遗传学实验开放式教学与管理模式探讨

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  摘要 遗传学实验是遗传学教学的重要环节。开放式实验教学可以让学生灵活安排时间,将课堂实验和课外实验相结合,提高学生科研兴趣。在验证实验和设计性实验的比例分配上,以设计型实验为主,既巩固学生的基础知识,也锻炼了学生科研创新能力。在考核体系的建立方面,设计了合理的考核指标,真实反映学生的实验动手能力。
  关键词 遗传学实验 教学创新 开放式教学 实验管理
  中图分类号:G423 文献标识码:A
  
  现代生命科学以及由此衍生出的生物技术和生物工程与基因都发生着丝丝缕缕的联系。遗传学正是研究基因的科学。遗传学基础理论的发展和应用研究,已使工业、农业、林业和医药产业等相关领域发生了巨大变革。随着新技术、新方法的出现,遗传学的研究内容也正发生着深刻的变化,并导致社会对人才的基本素质提出了更高的要求。作为人才培养摇篮的高等教育,怎样适应学科发展的需要,在生命科学领域培养出创新型人才,是高等教育工作者一直在思考的问题。
  遗传学实验教学作为理论教学的补充,不仅能验证教材上抽象的理论,辅助学生掌握知识,还可以训练学生动手能力和创新思维,可以有效地调动学生学习积极性。而传统的《遗传学》实验教学中存在着一些共有的问题:经典验证性实验多,探究性实验少,不能满足学生掌握新技术、新方法的要求;实验课和理论课脱节,教学评价体系不合理。0此外,由于遗传学实验自身的特点,部分实验需要持续很长时间,但由于课堂教学时间和教学条件的限制不能开展。因此,如何利用有限的课时安排合理设计遗传学实验教学内容,打破传统的封闭式教学模式,建立科学合理的实验评价体系,是从事遗传学教学实验教师一直都努力试图解决的问题。
  基于以上考虑,笔者在开展遗传学教学和实验室管理的过程中,逐步改革教学内容和教学模式,将课堂四十五分钟改为课堂与课外相结合,通过几年的实践总结了一些心得,在此与大家分享。
  
  1 新时期遗传学实验教学的特点
  
  遗传学中学科渗透和交叉现象很普遍,这也体现在遗传学实验中。如果把生命科学的课程体系比喻为一棵大树,遗传学就是这棵大树的主干之一。由于化学、物理学、计算科学等内容的渗入,现代遗传学已经衍生出了发育生物学、分子生物学、基因组学、生物信息学、基因工程等学科。在现代生命科学专业课程设置中,一般都会设置相关课程,这些课程都和遗传学存在联系,也与遗传学教学内容知识点存在交叉。因此,遗传学实验项目的设置极易与其它课程出现“撞车”现象。比如:有丝分裂和减数分裂在细胞生物学实验中也可以开设:植物DNA提取实验在分子生物学实验中也可以开设。一旦“撞车”出现,不仅耽误学生学习,浪费课时,还会让学生在不断地重复中对课程产生厌倦,觉得该课程可有可无,失去学习兴趣。避免与其它课程实验重复,既保证学生在有限的课时学到最多的知识,也能最大程度训练学生的动手能力。
  实验持续时间长是遗传学实验教学的另一个特点。与生物学中的其它学科的实验不同,遗传学实验中有很大部分是需要通过长时间培养实验材料,中间过程持续观察才能完成的,比如果蝇杂交实验和生活史观察实验、植物有性杂交实验。与此相矛盾的是,实验教学安排的时间相对分散,每次课时间很短,在教学管理上教务管理部门也要求教师在指定时间完成实验教学,这就限制了一些实验项目的开设。
  遗传学是一门飞速发展的学科,不断有新知识、新技术补充到遗传学中。比如,在传统教材中不涉及基因组学的内容,而最近20年,基因组学已经成为遗传学的重要组成部分。除此之外,发育遗传学、行为遗传学、反向遗传学、表观遗传学和生物信息学等分支学科的内容也不断补充到了遗传学教材中。在理论课讲述这些最新知识的同时,实验课怎样保持和理论课一致,怎样为学生提供消化这些知识的动手机会?针对这一特点,要求在开设遗传学实验时,应随时跟踪学科最新进展,设计和更新实验项目,或者发动学生自主设计实验巩固书本知识。
  
  2 遗传学实验开放式教学内容取舍的原则
  
  遗传学实验项目的选择,首先应兼顾理论性与实践性、基础与应用、经典与现代这几对矛盾。遗传学是理论性和实践性都很强的学科,实验安排时应根据本专业培养目标和学生实际情况,合理安排基础性实验与应用性实验,并适当设计一些新的实验。对于重点院校的学生,应加强理论性实验,鼓励学生自主设计实验验证某一结论。而应用型人才培养的学校则应当偏向应用性、实践性实验项目的开设,以满足学生毕业后进入工作岗位后的动手需求。
  遗传学实验项目确定应考虑其它实验课程,避免教学内容冲突。在实验项目的选择上,我们对以前安排的实验内容进行了重新编排,比如:“植物DNA提取”、“随机扩增多态性分析”等在《分子生物学》课程里会涉及到的实验内容在遗传学实验里就大胆地放弃,让学生在《分子生物学》实验里完成,而在遗传学实验中则加入RFLP验证孟德尔遗传定律的内容,直接将分子生物学实验结果引入遗传学分析中,既验证了孟德尔遗传定律,也让学生初步认识了分子生物学在遗传学中的应用。对于有丝分裂和减数分裂的观察,《细胞生物学》实验也会涉及到,但两门课观察的重点不同,细胞生物学侧重观察染色体结构,而《遗传学》实验侧重染色体行为及分裂时期的观察,这样的实验在开设时应向学生讲明观察重点,并且与《细胞生物学》实验课协调,将两个内容合并在遗传学实验中开出。
  打破时间和空间限制。遗传学实验中有部分实验持续时间长,很难仅靠课堂时间完成实验,也不利于安排实验。以前在安排此类实验时,受多种因素的限制,一般都不予开设。实验室开放对提高学生的实验操作技能、切实开展综合性或设计性试验项目、推动并帮助学生开展科研和毕业设计成效显著,是培养学生实践动手能力和创新精神的有效途径。所以我们在教学中考虑将传统的课堂实验和开放实验相结合。开放性实验适合于周期比较长的实验,比如果蝇大实验中,教师在课堂上以多媒体的形式充分讲解了实验要求及注意事项后,让学生领取果蝇瓶,课外自己收集和培养果蝇,随时可以观察果蝇的生活史。这个过程既培养了学生的观察习惯和动手能力,也使学生对作为遗传学研究重要材料的果蝇的接触更充分,观察更仔细,让学生对遗传学研究材料和方法产生了浓厚的兴趣。
  
  3 遗传学实验开放式教学的实施与实验室管理
  
  验证实验是课堂教学的补充,便于学生理解课堂抽象的知识。然而,由于验证性实验验证的理论、方法、步骤及结果都是已知的,使实验教学过程变成教师照本宣科讲述,学生机械地模拟重复的过程,造成学生实验积极性不高,对实验结果的成败不重视,盲目的承认失败甚至篡改实验数据以求相符。设计性实验可以训练学生的思维能力和动手能力,让学生学会独立开展工作。一些报道强调验证性实验过多,难以提高学生的创新能力,应加大综合性、设计性实验的比例。而宋兴舜等则认为应将验证性实验与设计性实验有机结合。0在以 前的实验教学安排中,设计型实验由于内容分散,管理麻烦,是大家不愿触及的方面。如何在有限的课时里兼顾巩固知识和能力训练,在安排实验内容的时候需要深思熟虑。为适应学科的快速发展,在遗传学实验教学中,必须强化教师的开放式教学理念,强化学生的动手实践和自主创新意识。从课堂教学和课外研究两个方面,通过对实验教学观念开放、教学内容开放、实验室和实验时间开放、教学方法和手段开放等进行分析,探讨开放式教学在遗传学实验中的应用。。
  基于以上考虑,笔者在教学过程中逐步安排了一些开放性验证实验和设计性实验,比如植物染色体观察的实验,要求学生独立选材,同学之间选材不能相互重复,做到实验项目的选材开放;实验开始前独立设计方案,方案内容应包括水培获得新生根尖、材料前处理过程、染色方法的选取、压片过程、观察和拍照等步骤,每一步骤都应有详细说明,实验方法的选择上保持开放:方案设计完成经老师同意后,完成一个植物材料的染色体装片制备并提交染色体图,实验过程开放。这些实验过程均要求学生在课堂以外自由安排时间完成。经过几年的实践,结果发现85以上%的学生能独立完成实验,70%以上的学生需要反复多次才能完成任务。在实验过程中,动手能力强的同学还能将这一实验与染色体核型分析实验结合,提交核型分析图。通过该部分设计性实验操作,学生在观察了不同物种具有不同的染色体的同时,学会了查阅文献的方法和工作方案的制订,认识了教材中选取蚕豆或洋葱作为染色体观察材料的原因,认识到要完成一张效果良好的染色体装片的艰难。对实验教师来说,这种发散式的教学方法,也积累了很多植物材料的细胞遗传学操作的知识,为以后改进实验奠定了基础。很多学生反映类似的开放性实验时间可自由安排,实验过程可放开思维,进入实验室操作学会了一些基础的科研技能。此外,还认识到了实验准备的艰辛,更珍惜以后的实验机会了。
  在实验教材中将果蝇实验分为果蝇生活史、果蝇杂交和果蝇唾腺染色体制备等几个独立实验。我们改进后的实验则以果蝇为主线,要求学生从野生型果蝇的收集到生活史观察再到唾腺染色体制备融合为一个大实验,要求学生在实验教材所提供知识的基础上,在规定时间内完成实验内容,而将杂交实验和孟德尔遗传定律的验证实验改用其它实验材料来完成。
  不可否认的是,将部分遗传学实验从课堂移到课外增加了任课教师和实验室工作人员的工作量,在管理上开放性实验也增加了难度。开放式实验教学要求教师在课外时间也要进入实验室指导,实验室经常处于开放状态,实验仪器设备和药品的使用管理能在一定程度上放开。在实际操作中,我们采用教师网上答疑和在指定时间指导相结合的方式对学生进行辅导。在实验室管理上,试剂方面控制关键药品的使用,常规药品可以适当放开,对一些配制难度较大的溶液统一配制;对显微镜、显微照相系统的使用则采取专人负责制,保证仪器的安全。而水培实验和果蝇饲养实验等内容则允许学生将材料带回宿舍,便于学生随时观察。
  
  4 开放式实验教学的考核指标体系
  
  实验教学考试方法的改革作为实验教学改革的重要内容之一,是当前教学改革中值得深入研究与实践的问题。以前实验考核的方式主要以实验报告为主,针对这样的考核方式,学生常出现相互之间抄袭,作业敷衍的现象,既不能反映学生实验的真实水平,考核指标也比较单一。针对这些问题,结合我们的开发性实验,我们重新制订了实验成绩评价标准,经过我们设计改进后的实验考核主要包括验证性实验考核和开放性实验考核两部分。验证性成绩的记录摈弃了以前单纯看实验报告打分的情况,在实验中对实验结果提出规定要求,课堂上实时检查并记录学生的实验结果,要求学生立即在实验结果栏描述结果并由教师及时确认,防止课后抄袭。对实验原理、实验步骤等内容也杜绝抄袭课本,要求用自己的语言表述。每次实验结束后均布置思考题,启发学生动手之后学会思考,发掘问题。在开放性实验部分,教师将实验设计方案纳入评分范围,实验进行过程中记录平时成绩,对实验结果不做硬性要求,但可作为评分参考。
  在平时实验成绩记录之外,还单独设计了期末实验考试。期末实验考核采取开放式考核,拟定考试题目范围,让学生独立设计实验步骤,独立实验,在规定时间内独立完成详尽的实验报告。这些评分方式考查了学生搜集资料,独立开展项目的能力。这样的考试既灵活,也发挥了学生的主观能动性,更训练了学生的科研思维,为以后进入研究岗位奠定基础。
  
  5 结束语
  
  现代遗传学是生命科学中重要的基础学科,不仅有很深的理论性,也有很强的实践性。遗传学实验作为理论教学的必要补充,是训练学生动手能力和科研思维能力的重要环节,正是因为如此,很多高校已经把遗传学实验作为一门独立的课程开设。我们通过实验内容的改进,实验课堂的开放式管理,考核体系的合理设计,优化了遗传学实验教学体系,提高了遗传学的教学质量,为进一步深化遗传学实验教学和改革确立了一种模式。
  在遗传学实验教学开放式教学和管理过程中,仍然存在很多不足,比如如何尽可能创造开放条件,开设尽量多的开放性实验,在教学过程中如何引导学生进行创新性研究等。另外,如何调动教师的积极性,如何协调教学与实验室管理部门的关系,开放式教学工作量的计算,这些都是在今后工作中仍然需要解决的问题。相信通过这一模式的探索,今后能更进一步促进遗传学实验教学的改革,提高教学质量。
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