新形势下高校细胞生物学课程内容的变化及其对教学的影响

陈冬生， 阚显照， 聂刘旺

(安徽师范大学 生命科学学院， 芜湖 241000)

新形势下高校细胞生物学课程内容的变化及其对教学的影响

陈冬生， 阚显照， 聂刘旺

(安徽师范大学 生命科学学院， 芜湖 241000)

细胞生物学是本科高等院校生命科学各专业一门重要的基础课程。近年来，随着分子生物学及其相关技术的快速发展，细胞生物学课程的内容出现了量与质的飞跃，体现在分子机制内容的增加及信号通路内容的扩展等方面。基于以上背景，主要从内因与外因两个方面探讨了这种变化对高校细胞生物学教学产生的影响。其中，教师加快知识体系的更新以及提高自身的专业素养属于内因，对教学产生决定性的影响；此外，多种教学辅助手段的运用及作业类型的多样化设计等属于外因，对教学效果的提高也起着重要的推动作用。

分子机制内容；知识体系；教学辅助手段；作业类型；细胞生物学

细胞生物学是一门既古老又年轻的学科。言其古老，因为早在20世纪80至90年代，细胞生物学的内容体系就相对成熟，其教材也出现了众多的版本，如翟中和等主编的高教版教材、汪堃仁等主编的北师大版、韩贻仁等主编的高教版、郑国锠等主编的高教版等，都曾经是当时高校教材选择的主流。自DNA重组技术出现以来，以分子生物学理论与基因工程技术为代表的新理论与新技术不断涌现，新的学科与课程不断产生，细胞生物学的内容也迅速得到拓展、补充与深化。总之，在新的科技发展形势下，细胞生物学的内容与地位都发生了较大的变化。基于上述背景，本文探讨了新形势下细胞生物学课程内容的变化及其在生命科学众多课程中的地位。基于这些变化，从“教”与“学”的角度提出了新的要求。旨在推动高校细胞生物学的教学效果。

1 新形势下细胞生物学课程内容的变化

自20世纪50年代DNA双螺旋结构的发现，以及随后DNA重组技术的发明，以此为起点陆续涌现出了众多的生物技术，如基因工程、基因敲除、RNA干扰及基因高通量测序技术，直到近年来发明的高效CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ Cas9)基因定点敲除技术等[1]。这些技术大大促进了生命科学的研究由显微、超微进入到分子水平，使得我们可以从分子水平来解释一些复杂的生命活动过程。在此基础上，细胞生物学内容也迅速得到补充、更新与深化，高校细胞生物学教学内容也出现了较大的变化。下面以翟中和等主编的高教出版社第四版《细胞生物学》教材(以下简称“新教材”)为例来介绍。总的来说，其变化主要体现在以下几个方面：

1.1 分子机制内容的增加

在20世纪末期，细胞生物学内容主要侧重于介绍细胞的显微与超微结构及其功能，内容比较粗糙、笼统，很少出现从基因与分子水平来解释细胞器的缺陷及细胞内生命活动过程的障碍等内容。新教材在很多章节中增加了基因、蛋白质等分子生物学方面的前沿性内容。例如沿着中心法则“DNA—RNA—蛋白质”这条主线，增加了基因突变、蛋白质功能丧失及其导致的缺陷型细胞(器)结构或功能缺陷表型方面的内容，相关的病症案例也显著增加。此外，很多章节增加了蛋白质水平的相互作用及其信号通路的内容。这些分子内容的添加，使得细胞内很多生命活动过程的介绍进入到大分子水平(基因与蛋白质水平)，出现了对应的分子机制，这些变化促使学生对细胞内的结构及其生命活动有了更深入的认识与理解。举几个典型例子，例如在“线粒体的融合与分裂”内容中，介绍了果蝇fzo(fuzzyonion)突变，导致线粒体的正常融合出现障碍，在细胞超微水平，检测到无法融合的圆球形线粒体，这种表型被称为“模糊的洋葱头”，这正是该基因名称的由来[2]。又如在细胞内“囊泡定向转运”过程内容中，介绍了通过囊泡膜上的Rab蛋白与靶膜上Rab蛋白效应器(Rab受体)的特异结合，实现囊泡的定点锚定；然后借助囊泡膜v-SNARE受体与靶膜t-SNARE受体的结合，进一步促进囊泡膜与靶膜的融合，完成定向运输[2]。囊泡运输是获得2013年诺贝尔生理学或医学奖的内容，囊泡的分类转运被喻为细胞内的“物流系统”，此内容的前沿性与新颖性不言而喻。再如介绍内质网应激反应(ER stress)内容中，介绍了内质网内部过量的未折叠蛋白引起应激感应蛋白Bip(binding immunoglobulin protein)激活内质网膜上IRE1(inositol requiring enzyme 1)蛋白，从而继续活化下游的信号传递蛋白，最终促进分子伴侣蛋白的转录[2]。总之，这些有关分子机制的内容极大地提高了教学的深度。伴随此变化的是细胞生物学与分子生物学、生物化学交叉内容的增加，这正是后面将要讨论的问题。

1.2 信号通路内容的扩展

细胞对外界环境的反应体现在信号通路的活化及其产生的生物学效应。活细胞每时每刻都会对外界产生反应，信号通路对于细胞生长、增殖、代谢等几乎所有生命活动过程都具有重要的调控作用。新教材在此内容上进行了较大改变：首先，体现在“信号转导”一章中内容的增加，在细胞内受体信号传递内容中，增加了NO作为气体信号分子调控血管内皮平滑肌舒张的信号通路内容[2]。在细胞表面受体的信号转导内容中，除了早期的3种信号转导通路(离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体及酶联受体介导的通路)，还增加了JAK-STAT、Wnt-β-catenin、Hedgehog、NF-Κb及Notch等众多的信号通路内容[2]；其次，在其他章节中，也添加了所涉及的信号通路内容。如将Notch信号通路的内容引入到“细胞内吞”的教学中，介绍了胞吞作用对Notch信号转导的激活[2]，从而将胞吞与信号转导联系起来。再如在内质网应激内容中，提到了内质网应激会激活JNK及P38信号转导通路，诱导UPR(unfolded protein response)反应相关基因的转录上调，将内质网应激与信号通路内容联系在一起。

1.3 原先忽视的内容被重新重视

由于早期认识的局限性，细胞生物学的部分内容一直不受重视。典型的如“细胞质基质”部分，20世纪末期的很多教材对此部分内容是轻描淡写，一笔带过，认为细胞质基质不承担重要的生物学功能。但随着生化与分子生物学等技术的发展，对细胞质基质的功能有了更深入的理解，除了经典的中间代谢过程(糖酵解过程、磷酸戊糖途径等)的反应场所、蛋白质和脂肪合成场所以及细胞骨架结构所赋予的功能以外，新教材还增加了蛋白质质量控制等相关内容。例如蛋白质修饰、控制蛋白质的寿命、降解变性和错误折叠的蛋白质，以及帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠恢复正确构象等[2]。再如，在新教材中，将细胞内“蛋白质的定向转运(分选)与膜泡运输”的内容单列出来作为一章[3]，充分突出了蛋白质转运的重要性。

1.4 其他方面

新教材中还有一些细节的变化，例如新教材在内容的编排上有着细微的变化，将“细胞社会学”(细胞连接、细胞黏着因子与胞外基质等)内容放在教材的最后，即在介绍单个细胞内的物质合成与运输、信号传递等所有内容后，再介绍细胞通过自身分泌的物质(如黏着因子、胞外基质等)与其他细胞及细胞外环境发生相互联系与作用，遵循先单个后群体的次序，逻辑上更为合理。又如所有专业术语均附加了英文的专业注解，这些英语名词帮助学生从英语文化背景的角度去理解其内涵，加深对知识的理解，也拓展了学生的思维。再如新教材中图表质量与数量的提高也是一个变化。与20世纪末的早期版本相比，粗略统计，图表总量至少增加了一倍，并且增加了很多的彩图，图形的分辨率也明显提高，更便于读者学习。

2 细胞生物学内容的变化对教学的影响

由于新教材内容出现了较大的变化，在教学上面临了一些新的问题。例如学科交叉内容的增加，教师知识体系的更新，学生学习方法的改进等，这些问题促使教学做出相应的调整，现分别介绍如下。

2.1 协调好学科之间交叉内容的教学

学科之间教学内容的交叉重叠其实是一个由来已久的问题，只不过随着科学研究的深入，越来越多的分子水平成果渗透到分子生物学、生物化学与细胞生物学的教学内容中，此问题愈来愈显突出。下面以翟中和等主编的《细胞生物学》高教第4版教材、朱玉贤等主编的《现代分子生物学》高教第4版教材及王镜岩等主编的《生物化学》高教第3版教材为例[2-5]，列举出一些典型的交叉内容(表1)。其中，星号标记的是近年来发展较快的分子水平的交叉内容。

表1 高校生命科学专业3门基础课程教材中的交叉内容Table 1 The overlap contents among three textbooks from the basic courses of life science in universities

4：表示第四章；4.5：表示第四章第五节；其他类推

如表所示，3门微观生物学课程的内容之间存在一定程度的交叉。在这些交叉内容中，特别是近年来增加的分子机制性内容，由于比较有新意，是3门课程授课教师都愿意讲授的内容。但是，如果不同授课教师重复讲解这些重叠的内容，必然会导致学生的厌学情绪。如何协调好这些内容的教学做到不重复，并体现出各个学科的特色，是3门课程的主讲教师必须面对的问题。

2.2 教师要加快知识体系的更新

由于新教材分子机制内容的增加，需要教师在授课的同时，利用互联网等文献资源，紧跟当前科研的前沿与热点，适时地对教材内容进行拓展与深化，及时更新知识结构与体系，提高自身的专业素养，正确处理好教师的“一桶水”与“一杯水”的关系[6-7]。知识体系的更新有多种途径，如学术进修、提高学历学位、参加高层次的教学研讨会、参加省级及全国性的细胞生物学会并积极参会交流等。这里提一个很直接的办法，就是对近30年(1980年以来)诺贝尔生理学或医学奖的获奖内容进行熟悉与解读，选择出细胞生物学课程内容相关的诺奖，将其结合在实际教学过程中，恰好是课程内容的一种补充[7-8]。既带出了相关的进展与热点，也激发了学生的学习兴趣。

2.3 多种教、学辅助手段的充分利用

新教材内容的变化，会导致教学难度与学习难度的增加。为了解决此问题，教师可以考虑增加视频、动画等多种教学辅助手段，提高教学效果[10-11]。例如新教材第八章“蛋白质分选与膜泡运输”中第二节“细胞内膜泡运输” 的内容很新，也是重点与难点内容。在介绍“COPII蛋白包被膜泡的高尔基体定向运输(CopII-Protein transport from the ER to the Golgi Apparatus)”专题内容时，可首先结合PPT与板书，介绍该定向转运的大致过程：1)蛋白质在糙面内质网合成与加工；2)在CopII蛋白等作用下出芽形成运输膜泡；3)在胞质动力蛋白(马达蛋白的一种)结合下，沿着微管运输；4)通过Rab蛋白与其受体的特异性结合、膜泡受体与靶膜受体等介导下完成转运膜泡与高尔基体顺面膜囊的定点融合，最终完成膜泡运输。然后，通过播放动画(可从优酷下载)将这些过程连续展示出来，会极大地增强教学的效果。播放时间也可放在讲述内容之前，或者边讲述边同步播放，由教师自主控制。

在教学过程中，教师可以将网络上有价值的一些资源，如专业文献数据库的网址等介绍给学生，引导学生主动获取知识[12]。例如细胞信号通路网站(http://www.cellsignal.com)，详细列出了目前研究清楚的众多的细胞信号通路。优酷网(http://www.youku.com)上可搜索到细胞生物学技术操作过程的视频。此外，还可以利用网络的优势建立学习群(如建立QQ群)、讨论组等，在课后给学生辅导答疑，提高学习效果[13]。

2.4 作业类型的多样化设计

针对新教材中分子机制等高难度内容的增加，还可以从课后作业的设置上动点脑筋，以便于提高学习效果。例如除了常规的课后习题外，教师可预先提供一些文献检索的网址，然后就教材内容相关的某一个热点或研究方向设置专题性作业，作业的形式可包括“专题读书报告“、“专题进展性综述”、“诺贝尔奖内容解读”等多种[14]。举几个例子，在讲授完第九章“细胞信号转导”内容后，可以设计“诺贝尔奖内容解读作业”，如“列举出本章获诺贝尔奖的知识点并阐述研究过程及获奖内容”。在讲完第十章“细胞骨架”后，可以设计如下专题作业：“总结细胞内马达蛋白的种类及其功能”，“总结并阐述本章及前面所学内容中涉及的所有GTP结合蛋白及其发挥的功能”等。在讲完第十六章“细胞死亡与细胞衰老”后，可以设计“进展性综述作业”，如“结合衰老的研究进展，综述目前细胞衰老的分子机制”等。这些提高性作业的设置，既锻炼了学生的文献检索能力，激发了兴趣，又提高了学习效果。一举三得，值得大力提倡。

3 小结

总之，随着科学研究的不断推进与发展，高校各学科教材内容的更新与变化是必然的趋势。顺应高校细胞生物学教材内容的变化，为了提高教学效果，本文从内因与外因两个方面进行了探讨。教师提高自身的专业素养属于内因，起着决定性影响；教师多种教学辅助手段的运用及作业的多样化设计等属于外因，对教学质量的提高也有着重要的推动作用。

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Changes of the contents of cell biology and its effects on teaching under new situation

CHEN Dong-sheng, KAN Xian-zhao, NIE Liu-wang

(College of Life Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China)

Cell biology is a fundamental course of life science in university. With the recent rapid development of the theories in molecular biology and related technologies, the contents of cell biology have increased dramatically, such as the molecular mechanism and signaling pathways etc. This paper primarily dissected both the intrinsic and extrinsic influences on the cell biology teaching. The intrinsic means containing teachers accelerating the renewal of the knowledge system and improving their professionalism level are decisive for elevating the teaching effectiveness. Furthermore, the extrinsic measures including the utilization of a variety of teaching aids and the design of multiple types of homework and so on, which also play an important role in promoting teaching effectiveness.

content of molecular mechanism; knowledge system; teaching aids; multiple types of homework; Cell Biology

2016-05-16；

﹕ 2016-06-15

安徽省高等教育振兴计划重大教学改革研究项目( 2015zdjy035)；安徽师范大学校级本科课程考核改革试点项目(2014kckh40)

陈冬生，博士，副教授，研究方向为干细胞生物学，E-mail:dschgene@163.com

G642.3

C

2095-1736(2017)01-0107-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.01.107