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[作者简介]黄蕾(1983—),女,江苏赣榆人,本科,实验师,研究方向为实验教学;王芳(1974—),女,江苏扬州人,博士,教授(通信作者),研究方向为免疫学。
[中图分类号]G640[文献标识码]A[文章编号]1674-9324(2020)37-0383-02[收稿日期]2019-12-17
细胞生物学作为当前生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科之一,细胞生物学的研究方法、技术在医学基础科学研究中处于重要的地位[1]。南京医科大学医学检验技术专业在基础医学阶段开设了细胞生物学这门课程,侧重讲授了细胞生物学理论知识,然而在专业课学习阶段,很多学校并没有开设细胞生物学实验技术这门课程,大多数高校认为细胞生物学实验技术对于临床常规检验工作无直接关联,且开设这门课的硬件和软件要求都较高,对于本科阶段的学生没有开设的必要性。
南京医科大学医学检验学系自2001年招收本科生以来,一直关注学生动手实践能力的训练,拓展学生的知识面和毕业后的就业广度。在此过程中,我们发现越来越多的学生对科学研究充满兴趣,本科毕业后进入科研机构、研究室以及升入硕士研究生阶段的学生比例逐年递增。细胞生物学实验技术是一门与生命科学密切相关的基础研究手段,因此,我们认为开设细胞生物学实验技术这门课很有必要,并且在专业发展的十几年里不断学习,总结经验得失,改革教学的内容与形式,使得课程设置更具有科学性,让学生在最精简的课时里获得最优化的教学效果。
一、改革经验
本学系自设置细胞生物学实验技术课程后,经过十几年的教学实践和探索,总结出以下几方面的教学经验:
(一)教学模式的改革,培养学生的科研思维
运用科研思维可以让学生更深入地了解科学,增加学习热情,明确发展方向,提高教学效率,让实验内容由验证型向研究创新型转变[2]。本学系实验室是“江苏省医学检验学实验教学示范中心”“中央与地方共建高校特色优势学科实验室”及“江苏省高等学校特色专业建设点”,不仅承担本科生的实验教学,还承担了硕士、博士研究生的科研培养。同时,本学系采用的是“系科合一”的模式,即医学检验系设在南京医科大学第一附属医院医学检验学部,检验专业主干课程的老师多来自临床检验一线医生和技术人员,师资力量雄厚。但是考虑到每年的本科生人数较多,而传统意义上的大课教学特别是实验教学无法兼顾到每个学生,不利于引导和挖掘在本学科上有特长的学生。因此,我们在教学模式上进行改革,将本科生教学和研究生教育结合起来,相互促进。具体做法:将本科生划分为每四人为一小组,让硕士研究生以教学助教的身份参与到实验课带教中,形成一个学习小组,指导本科生查阅细胞生物学技术方面的文献,指导学生实验操作,引导学生的科研思维。研究生在助教的过程中也得到了锻炼和成长,促进教学相长。
(二)以细胞培养技术为主体的实验课内容改革
细胞培养技术是细胞生物学研究的基础,因此我们将细胞培养技术作为细胞生物学实验技术实验课程的主要内容。我们在多年的教学过程中,根据学生的反馈以及相关学科的融合,不断改革与调整课程内容,形成了现在的实验教学课程体系。在此体系中,包含了细胞提取、培养、换液传代、冻存复苏、细胞融合和单抗制备技术,由浅入深展开,有助于学生以后在科学研究方向的发展。
(三)建立细胞生物学实验技术特色的考核评定模式
实验考试是考核学生掌握实验知识与技能的一种手段,是检查教师教学工作、了解教学成果、总结教学经验、改进教学方法的一个重要途径[3]。以往的实验教学考核主要根据最后一次的实验考试成绩及每次实验报告分数来评定,导致难以调动学生的学习积极性与主动性,并且一次考试的成绩存在偶然性,不利于考查学生对知识、动手操作技能的掌握程度。因此,我们采用“全程考核”的模式动态考核学生的学习成绩,这样的考核模式更全面客观,更具公平性。具体做法:将实验考核成绩分为三个部分,第一部分,以学习小组为单位,由研究生助教根据每位小组成员在每次课程学习过程中的表现打分,再结合每位成员的细胞生物学方面的文献汇报评分,最终评定一个分数;第二部分,分为实验理论知识答题和实验技能考核两个部分。以随机抽题的方式回答两个问题,老师根据学生的回答情况评分。同样以随机抽取的方式让学生抽取一个实验操作试题,老师根据学生实验操作的流程是否规范以及操作的手法是否流畅来评分,最终将这两个分数汇总评定为实验考试分;第三部分,学生平时表现分,包含考勤、课堂回答问题、动手操作情况及实验报告评分等。汇总这三部分的考核分即为学生的实验课成绩。通过多样式的考试模式,能较客观地反映学生的学习成效,调动了学生的自主学习兴趣,同时也丰富了教学形式,课程中充满了挑战和趣味性,学生对我们的课程反馈良好。
二、改革成效
我们在数年的教学过程中不断总结,在教学改革中取得了一定的成果。我们以细胞培养技术为切入点,让参加的学生参与导师的课题研究,这样的形式非常有助于我们发掘科研的好苗子,近年来我们有多名学生在本科阶段申请到学校《大学生创新实验》课题项目,发表SCI论文以及获得发明专利,取得了许多教学成果[4]。我们的本科学生经过训练,在研究生招生面试中更具竞争力,近年来保研、考研的人数逐年递增,导师们对学生评分很高。
三、改革方向
通过多年的努力,我们在课程教学改革中取得了一定的成果,未来我们将在以下几个方面推进教学改革。
1.针对课程内容较单一现状,将进一步提高实验课时比例,而理论课课时的不足将通过引导学生上网课、微课以及开选修课的形式来补充。
2.与学校医学模拟中心合作,尝试开展新型的虚拟实验的教学形式,便于我们开设那些现有实验室条件下无法开展的实验课程,丰富我们的教学形式和教学内容。
3.通过调查发现,本专业细胞生物学实验技术这门课各高校开展情况不同,并且缺少统一的教材,我们希望推广这门课,并联合其他院校一起制定适合本专业的材。
[关键词]遗传学实验;创新精神;实践能力
实验教学是高等学校人才培养体系的重要组成部分,在引导学生理论联系实际、培养学生的创新精神与实践能力方面有着不可替代的作用[1]。通过遗传学实验教学可以让学生掌握遗传学试验技术,学会分析遗传学试验结果、验证遗传学的基本规律,从而加深对遗传学知识的理解,同时可以培养学生的创新精神、实践能力和团队合作意识。现在遗传学实验课课时较少,但对教学的要求却进一步提高,这大大增加了教学的难度。在此情况下要想达到较好的教学效果,需要遗传学任课教师付出更多努力。本团队有着多年从事遗传学及遗传学实验教学的经验,现根据实际教学经验谈几点心得体会。
1如何面对课时少和实验条件有限的问题
1.1正确面对存在的实验课时少的问题
实验课时少是现在遗传学实验课授课存在的问题之一[2],想在有限的两节课内完成一个实验的全部流程并达到理想效果非常困难。为了节省时间,教师往往自己提前做好了实验的各项准备工作并做好预实验。在正式上课时对实验操作的每一个步骤进行详细的讲解,并示范操作步骤,生怕学生不能顺利完成实验。他们基本不用主动思考,只要按照步骤重复操作即可顺利完成实验。因此,学生不能全程参与每一个实验的全部过程[3]。另外这样就给学生造成实验并不难的假象,体会不到科研过程的艰辛和科研成果来之不易。同时使他们养成了不主动思考而对老师过分依赖的坏习惯。为解决这个问题,我们采取尽可能多的让学生参与到实验课的准备和预实验过程去的方法。在准备实验的过程中可以让学生配置试剂,锻炼他们的配制试剂的基本功;让学生以小组的形式商讨并确定试剂配制的方案;对于每个实验可以让部分感兴趣的学生利用课余时间参与实验准备和预实验过程,可以让他们通过自己的努力不断摸索取得较好实验效果的各种条件,让他们体会科研的氛围。无论预实验结果怎样,都让他们总结出已掌握知识点和存在的问题。老师将在上课时间对学生存在的问题进行解析。这样既可以节省上课时间,又可以提高教学效率。对学生而言,参与实验准备工作可以体会到筹备实验的辛苦和进行科学研究的艰辛,从而愈加珍惜来之不易的动手机会,同时大大提高了学生做好实验的积极性和学习热情。
1.2努力协调现有资源,降低实验条件限制的影响
有时单独一个遗传学教学实验室的条件不具备我们所有实验项目所需的全部仪器,有些大型仪器是全学院共享的。如果这样的话,可以与其他教师提前协商好,充分利用全部的相关仪器,最大限度的为遗传学实验教学服务。另外,可以利用学院的开放实验室和大学创业平台以及校内的教学实验基地等为该实验课程的教学服务。如果有教师的科研课题与实验课教学相关,也可以将实验课教学同教师的科研结合起来,更好的为遗传学实验教学服务。
2合理安排教学实验内容
2.1精选教学内容,提高学生的兴趣和实际应用性
对于遗传学实验课程可选择的实验项目有很多,我们教师可以根据不同的授课对象和本单位现有的条件,从调动学生学习的积极性和提高实验项目的实际应用性出发,在教学过程中合理选择教学内容。大胆剔除陈旧的内容,增加新的比较前沿的实验项目,比如,基因组DNA提取实验,就是一个比较好的实验项目,学生对基因组DNA本身非常好奇,对自己亲自提取出动植物的基因组DNA非常期待,因此对这一实验项目非常感兴趣;在做实验的整个过程中都非常认真仔细。另外,基因组DNA的提取也是现代遗传学和分子生物学研究的基础工作,高质量的DNA对于分子标记等的进一步研究实验具有重要的意义[4],因此在遗传学实验课中开设此项目,可以为学生以后的科研工作奠定基础。开展类似的实验项目,既使学生体会到生命微观世界的奇妙之处,又认识到遗传学实验的重要性和实用性。
2.2提高探究性实验的比例
传统的遗传学实验,实验内容相对孤立,往往以一个单一实验为单元,实验方案和方法一般是教师和教材所讲解和设计的,实验结果常常是验证性的。这是一种按部就班、拿来主义的实验教学模式,学生自己设计和创新的机会很少[5]。肖建国等人将综合性实验和设计性实验合称为探究性实验,提高探究性实验的比例,也是现在遗传学实验教学改革的要求之一[6]。如何达到这一教学目标,我们认为要以科研的思维来进行学生的实验课教学。通过教师的引导和巧妙安排,多数技能训练型实验或验证性实验都可以转化为探究型实验。比如前面提到的基因组DNA提取的实验,如果教师将摸索好的条件直接告诉学生,学生按部就班的依照步骤完成,那么这实验就可以叫做验证性实验,但如果老师引导学生自己查询DNA提取的各种方法,对不同的材料采用不同的提取方法并比较分析各自结果,总结归纳出哪种方法更适合自己的样品,那么这个实验就成了探究性实验。所以,可以根据实验室的条件,合理的设计调整所开设的实验项目教授方式,提高实验课教学项目中探究性实验的比例[7]。
2.3提高实验内容的系统性和连续性
在实验课程的教学过程中,如果各项目间没有一定的连贯性,这样所做的每个实验有不同的内容,各部分内容都不能得到深入的实践训练。因此,教师可以通过实验间的巧妙安排,上一个实验的结果可以作为下一个实验的材料,以加强实验间的系统性和综合性,如此就可以改变传统实验教学的内容前后脱节的状况。比如,在基因组DNA的提取实验中,如果将DNA提取实验中由不同方法提取出得到的DNA,用分光光度法来检测其浓度并与琼脂糖凝胶电泳方法来检测DNA的完整性实验结合在一起,这个实验将成为一个系统性和连续性比较好的实验项目。再如“植物染色体标本制备”实验后接着进行“核型分析”的实验,使学生明白制备染色体后可以进一步进行核型分析。通过这样的安排,使学生非常容易理解各实验目的和意义。而且学生在前面掌握到的实验技能也会在后续的实验操作中得到不断强化,使学生对相关实验知识有一个系统的掌握。
2.4与其他课程的实验教学进行衔接
在实验教学过程中会用到前面实验课程学习到的实验方法,同时,又会为后面的实验课程打基础。因此,学生对某一课程的理解和掌握不仅会直接影响到后续相关课程的学习,而且会给学生对生命科学知识的认知产生重要的影响。因此,与其他课程进行很好的衔接是十分必要的。在实验课的教学过程中要对前面学习过的实验技术进行简单复习,而对新接触到的实验技术,要进行仔细讲解,并加强训练,让学生切实掌握,以期为后续的课程的顺利开展打下良好的基础。
3采用多种形式实施教学
多媒体教学改变了传统教学中粉笔加黑板的单一的表现形式,能将抽象、生涩、陌生的知识直观化、形象化,激发学生学习兴趣,调动其学习积极性,同时提高了学生学习的效率[8]。用图像代替文字,学生看图学习,既形象又直观,还能留出空间让学生进行思考;运用流程图或表格使繁杂的操作步骤变得简洁明了,便于学生进行动手操作[9]。在实验课中我们也可以将图片、动画等运用到实验课的讲授中去。这样可以把枯燥抽象的实验内容变得生动有趣易懂。
4灵活解决实验教学过程学生出现的细节问题
注意课堂上小细节,培养学生的观察能力。例如:在果蝇的饲养、果蝇的形态和生活史观察实验中,细心的同学就发现了不同雄性果蝇个体之间的性梳存在梳齿数目不同的现象。此时,教师就可以引导学生认识生物的性状都是由相关的基因决定,同时又由后天外界环境影响所致。另外,可以引导学生进行原因探索,来培养他们的科研意识和探索精神。在实验教学的过程中发现部分学生的动手能力较差,有些同学善于思考,能想出一些好的点子改进实验过程中的小细节。针对这种情况,我们可以根据实践能力、学习能力等差异性分组,让小组同学之间进行相互帮带。教师同时加强督促,使他们跟上大多数同学的步伐。在实验过程中,有些学生实验操作失败,可提供相应的实验条件允许他们在合适的课余时间重做。这得到了学生的普遍认可,也极大的调动学生学习的积极性,同时可以培养他们不怕吃苦,不轻言放弃的精神。在进行实验报告的评阅时发现,其实验报告内容大多类似,都是沿着老师所讲授的思路进行,没有自己的想法。因此,教师可以引导他们加强对自己的结果进行讨论分析,鼓励学生在实验报告中要突出自己见解、认识,讨论并分析在自己在做实验的过程中各细节的设计的优缺点,为什么要这样设计实验,为什么会出现这样的结果,今后又将如何改进。另外,可以提倡改变学生实验报告形式的单一性,可以将实验结果经团队讨论完毕后统一汇报,形式可以多样化,比如,以PPT的形式或小论文形式。这样既培养了学生分析问题和解决问题的能力,提高学生团队意识和综合素质,又为学生将来完成毕业论文或毕业设计奠定基础。
5让学生直接参与实验教学的全部过程,切实做到学生是教学的主体
改变学生只在课堂上了解实验的基本原理和进行基本操作训练的现状,让学生参与到实验课教学的全过程中去,即从实验课的准备工作到实验结束后整理用品的全部过程。这样可以提高学生学习的积极性,培养学生吃苦耐劳精神和团队合作意识。同时又可以使学生了解教师工作的艰辛,更加端正学习态度。另外,可以引导学生参与到实验课的考核中来,实验课成绩可以根据学生的出勤率、实验态度、团队协作精神、实验结果、实验报告或实验研究论文等来确定。可以引导学生参与到其中,让他们对自己各方面的表现进行自评和他评,让他们明了自己成绩的来源影响因素,找出差距,确定努力方向。发现在学生自我评价环节和他人评价中,可激发学生在实验中的自我管理能力和实事求是的精神,体现出实验教学也是学生综合素质教育的平台。
6结语
在遗传学实验教学过程中还有很多方面值得探索,努力使遗传学实验与生产和生活实际相结合,拓宽思路,发挥才智,设计出更多、更好的遗传学探究性实验项目。以提高学生的动手操作能力、分析问题能力和设计创新能力,培养他们的创新精神。将遗传学实验教学作为提高学生综合素质的另一平台。
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[4]黄晓丹,张云贵,应铁进.高质量植物基因组DNA的提取[J].植物生理学通讯,2006,42(2):311-314.
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关键词:生物技术 实验教学 变革
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2013)004-174-02
1 前言
生物技术是人们探索生命科学历程中应运而生的技术之一,并在社会发展之中发挥着不可或缺的推动作用,国家科技发展战略甚至将生物技术视为最优先发展的行业之一。生物技术是医学专业学生深入理论知识及培养实践能力的操作课程,也是最能展现当今生物技术发展的实验技术课程,对于相关人才综合能力的培养以及创新精神的发展具有十分重要的意义,其教学的关键在于具有研究能力、创新意识以及实践能力人才的培养。然而现有生物技术实验教学的内容大多停留在验证性及掌握实验基本操作层面上的基础实验,并且考核的方式较为单一,缺乏对学生综合素质及创新能力的培养以及无法适应于当前科学技术新形势的发展。因此生物技术实验教学需要在模式、内容以及课程设置等方面加大变革力度,以提升学生学习主观能动性以及创新能力为前提,综合培养学生理解、分析并解决问题的能力,从而真正意义上帮助学生系统全面地掌握生物技术的理论知识及实验技能。
2 生物技术实验教学内容与方法的变革
2.1 优化实验教学内容
生物技术实验教学的变革需要先从课程内容的优化开始,通过增加现代生物新方法与新技术、开设创新性及综合性的实验内容将传统的单项实验与相关的实验技术相结合,使之成为系统全面的大实验。实验内容变革要求增加实验技术的训练难度与强度,让学生从实验课题的设计、试剂的配制,最后总结得出实验报告论文的整个实践过程之中得到相应的锻炼,从而强化其操作动手能力。例如在生物化学实验中,血清白蛋白的分离纯化与鉴定的实验涵盖了生物化学的四大技术即分光光度技术、离心技术、电泳技术以及层析技术,在对此实验进行教学时教师不应仅仅让学生单纯地从血清中分离白蛋白与球蛋白之后直接进行纯化与性质的鉴定,而应合理地将整个实验分为四个小实验。在整合分子生物学实验设计之中,从细菌之中提取基因组DNA从而实现体外扩增、重组、转化以及克隆等一系列内容,采取分步方式将其分为八次内容有衔接的实验,最终完成综合性的大实验。
2.2 完善实验教学模式
建立及完善生物技术实验教学新模式是以培养学生综合能力为主要目的,以科研促进教学,将教师所研究的科研课题层层渗透进实验的教学过程之中,从而提升生物技术实验教学效果的重要方式。实验教学模式的完善需要充分考虑生物技术专业的学科特征,将学生自身的学习兴趣以及指导教师的课题要求相结合,并将学生分流至不同的研究领域之中由指导教师专属培养,再将教师的科研思路与科研方法引入于实验教学之中,或者让学生自觉参与并完成教师的科研项目的一部分。通过教师与同学共同开展特色生物技术实验的实验教学模式可以有效地发散学生的研究思维以及创新意识,在提升教师教学质量水平的同时还能使学生了解生物技术的最新热点、方法以及发展情况。
2.3 改进实验教学方法
在传统的生物技术实验教学之中主要采用教师讲解演示而学生重复模仿的教学方法,并不利于学生对知识的理解与运用及其创新意识的培养,因此生物技术实验教学的现代化辅助手段十分重要,多媒体幻灯片、投影以及CAI课件等实验教学手段的运用发挥了良好的教学作用。一方面,多媒体辅助教学可以增强学生与教师之间的互动,通过解除实验条件的限制来调动学生学习的积极性与主动性,提高实验教学的趣味性及形象生动性,为实验课题的设计做好基础;另一方面,多媒体辅助教学还能够有效地将教学之中难以使用图形与语言表述的内容通过计算机动画来向学生演示,增强学生们的感性认识,从而实现教学质量水平的提升。
3 生物技术实验教学的形式变革
3.1 开放实验室
目前大多数院校生物技术实验室是属于半开放半封闭式的,即只在实验课期间开放,但随着实验教学变革的不断深入发展,半开放半封闭式的实验室已无法满足学生的求知需要。生物技术实验室应采取全天开放的模式,教师在场外做指导工作,让学生自主进入实验室进行实验,这样既可以增加学生提高自我实践能力的机会,还能有助于教师对学生不定期实验操作效果的观察进行因材施教,例如,对于学习能力较强的学生,教师可以不过多地限制他们的实验内容,而是有意识地帮助他们充分地利用实验室的条件,鼓励其进行自立课题、实验设计、编制及审阅报告、可行性分析以及实验总结等工作。这种通过开放实验室式的教学形式可给予学生更多的学习、比较及纠正的实验时间机会,符合学生获取知识的规律及需求,能够取得较好的实验教学效果。
3.2 学生自主实验
传统的实验教学中,实验的准备工作都是由教师准备的,主要包括样品的准备、所需仪器的安装调试、试剂的配置以及部分仪器的修理等,而学生却对实验的准备工作无从下手,进而在实验过程中只能遵循、模仿教师的指导。这种按部就班式的教学方式无法激发学生自主学习的积极性,因此教师应采取让学生自己动手进行仪器的调试以及试剂的配制的教学方式,如此才能促使学生主动地对实验各个环节的实验步骤进行有效地思考以及探索最优的实验条件与方法[4]。例如,在测定血清中转氨酶活力的实验之中,教师应事先让学生查找相关资料,对赖氏法、金氏法以及改良穆氏法三种方法的异同之处,学生通过自己发现、分析、以及解决问题的自主过程能够培养其创新意识及体味科学技术的发展历程。再如,在纸层析分离氨基酸的实验之中,学生通过自己准备实验与观察现象可以比较层析缸与层析杯各自不同的反应效果,从而得出体积较小的层析杯更能有效缩短实验时间的结论,合理地提升实验效率。
3.3 实施考核评估体系
对生物技术实验教学的效果进行总结分析以及严格地实施考核评估体系能够有利于教学质量的再提升,实现学习能力、实践能力、创新创业能力共同发展的核心能力培养目的。教师在实验过程中应针对学生在实验中存在的问题分析并提出相关注意要点,在实验结束后可以采用问卷调查的方式来了解学生对教学效果的看法、感受以及建议,反馈信息可帮助学生进一步地理解及掌握实验课程的内容,对他们科研能力的提高具有促进作用。除此之外,将实验考试分为理论考试与操作考试两个部分,考试的成绩则包括理论及操作考试、平时操作以及实验报告等三个部分,并适当地加重平时实验操作成绩的比重。与此同时,在平时实验操作中采取将学生进行分组实验的方法,再实行小组合作成绩评分,通过学生之间的共同实验操作能够有效地培养他们团结合作的意识与精神。总而言之,考核评估体系的实施能够督促学生的实验操作以及端正认真学习的态度,在培养他们实践能力与创新意识的同时还激发了积极性及科研思维,从而促进学生知识、思维、能力及素质的全面发展。
4 结语
总而言之,生物技术的实验教学变革通过基本实验、设计性实验以及综合性实验的新型设置对传统的理论教学做了良好的实践与补充,并有效地增强学生对于理论知识与实践技能的理解及运用,在极大程度上提升了实验教学的质量水平。生物技术实验教学变革的重点在于改变以往实验教学中教师为主、学生被动的教学方式,通过实验教学模式、内容以及形式等方面的优化逐步地增加实验教学中设计性、综合性的比例,强化学生综合能力的提升,从而为高素质生物技术学人才的培养做出贡献。
参考文献:
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[4]刘向蕾,梅淑芳.高职院校生物技术及应用专业实验教学改革的思考[J].大学时代,2008(5):26.
建立及完善生物技术实验教学新模式是以培养学生综合能力为主要目的,以科研促进教学,将教师所研究的科研课题层层渗透进实验的教学过程之中,从而提升生物技术实验教学效果的重要方式。实验教学模式的完善需要充分考虑生物技术专业的学科特征,将学生自身的学习兴趣以及指导教师的课题要求相结合,并将学生分流至不同的研究领域之中由指导教师专属培养,再将教师的科研思路与科研方法引入于实验教学之中,或者让学生自觉参与并完成教师的科研项目的一部分。通过教师与同学共同开展特色生物技术实验的实验教学模式可以有效地发散学生的研究思维以及创新意识,在提升教师教学质量水平的同时还能使学生了解生物技术的最新热点、方法以及发展情况。
2改进实验教学方法
在传统的生物技术实验教学之中主要采用教师讲解演示而学生重复模仿的教学方法,并不利于学生对知识的理解与运用及其创新意识的培养,因此生物技术实验教学的现代化辅助手段十分重要,多媒体幻灯片、投影以及CAI课件等实验教学手段的运用发挥了良好的教学作用。一方面,多媒体辅助教学可以增强学生与教师之间的互动,通过解除实验条件的限制来调动学生学习的积极性与主动性,提高实验教学的趣味性及形象生动性,为实验课题的设计做好基础;另一方面,多媒体辅助教学还能够有效地将教学之中难以使用图形与语言表述的内容通过计算机动画来向学生演示,增强学生们的感性认识,从而实现教学质量水平的提升。
3生物技术实验教学的形式变革
3.1开放实验室
目前大多数院校生物技术实验室是属于半开放半封闭式的,即只在实验课期间开放,但随着实验教学变革的不断深入发展,半开放半封闭式的实验室已无法满足学生的求知需要。生物技术实验室应采取全天开放的模式,教师在场外做指导工作,让学生自主进入实验室进行实验,这样既可以增加学生提高自我实践能力的机会,还能有助于教师对学生不定期实验操作效果的观察进行因材施教,例如,对于学习能力较强的学生,教师可以不过多地限制他们的实验内容,而是有意识地帮助他们充分地利用实验室的条件,鼓励其进行自立课题、实验设计、编制及审阅报告、可行性分析以及实验总结等工作。这种通过开放实验室式的教学形式可给予学生更多的学习、比较及纠正的实验时间机会,符合学生获取知识的规律及需求,能够取得较好的实验教学效果。
3.2学生自主实验
传统的实验教学中,实验的准备工作都是由教师准备的,主要包括样品的准备、所需仪器的安装调试、试剂的配置以及部分仪器的修理等,而学生却对实验的准备工作无从下手,进而在实验过程中只能遵循、模仿教师的指导。这种按部就班式的教学方式无法激发学生自主学习的积极性,因此教师应采取让学生自己动手进行仪器的调试以及试剂的配制的教学方式,如此才能促使学生主动地对实验各个环节的实验步骤进行有效地思考以及探索最优的实验条件与方法[4]。例如,在测定血清中转氨酶活力的实验之中,教师应事先让学生查找相关资料,对赖氏法、金氏法以及改良穆氏法三种方法的异同之处,学生通过自己发现、分析、以及解决问题的自主过程能够培养其创新意识及体味科学技术的发展历程。再如,在纸层析分离氨基酸的实验之中,学生通过自己准备实验与观察现象可以比较层析缸与层析杯各自不同的反应效果,从而得出体积较小的层析杯更能有效缩短实验时间的结论,合理地提升实验效率。
3.3实施考核评估体系
对生物技术实验教学的效果进行总结分析以及严格地实施考核评估体系能够有利于教学质量的再提升,实现学习能力、实践能力、创新创业能力共同发展的核心能力培养目的。教师在实验过程中应针对学生在实验中存在的问题分析并提出相关注意要点,在实验结束后可以采用问卷调查的方式来了解学生对教学效果的看法、感受以及建议,反馈信息可帮助学生进一步地理解及掌握实验课程的内容,对他们科研能力的提高具有促进作用。除此之外,将实验考试分为理论考试与操作考试两个部分,考试的成绩则包括理论及操作考试、平时操作以及实验报告等三个部分,并适当地加重平时实验操作成绩的比重。与此同时,在平时实验操作中采取将学生进行分组实验的方法,再实行小组合作成绩评分,通过学生之间的共同实验操作能够有效地培养他们团结合作的意识与精神。总而言之,考核评估体系的实施能够督促学生的实验操作以及端正认真学习的态度,在培养他们实践能力与创新意识的同时还激发了积极性及科研思维,从而促进学生知识、思维、能力及素质的全面发展。
4结语
关键词:教育技术;有效教学;生物;实验课
随着电子产品的逐渐普及,多媒体技术在教育教学领域中的应用也越来越普遍。但现状是生物普遍集中在学科知识教学过程中,而在生物实验课中使用相对较少。笔者在任教过程中发现,在进行生物实验课时,学生实验的成功率不高,而且大部分学生无法自行分析发现失败原因。而有些学生由于没有了老师的像课堂中步步引导变得手足无措,最后无法完成。如何针对这些学生的学情提高实验课的教学效果引起了笔者的深思。实验活动课和以学科知识为教学内容的班级教学活动相比,有着以下一些特点:在实验课上学生的活动多,大部分教学过程是学生的分组实验操作,更加体现学生在教学活动中的主体地位;对于学生的操作能力提出更
高的要求,但学生平时训练极少,渴望教师更多的指导;教师的指导需要更有效,既不能把所有的操作过程都演示讲解一遍,大幅挤占学生实验操作时间,也不能笼统的指导,如学生不能模仿,教学低效甚至无效。笔者实践在生物实验课程中使用多媒体技术,提升实验教学的有效性,提高学生实验的成功率,让更多学生体会到成功的喜悦。
下面笔者从三个方面探讨多媒体技术在实验教学过程中的
使用。
一、在教师指导过程中的使用
在做学生分组实验之前,邀请几位学生进行实验操作,将学生的操作步骤进行录像,如果首次操作不正确也保存,并再录一次正确的操作。在实验课指导实验步骤时,将预先录制的学生操作投影出来,一起分析录像中操作的关键点或错误点。
《探究pH对过氧化氢酶活性的影响》实验活动中,如含酶滤纸圆片的晾干需要技巧,圆片比较小,教师一次演示无法让全体学生都了解,而多次演示浪费时间,通过投影录像可以很好地解决这个问题,通过定格聚焦功能,学生自然很快理解了这一技巧。又如,将含酶的缓冲液与过氧化氢溶液混合时,为了符合单一变量原则,需要多组实验同时进行混合。笔者在之前的一个班级中采用现场演示,单人操作演示时一次只能混合一组,虽强调学生操作时要同时进行,但结果还是有较多学生没有正确操作,而借助教育技术,将在放在桌面同时操作过程记录下来,学生一看就明白了。
注意要点:邀请的学生进行预实验时因选择中等能力水平的学生,能代表全班学生的平均水平,能暴露一般学生可能存在的错误操作;预实验时,学生正确或错误的操作都要录制,正确的操作可以起到很好的指导作用,错误的操作可以起警示作用,通过分析,避免出现相同错误;录制的实验过程需要加工,复杂操作要进行分步讲解,精细操作要特写展示,有技巧性的操作要讲解清楚,其他操作可以不讲或者一带而过,留出更多时间让学生实验操作。
二、在学生实验操作过程中的应用
有些学生的实验没有成功,引导其回顾实验操作步骤时,却不能很准确地描述出来,这是因为学生对实验过程没有进行及时的记录。高中学习阶段的学生还没有养成记录过程的习惯,最多是简单记录实验结果,这给后续实验结果的分析造成了很大的麻烦。所以我们在实验过程中需要对每组实验操作进行录像,在结果分析时就有了证据,能切实找到问题出现的原因。
《探究pH对过氧化氢酶活性的影响》实验活动中,其中有一组学生的实验结果与预设的不一致,与学生一起分析过程,发现加的试剂是正确的,操作步骤顺序是正确的,仪器连接也是正确的,到底是哪里出现了问题呢?通过观察该组操作步骤发现,是出现在混合两种溶液时出错,他们在混合时将含酶滤纸片的缓冲液混合到过氧化氢溶液中,正确的应该是将过氧化氢溶液混合到含酶滤纸片的缓冲液中,错误操作造成反应体系中酶数量不足,成了限制反应速率的限制因素,不同pH对酶活性的影响进而影响反应速率受到干扰,实验结果异常。
实验不成功可以重新做吗?由于教学计划和实验材料准备的原因,再花一节课几乎不可能实现,而在课外时间进行也有不少困难,在这种几乎“一次性”实验的背景下,如果没有对学生错误操作过程的录制,很难找到确切的原因,通过学生自己回忆只能分析出可能的原因,而不能确定,这会造成学生疑惑,降低了教学的效果。可能在下次类似的实验中会犯相同的错误,没有有效积累实验操作经验,不能不说是遗憾。
三、在记录学生分组实验结果的使用
实验结果的记录通常以表格或者曲线图的形式反映,但有时教育技术的合理应用可以取得更好的效果。
再以《探究pH对过氧化氢酶活性的影响》为例,实验活动中要求学生同时记录三个实验组在反应30秒、1分钟时气体的产生量,这对于两人一组来说,意味着其中一位学生要计时,另一位学生要同时精确读出变化中的三个数据,这是很难完成的任务。由于只要某个时间点的状态,可以指导学生通过对反应30秒、1分钟
时仪器上刻度进行拍照达到目的。
生物作为一门以实验为基础的学科,其生物学的理论知识都需要在实验中得到解释和验证,生物实验教学是生物学科教学的核心。合理使用多媒体技术,可以切实提升生物实验教学的有
关键词:生物技术;植物生理学;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(2014)24-0048-02
植物生理学是研究植物生命活动规律的基础学科,是理论与实践结合的一门专业基础课,是高等农业院校生物技术专业必修的重要专业基础课,作为高校精品主干课程,其教学效果对后续专业课的学习有直接影响。植物生理学实验是学生理解和掌握该学科基本原理的必需环节,为进一步提高生物技术专业本科生的综合实验技能和科研创新意识,对现有植物生理学实验教学方法、教学管理和考核评价进行了改进。
一、教学方法改革
植物生理学实验课程的任务是使学生了解实验的基本内容,掌握基本实验技能,养成良好实验习惯,提高科学实验能力。传统的实验教学是单一被动的,通常上课前由教师准备实验材料、仪器和试剂,板书实验方案,通过课堂讲解,灌输给学生,学生比葫芦画瓢简单完成实验操作,教师和学生之间的情感相互隔离,缺乏沟通,不利于学生综合素质的培养。实验教学方法的改革是植物生理学实验教学改革成功的必要保证。因此改变单向的教学方式,提高实验教学效果,成为植物生理学实验教学改革的重要内容。
1.课前预习和准备。①课前预习。植物生理学实验教学内容多、课时少,为了提高教学的有效性,培养学生良好的自主学习习惯,引导学生进行有效的课前预习显得尤为重要。学期开始时,教师将学生分成若干小组,让学生做好预习,实验的重点、难点就是学生预习时看不懂的内容。②实验准备。植物生理实验准备工作主要包括植物的材料选择和培养,实验器皿清洗、试剂配制,仪器安装和调试等。这些工作通常由教师单独完成,学生听讲后直接操作,目的是为了让学生在较短的时间内能够完成教学实验,但不能达到全面培养学生实验准备技能、提高学生团队合作能力的目的。我们让学生自由分组,分工合作,轮流参与准备实验,这种教学方法显著提高了学生独立思考和解决问题的能力,极大地调动了学生的学习兴趣。
2.教学手段多样化。①多媒体网络教学。借助多媒体形象生动地说明植物生理学实验的目的、意义、方法原理、实验流程、仪器设备的操作、安全措施等;课件中增加前沿试验方法、仪器操作、数据处理、论文写作等方面的介绍,让学生在了解植物生理学研究的热点方向的同时,激发其学习主动性和积极性;通过互联网软件与学生之间建立资源共享交流平台,实现对学生实验报告、科技论文写作的实时指导评定。②比较式教学。随着现代科学技术的飞速发展,现代生理仪器越来越快速、准确,将传统实验方法和先进仪器测定结合,能够使学生在深刻地理解实验原理的同时,接触前沿分析仪器,加深对实验的了解,提高学习兴趣。比如在进行植物叶片光合作用测定时,分别采用比色法和Li-6400光合仪,比较不同方法的优劣和适用范围。③分组式教学。植物生理学与多学科关系密切,培养学生的团队协作精神至关重要。实验过程中将学生分组,组长组织和协调实验地进行,组员履行自己的职责,互相帮助和协作,以团队形式进行实验。如,在实验材料的消毒、培育和获得、实验处理和指标测定等过程中提高学生的协作精神。④讨论式教学。指导教师提前培训学生的实验数据记录、观察、处理、图表制作、论文写作能力;在课堂上鼓励学生上台讲解,培养学生的语言表达能力;学生参与有多种方法的实验,通过优劣比较,经验交流与讨论,筛选可行性最好的实验方法;通过互相交流讨论,从不同角度对实验数据、实验照片进行论证分析,使学生深入认识数据处理和论文写作,为从事科研工作奠定基础。⑤探究式教学。探究式教学以学生为主体,教师为主导,引导启发学生的自主动手能力和探索创新能力,首先教师提出问题,引发学生听讲兴趣;再留给学生时间思考,然后分组讨论;最后教师融合学生未能解决的问题进行针对性讲解,激发学生的求知欲和创造力,提高学习主动性。⑥分层次教学。让学有余力的学生参与开放性试验,根据其学习兴趣,结合教师的研究方向,确定实验题目,具体的开放性实验周期非常长,需要进行的操作时间也特别多,这样容易造成与学生上课时间向冲突的后果,因此学生要利用课余、周末、寒暑假时间进行实验,通过教师及研究生的具体指导完成实验内容,培养学生自学能力和独立操作的能力。
3.教学团队建设。“教学团队与高水平教师队伍建设”是国家质量工程的重要内容,教学团队对教师发展和教师教学水平提高有重要影响。通过对相关研究进展地深入讨论,提高教师对知识架构和研究发展方向的认识,改进教学方法;定期举办教研活动,讨论教学研究中的具体问题,协商制定改革措施;开展教学合作,相互听课评课;开展教学团队的科研合作与交流,提高团队的科研实力,营造和谐的合作氛围等措施,能有效提高教学资源利用率和团队整体实力和教学水平。
二、教学内容改革
传统植物生理学以培养学生实验技能的验证性实验为主,忽视学生综合运用知识和创新能力的培养。我们在充分利用实验室现有设备的基础上,对原有实验项目进行精简优化,减少基础验证性实验,增加了综合性实验和设计性实验的比例。基础验证性实验的目的是为了让学生掌握基本的实验技能,熟悉常规仪器的使用和药品配制;加深对基本理论知识的理解,掌握常规实验技术的操作原理和方法;实验内容包括实验仪器、玻璃器皿的使用、实验试剂的配制。通过基本技能训练,使学生掌握基础性实验的测定方法,加深对理论知识的理解,学会实验记录和实验报告的撰写。综合性实验重点培养学生分析和解决问题、实验数据的分析以及实验动手能力,是相互渗透的提高式实验教学形式。如,为了使学生理解逆境下植物生理生化变化,我们引入了科研项目“干旱胁迫下牡丹的转录组分析”前期理化指标测定实验,学生对牡丹叶片的光合特性、电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量进行测定,按照文章发表要求记录整理数据。使学生掌握了部分理化指标的测定方法,加深了对植物抗性生理的理解,同时使学生了解了相关领域的科研动态。设计性实验是教师根据学生的兴趣、能力和专业需要,给出实验题目;在教师指导下,学生以小组为单位,通过查阅文献设计实验方案,独立完成实验研究,处理实验数据,撰写研究简报。如,我们设计了“不同光质对牡丹年宵花生长开花特性的影响”的选题。在牡丹培育与深加工工程技术中心学生独立开展试验,完成试验数据整理,论文撰写,参与SRTP项目及挑战杯的评选。
三、考核评价改革
考核是教学的指挥棒,关系到学生能力的形成和发展,实验考核是检查教师教学质量和学生掌握实验技能的重要手段。传统的实验考核方式不利于调动学生的学习积极性和主动性。改革后综合考核内容主要包括以下几个方面:课前预习;规范配制实验药品、操作仪器设备,仔细观察实验现象,及时记录实验结果;正确分析数据,查阅文献,团结协作能力。我们采取的考核办法为:平时考勤(10%),课前预习(20%),准备实验(20%),实验操作(30%),实验报告(20%),实验报告成绩根据每一次实验的表现加和平均计算,最后的综合成绩为学生的最终成绩。这一考核办法操作复杂,但对学生实验素质技能的评价更加真实、客观、合理,注重学生平时综合能力的锻炼,有利于充分调动学生自觉学习的兴趣,培养创新型人才。
在植物生理学实验教学改革中,通过对植物生理学实验教学的教学方法、教学内容、考核方式的改进,让学生在掌握理论知识的同时,培养学生的基本实验操作能力、严谨的科研态度和浓厚的科研兴趣,这取得了一定进展。但还存在一些急需解决的问题,如。自合校十年来农学院教师数量逐年增加;项目资助逐年增加;先进实验设备日益充盈,但实验室面积几乎没有变化,这成为阻碍实验教学改革的瓶颈,另外教师深造机会较少,自身水平提高较慢,也影响实验教学改革的发展。总之只有通过不断的改进和完善,才能提高实验教学的教学水平和效果。
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基金项目:国家自然科学基金(31200468)。
【关键词】高中生物 实验教学 创新当前,我国一直沿用几十年的生物教学体系导致的现状:只重视基础知识和基本操作,不利于发展学生的能力;学校不重视生物实验室建设,实验设备不健全;生物实验没有纳入考试制度中,中学生物教师力量相对薄弱,有些学校连实验员都没有配上;实验教学模式仍然沿用传统方式,学生很少动手,这就导致实验课缺乏趣味性和探索性。因此,教师要以培养创新人才为素质教育的最高目标,在生物实验教学过程中不断创新,更多的要注重探究性实验,让学生参与到实验过程中,笔者结合自己的教学经历,浅谈自己在生物实验教学中创新的几点体会,仅供参考。
1让学生在实验过程中,培养问题意识。
创新始于问题,提出问题是实验探究的开始,创设良好的问题情境,让学生动脑,培养学生问题意识,能有效地激发并维持学生的学习兴趣、探究的激情,有利于培养和提高学生的创新能力。
传统的提出问题方式主要是就书本上已有的问题进行探讨,其实我们也可以把平时课本中的知识变为问题作为实验来进行探究,这样更利于同学们主动对知识的掌握。
例如(1)我们知道细胞膜具有选择透过性,但在学习过程中并没有通过实验来说明,因此我们可以引导学生提出问题“细胞膜果真具有选择透过性吗?”
(2)我们知道西红柿的果肉细胞在未成熟时是绿色的,原因是在果肉细胞中有叶绿体,但在成熟后变为红色,原因是里面有有色体,因此就此现象我们可以提出问题“果肉细胞中的有色体都是有叶绿体转化而来的吗?”
(3)在学习植物细胞质壁分离和复原的内容时,我们知道当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时发生质壁分离,当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时发生质壁分离复原,,通过该知识我们可以提出问题“怎么样测洋葱表皮细胞的浓度呢?”
(4)在学习酶的特性时知道酶具有最适反应温度和pH,我们也可以提出问题“温度和pH会影响过氧化氢酶的活性吗?”
(5)在学习减数分裂时,我们知道是染色体复制一次,细胞分裂两次,我们可以就此引导学生提出问题“染色体数目减半是发生在第一次分裂还是在第二次分裂过程中呢?”
(6)在学习生长素的两重性的作用时,我们可以提出问题“低浓度生长素能促进月季扦插的纸条生根吗?”。
2引导学生自己设计实验,培养学生的设计实验的能力,有利于培养和提高创新的能力。
我们提出的假设必须要通过实验进行验证,这时就需要有明确的实验设计。在实验设计中要列出制定的实验步骤,实验的注意事项以及阐述实验的预期结果,一般用文字或图表来表示。
在实验设计中要注意最关键的有两个方面,第一要控制变量即我们所说的设置对照;另一个方面就是可出可操作性的定义。例如在观察植物质壁分离和复原的实验,人为控制的蔗糖溶液浓度和清水就是自变量,如果使用浓的蔗糖溶液处理洋葱表皮细胞时出现质壁分离,如果使用清水发生质壁分离复原时,则洋葱表皮细胞质壁分离的发生与复原就是因变量。那这组实验中是否有对照呢?我们制好洋葱表皮细胞的装片后,在自然条件下直接在显微镜下观察其状况就可以作为对照,人为处理后的装片观察到所发生的变化就是因变量了。
接着老师给出观察到什么现象才是发生了质壁分离与复原,这就是可操作性定义,如用蔗糖溶液处理洋葱表皮细胞中,观察到细胞液泡的两端变为兔形或帽时即发生质壁分离,但是如果是用KNO3和NaCl处理时,则质壁分离的初次发生是在液泡的侧面出现波浪状的现象,如果老师事先不给出可操作性定义,学生会误认为所有溶液处理洋葱表皮细胞后质壁分离现象是一样的。关于可操作性定义在实际教学中老师常常容易忽视。
教师要鼓励和引导学生多观察自然界中的生物现象,放手让他们自己寻求解决问题的思路,自己设计实验方案,独立完成实验操作,这种富有挑战性的学习方式会大大激发学生的好奇心,训练了学生思维的发散性和深刻性,使学生产生探究的兴趣,并在探究中不断地培养和提高创新的能力。
3在探究实验的过程中.对学生提出明确的要求,不断培养学生实验能力,提高学生的创新技能。
在实验过程中要求学生做到以下几点:第一,让学生在实验中认真观察。观察是学习生物的重要手段,也是获得生物知识的首要步骤。在研究中,问题的提出和假设是通过仔细观察产生的,结论也是从实验中的系统观察中获得的。
第二,让学生在实验中学会分析数据从中得出结论。分析实验数据是对实验信息的整理和解读过程。在整理过程中包括用概念图或者是比较表格把获得的信息间的关系表达出来。同时通过解读数据,可以研究对象的发展趋势或通过解读数据揭示事物存在的规律,确定数据是否支持所作出的假设,最后对问题作出答案和解释。结论是对实验研究发现的总结,包括实验结果的意义或提出进一步探究的建议。这样在整个实验过程,从课题的提出、实验方案的设计到实验完成,都是由学生动手、动脑来解决,提高了学生的综合分析问题的能力。
4将现代信息技术(包括摄影、实物投影、录像、放像、计算机多媒体技术和网络技术等)应用于生物实验教学中。
将现代信息技术(包括摄影、实物投影、录像、放像、计算机多媒体技术和网络技术等)应用于生物实验教学中,能解决生物实验教学中存在的很多问题,必将对中学生物学新课改产生深远的影响。当然,利用现代信息技术优化中学生物实验教学还需注意把握现代信息技术与生物学实验的关系。现代信息技术充其量只是一种辅助教学的工具,它应当为实验教学的目标和内容服务。只有适时适当地应用现代信息技术才会促进实验教学质量的提高,从而优化实验教学,起到事半功倍的效果。
总之,生物实验教学对学生创新能力的培养具有极其重要的意义。在生物实验教学中通过不断的创新,不但对学生进行了常规的验证性的实验教育,还增强了学生科学探究的能力,更培养了学生的创新精神和创新能力。【参考文献】
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【关键词】生物技术专业实验 教学改革
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)02-0173-02
生物技术是一门涉及领域宽、涵盖范围广、基础性强的新兴学科,是现代生物学发展并与相关学科交叉融合的产物。它包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程等领域。
对于生物技术专业的学生来说,掌握生物技术专业实验技能则显得尤为重要。生物技术专业是应用性和实践性非常强的专业,因而实验教学在生物技术专业教学活动中非常关键。生物技术实验教学是重要的实践性教学环节,它不仅仅是对理论的验证,也是培养学生动手能力、应变能力、创新能力及科学思维的重要手段。其核心是培养出符合生物技术专业要求的、基础知识面宽,掌握生物技术基本实验技能、具备创新能力的人才。
为了在生物技术专业实验教学中训练学生科学的思维方法,进一步培养学生独立观察、提出问题、思考和分析问题、解决问题的能力,以满足社会对创新型、综合型人才与日俱增的需求, 我们在生物技术实验教学中针对如何增强学生的求知欲,提高教学质量方面作了认真的探索,包括课程内容更新与整合、实验室开放制度的建立与健全、教学管理的完善和考核方式改革等方面做了一些探索性工作,并取得了较好的效果。
一、实验课程内容的精心更新与整合
近几年生物科技发展迅速,取得了令人瞩目的成绩,新技术、新方法层出不穷。现代生物技术创新作用是体现在科学研究的进步之中,因此,紧跟当代先进科学技术发展前沿,更新教学内容是目前生物技术专业实验改革的紧迫任务。
原有实验课教学内容过于零散,实验项目之间彼此联系较少,实验内容孤立,学生在实验过程中依赖教师过多,通常是按照教师的要求完成一些特定的内容和步骤。所以,学生学习后掌握和印象并不深,也就更谈不上实际应用的熟练度了。为了改善实验课教学中的诸多不利,提高教学质量和成效, 提高学生的基本技能和创新能力,我们根据生物技术专业的培养目标、任务和特点,结合实验室具体条件及学生实际情况,对实验内容进行了多次选择和调整,形成了比较稳定的内容体系。
二、增加综合性、设计性实验
以前的实验教学多为验证性实验,缺乏创新性、综合性和设计性实验,但在实验教学中若给予学生适度的发挥空间,则可能会弥补验证性实验的不足。综合性和设计性实验是实验在前,结论在后。这类实验所要得出的结论是学生亲手实验的结果。更新教学内容后共增加了近50%新的实验教学内容,并增加了较多的综合性、应用性和研究性的创新实验,大大减少了早期以验证、单一、经典为主要的实验内容。
设计性实验是学生在实验任务及实验目的明确的情况下,完全由自己查阅资料,先提出实验方案,自己先设计实验步骤,拟出所需实验器材,并对所设计的方案进行理论解释,然后在指导教师与学生共同讨论的基础上,确定实验方案。在设计实验方案的过程中,我们鼓励学生勇于探索,反对互相抄袭。在实验操作过程中,我们允许学生的实验结果不尽如人意,甚至失败,但强调对所得结果进行解释和论证。
设计综合性实验有利于学生拓宽思路,打破过去墨守成规的实验方法,彻底改变在实验中由老师“抱着学生走”的现象。没有了现成的实验方案,给学生一定的压力,也促进学生将压力转变为动力,极大地提高了实验课的教学效果。
三、吸收学生参与教师实验教学和科研工作
培养学生动手能力实验教学的目的不应仅仅是对相应理论的验证,还包括对学生的动手能力、创新能力等能力的培养,以培养出更多全面发展的人才。
以往的实验教学中,实验准备工作包括试剂的配制、实验样品的准备、预处理、所需仪器的调试等,都是由教师准备。而学生对实验的准备工作一无所知,进入实验室有种无从下手、不知所措的感觉。这种教学方式不能激发学生的学习积极性,学生的动手能力也得不到很好的培养。因此我们大胆改革,吸收一些优秀的本科学生作助教,让学生自己动手配制试剂、调试仪器等。这样,学生就能够主动地去思考实验的每个环节,对一些关键的实验步骤事先也能做到心中有数。
四、建立健全实验室开放制度
目前,大多数院校生物技术实验室是半封闭、半开放式的,即实验课时间开放,非实验课时间不开放。这种半开半闭式的状况目前已不能满足学生的需求。我们采取的方法是面向全体学生进行开放式实验教学。这样不仅增加了学生进入实验室接触各种先进仪器设备的机会,而且让学生进入实验室自己准备实验,自己做实验,教师只作场外指导,让他们完全在一种充满好奇和兴趣的气氛中,开动脑筋,设计方案,寻找最佳实验条件,从而培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力,为学生进入实际工作岗位打下实际操作和实际应用的基础。开放实验室除了给学生提供更多的实验机会的同时,也提高了现有仪器设备的利用率。
五、完善实验教学管理
学生普遍对实验课有浓厚兴趣,但实际的学习效果不能令人满意。观察发现学生实验前缺乏预习,实验过程只是简单重复,实验后又缺乏进一步思考和总结,没有知识的深化过程.学生这种被动的学习态度,使教学质量受到严重影响。针对这些情况,我们采取以下措施:
1.重视实验前预习与实验准备 在实验前指导教师只给出实验题目和要求,让学生充分预习实验指导书,查阅有关资料,开拓思路,发挥自主性和创造性,设计实验过程,并写出包括实验操作程序、实验材料及预期实验结果的预习报告。教师认真批阅修改预习报告后,让学生进行实验前的全部准备工作。这样不仅解除了学生的依赖心理,而且增加了实际操作锻炼的机会,可使他们进一步了解实验的原理、方法和步骤,做到心中有数,从而降低实验过程的操作错误。
2.学生独立操作,教师适时启发 学生在实验中必须成为一个实践者和探索者,是实验的主体,所以在实验中必须加强学生的主体意识。学生根据预习结果,自己设计和安排达到实验目的,教师必须纠正学生不规范的操作,学生正确熟练地掌握各种常规实验技术,为以后学习和工作打下良好的基础。
3.认真批改实验报告 实验报告是对实验的总结,也是对实验课质量高低的检验.通过对实验报告的批改,可以发现学生的实验操作能力和观察分析问题的能力。
六、改革考核方式
采用平时成绩、实验报告、考试成绩相结合的实验考核方式,平时成绩包括预习报告、实验操作、安全卫生等内容,占30%;实验报告占30%;考试成绩包括口试、规定操作等内容,占40%。口试内容主要涉及实验原理、实验步骤、注意事项、现象分析、实验设计等内容。以上实验考核方式的改革,有利于调动学生重视实验的主观能动性,改善学风,提高学生的动手能力和实验基本素质.与此同时,为了实现一个完整的科学研究的训练过程,提高学生对实验结果的表达能力,我们将自主设计和探究性实验的结果,要求学生以论文的形式写出。指导他们如何收集资料,分析归纳实验数据,正确表达实验结论,最终我们以学生在实验中的实际表现,对实验技能的掌握和实验数据的获得,以及最终论文的表述等给予成绩评定。实践表明,通过此项训练,学生对实验结果的表述及写作能力大大提高,为毕业论文的实践打下了良好的基础。
七、实验教学改革中存在的问题及建议
虽然实验课教学效果优良,但也因为我们的教学计划安排的实验学时数及学生的时间投入不足,多数实验只能在规定的上课时间来做,完成后多数学生只对整个实验过程有一定了解,实验技能掌握不够熟练,印象不深刻,自主创新能力的培养及训练不够,这样在以后实际应用和科研训练中还可能存在诸多问题。
为保证学生能有充足的时间、场地和仪器进行实验,提高实验教学的创造性,建议今后能采取集中实验的方式,最大限度地为学生提供模拟科学研究的真实环境。进行生物技术专业实验课教学研究和改革是对学生科研能力、工作态度和科技创新能力进行检验和培养的良好途径。
相关教学设备仪器不能完全满足实验教学要求,如PCR仪、微量加样器(俗称加样枪)等,不能保证每组1台套,只能分组、分批进行操作。
随着应试教育向素质教育的转变以及21世纪对综合型人才的需求,加强学生动手能力、创新能力的培养将是生物技术专业实验教学的中心任务,实验内容由单一验证型向综合型、设计型、研究型实验发展势在必行。只有老师深入实验室,不断改进实验内容和方法,探索实验教学新途径,使生物技术专业实验教学真正适应生物技术专业培养目标的需要,进而使实验教学取得理想效果,达到培养创新型、综合型人才的目的。
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关键词 发育生物学;实验实践;教改;拟南芥
中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)10-0326-02
Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material
HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying
(College of Bioscience and Biotechnology,Hunan Agricultural University,Changsha Hunan 410128)
Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions,firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then,the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.
Key words development biology;experimental and practical;reform;Arabidopsis thaliana
发育生物学是在传统胚胎学的基础上,随着生化与分子生物学、细胞生物学、遗传学等相关学科的发展和进步,形成的一门新兴学科[1]。发育生物学主要研究生物个体发育过程中的原理及调控机制,具有发展迅速、更新快等特点[2]。发育生物学是本科高年级的专业基础课、必修课。目前,国内使用的发育生物学教材多样化,而且还没有适合本科生使用的实验教材,即使有些院校开设了一些实验,但内容常取决于授课老师的研究方向,随意性较大,不够规范合理,学科和理论体系不完备[1-3]。
湖南农业大学生物科学技术学院发育生物学实验面向本部及国际学院生物科学专业,但目前为止尚无实验教材。基于已有的教学经验、本校及本院的研究内容与研究优势,以模式植物拟南芥为材料,建立“发育生物实验技术”体系,充分发挥实验课的作用与优势,不仅达到巩固理论知识的目的,而且尽量发挥学生学习的主动性,激发学生的学习兴趣和创造力,培养学生的科研能力与创新意识。项目已在我校2012―2014级生物科学专业学生中连续实施3届,取得了良好的效果。
1 发育生物学实验实践教材
发育生物学实验教材较少,常参考或借用动物胚胎学、解剖学、分子生物学、细胞生物学等课程的实验指导。适用于专业科研人员的指导书主要有吴秀山主编的《现育生物学实验指南》[4]。适用于本科教学的主要有林丹军主编的《发育生物学实验》[5],张蕾、赵洁主编的《植物发育生物学实验指导》[6]。前者包括动物发育模式的形态学观察及发育机制的实验,后者重点介绍了发育相关的分子生物学研究方法和技术,涉及植物开花、传粉、受精、胚胎发育及植株形成等不同发育阶段的细胞和分子机理。我校发育生物学实验已经开课3届,但尚未有合适的教材。
2 发育生物学实验实践内容教改研究
发育生物学是一门理论性与实验并重的学科,但目前很多学校发育生物学教学普遍存在着理论教学和实验教学相分离的问题。开设的实验课孤立于理论教学,甚至根本不开实验课,纯粹的理论教学使发育生物学变得更加晦涩难懂[7]。发育生物学实验具有涵盖面广、综合性强,发展速度快、架构不成熟,注重实验设计、实验结果不确定等特点[8]。常规实验内容主要包括模式动物胚胎发育过程观察、结构解剖等部分,与动物学或胚胎学部分重叠。董 巍等将实验分为模式动物饲养和胚胎早期发育、发育生物学常用基本实验技术、发育生物学研究中的经典和综合性实验3个层次,设计了一系列综合性实验[8]。丁乃峥等将实验内容设计成不同的模块,各专业根据需要选择性进行,实验内容涉及基础性、综合性、设计性、研究性等层次[3]。李巧峡等则以花背蟾蜍为唯一材料设计了胚胎外部形态观察、内部结构观察、不同处理对胚胎发育的影响及角膜诱导及免疫组化研究4个综合性实验,让学生根据自己基础知识及兴趣点选择相应的课题,自主完成实验设计、实施及总结过程,取得了良好的效果[9]。
植物及相关学科的研究在我校具有明显比较优势,农作物相关基础理论与应用研究在国内处于领先地位。紧密结合科研方向、发挥专业优势,构建以植物为主的发育生物学实验技术体系具有重要意义。本课题成员的研究方向包括植物开花发育、配子发育、表观遗传调控、抗性与发育等多方面,在拟南芥发育生物学领域积累了大量的经验,取得了较好的研究成果。项目组织课题组成员共同撰写实验实践教学大纲与讲义、制定教学计划、组织实施、课程考核,建立并完善课程体系。主要实验内容包括拟南芥野生型及突变体表型观察及数据统计;拟南芥配子发育的细胞学观察;载体构建及拟南芥遗传转化、筛选等。设计验证性试验2~4个,如拟南芥野生型及sdg8突变体表型观察;综合性实验7~10个,如拟南芥野生型及sdg2突变体雄配子体发育过程观察。
3 发育生物学实验实践实施方案教改研究
发育生物学实验技术实施方式与其他生物学科实验技术类似,每次实验常集中在2个或4个学时内进行,内容多为验证性。贾伟章等利用不同的模式生物开展实验教学,开设了海胆、文昌鱼、斑马鱼、蛙等相关实验教学内容,开设综合性实验,采用班级和分组教学的形式[10]。将教学实验与科研实验相结合是提高教学与科研水平的重要方式。如丁乃峥等在开放实验室的基础上,利用模块教学实现了从基础性实验到研究性实验的教学模式[3]。董 巍等在分层次实验基础上,与相关的课题组合作,将科研内容充实到实验教学中,实现将科研实验向教学实验的内向转化。同时在导师的指导下,让学生承担部分科研任务,实现探索性教学实验向科研的外向转化[8]。
传统的发育生物学实验多以大班方式进行,仅有少数学生有机会动手,效果有限。本校目前生物科学专业20~28人/班,人数相对较少,将学生进行课题分组,设置开放实验室。发育生物学实验周期长,但每次实验不全需要4课时。项目将尝试向本科学生开放实验室,在完成既定任务的基础上,学生可以自主安排其余时间。目前已有3个课题组在本实验室开展实验,并在《植物生理学报》上发表了论文[11]。
4 考核体系的改革
实验课程传统的考核体系存在考核内容局限性大、评价方式单一等问题[12]。针对之前设计的课题,以小组形式考核。成绩由3个部分构成:科研课题进展(50%)+研究报告/论文撰写(30%)+PPT/Poster汇报(20%)。鼓励学生发表科研论文。
5 结语
生物学实验教学是生物学教育中重要的教学环节,也是培养学生实践和分析能力的必要手段[13]。发育生物学是当今生命科学领域中发展最快的前沿学科之一,是现代生物学的带头学科[14]。建立健全适合我校现状的发育生物学实验技术体系,对于我校生物科学专业人才培养具有重要意义[15]。
6 参考文献
[1] 张红卫.发育生物学[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 彭树英,李俊,金显文.对发育生物学教学模式的探讨[J].安徽农业通报,2009,15(2):199-200.
[3] 丁乃峥,李善妮.浅论融会发育生物学知识的人体解剖生理学教学[J].生物学杂志,2011,28(1):103-105.
[4] 吴秀山.现育生物学实验指南[M].北京:化学工业出版社,2007.
[5] 林丹军.发育生物学实验[M].北京:科学出版社,2011.
[6] 张蕾,赵洁.植物发育生物学实验指导[M].武汉:武汉大学出版社,2010.
[7] 周景明,祁艳华,王爱萍.生物技术专业发育生物学教学改革与研究[J].洛阳师范学院学报,2012,31(8):66-68.
[8] 董巍,张媛,樊启昶,等.改革创新发育生物学实验教学的实践与思考[J].高校生物学教学研究(电子版),2014,4(1):46-50.
[9] 李巧峡,李保中.以花背蟾蜍为材料进行发育生物学综合性实验的设计[J].四川动物,2010,29(5):638-639.
[10] 贾伟章,余雪松,李浩明.浅谈对发育生物学教学内容与课程体系的认识[J].科教文汇,2013(9):69-70.
[11] 易吉明,黄婷,黄勇,等.小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析[J].植物生理学报,2015,51(2):197-206.
[12] 彭安,向本琼,张根发,等.大学生物开放性和设计性实验教学探讨[J].中国大学教学,2007(3):55-57.
[13] 乔守怡.生物类实验教材改革的思考与展望[J].生命世界,2009(5):26-27.