圖片讓學生對細胞的結構和功能有更清晰的認識。對于一些難以理解的知識點,如蛋白分選過程、氧化磷酸化過程、細胞凋亡的分子途徑等,通過各種途徑尋找一些生動形象的動畫視頻短片,既可以幫助學生更好地理解知識點,又能激發其上課的熱情。比如,通過播放氧化磷酸化過程的視頻,不但將線粒體內外兩層生物膜、基質、膜間隙等結構以及氧化磷酸化過程中相關的復合體如何定位在內膜上顯示得清清楚楚,而且對于電子如何在內膜的電子傳遞鏈上傳遞、質子如何在復合體中質子泵的作用下從線粒體內腔進入線粒體膜間隙并形成跨內膜的質子梯度也演示得明明白白,大大提高了學生的理解能力。多媒體教學使學生獲得更多的知識和信息,擴大了學生的知識面[5]。
多媒體課件制作對教學起著舉足輕重的作用。
多媒體課件的制作要符合教學的需求,屏幕背景與字體顏色搭配要悅目柔和,文字要簡潔,概念清晰、條理清楚[6]。經過多年的教學積累和不斷完善,我們制作了一套圖文并茂、生動直觀的高質量細胞生物學教學課件,并于2012年獲得第十二屆全國多媒體課件大賽三等獎。
2.2通過前沿領域的最新成果激發學習熱情
細胞生物學是當代生命科學中發展最快的一門尖端學科,生命科學中的最新研究熱點和研究領域都與細胞生物學有關[7]。在注重基礎知識和基礎理論講授的前提下,應該關注前沿領域的最新成果\\(表1\\),尤其是諾貝爾獎成果。諾貝爾獎代表著全世界基礎科學研究的最高水平,與生命科學息息相關的諾貝爾生理學或醫學獎、化學獎引領了生命科學領域的主要發展方向[8]。通過介紹諾貝爾獎獲得者的研究成果以及其研究歷程中對實驗材料的合理選擇、實驗過程的縝密設計和頑強的奮斗精神,培養學生嚴謹的科學素養和協作精神。如在講授細胞凋亡章節時,向學生介紹了2001年的諾貝爾生理學或醫學獎獲得者—英國科學家Sydney Brenner、H.Robert Horvitz和John E.Sulston的故事。Brenner是分子生物學的奠基者之一,他的學術成就與其正確選擇實驗材料密切相關。Brenner以秀麗隱桿線蟲\\(Caenorhabditiselegans\\)作為探索“程序性死亡”奧秘的實驗生物模型[9]。秀麗隱桿線蟲生活史僅3.5d,全身透明,體長1mm左右,只有1031個體細胞和1000個生殖細胞,基因組小。這種獨特的材料使得基因分析能夠和細胞分裂、分化以及器官的發育聯系起來,并能通過顯微鏡追蹤這些生命活動過程。Brenner于1965年開始研究線蟲,做了長達10年的系統研究,直到1974年才發表第一篇相關論文。
Brenner研究經歷學習,可以讓學生了解在科學研究中選擇正確的研究對象以及保持踏實認真的科學態度的重要性;又如,在細胞周期調控的研究中,JamesMaller實驗室和TimHunt實驗室合作證明了周期蛋白B是MPF的一種主要成分[2],這一事例說明了在科學研究中的協作精神也很重要。將前沿領域研究成果與細胞生物學基礎知識教學相結合,拓展了學生的思維,使之產生了窮究細胞奧秘的渴望,有利于激發其創造性和想象力。
2.3通過開展專題讀書報告會培養科研素養
科研訓練是提高大學生創新能力的有效途徑[10]。
通過教學環節將創新思維的理念付諸于科研訓練的實踐是開展專題讀書報告會的目的。為了培養學生查閱文獻和綜合分析的能力,為其后期申報科研創新課題打下基礎,我們設置了兩個課時的專題讀書報告會。這一工作在緒論章節結束后,由教師結合教材各章節的內容和相關的熱門研究領域擬定一系列專題,如水孔蛋白研究進展\\(物質跨膜運輸章節\\)、脂筏模型\\(細胞質膜章節\\)、端粒與端粒酶研究進展、MicroRNA研究進展、組蛋白密碼研究進展\\(細胞核與染色體章節\\)、細胞衰老基因研究進展\\(細胞衰老章節\\)、細胞周期調控研究進展\\(細胞增殖調控與癌細胞章節\\)、細胞凋亡途徑研究進展\\(細胞死亡與細胞衰老章節\\)等;具體實施過程中,將學生分成5~10人一組,每組指定一個專題,要求組內成員分別查閱資料后匯總并充分討論,制作PPT課件,期末各組在課堂上展示其成果。每組匯報人由教師隨機指定,各小組選出的代表和老師組成評審團進行評比和點評,其匯報所得成績為全組同學的共同成績。這樣杜絕了個別學生不參與活動,也培養了學生的集體榮譽感。通過專題讀書報告會這種方式,培養了學生查閱文獻、閱讀文獻和綜合分析文獻的科研素養,并使全班學生分享了細胞生物學領域不同方向的相關專題的研究進展,豐富了大家的專業知識。
2.4通過設置課堂討論課提高分析問題解決問題的能力
以問題為基礎的學習\\(problem-based learning,PBL\\)的教學方法是目前發達國家普遍采用的一種課程教學模式。將問題作為基本因素,使學生在不斷提出問題和解決問題中完成教學內容的學習。這種方法可極大地提高學生分析和解決問題的能力[11]。
在細胞生物學的教學過程中,我們專門設置1~2個課時進行課堂專題討論,拓寬了學生的視野和分析解決問題的能力。通過布置相關的討論題目,學生在課余時間查閱資料后,選擇一節課專門進行討論、自由發言,在討論過程中突出學生的主體地位,老師起組織和引導作用。如講完細胞質膜這一章后,根據膜蛋白的種類以及整合膜蛋白在質膜上的分布,并結合“細胞生物學研究方法”的知識,設計了“如何通過實驗確定膜蛋白在質膜中的分布”這一題目進行討論,期間學生的思路可謂是應有盡有,有的提出通過冷凍蝕刻技術,有的提出用電子顯微鏡下觀察,有的認為用熒光標記膜蛋白,也有的提出同位素分別標記不同蛋白等等。通過充分的討論,不僅使學生們鞏固了前面的知識,包括各種顯微鏡的放大能力和應用范疇,也促進了學生對膜結構和膜蛋白的認識,提高了其實驗設計的能力以及怎樣從不同側面來證明問題的能力。
2.5通過微觀世界宏觀化提高對抽象知識的理解
細胞是組成生物體的最基本的單位,肉眼是基本看不到細胞的,必需借助于光學顯微鏡、電子顯微鏡等工具才能觀察到。同時,細胞生物學理論性很強,內容抽象模糊,學生缺乏感官認識。在細胞生物學教學過程中,如何引導學生從前期課程植物學、動物學等生命科學的宏觀領域轉入到微觀的細胞水平上,是細胞生物學教學的瓶頸。因此,在課程開始時,啟發同學們將微觀世界宏觀化,把細胞想像成地球,而細胞內的世界和地球上的世界有很多雷同。
比如,在講到細胞骨架時將其比喻為公路和鐵路,時刻運輸著細胞內的物質,而沿著微管運輸物質的驅動蛋白和動力蛋白如同火車和汽車,細胞內的線粒體就像是發電廠,細胞核就像是政府部門,管理著整個細胞內的事務,轉錄mRNA翻譯蛋白質就如同政府派遣專員傳布命令。通過以宏觀認識理解細胞微觀世界的這種方式,啟發學生理解抽象內容,課程內容就不再枯燥無味,使學生對細胞生物學知識有了新的認識和思考。
3結語
以多媒體教學為主體,通過前沿領域的最新成果激發學生的學習熱情,并開展專題讀書報告會和設置課堂討論課。通過以上改革,激發了同學們學習細胞生物學的熱情,培養了他們的科研素養,取得了很好的教學效果。該教學模式為培養高素質人才打下堅實基礎。很多學生學習完該門課程之后被奇妙的細胞世界所吸引,激發了對生物科學的喜愛和對后續課程的興趣,并立志報考細胞生物學專業的研究生,從事細胞生物學研究。
參考文獻：
1王喜忠,鄒方東,張詠梅,李虹,童英,楊軍.“細胞生物學”課程建設及研究型教學理念在本科教學中的實踐.高等教育發展研究.
2翟中和,王喜忠,丁明孝.細胞生物學,第四版.北京:高等教育出版社.
3李士怡,周一荻.多媒體在細胞生物學教學中的合理使用.遼寧中醫學院學報.
4王洪振,程焉平,劉春明,程軍,于長春.提高細胞生物學教學效果的探索與實踐.吉林師范大學學報\\(自然科學版\\).
5關晶,潘興麗.細胞生物學課堂教學中運用多媒體技術的探索.中華醫學教育技術.
6王崇英,候歲穩.細胞生物學雙語教學的嘗試與探討.高等理科教育.
7郭純,魯耀邦,彭菲.基于學生發展的細胞生物學課堂教學模式探討.湖南中醫藥大學學報.
8王寶娟,張盛周,朱國萍.諾貝爾獎在細胞生物學教學中的應用.中國細胞生物學學報.
