改革细胞生物学教学 强化学生创新能力

尹 静，吴 莹，詹亚光

（东北林业大学 生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

二十一世纪是生命科学的世纪。在目前人类基因组计划基本完成，其他重要生物个体的基因组测序工作也在飞速发展的重要时期，广大学者正逐渐转向开发和利用这些重要的遗传信息从而试图解决人类遗传疾病、改善自然环境等重大问题。细胞生物学是某一个基因或某一种蛋白质最终功能的首要体现者，分子生物学、基因组学等学科的发展一方面是以细胞生物学的发展为基础，另一方面又将细胞生物学推到了现代生命科学的前沿［1－3］。

东北林业大学生命科学学院拥有国家级生物类人才培养基地，细胞生物学课程开设于2004年，主要授课对象为生命科学学院4个专业的本科生。为了尽快培养出重基础、宽口径、思维开阔、实践能力强、能与国际接轨、创新应用型现代生物学人才。在教学实施中力求做到教学内容的基础性、前沿性和系统性的有机结合，启发式教学和传统教授的结合，教学内容详略与重点的结合，多种教学方法的运用等，努力提高学生对本领域的兴趣。研究将近年来笔者围绕这些方面所做的一些探索做一介绍，希望对生物学实践教学能有所启示。

一、细胞生物学的教学理念

细胞生物学课程的教学理念是给予学生一种学习的方式和解决问题的方法。教学生一些基础知识和理论，作为他们研究的基础，教会学生采用怎样的学习方式解决今后学习工作中遇到的问题提高学生的素质，将重点放在培养学生学习能力上，努力培养学生的创新意识和创新能力。改变传统的注入式教学法，采用启发式和互动式教学法。

二、细胞生物学理论教学方法改革措施

（一）选用权威教材及最新科研进展，保证课程内容的系统和结构的先进性

采用国内最新版权威《细胞生物学》教材结合G.Karp等主编的英文影印教材《Cell and Molecular Biology》作为理论课教材使用。不断跟踪细胞生物学领域最新研究进展，将有影响力的新成果丰富到理论和实验授课内容中，逐步修订和完善教学大纲，保证课程结构的系统和内容的先进性。

（二）科学合理地安排双语教学内容，使授课内容与国际前沿科技成果接轨

东北林业大学生命科学学院开展细胞生物学的双语教学已有4年。在双语教学中，坚持贯彻“学生为主角，教师为主导”的教学理念，非常强调学生参与教学过程，以达到教学相长的目的。比如与每次的课程相配合，教师从细胞生物学的主流期刊中挑选了相关的经典研究或最新研究进展的文章。提前一周布置学生阅读与当堂教学内容相结合的经典或前沿文献，课上安排学生用英文口头报告的形式（presentation）表述自己对文献的理解。采用这种完全渗透型的全英文教学模式的根本目的是提升学生直接接触并接受细胞生物学前沿知识的能力。不仅形成了教学的良性互动，还加强了学生的批判性阅读理解细胞生物学前沿研究成果的能力。这样的实践有助于学生掌握国外的最新科研成果，拓宽他们的专业背景知识，提升他们参与学术交流的能力。

（三）制作精良的CAI课件，提高教学质量

注重课件内容的系统性和逻辑性，同时注重相互的联系，建立对比图和表，保证课件的易理解性。在介绍各种生物过程和细胞动态变化时采用动画流程图和FLASH 、录像等，增加直观性，简化教学难点。许多细胞活动过程（如信号传导、细胞周期调控等）非常的复杂，卡通式或流程图或活细胞动态观察的小电影等多媒体将非常有助于学生对这些复杂生命活动的认识、理解和掌握。教师还在网上搜索了很多国际名家的讲课资料，这些视频资料使学生亲身体会到国外细胞生物学教学的生动性。

（四）结合科研案例提升学生探究和创新性思维能力

我国著名科学家钱学森说过：“不会搞科研的教师不是一个合格的教师”。教学团队不但要有一流的教学，而且要有一流的科研，教学团队成员不但要做优秀的教育工作者，还要努力成为出色的科学研究者，具有教育者和研究者的特质［4－6］。

通过结合本学科申请的国家基金及省市级课题研究思路，引进细胞次生代谢产物调控、细胞凋亡及信号转导等相关细胞生物学研究案例，阐述细胞的活动与整个机体的活动密切关系，从细胞社会学的观点讲授细胞生命活动的分子机理。如案例题目：Ca2＋信号介导白桦悬浮培养次生产物三萜的合成研究。Ca2＋是细胞内最重要的第二信使之一，在细胞的信号应答中具有重要的调节作用。白桦中次生产物三萜是有潜力的新型药物制剂。针对钙信号在植物次生代谢产物合成中的重要作用，选用特异试剂分别阻断钙离子，然后采用特异荧光分子或化学标记，研究钙信号在调控白桦悬浮培养细胞中三萜合成的分子机制，探讨钙信号分子介导白桦细胞防御系统启动及钙离子在白桦三萜合成过程中作用模式。设计内容：A、Ca2＋信号与三萜合成的关系：选用特异药物或试剂分别阻断钙离子，然后采用特异荧光分子或化学标记钙离子。B、钙信号处理下白桦三萜代谢途径关键酶基因表达分析：利用Q－RTPCR 方法，研究白桦悬浮细胞经阻断及添加钙离子后不同时间三萜合成关键基因（FPS、SE、CAS、β－AS、LUS）的表达特征，同时测定培养物中三萜含量，明确钙信号对三萜代谢关键基因表达的作用及其与三萜积累的关系。通过该案例教学，使学生了解钙在植物次生代谢合成中的信号转导的作用，并了解相关研究方法及方案设计，极大促进了学生科学探究及创新思维能力。选择与课程内容相关的成熟科研案例，介绍问题的提出、实验思路与设计、网上资源利用和结果分析等，引导学生如何提出问题和解决问题。

三、细胞生物学实验教学方法改革措施

（一）结合教师科研成果，增加设计性和综合性实验项目

在设置的经典细胞生物学实验的基础上，研究成果与思路，引进细胞次生代谢产物调控、细胞凋亡及信号转导等相关细胞生物学研究项目，学生可以根据已有案例的研究基础，集思广益，挖掘新思路，或根据最新的细胞生物学领域研究方法及热点，进行自主实验设计，并进行项目书写作、实验设计、预期结果等方面阐述，在此基础上进行独立操作和完成自主设计课题，目的是提升学生的动手能力及科研探索精神。

（二）结合最新的细胞生物学研究成果不断更新实验内容

以细胞生物学经典的5 个实验（如DNA 和RNA 的原位显示实验）为基础，结合最新细胞生物学检测技术开设综合性实验2个；设计性实验1个（学生自主设计，教师指导下独立完成），全面训练学生实验操作技能与科研探索精神。具体做法如下：A：2010年从北京大学生命学院引进GFP转基因拟南芥种子，并开设了实验“拟南芥线粒体GFP 转基因植株幼苗的观察”通过对拟南芥线粒体GFP转基因植株幼苗的观察，同时引入3位诺贝尔奖获得者在GFP发现及相关应用方面的杰出贡献，使学生不仅掌握荧光显微镜的使用，而且了解关于GFP的背景知识，学生非常感兴趣，这是以往实验课未涉及的。B：为了使学生深入理解植物细胞的细胞微丝、微管理论知识，并学会免疫荧光检测的原理与方法。开设了“细胞骨架免疫的荧光检测”实验，这个实验因涉及二次抗体的温浴结合，因此，一次实验课时间长达6个小时，师生都很辛苦，但学生认为很有收获，不仅能够清晰检测到花粉管细胞骨架，还懂得了实验的成功需要付出巨大的努力，并要有耐心与认真严谨的科学态度。C：为了使学生更深入理解和掌握细胞生物学理论课“细胞凋亡”内容，进一步掌握检测细胞凋亡特征的方法，教师利用课程组所在森林生物工程学科研究项目所培养的白桦悬浮培养细胞，开设了设计性实验“悬浮细胞凋亡的诱导与检测”。学生针对教师讲解的细胞凋亡诱导的温度、乙醇、NH4NO3、乙酸等各种条件，及提供的白桦细胞、洋葱细胞和动物鸡血红细胞等，通过不同诱导剂的选择、不同材料、不同诱导时间及浓度的设计，充分发挥主观能动性，独立设计诱导凋亡的方案，并严格实施，描述实验现象，并对实验结果进行讨论。通过这个综合设计性实验，同学们开始对科研项目的申请所涉及的项目立题依据、文献综述、方案设计、方法应用及预期结果等有了系统的认识和了解。这为即将开始的本科论文毕业设计和研究生的研究项目顺利开展奠定了良好的基础。

（三）实验教学考核内容与方法

教师不仅注意培养学生直接接触、接受以及理解细胞生物学前沿知识的能力，同时提升他们的科学思维和交流能力，而且也关注学生的动手能力。在细胞生物学实验课将学生按2～3人分组，要求每名学生独立完成实验，鼓励学生在组内、组间讨论实验结果。

细胞生物学实验成绩的评定按照结构进行评分，其考核包括基本实验操作技能、综合试验设计的能力以及实验报告。实验成绩＝基本实验操作技能50分＋综合试验设计30分＋实验报告20分。

四、教学与科研结合的成效性

教学的准备和备课过程，经常是激发教师科研灵感的好机会。同时，课堂又是宣传教师们科研成果的好场所，教师用自己的例子讲述细胞生物学的基本规律是最生动的。如在理论课中引入了教师申请的国家自然基金项目中涉及的白桦、茶条槭、水曲柳等树木次生代谢调控及信号（NO、MJ、SA）转导案例；在实验课中引入动／植物细胞凋亡的荧光显微观察与检测。将多年的科研成果应用于教学，贯彻启发式并结合科研案例进行教学，不仅生动活泼，而且学生学习有的放矢，大大激发了学生的学习热情和求知欲。同时，教师们鼓励优秀学生到科研实验室开展细胞生物学领域的研究活动，有效提升学生直接接触、接受以及理解细胞生物学前沿知识的能力。从2008―2011 年学生申报本学科创新课题（10项）和获资助的等级（4项国家级，校级6项）就可反映出教学与科研结合的成效性，这对训练学生的实践动手能力、创新意识、创业能力和理论素养以及科研协作精神，具有非常好的效果，多人次保送本校或考取重点大学硕士研究生。同时以教学团队的科学研究为平台，有目的的从科研项目中设置与本课程研究领域相关的毕业论文题目对学生创新意识和实践动手能力的培养，均收到了良好效果。

［1］李波，焦德志.细胞生物学教学中培养学生的实践能力［J］.高师理科学刊，2005，25（4）：111－115.

［2］彭安，桑建利.细胞生物学实验教学的创新探索［J］.实验室科学，2007（5）：42－45.

［3］费瑞，梁彤，高元奇.细胞生物学教学与改革的几点思考［J］.长春师范学院学报，1999，18（5）：75－78.

［4］王石平，金安江.《分子细胞生物学》研究性教学模式的改革实践与思考［J］.华中农业大学学报：社会科学版，2008，74（2）：134－137.

［5］王金发，王宏斌，何炎明，等.“细胞与遗传学实验”国家精品课程的建设［J］.中国大学教学，2010（5）：59－61.

［6］王金发，王国雄，何炎明，等.创建“开放式、研究性”课程教学模式［J］.开放学，2004（4）：32－35.