遗传学实验教学系统优化及实践

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遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学,是高等农业院校多个专业(农学、动物科学、园林园艺等)的一门主干基础课,遗传学教学质量的高低对于农业院校相关专业课程的教学具有非常重要的作用[1-2]。遗传学既是一门历史悠久的学科,也是一门迅速发展的学科,分子生物学的快速发展从广度和深度等层面极大地丰富和拓展了遗传学的理论内容,同时遗传学具有较强的实践性。遗传学实验教学环节作为沟通理论与实践的桥梁,是培养学生掌握遗传学基本实验技能、学习实验设计以及数据综合分析能力和开拓创新思维的重要手段,是提高学生创新能力的切入点[3-4],而遗传学实验教学体系在很大程度上影响了遗传学实验教学的效果。近年来,农科类专业培养学生的目标转变为培养厚基础、宽专业、高素质、具有创新意识的“大农学专业”复合型人才,对遗传学实验教学提出了更高的要求[4-5]。这就要求遗传学实验教学必须跟上学科发展的步伐,要求教育工作者认真分析遗传学实验教学的现状和特点,进行有益的探索和尝试,对原有的实验教学体系进行改进,建立新的实验教学体系[5-7]。笔者结合多年来在遗传学实验教学过程中总结的经验和发现的新问题,对农业院校遗传学实验教学体系的优化提出一些建议,以期为进一步提高遗传学实验教学质量提供参考。

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。

6结语

通过教学专业实践,在发挥学生创造性的同时,也能让学生在学会做人、学会求知、学会劳动、学会生活、学会创造等方面有个锻炼的机会,打下扎实的基础,使学生在德、智、体等方面得到全面协调的发展,在教学上也能达到理论与实践相统一的目的,而对于学生毕业所可能从事的农业工作,昆虫专业实践丰富了他们的视野,增强了专业知识,锻炼了多种能力,为培养21世纪所需要的复合型人才奠定基础。