教師學(xué)習(xí)在教學(xué)中的作用
——生態(tài)毒理學(xué)課程教學(xué)的體會

◆王建軍 錢坤 孟祥坤

(揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院)

傳統(tǒng)高等教育理論主要側(cè)重于從教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”兩個方面提高教學(xué)效果，而一定程度上忽略了教師學(xué)習(xí)(teacher learning)在教學(xué)中的作用。教師學(xué)習(xí)是指教師在自身努力或外部環(huán)境的影響下，其專業(yè)知識和能力的獲得和生長變化。生態(tài)毒理學(xué)是生態(tài)學(xué)本科專業(yè)的一門專業(yè)必修課，我校園藝與植物保護(hù)學(xué)院于2006年為生態(tài)學(xué)本科專業(yè)開設(shè)了生態(tài)毒理學(xué)這門課程，經(jīng)過十多年的教學(xué)實踐，筆者深刻體會到教師學(xué)習(xí)在教學(xué)中的作用，現(xiàn)總結(jié)如下。

一、更新知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量

教師學(xué)習(xí)是教師自身發(fā)展和學(xué)校課程發(fā)展的關(guān)鍵變量，也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要途徑。生態(tài)毒理學(xué)(Ecotoxicology)是20世紀(jì)70年代初期發(fā)展起來的一個毒理學(xué)分支，是生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)、環(huán)境化學(xué)等多學(xué)科相互融合而形成的一門綜合性新興學(xué)科。隨著學(xué)科的發(fā)展，生態(tài)毒理學(xué)相關(guān)理論也在不斷更新，這就要求教師通過主動學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)中補(bǔ)充最新內(nèi)容，介紹最新成果。

毒物劑量—效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系是毒理學(xué)的一個基本原理，也是進(jìn)行毒物風(fēng)險評估和管理控制的重要依據(jù)。傳統(tǒng)毒理學(xué)教材主要介紹直線型、拋物線型和S型曲線等3種關(guān)系類型。認(rèn)為毒物的生物效應(yīng)總是隨著劑量的增加而增大，并且根據(jù)高劑量效應(yīng)可以推導(dǎo)低劑量效應(yīng)。毒物興奮效應(yīng)(hormesis)是指毒物在低劑量條件下表現(xiàn)為適當(dāng)?shù)拇碳?興奮)反應(yīng)，而在高劑量條件下表現(xiàn)為抑制效應(yīng)，在劑量—效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系上表現(xiàn)為倒U或J形曲線。Calabrese和Baldwin對毒物興奮效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究，2003年在《Nature》雜志上發(fā)表了題為“Toxicology rethinks its central belief”的文章，提出從高劑量的曲線無法推測低劑量效應(yīng)，這種劑量—效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系的認(rèn)識轉(zhuǎn)變，對毒物風(fēng)險評估和臨床疾病治療具有重要的潛在應(yīng)用價值。目前，環(huán)境污染的一個發(fā)展趨勢是接觸劑量減少，暴露濃度通常處于較低水平，因此，與毒理學(xué)經(jīng)典的閾值模型和線性非閾值模型相比，毒物興奮效應(yīng)在低劑量范圍完善了劑量—效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系，是一個更加普遍和基礎(chǔ)的劑量—效應(yīng)(反應(yīng))模型。通過對毒物興奮效應(yīng)的介紹，提高了學(xué)生對毒物劑量—效應(yīng)(反應(yīng))關(guān)系的認(rèn)識，取得了較好的教學(xué)效果。

環(huán)境污染物進(jìn)入生物體內(nèi)被氧化產(chǎn)生的自由基可造成氧化損傷。傳統(tǒng)的衰老的自由基理論認(rèn)為，自由基對細(xì)胞組分的氧化損傷造成衰老，維持體內(nèi)適當(dāng)水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長壽命和推遲衰老。筆者介紹了2014年發(fā)表在《Cell》上題為“The intrinsic apoptosis pathway mediates the pro-longevity response to mitochondrial ROS inC. elegans”的文章，該文對秀麗隱桿線蟲的研究發(fā)現(xiàn)，自由基作為信號分子激活細(xì)胞凋亡，從而加強(qiáng)細(xì)胞的防御機(jī)制并延長其生命周期。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)理論，證實在衰老過程中自由基生成增多是因為自由基實際上是對抗而非造成了衰老。對這種最新研究成果的介紹既豐富了教學(xué)內(nèi)容，也開拓了學(xué)生的視野。

二、加深理解，擴(kuò)大學(xué)生知識面

生態(tài)毒理學(xué)研究的一個重要意義是為控制污染、制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和立法提供科學(xué)依據(jù)。筆者結(jié)合最近發(fā)表的關(guān)于新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂等傳粉昆蟲亞致死效應(yīng)的文章，在教學(xué)過程中介紹了新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂覓食能力、歸巢能力、生殖能力和傳粉效率的影響，這種負(fù)面影響是導(dǎo)致全球范圍內(nèi)傳粉昆蟲數(shù)量呈下降趨勢的一個重要原因。歐盟根據(jù)歐洲食品安全局(EFSA)有關(guān)新煙堿類殺蟲劑對傳粉昆蟲的風(fēng)險評估結(jié)果在2013年5月頒布了法規(guī)485/2013，從2013年12月1日起禁止噻蟲胺、噻蟲嗪和吡蟲啉等3種新煙堿類殺蟲劑在玉米、油菜和向日葵上的種子、土壤和葉面處理。通過對這個具體事例的介紹加深了學(xué)生對生態(tài)毒理學(xué)研究意義這一抽象教學(xué)內(nèi)容的理解。

污染物脅迫下的種群進(jìn)化是生態(tài)毒理學(xué)研究的一個重要內(nèi)容，目前關(guān)于抗性基因的起源有自發(fā)突變和定向突變2種學(xué)說，但教材中關(guān)于自發(fā)突變的例子卻鮮見介紹。筆者介紹了2006年發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上的一篇文章，該文對澳大利亞銅綠蠅的研究發(fā)現(xiàn)，與馬拉硫磷抗性相關(guān)的酯酶E3的251位色氨酸到絲氨酸突變也存在于1930—1949年采集的澳大利亞銅綠蠅標(biāo)本中，而澳大利亞1955年才開始使用有機(jī)磷類殺蟲劑防治綠蠅。該研究結(jié)果表明在殺蟲劑使用之前，抗性基因就已經(jīng)存在于害蟲種群中，從而幫助學(xué)生更好地理解了自發(fā)突變這一抗性基因起源學(xué)說。

多功能氧化酶系催化的氧化反應(yīng)是外源化合物在生物體內(nèi)發(fā)生生物轉(zhuǎn)化的主要I相反應(yīng)類型，細(xì)胞色素P450是多功能氧化酶系的主要組分，但學(xué)生很難理解細(xì)胞色素P450能夠催化多種化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的外源化合物的氧化反應(yīng)。筆者查閱相關(guān)文獻(xiàn)，介紹在生物體內(nèi)存在多種細(xì)胞色素P450基因，如在河豚中有54個P450基因，水蚤中有75個P450基因，果蠅中有85個P450基因，在海膽中則發(fā)現(xiàn)了120個P450基因。由于生物體中P450種類的多樣性和P450廣泛的底物特異性，細(xì)胞色素P450在生命過程中有多種功能，包括參與外源化合物的氧化代謝以及參與激素和脂肪酸等具有重要生理功能的內(nèi)源性物質(zhì)的合成。通過這些介紹，既幫助學(xué)生了解混合功能氧化酶系在外源化合物生物轉(zhuǎn)化中的底物多樣性，也擴(kuò)大了學(xué)生的知識面。

三、跟蹤熱點，激發(fā)學(xué)生興趣

興趣能激發(fā)學(xué)生求知的欲望，是學(xué)生自覺思考和主動學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，而對一些熱點問題的介紹會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。霧霾和大氣污染是全世界都關(guān)注的一個熱點問題。在大氣污染生態(tài)毒理部分，筆者介紹了一篇2008年發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上的文章，該研究將小鼠飼養(yǎng)在空氣污染的加拿大漢密爾頓港鋼廠和高速公路附近，通過對擴(kuò)張性簡單串聯(lián)重復(fù)序列(expanded simple tandem repeat， ESTR)位點的PCR分析發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，污染區(qū)的小鼠精子突變率上升了1.6倍。此外，空氣污染還導(dǎo)致小鼠精子DNA鏈的斷裂和甲基化。這項研究提供了空氣污染造成雄性小鼠精子DNA損傷的直接證據(jù)。在此基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步介紹了2015年發(fā)表在《Nature》上的一篇文章。該研究結(jié)合全球大氣化學(xué)模型和人口與健康數(shù)據(jù)估算了7種室外空氣污染源對于過早死亡(premature mortality)人口的相對責(zé)任，發(fā)現(xiàn)全球范圍內(nèi)室外空氣污染(主要是PM2.5)每年導(dǎo)致330萬人的過早死亡，這些死亡主要發(fā)生在亞洲，其中盛行于印度和中國的住宅能源排放，例如供暖和烹飪，對于過早死亡的影響最大。在美國大多數(shù)地區(qū)和一些其他國家，來自交通和發(fā)電的大氣污染排放是主要污染源，而在美國東部、歐洲、俄羅斯和東亞，農(nóng)業(yè)排放對PM2.5的貢獻(xiàn)最大。根據(jù)模型的估算，研究者認(rèn)為如果大氣污染排放量不變，到2050年室外空氣污染預(yù)計會造成660萬人過早死亡。這些關(guān)于霧霾和大氣污染最新研究成果的介紹引起了學(xué)生極大的興趣，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

教師學(xué)習(xí)作為教師教育理論研究的新熱點，促進(jìn)了教師教育從“教育”到“學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)向。與傳授已經(jīng)基本成型的基礎(chǔ)理論知識的中小學(xué)教學(xué)內(nèi)容相比，高等教育的教學(xué)內(nèi)容主要側(cè)重于專業(yè)知識與專業(yè)技能，這就需要高校教師通過持續(xù)的學(xué)習(xí)，跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿，以避免教學(xué)內(nèi)容的老化和落伍，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的更新和教學(xué)能力的提高。