細胞生物學課程教學的思考與實踐

崔繼紅， 李軍林， 黃 萱， 譚增琦， 付愛根， 陳富林

(西北大學 生命科學學院 西部資源與現(xiàn)代生物技術(shù)省部共建教育部重點實驗室陜西省生物技術(shù)重點實驗室， 西安710069)

課程是教學主導者教師、主體學生共同探究知識的活動過程，是包括教學內(nèi)容、教材、教學環(huán)境和評價體系的復雜生態(tài)系統(tǒng)[1]。課程是人才培養(yǎng)的核心，國家“萬人計劃”教學名師陸國棟提出“金課”是高質(zhì)量課程的統(tǒng)稱，具有師生互動、關(guān)注過程和嚴格要求等3個基本特征，并探討了如何治理“水課”和打造“金課”[2]。

1 細胞生物學課程教學常見困境及解決思路

細胞生物學發(fā)展突飛猛進，前沿性研究常常吸引學生關(guān)注，在提高學生學習積極性的同時，也帶來了很多兩難的困境：新成果不斷涌現(xiàn)和教材相對滯后；有限課時、學生精力有限與眾多課程等情況下，基礎概念、基礎理論和前沿性成果如何取舍？教學內(nèi)容多和教學模式單一化、缺乏學生主體作用；學習的廣度和深度如何兩全？解決學科問題的基本方法與新興的研究方法如何得以保證？學生學習和探索投入如何平衡？學生學習主體性如何得以有效實現(xiàn)？課程成績和能力培養(yǎng)等教學產(chǎn)出方面，如何有效評估新時代教學效果？

在諸多困境存在的情況下，照本宣科、以PPT為主體的懶課注定成為“水課”，而“金課”則需要教師以課堂為核心，將教學目標和任務貫穿課堂內(nèi)外，革除教室、課堂和課時的局限；去除知識本位思想，打破課程壁壘，學以致用，實現(xiàn)以課程、學科為中心轉(zhuǎn)化為專業(yè)培養(yǎng)中心的培養(yǎng)目標；摒棄教師主體作用，積極發(fā)揮教師引導作用，培養(yǎng)學生自主學習能力，既能解決基礎與前沿在時間和精力有限前提下的沖突，也有助于實施以學生為教學活動主體思想；在考核評價體系方面，需要教師和教育主管部門共同努力，以實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)為教學目標，提高平時的能力評價測評，降低期末考試比重，探究更加有效的評價體系。

2 教師的主導作用是“金課”建設的基礎

對于細胞生物學課程而言，微觀現(xiàn)象的難以想象和理解、知識積累的突飛猛進、知識點的龐雜等特點更是要求教師務必發(fā)揮好引導者的作用。諸多大家的教學論文，有助于我們厘清細胞生物學課程理論內(nèi)在邏輯，建立整體觀。這種知識的儲備和應用是細胞生物學教學活動極其重要的環(huán)節(jié)。翟中和院士等編寫的細胞生物學教材，特別設置“細胞基本知識概要”章節(jié)的目的，一方面實現(xiàn)知識承前啟后；另一方面，重要的是引導學生理解章節(jié)內(nèi)容之間前后邏輯關(guān)系，掌握細胞生物學課程理論要領[3]。翟中和高度概括了細胞生物學教學內(nèi)容，包括3個部分：細胞結(jié)構(gòu)與功能、信號轉(zhuǎn)導和能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移[4]，事實上，反映了生命的物質(zhì)、信息和能量的3大系統(tǒng)組成。在此三大系統(tǒng)框架下，翟中和進一步將真核細胞教學內(nèi)容分解為3個基本結(jié)構(gòu)體系：生物膜、基于核酸-蛋白的遺傳和細胞骨架結(jié)構(gòu)體系[3]。教學相長，作者體會到3個結(jié)構(gòu)體系之間的緊密聯(lián)系：在生物膜結(jié)構(gòu)體系下，需要引導學生認識到細胞膜的蛋白和脂類物質(zhì)組成，不僅是物質(zhì)跨膜運輸選擇性、能量代謝和信號轉(zhuǎn)導途徑的物質(zhì)基礎，還是細胞與細胞、細胞與基質(zhì)聯(lián)系的物質(zhì)基礎；細胞膜結(jié)構(gòu)組成，不僅使細胞與周圍環(huán)境分割，而且是細胞內(nèi)線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等重要細胞器功能的基礎；在細胞生物學遺傳結(jié)構(gòu)體系部分，細胞核輸出的信息，在核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成蛋白，高爾基體中修飾加工，主要依賴膜泡運輸?shù)教囟ú课?，不僅組成各種膜性細胞器和細胞膜，而且將特殊的蛋白質(zhì)分泌到細胞外，或者在隔離狀態(tài)下輸送到特定細胞器如溶酶體，執(zhí)行特定功能；細胞骨架結(jié)構(gòu)體系，不僅形成細胞形態(tài)，還有細胞聯(lián)系、細胞內(nèi)物質(zhì)和信息的傳遞存在不可分割的聯(lián)系。物質(zhì)、信息和能量體系對生命活動的影響，體現(xiàn)在基因-細胞-發(fā)育系統(tǒng)：細胞內(nèi)外信號刺激，經(jīng)傳遞、生化物質(zhì)改變，影響細胞增殖、分化、衰老與死亡等重要活動，成為生命個體活動的細胞生物學基礎。授課教師精心準備，也許借助一張圖、一張幻燈，就可引導學生建立細胞生物學課程邏輯關(guān)系，使龐雜的教學內(nèi)容不再孤立，使學生感到學習起來多而不雜、生而不難，將非常有助于學生真正理解“The key to every biological problem must finally be sought in the cell”[5]。

在具體的教學環(huán)節(jié)，授課教師引導并建立的互動遠重要于填鴨式教學所填充的知識內(nèi)容。以“細胞學說”教學內(nèi)容為例，教師獨角戲，無論投入多少時間和精力備課，縱使你口吐蓮花，也只能讓學生了解細胞學說的發(fā)展和理論組成，終歸因缺乏學生參與，落于下乘。我問你答，能夠督促學生預習，一定程度發(fā)揮了學生主體作用，教師也可了解學生對知識的掌握程度，但可能會缺乏深度，只能歸為最簡單的互動。辯論是最上乘的互動，學生分組辯論，或者師生之間辯論，一方面，可以將細胞學說內(nèi)容最大可能地概括總結(jié)，涉及的內(nèi)容能早早地進入隨后學習的章節(jié)；另一方面，辯論也可使教學活動拓展到課堂以外，實現(xiàn)王金發(fā)等人倡議的開放性課堂教學和開放性創(chuàng)新實驗教學[1]，甚至無限擴展到解剖學、組織學、生理學以及發(fā)育生物學等學科。辯論話題可大可小，可隨機辯論，也可以針對較重要的話題，提早布置，安排學生組建團隊、查閱文獻、整理幻燈片和準備辯論詞，徹底辨清和理解相關(guān)理論。密切跟蹤研究的前沿與進展，把細胞生物學領域的最新科研成果、存在爭議與亟待解決的關(guān)鍵問題融入討論的教學內(nèi)容中，更能引導學生發(fā)揮主觀能動性。比如在教學活動中，在教師的引導幫助下，學生對自己感興趣的話題，通過查閱文獻結(jié)合理論知識和最新進展展開討論。學生選擇的“染色質(zhì)組裝與其結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)”“DNA損傷修復與腫瘤”“細胞自噬與腫瘤耐藥性”“利用凝集素芯片分析人工誘導多潛能干細胞的糖組學”等報告，難度超過預期，反映出學生的積極性和探索欲望；經(jīng)查閱文獻后的報告，更讓授課教師意識到發(fā)揮學生主體作用的巨大潛力。由此可見，組織辯論是授課教師發(fā)揮主導作用的重要途徑，可將傳統(tǒng)意義的多種教學模式整合，發(fā)揮學生學習主體作用，將本學科乃至多學科理論有機整合，整體提升專業(yè)教學效果。

3 如何調(diào)動學生學習的積極性、發(fā)揮其教學主體作用是金課建設成敗的關(guān)鍵

“興趣是最好的老師”。實現(xiàn)這一偉大目標的唯一出路就在于教學活動中，調(diào)動學生的學習興趣，發(fā)揮學生學習主體作用。細胞生物學教學活動中，緒論是調(diào)動學生學習積極性的重要內(nèi)容[6]，需要深入淺出、簡明扼要地闡述細胞生物學在理解和研究生命科學理論中的核心地位。研究簡史教學，可讓學生建立對生命科學縱向認識思路，逐步明白細胞生物學學習的重要性；細胞生物學當前研究現(xiàn)狀、熱點和今后發(fā)展主要趨勢，更能讓聽者結(jié)合自己興趣，樹立學習的決心和信心，使聽者明白：無論以后從事發(fā)育生物學、生理學、腫瘤生物學、神經(jīng)生物學等絕大部分生命科學領域的研究，還是從事藥物和生物材料研發(fā)，或者從事臨床干預，細胞生物學均占據(jù)重要地位。

各個章節(jié)教學中，教師引導學生抓住重點，理清主線，可以將枯燥的理論轉(zhuǎn)化成鮮活的個案或者話題，比如細胞膜蛋白存在是生物生殖隔離、物種隔離的基礎，不僅使學生輕松掌握細胞膜蛋白組成、分布狀態(tài)，也了解了這種細胞結(jié)構(gòu)組成與生命活動的關(guān)系。對重點和難點內(nèi)容，在前一節(jié)課提前發(fā)布學習資料，提出問題，要求學生提前預習，課堂上以問題的方式引入，采取啟發(fā)式、探究式的教學方式精講。甚至于將重點內(nèi)容提煉成一個一個話題，鼓勵學生自主學習。具體做法：在學期開始之際，設置50～100個難度適宜的話題，讓學生組隊選擇，教師指導查閱文獻、整理幻燈或綜述，進行報告和交流。學生在讀書報告會上，充分地展示自己，增加了學習興趣和自信；與大家的交流，使學生對理論知識理解得更加透徹深入；最后將幻燈或綜述裝訂成冊，供教學考核用，也豐富了教學內(nèi)容。這種方式可歸入以問題為基礎的學習(problem-based learning, PBL)的教學方法，引導學生積極主動地解決問題，不僅可以全方位培養(yǎng)學生專業(yè)理論學習、口頭表達、歸納總結(jié)等能力，還可以培養(yǎng)學生組織和配合能力、責任感和自信心[7]。另外，合理設置作業(yè)對于促進“金課”建設也是不容忽視的方面：1)督促和檢查學生鞏固重要的理論知識；2)彌補課時不足的問題，解決有限課時與不斷涌現(xiàn)新知識、新技術(shù)的矛盾；3)設置開放性課程作業(yè)，更能培養(yǎng)學生查閱和評述文獻、歸納、總結(jié)和撰寫能力[8]。

實驗課教學目的在于在實踐中加深對理論課學習內(nèi)容的理解，同時，培養(yǎng)學生基本技能、習慣、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。新時代人才培養(yǎng)目標下，在實驗課教學方面，有必要降低傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容比例，加大開放性、綜合性實驗教學內(nèi)容。開放性、綜合性實驗題目可以由授課教師結(jié)合自己科研方向安排，或者由學生自由申請，在經(jīng)任課教師審核同意后，指導其完成相關(guān)課題。在實驗進行中，打破實驗室封閉管理，從時間、試劑、耗材和儀器等多個方面開放，實現(xiàn)真正的開放?？己嗽u價方面，基礎實驗技能、實驗設計、開放性課題和學術(shù)討論會等完成情況納入考核指標。王金發(fā)等實行的開放式理論課和實驗課教學，為細胞生物學課程“金課”的建設做了有益的嘗試[9]。在實驗教學中嘗試開放式實驗教學[10]，學生完成了諸如：“紫杉醇抗乳腺癌機制分析”“擬南芥親環(huán)蛋白CYP20-2的細胞定位”“葉綠體類囊體腔蛋白24930的敲除及純合突變體的篩選”“家獨行菜的組織培養(yǎng)與再生”“氯化鋰對渦蟲再生的影響”等實驗。這些開放性課題可以將細胞生物學教學內(nèi)容有機整合，使學生在研究中探索、體會細胞生物學課程的魅力。

4 教學效果評價是“金課”建設的指揮棒

授課教師和教育界目前已經(jīng)意識到教學單位推行學生給教師打分，使教師與學生之間的默契多樣化，教師甚至被迫放水，投其所好；教學管理部門不得已地下達各個得分段比例，依然難以改變老師與學生之間的不良默契。這種現(xiàn)象反映了教學效果評價體系嚴重背離教學和教育目標。既然不能唯分數(shù)論，該如何評價教學效果以促進金課建設？陸國棟指出，“金課”建設評價指標應關(guān)注學習過程[2]。王金發(fā)談到課程建設和評價體系時，指出包括教學大綱、教學日志、教學安排等顯性指標，以及教學理念、教學設計、教學藝術(shù)以及教學方法等隱性指標[11]。那么，金課建設就要求教師必須將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)目標滲透到上述諸多指標和環(huán)節(jié)，關(guān)注教學過程：在平時教學活動過程中，設置答問、辯論、專題報告會、基本實驗技能、開放式課題設計等多個環(huán)節(jié)，通過評價學生自主學習、合作、思維、課堂表現(xiàn)、基本技能掌握、開放課題進展等內(nèi)容，以“不滿意”“一般”“較滿意”“非常滿意”等4個等級，師生共評，實施積分。在有據(jù)可依的基礎上，提高平時考評成績比例；減低期末考試客觀題比例，減低期末考試得分比例。建立具體綜合評價體系，比如平時成績，包括課堂回答問題、課堂討論、讀書報告、作業(yè)等都作為評價指標，將平時成績的比例提高到25%；實驗成績占到總評成績的25%(增加開放性、綜合性實驗的成績比例占到整個實驗成績的30%)；期末考試成績降低到總考評成績的50%。同時對于開放性、綜合性實驗盡可能地達到實驗設計的目的，可以給學生布置一個小的課題，讓學生自己設計解決方法。比如，“檢測某兩個蛋白在乳腺癌細胞中是否相互作用”，讓學生根據(jù)所學的知識，進一步查閱文獻，理清思路，總結(jié)歸納都有哪些實驗方法可以循序漸進地解決這一問題，獨立設計實驗，這樣能更好地鍛煉學生的自主學習能力，理清綜合解決問題的思路，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。當然這種綜合評價體系，需要授課教師探索和設計，需要主管部門協(xié)調(diào)和考量，才有可能真正作為指揮棒，促進“金課”建設。