科研成果引入“進(jìn)化生物學(xué)”課堂教學(xué)的探索
——以緬甸琥珀研究成果運(yùn)用為例

梁飛揚(yáng)

(湖南科技大學(xué) 生命科學(xué)與健康學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

科學(xué)研究和人才培養(yǎng)工作是高校不可分割的兩大職能，也是衡量高校教師專業(yè)水平的重要指標(biāo)。科研成果與教育教學(xué)是密切相關(guān)的，教師上課所教授的內(nèi)容實(shí)際上也是教材編寫之前的科研成果，因此往往有一定的滯后性，這就造成學(xué)生獲得的課堂知識與當(dāng)代前沿知識有一定的斷層[1]。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充教材的不足，讓學(xué)生有機(jī)會了解學(xué)科前沿，體會創(chuàng)新思維，可以直觀地了解科研是如何進(jìn)行的、科研成果是如何產(chǎn)生的，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

1859年達(dá)爾文《物種起源》的發(fā)表，標(biāo)志著以自然選擇為核心的生物進(jìn)化論誕生。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，進(jìn)化論在世界范圍內(nèi)得到了承認(rèn)，由一個(gè)理論成為一門現(xiàn)代科學(xué)——進(jìn)化生物學(xué)，進(jìn)化論的思想也融入了生命科學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科之中。進(jìn)化生物學(xué)的研究成果已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和健康、農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)、生物技術(shù)以及全球變化，甚至生態(tài)文明建設(shè)和社會發(fā)展等各個(gè)方面[2]。

進(jìn)化生物學(xué)主要研究生物界演化與發(fā)展規(guī)律，不僅從生物組織的不同層次揭示進(jìn)化的原因，也從時(shí)間上追溯進(jìn)化過程。進(jìn)化生物學(xué)綜合了古生物學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)等學(xué)科的研究成果，是這些學(xué)科研究成果的高度總結(jié)[3-4]。由此可見，進(jìn)化生物學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，與很多生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科教學(xué)內(nèi)容有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。本科進(jìn)化生物學(xué)課程是生命科學(xué)專業(yè)的專業(yè)課，學(xué)習(xí)這門課程可以幫助學(xué)生強(qiáng)化已經(jīng)學(xué)習(xí)的生物學(xué)知識；掌握與進(jìn)化生物學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識和內(nèi)容；理解生命活動的規(guī)律和生命的起源；知曉進(jìn)化生物學(xué)在社會發(fā)展、人類生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用；培養(yǎng)學(xué)生各方面的綜合素質(zhì)和個(gè)人能力[5]。

在很多人的認(rèn)知中，琥珀是一種名貴的有機(jī)寶石，因其獨(dú)特的形成機(jī)制也成為不同領(lǐng)域的科學(xué)家非常感興趣的研究材料。琥珀實(shí)際上是一類化石，是遠(yuǎn)古樹木分泌的樹脂，埋于地下，經(jīng)歷多種地質(zhì)作用變成了“樹脂的化石”。地質(zhì)學(xué)工作者可以通過琥珀對其產(chǎn)地的礦床、沉積物及地質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行研究。另外，樹脂是可以流動的，因此古代樹脂在活動過程中可能會將周邊的昆蟲包裹進(jìn)去，形成了今天的“蟲珀”。琥珀中的內(nèi)含生物除了昆蟲等小型無脊椎動物，還有脊椎動物以及植物等[6]。琥珀內(nèi)含物通常比較完整，保存了很多生物結(jié)構(gòu)，為生物演化提供證據(jù)，是非常重要的古生物研究材料，具有非常高的科學(xué)研究價(jià)值。目前，世界上已知的琥珀產(chǎn)地主要是波羅的海沿岸國家、俄羅斯、法國、西班牙、緬甸、多米尼加共和國及中國等國家。

1 緬甸琥珀的知識

緬甸琥珀(Burmese amber)主要產(chǎn)自緬甸北部克欽邦密支那(Myitkyina)到德乃(Tanai)一帶的胡康山谷(Hukawng Valley)，是亞洲最大的琥珀產(chǎn)地之一，其內(nèi)含生物也是世界上最重要的白堊紀(jì)生物群之一。結(jié)合近海環(huán)境、琥珀內(nèi)含物和火山碎屑等因素，通過鋯石進(jìn)行U-Pb同位素定年，得出緬甸琥珀的地質(zhì)年齡是98.79±0.62 Ma，該時(shí)代被稱為“白堊紀(jì)中期”[7]。

1.1 緬甸琥珀的主要成分

琥珀是“樹脂化石”，顏色從白色到黑色均有，典型的顏色為紅棕色，含有不同深淺的黃色、紅色和橙色，透明到不透明狀均有，通常來源于松、杉、柏等針葉植物[7]。利用13C核磁共振波譜和1H核磁共振波譜對琥珀及現(xiàn)代植物樹脂進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，緬甸琥珀樹脂可能來源于南洋杉科(Araucarianceae)貝殼杉屬(Agathis)樹木，主要成分是“規(guī)則構(gòu)型類半日花烷萜類”聚合物，不含琥珀酸[8-9]。

1.2 緬甸琥珀的內(nèi)含物

琥珀中含有非常多的遠(yuǎn)古動植物，而且這些動植物與琥珀的形成處于同一時(shí)期，因此，琥珀也被稱為“時(shí)空膠囊”，而且其中保存的動植物具有非常豐富的細(xì)節(jié)，對研究動植物的演化具有非常重要的意義。

緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)的古動物主要為節(jié)肢動物，已知66目508科881屬1 223種，大部分是昆蟲，也有一些脊索動物，比如兩棲類、鳥類以及非鳥恐龍等[10-12]。除了動物之外，有一些植物也在緬甸琥珀中被發(fā)現(xiàn)，比如被子植物的花朵、苔蘚類植物的子葉以及蕨類植物孢子囊葉片[13]。除了獨(dú)立的生物個(gè)體之外，緬甸琥珀內(nèi)含物還涉及昆蟲行為學(xué)和生態(tài)學(xué)的研究，比如昆蟲攜帶花粉、昆蟲的捕食、昆蟲的社會性、昆蟲的寄生等，展現(xiàn)了非常豐富的古生態(tài)現(xiàn)象[11]。通過琥珀內(nèi)含物我們可以直觀地看到遠(yuǎn)古時(shí)期的生物，這些生物記錄是研究生物進(jìn)化的重要證據(jù)。

2 緬甸琥珀科研成果進(jìn)課堂的方式

進(jìn)化生物學(xué)的科研成果涉及面廣泛，很多科研成果的理解需要對生命科學(xué)的理論基礎(chǔ)有比較好的掌握，相比而言，古生物學(xué)研究成果非常具體和直觀，故事性很強(qiáng)。對緬甸琥珀內(nèi)含生物的研究是近十年來古生物學(xué)研究領(lǐng)域最熱門的方向之一，將相關(guān)科研成果引入課堂，非常容易吸引學(xué)生的關(guān)注，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

古生物學(xué)研究成果與進(jìn)化生物學(xué)有非常緊密的聯(lián)系，古生物化石是生物進(jìn)化的重要證據(jù)之一，具有不可替代的地位。而長久以來，高等院校的生物科學(xué)專業(yè)在本科階段極少設(shè)置與古生物學(xué)相關(guān)的專業(yè)或課程，學(xué)生對古生物的印象僅僅停留在書本上、新聞里和博物館中，對化石沒有具體的認(rèn)知。將緬甸琥珀引入課堂，同學(xué)們能夠親眼見到、親手摸到，更能加深印象，提升對古生物的興趣，進(jìn)而專注于課堂，提高學(xué)習(xí)的主動性。

將科研成果帶進(jìn)課堂通常可以使用舉例和案例教學(xué)方式，下面就這兩種方式給出一定的參考方案。

2.1 以舉例方式充實(shí)教學(xué)內(nèi)容

舉例介紹是將科研成果較快引入本科生課堂的最直接的手段。教師基于學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需求，遵循教學(xué)的規(guī)律，使用通俗易懂的教學(xué)語言，將科研成果進(jìn)行加工，有條理地引入課堂教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量[14]。

在《進(jìn)化生物學(xué)》的教學(xué)中，可以直接將緬甸琥珀的科研成果作為例子放入不同的章節(jié)中。

例如，協(xié)同進(jìn)化是進(jìn)化生物學(xué)研究的熱點(diǎn)，特別是動物與植物之間的關(guān)系的研究，而昆蟲的訪花行為一直是協(xié)同演化的典型案例。通常，教師在課堂上會介紹一些具有長口器的昆蟲與具有長花管的花之間的專性的傳粉關(guān)系，一般在某一個(gè)地方的具有長花管的花和一種具有長口器的昆蟲有著一一對應(yīng)的關(guān)系，因?yàn)橹挥羞@類昆蟲才能吸取到這類花的花蜜，形成高度?；膫鞣坳P(guān)系，比如喜馬拉雅地區(qū)的紫花象牙參(Roscoeapurpurea)和長喙虻(Philolichelongirostris)[15]。這時(shí)，就可以引入緬甸琥珀的相關(guān)科研成果了，一些在緬甸琥珀中發(fā)現(xiàn)的長口器的昆蟲，比如長口器的張木虻、長口器麗蛉等[16]。這樣可以讓學(xué)生知道，昆蟲的訪花習(xí)性并不是現(xiàn)代才有，早在白堊紀(jì)時(shí)期部分昆蟲就有訪花的習(xí)性，使學(xué)生對生物的理解擴(kuò)大到更大的時(shí)間尺度上。

以舉例的方式將科研成果加入課堂中，簡單迅速，但是在教學(xué)過程中，缺乏激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的手段，對科研成果的理解比較淺顯，大部分學(xué)生無法了解獲得科研成果所經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)過程和科學(xué)思維。

2.2 以案例教學(xué)結(jié)合PBL模式引入課堂

案例教學(xué)法是指教師以案例為教學(xué)素材，結(jié)合教學(xué)主題，以啟發(fā)為主、引導(dǎo)為輔的教學(xué)方法[17]。與舉例教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相反，案例教學(xué)法以案例為基本素材，以學(xué)生為主體，將學(xué)生引入特定的情景中，促進(jìn)學(xué)生深入了解科研成果。PBL(problem-based learning)即以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，以問題作為學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，在分析、探究和解決問題的過程中去學(xué)習(xí)問題背后的知識，形成解決問題和自主學(xué)習(xí)的能力[18]。將科研成果加工成案例，結(jié)合PBL模式的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，引入課堂，這種教學(xué)方式非常適合將科研成果轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)資源。

進(jìn)化生物學(xué)內(nèi)容非常豐富，與生物科學(xué)其他相關(guān)學(xué)科有廣泛的交叉，有大量的真實(shí)科研成果可以應(yīng)用，具有進(jìn)行案例教學(xué)的先天優(yōu)勢，所以進(jìn)化生物學(xué)具有開展PBL結(jié)合案例教學(xué)的良好基礎(chǔ)。

2.2.1 根據(jù)知識點(diǎn)選取合適的教學(xué)案例

在進(jìn)化生物學(xué)教學(xué)中，根據(jù)所要講授的知識點(diǎn)，選擇合適的科研成果。編寫的案例應(yīng)該具有代表性和目的性，要基于教學(xué)大綱的教學(xué)要求和教學(xué)內(nèi)容，要能夠展現(xiàn)生物進(jìn)化這一課程核心。選取的科研成果應(yīng)該有針對性，由于課時(shí)有限，研究過程過于復(fù)雜的研究成果會使學(xué)生抓不住重點(diǎn)，影響學(xué)生對知識的理解和掌握。因此，要篩選兼具科學(xué)性和故事性的科研成果。生物科學(xué)的科研成果往往發(fā)表在英文期刊上，學(xué)生面對長篇的英文文章容易產(chǎn)生畏難情緒，難以專心閱讀，故事性較強(qiáng)的或者能在身邊發(fā)現(xiàn)的生物現(xiàn)象更能吸引學(xué)生的興趣。而且，可以選取中國科學(xué)家的研究作為案例，因?yàn)檫@些科研成果往往有一些原作者發(fā)表的中文文獻(xiàn)可供參考，有利于學(xué)生從零開始閱讀文獻(xiàn)。

例如，在講授“協(xié)同進(jìn)化”內(nèi)容時(shí)，重點(diǎn)講授“昆蟲與植物的協(xié)同進(jìn)化”，可以“昆蟲訪花行為”為案例。訪花行為本身就是我們能在身邊見到的，比如蜜蜂訪花、蝴蝶訪花等等，學(xué)生對這一行為有很直觀的印象，然后就可以引入緬甸琥珀中的訪花昆蟲的研究成果了。

2.2.2 基于案例科學(xué)設(shè)置問題

PBL教學(xué)法是以提出的問題為中心，通過啟發(fā)式的教學(xué)過程，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性去理解知識點(diǎn)。因此，如何利用案例科學(xué)地設(shè)置問題，是教學(xué)過程中的關(guān)鍵[17]。設(shè)置問題時(shí)應(yīng)該充分考慮本科學(xué)生的認(rèn)知水平和思維能力，通俗易懂，由易入難，逐漸深入。PBL教學(xué)模式中問題的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循四個(gè)原則：啟發(fā)性、生活性、沖突性和趣味性。

例如，在講授“協(xié)同進(jìn)化”內(nèi)容、利用“昆蟲訪花”案例時(shí)，可以提前設(shè)定問題讓學(xué)生思考：你有沒有見過昆蟲訪花行為？哪些昆蟲有訪花行為？不同的昆蟲訪花行為有什么特點(diǎn)？昆蟲身上有什么結(jié)構(gòu)與訪花有關(guān)？這樣引導(dǎo)學(xué)生觀察身邊的自然現(xiàn)象，對昆蟲的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入了解，并且發(fā)現(xiàn)昆蟲與植物之間的聯(lián)系，將學(xué)習(xí)過的植物學(xué)和動物學(xué)知識聯(lián)系起來，達(dá)到溫故而知新的目的。為了培養(yǎng)學(xué)生的“生物進(jìn)化”思想，可以提問“現(xiàn)在的昆蟲可以訪花，那么遠(yuǎn)古時(shí)期的昆蟲也會訪花嗎？昆蟲訪花是從什么時(shí)候開始的？”，引導(dǎo)學(xué)生在更長的時(shí)間尺度上看待生物，從而想到現(xiàn)生生物是由古生生物演化而來的，以此引出古生物學(xué)的研究。通過前期的文獻(xiàn)閱讀，學(xué)生已經(jīng)對緬甸琥珀中的昆蟲訪花行為有一定的了解，能夠?qū)F(xiàn)生昆蟲的訪花行為與遠(yuǎn)古時(shí)期的昆蟲訪花行為聯(lián)系起來。這時(shí)可以繼續(xù)設(shè)置一些問題：琥珀中的昆蟲是不會動的，為什么認(rèn)定它們有訪花行為？有哪些信息是能夠直接確定昆蟲訪花的？有哪些是昆蟲訪花的間接證據(jù)？這些問題可以引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)昆蟲身體上的一些特殊結(jié)構(gòu)與訪花行為的關(guān)系，理解訪花昆蟲與開花植物之間的“協(xié)同進(jìn)化”關(guān)系。在學(xué)生構(gòu)建了“訪花昆蟲與開花植物協(xié)同進(jìn)化”的概念之后，可以設(shè)置一些關(guān)于研究材料和研究方法的問題：琥珀是怎么獲取的？琥珀原石是什么樣子的？怎么在不破壞琥珀的情況下知道昆蟲的詳細(xì)特征？可不可以從琥珀中提取古代生物的DNA？采用這種層層遞進(jìn)的教學(xué)模式，不僅可以使學(xué)生充分理解“協(xié)同進(jìn)化”這一內(nèi)容，還可以使學(xué)生與“科學(xué)繪圖”“顯微鏡使用”“DNA提取”等學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生聯(lián)系，提高學(xué)生應(yīng)用生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決問題的能力。

3 緬甸琥珀科研成果進(jìn)課堂的反思

進(jìn)化生物學(xué)是一門綜合性非常強(qiáng)的學(xué)科，集合了很多學(xué)科的科研成果，比如古生物學(xué)、動物學(xué)、植物學(xué)、生物地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科，同時(shí)，進(jìn)化生物學(xué)也可以看作是這些學(xué)科的橋梁，將不同學(xué)科的研究成果聯(lián)系起來，所以，學(xué)習(xí)進(jìn)化生物學(xué)知識，培養(yǎng)具備生物進(jìn)化思想的生物科學(xué)專業(yè)本科生，是非常有必要的。

生物進(jìn)化一直是學(xué)生非常感興趣的話題，進(jìn)化生物學(xué)課程主要講授生物進(jìn)化的證據(jù)、生物進(jìn)化的原因以及生物進(jìn)化的理論等。以緬甸琥珀為切入點(diǎn)可以引出很多生物進(jìn)化史上的知識，比如地球的地質(zhì)歷史、琥珀的形成、被子植物起源、昆蟲與植物的協(xié)同進(jìn)化、白堊紀(jì)時(shí)期物種大滅絕等等，都非常容易引起學(xué)生注意。

緬甸琥珀內(nèi)含生物研究是古生物學(xué)研究的熱點(diǎn)，也是目前生物學(xué)科研究的前沿之一。近年來，中國學(xué)者在緬甸琥珀研究中有很多重大發(fā)現(xiàn)，比如介殼蟲育幼行為的發(fā)現(xiàn)、多種訪花昆蟲的發(fā)現(xiàn)、古鳥類的發(fā)現(xiàn)、非鳥恐龍羽毛的發(fā)現(xiàn)等，這些研究成果都是很典型的可以引入進(jìn)化生物學(xué)課堂的教學(xué)資源[11-12]。以這些科研成果為案例，采用多種教學(xué)模式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幣偶庸?，與理論知識有機(jī)結(jié)合，條理清晰地引入課堂，可以增進(jìn)學(xué)生對我國科學(xué)研究的了解，激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升教學(xué)質(zhì)量。

舉例教學(xué)適用于引入最新的科研成果，但是后期需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例。舉例教學(xué)是現(xiàn)在課堂教學(xué)中用到的最普遍的方法，通常由教師講解知識點(diǎn)，然后以舉例方式介紹一些事物或現(xiàn)象。這種教學(xué)方式對教師而言使用門檻低，不需要對例子進(jìn)行精雕細(xì)琢，是一種“灌輸式”的教學(xué)方式，而學(xué)生只能被動接受，有時(shí)候可能會左耳朵進(jìn)右耳朵出，實(shí)際教學(xué)效果比較差。但是，這一方式也有一定好處，一方面，一些非重點(diǎn)講解的和比較容易理解的知識點(diǎn)采用舉例教學(xué)，節(jié)省了時(shí)間；另一方面，舉例教學(xué)可以及時(shí)地將最新的科研成果直接介紹給學(xué)生，讓學(xué)生能夠馬上接觸到最新的科學(xué)知識。

案例教學(xué)法和PBL模式是我國教育改革中經(jīng)常采用的教學(xué)方法。將案例教學(xué)結(jié)合PBL模式引入進(jìn)化生物學(xué)，以案例為中心，以問題引導(dǎo)，讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)會主動學(xué)習(xí)、培養(yǎng)科學(xué)思維，將抽象的理論知識變得生動形象，提高學(xué)生解決問題的能力。

科技發(fā)展日新月異，科研成果層出不窮，課堂時(shí)間是有限的，進(jìn)化生物學(xué)也不完全是古生物學(xué)，還有其他很多學(xué)科的知識和內(nèi)容，因此，教師要選取最具代表性的科研成果進(jìn)入課堂，而一些擴(kuò)展性的知識，可以提供參考文獻(xiàn)目錄讓學(xué)生自己去檢索，也可以構(gòu)建線上課程資源平臺，將學(xué)術(shù)論文、圖片及視頻資料上傳網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生課外學(xué)習(xí)。

科研成果進(jìn)課堂的探索是一項(xiàng)系統(tǒng)而長期的工程，不僅需要教師有深厚的教學(xué)理論及實(shí)踐基礎(chǔ)，還強(qiáng)調(diào)教師具有較為開闊的學(xué)術(shù)視野，能夠抓住學(xué)科前沿，實(shí)時(shí)更新自己的科學(xué)知識，基于教育教學(xué)原理，將科研成果轉(zhuǎn)變?yōu)榻逃Y源融入日常的課程教學(xué)中，讓學(xué)生能接觸到科學(xué)前沿，開闊其視野，拓展其見識，激發(fā)其好奇心。并且可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目，這樣，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新意識，而且還能增加師生互動，達(dá)到教學(xué)相長、共同進(jìn)步的目的?？傊?，將科研成果融入課堂教學(xué)，將科研與教學(xué)有機(jī)統(tǒng)一起來，是提升本科教學(xué)質(zhì)量、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的必經(jīng)之路。