生物類本科專業(yè)細胞生物學(xué)課程的教學(xué)實踐與思考

李 媛，李巧峽， 楊 寧

(西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 蘭州 730070)

細胞的研究既是生命科學(xué)的出發(fā)點，又是生命科學(xué)微觀和宏觀研究的匯聚點，是當前生命科學(xué)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。細胞生物學(xué)是研究和揭示細胞基本生命活動規(guī)律的科學(xué)，為生命科學(xué)的樞紐學(xué)科和前沿學(xué)科，在高校生物科學(xué)、生物技術(shù)等專業(yè)課程體系中占有重要地位[1]。對于這樣一門現(xiàn)代生命科學(xué)中重要的基礎(chǔ)性前沿學(xué)科，如何在有限的課堂教學(xué)實踐中更好地完成專業(yè)基本理論和技能的傳授是需要每一位任課老師不斷思索和認真實踐的課題。筆者從自身數(shù)年的細胞生物學(xué)課程教學(xué)實踐出發(fā)，思考并總結(jié)了在該課程教學(xué)活動中關(guān)注的一些問題和改進的方法措施，旨在為提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果提供一定參考。

1 秉持科學(xué)教學(xué)理念，合理安排教學(xué)內(nèi)容

作為一門綜合性強、發(fā)展迅速的基礎(chǔ)性前沿學(xué)科，細胞生物學(xué)的研究內(nèi)容與范疇實際上往往與生命科學(xué)的其他學(xué)科特別是分子生物學(xué)交織在一起，很難為其劃出一個明確的范圍。作為一門實驗性質(zhì)的學(xué)科，細胞生物學(xué)的建立和發(fā)展都離不開相關(guān)技術(shù)的突破和進步[1]。同時，需要指出的是，盡管目前對細胞生命活動規(guī)律的認識日趨深入，但無論是受限于現(xiàn)有的技術(shù)方法水平，還是我們的認知能力，這個領(lǐng)域還有很多現(xiàn)象無法解釋其背后機制，很多實驗結(jié)果不能認識其邏輯關(guān)系，很多不確定和未知等待被回答和揭示。因此，細胞生物學(xué)的課堂教學(xué)，不可能也不應(yīng)該僅僅是已知知識點的傳授。專業(yè)教師只有對本學(xué)科研究內(nèi)容、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢有一個明確、深入的認識和把握， 在教學(xué)實踐中才可能秉持科學(xué)的教學(xué)理念[2]。具體而言，對于細胞生物學(xué)，無論是教還是學(xué)，貫穿于其中的應(yīng)該是一種動態(tài)的、系統(tǒng)的觀點，發(fā)展、變化的眼光和善于思考、善于質(zhì)疑的態(tài)度，在不斷的學(xué)習(xí)、思考、實踐和體驗中，能夠形成自己對本學(xué)科的思想感悟，同時，善于根據(jù)自己所知、所長進行創(chuàng)新性研究。

由翟中和、王喜忠和丁明孝老師主編的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《細胞生物學(xué)》(第四版)為目前高等院校生物、農(nóng)林、醫(yī)學(xué)等相關(guān)本科及研究生專業(yè)廣泛采用的課程教材。該教材的內(nèi)容編排上仍以細胞的重大生命活動為主線，以分子機制為視點，涉及細胞的結(jié)構(gòu)與功能、細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞的能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)移等；同時，特別注意內(nèi)容的基礎(chǔ)性、科學(xué)性和前沿性[3]。專業(yè)教師應(yīng)該充分認識、利用好該教材，在教學(xué)實踐中，根據(jù)具體的授課對象、授課時數(shù)、授課要求，合理、科學(xué)地安排教學(xué)內(nèi)容。一方面，正如所用教材在內(nèi)容編排上注重的那樣，前后章節(jié)間應(yīng)該存在一個相互呼應(yīng)、層層遞進、由淺入深的邏輯關(guān)系。而每一章節(jié)中知識的展開則遵循由結(jié)構(gòu)到功能，由實驗原理到實驗技術(shù)再到實驗現(xiàn)象/結(jié)論；由細胞整體到局部再回到整體的主線，以利于學(xué)科知識體系的鋪陳和搭建，并使其具有很好的連續(xù)性、完整性和延伸性。另一方面，要結(jié)合實際授課情況，如學(xué)生的知識背景、接受程度等，適當篩選、突出重難點。如筆者的教學(xué)對象是生物科學(xué)/生物技術(shù)專業(yè)本科二年級學(xué)生，他們已經(jīng)具備“植物學(xué)”“動物學(xué)”“生物化學(xué)”等基本生命科學(xué)知識背景，對于諸如“物質(zhì)的跨膜運輸”“線粒體和葉綠體”“核糖體”等有所認識的內(nèi)容，可以注意從細胞生命活動的角度進行補充介紹。值得提出的是，在本課程教學(xué)的第一節(jié)課上，應(yīng)該向?qū)W生強調(diào)課程教學(xué)理念，明確課程授課安排，讓他們對即將認識的學(xué)科從一開始就建立起科學(xué)的學(xué)習(xí)理念和清晰的學(xué)習(xí)思路；同時，要突出學(xué)科發(fā)展如何影響和改變?nèi)祟惿?，帶領(lǐng)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。上好細胞生物學(xué)緒論課，一方面，能夠給學(xué)生樹立起一個既不至于讓其望而生畏又很想達到的目標；另一方面，還能夠點亮一盞明燈，引導(dǎo)他們?nèi)ヌ剿骱涂拷?/p>

2 注重知識有機化，不斷改進教學(xué)方式

教學(xué)方式的改進需要建立在對教學(xué)內(nèi)容完成內(nèi)化的基礎(chǔ)之上。而知識的有機化，是內(nèi)化的進一步要求，需要對所掌握的知識進行包含有自我審視的一個融會貫通、刪繁就簡、深入淺出、賦予生動性的加工處理過程。知識有機化后進行的教學(xué)活動，表現(xiàn)之一，實際上就是多種教學(xué)方式靈活、恰當?shù)剡\用，從而給予學(xué)生更生動的專業(yè)知識講授，同時，更有效地激發(fā)、引導(dǎo)和培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的愿望和能力[4-5]。

2.1 注重教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性和重難點，問題導(dǎo)向式講授

細胞及其生命活動是一個連續(xù)的動態(tài)整體，不能簡單被分解為靜止的、局部的、隔斷的、僵化的知識點。因此，本課程的講述和展開應(yīng)該尤為注重教學(xué)內(nèi)容上的銜接、過渡和聯(lián)系，理清邏輯關(guān)系，同時，明確重難點。這對于學(xué)生整體學(xué)科知識體系的構(gòu)建很關(guān)鍵。而問題導(dǎo)向式的講述方式，利用具體問題的設(shè)置，導(dǎo)向式地引發(fā)學(xué)生深入思考，從而可以較為自然地突出教學(xué)內(nèi)容上的連續(xù)性及重難點[6]。如在向?qū)W生講述了細胞質(zhì)膜相關(guān)內(nèi)容后，提問：從結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的角度出發(fā)，細胞質(zhì)膜如何作為細胞與胞外環(huán)境間一種選擇性通透屏障？或者說，物質(zhì)如何進行跨膜運輸？了解了物質(zhì)的跨膜運輸方式后，繼續(xù)提問：動物細胞質(zhì)膜上Na+-K+泵的工作使細胞內(nèi)外的Na+和K+濃度遠離平衡態(tài)分布，那么，消耗大量ATP以維持動物細胞內(nèi)高K+低Na+離子環(huán)境的生理意義有哪些？或者說，這種離子環(huán)境對于細胞的存活和功能有什么重要作用？由此，從細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)特征到與之相適應(yīng)的主要功能再到其生理意義，認識和理解逐步深入。再比如，在課程內(nèi)容從真核細胞細胞質(zhì)膜進行到細胞質(zhì)后，通過對線粒體和葉綠體、內(nèi)膜系統(tǒng)、細胞質(zhì)基質(zhì)等結(jié)構(gòu)體系的依次介紹，逐步建立起真核細胞區(qū)室化的概念。那么，在遺傳信息量大、結(jié)構(gòu)精細復(fù)雜的真核細胞中，核基因編碼并在游離或糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合核糖體上合成的成千上萬的蛋白質(zhì)是通過怎樣的途徑和方式來分選、包裝、轉(zhuǎn)運，以各就各位，各司其職呢？由此從“細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)”一章過渡到“蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸”一章。而上述這些問題的提出實際上也強調(diào)了對應(yīng)章節(jié)的重難點。

2.2 注重教學(xué)內(nèi)容的完整性和趣味性，故事式講授

細胞及其生命活動是復(fù)雜和抽象的，是難以直接觀察和認識的。從對來自大量不同實驗技術(shù)體系中各種實驗結(jié)論的分析、歸納，到相應(yīng)知識點及知識點間邏輯關(guān)系的確立，再到對細胞內(nèi)一個生物過程的整體認識，細胞生物學(xué)的學(xué)科內(nèi)容豐富卻也略顯枯燥，初學(xué)者容易被淹沒在看似雜亂無章的大量知識點和專業(yè)名詞中。因此，建立在教學(xué)內(nèi)容有機化基礎(chǔ)上的、富有趣味性又不失完整性的故事式講授，加之適宜的互動教學(xué)，能夠使書本知識活躍呈現(xiàn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引他們的關(guān)注力，引導(dǎo)其積極、深入思考，全身心投入到課堂學(xué)習(xí)中[7]。以細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor, GPCR)相關(guān)內(nèi)容為例，從問題開始：以高等動物細胞為例，細胞結(jié)構(gòu)中是否存在一類可以理解為傳感器(Sensor)的裝置來參與、負責(zé)對周圍環(huán)境的感知呢？引導(dǎo)學(xué)生思考的同時，引出GPCR這類最大的細胞表面受體家族的故事；接著，以圖文并茂的方式，對這個家族成員的結(jié)構(gòu)、工作原理/激活機制、應(yīng)答于哪些類型的胞外信號又引起怎樣的生物學(xué)效應(yīng)分別作一介紹；再接著，以問題的方式引出故事的高潮部分：對該家族成員上述特性的了解是如何獲得的？答案的揭曉可以從兩次諾貝爾獎講起，一次是Alfred G. Gilman和Martin Rodbell由于對G蛋白的發(fā)現(xiàn)及其在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中功能的闡明獲得1994年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎；另一次則是Robert J. Lefkowitz和Brian K. Kobilka由于對GPCR家族的首次揭示及其結(jié)構(gòu)、功能等性質(zhì)的闡明獲得2012年諾貝爾化學(xué)獎。最后，還可以進一步以G蛋白下游效應(yīng)物的不同將GPCR介導(dǎo)的眾多信號通路進行分類，每一類再具體舉例說明。至此，整個GPCR相關(guān)內(nèi)容得以以一個完整的故事呈現(xiàn)。再比如，“細胞骨架”一章，知識點多，邏輯性不明顯，不是很好講授。為了利于學(xué)生對其進行理解和記憶，可以采用一些高質(zhì)量的動畫、視頻。如，2006年哈佛大學(xué)出品的Theinnerlifeofthecell，講述了白細胞血管滲出的這一生理過程，生動呈現(xiàn)了該過程中白細胞中細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化；BBC于2012年出品的OurSecretUniverse:TheHiddenLifeoftheCell，講述了腺病毒入侵人體后與細胞的生死戰(zhàn)役，生動展示了人體細胞的精細結(jié)構(gòu)和免疫防御，同樣包括了細胞質(zhì)骨架相關(guān)特性的呈現(xiàn)。結(jié)合這類動畫、視頻進行講述，使得一個個生物學(xué)過程演變成一段段生動的故事，抽象的分子行為也有了畫面感。

2.3 理論教學(xué)與實驗課堂、生活實踐相結(jié)合

對于細胞生物學(xué)這樣的實驗科學(xué)，學(xué)生只有通過動腦設(shè)計、動手操作參與到實驗中，掌握實驗原理，實踐實驗方法，才能幫助他們深入認識這門學(xué)科，反過來，理論知識的了解對技術(shù)方法的掌握和運用也有著直接的指導(dǎo)作用；另一方面，對學(xué)生觀察、思考、動手及團隊合作能力的鍛煉和培養(yǎng)也是他們必須具備的基本科學(xué)素質(zhì)。實驗課堂的內(nèi)容從細胞與其超微結(jié)構(gòu)的形態(tài)觀察，到大分子的定位、定性和定量，再到生物分子間相互作用的體內(nèi)外分析，以及動植物細胞、組織器官的培養(yǎng)等都有涉及，每一部分根據(jù)培養(yǎng)目的等實際授課情況進行安排并與理論教學(xué)呼應(yīng)。實驗課堂上的講解應(yīng)該注重理清從具體實驗技術(shù)方法包括實驗設(shè)計思路到觀察到的實驗現(xiàn)象、取得的實驗結(jié)果的推理、分析和結(jié)論，進行啟發(fā)式實驗教學(xué)。同時，注重實驗設(shè)置的推陳出新[8]。

細胞生物學(xué)研究的日趨深入直接和強有力地影響并改變著人類的生活。在課堂教學(xué)中，應(yīng)該注重與生活實踐相結(jié)合，多以學(xué)科創(chuàng)新在生活中的實踐運用為例證，積極引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展如何推動人類社會進步[9]。如隨著對更多大分子/大分子復(fù)合體高分辨率結(jié)構(gòu)的揭示和細胞內(nèi)分子行為的動態(tài)追蹤，以及對細胞增殖、分化、死亡與衰老等重大生命活動認識和理解的加深，細胞生物學(xué)的發(fā)展對醫(yī)藥領(lǐng)域的推動作用愈發(fā)突出。越來越多的藥物靶標被發(fā)現(xiàn)，或由于提供了更多結(jié)構(gòu)、功能的細節(jié)信息而被重新認識，如真核細胞蛋白酶體(proteasome)、β2腎上腺素受體-Gs蛋白復(fù)合體(βAR-Gs)、人源葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(GLU1)；許多難治性疾病，如腫瘤、感染性疾病、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病等其生物學(xué)特征和發(fā)病機制也逐漸清晰；新的疾病防治理念、方法層出不窮，如腫瘤免疫療法及其相關(guān)技術(shù)已得以成功轉(zhuǎn)化并在臨床上取得了初步成效。理論教學(xué)與生活實踐相結(jié)合，是使學(xué)生了解基礎(chǔ)科研如何指導(dǎo)成果轉(zhuǎn)化的有效途徑和方式，也能夠引導(dǎo)他們在日常學(xué)習(xí)和生活實踐中積極思考和發(fā)現(xiàn)問題，甚至有目標導(dǎo)向地進行自主學(xué)習(xí)。

3 思考與結(jié)語

秉持科學(xué)教學(xué)理念，合理安排教學(xué)內(nèi)容，注重改進教學(xué)方式，這是保證課堂有效教學(xué)的基礎(chǔ)，也是需要每一位專業(yè)老師在教學(xué)活動中不斷思索和認真實踐的課題。綜上所述，體現(xiàn)在細胞生物學(xué)的生物類專業(yè)本科教學(xué)實踐中，同樣有著重要的指導(dǎo)意義和特殊涵義以及具體運用。

需要指出的是，細胞生物學(xué)課程教學(xué)，一方面旨在引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識技能，同時，培養(yǎng)科學(xué)思維和專業(yè)素養(yǎng)，提升學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新理念；另一方面，貫穿于教學(xué)活動始終的還有不可或缺的素質(zhì)教育[10]。建議可以圍繞課程基本內(nèi)容進行輻射或延伸教學(xué)，如以學(xué)科發(fā)展中涌現(xiàn)出的杰出學(xué)者、科學(xué)家的求學(xué)、治學(xué)、科研精神和卓越工作為列，不斷地給予學(xué)生正確價值觀和高尚道德情操的引領(lǐng)。在生命科學(xué)的教學(xué)活動中，努力實踐教書育人。