细胞生物学课程教学的思考与实践

崔继红， 李军林， 黄 萱， 谭增琦， 付爱根， 陈富林

(西北大学 生命科学学院 西部资源与现代生物技术省部共建教育部重点实验室陕西省生物技术重点实验室， 西安710069)

课程是教学主导者教师、主体学生共同探究知识的活动过程，是包括教学内容、教材、教学环境和评价体系的复杂生态系统[1]。课程是人才培养的核心，国家“万人计划”教学名师陆国栋提出“金课”是高质量课程的统称，具有师生互动、关注过程和严格要求等3个基本特征，并探讨了如何治理“水课”和打造“金课”[2]。

1 细胞生物学课程教学常见困境及解决思路

细胞生物学发展突飞猛进，前沿性研究常常吸引学生关注，在提高学生学习积极性的同时，也带来了很多两难的困境：新成果不断涌现和教材相对滞后；有限课时、学生精力有限与众多课程等情况下，基础概念、基础理论和前沿性成果如何取舍？教学内容多和教学模式单一化、缺乏学生主体作用；学习的广度和深度如何两全？解决学科问题的基本方法与新兴的研究方法如何得以保证？学生学习和探索投入如何平衡？学生学习主体性如何得以有效实现？课程成绩和能力培养等教学产出方面，如何有效评估新时代教学效果？

在诸多困境存在的情况下，照本宣科、以PPT为主体的懒课注定成为“水课”，而“金课”则需要教师以课堂为核心，将教学目标和任务贯穿课堂内外，革除教室、课堂和课时的局限；去除知识本位思想，打破课程壁垒，学以致用，实现以课程、学科为中心转化为专业培养中心的培养目标；摒弃教师主体作用，积极发挥教师引导作用，培养学生自主学习能力，既能解决基础与前沿在时间和精力有限前提下的冲突，也有助于实施以学生为教学活动主体思想；在考核评价体系方面，需要教师和教育主管部门共同努力，以实现创新创业人才培养为教学目标，提高平时的能力评价测评，降低期末考试比重，探究更加有效的评价体系。

2 教师的主导作用是“金课”建设的基础

对于细胞生物学课程而言，微观现象的难以想象和理解、知识积累的突飞猛进、知识点的庞杂等特点更是要求教师务必发挥好引导者的作用。诸多大家的教学论文，有助于我们厘清细胞生物学课程理论内在逻辑，建立整体观。这种知识的储备和应用是细胞生物学教学活动极其重要的环节。翟中和院士等编写的细胞生物学教材，特别设置“细胞基本知识概要”章节的目的，一方面实现知识承前启后；另一方面，重要的是引导学生理解章节内容之间前后逻辑关系，掌握细胞生物学课程理论要领[3]。翟中和高度概括了细胞生物学教学内容，包括3个部分：细胞结构与功能、信号转导和能量产生和转移[4]，事实上，反映了生命的物质、信息和能量的3大系统组成。在此三大系统框架下，翟中和进一步将真核细胞教学内容分解为3个基本结构体系：生物膜、基于核酸-蛋白的遗传和细胞骨架结构体系[3]。教学相长，作者体会到3个结构体系之间的紧密联系：在生物膜结构体系下，需要引导学生认识到细胞膜的蛋白和脂类物质组成，不仅是物质跨膜运输选择性、能量代谢和信号转导途径的物质基础，还是细胞与细胞、细胞与基质联系的物质基础；细胞膜结构组成，不仅使细胞与周围环境分割，而且是细胞内线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等重要细胞器功能的基础；在细胞生物学遗传结构体系部分，细胞核输出的信息，在核糖体和内质网中合成蛋白，高尔基体中修饰加工，主要依赖膜泡运输到特定部位，不仅组成各种膜性细胞器和细胞膜，而且将特殊的蛋白质分泌到细胞外，或者在隔离状态下输送到特定细胞器如溶酶体，执行特定功能；细胞骨架结构体系，不仅形成细胞形态，还有细胞联系、细胞内物质和信息的传递存在不可分割的联系。物质、信息和能量体系对生命活动的影响，体现在基因-细胞-发育系统：细胞内外信号刺激，经传递、生化物质改变，影响细胞增殖、分化、衰老与死亡等重要活动，成为生命个体活动的细胞生物学基础。授课教师精心准备，也许借助一张图、一张幻灯，就可引导学生建立细胞生物学课程逻辑关系，使庞杂的教学内容不再孤立，使学生感到学习起来多而不杂、生而不难，将非常有助于学生真正理解“The key to every biological problem must finally be sought in the cell”[5]。

在具体的教学环节，授课教师引导并建立的互动远重要于填鸭式教学所填充的知识内容。以“细胞学说”教学内容为例，教师独角戏，无论投入多少时间和精力备课，纵使你口吐莲花，也只能让学生了解细胞学说的发展和理论组成，终归因缺乏学生参与，落于下乘。我问你答，能够督促学生预习，一定程度发挥了学生主体作用，教师也可了解学生对知识的掌握程度，但可能会缺乏深度，只能归为最简单的互动。辩论是最上乘的互动，学生分组辩论，或者师生之间辩论，一方面，可以将细胞学说内容最大可能地概括总结，涉及的内容能早早地进入随后学习的章节；另一方面，辩论也可使教学活动拓展到课堂以外，实现王金发等人倡议的开放性课堂教学和开放性创新实验教学[1]，甚至无限扩展到解剖学、组织学、生理学以及发育生物学等学科。辩论话题可大可小，可随机辩论，也可以针对较重要的话题，提早布置，安排学生组建团队、查阅文献、整理幻灯片和准备辩论词，彻底辨清和理解相关理论。密切跟踪研究的前沿与进展，把细胞生物学领域的最新科研成果、存在争议与亟待解决的关键问题融入讨论的教学内容中，更能引导学生发挥主观能动性。比如在教学活动中，在教师的引导帮助下，学生对自己感兴趣的话题，通过查阅文献结合理论知识和最新进展展开讨论。学生选择的“染色质组装与其结构调节”“DNA损伤修复与肿瘤”“细胞自噬与肿瘤耐药性”“利用凝集素芯片分析人工诱导多潜能干细胞的糖组学”等报告，难度超过预期，反映出学生的积极性和探索欲望；经查阅文献后的报告，更让授课教师意识到发挥学生主体作用的巨大潜力。由此可见，组织辩论是授课教师发挥主导作用的重要途径，可将传统意义的多种教学模式整合，发挥学生学习主体作用，将本学科乃至多学科理论有机整合，整体提升专业教学效果。

3 如何调动学生学习的积极性、发挥其教学主体作用是金课建设成败的关键

“兴趣是最好的老师”。实现这一伟大目标的唯一出路就在于教学活动中，调动学生的学习兴趣，发挥学生学习主体作用。细胞生物学教学活动中，绪论是调动学生学习积极性的重要内容[6]，需要深入浅出、简明扼要地阐述细胞生物学在理解和研究生命科学理论中的核心地位。研究简史教学，可让学生建立对生命科学纵向认识思路，逐步明白细胞生物学学习的重要性；细胞生物学当前研究现状、热点和今后发展主要趋势，更能让听者结合自己兴趣，树立学习的决心和信心，使听者明白：无论以后从事发育生物学、生理学、肿瘤生物学、神经生物学等绝大部分生命科学领域的研究，还是从事药物和生物材料研发，或者从事临床干预，细胞生物学均占据重要地位。

各个章节教学中，教师引导学生抓住重点，理清主线，可以将枯燥的理论转化成鲜活的个案或者话题，比如细胞膜蛋白存在是生物生殖隔离、物种隔离的基础，不仅使学生轻松掌握细胞膜蛋白组成、分布状态，也了解了这种细胞结构组成与生命活动的关系。对重点和难点内容，在前一节课提前发布学习资料，提出问题，要求学生提前预习，课堂上以问题的方式引入，采取启发式、探究式的教学方式精讲。甚至于将重点内容提炼成一个一个话题，鼓励学生自主学习。具体做法：在学期开始之际，设置50～100个难度适宜的话题，让学生组队选择，教师指导查阅文献、整理幻灯或综述，进行报告和交流。学生在读书报告会上，充分地展示自己，增加了学习兴趣和自信；与大家的交流，使学生对理论知识理解得更加透彻深入；最后将幻灯或综述装订成册，供教学考核用，也丰富了教学内容。这种方式可归入以问题为基础的学习(problem-based learning, PBL)的教学方法，引导学生积极主动地解决问题，不仅可以全方位培养学生专业理论学习、口头表达、归纳总结等能力，还可以培养学生组织和配合能力、责任感和自信心[7]。另外，合理设置作业对于促进“金课”建设也是不容忽视的方面：1)督促和检查学生巩固重要的理论知识；2)弥补课时不足的问题，解决有限课时与不断涌现新知识、新技术的矛盾；3)设置开放性课程作业，更能培养学生查阅和评述文献、归纳、总结和撰写能力[8]。

实验课教学目的在于在实践中加深对理论课学习内容的理解，同时，培养学生基本技能、习惯、发现问题和解决问题的能力。新时代人才培养目标下，在实验课教学方面，有必要降低传统实验教学内容比例，加大开放性、综合性实验教学内容。开放性、综合性实验题目可以由授课教师结合自己科研方向安排，或者由学生自由申请，在经任课教师审核同意后，指导其完成相关课题。在实验进行中，打破实验室封闭管理，从时间、试剂、耗材和仪器等多个方面开放，实现真正的开放。考核评价方面，基础实验技能、实验设计、开放性课题和学术讨论会等完成情况纳入考核指标。王金发等实行的开放式理论课和实验课教学，为细胞生物学课程“金课”的建设做了有益的尝试[9]。在实验教学中尝试开放式实验教学[10]，学生完成了诸如：“紫杉醇抗乳腺癌机制分析”“拟南芥亲环蛋白CYP20-2的细胞定位”“叶绿体类囊体腔蛋白24930的敲除及纯合突变体的筛选”“家独行菜的组织培养与再生”“氯化锂对涡虫再生的影响”等实验。这些开放性课题可以将细胞生物学教学内容有机整合，使学生在研究中探索、体会细胞生物学课程的魅力。

4 教学效果评价是“金课”建设的指挥棒

授课教师和教育界目前已经意识到教学单位推行学生给教师打分，使教师与学生之间的默契多样化，教师甚至被迫放水，投其所好；教学管理部门不得已地下达各个得分段比例，依然难以改变老师与学生之间的不良默契。这种现象反映了教学效果评价体系严重背离教学和教育目标。既然不能唯分数论，该如何评价教学效果以促进金课建设？陆国栋指出，“金课”建设评价指标应关注学习过程[2]。王金发谈到课程建设和评价体系时，指出包括教学大纲、教学日志、教学安排等显性指标，以及教学理念、教学设计、教学艺术以及教学方法等隐性指标[11]。那么，金课建设就要求教师必须将创新创业型人才培养目标渗透到上述诸多指标和环节，关注教学过程：在平时教学活动过程中，设置答问、辩论、专题报告会、基本实验技能、开放式课题设计等多个环节，通过评价学生自主学习、合作、思维、课堂表现、基本技能掌握、开放课题进展等内容，以“不满意”“一般”“较满意”“非常满意”等4个等级，师生共评，实施积分。在有据可依的基础上，提高平时考评成绩比例；减低期末考试客观题比例，减低期末考试得分比例。建立具体综合评价体系，比如平时成绩，包括课堂回答问题、课堂讨论、读书报告、作业等都作为评价指标，将平时成绩的比例提高到25%；实验成绩占到总评成绩的25%(增加开放性、综合性实验的成绩比例占到整个实验成绩的30%)；期末考试成绩降低到总考评成绩的50%。同时对于开放性、综合性实验尽可能地达到实验设计的目的，可以给学生布置一个小的课题，让学生自己设计解决方法。比如，“检测某两个蛋白在乳腺癌细胞中是否相互作用”，让学生根据所学的知识，进一步查阅文献，理清思路，总结归纳都有哪些实验方法可以循序渐进地解决这一问题，独立设计实验，这样能更好地锻炼学生的自主学习能力，理清综合解决问题的思路，培养创新思维能力。当然这种综合评价体系，需要授课教师探索和设计，需要主管部门协调和考量，才有可能真正作为指挥棒，促进“金课”建设。