基于能力培养的“动物生物学”教学改革探索

［摘 要］ 动物生物学具有悠久的教学历史，是一门针对动物结构、功能、形态、生态、生理、分类、进化等基本生命活动规律的研究性学科，是本科生和生物学研究生了解动物的重要途径，其学习效果的好坏直接影响后续专业课程的进一步学习。因此，课程组基于能力培养的动物生物学课堂教学、实验实践等方面做深入分析和探讨，进行线上线下教学改革探索，从而达到更好的教学目的，提升课堂教学效果，锻炼学生的专业知识技能、可迁移能力和自我管理技能，激发其好奇心，提高他们的主动学习能力，培养良好的学习方法，创新科研思维方式。

［关键词］ 动物生物学；能力培养；教学改革

［基金项目］ 2021年度温州医科大学课程思政教学创新改革项目“课程思政和创新培养在生物技术专业‘普通生物学’教学中的应用实践探索”（KCSZJG202020）

［作者简介］ 金彬明（1964—），男，浙江温岭人，硕士，温州医科大学检验医学院（生命科学学院）副教授，主要从事生物多样性保护研究；艾为明（1976—），男，江西进贤人，硕士，温州医科大学检验医学院（生命科学学院）副教授，生物技术专业发展中心主任（通信作者），主要从事分子生态学、动物生物多样性保护研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）38-0065-04 ［收稿日期］ 2023-04-24

引言

动物生物学具有悠久的教学历史，是一门针对动物结构、功能、形态、生态、生理、分类、进化等基本生命活动规律研究学科，起源于早期的普通动物学（或动物学）课程。20世纪20年代初期，我国学者秉志、丁文江、邹树文、薛德焴等分别从美、英、日等学成归来，开展动物学方面的教学与科研［1］。20世纪90年代，为适应高校教学教育改革、学生学习计划修订等方面的需求，北京大学最先对普通动物学的教学内容进行了调整，课程名称改成了“动物生物学”，我国的首本动物生物学教材由许崇任和程红教授（北京大学）主编出版［2］。2003年至2007年，温州医科大学的生物科学、生物技术专业开设了“普通动物学”课程，2008年后，我们改成“动物生物学”，成为本科生和生物学研究生了解动物的首要途径。课程组结合动物生物学发展前沿和教学历史、微观与宏观研究内容间的相互联系，让学生全面掌握动物物种多样性、系统分类概念和典型代表物种的适应特征、生命功能、形态结构、生态分布等动物学基本规律，为学生今后的生物学学习及工作实践打下坚实的基础。

作为生物科学、生物技术专业的基础必修课，在大学一年级上学期开设“动物生物学”，使大一新生确立学习兴趣和方向，培养良好的学习习惯，帮助他们树立正确的世界观、人生观和价值观，极大地激发新生对生命科学研究的兴趣，提升其专业素养，让他们了解动物学的学科前沿、研究热点［3-4］。课程组安排了原生动物、海绵动物、腔肠动物、软体动物、节肢动物等8个大类无脊椎动物，鱼类、两栖爬行等5个脊椎动物亚门动物的教学内容，利用中国大学MOOC自学生物演化和生理学方面的内容。

20世纪，在全世界科学家的努力下，完成了许多生物全基因组的测序工作。与此同时，细胞生物学、遗传学、生物化学、分子生物学、微生物、免疫学等学科飞速发展，动物生物学逐渐被淡化。然而，“动物生物学”课程学习的效果一部分影响后续专业课程的进一步学习，另外也可能影响学生本科毕业后从事动物相关领域的科研和教学［5］。如何在短短3个多月的时间内，使学生对“动物生物学”教学及生物技术专业产生浓厚的兴趣，使他们掌握大量的动物生物学知识和信息，且不出现精神疲惫的情况，是一个非常大的挑战。

一、理论课堂教学改革探索

（一）“动物生物学”概念重要性的强调

反映动物形态结构、生理机能和生命活动本质的概念是“动物生物学”的重要教学内容，是“动物生物学”教学的基石，对提高“动物生物学”教学质量具有非常重要的意义，如开管式、闭管式、混合式循环系统，是软体动物、环节动物、节肢动物等重要的且容易混淆的概念，还有无体腔、假体腔、真体腔动物，是一个贯穿整个动物教学的概念。课程组利用生物标本室模型、实物，详细讲解这些动物生物学的概念，从普遍性、规律性知识去解决这些概念问题，透过现象看本质，提高学生分析问题和解决问题的能力。

（二）动物演化基本规律、动物类群与环境相互关系的重点讲授

动物界已知有上百万种（亚种）动物，课程组以动物系统进化为线索，从单细胞动物到多细胞动物，从简单到复杂，从低等到高等，逐步论述每个门类的代表动物。在“动物生物学”教学过程中，利用标本室的有孔虫（foraminifera）、沙蚕（Nereis sp.）、鹦鹉螺（Nautiloidea sp.）、唐冠螺（Cassis cornuta）、拟穴青蟹（Scylla paramamosain）、罗氏海盘车（Asterias rollestoni）、七鳃鳗（Lampetra japonica）、花鳗鲡（Anguilla marmorata）、中华鲟（Acipenser sinensis）、中国大鲵（Andrias davidianus）、海龟（Cheloniidae spp.）、企鹅（Spheniscidae sp.）、北极熊（Ursus maritimus）等标本或者模型，非常形象地使学生了解动物具体结构和整体组成；精简描述过细的内容，重点讲授动物演化过程中出现的内部特征，如无体腔、假体腔、真体腔、辐射对称、两侧对称、三胚层、鳃裂、脊索脊椎、羊膜卵等，突出动物的发生与演化、功能结构、机体内部与外界环境相统一的动物学观点。

各动物类群之间功能、结构与环境是相统一的，动物和其生活的环境是相互紧密联系的，动物的生存离不开特定的环境，动物生命活动又影响着环境。例如，草履虫（Paramecium sp.）作为原生动物的一个大类群，能吞食细菌、净化水体等，说明原生动物有“小而不凡”的特性［6］。另外，化工生产和人类生活等因素引发的环境问题，对生态系统稳定也可能会产生影响，特别是对肉眼不可见的单细胞生物草履虫的影响，从而进一步影响水体中的贝类、甲壳类、鱼类、两栖动物等，最后影响人类的生产生活［3］，以此培养学生的辩证思维能力和对生命的敬畏。

（三）引入动物生物学前沿、热点研究

随着生命科学研究的高速发展，新知识、新技术和新方法不断涌现，“动物生物学”课程需要保持与时俱进。引入动物科学领域新的重大发现，不断更新和引入新的知识点，以适应和培养现代研究型人才的需要。将课堂教学实践和课外学术拓展相结合，跟踪学术热点，补充最近的重大科学发现学习内容，加强学生对特定动物门类的认识、理解。例如，四膜虫（Tetrahymena sp.）的大核中具有上万条染色体，是一个丰富的资源库，为研究DNA（脱氧核糖核酸）的代谢提供了很好的分子基础。例如，利用四膜虫研究发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理，这个成果获得2009年诺贝尔生理学或医学奖［7］。还有软体动物的绿叶海天牛（Elysia chlorotica），它吃掉藻类后，会吸收与光合作用有关的基因，整合到自己的基因中，从而进行光合作用，产生自己所需的碳水化合物和脂肪等，这个成果发表在《生物学通报》（The Biological Bulletin）杂志上［5］。通过介绍这些最新成果，学生对原生动物、软体动物的结构、机能产生了深刻印象，动物界的奥妙之处在潜移默化中被学生感受到了，学生的科研兴趣和科学探索精神得到了极大的培养。

（四）启发式引导与开放互动式教学探索及翻转课堂

师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握，以贴近生活的“提出问题－分析问题－解答问题”的方式引导学生的思考和学习［7］。例如，在讲到两栖动物时，首先提出“它们有哪些特征是适应陆地生活的？”；在讲到哺乳动物时，提出“从结构和功能上分析，为什么它们是地球上最高等的动物？”。让学生作答，多个学生来完善答案，然后教师进行补充，最后明确重要的概念、机理等，同时利用相关的视频资源，使学生在轻松愉悦的环境中学习知识要点。另外，鼓励学生提出更多的问题，大家共同学习和提高。整个过程中有效提高了学生对课堂的参与度，也锻炼了学生的观察、思考、解析和逻辑思维能力。

随着互联网的快速发展，信息爆炸时代已经到来。课程组让学生合理利用和发挥互联网的信息传播作用，把网络资源和专业学习结合起来，学生学习的兴趣得到明显提高，激发其对未知领域的探索欲望。例如，我们设置了动物多样性与环境、动物与医学等相关主题开展翻转课堂，学生在课后搜集资料并制作PPT，专门借助一节课让学生主讲，引导学生围绕这两个主题去思考与讨论，充分发挥学生的学习主动性。积极主动地利用网络资源丰富自己的动物生物学知识，锻炼客观理性分析问题的能力，从而引导学生正确引用和借鉴他人的科研成果。同时，在课堂中，适时对学术不端现象予以举例，如哈佛大学医学院教授皮耶罗·安佛萨（Piero Anversa），知名心肌再生研究者，曾担任哈佛医学院布列根与妇女医院再生医学中心主任，2001年，其团队在《自然》（Nature）杂志发表论文，表示首次发现将来自骨髓的c-kit细胞注射到小鼠受损的心肌中，会产生新的心肌组织；2003年，皮耶罗在《细胞》（Cell）杂志发文称，存在成年的心脏干细胞，它可以实现心肌修复。然而，根据《科学家》（The Scientist）杂志报道，多家实验室去重复皮耶罗团队的实验，之后产生了与皮耶罗论文结论相反或者根本无法解释的实验结果。2013年1月，哈佛大学启动了皮耶罗论文的调查，2014年，《循环》（Circulation）杂志撤回了皮耶罗发表的一篇论文。哈佛医学院布列根与妇女医院公开表示，论文中的数据存在争议。随后多篇论文被撤稿，原因是论文涉嫌伪造、篡改实验数据。2015年，皮耶罗团队在哈佛大学的实验室关闭。介绍这个学术不端的案例，使大一新生接受较好的学术规范和学术道德教育，从根本上端正了学术风气，为后期的课程学习、浙江省“新苗”人才项目、国家级创新创业项目申报、毕业论文撰写打下了良好的基础。翻转课堂很好地锻炼了学生的语言表达能力和团队协作能力。

二、实验实践内容的教学改革探索

“动物生物学”实验教学主要涉及外形观察、内部解剖、生理、生态等多个方面，以系统进化的观点安排内容，侧重动物形态结构和规律。我们从四大动物基本组织制作观察开始，安排了原生动物培养、结构观察，原腔动物和环节动物的形态结构比较，软体动物河蚌、泥蚶、乌贼等的解剖观察，节肢动物中华绒螯蟹、青蟹、日本对虾，鲫鱼的解剖分析，牛蛙的外形、内部构造学习，最后到哺乳动物家兔的外形、内部构造，耳缘静脉采血，消化循环呼吸各系统的解剖观察学习等，使多堂理论课上学习的内容进一步在实验课上得到验证和深化。

针对预习报告、实验报告的撰写，摒弃以前的简单绘图及目的意义的抄写，更多的是要写出实验体会和心得；以两到三个人为一组，在指导教师的引导下进行动手操作，提高学生的学习积极性和独立思考能力，规范学生的操作，培养其积极的实验态度。另外，基于能力培养的视角，结合学生实验动物学的学习需要，压缩与之重复的实验内容，增加了两个自主设计型实验。结合课程组教师的项目，让学生完成资料查阅、阅读分析等，借助线上和线下混合式的实验教学，学生的探索创新能力得到了有效提高，如三氯生对斑马鱼毒性实验、果蝇的耐毒性实验，需要学生做大量的课前准备工作及后续的分析工作。通过实验课程的改革，使学生加深对理论知识的理解，同时锻炼了学生的实际动手能力、独立分析和解决问题的能力，培养了学生实事求是、严肃认真的科学作风，对生物技术人才的培养产生了重要的意义。坚持能力培养的理念，从教育视野进行积极探索，使理论教学和实验教学相融合，提高学生解决实际问题的能力，提高学生的信息分析、操作和协调等多方面的综合素养。

基于新的动物生物教学实验、实践特征，在复合型人才需求的驱动下，课程组高度重视观察与实验、课程模拟和调查以及实践教学的学术性，使学生在激烈的人才竞争中保持领先优势［8］。课程组安排了动物类群与生态环境相关的观察与实践，如调查洞头大沙岙岩礁海洋生物、参观南麂列岛贝藻王国、调研泰顺乌岩岭两栖爬行动物等。通过野外的实习实践，提升了学生的物种保护意识和专业能力培养。通过洞头、南麂、泰顺等地的生物多样性调查实践，培养了学生的组织和观察能力，提升了学生的综合素质和能力。同时课程组利用野外见习时间，安排了东海贝雕艺术博物馆的见习，学生看到普通的扇贝、各类螺壳等，经过博物馆的带教老师示范变成了珍贵的贝雕模型，变成了工艺品，增强了学生体验感，提高了实践的价值感。另外，学生积极参与各种社团活动，参加温州医科大学生命艺术节、实验开放日和野生动物保护宣传月等科普宣传和社会实践活动，参与动物相关的科研项目训练，如三氯生和三氯卡班单独及复合暴露对斑马鱼的毒性研究、西门岛红树林内外动物多样性调查、校园鸟类物种多样性调查等。生物技术专业的学生还成立了温州医科大学蓝天空志愿服务社，联合温州南浦小学、大学城附属小学、上陡门小学等成立温州学生环境保护联盟。志愿者服务社和联盟成员学生组织了世界水日、世界地球日、世界海洋日、世界环境日的动物、生态和环境保护宣传活动。活动成果也部分得到发表，如2019年本科生张灵、王雯雯等在《生命科学研究》杂志上发表了三氯生单独暴露对斑马鱼幼鱼眼部的毒性研究论文。通过教学改革实践，学生从中受益匪浅。