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人教版高中生物(必修2)遗传与进化第6章第1节“杂交育种和诱变育种”,主要包括杂交育种的概念、过程、基本原理、应用以及优缺点和诱变育种的概念、过程、基本原理、应用以及优缺点等内容,其中教学重点是遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用;教学难点是杂交育种和诱变育种的优点和局限性。本节采取以育种技术的发展递进历程来组织教学内容。教学过程中始终抓住育种技术的不断突破和不断改进这一主线,重点引导学生利用遗传学原理分析不同育种阶段育种技术,发现其优缺点,应用所学的遗传学知识,尝试设计突破已有育种技术局限的途径。充分利用教材所介绍的许多具体生动的育种方法的实例,培养学生的阅读理解能力、归纳总结能力和分析思考解决问题的能力。运用小组合作的方式,收集育种的相关资料,通过成员汇报,提高小组的凝聚力;再采取各组互评的方式,进一步培养学生们的合作意识。
二、教学目标
1.知识目标
简述杂交育种的概念;
说明杂交育种的遗传学原理;
举例说出诱变育种的基本原理及其在生产中的应用。
2.能力目标
尝试将信息用图表、遗传图解的形式表达出来运用遗传和变异原理,解决生产和生活实际中的问题。
3.情感态度和价值观目标
(1)讨论从选择育种到杂交育种,再到诱变育种中,科学、技术和社会的相互作用。
(2)通过对杂交育种和诱变育种成果的了解,关注育种技术的发展。
(3)体会科学技术在发展社会生产力、推动社会发展中的巨大作用。
三、教学过程
自从孟德尔的遗传规律问世之后,人工杂交的方法就被广泛应用到动植物育种。随着科学技术的进步,人工诱变技术的应用进一步推动了育种的步伐,后来基因工程的诞生,使人们能够定向地改变生物的遗传特性,创造出新的生物类型。育种在农业生产上的地位越来越重要了。请同学们结合我们学过的遗传和变异的相关知识以及平时对这方面的认识,说一说选育新品种的方法有哪些?(让学生分小组互相讨论一段时间后,学生起来回答。)
(选择育种、杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种)
1.选择育种
教师在上课之前先收集一些关于选择育种和杂交育种的图片,在上课的时候首先展示这些图片,让学生仔细观察这些图片,教师根据这些图片设计问题:
根据图片分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗传学原理及其优缺点是什么?
看完图片提出问题后,教师先让学生阅读教材上的基础内容,并组织学生分组讨论,然后让每一小组选出代表来回答问题。在回答问题过程中若学生不能很好地回答所提出的问题,教师可以通过对问题的分解来进行引导:
教师提示:(1)古印第安人培育玉米的方法称为什么?(2)这时出现的选择的具体含义是什么?(3)选择育种的优缺点是什么?
最后再找同学起来补充回答直到答得全面为止,教师在必要的时候可以给予适当的提示,使学生牢固掌握这部分的内容。
2.杂交育种
每种生物都有不少性状,这些性状有的是优良性状,有的是不良性状,而且不同的优良性状存在于不同的品种中。人们一直设想如果能想办法去掉不良性状,让优良性状集于一身,创造出自然条件下没有的新性状组合,突破选择育种的局限,培育出具有优良性状组合的新品种。会有什么办法呢?(学生思考、分组讨论之后回答),在此基础上,教师提出问题:
有两个小麦品种:一种是高产不抗病(AABB),另一种是低产抗病(aabb),两对性状独立遗传,你们用什么方法能培育出高产抗病的小麦新品种呢?请将你们的设想用遗传图解表示出来。(课本例子)
学生思考,分组讨论,讨论完成后自己画出,同时找两位同学到黑板上来画,先让学生互相批改他们做的结果,并说明理由,在学生汇报的时候老师给予适当的引导,让学生展示出自己的方案,最后通过生生、师生间的交流研讨,总结出可行性的方案。共同完善写出课本例子遗传基因型图解。
师生共同总结:F2高产抗病植株继续自交,淘汰性状分离的类型,选育纯种。但是,在水稻育种过程中,我们直接利用F1代的杂种优势。
通过问题展示和解答,教学课件辅助,展示学生所写的遗传图解。最后由学生归纳杂交育种的概念,所利用的原理及我国在杂交育种方面的成就。
(杂交育种就是将两个或多个品种的优良性状通过集中在一起,再经过选择和培育,就得到新品种的方法;基因重组,成就略)
学情预设:与选择育种比较,杂交育种有什么优点?
学生思考、分组讨论回答:能将两个不同品种的优良性状集中在一起,产生新的性状组合的新品种;育种的目的性较强。
思考与讨论:综上所述杂交育种的优点是很明显的,但是在实际操作中,会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的类型,以及育种时间等方面,分析杂交育种方法的不足。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢?
学生思考,分组讨论回答:杂交育种只能利用已有基因的重组,按需选择,并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象,育种进程缓慢(一般需5至7年),过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。
思考与讨论:有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢?
学生回忆学过的知识,并交流和讨论:
3.诱变育种
教师引导学生回忆基因突变的内容。
利用基因突变的原理应用在育种中,就发展为一种新的方法――诱变育种。
教师引导学生阅读教材P100页,教材列举了哪些诱变育种的实例?
学生阅读教材并回答:如黑农五号;卫星“87-2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号小麦”等;青霉菌高产菌株等。
教师通过大量的图片资料介绍了诱变育种的实例。
教师总结:诱变育种的概念指什么?
诱变育种就是利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(亚硝酸、硫酸二乙脂等)来处理生物,使生物发生基因突变。
教师引导,组织开展生生、师生的讨论:与杂交育种相比,诱变育种有什么优点?联系基因突变的特点,谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性,可以采取什么办法?
诱变育种的优点是能够提高突变率,在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握,突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的群体,增加选择的机会。
关键词:创新型混合教学模式;自主性学习;研究性学习;遗传学;
作者简介:刘向东(1965-),男,农学院,博士,教授,博士研究生导师。研究方向:水稻生殖发育遗传和分子细胞学研究。
遗传学是生物科学中一门最具活力、发展最迅速的理论科学,对探索生命起源和本质,以及推动整个生物科学的发展起着巨大的作用,同时又是一门紧密联系生产实际的基础应用科学,对动植物新品种选育、良种繁育和遗传性疫病防治等都具有重要的指导作用。因此,该课程也就成为生物类、农学类和医学类学生最重要的专业基础课之一。国内外的相关大学都十分重视遗传学的教学工作,并做了大量卓有成效的工作,包括教材编写和教学方法改革等。就拿我国来讲,不同版本的遗传学教材不下10种,且多数是由遗传学的名家主编;教学方法的改革与新型教学模式也层出不穷。[1,2,3,4,5,6,7,8]华南农业大学是遗传学教学改革比较早的学校之一。从20世纪90年代至今,对农科类专业的遗传学教学方法进行过多种改革。归纳起来,主要是进行了四个阶段的四种改革:一是1997年至2001年间,改变原有单一粉笔教学的模式,利用电脑制作CAI课件,进行多媒体教学。从1997年开始编写基于PPT的CAI课件,1999年试用PPT的多媒体教学,2000年在农学类专业中全面推行以PPT为主的课堂教学,取得一定的成绩。遗传学课程的主讲教师刘向东也因此于2000年获得广东省“南粤优秀教师(讲坛新秀)”称号。二是进行“基于web-quest遗传学教改试验”,即“基于网上资源遗传学自主性学习教改试验”。于2001年至2003年间制作并完成了遗传学教改试验网站——《遗传学》网站,2003年成功地应用于教学,以后结合所获得的广东省教育厅“151工程”项目开展“基于web-quest遗传学教改试验”,取得良好的效果。[4]作为该项改革的原创性教学资源网站——《遗传学》网站于2007年获得第二届全国百佳网站(十佳学术类网站),其改革成果也于2008年1月获广东省教育厅“151工程”项目课程改革奖(三等奖)。2001年至2004年期间还开展遗传学综合性实验和双语教学。[3]三是2003年至2006年间开展研究性、探索性的教改试验。四是2006年至今在原来以单一或数种教改方法简单结合的基础上,提出较适合农科类学生的“创新型混合教学模式”遗传学教改试验。
一、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的教学理念和总体设计
进入21世纪后,随着信息技术的迅速发展及其在教学上的广泛应用,原有单一的多媒体教学已难以适应诸如遗传学等迅速发展学科的教学需要了。为此,国外提出“混合式学习”概念(Blending-Learning),[2]我国的浙江大学于2007年也提出“信息化环境下遗传学课程混合教学模式”。[2]“混合式学习”是把传统课堂教学的优势和利用信息技术学习(E-Learning)的优势相结合,从而达到发挥教师的引导作用、激发学生主动学习,以及培养学生能动性和创造性的目的。于2005年在农科类专业的遗传学教学中引入混合式学习的方式,2006年在农科类专业的遗传学教学中全面采用“混合教学模式”的教学方法,取得明显成效。2007年对该教学方法以及之前的教学改革方法进行全面的总结,提出适合华南农业大学农科类专业的遗传学教学的“创新型混合教学模式”遗传学教学改革法。该法的教学理念体现在创新和“混合”两个方面:创新要求教师在教学方法的改革上与时俱进,不断发展创新,发展主要体现在教师应该根据学生情况的发展进行教学改革,具体来讲,体现以人为本和科学改革;“混合”则要求教师在教学方法的采用上,不是采用单一的模式或几种简单方法的结合,而是灵活地应用多种教学方法,包括“基于web-quest(网上资源)自主性教与学”、研究性、探索性教学、教与学角色互换、综合性实验和双语教学等多种教学方法,并把这些方法整合成有机的整体,特别是“以问题为中心”的教法贯穿整个教学过程,形成适应不同年级和专业学生的教与学模式。
二、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的实施步骤
根据“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的总体设计,主要按照六个步骤(方式)进行:
第一步。框架式引导教学。在介绍框架前,首先让学生了解什么是遗传学?遗传学研究什么?学习遗传学有什么用?然后介绍遗传学课程内容的框架,即包括哪些章节等。为了便于学生了解掌握,我们把遗传学分成7个单元,即:遗传学的细胞学基础,经典遗传学(即遗传学三大规律),细胞遗传学基础(即染色体结构和数目变异),微生物遗传学基础(细菌和病毒的遗传),分子遗传学基础(基因概念的发展、基因组结构特征、DNA分子标记及应用、基因组学、后基因组学和生物信息学基础),细胞质遗传学基础,数量和群体遗传学基础。这样,学生对遗传学的结构就有一个大概的了解,学习也就有了方向性。
第二步。教师以问题为中心,讲授课程重点内容。先是提出问题,然后着重介绍有关的重要名词、基本原理、实(试)验推导、解释、验证和应用等。比如在讲授孟德尔遗传规律时,先提出性状是如何遗传的问题,然后介绍孟德尔著名的遗传试验、所获的结果、结果假设、分析、解释和进行合乎性验证等,最后归纳为杂交试验、结果分析和验证三部曲等。对于一些发展较快的知识(领域),如分子遗传等适当地采用双语教学,要求学生掌握有关的英语名词,帮助他们能自己查阅一些有关的英文文献。
第三步。教与学角色的互换,引导学生进行主动性、自主性学习。具体做法是讲完每个单元,要求学生自己出试题考察学习效果,出题的形式不拘一格。学生所出的试题交给老师汇总后,选择其中的一些题目作为期中考试和期未考试试卷的部分内容。期中考试的题目全部选自学生自己出的题,考试采用三种方式:一是抽样混合试题,即每个学生出的题目抽1-2题,集中成一份试卷,全部学生参加考核;二是交换题目彼此考查,一个学生用另一个学生出的考题考核;三是自考,学生自己出题自己考。这种教与学角色互换的方法得到学生的充分肯定。调查发现,90%以上的学生认为自己出题比纯粹由教师出题难,学习效果更好,如果没有真正掌握有关的内容是出不了好题目的。通过出题使学生从被动学习转入主动学习,调动了学习的积极性,增加学习的兴趣,而且使学生善于提炼问题和进行举一反三的思考,拓宽了思路。当然为了让学生出好题,教师开始需要做一些引导,告诉他们出题的技巧。另外,也要鼓励他们出有创意(新)的题目,通过出创意(新)题目,不但可以培养学生的创新精神,在一定程度上也培养了其应变能力。为了更好地通过考试来培养学生的创新能力,我们对期末考试也进行了较大的改革,比如出一些让学生分析遗传学现象、总结和阐述遗传规律的主观性题目,培养其透过自然界的现象探寻生命的遗传本质的能力。
第四步。选择性开展Web-quest的自主性学习。根据之前改革已取得的经验,主要是选择近年来发展较快的一些遗传学内容(如基因工程等)开展基于Web-quest的自主性学习。基本做法是以已制作的《遗传学》网站为依托,按照以下的步骤进行:(1)教师引导学习,教授遗传学章(节)重点内容(框架);(2)学生利用《遗传学》网站进行网上自主学习和讨论;(3)教师提问;(4)教师讲解重要问题(包括疑难问题);(5)学生开展网上测试、延伸自主学习和论坛活动;(6)学生展示延伸学习的成果和体会;(7)教师总结。期间为了增加学生学习的积极性,在学生查阅文献时,如果找到一些有关遗传学最新进展和动态的资料,鼓励学生浓缩写成快讯在《遗传学》网站交流,使他们有成就感,进一步增加主动和自主学习的兴趣和积极性。
第五步。自愿性的研究性学习。主要采用三种方式:一是结合研究生的研究工作,选择一些与遗传学课程内容关系较密切的内容,让学生分组在研究生指导下开展小实验。比如,实验室每年都有多个研究生开展DNA分子标记研究,鼓励有兴趣的学生与研究生一起开展有关的实验,包括DNA提取、PCR扩增和电泳等。通过短期的研究,一方面加深学生对遗传学基本原理的理解,另一方面也培养学生的动手能力和应用知识的能力。由于这种方式所需的时间相对较短,结果容易得到,与一般的实验教学相比,前者较为灵活、有创意、成本相对较低,所以学生普遍较欢迎。二是采用通常的研究性教学,即让学生根据兴趣,分组选择一个与遗传学相关的研究小课题,独立组织和开展研究工作,应该说,这个方式效果很好,[9][10]但往往在遗传学上课期间难以完成,在一定程度上影响效果。三是结合毕业论文工作开展研究性的学习。[11]具体做法是在学习遗传学课程的主要内容后,在指导教师的引导下,让学生选择一个与遗传学内容有关的题目作为毕业论文。为了有效地进行此项的研究性学习,抓住两个关键问题:一是毕业论文开始的时间安排在遗传学课程修读期间。遗传学课程修读的时间一般是在大学三年级上学期,也把毕业论文开始时间安排在该学期,这样就可以让学生通过边学遗传学课程边发现与遗传学有关的问题。课程结束前,在教师的引导下,选择一个与遗传学知识有关,而学生本人又有兴趣的题目,开展毕业论文的研究工作。由于毕业论文一直要做到四年级下学期,历时2年时间,所以,可以深入开展一些与遗传学有关的研究工作。二是处理好遗传学主讲教师和毕业论文指导教师的关系。其中最佳方案遗传学主讲教师既是遗传学课程的教师,同时又是毕业论文的指导教师,这样不但可以达到研究性教学的目的,也可以保证毕业论文能顺利完成。如果两者不一致,就需要遗传学的主讲教师与毕业论文的指导教师进行协调商讨确定。为了更好地开展研究性学习,结合研究性同时开展相关的综合性实验。
第六步。采用融会贯通式、生动活泼的课程大总结。一是理论总结,通过以“可遗传变异的类型、创造方法、基本原理、应用和意义”为主脉把所有单元的内容有机联系在一起,形成该课程的系统性;另外是以“遗传与健康(疾病)”为专题讲座进行形象生动的总结,通过“遗传病”提出一条主线,把遗传学各章节的内容串在一起。二是实践总结,主要是利用我们拥有的国家级重点学科作物遗传育种和广东省植物分子育种重点实验室的100多亩校内实验基地,在每学期课程学习结束后带学生到该基地进行参观和实习。由于该基地每年种植(早晚两季)的材料很丰富,包括有20多个野生稻种、2000多份不同类型的野生稻居群、各种突变体、杂种后代和特殊的遗传材料(如单片段代换系等)等,可以让学生对遗传学研究的物质实体和研究内容有较好的直观认识,并在实际中进行总结。比如,通过参观各种野生稻和栽培稻,让学生认识基因型与表现型的关系,以及遗传的多样性;通过观察各种分离世代的材料,让学生认识三大遗传规律;通过参观同源四倍体水稻,让学生认识染色体数目变异的遗传效应;通过参观水稻单片段代换系和分子标记辅助选择的后代,让学生深入认识分子遗传学的有关知识;通过参观三系和二系杂交稻,让学生认识细胞质遗传学和生殖遗传学的有关问题。通过参观田间不同世代材料,让学生认识许多数量遗传学和群体遗传学的问题。实践证明,采用以上方法的总结,不但让学生对遗传学有了直观、生动的认识,而且使学生接近自然、接近科学研究的第一线,丰富了教学的内容,达到了既教书又培养学生科学研究的思想和兴趣的目的,深受学生的欢迎。
三、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的成效分析
为了评估“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的效果,2006和2007年先后对其中180名参加试验改革的学生进行匿名问卷调查,发现92.87%的学生认为“创新型混合教学模式教学改革”可激发其学习兴趣,提高主动性;91.69%的学生认为可提高自学能力;93.37%的学生认为有助于基本知识的理解和应用;93.66%的学生认为扩大了知识面;91.95%的学生认为可培养学生独立思考问题的能力;91.55%的学生认为知识收集、加工、处理能力得到提高;92.14%的学生认为提高了综合能力;91.12%的学生认为充分运用了计算机等信息技术;90.53%的学生认为有助于学习者相互学习。与之前采用单一模式或简单几种方法的效果相比较,“创新型混合教学模式”在以上每项指标的得分均比之前的方法高出10%左右。除了以上量化的结果外,还得到参试学生的书面评价,其中绝大多数的学生给予高度评价,比如有学生认为,“创新型混合教学模式”“使原本深奥的遗传学变得简单,使同学们在活跃的氛围中掌握了遗传学的基本知识”;“使学生综合和创新能力得到提高”;“能启发学生的思维、激发学习遗传学的兴趣、增强探索的欲望”;等等。这些结果充分说明我们的改革是成功的,有进一步推广的价值。
《园林遗传育种学》是园林专业的一门重要专业基础课,是研究园林植物品种种选育原理和方法的科学。它的任务是根据园林植物的遗传变异的规律,研究园林植物的种质资源的选择和利用,选育出花卉的新品种并进行良种繁育。当然它的基础是遗传学,遗传学是研究生物遗传、变异规律及其原理与应用的一门科学。《园林遗传育种》是一门实用性很强的课程,是园林植物在园林应用中的基础和创新的依据,是理论和实践的结合。学生只有具备《园林遗传育种》的基本理论和基本原理,了解本学科及相关学科的现状和发展趋向,掌握选育种的基本方法和技能,才能从事好园林植物的生产育种经营及科研管理工作。本实验教改通过进一步优化完善实验教学内容、改进实验教学方法和规范教学管理等手段,开展《园林遗传育种学》实验教学体系的改革与建设,通过实验教学进一步增强理论教学效果,全面提高学生的能力素质。那么,如何开发、培养、提高学生的动手、动脑能力呢?
二、传统教学模式下的园林遗传育种实验教学之弊端
首先,学生对学习“园林遗传育种”课程的重要性认识不够,认为该课程偏向植物方面,与规划设计类课程相比,从事规划设计方面的就业前景较好,仍处于次要地位,使得学生的学习积极性和主动性较差。其次,本专业的部分学生的招生生源属于文科性质;最后,这门课安排在大四的第一个学期,由于气候的原因使得实验材料在取材方面有难度。
传统的园林遗传育种实验从实验性质来讲绝大多数为验证性实验(如,有丝分裂、多倍体化学诱变、花粉活力测定等)。即教师介绍实验目的、实验原理、实验材料、实验方法和步骤,然后学生用实验材料按照实验方法步骤的描述验证学过的理论知识。这样做的结果是大大限制了学生自主学习的积极性和主动性,使得学生“照猫画虎”,敷衍了事,不去分析实验的原理,不去探讨实验中存在的问题,限制了学生创造性思维的发展。还有在上实验课之前老师已经提前配置好实验所需药品,准备好实验材料并做了预实验,这样学生省去了配制药品、选择取材的环节,使其对药品的配制方法、使用时的注意事项及实验原理并不关注,甚至全部实验结束后,仍有学生还未掌握制片的技术,不知道花粉活力测定中TTC是如何配制的,不清楚所观察的分裂象是属于哪个时期的。其结果就是实验仅仅加深了学生对理论课中一些客观事实的印象,并不能很好地理解和把握遗传与育种的关系,不能更好地掌握营养系杂交育种、诱变育种的原理、方法及特点等,也就更难学以致用,将所学知识运用于解决目前农业生产中的实际问题。
三、改革与探索
实践证明,传统教学模式下的实验教学存在弊端,难以调动学生的积极性,实验教学的重要作用也难以实现。因此,进行实验教学改革是很有必要的。
1.实验课程内容改革
传统教学模式下的实验教学作为理论教学的补充,其课时数仅占《园林遗传育种学》总课时数的1/3,即课时数为54学时,其实验课时为18。由于实验课时数有限,一些本应该设置为综合性的实验也只能开设为基础验证实验。因此,要加大实验比例,增加实验课时数。进行教改后,大幅增加实验课比重,几乎占到总课时数的一半。如若能把实验课改为一门单独的课程即实验课不及格,则意味着本课程没有学分,学生对实验课就会更加重视。
2.实验形式改革
(1)实验材料的准备。传统实验教学中,实验所用各种仪器及材料、药品往往由实验老师预先准备,实验时教师先讲解实验内容、注意事项及实验现象、结果等,学生对于材料、药品一般不去深究。例如,目前大多数遗传学实验材料(或实验指导书)中有关有丝分裂的实验材料是蚕豆、洋葱和小麦等。这对农学专业学生是比较合适的,但对园林专业学生未必适宜。为此,我们选用水仙根尖分生组织作为实验材料进行尝试,并对某些实验步骤进行技术修改,效果较好[1—2]。水仙(2n=3x=24)是石蒜科多年生球根花卉、栽培技术相对较为容易的室内盆花。让学生参与根尖的培养—固定—解离—染色—装片—观察整个过程,使学生拿着自己培育好的水仙根尖材料,特别有成就感。学生普遍对所用药品(尤其是改良品红的配置),实验反应原理不明确,而让学生参与实验准备,学生就会有意识地去预习实验,从而对实验原理、注意事项分析注意。(2)实验结果的分析。传统实验内容确定、材料统一,实验结果也大同小异,学生按照课本中的图按猫画虎地画出来,按部就班。实验改革后,学生根据显微镜下看到的各个时期的图像能够辨别绘图,且对自己所制作的片子进行自主的分析、探讨,同时教师则可根据实验情况,给学生提供必要指导。
3.考核方法改革
在提倡建设应用型本科院校的主题下,学生的实践动手能力显得尤为重要。实验教学改革后实验考核包括平时考核和期末考核两部分,平时考核的内容包括实验预习、实验操作、实验态度及纪律、实验报告等环节,各环节考核分数比例为:预习报告10%、实验操作40%、纪律卫生10%、实验报告40%,这部分成绩占该实验课总成绩的60%;期末考试(包括实验操作、技能、实验理论等)占该实验课总成绩的40%。其中,实验操作部分占实验总成绩的20%,操作合格方可参加实验理论考试;实验理论考核部分成绩占实验总成绩的20%。教师通过加强对学生实验过程的指导和监控,培养学生有条不紊、科学的实验精神,考核学生科学、严谨的实验态度和操作技能,客观、公正地评定其实验成绩;实验报告重点考核学生归纳、综合、正确地处理数据和分析实验结果的能力;期末实验考核主要侧重常规实验操作技术和技能考核。这种考核评价标准综合考查了学生在学习该课程全过程中的表现,较客观地反映了学生对该课程的理论知识、基本技能的掌握程度和运用能力[3]。
参考文献:
[1]沈克全,程经有,徐甸编著.遗传学实验自学指导[M].北京:中央广播电视大学出版社,1990.
[2]季道藩.遗传学实验[M].北京:农业出版社,1992.
你每天喝咖啡超过三杯吗?通过遗传学测试可以确定某些人――约占总人口的10%至20%――是否具有特殊的遗传变异,使其在咖啡因的干扰下难以吸收钙质,从而导致骨质疏松。
你摄取的叶酸够量吗?蚕豆、豌豆和强化谷物中富含叶酸,研究人员发现,许多人的遗传体质使他们患心脏病的风险特别大,原因是他们比一般人需要更多的叶酸来保持正常的血液生化反应。
鉴于你的遗传特性,高脂饮食是否对你的健康格外有害?约15%的人天生体内有一种肝酶,致使他们的高密度胆固醇(HDL)或称“好胆固醇”因为膳食中的脂肪而减少。一般说来,较高的HDL水平会抑制低密度胆固醇(LDL)――坏胆固醇――的某些不良影响。
还有,营养品是怎么起作用的?对哪些人起作用?为什么低脂饮食对有的人管用而对有的人不管用。
这是一个崭新的研究领域,围绕它的名称问题至今仍有争论。营养遗传学?营养基因组学?但不管怎样称呼它,这个领域在迅速发展。
所有的遗传变异都不会马上危及性命,实际上它们大多不会产生明显的影响。变异不同于我们大多数人在学校里所学的突变――后者会导致全部基因或基因组功能紊乱,引起镰状细胞贫血和囊性纤维变性等疾病。营养遗传学家所探究的变化更像是一个单词的正确拼写有不同变体,比如,“剧院”可以是theatre也可以是theater,这取决于你用标准英语还是美式英语。我们的基因当中都存在变异体,它们影响着我们对各种营养物的吸收、利用和储存。
当然,就基因而言,其基本原理只有四个字母或称四种碱基:A、T、C和G(分别代表腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤)。基因的碱基有数百万对,科学家们要寻找的是一种单核苷酸多态性,它是DNA的一种单一性变化。有时候单核苷酸多态性(简称SNP)会导致产生一种稍有不同的蛋白质,这种变化有时会使人的生化或代谢发生转变,但大多数时候不会。
研究人员着重于一种叫做perilipin的蛋白,它覆盖在脂肪细胞所储存的脂肪表面。perilipin有助于调节脂肪的分解,但是,是否有基因的变异为perilipin指定了遗传密码从而影响一个人发胖或患糖尿病的可能性。据一项涉及1600人的调查,断定有些变异似乎的确与体形较瘦、低血糖和低甘油三脂水平有关联。但同一种基因的其他变异似乎使女性易于肥胖、健康状况欠佳。
这正是这种崭新的个性化遗传学研究的奇妙之处。多态性的作用千差万别,视它在基因中所处的位置和其他基因的影响力而定。同样的变化在不同人身上产生的结果大相径庭。比如,被称为载脂蛋白E4的变异基因似乎会增加高加索人和日本人患早老性痴呆的风险,但对非洲黑人毫无影响。
关键词:动物遗传学;教学实践;教学质量
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)06-133-03
《动物遗传学》是动物科学等相关生物专业的一门重要的专业基础课程,主要学习内容包括遗传学基本定律―孟德尔的分离定律和自由组合定律以及摩尔根的连锁互换定律,遗传的染色体理论,遗传的重要物质核酸的结构与功能,群体遗传结构中基因频率与基因型频率的概念以及遗传平衡定律Hardy-Weinberg平衡理论、影响平衡的各种因素:选择、迁移、突变、遗传漂变等,数量性状的概念与主要遗传参数遗传力、遗传相关和重复力的概念及计算方法[1]。目的是让学生了解遗传学的发展历史,掌握遗传学的基本知识和基本理论,理解分子遗传学的基本原理与研究方法,为后续课程的学习奠定基础。
动物遗传学在学习过程中具有较强的理论性、逻辑性,并且相对抽象,属于畜牧专业中比较难学的一门课程。随着高校教育教学改革的不断深入以及素质教育的推进,课堂理论较实验课程较少并且不断压缩,已经由课程初始设置的125学时减少到目前的50学时,甚至是44学时。压缩理论课时,学生普遍反映遗传学课程的教学内容较多、时间较为紧张、知识面跨度大、学习难度大,并且在学习的过程中经常产生抵触的情绪,给教学工作带来较多的困难。因此,在教学过程中,基于以学生为本的教学思想,应积极改进遗传学教学法,并且重点培养学生学习遗传学的兴趣,调动学生的学习积极性和主动性,这对于提高遗传学教学效果,培养学生的综合素质具有十分重要的意义。采取何种教学方法,如何提高其教学效果,值得深入探讨。
1 培养学生对动物遗传学的学习兴趣,充分发挥学生主体作用
兴趣才是最好的老师,它能有效地诱发和强化学习动力。单单靠一块黑板和一本教材传授、笼统地灌输知识,势必会降低学生对课程的学习兴趣,并且直接影响学习的效果。绪论作为第一节课,是教师宏观的对学生介绍一门课的方向,并且是与学生的第一次接触,教师自身的水平、性格、态度、言语表达、情感、穿着等都会给学生留下较为深刻的印象。在绪论课上,可精选一些典型的遗传学学史事例,一些在遗传学领域中作出较为重要贡献的历史人物事迹,在当前医学、生物技术等领域的应用与遗传学相关并且所起到的至关重要的作用的事例,充分展示课程的重要性,在学生了解遗传学的建立与发展的同时,进而使学生学习兴趣得到提升。
2 采用多媒体教学,展示更多的研究信息
对于遗传学的学习,教授的引导、启发、推理以及学生的想象占据了大部分内容。在教学实践中,教授过程应运用生动的语言,教师应充当引导者和组织者的角色,充分发挥其引导作用激发学生对遗传学的学习兴趣。在有丝分裂、减数分裂、基因表达调控等内容教学过程中,应该将教学内容与实际生活充分地联系起来。把多媒体辅助教学、动画及图像结合起来激发学生强烈的学习兴趣,有利于学生对知识点形成较为直观地形象理解。以学生为主体,通过照片、视频等媒体为辅助,生动形象的介绍学习内容,建立学生对知识点的直观理解,使学生对其产生新鲜感并成为对认知过程形成主体意识的主动构建者。在学生心理方面,随着时间的推移,学生对学习的新鲜感会逐渐减弱并且产生微妙的变化,这种变化表现在学习态度以及行为方面。从教师角度来看,如果单纯利用视听媒体的优势不断地向学生灌输知识和信息,只是依托媒体照本宣科,势必成为另一种形式的“满堂灌”;追求“直观”也不能限制学生想象、思考的空间而迟滞抽象思维的发展。因此在利用多媒体教学的过程中,应当把启发式教学的思想预先注入媒体的图像、视听造型及媒体的组合之中,确定启发式精讲与媒体的启发式展示相结合的教学策略。
3 对于不同的章节,应采取不同的授课方式
采取题海战术在遗传学的教学实践中是不可取的。例如遗传的三大定律、染色体数目及结构变异等不需要死记硬背,教师应通过鼓励学生多做习题或者上习题课的方法来掌握。在布置习题的过程中,应有针对性地选择一些典型的习题并重点说明。在批改学生作业的过程中,要发现学生的问题所在,对习题进行深入地解析,使学生可以牢固地掌握所学内容。
4 增设讨论课,提高学生的分析与总结能力
遗传学内容抽象,不易掌握。在教学过程中常出现有些学生可以理解,有些学生一知半解的现象,应充分对某些学习内容开展一些必要的课堂即兴讨论,增加学生的学习兴趣。例如在有丝分裂、减数分裂、遗传学的三大遗传规律教学中,针对处于不同时期及染色体在分裂过程中的动态变化规律和对某些概念点的实质的联系、区别,在细胞核遗传、细胞至遗传以及母性影响的区别和联系,还有一些较为典型的F因子、Fc因子及Hfr区别和相互影响,这些都可以作为课堂上较为典型的问题进行提问和讨论。如有必要可将其作为一次课后作业让学生充分思考。在经过充分的讨论及课后的静心思考后,可由学生自主理清思路并且以小论文的形式提交作业或者以讨论形式在下一节课堂上进行专门的讨论。这种形式[2]可充分改变由教师一个人形成的主讲式课堂,并不是从一个教师的角度去理解问题,而是从学生个人的角度去学习理解。这种穿插式的讨论和教学方法会使学生对遗传学的学习兴趣增加并且对知识体系产生深入地认识,提高了自主学习性,并使学生的总结能力、分析能力得到提高。教师在教学中可以组织学生各抒己见、自由地表达对问题的观点,教师可适当的引导和提问,让学生相互质疑、相互补充等从中得出结论,然后教师对所得出结论进行点评。值得一提的是,在教学过程中,教师要善于发现并且捕捉到学生的闪光点,对不同水平的学生给予适当的评价和鼓励,使学生保持着一种积极好学的心态,充分发挥以学生为主体的作用。
5 精心准备遗传学的实验课
遗传学在农业、医学、环境污染治理、生物多样性的保护等方面具有重要作用,而实验教学是不可分割的重要部分[3]。实验教学在育人方面有其独特作用,不仅可以授人以知识和技术,培养学生的动手能力与分析问题、解决问题的能力,而且能够影响人的世界观、正确的思维方法和严谨的工作作风。实验室是实验教学的主要场所,而实验教学又是培养有创新思维、创新能力人才的最佳途径。在遗传学课程的安排中,实验课占了1/3~1/4。实验课不仅能激发学生的求知欲,而且能加深学生对所学理论知识的理解,锻炼学生的实验操作技能,有助于提高学生观察、思维、分析和创新等方面的能力。
随着遗传学的发展,仅仅停留在以果蝇为材料的实验方法上,远远无法满足学生的需要。可以结合生物科学目前发展的趋势,为学生开展一些分子生物学的实验,例如DNA的提取、基因克隆、DNA测序、转基因等等,让学生对当前的实验技术有所了解[4]。这不仅能够激起学生学习的兴趣,还有利于培养学生进一步在生物科学领域深造的欲望。
6 培养学生的信息素质和自学能力
教师的教学体系应该与时俱进,要利用网络的生物资源对学科的发展前沿进行适当的调整和数据库共享,对网络资源的应用和对课堂教学的引入都极大的利于学生在对遗传学课程学习知识体系的扩展、更新和学生自学能力、自身素质的提升。
随着遗传学的快速发展,遗传学在教学中的缺陷表现为教材内容的滞后性,因此产生在学习中对课本获取知识的不足。但网络的信息资源的数据共享便可弥补这一缺陷,因此为教学构建了一个较为便捷的平台。教师在教学过程中可采取由学生提出关键词、教师总结的方法,让学生进行网络查询,使网络与课本相结合,自主了解最新的研究成果和研究进程,有助对学生积累信息的能力和自主学习的能力的提升,并且可以对所学的内容有所巩固,开阔学生的专业知识视野。
7 多做习题,熟练掌握各种遗传规律
世界是多姿多彩的,性状的遗传也是非常复杂的。如果在教学中缺乏实习、加上实验条件的限制,没有接触各种遗传现象的机会,则可以通过做各种各样的习题来弥补。如为学生出各种各样的习题,每讲过一段以后,可进行一次习题课的讲解,最后再做一次综合练习。让学生从各种各样的习题中发现、掌握各种各样的遗传现象和遗传规律,从中摸索分析问题,解决问题的方法。
8 提高自身的语言表达水平
有人说教师的语言如钥匙,能打开学生心灵的窗户。好的教师语言是教师从事教育、教学工作必备的条件。教师语言水平的高低,直接影响到教学效果和教学质量的优劣[5]。作为一个合格的人民教师,必须不断地提高自己的语言表达水平,尽量使自己的语言幽默诙谐。苏联作家斯维洛夫说:“教育家最主要的也是第一位的助手是幽默。”一个概念,讲授时有无幽默感,表达效果就不大一样。幽默能引起学生的兴趣,加深学生的理解和记忆。趣味性一般指教学语言生动形象、富于情趣。教学语言的趣味性也是教育教学成败的重要条件之一。
9 结语
以上是对遗传学教学中的体会作了一些总结和探讨,如何采用不同的教学方式教学手段和网络资源,提高学生的学习积极性和主动性,从而提高教学的效率与质量,是一项非常艰巨的任务,还有待于在教学实践中逐渐探索和研究。
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掀开遗传因子的面纱
当我们提起DNA研究的辉煌成果,多数人立刻想到华生与克立克的双螺旋模型。实际上,DNA研究的辉煌成果背后还有很多默默的英雄。第一位英雄,瑞士的科赫在1878年前首次发现DNA这种化合物。后来的科学家发现所有的细胞中都有DNA,而且是在细胞核里面。另一方面,比科赫稍早几年,遗传学祖师门德尔,也发现生物的各种特征由一种遗传因子所主宰。20世纪初期的遗传学家比德尔与泰特姆发现,每一个基因主宰一种蛋白质的合成,而每一种蛋白质在细胞中担当不同的结构或功能。生物体的变异是由蛋白质变异造成的,而蛋白质的变异则是源自基因的突变。但是,基因是什么呢?它们显然存在于细胞核中的染色体上。生化学家知道,染色体的成分是蛋白质和DNA。基因到底是蛋白质或者是DNA,还是其他东西呢?
细胞中的蛋白质无论种类、大小与结构都变化万千。它的组成单位有20种之多。相较之下DNA就显得单调多了,它的构造单位只有4种含氮盐基,而且除了这4种盐基之外,别无他物。至于它的结构如何,起初很少人关心,因为大部分的人都以为基因是蛋白质构成的。20世纪中期,新的研究结果才让科学家开始有了DNA是基因的念头,解开DNA结构之谜的竞赛才正式起步。但是,这个竞赛可以说才刚开始就结束了,因为DAN的结构很快就被两个年轻人——23岁的华生和35岁的克立克——解出。构成DNA的4种单位,以线状的形式排列在两条互相缠绕的双螺旋链子上,非常规律和单调。但是DNA如果就是基因的话,它应该是千变万化的,怎么会是这样单调的结构呢?华生与克立克的DNA结构提供了这个谜题的答案。原来基因的变化不是取决于DNA结构的复杂度,而是取决于4个单位的排列组合。就好像26个字母就可以组成无数的英文单词,几种音符就可以编谱出无限的乐章一样,DNA中的4个字母可以排列出所有的基因变化。
遗传密码
上面的答案只解决了一半的问题,因为这样含有4个单位的基因形式,怎么造成含有20种单位的蛋白质呢?华生与克立克的DNA结构无法提供这个答案,但是克立克和其他一些科学家提出“遗传密码”的说法,认为DNA中的ATGC排列顺序是一种密码,还必须再经过一种翻译的过程才能做出蛋白质上的氨基酸序列码。若要用四种核酸编写出20种氨基酸,则每个氨基酸一定要有2个或2个以上的核酸单位来编码。这就像早期用在电报通信的“摩斯密码”一样,用不同组合的长短声编码出26个英文字母。此后,克立克与他人的共同努力证明了他们的想法。基因中真的藏着密码!也就是说,DNA是一种“信息分子”。
经过这半个世纪的研究后,现在我们了解了遗传密码基本上是如何操作的。我们也可以用化学及物理的角度来了解基因。门德尔所描述的遗传因子不外是一串密码排列,突变只是这些密码排列的改变,突变在族群中的遗传造成族群的演化,达尔文进化论的原动力就是来自DNA上碱基序列的变化。今日我们比较各种物种之间的DNA序列。就可以归纳出其亲缘性的远近。亲缘愈接近的物种的DNA序列就愈相似。DNA主宰基因,基因主宰生物体,这是地球上从人类到植物、到细菌病毒,所有的生物自古至今共同的宿命。 对DNA密码的了解,让我们发展出物理及化学的方法来改变它们。我们不但可以有计划地改进我们所应用的生物品种,甚至可以改变我们自己,主宰我们未来演化的方向。这些可能性都来自遗传密码——编排在DNA双链结构中的密码。
DNA密码系统的发现,还蕴藏着一个演化的大谜题。这个谜题就是:这样的密码系统来自何处?细胞如何“学”会用密码储藏遗传信息?用密码储存信息似乎是个抽象观念,好像应该是某种智慧的发明,不像是自然演化出来的产物。但是,所有的研究指出,地球上所有的生物都是来自,同一个起源,大家都具有同样的遗传物质以及基本上相同的遗传密码。所以,这个遗传系统应该早就存在于40亿年前那个共同祖先。这样一个密码系统如何在那原始世界出现、成形,是令现代演化学家伤透脑筋的大谜题,是一个关系到地球生物何来何去的基本问题。
[关键词]语言艺术 课堂教学 教学效果
如果说教学工作是艺术,那么这种艺术的效果主要表现在教学语言的艺术上,教学语言的艺术性决定着整个教学的效果。只有教师能艺术地把这种语言直接用于课堂教学,才可能把深奥的生物理论通俗化,把抽象的概念具体化,把枯燥的内容趣味化,以此达到激发学生的学习兴趣,调动学生的积极思维,培养学生的创新能力的教学效果上。因此,加强语言修养,提高语言质量,讲究语言艺术,是开发学生智力,提高教学质量的关键。笔者在教学过程中,对此进行了不断的探索,积累了一些经验,下面就谈谈自己的看法。
一、栩栩如生――展现语言形象性
医学遗传学是一门自然科学。一些概念原理具有高度的抽象性,因此在教学中语言的艺术性就表现在善于运用贴近学生生活的事例,把内容讲得形象、通俗,让学生能更深刻的理解知识。如讲到染色体、DNA和基因三者关系时,染色体是DNA分子载体,DNA是遗传物质,基因是DNA分子上具有特定遗传效应片断。教师把染色体比喻录音带,DNA是录音带中的优美旋律,基因是旋律中的每一个音符,音符越好,旋律就越动听。也就是基因越优秀,性状表达越好,否则相反。通过这样表述,学生就会理解基因不但是性状表达物质,而且性状优劣基因是关键。在讲授细胞分裂前期核膜核仁为什么会消失时,我用了一个比喻“核膜是包围圈,核仁是绊脚石”,一下子点透了二者对染色体平分的阻碍作用。又用乱麻比喻染色体的纠缠状态,用细线缠成绳子比喻染色体的形态变化。用这些精当的比喻加深了学生的理解,深入而浅出。使语言“形象”的具体做法很多,常用的有:妙用比喻比拟,巧举事例,用名人名言,借用典故等。
二、满腔热忱――注重语言的情感性
教学是双边活动,课堂应是师生心灵对话的舞台,是师生舒展灵性的空间。而语言是交流情感的载体,师生赋有情感的语言交流能使人精神亢奋,思想活跃,促使师生共同探索,创造奇迹。所以教师在传递知识晓之以理的同时,更要动之以情,调动情感。要达到这样,教师首先必须是一个情感丰富的人,必须表现出对所教学科的无比热爱。例如,在讲遗传学时,教师本着对自然、对生命、对生命科学的敬畏和崇拜,时时怀着敬畏之情,来体现它们的神圣、神奇、完美,让学生感受到从事这种职业的伟大,把这种生命第一、学术第一的思想,自然而然传递给学生,使他们认识到能够成为人类生命的守护者而自豪和骄傲,达到潜移默化、润物无声的效果。其次,表现出对学生的爱,时时刻刻不忘对学生激励。学生回答问题时,只要认真思考,只要是自己的观点,老师都加以肯定,出现问题及时引导,从不用过激的语言讽刺挖苦,横加指责,使课堂达到用知识激活知识,用生命激扬生命,用心灵激动心灵,用人格激励人格的艺术效果。教师靠着富有情感的艺术化的语言点燃了学生智慧的火把。
三、轻松睿智――体现语言的幽默性
幽默是一种语言的艺术。教学语言的幽默,不同于相声小品的幽默,它表现为思维的深刻、分析的透彻、对本质的把握游刃有余,具体说它幽默的目的是在轻松中抓住本质,而不是为轻松而轻松。例如,讲到医学遗传学中性染色体和性别的关系时,课堂上教师首先提出:“动物为什么会有雌雄之分,人类为什么会有男女之别?”这个十分有趣的问题自古以来众说纷纭,中国古代医学上曾记载:“乾道成男,坤道成女。”古希腊哲学家亚里士多德也提出:“母亲左侧卵巢排出的卵与父亲左侧精巢排出的结合生女孩,与此相反则生男孩。”前者说法太笼统,后者说法是主观猜测,缺乏科学根据。直到今天对生男生女的奥妙弄不清的人也还为数不少。如社会上那些重男轻女的丈夫和婆婆,因为媳妇不生男孩责怪媳妇,其实生男生女在受精一瞬间就已决定,只要是含X性染色体的精细胞和卵细胞结合,不论你听了多少遍雄壮有力的军队进行曲,看了多少幅优秀运动员的画片,也决不会生出男孩。并引用小品《超生游击队》的一句话:“生男生女老爷们是关键,你种的是茄子,能长出辣椒吗?”调侃幽默的话语,让学生在笑声中认识到,生男生女,男性是关键。在教学中教师要时不时地恰当运用一些借代、仿词、一语双关、轶闻趣事等寓庄于谐,使教与学都轻松自然,兴致盎然,真正做到寓教与乐。
四、井井有条――把握语言的逻辑性
课堂教学必须传授科学知识。而德国著名哲学家黑格尔指出:“任何科学都是应用逻辑的”。也就是说,每门学科都是由“逻辑思维的链条”构成的,有自己内在的层次和条理性,要把这种具备内在固有层次和条理的知识传授给学生,思路清晰,敏锐把握问题本质,遵循由表及里,由特殊到一般,从是什么,到为什么,到怎么样的思路,层层推进。例如,我们在讲单基因遗传方式时,在没讲解之前,让学生根据已掌握的遗传学基本原理知识来解释单基因遗传属于哪一遗传规律,怎样用此规律解释遗传现象,并把这种遗传方式应用到人类性状或遗传病的分析上,这样学生就感觉到条分缕析,有章可循。所以教师在课堂上无论是讲述、讲解,还是分析、论证,其语言表达都要有板有眼、有条有理、环环相扣、脉络清晰。
五、与时俱进――凸显语言的时代性
1发育生物学课程开设现状
开设伊始由于主讲教师围绕各自的科研方向讲授,因而没有形成系统教材[2].迄今为止,由于相关学者和科研人员对发育生物学领域研究的重视,国内外出现了各种版本的发育生物学教材,有国外的英文教材,也有我们国内学者编著的中文教材,如使用面较广的由张红卫老师主编《发育生物学》,在综合性大学生物学及生物技术专业、医学等[3]使用较多,从开始开设发育生物学课程到现在不到四十年时间,与其他学科相比发育生物学仍然处于发展的初级阶段,该领域新的热点和研究成果都在源源不断地涌入世人的视线中,因此教材内容也在不停地补充.博士生、硕士生及本科生使用的教材不一样,不同专业不同院校使用的该课程教材也不尽相同.从总体看发育生物学在我国还处在起始摸索阶段,还未能形成一个被大家普遍认可和遵循的成熟的课程体系,当然也有了探索和完善的空间.2009年起,我校为了生物科学专业的发展,将发育生物学课程列入了教学计划,但相比其他同类院校就晚了很多(如2002年曲阜师范大学开始给生物科学、生物技术两个专业开设发育生物学,山东德州学院2004年就开设了该课程)[4].经调查进入新的世纪,本科院校的生物学专业2/3的院系先后开设了该门课程,1/3的院系也有了开设该门课程的计划,但由于师资等原因,暂时不能开出.且不同的学校,该课程的类型设定不同,多数设定为专业限选课程,少数设定为专业必修课程或专业选修课;课程计划学时不尽相同,一般授课学时36学时左右,实验学时30学时左右,但多数学校设有开设实验课;教学时间安排不同,有的在第6学期开设的.有第7学期开设的.
2地方本科院校生物科学专业发育生物学课程开设过程中面临的几个问题
第一,师资力量比较薄弱[5].因为发育生物学在国内外起步较晚,所以教师很大一部分是没有从事过发育生物学教学和研究的专业性教师,只能是从相关的学科,比如组织学与胚胎学、遗传学、细胞生物学或生物化学与分子生物学等学科的转型的教师,刚刚开始的时候一般都存在缺乏专业的、完整的发育生物学知识体系这样的情况.这是我校和其他地方性院校面临的共同问题,如我校发育生物学课程就是由遗传专业教师来讲授.第二,课时偏少.虽然综合院校和其他老牌生物科学专业课时基本控制在36学时左右[6],如宁波大学,理论课时为34,我校开设伊始课时也是36学时,学习效果却不很理想,因为大多数地方本科院校课程开设课时都是参考基础较好的综合院校的做法,但忽略了面对的教学对象不一样等问题,就我校生物科学专业而言,学生基本是刚刚过二本录取分数线或是其他职业高中生源,基础差,学习能力不强,同样的教材,同样的内容无法在同样时间领会掌握.第三,开设时间偏后.主要是考虑到其他相关专业课程已经学完,学生有了一定的理论基础,因此我校跟其他一些院校一样安排第7学期开设发育生物学,但没有考虑到生物科学专业历来是考研的生力军,第6学期后,大多数学生基本已经确定学习和考研方向,对此时段开设的课程也仅止于学习及格,即使有部分同学觉得该课程内容新颖,知识面广,更新快,奈何时间关系也不愿深入学习,因此学习积极性并不高.第四,课程知识体系庞杂.涉及到遗传学、分子生物学、胚胎学等信息相互交叉融合,逻辑性比较强,比如体轴形成这一部分内容,有遗传学的知识,有细胞生物学的信号转导内容,还有胚胎学的知识,需要学生有一定的知识积累才能理解,而现在课堂上一般以传统的讲授和单一的多媒体教学方法进行教学,学生往往反映发育生物学很难、不好理解.教学效果不佳.第五,教学实验经费投入相对不足.发育生物学实验投入的时间经费相对较大,一些院校如德州学院、长治学院以及怀化学院都还未开设发育生物学实验课程,许多经典实验不能让学生亲自动手,无法将课堂上学到的理论知识应用到实践当中去.因此对这样一门观察实践性极强的学科的发展来说,这也是及其不利的.
3对发育生物学课程设置及常规教学过程中面临问题的解决方法
针对以上问题,我校生科专业首先是调整发育生物学课程开课时间,从第7学期提前到第6学期,课时为48学时,周课时为3节.现在一些重点大学比如华中科技大学、山东大学也都将课时量提高到54课时,湖北民族大学、长治学院对发育生物学课程课时量也有了相应的增加.开课学期也都放到了第6学期.此时生物化学、遗传学、等基础课程已经讲授完成,学生有一定的理论基础,而考研方向未定,学生的注意力和精力多数放在专业课程的学习上,这样对很多喜爱该课程的学生就多了一个学习和选择的机会,因为现在考研的形势越来越严峻,生物科学专业和生物工程专业很大一部分同学是竞争同样的学校同样的专业,难免会产生“同室操戈”的现象,多一门选择方向可以避免因专业建设不成熟而给有志向的学生造成损失.对专业教师学科背景有待加强的现象,可以让教师通过提前进修或是提高自己的学历来增加对发育生物学知识体系的掌握和理解,了解发育生物学的最新进展,备课时首先了解教学计划和教学目的,合理安排教学内容,对生物科学本科生,要求他们掌握的是发育过程中的基本现象、概念和知识,掌握并理解基本原理.
太过抽象或复杂内容则应尽量简述,同时为了便于学生理解和记忆,教学安排上应该从发育的基本原理着手,再根据模式生物个体发育的过程,在依次出现的发育现象中,掺入发育生物学的基本概念、基础知识,突出重点难点,真正做到深入浅出解决“知识抽象”这一问题.发育生物学很多的内容都是通过模式生物的发育过程来说明问题的,例如:无脊椎动物的线虫、海胆、海鞘果蝇等脊索动物文昌鱼及脊椎动物鱼类、鸟类、哺乳动物等[7],这些生物从受精到受精卵到胚胎再到发育成成体的过程与机制几乎涵盖了整个生物物种的发育特点和模式,这样将庞杂的知识体系系统化,这样学生就不会觉得“很难、不好理解”了.课堂上灵活运用各种教学形式,充分利用多媒体手段,如山东德州学院从提高教师课件制作水平等方面着手[8];兼用讲解式教学与探究式教学充分调动学生学习的积极性和主动性.传统课堂教学方式多采用讲解式教学,这种方式可以使学生在短时间内获取大量的知识,通常适用于一些核心、基础以及难以理解的内容的讲解,比如发育生物学中一些基本的概念,以及胚胎的器官系统发生的内容,应该应用讲解式教学.而涉及生物体轴的形成及有关干细胞发育分化的问题,则可应用探究式教学[9].
一来检验和巩固学生对知识的掌握,还可以培养学生独立思考和创新能力,采用启发式的教学方法,不一定在课堂上将所有的知识点全部讲解完了,根据一些内容选择一些权威的科研论文,从研究者的角度去探索发育现象,加深对专业术语的了解,有些学校如广州药学院则将发育生物学的热点研究内容及现状灵活穿插在教学过程中,也有取得了一定的效果[10].另外对有些内容,比如说卵裂这一部分内容,不可能在课堂中所有的卵裂形式都一一讲授,可以讲一到两种典型卵裂方式,然后以播放视频的方式让学生比较直观的了解各种裂解方式的特点,然后再布置学生课后去查阅并下其他动物的卵裂方式与课堂上讲述的有何异同.这样既引导学生有目的地介入教学过程中,又加深了学生对知识点的理解,提高了学生的学习兴趣.如浙江海洋学院就通过精心选择一些课外专业的阅读资料来扩展学生的视野.另外,课外可适当开展课外主题活动.课外主题活动在一些院校多个专业都有出现,有一定的教学效果.我校发育生物学由于经费设备问题没有开设实验课,因此想通过1-2次实验类的课外主题活动来稍加弥补.
关键词:遗传学;实验教学;教学改革
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)03-0255-02
21世纪是信息化的世界,是网络时代,信息化教育势在必行,计算机应用水平提高,多媒体应用技术在高等学校的理论课教学中应用较多。许多高校引进了大量的多媒体教学设备,多媒体教室增多,网络课程建设逐步增加。为了提高教学效果,改进教学方法,教师们都采用了多媒体教学手段,同时还组织编制了一批优秀的教学软件和课件[1]。《遗传学》是生物学中富于综合性的中心学科之一,也是生命科学中发展较迅速的前沿学科之一。生物科学是一门实践性很强的科学,每个科学理论都是经过大量的实践而得出的。遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学,属于生物科学中一门重要的基础理论学科,与人类健康、基因诊断、疾病防治、优生优育、动植物育种有着密切的关系。通过实验课的学习一方面可以巩固遗传学的理论知识,加深理解,同时掌握实验的方法、技术以及分析方法对于培养学生的综合分析能力以及研究思路也非常重要。但是,实验课的学时数毕竟有限,大量实验的设计及前期处理无法在有限的课堂教学中展示,利用多媒体进行教学,扩大了教学信息量,集音像、图形、文本、动画为一体,刺激学生的感官,更加直观、生动形象地展示抽象的概念,避免教师在课堂上进行长时间抽象讲述而学生收获甚微的现象[2]。虽然多媒体技术作为一种先进的教学手段在各个学校推广使用乃至普及,但在实验教学中的应用还具有一定的局限性,尤其是音频视频教学资料在实验教学中的应用水平还有待提高和发展。随着教育改革的不断深入,高校对实验教学的质量如何提高的问题关注度也逐年上升。怎样利用多媒体技术来提高《遗传学》实验教学质量,制作怎样的多媒体教学资料,如何应用先进的多媒体课件资料是问题的核心。
一、利用多媒体技术提高实验课程教学质量
网络的普及为教与学的互动以及实现教育的现代化提供了可能,《遗传学》实验课应充分利用这一便利,通过拍摄视频的方式,把每个实验的操作流程直观地展示给学生。充分利用现代化的多媒体优势,结合课程的特点,推进实验教学改革,编制实验教学课件,网上视频课件及网络实验教学资源,并在实验教学中使用这些多媒体教学材料,根据教学效果进行不断地充实、修改和更新及重新编排,以达到实验教学的现代化、高效化及多元化[3]。采用的多媒体实验课件可以集视频、声音、动画、效果于一身,生动形象地表现实验内容。根据多媒体课件的类型,可将其分为讲解型实验课件和模拟型实验课件[4]。讲解型实验课件是将实验的基本原理、目的及实验仪器的操作用图像、图片或动画等形式表现出来,配备解说词进行讲解;同时对实验仪器的内部构造及使用方法进行操作演示。讲解型多媒体课件从视觉听觉上激发了学生的学习兴趣,增加实验教学的信息量,提高了实验教学的效率,充分调动教与学两方面的积极性,从而适应现代化教育的要求,使教学向深度和广度拓展[5]。模拟型实验课件是将典型的实验环节通过摄像的方式制成视频课件,可表现和模拟实验条件,并以多方向展示、重复、局部放大等多种方式完成实验过程或显示实验结果;同时还可以将无法在课堂中观察的实验,直观形象地表达描述一些不便于用语言描述的实验现象,对教学质量的提高有很大的帮助,并起到了很好的效果[6]。
二、多媒体实验课件的制作
通过大量搜集整理实验课程图片、实验过程数据及实验操作流程,《遗传学》实验课程的多媒体课件资料日益丰富。笔者在总结分析大量的多媒体课件资料的基础上,对多媒体实验课件的设计制作进行了研究,选择部分实验的前期预处理或者实验材料的获得等无法直观展示的实验项目,制定了《遗传学》实验课程的多媒体课件视频拍摄的过程,完整的包括实验的整个流程。拍摄前对每个实验项目进行了可行性分析,选择有条件有必要制作成课件的实验题目,并综合考虑实验结果的可视性。将准备拍摄成视频的实验课件的全部内容用解说词密切配合的形式,按教学过程的先后顺序,将教学内容及其呈现方式系统地拍摄并解说描述出来[7]。
三、多媒体课件资料的多样化应用
随着高校课程建设的推进,网络课程建设发展迅速。《遗传学》实验多媒体课件依托《遗传学》自治区级精品课程建设网站、新疆农业大学教务处及开课单位农学院网站,将拍摄完成的视频上传到网站,便于浏览查看。同时,要求将要参加实验课程的同学登录到网站上进行观看,通过先行观看实验视频片的方式,预习将要进行的实验操作,并实习重要的操作步骤。在当堂实验课中,专业实验室设一专用多媒体教室,学生边观看实验视频课件,再到相应的实验台上进行实际操作。真正实现学生自己动手,提高主动性,通过主动性的实验操作,学生做完实验以后,能够更加深刻地理解理论知识,同时对实验前期的预处理及实验结果的后期讨论有了更深刻的掌握。实验教学是培养学生掌握科学实验方法与技能,提高科学素质、动手能力与创新能力的重要途径[8]。利用先进的多媒体技术,不但能够提高实验课程的教学质量,在制作教学课件的过程中,任课教师也进行了广泛的资料搜集,并针对教学视频课件进行了多次的讨论,也提升了个人的教学能力。
实验课是遗传学教学的重要组成部分,是培养学生严谨的科研精神、实事求是的工作态度及创新能力的重要途径[9]。实验教学水平的提高,离不开实验课程教学改革。通过教学改革,借助多媒体视频及其他声像资料,能有效地调动学生的想象力,加深了对实验内容的理解,激发学生对遗传学乃至整个生命科学的兴趣和求知欲,有利于培养学生的自学能力和创新意识[2]。
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