“高级细胞生物学”硕士研究生课程教学改革探索

周宇荀

(东华大学 化学化工与生物工程学院，上海 201620)

一、 “高级细胞生物学”课程的特点

“高级细胞生物学”是我校(东华大学)为生物化学与分子生物学专业硕士研究生开设的一门专业必修课，它是在细胞生物学和分子生物学基本理论的基础上，深入解析真核细胞的化学本质及细胞运动、代谢、物质传递、信息交流(包括细胞与外部环境及细胞之间)的分子基础及机制，并介绍细胞生物学研究的最新动态、研究成果及研究技术，训练生物学相关方向的研究生为从事科研工作做理论准备。

进入我校生物化学和分子生物学硕士学位点学习的学生绝大部分已经在本科阶段完成了“生物化学”“细胞生物学”“普通遗传学”“分子生物学”等课程的学习，但很多硕士生导师的研究方向却并非传统的生物学科，而是与生物交叉的生物材料领域。因此在教学内容安排上，既要提高细胞生物学的理论深度，紧跟生物学研究领域的前沿，又要结合本学位点的研究特色，在有限的教学课时内帮助学生掌握对他们的研究最有用的知识。与本科生教学相比，硕士研究生的专业课教学除了给学生介绍更加深入抽象的理论知识以外，还应注重培养学生运用理论知识指导科学研究，解决在科研中遇到的实际问题的能力。由于我校生物化学与分子生物学专业的硕士生大多来自其他院校，很多学生在本科阶段没有系统学习过专业英语，对科技文章的写作方式、句型结构及语法等不熟悉，专业词汇不足，而研究生阶段需要阅读大量的英文文献甚至用英文写作，他们亟需提高英文读写能力。因此我们希望通过“高级细胞生物学”课程的教学，使学生从动态的角度了解和掌握细胞生物学的理论和最新的研究成果，以及相关的研究思路与技术，培养学生从自己课题的角度出发设计与细胞相关的实验和分析实验结果的科研能力，也能对他们的专业英语阅读理解和写作能力的提高起到促进作用。为此，我们在教学中从参考书选择，课程内容安排及国际化等方面进行了积极探索。

二、 “高级细胞生物学”课程教学改革措施

1. 选择英文原版教材作为主要教学参考书

我们选用了John Wiley & Sons出版公司2012年出版的由杰拉德·卡普(Gerald Karp)编写的CellandMolecularBiology:ConceptsandExperiments(第6版)[1]作为主要教学参考书，全书分为18章，涵盖了从静态的细胞基本结构，包括细胞膜及主要细胞器的结构功能，到动态的细胞运动、增殖、基因表达调控、细胞间的信息交流、信号转导、免疫应答及细胞凋亡等几乎所有与细胞生命活动相关的理论知识，并配有750幅制作精美的插图，帮助读者理解重要的概念和过程，以及蛋白质等生物大分子在细胞中的定位。该书特别注重基本概念的解析，例如分子结构与功能的关系、细胞器的动态特征、运用化学能维持细胞活动和生物大分子的准确合成以及调控细胞活动的分子机制等。

该书的另一大特点就是将理论知识与科学实验紧密相连。因为细胞及分子生物学是一门实验科学，学习者应该了解每一个重大成果的发现过程，以培养他们的学习兴趣和掌握科学研究的方法。该书对每一个重要结论都提供了足够的实验证据加以验证，对一些关键实验手段和研究方法的重要特性进行了详细描述。为了强调实验的重要性，该书在有些章节的最后特意增加了一个单元“Experimental Pathway”(实验的途径)，详细描述了一些重要发现的实验过程。为了增加该教材的趣味性和可读性，每章还加入了The Human Perspective(人类的前景)单元，解析人类疾病与细胞和分子水平活性异常的关联，并说明基础研究在疾病诊断和治疗中的重要性。

该书作者深谙科技文章的写作技巧，尽管用母语写作，但词汇运用绝不生僻难懂又不失丰富生动；句式结构富于层次，语法运用规范，便于读者理解。无论是内容的博大精深还是文字的纯熟优美，该书都堪称专业教科书的经典之作。

2. 教学内容选择

本学科点的硕士研究生同期还学习“分子遗传学”和”分子生物学“两门专业必修课，这两门课程的主要授课内容都与生物体发育、基因组和基因表达调控相关，因此有关DNA和RNA的内容即从“高级细胞生物学”课程教学大纲中删除，以避免与前两门课程的内容重复。而细胞信号转导研究是解析蛋白质功能和细胞增殖、衰老、死亡(包括凋亡)等重要生命活动调控机制的重要手段，对于生物专业的基础研究非常重要，而在本科阶段的教学中又没有系统讲解，因此这一部分内容是本课程的必讲部分。

生命的本质是化学的，一切生命活动都通过化学反应来实现。尽管在本科生的“生物化学”课程中对四种生物大分子(蛋白质、脂质、糖、核酸)的化学组成和结构及其生物学功能进行了详细的介绍，但是对其结构组成和变化与功能实现的关系只是点到即止。因此在本课程“生命的化学本质”一章中，将深入介绍蛋白质主要结构域发挥生物功能的机制，以及关键氨基酸的变化如何影响蛋白质的结构从而影响其功能。

细胞的外环境，包括细胞外基质、细胞的连接在细胞生命活动中的重要性常常被很多教科书忽视，而细胞外基质在维持细胞生存、介导细胞间的信息交流、抑制肿瘤细胞的转移等方面的功能越来越受到关注，生物材料被植入人体后首先接触的就是细胞的外环境，材料与外环境中的基质蛋白质、蛋白聚糖的相互作用，既对材料的理化特性产生影响，又会对细胞正常生长和细胞间信号传递产生干扰，从而引起生物体局部甚至整体的不良反应。因此对细胞外环境的组成和细胞间连接及交流方式的了解，以及对它的生物相容性和安全性评价至关重要，这也是本课程“细胞与环境的相互作用”章节要介绍的内容。

细胞膜是细胞的重要组成部分，也是细胞生物学教学的重点内容。但在本科教学中重点介绍的是细胞膜的脂质双层结构及其选择透过性在细胞与外界的物质交换中的作用，因此在本课程“细胞膜的结构与功能”一章中，我们将对细胞膜蛋白的结构功能、细胞膜的可兴奋性和在神经冲动传导中的作用进行详细解析，以帮助学生进一步加深对生物膜和神经元的理解。

细胞骨架除了维持细胞形状、为细胞提供机械支持以外，还是一切与细胞运动有关的生命活动,包括胞内物质运输、有丝分裂中染色体的分配、细胞移动、胚胎发育的器官分化、神经元轴突的形成及肌肉收缩等的物质基础。但是细胞骨架往往是经典细胞生物学教学中被忽视或一笔带过的内容。对于生物材料研究来说，细胞骨架的作用尤为重要。例如生物材料在骨骼修复中扮演了重要的角色，而骨组织的再生离不开机械刺激，细胞受到机械刺激后将其转化为化学信号，引起一系列下游反应，细胞骨架在力学信号的感受及转导中发挥了重要作用。因此在“细胞骨架及细胞运动”一章中，我们将系统介绍细胞骨架及相关蛋白，包括它们的蛋白组成、装配过程、作用方式以及生物学功能。

本课程的教学内容及学时安排如表1所示。

表1 “高级细胞生物学”课程教学内容及学时安排

3. 课程教学的国际化探索

2016年，“高级细胞生物学”课程获得了“东华大学国际大师研究生课程建设项目”立项,我们邀请了美国密歇根大学医学院的王苏河教授来主讲。王教授在英国University of Strathclyde取得博士学位，并在美国密歇根大学从事了20余年生命科学领域的研究，主要研究方向为疾病的细胞凋亡途径、基因表达调控及自主免疫的机制，发表论文50多篇，具有扎实的细胞生物学、分子生物学理论功底和丰富的科研和教学经验，是本课程“国际大师”的理想人选。

王教授推荐了另一本教学参考书，James R.Morris等编著的HowLifeWorks[2]。在教学大纲的框架内，王教授重新制作了全部的课件，对教学内容进行了重新规划，增加了很多更易理解的示意图，减少了PPT上的文字比重，每章的内容也更为集中，突出重点，在一些重要知识点上介绍得更为细致深入。

(1) 内容安排。既有宏观视野上的连续性，又有微观角度的深入点，基础理论和实验证据相得益彰。在授课内容的安排上王教授不仅重视知识的连贯性，而且更好地把握了重点，点面结合，深浅适宜。例如在“绪论”部分，原先安排2学时，主要介绍细胞学的起源、细胞的定义与特性，以及最新的细胞生物学研究成果，包括胚胎干细胞、成体干细胞、诱导性干细胞及其应用前景等。王教授将“绪论”部分调整为4学时，在介绍细胞学说时，把细胞的形成和生物的演化结合在一起，从原核、真核和古细菌这三大类生物的演化历程出发，结合遗传学、分子生物学的知识，动态展示了生命从单细胞原核生物到高等哺乳动物的进化过程，从而得出生物既有同一性又有多样性的结论，并通过引入大肠杆菌的实验证据，生动地证明了生物进化论的合理有效性，促进了学生对知识的理解，同时也帮助学生掌握科学实验的设计方法和证明逻辑。

在授课过程中王教授还结合自己的研究工作介绍学科前沿知识。例如，在讲授“细胞信号与转导”一章的“细胞凋亡信号”部分时，她介绍了由细胞凋亡导致的自体免疫型甲状腺炎的发病原理，解析了自身炎症细胞分泌的干扰素/白介素1→Fas蛋白→甲状腺细胞凋亡的通路，言简意赅，令人印象深刻。

(2) 授课形式。本课程采用全英文授课，并引入课堂讨论，气氛活跃。任课教师制作的课件图片比例高，每一个知识点都附加了至少一张图片以帮助学生理解，同时也提高了学生的学习兴趣和注意力。对于重点介绍的内容，会采用不同来源和角度的图片加以反复说明，例如在“细胞膜的结构与功能”一章中，动作电位的产生和神经冲动的传导是重点内容之一，仅关于动作电位的图片就用了30幅，全方位展示了动作电位产生的全过程，涉及分子机制、传导方式、神经元与之配合的结构，以及与之有关的神经元疾病的发病原因等具体而完整的内容，使学生加深印象。

本课程采用全英文授课，考虑到学生的接受程度，任课教师借助提问和课堂讨论及课堂小测验评估教学效果，根据学生反映的问题和遇到的困难，及时调整上课节奏，以满足大部分学生的进度要求。尽管一些学生的英语表达不好，但教师仍然严格要求他们用英语提问和回答问题，并对积极提问和回答问题的学生进行鼓励，活跃课堂气氛。经过“东华大学国际大师研究生课程建设项目”的立项，“高级细胞生物学”课程在授课内容、课件质量、授课形式等方面进行了改革，教学效果显著提升，为本硕士点其他专业课程教学的国际化探索提供了有益的借鉴。

三、 结语

通过“东华大学国际大师研究生课程建设项目”的立项资助，我校“高级细胞生物学”硕士研究生课程教学成功地进行了国际化探索，从授课内容、上课形式和考试方式上都更多地借鉴了国外的先进经验，使学生近距离接触国际大师，开阔了视野，提高了从事科研工作的兴趣和热情，收到了很好的教学效果。

参考文献：

[1] KARP Gerald. Cell and molecular biology: Concepts and experiments[M]. 6th ed. John Wiley & Sons, Inc, 2012.

[2] MORRIS J R, HARTL D L, KNOLL A H, et al. How life works: From organisms to the environment, and evolution[M]. W H Freeman & Co, 2015.