细胞生物学是以细胞为研究对象,从整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次,以动态的观点,研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。它作为生命科学的四大前沿学科之一,与分子生物学、神经生物学和生态学并列[1],是学习分子生物学和遗传学的基础。随着该学科新技术和新方法的建立,细胞生物学已成为各大高校医学、农学和生物学等专业的一门必修课[2],反应出细胞生物学在未来生命科学领域的重要性。自从我校生命科学院成立以来,细胞生物学就是生物科学、生物技术专业的学科基础、必修课和主干课,是学生在我校的医学大背景下理解疾病形成中的遗传和分子生物学过程的基础,是理解包括分子靶向、干细胞疗法等新颖的转化医学手段的基础,其学科地位不可替代。
二细胞生物学教学中存在的问题
随着先进生命科学“大数据”时代的到来,无论是基础理论还是应用技术研究,细胞生物学都处于生命科学最活跃的领域,知识更新快、内容丰富且深奥难懂。我院生物技术专业的本科学生多为专业调剂,初高中生物学基础知识欠扎实,学科兴趣不足,学生自主学习的能力较弱。如果教学只按图索骥照本宣科,根本无法调动他们学习的积极性。另外,课本知识过于陈旧,无法适应新时代学科发展的需要。尽管近些年部分教师已开始引导学生通过查阅文献、综述总结的方法接触细胞生物学领域最前沿的知识,但大多止步于盲目填鸭式罗列国外文献数据,没有加以甄别和指导,学生很容易在复杂的信息和数据中丧失学习的信心。因此,如何使细胞生物学教学紧跟学科发展的步伐,使学生在有限的学时中既能具备扎实的细胞生物学基础知识和基本技能,又使学生及时掌握最新的细胞生物学理论和应用技术,能为他们将来的考研深造学习阶段和日益剧烈的职场竞争中打下良好的基础,这成为生物技术专业本科生细胞生物学教学中待解决的问题。仅靠教师讲授为主的传统教学方法和教学模式已不适应目前学科的发展和人才培养的需求,难以提高教学质量。
三以问题为导向的教学方法(PBL)的优势
1969年美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创了一种以问题为导向的教学方法———PBL(Problem-Basedlearning)教学法[3],它倡导让学生通过自学、分析、讨论和合作解决问题,从而培养学生自主学习能力,发展学生综合思考能力。这种以问题为基础,以学生为主体,以教师为导向的启发式教育,以培养学生的能力为教学目标的教学方法与传统的教学方法相比有诸多优势。
1突出学生的主体地位
PBL教学法强调以学生的主动学习为主,而不是传统教学中的以教师讲授为主;通过设计真实性任务,强调把学习融入到复杂的、有意义的问题情景中,通过学习者的自主探究和合作来解决问题,从而学习隐含在问题背后的科学知识,培养解决问题的技能和自主学习的能力[4,5]。
2提高学生对细胞生物学的学习兴趣
细胞生物学基础知识内容较多且大部分深奥难懂,传统教学模式主要通过教师制作丰富的多媒体课件将知识灌输给学生,起初能够激起学生兴趣,但随着知识的不断深入,学生就会感觉枯燥无味,学习的积极性大大降低。而PBL教学可通过设计与日常生活息息相关的医学实践问题,使学生充分认识自己的主人翁意识,主动运用细胞生物学知识解决这些问题。这种“提出问题———解决问题———归纳总结”的教学方法不但使学生巩固了先前学过的知识,而且激发了他们主动学习新知识的动力。
3拓宽了学生的知识面
PBL教学中,为了解决教师提出的问题,学生必须查阅相关文献和收集材料。在这个过程中,学生不仅可以掌握本课程重点内容,而且可以了解相关领域的热点以及前沿进展,拓宽了学生的知识面,有利于知识的理解和融会贯通。
4培养了学生团队协作意识
PBL教学中需要小组成员分工查阅、收集和整理材料,一起合作讨论、总结、制作多媒体课件,最后安排一人进行陈述。通过此过程让学生意识到团队协作的重要性,增强团队意识。经过多轮合作还有利于各位成员挖掘自己的潜力、发挥各自特长、树立自信。
5增强了教师自身素质
PBL教学过程中,教师虽然不再是主体,但导向作用不容忽视。首先在“提出问题”阶段,教师要根据本堂课应该教授的基本知识,结合该领域前沿热点,设计出合理的案例,使学生通过解决此案例,既掌握了课本知识又了解了很多相关领域的前沿进展;其次在学生“解决问题”阶段,还需要尽可能回答学生提出的问题引导学生向正确的方向查阅资料;最后在“归纳总结”部分,教师还需要运用丰富的知识对遗留问题进行解释,并对整个讨论结果进行总结。这就要求教师不仅熟练地掌握本学科及相关学科的知识,而且要深入广泛了解相关领域前沿进展,对知识具有融会贯通、灵活运用的能力。在此过程中使得教师拓宽知识面,增加知识储备,完善知识结构,促进教与学的互动,真正做到教学相长。
四PBL在生物技术专业本科生细胞生物学教学中的具体实施方法
为了能够在我院生物技术专业本科生细胞生物学教学中顺利开展PBL教学,并取得良好效果,在开课前,授课教师参加了2012年上海复旦大学举办的PBL教学培训,掌握了相关教学技能。在充分调查了我院生物技术专业本科生知识结构及对细胞生物学知识的掌握情况后,我们制定了如下实施方案。
1实施对象
浙江中医药大学生命科学学院2011级生物技术专业1个班的学生。
2教学内容的选择
我院生物技术专业属于三本专业,学生又大多为专业调剂,初高中生物学基础较弱。因此,在教学过程中,细胞生物学基础知识部分如各种细胞器的结构和功能、细胞膜系统以及细胞骨架等可采用教师多媒体教授的传统教学方法;而本学科的难点以及前沿问题,如细胞的信号转导、细胞的增殖与周期、细胞分化、细胞凋亡与自噬、DNA的损伤与修复以及基因表达调控等则采用PBL教学,以问题为基础,通过收集资料、论证、实施以及总结归纳,使学生切实感受到细胞生物学与人类日常生活间的联系。进而通过自主学习,提高学生自信心,更有利于激发学生学习兴趣。
3教师提出问题
PBL教学中问题的设计非常重要,我们遵循以下原则:第一,根据教学大纲的要求及章节重点内容,结合目前细胞生物学领域的研究热点设计问题;第二,根据生物技术专业学生知识构架,设计难易适中的问题;第三,设计结合日常生活中大家关注的生命科学问题。例如,细胞的信号转导这一章围绕G蛋白偶联受体结构和功能这一知识点,设计了G蛋白偶联受体突变与哪些疾病息息相关?与肿瘤相关的信号转导途径有哪些,如何预防和治疗?针对细胞分化这一章的干细胞这一重点知识,设计了干细胞的临床应用情况如何?干细胞与器官移植等问题。
4学生分组查阅资料
问题提出以后,要分组解决问题。每组5人,分别设立组长负责本组问题的分工、督促查找资料和组织组内讨论等任务。提前一周将问题分发给学生,各小组经过充分的调研和讨论选取共同感兴趣的问题。根据分工,各小组成员开展工作。同时要求教师配合每个小组,随时与各小组进行沟通和答疑。
5课堂讨论
各小组根据分工将材料做成PPT,由组长进行10分钟陈述,组员补充,其他组进行质疑和指正。若交流中出现学生解决不了的问题,教师适当进行启发和引导,如果问题仍解决不了,则由教师解答。
6总结归纳以及教师评价
课堂讨论结束后,首先,学生对本组存在的问题进行归纳总结,自我评价学习过程和学习结果,思考知识、技能、小组成员协作和认知策略各方面的收获。其次,教师应对各小组信息是否完整与前沿、是否有创新与团队合作性、整理资料是否有逻辑性与条理性、是否按时完成、小组成员在小组讨论时的参与积极性以及各组的汇报是否精彩等方面进行评价。同时对于表现优异的小组给予适当奖励,进一步提高学生的参与积极性。总之,为了提高教学质量,培养和提高我校生物技术专业学生的实践创新能力,促进学生综合素质的提高,我们积极进行教学改革。在结合细胞生物学课程特点和生物技术专业学生实际情况下,我们将PBL教学模式引入课堂,并且获得了较好的教学效果。我们希望通过PBL教学模式的实施,能够充分激发学生的学习兴趣及积极性,培养出具有良好学习能力、实践能力及创新能力的高素质人才。
参考文献
[1]翟中和,等.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,2000.
[2]余晓丽等.细胞生物学教学改革与实践[J].南阳师范学院学报,2006,5(6).
[3]BarrowsHS,TamblynRM.Theportablepatientproblempack:aproblem-basedlearningunit[J].JofMedEdu,1977,52(12):1002-1004.
[4]MancyLJ,AnnMP,AnnL,etal.Developingaproblem-basedlearning(PBL)curriculumforprofessionalismandsci-entificintegritytrainingforbiomedicalgraduatestudents[J].MedEthics,2010,36:614-619.
生物医学电子显微学是电镜技术与生物医学相结合的边缘学科,是应用电镜观察研究细胞亚显微结构及其变化,揭示细胞结构与功能的科学技术,对建立现代医学完整形态学知识结构体系及分子生物学的研究至关重要。为生物医学专业研究生开设《生物医学电子显微学》课程,旨在使学员系统地学习超微结构知识,掌握超微结构的研究方法和实用意义,扩大科研思路,为课题设计和研究打下良好的基础。我室在多年教学实践中,经过积极探索,对教学内容、教学方法进行了系统的改革,几年的教学实践证明,这一改革取得了明显的效果。
1构建面向适应能力培养的教学内容
《生物医学电子显微学》的教学对象主要是硕士研究生,其目的是使学员掌握与研究相关的超微结构研究的实验技能,为超微结构研究奠定实验技术基础,拓展课题研究思路。为了使课程具有足够的宽广度和纵深度,并具有前沿性和前瞻性,提高超微结构的研究水平,突出电子显微学在基础医学及临床研究中的应用[1]。首先,将细胞超微结构纳入电镜技术的教学,系统地充实有关新的电镜技术和细胞超微结构的理论知识,把超微结构理论知识与电镜技术整合为生物医学电子显微学,作为一门学科进行建设。通过两部分内容的有机结合,让学员在学习电镜技术时了解细胞超微结构,在学习细胞超微结构的过程中掌握电镜技术。另外注重融合、吸纳本学科前沿的研究成果和实验实例,更新教学内容,将细胞生物学、分子生物学中的新进展、新技术融入教学,增设了培养细胞电子显微学研究技术、特殊组织细胞(如海马)的取材技术、电镜原位杂交技术、硝酸镧示踪技术、钙离子示踪技术等,使课程内容紧密结合基础研究和临床应用,为研究生更好的利用电镜技术为基础医学和临床研究打下基础。为了使研究生更好地进行超微结构研究,我们建立了开放型技术平台[2],为研究生课题研究提供选题设计、实验技术方法、镜下图像观察、结果分析与论文撰写等技术指导,既保证了研究生课题的顺利进行,也促进了本学科实验技术的发展,充实了教学内容。同时多层次与我校形态学专家建立良好的协作关系,聘请他们协助指导研究生超微结构研究工作。
2实施有利于实验技能培养的教学法
改革教学方法,突出对研究生创新能力、实践能力的培养,增进研究生的科学素质;改进训练方法,解决课程中的重点与难点教学,加强实际工作能力的训练;应用多种辅助教学手段,建立互动教学园地,提高了教学质量。
2.1理论教学
在细胞超微结构的教学中采用大量典型的各系统超微结构照片、模式图和事例充实理论教学内容,使学员了解细胞亚显微结构的异常改变与功能变化、发病机理及疾病的关系,从而认识到电子显微学在疾病病因、病情、分型及鉴别诊断中的重要性。在有关电镜的结构与原理的教学中应用多媒体、视频、动画和实物等多种辅助教学方式,将抽象的理论形象化。在讲解样品制备技术时,强调取材的重要性,通过介绍失败事例使学员认识到样品制备在超微结构研究中的重要性。
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2.2实验教学
在实验教学中重点训练学员基本技能,培养动手能力,使其掌握正确规范的实验技能。通过实验教学加强学员对课程的重点、难点的理解和掌握:①突出重点,培养学员的动手能力;②突破难点,使学员掌握电镜操作技能;③强调镜下观察分析的重要性,提高学员的研究能力;④考试、考核并举,重在能力培养。
3新教学法的实施效果
通过教学体系的改革与调整,拓展了教育规模,提高了学员对生物医学电子显微学的认识及科研技能掌握和应用的能力,增加了选课率,增加了研究生在课题研究中的电镜使用率。两年来完成了593人次.2374例的样品测试任务。通过对教学内容、教学方法的改革,以及新技术、新方法在教学中的应用和充实,促进了教员查阅文献的主动性,追踪技术进展的积极性,使教员队伍综合素质整体跃升。通过建立开放型技术平台,促进了电镜实验技术的发展,两年来协助完成科研任务474项,在临床医生和研究生的配合下开展了电镜诊断研究,涉及到肿瘤疑难病例的诊断、肾穿刺活检的电镜诊断、神经.肌肉活检电镜诊断等,开展了对细胞组织起源的鉴定,细胞损伤的早期观察,纳米材料的测定等,既提高了自身的业务水平,又解决了临床疑难,推动了临床科研,提高了电镜的有效使用率,使教学改革成果显著。
[参考文献]
医学细胞生物学作为医学专业基础课程,在临床医学、口腔医学、预防医学、医学检验、医学影像等各个专业中的开设课时都是相同的,作为授课教师,在讲授教学大纲规定的教学内容的基础上,针对不同专业的特点,教学及考核方式要与专业特点相结合,我们应用了各种形成性评价方式来达到这一目的。
1.网络课程实现无纸化考核
医学细胞生物学建设的网络课程在我校点击率排名较高,丰富的内容受到学生的好评,网络课程中上传了课程的教学大纲、考试大纲、教学课件、习题等,学生们不仅可以在网络课程里学习教学内容,而且可以在线做习题练习,可以在线向教师提问,教师也可以统一安排同学们进行无纸化考核。这种评价方式可以随时进行,无人员和场地的限制,极大地方便了教师和学生的交流,也可以体现出学生的平时学习。网络课程中还有教师制作的各类微课课件,有对课堂上的重点难点内容的讲解,学生在课堂上没有吃透的内容,在课余时间可以通过微课继续学习,这对一些学习基础薄弱的同学来讲,提供了一个非常有效的学习平台,在学习的同时,遇到的问题也可以在线留言,教师可以及时的回复问题,这种交流方式可以有效的解决问题,教师和学生面对面交流的机会较少,这就为双方提供了更多的交流机会。
2.口试在形成性评价的应用
现代教育注重创新人才与实践人才的培养,“医学细胞生物学”也是如此。我们要通过各种方式加强对创新人才的培养,给学生创造更多的表达机会,传统的文字考題方式忽略了学生的口语表达能力。教师在日常教学中应注重学生口语表达能力的培养,要求学生在熟知基础知识的同时进行探索,勇于表达自己的看法,教师也要给予创新能力强的学生一定鼓励。医学细胞生物学课程近几年一直在学生中实行口试,一方面是督促同学们的学习,另一方面也是锻炼学生的口语表达能力,评定学生对知识点的掌握和联系,同时也加强了师生间的交流,增加了彼此的相互了解,可以让老师更有效的发现学生在学习中存在的问题,学生也可以向老师反映教学中的问题,教师可以及时调整授课方式,取得更好的教学效果,受到了学生的好评。
3.实验考核
医学细胞生物学是一门形态学科,理论知识很重要,但实验操作也是必不可少的,我们观察细胞以及细胞器的结构组成和功能,是通过各种实验技术来实现的,要做好“医学细胞生物学”教学形成性评价工作,还要重视实验考核的应用。细胞生物学课程是医学院校各专业学生学习的第一门基础医学课程,让学生学会基本的实验操作,同时掌握一些实验仪器的操作方法,既是为医学生学习后续学科奠定基本的操作基础,也是为学生将来进行的科研实践工作奠定基础。在实验过程中不仅要掌握实验目的、实验原理等内容,还要独立完成实验内容,更重要的是要进行结果分析,找出实验失败的原因,教师根据学生的实验内容和结果给出考核分数,激励所有同学认真完成实验,才能起到实验课的效果。
4.设计性实验
医学细胞生物学由于实验课时的限制,我们给学生开设的实验类型少,学生们希望能有更多的机会参与实验,因此我们给学生安排了实验设计,指导学生查阅文献与资料,在网上查其他院校或其他学科的一些实验,结合医学细胞生物学的课程内容,可以将没有安排的实验结合自己的兴趣自行去进行实验设计,要求学写出完整的实验方案,包括实验目的、原理,以及具体的实验内容和实验步骤,在此基础上,可以申报实验室的开放性实验,完成整个的试验计划。这样可以提升学生自主学习的能力,把理论和实验有机的结合起来,锻炼了学生的积极思考问题、分析问题、解决问题的能力。这也是培养学生科研思维的有效方式,可以为学生将来参与教师的科研课题奠定基础,培养他们的研究创新能力。