開放式討論教學(xué)在生命科學(xué)的應(yīng)用論文
摘要：高校生命科學(xué)專業(yè)相關(guān)的課程內(nèi)容豐富、信息量大、邏輯性強(qiáng)。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(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)開放式討論教學(xué)在“細(xì)胞生物學(xué)”和“植物生理學(xué)”課程教學(xué)中的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，對(duì)討論內(nèi)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，開放式討論教學(xué)可以補(bǔ)充講授型課堂教學(xué)的不足，幫助學(xué)生們?cè)诮處煹闹敢逻M(jìn)行積極而獨(dú)立的思考和自主而深入的學(xué)習(xí)，了解科研進(jìn)展，知曉實(shí)際應(yīng)用，掌握研究方法，鍛煉科學(xué)思維。
關(guān)鍵詞：生命科學(xué)；開放式討論教學(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(guī)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(xiàn)為解析各種生命現(xiàn)象構(gòu)建了研究平臺(tái)，使科研人員從分子、細(xì)胞、個(gè)體和群體各層面深入探討生命活動(dòng)的基本規(guī)律成為現(xiàn)實(shí)，促進(jìn)了生命科學(xué)領(lǐng)域中一系列觀念和認(rèn)識(shí)的更新［１］。與此同時(shí)，生命科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的進(jìn)步也促進(jìn)了應(yīng)用，其成果正在以前所未有的速度向農(nóng)牧漁業(yè)、能源工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品輕工和醫(yī)藥衛(wèi)生等多個(gè)方面滲透，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)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)的專業(yè)課程中既包含基礎(chǔ)理論又包含技術(shù)手段，既包含研究前沿又包含應(yīng)用進(jìn)展，內(nèi)容豐富、信息量大、邏輯性強(qiáng)。在當(dāng)今以素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為核心的教育思想指導(dǎo)下，生命科學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)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(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)和未來(lái)社會(huì)發(fā)展的需要。傳統(tǒng)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(dǎo)致學(xué)生對(duì)部分知識(shí)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(duì)生命科學(xué)專業(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放式討論授課相結(jié)合，注重對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、思維能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，產(chǎn)生了積極的反響。我們?cè)趯W(xué)期伊始便給學(xué)生介紹與本課程相關(guān)的參考書、期刊和網(wǎng)站，教授學(xué)生查閱中英文相關(guān)文獻(xiàn)的方法，隨后將與課堂教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的知識(shí)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(xiàn)、積極思考和相互交流等方式深入認(rèn)識(shí)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(dǎo)學(xué)生對(duì)所講內(nèi)容展開討論并對(duì)討論內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)。同時(shí)，教師根據(jù)學(xué)生報(bào)告情況予以打分，并按一定百分比計(jì)入期末成績(jī)。下面筆者以生命科學(xué)專業(yè)的骨干必修課“細(xì)胞生物學(xué)”和專業(yè)必修課“植物生理學(xué)”為例，闡述如何在生命科學(xué)專業(yè)的教學(xué)中引入開放式討論教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生深入探究生命科學(xué)理論的`內(nèi)涵。
一、開放式討論教學(xué)應(yīng)用于“細(xì)胞生物學(xué)”課程教學(xué)的案例展示
細(xì)胞作為有機(jī)體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位，既是生命科學(xué)發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)，又是生命科學(xué)發(fā)展的匯聚點(diǎn)。細(xì)胞生物學(xué)是在顯微、亞顯微和分子水平研究和揭示細(xì)胞基本生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，是當(dāng)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科。目前，細(xì)胞生物學(xué)的研究日益深入，已成為２１世紀(jì)生命科學(xué)研究的重要領(lǐng)域�！凹�(xì)胞生物學(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)專業(yè)的重要主干課程，也是生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。
（一）通過(guò)開放式討論教學(xué)引入最新科研進(jìn)展內(nèi)容
“細(xì)胞生物學(xué)研究方法”是“細(xì)胞生物學(xué)”課程中承前啟后的一個(gè)章節(jié)，該章節(jié)從細(xì)胞形態(tài)的顯微觀察、細(xì)胞及其組分的分析、細(xì)胞培養(yǎng)與生物工程、細(xì)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(xì)胞生物學(xué)的研究方法。其中關(guān)于細(xì)胞形態(tài)的顯微觀察，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(xì)胞等微觀層面觀察生命過(guò)程中的變化，揭示生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和動(dòng)態(tài)規(guī)律。近年來(lái)，科學(xué)家們不斷嘗試，實(shí)現(xiàn)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(jiǎng)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)稱為ＳＴＥＤ）的發(fā)明者ＳｔｅｆａｎＷ．Ｈｅｌｌ和光激活定位顯微術(shù)（以下簡(jiǎn)稱為ＰＡＬＭ）的發(fā)明者ＥｒｉｃＢｅｔｚｉｇ、ＷｉｌｌｉａｍＥ．Ｍｏｅｒｎｅｒ。由于教材內(nèi)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(nèi)容并沒(méi)有被及時(shí)收錄在內(nèi)。于是，我們選擇這一部分內(nèi)容作為開放式討論教學(xué)內(nèi)容。首先，教師為學(xué)生強(qiáng)調(diào)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(tǒng)只能分辨有限小的細(xì)節(jié)，一般在２００ｎｍ到３００ｎｍ之間。德國(guó)物理學(xué)家ＥｒｎｓｔＡｂｂｅ發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并將其公式刻在自己的墓碑上。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生們播放了在網(wǎng)上查找到的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的采訪視頻和超分辨率顯微術(shù)動(dòng)畫，激發(fā)大家的學(xué)習(xí)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(shè)立以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開討論：相對(duì)于傳統(tǒng)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(xiàn)了在納米級(jí)對(duì)生物大分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行清晰成像。最后，教師對(duì)學(xué)生講述中提到的多種超分辨率顯微鏡的優(yōu)勢(shì)和不足加以補(bǔ)充和總結(jié)。通過(guò)這次講述和討論，學(xué)生們?cè)鲩L(zhǎng)了知識(shí)，開拓了視野，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(duì)細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)定位和功能分析的觀測(cè)尺度，深刻理解了顯微鏡是認(rèn)識(shí)復(fù)雜生命現(xiàn)象的窗口這一觀點(diǎn)。由上述案例可知，通過(guò)開放式討論教學(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(chǔ)理論。
（二）通過(guò)開放式討論教學(xué)將理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合
“細(xì)胞增殖調(diào)控與癌細(xì)胞”是“細(xì)胞生物學(xué)”課程中備受學(xué)生關(guān)注的一個(gè)章節(jié)。細(xì)胞增殖是生物繁殖和生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，是受到高度嚴(yán)格調(diào)控的細(xì)胞生命過(guò)程。在細(xì)胞增殖中任何關(guān)鍵步驟的錯(cuò)誤，都有可能引發(fā)嚴(yán)重后果。在動(dòng)物體內(nèi)，異常旺盛增殖的細(xì)胞會(huì)發(fā)生癌變轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，對(duì)生命安全造成嚴(yán)重威脅�！凹�(xì)胞生物學(xué)”課程中大多數(shù)章節(jié)理論性較強(qiáng)，知識(shí)較為抽象，然而“細(xì)胞增殖調(diào)控與癌細(xì)胞”一節(jié)與每位同學(xué)的身體健康密切相關(guān)，學(xué)生們有著強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。因此，我們借助學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將癌細(xì)胞的形成與特征部分作為開放式討論教學(xué)內(nèi)容。首先，教師為學(xué)生概述癌細(xì)胞的定義和與細(xì)胞增殖調(diào)控的關(guān)系。緊接著，有學(xué)生講解癌細(xì)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(xì)胞信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及目前針對(duì)特異信號(hào)通路的癌癥治療靶向藥物。隨后，教師通過(guò)設(shè)立以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開討論：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��？癌癥是不是可以稱為老年疾病？癌癥的產(chǎn)生除了基因突變，有沒(méi)有其他遺傳機(jī)制的參與？等等。最后，教師對(duì)學(xué)生講述中提到的癌基因、抑癌基因和生長(zhǎng)因子等重要知識(shí)點(diǎn)加以強(qiáng)調(diào)和深化。通過(guò)這次講述和討論，學(xué)生不但對(duì)課本知識(shí)理解得更為深刻，也真正認(rèn)識(shí)到細(xì)胞生物學(xué)與人類生活的密切關(guān)系，以及細(xì)胞生物學(xué)在解決人類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)開放式討論教學(xué)，可以將與理論知識(shí)密切相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用融入課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)。
二、開放式討論教學(xué)應(yīng)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(zhuǎn)化、信息傳遞及由此表現(xiàn)出的形態(tài)建成等多方面內(nèi)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(guī)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(chǔ)研究領(lǐng)域探究相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的生命現(xiàn)象本質(zhì)，又為農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。正是因?yàn)椤爸参锷韺W(xué)”課程的重要性，這門課程成為北京林業(yè)大學(xué)生物、林學(xué)、園藝和水保等多個(gè)專業(yè)的專業(yè)必修課程。
（一）通過(guò)開放式討論教學(xué)展示多種技術(shù)手段
“植物礦質(zhì)與氮素營(yíng)養(yǎng)”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(yùn)輸?shù)臋C(jī)理、植物根系吸收養(yǎng)分的過(guò)程和特點(diǎn)等幾部分展開講述。膜片鉗技術(shù)和非損傷微測(cè)技術(shù)均可用來(lái)測(cè)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(zhuǎn)運(yùn)研究中均獲得成功應(yīng)用［４］。膜片鉗技術(shù)利用微玻管電極接觸細(xì)胞膜，對(duì)膜片上離子通道的離子電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)利用選擇性電極，可在保證被測(cè)樣品完整性和近似實(shí)際生理環(huán)境狀態(tài)下，對(duì)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(cè)量，從而獲得離子／分子流的濃度、流速和運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)的重要技術(shù)的比較作為開放式討論教學(xué)的內(nèi)容，作為該章理論知識(shí)介紹的補(bǔ)充。首先，教師為學(xué)生講授膜片鉗技術(shù)和非損傷微測(cè)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(yīng)用舉例，而另一組學(xué)生講解非損傷微測(cè)技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用舉例。隨后，教師通過(guò)設(shè)立以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開討論：膜片鉗技術(shù)和非損傷微測(cè)技術(shù)相比，分別有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？應(yīng)該應(yīng)用在哪些不同的領(lǐng)域？最后，教師為學(xué)生們講述現(xiàn)實(shí)中兩種技術(shù)的應(yīng)用并加以總結(jié)，指出膜片鉗技術(shù)是研究植物細(xì)胞膜離子通道的傳統(tǒng)工具，但非損傷微測(cè)技術(shù)可以使植物礦質(zhì)離子轉(zhuǎn)運(yùn)研究更加深入和豐滿。通過(guò)這次討論和講述，學(xué)生們?cè)诿鞔_植物礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收和生理功能等理論的基礎(chǔ)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)開放式討論教學(xué)，可以有的放矢地加強(qiáng)學(xué)生對(duì)研究方法和技術(shù)手段的學(xué)習(xí)。
�。ǘ┩ㄟ^(guò)開放式討論教學(xué)鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的能力
“植物生長(zhǎng)物質(zhì)”是“植物生理學(xué)”課程中內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立的一章，主要介紹多種植物激素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)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(zhǎng)素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯等５大類經(jīng)典激素，還需要為學(xué)生講解油菜素內(nèi)酯、茉莉素、水楊酸、獨(dú)腳金內(nèi)酯等４大類新型植物激素。每種激素都需要圍繞激素的發(fā)現(xiàn)與種類、分布與運(yùn)輸、合成與降解代謝、生物學(xué)功能和信號(hào)傳導(dǎo)途徑等多方面進(jìn)行講述。我們希望學(xué)生在聽教師講授完其中８大類植物激素的相關(guān)知識(shí)后融會(huì)貫通、舉一反三，對(duì)最后一種也是最新的一種植物激素———獨(dú)腳金內(nèi)酯展開開放式討論。首先，教師向?qū)W生強(qiáng)調(diào)植物激素的定義和特征。緊接著，一組學(xué)生講解獨(dú)腳金內(nèi)酯的發(fā)現(xiàn)和分布、結(jié)構(gòu)和合成，而另一組學(xué)生講解獨(dú)腳金內(nèi)酯的生物學(xué)功能和信號(hào)傳導(dǎo)。隨后，教師通過(guò)設(shè)立以下問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開討論：獨(dú)腳金內(nèi)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(dú)腳金內(nèi)酯的信號(hào)傳導(dǎo)途徑與哪些激素的信號(hào)傳導(dǎo)途徑具有相似性，而不同之處又在哪里？最后，教師對(duì)獨(dú)腳金內(nèi)酯的各種信息進(jìn)行梳理，加深學(xué)生對(duì)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(duì)每種激素具體細(xì)節(jié)的領(lǐng)會(huì)中跳出來(lái)，對(duì)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)程加以宏觀把握。由上述案例可知，通過(guò)開放式討論教學(xué)，可以鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力，引導(dǎo)學(xué)生由個(gè)別到一般、由局部到全面，獨(dú)立有序地完成教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)上述“細(xì)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，開放式討論教學(xué)可以補(bǔ)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(dú)立的思考和自主而深入的學(xué)習(xí)，了解科研進(jìn)展，知曉實(shí)際應(yīng)用，掌握研究方法，鍛煉科學(xué)思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。
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