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关键词:遗传学;教学改革;课程群;
随着现代生物科学技术的发展,遗传学已成为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一,是生命科学中各门学科的核心,它的分支几乎扩展到生命科学的各个研究领域.目前,在生物学各专业的教学中,普遍存在着知识老化,课程体系陈旧,如遗传学和细胞生物学、生物化学、基因工程、基因组学、分子遗传学等课程之间存在着部分内容重复等一系列问题.显然,当前的课程体系已不适应高等学校生命科学教育的要求.如何突出遗传学主干课程,实现课程体系的整合、优化,不同课程间知识的融通和衔接,以此组建口径宽、方向灵活的课程群,加强学生创新意识和创新能力的培养,以增强学生的适应性和竞争力,培养学生的个性特长、能力特长以及继续学习的能力,形成终身学习的观念,是摆在我们面前值得思考的问题.我们从遗传学课程入手,对遗传学课程群进行了初步的思考,重新设置和实践,目的是实现课程体系的整合、优化,培养符合现代社会要求的创新型、复合型人才.
1遗传学课程群内课程设置的基本思路
遗传学课程群内课程设置的基本思路就是围绕“一个中心,三个方向”的原则,以普通遗传学为核心课程,兼顾三个方面的内容.基本框架如图1.
“一个中心”就是以普通遗传学为核心课程.遗传学是一门生命科学所有专业的重要基础课,要求全面系统地介绍遗传学的基本原理、分析方法及现代遗传学发展的最新成就.在教学中,要始终贯穿遗传物质的本质、遗传物质的传递和变异、遗传信息的表达与调控这一主线,使学生在群体水平、个体水平、细胞水平和分子水平的不同层次上对遗传学有比较全面、系统的认识,并能应用其基本原理分析遗传学数据,解释遗传学现象,并对遗传学各分支学科有一个基本的了解.
“三个方向”是以遗传学分支学科、反映现代遗传学发展的学科及遗传学普及性学科为遗传学内容细化、深化和普及的三个层面,主要包括以下内容:
一是遗传学分支学科的内容,主要包括《群体遗传学》、《微生物遗传学》、《细胞遗传学》等课程,以专业选修课的形式开出,主要目的是根据学生的兴趣和爱好,深入学习遗传学各个分支学科的知识.如《群体遗传学》是研究在自然选择、基因漂变、突变以及迁移四种进化动力的影响下,等位基因的分布和改变.它是在群体水平上研究种群的分类、空间结构等,并试图解释诸如适应和物种形成现象的理论.《微生物遗传学》是以病毒、细菌、小型真菌以及单细胞动植物等为研究对象的遗传学分支学科.《细胞遗传学》是遗传学与细胞学相结合的一个遗传学分支学科,主要是在细胞和染色体水平上研究.
二是反映现代遗传学发展的学科,如《基因工程》、《分子遗传学》、《基因组学》.这三门课程都是在普通遗传学基础上开设的专业选修课程,目的是与现代遗传学的发展接轨.如《分子遗传学》(moleculargenetics)的主要内容为基因的结构、复制和转录以及转录后调控、翻译,基因突变,DNA的复制、修复,原核与真核生物的基因表达调控,是在分子水平上进行的研究.此课程为生命科学各专业本科生的学科基础课,也可作为研究生的专业选修课.《基因工程》(geneengineering)主要介绍基因操作的主要技术原理,基因操作的工具酶,克隆载体,目的基因的分离方法,重组体的构建及导入,克隆基因的表达与检测,基因工程研究进展,存在问题及新策略等内容,使学生具备基因工程方面的基本知识和掌握其操作技术.《基因组学》(genomics)是对所有基因进行基因组作图,核苷酸序列分析,基因定位和基因功能分析的一门科学.主要讲述生物基因组的基本结构和组成、基因组内基因的表达和调控、遗传图谱与物理图谱、基因组测序、基因组序列解读、染色体的结构与基因表达调控、基因组的复制、基因组进化的分子基础、基因组进化的模式、分子系统发生学等内容,并讲述人类基因组计划的全过程以及由此引发的道德伦理和法律问题,系统向学生讲授基因组学研究的基本内容及相关进展.通过该课程学习,使学生了解结构基因组学和功能基因组学的重要研究领域、热点问题与发展趋势,以及国内外研究现状与进展.
三是遗传学普及性的内容,此类课程为遗传学的平行课程,以公选课的形式开出,主要目的是普及遗传学知识,提高人口质量和全民素质.我们针对非生物专业的学生开设了《人类遗传学》和《遗传与优生》两门课程.《人类遗传学》主要讲述人类在形态、结构、生理、生化、免疫、行为等各种性状的遗传上的相似和差别,人类群体的遗传规律以及人类遗传性疾病的发生机理、传递规律和如何预防等内容,使学生掌握人类遗传学的基本概念和主要研究方法.《遗传与优生》主要讲述什么是遗传病,遗传病对人类的危害,人类的染色体和染色体病、基因和基因病、肿瘤与遗传、人类代谢和发育中的遗传学问题、优生学的基本概念、影响优生的因素,优生的措施等.这两门课程都注重贴近生活,贴近社会,从剖析青年学生关注的问题入手去介绍人类遗传与优生的基础理论和基本知识,使学生能够在轻松、顺畅且饶有兴趣的学习过程中获益.对于医疗保健事业和人群遗传素质的改进具有重要意义.
2遗传学课程群内课程内容整合的思路
为解决遗传学的迅速发展及新知识、新技术不断出现与遗传学教学时数减少这一矛盾,我们通过建立遗传学课程群体系,协调课程群内各门课程的关系,尽量减少重复内容,对于学习遗传学的有关基础知识,如核酸的结构和特征在先修课程《生物化学》中介绍,染色体的结构,细胞周期等在细胞生物学课程中介绍,概率和统计学知识在生物统计学课程中介绍.而对于遗传学各分支学科的深入讨论,将在细胞遗传学、群体及数量遗传学、分子遗传学、基因组学、基因工程、生物信息学等课程中介绍.
3遗传学课程群内实验课程整合的思路
遗传学课程群内主要设置了遗传学实验和分子遗传学大实验,遗传学实验是为了配合遗传学的教学而开设的一门实验课程,其设计思想是:1)配合遗传学的教学,巩固和加深对遗传学知识的理解;2)适应现代遗传学的发展,让学生掌握现代遗传学研究所必需的基本实验技术;3)开设综合性、设计性和创新性实验,鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验.目前已形成具有基础性实验、提高性实验和具有综合性、研究创新性、开放性实验的不同层次的遗传学实验教学内容体系.鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验,实验室已对学生部分开放,并实施了自选实验考试法[1].学生在此过程中得到了很好的科研训练,部分学生在本科阶段就写作并发表了论文,充分体现了遗传学课程教学改革的特色.例如,结合本科毕业设计,我们编制了“遗传学试验的计算机模拟”软件[2],增强了学生对遗传学基本概念和基本原理的理解,而且也增加了学生对计算机应用于生命科学研究的兴趣.我们开发设计了“遗传学实验显微图像演示系统”[3],建立了遗传学实验图像库,学生在实验前可以方便地检索观察实验中可能出现的各种图像,大大提高了实验效率.通过遗传学实验的培训,学生具备了一定的设计和综合创新的能力,在此基础上,进入分子遗传学大实验的学习.而分子遗传学大实验的设计整合了分子遗传学和基因工程两门课程的实验内容,既涵盖了分子遗传学的基本实验技术,也体现了现代分子遗传学发展的新方法、新技术.实验通过DNA提取、扩增、检测,到目的基因的获取、重组、转化、分子杂交等系列性实验,使学生不仅掌握了现代生物学分析技术,也培养了学生的动手能力和独立设计实验的能力,更实现了理论类课程与实践训练类课程的有序衔接,同时完善了学生从认知实践到科研实践的创新精神培养体系.
4遗传学课程群实践基地的建设
仅有书本上的知识是不够的,遗传学课程群内的课程具有很强的实践性,专业知识与生产实际相结合的综合性教学是实践教学环节不可缺少的重要一环.为此,我们通过认识实习和生产实习等手段加强课程知识的掌握.利用地域优势,与中国农业科学院徐州分院、江苏省药用植物重点实验室、江苏维维集团等建立长期稳定的合作关系.如,我们在讲解“三系配套”时就带领学生到中国农业科学院徐州分院参观学习、实地学习如何进行“三系配套”的操作,加深了对理论知识的理解.通过专业实践,拓宽了学生的视野,培养了学生分析问题、解决问题以及开拓创新的能力,增强了学生的事业心和责任感.
5遗传学课程群教学方法和教学手段改革之思考
1在教学中发现的问题
遗传学实验是我校生物技术专业的重要基础课,是遗传学理论教学的延伸和重要补充,是理论与实践相结合的教学过程,担负着培养学生实验技能的任务[8]。在长期的教学和与同行的交流中发现,在我国长期的高等教育模式下,遗传学实验课教学存在诸多弊端,极不适应学科本身的发展需要。具体表现在:
1.1实验教学对理论教学的比重偏小长期以来,遗传学实验课的内容、进度都要服从理论课的教学进展,实验教学视为课堂教学内容的验证和加深,忽视了实验课是培养学生发现—分析—解决问题能力的重要环节,是培养学生创新能力的重要环节。近年来,随着遗传学的迅速发展,教材内容越来越丰富,信息量越来越大,而总课时数却没有增长甚至处于压缩状态,使得教学内容和时间上存在较大矛盾,为了完成教材内容的完整讲授,教师不得不减少实验课的课时数,目前遗传学的总课时量多为72—80学时,理论教学的课时量多为48学时,实验课的课时量一般为24—32学时。
1.2实验内容陈旧,验证性实验比重过大由于教学理念的滞后和长期对实验教学的重视不够等原因,所开设的遗传学实验内容不合理。染色体操作为代表的经典遗传实验内容与分子及群体遗传实验脱节。有关有丝分裂、减数分裂、孟德尔遗传规律、伴性遗传规律等经典实验比重过大。内容单一具体的验证性实验多,综合性、设计性和创新性实验少,缺乏创造性,不利于学生创新能力的培养。另外,遗传学实验中分子遗传学方面的实验内容过少,与遗传学的发展严重脱节。
1.3受课时限制,学生无法完成实验周期长的实验一些实验由于实验周期长,只能由实验员和学生共同完成,经常发生学生对于实验内容一知半解的现象。例如植物有丝分裂过程中染色体行为的观察,材料的预处理、固定和解离需要一上午的时间,由于课时限制,这部分实验往往由实验员老师完成,学生则从切取分生组织薄片开始进行染色、压片和显微镜观察。学生往往对材料的处理理解不深刻,在分析实验结果时对预处理、固定和解离的影响分析不足。
1.4教学手段和考评形式单一遗传学实验课的教学仍然沿用教师先讲解、学生按实验指导书操作的模式,考评则主要以实验报告的成绩为依据,而实验报告的抄袭情况日益严重,不足以衡量学生实验完成的水平。
2理清思路,多方位教学改革
2.1整合、优化和拓展实验内容
2.1.1整合经典遗传学实验内容、适度增加分子遗传学实验内容我们赞同前人将以往多个内容比较单一、具体的遗传学验证性实验划分成4个实验模块:果蝇经典遗传、细胞遗传、分子遗传综合实验等3个必修实验模块及群体遗传综合实验选修模块[9]。将单因子的遗传分析、果蝇观察与饲养、果蝇伴性遗传分析整合成一个6~时(2~3次实验)的综合性实验作为经典遗传学模块;将根尖有丝分裂的制片技术、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、植物多倍体诱导技术整合成时的综合性实验(3次实验)作为细胞遗传学模块;分子遗传学模块的综合实验拓展为DNA的提取、琼脂糖电泳技术、PCR扩增技术、DNA指纹的遗传分析、生物性别决定的遗传分析等。
2.1.2实验材料多样化在生物学实验中,材料的选择非常关键,因为其好坏直接影响实验结果。教材中所选用的材料多是作者总结得出,但在实际操作中,常常由于地域气候和材料种质的差异造成不便和误差。因此,我们可以尝试用易得的常见材料来做实验,实现材料的多样化,在课程中让学生对材料进行选择,并通过实验结果分析材料的优缺点。例如,在植物染色体核型分析时,可向学生提供材料如大豆、小麦、大麦、玉米、绿豆、大蒜等根尖,让学生自行选择至少2种材料进行实验,并通过对自己所做实验结果的比较,找出植物染色体核型分析的最佳材料和简便的实验方法,培养他们实验分析和总结能力。事实上,在多年的实验中我们发现简单易得的大蒜根尖用于核型观察效果非常好。
2.1.3增加综合性、设计性实验教学内容教育部“关于加强高等学校本科教学工作,提高教学质量的若干意见6”中要求高校开出一批新的综合性、设计性的实验,创造条件使学生较早的参与科学研究和创新活动。以此为指导思想,我校在遗传学实验中加大综合性、设计性实验的比例。如在分子遗传学模块中,DNA提取—琼脂糖电泳技术—PCR扩增“三部曲”即是一个典型的综合性分子生物学实验,基于此的植物分子标记技术(ISSR标记)和鸟类(鸡)的性别判定等综合性实验效果都非常好。学生们普遍对亲缘关系的遗传分析比较感兴趣,DNA指纹的遗传分析就是一个很好的设计性实验,可以引导学生收集感兴趣的植物、动物、人的DNA样本进行遗传分析,深入了解遗传标记的应用。
2.1.4将教师的科研项目转化成综合性实验项目随着高校科研工作的日益发展,不少教师都承担着一定的科研项目,其中一些研究内容可适当转化成教学实验内容,不仅可以让学生了解到学科发展的前沿,还可以提高学生的科研兴趣。作者将所承担科研项目中的部分内容“沙棘种质遗传多样性的分子标记分析”以综合性实验方式引入到遗传学实验教学中,取得了良好的效果。
2.2实验室建设方面
2.2.1仪器设备的更新及添置近几年,随着“中央级普通高校改善基本办学条件专项资金”的资助,我校本科教学实验室的仪器设备等条件得到一定的改善,如生物显微镜得到进一步更新(新添进口Olympus显微镜),PCR仪、微量移液器、低温冷冻离心机等仪器已经能够满足遗传学实验的要求,并且已经开始申报显微镜成像系统、凝胶成像系统、梯度PCR仪等高端的仪器进入学生实验室,相信不久的将来学生不需要用手机对显微镜下的观察结果进行拍照,用于琼脂糖凝胶电泳观察的紫外分析仪则被凝胶成像系统取代。
2.2.2设立开放实验室,制定开放实验室的管理细则,提高其使用率解决实验流程长与实验课时有限之间矛盾的有效方法就是设立开放实验室。根据专业特点,开设生物技术综合性开放实验,并制订开放实验室管理细则,委派专门的教师和学生管理仪器、卫生等,学生自我管理为主,教师监督为辅。实施开放实验室后,一些周期长的实验(例如:植物有丝分裂过程中染色体行为的观察)学生能够全程完成,打破老师代做的常规。设立开放实验室后,在合理安排的前提下,学生对实验的兴趣和主动性明显增强,在仪器的使用和动手能力等方面进步很快。一些重要仪器的使用率明显提高,例如冷冻离心机、PCR仪等。
2.3以学生课外活动为载体,延伸课堂教学近几年,我国越来越重视对大学生创新能力的培养,每年国家级、省级和校级大学生创新创业训练项目的申报就是一个例证。越来越多的大学生以团队的方式在专业教师的指导下申报、完成创新创业项目。遗传学相关的课题学生们一直很感兴趣,努力将课堂上所学的知识和技能拓展为更深入的学术研究。另外,结合专业性竞赛延伸课堂教学,例如一年一度的专业性竞赛“辽宁省大学生动植物标本制作大赛”就是我校生物技术专业学生很喜欢的一个竞赛,笔者指导学生的作品“异色瓢虫鞘翅的色斑遗传”曾于2011年获得该项竞赛三等奖。
2.4授课手段与考核方式
2.4.1充分应用现代教育技术将现代化的电教手段引入实验课,以营造轻松和谐的课堂氛围。教学中,教师需要做演示实验时,为了确保每个同学都能看到,往往要穿梭于学生中进行演示,有了现代化的电教手段,可制作相关视频来示范,既提高了课堂效率,又方便教师进行更多的指导。网络教学是课堂教学的补充和延伸,将一些操作步骤繁琐的实验做成演示课件放在网上可以实现教学资源的共享。
2.4.2考评方式多样化,提高学生实验的主动性和积极性考核方式需多样化和细节量化。撰写实验报告既是学生科学思维能力和文字表达能力的综合体现,也是大学本科生所应具备的基本科学素养。因此,对于实验报告,尤其是综合性或者设计性实验报告,我们要求学生按照科研论文的形式写出材料和方法、结果分析和讨论,要求学生对于原理、方法、步骤和结果撰写必须简洁准确,对实验所采用方法的优缺点分析后提出改进意见。另外,增强实验过程中的考察与评价。教师可事先制订每个实验要考核的项目详细列表,把实验每一个小项都列入考察范围,包括实验操作的熟练程度、规范状况和实验结果,在考核中依据项目来评分,保证客观公正。例如,在植物染色体制片中,从取材部位的准确,材料的染色适当,染色体的分散状况三个方面衡量实验结果。这样不仅提高了学生对实验操作的重视程度,而且促使他们养成良好的实验习惯。
3结语
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。
1遗传学实验教学体系存在的问题
长期以来,各高校遗传学实验教学中通常存在以下共性缺点:①各农业院校中各专业遗传学实验教学内容均大同小异,将“验证遗传学基础理论”作为主要教学目的,以染色体操作实验以及经典的遗传学验证性实验为主,涉及细胞遗传学、分子遗传学的内容相对较少;②学生基本不参与实验的前期准备工作,做实验时目的不明确,单纯为做实验而做验,对实验的全局设计思路缺乏思考;③缺乏系统训练学生处理实验数据、分析实验结果的环节;④实验教学方法僵化、手段落后,很难激发学生对实验课的兴趣;⑤实验教学考核方法单一,不能很好的反映出教学效果;⑥实验室管理存在一定问题,有些实验资源不能很好地共享,实验室在开放时间上不能满足学生课余时间开展实验的需要。
2遗传学实验教学体系优化的措施
遗传学实验教学体系优化途径见图1。
2.1遗传学实验教学内容重组与整和在遗传学实验教学过程中首先针对原先设置的实验内容进行了重新调整,将实验划分为基础性实验、综合性实验和设计性(研究创新型)实验3大类[8-9],针对农业院校不同专业先从实验内容上建立一个既能突出专业特点,又能提高学生实验技能,而且还能提升学生综合创新能力的实验教学体系。
2.1.1精选基础性实验。基础性遗传学实验是综合性及研究设计性实验教学内容的基础,它的教学目标首先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。基本实验内容主要包括离心、电泳、显微观察、细胞和组织培养等[10-11],在教学中根据学生所学专业的不同主要选择以下几个实验,如减数分裂涂抹制片、有丝分裂制片、染色体结构变异和数目变异的诱导和观察、染色体显带处理及核型分析等验证性实验。在基础性实验教学过程中要求学生通过实验加深对所学理论知识的理解,同时培养学生的基本实验技能。
2.1.2开好综合性实验。综合性实验也称为复合型实验,遗传学综合性实验教学目标重点主要在于培养学生查阅和整理资料的能力,培养学生自主动手能力以及数据处理能力,培养学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力[12-14]。在此阶段,要求学生在掌握基本实验技能的基础上,综合地运用所学知识和实验技能,用不同的方法和技术去完成预定的实验内容,解决较为复杂的问题。在此过程中加强锻炼学生独立思考、独立工作的能力,从而为下一步开展研究创新型实验奠定基础。在综合性实验教学中开设的实验以模式生物性状遗传分析实验(如将果蝇的培养、性别的鉴定、唾腺染色体的制片和观察、杂交实验、性状的遗传分析等综合成一个系统的大实验)为主,同时也可针对不同的专业补充分子遗传学实验内容如基因功能的遗传分析(细菌的局限性转导、拟南芥突变体的筛选、转座子引起的插入突变)等内容。
2.1.3精心组织研究设计性(探究性)实验。研究设计性(探究性)实验最主要的特点是独立性,它是指独立于课程教学进行的一种探索性(创新性)实验。研究设计性实验要求学生综合利用所学的遗传学知识、实验原理自主设计实验方案,并由学生独立操作完成实验,从而培养学生发现、分析和解决新问题的能力[7]。遗传学研究设计性实验体现了知识的连贯性、实验技能的综合性,使实验内容、过程更具系统性和科学性。遗传学研究设计性实验有利于将学生的注意力从简单地对实验结果的追求引导到广阔的思维空间中来,有利于启发学生的发散思维,培养学生创新思维和综合创新能力。在研究设计性实验教学中具体做法是:首先对学生进行动员和分组,每组3~4人,学生可以根据专业特点、兴趣爱好、实验室条件选择题目(或指导教师拟定几个指导性题目供选择),学生自主完成实验方案的设计、实验材料的选择和准备、实验操作和实验结果的分析并撰写实验报告(或研究论文),要求学生将实验中遇到的疑难点进行整理、归纳、分析和总结,要求用简洁、准确的专业术语来表达自己的观点。研究设计性实验教学培养了学生高度概括实验的能力,同时也提高了学生分析、解决问题的能力,为以后毕业论文(或设计)的开展奠定良好的基础。研究设计性实验的内容如生物进化遗传分析、突变体的遗传分析和生物亲缘关系遗传分析等。
2.2教学方法与教学模式的改进和创新
2.2.1采用多元化的教学方法。在实验教学过程中充分利用现代实验教学手段。将多媒体课件和网络教学手段像遗传学理论课程教学一样广泛应用于遗传学实验教学中,努力加大信息量,积极拓展课堂实验教学的有限空间,改变传统的“黑板+粉笔+嘴巴”的实验课理论教学模式[13-14]。通过现代化的教学手段将实验原理、方法、步骤和过程生动形象地、直观地展现给学生,使学生的听觉、视觉和触觉全面参与感知活动,最大限度地调动学生的学习热情、积极性,从而提高学习效率[15-16]。
2.2.2实验教学模式的改进。在遗传学实验教学过程中针对不同层次的实验教学采用不同的模式[17-18],根据基础性实验、综合性实验和研究设计性实验3类实验不同的实验目的、特点采用不同的教学模式:①基础性实验的教学目标重点在于学生对基本实验技能的熟练掌握,采取教师现场指导学生实验的教学方法;②综合性实验的教学目标重点在于突出对学生查阅整理资料能力、动手能力、数据处理能力、运用所学知识分析和解决问题能力等综合素质的培养,综合性实验教学主要采取教师实验现场授课指导与学生自主进行实验相结合的教学方法;③研究设计性(或探究性)实验的教学目标重点在于突出对学生独立能力、创新能力的培养,实验过程中学生独立思考、独立设计、独立操作、独立创新,对于研究设计性实验教学采取以学生研究式自主实验为主、教师指导为辅的教学方法进行。
2.3实验室管理体制和实验教学考核方法改革
实验室实行开放管理。在传统遗传学实验教学中,通常要求学生在固定时间、空间内完成预定的实验,这样有利于培养学生良好的时间观念。但其实验内容的选择、实施禁锢在一个有限的时间、空间范围内,较大程度上限制了学生主观能动性的发挥,为了打破这种常规实验教学思维方式,有效提高学生综合素质,因此必须采用综合型、设计型实验开展教学,而其所需仪器设备较多、时间较长且不固定,学生无法在固定的空间和预定的学时内完成实验内容,必须利用课余时间或其他的实验室来开展工作,这就对传统的实验室管理模式提出了新的挑战[19-21]。因此,为了顺应时展的潮流,满足人才培养的要求,就必须对实验室管理体制进行改革,以“资源共享、统管共用”的理念建立公共的实验室大平台。同时,为了保证实验室尽可能全天候、开放式管理,对实验室工作人员在工作量补贴上也进行了一定程度的改革,其改革前后的教学比较如表1所示。出研究的小课题,并通过查阅文献、调查访问等进行研究。
4提高教师自身素质,培养学生创新能力
4.1不断完善知识结构除了精通所教学科的专业知识之外,应将自己的视野放宽,多懂得一些非该专业的知识,不断用新知识补充自己、完善自己,同时具备知识转化运用能力和实际操作能力,还应有意识培养1~2项特长,不但提高自己的素养,还有利于指导学生的实践活动。
4.2拥有娴熟的教学实践技能在昆虫学实践中,将教材内容转化为教学过程中能操作的教学策略与技能,通过对课堂教学模式的研究、课堂教学活动的组织和学生学习策略、学习方法指导的研究及现代教育技术的应用,达到提高课堂教学的效益。
4.3具备课题研究能力积极参与教育科研,积极投入教学改革,大胆实践,勇于探索,敢于创新,主动敏锐地在教学实践中发现问题和研究问题,独立地、创造性地解决问题,在创造问题的基础上确立研究课题,以课题研究促进教学,以课题研究促进教学改革,以课题研究促自身素质的提高,努力探索出一套自己的教育方法。
5丰富实践内容培养学生创新能力
5.1参观考察实践
鼓励学生关心社会,关注科学技术的发展,到校外开展一些对社会热点问题、专业相关性知识的调查,加深对社会的直观感受,在感受社会、体验生活的同时,增强创造社会的实践意识。这一点与农业种植户密切相关,下团场实践为学生提供了一个较好的学习机会;同时,在学生实践过程中,利用学校的一切现有资源,如大学筹建的昆虫博物馆,既丰富了专业实践内容,又开阔了视野。
5.2劳动服务实践
组织学生在课外或假日参加一些力所能及的工农业生产劳动、社会公益劳动和社区服务等社会实践,增长社会经验,掌握实践知识和技能;学习和承担力所能及的家务劳动,学会生活。
5.3组织管理实践
充分让学生参与学校和班级管理,自主开展团队活动,提高学生的管理能力、组织能力和协调能力。
11所研究生院是:文理学院、商业管理学院、肯尼迪管理学院、设计学院、教育学院、法学院、神学院、医学院、牙医学院、公共卫生学院及大学扩展部;
哈佛大学著名的院系: 生物科学部、文理学院的生物化学与分子生物学系、计算机技术研究中心、地质学系、化学系、应用科学部等;
医学院的细胞与进化生物学系、生物化学系、微生物与分子遗传学系、神经生物学系、生物学与生物物理学系、免疫学委员会、药物学系、与MIT合建的健康科学部等,公共卫生学院的微生物学系;