開(kāi)放式討論教學(xué)在生命科學(xué)的應用論文

　　摘要：高校生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)相關(guān)的課程內容豐富、信息量大、邏輯性強。課程教學(xué)過(guò)程中需要采取靈活多樣的教學(xué)方式，幫助學(xué)生夯實(shí)基本概念，掌握前沿進(jìn)展，培養創(chuàng )新意識。通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)在“細胞生物學(xué)”和“植物生理學(xué)”課程教學(xué)中的設計和實(shí)踐，對討論內容的來(lái)源、討論過(guò)程的實(shí)施和教學(xué)效果進(jìn)行了剖析。通過(guò)案例分析表明，開(kāi)放式討論教學(xué)可以補充講授型課堂教學(xué)的不足，幫助學(xué)生們在教師的指引下進(jìn)行積極而獨立的思考和自主而深入的學(xué)習，了解科研進(jìn)展，知曉實(shí)際應用，掌握研究方法，鍛煉科學(xué)思維。

　　關(guān)鍵詞：生命科學(xué)；開(kāi)放式討論教學(xué)；案例分析

　　生命科學(xué)是研究生命活動(dòng)的本質(zhì)和發(fā)生規律，以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的學(xué)科。近年來(lái)，生命科學(xué)研究的新方法、新技術(shù)的不斷涌現為解析各種生命現象構建了研究平臺，使科研人員從分子、細胞、個(gè)體和群體各層面深入探討生命活動(dòng)的基本規律成為現實(shí)，促進(jìn)了生命科學(xué)領(lǐng)域中一系列觀(guān)念和認識的更新［１］。與此同時(shí)，生命科學(xué)領(lǐng)域基礎研究的進(jìn)步也促進(jìn)了應用，其成果正在以前所未有的速度向農牧漁業(yè)、能源工業(yè)、環(huán)境保護、食品輕工和醫藥衛生等多個(gè)方面滲透，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益［２］。因此，目前高校生命科學(xué)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程中既包含基礎理論又包含技術(shù)手段，既包含研究前沿又包含應用進(jìn)展，內容豐富、信息量大、邏輯性強。在當今以素質(zhì)教育和創(chuàng )新型人才培養為核心的教育思想指導下，生命科學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)過(guò)程中應采取靈活多樣的教學(xué)方式，幫助學(xué)生夯實(shí)基本概念，掌握前沿進(jìn)展，培養創(chuàng )新意識，適應現代化建設和未來(lái)社會(huì )發(fā)展的需要。傳統的課堂授課方式以教師主動(dòng)講述、學(xué)生被動(dòng)接受為主。這種授課方式教師講授偏多，學(xué)生主動(dòng)性發(fā)揮不足，從而導致學(xué)生對部分知識點(diǎn)掌握的深度和廣度受到限制，僅停留在熟練記憶的層面。近年來(lái)，筆者對生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)方式進(jìn)行了初步的改革嘗試，將教師講授式授課與開(kāi)放式討論授課相結合，注重對學(xué)生的學(xué)習方法、思維能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力的培養，產(chǎn)生了積極的反響。我們在學(xué)期伊始便給學(xué)生介紹與本課程相關(guān)的參考書(shū)、期刊和網(wǎng)站，教授學(xué)生查閱中英文相關(guān)文獻的方法，隨后將與課堂教學(xué)內容密切相關(guān)的知識延伸、科研進(jìn)展、研究方法等作為小組（每小組學(xué)生４～６人）討論題目布置給學(xué)生。學(xué)生通過(guò)在課下查閱文獻、積極思考和相互交流等方式深入認識討論題目，并在課堂上以視頻、ＰＰＴ和ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ的方式向全班同學(xué)展示。而小組展示過(guò)后，教師會(huì )引導學(xué)生對所講內容展開(kāi)討論并對討論內容進(jìn)行歸納總結。同時(shí)，教師根據學(xué)生報告情況予以打分，并按一定百分比計入期末成績(jì)。下面筆者以生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)的骨干必修課“細胞生物學(xué)”和專(zhuān)業(yè)必修課“植物生理學(xué)”為例，闡述如何在生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中引入開(kāi)放式討論教學(xué)模式，引導學(xué)生深入探究生命科學(xué)理論的內涵。

　　一、開(kāi)放式討論教學(xué)應用于“細胞生物學(xué)”課程教學(xué)的案例展示

　　細胞作為有機體結構與生命活動(dòng)的基本單位，既是生命科學(xué)發(fā)展的生長(cháng)點(diǎn)，又是生命科學(xué)發(fā)展的匯聚點(diǎn)。細胞生物學(xué)是在顯微、亞顯微和分子水平研究和揭示細胞基本生命活動(dòng)規律的科學(xué)，是當代生命科學(xué)的重要基礎學(xué)科。目前，細胞生物學(xué)的研究日益深入，已成為２１世紀生命科學(xué)研究的重要領(lǐng)域�！凹毎�生物學(xué)”課程既是北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院理科基地生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要主干課程，也是生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課程。

　�。ㄒ唬┩ㄟ^(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)引入最新科研進(jìn)展內容

　　“細胞生物學(xué)研究方法”是“細胞生物學(xué)”課程中承前啟后的一個(gè)章節，該章節從細胞形態(tài)的顯微觀(guān)察、細胞及其組分的分析、細胞培養與生物工程、細胞及生物大分子的動(dòng)態(tài)變化等幾個(gè)方面介紹了有關(guān)細胞生物學(xué)的研究方法。其中關(guān)于細胞形態(tài)的顯微觀(guān)察，課本中主要介紹了光學(xué)顯微鏡、熒光顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡和電子顯微鏡的原理和使用方法。這些顯微成像技術(shù)可以幫助研究者從分子和細胞等微觀(guān)層面觀(guān)察生命過(guò)程中的變化，揭示生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎和動(dòng)態(tài)規律。近年來(lái)，科學(xué)家們不斷嘗試，實(shí)現了突破衍射極限的光學(xué)顯微成像，即超分辨熒光顯微術(shù)［３］。２０１４年諾貝爾獎即授予了其中兩種超分辨率光學(xué)顯微鏡的發(fā)明者———受激發(fā)射損耗顯微術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為ＳＴＥＤ）的發(fā)明者ＳｔｅｆａｎＷ．Ｈｅｌｌ和光激活定位顯微術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為ＰＡＬＭ）的發(fā)明者ＥｒｉｃＢｅｔｚｉｇ、ＷｉｌｌｉａｍＥ．Ｍｏｅｒｎｅｒ。由于教材內容篇幅的限制以及修訂和出版時(shí)間的周期性，這一重要內容并沒(méi)有被及時(shí)收錄在內。于是，我們選擇這一部分內容作為開(kāi)放式討論教學(xué)內容。首先，教師為學(xué)生強調衍射極限的概念，從成像的角度來(lái)說(shuō)，衍射極限影響下的顯微成像系統只能分辨有限小的細節，一般在２００ｎｍ到３００ｎｍ之間。德國物理學(xué)家ＥｒｎｓｔＡｂｂｅ發(fā)現了這一現象，并將其公式刻在自己的墓碑上。在教師的引導下，學(xué)生們播放了在網(wǎng)上查找到的諾貝爾獎獲得者的采訪(fǎng)視頻和超分辨率顯微術(shù)動(dòng)畫(huà)，激發(fā)大家的學(xué)習興趣；另一組學(xué)生則通過(guò)ＰＰＴ和ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ展示了ＳＴＥＤ和ＰＡＬＭ技術(shù)的原理和特點(diǎn)。隨后，教師通過(guò)設立以下問(wèn)題引導學(xué)生展開(kāi)討論：相對于傳統光學(xué)顯微術(shù)，ＳＴＥＤ顯微術(shù)和ＰＡＬＭ顯微術(shù)通過(guò)何種方式突破了刻在墓碑上的公式———光學(xué)衍射的極限，實(shí)現了在納米級對生物大分子和細胞結構進(jìn)行清晰成像。最后，教師對學(xué)生講述中提到的多種超分辨率顯微鏡的優(yōu)勢和不足加以補充和總結。通過(guò)這次講述和討論，學(xué)生們增長(cháng)了知識，開(kāi)拓了視野，知道了超高分辨率顯微鏡通過(guò)多種技術(shù)革新大大提高了人們對細胞內大分子物質(zhì)定位和功能分析的觀(guān)測尺度，深刻理解了顯微鏡是認識復雜生命現象的窗口這一觀(guān)點(diǎn)。由上述案例可知，通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)可將更多的研究進(jìn)展融入到課堂教學(xué)中，更新和充實(shí)基礎理論。

　�。ǘ�）通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)將理論與實(shí)際應用相結合

　　“細胞增殖調控與癌細胞”是“細胞生物學(xué)”課程中備受學(xué)生關(guān)注的一個(gè)章節。細胞增殖是生物繁殖和生長(cháng)發(fā)育的基礎，是受到高度嚴格調控的細胞生命過(guò)程。在細胞增殖中任何關(guān)鍵步驟的錯誤，都有可能引發(fā)嚴重后果。在動(dòng)物體內，異常旺盛增殖的細胞會(huì )發(fā)生癌變轉化為癌細胞，對生命安全造成嚴重威脅�！凹毎�生物學(xué)”課程中大多數章節理論性較強，知識較為抽象，然而“細胞增殖調控與癌細胞”一節與每位同學(xué)的身體健康密切相關(guān)，學(xué)生們有著(zhù)強烈的學(xué)習興趣和探索欲望。因此，我們借助學(xué)生的學(xué)習興趣，將癌細胞的形成與特征部分作為開(kāi)放式討論教學(xué)內容。首先，教師為學(xué)生概述癌細胞的定義和與細胞增殖調控的關(guān)系。緊接著(zhù)，有學(xué)生講解癌細胞的基本特征及腫瘤的發(fā)生過(guò)程，另一組學(xué)生講解腫瘤發(fā)生的細胞信號調控網(wǎng)絡(luò )以及目前針對特異信號通路的癌癥治療靶向藥物。隨后，教師通過(guò)設立以下問(wèn)題引導學(xué)生展開(kāi)討論：癌癥的發(fā)生與環(huán)境因素是否密切相關(guān)？癌癥是不是遺傳性疾��？癌癥是不是可以稱(chēng)為老年疾��？癌癥的產(chǎn)生除了基因突變，有沒(méi)有其他遺傳機制的參與？等等。最后，教師對學(xué)生講述中提到的癌基因、抑癌基因和生長(cháng)因子等重要知識點(diǎn)加以強調和深化。通過(guò)這次講述和討論，學(xué)生不但對課本知識理解得更為深刻，也真正認識到細胞生物學(xué)與人類(lèi)生活的密切關(guān)系，以及細胞生物學(xué)在解決人類(lèi)所面臨的重大健康問(wèn)題中所發(fā)揮的重要作用。由上述案例可知，通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)，可以將與理論知識密切相關(guān)的實(shí)際應用融入課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，促使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習和運用知識。

　　二、開(kāi)放式討論教學(xué)應用于“植物生理學(xué)”課程教學(xué)的案例展示

　　植物生理學(xué)包括植物生命活動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)代謝、能量轉化、信息傳遞及由此表現出的形態(tài)建成等多方面內容，是從不同層次、不同水平、不同角度探索研究植物生命活動(dòng)規律及其與環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)。植物生理學(xué)既在基礎研究領(lǐng)域探究相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的生命現象本質(zhì)，又為農業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論指導和技術(shù)支持。正是因為“植物生理學(xué)”課程的重要性，這門(mén)課程成為北京林業(yè)大學(xué)生物、林學(xué)、園藝和水保等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課程。

　�。ㄒ唬┩ㄟ^(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)展示多種技術(shù)手段

　　“植物礦質(zhì)與氮素營(yíng)養”是“植物生理學(xué)”課程中介紹植物生命活動(dòng)橫斷面中的一章，圍繞高等植物礦質(zhì)元素的概念及生理作用、礦質(zhì)離子跨膜運輸的機理、植物根系吸收養分的過(guò)程和特點(diǎn)等幾部分展開(kāi)講述。膜片鉗技術(shù)和非損傷微測技術(shù)均可用來(lái)測量和研究生命體外微環(huán)境中的離子／分子流，在植物礦質(zhì)元素轉運研究中均獲得成功應用［４］。膜片鉗技術(shù)利用微玻管電極接觸細胞膜，對膜片上離子通道的離子電流進(jìn)行監測記錄，從而反映單個(gè)或多個(gè)離子通道的分子活動(dòng)。非損傷微測技術(shù)利用選擇性電極，可在保證被測樣品完整性和近似實(shí)際生理環(huán)境狀態(tài)下，對進(jìn)出樣品的各種離子／分子流進(jìn)行三維、實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)的測量，從而獲得離子／分子流的濃度、流速和運動(dòng)方向等多方面信息。我們將這兩種研究植物礦質(zhì)元素轉運的重要技術(shù)的比較作為開(kāi)放式討論教學(xué)的內容，作為該章理論知識介紹的補充。首先，教師為學(xué)生講授膜片鉗技術(shù)和非損傷微測技術(shù)的歷史由來(lái)，再由一組學(xué)生講解膜片鉗技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應用舉例，而另一組學(xué)生講解非損傷微測技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應用舉例。隨后，教師通過(guò)設立以下問(wèn)題引導學(xué)生展開(kāi)討論：膜片鉗技術(shù)和非損傷微測技術(shù)相比，分別有哪些優(yōu)勢和劣勢？應該應用在哪些不同的領(lǐng)域？最后，教師為學(xué)生們講述現實(shí)中兩種技術(shù)的應用并加以總結，指出膜片鉗技術(shù)是研究植物細胞膜離子通道的傳統工具，但非損傷微測技術(shù)可以使植物礦質(zhì)離子轉運研究更加深入和豐滿(mǎn)。通過(guò)這次討論和講述，學(xué)生們在明確植物礦質(zhì)元素轉運、吸收和生理功能等理論的基礎上，進(jìn)一步了解了進(jìn)行上述理論研究的技術(shù)手段，做到了知其然，也知其所以然。由上述案例可知，通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)，可以有的放矢地加強學(xué)生對研究方法和技術(shù)手段的學(xué)習。

　�。ǘ�）通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的能力

　　“植物生長(cháng)物質(zhì)”是“植物生理學(xué)”課程中內容相對獨立的一章，主要介紹多種植物激素和植物生長(cháng)調節劑的生物學(xué)功能。在這一章中，教師不但需要為學(xué)生介紹生長(cháng)素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸和乙烯等５大類(lèi)經(jīng)典激素，還需要為學(xué)生講解油菜素內酯、茉莉素、水楊酸、獨腳金內酯等４大類(lèi)新型植物激素。每種激素都需要圍繞激素的發(fā)現與種類(lèi)、分布與運輸、合成與降解代謝、生物學(xué)功能和信號傳導途徑等多方面進(jìn)行講述。我們希望學(xué)生在聽(tīng)教師講授完其中８大類(lèi)植物激素的相關(guān)知識后融會(huì )貫通、舉一反三，對最后一種也是最新的一種植物激素———獨腳金內酯展開(kāi)開(kāi)放式討論。首先，教師向學(xué)生強調植物激素的定義和特征。緊接著(zhù)，一組學(xué)生講解獨腳金內酯的發(fā)現和分布、結構和合成，而另一組學(xué)生講解獨腳金內酯的生物學(xué)功能和信號傳導。隨后，教師通過(guò)設立以下問(wèn)題引導學(xué)生展開(kāi)討論：獨腳金內酯的各種生物學(xué)功能中，哪些是與其他激素的生物學(xué)功能協(xié)同作用，哪些是與其他激素的生物學(xué)功能相拮抗的？獨腳金內酯的信號傳導途徑與哪些激素的信號傳導途徑具有相似性，而不同之處又在哪里？最后，教師對獨腳金內酯的各種信息進(jìn)行梳理，加深學(xué)生對植物激素特征和生物學(xué)功能的理解。通過(guò)這次討論和講述，學(xué)生們可以從對每種激素具體細節的領(lǐng)會(huì )中跳出來(lái)，對植物激素從最初合成到最后發(fā)揮生物學(xué)功能的一系列過(guò)程加以宏觀(guān)把握。由上述案例可知，通過(guò)開(kāi)放式討論教學(xué)，可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，引導學(xué)生由個(gè)別到一般、由局部到全面，獨立有序地完成教學(xué)內容。通過(guò)上述“細胞生物學(xué)”課程和“植物生理學(xué)”課程中多個(gè)教學(xué)案例可以看出，開(kāi)放式討論教學(xué)可以補充講授型課堂教學(xué)的不足，幫助學(xué)生在教師的指引下進(jìn)行積極而獨立的思考和自主而深入的學(xué)習，了解科研進(jìn)展，知曉實(shí)際應用，掌握研究方法，鍛煉科學(xué)思維，培養創(chuàng )新意識。

　　參考文獻

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