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    新形勢下高校細(xì)胞生物學(xué)課程內(nèi)容的變化及其對教學(xué)的影響

    2017-02-18 03:42:28陳冬生闞顯照聶劉旺
    生物學(xué)雜志 2017年1期
    關(guān)鍵詞:新教材生物學(xué)通路

    陳冬生, 闞顯照, 聶劉旺

    (安徽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 蕪湖 241000)

    新形勢下高校細(xì)胞生物學(xué)課程內(nèi)容的變化及其對教學(xué)的影響

    陳冬生, 闞顯照, 聶劉旺

    (安徽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 蕪湖 241000)

    細(xì)胞生物學(xué)是本科高等院校生命科學(xué)各專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程。近年來,隨著分子生物學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,細(xì)胞生物學(xué)課程的內(nèi)容出現(xiàn)了量與質(zhì)的飛躍,體現(xiàn)在分子機(jī)制內(nèi)容的增加及信號通路內(nèi)容的擴(kuò)展等方面?;谝陨媳尘埃饕獜膬?nèi)因與外因兩個方面探討了這種變化對高校細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)產(chǎn)生的影響。其中,教師加快知識體系的更新以及提高自身的專業(yè)素養(yǎng)屬于內(nèi)因,對教學(xué)產(chǎn)生決定性的影響;此外,多種教學(xué)輔助手段的運用及作業(yè)類型的多樣化設(shè)計等屬于外因,對教學(xué)效果的提高也起著重要的推動作用。

    分子機(jī)制內(nèi)容;知識體系;教學(xué)輔助手段;作業(yè)類型;細(xì)胞生物學(xué)

    細(xì)胞生物學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。言其古老,因為早在20世紀(jì)80至90年代,細(xì)胞生物學(xué)的內(nèi)容體系就相對成熟,其教材也出現(xiàn)了眾多的版本,如翟中和等主編的高教版教材、汪堃仁等主編的北師大版、韓貽仁等主編的高教版、鄭國锠等主編的高教版等,都曾經(jīng)是當(dāng)時高校教材選擇的主流。自DNA重組技術(shù)出現(xiàn)以來,以分子生物學(xué)理論與基因工程技術(shù)為代表的新理論與新技術(shù)不斷涌現(xiàn),新的學(xué)科與課程不斷產(chǎn)生,細(xì)胞生物學(xué)的內(nèi)容也迅速得到拓展、補(bǔ)充與深化??傊?,在新的科技發(fā)展形勢下,細(xì)胞生物學(xué)的內(nèi)容與地位都發(fā)生了較大的變化?;谏鲜霰尘?,本文探討了新形勢下細(xì)胞生物學(xué)課程內(nèi)容的變化及其在生命科學(xué)眾多課程中的地位?;谶@些變化,從“教”與“學(xué)”的角度提出了新的要求。旨在推動高校細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)效果。

    1 新形勢下細(xì)胞生物學(xué)課程內(nèi)容的變化

    自20世紀(jì)50年代DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn),以及隨后DNA重組技術(shù)的發(fā)明,以此為起點陸續(xù)涌現(xiàn)出了眾多的生物技術(shù),如基因工程、基因敲除、RNA干擾及基因高通量測序技術(shù),直到近年來發(fā)明的高效CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ Cas9)基因定點敲除技術(shù)等[1]。這些技術(shù)大大促進(jìn)了生命科學(xué)的研究由顯微、超微進(jìn)入到分子水平,使得我們可以從分子水平來解釋一些復(fù)雜的生命活動過程。在此基礎(chǔ)上,細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容也迅速得到補(bǔ)充、更新與深化,高校細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容也出現(xiàn)了較大的變化。下面以翟中和等主編的高教出版社第四版《細(xì)胞生物學(xué)》教材(以下簡稱“新教材”)為例來介紹??偟膩碚f,其變化主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

    1.1 分子機(jī)制內(nèi)容的增加

    在20世紀(jì)末期,細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容主要側(cè)重于介紹細(xì)胞的顯微與超微結(jié)構(gòu)及其功能,內(nèi)容比較粗糙、籠統(tǒng),很少出現(xiàn)從基因與分子水平來解釋細(xì)胞器的缺陷及細(xì)胞內(nèi)生命活動過程的障礙等內(nèi)容。新教材在很多章節(jié)中增加了基因、蛋白質(zhì)等分子生物學(xué)方面的前沿性內(nèi)容。例如沿著中心法則“DNA—RNA—蛋白質(zhì)”這條主線,增加了基因突變、蛋白質(zhì)功能喪失及其導(dǎo)致的缺陷型細(xì)胞(器)結(jié)構(gòu)或功能缺陷表型方面的內(nèi)容,相關(guān)的病癥案例也顯著增加。此外,很多章節(jié)增加了蛋白質(zhì)水平的相互作用及其信號通路的內(nèi)容。這些分子內(nèi)容的添加,使得細(xì)胞內(nèi)很多生命活動過程的介紹進(jìn)入到大分子水平(基因與蛋白質(zhì)水平),出現(xiàn)了對應(yīng)的分子機(jī)制,這些變化促使學(xué)生對細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)及其生命活動有了更深入的認(rèn)識與理解。舉幾個典型例子,例如在“線粒體的融合與分裂”內(nèi)容中,介紹了果蠅fzo(fuzzyonion)突變,導(dǎo)致線粒體的正常融合出現(xiàn)障礙,在細(xì)胞超微水平,檢測到無法融合的圓球形線粒體,這種表型被稱為“模糊的洋蔥頭”,這正是該基因名稱的由來[2]。又如在細(xì)胞內(nèi)“囊泡定向轉(zhuǎn)運”過程內(nèi)容中,介紹了通過囊泡膜上的Rab蛋白與靶膜上Rab蛋白效應(yīng)器(Rab受體)的特異結(jié)合,實現(xiàn)囊泡的定點錨定;然后借助囊泡膜v-SNARE受體與靶膜t-SNARE受體的結(jié)合,進(jìn)一步促進(jìn)囊泡膜與靶膜的融合,完成定向運輸[2]。囊泡運輸是獲得2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的內(nèi)容,囊泡的分類轉(zhuǎn)運被喻為細(xì)胞內(nèi)的“物流系統(tǒng)”,此內(nèi)容的前沿性與新穎性不言而喻。再如介紹內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)(ER stress)內(nèi)容中,介紹了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)部過量的未折疊蛋白引起應(yīng)激感應(yīng)蛋白Bip(binding immunoglobulin protein)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上IRE1(inositol requiring enzyme 1)蛋白,從而繼續(xù)活化下游的信號傳遞蛋白,最終促進(jìn)分子伴侶蛋白的轉(zhuǎn)錄[2]。總之,這些有關(guān)分子機(jī)制的內(nèi)容極大地提高了教學(xué)的深度。伴隨此變化的是細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)、生物化學(xué)交叉內(nèi)容的增加,這正是后面將要討論的問題。

    1.2 信號通路內(nèi)容的擴(kuò)展

    細(xì)胞對外界環(huán)境的反應(yīng)體現(xiàn)在信號通路的活化及其產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)?;罴?xì)胞每時每刻都會對外界產(chǎn)生反應(yīng),信號通路對于細(xì)胞生長、增殖、代謝等幾乎所有生命活動過程都具有重要的調(diào)控作用。新教材在此內(nèi)容上進(jìn)行了較大改變:首先,體現(xiàn)在“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”一章中內(nèi)容的增加,在細(xì)胞內(nèi)受體信號傳遞內(nèi)容中,增加了NO作為氣體信號分子調(diào)控血管內(nèi)皮平滑肌舒張的信號通路內(nèi)容[2]。在細(xì)胞表面受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)內(nèi)容中,除了早期的3種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(離子通道偶聯(lián)受體、G蛋白偶聯(lián)受體及酶聯(lián)受體介導(dǎo)的通路),還增加了JAK-STAT、Wnt-β-catenin、Hedgehog、NF-Κb及Notch等眾多的信號通路內(nèi)容[2];其次,在其他章節(jié)中,也添加了所涉及的信號通路內(nèi)容。如將Notch信號通路的內(nèi)容引入到“細(xì)胞內(nèi)吞”的教學(xué)中,介紹了胞吞作用對Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活[2],從而將胞吞與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)聯(lián)系起來。再如在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激內(nèi)容中,提到了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會激活JNK及P38信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,誘導(dǎo)UPR(unfolded protein response)反應(yīng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄上調(diào),將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與信號通路內(nèi)容聯(lián)系在一起。

    1.3 原先忽視的內(nèi)容被重新重視

    由于早期認(rèn)識的局限性,細(xì)胞生物學(xué)的部分內(nèi)容一直不受重視。典型的如“細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)”部分,20世紀(jì)末期的很多教材對此部分內(nèi)容是輕描淡寫,一筆帶過,認(rèn)為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)不承擔(dān)重要的生物學(xué)功能。但隨著生化與分子生物學(xué)等技術(shù)的發(fā)展,對細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能有了更深入的理解,除了經(jīng)典的中間代謝過程(糖酵解過程、磷酸戊糖途徑等)的反應(yīng)場所、蛋白質(zhì)和脂肪合成場所以及細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)所賦予的功能以外,新教材還增加了蛋白質(zhì)質(zhì)量控制等相關(guān)內(nèi)容。例如蛋白質(zhì)修飾、控制蛋白質(zhì)的壽命、降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì),以及幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊恢復(fù)正確構(gòu)象等[2]。再如,在新教材中,將細(xì)胞內(nèi)“蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(分選)與膜泡運輸”的內(nèi)容單列出來作為一章[3],充分突出了蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的重要性。

    1.4 其他方面

    新教材中還有一些細(xì)節(jié)的變化,例如新教材在內(nèi)容的編排上有著細(xì)微的變化,將“細(xì)胞社會學(xué)”(細(xì)胞連接、細(xì)胞黏著因子與胞外基質(zhì)等)內(nèi)容放在教材的最后,即在介紹單個細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)合成與運輸、信號傳遞等所有內(nèi)容后,再介紹細(xì)胞通過自身分泌的物質(zhì)(如黏著因子、胞外基質(zhì)等)與其他細(xì)胞及細(xì)胞外環(huán)境發(fā)生相互聯(lián)系與作用,遵循先單個后群體的次序,邏輯上更為合理。又如所有專業(yè)術(shù)語均附加了英文的專業(yè)注解,這些英語名詞幫助學(xué)生從英語文化背景的角度去理解其內(nèi)涵,加深對知識的理解,也拓展了學(xué)生的思維。再如新教材中圖表質(zhì)量與數(shù)量的提高也是一個變化。與20世紀(jì)末的早期版本相比,粗略統(tǒng)計,圖表總量至少增加了一倍,并且增加了很多的彩圖,圖形的分辨率也明顯提高,更便于讀者學(xué)習(xí)。

    2 細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容的變化對教學(xué)的影響

    由于新教材內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變化,在教學(xué)上面臨了一些新的問題。例如學(xué)科交叉內(nèi)容的增加,教師知識體系的更新,學(xué)生學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)等,這些問題促使教學(xué)做出相應(yīng)的調(diào)整,現(xiàn)分別介紹如下。

    2.1 協(xié)調(diào)好學(xué)科之間交叉內(nèi)容的教學(xué)

    學(xué)科之間教學(xué)內(nèi)容的交叉重疊其實是一個由來已久的問題,只不過隨著科學(xué)研究的深入,越來越多的分子水平成果滲透到分子生物學(xué)、生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中,此問題愈來愈顯突出。下面以翟中和等主編的《細(xì)胞生物學(xué)》高教第4版教材、朱玉賢等主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》高教第4版教材及王鏡巖等主編的《生物化學(xué)》高教第3版教材為例[2-5],列舉出一些典型的交叉內(nèi)容(表1)。其中,星號標(biāo)記的是近年來發(fā)展較快的分子水平的交叉內(nèi)容。

    表1 高校生命科學(xué)專業(yè)3門基礎(chǔ)課程教材中的交叉內(nèi)容Table 1 The overlap contents among three textbooks from the basic courses of life science in universities

    4:表示第四章;4.5:表示第四章第五節(jié);其他類推

    如表所示,3門微觀生物學(xué)課程的內(nèi)容之間存在一定程度的交叉。在這些交叉內(nèi)容中,特別是近年來增加的分子機(jī)制性內(nèi)容,由于比較有新意,是3門課程授課教師都愿意講授的內(nèi)容。但是,如果不同授課教師重復(fù)講解這些重疊的內(nèi)容,必然會導(dǎo)致學(xué)生的厭學(xué)情緒。如何協(xié)調(diào)好這些內(nèi)容的教學(xué)做到不重復(fù),并體現(xiàn)出各個學(xué)科的特色,是3門課程的主講教師必須面對的問題。

    2.2 教師要加快知識體系的更新

    由于新教材分子機(jī)制內(nèi)容的增加,需要教師在授課的同時,利用互聯(lián)網(wǎng)等文獻(xiàn)資源,緊跟當(dāng)前科研的前沿與熱點,適時地對教材內(nèi)容進(jìn)行拓展與深化,及時更新知識結(jié)構(gòu)與體系,提高自身的專業(yè)素養(yǎng),正確處理好教師的“一桶水”與“一杯水”的關(guān)系[6-7]。知識體系的更新有多種途徑,如學(xué)術(shù)進(jìn)修、提高學(xué)歷學(xué)位、參加高層次的教學(xué)研討會、參加省級及全國性的細(xì)胞生物學(xué)會并積極參會交流等。這里提一個很直接的辦法,就是對近30年(1980年以來)諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的獲獎內(nèi)容進(jìn)行熟悉與解讀,選擇出細(xì)胞生物學(xué)課程內(nèi)容相關(guān)的諾獎,將其結(jié)合在實際教學(xué)過程中,恰好是課程內(nèi)容的一種補(bǔ)充[7-8]。既帶出了相關(guān)的進(jìn)展與熱點,也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

    2.3 多種教、學(xué)輔助手段的充分利用

    新教材內(nèi)容的變化,會導(dǎo)致教學(xué)難度與學(xué)習(xí)難度的增加。為了解決此問題,教師可以考慮增加視頻、動畫等多種教學(xué)輔助手段,提高教學(xué)效果[10-11]。例如新教材第八章“蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸”中第二節(jié)“細(xì)胞內(nèi)膜泡運輸” 的內(nèi)容很新,也是重點與難點內(nèi)容。在介紹“COPII蛋白包被膜泡的高爾基體定向運輸(CopII-Protein transport from the ER to the Golgi Apparatus)”專題內(nèi)容時,可首先結(jié)合PPT與板書,介紹該定向轉(zhuǎn)運的大致過程:1)蛋白質(zhì)在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成與加工;2)在CopII蛋白等作用下出芽形成運輸膜泡;3)在胞質(zhì)動力蛋白(馬達(dá)蛋白的一種)結(jié)合下,沿著微管運輸;4)通過Rab蛋白與其受體的特異性結(jié)合、膜泡受體與靶膜受體等介導(dǎo)下完成轉(zhuǎn)運膜泡與高爾基體順面膜囊的定點融合,最終完成膜泡運輸。然后,通過播放動畫(可從優(yōu)酷下載)將這些過程連續(xù)展示出來,會極大地增強(qiáng)教學(xué)的效果。播放時間也可放在講述內(nèi)容之前,或者邊講述邊同步播放,由教師自主控制。

    在教學(xué)過程中,教師可以將網(wǎng)絡(luò)上有價值的一些資源,如專業(yè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)址等介紹給學(xué)生,引導(dǎo)學(xué)生主動獲取知識[12]。例如細(xì)胞信號通路網(wǎng)站(http://www.cellsignal.com),詳細(xì)列出了目前研究清楚的眾多的細(xì)胞信號通路。優(yōu)酷網(wǎng)(http://www.youku.com)上可搜索到細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)操作過程的視頻。此外,還可以利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢建立學(xué)習(xí)群(如建立QQ群)、討論組等,在課后給學(xué)生輔導(dǎo)答疑,提高學(xué)習(xí)效果[13]。

    2.4 作業(yè)類型的多樣化設(shè)計

    針對新教材中分子機(jī)制等高難度內(nèi)容的增加,還可以從課后作業(yè)的設(shè)置上動點腦筋,以便于提高學(xué)習(xí)效果。例如除了常規(guī)的課后習(xí)題外,教師可預(yù)先提供一些文獻(xiàn)檢索的網(wǎng)址,然后就教材內(nèi)容相關(guān)的某一個熱點或研究方向設(shè)置專題性作業(yè),作業(yè)的形式可包括“專題讀書報告“、“專題進(jìn)展性綜述”、“諾貝爾獎內(nèi)容解讀”等多種[14]。舉幾個例子,在講授完第九章“細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”內(nèi)容后,可以設(shè)計“諾貝爾獎內(nèi)容解讀作業(yè)”,如“列舉出本章獲諾貝爾獎的知識點并闡述研究過程及獲獎內(nèi)容”。在講完第十章“細(xì)胞骨架”后,可以設(shè)計如下專題作業(yè):“總結(jié)細(xì)胞內(nèi)馬達(dá)蛋白的種類及其功能”,“總結(jié)并闡述本章及前面所學(xué)內(nèi)容中涉及的所有GTP結(jié)合蛋白及其發(fā)揮的功能”等。在講完第十六章“細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老”后,可以設(shè)計“進(jìn)展性綜述作業(yè)”,如“結(jié)合衰老的研究進(jìn)展,綜述目前細(xì)胞衰老的分子機(jī)制”等。這些提高性作業(yè)的設(shè)置,既鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力,激發(fā)了興趣,又提高了學(xué)習(xí)效果。一舉三得,值得大力提倡。

    3 小結(jié)

    總之,隨著科學(xué)研究的不斷推進(jìn)與發(fā)展,高校各學(xué)科教材內(nèi)容的更新與變化是必然的趨勢。順應(yīng)高校細(xì)胞生物學(xué)教材內(nèi)容的變化,為了提高教學(xué)效果,本文從內(nèi)因與外因兩個方面進(jìn)行了探討。教師提高自身的專業(yè)素養(yǎng)屬于內(nèi)因,起著決定性影響;教師多種教學(xué)輔助手段的運用及作業(yè)的多樣化設(shè)計等屬于外因,對教學(xué)質(zhì)量的提高也有著重要的推動作用。

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    Changes of the contents of cell biology and its effects on teaching under new situation

    CHEN Dong-sheng, KAN Xian-zhao, NIE Liu-wang

    (College of Life Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China)

    Cell biology is a fundamental course of life science in university. With the recent rapid development of the theories in molecular biology and related technologies, the contents of cell biology have increased dramatically, such as the molecular mechanism and signaling pathways etc. This paper primarily dissected both the intrinsic and extrinsic influences on the cell biology teaching. The intrinsic means containing teachers accelerating the renewal of the knowledge system and improving their professionalism level are decisive for elevating the teaching effectiveness. Furthermore, the extrinsic measures including the utilization of a variety of teaching aids and the design of multiple types of homework and so on, which also play an important role in promoting teaching effectiveness.

    content of molecular mechanism; knowledge system; teaching aids; multiple types of homework; Cell Biology

    2016-05-16;

    ﹕ 2016-06-15

    安徽省高等教育振興計劃重大教學(xué)改革研究項目( 2015zdjy035);安徽師范大學(xué)校級本科課程考核改革試點項目(2014kckh40)

    陳冬生,博士,副教授,研究方向為干細(xì)胞生物學(xué),E-mail:dschgene@163.com

    G642.3

    C

    2095-1736(2017)01-0107-03

    doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.01.107

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