細胞生物學立體化教學體系的構(gòu)建與實踐

李紹軍 高梅 胡鑫 姚雅琴 羅志斌

摘要：細胞生物學是現(xiàn)代生命科學領(lǐng)域中的三大基礎(chǔ)學科之一，也是生命科學前沿研究領(lǐng)域中的重要理論指導來源與常用研究手段。在本科教學中建立和完善立體化教學體系，有助于學生建立牢固的生物學理論基礎(chǔ)與科學思維方式。通過完善多媒體素材與網(wǎng)絡(luò)平臺、在課堂內(nèi)采用引導式教學、組織學習小組開展專題研究、與全程科研訓練對接等方式激發(fā)學生興趣，促使學生養(yǎng)成探索式、主動式學習風氣，形成良好的教學模式，在實踐中取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：細胞生物學；立體化教學；實踐

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2012）02-0023-03

細胞生物學是現(xiàn)代生命科學領(lǐng)域中的三大基礎(chǔ)與帶頭學科之一（這三大學科分別是生物化學與分子生物學、細胞生物學、遺傳學）。所有的生命活動都離不開作為生物體結(jié)構(gòu)與功能的單位——細胞，許多生物學問題在細胞與分子層面進行探討能讓人對其理解更為透徹。所以，現(xiàn)代生命科學研究中相當多的資源是立足于細胞生物學領(lǐng)域的研究。細胞生物學這門學科從細胞的顯微、亞顯微、分子等多個層面水平上把結(jié)構(gòu)和功能結(jié)合起來，闡述生物體與細胞的生長、發(fā)育、免疫、分裂、分化、繁殖、信號傳導、運動、遺傳、變異、衰老和死亡等基本生命現(xiàn)象[1]。從農(nóng)業(yè)到醫(yī)學，從細菌的活動到人類大腦的活動，從植物保護到作物抗逆機制，生命科學中各種應(yīng)用與前沿領(lǐng)域都離不開細胞生物學的方法、手段，因此，細胞生物學是現(xiàn)代生命科學領(lǐng)域的重要學科之一。

一、國內(nèi)外細胞生物學教學狀況

由于細胞生物學是現(xiàn)代生命科學領(lǐng)域的基礎(chǔ)學科，國內(nèi)外綜合性或?qū)ｉT性的教學機構(gòu)都將細胞生物學教學放在特別重要的地位，教學手段的建設(shè)也發(fā)展迅速。

細胞生物學課程本身的知識內(nèi)容多、理論推導復(fù)雜，學生平時的學習會遇到理解方面的困難。因此，國外許多教學機構(gòu)很早就開展了將深奧難懂的理論知識以直觀、形象的方式向?qū)W生教授的模式探索。隨著多媒體技術(shù)的興起，他們制作了許多精美的動畫，演示細胞生物學中抽象難懂的內(nèi)容，例如，細胞分裂、細胞骨架蛋白的組裝與去組裝、肌肉運動、白細胞運動、細胞衰老等。這些平時沒有直觀感受的、關(guān)于分子細胞生物學方面的抽象內(nèi)容轉(zhuǎn)換成教學動畫素材后，形象地幫助學生去理解相關(guān)知識內(nèi)容，使得他們對生命的奧秘有了深入的理解，并進一步對細胞生物學產(chǎn)生濃厚的興趣，從而最終投身于生命科學領(lǐng)域的科學研究。從近50年來諾貝爾獎頒布情況來看，接近90%的諾貝爾獎項目與細胞生物學有關(guān)，這個情況一方面表明細胞生物學在現(xiàn)代生命科學研究中的重要地位，另一方面也從側(cè)面反映出國外重視細胞生物學的教學，從而培養(yǎng)大批專業(yè)基礎(chǔ)扎實而富有創(chuàng)新能力的科學研究人才。

國內(nèi)重點綜合性大學也都非常重視細胞生物學的教學與研究，從1950年細胞生物學的正式誕生開始，蘭州大學、北京大學就建立了專門的細胞生物學教學與科研機構(gòu)。目前中山大學、北京大學、中國醫(yī)科大學、北京師范大學等985、211高校先后建立了細胞生物學教學網(wǎng)站。近年來，根據(jù)對國家自然基金項目審批情況的不完全統(tǒng)計與分析，國內(nèi)這些學校在生命科學領(lǐng)域中所申報成功的項目里細胞生物學所占的比重逐年增高。例如，北京大學承擔的生物方面國家自然基金中，近五年來細胞生物學領(lǐng)域有關(guān)研究從50%上升到近80%；西北農(nóng)林科技大學在學校學科發(fā)展戰(zhàn)略性政策傾斜思想指導下越來越重視細胞領(lǐng)域的研究，近年來國家自然基金獲批數(shù)量飛速增長，這也與對細胞研究的重視有關(guān)。這些國內(nèi)情況表明，隨著細胞生物學的發(fā)展，科研工作人員研究水平逐步提高，而大學要培養(yǎng)高水平生命科學領(lǐng)域的科學家，就必須要重視包括細胞生物學在內(nèi)的三大基礎(chǔ)科學的教學與研究，這對高校教師完善科研思維、促進他們的科研發(fā)展具有重要作用。

然而，細胞生物學內(nèi)容繁雜，抽象的地方多，而且新方法、技術(shù)、觀點層出不窮。這導致學生在學習細胞生物學的過程中有一定的難度。同一個班級，不同學生個體差別很大，特別是傳統(tǒng)的、單一進程的輸灌式教學方式容易導致學生學起來產(chǎn)生枯燥感，挫傷他們的學習積極性。這樣的狀況不利于細胞生物學的學習。因此，建立一套立體化教學體系，啟發(fā)式、探索式的學習也許能讓不同層面的學生找到適合自己的路徑以便更好地學習[2]。

二、立體化教學理念與實踐

立體化教學包括立體化教學資源、立體化教學層次和立體化教學評價，主張綜合利用網(wǎng)絡(luò)平臺、多媒體課件等手段循序漸進地傳授基本知識，形象而系統(tǒng)地傳授抽象的內(nèi)容，因材施教，對不同個性的學生制定廣度和深度不同的個性化教學內(nèi)容，基于“厚基礎(chǔ)、重個性”的理念開展立體化培養(yǎng)，對學生的學習與提高、教師的教學與科研都有許多好處[3-5]。

（一）教學資源的立體化

依據(jù)教學大綱設(shè)置內(nèi)容合理、多媒體豐富的學習平臺，讓不同的學生找到適合自己的學習模式[6-7]。全方位、立體化的教學首先在資源上能把細胞生物學抽象的知識形象而生動地呈現(xiàn)給學習者，知識密度大、表現(xiàn)力強，通過將教學內(nèi)容化靜態(tài)為動態(tài)、化抽象不可見為直觀可見、化復(fù)雜多變?yōu)楹啙嵜髁耍梢皂樌匾龑W生突破思維障礙，使原本艱難的教學活動充滿魅力，更能有效地激發(fā)學生的學習興趣和欲望。例如，在緒論中引入哈佛大學制作的白細胞在毛細血管內(nèi)壁滾動和鉆入發(fā)炎組織部位過程分子細胞生物學機制的動畫，讓學生體會到不起眼的生命活動現(xiàn)象中原來也有如此多的奧秘，好奇心被激發(fā)出來，從而對課程各部分的學習產(chǎn)生濃厚的興趣。在細胞骨架章節(jié)中回顧并詳細講解這段動畫，有助于學生形象地理解相關(guān)知識，并能夠與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能、中心法則、蛋白質(zhì)分選等內(nèi)容開展知識點之間的立體化聯(lián)系。又如肌肉運動中的肌絲滑行過程反應(yīng)步驟多、抽象而復(fù)雜，用動畫可直觀地演示動作電位產(chǎn)生、鈣離子釋放、鈣離子結(jié)合、原肌球蛋白位移、ATP分解釋放能量、肌動蛋白與肌球蛋白之間的相互運動、鈣離子回收等生理過程。原來枯燥、呆板、深奧的科學原理，從多角度、多層面以更真實、更直觀、更立體的方式表現(xiàn)出來，更加便于學生對知識的理解和掌握，使艱深的專業(yè)知識學習成為一種樂趣。在傳統(tǒng)的教學中，教師講解這些內(nèi)容面向不同班級的學生要多次反復(fù)地在黑板上畫圖、板書，有時因為內(nèi)容艱深容易顧此失彼，徒增學生的困惑，而形象生動的動畫能大大減輕教師的負擔，大大增加課堂內(nèi)的有效講授時間，較好地解決學時少、內(nèi)容多的矛盾。通過教學資源的立體化，向?qū)W生提供一個生動而豐富的教學課件與網(wǎng)絡(luò)平臺，對傳統(tǒng)教學時間、空間是一種突破，可為學生提供充分的課后學習資源，作為學生補充學習之用，也為學有余力的學生對某些感興趣的領(lǐng)域自學提供良好的平臺和深入思考的空間。

（二）教學層次的立體化

立體化教學不僅僅是建立一個學習網(wǎng)站和向?qū)W生提供多媒體課件，而是要在教學大綱與具體標準的合理化調(diào)整中優(yōu)化教學內(nèi)容，面向個性化的學生，提供不同的學習通道，建立多層次的教學模式。這就要在教學中認真研究知識模塊與教學重點的安排[8-9]，形成一個從結(jié)構(gòu)到功能、從基礎(chǔ)知識到綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)的完整教學體系。要達到良好的教學效果，就要認真貫徹“厚基礎(chǔ)、重個性”的教學理念。第一，打好扎實的理論知識基礎(chǔ)是前提；第二，鼓勵學生根據(jù)自己的興趣，提供個性化發(fā)展研究能力鍛煉平臺，以便他們將來面向自己的專業(yè)研究是關(guān)鍵。近年來，我們從以下兩個角度開展了教學改革探索。

1.指導建立學習小組，互幫互助，課堂內(nèi)外開展討論活動

由于長期的應(yīng)試教育模式，很多學生養(yǎng)成一種較為封閉的學習性格。要么是遇到問題等待老師講解，要么就是對學習中遇到的問題采取逃避的方式。這樣造成的結(jié)果是有些學生逐步落后并發(fā)展出對專業(yè)的冷漠情緒，最終導致部分學生畢業(yè)狀態(tài)不理想，最后轉(zhuǎn)行另尋出路。因此，我們在教學開展的初期就組織學生以宿舍為單位或者學號段為單位的方式組成學習討論小組。各小組每個章節(jié)開始前根據(jù)分配的任務(wù)，將章節(jié)中的基礎(chǔ)知識與基本概念點帶領(lǐng)大家預(yù)習；每個章節(jié)結(jié)束后，引導小組總結(jié)知識網(wǎng)絡(luò)體系，注意討論某些重要概念、重要理論。以細胞程序性死亡為例，科學家是發(fā)現(xiàn)了哪些現(xiàn)象？他們在思考相關(guān)機制問題的過程中，選擇了什么樣的研究思路？采用了什么技術(shù)手段？這些相關(guān)的技術(shù)手段能夠提供什么結(jié)果？這些試驗數(shù)據(jù)、圖表之間的科學邏輯關(guān)系是如何組織的？因此，學習小組的建立，以先進帶動后進，加強了學生的溝通能力與互相幫助的能力，也有利于學生打開科學視野，理清知識之間的脈絡(luò)，領(lǐng)悟科學研究方法與思維。

2.布置學科發(fā)展前沿的討論與演講，挖掘苗子，與全程科研訓練對接

在課堂教學中，我們根據(jù)課堂內(nèi)容適當布置相關(guān)領(lǐng)域理論和應(yīng)用方面的研究進展討論，特別是諾貝爾獎項中細胞生物學方面的前沿研究領(lǐng)域；向?qū)W生介紹周圍一些教師的科研計劃，從而鼓勵和引導感興趣的學生對某些科學問題進行深入的思考。當然，本科生個人的發(fā)展水平參差不齊，有的學生能從科研論文中提煉出科研思維、研究方法和思路，而有的學生這方面的理解能力尚未開發(fā)，因此，在安排這方面的課堂活動過程中要特別提醒學習小組通過討論，摸索學會閱讀科研文獻。對于一些學有余力、精力旺盛、思維活躍與動手能力發(fā)展較好的學生，鼓勵他們閱讀經(jīng)典SCI文章，用自己的話在課堂討論中講解經(jīng)典文獻中的科學研究思路。通過課內(nèi)外討論，對表現(xiàn)突出者給予較高評價，鼓勵這些表現(xiàn)突出的學生寫專題課程論文或者綜述性文章，幫助他們修改，并介紹他們參與全程科研訓練。

從近兩年教學改革探索來看，本碩博連讀、參與大學生科創(chuàng)計劃的學生因為參與導師的科研項目較早，我們適當安排這些學生在課堂講解一些他們感興趣的專題或者所在實驗室的一些研究背景。通過這種方式，既鍛煉了優(yōu)秀學生，也通過他們的示范帶動全班學生的學習積極性。一些思維活躍和動手能力較強的學生，介紹他們參與我們的研究后，做了一些基礎(chǔ)的工作，直接參與到細胞生物學方面的全程科研訓練。這種多層次個性化的培養(yǎng)通道，使得學生獲得了更廣闊的發(fā)展空間。

（三）教學評價的立體化

細胞生物學課程旨在培養(yǎng)既有扎實的理論基礎(chǔ)，又有較強的實驗技能及創(chuàng)新精神的學生。因此，教學活動的最后環(huán)節(jié)——評價學生的學習效果就要根據(jù)不同層次的學生制定立體化的教學評價。在近年來的教學改革活動中，實驗教學單獨設(shè)置學分、列為專門課程，以小班的形式綜合培養(yǎng)學生的動手能力；更多前沿進展放置在“現(xiàn)代細胞生物學導論”本科生公共選修課中，以額外延伸的形式拓展學生的視野。在主干理論課程的最終成績評價中，我們設(shè)置30%—40%的比例作為平時成績，綜合根據(jù)學生在學習中的表現(xiàn)，評價其創(chuàng)新精神、科學精神、科學表達能力的發(fā)展程度。在期末考試中，根據(jù)“厚基礎(chǔ)、重能力”的原則設(shè)置考試題目。除了基本概念、基本理論的考試內(nèi)容外，適當引入與編制一些能夠考核學生分析能力、綜合運用能力的題目。這種立體化的評價體系使學生盡量擺脫死記硬背的陋習，更注重發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力與好奇心，有助于學生綜合能力的培養(yǎng)。

三、立體化教學實施效果反饋

立體化教學體系的特色是：立足基礎(chǔ)、注重能力培養(yǎng)、激發(fā)學生學習興趣的自主式、互動式學習。立體化教學對學生而言不再是被動與輸灌，而是由學生自己主動控制與探索，這有利于培養(yǎng)學生的主動性和創(chuàng)造性。教師在講授過程中可以集中精力對授課內(nèi)容進行分析和闡述，充分利用舉例、圖解、動畫、比較、歸納等方法，把教學重點和難點分析透徹，并且還有時間講解細胞生物學最新的前沿知識及科研思路，引導學生理論聯(lián)系實際，豐富課堂內(nèi)容，增加課堂信息量，事半功倍地提升教學水平和授課效果；同時，專題討論、與全程科研訓練對接，有助于激發(fā)學生的好奇心與主動性，有助于學生綜合能力的培養(yǎng)。

立體化教學的探索已經(jīng)開展兩年，學生在交流信件中說：“……課程內(nèi)容是很豐富的，遠至生物學的啟蒙時期，近至近期國際頂尖雜志上發(fā)表的重大發(fā)現(xiàn)和最新的研究熱門，都有所涉獵。除了比灌輸知識的傳統(tǒng)教學方式更加靈活之外，難能可貴的是能夠讓同學們自己探究、鉆研。……除此之外，教師還讓我們自己選擇喜歡的方向看一看文獻、寫一寫綜述，還表達了希望我們能夠自己發(fā)表的愿望。頃刻間，我看到了動力所在，于是整理平時看過的一些文獻，用自己很拙劣的語言去組織拼湊出自己的第一篇文字，很榮幸地，它受到了教師的好評。受到肯定的這剎那間的歡愉是無與倫比的，它堅定了我繼續(xù)自己理想的信念，讓我為自己的夢想去繼續(xù)努力地付出。”學生普遍反映通過這種立體化的學習，學到了重要研究成果中的科學研究思路。通過這些立體、全方位、多樣化的教學形式，給予及時的鼓勵與指導，激發(fā)了學生的學習熱情，培育了他們對專業(yè)研究的熱情，促進了大學生主動采用細胞生物學手段開展創(chuàng)新實驗計劃，部分學生專門選擇細胞生物學領(lǐng)域的導師報考，立志于該學科領(lǐng)域的研究。

開展立體化教學要特別注重“因材施教”，因此，根據(jù)細胞生物學的學科發(fā)展特點，與時俱進，不斷完善教學內(nèi)容，全方位考慮學生的個性化特點，遵循“三基并重、全面發(fā)展”的人才培養(yǎng)模式是立體化教學的核心價值。實踐立體化教學，對教師的能力也提出了更高要求，要求教師要深入鉆研教學研究，密切關(guān)注學科發(fā)展動態(tài)，不斷更新教學內(nèi)容和教學方法，不斷完善課程教學管理與引導，并根據(jù)學生的狀況不斷調(diào)整，及時自我更新，提高教學能力，以進一步完善細胞生物學立體化教學體系。

參考文獻：

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.細胞生物學（第3版）[M].北

京：高等教育出版社，2007.

[2][3]張雪娟，李珊珊，楊研.研究型教學：大學教學改革的

訴求[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2010，（12）.

[4]曾軍，陳宏遠.研究性教學模式在醫(yī)學細胞生物學教學

的應(yīng)用[J].山西醫(yī)科大學學報：基礎(chǔ)醫(yī)學教育版，2010，

(4).

[5]曹衛(wèi)星等.以課程體系改革為突破口，構(gòu)建新的人才培

養(yǎng)方案[J].中國大學教學，2004，（1）.

[6][8]鄒方東等.“細胞生物學”精品課程建設(shè)的探索與實

踐[J].高等理科教育，2010，（1）.

[7][9]王金發(fā)等.細胞生物學課程與立體化教材建設(shè)[J].

高等理科教育，2005，（3）.