周宇荀

(東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620)

一、 “高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程的特點(diǎn)

“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”是我校(東華大學(xué))為生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)碩士研究生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)必修課，它是在細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，深入解析真核細(xì)胞的化學(xué)本質(zhì)及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、代謝、物質(zhì)傳遞、信息交流(包括細(xì)胞與外部環(huán)境及細(xì)胞之間)的分子基礎(chǔ)及機(jī)制，并介紹細(xì)胞生物學(xué)研究的最新動(dòng)態(tài)、研究成果及研究技術(shù)，訓(xùn)練生物學(xué)相關(guān)方向的研究生為從事科研工作做理論準(zhǔn)備。

進(jìn)入我校生物化學(xué)和分子生物學(xué)碩士學(xué)位點(diǎn)學(xué)習(xí)的學(xué)生絕大部分已經(jīng)在本科階段完成了“生物化學(xué)”“細(xì)胞生物學(xué)”“普通遺傳學(xué)”“分子生物學(xué)”等課程的學(xué)習(xí)，但很多碩士生導(dǎo)師的研究方向卻并非傳統(tǒng)的生物學(xué)科，而是與生物交叉的生物材料領(lǐng)域。因此在教學(xué)內(nèi)容安排上，既要提高細(xì)胞生物學(xué)的理論深度，緊跟生物學(xué)研究領(lǐng)域的前沿，又要結(jié)合本學(xué)位點(diǎn)的研究特色，在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)幫助學(xué)生掌握對(duì)他們的研究最有用的知識(shí)。與本科生教學(xué)相比，碩士研究生的專業(yè)課教學(xué)除了給學(xué)生介紹更加深入抽象的理論知識(shí)以外，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)指導(dǎo)科學(xué)研究，解決在科研中遇到的實(shí)際問(wèn)題的能力。由于我校生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)的碩士生大多來(lái)自其他院校，很多學(xué)生在本科階段沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)專業(yè)英語(yǔ)，對(duì)科技文章的寫(xiě)作方式、句型結(jié)構(gòu)及語(yǔ)法等不熟悉，專業(yè)詞匯不足，而研究生階段需要閱讀大量的英文文獻(xiàn)甚至用英文寫(xiě)作，他們亟需提高英文讀寫(xiě)能力。因此我們希望通過(guò)“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程的教學(xué)，使學(xué)生從動(dòng)態(tài)的角度了解和掌握細(xì)胞生物學(xué)的理論和最新的研究成果，以及相關(guān)的研究思路與技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生從自己課題的角度出發(fā)設(shè)計(jì)與細(xì)胞相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科研能力，也能對(duì)他們的專業(yè)英語(yǔ)閱讀理解和寫(xiě)作能力的提高起到促進(jìn)作用。為此，我們?cè)诮虒W(xué)中從參考書(shū)選擇，課程內(nèi)容安排及國(guó)際化等方面進(jìn)行了積極探索。

二、 “高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程教學(xué)改革措施

1. 選擇英文原版教材作為主要教學(xué)參考書(shū)

我們選用了John Wiley & Sons出版公司2012年出版的由杰拉德·卡普(Gerald Karp)編寫(xiě)的CellandMolecularBiology:ConceptsandExperiments(第6版)[1]作為主要教學(xué)參考書(shū)，全書(shū)分為18章，涵蓋了從靜態(tài)的細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)，包括細(xì)胞膜及主要細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)功能，到動(dòng)態(tài)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、增殖、基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞間的信息交流、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫應(yīng)答及細(xì)胞凋亡等幾乎所有與細(xì)胞生命活動(dòng)相關(guān)的理論知識(shí)，并配有750幅制作精美的插圖，幫助讀者理解重要的概念和過(guò)程，以及蛋白質(zhì)等生物大分子在細(xì)胞中的定位。該書(shū)特別注重基本概念的解析，例如分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、細(xì)胞器的動(dòng)態(tài)特征、運(yùn)用化學(xué)能維持細(xì)胞活動(dòng)和生物大分子的準(zhǔn)確合成以及調(diào)控細(xì)胞活動(dòng)的分子機(jī)制等。

該書(shū)的另一大特點(diǎn)就是將理論知識(shí)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)緊密相連。因?yàn)榧?xì)胞及分子生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，學(xué)習(xí)者應(yīng)該了解每一個(gè)重大成果的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，以培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣和掌握科學(xué)研究的方法。該書(shū)對(duì)每一個(gè)重要結(jié)論都提供了足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)加以驗(yàn)證，對(duì)一些關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)手段和研究方法的重要特性進(jìn)行了詳細(xì)描述。為了強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重要性，該書(shū)在有些章節(jié)的最后特意增加了一個(gè)單元“Experimental Pathway”(實(shí)驗(yàn)的途徑)，詳細(xì)描述了一些重要發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。為了增加該教材的趣味性和可讀性，每章還加入了The Human Perspective(人類的前景)單元，解析人類疾病與細(xì)胞和分子水平活性異常的關(guān)聯(lián)，并說(shuō)明基礎(chǔ)研究在疾病診斷和治療中的重要性。

該書(shū)作者深諳科技文章的寫(xiě)作技巧，盡管用母語(yǔ)寫(xiě)作，但詞匯運(yùn)用絕不生僻難懂又不失豐富生動(dòng)；句式結(jié)構(gòu)富于層次，語(yǔ)法運(yùn)用規(guī)范，便于讀者理解。無(wú)論是內(nèi)容的博大精深還是文字的純熟優(yōu)美，該書(shū)都堪稱專業(yè)教科書(shū)的經(jīng)典之作。

2. 教學(xué)內(nèi)容選擇

本學(xué)科點(diǎn)的碩士研究生同期還學(xué)習(xí)“分子遺傳學(xué)”和”分子生物學(xué)“兩門(mén)專業(yè)必修課，這兩門(mén)課程的主要授課內(nèi)容都與生物體發(fā)育、基因組和基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)，因此有關(guān)DNA和RNA的內(nèi)容即從“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程教學(xué)大綱中刪除，以避免與前兩門(mén)課程的內(nèi)容重復(fù)。而細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究是解析蛋白質(zhì)功能和細(xì)胞增殖、衰老、死亡(包括凋亡)等重要生命活動(dòng)調(diào)控機(jī)制的重要手段，對(duì)于生物專業(yè)的基礎(chǔ)研究非常重要，而在本科階段的教學(xué)中又沒(méi)有系統(tǒng)講解，因此這一部分內(nèi)容是本課程的必講部分。

生命的本質(zhì)是化學(xué)的，一切生命活動(dòng)都通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管在本科生的“生物化學(xué)”課程中對(duì)四種生物大分子(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖、核酸)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但是對(duì)其結(jié)構(gòu)組成和變化與功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)系只是點(diǎn)到即止。因此在本課程“生命的化學(xué)本質(zhì)”一章中，將深入介紹蛋白質(zhì)主要結(jié)構(gòu)域發(fā)揮生物功能的機(jī)制，以及關(guān)鍵氨基酸的變化如何影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)從而影響其功能。

細(xì)胞的外環(huán)境，包括細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞的連接在細(xì)胞生命活動(dòng)中的重要性常常被很多教科書(shū)忽視，而細(xì)胞外基質(zhì)在維持細(xì)胞生存、介導(dǎo)細(xì)胞間的信息交流、抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移等方面的功能越來(lái)越受到關(guān)注，生物材料被植入人體后首先接觸的就是細(xì)胞的外環(huán)境，材料與外環(huán)境中的基質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白聚糖的相互作用，既對(duì)材料的理化特性產(chǎn)生影響，又會(huì)對(duì)細(xì)胞正常生長(zhǎng)和細(xì)胞間信號(hào)傳遞產(chǎn)生干擾，從而引起生物體局部甚至整體的不良反應(yīng)。因此對(duì)細(xì)胞外環(huán)境的組成和細(xì)胞間連接及交流方式的了解，以及對(duì)它的生物相容性和安全性評(píng)價(jià)至關(guān)重要，這也是本課程“細(xì)胞與環(huán)境的相互作用”章節(jié)要介紹的內(nèi)容。

細(xì)胞膜是細(xì)胞的重要組成部分，也是細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。但在本科教學(xué)中重點(diǎn)介紹的是細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)及其選擇透過(guò)性在細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換中的作用，因此在本課程“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”一章中，我們將對(duì)細(xì)胞膜蛋白的結(jié)構(gòu)功能、細(xì)胞膜的可興奮性和在神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)中的作用進(jìn)行詳細(xì)解析，以幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)生物膜和神經(jīng)元的理解。

細(xì)胞骨架除了維持細(xì)胞形狀、為細(xì)胞提供機(jī)械支持以外，還是一切與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)有關(guān)的生命活動(dòng),包括胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、有絲分裂中染色體的分配、細(xì)胞移動(dòng)、胚胎發(fā)育的器官分化、神經(jīng)元軸突的形成及肌肉收縮等的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是細(xì)胞骨架往往是經(jīng)典細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)中被忽視或一筆帶過(guò)的內(nèi)容。對(duì)于生物材料研究來(lái)說(shuō)，細(xì)胞骨架的作用尤為重要。例如生物材料在骨骼修復(fù)中扮演了重要的角色，而骨組織的再生離不開(kāi)機(jī)械刺激，細(xì)胞受到機(jī)械刺激后將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)，引起一系列下游反應(yīng)，細(xì)胞骨架在力學(xué)信號(hào)的感受及轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮了重要作用。因此在“細(xì)胞骨架及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)”一章中，我們將系統(tǒng)介紹細(xì)胞骨架及相關(guān)蛋白，包括它們的蛋白組成、裝配過(guò)程、作用方式以及生物學(xué)功能。

本課程的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排如表1所示。

表1 “高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

3. 課程教學(xué)的國(guó)際化探索

2016年，“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程獲得了“東華大學(xué)國(guó)際大師研究生課程建設(shè)項(xiàng)目”立項(xiàng),我們邀請(qǐng)了美國(guó)密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的王蘇河教授來(lái)主講。王教授在英國(guó)University of Strathclyde取得博士學(xué)位，并在美國(guó)密歇根大學(xué)從事了20余年生命科學(xué)領(lǐng)域的研究，主要研究方向?yàn)榧膊〉募?xì)胞凋亡途徑、基因表達(dá)調(diào)控及自主免疫的機(jī)制，發(fā)表論文50多篇，具有扎實(shí)的細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)理論功底和豐富的科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，是本課程“國(guó)際大師”的理想人選。

王教授推薦了另一本教學(xué)參考書(shū)，James R.Morris等編著的HowLifeWorks[2]。在教學(xué)大綱的框架內(nèi)，王教授重新制作了全部的課件，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新規(guī)劃，增加了很多更易理解的示意圖，減少了PPT上的文字比重，每章的內(nèi)容也更為集中，突出重點(diǎn)，在一些重要知識(shí)點(diǎn)上介紹得更為細(xì)致深入。

(1) 內(nèi)容安排。既有宏觀視野上的連續(xù)性，又有微觀角度的深入點(diǎn)，基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)證據(jù)相得益彰。在授課內(nèi)容的安排上王教授不僅重視知識(shí)的連貫性，而且更好地把握了重點(diǎn)，點(diǎn)面結(jié)合，深淺適宜。例如在“緒論”部分，原先安排2學(xué)時(shí)，主要介紹細(xì)胞學(xué)的起源、細(xì)胞的定義與特性，以及最新的細(xì)胞生物學(xué)研究成果，包括胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞、誘導(dǎo)性干細(xì)胞及其應(yīng)用前景等。王教授將“緒論”部分調(diào)整為4學(xué)時(shí)，在介紹細(xì)胞學(xué)說(shuō)時(shí)，把細(xì)胞的形成和生物的演化結(jié)合在一起，從原核、真核和古細(xì)菌這三大類生物的演化歷程出發(fā)，結(jié)合遺傳學(xué)、分子生物學(xué)的知識(shí)，動(dòng)態(tài)展示了生命從單細(xì)胞原核生物到高等哺乳動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程，從而得出生物既有同一性又有多樣性的結(jié)論，并通過(guò)引入大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，生動(dòng)地證明了生物進(jìn)化論的合理有效性，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)也幫助學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法和證明邏輯。

在授課過(guò)程中王教授還結(jié)合自己的研究工作介紹學(xué)科前沿知識(shí)。例如，在講授“細(xì)胞信號(hào)與轉(zhuǎn)導(dǎo)”一章的“細(xì)胞凋亡信號(hào)”部分時(shí)，她介紹了由細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的自體免疫型甲狀腺炎的發(fā)病原理，解析了自身炎癥細(xì)胞分泌的干擾素/白介素1→Fas蛋白→甲狀腺細(xì)胞凋亡的通路，言簡(jiǎn)意賅，令人印象深刻。

(2) 授課形式。本課程采用全英文授課，并引入課堂討論，氣氛活躍。任課教師制作的課件圖片比例高，每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都附加了至少一張圖片以幫助學(xué)生理解，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力。對(duì)于重點(diǎn)介紹的內(nèi)容，會(huì)采用不同來(lái)源和角度的圖片加以反復(fù)說(shuō)明，例如在“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能”一章中，動(dòng)作電位的產(chǎn)生和神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)是重點(diǎn)內(nèi)容之一，僅關(guān)于動(dòng)作電位的圖片就用了30幅，全方位展示了動(dòng)作電位產(chǎn)生的全過(guò)程，涉及分子機(jī)制、傳導(dǎo)方式、神經(jīng)元與之配合的結(jié)構(gòu)，以及與之有關(guān)的神經(jīng)元疾病的發(fā)病原因等具體而完整的內(nèi)容，使學(xué)生加深印象。

本課程采用全英文授課，考慮到學(xué)生的接受程度，任課教師借助提問(wèn)和課堂討論及課堂小測(cè)驗(yàn)評(píng)估教學(xué)效果，根據(jù)學(xué)生反映的問(wèn)題和遇到的困難，及時(shí)調(diào)整上課節(jié)奏，以滿足大部分學(xué)生的進(jìn)度要求。盡管一些學(xué)生的英語(yǔ)表達(dá)不好，但教師仍然嚴(yán)格要求他們用英語(yǔ)提問(wèn)和回答問(wèn)題，并對(duì)積極提問(wèn)和回答問(wèn)題的學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，活躍課堂氣氛。經(jīng)過(guò)“東華大學(xué)國(guó)際大師研究生課程建設(shè)項(xiàng)目”的立項(xiàng)，“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”課程在授課內(nèi)容、課件質(zhì)量、授課形式等方面進(jìn)行了改革，教學(xué)效果顯著提升，為本碩士點(diǎn)其他專業(yè)課程教學(xué)的國(guó)際化探索提供了有益的借鑒。

三、 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)“東華大學(xué)國(guó)際大師研究生課程建設(shè)項(xiàng)目”的立項(xiàng)資助，我校“高級(jí)細(xì)胞生物學(xué)”碩士研究生課程教學(xué)成功地進(jìn)行了國(guó)際化探索，從授課內(nèi)容、上課形式和考試方式上都更多地借鑒了國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生近距離接觸國(guó)際大師，開(kāi)闊了視野，提高了從事科研工作的興趣和熱情，收到了很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] KARP Gerald. Cell and molecular biology: Concepts and experiments[M]. 6th ed. John Wiley & Sons, Inc, 2012.

[2] MORRIS J R, HARTL D L, KNOLL A H, et al. How life works: From organisms to the environment, and evolution[M]. W H Freeman & Co, 2015.