邱振魯,高曉娟,劉鳳紅,袁雪嬌

(齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200)

1 蓄積毒性的概念及我校環(huán)境生物學(xué)課程設(shè)置特點(diǎn)

蓄積毒性是指低于中毒閾劑量的外來(lái)化合物，反復(fù)多次與機(jī)體持續(xù)接觸，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后使機(jī)體表現(xiàn)出明顯的中毒現(xiàn)象[1]。出現(xiàn)蓄積作用的原理在于這些化合物難以被機(jī)體排出，在體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)上的蓄積和功能上的蓄積，一定時(shí)間以后便會(huì)超過(guò)中毒閾劑量而使機(jī)體中毒。該內(nèi)容在孔繁翔主編的《環(huán)境生物學(xué)》教材中屬于"環(huán)境污染對(duì)生物系統(tǒng)的影響及機(jī)理"部分。該部分介紹環(huán)境污染物從分子、細(xì)胞到生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)層次上對(duì)生物系統(tǒng)的影響，而這些影響要通過(guò)生物檢測(cè)的方法來(lái)測(cè)定，也就是毒性試驗(yàn)。

齊魯理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)的環(huán)境生物學(xué)開(kāi)設(shè)于第四學(xué)期，要早于環(huán)境毒理學(xué)，所以蓄積毒性的原理和蓄積系數(shù)的計(jì)算是教學(xué)中的重難點(diǎn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課環(huán)境毒理學(xué)以及運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行畢業(yè)論文和設(shè)計(jì)都會(huì)起到重要的作用。由于該專業(yè)的學(xué)生并沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)較為深入的生化、生理方面的知識(shí)，單純從生理生化機(jī)制上進(jìn)行分析蓄積毒性作用機(jī)理，只會(huì)讓學(xué)生感到理解上的抽象與困難。針對(duì)該專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和已有的知識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)該部分內(nèi)容教學(xué)進(jìn)行改革，以找出更加適應(yīng)我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生理解該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法就顯得尤為重要。

2 環(huán)境生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用改革的必要性

教學(xué)改革是高等教育教學(xué)發(fā)展的需要。好教師要研究教和學(xué)，善于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)，教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)[2]，而情景設(shè)置和課堂討論法教學(xué)的適應(yīng)性十分廣泛，這種教學(xué)模式對(duì)于高校教學(xué)過(guò)程是必然的要求。環(huán)境生物學(xué)的課程特點(diǎn)決定了在教學(xué)中要貫徹教學(xué)改革。已有相關(guān)教學(xué)研究表明，使用互動(dòng)式教學(xué)可以促進(jìn)師生間交流，取得更好的教學(xué)效果。如明鳳[3]等在現(xiàn)代生命科學(xué)導(dǎo)論課程中使用了小組討論的互動(dòng)式教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。李德紅[4]在生物化學(xué)教學(xué)中大膽進(jìn)行改革，使用了小組教學(xué)法，改善了教學(xué)效果，文章還指出了小組合作教學(xué)法實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。環(huán)境生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)專業(yè)的核心課程，研究生物與人為逆境間的相互關(guān)系，是后續(xù)環(huán)境毒理學(xué)及各種污染治理課程中生物治理方法以及生物修復(fù)的理論基礎(chǔ)所在，在環(huán)境生物學(xué)教學(xué)中貫徹教學(xué)改革，一改以往的講授式教學(xué)模式，必將有助于學(xué)生深入理解環(huán)境生物學(xué)基本原理，并將這些原理應(yīng)用于實(shí)際。

多年來(lái)，我校環(huán)境生物學(xué)采用傳統(tǒng)的多媒體結(jié)合板書(shū)教學(xué)，雖然運(yùn)用了現(xiàn)代化的教學(xué)手段，但是方式上仍然是灌輸式教學(xué)。為了充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生更加理解教學(xué)內(nèi)容在實(shí)踐中的應(yīng)用[5]，在“毒性蓄積”一節(jié)教學(xué)中，采用情景設(shè)置法和課堂討論法教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

3 對(duì)蓄積毒性機(jī)理和蓄積系數(shù)計(jì)算的教學(xué)方法的具體實(shí)施

3.1 課程的引入

使用設(shè)問(wèn)法引入教學(xué)，前面我們學(xué)習(xí)了一般毒性試驗(yàn)中的急性、亞慢性和慢性毒性試驗(yàn)，雖然它們的致病機(jī)理和特點(diǎn)各有不同，但是都要求達(dá)到或超過(guò)中毒閾劑量，那達(dá)不到閾劑量的毒物就不會(huì)引起機(jī)體的中毒么？答案是否定的，通過(guò)本蓄積毒性試驗(yàn)的學(xué)習(xí)和對(duì)蓄積原理的討論、分析以及相關(guān)計(jì)算，我們便能解釋這一問(wèn)題。

3.2 蓄積毒性情景的設(shè)計(jì)及課堂討論

蓄積毒性現(xiàn)象與物質(zhì)在體內(nèi)的代謝特點(diǎn)密切相關(guān)，這類化合物往往不容易被機(jī)體解毒排出，在機(jī)體內(nèi)存留時(shí)間較長(zhǎng)。所以該部分內(nèi)容與之前生物濃縮、生物積累知識(shí)點(diǎn)關(guān)系密切，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)蓄積毒性相關(guān)知識(shí)，將更有助于學(xué)生們對(duì)生物濃縮、生物積累概念的理解，并且進(jìn)一步理解原來(lái)那些抽象概念的實(shí)際應(yīng)用意義。

在學(xué)習(xí)中，學(xué)生能夠身臨其境，親身參與要比單純的傳授式教學(xué)更能激發(fā)他們的積極性，往往效果也更好[6]。然而在實(shí)際的課堂中，很難做到將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂。即便教學(xué)可以再實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，對(duì)毒性試驗(yàn)的操作和數(shù)據(jù)分析也會(huì)讓學(xué)生感到復(fù)雜和無(wú)趣。在本節(jié)課的教學(xué)中，作者將全班設(shè)置成一個(gè)虛擬的環(huán)保局，讓學(xué)生們扮演毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)人員的角色，設(shè)置了關(guān)于食品中重金屬鉛蓄積毒性檢測(cè)的情境。情境設(shè)置如下：

雙山省食品衛(wèi)生局局長(zhǎng)“石武靜”來(lái)電：****虛擬環(huán)保局，你們好，我局有一重要事情請(qǐng)你們幫忙，請(qǐng)你們通過(guò)我們提供的重金屬鉛對(duì)小鼠的毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推斷其在人體內(nèi)的蓄積性，以便于建立食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。虛擬環(huán)保局接線員：好的，很樂(lè)意承擔(dān)任務(wù)，請(qǐng)描述你們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。石武靜：選取100只小鼠，測(cè)定鉛對(duì)其24h的LC50為：4.37mg/L又選取100只同樣健康的小鼠，每次給予鉛含量為0.2mg/L食物，每日監(jiān)測(cè)死亡數(shù)量，從第一天開(kāi)始分別為0，0，0，1，2，4，5，5，8，10，15，18,(以上數(shù)字為每日凈死亡數(shù)字，不包括前日死亡數(shù)目)虛擬環(huán)保局接線員：好的，我馬上安排局內(nèi)相關(guān)人員通過(guò)資料計(jì)算提供鉛的蓄積性。各處任務(wù)：(1) 計(jì)算上述實(shí)驗(yàn)蓄積系數(shù)K并進(jìn)行評(píng)價(jià)；(2)請(qǐng)按劑量定期遞增染毒法和20天蓄積試驗(yàn)法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明評(píng)價(jià) 將上述情境放置在ppt中，由教師扮演衛(wèi)生局局長(zhǎng)，任選一位同學(xué)扮演虛擬環(huán)保局接線員。這樣的情境會(huì)使學(xué)生們身臨其境的感到自己接下來(lái)的計(jì)算真的會(huì)為衛(wèi)生局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定做出自己的一份貢獻(xiàn)。他們自發(fā)按小組認(rèn)真討論蓄積的原理和蓄積系數(shù)K的計(jì)算方法。同時(shí)，教師下發(fā)課堂討論記錄表，要求記錄每個(gè)小組三個(gè)人的發(fā)言以及小組討論結(jié)果匯總。教師總結(jié)歸納該部分內(nèi)容后，學(xué)生們還要在討論報(bào)告上寫(xiě)出本次討論的收獲。

3.3 學(xué)生在課堂討論中的行為

按照教學(xué)的安排，學(xué)生討論時(shí)間為5分鐘，期間教師走到某一小組，傾聽(tīng)他們的討論過(guò)程，討論主要圍繞蓄積的機(jī)理和蓄積系數(shù)K的計(jì)算，在談?wù)摰叫罘e機(jī)理的時(shí)候，某些小組的同學(xué)談到了生物濃縮、生物積累的概念，還有些同學(xué)想到了此類化合物的特點(diǎn)：難代謝，難排出。但是在對(duì)于機(jī)理的討論過(guò)程中，教師也聽(tīng)到了以下錯(cuò)誤的觀點(diǎn)：(1)認(rèn)為是先有了蓄積作用，才發(fā)生生物濃縮和生物積累，搞混了兩者的因果辯證關(guān)系。(2)認(rèn)為蓄積毒性發(fā)生的原因在于多次給予機(jī)體，而沒(méi)有強(qiáng)調(diào)濃縮、積累這樣的關(guān)鍵詞。在談到蓄積系數(shù)K的計(jì)算時(shí)，小組成員仔細(xì)研究討論公式中分子、分母的含義。但也聽(tīng)到了錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，例如認(rèn)為只有當(dāng)K<1的時(shí)候才有蓄積作用發(fā)生。

4 教學(xué)效果的評(píng)價(jià)與分析

4.1 課堂討論記錄結(jié)果統(tǒng)計(jì)

回收的8個(gè)小組的討論記錄中，記錄了24位同學(xué)的討論發(fā)言。其中記錄蓄積公式和蓄積系數(shù)計(jì)算的有18位同學(xué)，記錄蓄積機(jī)理的有10位同學(xué)，有4位同學(xué)在記錄中對(duì)公式、系數(shù)計(jì)算和蓄積機(jī)理均有記錄。在所有的發(fā)言記錄中，描述正確的有13位，占54.17%；其中分析有道理的有14位，占58.33%；兩者發(fā)言記錄都正確的有5人，占33.33%。有2位同學(xué)上交的討論發(fā)言內(nèi)容不相符合，也計(jì)入到上述各項(xiàng)分母中。如圖1、圖2所示。

圖1 學(xué)生課堂記錄內(nèi)容統(tǒng)計(jì)柱狀圖

圖2 學(xué)生課堂記錄情況統(tǒng)計(jì)柱狀圖

4.2 對(duì)教學(xué)結(jié)果的分析

課堂討論發(fā)言記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)于蓄積機(jī)理和蓄積系數(shù)的計(jì)算，每個(gè)問(wèn)題都能有超過(guò)50%的學(xué)生通過(guò)小組討論得到明確的答案，從記錄中描述的語(yǔ)言進(jìn)行分析，這些學(xué)生通過(guò)討論真正理解了蓄積的原因和蓄積系數(shù)的計(jì)算方法。這也可以從選出的幾位同學(xué)對(duì)設(shè)置的情景問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算的匯報(bào)分析中看出。對(duì)于兩者均進(jìn)行發(fā)言的小組記錄較少以及發(fā)言記錄均正確的概率比較低，可能是由于討論和記錄時(shí)間只有5分鐘，多數(shù)組沒(méi)有討論到第二個(gè)問(wèn)題或者是沒(méi)有時(shí)間形成記錄。

5 對(duì)蓄積毒性教學(xué)提出的進(jìn)一步建議與展望

蓄積毒性試驗(yàn)是生物測(cè)試的重要組成部分，這種試驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)那些難以被機(jī)體代謝排出的化學(xué)物質(zhì)，在少量多次接觸的情況下對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的危害。在理論課上讓學(xué)生充分理解蓄積的機(jī)理及蓄積系數(shù)的計(jì)算，有助于對(duì)環(huán)境生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，甚至對(duì)今后學(xué)生們從事污染物的毒理效應(yīng)檢測(cè)工作都會(huì)奠定良好的理論基礎(chǔ)。作者根據(jù)多年環(huán)境生物學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該部分內(nèi)容教學(xué)提出以下建議：第一，理論課與實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合，理論課中學(xué)習(xí)到的蓄積系數(shù)的計(jì)算方法，應(yīng)用到毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)其應(yīng)用價(jià)值。第二，課堂教學(xué)中使用情景設(shè)置法教學(xué)，進(jìn)一步加強(qiáng)分組討論的作用，延長(zhǎng)分組討論的時(shí)間，讓學(xué)生們通過(guò)討論理解更多的知識(shí)點(diǎn)，也可以發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題。第三，重視討論報(bào)告的批閱和反饋，學(xué)生的討論報(bào)告務(wù)必當(dāng)堂記錄，不能夠課后再修改，目的是更多的發(fā)現(xiàn)他們?cè)谟懻撝兴霈F(xiàn)的對(duì)概念、機(jī)理、公式的理解有偏差或者錯(cuò)誤的地方。第四，對(duì)評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革，分組討論以后，可以進(jìn)行分組匯報(bào)，評(píng)價(jià)方式包括組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)，通過(guò)同學(xué)之間的互相評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題。第五，課下針對(duì)課堂理論在實(shí)際中的應(yīng)用案例寫(xiě)成匯報(bào)，進(jìn)一步深入理解課堂所學(xué)知識(shí)。