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关键词:细胞生物学, 本科教学, 教学改革
细胞生物学是本科院校生命科学体系中重要的基础学科,是目前自然科学中发展最迅速的前沿学科,是从不同层次上(包括细胞整体、显微、亚显微和分子等层次)研究细胞结构、功能及基本生命活动规律的学科。由于此学科本身比较抽象、深奥、枯燥,被学生普遍认为是难点课。本文就如何形成特色课程内容体系和如何处理好细胞生物学与相关学科之间教学内容衔接等问题进行探讨,并从提高学生学习兴趣入手,综合运用列表比较法、互动法和讨论法等多种教学方式方法,结合多媒体教学手段,帮助学生更好地构建细胞生物学的知识体系,培养学生的思维能力。
一、处理好细胞生物学与相关课程的衔接问题,形成特色课程内容体系
1.比较研究多本教材,引入科技前沿进展
细胞生物学课程教学以指定教材翟中和、王喜忠、丁明孝主编的《细胞生物学》第3版为主,并参考王金发主编的《细胞生物学》、韩贻仁主编的《分子细胞生物学》等多本的相关书籍。通过比较研究多本教材,取长补短,结合课程目标,精心编排教案,努力逐渐形成一套更符合授课对象特点和有特色的课程内容体系。
同时,在理论课中适当地引入一些科技前沿知识作为补充,缩短教材中的理论内容与当前理论发展之间的差距。在绪论中介绍搜索引擎Google学术搜索、NCBI PubMed等网络资源和生物谷、丁香园等国内著名的生物学论坛,并将本人的研究课题,融入到理论教学中去,以引发思考为主,培养了学生的科研思维,拓展了学生视野,教学反响良好。
2.处理好细胞生物学与分子生物学、生物化学课程的教学衔接问题
分子生物学与细胞生物学、生物化学是本科院校生命科学体系中三门重要的基础课程。三门学科在内容上相互交叉、相互渗透,有着极为密切的联系,可以用“你中有我”、“我中有你”来形容。由于三门学科的教材有些重复的内容,给授课教师在教学中带来一定困扰。因此,如何处理好三门课程内容的教学衔接是教学实际中的一个难题。为解决此问题,笔者认为需要做好以下两点工作:
首先,重视教学团队内部及团队之间的交流沟通工作。相关学科的教学团队成员应共同备课,包括三门课程的授课教师在内教学团队需要在备课中加强沟通,通过积极讨论,达成共识,努力形成一套更科学、更符合学科内在逻辑的教学计划。
其次,制定和完善教学计划的关键在于,准确把握三门科学的侧重点。细胞生物学重点是研究细胞水平上细胞结构方面和关信号转导;而分子生物学基于分子水平入手研究大分子的结构与功能等生物现象;生物化学则是分子的代谢转化。
课程的重叠现象一般分为以下三种情况,针对不同情况,制定针对性教学方案。
(1)对于在多门课程中有重叠的部分内容,根据学科特点进行取舍,确定在最适合的课程中讲授。这样可以避免重复学习、浪费学时或者在三门课程中都未讲透。例如,“真核生物染色体的组成和组装过程”以及“线粒体和叶绿体”,虽然在细胞生物学和分子生物学中都涉及到这两部分内容,将此内容仅放在细胞生物学中重点学习更为合理,因为从内容归属上更偏重于细胞生物学。
(2)有些在两门课程都涉及到的重叠内容,是后开课程的基础,需要牢固掌握,必须在先开课的课程中重点学习。如“核糖体的类型和结构”与“蛋白质的合成”是细胞生物学和生物化学的重叠部分,在生物化学中一定要重点学习。因为此内容是蛋白质分选章节的基础。如果学生对核糖体的结构功能掌握不牢固,在学习蛋白质分选途径时就会感到知识链断层,增加了理解难度,影响学习信心,继而影响教学进度和效果。
(3)而某些内容即使在两门课程中有重叠,却在其中任何一门中都不可舍弃,否则会影响该课程体系的完整性。如“基因的复制”、“转录”、“翻译”是生物化学和分子生物学中的重要章节。这些内容应该根据学科的侧重点来安排:在生化教学中,应该以代谢为主线,侧重于核酸的结构组成、蛋白质的合成过程以及核酸代谢与三大物质代谢间的联系;而对于分子生物学,应以中心法则为主线,即沿着“复制-转录-翻译”这一遗传信息传递流为主线,重点是信息和调控。核酸的结构组成和核酸代谢的内容由于在生物化学中已学习过,在分子生物学中可采取布置预习作业或者提问的方式,让学生带着问题预习和复习,体现了教学中的巩固性原则。
二、综合运用多种教学方式方法,帮助学生构建细胞生物学知识体系
细胞生物学内容比较繁杂、深奥,学生在学习过程中普遍认为难以理解和记忆。教学实践中,通过梳理知识脉络,抽象理论形象化,综合采用列表比较法、互动法和讨论法等教学法,结合多媒体手段,加深了学生对课程内容的理解和掌握。
1.梳理知识脉络,形成知识框架
学生普遍认为细胞生物学难学,究其原因是学科内容比较繁杂、深奥。如果没有形成整体的知识框架,学生感觉到学到的是支离破碎的知识片段。针对这个问题,教师应发掘、把握各个章节之间的内在联系、各个章节与课程整体之间的关系,帮助学生在脑中建立起一个知识网络。
在细胞生物学中,真核细胞的结构体系包括三大系统:生物膜体系、遗传信息体系和细胞骨架体系。实际上,细胞生物学课程的主要框架就是这三大体系,涵盖了几乎全部章节。教师就要抓住这三大体系。讲授绪论时,就把整门课程的框架展现出来,把课程的各个章节归结到其中去,形成整体印象;在讲授每一章节的时候,指出此章节在课程体系中所处的地位,及其与其他章节之间的内在联系,从而强化学生的整体印象。这样一个完整的课程知识体系就建立起来了,有助于学生尽快入门。
2.联系实际生活,抽象理论形象化讲解
细胞生物学的许多理论过于抽象、难于理解,教师可以试将理论与生活实际相结合,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景,使抽象的内容形象化和动态化,使学生对理论内容的理解变得简单。
例如,细胞生物学中的一个重要概念“细胞通讯 (cell communication)”(细胞通讯是指在多细胞生物的细胞社会中, 细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制, 对环境作出反应的综合细胞行为。)在教学中,引导学生通过对比联想到人与人之间的会话、交流,以助于理解。又如,“蛋白质的分选(protein sorting)”概念的讲解。蛋白质的分选是指细胞中的蛋白质在核糖体上合成后转运至细胞的特定的部位的过程,这些蛋白生来有它的“宿命”,有些蛋白质诞生后将会作为细胞质膜上的成分、有些蛋白质装配成激素分泌到细胞外,而有些内质网和溶酶体中的固有酶。由此概念引导学生联想到人类社会与细胞社会有类似的特点:在人类社会中,大学会培养出不同专业、各种类型的人才,大学毕业生要找到适合其自身特点的岗位,才能发挥所长;在细胞社会里,在细胞中每时每刻都有新的蛋白质产生,只有被运转至正确的部位,并装配成具有结构正确的复合体,才能发挥其功能,参与细胞的生命活动。
同时结合多媒体辅助教学手段,根据课堂内容播放动画讲解,结合声音、图像等多媒体手段,使复杂的分子与细胞生物学原理形象生动地表现出来,如:利用多媒体演示细胞分裂的过程、哺乳动物细胞培养的过程等。
总之,运用发散性思维将理论与生活实际联系起来,将自然科学与人文科学在某些共通点上巧妙结合起来,配合以多媒体辅助手段,使抽象的细胞生物学理论变得形象生动。
3、运用多种教学方法,提高课堂教学质量
(1)列表比较法。教学中,比较法是一种常用的、有效的手段,采取列表的方式对相应内容进行对比,学生会感到知识体系清晰,一目了然,也有助知识体系的建立。例如,比较真核细胞和原核细胞的特征,物质的三种跨膜运输方式等,使教学内容条理清晰,学生非常容易掌握,达到了较好的复习效果。
(2)互动法。在课堂上,鼓励学生提问,激发他们的学习兴趣和求知欲。同时采用组织课堂讨论的方式加强对基本概念和基本原理的理解,实现课堂上与学生互动,促进学生积极思维,而非被动接受。并配合以实验教学,理论与实践并重,逐步提高细胞生物学的教学水平和教学质量。
(3)小组讨论合作法。通过组织课堂讨论、读书报告及组织学生之间进行相互点评等形式,提高学生了解专业前沿进展的兴趣,也推动了学生积极思维,并且促进了学生思考和探索如何建立良好的合作方式,培养了其团队合作能力,从而推进学生的素质教育。例如,细胞生物学的课程讨论部分,组织学生 4人为一个小组做一份读书报告,选择感兴趣的题目,自行确定组员的分工形式,每组报告结束,由其他小组对其报告效果进行打分和评判,作为期末成绩的打分提供参考。
实践证明,综合运用以上教学方式方法能够帮助学生形成合理的知识体系,有利于有效解决细胞生物学的教学上的难点,收到了良好的教学效果。
三、结语
以上是我们在细胞生物学教学过程中的一些实践与探索,通过编排教学内容的改革实践和多种教学方法、手段的综合运用,提高了学生的学习兴趣,使细胞生物学不再是难点课。
参考文献:
1. 韩端丹,洪琦.分子生物学与生物化学课程间教学衔接探析.高等函授学报, 2010,23(5): 30-32.
一、精选教材
教材是课程知识内容的载体,是进行教学活动的基本材料之一[2,3]。如何选择和使用教材对教学任务的实施、完成和对教学质量的影响至关重要。通过对相关院校的走访、大量资料的查阅以及结合本校水产养殖学科的专业特点、课程学时数以及授课对象,最终确定以翟中和等主编的《细胞生物学》为教学用教材,并及时跟进该书的新版本。在应用该教材的同时,特别注重其他教科书的参考和补充,如将王金发编著的《细胞生物学》、王堃仁等主编的《细胞生物学》、郑国锠等主编的《细胞生物学》、Alberts主编的《Molecular Biology of the Cell》等作为本课程的参考教科书。此外,教师在备课过程中还注重寻求教科书之外的教学资源,如国内外重要学术期刊、国内外知名大学《细胞生物学》课程网站,特别是国外互联网站上与细胞生物学知识相关的网络资源。教学中将教材、参考教科书以及教科书之外的教学资源相互补充和凝练,力求教学内容的系统性和前瞻性。
二、教学内容的遴选
《生物化学》、《遗传学》、《细胞生物学》和《生理学》等是水产学院重要的学科基础课。这些课程在内容上联系极为密切,相互交叉和渗透。在《细胞生物学》课程的教学中,既要避免本课程与其他课程内容的过度重复又要保证授课内容的完整性、体现细胞生物学的核心内容。根据水产学院的教学安排以及授课学生的实际情况,在《细胞生物学》理论课教学中对所用教材的内容进行遴选,合理取舍与合并,最终形成十章作为本校水产养殖学科《细胞生物学》理论课教学内容,即:“绪论”、“细胞的基本知识”、“细胞生物学的主要研究方法”、“细胞表面”、“细胞基质和内膜系统”、“线粒体”、“细胞骨架”、“细胞核与染色体”、“细胞周期和细胞的分裂与分化”和“细胞的衰老与凋亡”。《细胞生物学》理论课的教学内容遴选后,授课中以细胞的结构和功能为主线,从显微、亚显微和分子水平阐述细胞结构,特别是结构与功能的相关性,认识细胞重要生命活动的基本内容和本质,掌握细胞生物学的基本概念和基础理论,在《生物化学》、《遗传学》和《生理学》课程学习的基础之上,通过《细胞生物学》的教学,使学生的知识体系更加系统化、深入化。
三、调整与优化教学内容,因材施教,提高教学效果
由于课堂教学仍然是在校学生获取知识的主要形式[4],因此教学内容确定后,教师要梳理每一章的教学内容,清晰讲授的重点和应达到的具体教学目的。首先,教师要意识到第一次课的重要性,它对激发学生的学习兴趣有着重要的作用。与其他课程一样,课程的讲授内容通常以绪论开篇。但是,不仅许多学生不重视绪论的内容,教师也容易出现缺乏对绪论讲授的激情[5]。教学中我们将教材[1]中绪论的内容重排、调整与优化,收到了较好的教学效果。授课中将细胞生物学的发展简史作为最先讲授的内容,并结合一些与之相关的逸闻趣事,激发学生对该门课程学习的兴趣,使学生在轻松的氛围中了解学科的诞生、认识学科的发展与实验仪器和技术进步的关系;通过介绍“细胞学说”的建立,不仅使学生掌握了该学说的基本原理,还使学生意识到善于点滴积累以及归纳和总结对学习和工作的重要性,通过上述学习学生们也弄清了细胞生物学最基本的研究内容。之后再介绍当今细胞生物学的主要研究内容和研究热点,并将教材目录与绪论的内容相联系,这样不仅使细胞生物学的研究内容深记于学生的脑海中,也便于他们对本课程后续内容的学习和提高学习的信心。其次,授课内容的顺序编排要便于学生与已掌握的有关知识相衔接。根据授课对象的实际情况,教学中按着细胞的组织结构从外向内,即:细胞表面→细胞质→细胞核的顺序,并将结构或功能上联系极为密切的细胞结构的知识放在一起讲授。以本课程的“细胞表面”与“细胞基质和内膜系统”两章为例,对教材以及相关的教科书中的有关内容做了较大的调整,重新编排与优化。授课时“细胞表面”一章,首先介绍细胞表面的结构组成(质膜、细胞外基质和细胞外被、细胞表面的特化结构细胞连接),各结构的特点、功能以及这些结构的相互关系;通过这样的讲授使学生清楚地知道多细胞生物中虽然所有的细胞都具有“质膜”这样一个界膜,它是细胞表面核心结构,但多细胞生物不仅由细胞构成,细胞外还有细胞外基质,同时没有一个细胞是孤立的,细胞与细胞或与细胞外基质形成特定的组织连接结构,从而使多细胞生物成为一个和谐的统一体。之后再详尽地介绍细胞表面核心结构——质膜的物质的运输和信号转导功能,通过这部分的学习又使学生对膜的不对称性和流动性有了更好的理解。此外,由于核糖体与内质网在功能上的关系极为密切,因此将核糖体并入内膜系统中介绍,形成本课程的“细胞基质和内膜系统”一章。授课中首先讲解非膜性细胞器——核糖体在细胞中的分布、化学组成和结构以及功能,之后介绍内膜系统中的内质网、高尔基体和溶酶体的超微结构与功能,但内质网和高尔基体的蛋白质加工功能与蛋白质的分拣形成本章独立的一节,即“蛋白质的分拣与加工”,内容包含信号假说、蛋白质的修饰与加工、蛋白质的分拣和膜泡运输,此节为本章的教学重点之一。介绍信号假说时,由于有了核糖体的知识基础,再结合具体的研究成果,学生则很容易理解分泌性蛋白的合成在细胞基质中起始、肽链延伸暂停、向内质网膜转移等信号假说的具体内容;通过本节其他知识内容的学习,清晰了蛋白质的修饰加工可发生在肽链的合成以及运输过程中,因此构成了蛋白质合成、加工与运输的完整体系。此外,将溶酶体的发生也独立成节,放在“蛋白质的加工与分拣”一节之后,以溶酶体酶的M6P分拣途径为例,将信号假说、蛋白质的加工与分拣以及膜泡运输的部分内容串联起来。通过上述讲授内容的遴选、调整与优化,也使学生对结构、功能、发生上相互关联的内膜系统的理解更加透彻。再次,根据教学时数适当安排自学与课后讨论的教学内容,培养学生自主和探究学习的能力。如“细胞生物学的主要研究方法”一章,不可能在有限的学时内将该部分内容讲透彻,因此该部分内容以学生自学、课下参观相关的仪器设备及与教师交流讨论的形式实现学生对该部分知识的获取;此外根据授课专业特点,叶绿体的知识也以学生自学和课下与老师交流的方式进行。最后,注重讲授内容与其他课程内容上既不过度重复又要较好地衔接。如在讲授质膜的功能——钠钾泵的知识时注意与《生理学》膜电位的知识相联系、细胞骨架中微丝的功能时注重与《生理学》以及《组织胚胎学》肌肉收缩内容的衔接,线粒体功能的讲解则考虑与《生物化学》的内容不过度重复和较好的衔接,而细胞核与染色体的知识需要考虑学生在《遗传学》课程上已掌握的知识。由于本课程的开设在上述几门课程之后,这就要求我们与上述课程的任课教师以及授课学生良好的沟通,适当调整本课程的授课内容与重点,从而使学生通过《细胞生物学》课程的学习,使他们知识体系更加系统化、深入化。
由于细胞生物学的知识面广、信息量大、发展快,因此教学内容的改革是教学改革最重要的部分。结合我校水产养殖学科的专业特点和授课对象的实际情况,对《细胞生物学》理论课的教学内容进行遴选、调整重排与优化,并且应用于《细胞生物学》的教学中,提高了教学效果。此外,通过多年的教学实践我们深深地体会到,完成好教学内容,教师尤其要注重自身知识理论水平的提高,不断地丰富教学内容,才能不断提高教学效果与教学质量。
参考文献:
[1]张晶,华子春.细胞生物学课程体系优化的实践与思考[J].中国细胞生物学学报,2011,33(6):716-719.
关键词:医学细胞生物学;新疆;民汉合班
医学细胞生物学是从医学的角度,以细胞生物学和分子生物学为基础,探索研究人体细胞发生、发展、衰老、死亡的生命活动规律及疾病发生机理及防治的科学。医学细胞生物学是我国医学教育的一门重要基础课程,作为当今生物医学研究最活跃的前沿学科之一,其研究手段技术先进,知识内容更新快,汇聚了最新技术手段和科研理念。我校多个医学专业均开设了本课程,但教学中出现的问题也不容小觑,比如民汉学生语言基础不一、文化鸿沟明显和基础知识不一等。
目前新疆高校少数民族学生包括民考汉、双语生和民考民三种。所谓“民汉合班”是指将民语言参加高考学生(包括双语生)和汉学生(其中包括民考汉学生)统一编班进行培养的一种教学模式。为了维护新疆的和平稳定、国家的长治久安、社会的稳步快速发展以及民汉关系的融洽相处,新疆各院校探索和推进民汉合校、合班一体化教学的努力从未停止。以我校厚博学院(以下简称“我院”)为例,我院2014级共16个班,其中3个预科班为民语言班,其余13个班中,有10个班级实施了民汉合班,占62.5%。在医学细胞生物学教学中,正视这些困难并积极寻求解决之道,对于提升民汉合班班级的基础专业课程教学水平,提高学生的语言交往能力及专业知识技能具有重要意义。
一、当前民汉合班班级医学细胞生物学教学的基本现状
1.教学面临着“同步不同效”的现实困境
医学细胞生物学内容覆盖面广,与其他基础医学和临床医学的各个学科联系广泛,成为沟通基础与临床各学科间的重要“桥梁”学科。本学科教学内容多、学时少,且对于新疆民汉合校、合班院校而言,民汉学生在学习、生活方面的模式决定了其在教学方面的特殊性。大部分民考民和部分双语少数民族学生普遍存在专业词汇理解困难的问题,因此教学面临着“同步不同效”的现实困境。
2.学生对医学细胞生物学学习的重要性认识不够
医学细胞生物学主要授课对象为临床医学、口腔医学、麻醉医学等专业一年级学生,他们还没有学习足够的医学知识,因此对医学细胞生物学学习的重要性认识不够。对于部分学生,上课听讲困难,学习积极|生受挫,对于民汉合班班级而言,学生的语言基础和知识理解能力分化明显,学习效果也呈现出“马太效应”。在一体化教学过程中,有的学生甚至完全不理解老师的授课内容,如果不能及时得到适当的帮助和指导,这种学习听课过程中产生的挫折感很容易使他们放弃学习,缺课、逃课也就不难理解了。
3.教材难度过高,不符合民汉合班教学实际
目前我院根据学校规定选取的教材存在着针对性不强、难度过高等缺憾。以笔者所在院校在教务处指定下采用的人民卫生出版社《医学细胞生物学》为例,教材本身内容覆盖面广,知识点繁多,适合医学细胞生物学课程课时较多的院校,而我院本课程理论课时量才24学时,不符合民汉合班的教学实际。教材与学生学习实际情况脱节的现象,既对教师完成既定教学任务造成干扰,也不利于学生知识架构的构建。
二、提高民汉合班班级医学细胞生物学教学水平的对策
1.突出学生的主体性,激发学生学习动机
英国教育家哈曼认为“那些不设法勾起学生求知欲望的教学正如同锤打着一块冰冷的生铁。”教师要激发学生的学习动机,培养其求知欲望,变“要我学”为“我要学”。首先教师要转变教学观念,突出学生在教学过程中的主体性,尊重不同民族学生生活环境和文化背景的差异,调动学生自主参与,因材施教。其次,少数民族学生由于天生活泼好动、热情开朗的个性特点,在课堂上能积极配合教师,认真参与各种课堂教学活动。教师应充分认识到这点,鼓励学生树立学习信心,也可以让同学们“结对子、一帮一”,促使汉族学生放开手脚,变被动为主动,积极地参与课堂组织的各种教学活动,从而使课堂教学气氛活跃,教学效果良好。
2.化繁杂为简洁,降低学生学习难度
我们在本课程中引入“系统”“动态”“时空”等前沿概念,贯穿了“细胞不是一个孤立的细胞,而是组织、器官及个体中的细胞,甚至是不同生理状态或病理状态下的细胞”的基本思想,培养学生批判性学习和创新思维的能力。在授课过程中按照“结构决定功能,功能反映结构的状态”的知识体系优化理论课教学内容,使学生更容易形成生物学知识框架,而且根据我院教学课时的实际情况,精简讲授内容,选取教材中八个章节进行重点讲述,化繁杂为简洁,降低学习难度。
3.利用网络资源对课堂教学进行延伸和有机补充
积极利用网络资源,可以有效弥补当前院校医学细胞生物学教材特色的不足。比如,信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成,动态的动画形象在短时间内简洁地展示了合成的过程,很好地帮助学生理解记忆,这是常规教学手段无法做到的,大大提高了教学效率。同时利用医学细胞生物学精品课程网络资源,通过建立师生平台,引导学生充分利用本课程网络资源,通过网上留作业、安排考试等手段吸引学生学习并逐步实现形成性评价,最终做到提高教学质量。
素质教育历来是高等教育阶段的主要任务,提升学生的科学素养是素质教育中一项最基本的内容,尤其是对生物学而言,更应该注重提高和培养学生的生物科学素养,这样才能够培养出能适应当代生命科学发展需要的应用型专门人才。所谓生物科学素养是指参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力,包括人们所掌握的生物科学知识、技能和方法,以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质等方面。①细胞生物学是研究细胞基本生命活动规律的科学,是21世纪自然科学的三大前沿学科之一,是当前生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科,是生物类专业的主干课程之一。因此,在细胞生物学教学中如何提高学生的科学素养对于培养新时期的生物人才至关重要。本文主要对当代大学生生物科学素养现状、实施生物科学素养教育的重要意义以及如何在细胞生物学教学之中提高学生的科学素养进行了综述,旨在为生物教学提供一定的参考价值,以供方家借鉴。
1 当代大学生的生物科学素养现状及其存在问题
生物相关专业的学生对生物科学技术具有浓厚的兴趣,生物科学技术基础知识扎实,对生物技术发展持积极的肯定态度,具备良好的科技强国的信念。但是,他们对高新生物科学技术知识和先进实验技术了解较少,生物科学实验实践技能较差,对生物科学科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有调查表明,当代大学生对于当前的一些生物热点问题有一定的了解,但是对于高新技术的应用和新的科学研究领域的认识不足。在理性上,有43%的学生是盲目的怀疑,或者是盲从专家和他人的观点,对事物较少有自己的看法;在探索求知精神上,“科学功利主义”对学生的影响最大,使得学生视本文由收集整理野狭窄、目光短浅;在实证精神上,有62%的学生缺乏实验实证精神,偏重抽象思维,缺乏科学实验的精神和价值眼光。②此外,许多高校只注重生物专业课的常规教学,很少举办专门的科研活动,且科学技能培养与锻炼的途径缺乏,这使得大学缺乏浓郁的科学素养氛围,学生较难形成一定的科学技能,由此科学实践能力也较差。
2 细胞生物学教学中培养科学素养的意义
细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。
3 细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养
细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。
3.1 加强课堂教学中的“生活化”融合
细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以
多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。
3.2 侧重教学内容的前沿性和新颖性
细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。
3.3 增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例
综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项目,自主设计实验方案,自主准备实验材料,自主配制实验所需试剂,根据自己的时间自主安排实验进程,设计性实验可以充分调动学生的实验积极性,培养学生的创新思维和勇于探索的精神。由此可见,综合性和设计性实验可以锻炼学生综合分析问题和解决问题的能力。③然而目前许多高校由于实验条件和课时安排的限制,细胞生物学实验主要以基本操作和验证性实验为主,综合性和设计性实验较少甚至没有,这在一定程度上限制了学生综合素质和创新思维的培养。④因此,教师应根据科学性、可行性和实用性原则增大综合性和设计性实验的比例。如我们精选了真核生物基因组的提取、纯化、鉴定、扩增、酶切、重组、转化、筛选的大实验,膜蛋白的分离与鉴定等综合设计型大实验,这些实验中的每个实验都构成了一个综合性整体,同时,在实验材料的选择上尽量做到由学生自主选择。通过每一次的综合设计实验,使学生进一步巩固了已学习的知识和已掌握的技术,并能够对实验结果进行合理的正确的资料采集、整理、分析和归纳,有效地培养了学生的科学素质、科学精神、创新思维及分析问题和解决问题的能力。
3.4 组织各种“科学小组”,布置学科发展前沿的讨论,与全程科研训练对接,以培养学生的科学态度和科学精神
关键词:分子细胞生物学;活学活考;学生能力
我校主要面向国家生物学理科基地班的学生,设置了“分子细胞生物学”课程。这门课程可使学生在细胞生物学学习的基础上进一步学习,掌握一些研究方法对于开展科学研究有所帮助。
笔者开设“分子细胞生物学”课程中,从历年学生的教学评价,到跟踪各分数段的学生进入研究生阶段的科研表现,再到2006年5月教育部本科教学工作水平评估专家组现场考察所给的意见“考教有水平,符合研究型教学的特征”认识到,提高“分子细胞生物学”课程教学质量,应重点关注三个问题,才能达到培养学生的创新思维和创新能力的目的。
教学目标:培养创新思维和创新动力
高等教育的发展潮流要求教育工作者要以人为本,促进大学生的全面发展,尤其要重视从重知识的传承转向能力培养的要求。当前大学的很多课程都在积极推行教学改革,努力寻找提高教学质量的突破口。然而,教师“重知识传授,轻思维启示;重教学形式,轻思想内涵;重单点深入,轻纵横联系”、学生“重被动接受、轻主动思考;重理论识记,轻实践操作;重孤立运用,轻灵活迁移”的思维定势难以改变,“课堂沉闷,学生被动学习”、“上课记笔记、考前背笔记、考试考笔记、考后丢笔记”等现象仍然占据着大学课堂的主导位置,如何在“分子细胞生物学”课堂的教学中改变这一局面,是我们经常思考的一个问题。
通过教学实践我们认为,要取得好的教学效果,必须要对“分子细胞生物学”课堂教学进行一个正确的目标定位。从课程性质来看,分子细胞生物学是由于分子生物学技术的出现而诞生的一门新学科,是一门在分子水平上研究基因对细胞活动调控以及各种细胞结构的形成和功能执行的科学。从课程地位和任务来看,由于只有在分子水平上了解细胞的基本活动规律,才能更好地学习掌握生命科学的其他知识,从而利用现代生物学技术对各种生命活动现象和发展规律加以利用,造福人类,所以它是现代生命科学研究的基础,是生命科学类专业的基础课。从授课对象来看,国家生物学理科基地班是培养我国生物学领域基础研究和教学人才的“国家队”,人才的培养目标要求是“基础扎实、动手能力强,具有较强科研素养的创新型人才”,学生进校的起点高,绝大多数毕业生要以保研、考研或出国的方式进入研究生阶段进一步深造。
因而,我们将“分子细胞生物学”课堂教学的目标定位在“讲清基本理论,注意相关学科知识点之间的联系:紧跟学科前沿,介绍最新的研究动向和方法;设置启发思维的情景,着重培养学生的创新思维和创新能力”。围绕这一教学目标,我们确立了“重在激发学生的学习兴趣和投身科研的信心”的教学理念,并将该理念贯穿于课程教学各个环节的内容设计之中。希望学生通过学习这门课,对专业基础课和专业课的学习目标和重点有一个全新的认识。
教学方法:拓宽学生视野,激发学生思维
教学方法的选择对于教学内容的确立和教学目标的实现会产生直接的影响。在教学的过程中,我们积极推行以“拓宽学生视野,激发学生思维”为主要特征的启发式教学,以调动学生的学习兴趣,发挥学生参与课堂教学的主观能动性,激发学生独立思考问题的意识和能力。
以精和新为原则确立教学内容。分子细胞生物学领域发展迅速,知识更新快。而这一学科最突出的科研成果一般都发表在外文期刊上。为了紧跟学科前沿,我们没有选用固定教材,而是采用最新版本的英文《分子细胞生物学》教科书,作为教学内容的主要部分。Science和Nature以及分子细胞生物学领域的一些国际权威杂志上的综述性文章是我们教学中的重要参考文献。我们将与教学大纲有关的参考资料放到图书馆的阅览书架上供学生借阅,这对方便学生看文献起到了很好的作用。多年来,由于科研和教学的需要,教师随时关注生物学领域最新发展动向,将各类资料中介绍这门学科研究的新概念、新发现、新思路和新方法综述引入课堂。教师提供给学生的这些参考文献水平高、内容新,难度适中,开阔了学生的视野。教师需要更新知识,授课前需要认真备课,老教师尽管上课多年,每次上课都要做到重新备课。
积极营造轻松和谐的课堂氛围。任课教师反复给学生传达这样一种理念:记清知识点并不是唯一的学习方法(掌握知识点本身就是学习),关键要学会运用相关知识查阅、积累、梳理资料,在查阅、积累、梳理资料中消化、理解知识,并与相关知识融会贯通,运用各种知识解决实际问题。如教师将教学课件发给学生,使他们不用花太多的时间记笔记,只是在必要的知识点上做注释,学生的主要精力集中到听课上,跟着教师的引导思考问题。课堂上,教师采取把问题提出来,给学生一点思考的时间,然后给出答案。采用这种教学方法,学生将注意力集中在问题的思考上,不仅活跃了课堂气氛,也训练了学生主动思维的能力。教学语言是开启知识和科学之门的钥匙,可激发学生的积极思维活动。所以,在教学语言的组织上,教师尽量做到情感饱满,深入浅出,让学生轻松愉快的接受知识,并能在适当的兴奋中思考和记忆。
适时的为学生设置激发思维的情景。知识迁移能力的提高是创造能力提高的前提条件。“分子细胞生物学”与“生物化学”、“遗传学”等生物学的基础课程有密切的联系。在授课的过程中,教师十分注意相关知识的有机结合,通过串联知识点激发学生的思考能力。如,在讲解采用图位克隆法分离基因的原理时,将遗传学中的遗传连锁分析知识与大分子操作技术有机结合,使学生掌握了遗传学的基础知识在分子生物技术中的运用。笔者作为作物遗传改良国家重点实验室的固定科研人员,科学研究是自己工作的重要组成部分,这样的经历为科研促进教学带来了得天独厚的条件。在讲课的时候,教师时常将研究范例引入课堂,向学生介绍解决或回答某一科学问题的具体研究思路、技术路线、研究方法、研究结果和经验教训等,让学生产生置身于科研实战环境的感觉。向学生介绍某一新发现或新知识点时,教师也经常同时介绍他人阐明这一新知识点所采用的研究方法,并强调回答同一科学问题有多个解决办法;或者要求学生关注在解决某一个科学问题中采用的经典研究方法是否可以运用于解决其他科学问题,引发大家主动思考问题。
考试原则:考查学生综合运用知识分析和解决问题的能力
考试内容和考试方式对教师和学生具有指挥棒的作用。考什么、怎样考将直接影响到教师教什么、怎样教,学生学什么、怎样学的问题。这主要源于考试的两个基本的功能,一是检验教师的教学效果和学生的学习效果;二是对后一阶段如何改进教师教学和学生学习的方式方法起到反馈作用。
传统的闭卷考试,常采用名词解释、填空、选择、问答等命题形式,侧重考察学生的识记能力,学生花大量时间去回忆识记性的东西,实践证明这种考法没有实际意义,尤其是学生运用知识分析和解决问题的能力得不到锻炼,创造性思维能力得不到培养。
【关键词】中医;生物学;生物技术;研究
【中图分类号】Q81 【文献标识码】A 【文章编号】1008-6455(2010)11-0248-02
Study of TCM bioengineeing
Ouyang Xuejian
【Abstract】From angle of TCM bioengineering probe into TCM basic theory and way of study, to basis of TCM and clinical research mean much.
【Key words】traditional chinese medicine (TCM); biology; biotechnology; study
随着TCM的不断创新,用现代中医生物学的研究手段,完善TCM的基础理论是必经之路。
1生命之书
1960年首次被破译遗传密码,分子生物学家对复杂的细胞分子进行了分类。人类基因从远古到现代以密码的形式表达出来,展现在科学家面前。常有一种误解基因代表每个特性,这种误解并没有因基因测序而被消除,并被加强了这是因为单基因病被讨论[1],事实上许多遗传性疾病是由多个基因以某种未知方式相互作用的结果。人类基因组的解译,象征着思想变革的始点走向未来。
2生物学革命
细胞生物学革命并不是基因组的解译,而是基因行为方式和序列间相互作用的发现,但必须通过实验才能得到体现, 即阅读细胞故事要归功于生物学-DNA芯片[2]。它能同时观测许多基因行为的是基因组测序。即一个细胞随时有数千个基因开启,它不仅开启一个或两个基因来完成任务,并在任务完成后再将它们关闭,但其理论的构建并不是轻易获得的。分子和细胞生物学[8],简洁一流的理论很少见,蛋白质A开启了蛋白质B,然后激活蛋白质C,如果大家能理解将对研究很有帮助。生物学家并引入了物理学概念,寻找简洁一流理论,但是并不表明研究的系统是简洁的。物理学家设计的理论用于解释大量分子行为,如氧的弥散在介质的作用下,个体特性会淹没在团体行为的模式下。基因和蛋白质更具挑战性,因为它们不移动,不随机相互作用,但能选择性的参与某一功能性活动。化学提供了另一组工具,一些非生命系统中的化学过程与生物化学过程一样复杂混乱,但并不妨碍被计算机模型所获取,其结论是使复杂的模型简单化,原因是一些成分可以被忽略。
3计算机模拟艺术
它不仅分析数据也是一种重要工具。物理学家把其艺术带入到了精密状态,天体物理学家能模拟整个星系世界,生物学家就能模拟细胞的微观世界。计算机模拟复杂的真实细胞,预测基因活性与细胞功能变化的基因组,并建立了数据库。研究细胞中多种过程的比较模型,许多蛋白质能同时催化大范围化学反应,不同反应的相对重要性会因基因被激活而产生某种蛋白而再次关闭,来模拟整个细胞行为。工程学认为一个细胞事件不会简单的导致某一事件发生,有时一个过程会影响某个过程发生,用工程学术语描述就是反馈。即角加速时人体向一侧倾倒,此时膜半规管内淋巴液向相反方向流动刺壶腹嵴产生神经冲动,传至平衡中枢维持人体平衡,这就是人置与平衡中枢间的反馈,这种自我调节在工程学中十分常见。即可用“控制论”和“系统论”来描述它,生物学家已应用在细胞中。描述生物学功能包含扩大、改编、加强、绝缘、纠错和一致性检测等概念。描述新的生物学语言将来源于综合科学,即计算机科学或生物工程学等学科[3、4]。
4网络生物学
世界范围互联网中的信息总是最新的,那里有通信、高速公路、铁路、航运等,为网路提供能量、电流、水、物质、友谊等,细胞网络它们是如此相似。细胞中每一类分子都视为网络的组成部分,任何两个分子之间均有联系,共同参与生物化学反应,结论就是细胞网络与许多社会网络一样,有着相同的连通结构。这样的共性对于定义基因间的相互作用很有帮助,但并不是所有网络都相同[5、6],有时几个连接破坏而迅速瓦解,有时即便有许多连接被破坏,任何两个节点间仍可保持通畅,细胞网络也是如此。理解了生物学网络的特点,为组建细胞自身系统对其研究奠定了基础。
5生物学模块
基因通常结队工作当细胞分解糖产生能量,激活一组基因来产生各自所需要的酶[7]。理论生物学家提示如果能够找出这类“联合作业”,并将其视为独立分子来理解细胞的复杂活动。即一部分制造蛋白质,一部分复制细胞分裂的DNA,其他部分对特殊的酶做出响应等等。但这些分子不是基因简单的组合,它们包括了蛋白质,RNA小信号分子和富含能量的分子,即酶等共同执行其功能, 蛋白质组学显示了它的特殊贡献。即细胞分裂模块包裹在膜内,如线粒体是能量的“工厂”。就像组建大楼一样,模块之间通过一类或几类介质分子相互联系,各部门备有“办公室备忘录”这就解决了每个突发件事的需要。可想象设计一种更精密的特定模块,其小部分分子间相互作用的模块延伸到整个细胞。模块的功能来自其他模块一部分输入,并产生输出影响其他模块。其集体行为的概念类似于生物物理学概念,能表现模块的特性。即模块大部分功能特征,来自于潜在成分的特征与它们之间相互作用集合的特征。这对于生物学家来说是陌生的,但将来会习惯这样的描述。
6TCM生物学
TCM生物学家用生物学微观实验手段,即分子与细胞生物学、网络工程、生物学工程、生物物理学等[8-11],模拟与解释TCM的基本理论。需要生物工程、网络工程与程序工程等共同参与形成综合性科学。TCM把“天体”对生物体的影响都考虑进去了,在疾病诊治基本原则的基础上还考虑了季节变化。即冬天益气活血,温肾助阳;春天滋阴润肺,滋肾柔肝;夏天养心安神,清热解毒;秋天健脾温肾,滋阴补血。TCM早已认识到天体变化对人体的影响,并应用在临床实践中。至于经络到底是什么还没有谁在人体内剖析出来,但临床工作中银针证实了它的存在,并以唯物主义的客观事实传承下来,如何完善它是今后研究的方向。
7TCM诊疗技术
TCM的基础理论与临床诊疗技术是根本,特别是中草药、民间医学很多精髓尚未开发。如西医治疗感冒居高不下的体温(40℃)什么手段都用上了,TCM一付汤药就能控制体温即治愈。肿瘤压迫所致的面神经麻痹,TCM不用开刀减压针灸就能矫正,这说出来好象不可思议但TCM做到了,TCM就是这么神气有待进一步挖掘。TCM不仅应懂得自身的基础理论,并从生物学角度解释出来,让世人相信TCM接受TCM,让TCM走向世界。
参考文献
【关键词】医学生物学 教学 探讨
在卫生学校初中起点的中专教育阶段,医学生物学是刚刚进入学校的学生首先接触到的基础医学课程。医学生物学涉及与医学相关的生物学基本理论、基本知识和基本技能等,既是医学基础的前沿学科,又是学习其它基础医学及临床医学的奠基学科,起着重要的桥梁纽带作用。下面笔者结合教学实践谈几点体会,以期更好的提高授课效果。
一、要激发学生的学习兴趣
兴趣是一种带有情绪色彩的认识倾向,孔子指出:“知之者不如好知者,好知者不如乐之者”,学习生物学的兴趣一旦被激发,其主体学习的意识便得到弘扬。我校医学生物学通常安排在入学后的第一学期或第二学期开设,课程性质为考查课。由于是考查课,给学生造成一种医学生物学“不重要”的假象,而且学生目前普遍存在学习基础偏低的现象,医学生物学又是以细胞生物学和医学遗传学两大方面的基本内容为主要教学内容,这些内容相对微观、抽象,初中起点的学生从未涉及过,相对新奇,当他们接触到第一门专业基础学科时,都会有着强烈的好奇心与新鲜感,因此,培养学生对这门学科的兴趣,上好第一次课―绪论是至关重要的。先从一系列问题开始:什么是生物?我们周围哪些是生物?哪些不是生物?他们的区别是什么?我们为什么会长得象自己的父母?学习医学为什么要学生物学?让学生一下子进入角色,觉得生物学知识并不遥远,随着教师的答疑,使学生了解了医学与生物学关系密切,生物学是其它医学课的基础,临床医学的突破依赖于生物学技术的发展,同时生物学的发展也源于临床医学研究的需要。如困扰人类的心脑血管病、恶性肿瘤、遗传病、艾滋病,还近几年来的非典、禽流感、甲型h1n1等传染病的治疗和攻克,都依赖于分子生物学、细胞生物学、遗传学、免疫学等的发展;为了满足人类“青春永驻”的愿望,临床医学又提出了如何延缓衰老的命题,这要通过生物学来进行研究,同时也促进了生物学的发展。生物学与医学是相互依存,互相促进的关系,通过绪论的讲解使学生明确了学习这门学科的重要性,从而产生了学习的积极性和主动性。
对学生学习兴趣的激发要贯穿始终。每一次课教师都要用自己的智慧,尽可能用生动、形象的形式来传授知识。例如:在介绍DNA的双螺旋结构模型时,我们把它比做一个旋转扶梯,在介绍蛋白质分子的一级结构和空间结构关系时,可以将其比喻为一根毛线和一团毛线之间的关系。用生活实例对所讲知识进行强化,使其由抽象到具体,使烦燥内容生活化、形象化、具体化。
二、改革教学方法,提高教学质量
利用多媒体技术教学:多媒体教学是集文字、图象、声音、动画及视频为一体的先进的现代化教学手段,能够清晰地展示教学内容,有效地帮助学生理解和记忆。如在“细胞”一章的教学中,常遇到一些抽象的概念和内容,对这部分内容采用多媒体教学,可达到事半功倍的效果。例如细胞器的结构、细胞有丝分裂的内容,采用传统的板书加挂图很难讲清楚,尽管老师用发很大力气,学生仍然很难理解,而且感觉到枯燥。而我们采用多媒体技术,结合动画的播放来讲授这部分内容,让学生既感觉新奇,又理解和掌握了知识,收到了很好的教学效果。
积极开展启发式、互动式、讨论式的教学,充分发挥学生的主观能动性,充分调动学生学习的积极性。将传统的以教师讲为中心的教学模式变为以学生为主体的教学模式。在课堂教学中,改变教学模式单一化的状况,树立教学模式多样化的观念,采用多种灵活多样的方式,充分利用录像和多媒体等先进的教学手段,使抽象概念具体化,提高教学效果。
三、重视实验教学
摘要:工业微生物学作为生物工程专业重要的核心课程,教学方法的改进一直是热点问题。本文探讨PBL方法在教学上的应用,通过设定问题、课堂讨论、教师分析总结、实验方法设计、教师审核、实验操作等步骤,激发学生学习积极性,适应专业学习的需要,适应现代生物技术迅速发展的要求。
关键词:生物工程;专业基础课;工业微生物学;PBL
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)52-0188-02
当前,“二十一世纪是生命科学世纪”的观点已得到了全世界政界和科技界等有识之士的广泛认同。工业微生物学是生物工程专业的重要的核心课程,微生物教学如何适应专业学习的需要,适应现代生物技术发展的要求,探讨先进科学的教学方法,这是当今工业微生物理论与实验教学亟待解决的问题。
一、PBL教学法与传统授课方式[1]
PBL(Problem-Based Learning,PBL),是一种新型的教学模式,在很多学科领域教学中发挥了突出作用。PBL教学法中教师为辅助,以问题为主轴架构学生的一切学习内容,着重培养学生的学习能力。PBL教学要求教师设定的问题必须是学生在其未来的专业领域可能遭遇的问题,引出问题来调动学生学习的积极性与主动性,积极主动寻找问题的答案。PBL教学侧重小组合作和自主学习,通过社会交往发展学习工作能力和团结协作技巧。教师的作用是指导认知学习技巧,以学生为主导,由学生自身担负起学习的责任,自我评价和小组评价来完成教师设定的问题,彻底改变教师为主体、学生被动接受的教育模式。
二、工业微生物学教学中PBL的应用
微生物(microorganism,microbe)指肉眼看不见或看不清楚,必须借助于显微镜才能看清外型的微小生物的统称。微生物通常包括无细胞结构的病毒、亚病毒(类病毒、拟病毒、朊病毒)、具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌(酵母菌、霉菌、蕈菌等)、原生动物和单细胞藻类。通过本课程的学习,使学生掌握工业微生物学基本理论,了解微生物在工农业生产中的应用。课程内容主要包括微生物的形态结构、分类、营养与代谢、微生物的生长、微生物的遗传变异与菌种选育、微生物的生态、传染与免疫、应用微生物等;需要化学类、生物化学、细胞生物学的课程基础。由于工业微生物学内容庞大,传统教育以老师为主体的教学模式忽略了学生的感受,学生只能被动地接受知识,因此削弱了学习的主观能动性与学习积极性,学生学习效果自然不佳。“授之以鱼不如授之以渔”,教学应贵在教导学到真本领,学生厌学是失败的教学。科学合理采用现代化教学手段,⒎⑹皆擞枚嗝教褰萄В把PBL作为钥匙开启主动学习的大门,设定问题探索本学科的发展历史、基础理论、基本实验技能、最新科研动态成果,在学习中明确学习目的,鼓励学生提出问题,掌握学习方法,组织学生进行课堂讨论,极大地满足学生的求知欲望,提升教学的内涵,便于学生消化和理解知识,将传授知识和提高能力密切结合。[2-4]
1.理论教学中的问题设定。PBL教学法设定问题难易程度要适宜,教师按照课前准备、提出问题、解决问题进行。
设疑1:在你的生活中,认为哪些是微生物?(讨论、放微生物图片、总结微生物形态特征,得出概念)通过微生物的用途、与人关系、微生物形态,掌握微生物概念、特点;通过科学发展历史认识工业微生物学的发展历史;通过微生物应用与危害认识微生物在人类生活中的作用。
设疑2:什么细菌?结合细胞生物学学习(讨论、放微生物图片、总结细菌形态特征,得出概念)
设疑3:雨后土腥味、大气中最初的氧气哪里来的?(讨论、放微生物图片、总结特征,得出概念)
设疑4:什么真核微生物?(讨论、放微生物图片、总结特征,得出概念)
设疑5:酿酒、面包怎么制作的?(讨论、放微生物图片、总结特征、概念)结合生物化学学习
设疑6:微生物靠什么生活?(讨论,得出结果)
2.实验教学中的问题设定。工业微生物学实验部分主要包括微生物的观察、培养、分离纯化、性质鉴定、微生物检验等,也可以划分为微生物基本技能训练和微生物常规仪器使用的基础性实验部分,以及多种技能运用的微生物综合类实验项目。通过技能学习,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力,养成求真务实、严谨自律的科学态度,为今后从事生物工程技术及新产品开发等工作打下坚实的基础。学生在课程学习中能够通过与教师的相互作用增长学识并发展独立思考与创新的能力。PBL通过问题设定要求教师把教学的重点转向激发学生思考、动手,进而掌握技能,克服了传统的“注入式”教学法的弊端,让学生产生真正在探索和发现的思维。每一个实验题目(常见微生物是什么样子,微生物的食物是什么,微生物怎样生长的,物理化学因素如何影响微生物?等等)就是一个问题,学生带着问题而来,通过讲义了解初步的内容,通过动手操作,相互切磋,在探索中学习。通过微生物的采样、分离、观察、培养,巩固微生物理论学习。教学相长,研究新的实验技术,让学生利用教师提供的实验材料,去探索发现,并得出结论。将微生物实验预习报告、学生日常操作和实验态度、实验过程报告及实验技能考试的比例分配好,细化评分标准。为了使PBL教学法能落到实处,考核也要紧跟教学的需要,带着问题来实验,否则不能参加实验,在边操作边切磋边讨论中学会实验技能,注重实验结果的分析,实验成绩中平时学习态度占10%,实验报告占30%,实验操作考核占60%。[5-10]。
“学会认知、学会做事、学会共同生活、学会生存”都强调了学与做的结合。工业微生物学既是专业基础课,也是一门专业技术,可直接应用于生产实践。使用新的实验方法与技术,就如当初列文虎克(Antony van Leeuwenhoek)发现微生物一样,肯定学生在显微镜下找到的肉眼难以看清的世界,肯定学生学会的最基本的实验技巧,培育科研兴趣,当这兴趣发展到一定程度,进入教学,研究微生物的形态结构,进一步完善对实践的观察,通过这一个点的兴趣进入对这一学科领域的钻研,而不是为了应付考试机械地背诵理论。PBL教学法强化学生探索和发现的心理,克服“注入式”教学法的束缚,把激发学生积极性主动性学习作为教学的重点,真正掌握打开知识大门的方法。
参考文献:
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[8]徐晓宇.制药工程微生物实验教学改革探讨[J].广州化工,2012,40(13):193-194.
关键词:生物工程;微生物学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)05-0056-02
微生物学如今已经成为生命科学类大学生必须学习、掌握的基础课之一,它的主要任务是使学生系统掌握微生物学基础知识、理论和实践操作技能[1]。要提高该课程的教学质量,应紧密跟踪国际最新前沿,选用和参考国内外优秀教材及研究工具书,从教材建设、课程内容、教学方法等方面进行改革,使课程紧跟学科发展的步伐,使学生及时掌握最新的微生物学理论知识和应用技术。本文以生物工程专业为例,从教学内容、教学方法等方面对《微生物学》课程教学改革进行探讨和思考。
一、教学内容的改革
(一)教材的选择
目前,国内微生物课程有关的教材,其主要内容包括微生物的形态、细胞结构和功能、营养、生长与控制等[2]。考虑到学生已有的知识基础,确定选用高等教育出版社出版的《微生物学》(第二版)这本书作为教材。这本书章节分类明确,内容全面,措辞严谨,重点、难点突出,且有助于内容选择和安排,因此可较好满足理论教学要求。此外,由Pearson Education Inc.出版、Michael T. Madigan等编写的《Brock's Biology of Microorganism 13ed》一书,则作为本课程的主要参考书,该参考书信息量十分丰富全面,知识概念严谨,而且有诸多国内其他同类教材所不具备的彩图多幅,展现了微生物学的诱人前景,引导学生投身微生物学领域的研究,是一部不可多得的优良工具书。
(二)优化重点,避免重复
在教学中,应根据选定教材的特点和各个章节内容的难易程度,合理分配不同章节的学时数。对在别的课程中涉及到的内容尽量少讲或者不讲,如《生物化学》、《细胞生物学》和《基因工程》课程中涉及的部分内容可以不讲,以便重点突出的安排教学内容。
例如,微生物包含了原核微生物、真核微生物和病毒三类,在讲到微生物的细胞结构与功能一章,由于同期开设的《细胞生物学》课程详细介绍了真核细胞结构,所以在微生物学课程重点讲述原核细胞,真核细胞结构只讲代表性微生物如酵母、霉菌的细胞形态。再如讲到微生物的代谢一章,由于《生物化学》课程会讲到通用的生物代谢途径,如氨基酸、核苷酸和糖类的合成途径,这些生化代谢在微生物学课程里就不重复介绍了,而重点介绍各种在微生物中独具或占主导地位的分解或合成途径,解释其重要的生理功能,引导出各种微生物工业发酵的产品。还比如,讲到微生物基因表达调控和微生物与基因工程这两章,由于这两章内容实际应是《基因工程原理》和《基因表达调控》课程的主要内容,所以在本课程中也不宜作过细的介绍,而应该重点描述微生物在基因工程研究过程中起到的重要作用,使学生明确基因工程的发生发展是离不开微生物的。在讲基因表达调控时,应重点放在原核微生物转录水平的调控,突出微生物学课程的特色和重点。
(三)科学安排
绪论是第一章,万事开头难,先讲好绪论十分关键。绪论概述了微生物的定义、发展历程、对人类的影响及发展趋势等内容。讲授中以人物和事件为主线,介绍微生物学发展的重要历史阶段、关键人物以及微生物在各个生产领域中的应用,激发学生对课程的学习兴趣。例如,通过介绍列文虎克给英女王看显微镜的故事、巴斯德研究蚕病和制备疫苗的故事以及柯赫、弗莱明的主要贡献等内容,使学生在理解微生物学发展历程的同时,直观的感受前人认真观察和持之以恒的科学精神。人类目前仍然面对着多种细菌和病毒为病原体的传染病威胁,另外环境污染物的生物降解、沼气氢气等新能源的开发问题,也都与微生物密切相关。阐述以上内容,可使学生明确微生物与人类的密切相关性以及人类认识并改造微生物进而为社会服务的实践过程,从而端正学习态度,树立坚定的目标,积极投入到之后的微生物学课程学习中。
绪论之后进入微生物学各专题的分章介绍,根据讲授内容的丰富程度、知识难易程度,应该有学时分配上的差异。结构与功能、代谢、生长与控制、病毒、生态进化和物种多样性这几章,描述性内容较多,概念名词丰富,应采用图片和动画插放的多媒体教学方式,使学生有直观的感性认识,便于他们记忆;遗传、基因表达调控和基因工程这三章,涉及到较多分子遗传学的知识,且与其他章节的衔接性不大,讲授时应该与教材上的章节排列顺序有所区别。例如,可以将这三章内容放在进化和物种多样性一章结束后再讲,这样会使知识衔接更好,同时也使学习的难易程度由容易逐渐过渡到难,符合学生掌握知识过程的客观规律。
二、教学方法的改革
(一)充分利用多媒体
微生物学课程涉及大量微生物形态和结构的介绍,以及较复杂的代谢反应流程。传统的教学方法以文字讲授为主,辅以十分有限且质量较差的图片资料,教学效果不理想[3]。因此,在教学过程中合理使用多媒体工具,把抽象性的教学内容转变为生动形象的感性素材来提高教学质量,是十分必要的。我们的教学实践表明,多媒体教学这一直观、准确、丰富、生动的教学方式,在扩大了教学内容信息量、避免乏味的照本宣科的同时,从根本上提高了学生的听课效率和课后的学习兴趣。
多媒体教学的另一大优势是电子教案可以瞬时拷贝,这个优点可促使学生上课时专心听讲,以免发生因做笔记而漏听或漏记了上课内容的情形。而且现成的教案相比学生自行记录的笔记内容而言,有知识的准确率高和字体的清晰度好等优点。因此,多媒体教学最大限度地突破了传统教学的束缚,在提高教学质量、减轻学生的学习压力和突出学生的人本效应等方面起了十分重要的作用。
(二)开展课堂讨论
为了克服学生上课开小差不专心听讲的常见缺点,充分调动学生主观能动性的同时并活跃课堂的教学气氛,在课堂上可安排数次短时间的讨论。因为讨论促使学生主动思考,通过活跃的听力和口语交流,提高其分析和解决问题的能力[4]。讨论的形式是由老师课前布置习题,学生查阅资料完成作业,教师批改作业之后,根据回答内容进行分类,然后在下一次课的开始将作业题的几个不同答案在课堂上进行讨论,使每个学生都能参与其中,然后最后由教师对正确答案进行讲解。课后学生们反映这种上课形式好,既提高了学习兴趣,又加深了对知识点的理解。
(三)考核方式的多元化
将学生的课程最终成绩分为平时成绩和期末成绩。在计算最终成绩时,期末成绩占总成绩的80%,平时成绩占20%。期末成绩指考试的卷面成绩,平时成绩里面,平时作业占50分,学习交流(包括课堂问答、个别交流、参与讨论)占30分,课程学习笔记20分。通过考核方式的多样化,使学生成绩评定更为客观准确,也提高了学生各方面学习的综合素质。
(四)将自己的科研成果融于课堂,提升个人素质
笔者在讲授微生物学课程的同时,课余时间一直从事环境微生物学方面的科学研究,因此对当前微生物学研究的国际前沿或多或少有所了解。生命科学被誉为21世纪的领头学科,其科学研究的发展日新月异。将相关领域的国内外研究进展引入到课堂相关知识讲授的过程中,可以使青年学生及时了解知识的更新程度和全面、重要程度,对提高学生的听课积极性和学习甚至研究的主观能动性,也是十分有帮助的。例如,在讲授细菌S层的结构时,结合自己分离菌株的电镜照片、相关功能基因克隆以及在大肠杆菌中异源表达,使学生对该结构的重要性和在技术领域的应用潜力有一个很全面的了解;在讲授氨基酸的合成代谢时,结合自身研究的谷氨酰胺合成酶基因克隆和转基因植物的生化分析,了解各种氨基酸合成和运输过程,以及它们在微生物体内的代谢路径;讲授微生物的多样性时,引入笔者研究过的沼气池样本产甲烷古菌的群落结构和多样性分析,明确这类古生菌在自然界的分布及其在自然生态系统中所起的重要生物学功能。除了教学方法的改革外,同时加强自身的思想修养和职业道德修养,提升教师的各方面素质也不可忽视。不仅在教学过程中要激发学生的学习兴趣以取得最优的教学效果,还要做到多与学生交流,及时了解学生的正确想法和思想上的困惑,鼓励学生热爱学习,酿造和培育大学课堂上教师与学生生动活泼、互相促进的良好氛围。
三、结语
当前世界已处于信息化时代,知识的更新快、信息量大。这改变了人们传统的学习方式,也对大学微生物学的课程教学产生了深刻影响。因此,必须改革传统的教学内容和手段,建立新的教学理念。在更新教学内容的同时,应重点培养学生掌握科学的方法、自身创新能力和个人综合素质。微生物学的发展日新月异,教学改革势在必行,这既是培养创新人才的需要,也是现代社会对高等教育人才的时代需要,是每个教育工作者的职责所在。在教学过程中,只有把知识传授和能力培养有机地结合起来,同时提高教学效果,才能使学生成为适应未来实际发展需要的高技术、创新型人才。
参考文献:
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