生物類本科專業細胞生物學課程的教學實踐與思考

李 媛，李巧峽， 楊 寧

(西北師范大學 生命科學學院， 蘭州 730070)

細胞的研究既是生命科學的出發點，又是生命科學微觀和宏觀研究的匯聚點，是當前生命科學中發展最快的領域之一。細胞生物學是研究和揭示細胞基本生命活動規律的科學，為生命科學的樞紐學科和前沿學科，在高校生物科學、生物技術等專業課程體系中占有重要地位[1]。對于這樣一門現代生命科學中重要的基礎性前沿學科，如何在有限的課堂教學實踐中更好地完成專業基本理論和技能的傳授是需要每一位任課老師不斷思索和認真實踐的課題。筆者從自身數年的細胞生物學課程教學實踐出發，思考并總結了在該課程教學活動中關注的一些問題和改進的方法措施，旨在為提高該課程的教學質量和學習效果提供一定參考。

1 秉持科學教學理念，合理安排教學內容

作為一門綜合性強、發展迅速的基礎性前沿學科，細胞生物學的研究內容與范疇實際上往往與生命科學的其他學科特別是分子生物學交織在一起，很難為其劃出一個明確的范圍。作為一門實驗性質的學科，細胞生物學的建立和發展都離不開相關技術的突破和進步[1]。同時，需要指出的是，盡管目前對細胞生命活動規律的認識日趨深入，但無論是受限于現有的技術方法水平，還是我們的認知能力，這個領域還有很多現象無法解釋其背后機制，很多實驗結果不能認識其邏輯關系，很多不確定和未知等待被回答和揭示。因此，細胞生物學的課堂教學，不可能也不應該僅僅是已知知識點的傳授。專業教師只有對本學科研究內容、發展現狀和趨勢有一個明確、深入的認識和把握， 在教學實踐中才可能秉持科學的教學理念[2]。具體而言，對于細胞生物學，無論是教還是學，貫穿于其中的應該是一種動態的、系統的觀點，發展、變化的眼光和善于思考、善于質疑的態度，在不斷的學習、思考、實踐和體驗中，能夠形成自己對本學科的思想感悟，同時，善于根據自己所知、所長進行創新性研究。

由翟中和、王喜忠和丁明孝老師主編的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《細胞生物學》(第四版)為目前高等院校生物、農林、醫學等相關本科及研究生專業廣泛采用的課程教材。該教材的內容編排上仍以細胞的重大生命活動為主線，以分子機制為視點，涉及細胞的結構與功能、細胞的信號轉導、細胞的能量產生與轉移等；同時，特別注意內容的基礎性、科學性和前沿性[3]。專業教師應該充分認識、利用好該教材，在教學實踐中，根據具體的授課對象、授課時數、授課要求，合理、科學地安排教學內容。一方面，正如所用教材在內容編排上注重的那樣，前后章節間應該存在一個相互呼應、層層遞進、由淺入深的邏輯關系。而每一章節中知識的展開則遵循由結構到功能，由實驗原理到實驗技術再到實驗現象/結論；由細胞整體到局部再回到整體的主線，以利于學科知識體系的鋪陳和搭建，并使其具有很好的連續性、完整性和延伸性。另一方面，要結合實際授課情況，如學生的知識背景、接受程度等，適當篩選、突出重難點。如筆者的教學對象是生物科學/生物技術專業本科二年級學生，他們已經具備“植物學”“動物學”“生物化學”等基本生命科學知識背景，對于諸如“物質的跨膜運輸”“線粒體和葉綠體”“核糖體”等有所認識的內容，可以注意從細胞生命活動的角度進行補充介紹。值得提出的是，在本課程教學的第一節課上，應該向學生強調課程教學理念，明確課程授課安排，讓他們對即將認識的學科從一開始就建立起科學的學習理念和清晰的學習思路；同時，要突出學科發展如何影響和改變人類生活，帶領學生關注學科前沿，激發他們的學習興趣。上好細胞生物學緒論課，一方面，能夠給學生樹立起一個既不至于讓其望而生畏又很想達到的目標；另一方面，還能夠點亮一盞明燈，引導他們去探索和靠近。

2 注重知識有機化，不斷改進教學方式

教學方式的改進需要建立在對教學內容完成內化的基礎之上。而知識的有機化，是內化的進一步要求，需要對所掌握的知識進行包含有自我審視的一個融會貫通、刪繁就簡、深入淺出、賦予生動性的加工處理過程。知識有機化后進行的教學活動，表現之一，實際上就是多種教學方式靈活、恰當地運用，從而給予學生更生動的專業知識講授，同時，更有效地激發、引導和培養他們自主學習的愿望和能力[4-5]。

2.1 注重教學內容的連續性和重難點，問題導向式講授

細胞及其生命活動是一個連續的動態整體，不能簡單被分解為靜止的、局部的、隔斷的、僵化的知識點。因此，本課程的講述和展開應該尤為注重教學內容上的銜接、過渡和聯系，理清邏輯關系，同時，明確重難點。這對于學生整體學科知識體系的構建很關鍵。而問題導向式的講述方式，利用具體問題的設置，導向式地引發學生深入思考，從而可以較為自然地突出教學內容上的連續性及重難點[6]。如在向學生講述了細胞質膜相關內容后，提問：從結構和功能相統一的角度出發，細胞質膜如何作為細胞與胞外環境間一種選擇性通透屏障？或者說，物質如何進行跨膜運輸？了解了物質的跨膜運輸方式后，繼續提問：動物細胞質膜上Na+-K+泵的工作使細胞內外的Na+和K+濃度遠離平衡態分布，那么，消耗大量ATP以維持動物細胞內高K+低Na+離子環境的生理意義有哪些？或者說，這種離子環境對于細胞的存活和功能有什么重要作用？由此，從細胞質膜的結構特征到與之相適應的主要功能再到其生理意義，認識和理解逐步深入。再比如，在課程內容從真核細胞細胞質膜進行到細胞質后，通過對線粒體和葉綠體、內膜系統、細胞質基質等結構體系的依次介紹，逐步建立起真核細胞區室化的概念。那么，在遺傳信息量大、結構精細復雜的真核細胞中，核基因編碼并在游離或糙面內質網膜結合核糖體上合成的成千上萬的蛋白質是通過怎樣的途徑和方式來分選、包裝、轉運，以各就各位，各司其職呢？由此從“細胞質基質與內膜系統”一章過渡到“蛋白質分選與膜泡運輸”一章。而上述這些問題的提出實際上也強調了對應章節的重難點。

2.2 注重教學內容的完整性和趣味性，故事式講授

細胞及其生命活動是復雜和抽象的，是難以直接觀察和認識的。從對來自大量不同實驗技術體系中各種實驗結論的分析、歸納，到相應知識點及知識點間邏輯關系的確立，再到對細胞內一個生物過程的整體認識，細胞生物學的學科內容豐富卻也略顯枯燥，初學者容易被淹沒在看似雜亂無章的大量知識點和專業名詞中。因此，建立在教學內容有機化基礎上的、富有趣味性又不失完整性的故事式講授，加之適宜的互動教學，能夠使書本知識活躍呈現，從而激發學生的學習興趣，吸引他們的關注力，引導其積極、深入思考，全身心投入到課堂學習中[7]。以細胞信號轉導中G蛋白偶聯受體(G-protein-coupled receptor, GPCR)相關內容為例，從問題開始：以高等動物細胞為例，細胞結構中是否存在一類可以理解為傳感器(Sensor)的裝置來參與、負責對周圍環境的感知呢？引導學生思考的同時，引出GPCR這類最大的細胞表面受體家族的故事；接著，以圖文并茂的方式，對這個家族成員的結構、工作原理/激活機制、應答于哪些類型的胞外信號又引起怎樣的生物學效應分別作一介紹；再接著，以問題的方式引出故事的高潮部分：對該家族成員上述特性的了解是如何獲得的？答案的揭曉可以從兩次諾貝爾獎講起，一次是Alfred G. Gilman和Martin Rodbell由于對G蛋白的發現及其在信號轉導中功能的闡明獲得1994年諾貝爾生理學或醫學獎；另一次則是Robert J. Lefkowitz和Brian K. Kobilka由于對GPCR家族的首次揭示及其結構、功能等性質的闡明獲得2012年諾貝爾化學獎。最后，還可以進一步以G蛋白下游效應物的不同將GPCR介導的眾多信號通路進行分類，每一類再具體舉例說明。至此，整個GPCR相關內容得以以一個完整的故事呈現。再比如，“細胞骨架”一章，知識點多，邏輯性不明顯，不是很好講授。為了利于學生對其進行理解和記憶，可以采用一些高質量的動畫、視頻。如，2006年哈佛大學出品的Theinnerlifeofthecell，講述了白細胞血管滲出的這一生理過程，生動呈現了該過程中白細胞中細胞質骨架結構的動態變化；BBC于2012年出品的OurSecretUniverse:TheHiddenLifeoftheCell，講述了腺病毒入侵人體后與細胞的生死戰役，生動展示了人體細胞的精細結構和免疫防御，同樣包括了細胞質骨架相關特性的呈現。結合這類動畫、視頻進行講述，使得一個個生物學過程演變成一段段生動的故事，抽象的分子行為也有了畫面感。

2.3 理論教學與實驗課堂、生活實踐相結合

對于細胞生物學這樣的實驗科學，學生只有通過動腦設計、動手操作參與到實驗中，掌握實驗原理，實踐實驗方法，才能幫助他們深入認識這門學科，反過來，理論知識的了解對技術方法的掌握和運用也有著直接的指導作用；另一方面，對學生觀察、思考、動手及團隊合作能力的鍛煉和培養也是他們必須具備的基本科學素質。實驗課堂的內容從細胞與其超微結構的形態觀察，到大分子的定位、定性和定量，再到生物分子間相互作用的體內外分析，以及動植物細胞、組織器官的培養等都有涉及，每一部分根據培養目的等實際授課情況進行安排并與理論教學呼應。實驗課堂上的講解應該注重理清從具體實驗技術方法包括實驗設計思路到觀察到的實驗現象、取得的實驗結果的推理、分析和結論，進行啟發式實驗教學。同時，注重實驗設置的推陳出新[8]。

細胞生物學研究的日趨深入直接和強有力地影響并改變著人類的生活。在課堂教學中，應該注重與生活實踐相結合，多以學科創新在生活中的實踐運用為例證，積極引導學生了解學科發展如何推動人類社會進步[9]。如隨著對更多大分子/大分子復合體高分辨率結構的揭示和細胞內分子行為的動態追蹤，以及對細胞增殖、分化、死亡與衰老等重大生命活動認識和理解的加深，細胞生物學的發展對醫藥領域的推動作用愈發突出。越來越多的藥物靶標被發現，或由于提供了更多結構、功能的細節信息而被重新認識，如真核細胞蛋白酶體(proteasome)、β2腎上腺素受體-Gs蛋白復合體(βAR-Gs)、人源葡萄糖轉運蛋白(GLU1)；許多難治性疾病，如腫瘤、感染性疾病、自身免疫性疾病、神經退行性疾病等其生物學特征和發病機制也逐漸清晰；新的疾病防治理念、方法層出不窮，如腫瘤免疫療法及其相關技術已得以成功轉化并在臨床上取得了初步成效。理論教學與生活實踐相結合，是使學生了解基礎科研如何指導成果轉化的有效途徑和方式，也能夠引導他們在日常學習和生活實踐中積極思考和發現問題，甚至有目標導向地進行自主學習。

3 思考與結語

秉持科學教學理念，合理安排教學內容，注重改進教學方式，這是保證課堂有效教學的基礎，也是需要每一位專業老師在教學活動中不斷思索和認真實踐的課題。綜上所述，體現在細胞生物學的生物類專業本科教學實踐中，同樣有著重要的指導意義和特殊涵義以及具體運用。

需要指出的是，細胞生物學課程教學，一方面旨在引領學生學習專業知識技能，同時，培養科學思維和專業素養，提升學習能力和創新理念；另一方面，貫穿于教學活動始終的還有不可或缺的素質教育[10]。建議可以圍繞課程基本內容進行輻射或延伸教學，如以學科發展中涌現出的杰出學者、科學家的求學、治學、科研精神和卓越工作為列，不斷地給予學生正確價值觀和高尚道德情操的引領。在生命科學的教學活動中，努力實踐教書育人。