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[关键词]动物遗传学;教学;改革
[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]2095-3712(2013)01-0046-03
动物遗传学,作为遗传学的一个分支,主要研究动物性状的遗传和变异的规律、遗传改良的原理和方法。动物遗传学是动物科学本科专业必修的专业基础课程,也是家畜育种学的理论基础。本门课程的教学任务是让学生掌握该学科的基本概念、基本理论及其简单的实验操作技能,为后续学习专业课和今后从事专业工作打下坚实的动物遗传学理论基础。
为适应社会发展的需要,各高校增设了本科教学的课程数量,同时压缩传统课程的课时数。就我校来说,动物遗传学课程现仅有60学时,其中包括15学时的实验课,但课程内容却在不断更新或增加,再加上遗传学基础理论抽象、逻辑性强,课程显得枯燥,这些问题的存在促使课程教学必然作出改革。这几年来,笔者所在的教学团队不断地探索动物遗传学教学方式、手段及实验教学内容的改革工作,获得了一些体会,现总结如下:
一、精选教材,革新教案
动物遗传学课程讲述的内容包括:遗传的物质基础、遗传信息的传递与改变、遗传的基本规律及其扩展、非孟德尔遗传、群体遗传学基础、动物基因组学及动物基因工程,涵括了分子遗传学、细胞遗传学、群体遗传学及基因工程等诸多方面的一般原理与方法,教学内容理论性强、信息面广、复杂抽象。为使学生能更好地学习此门课程,选择合适的教材是关键。市面上不同版本的动物遗传学教材较多,综合考虑本校动物科学专业的培养方向和遗传学理论知识的最新发展情况,笔者所在的教研组选择由李宁主编、中国农业出版社出版的面向21世纪课程教材《动物遗传学》作为课程教材,该书涵括了动物遗传教学内容,理论知识系统,前沿性强。
为使学生更能理解和掌握动物遗传学知识,教师编写教案时力求突出教学重点,适度删减和调整教学内容,并保证授课内容的完整性和系统性。此外,课堂教学尽量使抽象理论知识和概念通俗化,理论点与实际案例相结合。例如讲授基因突变、染色体变异内容时,结合遗传疾病病例分析讲解;适时添加遗传学的最新研究进展,使学生对遗传学的最新发展、最新趋势有一定了解。革新教案,目的是增强动物遗传学课程的兴趣性,提高学生学习的积极性。
二、突出教学重点,强化教学内容系统性
遗传学的快速发展,使得动物遗传学教学内容不断丰富与革新,从三大定律到核外遗传,从细胞到分子,从个体到群体,从质量性状到数量性状的遗传,课程教学内容多而复杂,抽象概念多,缺乏直观认识,学生理解困难。笔者所在的教研组根据本校学生的特点,结合专业培养和本科教学的要求,在选定教材的基础上强调:突出内容的新颖性、前沿性,减少重复教学。例如三大定律、染色体部分内容在高中生物学中已经有学习,大学课堂在教学该内容时进行适当简单复习即可;结合研究新成果,讲授本学科基本理论知识和概念,提高学生的认知水平。调整和优化教学内容,增强知识点的系统性和层次性,从遗传物质的本质到遗传信息的传递、改变,再到基因的表达、调控,使学生逐步深入地掌握课程知识。
三、改进教学方法,提升教学成效
在实际教学中,以学生为主体,根据学生的课堂情况,适时改进教学方法和教学手段,做到因材施教,提高教学的成效。为了能充分调动学生学习的积极性和主动性,笔者所在的教研组在动物遗传学教学中,不断探索多种教学方法。例如:课前留置问题讨论,课堂提问,课后安排学生参与科研实践,章节教学完成后及时组织测试等;充分发挥计算机多媒体辅助教学手段的潜力,添加直观图片或视频来解析抽象概念和知识点,例如视频展示DNA复制、转录和翻译的基本过程,使学生更容易掌握知识点。课程教学紧密联系动物生产过程中的遗传现象和分子辅助育种技术的应用成果等,拓展学生视野,使他们认识到专业知识的应用价值和潜力,增强了学生学习的主动性。
四、改革实验教学内容和方式
遗传学是21世纪发展最快的生命学科之一,作为分支之一的动物遗传学也在不断更新。动物遗传学实验是学生验证遗传学理论和掌握遗传学实验技术手段的主要途径。因此,为适应本学科发展需要,在动物遗传学实验教学过程中需要不断革新实验项目、实验设计和实验方法。以往动物遗传学实验普遍以验证性实验为主,内容陈旧、单一,缺乏综合性实验,难以激发学生的积极性和主动性;教学模式单调,以教师主导、学生临摹为主要教学方式,缺乏对学生创新能力的培养。针对存在的不足,笔者所在的教研室综合讨论并结合学科实际建设情况,更新实验教学内容,把原来耗时长、内容简单的果蝇的饲养、杂交和唾腺染色体观察等实验删除,新增DNA提取、PCR技术等分子遗传学实验内容和群体遗传学方面的“人类指纹图谱分析及遗传统计”。探索多种形式的实验教学方式,让学生参与实验设计、实验前的准备工作,通过查阅文献、收集信息、设计方案、动手操作、分析结果与作出总结等完整的实验过程,培养学生的综合能力。在教学手段上,改变传统的黑板板书,采用数码互动显微系统,通过多媒体课件,以图片、动画等形式生动、直观地讲解,使学生能更好地掌握实验原理、方法和步骤;利用数码摄像头能直接在显示屏上观察染色体的形态变化,并能客观地保存效果理想的实验结果;通过互动网络,教师能及时监控和指导学生的实验过程,有效地建立教师与学生的互动机制,提高实验课堂教学的效率。
五、完善课程考核评价体系
成绩是督促和评价学生学习的主要方式之一,建立科学合理的考核评价制度是课程教学改革的内容之一。为了更好、更客观地检验学生的综合能力,笔者所在的教研组经过研究讨论,确定动物遗传学课程的综合考核办法:期末总评成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成,其中,期末考试成绩占 60%,平时成绩占40%(考勤占10%,课堂测试占10%,实验占20%)。平时成绩主要考查学生的学习态度、课堂纪律、实验动手能力与分析问题的能力,而期末考试的内容注重考查学生对基础理论知识和概念的掌握,以及对遗传学知识的运用能力。综合水平的考查能调动学生学习的主动性。
总之,动物遗传学是一门不断发展的学科,其知识广度和深度都在不断增加。为适应社会发展和动物科学专业本科生培养的需要,课程教材、教学内容、教学方法、实验教学与考核体系等多方面都需进行持续的改革与更新。此外,以学生为主导,以多种教学方式充分调动学生学习的热情和主动性,提高教学的成效,使学生更好地掌握动物遗传学的基础理论知识和概念,为其后续的专业课程学习及今后的就业打下坚实的基础。
参考文献:
[1] 聂庆华,刘满清,骆毅媛,张细权. 动物遗传学产学研结合教学实践与探索[J].高等农业教育,2009(2):64-66.
[2] 张军霞,祁得林,杨葆春,胡明德. 动物遗传学教学改革探析[J].河南农业,2011(9):24-30.
[3] 张敏. 动物遗传学教学改革的探索[J].中国校外教育,2010(4).
[4] 杨秀芹. 动物遗传学教学现状与建议[J].黑龙江畜牧兽医, 2011(6):174-175.
[5] 孙桂荣,王春秀,李春丽. 畜牧专业动物遗传学教学改革措施[J].现代农业科技, 2012(15):325-326.
关键词:遗传学;课堂教学;实验教学;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)16-0150-02
遗传学是一门探索生命起源和生物进化的科学,对于推动整个生物科学和有关科学的发展都有着巨大的作用[1]。遗传学是我院各专业不可或缺的专业基础课,学好遗传学将会为后续专业课程的学习打下坚实的基础。本文根据多年来的教学经验,在遵循遗传学教学规律的基础上有利于提高该课程教学质量的各个环节进行了探索。
一、课堂教学
课堂教学是教学施过程中最基本的一种教学形式,教师是课堂教学的组织者和引导者,在课堂教学中具有主导作用。课堂教学是教师讲授知识、培养学生能力的主要方式。好的课堂教学能够使学生在轻松、有趣的课堂氛围中掌握理论知识,使知识的掌握不再成为枯燥的乏味的单纯的知识灌输。通过多年的教学,总结出了以下课堂教学经验及体会。
1.教学内容。①根据不同专业合理安排教学内容,突出重点和难点,遗传学是我校农学、种子工程与科学、生物技术、园艺、植物保护等专业必修的一门专业基础课。因不同专业教学内容的侧重点有所不同,授课学时也不同,所以教学内容的安排也不应该按统一的标准一概而论。比如,对生物技术专业来说,除了讲解遗传的基本概念、基本定理和研究方法外,还需详细地讲解现代分子遗传学概念、理论、技术以及它们在实践中的应用。②在课堂教学当中适当结合国内外学科前沿,在课堂教学中融入相关领域中最新研究成果,是提高教学水平和质量的手段之一[2]。现代科技的迅猛发展,遗传学中的理论和技术也在迅速不断更新。在进行遗传学课堂教学时,教师不能只讲授教材中的内容,应以教材为基础,补充和完善遗传学学科的新概念、新理论、新技术、新成果等新的教学内容,与时俱进,注重把本领域最新的研究成果与进展引入课堂教学当中,激发学生的学习兴趣,满足学生的不同需求[3],从而达到提高教学质量的目的。
2.灵活应用多媒体教学方法。随着科学的进步,教学手段的现代化已成为当前实施素质教育、提高教学效率的一个重要方式。教师在课前要充分准备,注重多媒体的正确使用。同时使用的课件要灵活、内容丰富,再复杂的内容也要想方设法用简单的途径和方法展示、通过具体例子很生动的表达,善于归纳总结,并注重与教学内容的结合。
3.安排单元测验,提高教学效果。目前遗传学课程的考核方式还是以期末考试成绩为主,而过程考核没有量化。为了帮助学生注重平时的学习过程,提高学习质量和及格率,培养学生的遗传学综合应用能力。每个单元之后应安排一次小测验,测验内容反映教学目标及突出教学重点,同时要注重遗传学综合应用能力。题型包括,选择题、判断题、名词解释、填空题、问答题及计算题等。每次对测验成绩进行认真、深入的分析,实时掌握学生对该门课程的学习和掌握状态,并总结教学中存在的问题,从而提高教学效果。
4.适时安排讨论课,加深对知识点的理解。为了加深学生对理论知识的理解,启发学生独立思考和解决问题的能力,每个教学单元讲授后安排讨论课。在教师的指导下开展讨论,由全班或小组成员围绕某一中心问题发表自己的看法,达到相互学习的目的。首先要拟定讨论题目,题目应该难易适度、面向大多数学生。题目应该是教学内容的重点、难点或具有不确定性和不一致性的问题。按题目的要求写出发言提纲,在此基础上进行讨论。教师注意倾听和发现典型的、代有普遍性的问题,并重点记载学生发言的优缺点,以便更好地引导学生。最后针对学生讨论过程中存在的问题进行讲解,把学生理解不深刻、不正确的问题给予纠正和深化。学生做报告和参与讨论有助于增强学生的独立科研能力,有利于提高学生灵活运用知识的能力和独立思考的能力。
二、实验教学
遗传学实验教学是遗传学课程的重要组成部分,对培养学生的综合素质起着无可替代的作用,遗传学的快速发展给遗传学实验教学提出了更高的要求。遗传学实验教学不仅应注重学生对理论知识的掌握和科学思维的训练,而且还应加强应用技术和实际操作的训练,特别是近代遗传学新兴技术的训练。
1.实验教学内容。①注重遗传学实验的先进性,改革和创新实验教学内容,瓦特森(Watsen,J.D.)和克里克(Crick,F.H.C.)于1953年提出DNA分子结构模式理论后,遗传学的研究进入了分子水平。20世纪70年代初,分子遗传学已成功的进行了人工分离基因和人工合成基因,开始建立了遗传工程这一个新的研究领域。90年代后,遗传学的研究进入了基因组学。由于遗传学广泛应用近代化学、物理学、数学的新成就、新技术和新仪器设备,因而由宏观到微观逐步深入到研究遗传物质的结构和功能。从事遗传学研究首先要掌握遗传学研究方法、技术理论基础、应用等内容。传统遗传学教学中,实验内容安排大都以经典遗传学和细胞遗传学为主,在实验安排上跟不上遗传学教学内容的更新。因此,为解决这种现象,应根据教学内容,从简单到复杂逐步的安排分子遗传学研究技术,帮助学生了解遗传学研究方法,同时要侧重于培养学生的理论联系实际的能力、创新能力。比如讲授完DNA复制时就安排PCR(聚合酶链式反应扩增)技术;在真核生物表达调控时,讲解从真核生物体内如何提取不同RNA的方法、DNA微阵杂交等内容。②实验课内容要凸显高校遗传学研究方向,不同高校在同一个领域的研究材料和方法都有一定的区别。比如,以拟南芥为实验材料,在“核算测序”中测定拟南芥热休克转录因子的核苷酸序列。实验课内容的这种安排,一方面有助于学生通过实验掌握当前的遗传学研究方法、技术,另一方面也能够帮助学生了解高校的研究方向,如果学生在本校继续深造,就会很容易的进入研究工作。
2.教师和学生的充分准备,保证顺利完成实验教学任务。因为实验课是理论联系实际的教学活动,实验教学内容也是当前的遗传学研究技术方法。由于实验的内容先进,因而也具有一定的难度,这就要求教师和学生要有充分的准备。实验课的主要准备内容包括:一是实验教师的准备,教师提前在学生做实验的同样条件下,从头到尾把实验做一遍。二是学生的准备,教师应在第一次上课时让每一位学生准备一个实验记录本,每次新的实验开始前一周让学生预习,了解实验内容并将相关问题记录在实验记录本上。学生必须在做实验前要了解每个实验的目的、方法、操作步骤、作业等内容。有了教师和学生的充分准备,实验教学效果就能够得到有效提高。
3.撰写高质量的实验报告,培养学生从事科研及科研论文写作能力。实验报告是实验结果的总结和反映,也是实验课的继续。实验报告的书写情况是学生学习态度、思维能力及教师教学成果的综合体现。加强实验报告的书写能力,不仅利于实现实验教学目标,提高学生本身的专业素质,而且也能促进学生理论系实际的学风和实事求是的科学态度。传统的实验报告格式不利于学生分析问题和论文写作能力的培养。为此,要求学生的实验报告的书写按论文格式进行写作,包括引言、实验目的、实验方法、步骤、实验结果、讨论、结论等部分。这样有利用于学生用所学的理论知识对实验结果进行分析总结,加强学生的逻辑推导和理论联系实际的能力。这就要求教师认真地批改实验报告,如果实验报告有不清楚、错的部分,教师应该书写自己的要求并还给学生,要求学生在固定的时间内按照教师的要求更改。从而,学生也就会很重视从实验课的准备、进行、到实验报告的书写等部分,这对培养学生对提高实验教学质量具有积极促进作用。
课程标准 医学遗传学 教学改革
2009年以来,我校为了能更好地培养出来高素质实用型面向基层的医学人才,制定出了一套新的课程标准,医学遗传学是一门横跨基础医学和临床医学的桥梁课程,但由于其涵盖的范围较广泛,不仅涉及经典遗传学的基本原理、分子生物学的基本研究方法,同时还涉及临床医学各门课程的具体内容。因此,如何针对当前医学生的特点,培养面向21世纪的具有综合素质的医学人才,使医学遗传学课程更贴近临床,使学生更具独立解决临床实际问题的能力,已成为医学遗传学教学的重要任务,而课程标准的实施能够使师生在教和学的过程中更加明确学习的目的和任务,为后续课程的学习奠定坚实的基础。在课程标准下我们针对临床专业医学遗传学的教学进行以下几个方面的实施。
一、制定课程标准
针对临床专业教学特点,制定课程标准。在制定课程标准过程中根据不同章节合理设计知识目标,技能目标,穿插素质目标,结合培养目标突出学科特点,注重与临床专业学生相关后续学科的衔接,邀请相关专业的同事对本学科的课程标准给予指导,突出本学科的基础和桥梁作用。例如,在制定单基因遗传病、多基因遗传病、线粒体遗传病部分教学目标和教学重点时,邀请临床系一线教师前来指导,听取对该部分内容在相关课程衔接中的作用,选取教学重点。在制定肿瘤遗传内容课程标准时,邀请我校病理教研室的专家参加,这样就避免了过去教学过程中各科脱节的现象,使学生一开始就有一个系统化的学习安排。
二、课程标准的讨论、认证
针对制定后的课程标准,课题组成员逐章逐节进行讨论、分析。在讨论分析过程中即要注重教学重点、难点的分析,又要结合学生的基础分析,对于案例导入要做到合理合情。在熟知课程标准的基础上,课题组成员进行章节说课活动,通过说课活动共同寻求每个章节最佳的教学方案,制定切实可行的教学计划。
三、课程标准的实施过程
在2010级学生临床专业中针对新的课程标准,结合培养目标进行教学改革探索。在教学实施过程中从以下几个方面进行教学探索:
1.教学紧扣培养目标要求,坚持理论知识和实践的联系
本课程学习的目标除了使学生掌握各种基本概念和重要理论知识,更为重要的是了解常见遗传病的发病特征、病因,并能将所学到的知识应用到实际工作中,从而为学生将来的临床实践打下坚实的基础。本课程的基础理论和知识直接服务于临床,课程内容设置强调紧贴临床的实际需要。打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式,转变为以工作任务为中心组织课程内容,并让学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务,并构建相关理论知识,发展职业能力。课程内容突出对学生职业能力的训练,理论知识的选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行,同时又考虑到高等职业教育对理论知识学习的需要,并融合医师职业资格证书对知识、技能和态度的要求。课堂讲授以反映常见遗传病例的病因及最新发展为重点,坚持启发式教学方法,突出重点,循序渐进,理论密切联系实际。充分利用多媒体、投影及幻灯等教学工具,达到举一反三、融会贯通,加深学生的理解和认识。充分调动学生的主动积极性,让学生参与病例讨论,使学生会思考、会学习。
强调学生自主学习能力、实践能力、科学精神、协作精神的培养。主张以“研究性学习”、“基于问题的学习”等方法开展自主学习,使学生不仅学到必备的专业知识,更要学会学习的方法,为终身学习打下坚实的基础。
2.体现能力培养,整合基础实验,开设综合性、设计性实验,培养学生的综合能力
临床学专业该课程总课时32学时,理论课与实验课分别为28和4学时。理论课以课堂讲授为主,重点是遗传的细胞和分子基础、遗传学的理论与方法在临床医学实践中的应用,要求学生在理解的基础上记忆。要求学生按掌握、熟悉和了解三个层次认真学习,重点是遗传的细胞和分子基础,列入掌握和熟悉的基本概念和知识为考查的内容,了解和其他内容不在考查的范围。实验以学生操作为主,训练学生基本操作技能,培养学生的科学实验能力;并通过综合实验,培养学生分析问题、解决问题的能力。实验教学旨在培养学生的基本操作技能和科学思维方法。要求学生能理解实验目的,自己动手,悉心观察,实事求是,勤于思考。通过实验教学,加强对理论的理解,培养勇于探索、开拓、创新的实用型人才。
3.结合专业特色,成立课外兴趣小组
结合老师科研课题,学生可以进入老师课题进行科学实验,接受从资料查询、方案设计、方案实施、归纳总结及撰写等一系列训练,积极发挥学生的主观能动性,重在培养创新精神和实践能力。通过学校和医院合作,校内实训基地建设等多种途径,通过贴近临床的教学活动,采取医院学校结合、理论和病例结合,充分开发学习资源,给学生提供丰富的实践机会。
4.采用灵活多样的考查评估方式,促进课堂知识的理解和消化
以往的教学考查多采用期末结业考试来衡量学生的学业成绩,往往使大多数学生把应付考试作为学习的目的,失去了学习的主动性和兴趣,结合课程标准的要求,在考查方式上不局限于期末考试来衡量学生的学业成绩,在平时的教学过程中,结合各个章节的知识内容,课堂上可以根据学生的掌握情况,鼓励学生课堂上勇于阐述自己的观点,并表达出自己对该知识内容的理解和对将来临床应用的指导,对于表现突出的记入平时考核成绩,期末按比例纳入结业成绩。课下可以采用小论文的形式鼓励学生发表对某一知识点的理解,对于精采的文章列入期末成绩一部分。利用休息日鼓励学生到街道、居委会、医院等进行本课程中常见遗传病,遗传现象的调查,并写出调查报告,列入期末技能考评的一部分。定期开展本学科的知识竞赛活动,对于表现突出的,列入期末考核的鼓励成绩。加强实验技能操作的考核。通过多途径多形式的活动使学生在学习中找到趣味性,变被动学习为主动学习,把学习目的定位于知识和技能的学习。从观念上改变学生的学习态度。
四、课程标准的完善及教学改革的评价
结合学生学习效果,对于教学质量进行评估。通过学生反馈,同行评议,专家指导客观评价该课程标准实施及教学改革探索的经验及不足。
通过在我校10级五个班级中进行课程标准中制定的任务的教学,明显地提高了教学质量,改变了学生被动学习为主动探索的学习观念,不仅使学生掌握了该课程的基础知识,为以后的临床课学习打下了坚实的基础,更重要的是使学生掌握了学习和分析问题的方法,使他们在今后的工作和学习中养成勤思考、善动脑、有思路的好习惯。
参考文献:
[1]景晓红.传统教学和PBL模式在医学遗传学教学改革中的应用.医学教育探索,2010,(03):54-56.
均有着很重要的作用[1]。教育部于上个世纪90年代提出"高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划"以及《关于进_步加强高等学校本科教学工作的若干意见》,各高校都开展了_系列卓有成效的探索,对提高《遗传学》乃至整个生命科学的教学质量起到了巨大的推动作用,很多工作已在相关全国教学会议上交流,或在有关期刊/论文集中正式发表。由于遗传学是生物科学领域中发展最快的学科之一,新技术、新方法不断涌现,研究范畴不断拓宽,研究内容不断深化,遗传学知识的积累量越来越大,迫切需要有一个好的教学体系对《遗传学》教学过程加以规范和提高。我们把优质教学体系的改革思路贯穿在整个《遗传学》教学过程之中,坚持"以学生为主体、以教师为主导"的方针,以培养"宽基础、厚知识、强能力、高素质"的优秀人才为目标,改进学生学习方式,培养学生分析问题、解决问题的能力及综合素质。因此,构建优质教学体系,在整体上提高了国家精品课《遗传学》的授课质量和教学效果,促进精品教育的发展,同时也提高了《遗传学》教学平台的质量和教学资源的校内外无障碍共享,取得了明显的课程教学改革效果。
1优质教学体系的建设
1.1教学内容的优化
《遗传学》课程建设和教学内容设置要遵循现代教育理念,以培养高素质、复合型、富有创新精神和实践能力的专门人才为宗旨,从应试教育向开放教育发展。在保持学科自身完整性与系统性的基础上,始终把培养学生的遗传分析能力放在首位,使学生更好地掌握遗传学的基本规律、基本理论、基本概念和基本研究方法;在细胞、个体、群体和分子等不同层面上对遗传学有较为完整和深入的认识,更深、更广、更准确地掌握遗传学知识,为遗传学与人类健康、遗传学在动、植物育种等领域中的应用打下坚实基础,同时为后续课程的学习和从事相关工作奠定基础。为此,要高质量地修订《遗传学》课程的教学大纲,使之能充分反映和体现出本学科最新发展趋势。在内容安排上,以遗传物质的本质、传递、变异以及遗传信息的表达与调控为主线,从遗传物质的细胞学基础到分子基础、从遗传信息的载体到传递、从质量性状到数量性状、从基因突变到染色体结构变异、从性状表现到基因的表达和调控、从细胞核遗传到细胞质遗传、从个体遗传到群体遗传,知识传授由浅入深、由表及里、以简带繁、以点带面,这样能在有限的教学时间内让学生系统性地领略遗传学的全貌并融会贯通,用学到的知识灵活地解释_些与遗传学有关的生物学现象。教师在备课时将遗传学学科发展过程中形成的新知识、新案例及时补充到课堂和实验内容之中,结合实物、图片、录像等进行多媒体教学,使《遗传学》课堂教学保持_种新鲜的活力,充满知识性、趣味性和吸引力。每章布置一些精选的习题,有助于提高学生分析问题和解决问题的能力。
1.2教学方法与教学手段的改革
有效的教学手段和合理的教学方法,可以明显提高《遗传学》课程的教学效果。授课时采用启发式、探究式、开放式、讨论式、案例式等多种交互式对话的教学方法与多媒体教学手段结合,把上课、实验、讨论、考核等不同方面有机地结合起来,能最大程度地启发学生的主观能动性,在掌握基本理论知识的同时,全面提高学生分析和解决遗传学问题的能力及综合素质,培养学生自主学习和创新的能力。如在讲述遗传学三大定律时,考虑到学生在高中阶段对这部分内容已有所掌握,授课时不再直述有关定律的基本内容和实验方法,而是讲解孟德尔和摩尔根是如何采用合适的研究方法进行试验,最终获得正确的结论;授课过程中还可随时提出一些相关的问题让学生思考或回答,提高解决曰常生活中一些具体遗传学问题的能力。这样既可以让学生听得有趣,还可促使学生更好地掌握有关概念、达到融会贯通的效果。又如在进行遗传学实验时,可以设计一些合适的实验方法,引导学生通过一系列的置疑、判断、比较、选择,以及相应的分析、综合、概括等多样化的过程,由发散到收敛、求异到求同,通过实验最终得到合理的结果。通过这一求异和求同的过程,有利于学生更深入地理解所获得的知识和结论,而且也可激发学生的求知欲、培养他们创新思维的习惯和能力。在教学过程中,逐步加强双语教学,也能促进学生更好地适应遗传学学科的高速发展,了解和掌握国内外遗传学发展的现状和趋势。学期结束时的"教学情况反馈问卷"和课后征询意见制度的实施,可以多方收集学生对课程的教学意见,保持教学双向信息反馈通道的畅通。在现代教育技术应用与教学改革中,CAI教学课件制作的好坏会明显影响《遗传学》课程的教学效果[16,17]。我们在1998年自制《遗传学》教学课件基 础上,进一步编制出以文字、图片、动画(视频)、实体照片等多种媒体组成的完整教学课件[18],方便学生有针对性地掌握遗传学知识。课件分为课堂版和网络版两种形式,可同时满足教师授课和学生自学的不同需求,同时也给教师留下了不断加工完善和改进的空间,能够适应个性化的教学。
1.3实验教学的创新
遗传学是_门实验性很强的学科。随着遗传学的迅速发展,《遗传学》的实验教学起着越来越重要的作用,影响着课程整体水平的提高[19,20]。在实验过程中,将启发性、探究性的教学方法贯彻到各个环节,使每个实验都具有背景知识的讲解和说明、过程的设计和实施、结果的总结和提高、理论的考核和评价等过程,将实验课转变成全方位培养学生创新意识和创新能力的小平台。在实验课新体系中有目的地增加国内外遗传学科的最新进展,增加设计性、应用性、综合性实验项目,适当增加实验难度,提高学生操作技能和从事实验的积极性。目前综合性实验已达到总实验量的56%,比10年前大大增加(表1)。对于一些验证性实验,也尽力将其设计成具有_定探究性的设计性实验,如"植物细胞的减数分裂"实验属于带有传统意义的验证性实验,实验时由学生利用不同的材料进行分组对比实验,最终经讨论和比较分析得出正确的答案,这样通过教学方法的改变使原来纯梓验证性实验得到了_定的改变。又如"植物染色体核型分析"实验时约有1小时材料处理的等待时间,利用这_间隙插入"人类Y染色体的进化"等学生感兴趣的实验小讲座,其内容综合了近年来在Science、Nature等杂志上发表的有关Y染色体的研究进展,讲解Y染色体的过去、现在和将来,引起了学生较大的兴趣。在实验过程中,还可依托学科优势,建立了科研与教学的共建平台,充分利用科研实验室的先进仪器设备为《遗传学》实验教学服务,可使许多实验项目的研究方法发生明显的改变。如"西瓜染色体加倍〃综合应用性实验,利用学院“211〃平台的细胞流线仪,在西瓜三叶期就可鉴定加倍苗,提高了实验的效率;"油菜籽品质遗传率测定",利用科研平台的近红外品质分析仪,方法简便快速、不破坏样品,结果准确。使学生在实验中能充分体验到高科技的魅力,达到科研反晡教学之目的。在实验教学的改革中,还要重视室外先进实验基地建设以及实验室的开放工作,鼓励学生依据实验教学目的和自己的兴趣爱好,自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验,可以使学生的创新愿望得以实践;同时积极鼓励学生利用所学到的遗传学知识参加教师的科研项目、争取国家和省级大学生创新项目、学校SRTP项目,引导和培养学生熟悉、参与、跟踪世界生命科学前沿领域的能力,进一步完善"开放性、研究型"的教学模式,最大程度地培养学生的创新意识和创新能力。
1.4教学团队的建设
师资队伍的建设有助于《遗传学》课程持续发展。教师作为课程教学中的主导,肩负着传授知识的重任,教师队伍的知识水平和操作技能直接影响着课程教学的效果。在长期的教学过程中,本课程坚持实行请好老师、用好教材、讲好课程,打造精品课程的教学思路。教学队伍中有教学名师或优秀
教师,采用团队主编的国家"十一五"规划教材和面向21世纪课程教材[21,22]以及获奖的教学课件,确保了《遗传学》国家精品课程的教学质量。在"学院主管、负责人总抓、团队骨干负责"的三级教学管理体制下,教学团队制定了具体建设规划,形成了分工明确、协调统一的建设模式。在具体实施过程中,以学术带头人为中心、骨干教师为主力军,青年教师为后备军,造就了学历、年龄、学缘、职称等结构合理、学术水平好的高质量教师队伍。多年来坚持首席主讲教师负责制、合作备课、教学会议研讨、学要求等方法取得了更好的教学效果。在实验教学中,多年来_直由具有博士学位的教师担任主讲,确保了《遗传学实验》改革向纵深发展。同时,利用学校学科门类多、课程设置齐全的特点,积极鼓励教师参与综合性实验的创建,选修具有最新遗传学知识和技能的研究生课程,到外校进修相关课程和切磋实验技能,掌握遗传学最新的实验技术,提高了任课教师的知识和教学水平,并减少了《遗传学》与其它相关课程在内容上的重复。教师间的观摩教学和传、帮、带,也促进了教师队伍的整体提高。
1.5考试内容和方法的改进
《遗传学》课程的考试内容和方法既要考核学生对遗传学基本规律、理论、概念和方法等知识的掌握程度,又要注重了解学生综合运用所学遗传学知识分析、解决问题的能力以及创新能力的水平。因此,考核命题要灵活多变,少出"死记硬背"题、多用"分析"和"理解"题,特别注重理论与实践的结合以及学生独立思考、分析遗传学问题和解决实际问题能力等方面的测试;考核方式也要多样化,如笔试、面试、课程论文结合,单项试题与综合分析试题相结合等。评价时不仅要注重答题结果,更应注重考核学生解答问题时的思维方式和能力,对创新方面成绩突出的学生予以表彰和加分。如2000年开始采用的"理论综合试题",其内容能够综合全书的主要内容,在开课时提前将题目告诉学生,允许学生经过_学期的学习和思考后再行完成,有利于学生对遗传学知识的全面理解和综合应用能力的提高,且可给学生留有创新发挥的余地。《遗传学实验》考试则结合《实验情况记录表》,把实验预习、操作、报告、纪律等纳入考核范围;实验全部结束后还要单独进行实验原理和方法笔试,教师根据学生平时成绩和考试成绩给出最终成绩。
1.6精品教材的编写
教材建设是《遗传学》课程建设的重要方面,教材的选用与学生遗传学整体知识的构成有着密切关系[23]。我们根据教学课件内容创编了具有明显新意的"十一五"国家多媒体规划教材《遗传学》,具有传统印刷教材所没有的特点[21],已被省内外多所院校在教学中采用。该教材编排独特、文字精炼、图文并茂,能够适应现代教育技术的教学新方法,特别是可以明显减少学生上课做笔记的时间,集中精力听老师讲解内容;并有利于学生根据课件内容学习和复习有关内容,现已被推荐申报"十二五"国家规划教材。在教学中还为学生提供30多本中英文参考资料,同时提供与遗传学有关的_些相关杂志,这些学习资料在学校图书馆可以借阅,帮助学生学习和理解遗传学基本知识。
1.7教学网站和教学共享平台的建设
根据国家精品课程的建设要求,我们在学校的支持下加大力度进行《遗传学》网站等共享平台的建设,使之具有鲜明特色、内容丰富、共享性强等特点。教学大纲、教学进度(曰历)、教材、教学参考书和教学辅助资料(如教案、习题和参考答案、实验指导、网络版和课堂教学版多媒体课件及其他教学资料)已全部上网,教师与学生对话式窗口,方便师生交流,形成了讲授、答疑、讨论、信息网络化的教学平台,具有"高开放"的特点。教学平台的建设现已实现了《遗传学》课程的校内外无障碍共享,学生随时可以点击"jpkc.zju.edu.en/k/531/"网<jpkc.zju.edu.en/k/531/%22%e7%bd%91>址进入网站学习,与教师在线交流,并可上网利用模拟试题自主测验学习效果。教学网站的建设方便了学生和教师的使用,为学生提供了一个跨越时间和空间的学习环境。同时为了方便学生学习,教学网站中收集和编辑了与《遗传学》课程有关的多种学习资源,包括参考文献、中外网络资源、中外遗传学重要期刊、遗传学名词英汉对照、名词解释、遗传学研究领域诺贝尔获奖者等。《遗传学》课程已按教育部的要求完成课堂教学全程录制和上网。
2优质教学体系的应用效果
2.1提高了《遗传学》课程的教学水平和教学质量
优质教学体系的构建促进了《遗传学》教学质量的提高。《遗传学》现已成为国家精品课程,《遗传学》教材为"国家十一五规划教材”实验教
材为"面向21世纪课程教材”,自创的教学课件也获得了全国"第六届高等农业院校多媒体课件评比_等奖",教学团队师资质量好,课程教学从内容、方法和手段以及考核评价上形成一个科学优质教学体系,能够保证课程教学质量和水平。在整体上较好地解决了《遗传学》教学内容丰富、而教学时数有限的矛盾,也解决了多媒体课件好看、但笔记难记等问题,符合学生的学习和认知心理,在现代教育技术应用与教学改革中发挥了显著作用。教学效果的提高,促进学生更加扎实地掌握遗传学基本知识和基本技能,提高了分析问题和解决问题的能力,在参加教师科研项目的研究、争取国家和省级创新项目及学校SRTP项目中发挥了作用。
2.2教改成果和教学资源共享应用广泛,辐射作用明显。
《遗传学》课程教学体系优化中所做的_些教改工作以及《遗传学》网站和教学平台的创建,不但提高了课程的教学效果,也与其他一些高等院校《遗传学》等课程的教学实现了资源共享,在全国发挥了良好的辐射作用。全国已有40多所高等院校的教师引入我们创建的《遗传学》多媒体课件、教材和教学网站应用于教学中。一些学校的教师也经常来校观摩和旁听我们的《遗传学》课堂和实验教学,交流《遗传学》的教学经验。目前我们创建的《遗传学》网站点击数已经超过190000人次。精品课负责人在2010年全国遗传学教学会议上对《遗传学》多媒体教学课件创建、精品教材编写以及教学网站建设等支撑体系做了详细介绍,得到了与会人员的充分肯定。2011年我们举办了全国《遗传学》骨干教师高级研修班、全国大学生农学创新实验暑期培训班和浙江省首届植物染色体制片技能大赛,扩大了课程在全国的影响力。
3优质教学体系构建的进_步设想
第_,《遗传学》课程的教学内容丰富、信息量大,需进_步整合和优化《遗传学》课程的教学内容,积极探索适应现代教育技术的教学新方法,力求在原有内容的基础上能够更好地反映出遗传学学科的最新进展,以适应不断发展的新形势教学要求。
第二,继续改进教学手段和方法,进_步完善探讨式、讨论式授课方式,在课堂上尽量多留出一点时间与学生进行交流和互动;同时鼓励学生多利用功能强大的《遗传学》网站学习,提高教学效果。同时积极与省内外有关院校交流《遗传学》教学课件,实现校内外教学资源的无障碍共享,提高《遗传学》课程在全国的知名度。
第三,通过教学体系的建设,进一步完善《遗传学》教学师资队伍,在引进高水平教师的同时着重培养和提高现有青年教师的教学水平,不断提高教师的创新素质,以适应遗传学学科飞速发展的现状。
第四,推进探究性和开放性教学,创造条件开设学生自主实验,进一步培养和提高学生的创新意识和创新能力。同时要充分发挥综合性大学一流学科的强大支撑作用,做好教学与科研的结合工作,把科研中的新成果、新发现应用到综合性实验和设计性实验中去,不断更新教学内容,激发学生勇于发现和探索的潜能。
一、问题的提出
旅游学科中的许多概念,如旅游开发、旅游经济、旅游地理、旅游文化、旅游心理、旅游公关、旅游美学等等,基本上都存在不严格、不清晰、因而“不可靠”的问题。
众所周知,科学研究开始于描述世界的概念的形成。在逻辑上,“是什么”的问题,先于“为什么”的问题。回答“是什么”的问题,是在对对象的描述、分类、整理、比较、和量化的概念框架中进行的。因此,新学科要成为一门真正的常规学科,严格的、清晰的有效的概念构建是其不可逾越的基础工程。
(一)概念有两种描述词语,一是指涉及某一类事物,具有一定性质的一切事物,如学校、旅游等;二是指涉个别事物,如马克思、非洲狮等。普遍性概念要满足科学研究的要求,需要经过三个上升的环节:
1、构建直觉定义。定义开始都是直觉定义,其基础是我们对于某种特殊现象的感觉。根据皮亚杰儿童心理学的研究成果,儿童在开始组织世界时都是直觉定义------虽然,大多数人在成年时仍然沿用这种直觉方式,但它能满足日常生活交流的需要;
2、构建抽象定义。直觉定义不能满足学术研究的要求,所以要经过进一步发展,就是要上升为抽象定义,如在哲学、伦理学等人文学科研究中使用的概念即抽象概念:正义、幸福、价值、真理、自由等等就是经常使用的抽象概念;
科学家也是普通人,作为一个人,他在开始学术研究时,是凭直觉去把握对象的。他凭直觉对自己说,“这就是我要研究的东西”。然后,他划定对象的边界,并给它起一个名称,于是,产生了直觉定义和抽象定义。
3、构建操作性定义。科学研究需要更清晰的概念。为此,1923年美国物理学家布里奇曼提出了操作性定义的要求:从抽象定义变为操作性定义,方法是“采用测量它的操作方法”来界定对象,一般是使用变项和量度,使用条件描述法、指标描述法、行为描述法来使概念具有操作性,就是确定它实际上测定的就是它应该测定的东西。于是,就完成了一个有效概念的构建。
(二)一个有效概念至少要满足两个功能:
1、分类功能。概念至少要能满足对事物进行分类的分类功能,将事物分类--二分法、三分法--多分法。不论几分,都必须坚持统摄原则和排他原则,即“非此即彼”。
2、比较功能。概念要满足事物的比较功能,即“大小”、“高低”、“强弱”等等。
只有清晰性、有效性的构建概念,概念的可靠性才能建立起来,才能在类似的情境研究中产生相类似的结果。只有这样,新学科的研究得以真正开始,形成学科共同体,不断深化对现象的认识,最终形成学科范式,使新学科从前科学成为常规科学。
在中国,旅游学是旅游业快速发展催生的早产儿,基本概念构建的不可靠成为学科发展的后遗症。
二、中国旅游学科中“旅游资源”概念的“可靠性”问题分析
2003年,颁布了《旅游资源分类、调查与评价》的国家标准(以下简称《旅游国标》)。我们以《旅游国标》中的“旅游资源”概念来进行讨论分析。在《旅游国标》中“旅游资源”明确定义为:“自然界和人类社会凡能对旅游者产生吸引力,可以为旅游业开发利用,并可产生经济效益、社会效益和环境效益的各种事物和因素”。
这个“旅游资源”概念,因为《旅游国标》的权威性得到最广泛的使用。但是,问题在于,要理解这个概念,关键是搞清楚什么是“旅游吸引力”?什么是“旅游开发利用”?什么是旅游产生的“经济效益、社会效益和环境效益”?这就需要旅游心理学、旅游社会学、旅游营销学、旅游经济学等多门学科的联合攻关,并取得公认的研究成果才有可能。否则,我们就只知道旅游资源是“自然界和人类社会各种事物和因素”。简单地说,这个权威定义就是“万事万物都是旅游资源”。
很显然,《旅游国标》的制定者,作为人,他是凭幻觉(非直觉)去把握对象的。凭幻觉对自己说,“万事万物都可能是我要研究的东西”。所以,他不可能划定对象的边界,因为它设定的三个附件都是无边界的。于是,他只是在“资源”前面加上“旅游”二字,算是给它起一个名称“旅游资源”。因此,这只是一种成人的投机取巧,旅游资源的定义没有达到“儿童在开始组织世界时都是直觉定义”层面,因为直觉定义也是“有边界”的,否则,它就不成为定义。所以,这个“旅游资源”概念存在三个缺陷:它不是直觉定义;它无法上升到抽象定义;它更不可能上升到操作性定义。
也就是说,《旅游国标》中的“旅游资源”概念离科学概念的构建还有十万八千里之遥。由于不成其为有效的概念,所以,它就不能完成概念的功能:
我们仅以概念的分类功能来分析它的不可靠性。在《旅游国标》中,编制者提出了旅游资源分类的“标准分类”和“性状分类原则”两个分类方法:
按“标准分类”分类。即根据“可作为独立观赏或利用的旅游资源基本类型的单独个体”来分,旅游资源可以分为:独立型旅游资源单体,如一栋主体建筑;和由同一类型的独立单体结合在一起的“集合型旅游资源单体”,如一栋主体建筑与周围的配套建筑。b=a+a,,那么,也就是说旅游资源可以分为a类和(a+a)类两大类。这是先无中生有杜撰一个不存在的所谓标准,然后按该标准进行分类。不仅如此,此标准还让人啼笑皆非。
按“性状”分类原则分。那么,什么是“性状”呢? “百度”一下,我们知道:性状(traits)是遗传学名词,指生物体的任何可以鉴别的表型特征。生物性状有的是形态结构特征,有的是生理特征,有的是行为方式,等等。研究性状主要是为了发现遗传规律。
再看《旅游国标》按“性状”分类原则分类的结果:“依据旅游资源的性状,即现存状况、形态、特性、特征划分”。可以分为:A地文景观;B水域风光;C生物景观;D天象与气候景观;E遗址遗迹;F建筑与设施;G旅游商品;H人文活动等“类”。
显然,《旅游国标》的“性状”不是指遗传学的“性状”,而是指“性质与状态”两重含义。那么“旅游资源”的性质是什么呢?按照《旅游国标》自己的定义,旅游资源的性质,是旅游资源具有旅游吸引力、旅游开发利用价值、能产生效益等属性。假如按照“旅游吸引力”性质来分类,旅游资源可以分为产生“哪种吸引力”的旅游资源,如可以分为产生x吸引力、产生y吸引力、产生z吸引力等类型的旅游资源。为什么不是这样呢?
《旅游国标》的制定者先制造一个与遗传学“性状”似是而非的语词,让读者认为是一个新标准,然后回到一般用法“性质”上来,又再采用“偷换概念”的小把戏,把“旅游资源的性质”偷换成“自然界和人类社会各种事物和因素的性质”,于是,旅游资源顺水推舟地分为“地文景观”、“水域风光”等8大类,旅游资源分类就成了“地分成地文景观、水分成水域风光......”多么顺理成章啊!为了规避“什么水、什么地才是旅游资源?”这个基本概念问题,《旅游国标》的制定者真是煞费苦心。
我们按照《旅游国标》的分类方法对青岛崂山旅游资源进行分类,进一步揭示这种分类方法的荒谬性:
按“标准分类”分类。青岛崂山可以分为“大山和大山与许多小山”、“大动物和大动物许多小动物”、“大建筑和大建筑与许多小建筑”等n多类,绕口令!
按“性状”分类原则分类。第一步分类,把青岛崂山砍成块:它是山,属地文景观;山上有河,它是水域风光;山上有各种动植物,它是生物景观;山上有古墓,它是遗址遗迹;山上有房子,它是建筑与设施;山上有人卖矿泉水,它是旅游商品;山上有道士讲经,它是人文活动。第二步分类,把8大块砍成31颗肉丁;第三步分类,把31颗肉丁剁成155粒肉沫。景观学变成物理学,旅游资源可分为分子,再分为原子,再分为中子。
到此,相信问题已经得到说明,所以《旅游国标》中的“旅游资源调查、旅游资源评价”部分,限于篇幅,就不再分析了。参与过旅游规划编制、评审的同仁,相信都有这样的经历:评审会举行时,评审专家东拉西扯不知所云,编制者弄巧成拙一头雾水,东道主东张西望不知所云:都以《旅游国标》为依据,殊不知,问题恰恰出在《旅游国标》上:不知道什么是“旅游资源”,又怎么进行“旅游资源分类、调查与评价”呢?
附表3.种业企业从业人员知识、能力和素质结构调查表
重要等级(a)
知识
(人类在改造世界的实践中获得的认识经验的综合)
科学文化知识
人文社会科学:知识哲学、政治学、经济学、法学、历史和文学、艺术等(基本概念、基本原理及基本方法)
自然科学知识:数学、物理、化学、生物学(基本概念和基本事实)
方法论知识:哲学思辨方法、现代信息技术
专业技
术知识
专业基础知识:化学、植物及植物生理、遗传学及育种基础、植物营养、农业气象
专业知识:种子生产(玉米与向日葵)、种子检验、种子加工与储藏、作物栽培、蔬菜栽培与制种、花卉栽培与制种、植物保护、种子营销、企业经营与管理
经验
知识
能力
(个体从事一定社会实践活动的能力)
专业能力
专业核心能力:种子生产(含玉米、向日葵、蔬菜、花卉)、种子检验、种子加工与储藏、种子营销
专业拓展能力
作物栽培、蔬菜栽培与制种、花卉栽培与制种、植物保护、企业经营与管理
方法能力
科学思维模式
基本方法能力
交流(口头表达、阅读、写作)、文献检索、计算机操作
社会能力
生活能力
人际交往能力
公共关系能力
社会责任感
素质
(比较稳定的身心发展的基本品质)
科学文
化素质
思考问题的思维模式
解决问题的能力和方法
学习提高能力
职业素质
职业适应力
质量意识
安全意识
时间观念
经济观念
新技术接受力和理解力
提出合理化建议能力
创新能力
思想品德素质
思想品德(正确的价值取向、唯物主义立场和观点、良好的社会公德)
职业道德
敬业精神与责任心(踏实肯干、任劳任怨的态度,吃苦耐劳的精神,勇于承担的责任心,积极投入的进取心)
与人共处与合作(组织协调、个人与他人、个人与团队)
纪律性和法制观念
身心
素质
身体素质(达到国家体育锻炼标准,健康体魄和充沛精力)
心理素质(健全的人格、良好的情绪、正确的自我观念、适度的行为和积极的社会适应力)
[关键词]微卫星;群体遗传学;道地药材;遗传成因;栽培起源;产地鉴别
[收稿日期]2013-07-01
[基金项目]国家自然科学基金面上项目(81274027);国家自然科学基金重点项目(81130070);中国中医科学院中药研究所基本科研业务费自主选题项目(2011ZDXK-01);北京市共建项目专项
[通信作者]袁庆军,Tel:(010)64014411-2956,E-mail: 中药的道地性是自古延用至今评价中药材质量的一项独特标准,道地药材就是指在特定自然条件、生态环境的地域内所产的药材,且生产较为集中,栽培技术、采收加工也都有一定的讲究,以致较同种药材在其他地区所产者品质佳、疗效好、为世所公认而久负盛名者称之[1]。黄璐琦等指出道地药材的生物学本质是同种异地,即同一物种因其具有一定的空间结构,能在不同的地点上形成大大小小的群体单元,如果其中某一群体单元产生质优效佳的药材,即为道地药材[2]。这个同一物种在不同地点上形成的群体单元,在生物学上称为居群。因此,道地药材在生物学上就是指某一物种的特定居群,是在特定时间和空间里生长的自然或人为的同种个体群,居群水平的遗传分化是道地药材形成的遗传基础,遗传分化越明显,道地药材与同种其他居群药材的差异越明显[3],由此他对道地药材的形成机制提出了“道地性越明显,其基因特化越明显”的模式假说[4]。
目前关于道地药材遗传基础的研究多停留在遗传多样性的基本分析和描述,难以揭示道地药材遗传分化和遗传成因的深层次问题,如①道地药材居群是如何进化形成的,与非道地药材居群的遗传分化程度有多大?这种遗传分化与道地性的形成是否相关?②道地栽培居群是否起源于道地野生居群,它们的种质是否存在差异?这种差异是否产生种质混杂而引起远交衰退最终影响药材的道地性?③道地药材是否可能实现产地的分子鉴别(种内鉴别)?如何筛选道地药材的分子地理标识?这些问题的解决必须深入了解道地居群形成的进化历史,掌握影响道地居群遗传分化的现代因素(如基因流、自然选择或人工选择等)和历史性事件(如片断化、快速扩展和拓殖现象等),这些属于群体遗传学范畴,需要将群体遗传学的理论和方法引入道地药材的研究。
群体遗传学(population genetics)又称种群遗传学,是根据遗传学原理,采用数学、统计或其他方法研究生物居群的遗传结构及其演化规律的一门学科,即研究种内进化(微进化microevolution)的科学。种内进化促成了等位基因在居群水平的空间分布和不断改变,从而引起居群间的遗传分化。20世纪90年代以来,随着PCR技术的广泛应用,RAPD,RFLP,AFLP等指纹技术[5]为群体遗传学的研究提供了有效手段,而微卫星与这些指纹技术相比又具有突出的优势。由于微卫星具有高度多态性、在基因组中含量丰富且分布均匀等优点,这一技术很快便发展为一种分子标记,成为群体遗传学研究的有力工具,本文旨在介绍微卫星群体遗传学基本理论和研究方法的基础上,将其引入道地药材的研究,为赋予道地药材现代科学内涵提供新的研究手段。
1微卫星的概念、分布及优点
1.1微卫星的概念及在真核生物基因组中的分布
微卫星(microsatellites),又称简单序列重复(simple sequence repeats,SSR),是指以少数几个核苷酸(一般为1~6个)为重复单位组成的简单的串联重复序列,由于重复的次数不同以及重复的程度不一致而造成这些序列的多态性[6]。微卫星上不同长度的等位基因按简单的孟德尔方式遗传。
微卫星序列普遍存在于大多数真核生物的核基因组中。据估计,人类基因组中每6 kb就存在一个微卫星位点[7]。在不同分类群的物种之间以及同一分类群的不同物种之间微卫星的平均密度差异很大,例如,植物基因组中的微卫星约比动物基因组中的少5倍[8],而鸟类约比人类少6~7倍[9],目前尚无法解释这种现象[10]。微卫星的重复单位以1~2个核苷酸为主,也有一些微卫星的重复单位为3个核苷酸,极少数为4个或4个以上核苷酸[8]。在以双核苷酸为重复单位的微卫星中,人和动物 (CA)n含量最高[7],植物中(尤其是作物中)以 (GA)n和 (AC)n为主[11]。
1.2微卫星作为遗传标记的优点
用微卫星作为遗传标记与其他DNA分子标记(如RAPD,RFLP,AFLP,小卫星DNA等)相比具有以下优点:①作为一种高度多态性的分子标记,微卫星DNA具有丰度高、共显性标记、选择中性的特点;②微卫星采用单位点DNA指纹技术,检测容易,重复性较好;③微卫星DNA扩大了取样范围,减轻了取样工作的困难和对研究对象的影响;④微卫星DNA的出现为群体遗传学家提供了空前丰富的遗传信息资料,同时也促进了相应的统计分析方法的发展[12],包括最大似然性法(maximum likelihood)、凝聚法(coalescent methods)和bayesian法(bayesian methods)。
2微卫星在群体遗传学研究中的应用
2.1居群遗传多样性和遗传结构分析
居群的遗传多样性是长期进化的产物,也是种质资源创新和品种改良的物质基础。一个居群遗传多样性越高或遗传变异越丰富, 对环境变化的适应能力就越强, 越容易扩展其分布范围和开拓新的环境。物种的遗传多样性往往与物种本身的特性相关,如生活史的长短、系统和繁殖方式、地理分布及遗传变异水平高低等[13-15]。遗传结构是指基因或基因型在空间和时间上的非随机分布,居群的遗传结构包括居群内的遗传变异和居群间的遗传分化。对遗传结构及其影响因子的研究是探讨生物适应意义、物种形成过程及其进化机制的基础,也是保护生物学的核心之一。一个物种的遗传结构是长期进化的产物,许多物种独特的遗传结构反映了进化历史上的一些特殊事件[16-17]。生物多样性保护的关键之一是保护物种,更具体地说就是保护物种的遗传多样性或进化潜力,制定有效的保护策略和措施必须建立在对遗传结构充分了解的基础上。微卫星是进行居群遗传多样性和遗传结构研究的有效分子标记,目前已对草本植物[18-19]、花卉[20]、树木[21-24]等进行了研究,而对药用植物,特别是道地药材遗传多样性和遗传结构的深入研究还很缺乏。
2.2基因流分析
基因流是指生物个体从其发生地分散出去而导致不同居群之间基因交流的过程。植物的基因流主要靠花粉和种子的传播来完成[25-29],基因流的大小直接影响着居群间遗传物质是否均质化以及遗传分化的程度,因此基因流是决定居群遗传结构的重要因素[30],通过基因流可以了解居群过去的进化历史、掌握居群现在的遗传结构并预测居群将来的演化趋势,由此作出保护和可持续利用的有效策略。基因流的传统测定方法是通过收集器或染色跟踪花粉和种子的运动,但这些方法常常低估居群的基因流,而且也无法计算有效基因流的大小[31]。基因流可以通过亲本分析来测定[32],采用亲本分析方法确定种子或幼苗的双亲之后,可以根据双亲之间的距离精确地测定花粉的传播距离,幼苗与母本间的距离(雌雄异株)或种子与双亲之间的平均距离(雌雄同株)即为种子散布距离。当花粉或种子从一个居群扩散到另一个居群,就形成居群间基因流,这种基因流是阻止居群遗传分化的重要进化因子。在后代的亲本分析中,有些后代的亲本不能由居群内的个体形成,根据这些后代的比率可以估算出居群间基因流与居群内基因流的相对强度。微卫星高度的多态性、共显性等特点,在亲本分析中具有突出的优势,目前利用微卫星对基因流进行的研究有很多[33-34],但对药用植物基因流的研究基本没有,特别是药用植物在栽培过程中人为引起基因流改变而影响其进化潜能的研究还属空白,这直接关系到中药资源是否能可持续利用。
2.3进化显著单元ESU的划分
进化显著单元(evolutionarily significant unit,简称ESU)是地理上离散的、历史上被隔离的居群组,因而具有独特的进化潜力。定义ESU的遗传标准包括由遗传距离反映的等位基因频率的显著分化和基于某些基因的系统分化程度。定义ESU的主要目的是要确保进化的产物被认识并受到保护和有效利用,使不同ESU固有的进化潜能得以保持[35],最终真正达到保护物种和可持续利用的目的。1986年,Ryder首次提出了进化显著单元的概念,用作保持生物遗传完整性和进化潜能的一种可操作方法,对地理上有显著变异的居群组进行分别管理[36]。然而,正如物种的概念一样,ESU在定义它的组成和界定它所要求的变异类型也还存在争议[35]。Moritz(1994)定义ESU为历史上被隔离的且独立进化的居群组[35],这些居群组在动物中线粒体DNA(mtDNA)或植物叶绿体DNA(cpDNA)等位基因表现为交互单系,并在核等位基因上有显著分化。根据这一定义,在获取具有正确拓朴结构系统树的基础上可确定ESU。对于有显著遗传分化、同时在线粒体或叶绿体基因组和核基因组上都是单系的居群,应属独立的ESU。而对于与其他居群遗传分歧度并非很高、在线粒体或叶绿体基因组上又是单系的居群,如果其核等位基因的频率与其他居群有显著的差异,也应视为一个ESU;相反,如果其核等位基因的频率与其他居群没有显著的差异,则不能视为一个独立的ESU[37]。微卫星作为一种多态性很高的核基因分子标记,在界定显著遗传结构和定义进化显著单元具有其他分子标记不可替代的优势。进化显著单元ESU的研究目前主要集中在动物的保护遗传学研究[38],在植物中也开始借鉴动物的研究方法进行一些进化显著单元的划分[39],而在道地药材的保护、分子鉴定和可持续利用的研究中尚未深入到进化显著单元的划分。
3微卫星在道地药材群体遗传学研究中的应用展望
3.1微卫星在道地药材群体遗传学研究中的应用
近年来微卫星群体遗传学被生物科学界所重视,对于道地药材的研究主要集中在遗传结构和遗传多样性方面。如Chen等利用微卫星群体遗传学对唐古特大黄进行了遗传多样性和遗传结构分析,阐明了其濒危机制[40];肖冬长等利用研究了铁皮石的遗传结构,揭示了品种间的亲缘关系[41];郭银萍等研究了22份薏苡种质的遗传多样性,反映了供试材料的亲缘关系,从而为薏苡种质改良提供理论依据[42];闫伯前等研究发现华中五味子具有较高的遗传多样性水平和较丰富的等位基因,可作为人工种植时优先选用的种质资源[43]。陈子易等应用微卫星标记实现了人参与西洋参的种间鉴别[44]。这些研究初步揭示了微卫星群体遗传学在道地药材研究中的优势,但前人的研究仅仅停留在遗传多样性和遗传结构方面,未能从根本解释道地药材的遗传变异和形成机制等问题,亟待在理论和方法上有所突破。
3.2微卫星在道地药材群体遗传学研究中的展望
3.2.1道地药材的遗传成因研究生物的表型是由遗传因素和环境因共同决定的,然而对于同一性状中的控制可能只是其中某一因素占主导作用引起的,比如欧洲人的平均身高要高于亚洲人是由遗传决定的,而中国北方人高于南方人的平均身高是由环境引起的。那么,道地药材的优质性究竟是由遗传因素还是环境因素所决定呢?这一直是道地药材研究争论的焦点。黄璐琦等提出了道地性形成的“边缘效应” [4],他认为物种分布区边缘的极端环境有利于次生代谢产物的积累,因而物种分布区的边缘往往成为道地产区。其他的一些研究也表明次生代谢产物(如黄酮)含量的差异取决于药材的地理来源[45]。同时黄璐琦等又提出了“道地性越明显,其遗传分化越明显”的模式假说[4],认为道地药材的生物学本质是同一物种特定居群与其他居群由于地理上的隔离而发生遗传分化的结果。这些争论一直没有直接的科学证据,使道地药材的生产和质量控制缺乏明确的标准。
在植物居群中,影响居群遗传变异地理分布的重要因素是基因流或溯祖关系[46]。植物的基因流是靠种子和花粉的传播来完成的,不同植物由于种子和花粉传播方式不同而各自具有独特的基因流模式,其顺畅与否,直接影响居群间的分化程度及遗传物质是否均质化[47-49]。溯祖关系是建立谱系分选(lineage sorting)现象的学说[50],即祖先居群原始的基因型多态性由于遗传漂变逐渐消失,最终居群内仅存单一基因型而形成单系群,不同的单系群在相互隔离的情况下基因会因突变的积累而逐渐发生遗传分化。因此,现代基因流和谱系分选历史决定了一个物种居群的遗传结构,不同的遗传结构决定了居群表型(包括化学表型)的地理变异程度,从而在药材上反映出道地性的明显程度。因此,应用微卫星群体遗传学对居群遗传结构的研究,对道地居群与非道地居群间的遗传分化程度能够作出定量判断,结合化学表型地理变异进行相关性分析,能有效揭示遗传因素对道地性的影响程度,如果道地居群与非道地居群存在显著的隔离分化,那么道地性很可能是由遗传的因素所引起;反之则可能是由环境的因素所决定。
3.2.2道地药材的栽培起源研究药用植物的栽培是满足人们目前和将来对药用植物需求、缓解野生药用植物资源压力的有效途径,同时某些栽培方式,如传统小规模的就地引种,能够很好地保存植物的遗传多样性[51-52]。然而,栽培对药用植物资源的保护作用要从多方面来理解[53],通过栽培而进行大规模的药用植物生产,对药用植物资源的保护也可能带来负面影响[54],例如,奠基者效应和为了高产优质而进行的人工选择可能导致栽培药用植物狭窄的遗传背景,出现类似农作物驯化过程中出现的遗传瓶颈现象[55]。同时,在现代条件下的药用植物栽培,由于高度发达的交通和药材贸易市场,使得不同产地之间药用植物种子的交流变得更加容易,种子从原产地流入其他环境可能导致栽培药用植物远交衰退[56],衰退的基因流可能从栽培居群流入附近的野生居群,从而引起野生居群对本地环境适应性的下降[57]。
栽培起源研究能够有效揭示栽培驯化过程中居群动态和遗传结构发生改变的过程,是当今国际上群体遗传学研究的热点之一。栽培植物和它们的野生祖先常常形成野生-栽培复合体并构成植物繁演的重要遗传资源[58-62]。伴随着农业上将植物从野生变为适合栽培和人类利用的引种驯化过程的开始,围绕着野生-栽培复合体的基础理论研究[60](作为一种植物进化的模式)和应用研究也开始兴起,例如,确定驯化植物的地理起源或评价作物进化的居群动态可以为合理利用和管理遗传资源提供科学指导[61]。其中对野生和驯化两种形式下表型分化的遗传潜力研究尤为受到关注[62],近来开始探测栽培的野生植物对附近自然居群的基因流[63]。所有这些研究是彼此相关的,例如,对居群进化历史的研究是分析人工选择作用[64]或基因流模式的前提[65]。目前栽培起源的研究多集中在对主要农作物的研究,如水稻、玉米、大豆等[66-68],而药用植物的栽培起源研究基本上没有涉及,将微卫星群体遗传学引入道地药材的栽培起源研究,能有效揭示道地栽培居群是否起源于道地野生居群,并进一步比较它们的品质差异,最终阐明道地药材的栽培是否只有道地野生居群就地引种才能保持道地性、道地野生居群在非道地产区或非道地野生居群在道地产区异地引种对道地性的影响程度有多大、异地引种栽培居群的基因流对本地原生野生居群的种质可能产生的影响等科学问题,这些问题的解决必将把道地药材的栽培起源研究引向深入,充分掌握处于引种驯化初期的道地药材在人类干预下遗传演变的规律,为道地药材遗传资源的管理和合理利用及品种选育提供科学指导,避免在作物驯化过程中已经发生的不利于人类利用和植物进化的过程重演,有效地进行科学引种。
3.2.3道地药材的产地鉴别产地鉴别是指对不同产地的同一药材进行鉴别,道地药材具有特定的地域,寻找反映道地药材地域特征的鉴定评价标准一直是道地药材研究的关注点,然而道地药材的产地鉴别一直是药材鉴别的一大难题:一方面不同产地药材形态和组织差异很小,传统的经验鉴别和显微鉴别无能为力;另一方面不同产地药材的有效成分差异难以达到质的差别,同时受生长年限和取样时间等的影响,也很难勾画出同种药材不同产地的化学特征。那么,DNA分子鉴别能否解决这一难题呢?关于道地药材的DNA分子鉴定,肖小河等指出“目前DNA分子遗传标记技术在道地药材鉴定中受到2个方面的局限:一是来自技术本身的,如目标基因的真实性与DNA同源性,DNA分子标记结果的重现性和稳定性;二是来自研究对象的,不是所有的道地药材形成都会留下DNA差异‘烙印’,同时这种DNA差异也不见得与道地性的形成有直接或内在的相关”[69]。近来迅速发展的DNA条形码技术很好地解决了第一方面的局限,而无法解决第二方面的局限,其主要集中在物种水平的分类和鉴定,在药材鉴定方面的应用只能作真伪品的鉴别,其所依据的理论是分子系统学(phylogeny),所选用的DN段相对保守,实验也证明DNA条形码对当归这类药材的产地鉴别是无效的[70]。
道地药材的产地鉴别实质上是生物种下居群水平的遗传分化问题,所依据的理论是分子谱系地理学(phylogeography)和群体遗传学,所选用的DN段相对于用于物种水平鉴别的DNA条形码具有更快的进化速率。目前很多研究表明,叶绿体基因间序列在许多植物类群中已经显示了充分的变异,可用于植物分子谱系地理分析和进化显著单元的确定[71-72],在药用植物的道地居群和非道地居群间也存在显著分化,具有道地居群特有的单倍型可用于产地鉴别[70, 73]。叶绿体分子谱系地理分析反映了居群间种子流的大小和母系遗传DNA的分化程度,而控制化学表型的功能基因存在于核基因中,其分化程度与道地性的相关性更大。核基因在居群间通过花粉流传递,为双亲遗传。然而由于功能基因多存在高度保守、多拷贝、杂合等特点,直接利用功能基因进行群体遗传学分析难度较大,没有可操作性。微卫星特有的优势全面反映了核基因组的遗传信息,用于群体遗传学分析能有效阐明居群间花粉流的大小、核基因的分化程度、基因型纯合或杂合程度等,从而揭示核基因的居群遗传结构。只有同时考虑叶绿体DNA和核基因的居群遗传结构,才能正确划分进化显著单元,由此判断道地居群和非道地居群是否存在隔离分化或基因流,也即道地药材的形成是否留下了DNA差异的‘烙印’,最终阐明道地药材能否实现产地鉴别。对于没有DNA差异‘烙印’的道地药材不能实现产地鉴别;对于存在DNA差异‘烙印’的道地药材,根据分子谱系地理学和微卫星群体遗传学分析的结果建立道地药材的分子地理标识,从而实现道地药材的产地鉴别。
4结语
目前道地药材形成规律的研究已取得阶段性成果,但在道地药材形成的演化规律以及人工驯化过程人为影响道地药材进化潜能等方面的研究需要进行种内进化(微进化)的深入研究,将微卫星群体遗传学引入道地药材研究,突破了道地药材遗传成因研究长期在理论和方法上的局限以及药材分子鉴别停留在真伪鉴别(种间鉴别)的瓶颈,有效填补道地药材栽培起源研究的空白,为揭示道地药材的遗传成因、实现道地药材栽培科学的引种和产地鉴别(种内鉴别)提供新的理论和方法。
虽然微卫星是研究道地药材非常理想的遗传标记,但在实际的应用中仍有不足之处,除了一些已知大量序列信息的研究对象以外(如人类,常规的实验动物和一些农作物),对于一个序列信息完全未知的新种,必须首先建立基因文库并筛选微卫星位点,实验工作繁琐且耗时费力。微卫星位于非编码区的概率比编码区高,因此在某些情况下不能反应出功能基因组范围内的遗传水平。总之,随着实验技术的改进,统计分析方法和检验手段的日趋完善,微卫星群体遗传学将在道地药材研究中发挥更大的作用,在具体科研中应该针对需要解决的问题,选择合适的分子标记和分析方法,才能更好的解释道地药材的本质。
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【关键词】概念 强化 内在联系
概念是指以最简洁的语言概括事物的本质属性。生物学概念是反映生命现象和生命活动规律本质属性的一种思维形式,作为生物学知识结构的基本要素之一,构成学生学习内容的基本骨架,是学生进行生物学学习和思维的基本单位。生物科学作为一门自然科学,在知识体系中存在着大量专业性概念。很多情况下学生由于对某些基本概念理解模糊,而给后续学习造成很大的障碍。可见概念教学是课堂教学的一个重要的组成部分,对概念的掌握和运用是生物学教学过程的核心问题。采取何种有效的教学策略进行生物学概念教学呢?教师上网查阅有关生物学概念教学的文献资料,阅读教育学理论书籍,并在自己的课堂教学实践中尝试、探究,总结高中生物学概念教学的有效策略。 因为"基因的分离定律"教学内容中涉及到的生物学概念很多,至少有15个,所以本文就以其课堂教学为例分别描述生物学概念教学策略。
1、提供必要的感性认识
科学概念的获得和掌握标志着学生对客观事物已有了理性的认识,而理性认识一般是以感性认识为前提的。如果借助具体的、生动的感性材料,将有助于学生发现事物的基本特点,以进一步理解和掌握科学概念。因此,教师讲授概念,经常可以为学生提供一些直接观察具体事物的机会,或者可以提醒学生动用已有的感性经验,以此增强概念教学的直观性,促进学生思维过程从个别现象向一般规律发展。联系生产生活实际进行生物学概念教学实例如下:
1.1 讲授“性状”概念
生物体所表现的形态结构和生理活动以及行为特征。教师列举了水稻的高度、熟性、米粒淀粉糯性,人的肤色、眼色、身高、体重、体型。
1.2 讲授“相对性状”概念,学生观看了人类相对性状视频
有耳垂与无耳垂、双眼皮与单眼皮、大拇指能向背侧屈曲与不能屈曲、食指和无名指等长与食指比无名指短、有发际美人尖与无发际美人尖、手指嵌合时左拇指在上与右拇指在上、小拇指弯曲与小拇指不弯曲、惯用右手与惯有左手等等。观看视频后学生当堂观察自己的哪些性状是显性性状,哪些是隐性性状。
2.充分利用概念的字面含义
生物学的概念繁多,根据它们的特征和内容的不同,可以分为不同的种类。但所有的概念都需要以一定的字词来加以表述,而这些字词作为代表生物学事物的语言符号,它们往往都有着较丰富的含义,它们常常是相应概念内在含义的最生动、最直接的表露。
3、掌握概念的内涵和外延
生物学概念的内涵反映了生命现象和生命活动规律的本质特征,而其外延是指内涵所适用的范围和条件。在生物学概念教学过程中,教师要分析概念,让学生理解关键词,掌握概念的内涵和外延。这样的概念教学在提高了教学效果的同时,也适时地培养学生的分析、思维能力,提高学生的学习能力。
总之,通过理解概念中的关键词,学生能更好掌握一个生物学概念的内涵和外延,并把它正确重组到原有的概念体系中去。
4.运用变式训练
变式教学是在保持一事物本质属性不变的前提下,通过变换它的非本质属性来突出它的本质属性,使学生准确把握其概念的一种教学方法。变式教学有利于学生理解概念的形成过程,把事物的本质特征和非本质特征区别开来,找出共同点,从而获得准确的认识。变式的好处就在于能够突出要点,使它更鲜明,便于学生掌握。纯合体和杂合体概念教学过程如下:
5.精选概念习题
教师要透过现象抓本质,针对自己的教学安排和学生的实际水平精心选择针对性强的练习题,在数量上和质量上都得到保证,要使学生成为练习的真正受益者。另外,通过评讲,让学生知道什么是对的,什么是错的。精选概念习题在课堂上当堂完成,及时反馈。
6.在运用中强化所学概念
概念的运用既是学习概念的目的,也是检验概念掌握的标志。在生物学概念教学过程中,教师联系生产、学生生活实际,设置概念应用的问题情境,适当地进行概念应用的模拟练习,学生在运用中强化所学概念。
教师展示了人类手的惯用性遗传图解,要求学生写出部分遗传学基本概念实例:相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、等位基因、显性基因、隐性基因、纯合体、杂合体。学生根据对相关生物学概念的理解,迅速作出了正确回答,在联系人自身运用中强化了所学概念。
7.比较分析概念间内在联系
反映事物本质属性的概念之间存在着这种或那种联系。在教学中,教师要及时指导学生对一些相关概念进行对比、归类,揭示概念之间的内在联系,找出本质区别,使概念清晰化和系统化。比较的方法多种,根据教学内容的不同可以灵活选用。日常教学中多用的是表格法和图解法(包括概念图)。概念图是一种将概念的各种本质属性按照它们之间的内在联系组织在一起形成的图示或流程,也可以是将一个概念和与其相互关联的其它概念按照概念之间的并列,包容或其它内在的逻辑关系组织在一起形成概念网络。概念图可以帮助教师提高教学效率,它可以促进学习者进行有意义的学习,可以改变学习者的认知方式,有利于培养学生创造性思维。为了提高效果和学生的自学能力,概念图的绘制最好让学生自己动手,教师只进行必要的指导和点评。
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.