以科研為導向的研究生培養模式下的“神經生物學”教學改革

謝真，楊亮，3，楊清湖，3*

（1.延安大學生命科學學院；2.延安大學多肽資源藥物研究中心；3.陜西省區域生物資源保育與利用工程技術研究中心，陜西延安 716000）

21世紀以來，神經生物學和人工智能飛速發展，使世界各國對神經生物學的重視程度大大提高。從2013年美國啟動腦計劃開始，歐盟和日本也相繼啟動了人類腦計劃和腦/思維計劃[1]。2021年初，科技部網站公布信息，將科技創新 2030—“腦科學與類腦研究”重大項目 2020 年度項目申報指南公開征求意見，正式拉開了中國腦計劃的序幕，旨在推動對大腦基本規律的理解，同時利用神經科學的基礎研究為一些緊迫的社會及經濟需求服務，預計在腦認知、腦疾病早期診斷與干預、類腦智能器件3個前沿領域取得國際領先成果[2]。然而，與年齡增長相關的神經系統疾病，例如，阿爾茨海默病的發病率也逐年升高[3]。這些神經系統疾病已經成為了不可忽視的社會問題，給社會和家庭帶來了沉重的負擔，且目前沒有特效藥。神經生物學結合了電生理、生物化學、基因編輯、遺傳學和神經藥理學等手段從分子細胞和個體水平對神經系統的功能機理進行研究，是解析神經系統疾病發病機制和治療策略最為基礎也是最重要的手段。因此，神經生物學課程設置的重要性不言而喻。

然而，不同于細胞生物學、生物化學與分子生物學、遺傳學等專業必修基礎課程，綜合性大學本科階段，“神經生物學”無論是必修還是選修課程的開課率都不高，隨著神經生物學的發展當前一些院校逐步在本科階段開設神經生物學課程[4]。基于研究生以研助學的培養方式，研究生在校期間的主要任務是科學研究，故而在課堂上參與積極性并不高，且不大可能像本科期間一樣花費大量的時間做課前預習和課后復習。那么，如何在有限的課堂教學時間內激起學生的學習興趣與熱情便成了研究生神經生物學教學改革之路的一大重點與難點。

因此，聚焦前沿，融合基礎，理論實踐相結合，豐富教學內容；建立三位一體評價方式，剖析科研為導向的研究生培養模式下“神經生物學”改革勢在必行。

一、科研為導向的研究生培養模式

神經生物學的發展關系到人類的身心健康和智力水平，神經生物學研究將直接關系到人口素質和民族智力，具有重要的社會作用。研究生是神經生物學研究的主力軍，研究生科研水平直接關乎神經科學的發展水平。科研為導向的研究生培養是將科學研究融合在基礎知識、實驗方法、文獻解讀、課題探討等過程中，是當前研究生培養的重要方式。這種培養模式既能提升研究生的實驗技能和科研素養，更能為科研工作和未來職業發展打下堅實基礎。

研究生是教師科研思想的踐行者和發揚者，是科研事業發展的中堅力量，更是國家高端儲備人才。導師是研究生進入科學殿堂的敲門磚和風向標，但在學生進入課題組后導師并不會從基礎知識和基本實驗技能開始言傳身教，更多的是傳授科研思想。所以，在研究生正式開展自己科研課題時，在課堂上再次鞏固基礎知識，學習相關基本實驗技能，接觸前沿文獻，了解并實際操作高端儀器是以當今科研為導向的研究生培養模式必不可少的環節。神經生物學研究日新月異，隨著新技術的產生，涌現出越來越多的新知識和新思想，是科研為導向的研究生培養模式的模板課程。

二、聚焦前沿，混合式課堂教學改革

研究生專業課課堂不同于本科，主要以小班教學為主，且學生本科期間基礎知識背景和研究生期間科研方向各不相同，而神經生物學是一門交叉性較強的課程，需要學生既具備分子生物學、細胞生物學等生物學相關背景，更要求學生對動物生理學、解剖學等有一定的了解[5]。此外，神經生物學的發展極為迅速，每天都有一些新知識出現。這些特點決定了研究生神經生物學教學課堂有別于本科期間照本宣科式對基礎知識講解，需要緊跟神經生物學前沿動態，適時調整授課內容。當然這并不是否認基礎知識的重要性，只是在研究生授課過程中降低基礎知識講解的比例，采取40%基礎知識專題化、40%前沿文獻學習、20%實驗儀器演示與操作的混合式課堂教學模式。

（一）搭建神經生物學基礎知識專題化

神經生物學基礎知識體系是神經科學研究的基石。引導學生從分子細胞水平理解神經系統的功能活動與意義：進化與發育 、遺傳與環境對腦的影響，對行為、語言、情緒、注意等腦的高級功能活動進行深入淺出的介紹。內容結構上，在介紹神經系統基礎知識的同時，適當減少細胞和分子生物學的基礎理論及研究方法等方面的內容，增加以行為、整合等神經機制為主體的應用研究成果和科學前沿進展，注重基礎與科學前沿的聯系。

神經生物學課程中涉及大量微觀形態變化，涉及大量可視化檢測方法與手段等，具有復雜、抽象、不容易理解等特點[6]。簡單對著書本或PPT講解很難讓學生理解，甚至會使學生喪失興趣。借助互聯網資源，例如，各大視頻網站、慕課等教學平臺下載一些生動有趣的教學動畫，在播放動畫的同時教師進行講解和補充說明，使學生逐漸從抽象概念思維到眼見為實轉換，既能激發學生的學習興趣，也能使講解更加明了易懂。最后，在每堂課的末尾，將課程內容以“師生”和“生生”間問題討論的形式展開，提升學生在課堂上的參與度，提升學生的學習熱情，也能使學生回顧整堂課的內容，對知識進行再一次鞏固。

神經生物學基礎知識的講解以專題化為主，將行為、認知、情感等動物行為與神經發育、可塑性構筑、神經環路等神經生物學知識點融合，搭建行為與經典知識和新知識結構巧妙銜接的專題化課程體系。此外，在專題設計和選擇方面充分考慮學生的知識背景，并結合文獻報道的一些新知識。通過不同專題使學生系統深入地了解和掌握神經生物學的基礎知識體系，提升學生的思考認知能力。

（二）聚焦前沿，提升思維

借助小班教學優勢，在開課前了解每位學生對自己科研方向的理解以及對神經生物學的認知。后續備課過程中，在講解神經生物學相關基礎知識的同時，穿插介紹與各個科研方向相關的神經生物學前沿進展和實驗技術，在學以致用的基礎上引導學生了解學科基礎知識和前沿，激發學生的學習積極性。

同時，神經生物學的研究進展更新較快，書本上的知識可能不足以全面準確地加以概括。例如，神經發育章節關于成年人腦內是否有新生神經元的觀點至今仍爭議不斷。1928 年，神經科學界公認的有史以來神經解剖學家卡哈爾曾聲稱“對成年人來說，神經路徑是固定的，有盡頭的，并且不可改變的，一切都會消亡，不可能重生”。而20 世紀80 年代，科學家證明了成年人每天能夠產生數百個新的神經元，并讓人們燃起了增加成年神經元產生對癲癇和阿爾茨海默病等腦部疾病治療的新希望。2018 年 Alvarez Buylla 等人發表在國際著名期刊Nature雜志上的論文表示，人類在出生后沒有明顯神經生成活動，再一次挑戰了人們對成人神經生成的理解[7]。然而，一年后Moreno-Jiménez 等人在另一本國際權威Nature Medicine上發文表示，優化了前人的檢測條件后證實了成年人海馬腦區存在大量的新生神經元[8]。這一例子使學生了解成年人腦內是否存在神經生成目前仍未知，也使他們認識到人類對自然科學的探索總是在曲折中前進，在做科研時要富有探索精神，敢于挑戰權威，不能盲目相信書本知識。同時，教師也能通過前沿文獻學習完善自身知識體系，實現教學相長。

除了結合當前最新文獻知識在理論層面引導學生掌握神經科學動態，還需讓學生融入其中，從作者角度解析文獻。一方面掌握作者的實驗思想，另一方面培養學生對知識的解析。在此過程教師引導學生進行思考，提出自己的見解，與學生進行討論，從而提高學生的自我認知水平和知識體系搭建能力，為自身未來的科研或工作打下堅實基礎。

（三）實驗儀器操作與演示——理論實際相結合

神經生物學實踐對實驗設備的依賴性較高，需要諸如激光共聚焦顯微鏡、膜片鉗等大型儀器將微管神經結構可視化和量化，這就需要研究生熟練掌握和使用大型儀器設備。另外，研究生作為教育體系中最高層次的教育和科學研究的主力軍，能否熟練掌握科研儀器設備的科學原理和操作技能關系到研究生培養質量。

然而神經生物學課程多針對研究生一年級同學開設，這個階段的學生處于剛剛從本科填鴨式課堂學習進入自主學習實驗技能和科研思維的階段。此外，在基礎知識和前沿文獻學習過程中，涉及實驗儀器與技術時大多處于一知半解狀態。因此，帶領學生了解和實際操作學院各科研平臺上較為高端且在各個研究方向都可能會涉及的大型儀器，并進行實驗技術教學（例如：流式細胞儀、實時熒光定量PCR儀、激光共聚焦顯微鏡、膜片鉗電生理、細胞培養相關實驗儀器與技術）對提升學生的綜合應用能力和科研素養[9]，相當有必要。一方面課堂集中授課講解大型儀器的原理和使用規范；另一方面指導學生進行實際操作演練，在實際操作過程中進一步講解大型儀器原理和使用規范。最后，利用具體實例綜合利用多種大型儀器設計試驗方案，帶領學生利用大型儀器平臺進行多元化思考。此過程不僅能為學生的科研之路助力，增加學生的學習熱情與積極性，更能加深學生對課堂上知識的理解。

三、構建“三位一體”考核方式

考核是對課堂知識學習效果的量化評判，也是學生對知識掌握程度的直接體現，是組織單位對課程實施效果的評定依據。當前研究生大多是完成導師的科研任務，對基礎知識的掌握較弱，而神經生物學的研究內容和知識體系與我們的日常生活密不可分，體現在生活中的方方面面，諸如精神病患者、老年癡呆患者等，因此學好學懂神經生物學對了解我們自己極為重要。

采取課堂表現、卷面考試及課堂展示（presentation）三位一體的方式評價研究生的學習效果。課堂教學過程中穿插討論環節，一方面了解學生對知識的理解，另一方面促使學生加深理解，進而評判學生的課堂表現。萬丈高樓平地起，對基礎知識的牢固掌握是課程學習最基礎也是最重要的環節。考試是檢測學生對基礎知識掌握程度最直觀有效的方式。考試應以兩個方面為重點：第一，通過名詞解釋類題型考查學生對基礎知識和概念的掌握情況；第二，以實際科研課題為藍本，融合各個實驗技術，設計開放式探索題目，考查學生對各方面知識的觸類旁通能力。課堂展示方面，教師可根據學生的研究方向布置相應的神經生物學方向的前沿高水平文獻，讓學生在精讀文獻的基礎上講解文獻的研究思路以及文獻中的研究思路和實驗技術對自己的科研啟發。通過結課考試考查學生基礎知識掌握情況，通過課堂展示考查學生融會貫通和邏輯思維能力，既沒有過多增加學生的負擔，也達到了全面考查學生學習效果的目的。

四、結束語

本文探討了在研究生以科研為主的培養和考核模式下，傳統的教學方式應當做出的適應性變革，并圍繞神經生物學課程對這一教改思想進行了闡述。將基礎知識、前沿進展和實驗儀器及實驗方法的講解與演示融合到研究生神經生物學的課堂教學中，將知識傳授、素質提高和能力培養貫穿于教學的全過程，是研究生課程教學改革至關重要的方式方法。