教师学习在教学中的作用——生态毒理学课程教学的体会

◆王建军 钱坤 孟祥坤

(扬州大学园艺与植物保护学院)

传统高等教育理论主要侧重于从教师的“教”与学生的“学”两个方面提高教学效果，而一定程度上忽略了教师学习(teacher learning)在教学中的作用。教师学习是指教师在自身努力或外部环境的影响下，其专业知识和能力的获得和生长变化。生态毒理学是生态学本科专业的一门专业必修课，我校园艺与植物保护学院于2006年为生态学本科专业开设了生态毒理学这门课程，经过十多年的教学实践，笔者深刻体会到教师学习在教学中的作用，现总结如下。

一、更新知识，提高学生学习质量

教师学习是教师自身发展和学校课程发展的关键变量，也是提高学生学习质量的重要途径。生态毒理学(Ecotoxicology)是20世纪70年代初期发展起来的一个毒理学分支，是生态学、毒理学、环境化学等多学科相互融合而形成的一门综合性新兴学科。随着学科的发展，生态毒理学相关理论也在不断更新，这就要求教师通过主动学习，在课堂教学中补充最新内容，介绍最新成果。

毒物剂量—效应(反应)关系是毒理学的一个基本原理，也是进行毒物风险评估和管理控制的重要依据。传统毒理学教材主要介绍直线型、抛物线型和S型曲线等3种关系类型。认为毒物的生物效应总是随着剂量的增加而增大，并且根据高剂量效应可以推导低剂量效应。毒物兴奋效应(hormesis)是指毒物在低剂量条件下表现为适当的刺激(兴奋)反应，而在高剂量条件下表现为抑制效应，在剂量—效应(反应)关系上表现为倒U或J形曲线。Calabrese和Baldwin对毒物兴奋效应进行了大量的研究，2003年在《Nature》杂志上发表了题为“Toxicology rethinks its central belief”的文章，提出从高剂量的曲线无法推测低剂量效应，这种剂量—效应(反应)关系的认识转变，对毒物风险评估和临床疾病治疗具有重要的潜在应用价值。目前，环境污染的一个发展趋势是接触剂量减少，暴露浓度通常处于较低水平，因此，与毒理学经典的阈值模型和线性非阈值模型相比，毒物兴奋效应在低剂量范围完善了剂量—效应(反应)关系，是一个更加普遍和基础的剂量—效应(反应)模型。通过对毒物兴奋效应的介绍，提高了学生对毒物剂量—效应(反应)关系的认识，取得了较好的教学效果。

环境污染物进入生物体内被氧化产生的自由基可造成氧化损伤。传统的衰老的自由基理论认为，自由基对细胞组分的氧化损伤造成衰老，维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂水平可以延长寿命和推迟衰老。笔者介绍了2014年发表在《Cell》上题为“The intrinsic apoptosis pathway mediates the pro-longevity response to mitochondrial ROS inC. elegans”的文章，该文对秀丽隐杆线虫的研究发现，自由基作为信号分子激活细胞凋亡，从而加强细胞的防御机制并延长其生命周期。这一发现颠覆了传统理论，证实在衰老过程中自由基生成增多是因为自由基实际上是对抗而非造成了衰老。对这种最新研究成果的介绍既丰富了教学内容，也开拓了学生的视野。

二、加深理解，扩大学生知识面

生态毒理学研究的一个重要意义是为控制污染、制定环境标准和立法提供科学依据。笔者结合最近发表的关于新烟碱类杀虫剂对蜜蜂等传粉昆虫亚致死效应的文章，在教学过程中介绍了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂觅食能力、归巢能力、生殖能力和传粉效率的影响，这种负面影响是导致全球范围内传粉昆虫数量呈下降趋势的一个重要原因。欧盟根据欧洲食品安全局(EFSA)有关新烟碱类杀虫剂对传粉昆虫的风险评估结果在2013年5月颁布了法规485/2013，从2013年12月1日起禁止噻虫胺、噻虫嗪和吡虫啉等3种新烟碱类杀虫剂在玉米、油菜和向日葵上的种子、土壤和叶面处理。通过对这个具体事例的介绍加深了学生对生态毒理学研究意义这一抽象教学内容的理解。

污染物胁迫下的种群进化是生态毒理学研究的一个重要内容，目前关于抗性基因的起源有自发突变和定向突变2种学说，但教材中关于自发突变的例子却鲜见介绍。笔者介绍了2006年发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上的一篇文章，该文对澳大利亚铜绿蝇的研究发现，与马拉硫磷抗性相关的酯酶E3的251位色氨酸到丝氨酸突变也存在于1930—1949年采集的澳大利亚铜绿蝇标本中，而澳大利亚1955年才开始使用有机磷类杀虫剂防治绿蝇。该研究结果表明在杀虫剂使用之前，抗性基因就已经存在于害虫种群中，从而帮助学生更好地理解了自发突变这一抗性基因起源学说。

多功能氧化酶系催化的氧化反应是外源化合物在生物体内发生生物转化的主要I相反应类型，细胞色素P450是多功能氧化酶系的主要组分，但学生很难理解细胞色素P450能够催化多种化学结构不同的外源化合物的氧化反应。笔者查阅相关文献，介绍在生物体内存在多种细胞色素P450基因，如在河豚中有54个P450基因，水蚤中有75个P450基因，果蝇中有85个P450基因，在海胆中则发现了120个P450基因。由于生物体中P450种类的多样性和P450广泛的底物特异性，细胞色素P450在生命过程中有多种功能，包括参与外源化合物的氧化代谢以及参与激素和脂肪酸等具有重要生理功能的内源性物质的合成。通过这些介绍，既帮助学生了解混合功能氧化酶系在外源化合物生物转化中的底物多样性，也扩大了学生的知识面。

三、跟踪热点，激发学生兴趣

兴趣能激发学生求知的欲望，是学生自觉思考和主动学习的内在动力，而对一些热点问题的介绍会激发学生的学习兴趣。雾霾和大气污染是全世界都关注的一个热点问题。在大气污染生态毒理部分，笔者介绍了一篇2008年发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上的文章，该研究将小鼠饲养在空气污染的加拿大汉密尔顿港钢厂和高速公路附近，通过对扩张性简单串联重复序列(expanded simple tandem repeat， ESTR)位点的PCR分析发现，与对照组相比，污染区的小鼠精子突变率上升了1.6倍。此外，空气污染还导致小鼠精子DNA链的断裂和甲基化。这项研究提供了空气污染造成雄性小鼠精子DNA损伤的直接证据。在此基础上，笔者进一步介绍了2015年发表在《Nature》上的一篇文章。该研究结合全球大气化学模型和人口与健康数据估算了7种室外空气污染源对于过早死亡(premature mortality)人口的相对责任，发现全球范围内室外空气污染(主要是PM2.5)每年导致330万人的过早死亡，这些死亡主要发生在亚洲，其中盛行于印度和中国的住宅能源排放，例如供暖和烹饪，对于过早死亡的影响最大。在美国大多数地区和一些其他国家，来自交通和发电的大气污染排放是主要污染源，而在美国东部、欧洲、俄罗斯和东亚，农业排放对PM2.5的贡献最大。根据模型的估算，研究者认为如果大气污染排放量不变，到2050年室外空气污染预计会造成660万人过早死亡。这些关于雾霾和大气污染最新研究成果的介绍引起了学生极大的兴趣，也提高了学生学习的主动性和积极性。

教师学习作为教师教育理论研究的新热点，促进了教师教育从“教育”到“学习”的转向。与传授已经基本成型的基础理论知识的中小学教学内容相比，高等教育的教学内容主要侧重于专业知识与专业技能，这就需要高校教师通过持续的学习，跟踪学科发展前沿，以避免教学内容的老化和落伍，促进教学内容的更新和教学能力的提高。