前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的分子遗传学课程主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
遗传学课程是在应用生命科学的知识和技术对人类长久以来的演变遗传和信息变异的深入研究。它是生命科学院学生所学比较难的一门课程。作为一名遗传学教师深感要讲好这门课,使学生不感觉到高中知识的重复是非常困难的。这次非常有幸参加了这次培训,使我对遗传学感悟更深一层,无论从理论教学,还是实验教学,对二者的关系以及尺度的把握上,都有了很大的进步。乔老师严谨的治学态度,浑厚的理论功底,丰富的实践知识,无不给我树立了典范,学习的楷模,也给我们的职业发展规划上指明了道路。
通过这次学习让我感觉到要想讲好遗传学这门课,不仅仅是掌握了课本上的理论知识就可以了,要时刻留心生活中的一些案例。例如乔老师把很简单的血型判断和标记结合起来变成了经典的遗传知识,不仅提高了学生的学习兴趣,也让学生牢固掌握了血型的遗传知识,真是一举两得,让我感触颇深。还有乔老师从摩梭女的民族归属讲到核基因替换的理论,以及亲子鉴定中的理论知识和案犯的判断等等都让我感觉到乔老师的丰富的实践知识和幽默风趣,让我明白要想讲好遗传学这门课,必须要处处留心,用乔老师的一句话就是“身边处处有遗传”。
现在很多学生都重视分子遗传学而轻普通遗传学,通过这次学习让我感觉到遗传学的魅力。很多学校在讲连锁遗传时都是按部就班的讲连锁遗传规律,这样的内容很死板。而乔老师的讲解把分子标记融入其中,不仅丰富了连锁遗传规律的知识,也让人耳目一新。给老师们一个提示,我们可以把分子遗传学的一部分知识和普通遗传学的知识有机的联系起来,让学生感觉到普通遗传学不仅仅是遗传的三大规律,还有更深的内涵,同时也让学生能更容易的去理解分子遗传学,而不是觉得两者是分开的。普通遗传学和分子遗传学之间的桥梁搭建是需要老师用心去做的一件事情。
遗传学是一门古老而又新颖的一门课程,想在有限的学时内讲好这门课,不仅需要老师深厚的遗传专业功底,同时合理安排教学内容也是很重要的。教学设计根据授课对象,教学目标和教学内容确定教学知识体系的构架,将教学要素有序、优化地安排,形成教学大纲。遗传学体系构建应该遵循一些原则:1凸显以基因为主线的遗传学学科特色;2具有覆盖较全面的遗传学知识系统;3注重经典遗传学与学科进展的内容衔接;4具有独立教学思想的章节顺序编排;5规避交叉学科与课程的内容重叠;6满足教学目标的适当信息量。并且在参考教材的基础上根据教学对象的不同,可以进行内容的弱化和删减、拓展和加强以及改进。教材可以合理组织,灵活取舍。
遗传学骨干教师网络培训即将结束,把自己的感想送给大家,作为共勉吧。学习遗传学也要经过读书的三个境界,这就是立下志向,探寻真知——勤奋刻苦,百折不回——豁然开朗,进入佳境。
关键词:遗传学实验;教学改革;生物技术
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0190-02
遗传学(Genetics)是生命科学领域的重点学科之一,遗传学教学实验作为遗传学课程的重要组成部分,不但可以加深培养学生对基本理论的认知和理解,还可以提高观察、分析和解决问题的能力,并影响学生的世界观和正确的思维方法[1]。而近年来高校教育改革的工作重点也不光是要求能够培养学生具有良好的理论知识基础,更重要的是要培养学生具备熟练的实验操作技能,从而提高学生的创新性思维能力和动手能力[2]。
一、实验教学模块和内容的改革
如今遗传学作为发展最迅速的学科之一,不但增加了大量的分子遗传学内容,而且经典遗传学、分子遗传学以及群体遗传学三者相互补充和穿插在一起,因此遗传学实验教学必须不断补充和改革实验教学内容,从而为创新性人才的培养提供有利的平台。遗传学实验教学模块庞大,而学时数有限,还要做到突出模块中的重点和特色,只有通过精选实验内容,综合考虑、合理规划实验模块的构成,才能在有限的教学时间内使学生较全面系统地掌握遗传学实验原理和操作技术。本教研室重新对遗传学实验教学模块进行了科学、合理的制定和分布,主要由基础、综合、创新型三大实验教学模块构成。基础型模块:主要包括了以前染色体操作及经典遗传三大遗传规律实验内容的验证。综合型模块:我们保留了植物多倍体的诱导与鉴定、染色体数目变异及结构变异分析。创新型模块:是分子遗传基础实验,如植物细胞DNA的提取、PCR扩增等。另外我们专门针对实验操作能力强的学生新增了植物遗传转化、质粒的提取等实验,作为平时的开放性综合实验。改革后,不仅保留了以前实验模块中的经典内容,学生还可以从综合型模块的实验中全程参与所有实验内容,让学生从宏观角度上对实验有一个全面的认识和学习。而通过创新模块,利用现代分子遗传学实验技术,不仅拓展了学生眼界,而且加强了学生操作能力和实验范围,最终达到培养创新性人才的实验教学目的。
二、实验教学手段和方法的改革
以前教师在上课前就已经准备好所需的实验材料、试剂、仪器设备,并按部就班地讲解实验目的、原理和方法步骤,然后学生提交一份验证已知的实验结果的实验报告。学生只是死板地为做实验而做实验,一般实验课平均3个学时,在规定时间内完成实验内容比较紧张,因此实验效率不高,如制片实验,在平均30个人的实验课中,只能达到50%的制片合格率,教学效果很不理想,在整个实验教学过程中缺乏主动性,难以激发学生对实验课的兴趣。因此,本教研组提出了以下几点改进措施。
1.要求学生通过查阅相关文献资料对实验目的和原理进行学习和了解,并熟悉基本实验步骤和过程,并交一份预习报告作为实验考核的一部分。这样才能让学生对整个实验有一个全面的了解,保证能达到一个较好的实验效果。
2.组织学生参与实验材料的准备工作。如有丝分裂实验,我们将种子分配给每组进行发根,实验中所需的药品也在教师的指导下让学生自行配置,对根尖的预处理、固定、解离都由各小组自行处理。这样能让学生对整个实验有一个全程的学习,还能提高学生实验动手能力。
3.随着科技迅速的发展,我们可以充分利用计算机网络化和多媒体等教学手段来提高教学效果。课前由教师将诱导和鉴别多倍体的过程完整地拍摄下来放在网上,让学生们在课前预习时观看。这样能大大增强实验效果,提高实验质量。
三、实验教学与科研相结合的改革
教学和科研相结合就在于将科研引入到教学中去,使教学科研化。而实验教学不光单单给学生们传授实验技能和巩固理论知识,更重要的是将理论和实践相结合,培养学生创新意识和提高实践能力[3]。因此我们要将科研渗透到实验教学的各个环节,渗透到学生培养的方方面面。如今大多数高校都有大学生科研项目训练计划(SRTP),而且很多教师自己的科研内容都与分子遗传学方向的研究有密切关系,可以让学生参与到自己的与遗传学相关的科研项目中来,拓展和深化学生所学的专业基础知识。为此,教研组专门针对分子遗传学实验进行了延伸和拓展,给学生一个大的实验方向,通过自己查阅相关文献资料后,提出实验设计,撰写开题报告,经学校专业教师团队审批后才能进行实验。而整个过程中,教师仅起指导和辅助作用,以后实验的各个环节均由学生亲自动手完成。如马铃薯的遗传转化,首先让学生进行马铃薯试管薯的诱导培养,然后将构建好的表达载体提供给学生,让其培养和活化,最后让学生采用农杆菌介导的马铃薯试管薯薄片转化法进行遗传转化。通过这种以科研项目来扩展遗传学实验教学内容的方式,不但可以丰富遗传学实验教学内容,深化学生所学的遗传学知识,而且能够提高学生实验操作技能和综合分析问题和解决问题的能力,为将来独立完成科学研究打下基础。
四、实验教学考核方法的改革
以前实验课程的成绩光以实验报告的质量来评定给分,导致部分学生出现抄袭实验报告、伪造实验结果的现象,而有些学生虽然能够认真完成实验,但由于字迹潦草等因素,未能取得好成绩,不能客观、公正地反映出学生的真实的实验水平和操作能力,其可信度大大降低,影响学生实验的积极性和主动性,不能树立学生严谨的科学态度。因此,我们首先要求学生对实验方法和步骤进行简要阐述,然后在实验过程中教师会对每个学生的实验操作水平和发现问题时的分析和解决能力进行综合评分,最后要求学生对实验结果进行科学的分析和解释,如果实验失败也要写出相应的原因,并分析失败的实验步骤和心得体会,同时,坚决杜绝学生修改实验结果、弄虚作假等行为。整个实验考核包括实验预习报告(30%)、实验操作能力(20%)、实验报告主体(20%)、实验结果分析(30%)。总之,制定科学合理的实验考核评价体系,兼顾实验课教学中的每一个环节,这样才能全面、客观地考核学生的实验操作能力、设计创新能力、综合分析能力以及实验报告的撰写质量。
如今专门针对生物技术专业的具有本专业特色的遗传学实验体系尚未成熟,因此为了提高学生的专业技能和培养具有专业特色的高素质人才,本教研室通过现有实验室资源,充分调动学生的主观能动性,对生物技术专业遗传学实验教学中存在的问题进行了探索,对原有的实验教学体系进行积极的改革,建立了新的实验教学体系,并取得了较好的教学效果。
参考文献:
[1]朱玉贤.现代分子生物学(第2版)[M].北京:农业出版社,2002.
遗传学是生命科学领域中一门十分重要的基础性学科之一,也是高等农业院校农学类专业重要的专业基础必修课之一。遗传学是一门以实验为基础的学科,实验教学在遗传学课程教学中占有十分重要的地位。遗传学实验既是对遗传学课堂知识的验证和巩固,又是培养学生实践能力、提高学生分析问题和解决问题能力的重要手段,也是培养学生自主创新能力的一个重要途径。21世纪高校人才培养模式改革的重点是加强对学生的素质教育,特别是创新能力和实践能力的培养[2,3]。如何适应新形势下素质教育的需要,结合学科发展趋势和专业特点,加强遗传学实验教学改革,是农学类学科建设的重要内容,也是培养高级农业科技人才和农业科研工作者的重要保证。以往遗传学的实验教学依附于理论教学,实验只是为了验证理论,存在重理论轻实践的误区,难以培养学生的实践能力和创新能力。为适应教学改革的要求,培养“厚基础,宽口径”复合型人才,笔者在分析甘肃农业大学设施农业科学与工程专业和园艺专业本科生传统遗传学实验教学中主要问题的基础上,对遗传学实验教学改革进行了初步探索,总结了从教学内容、教学方法和考核标准方面提高遗传实验学教学质量、增强学生动手能力和创新能力培养的措施。旨在为高校人才培养模式中实验课教学的改革提供参考。
1.传统遗传学实验教学中存在的问题
受学时、实验经费等因素所限,传统遗传学实验教学的主要问题如下。
1) 对实验教学的环节重视度不足。实验教学的前期准备工作(包括实验过程的部分步骤,实验材料的培养与处理,药品试剂的配置及实验仪器的调试)都是由教师完成,学生只是按照实验指导进行其中的部分步骤,整个实验教学过程中学生处于被动地位,甚至对一些基本的实验技能都没有掌握,不利于培养学生分析问题和解决问题的能力。
2) 实验内容陈旧,缺少创新(见表1),未能反映遗传学的发展及遗传规律的本质。实验内容基本上是对课堂教学中遗传规律和染色体理论的验证,缺少分子遗传学实验以及综合性和设计性实验。尽管验证性实验能加深学生对理论的理解和记忆,由于结果已知,不能调动学生的积极性和思维的创造性。
3) 考核方法欠科学。实验成绩的评定完全依据上交的实验报告,而不考虑学生的实验操作能力以及实验态度等。使部分学生养成实验不认真,抄袭应付的不良现象,不能客观地反映学生的真实水平和实验操作能力。这种传统遗传学实验教学模式既不利于激发学生的学习兴趣,也不利于学生的创造性思维培养和发挥。
2.优化教学内容,建立实验教学新体系
为适应新世纪人才培养的要求,笔者结合遗传学科的发展趋势和农学类本科人才培养要求,遵循“厚基础”的原则,以基本技能培养为主,通过实验教学内容的整合并优化满足“宽口径”的要求,充分调动学生的主观能动性,提高学生发现问题和解决问题的科学思维方法及创造性的思维能力。即在保留部分验证性实验项目的基础上,增开综合性实验和设计性实验项目,形成验证性实验一综合性实验一设计性实验的多层次教学体系。
2.1拓展基础性实验内容,增设分子遗传学基础实验
通过拓宽验证性实验内容,组织学生参与实验准备工作,包括实验材料的准备、预处理、药品试剂配置、仪器调试等,既能保证实验的完整性和系统性,也能提高学生的动手操作能力和实验兴趣。例如,植物细胞有丝分裂实验,大蒜的发根、剪根、预处理、固定和试剂的配置完全由学生参与完成,使学生掌握试剂的配置方法和实验处理的关键技术。减数分裂的材料大葱花序由学生自己采集,固定处理。让学生参与到整个实验中,不仅加深了学生对实验的印象,也激发了学生对实验课的兴趣。由于染色体制片技术是遗传学实验的重要部分,也是基础性内容,“以学生为关注焦点,增加探索性”,调动了学生的积极性和主动性。“人类细胞中巴氏小体的制片与观察”,从学生自己身上取样进行,实验结果因人而异,具有探索性,激发了学生的兴趣。另外,实验项目的选择上要满足农学类专业需求[4],除了经典遗传学、细胞遗传学的内容外,还应融入和专业直接相关的分子遗传学内容,如植物DNA提取、检测和PCR扩增技术等简单的分子遗传学基础实验,使学生通过实验理解遗传本质,培养适应就业发展要求的专业性人才。
2.2减少验证性实验项目,适当增开综合性实验项目
将一些相关联的验证性实验进行综合,有机结合在一起,使实验教学成为一个完整的体系,使学生能够系统地学习,并把所学知识条理化。如有丝分裂与减数分裂两个实验虽然实验材料不同,但实验方法基本相同,将两个合并在一起,作为植物细胞分裂综合实验。将实验材料提前处理准备好,在学生掌握染色体制片技术的基础上,同时观察染色体并绘图,可对两种分裂方式中不同时期染色体的动态变化进行对比。原单独做这两个实验需要6学时,合并后只需4学时,不仅提高了实验的效率,又增强了实验的综合性,有助于学生综合分析能力的提高。果蝇遗传学系列实验包括:果蝇生活史观察和果蝇唾腺染色体制片等实验。整合后将果蝇的饲养、生活史、遗传性状观察和唾腺染色体制片等内容一次性进行,把验证性实验与探索性实验相结合,极大地提高了实验效率,也提高了学生综合运用知识的能力。
2.3实验教学与科研相结合,增开设计性实验
在遗传学实验教学过程中,可以依托教师的科研项目,让学生参与到与遗传学相关的项目中,使学生接触到本学科前沿,深化所学知识。指导老师提供实验题目,学生自主查阅文献资料,设计实验方案,教师审查后进行实验实施,自主完成实验过程,提交实验结果和分析报告。如植物多倍体的诱导及鉴定实验,要求学生自己查阅资料和设计方案,培养材料(如葡萄、马铃薯试管苗的继代繁殖等),通过设置不同浓度的秋水仙素进行诱导处理。在观察鉴定过程中要用到染色体制片方法,植物形态的观察分析以及电镜观察等遗传学、植物学方面的重点技术。这种以科研项目推动遗传学实验教学的方式,提高学生“学有所用”的认识,使学生不断提高实验技能,提高学生综合应用知识分析和解决问题能力,为将来进行科学研究奠定良好基础。通过对实验教学内容的整合优化,将验证性实验减为2个,增开综合性实验2个,设计性实验1个(见表1),基本涵盖理论教学内容。
3.改进实验教学方法,重视学生素质教育和创新能力培养
通过启发式教学、鼓励学生进行实验方案设计以及结合多媒体辅助教学方法改进教学方法,将学生创新能力和科学素质的培养贯穿于所有的实验教学环节中。
3.1以启发式教学为主,变“被动”实验为“主动”实验
教师根据教学目的和教学内容的不同,引导和启发学生进行独立思考和操作。坚持以“学生为主体、教师为主导”的教学模式,推进学生自主学习,充分发挥学生的积极性和创造性气实验前注重预习,实验过程教师指导并示范关键性操作,要求每个学生必须亲自动手独立完成实验,针对具体操作过程中出现的问题,引导学生分析原因,改进实验方法。启发式教学方法使学生掌握基本实验技能,形成独立分析解决问题的能力。
3.2鼓励学生自主进行实验方案设计
在实验教学中后期,结合遗传学课堂教学,选择一些实践性较强的课题。在教师指导下,让学生以小组为单位查阅相关资料、设计实验方案,自主完成实验过程,记录实验数据并分析实验结果,撰写实验报告。实验期间,教师做好督导工作,及时纠正出现的问题,在实验结束前完成实验论文。老师根据学生表现打分,最后作为一项考核指标列入实验总成绩中(表2)。设计性实验在研究结果上的不可预见性和适当难度,不仅能激发学生的兴趣和积极性,同时培养了学生综合运用知识能力及创新意识。
3.3多媒体辅助实验教学,提高教学效果
运用多媒体直观动态地演示遗传学实验过程,帮助学生加深对实验过程和结果的感性认识,增强实验目的性,规范操作,从而提高实验课效率[6]。特别是对于一些较复杂无法完成的分子实验,如质粒的提取、酶切及连接系列试验、核酸探针的分子标记与分子杂交等,通过借助多媒体演示操作过程,既保证了实验教学的系统性,又加深了学生对分子遗传理论知识的理解,为专业实验课的学习奠定了基础。
4.重新构建实验教学考核体系,充分调动学生的积极性
在考核方面,重新构建了以强化学生的动手能力,坚持实验操作与实验结果并重的考核体系,主要依据学生实验操作的规范性,实验结果的准确性、以及实验纪律态度和实验报告作为考评依据(见表2)。并将实验总成绩以所占比例20%纳入遗传学课程考核体系中。较全面、客观地考核学生的实验技能、创新能力、综合分析能力以及实验报告的质量,提高了学生对实验的重视程度和兴趣。
5.遗传学实验教学改革的效果
1) 提高了大学生学习的积极性和主动性。改变了以往学生被动学习的局面,大大地激发了学生对遗传课的学习兴趣、责任心以及参与实验的积极性。由原来的“过程性学习”转变为“探索性”学习,学生掌握了基本的遗传学实验技能,并能积极主动和教师探讨实验以及课堂理论课学习过程中出现的问题,教学效果良好。
2) 培养了大学生各方面的综合素质和能力。通过开设综合性实验和设计性实验,学生的动手能力明显提高,并能对实验过程中的问题进行独立分析和解决,培养了学生创新思维能力、论文写作能力及科研协作能力等科研素质。毕业实习期间从事遗传学相关实验的本科生,实习实验难度和工作量都明显增加,本科毕业论文质量有很大提高。
3)提高了教师的专业素质及课堂教学质量。在遗传学课堂教学、实验教学、科学研究实践等一系列教学环节改革的实施过程中,要求教师必须及时熟悉理论知识的发展前沿,提升自己的专业素质和综合能力。在实验教学改革中不但使学生掌握了扎实的遗传学基础知识及较强的实验操作技能,而且充实了教师的专业知识,使理论知识与实践技能相结合,提高了遗传学课程教学质量。
在高校遗传学教学中存在许多经典案例,如:果蝇的翅型、体色、眼色等性状的遗传;豌豆的性状遗传以及玉米籽粒的形状和颜色性状的遗传等。其中,还有一个非常重要的经典案例,即血型遗传。自20世纪初至今,ABO血型遗传一直是复等位基因的一个不可缺少的经典案例。随着科学技术的高速发展,血型的经典内涵得到不断提升,新的研究结果使血型遗传所涵盖的遗传学知识点越来越多,内容越来越丰富。因此,以我们身边最常见的表型--血型为案例开展遗传学教学不仅可以将复杂的知识点简单化、形象化,便于理解,还可以将繁多的基础知识串联起来,便于记忆。另外,以血型遗传作为经典案例在遗传学的教学中还可以不断加人新的研究和新的应用,使经典的内涵不断得到新的提升,让学生的视野接触到前沿的科学知识,为日后的科研接力打好基础。
1血型与遗传学之间的重要关系
开展案例教学,案例的选择是关键。血型是人类血液由遗传控制的个体性状之一,与人类的生活关系密切,用途广泛。自1900年到2005年,已检测出约29个血型系统[21。临床上最常用的有“ABO血型系统”、“Rh血型系统”、“MN血型系统”和“HLA血型系统”。这些血型系统涵盖了复等位基因、基因互作之上位效应等遗传学的孟德尔定律拓展原理,基因的表达调控及群体遗传等遗传学的精髓内容。透过这个知识窗口,可以看到遗传学在血型中的奥秘。
孟德尔遗传定律从建立、发展到不断拓展完善,一直都是贯穿高校遗传学教学的核心知识点。由于现在大学生从高中开始就接触孟德尔定律,如果大学教学还是重复高中阶段所涉及的内容,学生的学习兴趣难以提高。在高中知识的基础上,开展案例教学,引入现代遗传学在人类血型上的最新认识,则不但可以给学生一种似曾相识的感觉,还能自然地激起他们深入探索的兴趣。血型的遗传特征及生化基础可以清晰明了地向学生阐述清楚孟德尔定律的一些重要的延伸知识内容。从红细胞血型到白细胞血型,从常见的ABO血型到罕见的孟买、Rh血型,对于假基因、等位基因、复等位基因和拟等位基因等不容易理解的基因概念以及基因之间的相互作用都可以通过血型案例,把学生带入情境之中,在教师的指引下由学生自己依靠其拥有的基础知识结构和背景,在血型案例情境中发现、分析和解决问题,比较轻松地掌握这些容易混淆不清的概念和一些难以理解的遗传学现象,如非等位基因之间的相互作用之上位效应等。
此外,人的血红蛋白基因在不同发育时期的表达调控还涉及遗传学中的表型和基因型之间的关系,真核生物中的基因表达调控模式等知识点。对血型相关的一些遗传疾病进行分析,还可以引申出基因突变和染色体缺失突变及一些重要的遗传标记。血型的遗传学检测方法及临床上的输血原则和溶血、血型互配等现象也与受基因表达调控的红细胞的细胞膜糖基的特征和生化机制密切 相关,引导遗传学从理论到实验,再到实践中的应用。血型与疾病的关联分析,把科研思维引入高校遗传学教学中,让学生紧跟时展的步伐,理论联系实际,为日后的科研工作打好基础。
遗传学中两大重要的主题是遗传和变异,主要包括孟德尔遗传和连锁遗传、基因突变和染色体畸变。通过以复旦大学遗传学教学大纲为参考,与刘祖洞主编的《遗传学》和乔守怡主编的《现代遗传学》教材内容相比较发现,血型遗传案例除了与上述遗传学四大内容关联外,还涉及到基因的表达调控、群体遗传、表观遗传等知识点,其中大部分知识点都是要求学生重点掌握的内容。目前,血型案例所涵盖的主要遗传学知识内容及在遗传学学科中的重要意义的归纳见表1。因此,把血型作为经典案例,开展遗传学的案例教学既贴近生活,引发学生深刻的思考,又能代表性地进一步阐述探讨遗传学的生物知识。
2血型案例在遗传学教学中的开展
在以血型为案例的教学过程中,我们首先根据高校遗传学的教学目标和培养目标的要求,在学生掌握了一些遗传学的基础知识和理论知识的基础上,结合遗传学的教学进度逐步有序地进行介绍:1.血型基本知识介绍;2.红细胞血型的细胞膜糖基特征和生化机制;3.红细胞血型与输血;4.血型的遗传学规律特征,包括(I)ABO血型复等位基因遗传及其应用,(II)ABO血型基因的克隆,(III)ABO血型的遗传学鉴定;5.ABO血型的拓展,包括(I)孟买血型与拟孟买血型,(II)红细胞血型与白细胞血型。下面主表1血型与高校遗传学教学的重要关系
要选取两个方面阐述在遗传学教学中的开展过程。
2.1血型基本知识在教学中的开展
ABO血型系统是第一个被描述的红细胞血型系统,也是最具有临床意义的一个系统。因此,在进行血型基本知识介绍时往往以ABO血型为例。随着以分子生物学为基础的血型研究的发展,ABO血型的基因遗传背景目前已比较清楚。在介绍血型基因的基本知识同时也涵盖着遗传学知识的传播,而且随着血型基因知识的不断丰富完善,涵盖的遗传学知识也越来越广泛。
ABO血型由3个复等位基因控制,即iA、产和i°o在开展遗传学相关教学活动时,一般都用此作为分析生物界中复等位现象的经典例证。这些基础知识对于高校学生来说可能在高中的时候就已经获得。因此,在大学开展相关教学时,除了简单介绍这3个主要的复等位基因外,还可以深入讲述新的研究结果,到目前为止通过分子生物学方法已经确定了160多个^50等位基因,只是目前国际上以4川7基因作为等位基因的参比序列,其他基因均与其紧密相关,非常保守。在此基础上ABO血型又可分为许多亚群,其中A血型表现出最多的亚型。在红细胞血型系统中还有一种Rh血型,分为Rh阳性和Rh阴性。Rh血型主要由3个紧密连锁的基因D/d、C/c、E/e决定,这3个基因以单倍型方式传递,属于拟等位基因。这样在讲解原有知识基础上,又不局限于原有知识范围,由ABO血型到Rh血型,由复等位基因引出拟等位基因,在教学方法上可以通过相互比较,举例分析,扩大学生的知识面,提
高他们的学习兴趣。
人类的血型是不是一生恒定不变的?面对这个问题,很多学生都会认为血型是由遗传决定,不会改变。其实人类的血型也会发生变异,如急性白血病以及再生障碍性贫血可以使血型抗原减弱,骨髓增生异常综合征可以导致血型抗原丢失等。而且,健康人也存在血型变异的现象,但是这个是与细胞表面血型物质受到掩盖以及人体存在一些稀有ABO等位基因有关。这些新的知识可以向学生很好地展示“遗传和变异”,利用身边的血型案例调动学生的学习积极性,使他们积极主动地掌握遗传学的精髓。
此外,最近几年疾病引发基因甲基化和突变的研究'又可以结合表观遗传学的内容开展教学。
2.2红细胞血型的细胞膜糖基特征和生化机制在教学中的开展
人类ABO基因位于9号染色体长臂(9q34),其基因产物是一些专一性的糖基转移酶,可以催化血型抗原前体特定部位的糖基转移,从而控制ABO血型抗原的生物合成。其中4基因编码产物为N-乙酰-D-半乳糖胺转移酶(简称A酶),可以产生常见的A抗原;S基因编码产物ci-l,3-D-半乳糖转移酶(简称B酶),可以产生常见的B表面抗原;和S基因同时存在产生的等位基因,其编码产物具有A酶和B酶的特异性,在红细胞表面上产生不同强度的A和B抗原;而O基因则是第258位和第349位碱基缺失导致的密码子移位,使终止密码提前出现,合成了无酶活性的短肽,因而体内没有A酶和B酶,也不能催化糖基转移,只有前体物质H的产生为H抗原(图1)。因此ABO血型有时也称为八811型[71。这样,不同的、B、0基因编码不同的多肽,产生具有不同功能的糖基转移酶,非常简单地引出了遗传学中经典的基因与酶的关系的“一个基因一条多肽(一个基因一个酶)假说”,使学生很容易获得一个基因决定一条相应的多肽链(酶)的结构,并相应地
影响这个多肽(以及由单条或多条多肽链组成的酶)的功能这种遗传学思想,达到良好的教学效果。
此外,最新研究发现ABH抗原除表达在血细胞表面以外,还可以出现在除脑脊液外的分泌液中;有大约80%的个体具有产生这些可溶性抗原的遗传基因;这种分泌抗原的表达由双结构基因控制,即第19号染色体2个紧密连锁的Ft/n(用和基因座。ABO血型抗原都由前体H物质合成,SeAe基因和丑冷基因都可以控制合成H物质;简单来说,基因的表达决定体液中是否出现ABH抗原,H/h基因的表达决定红细胞上是否出现ABH抗原。但是,并不是所有带m基因的个体唾液中都分泌ABH物质,还要受到Wh基因的制约,其中hh型(即孟买型)均为非分泌型[7]。这样又引出了遗传学中一个很重要的概念--上位基因,很重要的遗传学现象--上位效应。这些属于遗传学中基因互作的重点内容,而且发生基因相互作用的非等位基因仍然遵循孟德尔分离和自由组合定律,后代的基因型及其比例是可预计的,所以在遗传学教学中还可用于亲子鉴定、重大遗传疾病的关联分析、人种演化、群体遗传分析等相关内容。
2.2相关技术的拓展应用
ABO血型的分子检测是分子遗传学教学中PCR技术拓展应用的案例。血型基因的表达影响血型的表现型,表型相同的个体其基因型不一定相同。如何区分iAiA、Pi0在表现型都是A型和iBiB、iBi0在表现型都是B型的个体,可以根据A、B、0血型基因碱基的差异,应用聚合酶链式反应-限制性片段多态性(PCR-RFLP)技术分型人类ABO血型的方法。这种方法可以对个体血型(血型基因型)进行判定:是属于AA型、AO型,还是BB型或BO型。在这个基础上,我们进行了改进,并结合教学进程,作为自选实验在学生中开设,获得了学生的好评。在135个学生中开展自选实验,其中有80%的学生选择ABO血型鉴定这个实验,并表示对这个实验很感兴趣。
此外,还可通过分析核苷酸来确定分泌型ABH血型的Se基因型。主要基因分型技术有:(l)PCR-序列特异性引物(PCR-SSP),这是一种新的基因多态性分析技术,根据基因座某一碱基的差异设计一系列引物,特异性引物仅扩增与其对应的等位基因, 而不扩增其他的等位基因;(2)PCR-DNA测序法,先通过PCR扩增基因的主要片段,然后测定序列;(3)PCR-限制性内切酶法,用对位点特异的限制性内切酶消化基因,再通过Southernblot分析来确定。目前,PCR-SSP常用于胎儿血型鉴定及白血病引起的血型抗原异常等血型鉴定。随着450基因结构和研究方法的迅速发展,AB0血型定型也将进入基因定型的时代,揭示更多的关于AB0基因和AB0血型表观遗传学等方面的奥秘。
在教学过程中还可以设计一系列与血型相关的论题,引导学生査阅相关方面的最新进展,总结出血型与人类疾病和性格之间的关系以及蕴涵的遗传学原理。学生可以分组制作PPT讨论,还可针对某一论题,学生组队分为正反两方,开展辩论式讨论。一学期可以安排一次课时(45分钟)开展辩论式讨论,前30分钟让学生正反方陈述观点,列举证据开展辩论,后15分钟用于总结和点评。在这个模式下,几乎所有的学生都积极主动地参与进来,将引导、鼓励与考评相结合,充分调动了学生学习的积极性[11]。开展“血型是否可以决定性格”类似专题的辩论式讨论,既增加了遗传学教学的兴趣性及可接受性,还可以使学生的思维在辨析中得到操练。正反两方队员通过收集资料和案例,与同学辩论解释的过程中,不仅掌握了深奥的科学知识,而且还与现实生活相联系,并且将遗传学应用于实际,填补了传统教学在知识灵活认知与实践中的不足。
3以血型为案例开展遗传学教学的优点
作为日常生活中被人们广泛熟知的遗传学常识,血型遗传学的研究历程符合遗传学的发展规律与教学规划,其作为遗传学教学案例有着不可替代的优势:
由于遗传学在生命科学中具有不可替代的重要作用,其教学方法、教学模式的探索和研究近些年倍受关注。近年来,研究性教学在各高等院校不断地被提出,黑龙江八一农垦大学生命科学学院也把研究性教学改革不断地深入到各学科教学中去。作为遗传学教师,笔者在教学过程中不断地进行着研究性教学的实践和思考。
研究性教学是在‘‘发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”的理论基础上发展起来的,其认为学生学习的过程与科学家研究的过程在本质上是一致的,强调将教学与研究结合作为大学教学的基本思想,注重提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,对培养创新型人才非常重要。研究性教学模式的核心理念是以实践中的真实问题为基础,将学生置于真实的情境中学习,培养学生的学习能力、创新能力和实践中的动手能力,增强学生对工作的适应能力,使教学与研究相统一m。研究性教学是以学生为主体,以问题为核心(PBL)去获取知识和应用知识的教学模式。研究性教学的内涵主要包括:教师把研究的思想、方法和取得的新进展引入教学活动;教师以研究的形式组织教学活动,打破原有的完整的学科逻辑和机械的顺序;学生积极参与研究之中,在研究中学习、成长,养成独立思考的气质和批判。
笔者根据研究性教学的规律及遗传学学科的特点,在教学过程中对以下几方面的问题进行了探索和实践。
1发挥学生的主动性和创造性,培养学生的思辨能力和独立思考能力
党的十指出,科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。要坚持走中国特色的自主创新道路,以全球视野谋划和推动创新,提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力,更加注重协同创新。这一论述充分体现了科技创新在经济和社会发展中的重要地位,也为高等教育提出了未来人才培养的方向。大学作为本科生培养基地,肩负着培养有创新精神和实践能力的高素质人才的重大历史使命。高校毕业生的质量直接关系到一个国家科技人才的整体实力和水平,高校教师如何改革现有的教学方法和模式,培养具有学习能力、自我创新能力的大学生,是目前教育教学过程中亟待解决的问题。
研究性教学模式具有极强的实践性。研究性教学模式特别注重教学与研究相结合,理论与实际相统一。研究性教学模式不只强调背诵、理解复述和模拟,而是注重培养学生的科学思维、自主意识、团队协作精神和工作责任心,强调培养学生获取与归纳整理信息的能力、分析解决问题的能力、展示成果与表述观点的能力。创新能力的培养不可能仅依靠获得知识,很大程度上还依赖于学生的直接经验的积累,因此切实加强研究性实践教学,对提高学生的实践能力是至关重要的。创新型人才的培养目标要求学生既要学会动手又要学会动脑;因此,教师在教学过程中要树立研究性教学为主的教学观,运用正确的教学法,积极探讨、推动教学研究和改革,培养学生主动探求知识的主体精神,动手、动脑的能力和创造性思维及创造精神。研究性教学过程从讨论问题开始,需要涉猎大量的资料,课程学习本身不仅在于学习知识,还在于掌握学习知识的方法。研究性教学以学生为主体的教学模式强调了学生在学习过程中的核心地位,教师只起引导、示范、鼓励、辅导和监控的作用,这种模式可以最大限度地调动学生学习的主动性和积极性,培养学生自主学习及独立分析和解决问题的能力。在遗传学的教学过程中可以采用问题式、讨论式、互动式课堂教学,从而达到更好的教学效果,在客观上具有一定的可行性。以学生为主体的教学模式关键在于课前的认真准备和教师在课堂上的灵活调控。
2专业知识教学和实验技术教学相结合
遗传学是一门在实验基础上发展起来的学科,尤其是现代遗传学技术的突飞猛进发展和遗传学知识的大量增加,都给学生的学习带来了一定的难度。因此,遗传学采用什么样的授课方法才能使学生掌握基本知识,提高学生的创新能力一直倍受教育工作者的关注。一些遗传学教师的教学经验表明,在遗传学授课过程中,适当地讲授遗传学研究的基本实验技术和遗传学研究材料的获得方法对帮助学生理解遗传学知识是非常重要的。例如,在介绍分子标记选择辅助育种的研究进展时,对分子标记的定义、类型、发展和每种标记的用途进行讲解,对遗传学研究材料如重组自交系和近等基因系群体的构建方法及其在基因定位和育种研究中的应用等知识进行回顾,大大增强了学生对专业知识的理解。在实验技术的教学方面,应不断地给学生介绍最新技术在遗传学研究中的作用以及不同技术在某一研究领域的时效性3。在内容上,尽量安排生动丰富且易于操作的实验项目,增加一些设计性和综合性的实验项目,尤其是近期,随着表观遗传学研究的日渐深入,适当地增加该方面的实验课程对帮助学生理解基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等表观遗传学对生物性状的改变所起的作用,可以开展表观遗传抑制剂对细胞周期调控的分析及RNA干扰基因沉默的遗传分析等实验。
3为学生提供具有时效性、权威性和新颖性的阅读材料
随着遗传学科的快速发展,研究领域不断拓宽,新技术、新成果不断涌现,任何一部教材都难以跟上遗传学快速发展的步伐,因此必须借助网络等媒体实现知识的不断更新。在教学过程中,教师可适当地借鉴〈(Science〉〉、《Nature》以及分子细胞生物学领域的一些国际权威杂志上的综述性文章作为教学中的补充内容,使学生在学习经典遗传学理论的同时,对分子遗传学和现代遗传学的发展有更深入的理解。如在研究癌症的遗传学基础时发现,一半以上癌症的发生过程中伴有p53突变。p53在正常细胞中寿命短、含量低,与细胞周期控制、DNA修复、衰老、血管生成和细胞凋亡密切相关。当p53发生突变时,细胞逃脱正常细胞生长的限制,使突变从一代细胞传到下一代细胞,这为癌症的发育创造了条件。在给学生授课的过程中,跟踪遗传学的最新研究动态,如引入p53等遗传学研究进展,可大大激发学生学习的积极性?。表观遗传学目前也是遗传学重要的补充,如乙酰化酶家族和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化与增殖以及细胞凋亡相关,从而对生物体的性状产生了影响。而非编码RNA不仅能对整个染色体进行活性调节,也可对单个基因活性进行调节,它们对基因组的稳定性、细胞分裂、个体发育都有重要的作用。在教学过程中,适量增加表观遗传学的知识,可以极大地丰富学生的知识量及对科技前沿知识的认识,为提高学生的科技创新能力奠定基础。
4案例式和情境式教学相结合,激发学生内在的学习动力
案例教学法(Casemedthodteaching,CMT)是根据教学目标和培养目标的要求,在学生掌握了有关的基础知识和基本理论的基础上,教师在教学过程中选择典型案例并以恰当的形式给学生展示,把学生带入一个特定情境中,在教师的指引下由学生自己依靠其知识结构和背景,在这种案例情境中发现、分析和解决问题,培养学生运用理论知识并形成技能技巧的一种教学方法5。案例教学法最大的特点就是模拟实践经验,增强学生实践的能力。遗传学教师在注重理论知识讲授的同时,要穿插与实际生活密切相关的大量案例,培养学生分析问题和动手实践等能力。
在遗传学教学过程中,注重教学内容与人类生活及人类疾病相结合,加强学生对教学内容的认识和遗传知识的深化。在讲授单基因遗传病、多基因遗传病和染色体病时,可与临床中真实的遗传病相联系,如常见的单基因遗传性疾病一白化病、苯丙酮尿症、黑尿症、先天性聋哑、高度近视,多基因遗传性疾病一原发性高血压、支气管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、类风湿性关节炎、精神分裂症、癫痫、先天性心脏病,染色体遗传性疾病一“21三体”综合征、猫叫综合征等。针对这些疾病,巧妙设计引导式问题,囊括大纲要求的知识点,突出遗传学的课程特色。在该模式下的教学过程中,学生不是被动地学、记忆和理解教师所教授的知识,而是在教师的指导下,将学生置于可以从不同角度看待事物的环境,问题情境便能够吸引并维持他们的兴趣,使他们积 极寻找解决问题的方法,创造性地得出结论,从而激发学生学习的内在动力。
5加强遗传学教师师资队伍建设,为研究性教学提供人才保障
过去,很多高校过于注重结果性评价而忽视过程评价,无法对教师的研究性教学能力和学生的实践能力作出公正而又科学的评价H。目前,黑龙江八一农垦大学已经非常重视研究性教学的实施,并为此做出很多努力和尝试。遗传学作为生命科学的重要课程,其教师队伍的整体水平是制约教学效果的一个重要因素。没有一支高水平的教师队伍一切将成为空谈。为了提高研究性教学水平,学校组织教师到优秀研究性教学能手的课堂上听课,通过学习其他课程的课堂教学方法、教学模式,为遗传学更好地进行研究性教学提供了教学案例。此外,学校年轻的遗传学教师可以通过培训、进修等形式提高专业水平。最后,如果想成功地进行研究性教学,授课教师必须进行学科专业的科学研究。授课教师要随时关注遗传学领域的最新发展动向,将权威杂志中介绍这门学科研究的新概念、新发现、新思路和新方法的文献综述引入课堂。这些参考文献学术水平高、内容新、难度适中,开阔了学生的视野,对他们很有吸引力。教师只有通过科研,才能真正理解本学科教材的内在联系,把握住本学科的发展趋势,及时吸纳学科内最新科研学术成果,适时地把学生引入本学科知识和科研的前沿,引导学生在科研实践中增长才智、得到锻炼,激发学生的创造欲望,通过科研、实验等手段培养学生的创新能力。
医学遗传学 教学效果 教师素质
医学遗传学是医学与遗传学相结合的一门边缘学科,它是遗传学知识在医学中的应用,它主要研究遗传病的形成机理、传递方式、诊断、治疗、预后、复发风险,尤其是预防措施,以降低人群中遗传病发生率,提高人类健康素质。如今,遗传病日益被人们关注,医学遗传学已成为一门基础医学与临床医学的桥梁学科,医学遗传学内容相对抽象、深奥、知识零散,难以记忆,常常学生感到棘手,加之中专高职护理专业课时较少,该课程在学校又属于考查课,常不为学生所重视,为了培养学生在今后临床工作中对遗传病的诊断、治疗、预防提供手段,在护理专业中进行医学遗传学教学方法的探索很有必要,以下是笔者结合自身教学实践,谈几点体会。
一、教学计划的制定
我校高职护理专业的医学遗传学教学是安排在医学生物学中讲授的,大约占总课时的一半,这种时间紧,内容多的教学压力易使学生听课处于被动,大大降低了学生对医学遗传学的兴趣,所以,必须制定严谨的教学计划,对有限的课时进行合理的分配,务必要把重点内容讲的透彻明了。我们用30课时进行理论教学,用其他课时观看电教,进行试验操作,通过理论与实验教学相结合,通过理论与实验教学相结合,使学生对医学遗传学有了宏观的认识,增强学生对遗传病知识的了解及临床应用。
二、教师自身素质的提高
随着各个学科知识的相互渗透,医学遗传学迅速发展,知识更是日新月异,教学计划主要是根据学科特点制定,但要紧跟学科发展的步伐,仅仅局限于教材上的基本内容是远远不够的,教师(尤其是一些非医学专业的教师)必须加强自身建设,不断更新知识,不断学习提高,如通过查看文献,了解学科的研究动态及最新成果;通过医院遗传病科进一步了解遗传病的临床表现及诊断方法,了解在临床中对遗传病最先进的检查手段以及开展情况等;除此之外,还应完善自身内、外、妇、儿临床知识及分子遗传学、细胞生物学等相关学科知识,不断改造自己的知识结构,并灵活运用到教学之中,这样才能把一些抽象的概念、原理、公式和定律与临床相结合,讲得新颖、形象、绘声绘色和深入浅出,才能胸有成竹回答学生的各种提问,赢得学生的信赖。
三、医德医风在教学中的灌输
“无德不从医,从医必先修德!”医学生除了需要有扎实的理论基础,活跃的临床思维,还必需有高尚的医德医风,才能担负起救死扶伤、保护人民生命安全的重大责任。在教学中灌输医德医风教育,有利于提高医学生对病人和社会的责任感。相信多数教师都有这样的经验,当学生第一次通过教学录像观察遗传病病人时,一些学生所表现的或是恐惧,或是嘻笑,或是满不在乎,更甚者是厌恶等。此时,教师不能视而不见,也不能生硬的斥责学生的表现,而应耐心告诉学生如何尊重这些病人,如何与他们建立良好的医患关系。另外,在各地的儿童福利院中,有不少遗传病患者。比如,白化病、遗传因素造成的智力低下等,有条件可用带学生去福利院参观慰问,鼓励学生与这些儿童接触,让他们感受到这些因为患遗传病遭父母抛弃的孩子也是一样的天真可爱,更需要社会的关心与爱护,在提高学生对遗传病人的爱心及同情心时,也让学生体会到身体的健康与幸福生活的来之不易及避免与减少遗传病发生的重要性,从而激起学生学习医学遗传学的热情。
四、教学中采用的方法和措施
高职护理专业的学生,初中起点,她们对生物知识的理解,掌握较少,知识面较窄,而医学遗传学中科学概念多,实践性强。
1.确定课程目标
通过教学使学生掌握医学遗传学的基本理论、基本知识和基本技能;熟悉常见遗传病的主要临床表现,发病机制、传递方式和特点;了解该领域研究新进展,具备一定实际工作能力,并能初步解决医学实践中的遗传问题。
2.选择适当的记忆方法
医学遗传学是一门综合性很强的学科,学科中涉及的概念多,理解概念和概念间的关系是学习医学遗传学的基础,概念记忆的方法有很多种,如图画、理解记忆法、相互比较法、识图法等。如在减数分裂这节教学中,出现同源染色体、联、二阶体、姐妹染色单体、非姐妹染色单体、交叉互换等概念,我们可以用画图和识图法,让学生看图记忆,并理解概念之间的相互联系,使学生有兴趣在轻松、愉快的情趣中掌握概念。
3.注重理论联系临床实际
医学遗传学实质上是遗传学知识在医学领域中的应用,所以教学过程中密切联系临床实际,不仅体现了本门学科的特点,而且趣味浓郁,引人入胜。举例大家熟悉的先天愚型(Down综合征),其病因是多了一条21号染色体,故也称为21三体综合征。又如,在讲述多基因遗传病的特点时,首先以同学们所熟悉的常见病、多发病如高血压、糖尿病等为例,让学生举出这些疾病的发病特点、临床症状及体征,说出这些病人的治疗方法及在日常生活中所注意的细节等,帮助学生归纳出这些疾病有家族聚集倾向及可通过改变生活方式方法的手段来改善病情的结论,引出“既受遗传因素控制,又受环境因素影响是多基因遗传病的特点”的观点,由于讲授贴近临床,理论联系实际,学生倍感兴趣,注意力集中,收到很好的教学效果。
4.积极开展现代化教学
关键词: 高等农业院校 遗传学 实验教学 创新模式
遗传学是高等农业院校多个专业(生物科学、生物技术、动物科学、园艺、畜牧兽医等)的一门主干基础课,遗传学教学质量对于农业院校相关专业课程的教学具有非常重要的关联作用[1,2]。遗传学实验课程是生物科学、生物技术、动物科学、畜牧兽医等专业学生入学以来所开设较早的一门专业基础实验课,它的开出对后续实验课程的开出具有重要的参考意义[3,4]。因此,遗传学实验教学内容的遴选,实验类型的设定、教学方法的改进及考核方法的改革,是构建适合于农业院校有关专业人才培养模式,培养学生创新意识,提高学生实践动手能力的关键[5]。为此,我们根据多年的遗传学实验教学探索,总结了一套适用于不同专业的遗传学实验教学模式,以期为同类专业基础课程的实验教学模式的探索提供参考。
1.遗传学实验教学内容的遴选及实验类型的设定
遗传学实验作为一门专业基础课实验,涉及生物科学、生物技术、动物科学、畜牧兽医等多个专业。目前农业院校开设的遗传学课程学时不尽相同,各个专业的理论、实验教学时数也不尽相同,有的专业有野外实践,有的专业没有。因此,在开展实验教学的过程中,一定要遵循“宽基础的前提下突出专业”的原则选择实验内容[6,7]。具体地说,就是在实验内容的选择上,贯彻基础性、适用性、典型性、综合性的原则,在确保开设基础实验的前提下突出专业特点,同时也要为后续专业课程的开出打下基础。
1.1基础性实验的选择。
遗传学基础性实验的教学目标首先是让学生熟练掌握实验中常用仪器的使用方法,突出对学生基本实验技能的培养。在遗传学基础性实验教学过程中要求学生通过实验首先加深对所学理论知识的理解,进而培养实验技能和动手能力。基础性实验是综合性及探究性实验教学内容的基础。遗传学基础性实验内容主要包括显微观察、基本遗传规律的验证、细胞和组织培养等[8]。在教学中,我们根据学生所学专业的不同、学时的不同主要选择了细胞有丝分裂制片、减数分裂涂抹制片、染色体(结构数目)的诱导及观察、染色体核型分析及显带处理等几个验证性实验。
1.2综合性实验的设置。
遗传学综合性实验教学目标主要在于培养学生整理和查阅相关实验资料能力,培养学生自主实验动手能力,培养学生处理实验数据的能力,培养学生分析、解决问题的能力,等等[9,10]。综合性实验又称为复合型实验,我们在综合性实验教学中主要开设了模式生物性状遗传分析实验。比如,我们将果蝇的培养、果蝇的性别鉴定、果蝇唾腺染色体的制片观察、果蝇杂交实验、果蝇性状的遗传分析等综合成一个大实验。让学生从果蝇的培养开始,虽然时间较长,但是比较系统,并取得了很好的教学效果。此外,我们也可针对不同的专业(生物科学、生物技术专业)需要补充了一部分分子遗传学实验,如基因功能的遗传分析(如拟南芥突变体筛选、细菌局限性转导、转座子插入突变)等内容。
在此综合性实验教学阶段,目的是学生在掌握遗传学实验基本技能基础上,综合运用所学理论知识和基本实验技能,去完成预定的实验内容,去解决相对较为复杂的问题。在综合性实验教学过程中要加强培养学生独立思考、工作的能力,为下一步开展探究性实验奠定基础。
1.3探究性实验的设计。
遗传学探究性实验是独立于遗传学课程教学进行的一种创新探索性实验,它最主要特点是独立性,同时探究性实验体现知识的连贯性、实验技能的综合性,实验内容和过程的系统性、科学性。探究性实验要求学生综合利用所学遗传学理论、实验原理自主设计实验,并主要由学生独立完成。探究性实验的目的在于培养学生发现、分析和解决新问题的能力[11]。
我们在遗传学探究性实验教学中的具体做法是:(1)对学生所在的专业、学时进行分组(学生可以根据专业特点、兴趣爱好、实验室条件进行组合),每组3―4人;(2)进行实验题目的选择(实验指导老师预先拟定几个指导性题目供选择)或设计(学生自主);(3)学生以小组为单位完成实验方案的设计、实验材料的选择和准备;(4)实验实施,学生以小组为单位完成实验操作、实验结果分析、撰写实验报告(甚至研究论文);(5)实验教学交流,要求学生把实验中遇到的各种问题进行归纳、整理、总结、分析。通过探究性实验教学,学生培养了自主设计并独立完成实验的能力,提高了分析问题和解决问题的能力,同时为以后毕业设计的开展打下了良好的基础。遗传学探究性实验有利于把学生的注意力从简单的对实验结果的验证认识引导到创造性的思维空间中来,有利于培养学生的创新思维和综合能力。
2.改进和创新传统教学方法及思路
2.1构建以学生为核心的实验教学模式,采用多元化的教学方法。
现代教学中,多媒体课件和网络教学手段已经广泛应用于遗传学理论课程教学,但多媒体教学在很多实验教学中应用不足。针对这一点,我们一改传统的“嘴巴、粉笔、黑板”的实验课理论教学模式,将网络教学和多媒体课件等现代教学手段广泛地应用于遗传学实验教学中,努力加大实验教学内容的信息量,积极拓展实验教学的空间。利用现代化的教学手段把实验方法、原理、步骤和过程形象生动地展现给学生,使学生的视觉、听觉和触觉全面参与感知活动,最大限度地调动学生的学习积极性、激发学习热情,从而提高学生的学习效率[12]。
2.2改“填鸭式”教学方法为“主动式”学习方法。
在遗传学实验教学过程中,我们将不同层次的实验区分为基础性实验、综合性实验和探究性实验三类。基础性实验的教学目标重点在于学生对实验技能的熟练掌握,基础性实验教学采用教师现场指导学生实验的教学方法进行;综合性实验的教学目标重点在于突出对学生整理查阅资料能力、动手能力、数据处理能力、运用所学理论分析、解决问题等能力的培养,综合性实验教学主要采取学生自主进行与教师现场指导相结合的教学方法进行;研究探究性实验教学目标重点在于对学生独立创新能力的培养,探究性实验教学采取以学生探究式自主实验为主、教师指导为辅的教学方法进行。
在实验教学过程中,学生是实验教学的核心和主体。对教师而言,要有极强的组织能力和控制能力,在实验教学过程中,教师和学生需要相互配合、相互协作。为了充分发挥学生的主观能动性,教师在教学过程中不能把学生管理得过于死板,在实验教学的过程中,从“基础性实验―综合性实验―探究性实验”的过程中潜移默化地将教师“填鸭式”的教学方法改变为学生“主动式”学习方法。这样就在教学中彰显了学生的主体地位,使整个实验过程都是围绕着学生这个核心展开,让学生成为名副其实的主角,在尽情张扬个性的同时积极地激发自我的创造性思维,尽快提高创新意识,培养创新能力。
3.实验教学考核方法的改进
实验考核是实验教学的最后一个环节,同时也是保证实验教学质量的一个重要手段。实验考核不但能督促学生认真进行实验、检查学生对理论和实验技能的掌握程度,而且可以检查教师的教学效果。我们把实验考核的重点定位在对学生动手能力和创新能力的考核上,将实验考核成绩分解成四个部分:通常情况下,实验报告成绩占20%,实验操作成绩占40%,实验理论成绩占20%,平时课堂成绩占20%,各成绩所占比例依据具体专业(如学时)、具体情况(如探究性实验所占的比例)适当变动,目的使最终的成绩客观、公正、公平,真正体现出“高分高能”,充分保护学生的学习积极性和学习热情。
4.结语
遗传学实验教学是高等农业院校遗传学教学的重要组成部分,它的改革是一项非常复杂的任务,在全面实施素质教育的今天,遗传学实验教学的改革更是势在必行。当然在实验教学改革的过程中,如何建立长效的实验教学改革效果评价指标体系,还需要在今后的教学过程中作更进一步的探讨和研究。
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针对社会对人才培养质量的要求,结合地方院校的实际,对遗传学实验教学改革进行了探索.通过优化实验内容,丰富实验材料,运用现代教育技术,开放遗传学实验室,建立实验评价体系等途径,培养学生的专业实践技能和创新能力,提高学生的综合素质.
关键词:
地方院校;遗传学实验;教学改革
遗传学实验是高等学校生物类专业的必修课.通过遗传学实验教学,对于培养学生动手能力、遗传研究能力,以及学生发现问题、分析问题和解决问题能力[1],具有重要的作用.但是,现行的遗传学实验教学中,普遍存在以验证遗传的基本规律为主,缺乏综合性、研究性实验;多数遗传学实验经历时间长,一次实验课仅有约3学时,许多实验操作不得不由教师代替完成,学生真正动手操作时间较少,很难对学生开放实验室;教学手段上以一台显微镜打天下,实验内容多局限于细胞遗传学范围内;实验成绩评定上,不管实验过程和结果,只要实验报告写得好,实验成绩就高.这些问题制约了学生发现问题、分析问题、解决问题能力和动手能力的培养[2-5].面对这些困难和挑战,必须改变实验教学的传统思想和观念,开辟实验教学新思路,构建适应新形势的新型实验教学模式.为此,我们针对社会对人才培养质量的要求,结合地方院校的实际,对遗传学实验教学改革进行了探索,取得了一些成效.
1优化实验内容,构建合理的知识体系
遗传学科的不断发展和研究领域的不断扩大,遗传学实验与生物专业中的很多学科的实验相互渗透、相互联系.在遗传学实验教学中,我们对实验体系和教学内容做了如下改革.
1.1实验教学体系的建立
遗传学实验教学既要符合人才培养的目标要求,又要尽可能反映本学科的特点.对遗传学实验的课程结构进行了调整,建立了“验证性→综合性→研究性”逐层递进的实验教学体系,从生物的个体水平、细胞水平、分子水平和群体水平等方面确立了5个教学模块,有利于系统培养学生的遗传研究技能,拓宽学生对遗传学知识的理解,提高学生的动手能力、综合实验设计能力和创新能力[6-7].
1.2实验内容优化整合
将遗传学实验内容整合为以下5个教学模块:经典遗传学实验模块.以果蝇或玉米杂交实验为基础,在教师的指导下,学生完成从实验方案的制定、杂交组合的选择,到实验操作、观察和记录、显著性分析等全过程.目的在于验证和分析遗传的基本规律,学习杂交技术.该模块实验项目有果蝇杂交综合性实验,玉米杂交综合性实验.细胞遗传学实验模块.以根尖、花蕾或骨髓等细胞制片技术为基础,学习实验材料的培养和处理方法,细胞制片技术,有丝分裂和减数分裂观察,核型分析方法.该模块实验项目有植物核型分析,动物核型分析等综合性实验,花粉母细胞减数分裂的制片技术,果蝇唾腺染色体的制片技术和人类X染色质观察等.分子遗传学实验模块.通过动植物、细菌DNA的提取、纯化、扩增和电泳,得到DNA标本,为进一步研究DNA的功能奠定基础.该模块实验项目有DNA提取及纯化,PCR扩增技术,DNA电泳技术等研究性实验.遗传毒理学实验模块.运用蚕豆根尖微核技术检测环境中的有毒有害物质的遗传毒性把对比试验法、假说演绎法等科研方法运用于实验中;人工诱发多倍体,为多倍体育中奠定基础.该模块实验项目有诱变物质的微核检测技术,植物多倍体诱导技术等设计性试验等.群体遗传学实验模:通过人类ABO血型或PTC尝味调查和分析,计算其基因频率和基因型频率,经假设性检验,判断是否达到遗传平衡.该模块实验项目有人类ABO血性分析,群体遗传平衡分析(PTC尝味)等.在上述5个教学模块中,验证性实验占40%,综合性和研究性实验各占30%.要求学生以实验小组为单位,在每个模块中至少选1~2个实验项目.这5个教学模块的特点是:从不同层次、不同角度学习研究生物遗传的方法;除个别实验项目开成单独实验外,其余大部分实验均开成综合性或研究性实验,把几个内容上联系紧密的实验开成1个综合性或研究性实验.如把根尖制片技术、有丝分裂观察、核性分析3个实验综合为植物的核型研究.综合性或研究性实验要求学生完成从选题、收集和分析资料、设计实验方案,到动手操作到结果分析和论文撰写全过程.在实验结束后,学生汇报实验成果,请有关老师参加实验成果汇报答辩,对实验进行总结,提出建议[8-9].最后,根据实验报告、答辩情况综合评出实验成绩.实践结果表明,综合性或研究性实验不仅可以加深学生对基本知识的理解,而且还可以掌握更多的实验操作技术,锻炼学生的实践动手能力,提高学生的学习兴趣,还能培养学生的科学分析方法、独立操作和解决实际问题的能力,极大地激励了学生的积极性[10-12].
2丰富实验材料,提高实验教学的创新性
传统的遗传学实验,由于实验材料的局限性,常常选择操作方便、容易得到实验结果的果蝇或洋葱做实验材料.选择单一的实验材料,不仅影响学生对遗传规律的普遍性的全面理解,而且也不利于创新精神的培养.因此,在实验中,要求每次实验至少准备3~5种不同的材料供学生选择,学生也可以自己采集实验材料.有了丰富的实验材料,要求学生分组观察不同的材料,甚至有的学生另外选择材料进行观察.如核型分析实验,实验室提供的材料是植物材料如蚕豆、大蒜、洋葱、黑麦,动物材料小鼠、牛蛙,有3组同学还分别选择了铁皮石斛、川贝、宽体沙鳅等经济价值很高的材料做核型分析.丰富的实验材料,不仅能完成实验任务,达到实验目的,而且能拓宽学生视野,培养学生发现问题、主动探索新知的创造能力[13].
3运用现代教育技术,提高实验教学效果
遗传学实验从材料准备到实验结果,时间长,有的几天,有的几十天,学生很难通过讲解理解实验的全过程.有些实验现象、仪器操作等用讲解的方式教学,不直观、不形象,学生难以理解.现代教育技术能图文声像并茂,动静结合,使教学内容直观形象,很容易使学生理解.因此,在遗传学实验教学中,充分应用现代教育技术,能使复杂问题简单化,抽象问题具体化,帮助学生加深理解,提高实验效果.
3.1录像技术在遗传学实验教学中的应用
采用数码摄像机或稍好一点的手机等记录整个实验过程,再对实验全过程进行编辑处理,制成视频报告.学生提交的视频报告,既能反映实验全过程,突出重要的实验现象,又不失实验的真实性.例如,蚕豆根尖微核技术实验,从蚕豆发根,染毒处理和对照处理,恢复培养,根尖固定、解离、制片,以及实验结果,都让学生定期拍摄实验过程和实验现象,制成视频资料提交.视频资料不仅记录了从学生自己亲自动手准备实验,到观察到实验结果的全过程,而且实验结果客观真实,还能发现一些容易被忽略的问题,有利于提高教学效果[14].
3.2多媒体技术在遗传学实验教学中的应用
在观察动植物细胞有丝分裂、减数分裂实验中,学生难以观察到各时期的分裂细胞,对细胞分裂的动态过程缺乏整体认识.充分利用计算机强大的计算及数据处理功能,将文本、图像、声音、动画及视频等多媒体信息结合在一起,将细胞分裂的各时期图像按先后顺序制成Flas,连续播放全过程,增强了学生对染色体动态变化的理解,为学生创造了全方位的学习途径[15-16].通过应用多媒体技术,可以充分调动学生的学习兴趣,更有利于学生理解有丝分裂、减数分裂过程,掌握有丝分裂、减数分裂各时期的特点,使他们在较短的时间内全面、系统地掌握实验原理和实验过程[14].
3.3数码显微互动系统在遗传学实验教学中的应用
数码显微互动系统由数码显微镜、局域网、投影仪实物展示平台等组成,不仅能展示每个学生显微镜下观察到的内容,进行及时的显微摄影,记录实验结果,将实验效果好的展示在投影屏幕上,让全体同学都能观察到.而且还能进行师生交流,及时解决学生的问题.例如用数码显微系统做多线染色体观察实验,实验难点是不易辨认立体显微镜下的唾液腺,将显微镜下的果蝇唾液腺和唾液腺染色体图像及时投影在大屏幕上,让学生看到实在的唾液腺和唾液腺染色体,增加感性认识,互相学习,大大提高实验的成功率.
4开放遗传学实验室,培养学生的实际工作能力
开放式实验教学是培养学生实验操作技能、创新意识、综合分析问题和解决问题能力的重要途径.根据遗传学实验室的开放对象:综合性、设计性实验,大学生科研,毕业论文等实验项目.开放程序:学生根据教学和科研要求,自己查阅资料,设计实验方案,提出实验申请,经指导教师和实验员同意,实验室主任批准后方可进入开放性实验室.在教师的指导下,从实验材料的培养和准备,药品的配置,方案的实施,到最后写出实验报告等全过程均由学生独立完成.在整个过程中,充分体现以教师为主导,学生为主体.在核型分析、果蝇杂交和蚕豆根尖微核技术实验中,实验周期较长,过去由教师准备实验材料,学生实验只是进行结论的验证和练习操作技术,很难完成整个实验过程.在植物细胞核型分析的开放式实验教学中,从资料查阅,方案的制定,根尖的培养、固定、解离、制片、观察、摄影,染色体图片分析等操作过程,都让学生自己去处理,教师只起指导作用.又如果蝇的杂交实验中,学生参与培养基的配制、果蝇的饲养、果蝇的分瓶及果蝇形态的初步观察,杂交组合的设计,处女蝇的收集,观察记录,数据处理等过程都由学生自主完成[14,17].实践证明,在遗传学实验教学中,开放实验室,积极开设综合性和研究性实验,教师做好学生学习的引导者[13].学生通过自主选择喜欢的实验内容,自己查阅资料,设计实验方案,以科技论文的格式提交实验报告,既增强了学生的科研能力、自主学习能力和合作共事能力,为今后毕业论文和独立开展科学研究奠定了良好的基础.
5以量化考核为重点,建立实验评价体系
遗传学实验效果评价是否客观、科学,直接影响着学生的学习动力、学习态度、学习效果和教学效果.目标是评价的依据,又是评价所致力于达到的终极结果.通过多年的实践,根据教学目标将遗传学实验效果评价分为形成性评价和终结性评价.
5.1形成性评价
评价的内容包括实验预习、实验过程、实验结果、实验报告与考勤等环节进行评价.每一次实验满分100分,实验预习占10%,实验设计方案占20%,实验材料、仪器、药品的准备占10%,实验检测、观察、记录等实验过程占20%,实验结果及分析占20%,实验报告占20%.实验预习要求学生在实验报告上写出实验目的、原理、操作步骤和注意事项等,实验前抽查.实验过程包括材料准备、药品配置、仪器使用和操作程序等.实验结果是交玻片标本、图片或数据及处理等.实验报告要求工整、规范,内容包括实验预习内容、操作步骤修正部分、实验结果照片或绘图、实验数据及其处理、分析与讨论、心得与建议.考勤上,每次实验进行中按桌点名,不参加实验者无实验成绩,必须补做实验后才有成绩.一期内实验缺3次者,不得参加期末考试.研究性实验要进行报告和答辩的实验,报告和答辩各占20%,其余环节占60%.
5.2终结性评价
遗传学实验作为一门独立课程单独考核,实行满分百分制,形成性评价占50%,其中基础实验占20%,综合性实验和研究性实验各占15%;期末考试占50%,二者合起来作为这门课的终结性评价.这种评价体系不仅强调过程,突出动手能力,结果真实,而且能促使学生主动参与,培养学生科研素质、创新能力.在遗传学实验教学中,加大考核力度,对培养学生的综合能力和科学方法具有重要作用[5,18-19].期末考核试题内容涉及实验目的、原理,药品配置,材料培养和处理,操作程序,仪器使用方法,实验设计,实验操作(实验室独立完成)等方面.在遗传学实验教学中,应以学生的创新能力培养为目标,改革遗传学实验教学内容,开放式的遗传学实验教学,多样化的考核方式,这对培养生命科学领域中的创新人才具有重要意义.
作者:唐正义 李兴霞 单位:内江师范学院生命科学学院
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蜂学专业的学习课程很多,其中专业课程包括:生物化学、蜜蜂生态学、蜜蜂病理学、蜜蜂生理学、蜂产品分析、蜂疗学、蜂产品加工学、蜜蜂分子遗传学、蜜蜂分子生物学实验技术、蜜蜂育种学、蜜蜂保护学、蜂学制图学、蜜粉源植物学、蜂产品与医疗保健研究、蜂业经济管理学等。由此可见,蜂学专业主要是从事蜜蜂科学研究与开发的一门特色学科,也是典型的跨学科专业,既涉及昆虫学、神经科学、认知科学、分子科学范畴,又有精细农产品、保健珍品及高效药品的深加工技术,还涉及蜂疗医学等领域。
关于就业,如上所说,因为领域小,人员少,专业技能要求高,如果你对蜂学有兴趣,建议继续攻读硕士和博士学位,成为从事高水平科学研究工作的蜂学精英。以后有在蜂产品上创业的想法,也可以报考蜂学。福建农林大学蜂学专业毕业的校友创办的蜂企业占据我国蜂业的半壁江山,校友中企业家层出不穷,数不胜数。此外,蜂产品检测与加工、蜂业经济管理与电子商务、蜂业行政管理以及在出入境检验检疫、食品药品管理等部门从事技术管理工作等也是本专业毕业生常见的就业方向。需要提醒的是,如果你大学毕业以后想走上国家公务员或省公务员的路,不建议报考本专业,因为本专业比较少见,你能报考的公务员职位很少。
福建农林大学的“蜂子”有话要说: