英文文献研读、概念图和翻转课堂在表观遗传学课程教学中的综合应用

曹贵玲，王 猛，朱明霞，刘文强

（1.聊城大学农学院，山东 聊城 252059；2.聊城大学生命科学学院，山东 聊城 252059）

表观遗传学是研究在DNA 序列不发生改变的条件下，DNA 甲基化、 组蛋白修饰和染色质结构变化等因素的改变， 导致基因功能发生可遗传的变化，进而导致表型变异的遗传学机制［1］。 表观遗传修饰对细胞特异性分化、 发育和疾病发生等具有重要作用［2-3］。 表观遗传学是近年来遗传学发展最快的领域之一， 并逐渐成为一门独立的遗传学分支学科。 国内已有多所高等院校对研究生开设了该课程， 聊城大学农学院动物科学专业对本科生也开设了这门课程。但是，表观遗传学知识较为抽象，理解起来较困难，本科阶段开展表观遗传学教学的实践经验不多， 笔者在该课程的教学过程中，逐渐探索出一种将概念图、英文文献研读结合翻转课堂多种教学方法相结合的混合教学模式，取得了良好的教学效果。现将聊城大学农学院在表观遗传学教学实践中运用的综合教学模式进行总结。 该种混合式教学模式极大地提高了学生的学习热情，调动了学生的积极性，培养了学生阅读英语专业文献和整理文献思路的能力， 加深了学生对教学重点和难点的理解， 也有助于帮助学生建立科学思维， 为学生后续的学习和工作奠定了基础。

1 教学内容和模式设计

将表观遗传学课程安排在动物科学专业三年级下学期，这时，学生已经完成了动物遗传学和分子生物学基础课程的学习， 系统地掌握了表观遗传学需要的基础知识， 这样学生可顺利地过渡到表观遗传学的学习。但是这个阶段的本科生，对科技论文的阅读量还很少， 所以笔者对教学内容进行了简化。主要教学内容：首先由经典遗传学内容和生活中的现象引出表观遗传学内容， 从而引出基本概念； 之后回顾分子遗传学和分子生物学课程中讲述的基因表达调控、 染色体组装和核小体结构，有助于引出后面的教学重点。教学重点放在DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、基因组印记、X 染色体失活和小RNA 6 个基本模块。这些基本内容由教师讲解涉及的基本概念， 将学生引入后， 让学生阅读最新发表的且与动物科学专业相关的英文文献，对文献内容自己整理，以概念图的模式呈现出来，这样能加强对某一主题的认识。

2 综合教学模式

确定好课程教学内容后， 根据上述6 个基本模块，将学生分成6 个小组，每个小组负责一个模块，小组内所有活动由小组长协调。教师从近期发表的相关论文中选取一些与6 个模块对应的、与动物科学专业知识相关的、 难度适宜的英文文献分给每个小组。每个小组课下研读英文文献，将所读文献进行总结，用概念图呈现，在课堂上给其他组的同学讲解并答疑解惑，最后由老师进行点评。这样，一方面能够使学生认真地阅读文献，清晰理解文献内容，掌握表观遗传学课程的基本内容，回顾以前学到的专业课内容， 并加深对这些内容的理解和巩固；另一方面让学生总结知识点，用概念图呈现，增强学生的总结能力。

2.1 英文文献研读

目前，对于自然科学而言，英语是实际上的共同语言，自然科学研究的新结果、新发现、新概念大多是以英语论文的形式提出［4-5］。 对从事动物科学专业的学生来讲， 要了解并熟悉本学科研究的前沿和热点，阅读英语文献是必由之路。表观遗传学作为一个新兴的遗传学分支， 新的研究发现更是以英文文献呈现， 所以学生多阅读英文文献对更加深入地了解表观遗传学的内容很有意义。 另一方面，运用传统的老师讲、学生听的单向输送上课模式，对于理论性强的表观遗传学来说，不能有效促进学生的主动学习。 而给学生布置与专业知识相关的表观遗传学研究论文， 有利于学生结合已经学到的专业知识理解文献， 能够加深对表观遗传学知识的理解和掌握。

很多学生读英文文献时对于需要精读和泛读的内容不清楚，缺乏阅读技巧，所以产生畏难情绪［6］。 因此，教师在给学生分配文献之前，对每一个模块都先用一篇文献为例， 讲解科技论文的基本结构、摘要、前言、材料与方法、结果与讨论和参考文献等各部分如何研读， 各部分都能获得什么信息，哪些部分要精读，哪些部分简读等英文文献阅读方法， 之后让学生以小组为单位研读文献。2019 年在表观遗传学课程教学过程中， 以“DNA methylation patterns and gene expression associated with litter size in Berkshire pig placenta.”［7］“Identification and differential expression of microRNAs in the testis of chicken with high and low sperm motility.”［8］“TRIM28 regulates Igf2-H19 and Dlk1-Gtl2 imprinting by distinct mechanisms during sheep fibroblast proliferation.”［9］3 篇文献 为例， 分 别在DNA 甲基化、 小RNA 和基因组印记模块中进行了讲解， 能使学生在之前学到的知识中 （如猪繁殖、精子活力、胚胎发育等）接受新概念（DNA 甲基化、小RNA、基因组印记等），并且能够将抽象的基因调控与熟知的动物科学专业知识结合起来，更容易理解基因是如何控制具体性状的。

2.2 概念图的应用

概念图是将抽象概念相互关联， 并使之可视化的一种表达方式，它利用方框、圆圈、线条、箭头和关键词等把特定知识内容分解成一个中心概念和几个一般概念， 按照逻辑关系进行合适的排列和连接，使知识内容变成形象和直观的图像［10-12］。用一篇具体文献举例说明如何将阅读的英文论文以概念图的形式展现， 以Chung 等［13］2017 在《Epigenetics》 上 发 表 的 “Active H3K27me3 demethylation by KDM6B is required for normal development of bovine preimplantation embryos” 为例（见图1）。

图1 文献实验设计概念图

该论文的核心是使牛2-8 细胞期胚胎中H3K27me3 增加，分析胚胎发育可能的变化。 这个核心问题用最明显的双线框标识，就是图1 中“2-8 细胞期胚胎H3K27me3 增加”。 为了使牛2-8 细胞期胚胎H3K27me3 增加， 作者运用siRNA 技术敲低了能够抑制H3K27me3 去甲基化酶的基因KDM6B 的表达， 这个主要技术用四角凹框标识。文中显示，H3K27me3 增加引起胚胎发育的3 个方面的变化， 第一， 胚胎不易顺利发育到囊胚阶段，就是图中“胚胎发育到囊胚阶段受阻”。 第二，即使发育到囊胚阶段的胚胎，它们的内细胞团（inner cell mass，ICM）和滋养层（trophoblast，TE）细胞数目减少，并且8 细胞期胚胎转录组发生改变，这些由H3K27me3 增加引起的发育变化用四角圆框标识，转录组改变具体体现在与转录调控、染色质重塑、蛋白质分解代谢基因表达减少，这些变化用椭圆标识。 为了验证上述结果，作者用GSK-J4 处理，使胚胎H3K27me3 去甲基化酶活性受到抑制，得到与KDM6B 敲低一样的效果，这个补充实验用虚线四角凹框标识。 而每一个结果的获得需要用到的技术用直角方框标识。 所以用一张概念图就将核心问题用不同形状的方框或圆圈表示不同层次，将一篇论文的实验设计、实验方法和实验结果呈现在一张图上，一目了然。使用这样的概念图不仅能够使学生理清文献的内容，也能锻炼学生的逻辑思维能力， 能否用简要图表说明一篇复杂的论文， 同时还有利于帮助学生建立科学的思维方式。

2.3 翻转课堂

翻转课堂的教学模式能培养学生独立学习、交流和讨论的能力，还能培养和锻炼学生将知识和内容归纳总结并按照自己的理解讲授出来［14-15］。笔者在表观遗传学教学过程中将上述英文文献阅读、概念图和翻转课堂结合，学生以小组为单位，课下阅读英文文献，在充分理解文献之后，用概念图归纳总结文章实验设计思路。在这个过程中，有些问题需要学生自己查阅资料， 查找有些较难理解的知识点或实验方法。 这样能培养学生遇到学习问题自己积极主动查阅资料的习惯和自己解决问题的能力。

归纳绘制好概念图， 要求各小组的学生在课堂上讲授阅读的文献， 向其他同学讲解自己理解的文章思路、用到的实验方法的原理与应用，并与表观遗传基础知识的结合讲述给其他同学， 同时解答同学的疑惑。 学生理解不到位或者理解不一样的问题或知识点，由老师进行点评并逐步分解。在这个讲授的过程中， 能进一步加深学生对文献的理解，也能使其他同学理解这篇文献，达到双向教学效果。

3 结语

表观遗传学是目前较为年轻的一个遗传学分支， 传统的动物遗传学课程涉及表观遗传学的基础内容，但不够深入。聊城大学农学院对动物科学专业学生开设表观遗传学课程作为一个专业提高课，对学生遗传学和分子生物学基础要求较高，传统教学模式下，学生感觉枯燥，不易理解。 笔者将英文文献阅读、概念图和翻转课堂结合在一起，大大提高了学生的学习热情， 增强了自主学习和查阅文献的积极性，提高了英文阅读能力，也锻炼了学生综合归纳的能力。 在阅读文献和制作概念图的过程中，对以前不懂的知识需要查阅资料，理解多种实验技术的原理和应用， 再把这些文献中的实验设计思路和实验技术讲解出来， 其他同学在学习的过程中也能理解多种实验设计思路和实验技术，对学生以后工作和学习是非常有益的。该种结合英文文献阅读、 概念图和翻转课堂的混合式教学模式也适用于动物科学专业及类似专业的课程教学。