- 相關推薦
開放式討論教學在生命科學的應用論文
摘要：高校生命科學專業(yè)相關的課程內(nèi)容豐富、信息量大、邏輯性強。課程教學過程中需要采取靈活多樣的教學方式，幫助學生夯實基本概念，掌握前沿進展，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。通過開放式討論教學在“細胞生物學”和“植物生理學”課程教學中的設計和實踐，對討論內(nèi)容的來源、討論過程的實施和教學效果進行了剖析。通過案例分析表明，開放式討論教學可以補充講授型課堂教學的不足，幫助學生們在教師的指引下進行積極而獨立的思考和自主而深入的學習，了解科研進展，知曉實際應用，掌握研究方法，鍛煉科學思維。
關鍵詞：生命科學；開放式討論教學；案例分析
生命科學是研究生命活動的本質(zhì)和發(fā)生規(guī)律，以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關系的學科。近年來，生命科學研究的新方法、新技術的不斷涌現(xiàn)為解析各種生命現(xiàn)象構建了研究平臺，使科研人員從分子、細胞、個體和群體各層面深入探討生命活動的基本規(guī)律成為現(xiàn)實，促進了生命科學領域中一系列觀念和認識的更新［１］。與此同時，生命科學領域基礎研究的進步也促進了應用，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、食品輕工和醫(yī)藥衛(wèi)生等多個方面滲透，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益［２］。因此，目前高校生命科學相關的專業(yè)課程中既包含基礎理論又包含技術手段，既包含研究前沿又包含應用進展，內(nèi)容豐富、信息量大、邏輯性強。在當今以素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為核心的教育思想指導下，生命科學相關課程的教學過程中應采取靈活多樣的教學方式，幫助學生夯實基本概念，掌握前沿進展，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，適應現(xiàn)代化建設和未來社會發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的課堂授課方式以教師主動講述、學生被動接受為主。這種授課方式教師講授偏多，學生主動性發(fā)揮不足，從而導致學生對部分知識點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，筆者對生命科學專業(yè)課程教學方式進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合，注重對學生的學習方法、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。我們在學期伊始便給學生介紹與本課程相關的參考書、期刊和網(wǎng)站，教授學生查閱中英文相關文獻的方法，隨后將與課堂教學內(nèi)容密切相關的知識延伸、科研進展、研究方法等作為小組（每小組學生４～６人）討論題目布置給學生。學生通過在課下查閱文獻、積極思考和相互交流等方式深入認識討論題目，并在課堂上以視頻、ＰＰＴ和ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ的方式向全班同學展示。而小組展示過后，教師會引導學生對所講內(nèi)容展開討論并對討論內(nèi)容進行歸納總結。同時，教師根據(jù)學生報告情況予以打分，并按一定百分比計入期末成績。下面筆者以生命科學專業(yè)的骨干必修課“細胞生物學”和專業(yè)必修課“植物生理學”為例，闡述如何在生命科學專業(yè)的教學中引入開放式討論教學模式，引導學生深入探究生命科學理論的內(nèi)涵。
一、開放式討論教學應用于“細胞生物學”課程教學的案例展示
細胞作為有機體結構與生命活動的基本單位，既是生命科學發(fā)展的生長點，又是生命科學發(fā)展的匯聚點。細胞生物學是在顯微、亞顯微和分子水平研究和揭示細胞基本生命活動規(guī)律的科學，是當代生命科學的重要基礎學科。目前，細胞生物學的研究日益深入，已成為２１世紀生命科學研究的重要領域�！凹毎飳W”課程既是北京林業(yè)大學生物科學與技術學院理科基地生物科學專業(yè)的重要主干課程，也是生物技術專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程。
�。ㄒ唬┩ㄟ^開放式討論教學引入最新科研進展內(nèi)容
“細胞生物學研究方法”是“細胞生物學”課程中承前啟后的一個章節(jié)，該章節(jié)從細胞形態(tài)的顯微觀察、細胞及其組分的分析、細胞培養(yǎng)與生物工程、細胞及生物大分子的動態(tài)變化等幾個方面介紹了有關細胞生物學的研究方法。其中關于細胞形態(tài)的顯微觀察，課本中主要介紹了光學顯微鏡、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。這些顯微成像技術可以幫助研究者從分子和細胞等微觀層面觀察生命過程中的變化，揭示生命活動的物質(zhì)基礎和動態(tài)規(guī)律。近年來，科學家們不斷嘗試，實現(xiàn)了突破衍射極限的光學顯微成像，即超分辨熒光顯微術［３］。２０１４年諾貝爾獎即授予了其中兩種超分辨率光學顯微鏡的發(fā)明者———受激發(fā)射損耗顯微術（以下簡稱為ＳＴＥＤ）的發(fā)明者ＳｔｅｆａｎＷ．Ｈｅｌｌ和光激活定位顯微術（以下簡稱為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間的周期性，這一重要內(nèi)容并沒有被及時收錄在內(nèi)。于是，我們選擇這一部分內(nèi)容作為開放式討論教學內(nèi)容。首先，教師為學生強調(diào)衍射極限的概念，從成像的角度來說，衍射極限影響下的顯微成像系統(tǒng)只能分辨有限小的細節(jié)，一般在２００ｎｍ到３００ｎｍ之間。德國物理學家ＥｒｎｓｔＡｂｂｅ發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并將其公式刻在自己的墓碑上。在教師的引導下，學生們播放了在網(wǎng)上查找到的諾貝爾獎獲得者的采訪視頻和超分辨率顯微術動畫，激發(fā)大家的學習興趣；另一組學生則通過ＰＰＴ和ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ展示了ＳＴＥＤ和ＰＡＬＭ技術的原理和特點。隨后，教師通過設立以下問題引導學生展開討論：相對于傳統(tǒng)光學顯微術，ＳＴＥＤ顯微術和ＰＡＬＭ顯微術通過何種方式突破了刻在墓碑上的公式———光學衍射的極限，實現(xiàn)了在納米級對生物大分子和細胞結構進行清晰成像。最后，教師對學生講述中提到的多種超分辨率顯微鏡的優(yōu)勢和不足加以補充和總結。通過這次講述和討論，學生們增長了知識，開拓了視野，知道了超高分辨率顯微鏡通過多種技術革新大大提高了人們對細胞內(nèi)大分子物質(zhì)定位和功能分析的觀測尺度，深刻理解了顯微鏡是認識復雜生命現(xiàn)象的窗口這一觀點。由上述案例可知，通過開放式討論教學可將更多的研究進展融入到課堂教學中，更新和充實基礎理論。
�。ǘ┩ㄟ^開放式討論教學將理論與實際應用相結合
“細胞增殖調(diào)控與癌細胞”是“細胞生物學”課程中備受學生關注的一個章節(jié)。細胞增殖是生物繁殖和生長發(fā)育的基礎，是受到高度嚴格調(diào)控的細胞生命過程。在細胞增殖中任何關鍵步驟的錯誤，都有可能引發(fā)嚴重后果。在動物體內(nèi)，異常旺盛增殖的細胞會發(fā)生癌變轉(zhuǎn)化為癌細胞，對生命安全造成嚴重威脅。“細胞生物學”課程中大多數(shù)章節(jié)理論性較強，知識較為抽象，然而“細胞增殖調(diào)控與癌細胞”一節(jié)與每位同學的身體健康密切相關，學生們有著強烈的學習興趣和探索欲望。因此，我們借助學生的學習興趣，將癌細胞的形成與特征部分作為開放式討論教學內(nèi)容。首先，教師為學生概述癌細胞的定義和與細胞增殖調(diào)控的關系。緊接著，有學生講解癌細胞的基本特征及腫瘤的發(fā)生過程，另一組學生講解腫瘤發(fā)生的細胞信號調(diào)控網(wǎng)絡以及目前針對特異信號通路的癌癥治療靶向藥物。隨后，教師通過設立以下問題引導學生展開討論：癌癥的發(fā)生與環(huán)境因素是否密切相關？癌癥是不是遺傳性疾�。堪┌Y是不是可以稱為老年疾�。堪┌Y的產(chǎn)生除了基因突變，有沒有其他遺傳機制的參與？等等。最后，教師對學生講述中提到的癌基因、抑癌基因和生長因子等重要知識點加以強調(diào)和深化。通過這次講述和討論，學生不但對課本知識理解得更為深刻，也真正認識到細胞生物學與人類生活的密切關系，以及細胞生物學在解決人類所面臨的重大健康問題中所發(fā)揮的重要作用。由上述案例可知，通過開放式討論教學，可以將與理論知識密切相關的實際應用融入課堂教學中，激發(fā)學生的學習興趣，促使學生積極主動地學習和運用知識。
二、開放式討論教學應用于“植物生理學”課程教學的案例展示
植物生理學包括植物生命活動過程中物質(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規(guī)律及其與環(huán)境相互關系的科學。植物生理學既在基礎研究領域探究相互聯(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)實踐提供了理論指導和技術支持。正是因為“植物生理學”課程的重要性，這門課程成為北京林業(yè)大學生物、林學、園藝和水保等多個專業(yè)的專業(yè)必修課程。
（一）通過開放式討論教學展示多種技術手段
“植物礦質(zhì)與氮素營養(yǎng)”是“植物生理學”課程中介紹植物生命活動橫斷面中的一章，圍繞高等植物礦質(zhì)元素的概念及生理作用、礦質(zhì)離子跨膜運輸?shù)臋C理、植物根系吸收養(yǎng)分的過程和特點等幾部分展開講述。膜片鉗技術和非損傷微測技術均可用來測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)運研究中均獲得成功應用［４］。膜片鉗技術利用微玻管電極接觸細胞膜，對膜片上離子通道的離子電流進行監(jiān)測記錄，從而反映單個或多個離子通道的分子活動。非損傷微測技術利用選擇性電極，可在保證被測樣品完整性和近似實際生理環(huán)境狀態(tài)下，對進出樣品的各種離子／分子流進行三維、實時和動態(tài)的測量，從而獲得離子／分子流的濃度、流速和運動方向等多方面信息。我們將這兩種研究植物礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)運的重要技術的比較作為開放式討論教學的內(nèi)容，作為該章理論知識介紹的補充。首先，教師為學生講授膜片鉗技術和非損傷微測技術的歷史由來，再由一組學生講解膜片鉗技術的原理、特點和應用舉例，而另一組學生講解非損傷微測技術的原理、特點和應用舉例。隨后，教師通過設立以下問題引導學生展開討論：膜片鉗技術和非損傷微測技術相比，分別有哪些優(yōu)勢和劣勢？應該應用在哪些不同的領域？最后，教師為學生們講述現(xiàn)實中兩種技術的應用并加以總結，指出膜片鉗技術是研究植物細胞膜離子通道的傳統(tǒng)工具，但非損傷微測技術可以使植物礦質(zhì)離子轉(zhuǎn)運研究更加深入和豐滿。通過這次討論和講述，學生們在明確植物礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)運、吸收和生理功能等理論的基礎上，進一步了解了進行上述理論研究的技術手段，做到了知其然，也知其所以然。由上述案例可知，通過開放式討論教學，可以有的放矢地加強學生對研究方法和技術手段的學習。
�。ǘ┩ㄟ^開放式討論教學鍛煉學生科學思維的能力
“植物生長物質(zhì)”是“植物生理學”課程中內(nèi)容相對獨立的一章，主要介紹多種植物激素和植物生長調(diào)節(jié)劑的生物學功能。在這一章中，教師不但需要為學生介紹生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸和乙烯等５大類經(jīng)典激素，還需要為學生講解油菜素內(nèi)酯、茉莉素、水楊酸、獨腳金內(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、分布與運輸、合成與降解代謝、生物學功能和信號傳導途徑等多方面進行講述。我們希望學生在聽教師講授完其中８大類植物激素的相關知識后融會貫通、舉一反三，對最后一種也是最新的一種植物激素———獨腳金內(nèi)酯展開開放式討論。首先，教師向?qū)W生強調(diào)植物激素的定義和特征。緊接著，一組學生講解獨腳金內(nèi)酯的發(fā)現(xiàn)和分布、結構和合成，而另一組學生講解獨腳金內(nèi)酯的生物學功能和信號傳導。隨后，教師通過設立以下問題引導學生展開討論：獨腳金內(nèi)酯的各種生物學功能中，哪些是與其他激素的生物學功能協(xié)同作用，哪些是與其他激素的生物學功能相拮抗的？獨腳金內(nèi)酯的信號傳導途徑與哪些激素的信號傳導途徑具有相似性，而不同之處又在哪里？最后，教師對獨腳金內(nèi)酯的各種信息進行梳理，加深學生對植物激素特征和生物學功能的理解。通過這次討論和講述，學生們可以從對每種激素具體細節(jié)的領會中跳出來，對植物激素從最初合成到最后發(fā)揮生物學功能的一系列過程加以宏觀把握。由上述案例可知，通過開放式討論教學，可以鍛煉學生的科學思維能力，引導學生由個別到一般、由局部到全面，獨立有序地完成教學內(nèi)容。通過上述“細胞生物學”課程和“植物生理學”課程中多個教學案例可以看出，開放式討論教學可以補充講授型課堂教學的不足，幫助學生在教師的指引下進行積極而獨立的思考和自主而深入的學習，了解科研進展，知曉實際應用，掌握研究方法，鍛煉科學思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。
參考文獻
�。郏保輳埖烂瘢畬ι茖W前沿問題的幾點思索［Ｊ］．前沿科學，２０１０，４（１４）：２６－３２．
�。郏玻菪車罚锕こ碳夹g的發(fā)展對社會經(jīng)濟發(fā)展的影響［Ｊ］．教育教學論壇，２０１２，４５（３８）：１７１－１７２．
［３］呂志堅，陸敬澤，吳雅瓊，等．幾種超分辨率熒光顯微技術的原理和近期進展［Ｊ］．生物化學與生物物理進展，２００９，３６（１２）：１６２６－１６３４．
�。郏矗莶辉敚菗p傷微測技術與膜片鉗技術的主要區(qū)別［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１０－０２－２４）
【開放式討論教學在生命科學的應用論文】相關文章：
生命科學概論的教學探討論文10-29
生命科學的論文07-02
淺析案例教學在經(jīng)濟法教學中的應用探討論文10-30
淺談生命科學領域電分析化學的應用論文07-11
生命科學的論文【推薦】07-03
物理教學中的開放式教學教育論文08-23
水電企業(yè)項目管理中的應用探討論文09-18
初中物理多媒體技術應用探討論文07-28
生命科學淺論論文模板07-07