為細胞生物學教學插上“微翅膀”——以“細胞骨架”為教學案例＊

李小玲，華智銳

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為細胞生物學教學插上“微翅膀”——以“細胞骨架”為教學案例＊

李小玲，華智銳

（商洛學院生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000）

隨著信息與通訊技術的快速發展，對課程改革也提出了新的要求，傳統的教學模式已不能滿足學生對新知識的需求。隨著“微媒體”的到來，微課、微博、微信作為一種新型的數字化資源已被廣泛融入常規教學中，在信息時代的今天備受人們的青睞。為了更好地探討微課的應用現狀，以細胞生物學中“細胞骨架”為案例，探索了微課助學模式的應用。

細胞生物學；微課；細胞骨架；教學模式

1 “細胞生物學”課程的地位

“細胞生物學”課程是教育部規定的生命學科各專業學生必修的7門主干課程之一，在生命科學教育中占有核心地位[1]。該課程不僅是生命科學的基礎學科，又是生命科學的前沿學科，它是從細胞的顯微、亞顯微和分子三個水平對細胞的各種生命活動開展研究的學科，為生命科學其他課程提供必要的理論和實踐基礎[2]。“細胞生物學”作為我校生物技術專業學生的一門必修專業課，在該專業人才培養方案中具有非常重要的作用，通過該課程的學習，學生可以更加精確地了解生物體的生長、發育、分化、繁殖、運動、遺傳、變異、衰老和死亡等基本生命現象[3]；掌握課程的基本原理、內容體系相關的研究手段以及細胞生物學在生命科學中的地位和應用，了解生命科學的最新前沿動態，學生既具有扎實的細胞生物學基礎知識，又具有自己獲取知識的能力。從細胞生物學的角度認識生命和生物科學，為后續的專業課學習打下良好的基礎。根據生命科學系的實際情況，本門課程已是該專業學生考研的專業課之一，通過本門課程的學習，學生不但增長了知識，更重要的是能夠為今后的科學研究工作打下堅實的基礎。

2 “細胞骨架”在教學中的地位

“細胞骨架”是本課程第九章的內容，在此之前，學生已經學習了細胞基本知識概要、細胞質膜、細胞內膜系統等相關內容，“細胞骨架”的學習將使學生系統了解細胞的整個內部結構體系，為探討細胞的結構、功能及生命活動奠定基礎。細胞骨架體系因其在維持細胞形態與保持細胞內部結構的合理布局中起著重要作用；細胞骨架與一系列重要生命活動，諸如細胞內大分子的運輸與細胞器的定位及運動、細胞分裂等有著密切的關系，因此，其研究是細胞生物學中一個及其重要的領域。所以本節內容在細胞生物學教學中具重要地位。

3 教學設計

3.1 教學理念

根據新時代課程改革中對創新人才培養的需求，對傳統的細胞生物學教學模式進行改革勢在必行。而改革的重中之重在于激發學生的學習積極性，提高學生的自主學習能力及課堂參與度，呈現以“學生主體、教師主導”的啟發式教學模式。目前，商洛學院生物技術專業“細胞生物學”課程課時共計64學時，理論課48學時，實驗課16學時。

鑒于本課程具有微觀、抽象難懂、內容復雜等特點，加之既是生命科學的基礎學科又是前沿性學科，因此，在教學上不僅要確保學生能夠熟練掌握相關的基礎性知識，又要涉及生命科學中最新的前沿動態，從而更好地滿足應用型人才培養的目標要求。我們嘗試了基于MOOC的微課教學模式，主要教學環節包括課前教師發布微課視頻、課堂講授、探討及課后反饋等教學活動[4]，基于問題的教學和情景認知理論是微型課程的主要理論基礎[5]。微課教學實施對象為商洛學院生物技術專業2014級1班和2班學生，針對本校細胞生物學課程的教學內容及特點設計微課類型，在細胞骨架內容講授中主要采用的微課類型為演示型微課，選擇細胞質骨架中微管的功能錄制微課視頻，通過精心設計教學過程，確保微課視頻構圖清晰、內容短小精悍、字幕清楚、實用性強，能夠充分體現真實的教學情境，且能反映教師的教學風貌。課前及時發布微課視頻，課內鞏固及課后強化。

3.2 學情分析

本節課的授課對象是我校生物技術專業大學三年級的學生。在此之前，學生已經學習了“細胞生物學”課程中細胞的統一性與多樣性、細胞信號轉導、細胞內膜泡運輸等相關內容，為探討細胞的結構、功能及生命活動奠定基礎。但是由于學生基礎不同，分析問題解決問題的能力不同，可能對知識的接受能力也存在差異。另外，細胞生物學內容抽象難懂、知識點多。因此，為了將深奧難懂的理論知識具體、直觀、形象地呈現出來，需要借助現代網絡技術進行輔助教學[6]。在講授本節課的時候，教師提前發布錄制的微課視頻，學生在課前完成自主學習，課堂上教師通過設置問題情境，從微課的重點內容中提煉一些具有綜合性的討論話題，作為課堂討論的內容。這樣不僅使學生加深了對課堂教學知識的理解，還培養了學生科學研究思維、文獻查閱、語言表達和團隊合作能力[7]。

3.3 育人目標

3.3.1 認知目標

熟悉細胞骨架的概念、類型及分布，掌握細胞骨架的組裝及功能。

3.3.2 技能目標

利用所學知識探討細胞骨架與人體健康的關系。

3.3.3 情感目標

關注老年人的健康狀況，培養學生關愛老人、關注社會問題的社會情操。

3.4 教學內容

教學內容包括細胞骨架的概念及功能、微管的概念、微管的分子結構、微管的組裝、微管的功能。

3.5 重難點

教學重點：細胞骨架的概念及微管的功能。

教學難點：微管的組裝。

3.6 教學方法

教學方法：包括演示法、講授法、提問法、多媒體輔助教學法。

3.7 教學過程設計

3.7.1 問題導入與互動分析

采用視頻導入，播放阿爾茲海默癥的公益廣告視頻，通過設問學生該疾病產生的原因，導出它與細胞骨架之間的關系，提示學生在生活中要關愛老年人，關注健康。展示人的骨骼系統照片，引起學生興趣，告訴學生“人”有一定的形態是由于有骨骼系統作為支架維持其外表結構。而人體是由細胞構成的，因此，細胞為什么能維持一定的形態？

3.7.2 授課

授課內容：結合有關圖片、動畫講授。

細胞骨架是指存在于真核細胞中的蛋白纖維網架體系。以下介紹狹義和廣義兩種概念。

狹義：在細胞質基質中包括微絲、微管和中間纖維。

廣義：細胞質、骨架核骨架（ncleoskeleton）、核纖層（nclear lamina）和細胞外基質（extracelllar matrix），形成貫穿于細胞核、細胞質、細胞外的一體化網絡結構。

展示熒光顯微鏡下細胞骨架的圖像，加強學生對細胞質骨架的認識。

微管（Microtble，簡稱“MT”），由微管蛋白組成的管狀結構。在胞質中形成網絡結構，作為運輸路軌并起支撐作用，對低溫、高壓和秋水仙素敏感。

3.7.2.1 分子結構

微管是由13條原纖維構成的中空管狀結構，直徑22～25 nm。每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成，微管蛋白二聚體由結構相似的α和β微管蛋白構成。

α微管蛋白結合的GTP從不發生水解或交換。β微管蛋白也是一種G蛋白，結合的GTP可發生水解，結合的GDP可交換為GTP。

微管具有極性，（+）極生長速度快，（－）極生長速度慢。（+）極的最外端是β球蛋白，（－）極的最外端是α球蛋白。微管形成的部分結構比較穩定，比如軸突、纖毛、鞭毛，這是由于微管結合蛋白的作用和酶修飾造成的。大多數微管處于動態組裝和去組裝狀態（比如紡錘體）。

3.7.2.2 體外微管裝配條件

微管蛋白濃度：低于臨界濃度時，不發生微管聚合。

最適pH：6.9.

離子：去Ca2+，存Mg2+。

溫度：37 ℃裝配，0 ℃解聚。

GTP供應。

3.7.2.3 體內微管裝配動態

微管裝配的動力學不穩定性是指微管裝配生長與快速去裝配的一個交替變換的現象。

動力學不穩定性產生的原因：微管兩端具GTP帽（取決于微管蛋白濃度），微管將繼續組裝；反之，無GTP帽則解聚。

3.7.2.4 微管組織中心

微管在生理狀態或實驗處理解聚后重新裝配的發生處稱為微管組織中心（microtble organizing center，簡稱“MTOC”）。微管進行組裝的區域都具有γ微管球蛋白，如中心體、鞭毛基體。

常見微管組織中心有以下幾個：①間期細胞MTOC。中心體（動態微管）。②分裂細胞MTOC。有絲分裂紡錘體極（動態微管）。③鞭毛纖毛細胞MTOC。基體（永久性結構）。

3.7.2.5 細胞質骨架的功能

采用協作式教學方法，將學生隨機分為4小組，以學生為主體，教師為主導，讓學生在課前觀看微課視頻的基礎上，通過觀察圖片、動畫分組探討細胞質骨架的功能及設計實驗證實其功能，教師針對學生回答情況進行評價并總結。

具體流程：①教師向各小組分發討論圖片并布置討論任務；②各小組成員圍繞問題進行探討；③教師提問，通過看圖及查閱文獻是否得出細胞質骨架的功能，能否設計實驗證實其功能；④各小組學生代表作答及小組間交流；⑤教師對各小組回答進行評價。

3.7.2.6 教師總結

教師展示小腸上皮細胞微絨毛圖片。

總結：微絨毛屬于細胞表面特化結構，微絲構成微絨毛的中軸。使用微絲的特異性藥物，比如細胞松弛素B處理細胞，導致微絲解聚后，觀察細胞形態，分析細胞是否皺縮，從而證實微絲構成細胞支架，維持細胞形態的功能。

教師展示細胞有絲分裂過程中收縮環及紡錘體圖片

總結：收縮環和紡錘體是有絲分裂中兩個非常重要的結構，收縮環是胞質分裂開始時，由大量平行排列的微絲束構成的環狀結構，其收縮導致形成兩個子細胞，收縮的機制是微絲組成成分中肌動蛋白和肌球蛋白的相對滑動造成的，通過用微絲的特異性藥物如細胞松弛素B處理細胞，破壞微絲后觀察是否有雙核現象，從而證實細胞骨架參與收縮的功能；而紡錘體是細胞有絲分裂前期到末期的一個特殊細胞器，由不同類型的微管構成，從而牽引染色體平均分配到兩級，用微管的特異性藥物如秋水仙素處理細胞，觀察是否有染色體加倍現象，從而證實微管參與染色體運動的功能。

教師展示細胞中的重要細胞器及細胞骨架中微管的分布圖。

總結：細胞器中中心體是微管組織中心，微管由此形成并延伸，內質網走向與微管一致，高爾基體空間結構的維持也與微管有關。

知識拓展：現代研究發現，用微管的特異性藥物如秋水仙素處理細胞后，發現細胞形態變圓，內質網縮回，高爾基體解體，物質運輸癱瘓。此實驗進一步驗證了細胞骨架中微管的空間組織作用，其起到維持細胞內細胞器的定位和分布的作用。

教師展示膜泡運輸的動畫。

總結：將細胞比喻為能制造貨物的工廠，將膜泡比喻為能運輸貨物的汽車，細胞骨架就像公路，是汽車行駛的軌道，以形象比喻讓學生通俗理解細胞骨架如何參與膜泡運輸。還可采用案例回溯的方法，請同學分析先導案例中阿爾茲海默癥與細胞骨架物質運輸功能的關系。

教師總結：一旦軌道出現問題，就難以確保貨物的正確運輸，人體就會出現疾病，如阿爾茲海默癥，展示微管及微管結合蛋白圖片，指出微管結合蛋白（tau）在微管功能發揮中的作用，指出微管結合蛋白異常磷酸化將會導致微管解聚，神經元軸突轉運受損，引起突觸丟失，神經元功能損傷，這是導致阿爾茲海默癥的根本原因，與第一部分進行呼應，緊扣主題。

3.7.3 小結

結合有關圖片通過板書進行小結，具體包括以下內容：結構與支持、細胞內運輸、收縮與運動、空間組織。

3.7.4 課后任務

查閱細胞骨架與疾病相關文獻，與第一部分呼應，繼續啟迪思考，提出符合學生能力培養的課程任務。

4 教學效果

4.1 學生學習興趣濃厚，創新教學模式

通過調查問卷分析表明：學生普遍認可微課助學模式，認為微課能提高學生自主學習能力的占總調查人數的96%；認為微課助學可以加強師生互動及體現知識之間的聯系，提高學生答疑解惑的能力及課程知識的內化程度的占總調查人數的100%；僅有5%的學生認為微課助學在課時安排、時間分配方面尚需探討；98%的學生認為微課助學能調動學生學習的積極性、提高學生課前自主學習能力及課堂參與度，值得廣泛應用。

4.2 教風學風雙向提升

隨著網絡技術的快速發展，本人能積極參加各類微課教學培訓及比賽，自覺提高自身教學水平，曾獲商洛學院第二屆微課教學比賽二等獎、陜西省第二屆微課教學比賽二等獎。本課程在商洛學院生物學院開展了首次教學觀摩活動，取得了良好的效果，得到了院領導和在場教師的充分肯定，并申報了商洛學院2017年教育教學改革項目“基于MOOC的微課教學模式研究——以《細胞生物學》為例（編號：17jyjx122），并借助我校“細胞生物學”精品資源共享課程等網絡平臺，實現了線上、線下、課內、課外的有效銜接，通過師生互動學習，顛覆了傳統教學模式。本案例著重以學生能力培養為核心，采用理論聯系實際的教學手段，激發了學生的學習興趣，營造了良好的教風與濃厚的學風。

5 教學反思

根據教學重點和難點合理安排時間，達到了預期的教學目標，順利完成了教學任務；本節內容較為抽象，因此，教學中通過多媒體課件和Flash動畫能促進學生理解；教學方法比較有效，運用協作式教學方法，增加了師生互動，活躍了課堂氣氛；通過課后文獻查閱，拓展了學生的知識面，鞏固了教學效果。

尚需完善的部分：根據本課程性質，在今后的教學中需注意將書面語言轉換為通俗語言，更加便于學生的理解；需要投入更多的精力提升學生對基本概念的準確理解能力以及對關鍵知識點的綜合分析能力；需要深入學生實際，洞察學生思想動態，加強教學的針對性，培養學生的課后自主學習能力及加強課后輔導。在教學中應積極采納校內外同行專家及校院兩級督導教師的教學意見及建議，正確對待學生的評價，努力提高教學質量。

［1］翟中和，王忠喜，丁明孝.細胞生物學［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2011.

［2］李紹軍，高梅，陳坤明，等.農林綜合性院校細胞生物學教學改革及課程體系優化［J］.高等農業教育，2014，7（07）：54-57.

［3］曹珂珂，張立豐，楊賢松.應用型本科院校生物工程專業細胞生物學改革方法探索［J］.安徽農學通報，2016，22（14）：158-159.

［4］吳嬋.關于微課對優化高校教學效果的思考［J］.科教導刊，2013，5（29）：17-18.

［5］劉運華，衷克定，趙國慶.新加坡微型課程研究項目的實踐與啟示［J］.中國電化教育，2005（11）：98-101.

［6］李紹軍，高梅，胡鑫，等.細胞生物學立體化教學體系的構建與實踐［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2012（02）：23-25.

［7］鐘紹春，張琢，唐燁偉.微課設計和應用的關鍵問題思考［J］.中國電化教育，2014（12）：85-88．

李小玲（1980—），女，陜西藍田人，生物醫藥與食品工程學院生命科學系副教授，主要從事細胞生物學的教學工作。

商洛學院教育教學改革項目“基于MOOC的微課教學模式研究——以《細胞生物學》為例”（編號：17jyjx122）；商洛學院2016年度本科教學工程項目“《細胞生物學》精品資源共享課程”

2095－6835（2019）01－0025－03

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.025

〔編輯：張思楠〕