通过加强细胞生物学发展史的教学培养学生的科学思维

李文林 孙平新 吕林洁 张树忠

通过加强细胞生物学发展史的教学培养学生的科学思维

李文林 孙平新 吕林洁 张树忠

【摘要】细胞生物学是在细胞和亚细胞水平揭示细胞和细胞器基本结构和功能，是细胞生命活动基本规律的科学，是现代生物学的重要支柱和重叠核心学科之一。如果以显微镜的发明和用显微镜观察生物标本作为细胞生物学发展的萌芽阶段，目前细胞生物学已经经历了超过400多年的发展历程。在细胞生物学的教学中，除了向学生传授该学科的核心知识之外，加强细胞生物学学科的发展史及核心知识形成历程的教学同样重要。不仅利于学生理解细胞生物学的核心知识体系，同时有助于学生认识学科发展的普遍规律、培养学生的科学思维。

【关键词】细胞生物学；发展史；科学思维；教学方法

作者单位：200433上海，第二军医大学基础部细胞生物学教研室

Training Scientific Thinking of Medical Students by Strengthen Teaching Cell Biology Development History

LI Wenlin SUN Pingxin LV Linjie ZHANG Shuzhong Second Military Medical University Institute of Basic Medicinal Science Cell Biology Department, Shanghai 200433, China

[Abstract]Cell biology studies cell structures and functions at cellular or subcellular level. Cell biology is one of the backbone disciplines of modern life science by interrogating the fundamental mechanisms of cells. From the invention of microscopes, a hallmark event in the development of cytology, cell biology has a history of more than 400 years. In our cell biology teaching practice, in addition to convey its core principles to students, we believe that it is equally important to help students understand the developmental history of cell biology and its knowledge. The history of cell biology is not only useful for students to understand the core principles of this discipline, but also can benefit medical students by helping them comprehend the common strategy for the development of a discipline and training their scientific thinking.

[Key words]Cell biology, Development history, Teaching method, Scientific thinking

细胞生物学是在细胞和亚细胞水平揭示细胞和细胞器的基本结构和功能，是细胞生命活动基本规律的科学。在医学院校，细胞生物学是医学生完成了解剖学和组织胚胎学的学习之后进一步在细胞水平认识机体生命和疾病规律的核心学科，因此细胞生物

学也是衔接个体生物学和分子生物学的桥梁学科。在细胞生物学的教学中，除了讲解学科的核心知识之外，加强细胞生物学学科的发展史及核心知识形成的思维历程的教学。能够使学生更好的理解和掌握细胞生物学的核心知识；同时帮助学生认识生命科学发展和进步的普遍规律，培养科学思维和创新能力。

1　细胞生物学学科的发展历程及其规律性

细胞生物学学科的发展史往往容易在教学中被忽视，很多细胞生物学的教材中也缺少对这段发展史的介绍。我们在细胞生物学的绪论教学中重点讲解细胞生物学学科的形成过程，并归纳其发展的规律性。细胞生物学学科的发展大体经历了6个阶段：包括细胞学的萌芽阶段（16世纪末～19世纪初）；细胞学的创立阶段（19世纪初～19世纪中）；经典细胞学阶段（19世纪中～20世纪初）；实验细胞学阶段（20世纪初～20世纪中）和现代细胞生物学阶段（20世纪中～至今）。细胞学的萌芽阶段是以显微镜的发明这一技术性进步为标志，显微镜的发明为观察细胞奠定了基础。随着对细胞和生物组织的观察和认识的深入，逐步建立了细胞学说这一概念性的进步；细胞学说明确了细胞生物学的核心概念：即一切生物体都是由细胞组成、细胞是生物体结构和功能的基本单位、细胞是生命的基本单位、细胞来源于已经存在的细胞[1]。随着显微镜技术的提高、组织切片技术和染色技术的发展及细胞培养和电子显微镜的应用，学科经历了快速发展的经典细胞学阶段和实验细胞学阶段，并积累了大量关于细胞形态结构和生理功能的知识。随着上世纪中叶分子生物学的发展，尤其是DNA双螺旋模型和遗传密码子的破译，推动了在分子水平认识细胞的本质，学科发展进入了现代细胞生物学阶段。通过对细胞生物学学科发展史的学习不仅可以为学生展示学科发展的纵深脉络，更重要的是帮助学生理解学科发展的规律性。通过细胞生物学学科发展史可以清晰的看到本学科发展历程中的2大推动力：（1）技术进步的推动作用。（2）概念性进步的推动作用。这2方面互相交替着推动了细胞生物学的发展。技术进步提高了人们对细胞进行观察和操作的能力；而概念性进步则拓展和解放了人们的思维。通过这些内容的教学，使学生明白保持与时俱进的头脑，将新技术和新知识应用到具体工作中往往会带来事半功倍的效果。

2　 细胞生物学核心知识的形成历程和启示

在对细胞生物学具体知识的授课过程中，除了讲授知识要点之外，特别强调发掘知识的形成过程和背后的历史性人物。许多细胞生物学的知识都经历了科学家漫长而艰辛的探索，但是目前大多数的细胞生物学教材都忽略了这些发现和探索的过程。在教学中为学生重现细胞生物学知识的思想史和发现史，不仅会使细胞生物学的教学更有趣，也有助于帮助学生对知识点理解和科研思维的培养。例如，关于细胞膜分子结构的知识，不是单纯的讲解成熟的细胞膜结构模型，而是将该知识点融合于超过半个多世纪的对细胞膜分子结构的认识历程之中。从1902年E.Overton提出细胞膜主要由脂类构成，到1972年S.J.Singer等提出细胞膜的液态镶嵌模型的过程中，通过大量的实验和观察，对细胞膜的认识经历了旧模型被推翻、新模型被建立的反复演变的过程。在这一发展过程中，对已有的模型和知识不拘泥、不盲从的批判意识起重要作用[2]。在核糖体章节，遗传密码子是重要的知识点之一。对该知识点，通过全面讲解遗传密码的破译过程来帮助学生理解和掌握。这一过程的重要历史事件包括：（1）1954年俄国物理学家和科普作家G Gamow用数学的方法推断3个碱基编码1氨基酸。（2）1961年Crick第1次用T 4噬菌体实验证明了遗传密码中3个碱基编码1个氨基酸。（3）同年M.W.Nirenberg利用无细胞系统体外蛋白质合成破译了第1个遗传密码子UUU。（4）最终1969年Nirenberg等人破译了全部密码子（获得1968年度的诺贝尔医学和生理学奖）[3]。再如，在线粒体章节，化学渗透学说是核心知识点。在教学中，首先回顾从上个世纪四十年代前后，虽然线粒体参与物质氧化和ADP磷酸化的功能被揭示，但是在接下来长达20多年的时间里科学家都在艰难的寻找偶联了线粒体物质氧化和ADP磷酸化的中间分子，最终一无所获；直到1961年英国科学家P.D. Mitchell根据前人的实验提出了大胆的猜想：这种中间分子并不存在！同时，提出了线粒体合成ATP的化学渗透学说；该学说在接下来的15年中备受争议，但是最终被实验证实并获得1978年度的诺贝尔化学奖[4]。这一发现过程直到今天仍然非常有启示，在科学研究中需要这种看似离经叛道的“反直觉”思维。在细胞生物学的发展历程中，有大量的重要发现源于意外或偶然事件。溶酶体是细胞内的重要细胞器，溶酶体的发现过程就纯属偶然。在上世纪50年代Christian de Duve实验室在检测细胞匀浆后不同组分的酸性磷酸酶活性时，意外发现新鲜分离的特定细胞组分的酸性磷酸酶活性很低，但是在该组分冷冻保存5天后再次检测发现酸性磷酸酶活性上升。基于此，Christian de Duve大胆的推测细胞内含有一种膜包裹的含酸性磷酸酶的细胞器，这种细胞器在冷冻保存过程中膜被破坏从而释放了酸性磷酸酶，从而发现了溶酶体[5]；同样Christian de Duve还发现了细胞内的过氧化物酶体，并获得了1974年度的诺贝尔医学和生理学奖。因偶然事件导致的重大发现在细胞生物学，乃至生命科学的发展过程中还有很多。细胞生物学的研究直到今天都尚未实现精准化，即其基本规律无法用数学语言描述。这就意味着在细胞生物学，也包括其他生命科学的研究领域中意外实验结果会时常发生，而这些意外背后有可能包含我们未知的机制和规律。前人的成功范例提醒我们抓住这些意外现实、阐释这些意外现实，有可能带来革命性的发现。

3　总结和体会

历史是可以借鉴的，自然科学的发展史同样可以借鉴。在实践中加强细胞生物学发展史的教学，其核心目的在于为学生解释科学发展的普遍规律，即可借鉴的规律性。这些规律性是超越了细胞生物学知识本身的思想沉淀，通过这种努力能够提升医学生的科学素养和思维。在实践过程中，学生对这些具有一定历史人文色彩的教学内容表现了高度的兴趣，对细胞生物学的教学起到了良好的促进作用。有必要进一步拓展，并更多的引入细胞生物学发展史内容的教学。

参考文献

[1] 胡以平. 医学细胞生物学[M]. 北京：高等教育出版社，2009：292.

[2] Al-Awqati Q. One hundred years of membrane permeability: does Overton still rule[J]. Nature Cell Biology，1999，1（8）：E 201-202.

[3] Nirenberg M. Historical review: Deciphering the genetic code-a personal account[J].Trends Biochem Sci，2004，29（1）：46-54.

[4] Harold FM1. Gleanings of a chemiosmotic eye[J]. Bioessays. 2001，23（9）：848-855.

[5] Castro-Obregon S. The Discovery of Lysosomes and Autophagy[J]. Nature Education，2010，3（9）：49.

·教育实践·

doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2015.19.007

【文章编号】1674-9308（2015）19-0010-02

【文献标识码】B

【中图分类号】G642