遺傳學實驗教學系統優化及實踐

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遺傳學是研究生物遺傳和變異規律的科學,是高等農業院校多個專業(農學、動物科學、園林園藝等)的一門主干基礎課,遺傳學教學質量的高低對于農業院校相關專業課程的教學具有非常重要的作用[1-2]。遺傳學既是一門歷史悠久的學科,也是一門迅速發展的學科,分子生物學的快速發展從廣度和深度等層面極大地豐富和拓展了遺傳學的理論內容,同時遺傳學具有較強的實踐性。遺傳學實驗教學環節作為溝通理論與實踐的橋梁,是培養學生掌握遺傳學基本實驗技能、學習實驗設計以及數據綜合分析能力和開拓創新思維的重要手段,是提高學生創新能力的切入點[3-4],而遺傳學實驗教學體系在很大程度上影響了遺傳學實驗教學的效果。近年來,農科類專業培養學生的目標轉變為培養厚基礎、寬專業、高素質、具有創新意識的“大農學專業”復合型人才,對遺傳學實驗教學提出了更高的要求[4-5]。這就要求遺傳學實驗教學必須跟上學科發展的步伐,要求教育工作者認真分析遺傳學實驗教學的現狀和特點,進行有益的探索和嘗試,對原有的實驗教學體系進行改進,建立新的實驗教學體系[5-7]。筆者結合多年來在遺傳學實驗教學過程中總結的經驗和發現的新問題,對農業院校遺傳學實驗教學體系的優化提出一些建議,以期為進一步提高遺傳學實驗教學質量提供參考。

1遺傳學實驗教學體系存在的問題

長期以來,各高校遺傳學實驗教學中通常存在以下共性缺點:①各農業院校中各專業遺傳學實驗教學內容均大同小異,將“驗證遺傳學基礎理論”作為主要教學目的,以染色體操作實驗以及經典的遺傳學驗證性實驗為主,涉及細胞遺傳學、分子遺傳學的內容相對較少;②學生基本不參與實驗的前期準備工作,做實驗時目的不明確,單純為做實驗而做驗,對實驗的全局設計思路缺乏思考;③缺乏系統訓練學生處理實驗數據、分析實驗結果的環節;④實驗教學方法僵化、手段落后,很難激發學生對實驗課的興趣;⑤實驗教學考核方法單一,不能很好的反映出教學效果;⑥實驗室管理存在一定問題,有些實驗資源不能很好地共享,實驗室在開放時間上不能滿足學生課余時間開展實驗的需要。

2遺傳學實驗教學體系優化的措施

遺傳學實驗教學體系優化途徑見圖1。

2.1遺傳學實驗教學內容重組與整和在遺傳學實驗教學過程中首先針對原先設置的實驗內容進行了重新調整,將實驗劃分為基礎性實驗、綜合性實驗和設計性(研究創新型)實驗3大類[8-9],針對農業院校不同專業先從實驗內容上建立一個既能突出專業特點,又能提高學生實驗技能,而且還能提升學生綜合創新能力的實驗教學體系。

2.1.1精選基礎性實驗。基礎性遺傳學實驗是綜合性及研究設計性實驗教學內容的基礎,它的教學目標首先讓學生熟練掌握實驗中常用儀器的使用方法,突出對學生基本實驗技能的培養。基本實驗內容主要包括離心、電泳、顯微觀察、細胞和組織培養等[10-11],在教學中根據學生所學專業的不同主要選擇以下幾個實驗,如減數分裂涂抹制片、有絲分裂制片、染色體結構變異和數目變異的誘導和觀察、染色體顯帶處理及核型分析等驗證性實驗。在基礎性實驗教學過程中要求學生通過實驗加深對所學理論知識的理解,同時培養學生的基本實驗技能。

2.1.2開好綜合性實驗。綜合性實驗也稱為復合型實驗,遺傳學綜合性實驗教學目標重點主要在于培養學生查閱和整理資料的能力,培養學生自主動手能力以及數據處理能力,培養學生運用所學知識分析問題和解決問題的能力[12-14]。在此階段,要求學生在掌握基本實驗技能的基礎上,綜合地運用所學知識和實驗技能,用不同的方法和技術去完成預定的實驗內容,解決較為復雜的問題。在此過程中加強鍛煉學生獨立思考、獨立工作的能力,從而為下一步開展研究創新型實驗奠定基礎。在綜合性實驗教學中開設的實驗以模式生物性狀遺傳分析實驗(如將果蠅的培養、性別的鑒定、唾腺染色體的制片和觀察、雜交實驗、性狀的遺傳分析等綜合成一個系統的大實驗)為主,同時也可針對不同的專業補充分子遺傳學實驗內容如基因功能的遺傳分析(細菌的局限性轉導、擬南芥突變體的篩選、轉座子引起的插入突變)等內容。

2.1.3精心組織研究設計性(探究性)實驗。研究設計性(探究性)實驗最主要的特點是獨立性,它是指獨立于課程教學進行的一種探索性(創新性)實驗。研究設計性實驗要求學生綜合利用所學的遺傳學知識、實驗原理自主設計實驗方案,并由學生獨立操作完成實驗,從而培養學生發現、分析和解決新問題的能力[7]。遺傳學研究設計性實驗體現了知識的連貫性、實驗技能的綜合性,使實驗內容、過程更具系統性和科學性。遺傳學研究設計性實驗有利于將學生的注意力從簡單地對實驗結果的追求引導到廣闊的思維空間中來,有利于啟發學生的發散思維,培養學生創新思維和綜合創新能力。在研究設計性實驗教學中具體做法是:首先對學生進行動員和分組,每組3~4人,學生可以根據專業特點、興趣愛好、實驗室條件選擇題目(或指導教師擬定幾個指導性題目供選擇),學生自主完成實驗方案的設計、實驗材料的選擇和準備、實驗操作和實驗結果的分析并撰寫實驗報告(或研究論文),要求學生將實驗中遇到的疑難點進行整理、歸納、分析和總結,要求用簡潔、準確的專業術語來表達自己的觀點。研究設計性實驗教學培養了學生高度概括實驗的能力,同時也提高了學生分析、解決問題的能力,為以后畢業論文(或設計)的開展奠定良好的基礎。研究設計性實驗的內容如生物進化遺傳分析、突變體的遺傳分析和生物親緣關系遺傳分析等。

2.2教學方法與教學模式的改進和創新

2.2.1采用多元化的教學方法。在實驗教學過程中充分利用現代實驗教學手段。將多媒體課件和網絡教學手段像遺傳學理論課程教學一樣廣泛應用于遺傳學實驗教學中,努力加大信息量,積極拓展課堂實驗教學的有限空間,改變傳統的“黑板+粉筆+嘴巴”的實驗課理論教學模式[13-14]。通過現代化的教學手段將實驗原理、方法、步驟和過程生動形象地、直觀地展現給學生,使學生的聽覺、視覺和觸覺全面參與感知活動,最大限度地調動學生的學習熱情、積極性,從而提高學習效率[15-16]。

2.2.2實驗教學模式的改進。在遺傳學實驗教學過程中針對不同層次的實驗教學采用不同的模式[17-18],根據基礎性實驗、綜合性實驗和研究設計性實驗3類實驗不同的實驗目的、特點采用不同的教學模式:①基礎性實驗的教學目標重點在于學生對基本實驗技能的熟練掌握,采取教師現場指導學生實驗的教學方法;②綜合性實驗的教學目標重點在于突出對學生查閱整理資料能力、動手能力、數據處理能力、運用所學知識分析和解決問題能力等綜合素質的培養,綜合性實驗教學主要采取教師實驗現場授課指導與學生自主進行實驗相結合的教學方法;③研究設計性(或探究性)實驗的教學目標重點在于突出對學生獨立能力、創新能力的培養,實驗過程中學生獨立思考、獨立設計、獨立操作、獨立創新,對于研究設計性實驗教學采取以學生研究式自主實驗為主、教師指導為輔的教學方法進行。

2.3實驗室管理體制和實驗教學考核方法改革

實驗室實行開放管理。在傳統遺傳學實驗教學中,通常要求學生在固定時間、空間內完成預定的實驗,這樣有利于培養學生良好的時間觀念。但其實驗內容的選擇、實施禁錮在一個有限的時間、空間范圍內,較大程度上限制了學生主觀能動性的發揮,為了打破這種常規實驗教學思維方式,有效提高學生綜合素質,因此必須采用綜合型、設計型實驗開展教學,而其所需儀器設備較多、時間較長且不固定,學生無法在固定的空間和預定的學時內完成實驗內容,必須利用課余時間或其他的實驗室來開展工作,這就對傳統的實驗室管理模式提出了新的挑戰[19-21]。因此,為了順應時展的潮流,滿足人才培養的要求,就必須對實驗室管理體制進行改革,以“資源共享、統管共用”的理念建立公共的實驗室大平臺。同時,為了保證實驗室盡可能全天候、開放式管理,對實驗室工作人員在工作量補貼上也進行了一定程度的改革,其改革前后的教學比較如表1所示。出研究的小課題,并通過查閱文獻、調查訪問等進行研究。

4提高教師自身素質,培養學生創新能力

4.1不斷完善知識結構除了精通所教學科的專業知識之外,應將自己的視野放寬,多懂得一些非該專業的知識,不斷用新知識補充自己、完善自己,同時具備知識轉化運用能力和實際操作能力,還應有意識培養1~2項特長,不但提高自己的素養,還有利于指導學生的實踐活動。

4.2擁有嫻熟的教學實踐技能在昆蟲學實踐中,將教材內容轉化為教學過程中能操作的教學策略與技能,通過對課堂教學模式的研究、課堂教學活動的組織和學生學習策略、學習方法指導的研究及現代教育技術的應用,達到提高課堂教學的效益。

4.3具備課題研究能力積極參與教育科研,積極投入教學改革,大膽實踐,勇于探索,敢于創新,主動敏銳地在教學實踐中發現問題和研究問題,獨立地、創造性地解決問題,在創造問題的基礎上確立研究課題,以課題研究促進教學,以課題研究促進教學改革,以課題研究促自身素質的提高,努力探索出一套自己的教育方法。

5豐富實踐內容培養學生創新能力

5.1參觀考察實踐

鼓勵學生關心社會,關注科學技術的發展,到校外開展一些對社會熱點問題、專業相關性知識的調查,加深對社會的直觀感受,在感受社會、體驗生活的同時,增強創造社會的實踐意識。這一點與農業種植戶密切相關,下團場實踐為學生提供了一個較好的學習機會;同時,在學生實踐過程中,利用學校的一切現有資源,如大學籌建的昆蟲博物館,既豐富了專業實踐內容,又開闊了視野。

5.2勞動服務實踐

組織學生在課外或假日參加一些力所能及的工農業生產勞動、社會公益勞動和社區服務等社會實踐,增長社會經驗,掌握實踐知識和技能;學習和承擔力所能及的家務勞動,學會生活。

5.3組織管理實踐

充分讓學生參與學校和班級管理,自主開展團隊活動,提高學生的管理能力、組織能力和協調能力。

6結語

通過教學專業實踐,在發揮學生創造性的同時,也能讓學生在學會做人、學會求知、學會勞動、學會生活、學會創造等方面有個鍛煉的機會,打下扎實的基礎,使學生在德、智、體等方面得到全面協調的發展,在教學上也能達到理論與實踐相統一的目的,而對于學生畢業所可能從事的農業工作,昆蟲專業實踐豐富了他們的視野,增強了專業知識,鍛煉了多種能力,為培養21世紀所需要的復合型人才奠定基礎。