英文文獻(xiàn)研讀、概念圖和翻轉(zhuǎn)課堂在表觀遺傳學(xué)課程教學(xué)中的綜合應(yīng)用

曹貴玲，王 猛，朱明霞，劉文強(qiáng)

（1.聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 聊城 252059；2.聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 聊城 252059）

表觀遺傳學(xué)是研究在DNA 序列不發(fā)生改變的條件下，DNA 甲基化、 組蛋白修飾和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等因素的改變， 導(dǎo)致基因功能發(fā)生可遺傳的變化，進(jìn)而導(dǎo)致表型變異的遺傳學(xué)機(jī)制［1］。 表觀遺傳修飾對細(xì)胞特異性分化、 發(fā)育和疾病發(fā)生等具有重要作用［2-3］。 表觀遺傳學(xué)是近年來遺傳學(xué)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一， 并逐漸成為一門獨立的遺傳學(xué)分支學(xué)科。 國內(nèi)已有多所高等院校對研究生開設(shè)了該課程， 聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)專業(yè)對本科生也開設(shè)了這門課程。但是，表觀遺傳學(xué)知識較為抽象，理解起來較困難，本科階段開展表觀遺傳學(xué)教學(xué)的實踐經(jīng)驗不多， 筆者在該課程的教學(xué)過程中，逐漸探索出一種將概念圖、英文文獻(xiàn)研讀結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂多種教學(xué)方法相結(jié)合的混合教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果?，F(xiàn)將聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院在表觀遺傳學(xué)教學(xué)實踐中運用的綜合教學(xué)模式進(jìn)行總結(jié)。 該種混合式教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生閱讀英語專業(yè)文獻(xiàn)和整理文獻(xiàn)思路的能力， 加深了學(xué)生對教學(xué)重點和難點的理解， 也有助于幫助學(xué)生建立科學(xué)思維， 為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。

1 教學(xué)內(nèi)容和模式設(shè)計

將表觀遺傳學(xué)課程安排在動物科學(xué)專業(yè)三年級下學(xué)期，這時，學(xué)生已經(jīng)完成了動物遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)， 系統(tǒng)地掌握了表觀遺傳學(xué)需要的基礎(chǔ)知識， 這樣學(xué)生可順利地過渡到表觀遺傳學(xué)的學(xué)習(xí)。但是這個階段的本科生，對科技論文的閱讀量還很少， 所以筆者對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了簡化。主要教學(xué)內(nèi)容：首先由經(jīng)典遺傳學(xué)內(nèi)容和生活中的現(xiàn)象引出表觀遺傳學(xué)內(nèi)容， 從而引出基本概念； 之后回顧分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)課程中講述的基因表達(dá)調(diào)控、 染色體組裝和核小體結(jié)構(gòu)，有助于引出后面的教學(xué)重點。教學(xué)重點放在DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、基因組印記、X 染色體失活和小RNA 6 個基本模塊。這些基本內(nèi)容由教師講解涉及的基本概念， 將學(xué)生引入后， 讓學(xué)生閱讀最新發(fā)表的且與動物科學(xué)專業(yè)相關(guān)的英文文獻(xiàn)，對文獻(xiàn)內(nèi)容自己整理，以概念圖的模式呈現(xiàn)出來，這樣能加強(qiáng)對某一主題的認(rèn)識。

2 綜合教學(xué)模式

確定好課程教學(xué)內(nèi)容后， 根據(jù)上述6 個基本模塊，將學(xué)生分成6 個小組，每個小組負(fù)責(zé)一個模塊，小組內(nèi)所有活動由小組長協(xié)調(diào)。教師從近期發(fā)表的相關(guān)論文中選取一些與6 個模塊對應(yīng)的、與動物科學(xué)專業(yè)知識相關(guān)的、 難度適宜的英文文獻(xiàn)分給每個小組。每個小組課下研讀英文文獻(xiàn)，將所讀文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，用概念圖呈現(xiàn)，在課堂上給其他組的同學(xué)講解并答疑解惑，最后由老師進(jìn)行點評。這樣，一方面能夠使學(xué)生認(rèn)真地閱讀文獻(xiàn)，清晰理解文獻(xiàn)內(nèi)容，掌握表觀遺傳學(xué)課程的基本內(nèi)容，回顧以前學(xué)到的專業(yè)課內(nèi)容， 并加深對這些內(nèi)容的理解和鞏固；另一方面讓學(xué)生總結(jié)知識點，用概念圖呈現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的總結(jié)能力。

2.1 英文文獻(xiàn)研讀

目前，對于自然科學(xué)而言，英語是實際上的共同語言，自然科學(xué)研究的新結(jié)果、新發(fā)現(xiàn)、新概念大多是以英語論文的形式提出［4-5］。 對從事動物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生來講， 要了解并熟悉本學(xué)科研究的前沿和熱點，閱讀英語文獻(xiàn)是必由之路。表觀遺傳學(xué)作為一個新興的遺傳學(xué)分支， 新的研究發(fā)現(xiàn)更是以英文文獻(xiàn)呈現(xiàn)， 所以學(xué)生多閱讀英文文獻(xiàn)對更加深入地了解表觀遺傳學(xué)的內(nèi)容很有意義。 另一方面，運用傳統(tǒng)的老師講、學(xué)生聽的單向輸送上課模式，對于理論性強(qiáng)的表觀遺傳學(xué)來說，不能有效促進(jìn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。 而給學(xué)生布置與專業(yè)知識相關(guān)的表觀遺傳學(xué)研究論文， 有利于學(xué)生結(jié)合已經(jīng)學(xué)到的專業(yè)知識理解文獻(xiàn)， 能夠加深對表觀遺傳學(xué)知識的理解和掌握。

很多學(xué)生讀英文文獻(xiàn)時對于需要精讀和泛讀的內(nèi)容不清楚，缺乏閱讀技巧，所以產(chǎn)生畏難情緒［6］。 因此，教師在給學(xué)生分配文獻(xiàn)之前，對每一個模塊都先用一篇文獻(xiàn)為例， 講解科技論文的基本結(jié)構(gòu)、摘要、前言、材料與方法、結(jié)果與討論和參考文獻(xiàn)等各部分如何研讀， 各部分都能獲得什么信息，哪些部分要精讀，哪些部分簡讀等英文文獻(xiàn)閱讀方法， 之后讓學(xué)生以小組為單位研讀文獻(xiàn)。2019 年在表觀遺傳學(xué)課程教學(xué)過程中， 以“DNA methylation patterns and gene expression associated with litter size in Berkshire pig placenta.”［7］“Identification and differential expression of microRNAs in the testis of chicken with high and low sperm motility.”［8］“TRIM28 regulates Igf2-H19 and Dlk1-Gtl2 imprinting by distinct mechanisms during sheep fibroblast proliferation.”［9］3 篇文獻(xiàn) 為例， 分 別在DNA 甲基化、 小RNA 和基因組印記模塊中進(jìn)行了講解， 能使學(xué)生在之前學(xué)到的知識中 （如豬繁殖、精子活力、胚胎發(fā)育等）接受新概念（DNA 甲基化、小RNA、基因組印記等），并且能夠?qū)⒊橄蟮幕蛘{(diào)控與熟知的動物科學(xué)專業(yè)知識結(jié)合起來，更容易理解基因是如何控制具體性狀的。

2.2 概念圖的應(yīng)用

概念圖是將抽象概念相互關(guān)聯(lián)， 并使之可視化的一種表達(dá)方式，它利用方框、圓圈、線條、箭頭和關(guān)鍵詞等把特定知識內(nèi)容分解成一個中心概念和幾個一般概念， 按照邏輯關(guān)系進(jìn)行合適的排列和連接，使知識內(nèi)容變成形象和直觀的圖像［10-12］。用一篇具體文獻(xiàn)舉例說明如何將閱讀的英文論文以概念圖的形式展現(xiàn)， 以Chung 等［13］2017 在《Epigenetics》 上 發(fā) 表 的 “Active H3K27me3 demethylation by KDM6B is required for normal development of bovine preimplantation embryos” 為例（見圖1）。

圖1 文獻(xiàn)實驗設(shè)計概念圖

該論文的核心是使牛2-8 細(xì)胞期胚胎中H3K27me3 增加，分析胚胎發(fā)育可能的變化。 這個核心問題用最明顯的雙線框標(biāo)識，就是圖1 中“2-8 細(xì)胞期胚胎H3K27me3 增加”。 為了使牛2-8 細(xì)胞期胚胎H3K27me3 增加， 作者運用siRNA 技術(shù)敲低了能夠抑制H3K27me3 去甲基化酶的基因KDM6B 的表達(dá)， 這個主要技術(shù)用四角凹框標(biāo)識。文中顯示，H3K27me3 增加引起胚胎發(fā)育的3 個方面的變化， 第一， 胚胎不易順利發(fā)育到囊胚階段，就是圖中“胚胎發(fā)育到囊胚階段受阻”。 第二，即使發(fā)育到囊胚階段的胚胎，它們的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（inner cell mass，ICM）和滋養(yǎng)層（trophoblast，TE）細(xì)胞數(shù)目減少，并且8 細(xì)胞期胚胎轉(zhuǎn)錄組發(fā)生改變，這些由H3K27me3 增加引起的發(fā)育變化用四角圓框標(biāo)識，轉(zhuǎn)錄組改變具體體現(xiàn)在與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、染色質(zhì)重塑、蛋白質(zhì)分解代謝基因表達(dá)減少，這些變化用橢圓標(biāo)識。 為了驗證上述結(jié)果，作者用GSK-J4 處理，使胚胎H3K27me3 去甲基化酶活性受到抑制，得到與KDM6B 敲低一樣的效果，這個補(bǔ)充實驗用虛線四角凹框標(biāo)識。 而每一個結(jié)果的獲得需要用到的技術(shù)用直角方框標(biāo)識。 所以用一張概念圖就將核心問題用不同形狀的方框或圓圈表示不同層次，將一篇論文的實驗設(shè)計、實驗方法和實驗結(jié)果呈現(xiàn)在一張圖上，一目了然。使用這樣的概念圖不僅能夠使學(xué)生理清文獻(xiàn)的內(nèi)容，也能鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力， 能否用簡要圖表說明一篇復(fù)雜的論文， 同時還有利于幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方式。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式能培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、交流和討論的能力，還能培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生將知識和內(nèi)容歸納總結(jié)并按照自己的理解講授出來［14-15］。筆者在表觀遺傳學(xué)教學(xué)過程中將上述英文文獻(xiàn)閱讀、概念圖和翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合，學(xué)生以小組為單位，課下閱讀英文文獻(xiàn)，在充分理解文獻(xiàn)之后，用概念圖歸納總結(jié)文章實驗設(shè)計思路。在這個過程中，有些問題需要學(xué)生自己查閱資料， 查找有些較難理解的知識點或?qū)嶒灧椒ā?這樣能培養(yǎng)學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問題自己積極主動查閱資料的習(xí)慣和自己解決問題的能力。

歸納繪制好概念圖， 要求各小組的學(xué)生在課堂上講授閱讀的文獻(xiàn)， 向其他同學(xué)講解自己理解的文章思路、用到的實驗方法的原理與應(yīng)用，并與表觀遺傳基礎(chǔ)知識的結(jié)合講述給其他同學(xué)， 同時解答同學(xué)的疑惑。 學(xué)生理解不到位或者理解不一樣的問題或知識點，由老師進(jìn)行點評并逐步分解。在這個講授的過程中， 能進(jìn)一步加深學(xué)生對文獻(xiàn)的理解，也能使其他同學(xué)理解這篇文獻(xiàn)，達(dá)到雙向教學(xué)效果。

3 結(jié)語

表觀遺傳學(xué)是目前較為年輕的一個遺傳學(xué)分支， 傳統(tǒng)的動物遺傳學(xué)課程涉及表觀遺傳學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容，但不夠深入。聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院對動物科學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)表觀遺傳學(xué)課程作為一個專業(yè)提高課，對學(xué)生遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基礎(chǔ)要求較高，傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生感覺枯燥，不易理解。 筆者將英文文獻(xiàn)閱讀、概念圖和翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合在一起，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情， 增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)的積極性，提高了英文閱讀能力，也鍛煉了學(xué)生綜合歸納的能力。 在閱讀文獻(xiàn)和制作概念圖的過程中，對以前不懂的知識需要查閱資料，理解多種實驗技術(shù)的原理和應(yīng)用， 再把這些文獻(xiàn)中的實驗設(shè)計思路和實驗技術(shù)講解出來， 其他同學(xué)在學(xué)習(xí)的過程中也能理解多種實驗設(shè)計思路和實驗技術(shù)，對學(xué)生以后工作和學(xué)習(xí)是非常有益的。該種結(jié)合英文文獻(xiàn)閱讀、 概念圖和翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式也適用于動物科學(xué)專業(yè)及類似專業(yè)的課程教學(xué)。