細胞生物學研究的基本問題范文

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篇1

[關鍵詞] 細胞生物學；研究性教學；探索與實踐

[中圖分類號] G424.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）06-0065-03

0 引言

21世紀是生命科學的世紀，細胞生物學是生命科學的重要基礎學科，具有較強的理論性和實驗性[1]，同時也是近年來發展迅速的前沿學科。綜觀2012、2013年的諾貝爾生理學或醫學獎不難看出，這些對生命科學有重大推動作用的杰出成就都是細胞生物學研究的領域。因此，深入探究細胞這個生命活動基本單位對于理解生命活動的基本規律、探究生命科學領域的基本問題、解決醫學領域的重大問題有重要的意義。但在傳統的教學中，往往采用“灌輸”式教學，使學生處于非常被動的地位，這種接受型的教學方式忽視了學生自主學習、自主探究能力的培養，抑制了學生的研究興趣與創造性，與21世紀日益加劇的國際競爭對創新人才的強烈需求形成尖銳矛盾。因此，發展新的教學模式迫在眉睫。研究性教學模式要求教學過程中要充分發揮學生的主體地位和教師的主導作用，學生在教師指導下，通過以“自主、合作、探究”為特征的學習方式較好達到課程教學目標。本文從研究性教學模式的角度對細胞生物學理論教學的教學內容、教學方法和實驗教學的優化改革提出了幾點思考。

1 在理論教學中培養學生的研究性思維

1.1 調整和優化教學內容

《細胞生物學》是高等院校生物學各專業開設的一門必修課，其內容迎合了不同層次學習者和研究者的需求。要在理論教學過程中培養學生的研究性思維，則不能拘泥于教材的內容及其編排，需要調整和優化教學內容，為學生形成研究性思維習慣做好鋪墊。基于此，可以根據理論知識的難易程度、學生的知識儲備和接受新知的能力、《細胞生物學》課程教學大綱、學科發展現狀等對課程內容做適當的刪減、增添和整合，調整和優化教學內容。

1）刪減。刪減學生已經耳熟能詳的內容。學生在長期的知識儲備和經驗積累過程中已經習得的基礎知識，應在課堂上避免贅述。例如，關于“細胞是生命活動的基本單位” 這一概念，其涵義學生從中學就已經有所了解，可引導學生從生命活動的不同方面舉例來證明這一結論，并與最近的研究進展相聯系，培養學生歸納總結知識的能力并激發學習興趣。

刪減某些學科交叉內容。由于細胞生物學是生命科學的基礎學科，與生物化學、分子生物學、微生物學等學科有著深刻的相互滲透與結合，很多理論知識在不同學科中重復出現，因此應做適當的刪減，化重復理論為知識遷移。例如，學生已經在生物化學中對線粒體的氧化磷酸化有了系統的認識，在本課程可以著重從氧化磷酸化的分子結構基礎及其細胞生物學定位來理解其作用機制，從而在細胞這一層次上對這個過程有全面理解并形成結構決定功能的生物學思想。

刪減識記類課程內容。研究性學習的目的不僅在于知道是什么，而且在于明白為什么和怎么做，以提高解決問題的能力。把識記類理論知識放至課前或課后，在課堂上注重方法習得不失為好的舉措。例如，細胞是一個復雜的信號網絡系統，細胞信號轉導的途徑和細胞對信號的整合與控制應是課堂上探討的重點，而細胞通訊、信號分子、受體等基本概念應由學生自主習得。除此之外，關于細胞生物學研究方法的內容可以移接至實驗教學中。

2）增添。注入研究方法，滲透研究性思維。在《細胞生物學》中，對生命現象探究的內容雖有不少涉及，但很少展示具體的研究思路，因此要求教師要擁有豐富的教學資源和素材，適時在課堂教學中滲透科學研究方法。

引入科研成果，把握學科前沿。教師需要時刻關注國內外的科學研究動態和成果，擷取精華介紹給學生[2]，拓寬學生視野；教師應提煉學術會議上各專家的新理念、新思路，以活躍學生的思維，便于研究性學習，推陳出新；學生也要利用書籍、期刊、網絡、電視等多種途徑豐富見聞，在合作和交流中兼收并蓄，思維碰撞。

適時插入科學家的故事。必要時，以科學家艱辛的探索事跡進行科學態度和科學精神教育，適時引入科學家的逸聞趣事，以激發學生的學習興趣。

3）整合。細胞是生命活動的基本單位，“一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找”。為了系統而深刻地理解生命的本質，必須避免片段化教學，應對教學內容適當整合，以符合學生的認知規律。

知識點間的整合。例如，錨定連接需要細胞骨架系統的參與，因此可把錨定連接的相關內容安排在細胞骨架后，以便新舊知識的聯接。

調整課程內容的順序。細胞生物學的研究重點已不再限于細胞的結構與功能方面，而是明顯轉向細胞重大生命活動及其分子機制的探秘，因此建議將細胞的結構與功能等章節內容整合、將細胞重大生命活動及其分子機制等章節內容整合，掌握前者是揭示后者的基礎。

1.2 改變教學方法，改進評價體系

在研究性教學中強調，學生是教學過程的主體，學生要在研究中學習和成長，發展學習主動性和養成獨立思考的習慣；教師則在整個教學過程中起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用[3]。在教學方法上，建議采用問題教學方式，在確定了研究課題的前提下，通過創設問題情境，引導學生質疑，并恰當引入科研成果。

1）建立激勵機制，確定研究課題。采用研究性教學模式會增加學生的課前準備負擔，對于每個學期要上近10門課程的學生來說，如何激勵學生主動學習是非常重要的。學生的積極參與僅僅靠老師語言上的激勵是不夠的，必須建立相應的激勵機制，比如可在教學質量的評價體系中加入“課堂發言”這一項，并在最終成績考核中占一定的比例，如可設定課堂發言∶實驗成績∶理論成績=3∶3∶4，課堂發言由教師當場打分，整個學期成績累計，取其平均值。

研究性教學模式并不在于形式上以學生為主，而在于學生在實質上的主體地位。因此，在教學方式上，既可以采用老師提問、學生討論的方式，也可以采用教師講授、學生隨時質疑的方式。在第一種方式中，老師需要精心組織并向學生提供研究課題，鼓勵學生主動參與，由于學生準備的是否充分直接決定了其在課堂上的參與度和思維的拓展度，因此在確定研究課題后，要留給學生一定的時間準備相關材料。同時，為避免要探究的問題因龐雜而止于膚淺，可將研究課題分成若干子課題。在實踐中，將學生分成小組（每組3～5人），問題到組，每小組負責闡述1～2個子課題。這樣既保證了學生探究問題有一定的深度，又有效地激發了他們的參與熱情。

在確定課題及課堂討論中要注意掌握研究課題的廣度與深度。為達到既使學生掌握理論知識又能訓練其思維的目的，在確定研究課題時，應注意課題的廣度，不能任意發散、偏離重點；同時，也要考慮到課題的深度，難度適中，有效激發學生的興趣。例如，在《細胞信號轉導》課題中，要求學生理解并掌握細胞信號轉導的主要途徑、細胞對信號的整合和控制，教學活動應圍繞這兩方面展開，在掌握基本的幾條途徑的基礎上，再進行歸納，繪制網絡圖，找出其交叉點，從而理解其整合性。同時可通過查閱文獻進行知識的擴展，了解近年來這些基本的信號轉導途徑的新進展。

2）創設問題情境，引導學生質疑。在研究性教學中，師生應是平等的探索者的關系，教學過程就是解決問題的過程，因此應以問題研究[4]為主線，教師要善于提出啟發性、針對性的問題[2]，問題的設置要有層次感，遵循學生的認識規律。開場問題要設計巧妙，順利促使學生進入學習情境；教學過程中，教師要做好學生活動的組織者、幫助者和促進者，指導和總結提升到位；對于抽象復雜的機制需要結合多媒體等手段，化繁為簡；探討完理論知識后，要引導學生思考和分析與生產生活緊密相關的問題，學以致用。學生可以采用獨立思考、小組討論等多種形式的學習方法多角度調動思維，也可以在解決問題的同時提出有研究價值的新問題，進行課堂外的延伸，拓展思維的深度。例如，在《細胞信號轉導》課題中，教師可借此課題引導學生掌握相關前沿。如教師可提出：生物對光的響應是通過其受體來完成的，目前已經發現了幾種光的受體，分別是什么？UV-B的受體是什么？受體如何傳遞這一信號？細胞對這一信號產生什么樣的響應？當諸如小麥等植物接受UV-B后，會產生哪些響應？這樣學生就會通過閱讀文獻掌握這一領域的最新發現，了解UVR8這一剛剛發現的紫外線的受體，通過了解其機理，聯系實際，就可以自然而然地提出：可以通過人為增強紫外線輻射來刺激植物產生更多的類黃酮，從而提高某些植物尤其是藥用植物的保健作用。這樣，理論就和實踐很好地結合到了一起。

3）恰當地引入科研成果。細胞生物學是一門迅猛發展的學科，尤其是分子生物學的概念與方法的引入，將其迅速推向分子細胞生物學水平。細胞生物學相關領域的研究現狀和成果如何，教師可以在課堂上適時介紹給學生，尤其是重點闡述研究方法、實施步驟等內容，對學生進行科研方法與思路的指導。例如，在《細胞分化與基因表達調控》這一章節中，可以引入2012年諾貝爾醫學獎獲得者日本京都大學教授山中伸彌和英國的約翰戈登將細胞核重新編程的成果（即將成年體細胞重新誘導回早期干細胞狀態，以用于形成各種類型的細胞，這一技術的實現免除了使用人體胚胎提取干細胞的倫理道德制約，將能避免異體移植產生的排異反應，為某些嚴重疾病的治療提供了契機）。領域的杰出成果能夠對現有課本知識進行補充，學生也可以通過專題文獻查閱報告的形式交流科學界的新理念、新發現。

2 在實驗教學中鍛煉學生的科研技能

實驗教學是培養學生技能的重要途徑，也是學生研究性學習的具體體現。通過一系列實驗技能的學習和實踐操作，學生將對所學的基礎理論知識有更深刻更直觀的理解，同時還可了解有關細胞生物學和細胞工程領域常用的研究手段和方法，為進一步深造和獨立開展科研工作奠定基礎。

2.1 合理安排實驗教學進程

實驗課的進程應該與理論課的進程相輔相成，教學建立在科研基礎上，科研促進教學的提高。

2.2 改建實驗課

1）通過驗證性實驗培養學生基本的實驗技能。通過細胞形態結構的觀察，學生可以掌握相差顯微鏡、偏光顯微鏡、暗視野顯微鏡、熒光顯微鏡等各類顯微鏡的結構、原理及其操作；通過對細胞組分的分離及觀察，學生可以學會分離、純化、活體染色等技術。在實驗前，學生應該通過實驗指導、網絡等了解相關儀器設備，并了解其原理及操作，指導教師對所出現的問題進行指導，規范操作。

2）通過設計性和綜合性實驗培養學生分析和解決問題的能力。設計性實驗、綜合性實驗要求學生以本課程的相關理論知識為基礎，在具備一定的實驗操作技能的前提下，通過查閱資料等富有創造力地獨立完成實驗設計，創新實驗方案，這對學生的素質要求較高，因此也是培養學生分析和解決問題能力的良好手段。設計性和綜合性實驗的題目可以結合教師的科研項目擬定，從而不僅將教學與科研融為一體，而且可以集結眾多人的智慧，推進教師的科研進程。

2.3 撰寫實驗報告和科研論文

實驗報告具有情報交流、保留資料的作用，學生在撰寫驗證性實驗的報告時要如實地把實驗的全過程和實驗結果記錄下來，對結果進行分析討論時要加入自己的理解，拓展科研思維，也可以寫出實驗中遇到的問題、解決的方法、誤差分析，并提出改進意見。

對于設計性和綜合性的實驗，撰寫科研論文是學生展示科研能力、提高科研水平的重要手段，是需具備的基本功之一。

3 教學改革效果

目前所使用的理論課教材為翟中和院士等主編的《細胞生物學》（第三版），本著研究性教學的理念，首先對部分章節如“細胞的能量轉換——線粒體和葉綠體”嘗試采用了研究性教學模式，學生利用課外時間積極查閱資料，認真思考，充分準備；課堂上以小組為單位首先提出自己的問題，然后講解，各小組討論、提問，最后總結。通過這樣的方式，不僅學生的學習熱情高漲，對知識的理解更為透徹，更重要的是，學生能發現問題并知道如何解決問題。接下來，又把一些問題留給學生，如在細胞的信號轉導中，G蛋白耦聯受體介導的信號通路廣泛參與生命活動的諸多方面，而且該領域是一個正在迅速發展的領域，不斷有新的發現。所以鼓勵學生充分利用高校的期刊數據庫獲取相關研究進展，課堂上小組交流討論，通過這樣的方式學生獲取了大量的信息，對該領域的前沿動態也有了一定的了解，極大地激發了學生的科研熱情。在實驗教學方面，將細胞生物學實驗進行了課堂外的延伸，與大學生創新實驗相結合，鼓勵學生利用細胞生物學的知識去解決或探究某一問題，目前已有部分成果被國內重要的核心期刊所接受。研究性教學的采用，使細胞生物學教學質量有了顯著提高。學生不僅在課前養成了獨立思考的習慣，提高了自主學習能力，而且能在課堂上廣泛參與討論，交流思想，合作學習；學生對細胞生物學的理論知識和實驗技能掌握得較為扎實，對細胞生物學的科學前沿有較敏銳的把握，利用細胞生物學基礎知識、基本技能開展相關領域研究的能力得到了提高。總之，研究性教學模式從根本上發展了學生學習的主體性，為培養學生的創新意識、發展學生的科研思維能力提供了條件。教師應積極開展研究性教學的嘗試與探討，培養創新型人才。

參考文獻

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.細胞生物學（第4 版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]盧曉梅，楊艷燕，居超明.生物學研究性教學的探索與實踐 [J]. 生物學雜志，2005，（3）：47-49.

篇2

【關鍵詞】 科研型醫學生；免疫學；實驗教學

醫學免疫學作為一門專業基礎課和生命科學的前沿學科，免疫學已與分子生物學、細胞生物學、遺傳學等前沿學科互相交融、滲透，領銜開展多方位的探索，揭示了諸多生命活動的基本問題，對生命科學中的重要問題做出詮釋，使基礎理論和應用研究不斷獲得新的突破[1]。因此以免疫學實驗課為契機以點帶面來培養有科研思維的高素質醫學人才更具有自身的優勢。

1 在免疫學實驗教學中培養科研型醫學生的必要性和意義

作為新一代的醫學生不僅應有扎實的專業理論基礎、較強的臨床實踐能力，更應具備一定的科研能力。而將科研思維帶入平常的免疫實驗教學中，則更容易使學生把推測、感知到的各種現象的本質表述出來，從而學生的科研嗅覺更加敏銳，進一步的發展學生的觀察能力。另一方面在試驗當中將一些發散性的或者隨機性的感覺加以歸納，而使得學生的抽象思維和概括能力進一步提高。因此，為了能夠培養出適應當今社會的具有創新思想和創造能力，同時又帶著科研思維來解決問題的高素質醫學生。對現有的免疫實驗教學方法進行改革、探索新的實驗教學方法，勢在必行。

2 實驗內容精選與組織實施

為了培養學生對免疫專業知識的實際動手能力，幫助學生理論聯系實踐，在教學中減少了傳統的驗證性實驗。將整個試驗班級細分成四個試驗小組，各組學生可以依據自己的喜好挑選與實驗指導講義中有關的實驗題目。

待試驗題目明確，學生獨立查找所需要文獻資料，設計具有創新性的實驗方案， 同時將查找文獻的心得結果做成文獻綜述報告，試驗設計內容分別由各小組成員代表在課堂上幻燈片的形式做交流，其他參與者自由提問，由匯報代表及其小組其他成員解答。報告結束后指導教師點評，幫助學生進行糾錯、補充、啟發、歸納等工作，有助于學生知識上的升華。

整個實驗過程學生小組協作完成，教師僅針對實驗中出現的問題給予適度的指引。在操作進行中，仔細講解實驗步驟并規范學生試驗操作。同時，鼓勵學生詳實的記錄好試驗筆記，而非機械的摘抄試驗教材上的內容。

實驗完成后，各小組按照規范的格式書寫試驗報告。任課教師根據匯報的情況和試驗過程及結果綜合考慮作為學生實驗課的成績。各個實驗組根據老師指導意見修改試驗報告內容，保證試驗結果的真實性。尤其是指導教師應該培養學生思考問題的能力，并解決問題。使學生知其然，更要知其所以然。

3 討論

①發揮學生的主觀能動性，淡化實驗過程中指導教師的作用，有利于提高學生的操作技能、問題解決能力和團隊精神。在保證教學質量的大前提下，摸索能力培養式的教學方法，教學過程中著重于啟發式、研究式的教學模式，培養實際動手能力，為其創新能力打下堅實的基礎。而且實驗教學形成了以學生為中心的轉變后，學生更能通過具體的實踐操作獲得知識升華，而在理論知識升華過程中更能推動學生從濃厚興趣的研究方向入手，在試驗過程中加深對理論知識的認識，形成良好的良性循環[2]。②增強學生溝通能力，人際交往能力和協作精神的培養。在試驗設計的匯報和試驗總結介紹的過程中，學生們會努力的使講解更加生動、精彩。有的學生還會在黑板上劃出試驗的示意圖和流程圖，方便與會者的了解，而對學生的語言能力又是一大有益的提高，而在匯報結束后對同學老師提問進行解答時，又鍛煉了學生的臨場應變和急智思維。這些有益的經驗對學生畢業時候的求職甚至是工作的時候都是大有裨益的。同時，通過科小組討論、試驗、學習的模式，整個小組的同學一起分析、討論從而解決問題，加強了參與同學之間的交流和協作，增強團隊凝聚力。這種學習模式下可以改善傳統學習環境中同學之間的緊張的競爭關系，形成和諧的團隊精神和凝聚力，并且進一步影響到日常的學習生活中。③教與學相互促進，師生共贏。加強實驗教學，革新實驗教學內容和教學方法，在促進學生知識和技能的提高，增強試驗協作能力，培養嚴謹的科研思維，提高試驗操作能力的同時，也要求實驗老師對自己領域內的實驗理論和試驗操作純熟，以保證給學生精準的示范教學，以此為契機調動實驗教師的學習能動性，在教學及其準備過程中不斷提升自我。在整個試驗教學的過程中充分調動了學生主動融入到試驗教學過程中、教師指導學生試驗操作的雙贏局面。

總之，對于醫學專業學生的實驗培養模式應該以傳統的教師為主導變為以學生為主導的教學模式[3]，在實驗教學中培養具有獨立創新思維的醫學生，有利于學生的理論知識掌握和升華和實際操作能力的培養，有利于培養學生獨立性的思維。學生在實驗教師的指導下獨立完成實驗的過程中，激發并培養自身的自覺、主觀能動性，同時提高了實驗學習的興趣和能力，體現了教與學的融合，達到實驗教學質量的提高。

參 考 文 獻

[1] 陳慰峰.免疫學在生命科學和醫學發展中的作用.記第173次香山科學會議.上海免疫學雜志.2002，22（2）： 7377

[2] 周文富.以科研模式開展綜合性設計性實驗教學. 實驗室研究與探索，2008，27（2）：9295