以科研為導(dǎo)向的研究生培養(yǎng)模式下的“神經(jīng)生物學(xué)”教學(xué)改革

謝真，楊亮，3，楊清湖，3*

（1.延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；2.延安大學(xué)多肽資源藥物研究中心；3.陜西省區(qū)域生物資源保育與利用工程技術(shù)研究中心，陜西延安 716000）

21世紀以來，神經(jīng)生物學(xué)和人工智能飛速發(fā)展，使世界各國對神經(jīng)生物學(xué)的重視程度大大提高。從2013年美國啟動腦計劃開始，歐盟和日本也相繼啟動了人類腦計劃和腦/思維計劃[1]。2021年初，科技部網(wǎng)站公布信息，將科技創(chuàng)新 2030—“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目 2020 年度項目申報指南公開征求意見，正式拉開了中國腦計劃的序幕，旨在推動對大腦基本規(guī)律的理解，同時利用神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)研究為一些緊迫的社會及經(jīng)濟需求服務(wù)，預(yù)計在腦認知、腦疾病早期診斷與干預(yù)、類腦智能器件3個前沿領(lǐng)域取得國際領(lǐng)先成果[2]。然而，與年齡增長相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如，阿爾茨海默病的發(fā)病率也逐年升高[3]。這些神經(jīng)系統(tǒng)疾病已經(jīng)成為了不可忽視的社會問題，給社會和家庭帶來了沉重的負擔(dān)，且目前沒有特效藥。神經(jīng)生物學(xué)結(jié)合了電生理、生物化學(xué)、基因編輯、遺傳學(xué)和神經(jīng)藥理學(xué)等手段從分子細胞和個體水平對神經(jīng)系統(tǒng)的功能機理進行研究，是解析神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病機制和治療策略最為基礎(chǔ)也是最重要的手段。因此，神經(jīng)生物學(xué)課程設(shè)置的重要性不言而喻。

然而，不同于細胞生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等專業(yè)必修基礎(chǔ)課程，綜合性大學(xué)本科階段，“神經(jīng)生物學(xué)”無論是必修還是選修課程的開課率都不高，隨著神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展當前一些院校逐步在本科階段開設(shè)神經(jīng)生物學(xué)課程[4]?；谘芯可匝兄鷮W(xué)的培養(yǎng)方式，研究生在校期間的主要任務(wù)是科學(xué)研究，故而在課堂上參與積極性并不高，且不大可能像本科期間一樣花費大量的時間做課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。那么，如何在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情便成了研究生神經(jīng)生物學(xué)教學(xué)改革之路的一大重點與難點。

因此，聚焦前沿，融合基礎(chǔ)，理論實踐相結(jié)合，豐富教學(xué)內(nèi)容；建立三位一體評價方式，剖析科研為導(dǎo)向的研究生培養(yǎng)模式下“神經(jīng)生物學(xué)”改革勢在必行。

一、科研為導(dǎo)向的研究生培養(yǎng)模式

神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展關(guān)系到人類的身心健康和智力水平，神經(jīng)生物學(xué)研究將直接關(guān)系到人口素質(zhì)和民族智力，具有重要的社會作用。研究生是神經(jīng)生物學(xué)研究的主力軍，研究生科研水平直接關(guān)乎神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展水平?？蒲袨閷?dǎo)向的研究生培養(yǎng)是將科學(xué)研究融合在基礎(chǔ)知識、實驗方法、文獻解讀、課題探討等過程中，是當前研究生培養(yǎng)的重要方式。這種培養(yǎng)模式既能提升研究生的實驗技能和科研素養(yǎng)，更能為科研工作和未來職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

研究生是教師科研思想的踐行者和發(fā)揚者，是科研事業(yè)發(fā)展的中堅力量，更是國家高端儲備人才。導(dǎo)師是研究生進入科學(xué)殿堂的敲門磚和風(fēng)向標，但在學(xué)生進入課題組后導(dǎo)師并不會從基礎(chǔ)知識和基本實驗技能開始言傳身教，更多的是傳授科研思想。所以，在研究生正式開展自己科研課題時，在課堂上再次鞏固基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)相關(guān)基本實驗技能，接觸前沿文獻，了解并實際操作高端儀器是以當今科研為導(dǎo)向的研究生培養(yǎng)模式必不可少的環(huán)節(jié)。神經(jīng)生物學(xué)研究日新月異，隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，涌現(xiàn)出越來越多的新知識和新思想，是科研為導(dǎo)向的研究生培養(yǎng)模式的模板課程。

二、聚焦前沿，混合式課堂教學(xué)改革

研究生專業(yè)課課堂不同于本科，主要以小班教學(xué)為主，且學(xué)生本科期間基礎(chǔ)知識背景和研究生期間科研方向各不相同，而神經(jīng)生物學(xué)是一門交叉性較強的課程，需要學(xué)生既具備分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)等生物學(xué)相關(guān)背景，更要求學(xué)生對動物生理學(xué)、解剖學(xué)等有一定的了解[5]。此外，神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展極為迅速，每天都有一些新知識出現(xiàn)。這些特點決定了研究生神經(jīng)生物學(xué)教學(xué)課堂有別于本科期間照本宣科式對基礎(chǔ)知識講解，需要緊跟神經(jīng)生物學(xué)前沿動態(tài)，適時調(diào)整授課內(nèi)容。當然這并不是否認基礎(chǔ)知識的重要性，只是在研究生授課過程中降低基礎(chǔ)知識講解的比例，采取40%基礎(chǔ)知識專題化、40%前沿文獻學(xué)習(xí)、20%實驗儀器演示與操作的混合式課堂教學(xué)模式。

（一）搭建神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)知識專題化

神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)知識體系是神經(jīng)科學(xué)研究的基石。引導(dǎo)學(xué)生從分子細胞水平理解神經(jīng)系統(tǒng)的功能活動與意義：進化與發(fā)育 、遺傳與環(huán)境對腦的影響，對行為、語言、情緒、注意等腦的高級功能活動進行深入淺出的介紹。內(nèi)容結(jié)構(gòu)上，在介紹神經(jīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的同時，適當減少細胞和分子生物學(xué)的基礎(chǔ)理論及研究方法等方面的內(nèi)容，增加以行為、整合等神經(jīng)機制為主體的應(yīng)用研究成果和科學(xué)前沿進展，注重基礎(chǔ)與科學(xué)前沿的聯(lián)系。

神經(jīng)生物學(xué)課程中涉及大量微觀形態(tài)變化，涉及大量可視化檢測方法與手段等，具有復(fù)雜、抽象、不容易理解等特點[6]。簡單對著書本或PPT講解很難讓學(xué)生理解，甚至?xí)箤W(xué)生喪失興趣。借助互聯(lián)網(wǎng)資源，例如，各大視頻網(wǎng)站、慕課等教學(xué)平臺下載一些生動有趣的教學(xué)動畫，在播放動畫的同時教師進行講解和補充說明，使學(xué)生逐漸從抽象概念思維到眼見為實轉(zhuǎn)換，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能使講解更加明了易懂。最后，在每堂課的末尾，將課程內(nèi)容以“師生”和“生生”間問題討論的形式展開，提升學(xué)生在課堂上的參與度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也能使學(xué)生回顧整堂課的內(nèi)容，對知識進行再一次鞏固。

神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)知識的講解以專題化為主，將行為、認知、情感等動物行為與神經(jīng)發(fā)育、可塑性構(gòu)筑、神經(jīng)環(huán)路等神經(jīng)生物學(xué)知識點融合，搭建行為與經(jīng)典知識和新知識結(jié)構(gòu)巧妙銜接的專題化課程體系。此外，在專題設(shè)計和選擇方面充分考慮學(xué)生的知識背景，并結(jié)合文獻報道的一些新知識。通過不同專題使學(xué)生系統(tǒng)深入地了解和掌握神經(jīng)生物學(xué)的基礎(chǔ)知識體系，提升學(xué)生的思考認知能力。

（二）聚焦前沿，提升思維

借助小班教學(xué)優(yōu)勢，在開課前了解每位學(xué)生對自己科研方向的理解以及對神經(jīng)生物學(xué)的認知。后續(xù)備課過程中，在講解神經(jīng)生物學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識的同時，穿插介紹與各個科研方向相關(guān)的神經(jīng)生物學(xué)前沿進展和實驗技術(shù)，在學(xué)以致用的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科基礎(chǔ)知識和前沿，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

同時，神經(jīng)生物學(xué)的研究進展更新較快，書本上的知識可能不足以全面準確地加以概括。例如，神經(jīng)發(fā)育章節(jié)關(guān)于成年人腦內(nèi)是否有新生神經(jīng)元的觀點至今仍爭議不斷。1928 年，神經(jīng)科學(xué)界公認的有史以來神經(jīng)解剖學(xué)家卡哈爾曾聲稱“對成年人來說，神經(jīng)路徑是固定的，有盡頭的，并且不可改變的，一切都會消亡，不可能重生”。而20 世紀80 年代，科學(xué)家證明了成年人每天能夠產(chǎn)生數(shù)百個新的神經(jīng)元，并讓人們?nèi)计鹆嗽黾映赡晟窠?jīng)元產(chǎn)生對癲癇和阿爾茨海默病等腦部疾病治療的新希望。2018 年 Alvarez Buylla 等人發(fā)表在國際著名期刊Nature雜志上的論文表示，人類在出生后沒有明顯神經(jīng)生成活動，再一次挑戰(zhàn)了人們對成人神經(jīng)生成的理解[7]。然而，一年后Moreno-Jiménez 等人在另一本國際權(quán)威Nature Medicine上發(fā)文表示，優(yōu)化了前人的檢測條件后證實了成年人海馬腦區(qū)存在大量的新生神經(jīng)元[8]。這一例子使學(xué)生了解成年人腦內(nèi)是否存在神經(jīng)生成目前仍未知，也使他們認識到人類對自然科學(xué)的探索總是在曲折中前進，在做科研時要富有探索精神，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，不能盲目相信書本知識。同時，教師也能通過前沿文獻學(xué)習(xí)完善自身知識體系，實現(xiàn)教學(xué)相長。

除了結(jié)合當前最新文獻知識在理論層面引導(dǎo)學(xué)生掌握神經(jīng)科學(xué)動態(tài)，還需讓學(xué)生融入其中，從作者角度解析文獻。一方面掌握作者的實驗思想，另一方面培養(yǎng)學(xué)生對知識的解析。在此過程教師引導(dǎo)學(xué)生進行思考，提出自己的見解，與學(xué)生進行討論，從而提高學(xué)生的自我認知水平和知識體系搭建能力，為自身未來的科研或工作打下堅實基礎(chǔ)。

（三）實驗儀器操作與演示——理論實際相結(jié)合

神經(jīng)生物學(xué)實踐對實驗設(shè)備的依賴性較高，需要諸如激光共聚焦顯微鏡、膜片鉗等大型儀器將微管神經(jīng)結(jié)構(gòu)可視化和量化，這就需要研究生熟練掌握和使用大型儀器設(shè)備。另外，研究生作為教育體系中最高層次的教育和科學(xué)研究的主力軍，能否熟練掌握科研儀器設(shè)備的科學(xué)原理和操作技能關(guān)系到研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

然而神經(jīng)生物學(xué)課程多針對研究生一年級同學(xué)開設(shè)，這個階段的學(xué)生處于剛剛從本科填鴨式課堂學(xué)習(xí)進入自主學(xué)習(xí)實驗技能和科研思維的階段。此外，在基礎(chǔ)知識和前沿文獻學(xué)習(xí)過程中，涉及實驗儀器與技術(shù)時大多處于一知半解狀態(tài)。因此，帶領(lǐng)學(xué)生了解和實際操作學(xué)院各科研平臺上較為高端且在各個研究方向都可能會涉及的大型儀器，并進行實驗技術(shù)教學(xué)（例如：流式細胞儀、實時熒光定量PCR儀、激光共聚焦顯微鏡、膜片鉗電生理、細胞培養(yǎng)相關(guān)實驗儀器與技術(shù)）對提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和科研素養(yǎng)[9]，相當有必要。一方面課堂集中授課講解大型儀器的原理和使用規(guī)范；另一方面指導(dǎo)學(xué)生進行實際操作演練，在實際操作過程中進一步講解大型儀器原理和使用規(guī)范。最后，利用具體實例綜合利用多種大型儀器設(shè)計試驗方案，帶領(lǐng)學(xué)生利用大型儀器平臺進行多元化思考。此過程不僅能為學(xué)生的科研之路助力，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與積極性，更能加深學(xué)生對課堂上知識的理解。

三、構(gòu)建“三位一體”考核方式

考核是對課堂知識學(xué)習(xí)效果的量化評判，也是學(xué)生對知識掌握程度的直接體現(xiàn)，是組織單位對課程實施效果的評定依據(jù)。當前研究生大多是完成導(dǎo)師的科研任務(wù)，對基礎(chǔ)知識的掌握較弱，而神經(jīng)生物學(xué)的研究內(nèi)容和知識體系與我們的日常生活密不可分，體現(xiàn)在生活中的方方面面，諸如精神病患者、老年癡呆患者等，因此學(xué)好學(xué)懂神經(jīng)生物學(xué)對了解我們自己極為重要。

采取課堂表現(xiàn)、卷面考試及課堂展示（presentation）三位一體的方式評價研究生的學(xué)習(xí)效果。課堂教學(xué)過程中穿插討論環(huán)節(jié)，一方面了解學(xué)生對知識的理解，另一方面促使學(xué)生加深理解，進而評判學(xué)生的課堂表現(xiàn)。萬丈高樓平地起，對基礎(chǔ)知識的牢固掌握是課程學(xué)習(xí)最基礎(chǔ)也是最重要的環(huán)節(jié)?？荚囀菣z測學(xué)生對基礎(chǔ)知識掌握程度最直觀有效的方式?？荚噾?yīng)以兩個方面為重點：第一，通過名詞解釋類題型考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識和概念的掌握情況；第二，以實際科研課題為藍本，融合各個實驗技術(shù)，設(shè)計開放式探索題目，考查學(xué)生對各方面知識的觸類旁通能力。課堂展示方面，教師可根據(jù)學(xué)生的研究方向布置相應(yīng)的神經(jīng)生物學(xué)方向的前沿高水平文獻，讓學(xué)生在精讀文獻的基礎(chǔ)上講解文獻的研究思路以及文獻中的研究思路和實驗技術(shù)對自己的科研啟發(fā)。通過結(jié)課考試考查學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況，通過課堂展示考查學(xué)生融會貫通和邏輯思維能力，既沒有過多增加學(xué)生的負擔(dān)，也達到了全面考查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的目的。

四、結(jié)束語

本文探討了在研究生以科研為主的培養(yǎng)和考核模式下，傳統(tǒng)的教學(xué)方式應(yīng)當做出的適應(yīng)性變革，并圍繞神經(jīng)生物學(xué)課程對這一教改思想進行了闡述。將基礎(chǔ)知識、前沿進展和實驗儀器及實驗方法的講解與演示融合到研究生神經(jīng)生物學(xué)的課堂教學(xué)中，將知識傳授、素質(zhì)提高和能力培養(yǎng)貫穿于教學(xué)的全過程，是研究生課程教學(xué)改革至關(guān)重要的方式方法。