英文文獻研讀、概念圖和翻轉課堂在表觀遺傳學課程教學中的綜合應用

曹貴玲，王 猛，朱明霞，劉文強

（1.聊城大學農學院，山東 聊城 252059；2.聊城大學生命科學學院，山東 聊城 252059）

表觀遺傳學是研究在DNA 序列不發生改變的條件下，DNA 甲基化、 組蛋白修飾和染色質結構變化等因素的改變， 導致基因功能發生可遺傳的變化，進而導致表型變異的遺傳學機制［1］。 表觀遺傳修飾對細胞特異性分化、 發育和疾病發生等具有重要作用［2-3］。 表觀遺傳學是近年來遺傳學發展最快的領域之一， 并逐漸成為一門獨立的遺傳學分支學科。 國內已有多所高等院校對研究生開設了該課程， 聊城大學農學院動物科學專業對本科生也開設了這門課程。但是，表觀遺傳學知識較為抽象，理解起來較困難，本科階段開展表觀遺傳學教學的實踐經驗不多， 筆者在該課程的教學過程中，逐漸探索出一種將概念圖、英文文獻研讀結合翻轉課堂多種教學方法相結合的混合教學模式，取得了良好的教學效果。現將聊城大學農學院在表觀遺傳學教學實踐中運用的綜合教學模式進行總結。 該種混合式教學模式極大地提高了學生的學習熱情，調動了學生的積極性，培養了學生閱讀英語專業文獻和整理文獻思路的能力， 加深了學生對教學重點和難點的理解， 也有助于幫助學生建立科學思維， 為學生后續的學習和工作奠定了基礎。

1 教學內容和模式設計

將表觀遺傳學課程安排在動物科學專業三年級下學期，這時，學生已經完成了動物遺傳學和分子生物學基礎課程的學習， 系統地掌握了表觀遺傳學需要的基礎知識， 這樣學生可順利地過渡到表觀遺傳學的學習。但是這個階段的本科生，對科技論文的閱讀量還很少， 所以筆者對教學內容進行了簡化。主要教學內容：首先由經典遺傳學內容和生活中的現象引出表觀遺傳學內容， 從而引出基本概念； 之后回顧分子遺傳學和分子生物學課程中講述的基因表達調控、 染色體組裝和核小體結構，有助于引出后面的教學重點。教學重點放在DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑、基因組印記、X 染色體失活和小RNA 6 個基本模塊。這些基本內容由教師講解涉及的基本概念， 將學生引入后， 讓學生閱讀最新發表的且與動物科學專業相關的英文文獻，對文獻內容自己整理，以概念圖的模式呈現出來，這樣能加強對某一主題的認識。

2 綜合教學模式

確定好課程教學內容后， 根據上述6 個基本模塊，將學生分成6 個小組，每個小組負責一個模塊，小組內所有活動由小組長協調。教師從近期發表的相關論文中選取一些與6 個模塊對應的、與動物科學專業知識相關的、 難度適宜的英文文獻分給每個小組。每個小組課下研讀英文文獻，將所讀文獻進行總結，用概念圖呈現，在課堂上給其他組的同學講解并答疑解惑，最后由老師進行點評。這樣，一方面能夠使學生認真地閱讀文獻，清晰理解文獻內容，掌握表觀遺傳學課程的基本內容，回顧以前學到的專業課內容， 并加深對這些內容的理解和鞏固；另一方面讓學生總結知識點，用概念圖呈現，增強學生的總結能力。

2.1 英文文獻研讀

目前，對于自然科學而言，英語是實際上的共同語言，自然科學研究的新結果、新發現、新概念大多是以英語論文的形式提出［4-5］。 對從事動物科學專業的學生來講， 要了解并熟悉本學科研究的前沿和熱點，閱讀英語文獻是必由之路。表觀遺傳學作為一個新興的遺傳學分支， 新的研究發現更是以英文文獻呈現， 所以學生多閱讀英文文獻對更加深入地了解表觀遺傳學的內容很有意義。 另一方面，運用傳統的老師講、學生聽的單向輸送上課模式，對于理論性強的表觀遺傳學來說，不能有效促進學生的主動學習。 而給學生布置與專業知識相關的表觀遺傳學研究論文， 有利于學生結合已經學到的專業知識理解文獻， 能夠加深對表觀遺傳學知識的理解和掌握。

很多學生讀英文文獻時對于需要精讀和泛讀的內容不清楚，缺乏閱讀技巧，所以產生畏難情緒［6］。 因此，教師在給學生分配文獻之前，對每一個模塊都先用一篇文獻為例， 講解科技論文的基本結構、摘要、前言、材料與方法、結果與討論和參考文獻等各部分如何研讀， 各部分都能獲得什么信息，哪些部分要精讀，哪些部分簡讀等英文文獻閱讀方法， 之后讓學生以小組為單位研讀文獻。2019 年在表觀遺傳學課程教學過程中， 以“DNA methylation patterns and gene expression associated with litter size in Berkshire pig placenta.”［7］“Identification and differential expression of microRNAs in the testis of chicken with high and low sperm motility.”［8］“TRIM28 regulates Igf2-H19 and Dlk1-Gtl2 imprinting by distinct mechanisms during sheep fibroblast proliferation.”［9］3 篇文獻 為例， 分 別在DNA 甲基化、 小RNA 和基因組印記模塊中進行了講解， 能使學生在之前學到的知識中 （如豬繁殖、精子活力、胚胎發育等）接受新概念（DNA 甲基化、小RNA、基因組印記等），并且能夠將抽象的基因調控與熟知的動物科學專業知識結合起來，更容易理解基因是如何控制具體性狀的。

2.2 概念圖的應用

概念圖是將抽象概念相互關聯， 并使之可視化的一種表達方式，它利用方框、圓圈、線條、箭頭和關鍵詞等把特定知識內容分解成一個中心概念和幾個一般概念， 按照邏輯關系進行合適的排列和連接，使知識內容變成形象和直觀的圖像［10-12］。用一篇具體文獻舉例說明如何將閱讀的英文論文以概念圖的形式展現， 以Chung 等［13］2017 在《Epigenetics》 上 發 表 的 “Active H3K27me3 demethylation by KDM6B is required for normal development of bovine preimplantation embryos” 為例（見圖1）。

圖1 文獻實驗設計概念圖

該論文的核心是使牛2-8 細胞期胚胎中H3K27me3 增加，分析胚胎發育可能的變化。 這個核心問題用最明顯的雙線框標識，就是圖1 中“2-8 細胞期胚胎H3K27me3 增加”。 為了使牛2-8 細胞期胚胎H3K27me3 增加， 作者運用siRNA 技術敲低了能夠抑制H3K27me3 去甲基化酶的基因KDM6B 的表達， 這個主要技術用四角凹框標識。文中顯示，H3K27me3 增加引起胚胎發育的3 個方面的變化， 第一， 胚胎不易順利發育到囊胚階段，就是圖中“胚胎發育到囊胚階段受阻”。 第二，即使發育到囊胚階段的胚胎，它們的內細胞團（inner cell mass，ICM）和滋養層（trophoblast，TE）細胞數目減少，并且8 細胞期胚胎轉錄組發生改變，這些由H3K27me3 增加引起的發育變化用四角圓框標識，轉錄組改變具體體現在與轉錄調控、染色質重塑、蛋白質分解代謝基因表達減少，這些變化用橢圓標識。 為了驗證上述結果，作者用GSK-J4 處理，使胚胎H3K27me3 去甲基化酶活性受到抑制，得到與KDM6B 敲低一樣的效果，這個補充實驗用虛線四角凹框標識。 而每一個結果的獲得需要用到的技術用直角方框標識。 所以用一張概念圖就將核心問題用不同形狀的方框或圓圈表示不同層次，將一篇論文的實驗設計、實驗方法和實驗結果呈現在一張圖上，一目了然。使用這樣的概念圖不僅能夠使學生理清文獻的內容，也能鍛煉學生的邏輯思維能力， 能否用簡要圖表說明一篇復雜的論文， 同時還有利于幫助學生建立科學的思維方式。

2.3 翻轉課堂

翻轉課堂的教學模式能培養學生獨立學習、交流和討論的能力，還能培養和鍛煉學生將知識和內容歸納總結并按照自己的理解講授出來［14-15］。筆者在表觀遺傳學教學過程中將上述英文文獻閱讀、概念圖和翻轉課堂結合，學生以小組為單位，課下閱讀英文文獻，在充分理解文獻之后，用概念圖歸納總結文章實驗設計思路。在這個過程中，有些問題需要學生自己查閱資料， 查找有些較難理解的知識點或實驗方法。 這樣能培養學生遇到學習問題自己積極主動查閱資料的習慣和自己解決問題的能力。

歸納繪制好概念圖， 要求各小組的學生在課堂上講授閱讀的文獻， 向其他同學講解自己理解的文章思路、用到的實驗方法的原理與應用，并與表觀遺傳基礎知識的結合講述給其他同學， 同時解答同學的疑惑。 學生理解不到位或者理解不一樣的問題或知識點，由老師進行點評并逐步分解。在這個講授的過程中， 能進一步加深學生對文獻的理解，也能使其他同學理解這篇文獻，達到雙向教學效果。

3 結語

表觀遺傳學是目前較為年輕的一個遺傳學分支， 傳統的動物遺傳學課程涉及表觀遺傳學的基礎內容，但不夠深入。聊城大學農學院對動物科學專業學生開設表觀遺傳學課程作為一個專業提高課，對學生遺傳學和分子生物學基礎要求較高，傳統教學模式下，學生感覺枯燥，不易理解。 筆者將英文文獻閱讀、概念圖和翻轉課堂結合在一起，大大提高了學生的學習熱情， 增強了自主學習和查閱文獻的積極性，提高了英文閱讀能力，也鍛煉了學生綜合歸納的能力。 在閱讀文獻和制作概念圖的過程中，對以前不懂的知識需要查閱資料，理解多種實驗技術的原理和應用， 再把這些文獻中的實驗設計思路和實驗技術講解出來， 其他同學在學習的過程中也能理解多種實驗設計思路和實驗技術，對學生以后工作和學習是非常有益的。該種結合英文文獻閱讀、 概念圖和翻轉課堂的混合式教學模式也適用于動物科學專業及類似專業的課程教學。