为细胞生物学教学插上“微翅膀”——以“细胞骨架”为教学案例＊

李小玲，华智锐



为细胞生物学教学插上“微翅膀”——以“细胞骨架”为教学案例＊

李小玲，华智锐

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000）

随着信息与通讯技术的快速发展，对课程改革也提出了新的要求，传统的教学模式已不能满足学生对新知识的需求。随着“微媒体”的到来，微课、微博、微信作为一种新型的数字化资源已被广泛融入常规教学中，在信息时代的今天备受人们的青睐。为了更好地探讨微课的应用现状，以细胞生物学中“细胞骨架”为案例，探索了微课助学模式的应用。

细胞生物学；微课；细胞骨架；教学模式

1 “细胞生物学”课程的地位

“细胞生物学”课程是教育部规定的生命学科各专业学生必修的7门主干课程之一，在生命科学教育中占有核心地位[1]。该课程不仅是生命科学的基础学科，又是生命科学的前沿学科，它是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平对细胞的各种生命活动开展研究的学科，为生命科学其他课程提供必要的理论和实践基础[2]。“细胞生物学”作为我校生物技术专业学生的一门必修专业课，在该专业人才培养方案中具有非常重要的作用，通过该课程的学习，学生可以更加精确地了解生物体的生长、发育、分化、繁殖、运动、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命现象[3]；掌握课程的基本原理、内容体系相关的研究手段以及细胞生物学在生命科学中的地位和应用，了解生命科学的最新前沿动态，学生既具有扎实的细胞生物学基础知识，又具有自己获取知识的能力。从细胞生物学的角度认识生命和生物科学，为后续的专业课学习打下良好的基础。根据生命科学系的实际情况，本门课程已是该专业学生考研的专业课之一，通过本门课程的学习，学生不但增长了知识，更重要的是能够为今后的科学研究工作打下坚实的基础。

2 “细胞骨架”在教学中的地位

“细胞骨架”是本课程第九章的内容，在此之前，学生已经学习了细胞基本知识概要、细胞质膜、细胞内膜系统等相关内容，“细胞骨架”的学习将使学生系统了解细胞的整个内部结构体系，为探讨细胞的结构、功能及生命活动奠定基础。细胞骨架体系因其在维持细胞形态与保持细胞内部结构的合理布局中起着重要作用；细胞骨架与一系列重要生命活动，诸如细胞内大分子的运输与细胞器的定位及运动、细胞分裂等有着密切的关系，因此，其研究是细胞生物学中一个及其重要的领域。所以本节内容在细胞生物学教学中具重要地位。

3 教学设计

3.1 教学理念

根据新时代课程改革中对创新人才培养的需求，对传统的细胞生物学教学模式进行改革势在必行。而改革的重中之重在于激发学生的学习积极性，提高学生的自主学习能力及课堂参与度，呈现以“学生主体、教师主导”的启发式教学模式。目前，商洛学院生物技术专业“细胞生物学”课程课时共计64学时，理论课48学时，实验课16学时。

鉴于本课程具有微观、抽象难懂、内容复杂等特点，加之既是生命科学的基础学科又是前沿性学科，因此，在教学上不仅要确保学生能够熟练掌握相关的基础性知识，又要涉及生命科学中最新的前沿动态，从而更好地满足应用型人才培养的目标要求。我们尝试了基于MOOC的微课教学模式，主要教学环节包括课前教师发布微课视频、课堂讲授、探讨及课后反馈等教学活动[4]，基于问题的教学和情景认知理论是微型课程的主要理论基础[5]。微课教学实施对象为商洛学院生物技术专业2014级1班和2班学生，针对本校细胞生物学课程的教学内容及特点设计微课类型，在细胞骨架内容讲授中主要采用的微课类型为演示型微课，选择细胞质骨架中微管的功能录制微课视频，通过精心设计教学过程，确保微课视频构图清晰、内容短小精悍、字幕清楚、实用性强，能够充分体现真实的教学情境，且能反映教师的教学风貌。课前及时发布微课视频，课内巩固及课后强化。

3.2 学情分析

本节课的授课对象是我校生物技术专业大学三年级的学生。在此之前，学生已经学习了“细胞生物学”课程中细胞的统一性与多样性、细胞信号转导、细胞内膜泡运输等相关内容，为探讨细胞的结构、功能及生命活动奠定基础。但是由于学生基础不同，分析问题解决问题的能力不同，可能对知识的接受能力也存在差异。另外，细胞生物学内容抽象难懂、知识点多。因此，为了将深奥难懂的理论知识具体、直观、形象地呈现出来，需要借助现代网络技术进行辅助教学[6]。在讲授本节课的时候，教师提前发布录制的微课视频，学生在课前完成自主学习，课堂上教师通过设置问题情境，从微课的重点内容中提炼一些具有综合性的讨论话题，作为课堂讨论的内容。这样不仅使学生加深了对课堂教学知识的理解，还培养了学生科学研究思维、文献查阅、语言表达和团队合作能力[7]。

3.3 育人目标

3.3.1 认知目标

熟悉细胞骨架的概念、类型及分布，掌握细胞骨架的组装及功能。

3.3.2 技能目标

利用所学知识探讨细胞骨架与人体健康的关系。

3.3.3 情感目标

关注老年人的健康状况，培养学生关爱老人、关注社会问题的社会情操。

3.4 教学内容

教学内容包括细胞骨架的概念及功能、微管的概念、微管的分子结构、微管的组装、微管的功能。

3.5 重难点

教学重点：细胞骨架的概念及微管的功能。

教学难点：微管的组装。

3.6 教学方法

教学方法：包括演示法、讲授法、提问法、多媒体辅助教学法。

3.7 教学过程设计

3.7.1 问题导入与互动分析

采用视频导入，播放阿尔兹海默症的公益广告视频，通过设问学生该疾病产生的原因，导出它与细胞骨架之间的关系，提示学生在生活中要关爱老年人，关注健康。展示人的骨骼系统照片，引起学生兴趣，告诉学生“人”有一定的形态是由于有骨骼系统作为支架维持其外表结构。而人体是由细胞构成的，因此，细胞为什么能维持一定的形态？

3.7.2 授课

授课内容：结合有关图片、动画讲授。

细胞骨架是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。以下介绍狭义和广义两种概念。

狭义：在细胞质基质中包括微丝、微管和中间纤维。

广义：细胞质、骨架核骨架（ncleoskeleton）、核纤层（nclear lamina）和细胞外基质（extracelllar matrix），形成贯穿于细胞核、细胞质、细胞外的一体化网络结构。

展示荧光显微镜下细胞骨架的图像，加强学生对细胞质骨架的认识。

微管（Microtble，简称“MT”），由微管蛋白组成的管状结构。在胞质中形成网络结构，作为运输路轨并起支撑作用，对低温、高压和秋水仙素敏感。

3.7.2.1 分子结构

微管是由13条原纤维构成的中空管状结构，直径22～25 nm。每一条原纤维由微管蛋白二聚体线性排列而成，微管蛋白二聚体由结构相似的α和β微管蛋白构成。

α微管蛋白结合的GTP从不发生水解或交换。β微管蛋白也是一种G蛋白，结合的GTP可发生水解，结合的GDP可交换为GTP。

微管具有极性，（+）极生长速度快，（－）极生长速度慢。（+）极的最外端是β球蛋白，（－）极的最外端是α球蛋白。微管形成的部分结构比较稳定，比如轴突、纤毛、鞭毛，这是由于微管结合蛋白的作用和酶修饰造成的。大多数微管处于动态组装和去组装状态（比如纺锤体）。

3.7.2.2 体外微管装配条件

微管蛋白浓度：低于临界浓度时，不发生微管聚合。

最适pH：6.9.

离子：去Ca2+，存Mg2+。

温度：37 ℃装配，0 ℃解聚。

GTP供应。

3.7.2.3 体内微管装配动态

微管装配的动力学不稳定性是指微管装配生长与快速去装配的一个交替变换的现象。

动力学不稳定性产生的原因：微管两端具GTP帽（取决于微管蛋白浓度），微管将继续组装；反之，无GTP帽则解聚。

3.7.2.4 微管组织中心

微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心（microtble organizing center，简称“MTOC”）。微管进行组装的区域都具有γ微管球蛋白，如中心体、鞭毛基体。

常见微管组织中心有以下几个：①间期细胞MTOC。中心体（动态微管）。②分裂细胞MTOC。有丝分裂纺锤体极（动态微管）。③鞭毛纤毛细胞MTOC。基体（永久性结构）。

3.7.2.5 细胞质骨架的功能

采用协作式教学方法，将学生随机分为4小组，以学生为主体，教师为主导，让学生在课前观看微课视频的基础上，通过观察图片、动画分组探讨细胞质骨架的功能及设计实验证实其功能，教师针对学生回答情况进行评价并总结。

具体流程：①教师向各小组分发讨论图片并布置讨论任务；②各小组成员围绕问题进行探讨；③教师提问，通过看图及查阅文献是否得出细胞质骨架的功能，能否设计实验证实其功能；④各小组学生代表作答及小组间交流；⑤教师对各小组回答进行评价。

3.7.2.6 教师总结

教师展示小肠上皮细胞微绒毛图片。

总结：微绒毛属于细胞表面特化结构，微丝构成微绒毛的中轴。使用微丝的特异性药物，比如细胞松弛素B处理细胞，导致微丝解聚后，观察细胞形态，分析细胞是否皱缩，从而证实微丝构成细胞支架，维持细胞形态的功能。

教师展示细胞有丝分裂过程中收缩环及纺锤体图片

总结：收缩环和纺锤体是有丝分裂中两个非常重要的结构，收缩环是胞质分裂开始时，由大量平行排列的微丝束构成的环状结构，其收缩导致形成两个子细胞，收缩的机制是微丝组成成分中肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动造成的，通过用微丝的特异性药物如细胞松弛素B处理细胞，破坏微丝后观察是否有双核现象，从而证实细胞骨架参与收缩的功能；而纺锤体是细胞有丝分裂前期到末期的一个特殊细胞器，由不同类型的微管构成，从而牵引染色体平均分配到两级，用微管的特异性药物如秋水仙素处理细胞，观察是否有染色体加倍现象，从而证实微管参与染色体运动的功能。

教师展示细胞中的重要细胞器及细胞骨架中微管的分布图。

总结：细胞器中中心体是微管组织中心，微管由此形成并延伸，内质网走向与微管一致，高尔基体空间结构的维持也与微管有关。

知识拓展：现代研究发现，用微管的特异性药物如秋水仙素处理细胞后，发现细胞形态变圆，内质网缩回，高尔基体解体，物质运输瘫痪。此实验进一步验证了细胞骨架中微管的空间组织作用，其起到维持细胞内细胞器的定位和分布的作用。

教师展示膜泡运输的动画。

总结：将细胞比喻为能制造货物的工厂，将膜泡比喻为能运输货物的汽车，细胞骨架就像公路，是汽车行驶的轨道，以形象比喻让学生通俗理解细胞骨架如何参与膜泡运输。还可采用案例回溯的方法，请同学分析先导案例中阿尔兹海默症与细胞骨架物质运输功能的关系。

教师总结：一旦轨道出现问题，就难以确保货物的正确运输，人体就会出现疾病，如阿尔兹海默症，展示微管及微管结合蛋白图片，指出微管结合蛋白（tau）在微管功能发挥中的作用，指出微管结合蛋白异常磷酸化将会导致微管解聚，神经元轴突转运受损，引起突触丢失，神经元功能损伤，这是导致阿尔兹海默症的根本原因，与第一部分进行呼应，紧扣主题。

3.7.3 小结

结合有关图片通过板书进行小结，具体包括以下内容：结构与支持、细胞内运输、收缩与运动、空间组织。

3.7.4 课后任务

查阅细胞骨架与疾病相关文献，与第一部分呼应，继续启迪思考，提出符合学生能力培养的课程任务。

4 教学效果

4.1 学生学习兴趣浓厚，创新教学模式

通过调查问卷分析表明：学生普遍认可微课助学模式，认为微课能提高学生自主学习能力的占总调查人数的96%；认为微课助学可以加强师生互动及体现知识之间的联系，提高学生答疑解惑的能力及课程知识的内化程度的占总调查人数的100%；仅有5%的学生认为微课助学在课时安排、时间分配方面尚需探讨；98%的学生认为微课助学能调动学生学习的积极性、提高学生课前自主学习能力及课堂参与度，值得广泛应用。

4.2 教风学风双向提升

随着网络技术的快速发展，本人能积极参加各类微课教学培训及比赛，自觉提高自身教学水平，曾获商洛学院第二届微课教学比赛二等奖、陕西省第二届微课教学比赛二等奖。本课程在商洛学院生物学院开展了首次教学观摩活动，取得了良好的效果，得到了院领导和在场教师的充分肯定，并申报了商洛学院2017年教育教学改革项目“基于MOOC的微课教学模式研究——以《细胞生物学》为例（编号：17jyjx122），并借助我校“细胞生物学”精品资源共享课程等网络平台，实现了线上、线下、课内、课外的有效衔接，通过师生互动学习，颠覆了传统教学模式。本案例着重以学生能力培养为核心，采用理论联系实际的教学手段，激发了学生的学习兴趣，营造了良好的教风与浓厚的学风。

5 教学反思

根据教学重点和难点合理安排时间，达到了预期的教学目标，顺利完成了教学任务；本节内容较为抽象，因此，教学中通过多媒体课件和Flash动画能促进学生理解；教学方法比较有效，运用协作式教学方法，增加了师生互动，活跃了课堂气氛；通过课后文献查阅，拓展了学生的知识面，巩固了教学效果。

尚需完善的部分：根据本课程性质，在今后的教学中需注意将书面语言转换为通俗语言，更加便于学生的理解；需要投入更多的精力提升学生对基本概念的准确理解能力以及对关键知识点的综合分析能力；需要深入学生实际，洞察学生思想动态，加强教学的针对性，培养学生的课后自主学习能力及加强课后辅导。在教学中应积极采纳校内外同行专家及校院两级督导教师的教学意见及建议，正确对待学生的评价，努力提高教学质量。

［1］翟中和，王忠喜，丁明孝.细胞生物学［M］.第4版.北京：高等教育出版社，2011.

［2］李绍军，高梅，陈坤明，等.农林综合性院校细胞生物学教学改革及课程体系优化［J］.高等农业教育，2014，7（07）：54-57.

［3］曹珂珂，张立丰，杨贤松.应用型本科院校生物工程专业细胞生物学改革方法探索［J］.安徽农学通报，2016，22（14）：158-159.

［4］吴婵.关于微课对优化高校教学效果的思考［J］.科教导刊，2013，5（29）：17-18.

［5］刘运华，衷克定，赵国庆.新加坡微型课程研究项目的实践与启示［J］.中国电化教育，2005（11）：98-101.

［6］李绍军，高梅，胡鑫，等.细胞生物学立体化教学体系的构建与实践［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2012（02）：23-25.

［7］钟绍春，张琢，唐烨伟.微课设计和应用的关键问题思考［J］.中国电化教育，2014（12）：85-88．

李小玲（1980—），女，陕西蓝田人，生物医药与食品工程学院生命科学系副教授，主要从事细胞生物学的教学工作。

商洛学院教育教学改革项目“基于MOOC的微课教学模式研究——以《细胞生物学》为例”（编号：17jyjx122）；商洛学院2016年度本科教学工程项目“《细胞生物学》精品资源共享课程”

2095－6835（2019）01－0025－03

G434

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.025

〔编辑：张思楠〕