【研究生精品课程】匠心精琢,赋予“生物物理”以“生命”
发布于:2021年11月22日 16:26   |   作者:[研究生院] 教学管理办公室   |   浏览次数:131

编者按:为充分发挥精品课程的标杆示范作用,促进研究生课程质量进一步提升,研究生院自2018年启动了研究生精品课程建设工作,以公共基础课和各一级学科(类别)专业课为重点,充分结合国务院学位委员会学科评议组和全国专业学位研究生教育指导委员会编写的《研究生核心课程指南》,整体规划、分步实施,至2020年,经学院推荐、学校专家评审、研教指委审议通过,学校已立项了三批“精品课程”。新闻中心特开设【研究生精品课程】栏目,分享这些“精品课程”基于“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的教育理念,从课程目标与定位、课程内容、教学和考核方式、课程特色和成效等方面总结梳理其经验心得,与师生读者共享。本期介绍生命科学与技术学院冯娟副教授在“生物物理”课程上的教改及探索。


    什么样的课堂最能深入人心?一定是老师的热情能感染学生、学生在探究中能感受到快乐的课堂。

对生命科学与技术学院副教授冯娟而言,研究生精品课程“生物物理”就像自己的宝玉,十余年的探索打磨后,令这门课如荼似火,反馈愈佳。

    作为一门核心的专业基础课程,“生物物理”研究的是如何用物理学的基本概念、理论、方法和手段解决生命科学的问题,其内容几乎涵盖了生命科学的各个研究领域,是每一名即将从事生命科学研究的学生绕不开的“一道坎”。

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研究生精品课程“生物物理”课程组冯娟副教授

    如何将这样一门既有广度、又有深度和难度的生命科学的“重头戏”课程,经过有限的学时“演绎”,让学生在课程中能学有所获、学以致用呢?坚持“快乐教育”理念的冯娟认为,除了教师自身要“内功深厚”,还要投入热情和心血,站在学生的角度设计课堂,精心打磨课程的每一个环节。                            

“有趣”的课堂:案例学习,激发兴趣

   《生物物理学》的内容广泛,不同于一般课程按照厚厚的教材“照本宣科”,冯娟根据学生的实际情况和自身的科研背景,对课程内容进行了深化:

    选取分子生物物理、自由基生物学和光生物物理这三部分的知识作为主线,当作课程的“树根”;以“案例”作为串接,当作课程的“枝叶”,对于其它课程已学过的重复内容,她进行了适当的“剪裁”。

    依循“生物物理”课程知识点紧贴生活的特点,冯娟在讲解分子生物学时,从生活中备受关注的心理学疾病、全球抗生素污染和阿尔兹海默、帕金森等神经性退行性疾病等同学们熟悉的现象或者案例出发,引出氨基酸及其衍生物、多肽、蛋白质的组成、结构、折叠、纯化等内容。

    在讲述自由基生物学时,通过抛出“为什么厨师和家庭主妇患癌几率高?”“为什么吃肉多的人患癌几率高?”“世界上存在吸血鬼吗?”等问题,引导学子探讨自由基的产生、检测过程;从白内障、老年斑、现代富贵病痛风等多种身边的疾病现象,分析自由基是如何引起氧化损伤的。

    当这些知识与生活、环境、健康联系起来,知识就变得 “有血有肉”,课程这棵“大树”也变得“枝繁叶茂”。“一旦同学们知道,他们学习的知识不仅是‘高大上’的,而且还‘接地气’,是有用的,他们对课堂的兴趣就会增加。”冯娟说。

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2021年生物物理部分案例汇总

     除了增加课堂的趣味性激发学生的兴趣外,冯娟还在难度上下功夫,每年都花费大量时间筛选Nature、PNAS等文章,精选出既有新意、又能激发学生们的挑战愿望的案例。针对同学们喜欢心理学的现象,她还借鉴了学校心理中心课程的一些活动,如课前破冰、课程心理自画像、课程适应能力与挑战度等,让同学们通过课堂分享学习到适应大学学习生活的有用经验。

     这些活动让学生感受到了不一样的关怀,快速缩短了与老师之间的距离感,良好的师生氛围也让知识的传播更加有温度,让学生体会到冯娟对待教学的“用心和用情”。

“启迪”的课程:重视探究,善于思考

     冯娟非常注重启发式教学,她希望通过自己的教学启发学生的思考,激活僵固的知识体系,让他们学会去思考和质疑,实现对所学知识的有机整合。

     讲解9肽催产素时,因为研究发现一些特殊的田鼠一夫一妻现象与催产素有关,因此有人就试图通过让恋人服用猪催产素使得恋人钟情。冯娟就会引导学生“你认为猪催产素究竟有效果吗”?“我们应该从哪些方面去考虑?”“需要考虑催产素受体氨基酸序列差异、结构差异吗?”“口服究竟有用吗?为什么?”“为什么有硕士论文报道可以口服催产素呢?”“口腔内有受体吗?”通过老师的循循善诱,同学们一直跟随这、思考着、也踊跃提出了个人的见解。

     “在课堂上,我们鼓励学生去运用所学知识思考,提出许多自己的方案,然后一起来分析这些方案的可行性。” 冯娟说。

有一次,在讲到纳豆激酶能治疗血栓的时候,一名通信跨专业的学生提出了质疑:如果我们吃下纳豆,酶经过胃酸会被消化,那么如何发挥治疗作用呢?“听到这样的质疑的声音,我特别欣慰,说明学生是在用心思考。”

     冯娟常常在课堂上为同学们创造“挑战权威”的机会。讲解蛋白质功能时,同学们关注到牛奶中的酪蛋白,针对社会上有段时间流传的“牛奶致癌”的说法,冯娟不失时机地引导学子深入思考这一说法的正误、有什么问题;讲到今年诺比尔奖辣椒素受体时,她又一连抛出“为什么这个受体很早就发现,但受体的结构却最最近才被解析出来?”“困难在哪里?”“我们该如何提高分辨率?”等连环发问点燃思维的火花,她还时常带着同学们一起研读高水平论文Nature、PNAS,通过这样的方式,逐步启迪学生,帮助学子建立起科研思维和独立思考能力。

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启发式提问及回答情况

“翻转”的课堂:鼓励表达,开放交流

     在“翻转课堂”的设计中,学生能得到许多分享和讨论的机会。

     在考核上,课堂的发言和讨论占了总评的20%,再加上冯娟的带动,课堂气氛非常活跃。在课堂上,抢答、发言和小组竞赛的方式能很好调动同学们的积极性。她还鼓励不同专业的学生分到同一组,这样会有更多思想上碰撞的机会。同时,为了“竞赛”中不给不太喜欢发言的同学带来额外的挫败感,课程会在结束时给每个小组留下讨论时间,让每个成员尽可能多提问题,在下一次课,冯娟会集中评价和解释这些问题。这样开放、通畅的交流方式有利于及时了解学生的困难,提升学习效果。

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血氧仪问题及解答汇总

     冯娟认为学生应该成为课程的主人,因此交流和汇报应是这门课程最出彩的部分。由于学生的背景丰富,因此在这门课堂上你可以听过“怎么通过看电影鉴定精神分裂症?”“怎么设计出一款可降解的可穿戴生物传感器?”“怎么解析非洲猪瘟病毒?”“基因编辑与肥胖”等各种各样有趣的内容。冯娟鼓励学生们去挑战高水平的论文,通过演讲使得同学们的表达能力和思辨能力都得到了提高,也能促使他们以更加开放的心态去吸收知识。

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课程同学的研究报告和提问、回答情况

     由于课堂报告时间有限,同学们有很多问题都来不及在课上提出。因此,冯娟组织学生在课后群里通过接龙的方式收集问题,然后报告组需要逐个回答这些问题。对于有价值和有争议的问题,冯娟会再回到课堂上,组织大家一起探讨。通过这样交流,演讲不单单是讲完就结束,仅流于形式,而是真正起到了启发思维、激发思考的效果。

知行合一:在动手中掌握知识

    “有仪器,你就是everything,没有仪器,就是nothing,我们的教学一定要让学生跟仪器亲密接触。”长期从事光谱和生命体系的交叉研究,冯娟认为实验是掌握知识的捷径,许多实验器材的原理和使用,可能在课堂上需要讲上一节课,而同学们自己动手做一分钟就会了。

为此,她精心设计了课上和课下的多层实验环节。比如课程上在讲述吸收光谱原理时,让学生在课堂上使用了血氧仪检测血氧饱和度、并分析了这个检测器与吸收光谱仪的区别、以及为什么不同粗细的手指检测结果一样等问题。在讲述荧光光谱仪时,借助了一个小小的紫外手电筒,让每组学生自己在课堂上检测了各种材料中的荧光增白剂、黄曲霉素等,增进对于荧光这一抽象概念的感性认识。在讲述蛋白质功能时,让学生在课堂上使用了早早孕试纸检测各种饮料,意外发现一些饮料竟然“怀孕”了……

     除了课堂小实验,课下还设计了荧光的课外实验,同学们可以根据自己的兴趣,检测水中的多环芳烃、研究蛋白质与药物小分子的相互作用等,这些生动有趣的实验发现让学生倍感兴奋,点燃了探究现象背后本质的动力,夯实了学子未来科研之基。

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课堂实验环节

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课下实验环节

    “我希望我的课堂能够激发学生对于生命科学的学习热情,提升学生的自我认知,让学生认识到学习的东西都是有用的,同时明白要打破‘井底之蛙’的思维局限,只有做不到,没有想不到。”冯娟说。

思政教育:培养有幸福感的栋梁人才

    除了带领同学们走入科学知识的殿堂,冯娟也会饱含激情地讲述我国在生物物理发展史上做出的贡献。

    从胰岛素合成到现在的结构生物学,我国不断涌现出施一公、颜宁等一大批杰出的科学家,以二氧化碳和氢气成功合成人工淀粉就引发全球轰动,“在课上讲这些例子,可以很好地激发学生们的民族自豪感和爱国情怀。”

    随着社会节奏的加快,人们生活在资讯爆炸的时代,同时身边被焦虑抑郁困扰的人也多了起来,在讲述氨基酸时,冯娟给同学们讲到了抑郁症和5-羟色胺的关系,让大家从科学的原理,明白抑郁的产生与5-羟色胺含量减低有关。

    情绪生病的人,不是“作”,而是真正病了;很多人担心药物的副作用和成瘾而抵触吃药,但药物确实可以通过各种途径提升5-羟色胺含量;很多服药两周内的人会发现自己变得更加焦虑、因而停止用药,事实上是一些常见抑郁药物会激发焦虑通道的原因造成的(该现象已经被被美国北卡大学的学者观察到并已发表了Nature文章)……在冯娟娓娓道来的讲授中,学子们往往听得津津有味,增强了对知识的认知,潜移默化中完成了对学生的心理教育。

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催产素功能研究概述

     提升幸福感也是本课程的教学目标。利用“历史上的今天”等环节,冯娟对学生们进行感恩教育,因为感恩过程会产生内啡肽,让人们持久的幸福;讲述一种多肽催产素时,冯娟不仅介绍了它在钟情、自闭症、焦虑症、乐观估计等方面发挥的作用,更重要的是希望学生学会拥抱,因为拥抱过程会产生催产素;此外,这种让人幸福的多肽还会在人与狗对视、人撸猫等过程中产生,因此在情绪低落的时候,拥抱和养宠物都是调节情绪的不错选择。

    “希望学生能通过我的课程,不仅能成为有知识、有爱国情怀的国之栋梁,还要知道如何提升自己的生活质量,成为一个懂生活的幸福的人。”冯娟说。