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1、生物工程专业系统生物学课程教学研究论文 摘要系统生物学是本科生物工程专业的专业选修课是一门新兴的交叉学科代表了生物学的未来系统生物学的教学目标是使学生学习和了解学科交叉和多领域融合的研究思路培养学生的系统思维能力笔者在教学活动中通过进行换位思考重新组织教学内容重构教学价值合理运用案例分析串联系统生物学的原理和方法从听众（生物工程专业本科生）的角度出发完成教学调动了学生的学习主动性培养了学生分析、解决问题的能力及创新意识 关键词生物工程；系统生物学；案例教学；教学价值；换位思考 系统生物学是生物科学、生物技术和生物工程专业的前沿专业选修课是生命科学的新研究领域其目的是在系统水平上理解生物体区别于
2、传统意义上以生物分类为研究内容的“老”系统生物学“新”系统生物学的研究属于后基因组时代以坚实的分子生物学知识为基础是对“还原论”和分析方法的反思与超越侧重于“整体论”和综合方法它是建立在分子及其相互作用基础上的生理学被誉为“世纪的生物学”因在诸多医学前沿领域研究中成为重要研究方法而被广泛应用通过学习学生应了解系统生物学课程的基本概念和研究内容掌握生物系统分析和建模的基本原理拓宽视野形成全局观和系统的思维方式从而全面地认识和理解生命现象把握世纪生命科学研究的总体方向为研究生阶段的深造打下基础系统生物学以系统论、实验和计算方法整合研究为特征研究生物系统的组成及其相互关系和系统功能的涌现系统生物学的
3、基本工作流程包括四步第一步是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定描绘出该系统的结构包括基因相互作用网络和代谢途径以及细胞内和细胞间的作用机理以此构造出一个初步的系统模型第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化并把得到的有关信息进行整合第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较并对初始模型进行修订第四步是根据修订后的模型的预测或假设设定和实施新的改变系统状态的实验重复第二步和第三步不断通过实验数据对模型进行修订和精练由此可见系统生物学课程内容多
4、关联的知识面广理论性强知识更新速度快最好配备实验等辅助环节和充足的实验资金这些要求在高校的课程安排中是不可能实现的如我校生物工程专业开设的系统生物学课程学时数偏少且缺少实验等辅助环节因此我们需要针对系统生物学的教学内容和教学实践进行改革与创新在合理的课程知识结构框架下吸收前人和自身授课过程中总结的经验通过灵活应用“换位思考”“注重教学价值”和“案例导向的课题式教学”探索“关注人才培养”的教学方案以期激发学生的学习兴趣提高授课实效希望本文的教学方案可以在其他相关课程教学中推广实验 一、进行换位思考 有学者曾建议在教学中换位主要是角色换位即老师和学生的角色互换老师给定一个科学问题利用一两节课的时间
5、让学生上讲台以教师身份引领大家去分析、解决这些问题而老师则以一名学生的角色去聆听并参与讨论角色换位的目的是锻炼学生主动创新的思维和能力提高他们的学习热情“角色互换式教学”效果显著但也存在不足如由于时间和效率的关系（只能拿出少量的课时进行互换式教学否则教学计划无法完成）教师无法让每位学生都进行角色互换（尤其是公共课绝对没有时间让每位学生都上台讲）也不能每节课都由学生来讲授因此“角色互换式教学”只能作为辅助传统的“老师讲学生听”的方式是不能抛弃的老师依然必须是教学活动的主体这点毋庸置疑本文讲的“换位思考”是指将“角色互换式教学”的思想融入每节课充分提高学生的主动性和学习热情站在听众（学生）的角度换
6、位思考是指授课老师以学生的角色去重新整理教学大纲制定授课计划设计授课讲义这样老师的授课才能贴近学生需求学生才会变得主动、有兴趣以系统生物学为例站在听众（生命科学专业学生）的角度授课教师首先需要解释的是：为什么会出现系统生物学学习这门课能解决什么问题这门课对今后的深造或工作有什么帮助笔者的实践证明在每节课备课时站在学生的角度换位思考重新设计授课讲义会收到意想不到的课堂教学效果使枯燥无味的理论课程变得生动有趣提高学生的主动性和学习热情 二、设计故事情节展开教学内容注重教学价值 笔者认为大学老师授课的主要目的不只是为了传授知识原因有二： 现在是知识爆炸的年代知识是无穷尽的是传授不完的也是无法通过人脑
7、完全记忆的； 现在是网络信息爆炸的年代年轻人（学生）利用网络资源的能力超过年长者（老师）学生可以通过搜索引擎得到几乎想要的任何资料（有任何不懂的都可以上网搜索）网络几乎可以代替老师传授知识 在大学里老师最应该传授的是方法和态度知识就像是数据而方法和态度就是程序数据可以采集、录入和存储而且永远也采集不完；程序可以处理数据最终得出公式和结论如我们采集了今天的气象数据（温度、湿度、压力和风力等）就可以通过程序处理对明天的天气做出预测老师只传授知识就相当于只教会学生怎样采集今天的气象数据学生永远也不知道明天会怎样传授方法就相当于教会学生怎样运行程序、计算数据、得出结论那么如何传授方法和态度授课老师需要
8、从问题入手展示前人是如何抽丝剥茧最终解决问题的知识则是在解决问题的过程中自然积累起来的这才是真正的教学价值以系统生物学为例传统的授课顺序一般依从于知识、概念、定义的逻辑顺序笔者进行了调整从一个案例“开发抗疟疾药物”入手先引入非洲的疟疾问题接着讲述青蒿素对世界人民和美军全球战略的重要作用最后介绍美国科学家是如何利用系统生物学思想找到突破口并解决问题的通过设计故事情节展开教学内容笔者不但把“做”（知识）传授给学生而且将“为什么要这么做”和“想到这么做的”（方法和悟性）一道传播出去学生听得津津有味笔者在授课过程中感悟到：优秀的授课过程就像讲故事可以采用正序、倒序和交互的方式使情节扑朔迷离、高潮跌宕起
9、伏抓住听众的耳朵；优秀的授课过程又像写一部侦探小说抽丝剥茧层层深入把知识、方法和悟性一道传播给读者 三、以案例为导向的课题式教学 我校系统生物学的开课时间是大三第一学期这时学生已经掌握了生物和计算机学科的基础知识但尚未进入课题研究阶段因此还不能做到理论联系实际学生不知道教师为什么要讲授这些内容也不了解讲授的各种技术、工具、软件有什么重要的使用价值以及对自己日后的学习、科研和工作有什么帮助课堂教学以学生听讲为主教师讲解与学生实践脱节这就容易导致学生在学习过程中提不起兴趣从而影响学习质量因此在实际教学中授课教师可以以案例为导向让学生在学习之余参加课题研究（“干”实验部分）在科研实践中学习知识和运用
10、工具培养解决问题的思路在系统生物学教学中笔者将学生分组并设立了一系列论述题如让学生设计实验方案从一株筛选到的微生物中克隆碱性纤维素酶基因学生带着问题投入学习在学习过程中密切关注此类问题合适的解决思路和相关技术并与同组同学进行讨论授课结束后学生完善了思路提供了详尽的报告和本组课题的解决方案一些学生的奇思妙想令笔者深思和感叹以案例为导向的课题式教学激发了学生自主学习和研究探索的热情得到了学生的欢迎和支持 四、结论 “换位思考”“注重教学价值”和“案例导向的课题式教学”是笔者结合自身授课经历总结的教学方法目的是“关注人才培养”使枯燥无味的理论课程变得生动有趣强化学生对原理的认识让学生学习应用科学技术并提高综合能力经过三年的教学实践该教学方案收到了实效年只有位学生选修该课程而年有位学生选修学生表示喜欢该教学方案这是对授课老师最好的表扬和最佳的教学动力教学方法无高低之分教学质量却有高低之异教师在教学前可以通过听课、阅读教学论文和同前辈探讨等途径充分吸收教学经验再通过教学实践总结经验在教学过程中教师应不拘泥于自己的经验体系而是集众家之长兼容并包努力解决遇到的具体问题提高授课实效是每位授课老师的责任
