细胞生物学立体化教学体系的构建与实践
时间：2020-03-11 13:48:59 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：细胞生物学是现代生命科学领域中的三大基础学科之一，也是生命科学前沿研究领域中的重要理论指导来源与常用研究手段。在本科教学中建立和完善立体化教学体系，有助于学生建立牢固的生物学理论基础与科学思维方式。通过完善多媒体素材与网络平台、在课堂内采用引导式教学、组织学习小组开展专题研究、与全程科研训练对接等方式激发学生兴趣，促使学生养成探索式、主动式学习风气，形成良好的教学模式，在实践中取得了一定的效果。
关键词：细胞生物学；立体化教学；实践
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2012）02-0023-03
细胞生物学是现代生命科学领域中的三大基础与带头学科之一（这三大学科分别是生物化学与分子生物学、细胞生物学、遗传学）。所有的生命活动都离不开作为生物体结构与功能的单位——细胞，许多生物学问题在细胞与分子层面进行探讨能让人对其理解更为透彻。所以，现代生命科学研究中相当多的资源是立足于细胞生物学领域的研究。细胞生物学这门学科从细胞的显微、亚显微、分子等多个层面水平上把结构和功能结合起来，阐述生物体与细胞的生长、发育、免疫、分裂、分化、繁殖、信号传导、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象[1]。从农业到医学，从细菌的活动到人类大脑的活动，从植物保护到作物抗逆机制，生命科学中各种应用与前沿领域都离不开细胞生物学的方法、手段，因此，细胞生物学是现代生命科学领域的重要学科之一。
一、国内外细胞生物学教学状况
由于细胞生物学是现代生命科学领域的基础学科，国内外综合性或专门性的教学机构都将细胞生物学教学放在特别重要的地位，教学手段的建设也发展迅速。
细胞生物学课程本身的知识内容多、理论推导复杂，学生平时的学习会遇到理解方面的困难。因此，国外许多教学机构很早就开展了将深奥难懂的理论知识以直观、形象的方式向学生教授的模式探索。随着多媒体技术的兴起，他们制作了许多精美的动画，演示细胞生物学中抽象难懂的内容，例如，细胞分裂、细胞骨架蛋白的组装与去组装、肌肉运动、白细胞运动、细胞衰老等。这些平时没有直观感受的、关于分子细胞生物学方面的抽象内容转换成教学动画素材后，形象地帮助学生去理解相关知识内容，使得他们对生命的奥秘有了深入的理解，并进一步对细胞生物学产生浓厚的兴趣，从而最终投身于生命科学领域的科学研究。从近50年来诺贝尔奖颁布情况来看，接近90%的诺贝尔奖项目与细胞生物学有关，这个情况一方面表明细胞生物学在现代生命科学研究中的重要地位，另一方面也从侧面反映出国外重视细胞生物学的教学，从而培养大批专业基础扎实而富有创新能力的科学研究人才。
国内重点综合性大学也都非常重视细胞生物学的教学与研究，从1950年细胞生物学的正式诞生开始，兰州大学、北京大学就建立了专门的细胞生物学教学与科研机构。目前中山大学、北京大学、中国医科大学、北京师范大学等985、211高校先后建立了细胞生物学教学网站。近年来，根据对国家自然基金项目审批情况的不完全统计与分析，国内这些学校在生命科学领域中所申报成功的项目里细胞生物学所占的比重逐年增高。例如，北京大学承担的生物方面国家自然基金中，近五年来细胞生物学领域有关研究从50%上升到近80%；西北农林科技大学在学校学科发展战略性政策倾斜思想指导下越来越重视细胞领域的研究，近年来国家自然基金获批数量飞速增长，这也与对细胞研究的重视有关。这些国内情况表明，随着细胞生物学的发展，科研工作人员研究水平逐步提高，而大学要培养高水平生命科学领域的科学家，就必须要重视包括细胞生物学在内的三大基础科学的教学与研究，这对高校教师完善科研思维、促进他们的科研发展具有重要作用。
然而，细胞生物学内容繁杂，抽象的地方多，而且新方法、技术、观点层出不穷。这导致学生在学习细胞生物学的过程中有一定的难度。同一个班级，不同学生个体差别很大，特别是传统的、单一进程的输灌式教学方式容易导致学生学起来产生枯燥感，挫伤他们的学习积极性。这样的状况不利于细胞生物学的学习。因此，建立一套立体化教学体系，启发式、探索式的学习也许能让不同层面的学生找到适合自己的路径以便更好地学习[2]。
二、立体化教学理念与实践
立体化教学包括立体化教学资源、立体化教学层次和立体化教学评价，主张综合利用网络平台、多媒体课件等手段循序渐进地传授基本知识，形象而系统地传授抽象的内容，因材施教，对不同个性的学生制定广度和深度不同的个性化教学内容，基于“厚基础、重个性”的理念开展立体化培养，对学生的学习与提高、教师的教学与科研都有许多好处[3-5]。
（一）教学资源的立体化
依据教学大纲设置内容合理、多媒体丰富的学习平台，让不同的学生找到适合自己的学习模式[6-7]。全方位、立体化的教学首先在资源上能把细胞生物学抽象的知识形象而生动地呈现给学习者，知识密度大、表现力强，通过将教学内容化静态为动态、化抽象不可见为直观可见、化复杂多变为简洁明了，可以顺利地引导学生突破思维障碍，使原本艰难的教学活动充满魅力，更能有效地激发学生的学习兴趣和欲望。例如，在绪论中引入哈佛大学制作的白细胞在毛细血管内壁滚动和钻入发炎组织部位过程分子细胞生物学机制的动画，让学生体会到不起眼的生命活动现象中原来也有如此多的奥秘，好奇心被激发出来，从而对课程各部分的学习产生浓厚的兴趣。在细胞骨架章节中回顾并详细讲解这段动画，有助于学生形象地理解相关知识，并能够与细胞膜结构和功能、中心法则、蛋白质分选等内容开展知识点之间的立体化联系。又如肌肉运动中的肌丝滑行过程反应步骤多、抽象而复杂，用动画可直观地演示动作电位产生、钙离子释放、钙离子结合、原肌球蛋白位移、ATP分解释放能量、肌动蛋白与肌球蛋白之间的相互运动、钙离子回收等生理过程。原来枯燥、呆板、深奥的科学原理，从多角度、多层面以更真实、更直观、更立体的方式表现出来，更加便于学生对知识的理解和掌握，使艰深的专业知识学习成为一种乐趣。在传统的教学中，教师讲解这些内容面向不同班级的学生要多次反复地在黑板上画图、板书，有时因为内容艰深容易顾此失彼，徒增学生的困惑，而形象生动的动画能大大减轻教师的负担，大大增加课堂内的有效讲授时间，较好地解决学时少、内容多的矛盾。通过教学资源的立体化，向学生提供一个生动而丰富的教学课件与网络平台，对传统教学时间、空间是一种突破，可为学生提供充分的课后学习资源，作为学生补充学习之用，也为学有余力的学生对某些感兴趣的领域自学提供良好的平台和深入思考的空间。
（二）教学层次的立体化
立体化教学不仅仅是建立一个学习网站和向学生提供多媒体课件，而是要在教学大纲与具体标准的合理化调整中优化教学内容，面向个性化的学生，提供不同的学习通道，建立多层次的教学模式。这就要在教学中认真研究知识模块与教学重点的安排[8-9]，形成一个从结构到功能、从基础知识到综合应用能力培养的完整教学体系。要达到良好的教学效果，就要认真贯彻“厚基础、重个性”的教学理念。第一，打好扎实的理论知识基础是前提；第二，鼓励学生根据自己的兴趣，提供个性化发展研究能力锻炼平台，以便他们将来面向自己的专业研究是关键。近年来，我们从以下两个角度开展了教学改革探索。
1.指导建立学习小组，互帮互助，课堂内外开展讨论活动
由于长期的应试教育模式，很多学生养成一种较为封闭的学习性格。要么是遇到问题等待老师讲解，要么就是对学习中遇到的问题采取逃避的方式。这样造成的结果是有些学生逐步落后并发展出对专业的冷漠情绪，最终导致部分学生毕业状态不理想，最后转行另寻出路。因此，我们在教学开展的初期就组织学生以宿舍为单位或者学号段为单位的方式组成学习讨论小组。各小组每个章节开始前根据分配的任务，将章节中的基础知识与基本概念点带领大家预习；每个章节结束后，引导小组总结知识网络体系，注意讨论某些重要概念、重要理论。以细胞程序性死亡为例，科学家是发现了哪些现象？他们在思考相关机制问题的过程中，选择了什么样的研究思路？采用了什么技术手段？这些相关的技术手段能够提供什么结果？这些试验数据、图表之间的科学逻辑关系是如何组织的？因此，学习小组的建立，以先进带动后进，加强了学生的沟通能力与互相帮助的能力，也有利于学生打开科学视野，理清知识之间的脉络，领悟科学研究方法与思维。
2.布置学科发展前沿的讨论与演讲，挖掘苗子，与全程科研训练对接
在课堂教学中，我们根据课堂内容适当布置相关领域理论和应用方面的研究进展讨论，特别是诺贝尔奖项中细胞生物学方面的前沿研究领域；向学生介绍周围一些教师的科研计划，从而鼓励和引导感兴趣的学生对某些科学问题进行深入的思考。当然，本科生个人的发展水平参差不齐，有的学生能从科研论文中提炼出科研思维、研究方法和思路，而有的学生这方面的理解能力尚未开发，因此，在安排这方面的课堂活动过程中要特别提醒学习小组通过讨论，摸索学会阅读科研文献。对于一些学有余力、精力旺盛、思维活跃与动手能力发展较好的学生，鼓励他们阅读经典SCI文章，用自己的话在课堂讨论中讲解经典文献中的科学研究思路。通过课内外讨论，对表现突出者给予较高评价，鼓励这些表现突出的学生写专题课程论文或者综述性文章，帮助他们修改，并介绍他们参与全程科研训练。
从近两年教学改革探索来看，本硕博连读、参与大学生科创计划的学生因为参与导师的科研项目较早，我们适当安排这些学生在课堂讲解一些他们感兴趣的专题或者所在实验室的一些研究背景。通过这种方式，既锻炼了优秀学生，也通过他们的示范带动全班学生的学习积极性。一些思维活跃和动手能力较强的学生，介绍他们参与我们的研究后，做了一些基础的工作，直接参与到细胞生物学方面的全程科研训练。这种多层次个性化的培养通道，使得学生获得了更广阔的发展空间。
（三）教学评价的立体化
细胞生物学课程旨在培养既有扎实的理论基础，又有较强的实验技能及创新精神的学生。因此，教学活动的最后环节——评价学生的学习效果就要根据不同层次的学生制定立体化的教学评价。在近年来的教学改革活动中，实验教学单独设置学分、列为专门课程，以小班的形式综合培养学生的动手能力；更多前沿进展放置在“现代细胞生物学导论”本科生公共选修课中，以额外延伸的形式拓展学生的视野。在主干理论课程的最终成绩评价中，我们设置30%—40%的比例作为平时成绩，综合根据学生在学习中的表现，评价其创新精神、科学精神、科学表达能力的发展程度。在期末考试中，根据“厚基础、重能力”的原则设置考试题目。除了基本概念、基本理论的考试内容外，适当引入与编制一些能够考核学生分析能力、综合运用能力的题目。这种立体化的评价体系使学生尽量摆脱死记硬背的陋习，更注重发掘学生的创新能力与好奇心，有助于学生综合能力的培养。
三、立体化教学实施效果反馈
立体化教学体系的特色是：立足基础、注重能力培养、激发学生学习兴趣的自主式、互动式学习。立体化教学对学生而言不再是被动与输灌，而是由学生自己主动控制与探索，这有利于培养学生的主动性和创造性。教师在讲授过程中可以集中精力对授课内容进行分析和阐述，充分利用举例、图解、动画、比较、归纳等方法，把教学重点和难点分析透彻，并且还有时间讲解细胞生物学最新的前沿知识及科研思路，引导学生理论联系实际，丰富课堂内容，增加课堂信息量，事半功倍地提升教学水平和授课效果；同时，专题讨论、与全程科研训练对接，有助于激发学生的好奇心与主动性，有助于学生综合能力的培养。
立体化教学的探索已经开展两年，学生在交流信件中说：“……课程内容是很丰富的，远至生物学的启蒙时期，近至近期国际顶尖杂志上发表的重大发现和最新的研究热门，都有所涉猎。除了比灌输知识的传统教学方式更加灵活之外，难能可贵的是能够让同学们自己探究、钻研。……除此之外，教师还让我们自己选择喜欢的方向看一看文献、写一写综述，还表达了希望我们能够自己发表的愿望。顷刻间，我看到了动力所在，于是整理平时看过的一些文献，用自己很拙劣的语言去组织拼凑出自己的第一篇文字，很荣幸地，它受到了教师的好评。受到肯定的这刹那间的欢愉是无与伦比的，它坚定了我继续自己理想的信念，让我为自己的梦想去继续努力地付出。”学生普遍反映通过这种立体化的学习，学到了重要研究成果中的科学研究思路。通过这些立体、全方位、多样化的教学形式，给予及时的鼓励与指导，激发了学生的学习热情，培育了他们对专业研究的热情，促进了大学生主动采用细胞生物学手段开展创新实验计划，部分学生专门选择细胞生物学领域的导师报考，立志于该学科领域的研究。
开展立体化教学要特别注重“因材施教”，因此，根据细胞生物学的学科发展特点，与时俱进，不断完善教学内容，全方位考虑学生的个性化特点，遵循“三基并重、全面发展”的人才培养模式是立体化教学的核心价值。实践立体化教学，对教师的能力也提出了更高要求，要求教师要深入钻研教学研究，密切关注学科发展动态，不断更新教学内容和教学方法，不断完善课程教学管理与引导，并根据学生的状况不断调整，及时自我更新，提高教学能力，以进一步完善细胞生物学立体化教学体系。
参考文献：
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