基于知識、能力、素質(zhì)的三維教學(xué)內(nèi)容初探

[摘 要]高等教育工作者不但要傳授學(xué)生知識，還要培養(yǎng)學(xué)生的思考能力，更重要的是啟迪學(xué)生如何提出具有挑戰(zhàn)性的問題，這就要求教師在課堂中大力開展能力和素質(zhì)教育。結(jié)合本科教學(xué)的經(jīng)驗，以“分子生物學(xué)”課程為例，以科學(xué)史經(jīng)典故事為素材，結(jié)合哲學(xué)理論和科學(xué)方法論，并從全新的交叉學(xué)科的視角詮釋基本概念，從多方面探討和提出基于知識、能力、素質(zhì)的三維教學(xué)內(nèi)容改革和實踐，可以對國內(nèi)高校其他類似課程或?qū)I(yè)的教學(xué)提供一些參考和借鑒。

[關(guān)鍵詞]分子生物學(xué) 知識 能力 素質(zhì) 三維教學(xué)內(nèi)容

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）17-0094-03

面對慕課（MOOC）即將來臨的時代，提高課堂教學(xué)水平是擺在每位教師面前的迫切任務(wù)。目前全國轟轟烈烈進(jìn)行的教學(xué)改革過于強調(diào)教學(xué)法[1]，忽視了對教學(xué)內(nèi)容及知識結(jié)構(gòu)的深入研究，不利于教學(xué)改革在正確的軌道上運行。

一、基于知識、能力、素質(zhì)的三維教學(xué)內(nèi)容框架

古人云：授人以魚不如授人以漁。“漁”代表了能力與方法，即教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生深刻的思維能力和傳授給學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法，更為關(guān)鍵的是啟迪學(xué)生從熟視無睹的現(xiàn)象中抽提科學(xué)的問題。學(xué)生的好奇心隨著年齡的增長而不斷減弱，雖然有個別學(xué)生在課堂上勇于提問，但這些問題往往是散發(fā)性的，體現(xiàn)不出思維的規(guī)律與深度。因此，筆者認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包含以下三個維度：知識、能力和素質(zhì)（見圖一）。只有這樣，我們對某一知識點的理解才不會平面化，我們思考的問題才會更有底蘊。

知識籠統(tǒng)而言是由概念、原理及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)成的眾多知識點，進(jìn)而形成一個邏輯嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)體系。這一體系與學(xué)生們從小形成的宏觀、具體、感性的直覺常有沖突，因此教師必須充分了解學(xué)生的思維方式，持之以恒地建立一個新的抽象、微觀、理性的認(rèn)知模式，使學(xué)生可以清晰地看出知識的結(jié)構(gòu)與主線[2]，也只有如此，學(xué)生對知識的掌握與記憶才會深刻。

這里討論的能力就是理論能力，包括能綜合地理解其他生物學(xué)科的知識點，能從交叉學(xué)科（如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計算機科學(xué)、工程設(shè)計）的立體視角分析某個知識點[3]，能運用所學(xué)的知識對當(dāng)前的熱點問題進(jìn)行分析、討論，并對一些陳舊的理論進(jìn)行批判與創(chuàng)新。

學(xué)生只有具備深厚的科學(xué)素質(zhì)才能站得高、看得遠(yuǎn)，才能深刻領(lǐng)會知識的理論體系及理論建立的依據(jù)。以科技史為鑒，才能看清當(dāng)前科技重大進(jìn)展的來龍去脈。同樣，只有具備基本的哲學(xué)思想、邏輯思維和科學(xué)方法[4]，才能領(lǐng)悟科學(xué)的真諦，才會突破唯物辯證法的框架，才有可能把握學(xué)科發(fā)展的方向。

知識是能力與素質(zhì)的載體，好的知識點是體現(xiàn)能力及素質(zhì)的最好素材。因此，教師必須對課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加工與選擇，而不是籠統(tǒng)地灌輸課本上所有的知識點。下面筆者以自己的“分子生物學(xué)”教學(xué)為例，作一些具體的知識、能力、素質(zhì)的介紹。

二、知識點的結(jié)構(gòu)與選擇

“分子生物學(xué)”主要以《基因VIII》為教學(xué)參考書，學(xué)生以閱讀PPT課件為主，課時為32學(xué)時（2個學(xué)分）。基于絕大部分學(xué)生將來從事的職業(yè)與生物專業(yè)關(guān)聯(lián)不緊密的可能性，教師有必要在教學(xué)中照顧到這部分學(xué)生的利益，而不是把重點放在考研或打算出國深造的學(xué)生身上。因此，有必要弱化在知識層面的教學(xué)，刪除一些枝節(jié)性的內(nèi)容，明確框架，突出主干，對知識點進(jìn)行加工和選擇。

《基因VIII》的內(nèi)容極為豐富，理清主干與枝節(jié)非常關(guān)鍵。如第一章至第四章分別是：基因是DNA、斷裂基因、基因組概述和成簇與重復(fù)，許多章節(jié)在中學(xué)或其他課程中都有涉及，因此這四章的內(nèi)容被簡并成3個學(xué)時的PPT，重點要求掌握三個知識點：基因的定義、核酸的結(jié)構(gòu)、順式元件與反式因子。再如關(guān)于操縱子，重點是乳糖操縱子，而色氨酸操縱子可以省略，或僅僅介紹衰減子的定義。同理，蛋白質(zhì)因子在各分子生物學(xué)事件中的作用不宜細(xì)講，如翻譯因子和mRNA剪接體因子等，只需籠統(tǒng)介紹即可。

與此同時，“分子生物學(xué)”具有非常清晰的知識結(jié)構(gòu)。首先是遺傳信息傳遞的中心法則，即基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，翻譯與調(diào)控，都可以從三個階段進(jìn)行分析：起始、延伸和終止。復(fù)制的重點在起始的調(diào)控、后隨鏈的合成、端粒的結(jié)構(gòu)與延伸。轉(zhuǎn)錄的重點是啟動子的結(jié)構(gòu)、原核轉(zhuǎn)錄的終止與調(diào)控、真核mRNA的剪接。翻譯的重點是mRNA的結(jié)構(gòu)和翻譯的起始。所有的分子生物學(xué)事件將從兩個層面進(jìn)行敘述，即順式元件和反式因子，重點在順式元件。講述任何知識點時必須明確該知識點在上述結(jié)構(gòu)中的位置，做到條理清晰、模式穩(wěn)定，以利于學(xué)生對知識的理解和記憶。

三、綜合交叉能力的培養(yǎng)

本文舉例說明理論能力的幾個方面：綜合、交叉、運用、批判和創(chuàng)新。在蛋白質(zhì)翻譯調(diào)控章節(jié)，介紹蛋白翻譯調(diào)控的例子，如病毒中的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點（IRES），流感病毒通過切割獲取宿主mRNA的5'帽子結(jié)構(gòu)，抑癌基因BRCA1的5'-UTR結(jié)構(gòu)與翻譯及腫瘤的關(guān)系，酪蛋白mRNA在哺乳期通過加長5'-PolyA增加蛋白表達(dá)，這些例子綜合了不同生物學(xué)科的知識點。討論RNA中U與DNA中T的關(guān)系，T的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含甲基，其推電子能力決定了其穩(wěn)定性超過U，而甲基的位阻又解釋了T不能產(chǎn)生非標(biāo)準(zhǔn)堿基配對，因而DNA是比RNA更合適的遺傳信息的載體，這一討論體現(xiàn)了不同學(xué)科知識點的交叉。在乳糖操縱子章節(jié)，要求學(xué)生運用這一章節(jié)所學(xué)的知識來解釋：為何乳汁中含乳糖而不含葡萄糖？為何會產(chǎn)生乳糖不耐受現(xiàn)象？乳糖不耐受的生理與進(jìn)化意義是什么？這些問題來自日常生活，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在表觀遺傳章節(jié)，除介紹最新表觀遺傳研究進(jìn)展之外，還對拉馬克理論進(jìn)行了反思[5]，對當(dāng)代一些觀點進(jìn)行了分析與批判。在DNA復(fù)制章節(jié)，介紹了XNA的概念與作用[6]，說明DNA不是神圣不可改變的，要求學(xué)生進(jìn)行理論上的創(chuàng)新。

四、科學(xué)思想與方法的啟迪

筆者在“分子生物學(xué)”教學(xué)過程中始終灌輸兩條思想主線，即還原論與進(jìn)化論。科學(xué)的思想必須結(jié)合富有傳奇色彩的歷史故事，而分子生物學(xué)的發(fā)展歷史充滿了經(jīng)典傳奇，這些是激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)學(xué)生思維方法和科學(xué)思想的最好素材。例如，關(guān)于孟德爾的故事，要求學(xué)生思考為什么孟德爾會想到基因是顆粒性的？這與古希臘的原子論有何關(guān)系？孟德爾的理論為何沉寂了幾十年？而當(dāng)Wiseman提出連續(xù)種質(zhì)理論后為何卻被人們迅速地接受？進(jìn)而說明理論的重要指導(dǎo)性作用，即當(dāng)新的理論一旦出現(xiàn)，某些原本不可思議的現(xiàn)象立刻變得理所當(dāng)然；同時也提出理論的相對性觀點，即科學(xué)知識的本質(zhì)是假設(shè)（Hypothesis）而不是真理，檢驗假設(shè)時對照的關(guān)鍵作用，以及檢驗的局限性即無法在哲學(xué)意義上證明或證偽一個命題，認(rèn)識論的討論最后終結(jié)于庫恩的模式的轉(zhuǎn)換（Paradigm’s Shift）。[7]

還原論與進(jìn)化論同時還是一種方法論，生命科學(xué)史的故事能讓學(xué)生們領(lǐng)悟生命科學(xué)研究中的邏輯思維方式。如討論達(dá)爾文的泛生論（Pangenesis）時，介紹了達(dá)爾文的表弟Gurdon的白兔黑兔輸血實驗[8]；討論拉馬克的用進(jìn)廢退理論時，介紹了Wiseman的剪小鼠尾巴的實驗[9]；真核啟動子章節(jié)，在討論為何細(xì)胞具有相同的基因組卻表型不同時，介紹了諾貝爾獎獲得者John Gordon的青蛙核移植實驗。[10]

最后，還原論與進(jìn)化論的討論有利于學(xué)生們理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的方向性。例如介紹XNA的研究，指出DNA是進(jìn)化的產(chǎn)物，但進(jìn)化不會終結(jié)，因而DNA也不會是進(jìn)化的終點。同樣，在蛋白質(zhì)翻譯章節(jié)，介紹了蛋白質(zhì)的世界和前沿領(lǐng)域的原始細(xì)胞的研究。最后，蛋白質(zhì)作為生命的形式，是結(jié)構(gòu)、代謝、運動的有效的執(zhí)行者，指出蛋白質(zhì)也是在進(jìn)化的。[11]

五、三維教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)效果

筆者自2005年開始在汕頭大學(xué)生物系教授“分子生物學(xué)”，剛回國教學(xué)的頭兩年對分子生物學(xué)知識的理解較為平面化，教學(xué)也集中在知識的傳遞方面，因而未能獲得學(xué)生們的廣泛認(rèn)可。后來認(rèn)真思考：學(xué)生應(yīng)該從課堂上獲得什么？漸漸有所領(lǐng)悟，并改變了教學(xué)的內(nèi)容，得到了更多學(xué)生的贊同（圖二）。我們對2014學(xué)年的30名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果表明，科學(xué)思想與方法的教學(xué)備受學(xué)生歡迎。

六、總結(jié)

每一次給新的一屆學(xué)生上“分子生物學(xué)”這門課，筆者都會在課件的制作與修改上付出大量的時間和精力。雖然學(xué)生對筆者的評價很高，但每當(dāng)了解到學(xué)生課后就把課堂上所學(xué)的知識忘得一干二凈時，筆者總是特別沮喪，進(jìn)而反思：什么東西更令學(xué)生記憶深刻且對學(xué)生幫助最大？正是對這些問題的反思，敦促筆者不斷地改進(jìn)。

[ 注 釋 ]

[1] 馬長英.教學(xué)方法改革的制約因素及基本立足點[J].中國高等教育，2006.

[2] 周昌忠.試論科學(xué)知識系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)[J].自然辯證法通訊，1987.

[3] Committee on a New Biology for the 21st Century.A New Biology for the 21st Century，2009.

[4] 謝希德主編. 科學(xué)思想和科學(xué)方法[M].上海：上海科學(xué)普及出版社，1999.

[5] Moshe Szyf.Lamarck revisited：epigenetic inheritance of ancestral odor fear conditioning[J].Nature neuroscience，2014.

[6] Gerald F.Joyce.Toward an Alternative Biology[J].Science 2012.

[7] Thomas S.Kuhn.The Structure of Scientific Revolutions[M].Chicago：University of Chicago Press，1996.

[8] John Moore.Science as a Way of Knowing：The Foundations of Modern Biology[M].Harvard：Harvard University Press，1999.

[9] August Weismann.Essays Upon Heredity[M].Clarendon Pr？鄄

ess.Oxford，1889.

[10] Williams，R.Sir John Gurdon：Godfather of cloning[J].Journal of Cell Biology，2008.

[11] Csaba Pal，Balazs Papp，and Martin J.Lercher.An integrated view of protein evolution[J].Nature Reviews Genetics，2006.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]