通過加強(qiáng)細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展史的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

李文林 孫平新 呂林潔 張樹忠

通過加強(qiáng)細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展史的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

李文林 孫平新 呂林潔 張樹忠

【摘要】細(xì)胞生物學(xué)是在細(xì)胞和亞細(xì)胞水平揭示細(xì)胞和細(xì)胞器基本結(jié)構(gòu)和功能，是細(xì)胞生命活動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)，是現(xiàn)代生物學(xué)的重要支柱和重疊核心學(xué)科之一。如果以顯微鏡的發(fā)明和用顯微鏡觀察生物標(biāo)本作為細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展的萌芽階段，目前細(xì)胞生物學(xué)已經(jīng)經(jīng)歷了超過400多年的發(fā)展歷程。在細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)中，除了向?qū)W生傳授該學(xué)科的核心知識(shí)之外，加強(qiáng)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展史及核心知識(shí)形成歷程的教學(xué)同樣重要。不僅利于學(xué)生理解細(xì)胞生物學(xué)的核心知識(shí)體系，同時(shí)有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)科發(fā)展的普遍規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

【關(guān)鍵詞】細(xì)胞生物學(xué)；發(fā)展史；科學(xué)思維；教學(xué)方法

作者單位：200433上海，第二軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部細(xì)胞生物學(xué)教研室

Training Scientific Thinking of Medical Students by Strengthen Teaching Cell Biology Development History

LI Wenlin SUN Pingxin LV Linjie ZHANG Shuzhong Second Military Medical University Institute of Basic Medicinal Science Cell Biology Department, Shanghai 200433, China

[Abstract]Cell biology studies cell structures and functions at cellular or subcellular level. Cell biology is one of the backbone disciplines of modern life science by interrogating the fundamental mechanisms of cells. From the invention of microscopes, a hallmark event in the development of cytology, cell biology has a history of more than 400 years. In our cell biology teaching practice, in addition to convey its core principles to students, we believe that it is equally important to help students understand the developmental history of cell biology and its knowledge. The history of cell biology is not only useful for students to understand the core principles of this discipline, but also can benefit medical students by helping them comprehend the common strategy for the development of a discipline and training their scientific thinking.

[Key words]Cell biology, Development history, Teaching method, Scientific thinking

細(xì)胞生物學(xué)是在細(xì)胞和亞細(xì)胞水平揭示細(xì)胞和細(xì)胞器的基本結(jié)構(gòu)和功能，是細(xì)胞生命活動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)。在醫(yī)學(xué)院校，細(xì)胞生物學(xué)是醫(yī)學(xué)生完成了解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的學(xué)習(xí)之后進(jìn)一步在細(xì)胞水平認(rèn)識(shí)機(jī)體生命和疾病規(guī)律的核心學(xué)科，因此細(xì)胞生物

學(xué)也是銜接個(gè)體生物學(xué)和分子生物學(xué)的橋梁學(xué)科。在細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)中，除了講解學(xué)科的核心知識(shí)之外，加強(qiáng)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展史及核心知識(shí)形成的思維歷程的教學(xué)。能夠使學(xué)生更好的理解和掌握細(xì)胞生物學(xué)的核心知識(shí)；同時(shí)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)生命科學(xué)發(fā)展和進(jìn)步的普遍規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

1　細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程及其規(guī)律性

細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展史往往容易在教學(xué)中被忽視，很多細(xì)胞生物學(xué)的教材中也缺少對(duì)這段發(fā)展史的介紹。我們?cè)诩?xì)胞生物學(xué)的緒論教學(xué)中重點(diǎn)講解細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的形成過程，并歸納其發(fā)展的規(guī)律性。細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的發(fā)展大體經(jīng)歷了6個(gè)階段：包括細(xì)胞學(xué)的萌芽階段（16世紀(jì)末～19世紀(jì)初）；細(xì)胞學(xué)的創(chuàng)立階段（19世紀(jì)初～19世紀(jì)中）；經(jīng)典細(xì)胞學(xué)階段（19世紀(jì)中～20世紀(jì)初）；實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)階段（20世紀(jì)初～20世紀(jì)中）和現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)階段（20世紀(jì)中～至今）。細(xì)胞學(xué)的萌芽階段是以顯微鏡的發(fā)明這一技術(shù)性進(jìn)步為標(biāo)志，顯微鏡的發(fā)明為觀察細(xì)胞奠定了基礎(chǔ)。隨著對(duì)細(xì)胞和生物組織的觀察和認(rèn)識(shí)的深入，逐步建立了細(xì)胞學(xué)說這一概念性的進(jìn)步；細(xì)胞學(xué)說明確了細(xì)胞生物學(xué)的核心概念：即一切生物體都是由細(xì)胞組成、細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位、細(xì)胞是生命的基本單位、細(xì)胞來源于已經(jīng)存在的細(xì)胞[1]。隨著顯微鏡技術(shù)的提高、組織切片技術(shù)和染色技術(shù)的發(fā)展及細(xì)胞培養(yǎng)和電子顯微鏡的應(yīng)用，學(xué)科經(jīng)歷了快速發(fā)展的經(jīng)典細(xì)胞學(xué)階段和實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)階段，并積累了大量關(guān)于細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的知識(shí)。隨著上世紀(jì)中葉分子生物學(xué)的發(fā)展，尤其是DNA雙螺旋模型和遺傳密碼子的破譯，推動(dòng)了在分子水平認(rèn)識(shí)細(xì)胞的本質(zhì)，學(xué)科發(fā)展進(jìn)入了現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)階段。通過對(duì)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科發(fā)展史的學(xué)習(xí)不僅可以為學(xué)生展示學(xué)科發(fā)展的縱深脈絡(luò)，更重要的是幫助學(xué)生理解學(xué)科發(fā)展的規(guī)律性。通過細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科發(fā)展史可以清晰的看到本學(xué)科發(fā)展歷程中的2大推動(dòng)力：（1）技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)作用。（2）概念性進(jìn)步的推動(dòng)作用。這2方面互相交替著推動(dòng)了細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展。技術(shù)進(jìn)步提高了人們對(duì)細(xì)胞進(jìn)行觀察和操作的能力；而概念性進(jìn)步則拓展和解放了人們的思維。通過這些內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生明白保持與時(shí)俱進(jìn)的頭腦，將新技術(shù)和新知識(shí)應(yīng)用到具體工作中往往會(huì)帶來事半功倍的效果。

2　 細(xì)胞生物學(xué)核心知識(shí)的形成歷程和啟示

在對(duì)細(xì)胞生物學(xué)具體知識(shí)的授課過程中，除了講授知識(shí)要點(diǎn)之外，特別強(qiáng)調(diào)發(fā)掘知識(shí)的形成過程和背后的歷史性人物。許多細(xì)胞生物學(xué)的知識(shí)都經(jīng)歷了科學(xué)家漫長(zhǎng)而艱辛的探索，但是目前大多數(shù)的細(xì)胞生物學(xué)教材都忽略了這些發(fā)現(xiàn)和探索的過程。在教學(xué)中為學(xué)生重現(xiàn)細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)的思想史和發(fā)現(xiàn)史，不僅會(huì)使細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)更有趣，也有助于幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解和科研思維的培養(yǎng)。例如，關(guān)于細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，不是單純的講解成熟的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型，而是將該知識(shí)點(diǎn)融合于超過半個(gè)多世紀(jì)的對(duì)細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程之中。從1902年E.Overton提出細(xì)胞膜主要由脂類構(gòu)成，到1972年S.J.Singer等提出細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型的過程中，通過大量的實(shí)驗(yàn)和觀察，對(duì)細(xì)胞膜的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了舊模型被推翻、新模型被建立的反復(fù)演變的過程。在這一發(fā)展過程中，對(duì)已有的模型和知識(shí)不拘泥、不盲從的批判意識(shí)起重要作用[2]。在核糖體章節(jié)，遺傳密碼子是重要的知識(shí)點(diǎn)之一。對(duì)該知識(shí)點(diǎn)，通過全面講解遺傳密碼的破譯過程來幫助學(xué)生理解和掌握。這一過程的重要?dú)v史事件包括：（1）1954年俄國物理學(xué)家和科普作家G Gamow用數(shù)學(xué)的方法推斷3個(gè)堿基編碼1氨基酸。（2）1961年Crick第1次用T 4噬菌體實(shí)驗(yàn)證明了遺傳密碼中3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸。（3）同年M.W.Nirenberg利用無細(xì)胞系統(tǒng)體外蛋白質(zhì)合成破譯了第1個(gè)遺傳密碼子UUU。（4）最終1969年Nirenberg等人破譯了全部密碼子（獲得1968年度的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)）[3]。再如，在線粒體章節(jié)，化學(xué)滲透學(xué)說是核心知識(shí)點(diǎn)。在教學(xué)中，首先回顧從上個(gè)世紀(jì)四十年代前后，雖然線粒體參與物質(zhì)氧化和ADP磷酸化的功能被揭示，但是在接下來長(zhǎng)達(dá)20多年的時(shí)間里科學(xué)家都在艱難的尋找偶聯(lián)了線粒體物質(zhì)氧化和ADP磷酸化的中間分子，最終一無所獲；直到1961年英國科學(xué)家P.D. Mitchell根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)提出了大膽的猜想：這種中間分子并不存在！同時(shí)，提出了線粒體合成ATP的化學(xué)滲透學(xué)說；該學(xué)說在接下來的15年中備受爭(zhēng)議，但是最終被實(shí)驗(yàn)證實(shí)并獲得1978年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)[4]。這一發(fā)現(xiàn)過程直到今天仍然非常有啟示，在科學(xué)研究中需要這種看似離經(jīng)叛道的“反直覺”思維。在細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展歷程中，有大量的重要發(fā)現(xiàn)源于意外或偶然事件。溶酶體是細(xì)胞內(nèi)的重要細(xì)胞器，溶酶體的發(fā)現(xiàn)過程就純屬偶然。在上世紀(jì)50年代Christian de Duve實(shí)驗(yàn)室在檢測(cè)細(xì)胞勻漿后不同組分的酸性磷酸酶活性時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)新鮮分離的特定細(xì)胞組分的酸性磷酸酶活性很低，但是在該組分冷凍保存5天后再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)酸性磷酸酶活性上升?；诖?，Christian de Duve大膽的推測(cè)細(xì)胞內(nèi)含有一種膜包裹的含酸性磷酸酶的細(xì)胞器，這種細(xì)胞器在冷凍保存過程中膜被破壞從而釋放了酸性磷酸酶，從而發(fā)現(xiàn)了溶酶體[5]；同樣Christian de Duve還發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)的過氧化物酶體，并獲得了1974年度的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。因偶然事件導(dǎo)致的重大發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞生物學(xué)，乃至生命科學(xué)的發(fā)展過程中還有很多。細(xì)胞生物學(xué)的研究直到今天都尚未實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化，即其基本規(guī)律無法用數(shù)學(xué)語言描述。這就意味著在細(xì)胞生物學(xué)，也包括其他生命科學(xué)的研究領(lǐng)域中意外實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)時(shí)常發(fā)生，而這些意外背后有可能包含我們未知的機(jī)制和規(guī)律。前人的成功范例提醒我們抓住這些意外現(xiàn)實(shí)、闡釋這些意外現(xiàn)實(shí)，有可能帶來革命性的發(fā)現(xiàn)。

3　總結(jié)和體會(huì)

歷史是可以借鑒的，自然科學(xué)的發(fā)展史同樣可以借鑒。在實(shí)踐中加強(qiáng)細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展史的教學(xué)，其核心目的在于為學(xué)生解釋科學(xué)發(fā)展的普遍規(guī)律，即可借鑒的規(guī)律性。這些規(guī)律性是超越了細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)本身的思想沉淀，通過這種努力能夠提升醫(yī)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和思維。在實(shí)踐過程中，學(xué)生對(duì)這些具有一定歷史人文色彩的教學(xué)內(nèi)容表現(xiàn)了高度的興趣，對(duì)細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)起到了良好的促進(jìn)作用。有必要進(jìn)一步拓展，并更多的引入細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展史內(nèi)容的教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡以平. 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2009：292.

[2] Al-Awqati Q. One hundred years of membrane permeability: does Overton still rule[J]. Nature Cell Biology，1999，1（8）：E 201-202.

[3] Nirenberg M. Historical review: Deciphering the genetic code-a personal account[J].Trends Biochem Sci，2004，29（1）：46-54.

[4] Harold FM1. Gleanings of a chemiosmotic eye[J]. Bioessays. 2001，23（9）：848-855.

[5] Castro-Obregon S. The Discovery of Lysosomes and Autophagy[J]. Nature Education，2010，3（9）：49.

·教育實(shí)踐·

doi：10.3969/j.issn.1674-9308.2015.19.007

【文章編號(hào)】1674-9308（2015）19-0010-02

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】G642