針對綜合性大學工科專業學生的細胞生物學課程內容的優化

黃思羅 楊英 春雷 蔣濤 余龍江

摘要：隨著生命科學的迅猛發展及其對相關學科影響的日益增加，我國綜合性大學陸續開展了針對非生物醫學類專業學生的生物學通識教育課程，其中細胞生物學是該類課程的核心內容之一。華中科技大學近年來也針對電子信息和通信專業學生開設了生物學通識教育課程，因此細胞生物學教學需要針對該專業學生的知識結構、思維模式和后期發展方向進行課程內容的優化，以期達到更好的教學效果和人才培養質量。本文總結了面向學校電子信息與通信專業學生的細胞生物學課程優化設計及教學實踐情況，以期為針對工科專業的該課程教學提供一定的思路和經驗。

關鍵詞：工科專業；電子信息與通信；細胞生物學；課程優化

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）48-0131-02

一、生物學通識教育公共課的發展及通識課程中細胞生物學教學所面臨的問題

20世紀50年代以來，生命科學發生了翻天覆地的變化，已經發展成為一個技術發展迅速、應用領域廣泛、學科交叉眾多的綜合性科學。近年來，我國許多重點大學尤其是綜合性大學陸續開展了針對全校學生的生物學通識教育公共課，如《生物學基礎》、《現代生物學》、《生命科學導論》等，使之成為學校通識教育體系的重要組成部分[1]。設置這類通識教育公共課的目的，旨在培養非生物專業學生的綜合素質，促進生命科學與相關專業進行學科交叉融合。這類課程的開設和建設推廣取得了良好的效果，如清華大學、上海交通大學、南京大學、廈門大學等高校開設的生物學公共課程均被評為國家級精品課程[2，3]。

不同學校的通識教育中，各種生物學公共課一般為32—64學時，普遍涵蓋普通生物學、生物化學與分子生物學、遺傳學、細胞生物學等多個二級學科的內容。其中，細胞生物學是重要組成部分。但整體上看，該類生物學公共課中，細胞生物學教學主要存在兩個問題：一是相對于不同生物學、醫學專業中細胞生物學教學的56—88學時，該類公共課中細胞生物學的學時一般不會超過20學時，甚至更少；二是相對于其他生物學二級學科，細胞生物學在高中理科生物教學大綱中占較大比重，一些基本知識點如細胞和重要細胞器的概念以及基本功能均已涉及[4]。因此，對于生物學公共課中的細胞生物學教學來說，一方面學時較少，無法深入開展復雜知識點的教學；另一方面，由于高中生物教學中已涉及相當數量的細胞生物學中的基本知識，單純講授這些知識點會導致學生覺得學習內容重復乏味。但是，如果像專業課程那樣，系統講授全部的細胞生物學復雜知識點，不僅學時不夠，而且學生因為缺乏相應的前期知識基礎，對這些過于專業的復雜知識點難以吸收和消化，不利于培養學生對生物學的興趣，從而難以促進學科的交叉融合。

二、學校電子信息與通信專業學生生物學公共課的要求和特點

在我校電子信息與通信學院和生命科學與技術學院的共同努力下，針對電子信息與通信專業三年級本科生，開展了相應的生物學公共課。顯而易見，該課程既不同于針對生物學、醫學、農學等專業學生的專業教學，也不同于針對全校所有非生物學專業的通識教育體系中的生物學公共課。該課程需要讓學生通過課程的學習，認識生命系統的本質特征和規律，理解生命的內涵，熟悉生命科學的思維方式和方法，但并不需要像生物學相關專業學生那樣，了解過深過細的生物學內容，也無須掌握非常專業的實驗技能。而且，也不能像常規通識教育公開課那樣，僅僅停留于了解生命科學，必須要著眼于電子信息與通信專業和生命科學之間的交叉與應用，其教學深度和側重點都不能將生物學教學簡單地作為浮光掠影的科普和通識。此外，前述常規生物學通識教育中細胞生物學教學所面臨的兩個問題依然存在，無論是較短的課時，還是與高中生物教學基礎知識點的重復，都為該類公共課的課程設計帶來一定的挑戰。

由于高中和本科階段計算機技術通識課程的學習，以及家用計算機和智能手機的廣泛普及，現在本科生的知識結構普遍涵蓋計算機的基礎概念和常規應用。而對于大部分高年級工科專業學生來說，無論在日常生活還是工科專業知識學習過程中，都廣泛應用計算機，其計算機理論和應用水平均具備一定的高度，相當比例的學生考取了相關計算機水平證書。而且，細胞生物學是研究細胞的結構、功能和各種生命規律的一門科學，細胞是自然或碳基生命的基本單位和主體。同樣，計算機也可理解成電子或硅基生命的基本單位，無論是每個生命基本單元的內部結構和運作，還是不同生命基本單元間的相互作用和聯系，兩者間在各個層面均有著天然的類似性。同時，無論是利用細胞來實現邏輯運算的細胞電路和計算機，還是利用計算機來模擬細胞運行的虛擬細胞，都是目前學科交叉的重要發展方向。

三、針對電子信息與通信專業本科生細胞生物學課程的優化策略

如前所述，根據我校目前開展的針對電子信息與通信專業本科生的生物學公開課中細胞生物學教學的授課目標和存在問題，結合生物學相關專業教學體系，以及學生的專業知識結構和思維特點，我們對該公共課細胞生物學的教學設計進行了改革與優化，其思路主要為：（1）在內容上，主要講授細胞生物學的基礎知識點，不涉及過深過細的復雜知識點。（2）將細胞各組成部分及其功能與計算機各組成部分及其功能相互聯系和對應，如將細胞中的中心法則對應為計算機操作系統，病毒對應為計算機插件，染色體中DNA對應為穩定儲藏不可變信息的計算機硬盤，信使RNA對應為計算機隨時提取信息的內存等。此外，從信息化的角度，介紹最新的細胞生物學研究技術，如從條形碼的角度解讀單細胞標記技術。（3）追蹤學科最新進展，但不刻意強調具體細節，主要從概念性和新觀點、新模型、新假說的角度，介紹細胞生物學前沿知識。（4）密切結合實際應用，特別是該專業學生有可能參與或感興趣的應用，如醫療大數據、基于神經網絡的機器學習等。

根據上述課程設計的優化原則，教學中較少涉及過深過細的知識點，并在教學中采用從計算機和信息的角度對應介紹細胞生物學基礎知識點；及時介紹學科最新進展，展示一系列不同模型和假說的認知過程；并從實際和潛在應用的角度，鞏固加深對基礎知識的運用。因此，教學內容的優化，既避免了學生覺得重復乏味，也有助于該專業學生在掌握了一定的計算機知識后，能從另一層面認識生物學的基本規律，促進他們從計算機和信息的角度思考、參與和解決生物學問題。因此，本文針對電子信息與通信專業本科生的細胞生物學課程教學要求，優化設計了特色鮮明的教學內容體系，有助于提高該專業學生的生命科學素質和跨學科交叉學習能力。

隨著生命科學的迅猛發展及其與不同學科的深度交叉融合，極大促進了相關學科的發展和人才培養質量的提高。目前，越來越多的非生物學專業學生，尤其是理工科專業學生，積極學習并參與生命科學相關的科學研究和開發。本文針對電子信息與通信專業學生進行的細胞生物學教學內容的優化與教改實踐探索，可為這種既不同于傳統專識教育也不同于一般通識教育的細胞生物學教學，提供新的思路和經驗。

參考文獻：

[1]董翠，張繼英，肖穎.在我校開設《生命科學導論》公選課的探討與實踐[J].現代企業教育，2014，（16）：351.

[2]吳磊，朱凌云，柳瓏.生物學公共課教學的核心價值及其實現[J].高等教育研究學報，2013，（36） （s1）：100-102.

[3]叢蔚然，周選圍.通識教育理念下“生物技術與人類”課程的教與學[J].高校生物學教學研究（電子版），2013，3（4）：14-18.

[4]王寶娟，張盛周，朱國萍.諾貝爾獎在細胞生物學教學中的應用[J].中國細胞生物學學報，2010，（3）：497-500.

Abstract：With the rapid development of life science and its increasing impact on related disciplines，many comprehensive universities in China have carried out the biology general education curriculum for all students，and cell biology is one of the core contents of these biology curriculum. In recent years，Huazhong University of Science and Technology has also set up similar biology general education course for the students of the college of electronic information and communication. Therefore，the teaching of cell biology needs relative curriculum optimization in order to achieve better teaching results and talent training quality which based on the knowledge structure，thinking mode and the later development direction of these students in the engineering major. This paper summarizes the optimization design and teaching practice of the cell biology course for these students，and hopes provide some ideas and experiences for the cell biology course teaching faced to engineering major.

Key words：engineering major；electronic information and communication；cell biology；curriculum optimization