細(xì)胞生物學(xué)立體化教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐

李紹軍 高梅 胡鑫 姚雅琴 羅志斌

摘要：細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域中的三大基礎(chǔ)學(xué)科之一，也是生命科學(xué)前沿研究領(lǐng)域中的重要理論指導(dǎo)來源與常用研究手段。在本科教學(xué)中建立和完善立體化教學(xué)體系，有助于學(xué)生建立牢固的生物學(xué)理論基礎(chǔ)與科學(xué)思維方式。通過完善多媒體素材與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、在課堂內(nèi)采用引導(dǎo)式教學(xué)、組織學(xué)習(xí)小組開展專題研究、與全程科研訓(xùn)練對(duì)接等方式激發(fā)學(xué)生興趣，促使學(xué)生養(yǎng)成探索式、主動(dòng)式學(xué)習(xí)風(fēng)氣，形成良好的教學(xué)模式，在實(shí)踐中取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞生物學(xué)；立體化教學(xué)；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-4107（2012）02-0023-03

細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域中的三大基礎(chǔ)與帶頭學(xué)科之一（這三大學(xué)科分別是生物化學(xué)與分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)）。所有的生命活動(dòng)都離不開作為生物體結(jié)構(gòu)與功能的單位——細(xì)胞，許多生物學(xué)問題在細(xì)胞與分子層面進(jìn)行探討能讓人對(duì)其理解更為透徹。所以，現(xiàn)代生命科學(xué)研究中相當(dāng)多的資源是立足于細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的研究。細(xì)胞生物學(xué)這門學(xué)科從細(xì)胞的顯微、亞顯微、分子等多個(gè)層面水平上把結(jié)構(gòu)和功能結(jié)合起來，闡述生物體與細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、免疫、分裂、分化、繁殖、信號(hào)傳導(dǎo)、運(yùn)動(dòng)、遺傳、變異、衰老和死亡等基本生命現(xiàn)象[1]。從農(nóng)業(yè)到醫(yī)學(xué)，從細(xì)菌的活動(dòng)到人類大腦的活動(dòng)，從植物保護(hù)到作物抗逆機(jī)制，生命科學(xué)中各種應(yīng)用與前沿領(lǐng)域都離不開細(xì)胞生物學(xué)的方法、手段，因此，細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科之一。

一、國(guó)內(nèi)外細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)狀況

由于細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科，國(guó)內(nèi)外綜合性或?qū)ｉT性的教學(xué)機(jī)構(gòu)都將細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)放在特別重要的地位，教學(xué)手段的建設(shè)也發(fā)展迅速。

細(xì)胞生物學(xué)課程本身的知識(shí)內(nèi)容多、理論推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)會(huì)遇到理解方面的困難。因此，國(guó)外許多教學(xué)機(jī)構(gòu)很早就開展了將深?yuàn)W難懂的理論知識(shí)以直觀、形象的方式向?qū)W生教授的模式探索。隨著多媒體技術(shù)的興起，他們制作了許多精美的動(dòng)畫，演示細(xì)胞生物學(xué)中抽象難懂的內(nèi)容，例如，細(xì)胞分裂、細(xì)胞骨架蛋白的組裝與去組裝、肌肉運(yùn)動(dòng)、白細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞衰老等。這些平時(shí)沒有直觀感受的、關(guān)于分子細(xì)胞生物學(xué)方面的抽象內(nèi)容轉(zhuǎn)換成教學(xué)動(dòng)畫素材后，形象地幫助學(xué)生去理解相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，使得他們對(duì)生命的奧秘有了深入的理解，并進(jìn)一步對(duì)細(xì)胞生物學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，從而最終投身于生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究。從近50年來諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C布情況來看，接近90%的諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)目與細(xì)胞生物學(xué)有關(guān)，這個(gè)情況一方面表明細(xì)胞生物學(xué)在現(xiàn)代生命科學(xué)研究中的重要地位，另一方面也從側(cè)面反映出國(guó)外重視細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)，從而培養(yǎng)大批專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)而富有創(chuàng)新能力的科學(xué)研究人才。

國(guó)內(nèi)重點(diǎn)綜合性大學(xué)也都非常重視細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)與研究，從1950年細(xì)胞生物學(xué)的正式誕生開始，蘭州大學(xué)、北京大學(xué)就建立了專門的細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)與科研機(jī)構(gòu)。目前中山大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)醫(yī)科大學(xué)、北京師范大學(xué)等985、211高校先后建立了細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)網(wǎng)站。近年來，根據(jù)對(duì)國(guó)家自然基金項(xiàng)目審批情況的不完全統(tǒng)計(jì)與分析，國(guó)內(nèi)這些學(xué)校在生命科學(xué)領(lǐng)域中所申報(bào)成功的項(xiàng)目里細(xì)胞生物學(xué)所占的比重逐年增高。例如，北京大學(xué)承擔(dān)的生物方面國(guó)家自然基金中，近五年來細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域有關(guān)研究從50%上升到近80%；西北農(nóng)林科技大學(xué)在學(xué)校學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略性政策傾斜思想指導(dǎo)下越來越重視細(xì)胞領(lǐng)域的研究，近年來國(guó)家自然基金獲批數(shù)量飛速增長(zhǎng)，這也與對(duì)細(xì)胞研究的重視有關(guān)。這些國(guó)內(nèi)情況表明，隨著細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，科研工作人員研究水平逐步提高，而大學(xué)要培養(yǎng)高水平生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家，就必須要重視包括細(xì)胞生物學(xué)在內(nèi)的三大基礎(chǔ)科學(xué)的教學(xué)與研究，這對(duì)高校教師完善科研思維、促進(jìn)他們的科研發(fā)展具有重要作用。

然而，細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容繁雜，抽象的地方多，而且新方法、技術(shù)、觀點(diǎn)層出不窮。這導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)細(xì)胞生物學(xué)的過程中有一定的難度。同一個(gè)班級(jí)，不同學(xué)生個(gè)體差別很大，特別是傳統(tǒng)的、單一進(jìn)程的輸灌式教學(xué)方式容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)起來產(chǎn)生枯燥感，挫傷他們的學(xué)習(xí)積極性。這樣的狀況不利于細(xì)胞生物學(xué)的學(xué)習(xí)。因此，建立一套立體化教學(xué)體系，啟發(fā)式、探索式的學(xué)習(xí)也許能讓不同層面的學(xué)生找到適合自己的路徑以便更好地學(xué)習(xí)[2]。

二、立體化教學(xué)理念與實(shí)踐

立體化教學(xué)包括立體化教學(xué)資源、立體化教學(xué)層次和立體化教學(xué)評(píng)價(jià)，主張綜合利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、多媒體課件等手段循序漸進(jìn)地傳授基本知識(shí)，形象而系統(tǒng)地傳授抽象的內(nèi)容，因材施教，對(duì)不同個(gè)性的學(xué)生制定廣度和深度不同的個(gè)性化教學(xué)內(nèi)容，基于“厚基礎(chǔ)、重個(gè)性”的理念開展立體化培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)與提高、教師的教學(xué)與科研都有許多好處[3-5]。

（一）教學(xué)資源的立體化

依據(jù)教學(xué)大綱設(shè)置內(nèi)容合理、多媒體豐富的學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓不同的學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)模式[6-7]。全方位、立體化的教學(xué)首先在資源上能把細(xì)胞生物學(xué)抽象的知識(shí)形象而生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，知識(shí)密度大、表現(xiàn)力強(qiáng)，通過將教學(xué)內(nèi)容化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)、化抽象不可見為直觀可見、化復(fù)雜多變?yōu)楹?jiǎn)潔明了，可以順利地引導(dǎo)學(xué)生突破思維障礙，使原本艱難的教學(xué)活動(dòng)充滿魅力，更能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和欲望。例如，在緒論中引入哈佛大學(xué)制作的白細(xì)胞在毛細(xì)血管內(nèi)壁滾動(dòng)和鉆入發(fā)炎組織部位過程分子細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制的動(dòng)畫，讓學(xué)生體會(huì)到不起眼的生命活動(dòng)現(xiàn)象中原來也有如此多的奧秘，好奇心被激發(fā)出來，從而對(duì)課程各部分的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。在細(xì)胞骨架章節(jié)中回顧并詳細(xì)講解這段動(dòng)畫，有助于學(xué)生形象地理解相關(guān)知識(shí)，并能夠與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能、中心法則、蛋白質(zhì)分選等內(nèi)容開展知識(shí)點(diǎn)之間的立體化聯(lián)系。又如肌肉運(yùn)動(dòng)中的肌絲滑行過程反應(yīng)步驟多、抽象而復(fù)雜，用動(dòng)畫可直觀地演示動(dòng)作電位產(chǎn)生、鈣離子釋放、鈣離子結(jié)合、原肌球蛋白位移、ATP分解釋放能量、肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白之間的相互運(yùn)動(dòng)、鈣離子回收等生理過程。原來枯燥、呆板、深?yuàn)W的科學(xué)原理，從多角度、多層面以更真實(shí)、更直觀、更立體的方式表現(xiàn)出來，更加便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，使艱深的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)成為一種樂趣。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師講解這些內(nèi)容面向不同班級(jí)的學(xué)生要多次反復(fù)地在黑板上畫圖、板書，有時(shí)因?yàn)閮?nèi)容艱深容易顧此失彼，徒增學(xué)生的困惑，而形象生動(dòng)的動(dòng)畫能大大減輕教師的負(fù)擔(dān)，大大增加課堂內(nèi)的有效講授時(shí)間，較好地解決學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾。通過教學(xué)資源的立體化，向?qū)W生提供一個(gè)生動(dòng)而豐富的教學(xué)課件與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)間、空間是一種突破，可為學(xué)生提供充分的課后學(xué)習(xí)資源，作為學(xué)生補(bǔ)充學(xué)習(xí)之用，也為學(xué)有余力的學(xué)生對(duì)某些感興趣的領(lǐng)域自學(xué)提供良好的平臺(tái)和深入思考的空間。

（二）教學(xué)層次的立體化

立體化教學(xué)不僅僅是建立一個(gè)學(xué)習(xí)網(wǎng)站和向?qū)W生提供多媒體課件，而是要在教學(xué)大綱與具體標(biāo)準(zhǔn)的合理化調(diào)整中優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，面向個(gè)性化的學(xué)生，提供不同的學(xué)習(xí)通道，建立多層次的教學(xué)模式。這就要在教學(xué)中認(rèn)真研究知識(shí)模塊與教學(xué)重點(diǎn)的安排[8-9]，形成一個(gè)從結(jié)構(gòu)到功能、從基礎(chǔ)知識(shí)到綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)的完整教學(xué)體系。要達(dá)到良好的教學(xué)效果，就要認(rèn)真貫徹“厚基礎(chǔ)、重個(gè)性”的教學(xué)理念。第一，打好扎實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)是前提；第二，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣，提供個(gè)性化發(fā)展研究能力鍛煉平臺(tái)，以便他們將來面向自己的專業(yè)研究是關(guān)鍵。近年來，我們從以下兩個(gè)角度開展了教學(xué)改革探索。

1.指導(dǎo)建立學(xué)習(xí)小組，互幫互助，課堂內(nèi)外開展討論活動(dòng)

由于長(zhǎng)期的應(yīng)試教育模式，很多學(xué)生養(yǎng)成一種較為封閉的學(xué)習(xí)性格。要么是遇到問題等待老師講解，要么就是對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的問題采取逃避的方式。這樣造成的結(jié)果是有些學(xué)生逐步落后并發(fā)展出對(duì)專業(yè)的冷漠情緒，最終導(dǎo)致部分學(xué)生畢業(yè)狀態(tài)不理想，最后轉(zhuǎn)行另尋出路。因此，我們?cè)诮虒W(xué)開展的初期就組織學(xué)生以宿舍為單位或者學(xué)號(hào)段為單位的方式組成學(xué)習(xí)討論小組。各小組每個(gè)章節(jié)開始前根據(jù)分配的任務(wù)，將章節(jié)中的基礎(chǔ)知識(shí)與基本概念點(diǎn)帶領(lǐng)大家預(yù)習(xí)；每個(gè)章節(jié)結(jié)束后，引導(dǎo)小組總結(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，注意討論某些重要概念、重要理論。以細(xì)胞程序性死亡為例，科學(xué)家是發(fā)現(xiàn)了哪些現(xiàn)象？他們?cè)谒伎枷嚓P(guān)機(jī)制問題的過程中，選擇了什么樣的研究思路？采用了什么技術(shù)手段？這些相關(guān)的技術(shù)手段能夠提供什么結(jié)果？這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖表之間的科學(xué)邏輯關(guān)系是如何組織的？因此，學(xué)習(xí)小組的建立，以先進(jìn)帶動(dòng)后進(jìn)，加強(qiáng)了學(xué)生的溝通能力與互相幫助的能力，也有利于學(xué)生打開科學(xué)視野，理清知識(shí)之間的脈絡(luò)，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法與思維。

2.布置學(xué)科發(fā)展前沿的討論與演講，挖掘苗子，與全程科研訓(xùn)練對(duì)接

在課堂教學(xué)中，我們根據(jù)課堂內(nèi)容適當(dāng)布置相關(guān)領(lǐng)域理論和應(yīng)用方面的研究進(jìn)展討論，特別是諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)中細(xì)胞生物學(xué)方面的前沿研究領(lǐng)域；向?qū)W生介紹周圍一些教師的科研計(jì)劃，從而鼓勵(lì)和引導(dǎo)感興趣的學(xué)生對(duì)某些科學(xué)問題進(jìn)行深入的思考。當(dāng)然，本科生個(gè)人的發(fā)展水平參差不齊，有的學(xué)生能從科研論文中提煉出科研思維、研究方法和思路，而有的學(xué)生這方面的理解能力尚未開發(fā)，因此，在安排這方面的課堂活動(dòng)過程中要特別提醒學(xué)習(xí)小組通過討論，摸索學(xué)會(huì)閱讀科研文獻(xiàn)。對(duì)于一些學(xué)有余力、精力旺盛、思維活躍與動(dòng)手能力發(fā)展較好的學(xué)生，鼓勵(lì)他們閱讀經(jīng)典SCI文章，用自己的話在課堂討論中講解經(jīng)典文獻(xiàn)中的科學(xué)研究思路。通過課內(nèi)外討論，對(duì)表現(xiàn)突出者給予較高評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)這些表現(xiàn)突出的學(xué)生寫專題課程論文或者綜述性文章，幫助他們修改，并介紹他們參與全程科研訓(xùn)練。

從近兩年教學(xué)改革探索來看，本碩博連讀、參與大學(xué)生科創(chuàng)計(jì)劃的學(xué)生因?yàn)閰⑴c導(dǎo)師的科研項(xiàng)目較早，我們適當(dāng)安排這些學(xué)生在課堂講解一些他們感興趣的專題或者所在實(shí)驗(yàn)室的一些研究背景。通過這種方式，既鍛煉了優(yōu)秀學(xué)生，也通過他們的示范帶動(dòng)全班學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。一些思維活躍和動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生，介紹他們參與我們的研究后，做了一些基礎(chǔ)的工作，直接參與到細(xì)胞生物學(xué)方面的全程科研訓(xùn)練。這種多層次個(gè)性化的培養(yǎng)通道，使得學(xué)生獲得了更廣闊的發(fā)展空間。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)的立體化

細(xì)胞生物學(xué)課程旨在培養(yǎng)既有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能及創(chuàng)新精神的學(xué)生。因此，教學(xué)活動(dòng)的最后環(huán)節(jié)——評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果就要根據(jù)不同層次的學(xué)生制定立體化的教學(xué)評(píng)價(jià)。在近年來的教學(xué)改革活動(dòng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)設(shè)置學(xué)分、列為專門課程，以小班的形式綜合培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；更多前沿進(jìn)展放置在“現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)導(dǎo)論”本科生公共選修課中，以額外延伸的形式拓展學(xué)生的視野。在主干理論課程的最終成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)中，我們?cè)O(shè)置30%—40%的比例作為平時(shí)成績(jī)，綜合根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)，評(píng)價(jià)其創(chuàng)新精神、科學(xué)精神、科學(xué)表達(dá)能力的發(fā)展程度。在期末考試中，根據(jù)“厚基礎(chǔ)、重能力”的原則設(shè)置考試題目。除了基本概念、基本理論的考試內(nèi)容外，適當(dāng)引入與編制一些能夠考核學(xué)生分析能力、綜合運(yùn)用能力的題目。這種立體化的評(píng)價(jià)體系使學(xué)生盡量擺脫死記硬背的陋習(xí)，更注重發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力與好奇心，有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

三、立體化教學(xué)實(shí)施效果反饋

立體化教學(xué)體系的特色是：立足基礎(chǔ)、注重能力培養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的自主式、互動(dòng)式學(xué)習(xí)。立體化教學(xué)對(duì)學(xué)生而言不再是被動(dòng)與輸灌，而是由學(xué)生自己主動(dòng)控制與探索，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。教師在講授過程中可以集中精力對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行分析和闡述，充分利用舉例、圖解、動(dòng)畫、比較、歸納等方法，把教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)分析透徹，并且還有時(shí)間講解細(xì)胞生物學(xué)最新的前沿知識(shí)及科研思路，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，豐富課堂內(nèi)容，增加課堂信息量，事半功倍地提升教學(xué)水平和授課效果；同時(shí)，專題討論、與全程科研訓(xùn)練對(duì)接，有助于激發(fā)學(xué)生的好奇心與主動(dòng)性，有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

立體化教學(xué)的探索已經(jīng)開展兩年，學(xué)生在交流信件中說：“……課程內(nèi)容是很豐富的，遠(yuǎn)至生物學(xué)的啟蒙時(shí)期，近至近期國(guó)際頂尖雜志上發(fā)表的重大發(fā)現(xiàn)和最新的研究熱門，都有所涉獵。除了比灌輸知識(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)方式更加靈活之外，難能可貴的是能夠讓同學(xué)們自己探究、鉆研?！酥?，教師還讓我們自己選擇喜歡的方向看一看文獻(xiàn)、寫一寫綜述，還表達(dá)了希望我們能夠自己發(fā)表的愿望。頃刻間，我看到了動(dòng)力所在，于是整理平時(shí)看過的一些文獻(xiàn)，用自己很拙劣的語言去組織拼湊出自己的第一篇文字，很榮幸地，它受到了教師的好評(píng)。受到肯定的這剎那間的歡愉是無與倫比的，它堅(jiān)定了我繼續(xù)自己理想的信念，讓我為自己的夢(mèng)想去繼續(xù)努力地付出?！睂W(xué)生普遍反映通過這種立體化的學(xué)習(xí)，學(xué)到了重要研究成果中的科學(xué)研究思路。通過這些立體、全方位、多樣化的教學(xué)形式，給予及時(shí)的鼓勵(lì)與指導(dǎo)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培育了他們對(duì)專業(yè)研究的熱情，促進(jìn)了大學(xué)生主動(dòng)采用細(xì)胞生物學(xué)手段開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，部分學(xué)生專門選擇細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的導(dǎo)師報(bào)考，立志于該學(xué)科領(lǐng)域的研究。

開展立體化教學(xué)要特別注重“因材施教”，因此，根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)的學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)，與時(shí)俱進(jìn)，不斷完善教學(xué)內(nèi)容，全方位考慮學(xué)生的個(gè)性化特點(diǎn)，遵循“三基并重、全面發(fā)展”的人才培養(yǎng)模式是立體化教學(xué)的核心價(jià)值。實(shí)踐立體化教學(xué)，對(duì)教師的能力也提出了更高要求，要求教師要深入鉆研教學(xué)研究，密切關(guān)注學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，不斷完善課程教學(xué)管理與引導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)生的狀況不斷調(diào)整，及時(shí)自我更新，提高教學(xué)能力，以進(jìn)一步完善細(xì)胞生物學(xué)立體化教學(xué)體系。

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