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【摘要】 目的:探讨双穿刺点法联合腰麻?硬膜外麻醉(dst?csea)对肾移植术受者血流动力学的 影响 以及术中、术后对植入肾功能恢复的影响. 方法 :选取需行同种异体肾移植患者120例,随机分为单点硬膜外麻醉组(ea组)(n=68)和dst?csea组(d?csea组)(n=52). ea组行t12l1椎间隙行硬膜外麻醉;d?csea组先于t11,12或t10,11行硬膜外穿刺并置管,再于l2,3行脊椎麻醉,术中由硬膜外导管追加局麻药. 监测血流动力学指标,术中移植肾见尿时间,术后24 h尿量并 分析 . 结果:两种麻醉方法对患者血流动力学影响差异均有统计学意义(p<0.05),在移植肾血流开放时两组血流动力学指标无明显差别,两组移植肾功能恢复差异无统计学意义(p>0.05). 两组局麻药总用药量差异有统计学意义(p<0.05). 结论:dst?csea具有局麻药总用药量少,麻醉效果确切等优点,可安全用于肾移植手术.
【关键词】 肾移植;血流动力学;麻醉,脊椎;麻醉,硬膜外
【abstract】 aim: to study the influence of the double segment technique of combined spinal?epidural anesthesia (dst of csea) on the recipients? hemodynamics during kidney transplantation, and the influence on short? and long?term posttransplant kidney function. methods: total 120 patients undergoing kidney transplantation were randomized into 2 groups: continuous epidural anesthesia group (group ea) (n=68) and dst of csea group (group d?csea) (n=52). all the patients were mea?sured for abp, cvp, ecg, heart rate (hr) and spo2. in the group ea, epidural anesthesia was performed via the t12l1 interspace. patients in group d?csea were anesthetized spinally via the l2-3 interspace after catheterization was taken via the t11,12 or t10,11 interspace at extradural space, and through the epidural catheter followed by local anesthetics during operation. the central hemodynamics indices were recorded and analyzed. the indices of the time of earlier urine onset, volume of local anes?thetic, urine output in 24 h were also analyzed. results: there was statistical difference in the hemodynamics before and after anaesthetization in both 2 groups, but there was no significant difference in the time of earlier urine onset and posttransplant kidney function. however , the volume of local anesthetic was significantly less in group d?csea than in group ea. conclusion: dst of csea is associated with litter volume of local anesthetic and better function of anesthesia in kidney transplantation compared with ea, and can be used safely for kidney transplantation anesthesia.
【keywords】 kidney transplantation; hemodynamics; anesthesia, epidural; anesthesia, spinal
0 引言
联合腰麻?硬膜外麻醉(combined spinal?epidural anesthesia,csea)具有局麻药总用药量少,麻醉效果确切等优点[1],广泛用于下腹部,会阴及下肢手术. 双穿刺点法联合腰麻?硬膜外麻醉(double segment technique of combined spinal?epidural anesthesia,dst of csea)即硬膜外麻醉穿刺点与脊椎麻醉穿刺点不同,其可达到更广泛的麻醉区域. 我们将其 应用 于肾移植手术,并对其产生的血流动力学影响进行了观察与分析.
1 对象和方法
1.1 对象 尿毒症患者120(男48,女72)例,年龄24~52岁,体质量38~75 kg,asaⅲ~ⅳ级. 患者术前均常规行血液透析 治疗 ,手术前日加透析治疗1次,正规治疗高血压均1 mo以上,无麻醉手术禁忌症,无麻醉术前用药. 已除外麻醉失败,以及改为全身麻醉等病例. 随机分为持续单点硬膜外麻醉组(epidural anesthesia,ea) (ea组) 68例和dst?csea组(d?csea组) 52例.
1.2 方法 患者进入手术室后均在非动静脉造瘘侧行桡动脉持续动脉测压、颈内静脉穿刺置管,开放静脉通路,用philips mp20监护仪监测abp,cvp,ecg,心率(hr)和非供氧状态下指脉氧饱和度(spo2),常规持续吸氧. ea组均于t12l1椎间隙行硬膜外穿刺置管,先给20 g/l利多卡因5 ml试验量,5 min后无脊麻症状后给予20 g/l利多卡因10 ml,以后根据麻醉平面和肌肉松弛程度,每次追加7.5 g/l布比卡因5~10 ml.d?csea组均取术侧卧位,床头端稍高位(约5~10°),先于t11,12或t10,11行硬膜外穿刺并置管备用,再于l2,3行脊椎麻醉,给予100 g/l葡萄糖配制成5 g/l布比卡因重比重混合液2.5~3.0 ml,患者平卧,调整麻醉平面至t6水平. 术中根据麻醉平面及肌肉松驰程度由t11,12或t10,11硬膜外导管给予20 g/l利多卡因5 ml试验量,无麻醉平面异常后给7.5 g/l布比卡因5~8 ml. 硬外管给局麻药时间应尽量避开移植肾血流开放前后30 min,以免麻醉致移植肾血流开放时血压过低而使移植肾灌流量减少.
麻醉效果确切后即静脉给予咪达唑仑2 mg、芬太尼0.05 mg、氟哌利多2.5 mg. 手术开始即给予甲基强的松龙250 mg加入50 g/l葡萄糖注射液250 ml静滴,维持至移植肾血流开放. 术中补液以平衡盐液为主,胶体液与晶体液的比例为1∶3,失血多时需输新鲜血,使cvp保持于7~14 cmh2o(1 cmh2o=0.098 kpa)稍高水平. 移植肾血流开放前给予甲基强的松龙500 mg,速尿80 mg,环磷酰胺200 mg静注,见尿后给予200 g/l甘露醇100~200 ml静滴.
监测项目:记录进入手术室时(t0),椎管内麻醉效果确切后手术开始时(t1),开放移植肾血流时(t2),开放移植肾血流后(t3),开放移植肾血流后30 min(t4),手术结束时(t5),患者的sbp, dbp, map, cvp, hr, spo2,以及移植肾开放血流后见尿时间,手术时间,术中总液体入量,局麻药总量,术后24 h尿量.
统计学处理:两组患者年龄、体质量、手术时间、供肾热缺血时间、冷缺血时间等计量资料用x±s表示,组内比较采用随机区组方差分析及lsd?t检验,组间比较采用独立样本t检验,计数资料组间比较用χ2检验. p<0.05为差异具有统计学意义.
2 结果
ea组和d?csea组在性别、年龄、体质量、供肾热缺血时间、冷缺血时间、移植肾见尿时间、总手术时间、总液体入量、术后24 h尿量等一般情况差异无统计学意义(p>0.05);两组使用局麻药总用药量差异具有统计学意义(p<0.05);在进入手术室时各血流动力学参数均无统计学意义(p>0.05,表1). 麻醉效果确切后两组sbp, dbp, map, cvp均降低,hr加快(p<0.05). d?csea组较ea组sbp降低更多(p<0.05). 当开放移植肾血流时两组各项指标差异均无统计学意义(p>0.05),之后数分钟内两组sbp, dbp, map, cvp均降低,hr升高(p<0.01),30 min后均恢复至开放前水平. 到手术结束时d?csea组sbp, map与ea组差异具有统计学意义(p<0.05,表2).
表1 两组患者的一般资料(略)
ap<0.05 vs ea.
表2 两组患者不同时间点部分血流动力学参数比较(略)
ap<0.05 vs ea; bp<0.01 vs t2; cp<0.05 vs t0; dp<0.01 vs t0.
3 讨论
本 研究 结果显示,两种不同椎管内麻醉 方法 对患者血流动力学均有一定 影响 ,dst?csea对sbp影响较大且快,特别是在蛛网膜下腔给药及静脉给予辅助药物后患者血压会有大幅度的下降. dst?csea在移植肾血流开放时及以后其对血流动力学影响与ea组已无明显差异. dst?csea时这种作用会更加迅速明显,此时往往需要快速输液以防止血压过度降低. 在移植肾血流开放时及以后dst?csea对血流动力学影响与ea组已无明显差异,这与手术开始后根据中心静脉压情况快速补液以及脊麻作用逐渐消退有关. 移植肾血流开放使大量血流进入移植肾和术侧髂外动脉,机体不能及时调节,造成患者血流动力学一过性改变. 硬膜外麻醉后期sbp, dbp, map比dst?csea恢复较早,这可能与单纯持续硬膜外麻醉反复给药而对局麻药物产生快速耐受性使麻醉效果降低[2],而dst?csea者硬膜外腔给药次数明显较少而产生局麻药快速耐受性延迟有关.
术中补液以晶体为主胶体为辅,且必需先以晶体液扩充血容量后方可给胶体,以防胶体渗透压过高而影响移植肾滤过率,可在开放移植肾血流时给予甘露醇以增强渗透性利尿但其并不能提高移植肾长期成活率[3]. 移植肾见尿时间及尿量与移植肾血流开放前患者cvp值有一定关系[4]. 有学者认为术中通过扩充血容量提高cvp不但有利于移植肾功能恢复还可使更多供肾用于同种异体肾移植术[5]. 另外移植肾血流的开放对于患者血流动力学也有较大影响,当移植肾及髂外动静脉血流开放时患者cvp和血压常会有一定程度的下降,下降程度与患者开放前cvp或血容量有一定关系. 因此,dst?csea硬膜外腔给药时机应尽量避开移植肾血流开放前后30 min,以避免硬膜外麻醉作用与脊椎麻醉作用相协同而增强麻醉扩血管作用[6],致cvp和血压下降而延迟开放移植肾血流,或影响到移植肾的血液灌流量. 值得注意的是如果开放移植肾血流时血压过低而cvp已在要求范围内时可静脉给予小剂量多巴胺其有利于强心提升血压及扩张肾动脉,增加移植肾血流[7],避免盲目加快输液速度来提高血压的做法,以防术后随着麻醉作用消失,对容量血管扩张作用减小,出现心血管容量负荷过重,而发生充血性心衰和肺水肿[8].
朱秋峰等[9]报道的在脊髓麻醉联合硬膜外麻醉中,脊髓麻醉的平面与术中血压波动的幅度直接相关. 肾移植行脊髓麻醉联合硬膜外麻醉,脊髓麻醉平面在t5-7时,既能达到较好的麻醉效果,又能减少不良反应.
传统用ea可完成大部分肾移植手术,但常有麻醉效果不良肌松不完善.这是因为肾功能衰竭患者伴有一定程度的代谢性酸中毒, 使局麻药效能降低. 尿毒症患者硬膜外用药量常比一般患者高25%~30%[10],而在酸性环境中局麻药的毒性却增大[11],故单纯硬膜外麻醉易发生局麻药毒性反应.
综上所述,本研究保证在移植肾开放血流前有充足的血容量的基础上dst?csea对于移植肾动脉血流量及近期肾功恢复并无明显影响. 其起效速度快,术中肌松良好,在手术开始早期血压降低但不影响移植肾功能,并可明显减少患者局麻药的总用药量,可安全用于肾移植手术.
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【关键词】遗传学 实验教学 探索
【基金项目】毕节学院科学研究基金(院科合字G2012011号)。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)05-0240-02
遗传学是重点研究生物的遗传及变异的一门体系非常完整、飞速发展的理论科学(分子遗传、基因工程、分子标记以及杂种优势的研究达到日新月异),在生命本质的探索、整个生物科学的发展过程中有着重大的作用,是整个生物工程类与生物科学类等各专业的专业核心课程,在这些专业的本科教学大纲及计划中占有极为重要的地位;同时也是生活中最为紧密的一门实践性很强的科学,例如在动植物的新品种选育和良种的繁育、人类的疾病预防等方面具有很强的指导作用[1-5]。遗传学理论课程需要通过该课程的实验实践过程来验证,因此,遗传学实验课程也是遗传学课程的重点实践性教学环节。而遗传学实验课程最主要的是学生在掌握理解遗传学实验技术和遗传分析的基本方法的基础上,让学生的分析与解决问题的能力不断提高;同时,也让学生对遗传学无论是在工业、农业、医学等诸多领域的应用推广方面得以掌握,更重要的是可以利用遗传学实验不断探索物种的起源与进化。但在实际的实验教学过程中,仍然会存在诸多问题,因此,本研究就如何更优化遗传学实验教学以及怎样才能更合理高效地培养学生的创新能力进行了分析,并提出一些建议。
1.实验教学的内容与方法
1.1传统的实验教学内容与方法
传统的遗传学实验教学多为验证性的实验,而且大部分都是传统的方式方法,基本上与现代的遗传很少甚至没有挂钩,在当今现代遗传为重点研究对象,且分子研究日新月异的状况下,如果不加以这方面的理解与掌握,很难跟上现代化的步伐。
传统的遗传学实验包括有:孟德尔的豌豆杂交实验、洋葱根尖的减数分裂、蚕豆根尖的有丝分裂等主要为验证性实验,优点在于可以及时的把遗传学理论知识与实践有机的相结合,同时存在着实验内容相对于理论较为充分,很机械的实验,这种实验不能拓展学生的思维,更没有创新的想法。在整个实验教学过程中,始终围绕先由任课教师对实验目的、实验原理、实验材料、方法与步骤、实验注意事项等进行介绍,然后由学生根据教师提供的实验材料,按照教师提供的实验内容、实验方法进行逐一的理论验证,整个过程显得呆板机械化。
而且,即使学生对实验过程已经有了较为详细的了解,但多数教师仍在不断地进行监督与指导,这样很难体现出学生学习实验课程的积极性,在大多数实验过程中照本宣科、敷衍了事的完成实验,根本没有学会怎样去探索实验问题,分析实验机理,这使得实验教学不能对相应的理论课程发挥重要的辅助效果。
1.2 如何提高遗传学实验教学
为更好地发挥学生的创新能力和对实验课程的兴趣最佳化,我们很有必要对遗传学实验课程的教学内容以及教学方法进行适应该校本科生的一些方法与措施,要因地制宜,因材施教的准则来进行遗传学实验的改革。
在实验教学的内容中:可以把基础实验技术、基础验证实验、设计性实验以及综合实验有机结合在一起作为整个遗传学教学过程中的内容。在遗传学实验教学方法过程中:需要不同的实验采用不同的教学方法,致使学生能通过该实验课程进行主动分析理解问题,达到在现实生活中能解决相应的问题。
1.2.1 基本的实验技术及基础实验
基本的实验技术也即是基础的实验技术,包括显微镜的使用方法、实验室常用药品的配置,实验器材的洗涤方法等,这是实验课必备的,所以要求每个学生必须掌握的技能。
基础性验证性实验,主要是以遗传学中经典实验和观察性实验为主,主要是培养学生的基本实验操作以及学生观察能力的培养,目的是用于课堂理论知识的巩固,如孟德尔的豌豆杂交实验,洋葱的减数分裂以及蚕豆的有丝分裂等实验,但这种验证性实验不能调动学生的积极思维,因此,实验课显得枯燥。假如我们尝试性的把验证性实验转变为探索性实验,其教学效果就会显得截然不同。首先,让学生在课前预习实验,上课教师提出部分问题让学生进行思考,再对本次实验的要点及注意事项进行说明,把更多的实践留给学生进行动手操作,再通过相互讨论的方式来解决实验中所出现的问题,最后教师对本次实验课程进行总结。
1.2.2 综合性实验
综合性实验主要是针对果蝇的生活史及单因子杂交、染色体特征的观察等这类实验,是以基本的实验技术以及基础的实验验证的技能相结合的,变单一的实验观察的方法与野外的观测相结合的方法,把传统的染色体核型实验与野外的观察实验相结合的综合实验。先通过学生在野外观察果蝇的生活史,包括卵、幼虫、蛹、成虫的整个过程,让后在结合该特征,在进行果蝇的单因子杂交,首先确定杂交亲本,挑选出雌蝇,然后进行正反交杂交组合,最后把所形成的卵进行生活史与野外观察的对比。这样通过综合性实验,不但让学生掌握了果蝇实验的基础知识,也了解了果蝇的单因子杂交实验,同时让学生了解了孟德尔的分离定律,即是一对基因在杂合状态下互不影响,各自保持相对的独立性,而在形成配子时,就互相分开,并按原样分配到不同的配子中去。更为摩尔根的连锁定律的理解打下了基础。
1.2.3设计性实验
设计性实验也即是探索性实验,是建立在基础性实验和综合性实验的基础之上。只有学生具备一定的遗传学基础知识的掌握、以及基础的遗传学实验操作技能的基础上,才能设计实验方案,在进行野外和实验室相结合的方式完成。通过设计性实验可以培养学生的发现、分析、解决问题的能力,同时也培养了学生的科研创新能力,为学生将来科研之路发展打下了坚实的基础。
2.考核手段与方法
与理论教学相比较而言,实验教学具有实践性、直观性和综合性等特点,在当今提倡综合能力培养的教育条件下,学生的实际动手能力显得尤为重要。但大多数实验教学都是敷衍了事,学生通常不是带着问题做实验,只知道按部就班。为了更好地把遗传学实验课程开好,根据遗传学实验和本校的学生条件,在此,对遗传学实验课程的考核提出如下建议。
2.1 平时成绩的计算
每次实验课平时成绩占整个期末成绩相当的比例,实验课程中实验过程显得尤为重要,因此,实验课程的成绩不单指实验报告的成绩,而是由实验的预习情况、实验的操作过程、问题地解决和发现能力以及实验报告这些方面组成。只有通过以上几方面的考核考查,才能体现出实验成绩的科学性,特别是在实验开始时问题的提出,不仅可以检查到学生的预习情况,而且可以扩散学生的思维方式。
2.2 实验成绩计算方式
不同的实验内容,实验成绩的计算也是不同的,这就要求教师在计算时要科学、灵活,不能以一成不变的方式对待不同的实验内容。在基础性实验过程中,学生的具体操作非常重要,那么实验成绩可以侧重为实验仪器的使用方法和实验方法的熟悉程度;其次是提问检查学生是否按照要求或根据问题进行预习,最后是学生实验完成后在结合实验结果及过程进行提问,达到学生积极学习和解决问题的能力。而对于综合性实验和设计性实验,实验成绩可以侧重点看学生的创新能力和是否具有独立完成实验的能力而定,其次是实验报告。
2.3 期终实验的考核及计算
经过一学期的实验课程的教学,对学生进行一个综合评价。根据遗传学实验课程的内容,可以进行卷面答题与实际操作相结合的方式,也可以根据实验的内容进行野外和室内相结合的考核方式,学生自由组合,自己选题进行实验。教师在根据学生的完成情况给予相应的成绩。
实验成绩为独立的一门课程成绩,不在与理论课融为一次成绩,这样使得学生对待实验课程的态度更为端正、更为积极。
参考文献:
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[2]赵寿元和乔守怡主编,现代遗传学[M].高等教育出版社,2001
[3]杨业华,普通遗传学[M].高教出版社,2004
关键词:微信公众平台;医学遗传学;移动学习
中图分类号:TP393文献标识码:A
文章编号:1009-3044(2020)01-0131-02
随着信息时代的来临,传统的医学遗传学课程体系在教学内容、教学方法和考核方式等方面已经远不能适应信息时代新知识技术所带来的学生学习述求和学习模式的巨大改变。因此,利用多元的信息化技术手段构建新型医学遗传学课程体系势在必行。微信是在移动互联网时代诞生的通信软件,在此基础上又推出了微信公共平台,可以发送语音,视频和图文文件,基于微信公众平台的特点,可以探索一种全新的以学生为中心的动态的教学模式和学习方式,便于学生更好更快地学习知识。
本研究将微信公众平台与医学遗传学教学相结合,改进传统教育教学模式,提高教学效率。学生可以在任何地点、任何时间登录微信公众平台,学习知识,了解资讯,这也符合近些年来教育教学改革中提倡的因材施教基本原则。本课题的研究全部在作者构建的名为“双螺旋部落”的微信公众平台中开展。
1利用平台进行的学情分析
本课题利用微信公众平台在开课前问卷调查,从学生来源、知识储备和教学模式期许三个方面对116名(试验班级n=58,对照班级n=58)高职助产专业学生进行了调查。结果顯示:两个班级中均为高中来源学生少于中职来源学生。在中职来源的66名学生中,共有42名学生入校前就读于医药相关专业,两个班级中的大部分中职来源学生都具有医药相关专业学习的经历,其他专业来源的学生在班级中所占的比例也相当。另外,通过调查发现,实验班级全部58名学生都在使用微信,偶尔使用的仅有13人。实验班级中曾使用过微信公众平台忪众号)有43人。
在教学模式的选择上,实验班级中仅有5人希望教师采取传统教学模式,而剩下的53名学生更为渴望使用多元化的现代教学手段和教学过程融合,有57人愿意在今后的教学中使用微信公众平台做为辅助学习的工具,说明实验班级学生对于微信公众平台的移动学习模式具有较好的心理认同感,这有利于后续教师开展相关的教学活动。
针对以上的调查结果,对于教材中与已学习过的知识重叠的内容,不再占用大量的课堂时间,重复进行讲授,而是通过教师在微信公众平台以文字、图片、音频、视频等形式设计好的学习材料,通过导入与活动任务紧密联系且具有启发性的材料内容,引导学生完成小组任务。课堂中主要提示知识要点,以及进行难点解答,兼顾部分基础较差或没有知识基础的学生。学生完成的作品、实验报告、作业、过程中的心得体会等都可以成为在微信平台上交流、分享的素材。
2课程教学效果调查及考试成绩分析
运用统计学方法评价教学效果,对于采用微信公众平台结合传统教学模式进行教学的实验班和只采用传统模式教学的对照班,开展教学效果专项调查,通过发放调查问卷的形式,调查两个班级的学生在提升学习兴趣、理论联系实际、和拓展知识面等方面的满意程度,进行x2检验,统计结果见表1;另外,收集两个班级的学习成绩,进行t检验,统计结果见表2。
2.1课程教学效果调查分析
满意度调查的12个项目中,其中有10个项目实验班级与对照班级经过统计分析后差异显著。他们分别是:对课程的综合评价、提高课程学习兴趣方面的评价、增强学习积极主动性方面的评价、加强团结协作的能力,培养团队意识方面的评价、扩大知识面方面的评价、理论联系实际,促进学以致用方面的评价、激发探就能力方面的评价、培养医学健康观念和促进专业认知方面的评价、对教师在本门课程中使用的教学方法的评价以及是否支持教师以后继续使用该教学方法的评价。以上数据表明:微信公众平台辅助医学遗传学教学具有较好的效果,通过课前推送微课、课外知识等学习材料,提高了学生对于该课程的学习兴趣增强了他们的学习主动性以及扩大了他们的知识面;在课后,通过微信公众平台的智能答疑功能、章节测试以及展示学生小组作业等方式,培养了学生的团队协作能力、促进了学生理论联系实际,提升了学生对于专业的认知。
但在提高个人语言表达能力方面、增强应变能力和心理素质方面的评价中,经过统计分析,尚不能认为两个班级的满意度之间存在差别。语言表达能力、应变能力和心理素质的提高需要较长时间的训练和培养,以上数据说明:经过一个学期的学习和使用,微信公众平台辅助医学遗传学的混合教学模式还不能够让学生在这两方面获得明显的提升。这也将成为医学遗传学微信公众平台在今后的教学使用中的一个可以努力和改进的方向。
2.2课程考试成绩分析
通过对实验班级和对照班级的期末考试成绩进行统计学分析,实验班级相比对照班级差异显著,说明实验班级的考试成绩优于对照班级,将微信公众平台用于医学遗传学教学能提升学生学习成绩。在本实验中,结合微信公众平台的混合教学模式比单一的传统模式在提高学生学习成绩方面具有更大的优势和更好地教学效果。
关键词:学科教学知识(PCK);孟德尔遗传定律;遗传因子的发现
中图分类号:G633.91 文献标识码:A 文章编号:1009-010X(2013)02-0069-04
一、问题提出
斯坦福大学教授舒尔曼(LeeS.Schulman)在1985年的美国教育研究委员会例会上提交的一份研究报告,首次提出了PCK(pedagogical content knowledge)的概念。该报告于次年在美国教育研究协会会刊《教育研究者》上正式发表。此后,国外一些学者对该概念的内涵与意义进行了跟进和探讨,论述较多,但歧见犹存。
PCK在国内被翻译为“学科教学知识”或“学科内容教学化知识”。我国教育界近些年对这一概念给予了关注和重视,文献检索发现:PCK出现的频率正在逐年攀升,已经由早期的一般性评介转为学科化应用。但生物教育研究文献鲜有涉及,有关中学生物学科PCK的文献检索结果为零。
早在1972年,学者Aspy和Silverman在一项研究中发现,教师的课堂教学行为与教师拥有的教育学、心理学知识之间没有明显的相关性。此后的1974年,另两位学者Dunkin和 Biddle则对教师的学科知识与学生成绩之间的关系进行了研究,结果表明,教师的学科知识与学生成绩不存在统计学上的相关性[1] 。也就是说,对生物教师而言,教师对生物科学专业知识掌握的多少也与学生学习成绩之间没有直接关系。
学科教学知识的基本内涵或核心价值就在于“基于学生立场,实现知识转化”。具体到生物学科,那就是教师要善于将生物科学的学科逻辑转化为学生学习的心理逻辑。生物教师的PCK不是单一的生物科学专业知识,也不是跨越学科的一般教学法知识,而是二者的有机融合。可以说,生物教师的PCK是生物教师独有的和使教学最有效的知识,也是区别生物教学专家与生物学科专家、专家教师与新手教师的知识。因此,从PCK的角度来研究生物教师和生物教学,对促进教师专业发展和提升教学的有效性具有重要的现实意义。
二、研究方法
采用文献分析法,并辅以访谈法。主要运用一定的分析框架对生物教师及其教学设计文本、PPT课件和视频课录像进行质的研究。同时,对其中一些资料不全者追加访谈。
(一)文献来源
采用专家教师案例。这些案例来自于一些专家型教师有关“孟德尔遗传定律”话题的文字或视频资料。这些专家教师都具有高中生物学科的中学高级教师职称,教龄超过15年,均为地市级以上学科带头人或骨干教师。
本研究所采信的案例具体包括:①北京柳老师的《高中生物“遗传的基本规律”教学研究》,载于“广东省2011年普通高中教师职务培训”培训平台;②广州市朱教师、佛山市李教师和江门市刘老师的《遗传因子的发现》的说课稿、教学设计或课堂教学现场。
(二)分析框架
舒尔曼理论的继承者格罗斯曼(P.L.Grossman)在1990年对PCK的内涵进行了操作性解释,认为教师的PCK由4部分组成:①关于一门学科的统领性观点(关于学科性质的知识和最有学习价值的知识);②关于学生对某一课题理解和误解的知识;③关于课程和教材的知识(特定学习内容在横向和纵向上的组织和结构的知识);④特定主题教学策略和表征的知识[2]。同时,William R.Veal和James G.Makinster将PCK划分为普通、学科和话题3种基本类型,并对话题PCK的内涵进行了进一步阐释。
综合前人的内涵分析,本研究将孟德尔遗传定律话题PCK内涵确定为五个维度:①本话题的教育价值;②本话题的核心内容及其联系;③本话题的任务和目标;④本话题的前概念和学习困难;⑤本话题的教学策略。
本研究就是借鉴上述分类框架,结合文献和案例研究,对人教版高中生物课程中的“孟德尔遗传定律”话题进行PCK内涵分析。
三、研究结果
本话题在人教版教科书中的课题名称为《遗传因子的发现》,属于必修二《遗传与进化》的第1章(开篇章节),为4~5课时。这里从上述五个维度,对孟德尔遗传定律话题呈示PCK分析结果。
(一)孟德尔遗传定律话题的教育价值
首先,本话题包含较多专业名词术语,可以为后续学习奠定知识基础。
本话题涉及一些重要的遗传学基本概念,包括遗传因子、性状、相对性状、显性性状、隐性性状、性状分离、自由组合、杂交、自交、测交、正交、反交、纯合子、杂合子、基因型、表现型、完全显性、不完全显性等,还包括遗传图谱和遗传实验分析图解等。所以,本话题建立的概念体系能够为后面学习摩尔根实验和伴性遗传提供知识基础和认知支架。
其二,本话题包含重要的科学探究方法,有助于培养学生的科学思维。
孟德尔运用“假说-演绎法”,发现了生物遗传的基本规律。孟德尔所采取的是一种完全不同于达尔文博物学模式的“实验生物科学模式”,从科学假设出发,用科学实验来检验假设,用数学方法来显示、分析和预测实验结果。
孟德尔在观察和分析基础上提出问题,再通过推理和想像提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的。这就是“假说-演绎法”。
此外,本话题还涉及到单因子实验(一对相对性状的杂交实验)和多因子实验(两对相对性状的杂交实验)等科学实验方法,特别是用自由组合定律的研究来渗透多因子实验的思想,在高中生物课程中具有重要价值。
其三,本话题包含重要的科学史料,有助于对学生进行科学品质的培养。
《遗传与进化》模块教科书是以人类对基因的本质、功能及其现代应用的研究历程为主线展开的。孟德尔的工作属于开创性的,了解孟德尔所处的年代以及当时的研究背景,能够更深刻地体会孟德尔遗传定律的重要价值。
教科书基本按照人类认识发展的历史进程来安排,从孟德尔到摩尔根再到沃森和克里克等。这样既展示科学的过程与方法,又体现个体水平、细胞水平、分子水平的遗传学知识的内在逻辑联系;既能引导学生不断提出问题,分析和解决问题,尝试像科学家那样进行解释和推理,又能从众多科学家表现出的科学精神、科学态度等优秀品质中获得感悟。
4位教师的内涵分析均涉及上述3个方面的内容,但清晰程度有所不同,其中1位教师的分析具体而全面。
(二)孟德尔遗传定律话题的内容及其联系
一是关于本话题的内容及其内部结构。
本话题以孟德尔发现遗传因子为主线。孟德尔遗传定律包括基因的分离定律和自由组合定律,前者研究的对象是一对相对性状的遗传规律,是后者的基础;后者是研究两对及多对相对性状的基因在不同对的同源染色体上的遗传规律,是前者的延伸和发展。其内容和结构图解如下:
图1 本话题的内容及其联系(柳忠烈,2011)
二是关于本话题与前后话题的外部联系。
前面学习过的细胞结构和有丝分裂等内容是本话题的细胞学基础。同时,本话题有关遗传因子在亲子代之间传递规律,有助于学生按照人类认知发展过程,来进一步从细胞水平和分子水平学习遗传规律,即教科书的第2章《基因和染色体的关系》和第3章《基因的本质》。基因的分离规律是学习自由组合规律、摩尔根实验和伴性遗传的重要基础,自由组合规律则是学习生物变异和遗传育种的重要基础。
本话题的内容是学习后续话题的基础,后续话题的内容则是对本话题的拓展和深化。教科书对《遗传与进化》模块内容的定位,是力求让学生从基因水平来理解生物的遗传和进化。随着人们对遗传和进化的认识深入到基因水平,遗传从本质上说是基因的代代相传,可遗传的变异从本质上说是生物体基因组成的变化,进化过程中物种的形成从本质上说是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。
4位教师的内涵分析均涉及上述2个方面,其中2位教师对第二部分的分析略显不够全面和具体。
(三)孟德尔遗传定律话题的任务和目标
课标在本话题的具体内容标准包括“分析孟德尔遗传实验的科学方法”和“阐明基因的分离规律和自由组合规律”,活动建议为“模拟植物或动物性状分离的杂交实验”。 结合教材内容和学生实际,我们可以将上述课程目标转化和细化为如下教学目标:
知识目标:简述豌豆作为遗传实验材料的特点;简述孟德尔一对和两对相对性状的豌豆杂交实验过程;简述孟德尔的科学假设及演绎推理,演绎结果的验证过程及结论的获得过程;阐明分离定律和自由组合定律的基本要点;运用分离定律和自由组合定律解释一些遗传现象。
能力目标:模仿母本去雄、套袋隔离和人工辅助授粉等杂交操作过程;学会用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测;学会用假说-演绎法进行生物学问题的研究;能够运用测交原理设计实验验证显性个体的基因组成;学会用规范的遗传图解对遗传现象进行合理的解释;学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题;学会利用孟德尔定律设计遗传学实验方案。
情感态度价值观目标:通过孟德尔等科学家的生平事迹,认同科学家严谨、创新、质疑等科学品质;感悟孟德尔成功的原因及杰出的贡献;体验实验材料选择、数据分析对生物学研究的重要意义。
在上述目标中,教学重点应放在以下几个方面:孟德尔实验现象的分析、假说的提出、假说的演绎、假说的验证及结论的获得;学会用孟德尔定律解决遗传育种和医学实践中的一些问题,设计遗传学实验方案。
4位教师对知识目标的设计和重点目标的确认基本相同,但对能力目标和情感态度价值观目标的设计则表现出明显的差异。同时,有3位教师对教学目标的表述存在明显缺陷,包括3个维度的区分、目标层次的把握和行为动词的使用都有不足。
(四)孟德尔遗传定律话题的前概念及学习困难
学生已具有的基础:日常积累的有关生物性状和性状分离现象等生活经验,初中生物所学有关分离规律等初步的遗传学知识,高中生物所学有关细胞结构和细胞分裂等细胞学知识。
学生学习难点主要包括:孟德尔实验现象的分析、假说的提出和演绎、假说的验证及结论的推导;用概率学知识分析实验结果及对未知结果进行预测;用假说-演绎法进行生物学问题的研究。
下面是关于学习中存在的常见问题及其教学建议:
一是概念繁杂导致难以准确把握,进而影响对遗传定律的理解和应用。
概念多,且是第一次接触,容易混淆。建议将这些概念的学习放在孟德尔实验过程的学习中进行,同时注意进行比较,通过对比帮助学生理清概念之间的区别与联系。
二是不善于用概率的思想指导实验分析和问题解决。
孟德尔定律是统计学的定律,是概率的定律。因而概率思想必须渗透到教学中,帮助学生用概率的思想去理解和应用孟德尔定律。抛硬币及其相关概率的计算是学习的必要基础,同时应注意反复渗透和讲练结合,要不断地在实验分析和问题解决的过程中强化概率思想。
三是遗传学知识的综合应用能力欠佳,常常影响对新情境问题的解决。
对于缺乏遗传学背景知识的学生来讲,遗传学始终是比较抽象的内容,遗传学知识的应用始终是教学中的难点。分析和解释某些遗传学现象是孟德尔定律学习的拓展和延伸,认识和解决问题的基础就在于孟德尔定律的教学。一方面,教师应注意带领学生沿着科学家思维的轨迹来分析和思考问题;另一方面,学生缺少遗传育种方面的感性经验,教学可以逐步由简单到复杂渗透遗传学实验设计和遗传育种方面的应用。
四是思维训练的缺失,导致对“假设-演绎法”的理解和应用难以深入。
学生不善于运用“假设-演绎”的思想来演绎孟德尔实验的研究过程和指导实验的设计。为解释植物杂交试验现象,孟德尔提出了一系列天才般的假说。而这些假说又很好地解释了3∶l和9∶3∶3∶1的实验结果。测交后代的表现型及其比例真实地反映出子一代产生的配子种类及其比例,根据子一代的配子型必然地可以推导其遗传组成,揭示这个奥秘对演绎推理的论证过程起到画龙点睛的作用。孟德尔的这一系列假说现在已被科学实验证明是完全正确的。
五是对孟德尔定律的理解深度不够,面对某些遗传特例时常常不知所措。
高考中越来越重视利用一些遗传特例来考察对基因分离定律和自由组合定律的理解。这些遗传特例往往会产生一些经典孟德尔比例的变形比例,如3∶1变形为2∶1,9∶3∶3∶1变形为9∶6∶1等。教师可以利用复习课对此进行说明和例析。
4位教师对学生学习困难的相同认识集中在前两项,后面三项则表现出明显的个性化差异,不同教师的看法不尽相同。
(五)孟德尔遗传定律话题的基本教学策略
上面针对学生的学习困难呈示了相应的教学策略,下面是一些关于本话题的整体教学策略:
一是采用问题导学,通过引导学生质疑和推理来组织本话题的教学。
二是遵循“学习实践创新”的基本思路,注意适当介绍孟德尔发现遗传规律的过程,让学生领悟到孟德尔的成功离不开坚实的知识基础、持之以恒的实验探索和勇于创新的科学精神。
三是要重视实验的演绎推理,用科学方法教育来统领教学的全过程,渗透“发现问题提出假设验证假设 总结规律”的科学思维方法。
四是采用“原型模型原型”的思路组织模拟实验的教学,并将模拟实验与孟德尔的豌豆杂交实验结合起来以突破教学难点。
4位教师对上述整体教学策略有相同或相似的看法,但具体操作和实施细节上又明显地呈现出各自的教学特色和偏好(限于篇幅,不一一列举)。
四、小结
PCK内涵分析不失为一种有效的教研活动方式,既为传统的教学研究注入了新的元素,也为教师专业发展找到了新的增长点,更为打造高效课堂提供了重要的支撑力。
本研究认为,专家教师的话题PCK内涵十分丰富,且具有个性化特点。一方面,这些教师对孟德尔遗传定律话题教育价值的理解、对教材内容及其前后联系的把握、对教学任务的界定和教学目标的设计,具有诸多相似的看法,表现出较为明显的趋同性。另一方面,这些教师对学生学习困难的把握、对教学策略的运用,又具有个性化的特点,表现出一定的差异性。总体而言,研究显示,这些专家教师均具备良好的学科基础、经验积累和教学智慧,能够较好地将本话题的生物学知识与教学原理结合起来,在一定程度上实现了学科内容的教学化和心理化。
同时,这些专家教师的话题PCK也存在一些不足,主要是对有关三维教学目标设计的把握不够准确和到位,在将生物学知识转化为学生容易理解的知识方面还有进一步提升的空间。
需要说明的是,本研究是一个新的尝试,仍有待于进一步深化。建议继续对中学生物教师的PCK进行系统和持续的观察和研究,比如通过面对面访谈了解生物教师PCK的个体性差异,通过问卷调查对专家教师与新手教师的PCK特质进行对比分析,通过文献分析和课堂观察对优秀教师的PCK进行提炼和总结,或者通过教师校本行动研究对某些重要话题进行PCK内涵分析。
参考文献
关键词:油菜;三隐性核全不育系;临保系;优势
中图分类号 S565.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2017)05-0066-03
国内报道的油菜细胞核不育类型主要有双基因隐性核不育[1-3],该不育系应用的一个最大障碍就是制种时要在其开花期拔除50%的可育株,不但影响制种产量和种子纯度,还增加了制种成本。如何解决这一问题已成为多年来油菜育种界研究的热点。
陈凤祥等[7]报道了甘蓝型油菜隐性核不育系9012A的不育性受2对隐性重叠基因和1对隐性上位抑制基因互作控制[5],并找到了能100%保持其不育性的临时保持系[6],初步实行“三系”配套,克服了传统“二系法”制种时需拔除50%可育株的难题,为隐性核不育杂种优势利用开辟了一条新途径。陈凤祥等[7]提出的隐性上位互作遗传假说,可以从存在隐性互作的杂交组合后代群体中分离出纯合三隐性完全保持系。这种保持系自交后代不分离,与纯合不育株测交后代植株100%表现不育,但与全不育系回交后代则只出现50%不育株,把这种保持系称作临保系(TAM)。根据遗传分离规律,在存隐性互作的杂交组合F2代中可育株和不育株的分离比例有3∶1,15∶1,13∶3和61∶3等情况,在13∶3和61∶3分离的小区中可育株套袋自交并且分别与不育株一对一测交,可从中找到临时保持系;在3∶1和15∶1分离的小区中进行兄妹交,能找到纯合两型系,从而完成三系配套。
1 材料与方法
1.1 材料 2004年汉中农科所引进三隐性细胞核不育三系杂交种向农03(上海市农科院周熙荣先生惠赠)作为分离对象。
1.2 方法 2005年春季在F1群体中选择200个优良单株套袋自交,收获后进行品质分析。2006年春季在F2代株系中调查育性分离情况,筛选出4个育性分离为13∶3的株系,在这4个株系中选择可育株大量套袋自交,并且与株系中的不育株成对测交。
2 结果与分析
2.1 选育纯合两型系13AB 图1显示:2007年观察了165份可育株自交后代及其成对测交(兄妹交)组合的育性表现,发现2个全不育组合,对应父本自交不分离。据此鉴定并分离出了2个临时保持系,记为TAM-1、TAM-2。在组合分离中同时发现了5个育性分离比例1∶1的株系,对应父本自交育性分离比例3∶1,由于在1∶1系中不能确定其纯合或杂合,因此,继续在1∶1的组合内选不育株与可育株成对兄妹交,相应可育株套袋自交,不育株同时与临时保持系测交;在2个临时保持系中继续套袋自交。2008年春,结合上年兄妹交与测交组合以及相应可育株自交的鉴定结果,筛选出2个兄妹交育性分离1∶1,与临保系测交全不育,可育株自交分离3∶1的组合即纯合两型系,随后继续在组合内兄妹交―自交―兄妹交,严格进行品质改良,稳定纯合两用系的双低品质。至2010年育成稳定纯合两型系13AB。
2.2 临时保持系4081-1的选育 图2显示:与纯合两型系13AB配套的临时保持系4081-1的选育,观察了165份可育株自交后代及其成对测交(兄妹交)组合的育性表现,发现2个全不育组合,对应父本自交不分离。据此鉴定并分离出了2个临时保持系。以纯合两型系中的不育株与配套临时保持系杂交得到全不育系SY13A。之后扩大群体对其品质和农艺性状进行连续4代选择,使双低品质和农艺性状达到稳定一致。
2.3 隐型上位基因互作核不育三系繁殖、制种模式 图3显示:甘蓝型半冬性上位互作细胞核全不育系油菜SY13A的不育性受2对重叠基因和1对上位基因共同抑制。当2对基因为隐性纯合体(m1m1m2m2),另1对互作基因为显性纯合体(RR)和杂合体(Rr)时,植株表现不育(m1m1m2m2RR或m1m1m2m2Rr),其不育纯合体相应的临保系基因型为3对隐性纯合体(m1m1m2m2rr)。利用纯合两型系中的不育株(m1m1m2m2RR)和可育株(M1m1m2m2RR或m1m1M2m2RR)成对兄妹交可产生纯合两型系(M1m1m2m2RR或m1m1M2m2RR)和纯合不育系(m1m1m2m2RR),利用纯合两型系中的不育系(m1m1m2m2RR)和临保系(m1m1m2m2rr)杂交可获得全不育系(m1m1m2m2Rr),全不育系与恢复系(M1M1_ _或M2M2_ _)杂交可获得全可育杂交种,从而将隐型核不育系SY13A的三系杂交种应用于生产。
3 讨论
甘蓝型油菜隐性上位互作核不育系具有恢复源广,配组自由,易于选配强优势组合,易于转育,育性稳定,可避免不育胞质可能存在的负效应和细胞质单一化的潜在危险等优点[8],更为重要的是解决了隐性核不育两型系制种时拔除不育系中50%可育株的难题,提高了制种产量,降低了制种成本,保证了制种纯度,在杂交油菜育种方面具有显著的优越性。此外,还有学者做了相关研究,如陈大伦等[9]对甘蓝型油菜隐性上位细胞核雄性不育纯合两型系、临保系和全不育系的转育方法进行了介绍.其要点是先转育隐性上位细胞核雄性不育纯合两型系,然后再通过回交转育主要农艺性状与纯合两型系相近或完全一致的相应的全不育临保系;陈芝能等[10]甘蓝型油菜双隐性基因细胞核+广恢型细胞质雄性不育(RRGCMS)三系综合了RM 5637A细胞质雄性不育和双隐性基因细胞核不育的优点;董发明等[11]通过对甘蓝型油菜隐性细胞核雄性不育系9012AB及其临保系T45与来源不同的几个自交系和常规品种杂交和测交后代的遗传分析,提出了隐性细胞核雄性不育系9012AB的新遗传模式;李婧婧等提出[12]9012AB是甘蓝型油菜隐性上位细胞核雄性不育两型系,其育性受2对隐性重叠不育基因(ms3ms3ms4ms4)和1对隐性上位抑制基因(espesp)互作控制。
参考文献
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