李小玲,華智銳
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為細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)插上“微翅膀”——以“細(xì)胞骨架”為教學(xué)案例*
李小玲,華智銳
(商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院,陜西 商洛 726000)
隨著信息與通訊技術(shù)的快速發(fā)展,對課程改革也提出了新的要求,傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能滿足學(xué)生對新知識(shí)的需求。隨著“微媒體”的到來,微課、微博、微信作為一種新型的數(shù)字化資源已被廣泛融入常規(guī)教學(xué)中,在信息時(shí)代的今天備受人們的青睞。為了更好地探討微課的應(yīng)用現(xiàn)狀,以細(xì)胞生物學(xué)中“細(xì)胞骨架”為案例,探索了微課助學(xué)模式的應(yīng)用。
細(xì)胞生物學(xué);微課;細(xì)胞骨架;教學(xué)模式
“細(xì)胞生物學(xué)”課程是教育部規(guī)定的生命學(xué)科各專業(yè)學(xué)生必修的7門主干課程之一,在生命科學(xué)教育中占有核心地位[1]。該課程不僅是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科,又是生命科學(xué)的前沿學(xué)科,它是從細(xì)胞的顯微、亞顯微和分子三個(gè)水平對細(xì)胞的各種生命活動(dòng)開展研究的學(xué)科,為生命科學(xué)其他課程提供必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[2]。“細(xì)胞生物學(xué)”作為我校生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的一門必修專業(yè)課,在該專業(yè)人才培養(yǎng)方案中具有非常重要的作用,通過該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生可以更加精確地了解生物體的生長、發(fā)育、分化、繁殖、運(yùn)動(dòng)、遺傳、變異、衰老和死亡等基本生命現(xiàn)象[3];掌握課程的基本原理、內(nèi)容體系相關(guān)的研究手段以及細(xì)胞生物學(xué)在生命科學(xué)中的地位和應(yīng)用,了解生命科學(xué)的最新前沿動(dòng)態(tài),學(xué)生既具有扎實(shí)的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),又具有自己獲取知識(shí)的能力。從細(xì)胞生物學(xué)的角度認(rèn)識(shí)生命和生物科學(xué),為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。根據(jù)生命科學(xué)系的實(shí)際情況,本門課程已是該專業(yè)學(xué)生考研的專業(yè)課之一,通過本門課程的學(xué)習(xí),學(xué)生不但增長了知識(shí),更重要的是能夠?yàn)榻窈蟮目茖W(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
“細(xì)胞骨架”是本課程第九章的內(nèi)容,在此之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞基本知識(shí)概要、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容,“細(xì)胞骨架”的學(xué)習(xí)將使學(xué)生系統(tǒng)了解細(xì)胞的整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系,為探討細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能及生命活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。細(xì)胞骨架體系因其在維持細(xì)胞形態(tài)與保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理布局中起著重要作用;細(xì)胞骨架與一系列重要生命活動(dòng),諸如細(xì)胞內(nèi)大分子的運(yùn)輸與細(xì)胞器的定位及運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞分裂等有著密切的關(guān)系,因此,其研究是細(xì)胞生物學(xué)中一個(gè)及其重要的領(lǐng)域。所以本節(jié)內(nèi)容在細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)中具重要地位。
根據(jù)新時(shí)代課程改革中對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求,對傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行改革勢在必行。而改革的重中之重在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及課堂參與度,呈現(xiàn)以“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的啟發(fā)式教學(xué)模式。目前,商洛學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)“細(xì)胞生物學(xué)”課程課時(shí)共計(jì)64學(xué)時(shí),理論課48學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)。
鑒于本課程具有微觀、抽象難懂、內(nèi)容復(fù)雜等特點(diǎn),加之既是生命科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科又是前沿性學(xué)科,因此,在教學(xué)上不僅要確保學(xué)生能夠熟練掌握相關(guān)的基礎(chǔ)性知識(shí),又要涉及生命科學(xué)中最新的前沿動(dòng)態(tài),從而更好地滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。我們嘗試了基于MOOC的微課教學(xué)模式,主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括課前教師發(fā)布微課視頻、課堂講授、探討及課后反饋等教學(xué)活動(dòng)[4],基于問題的教學(xué)和情景認(rèn)知理論是微型課程的主要理論基礎(chǔ)[5]。微課教學(xué)實(shí)施對象為商洛學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)2014級(jí)1班和2班學(xué)生,針對本校細(xì)胞生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容及特點(diǎn)設(shè)計(jì)微課類型,在細(xì)胞骨架內(nèi)容講授中主要采用的微課類型為演示型微課,選擇細(xì)胞質(zhì)骨架中微管的功能錄制微課視頻,通過精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程,確保微課視頻構(gòu)圖清晰、內(nèi)容短小精悍、字幕清楚、實(shí)用性強(qiáng),能夠充分體現(xiàn)真實(shí)的教學(xué)情境,且能反映教師的教學(xué)風(fēng)貌。課前及時(shí)發(fā)布微課視頻,課內(nèi)鞏固及課后強(qiáng)化。
本節(jié)課的授課對象是我校生物技術(shù)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)的學(xué)生。在此之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“細(xì)胞生物學(xué)”課程中細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)內(nèi)容,為探討細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能及生命活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。但是由于學(xué)生基礎(chǔ)不同,分析問題解決問題的能力不同,可能對知識(shí)的接受能力也存在差異。另外,細(xì)胞生物學(xué)內(nèi)容抽象難懂、知識(shí)點(diǎn)多。因此,為了將深?yuàn)W難懂的理論知識(shí)具體、直觀、形象地呈現(xiàn)出來,需要借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)[6]。在講授本節(jié)課的時(shí)候,教師提前發(fā)布錄制的微課視頻,學(xué)生在課前完成自主學(xué)習(xí),課堂上教師通過設(shè)置問題情境,從微課的重點(diǎn)內(nèi)容中提煉一些具有綜合性的討論話題,作為課堂討論的內(nèi)容。這樣不僅使學(xué)生加深了對課堂教學(xué)知識(shí)的理解,還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究思維、文獻(xiàn)查閱、語言表達(dá)和團(tuán)隊(duì)合作能力[7]。
3.3.1 認(rèn)知目標(biāo)
熟悉細(xì)胞骨架的概念、類型及分布,掌握細(xì)胞骨架的組裝及功能。
3.3.2 技能目標(biāo)
利用所學(xué)知識(shí)探討細(xì)胞骨架與人體健康的關(guān)系。
3.3.3 情感目標(biāo)
關(guān)注老年人的健康狀況,培養(yǎng)學(xué)生關(guān)愛老人、關(guān)注社會(huì)問題的社會(huì)情操。
教學(xué)內(nèi)容包括細(xì)胞骨架的概念及功能、微管的概念、微管的分子結(jié)構(gòu)、微管的組裝、微管的功能。
教學(xué)重點(diǎn):細(xì)胞骨架的概念及微管的功能。
教學(xué)難點(diǎn):微管的組裝。
教學(xué)方法:包括演示法、講授法、提問法、多媒體輔助教學(xué)法。
3.7.1 問題導(dǎo)入與互動(dòng)分析
采用視頻導(dǎo)入,播放阿爾茲海默癥的公益廣告視頻,通過設(shè)問學(xué)生該疾病產(chǎn)生的原因,導(dǎo)出它與細(xì)胞骨架之間的關(guān)系,提示學(xué)生在生活中要關(guān)愛老年人,關(guān)注健康。展示人的骨骼系統(tǒng)照片,引起學(xué)生興趣,告訴學(xué)生“人”有一定的形態(tài)是由于有骨骼系統(tǒng)作為支架維持其外表結(jié)構(gòu)。而人體是由細(xì)胞構(gòu)成的,因此,細(xì)胞為什么能維持一定的形態(tài)?
3.7.2 授課
授課內(nèi)容:結(jié)合有關(guān)圖片、動(dòng)畫講授。
細(xì)胞骨架是指存在于真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)架體系。以下介紹狹義和廣義兩種概念。
狹義:在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中包括微絲、微管和中間纖維。
廣義:細(xì)胞質(zhì)、骨架核骨架(ncleoskeleton)、核纖層(nclear lamina)和細(xì)胞外基質(zhì)(extracelllar matrix),形成貫穿于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞外的一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
展示熒光顯微鏡下細(xì)胞骨架的圖像,加強(qiáng)學(xué)生對細(xì)胞質(zhì)骨架的認(rèn)識(shí)。
微管(Microtble,簡稱“MT”),由微管蛋白組成的管狀結(jié)構(gòu)。在胞質(zhì)中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),作為運(yùn)輸路軌并起支撐作用,對低溫、高壓和秋水仙素敏感。
3.7.2.1 分子結(jié)構(gòu)
微管是由13條原纖維構(gòu)成的中空管狀結(jié)構(gòu),直徑22~25 nm。每一條原纖維由微管蛋白二聚體線性排列而成,微管蛋白二聚體由結(jié)構(gòu)相似的α和β微管蛋白構(gòu)成。
α微管蛋白結(jié)合的GTP從不發(fā)生水解或交換。β微管蛋白也是一種G蛋白,結(jié)合的GTP可發(fā)生水解,結(jié)合的GDP可交換為GTP。
微管具有極性,(+)極生長速度快,(-)極生長速度慢。(+)極的最外端是β球蛋白,(-)極的最外端是α球蛋白。微管形成的部分結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,比如軸突、纖毛、鞭毛,這是由于微管結(jié)合蛋白的作用和酶修飾造成的。大多數(shù)微管處于動(dòng)態(tài)組裝和去組裝狀態(tài)(比如紡錘體)。
3.7.2.2 體外微管裝配條件
微管蛋白濃度:低于臨界濃度時(shí),不發(fā)生微管聚合。
最適pH:6.9.
離子:去Ca2+,存Mg2+。
溫度:37 ℃裝配,0 ℃解聚。
GTP供應(yīng)。
3.7.2.3 體內(nèi)微管裝配動(dòng)態(tài)
微管裝配的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性是指微管裝配生長與快速去裝配的一個(gè)交替變換的現(xiàn)象。
動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因:微管兩端具GTP帽(取決于微管蛋白濃度),微管將繼續(xù)組裝;反之,無GTP帽則解聚。
3.7.2.4 微管組織中心
微管在生理狀態(tài)或?qū)嶒?yàn)處理解聚后重新裝配的發(fā)生處稱為微管組織中心(microtble organizing center,簡稱“MTOC”)。微管進(jìn)行組裝的區(qū)域都具有γ微管球蛋白,如中心體、鞭毛基體。
常見微管組織中心有以下幾個(gè):①間期細(xì)胞MTOC。中心體(動(dòng)態(tài)微管)。②分裂細(xì)胞MTOC。有絲分裂紡錘體極(動(dòng)態(tài)微管)。③鞭毛纖毛細(xì)胞MTOC?;w(永久性結(jié)構(gòu))。
3.7.2.5 細(xì)胞質(zhì)骨架的功能
采用協(xié)作式教學(xué)方法,將學(xué)生隨機(jī)分為4小組,以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),讓學(xué)生在課前觀看微課視頻的基礎(chǔ)上,通過觀察圖片、動(dòng)畫分組探討細(xì)胞質(zhì)骨架的功能及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其功能,教師針對學(xué)生回答情況進(jìn)行評價(jià)并總結(jié)。
具體流程:①教師向各小組分發(fā)討論圖片并布置討論任務(wù);②各小組成員圍繞問題進(jìn)行探討;③教師提問,通過看圖及查閱文獻(xiàn)是否得出細(xì)胞質(zhì)骨架的功能,能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其功能;④各小組學(xué)生代表作答及小組間交流;⑤教師對各小組回答進(jìn)行評價(jià)。
3.7.2.6 教師總結(jié)
教師展示小腸上皮細(xì)胞微絨毛圖片。
總結(jié):微絨毛屬于細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu),微絲構(gòu)成微絨毛的中軸。使用微絲的特異性藥物,比如細(xì)胞松弛素B處理細(xì)胞,導(dǎo)致微絲解聚后,觀察細(xì)胞形態(tài),分析細(xì)胞是否皺縮,從而證實(shí)微絲構(gòu)成細(xì)胞支架,維持細(xì)胞形態(tài)的功能。
教師展示細(xì)胞有絲分裂過程中收縮環(huán)及紡錘體圖片
總結(jié):收縮環(huán)和紡錘體是有絲分裂中兩個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu),收縮環(huán)是胞質(zhì)分裂開始時(shí),由大量平行排列的微絲束構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu),其收縮導(dǎo)致形成兩個(gè)子細(xì)胞,收縮的機(jī)制是微絲組成成分中肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的相對滑動(dòng)造成的,通過用微絲的特異性藥物如細(xì)胞松弛素B處理細(xì)胞,破壞微絲后觀察是否有雙核現(xiàn)象,從而證實(shí)細(xì)胞骨架參與收縮的功能;而紡錘體是細(xì)胞有絲分裂前期到末期的一個(gè)特殊細(xì)胞器,由不同類型的微管構(gòu)成,從而牽引染色體平均分配到兩級(jí),用微管的特異性藥物如秋水仙素處理細(xì)胞,觀察是否有染色體加倍現(xiàn)象,從而證實(shí)微管參與染色體運(yùn)動(dòng)的功能。
教師展示細(xì)胞中的重要細(xì)胞器及細(xì)胞骨架中微管的分布圖。
總結(jié):細(xì)胞器中中心體是微管組織中心,微管由此形成并延伸,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)走向與微管一致,高爾基體空間結(jié)構(gòu)的維持也與微管有關(guān)。
知識(shí)拓展:現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),用微管的特異性藥物如秋水仙素處理細(xì)胞后,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)變圓,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)縮回,高爾基體解體,物質(zhì)運(yùn)輸癱瘓。此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了細(xì)胞骨架中微管的空間組織作用,其起到維持細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的定位和分布的作用。
教師展示膜泡運(yùn)輸?shù)膭?dòng)畫。
總結(jié):將細(xì)胞比喻為能制造貨物的工廠,將膜泡比喻為能運(yùn)輸貨物的汽車,細(xì)胞骨架就像公路,是汽車行駛的軌道,以形象比喻讓學(xué)生通俗理解細(xì)胞骨架如何參與膜泡運(yùn)輸。還可采用案例回溯的方法,請同學(xué)分析先導(dǎo)案例中阿爾茲海默癥與細(xì)胞骨架物質(zhì)運(yùn)輸功能的關(guān)系。
教師總結(jié):一旦軌道出現(xiàn)問題,就難以確保貨物的正確運(yùn)輸,人體就會(huì)出現(xiàn)疾病,如阿爾茲海默癥,展示微管及微管結(jié)合蛋白圖片,指出微管結(jié)合蛋白(tau)在微管功能發(fā)揮中的作用,指出微管結(jié)合蛋白異常磷酸化將會(huì)導(dǎo)致微管解聚,神經(jīng)元軸突轉(zhuǎn)運(yùn)受損,引起突觸丟失,神經(jīng)元功能損傷,這是導(dǎo)致阿爾茲海默癥的根本原因,與第一部分進(jìn)行呼應(yīng),緊扣主題。
3.7.3 小結(jié)
結(jié)合有關(guān)圖片通過板書進(jìn)行小結(jié),具體包括以下內(nèi)容:結(jié)構(gòu)與支持、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、收縮與運(yùn)動(dòng)、空間組織。
3.7.4 課后任務(wù)
查閱細(xì)胞骨架與疾病相關(guān)文獻(xiàn),與第一部分呼應(yīng),繼續(xù)啟迪思考,提出符合學(xué)生能力培養(yǎng)的課程任務(wù)。
通過調(diào)查問卷分析表明:學(xué)生普遍認(rèn)可微課助學(xué)模式,認(rèn)為微課能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的占總調(diào)查人數(shù)的96%;認(rèn)為微課助學(xué)可以加強(qiáng)師生互動(dòng)及體現(xiàn)知識(shí)之間的聯(lián)系,提高學(xué)生答疑解惑的能力及課程知識(shí)的內(nèi)化程度的占總調(diào)查人數(shù)的100%;僅有5%的學(xué)生認(rèn)為微課助學(xué)在課時(shí)安排、時(shí)間分配方面尚需探討;98%的學(xué)生認(rèn)為微課助學(xué)能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、提高學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)能力及課堂參與度,值得廣泛應(yīng)用。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,本人能積極參加各類微課教學(xué)培訓(xùn)及比賽,自覺提高自身教學(xué)水平,曾獲商洛學(xué)院第二屆微課教學(xué)比賽二等獎(jiǎng)、陜西省第二屆微課教學(xué)比賽二等獎(jiǎng)。本課程在商洛學(xué)院生物學(xué)院開展了首次教學(xué)觀摩活動(dòng),取得了良好的效果,得到了院領(lǐng)導(dǎo)和在場教師的充分肯定,并申報(bào)了商洛學(xué)院2017年教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于MOOC的微課教學(xué)模式研究——以《細(xì)胞生物學(xué)》為例(編號(hào):17jyjx122),并借助我校“細(xì)胞生物學(xué)”精品資源共享課程等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了線上、線下、課內(nèi)、課外的有效銜接,通過師生互動(dòng)學(xué)習(xí),顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)模式。本案例著重以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心,采用理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)手段,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,營造了良好的教風(fēng)與濃厚的學(xué)風(fēng)。
根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)合理安排時(shí)間,達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo),順利完成了教學(xué)任務(wù);本節(jié)內(nèi)容較為抽象,因此,教學(xué)中通過多媒體課件和Flash動(dòng)畫能促進(jìn)學(xué)生理解;教學(xué)方法比較有效,運(yùn)用協(xié)作式教學(xué)方法,增加了師生互動(dòng),活躍了課堂氣氛;通過課后文獻(xiàn)查閱,拓展了學(xué)生的知識(shí)面,鞏固了教學(xué)效果。
尚需完善的部分:根據(jù)本課程性質(zhì),在今后的教學(xué)中需注意將書面語言轉(zhuǎn)換為通俗語言,更加便于學(xué)生的理解;需要投入更多的精力提升學(xué)生對基本概念的準(zhǔn)確理解能力以及對關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的綜合分析能力;需要深入學(xué)生實(shí)際,洞察學(xué)生思想動(dòng)態(tài),加強(qiáng)教學(xué)的針對性,培養(yǎng)學(xué)生的課后自主學(xué)習(xí)能力及加強(qiáng)課后輔導(dǎo)。在教學(xué)中應(yīng)積極采納校內(nèi)外同行專家及校院兩級(jí)督導(dǎo)教師的教學(xué)意見及建議,正確對待學(xué)生的評價(jià),努力提高教學(xué)質(zhì)量。
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李小玲(1980—),女,陜西藍(lán)田人,生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院生命科學(xué)系副教授,主要從事細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)工作。
商洛學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于MOOC的微課教學(xué)模式研究——以《細(xì)胞生物學(xué)》為例”(編號(hào):17jyjx122);商洛學(xué)院2016年度本科教學(xué)工程項(xiàng)目“《細(xì)胞生物學(xué)》精品資源共享課程”
2095-6835(2019)01-0025-03
G434
A
10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.025
〔編輯:張思楠〕