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[關鍵詞]動物遺傳學;教學;改革
[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3712(2013)01-0046-03
動物遺傳學,作為遺傳學的一個分支,主要研究動物性狀的遺傳和變異的規律、遺傳改良的原理和方法。動物遺傳學是動物科學本科專業必修的專業基礎課程,也是家畜育種學的理論基礎。本門課程的教學任務是讓學生掌握該學科的基本概念、基本理論及其簡單的實驗操作技能,為后續學習專業課和今后從事專業工作打下堅實的動物遺傳學理論基礎。
為適應社會發展的需要,各高校增設了本科教學的課程數量,同時壓縮傳統課程的課時數。就我校來說,動物遺傳學課程現僅有60學時,其中包括15學時的實驗課,但課程內容卻在不斷更新或增加,再加上遺傳學基礎理論抽象、邏輯性強,課程顯得枯燥,這些問題的存在促使課程教學必然作出改革。這幾年來,筆者所在的教學團隊不斷地探索動物遺傳學教學方式、手段及實驗教學內容的改革工作,獲得了一些體會,現總結如下:
一、精選教材,革新教案
動物遺傳學課程講述的內容包括:遺傳的物質基礎、遺傳信息的傳遞與改變、遺傳的基本規律及其擴展、非孟德爾遺傳、群體遺傳學基礎、動物基因組學及動物基因工程,涵括了分子遺傳學、細胞遺傳學、群體遺傳學及基因工程等諸多方面的一般原理與方法,教學內容理論性強、信息面廣、復雜抽象。為使學生能更好地學習此門課程,選擇合適的教材是關鍵。市面上不同版本的動物遺傳學教材較多,綜合考慮本校動物科學專業的培養方向和遺傳學理論知識的最新發展情況,筆者所在的教研組選擇由李寧主編、中國農業出版社出版的面向21世紀課程教材《動物遺傳學》作為課程教材,該書涵括了動物遺傳教學內容,理論知識系統,前沿性強。
為使學生更能理解和掌握動物遺傳學知識,教師編寫教案時力求突出教學重點,適度刪減和調整教學內容,并保證授課內容的完整性和系統性。此外,課堂教學盡量使抽象理論知識和概念通俗化,理論點與實際案例相結合。例如講授基因突變、染色體變異內容時,結合遺傳疾病病例分析講解;適時添加遺傳學的最新研究進展,使學生對遺傳學的最新發展、最新趨勢有一定了解。革新教案,目的是增強動物遺傳學課程的興趣性,提高學生學習的積極性。
二、突出教學重點,強化教學內容系統性
遺傳學的快速發展,使得動物遺傳學教學內容不斷豐富與革新,從三大定律到核外遺傳,從細胞到分子,從個體到群體,從質量性狀到數量性狀的遺傳,課程教學內容多而復雜,抽象概念多,缺乏直觀認識,學生理解困難。筆者所在的教研組根據本校學生的特點,結合專業培養和本科教學的要求,在選定教材的基礎上強調:突出內容的新穎性、前沿性,減少重復教學。例如三大定律、染色體部分內容在高中生物學中已經有學習,大學課堂在教學該內容時進行適當簡單復習即可;結合研究新成果,講授本學科基本理論知識和概念,提高學生的認知水平。調整和優化教學內容,增強知識點的系統性和層次性,從遺傳物質的本質到遺傳信息的傳遞、改變,再到基因的表達、調控,使學生逐步深入地掌握課程知識。
三、改進教學方法,提升教學成效
在實際教學中,以學生為主體,根據學生的課堂情況,適時改進教學方法和教學手段,做到因材施教,提高教學的成效。為了能充分調動學生學習的積極性和主動性,筆者所在的教研組在動物遺傳學教學中,不斷探索多種教學方法。例如:課前留置問題討論,課堂提問,課后安排學生參與科研實踐,章節教學完成后及時組織測試等;充分發揮計算機多媒體輔助教學手段的潛力,添加直觀圖片或視頻來解析抽象概念和知識點,例如視頻展示DNA復制、轉錄和翻譯的基本過程,使學生更容易掌握知識點。課程教學緊密聯系動物生產過程中的遺傳現象和分子輔助育種技術的應用成果等,拓展學生視野,使他們認識到專業知識的應用價值和潛力,增強了學生學習的主動性。
四、改革實驗教學內容和方式
遺傳學是21世紀發展最快的生命學科之一,作為分支之一的動物遺傳學也在不斷更新。動物遺傳學實驗是學生驗證遺傳學理論和掌握遺傳學實驗技術手段的主要途徑。因此,為適應本學科發展需要,在動物遺傳學實驗教學過程中需要不斷革新實驗項目、實驗設計和實驗方法。以往動物遺傳學實驗普遍以驗證性實驗為主,內容陳舊、單一,缺乏綜合性實驗,難以激發學生的積極性和主動性;教學模式單調,以教師主導、學生臨摹為主要教學方式,缺乏對學生創新能力的培養。針對存在的不足,筆者所在的教研室綜合討論并結合學科實際建設情況,更新實驗教學內容,把原來耗時長、內容簡單的果蠅的飼養、雜交和唾腺染色體觀察等實驗刪除,新增DNA提取、PCR技術等分子遺傳學實驗內容和群體遺傳學方面的“人類指紋圖譜分析及遺傳統計”。探索多種形式的實驗教學方式,讓學生參與實驗設計、實驗前的準備工作,通過查閱文獻、收集信息、設計方案、動手操作、分析結果與作出總結等完整的實驗過程,培養學生的綜合能力。在教學手段上,改變傳統的黑板板書,采用數碼互動顯微系統,通過多媒體課件,以圖片、動畫等形式生動、直觀地講解,使學生能更好地掌握實驗原理、方法和步驟;利用數碼攝像頭能直接在顯示屏上觀察染色體的形態變化,并能客觀地保存效果理想的實驗結果;通過互動網絡,教師能及時監控和指導學生的實驗過程,有效地建立教師與學生的互動機制,提高實驗課堂教學的效率。
五、完善課程考核評價體系
成績是督促和評價學生學習的主要方式之一,建立科學合理的考核評價制度是課程教學改革的內容之一。為了更好、更客觀地檢驗學生的綜合能力,筆者所在的教研組經過研究討論,確定動物遺傳學課程的綜合考核辦法:期末總評成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成,其中,期末考試成績占 60%,平時成績占40%(考勤占10%,課堂測試占10%,實驗占20%)。平時成績主要考查學生的學習態度、課堂紀律、實驗動手能力與分析問題的能力,而期末考試的內容注重考查學生對基礎理論知識和概念的掌握,以及對遺傳學知識的運用能力。綜合水平的考查能調動學生學習的主動性。
總之,動物遺傳學是一門不斷發展的學科,其知識廣度和深度都在不斷增加。為適應社會發展和動物科學專業本科生培養的需要,課程教材、教學內容、教學方法、實驗教學與考核體系等多方面都需進行持續的改革與更新。此外,以學生為主導,以多種教學方式充分調動學生學習的熱情和主動性,提高教學的成效,使學生更好地掌握動物遺傳學的基礎理論知識和概念,為其后續的專業課程學習及今后的就業打下堅實的基礎。
參考文獻:
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[2] 張軍霞,祁得林,楊葆春,胡明德. 動物遺傳學教學改革探析[J].河南農業,2011(9):24-30.
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關鍵詞:遺傳學;課堂教學;實驗教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)16-0150-02
遺傳學是一門探索生命起源和生物進化的科學,對于推動整個生物科學和有關科學的發展都有著巨大的作用[1]。遺傳學是我院各專業不可或缺的專業基礎課,學好遺傳學將會為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。本文根據多年來的教學經驗,在遵循遺傳學教學規律的基礎上有利于提高該課程教學質量的各個環節進行了探索。
一、課堂教學
課堂教學是教學施過程中最基本的一種教學形式,教師是課堂教學的組織者和引導者,在課堂教學中具有主導作用。課堂教學是教師講授知識、培養學生能力的主要方式。好的課堂教學能夠使學生在輕松、有趣的課堂氛圍中掌握理論知識,使知識的掌握不再成為枯燥的乏味的單純的知識灌輸。通過多年的教學,總結出了以下課堂教學經驗及體會。
1.教學內容。①根據不同專業合理安排教學內容,突出重點和難點,遺傳學是我校農學、種子工程與科學、生物技術、園藝、植物保護等專業必修的一門專業基礎課。因不同專業教學內容的側重點有所不同,授課學時也不同,所以教學內容的安排也不應該按統一的標準一概而論。比如,對生物技術專業來說,除了講解遺傳的基本概念、基本定理和研究方法外,還需詳細地講解現代分子遺傳學概念、理論、技術以及它們在實踐中的應用。②在課堂教學當中適當結合國內外學科前沿,在課堂教學中融入相關領域中最新研究成果,是提高教學水平和質量的手段之一[2]。現代科技的迅猛發展,遺傳學中的理論和技術也在迅速不斷更新。在進行遺傳學課堂教學時,教師不能只講授教材中的內容,應以教材為基礎,補充和完善遺傳學學科的新概念、新理論、新技術、新成果等新的教學內容,與時俱進,注重把本領域最新的研究成果與進展引入課堂教學當中,激發學生的學習興趣,滿足學生的不同需求[3],從而達到提高教學質量的目的。
2.靈活應用多媒體教學方法。隨著科學的進步,教學手段的現代化已成為當前實施素質教育、提高教學效率的一個重要方式。教師在課前要充分準備,注重多媒體的正確使用。同時使用的課件要靈活、內容豐富,再復雜的內容也要想方設法用簡單的途徑和方法展示、通過具體例子很生動的表達,善于歸納總結,并注重與教學內容的結合。
3.安排單元測驗,提高教學效果。目前遺傳學課程的考核方式還是以期末考試成績為主,而過程考核沒有量化。為了幫助學生注重平時的學習過程,提高學習質量和及格率,培養學生的遺傳學綜合應用能力。每個單元之后應安排一次小測驗,測驗內容反映教學目標及突出教學重點,同時要注重遺傳學綜合應用能力。題型包括,選擇題、判斷題、名詞解釋、填空題、問答題及計算題等。每次對測驗成績進行認真、深入的分析,實時掌握學生對該門課程的學習和掌握狀態,并總結教學中存在的問題,從而提高教學效果。
4.適時安排討論課,加深對知識點的理解。為了加深學生對理論知識的理解,啟發學生獨立思考和解決問題的能力,每個教學單元講授后安排討論課。在教師的指導下開展討論,由全班或小組成員圍繞某一中心問題發表自己的看法,達到相互學習的目的。首先要擬定討論題目,題目應該難易適度、面向大多數學生。題目應該是教學內容的重點、難點或具有不確定性和不一致性的問題。按題目的要求寫出發言提綱,在此基礎上進行討論。教師注意傾聽和發現典型的、代有普遍性的問題,并重點記載學生發言的優缺點,以便更好地引導學生。最后針對學生討論過程中存在的問題進行講解,把學生理解不深刻、不正確的問題給予糾正和深化。學生做報告和參與討論有助于增強學生的獨立科研能力,有利于提高學生靈活運用知識的能力和獨立思考的能力。
二、實驗教學
遺傳學實驗教學是遺傳學課程的重要組成部分,對培養學生的綜合素質起著無可替代的作用,遺傳學的快速發展給遺傳學實驗教學提出了更高的要求。遺傳學實驗教學不僅應注重學生對理論知識的掌握和科學思維的訓練,而且還應加強應用技術和實際操作的訓練,特別是近代遺傳學新興技術的訓練。
1.實驗教學內容。①注重遺傳學實驗的先進性,改革和創新實驗教學內容,瓦特森(Watsen,J.D.)和克里克(Crick,F.H.C.)于1953年提出DNA分子結構模式理論后,遺傳學的研究進入了分子水平。20世紀70年代初,分子遺傳學已成功的進行了人工分離基因和人工合成基因,開始建立了遺傳工程這一個新的研究領域。90年代后,遺傳學的研究進入了基因組學。由于遺傳學廣泛應用近代化學、物理學、數學的新成就、新技術和新儀器設備,因而由宏觀到微觀逐步深入到研究遺傳物質的結構和功能。從事遺傳學研究首先要掌握遺傳學研究方法、技術理論基礎、應用等內容。傳統遺傳學教學中,實驗內容安排大都以經典遺傳學和細胞遺傳學為主,在實驗安排上跟不上遺傳學教學內容的更新。因此,為解決這種現象,應根據教學內容,從簡單到復雜逐步的安排分子遺傳學研究技術,幫助學生了解遺傳學研究方法,同時要側重于培養學生的理論聯系實際的能力、創新能力。比如講授完DNA復制時就安排PCR(聚合酶鏈式反應擴增)技術;在真核生物表達調控時,講解從真核生物體內如何提取不同RNA的方法、DNA微陣雜交等內容。②實驗課內容要凸顯高校遺傳學研究方向,不同高校在同一個領域的研究材料和方法都有一定的區別。比如,以擬南芥為實驗材料,在“核算測序”中測定擬南芥熱休克轉錄因子的核苷酸序列。實驗課內容的這種安排,一方面有助于學生通過實驗掌握當前的遺傳學研究方法、技術,另一方面也能夠幫助學生了解高校的研究方向,如果學生在本校繼續深造,就會很容易的進入研究工作。
2.教師和學生的充分準備,保證順利完成實驗教學任務。因為實驗課是理論聯系實際的教學活動,實驗教學內容也是當前的遺傳學研究技術方法。由于實驗的內容先進,因而也具有一定的難度,這就要求教師和學生要有充分的準備。實驗課的主要準備內容包括:一是實驗教師的準備,教師提前在學生做實驗的同樣條件下,從頭到尾把實驗做一遍。二是學生的準備,教師應在第一次上課時讓每一位學生準備一個實驗記錄本,每次新的實驗開始前一周讓學生預習,了解實驗內容并將相關問題記錄在實驗記錄本上。學生必須在做實驗前要了解每個實驗的目的、方法、操作步驟、作業等內容。有了教師和學生的充分準備,實驗教學效果就能夠得到有效提高。
3.撰寫高質量的實驗報告,培養學生從事科研及科研論文寫作能力。實驗報告是實驗結果的總結和反映,也是實驗課的繼續。實驗報告的書寫情況是學生學習態度、思維能力及教師教學成果的綜合體現。加強實驗報告的書寫能力,不僅利于實現實驗教學目標,提高學生本身的專業素質,而且也能促進學生理論系實際的學風和實事求是的科學態度。傳統的實驗報告格式不利于學生分析問題和論文寫作能力的培養。為此,要求學生的實驗報告的書寫按論文格式進行寫作,包括引言、實驗目的、實驗方法、步驟、實驗結果、討論、結論等部分。這樣有利用于學生用所學的理論知識對實驗結果進行分析總結,加強學生的邏輯推導和理論聯系實際的能力。這就要求教師認真地批改實驗報告,如果實驗報告有不清楚、錯的部分,教師應該書寫自己的要求并還給學生,要求學生在固定的時間內按照教師的要求更改。從而,學生也就會很重視從實驗課的準備、進行、到實驗報告的書寫等部分,這對培養學生對提高實驗教學質量具有積極促進作用。
課程標準 醫學遺傳學 教學改革
2009年以來,我校為了能更好地培養出來高素質實用型面向基層的醫學人才,制定出了一套新的課程標準,醫學遺傳學是一門橫跨基礎醫學和臨床醫學的橋梁課程,但由于其涵蓋的范圍較廣泛,不僅涉及經典遺傳學的基本原理、分子生物學的基本研究方法,同時還涉及臨床醫學各門課程的具體內容。因此,如何針對當前醫學生的特點,培養面向21世紀的具有綜合素質的醫學人才,使醫學遺傳學課程更貼近臨床,使學生更具獨立解決臨床實際問題的能力,已成為醫學遺傳學教學的重要任務,而課程標準的實施能夠使師生在教和學的過程中更加明確學習的目的和任務,為后續課程的學習奠定堅實的基礎。在課程標準下我們針對臨床專業醫學遺傳學的教學進行以下幾個方面的實施。
一、制定課程標準
針對臨床專業教學特點,制定課程標準。在制定課程標準過程中根據不同章節合理設計知識目標,技能目標,穿插素質目標,結合培養目標突出學科特點,注重與臨床專業學生相關后續學科的銜接,邀請相關專業的同事對本學科的課程標準給予指導,突出本學科的基礎和橋梁作用。例如,在制定單基因遺傳病、多基因遺傳病、線粒體遺傳病部分教學目標和教學重點時,邀請臨床系一線教師前來指導,聽取對該部分內容在相關課程銜接中的作用,選取教學重點。在制定腫瘤遺傳內容課程標準時,邀請我校病理教研室的專家參加,這樣就避免了過去教學過程中各科脫節的現象,使學生一開始就有一個系統化的學習安排。
二、課程標準的討論、認證
針對制定后的課程標準,課題組成員逐章逐節進行討論、分析。在討論分析過程中即要注重教學重點、難點的分析,又要結合學生的基礎分析,對于案例導入要做到合理合情。在熟知課程標準的基礎上,課題組成員進行章節說課活動,通過說課活動共同尋求每個章節最佳的教學方案,制定切實可行的教學計劃。
三、課程標準的實施過程
在2010級學生臨床專業中針對新的課程標準,結合培養目標進行教學改革探索。在教學實施過程中從以下幾個方面進行教學探索:
1.教學緊扣培養目標要求,堅持理論知識和實踐的聯系
本課程學習的目標除了使學生掌握各種基本概念和重要理論知識,更為重要的是了解常見遺傳病的發病特征、病因,并能將所學到的知識應用到實際工作中,從而為學生將來的臨床實踐打下堅實的基礎。本課程的基礎理論和知識直接服務于臨床,課程內容設置強調緊貼臨床的實際需要。打破以知識傳授為主要特征的傳統學科課程模式,轉變為以工作任務為中心組織課程內容,并讓學生在完成具體項目的過程中學會完成相應工作任務,并構建相關理論知識,發展職業能力。課程內容突出對學生職業能力的訓練,理論知識的選取緊緊圍繞工作任務完成的需要來進行,同時又考慮到高等職業教育對理論知識學習的需要,并融合醫師職業資格證書對知識、技能和態度的要求。課堂講授以反映常見遺傳病例的病因及最新發展為重點,堅持啟發式教學方法,突出重點,循序漸進,理論密切聯系實際。充分利用多媒體、投影及幻燈等教學工具,達到舉一反三、融會貫通,加深學生的理解和認識。充分調動學生的主動積極性,讓學生參與病例討論,使學生會思考、會學習。
強調學生自主學習能力、實踐能力、科學精神、協作精神的培養。主張以“研究性學習”、“基于問題的學習”等方法開展自主學習,使學生不僅學到必備的專業知識,更要學會學習的方法,為終身學習打下堅實的基礎。
2.體現能力培養,整合基礎實驗,開設綜合性、設計性實驗,培養學生的綜合能力
臨床學專業該課程總課時32學時,理論課與實驗課分別為28和4學時。理論課以課堂講授為主,重點是遺傳的細胞和分子基礎、遺傳學的理論與方法在臨床醫學實踐中的應用,要求學生在理解的基礎上記憶。要求學生按掌握、熟悉和了解三個層次認真學習,重點是遺傳的細胞和分子基礎,列入掌握和熟悉的基本概念和知識為考查的內容,了解和其他內容不在考查的范圍。實驗以學生操作為主,訓練學生基本操作技能,培養學生的科學實驗能力;并通過綜合實驗,培養學生分析問題、解決問題的能力。實驗教學旨在培養學生的基本操作技能和科學思維方法。要求學生能理解實驗目的,自己動手,悉心觀察,實事求是,勤于思考。通過實驗教學,加強對理論的理解,培養勇于探索、開拓、創新的實用型人才。
3.結合專業特色,成立課外興趣小組
結合老師科研課題,學生可以進入老師課題進行科學實驗,接受從資料查詢、方案設計、方案實施、歸納總結及撰寫等一系列訓練,積極發揮學生的主觀能動性,重在培養創新精神和實踐能力。通過學校和醫院合作,校內實訓基地建設等多種途徑,通過貼近臨床的教學活動,采取醫院學校結合、理論和病例結合,充分開發學習資源,給學生提供豐富的實踐機會。
4.采用靈活多樣的考查評估方式,促進課堂知識的理解和消化
以往的教學考查多采用期末結業考試來衡量學生的學業成績,往往使大多數學生把應付考試作為學習的目的,失去了學習的主動性和興趣,結合課程標準的要求,在考查方式上不局限于期末考試來衡量學生的學業成績,在平時的教學過程中,結合各個章節的知識內容,課堂上可以根據學生的掌握情況,鼓勵學生課堂上勇于闡述自己的觀點,并表達出自己對該知識內容的理解和對將來臨床應用的指導,對于表現突出的記入平時考核成績,期末按比例納入結業成績。課下可以采用小論文的形式鼓勵學生發表對某一知識點的理解,對于精采的文章列入期末成績一部分。利用休息日鼓勵學生到街道、居委會、醫院等進行本課程中常見遺傳病,遺傳現象的調查,并寫出調查報告,列入期末技能考評的一部分。定期開展本學科的知識競賽活動,對于表現突出的,列入期末考核的鼓勵成績。加強實驗技能操作的考核。通過多途徑多形式的活動使學生在學習中找到趣味性,變被動學習為主動學習,把學習目的定位于知識和技能的學習。從觀念上改變學生的學習態度。
四、課程標準的完善及教學改革的評價
結合學生學習效果,對于教學質量進行評估。通過學生反饋,同行評議,專家指導客觀評價該課程標準實施及教學改革探索的經驗及不足。
通過在我校10級五個班級中進行課程標準中制定的任務的教學,明顯地提高了教學質量,改變了學生被動學習為主動探索的學習觀念,不僅使學生掌握了該課程的基礎知識,為以后的臨床課學習打下了堅實的基礎,更重要的是使學生掌握了學習和分析問題的方法,使他們在今后的工作和學習中養成勤思考、善動腦、有思路的好習慣。
參考文獻:
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均有著很重要的作用[1]。教育部于上個世紀90年代提出"高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃"以及《關于進_步加強高等學校本科教學工作的若干意見》,各高校都開展了_系列卓有成效的探索,對提高《遺傳學》乃至整個生命科學的教學質量起到了巨大的推動作用,很多工作已在相關全國教學會議上交流,或在有關期刊/論文集中正式發表。由于遺傳學是生物科學領域中發展最快的學科之一,新技術、新方法不斷涌現,研究范疇不斷拓寬,研究內容不斷深化,遺傳學知識的積累量越來越大,迫切需要有一個好的教學體系對《遺傳學》教學過程加以規范和提高。我們把優質教學體系的改革思路貫穿在整個《遺傳學》教學過程之中,堅持"以學生為主體、以教師為主導"的方針,以培養"寬基礎、厚知識、強能力、高素質"的優秀人才為目標,改進學生學習方式,培養學生分析問題、解決問題的能力及綜合素質。因此,構建優質教學體系,在整體上提高了國家精品課《遺傳學》的授課質量和教學效果,促進精品教育的發展,同時也提高了《遺傳學》教學平臺的質量和教學資源的校內外無障礙共享,取得了明顯的課程教學改革效果。
1優質教學體系的建設
1.1教學內容的優化
《遺傳學》課程建設和教學內容設置要遵循現代教育理念,以培養高素質、復合型、富有創新精神和實踐能力的專門人才為宗旨,從應試教育向開放教育發展。在保持學科自身完整性與系統性的基礎上,始終把培養學生的遺傳分析能力放在首位,使學生更好地掌握遺傳學的基本規律、基本理論、基本概念和基本研究方法;在細胞、個體、群體和分子等不同層面上對遺傳學有較為完整和深入的認識,更深、更廣、更準確地掌握遺傳學知識,為遺傳學與人類健康、遺傳學在動、植物育種等領域中的應用打下堅實基礎,同時為后續課程的學習和從事相關工作奠定基礎。為此,要高質量地修訂《遺傳學》課程的教學大綱,使之能充分反映和體現出本學科最新發展趨勢。在內容安排上,以遺傳物質的本質、傳遞、變異以及遺傳信息的表達與調控為主線,從遺傳物質的細胞學基礎到分子基礎、從遺傳信息的載體到傳遞、從質量性狀到數量性狀、從基因突變到染色體結構變異、從性狀表現到基因的表達和調控、從細胞核遺傳到細胞質遺傳、從個體遺傳到群體遺傳,知識傳授由淺入深、由表及里、以簡帶繁、以點帶面,這樣能在有限的教學時間內讓學生系統性地領略遺傳學的全貌并融會貫通,用學到的知識靈活地解釋_些與遺傳學有關的生物學現象。教師在備課時將遺傳學學科發展過程中形成的新知識、新案例及時補充到課堂和實驗內容之中,結合實物、圖片、錄像等進行多媒體教學,使《遺傳學》課堂教學保持_種新鮮的活力,充滿知識性、趣味性和吸引力。每章布置一些精選的習題,有助于提高學生分析問題和解決問題的能力。
1.2教學方法與教學手段的改革
有效的教學手段和合理的教學方法,可以明顯提高《遺傳學》課程的教學效果。授課時采用啟發式、探究式、開放式、討論式、案例式等多種交互式對話的教學方法與多媒體教學手段結合,把上課、實驗、討論、考核等不同方面有機地結合起來,能最大程度地啟發學生的主觀能動性,在掌握基本理論知識的同時,全面提高學生分析和解決遺傳學問題的能力及綜合素質,培養學生自主學習和創新的能力。如在講述遺傳學三大定律時,考慮到學生在高中階段對這部分內容已有所掌握,授課時不再直述有關定律的基本內容和實驗方法,而是講解孟德爾和摩爾根是如何采用合適的研究方法進行試驗,最終獲得正確的結論;授課過程中還可隨時提出一些相關的問題讓學生思考或回答,提高解決曰常生活中一些具體遺傳學問題的能力。這樣既可以讓學生聽得有趣,還可促使學生更好地掌握有關概念、達到融會貫通的效果。又如在進行遺傳學實驗時,可以設計一些合適的實驗方法,引導學生通過一系列的置疑、判斷、比較、選擇,以及相應的分析、綜合、概括等多樣化的過程,由發散到收斂、求異到求同,通過實驗最終得到合理的結果。通過這一求異和求同的過程,有利于學生更深入地理解所獲得的知識和結論,而且也可激發學生的求知欲、培養他們創新思維的習慣和能力。在教學過程中,逐步加強雙語教學,也能促進學生更好地適應遺傳學學科的高速發展,了解和掌握國內外遺傳學發展的現狀和趨勢。學期結束時的"教學情況反饋問卷"和課后征詢意見制度的實施,可以多方收集學生對課程的教學意見,保持教學雙向信息反饋通道的暢通。在現代教育技術應用與教學改革中,CAI教學課件制作的好壞會明顯影響《遺傳學》課程的教學效果[16,17]。我們在1998年自制《遺傳學》教學課件基 礎上,進一步編制出以文字、圖片、動畫(視頻)、實體照片等多種媒體組成的完整教學課件[18],方便學生有針對性地掌握遺傳學知識。課件分為課堂版和網絡版兩種形式,可同時滿足教師授課和學生自學的不同需求,同時也給教師留下了不斷加工完善和改進的空間,能夠適應個性化的教學。
1.3實驗教學的創新
遺傳學是_門實驗性很強的學科。隨著遺傳學的迅速發展,《遺傳學》的實驗教學起著越來越重要的作用,影響著課程整體水平的提高[19,20]。在實驗過程中,將啟發性、探究性的教學方法貫徹到各個環節,使每個實驗都具有背景知識的講解和說明、過程的設計和實施、結果的總結和提高、理論的考核和評價等過程,將實驗課轉變成全方位培養學生創新意識和創新能力的小平臺。在實驗課新體系中有目的地增加國內外遺傳學科的最新進展,增加設計性、應用性、綜合性實驗項目,適當增加實驗難度,提高學生操作技能和從事實驗的積極性。目前綜合性實驗已達到總實驗量的56%,比10年前大大增加(表1)。對于一些驗證性實驗,也盡力將其設計成具有_定探究性的設計性實驗,如"植物細胞的減數分裂"實驗屬于帶有傳統意義的驗證性實驗,實驗時由學生利用不同的材料進行分組對比實驗,最終經討論和比較分析得出正確的答案,這樣通過教學方法的改變使原來純梓驗證性實驗得到了_定的改變。又如"植物染色體核型分析"實驗時約有1小時材料處理的等待時間,利用這_間隙插入"人類Y染色體的進化"等學生感興趣的實驗小講座,其內容綜合了近年來在Science、Nature等雜志上發表的有關Y染色體的研究進展,講解Y染色體的過去、現在和將來,引起了學生較大的興趣。在實驗過程中,還可依托學科優勢,建立了科研與教學的共建平臺,充分利用科研實驗室的先進儀器設備為《遺傳學》實驗教學服務,可使許多實驗項目的研究方法發生明顯的改變。如"西瓜染色體加倍〃綜合應用性實驗,利用學院“211〃平臺的細胞流線儀,在西瓜三葉期就可鑒定加倍苗,提高了實驗的效率;"油菜籽品質遺傳率測定",利用科研平臺的近紅外品質分析儀,方法簡便快速、不破壞樣品,結果準確。使學生在實驗中能充分體驗到高科技的魅力,達到科研反晡教學之目的。在實驗教學的改革中,還要重視室外先進實驗基地建設以及實驗室的開放工作,鼓勵學生依據實驗教學目的和自己的興趣愛好,自主設計實驗、自主完成實驗、自主管理實驗,可以使學生的創新愿望得以實踐;同時積極鼓勵學生利用所學到的遺傳學知識參加教師的科研項目、爭取國家和省級大學生創新項目、學校SRTP項目,引導和培養學生熟悉、參與、跟蹤世界生命科學前沿領域的能力,進一步完善"開放性、研究型"的教學模式,最大程度地培養學生的創新意識和創新能力。
1.4教學團隊的建設
師資隊伍的建設有助于《遺傳學》課程持續發展。教師作為課程教學中的主導,肩負著傳授知識的重任,教師隊伍的知識水平和操作技能直接影響著課程教學的效果。在長期的教學過程中,本課程堅持實行請好老師、用好教材、講好課程,打造精品課程的教學思路。教學隊伍中有教學名師或優秀
教師,采用團隊主編的國家"十一五"規劃教材和面向21世紀課程教材[21,22]以及獲獎的教學課件,確保了《遺傳學》國家精品課程的教學質量。在"學院主管、負責人總抓、團隊骨干負責"的三級教學管理體制下,教學團隊制定了具體建設規劃,形成了分工明確、協調統一的建設模式。在具體實施過程中,以學術帶頭人為中心、骨干教師為主力軍,青年教師為后備軍,造就了學歷、年齡、學緣、職稱等結構合理、學術水平好的高質量教師隊伍。多年來堅持首席主講教師負責制、合作備課、教學會議研討、學要求等方法取得了更好的教學效果。在實驗教學中,多年來_直由具有博士學位的教師擔任主講,確保了《遺傳學實驗》改革向縱深發展。同時,利用學校學科門類多、課程設置齊全的特點,積極鼓勵教師參與綜合性實驗的創建,選修具有最新遺傳學知識和技能的研究生課程,到外校進修相關課程和切磋實驗技能,掌握遺傳學最新的實驗技術,提高了任課教師的知識和教學水平,并減少了《遺傳學》與其它相關課程在內容上的重復。教師間的觀摩教學和傳、幫、帶,也促進了教師隊伍的整體提高。
1.5考試內容和方法的改進
《遺傳學》課程的考試內容和方法既要考核學生對遺傳學基本規律、理論、概念和方法等知識的掌握程度,又要注重了解學生綜合運用所學遺傳學知識分析、解決問題的能力以及創新能力的水平。因此,考核命題要靈活多變,少出"死記硬背"題、多用"分析"和"理解"題,特別注重理論與實踐的結合以及學生獨立思考、分析遺傳學問題和解決實際問題能力等方面的測試;考核方式也要多樣化,如筆試、面試、課程論文結合,單項試題與綜合分析試題相結合等。評價時不僅要注重答題結果,更應注重考核學生解答問題時的思維方式和能力,對創新方面成績突出的學生予以表彰和加分。如2000年開始采用的"理論綜合試題",其內容能夠綜合全書的主要內容,在開課時提前將題目告訴學生,允許學生經過_學期的學習和思考后再行完成,有利于學生對遺傳學知識的全面理解和綜合應用能力的提高,且可給學生留有創新發揮的余地。《遺傳學實驗》考試則結合《實驗情況記錄表》,把實驗預習、操作、報告、紀律等納入考核范圍;實驗全部結束后還要單獨進行實驗原理和方法筆試,教師根據學生平時成績和考試成績給出最終成績。
1.6精品教材的編寫
教材建設是《遺傳學》課程建設的重要方面,教材的選用與學生遺傳學整體知識的構成有著密切關系[23]。我們根據教學課件內容創編了具有明顯新意的"十一五"國家多媒體規劃教材《遺傳學》,具有傳統印刷教材所沒有的特點[21],已被省內外多所院校在教學中采用。該教材編排獨特、文字精煉、圖文并茂,能夠適應現代教育技術的教學新方法,特別是可以明顯減少學生上課做筆記的時間,集中精力聽老師講解內容;并有利于學生根據課件內容學習和復習有關內容,現已被推薦申報"十二五"國家規劃教材。在教學中還為學生提供30多本中英文參考資料,同時提供與遺傳學有關的_些相關雜志,這些學習資料在學校圖書館可以借閱,幫助學生學習和理解遺傳學基本知識。
1.7教學網站和教學共享平臺的建設
根據國家精品課程的建設要求,我們在學校的支持下加大力度進行《遺傳學》網站等共享平臺的建設,使之具有鮮明特色、內容豐富、共享性強等特點。教學大綱、教學進度(曰歷)、教材、教學參考書和教學輔助資料(如教案、習題和參考答案、實驗指導、網絡版和課堂教學版多媒體課件及其他教學資料)已全部上網,教師與學生對話式窗口,方便師生交流,形成了講授、答疑、討論、信息網絡化的教學平臺,具有"高開放"的特點。教學平臺的建設現已實現了《遺傳學》課程的校內外無障礙共享,學生隨時可以點擊"jpkc.zju.edu.en/k/531/"網<jpkc.zju.edu.en/k/531/%22%e7%bd%91>址進入網站學習,與教師在線交流,并可上網利用模擬試題自主測驗學習效果。教學網站的建設方便了學生和教師的使用,為學生提供了一個跨越時間和空間的學習環境。同時為了方便學生學習,教學網站中收集和編輯了與《遺傳學》課程有關的多種學習資源,包括參考文獻、中外網絡資源、中外遺傳學重要期刊、遺傳學名詞英漢對照、名詞解釋、遺傳學研究領域諾貝爾獲獎者等。《遺傳學》課程已按教育部的要求完成課堂教學全程錄制和上網。
2優質教學體系的應用效果
2.1提高了《遺傳學》課程的教學水平和教學質量
優質教學體系的構建促進了《遺傳學》教學質量的提高。《遺傳學》現已成為國家精品課程,《遺傳學》教材為"國家十一五規劃教材”實驗教
材為"面向21世紀課程教材”,自創的教學課件也獲得了全國"第六屆高等農業院校多媒體課件評比_等獎",教學團隊師資質量好,課程教學從內容、方法和手段以及考核評價上形成一個科學優質教學體系,能夠保證課程教學質量和水平。在整體上較好地解決了《遺傳學》教學內容豐富、而教學時數有限的矛盾,也解決了多媒體課件好看、但筆記難記等問題,符合學生的學習和認知心理,在現代教育技術應用與教學改革中發揮了顯著作用。教學效果的提高,促進學生更加扎實地掌握遺傳學基本知識和基本技能,提高了分析問題和解決問題的能力,在參加教師科研項目的研究、爭取國家和省級創新項目及學校SRTP項目中發揮了作用。
2.2教改成果和教學資源共享應用廣泛,輻射作用明顯。
《遺傳學》課程教學體系優化中所做的_些教改工作以及《遺傳學》網站和教學平臺的創建,不但提高了課程的教學效果,也與其他一些高等院校《遺傳學》等課程的教學實現了資源共享,在全國發揮了良好的輻射作用。全國已有40多所高等院校的教師引入我們創建的《遺傳學》多媒體課件、教材和教學網站應用于教學中。一些學校的教師也經常來校觀摩和旁聽我們的《遺傳學》課堂和實驗教學,交流《遺傳學》的教學經驗。目前我們創建的《遺傳學》網站點擊數已經超過190000人次。精品課負責人在2010年全國遺傳學教學會議上對《遺傳學》多媒體教學課件創建、精品教材編寫以及教學網站建設等支撐體系做了詳細介紹,得到了與會人員的充分肯定。2011年我們舉辦了全國《遺傳學》骨干教師高級研修班、全國大學生農學創新實驗暑期培訓班和浙江省首屆植物染色體制片技能大賽,擴大了課程在全國的影響力。
3優質教學體系構建的進_步設想
第_,《遺傳學》課程的教學內容豐富、信息量大,需進_步整合和優化《遺傳學》課程的教學內容,積極探索適應現代教育技術的教學新方法,力求在原有內容的基礎上能夠更好地反映出遺傳學學科的最新進展,以適應不斷發展的新形勢教學要求。
第二,繼續改進教學手段和方法,進_步完善探討式、討論式授課方式,在課堂上盡量多留出一點時間與學生進行交流和互動;同時鼓勵學生多利用功能強大的《遺傳學》網站學習,提高教學效果。同時積極與省內外有關院校交流《遺傳學》教學課件,實現校內外教學資源的無障礙共享,提高《遺傳學》課程在全國的知名度。
第三,通過教學體系的建設,進一步完善《遺傳學》教學師資隊伍,在引進高水平教師的同時著重培養和提高現有青年教師的教學水平,不斷提高教師的創新素質,以適應遺傳學學科飛速發展的現狀。
第四,推進探究性和開放性教學,創造條件開設學生自主實驗,進一步培養和提高學生的創新意識和創新能力。同時要充分發揮綜合性大學一流學科的強大支撐作用,做好教學與科研的結合工作,把科研中的新成果、新發現應用到綜合性實驗和設計性實驗中去,不斷更新教學內容,激發學生勇于發現和探索的潛能。
一、問題的提出
旅游學科中的許多概念,如旅游開發、旅游經濟、旅游地理、旅游文化、旅游心理、旅游公關、旅游美學等等,基本上都存在不嚴格、不清晰、因而“不可靠”的問題。
眾所周知,科學研究開始于描述世界的概念的形成。在邏輯上,“是什么”的問題,先于“為什么”的問題。回答“是什么”的問題,是在對對象的描述、分類、整理、比較、和量化的概念框架中進行的。因此,新學科要成為一門真正的常規學科,嚴格的、清晰的有效的概念構建是其不可逾越的基礎工程。
(一)概念有兩種描述詞語,一是指涉及某一類事物,具有一定性質的一切事物,如學校、旅游等;二是指涉個別事物,如馬克思、非洲獅等。普遍性概念要滿足科學研究的要求,需要經過三個上升的環節:
1、構建直覺定義。定義開始都是直覺定義,其基礎是我們對于某種特殊現象的感覺。根據皮亞杰兒童心理學的研究成果,兒童在開始組織世界時都是直覺定義------雖然,大多數人在成年時仍然沿用這種直覺方式,但它能滿足日常生活交流的需要;
2、構建抽象定義。直覺定義不能滿足學術研究的要求,所以要經過進一步發展,就是要上升為抽象定義,如在哲學、倫理學等人文學科研究中使用的概念即抽象概念:正義、幸福、價值、真理、自由等等就是經常使用的抽象概念;
科學家也是普通人,作為一個人,他在開始學術研究時,是憑直覺去把握對象的。他憑直覺對自己說,“這就是我要研究的東西”。然后,他劃定對象的邊界,并給它起一個名稱,于是,產生了直覺定義和抽象定義。
3、構建操作性定義。科學研究需要更清晰的概念。為此,1923年美國物理學家布里奇曼提出了操作性定義的要求:從抽象定義變為操作性定義,方法是“采用測量它的操作方法”來界定對象,一般是使用變項和量度,使用條件描述法、指標描述法、行為描述法來使概念具有操作性,就是確定它實際上測定的就是它應該測定的東西。于是,就完成了一個有效概念的構建。
(二)一個有效概念至少要滿足兩個功能:
1、分類功能。概念至少要能滿足對事物進行分類的分類功能,將事物分類--二分法、三分法--多分法。不論幾分,都必須堅持統攝原則和排他原則,即“非此即彼”。
2、比較功能。概念要滿足事物的比較功能,即“大小”、“高低”、“強弱”等等。
只有清晰性、有效性的構建概念,概念的可靠性才能建立起來,才能在類似的情境研究中產生相類似的結果。只有這樣,新學科的研究得以真正開始,形成學科共同體,不斷深化對現象的認識,最終形成學科范式,使新學科從前科學成為常規科學。
在中國,旅游學是旅游業快速發展催生的早產兒,基本概念構建的不可靠成為學科發展的后遺癥。
二、中國旅游學科中“旅游資源”概念的“可靠性”問題分析
2003年,頒布了《旅游資源分類、調查與評價》的國家標準(以下簡稱《旅游國標》)。我們以《旅游國標》中的“旅游資源”概念來進行討論分析。在《旅游國標》中“旅游資源”明確定義為:“自然界和人類社會凡能對旅游者產生吸引力,可以為旅游業開發利用,并可產生經濟效益、社會效益和環境效益的各種事物和因素”。
這個“旅游資源”概念,因為《旅游國標》的權威性得到最廣泛的使用。但是,問題在于,要理解這個概念,關鍵是搞清楚什么是“旅游吸引力”?什么是“旅游開發利用”?什么是旅游產生的“經濟效益、社會效益和環境效益”?這就需要旅游心理學、旅游社會學、旅游營銷學、旅游經濟學等多門學科的聯合攻關,并取得公認的研究成果才有可能。否則,我們就只知道旅游資源是“自然界和人類社會各種事物和因素”。簡單地說,這個權威定義就是“萬事萬物都是旅游資源”。
很顯然,《旅游國標》的制定者,作為人,他是憑幻覺(非直覺)去把握對象的。憑幻覺對自己說,“萬事萬物都可能是我要研究的東西”。所以,他不可能劃定對象的邊界,因為它設定的三個附件都是無邊界的。于是,他只是在“資源”前面加上“旅游”二字,算是給它起一個名稱“旅游資源”。因此,這只是一種成人的投機取巧,旅游資源的定義沒有達到“兒童在開始組織世界時都是直覺定義”層面,因為直覺定義也是“有邊界”的,否則,它就不成為定義。所以,這個“旅游資源”概念存在三個缺陷:它不是直覺定義;它無法上升到抽象定義;它更不可能上升到操作性定義。
也就是說,《旅游國標》中的“旅游資源”概念離科學概念的構建還有十萬八千里之遙。由于不成其為有效的概念,所以,它就不能完成概念的功能:
我們僅以概念的分類功能來分析它的不可靠性。在《旅游國標》中,編制者提出了旅游資源分類的“標準分類”和“性狀分類原則”兩個分類方法:
按“標準分類”分類。即根據“可作為獨立觀賞或利用的旅游資源基本類型的單獨個體”來分,旅游資源可以分為:獨立型旅游資源單體,如一棟主體建筑;和由同一類型的獨立單體結合在一起的“集合型旅游資源單體”,如一棟主體建筑與周圍的配套建筑。b=a+a,,那么,也就是說旅游資源可以分為a類和(a+a)類兩大類。這是先無中生有杜撰一個不存在的所謂標準,然后按該標準進行分類。不僅如此,此標準還讓人啼笑皆非。
按“性狀”分類原則分。那么,什么是“性狀”呢? “百度”一下,我們知道:性狀(traits)是遺傳學名詞,指生物體的任何可以鑒別的表型特征。生物性狀有的是形態結構特征,有的是生理特征,有的是行為方式,等等。研究性狀主要是為了發現遺傳規律。
再看《旅游國標》按“性狀”分類原則分類的結果:“依據旅游資源的性狀,即現存狀況、形態、特性、特征劃分”。可以分為:A地文景觀;B水域風光;C生物景觀;D天象與氣候景觀;E遺址遺跡;F建筑與設施;G旅游商品;H人文活動等“類”。
顯然,《旅游國標》的“性狀”不是指遺傳學的“性狀”,而是指“性質與狀態”兩重含義。那么“旅游資源”的性質是什么呢?按照《旅游國標》自己的定義,旅游資源的性質,是旅游資源具有旅游吸引力、旅游開發利用價值、能產生效益等屬性。假如按照“旅游吸引力”性質來分類,旅游資源可以分為產生“哪種吸引力”的旅游資源,如可以分為產生x吸引力、產生y吸引力、產生z吸引力等類型的旅游資源。為什么不是這樣呢?
《旅游國標》的制定者先制造一個與遺傳學“性狀”似是而非的語詞,讓讀者認為是一個新標準,然后回到一般用法“性質”上來,又再采用“偷換概念”的小把戲,把“旅游資源的性質”偷換成“自然界和人類社會各種事物和因素的性質”,于是,旅游資源順水推舟地分為“地文景觀”、“水域風光”等8大類,旅游資源分類就成了“地分成地文景觀、水分成水域風光......”多么順理成章啊!為了規避“什么水、什么地才是旅游資源?”這個基本概念問題,《旅游國標》的制定者真是煞費苦心。
我們按照《旅游國標》的分類方法對青島嶗山旅游資源進行分類,進一步揭示這種分類方法的荒謬性:
按“標準分類”分類。青島嶗山可以分為“大山和大山與許多小山”、“大動物和大動物許多小動物”、“大建筑和大建筑與許多小建筑”等n多類,繞口令!
按“性狀”分類原則分類。第一步分類,把青島嶗山砍成塊:它是山,屬地文景觀;山上有河,它是水域風光;山上有各種動植物,它是生物景觀;山上有古墓,它是遺址遺跡;山上有房子,它是建筑與設施;山上有人賣礦泉水,它是旅游商品;山上有道士講經,它是人文活動。第二步分類,把8大塊砍成31顆肉丁;第三步分類,把31顆肉丁剁成155粒肉沫。景觀學變成物理學,旅游資源可分為分子,再分為原子,再分為中子。
到此,相信問題已經得到說明,所以《旅游國標》中的“旅游資源調查、旅游資源評價”部分,限于篇幅,就不再分析了。參與過旅游規劃編制、評審的同仁,相信都有這樣的經歷:評審會舉行時,評審專家東拉西扯不知所云,編制者弄巧成拙一頭霧水,東道主東張西望不知所云:都以《旅游國標》為依據,殊不知,問題恰恰出在《旅游國標》上:不知道什么是“旅游資源”,又怎么進行“旅游資源分類、調查與評價”呢?
附表3.種業企業從業人員知識、能力和素質結構調查表
重要等級(a)
知識
(人類在改造世界的實踐中獲得的認識經驗的綜合)
科學文化知識
人文社會科學:知識哲學、政治學、經濟學、法學、歷史和文學、藝術等(基本概念、基本原理及基本方法)
自然科學知識:數學、物理、化學、生物學(基本概念和基本事實)
方法論知識:哲學思辨方法、現代信息技術
專業技
術知識
專業基礎知識:化學、植物及植物生理、遺傳學及育種基礎、植物營養、農業氣象
專業知識:種子生產(玉米與向日葵)、種子檢驗、種子加工與儲藏、作物栽培、蔬菜栽培與制種、花卉栽培與制種、植物保護、種子營銷、企業經營與管理
經驗
知識
能力
(個體從事一定社會實踐活動的能力)
專業能力
專業核心能力:種子生產(含玉米、向日葵、蔬菜、花卉)、種子檢驗、種子加工與儲藏、種子營銷
專業拓展能力
作物栽培、蔬菜栽培與制種、花卉栽培與制種、植物保護、企業經營與管理
方法能力
科學思維模式
基本方法能力
交流(口頭表達、閱讀、寫作)、文獻檢索、計算機操作
社會能力
生活能力
人際交往能力
公共關系能力
社會責任感
素質
(比較穩定的身心發展的基本品質)
科學文
化素質
思考問題的思維模式
解決問題的能力和方法
學習提高能力
職業素質
職業適應力
質量意識
安全意識
時間觀念
經濟觀念
新技術接受力和理解力
提出合理化建議能力
創新能力
思想品德素質
思想品德(正確的價值取向、唯物主義立場和觀點、良好的社會公德)
職業道德
敬業精神與責任心(踏實肯干、任勞任怨的態度,吃苦耐勞的精神,勇于承擔的責任心,積極投入的進取心)
與人共處與合作(組織協調、個人與他人、個人與團隊)
紀律性和法制觀念
身心
素質
身體素質(達到國家體育鍛煉標準,健康體魄和充沛精力)
心理素質(健全的人格、良好的情緒、正確的自我觀念、適度的行為和積極的社會適應力)
[關鍵詞]微衛星;群體遺傳學;道地藥材;遺傳成因;栽培起源;產地鑒別
[收稿日期]2013-07-01
[基金項目]國家自然科學基金面上項目(81274027);國家自然科學基金重點項目(81130070);中國中醫科學院中藥研究所基本科研業務費自主選題項目(2011ZDXK-01);北京市共建項目專項
[通信作者]袁慶軍,Tel:(010)64014411-2956,E-mail: 中藥的道地性是自古延用至今評價中藥材質量的一項獨特標準,道地藥材就是指在特定自然條件、生態環境的地域內所產的藥材,且生產較為集中,栽培技術、采收加工也都有一定的講究,以致較同種藥材在其他地區所產者品質佳、療效好、為世所公認而久負盛名者稱之[1]。黃璐琦等指出道地藥材的生物學本質是同種異地,即同一物種因其具有一定的空間結構,能在不同的地點上形成大大小小的群體單元,如果其中某一群體單元產生質優效佳的藥材,即為道地藥材[2]。這個同一物種在不同地點上形成的群體單元,在生物學上稱為居群。因此,道地藥材在生物學上就是指某一物種的特定居群,是在特定時間和空間里生長的自然或人為的同種個體群,居群水平的遺傳分化是道地藥材形成的遺傳基礎,遺傳分化越明顯,道地藥材與同種其他居群藥材的差異越明顯[3],由此他對道地藥材的形成機制提出了“道地性越明顯,其基因特化越明顯”的模式假說[4]。
目前關于道地藥材遺傳基礎的研究多停留在遺傳多樣性的基本分析和描述,難以揭示道地藥材遺傳分化和遺傳成因的深層次問題,如①道地藥材居群是如何進化形成的,與非道地藥材居群的遺傳分化程度有多大?這種遺傳分化與道地性的形成是否相關?②道地栽培居群是否起源于道地野生居群,它們的種質是否存在差異?這種差異是否產生種質混雜而引起遠交衰退最終影響藥材的道地性?③道地藥材是否可能實現產地的分子鑒別(種內鑒別)?如何篩選道地藥材的分子地理標識?這些問題的解決必須深入了解道地居群形成的進化歷史,掌握影響道地居群遺傳分化的現代因素(如基因流、自然選擇或人工選擇等)和歷史性事件(如片斷化、快速擴展和拓殖現象等),這些屬于群體遺傳學范疇,需要將群體遺傳學的理論和方法引入道地藥材的研究。
群體遺傳學(population genetics)又稱種群遺傳學,是根據遺傳學原理,采用數學、統計或其他方法研究生物居群的遺傳結構及其演化規律的一門學科,即研究種內進化(微進化microevolution)的科學。種內進化促成了等位基因在居群水平的空間分布和不斷改變,從而引起居群間的遺傳分化。20世紀90年代以來,隨著PCR技術的廣泛應用,RAPD,RFLP,AFLP等指紋技術[5]為群體遺傳學的研究提供了有效手段,而微衛星與這些指紋技術相比又具有突出的優勢。由于微衛星具有高度多態性、在基因組中含量豐富且分布均勻等優點,這一技術很快便發展為一種分子標記,成為群體遺傳學研究的有力工具,本文旨在介紹微衛星群體遺傳學基本理論和研究方法的基礎上,將其引入道地藥材的研究,為賦予道地藥材現代科學內涵提供新的研究手段。
1微衛星的概念、分布及優點
1.1微衛星的概念及在真核生物基因組中的分布
微衛星(microsatellites),又稱簡單序列重復(simple sequence repeats,SSR),是指以少數幾個核苷酸(一般為1~6個)為重復單位組成的簡單的串聯重復序列,由于重復的次數不同以及重復的程度不一致而造成這些序列的多態性[6]。微衛星上不同長度的等位基因按簡單的孟德爾方式遺傳。
微衛星序列普遍存在于大多數真核生物的核基因組中。據估計,人類基因組中每6 kb就存在一個微衛星位點[7]。在不同分類群的物種之間以及同一分類群的不同物種之間微衛星的平均密度差異很大,例如,植物基因組中的微衛星約比動物基因組中的少5倍[8],而鳥類約比人類少6~7倍[9],目前尚無法解釋這種現象[10]。微衛星的重復單位以1~2個核苷酸為主,也有一些微衛星的重復單位為3個核苷酸,極少數為4個或4個以上核苷酸[8]。在以雙核苷酸為重復單位的微衛星中,人和動物 (CA)n含量最高[7],植物中(尤其是作物中)以 (GA)n和 (AC)n為主[11]。
1.2微衛星作為遺傳標記的優點
用微衛星作為遺傳標記與其他DNA分子標記(如RAPD,RFLP,AFLP,小衛星DNA等)相比具有以下優點:①作為一種高度多態性的分子標記,微衛星DNA具有豐度高、共顯性標記、選擇中性的特點;②微衛星采用單位點DNA指紋技術,檢測容易,重復性較好;③微衛星DNA擴大了取樣范圍,減輕了取樣工作的困難和對研究對象的影響;④微衛星DNA的出現為群體遺傳學家提供了空前豐富的遺傳信息資料,同時也促進了相應的統計分析方法的發展[12],包括最大似然性法(maximum likelihood)、凝聚法(coalescent methods)和bayesian法(bayesian methods)。
2微衛星在群體遺傳學研究中的應用
2.1居群遺傳多樣性和遺傳結構分析
居群的遺傳多樣性是長期進化的產物,也是種質資源創新和品種改良的物質基礎。一個居群遺傳多樣性越高或遺傳變異越豐富, 對環境變化的適應能力就越強, 越容易擴展其分布范圍和開拓新的環境。物種的遺傳多樣性往往與物種本身的特性相關,如生活史的長短、系統和繁殖方式、地理分布及遺傳變異水平高低等[13-15]。遺傳結構是指基因或基因型在空間和時間上的非隨機分布,居群的遺傳結構包括居群內的遺傳變異和居群間的遺傳分化。對遺傳結構及其影響因子的研究是探討生物適應意義、物種形成過程及其進化機制的基礎,也是保護生物學的核心之一。一個物種的遺傳結構是長期進化的產物,許多物種獨特的遺傳結構反映了進化歷史上的一些特殊事件[16-17]。生物多樣性保護的關鍵之一是保護物種,更具體地說就是保護物種的遺傳多樣性或進化潛力,制定有效的保護策略和措施必須建立在對遺傳結構充分了解的基礎上。微衛星是進行居群遺傳多樣性和遺傳結構研究的有效分子標記,目前已對草本植物[18-19]、花卉[20]、樹木[21-24]等進行了研究,而對藥用植物,特別是道地藥材遺傳多樣性和遺傳結構的深入研究還很缺乏。
2.2基因流分析
基因流是指生物個體從其發生地分散出去而導致不同居群之間基因交流的過程。植物的基因流主要靠花粉和種子的傳播來完成[25-29],基因流的大小直接影響著居群間遺傳物質是否均質化以及遺傳分化的程度,因此基因流是決定居群遺傳結構的重要因素[30],通過基因流可以了解居群過去的進化歷史、掌握居群現在的遺傳結構并預測居群將來的演化趨勢,由此作出保護和可持續利用的有效策略。基因流的傳統測定方法是通過收集器或染色跟蹤花粉和種子的運動,但這些方法常常低估居群的基因流,而且也無法計算有效基因流的大小[31]。基因流可以通過親本分析來測定[32],采用親本分析方法確定種子或幼苗的雙親之后,可以根據雙親之間的距離精確地測定花粉的傳播距離,幼苗與母本間的距離(雌雄異株)或種子與雙親之間的平均距離(雌雄同株)即為種子散布距離。當花粉或種子從一個居群擴散到另一個居群,就形成居群間基因流,這種基因流是阻止居群遺傳分化的重要進化因子。在后代的親本分析中,有些后代的親本不能由居群內的個體形成,根據這些后代的比率可以估算出居群間基因流與居群內基因流的相對強度。微衛星高度的多態性、共顯性等特點,在親本分析中具有突出的優勢,目前利用微衛星對基因流進行的研究有很多[33-34],但對藥用植物基因流的研究基本沒有,特別是藥用植物在栽培過程中人為引起基因流改變而影響其進化潛能的研究還屬空白,這直接關系到中藥資源是否能可持續利用。
2.3進化顯著單元ESU的劃分
進化顯著單元(evolutionarily significant unit,簡稱ESU)是地理上離散的、歷史上被隔離的居群組,因而具有獨特的進化潛力。定義ESU的遺傳標準包括由遺傳距離反映的等位基因頻率的顯著分化和基于某些基因的系統分化程度。定義ESU的主要目的是要確保進化的產物被認識并受到保護和有效利用,使不同ESU固有的進化潛能得以保持[35],最終真正達到保護物種和可持續利用的目的。1986年,Ryder首次提出了進化顯著單元的概念,用作保持生物遺傳完整性和進化潛能的一種可操作方法,對地理上有顯著變異的居群組進行分別管理[36]。然而,正如物種的概念一樣,ESU在定義它的組成和界定它所要求的變異類型也還存在爭議[35]。Moritz(1994)定義ESU為歷史上被隔離的且獨立進化的居群組[35],這些居群組在動物中線粒體DNA(mtDNA)或植物葉綠體DNA(cpDNA)等位基因表現為交互單系,并在核等位基因上有顯著分化。根據這一定義,在獲取具有正確拓樸結構系統樹的基礎上可確定ESU。對于有顯著遺傳分化、同時在線粒體或葉綠體基因組和核基因組上都是單系的居群,應屬獨立的ESU。而對于與其他居群遺傳分歧度并非很高、在線粒體或葉綠體基因組上又是單系的居群,如果其核等位基因的頻率與其他居群有顯著的差異,也應視為一個ESU;相反,如果其核等位基因的頻率與其他居群沒有顯著的差異,則不能視為一個獨立的ESU[37]。微衛星作為一種多態性很高的核基因分子標記,在界定顯著遺傳結構和定義進化顯著單元具有其他分子標記不可替代的優勢。進化顯著單元ESU的研究目前主要集中在動物的保護遺傳學研究[38],在植物中也開始借鑒動物的研究方法進行一些進化顯著單元的劃分[39],而在道地藥材的保護、分子鑒定和可持續利用的研究中尚未深入到進化顯著單元的劃分。
3微衛星在道地藥材群體遺傳學研究中的應用展望
3.1微衛星在道地藥材群體遺傳學研究中的應用
近年來微衛星群體遺傳學被生物科學界所重視,對于道地藥材的研究主要集中在遺傳結構和遺傳多樣性方面。如Chen等利用微衛星群體遺傳學對唐古特大黃進行了遺傳多樣性和遺傳結構分析,闡明了其瀕危機制[40];肖冬長等利用研究了鐵皮石的遺傳結構,揭示了品種間的親緣關系[41];郭銀萍等研究了22份薏苡種質的遺傳多樣性,反映了供試材料的親緣關系,從而為薏苡種質改良提供理論依據[42];閆伯前等研究發現華中五味子具有較高的遺傳多樣性水平和較豐富的等位基因,可作為人工種植時優先選用的種質資源[43]。陳子易等應用微衛星標記實現了人參與西洋參的種間鑒別[44]。這些研究初步揭示了微衛星群體遺傳學在道地藥材研究中的優勢,但前人的研究僅僅停留在遺傳多樣性和遺傳結構方面,未能從根本解釋道地藥材的遺傳變異和形成機制等問題,亟待在理論和方法上有所突破。
3.2微衛星在道地藥材群體遺傳學研究中的展望
3.2.1道地藥材的遺傳成因研究生物的表型是由遺傳因素和環境因共同決定的,然而對于同一性狀中的控制可能只是其中某一因素占主導作用引起的,比如歐洲人的平均身高要高于亞洲人是由遺傳決定的,而中國北方人高于南方人的平均身高是由環境引起的。那么,道地藥材的優質性究竟是由遺傳因素還是環境因素所決定呢?這一直是道地藥材研究爭論的焦點。黃璐琦等提出了道地性形成的“邊緣效應” [4],他認為物種分布區邊緣的極端環境有利于次生代謝產物的積累,因而物種分布區的邊緣往往成為道地產區。其他的一些研究也表明次生代謝產物(如黃酮)含量的差異取決于藥材的地理來源[45]。同時黃璐琦等又提出了“道地性越明顯,其遺傳分化越明顯”的模式假說[4],認為道地藥材的生物學本質是同一物種特定居群與其他居群由于地理上的隔離而發生遺傳分化的結果。這些爭論一直沒有直接的科學證據,使道地藥材的生產和質量控制缺乏明確的標準。
在植物居群中,影響居群遺傳變異地理分布的重要因素是基因流或溯祖關系[46]。植物的基因流是靠種子和花粉的傳播來完成的,不同植物由于種子和花粉傳播方式不同而各自具有獨特的基因流模式,其順暢與否,直接影響居群間的分化程度及遺傳物質是否均質化[47-49]。溯祖關系是建立譜系分選(lineage sorting)現象的學說[50],即祖先居群原始的基因型多態性由于遺傳漂變逐漸消失,最終居群內僅存單一基因型而形成單系群,不同的單系群在相互隔離的情況下基因會因突變的積累而逐漸發生遺傳分化。因此,現代基因流和譜系分選歷史決定了一個物種居群的遺傳結構,不同的遺傳結構決定了居群表型(包括化學表型)的地理變異程度,從而在藥材上反映出道地性的明顯程度。因此,應用微衛星群體遺傳學對居群遺傳結構的研究,對道地居群與非道地居群間的遺傳分化程度能夠作出定量判斷,結合化學表型地理變異進行相關性分析,能有效揭示遺傳因素對道地性的影響程度,如果道地居群與非道地居群存在顯著的隔離分化,那么道地性很可能是由遺傳的因素所引起;反之則可能是由環境的因素所決定。
3.2.2道地藥材的栽培起源研究藥用植物的栽培是滿足人們目前和將來對藥用植物需求、緩解野生藥用植物資源壓力的有效途徑,同時某些栽培方式,如傳統小規模的就地引種,能夠很好地保存植物的遺傳多樣性[51-52]。然而,栽培對藥用植物資源的保護作用要從多方面來理解[53],通過栽培而進行大規模的藥用植物生產,對藥用植物資源的保護也可能帶來負面影響[54],例如,奠基者效應和為了高產優質而進行的人工選擇可能導致栽培藥用植物狹窄的遺傳背景,出現類似農作物馴化過程中出現的遺傳瓶頸現象[55]。同時,在現代條件下的藥用植物栽培,由于高度發達的交通和藥材貿易市場,使得不同產地之間藥用植物種子的交流變得更加容易,種子從原產地流入其他環境可能導致栽培藥用植物遠交衰退[56],衰退的基因流可能從栽培居群流入附近的野生居群,從而引起野生居群對本地環境適應性的下降[57]。
栽培起源研究能夠有效揭示栽培馴化過程中居群動態和遺傳結構發生改變的過程,是當今國際上群體遺傳學研究的熱點之一。栽培植物和它們的野生祖先常常形成野生-栽培復合體并構成植物繁演的重要遺傳資源[58-62]。伴隨著農業上將植物從野生變為適合栽培和人類利用的引種馴化過程的開始,圍繞著野生-栽培復合體的基礎理論研究[60](作為一種植物進化的模式)和應用研究也開始興起,例如,確定馴化植物的地理起源或評價作物進化的居群動態可以為合理利用和管理遺傳資源提供科學指導[61]。其中對野生和馴化兩種形式下表型分化的遺傳潛力研究尤為受到關注[62],近來開始探測栽培的野生植物對附近自然居群的基因流[63]。所有這些研究是彼此相關的,例如,對居群進化歷史的研究是分析人工選擇作用[64]或基因流模式的前提[65]。目前栽培起源的研究多集中在對主要農作物的研究,如水稻、玉米、大豆等[66-68],而藥用植物的栽培起源研究基本上沒有涉及,將微衛星群體遺傳學引入道地藥材的栽培起源研究,能有效揭示道地栽培居群是否起源于道地野生居群,并進一步比較它們的品質差異,最終闡明道地藥材的栽培是否只有道地野生居群就地引種才能保持道地性、道地野生居群在非道地產區或非道地野生居群在道地產區異地引種對道地性的影響程度有多大、異地引種栽培居群的基因流對本地原生野生居群的種質可能產生的影響等科學問題,這些問題的解決必將把道地藥材的栽培起源研究引向深入,充分掌握處于引種馴化初期的道地藥材在人類干預下遺傳演變的規律,為道地藥材遺傳資源的管理和合理利用及品種選育提供科學指導,避免在作物馴化過程中已經發生的不利于人類利用和植物進化的過程重演,有效地進行科學引種。
3.2.3道地藥材的產地鑒別產地鑒別是指對不同產地的同一藥材進行鑒別,道地藥材具有特定的地域,尋找反映道地藥材地域特征的鑒定評價標準一直是道地藥材研究的關注點,然而道地藥材的產地鑒別一直是藥材鑒別的一大難題:一方面不同產地藥材形態和組織差異很小,傳統的經驗鑒別和顯微鑒別無能為力;另一方面不同產地藥材的有效成分差異難以達到質的差別,同時受生長年限和取樣時間等的影響,也很難勾畫出同種藥材不同產地的化學特征。那么,DNA分子鑒別能否解決這一難題呢?關于道地藥材的DNA分子鑒定,肖小河等指出“目前DNA分子遺傳標記技術在道地藥材鑒定中受到2個方面的局限:一是來自技術本身的,如目標基因的真實性與DNA同源性,DNA分子標記結果的重現性和穩定性;二是來自研究對象的,不是所有的道地藥材形成都會留下DNA差異‘烙印’,同時這種DNA差異也不見得與道地性的形成有直接或內在的相關”[69]。近來迅速發展的DNA條形碼技術很好地解決了第一方面的局限,而無法解決第二方面的局限,其主要集中在物種水平的分類和鑒定,在藥材鑒定方面的應用只能作真偽品的鑒別,其所依據的理論是分子系統學(phylogeny),所選用的DN段相對保守,實驗也證明DNA條形碼對當歸這類藥材的產地鑒別是無效的[70]。
道地藥材的產地鑒別實質上是生物種下居群水平的遺傳分化問題,所依據的理論是分子譜系地理學(phylogeography)和群體遺傳學,所選用的DN段相對于用于物種水平鑒別的DNA條形碼具有更快的進化速率。目前很多研究表明,葉綠體基因間序列在許多植物類群中已經顯示了充分的變異,可用于植物分子譜系地理分析和進化顯著單元的確定[71-72],在藥用植物的道地居群和非道地居群間也存在顯著分化,具有道地居群特有的單倍型可用于產地鑒別[70, 73]。葉綠體分子譜系地理分析反映了居群間種子流的大小和母系遺傳DNA的分化程度,而控制化學表型的功能基因存在于核基因中,其分化程度與道地性的相關性更大。核基因在居群間通過花粉流傳遞,為雙親遺傳。然而由于功能基因多存在高度保守、多拷貝、雜合等特點,直接利用功能基因進行群體遺傳學分析難度較大,沒有可操作性。微衛星特有的優勢全面反映了核基因組的遺傳信息,用于群體遺傳學分析能有效闡明居群間花粉流的大小、核基因的分化程度、基因型純合或雜合程度等,從而揭示核基因的居群遺傳結構。只有同時考慮葉綠體DNA和核基因的居群遺傳結構,才能正確劃分進化顯著單元,由此判斷道地居群和非道地居群是否存在隔離分化或基因流,也即道地藥材的形成是否留下了DNA差異的‘烙印’,最終闡明道地藥材能否實現產地鑒別。對于沒有DNA差異‘烙印’的道地藥材不能實現產地鑒別;對于存在DNA差異‘烙印’的道地藥材,根據分子譜系地理學和微衛星群體遺傳學分析的結果建立道地藥材的分子地理標識,從而實現道地藥材的產地鑒別。
4結語
目前道地藥材形成規律的研究已取得階段性成果,但在道地藥材形成的演化規律以及人工馴化過程人為影響道地藥材進化潛能等方面的研究需要進行種內進化(微進化)的深入研究,將微衛星群體遺傳學引入道地藥材研究,突破了道地藥材遺傳成因研究長期在理論和方法上的局限以及藥材分子鑒別停留在真偽鑒別(種間鑒別)的瓶頸,有效填補道地藥材栽培起源研究的空白,為揭示道地藥材的遺傳成因、實現道地藥材栽培科學的引種和產地鑒別(種內鑒別)提供新的理論和方法。
雖然微衛星是研究道地藥材非常理想的遺傳標記,但在實際的應用中仍有不足之處,除了一些已知大量序列信息的研究對象以外(如人類,常規的實驗動物和一些農作物),對于一個序列信息完全未知的新種,必須首先建立基因文庫并篩選微衛星位點,實驗工作繁瑣且耗時費力。微衛星位于非編碼區的概率比編碼區高,因此在某些情況下不能反應出功能基因組范圍內的遺傳水平。總之,隨著實驗技術的改進,統計分析方法和檢驗手段的日趨完善,微衛星群體遺傳學將在道地藥材研究中發揮更大的作用,在具體科研中應該針對需要解決的問題,選擇合適的分子標記和分析方法,才能更好的解釋道地藥材的本質。
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【關鍵詞】概念 強化 內在聯系
概念是指以最簡潔的語言概括事物的本質屬性。生物學概念是反映生命現象和生命活動規律本質屬性的一種思維形式,作為生物學知識結構的基本要素之一,構成學生學習內容的基本骨架,是學生進行生物學學習和思維的基本單位。生物科學作為一門自然科學,在知識體系中存在著大量專業性概念。很多情況下學生由于對某些基本概念理解模糊,而給后續學習造成很大的障礙。可見概念教學是課堂教學的一個重要的組成部分,對概念的掌握和運用是生物學教學過程的核心問題。采取何種有效的教學策略進行生物學概念教學呢?教師上網查閱有關生物學概念教學的文獻資料,閱讀教育學理論書籍,并在自己的課堂教學實踐中嘗試、探究,總結高中生物學概念教學的有效策略。 因為"基因的分離定律"教學內容中涉及到的生物學概念很多,至少有15個,所以本文就以其課堂教學為例分別描述生物學概念教學策略。
1、提供必要的感性認識
科學概念的獲得和掌握標志著學生對客觀事物已有了理性的認識,而理性認識一般是以感性認識為前提的。如果借助具體的、生動的感性材料,將有助于學生發現事物的基本特點,以進一步理解和掌握科學概念。因此,教師講授概念,經常可以為學生提供一些直接觀察具體事物的機會,或者可以提醒學生動用已有的感性經驗,以此增強概念教學的直觀性,促進學生思維過程從個別現象向一般規律發展。聯系生產生活實際進行生物學概念教學實例如下:
1.1 講授“性狀”概念
生物體所表現的形態結構和生理活動以及行為特征。教師列舉了水稻的高度、熟性、米粒淀粉糯性,人的膚色、眼色、身高、體重、體型。
1.2 講授“相對性狀”概念,學生觀看了人類相對性狀視頻
有耳垂與無耳垂、雙眼皮與單眼皮、大拇指能向背側屈曲與不能屈曲、食指和無名指等長與食指比無名指短、有發際美人尖與無發際美人尖、手指嵌合時左拇指在上與右拇指在上、小拇指彎曲與小拇指不彎曲、慣用右手與慣有左手等等。觀看視頻后學生當堂觀察自己的哪些性狀是顯性性狀,哪些是隱性性狀。
2.充分利用概念的字面含義
生物學的概念繁多,根據它們的特征和內容的不同,可以分為不同的種類。但所有的概念都需要以一定的字詞來加以表述,而這些字詞作為代表生物學事物的語言符號,它們往往都有著較豐富的含義,它們常常是相應概念內在含義的最生動、最直接的表露。
3、掌握概念的內涵和外延
生物學概念的內涵反映了生命現象和生命活動規律的本質特征,而其外延是指內涵所適用的范圍和條件。在生物學概念教學過程中,教師要分析概念,讓學生理解關鍵詞,掌握概念的內涵和外延。這樣的概念教學在提高了教學效果的同時,也適時地培養學生的分析、思維能力,提高學生的學習能力。
總之,通過理解概念中的關鍵詞,學生能更好掌握一個生物學概念的內涵和外延,并把它正確重組到原有的概念體系中去。
4.運用變式訓練
變式教學是在保持一事物本質屬性不變的前提下,通過變換它的非本質屬性來突出它的本質屬性,使學生準確把握其概念的一種教學方法。變式教學有利于學生理解概念的形成過程,把事物的本質特征和非本質特征區別開來,找出共同點,從而獲得準確的認識。變式的好處就在于能夠突出要點,使它更鮮明,便于學生掌握。純合體和雜合體概念教學過程如下:
5.精選概念習題
教師要透過現象抓本質,針對自己的教學安排和學生的實際水平精心選擇針對性強的練習題,在數量上和質量上都得到保證,要使學生成為練習的真正受益者。另外,通過評講,讓學生知道什么是對的,什么是錯的。精選概念習題在課堂上當堂完成,及時反饋。
6.在運用中強化所學概念
概念的運用既是學習概念的目的,也是檢驗概念掌握的標志。在生物學概念教學過程中,教師聯系生產、學生生活實際,設置概念應用的問題情境,適當地進行概念應用的模擬練習,學生在運用中強化所學概念。
教師展示了人類手的慣用性遺傳圖解,要求學生寫出部分遺傳學基本概念實例:相對性狀、顯性性狀、隱性性狀、性狀分離、等位基因、顯性基因、隱性基因、純合體、雜合體。學生根據對相關生物學概念的理解,迅速作出了正確回答,在聯系人自身運用中強化了所學概念。
7.比較分析概念間內在聯系
反映事物本質屬性的概念之間存在著這種或那種聯系。在教學中,教師要及時指導學生對一些相關概念進行對比、歸類,揭示概念之間的內在聯系,找出本質區別,使概念清晰化和系統化。比較的方法多種,根據教學內容的不同可以靈活選用。日常教學中多用的是表格法和圖解法(包括概念圖)。概念圖是一種將概念的各種本質屬性按照它們之間的內在聯系組織在一起形成的圖示或流程,也可以是將一個概念和與其相互關聯的其它概念按照概念之間的并列,包容或其它內在的邏輯關系組織在一起形成概念網絡。概念圖可以幫助教師提高教學效率,它可以促進學習者進行有意義的學習,可以改變學習者的認知方式,有利于培養學生創造性思維。為了提高效果和學生的自學能力,概念圖的繪制最好讓學生自己動手,教師只進行必要的指導和點評。
1發育生物學課程開設現狀
開設伊始由于主講教師圍繞各自的科研方向講授,因而沒有形成系統教材[2].迄今為止,由于相關學者和科研人員對發育生物學領域研究的重視,國內外出現了各種版本的發育生物學教材,有國外的英文教材,也有我們國內學者編著的中文教材,如使用面較廣的由張紅衛老師主編《發育生物學》,在綜合性大學生物學及生物技術專業、醫學等[3]使用較多,從開始開設發育生物學課程到現在不到四十年時間,與其他學科相比發育生物學仍然處于發展的初級階段,該領域新的熱點和研究成果都在源源不斷地涌入世人的視線中,因此教材內容也在不停地補充.博士生、碩士生及本科生使用的教材不一樣,不同專業不同院校使用的該課程教材也不盡相同.從總體看發育生物學在我國還處在起始摸索階段,還未能形成一個被大家普遍認可和遵循的成熟的課程體系,當然也有了探索和完善的空間.2009年起,我校為了生物科學專業的發展,將發育生物學課程列入了教學計劃,但相比其他同類院校就晚了很多(如2002年曲阜師范大學開始給生物科學、生物技術兩個專業開設發育生物學,山東德州學院2004年就開設了該課程)[4].經調查進入新的世紀,本科院校的生物學專業2/3的院系先后開設了該門課程,1/3的院系也有了開設該門課程的計劃,但由于師資等原因,暫時不能開出.且不同的學校,該課程的類型設定不同,多數設定為專業限選課程,少數設定為專業必修課程或專業選修課;課程計劃學時不盡相同,一般授課學時36學時左右,實驗學時30學時左右,但多數學校設有開設實驗課;教學時間安排不同,有的在第6學期開設的.有第7學期開設的.
2地方本科院校生物科學專業發育生物學課程開設過程中面臨的幾個問題
第一,師資力量比較薄弱[5].因為發育生物學在國內外起步較晚,所以教師很大一部分是沒有從事過發育生物學教學和研究的專業性教師,只能是從相關的學科,比如組織學與胚胎學、遺傳學、細胞生物學或生物化學與分子生物學等學科的轉型的教師,剛剛開始的時候一般都存在缺乏專業的、完整的發育生物學知識體系這樣的情況.這是我校和其他地方性院校面臨的共同問題,如我校發育生物學課程就是由遺傳專業教師來講授.第二,課時偏少.雖然綜合院校和其他老牌生物科學專業課時基本控制在36學時左右[6],如寧波大學,理論課時為34,我校開設伊始課時也是36學時,學習效果卻不很理想,因為大多數地方本科院校課程開設課時都是參考基礎較好的綜合院校的做法,但忽略了面對的教學對象不一樣等問題,就我校生物科學專業而言,學生基本是剛剛過二本錄取分數線或是其他職業高中生源,基礎差,學習能力不強,同樣的教材,同樣的內容無法在同樣時間領會掌握.第三,開設時間偏后.主要是考慮到其他相關專業課程已經學完,學生有了一定的理論基礎,因此我校跟其他一些院校一樣安排第7學期開設發育生物學,但沒有考慮到生物科學專業歷來是考研的生力軍,第6學期后,大多數學生基本已經確定學習和考研方向,對此時段開設的課程也僅止于學習及格,即使有部分同學覺得該課程內容新穎,知識面廣,更新快,奈何時間關系也不愿深入學習,因此學習積極性并不高.第四,課程知識體系龐雜.涉及到遺傳學、分子生物學、胚胎學等信息相互交叉融合,邏輯性比較強,比如體軸形成這一部分內容,有遺傳學的知識,有細胞生物學的信號轉導內容,還有胚胎學的知識,需要學生有一定的知識積累才能理解,而現在課堂上一般以傳統的講授和單一的多媒體教學方法進行教學,學生往往反映發育生物學很難、不好理解.教學效果不佳.第五,教學實驗經費投入相對不足.發育生物學實驗投入的時間經費相對較大,一些院校如德州學院、長治學院以及懷化學院都還未開設發育生物學實驗課程,許多經典實驗不能讓學生親自動手,無法將課堂上學到的理論知識應用到實踐當中去.因此對這樣一門觀察實踐性極強的學科的發展來說,這也是及其不利的.
3對發育生物學課程設置及常規教學過程中面臨問題的解決方法
針對以上問題,我校生科專業首先是調整發育生物學課程開課時間,從第7學期提前到第6學期,課時為48學時,周課時為3節.現在一些重點大學比如華中科技大學、山東大學也都將課時量提高到54課時,湖北民族大學、長治學院對發育生物學課程課時量也有了相應的增加.開課學期也都放到了第6學期.此時生物化學、遺傳學、等基礎課程已經講授完成,學生有一定的理論基礎,而考研方向未定,學生的注意力和精力多數放在專業課程的學習上,這樣對很多喜愛該課程的學生就多了一個學習和選擇的機會,因為現在考研的形勢越來越嚴峻,生物科學專業和生物工程專業很大一部分同學是競爭同樣的學校同樣的專業,難免會產生“同室操戈”的現象,多一門選擇方向可以避免因專業建設不成熟而給有志向的學生造成損失.對專業教師學科背景有待加強的現象,可以讓教師通過提前進修或是提高自己的學歷來增加對發育生物學知識體系的掌握和理解,了解發育生物學的最新進展,備課時首先了解教學計劃和教學目的,合理安排教學內容,對生物科學本科生,要求他們掌握的是發育過程中的基本現象、概念和知識,掌握并理解基本原理.
太過抽象或復雜內容則應盡量簡述,同時為了便于學生理解和記憶,教學安排上應該從發育的基本原理著手,再根據模式生物個體發育的過程,在依次出現的發育現象中,摻入發育生物學的基本概念、基礎知識,突出重點難點,真正做到深入淺出解決“知識抽象”這一問題.發育生物學很多的內容都是通過模式生物的發育過程來說明問題的,例如:無脊椎動物的線蟲、海膽、海鞘果蠅等脊索動物文昌魚及脊椎動物魚類、鳥類、哺乳動物等[7],這些生物從受精到受精卵到胚胎再到發育成成體的過程與機制幾乎涵蓋了整個生物物種的發育特點和模式,這樣將龐雜的知識體系系統化,這樣學生就不會覺得“很難、不好理解”了.課堂上靈活運用各種教學形式,充分利用多媒體手段,如山東德州學院從提高教師課件制作水平等方面著手[8];兼用講解式教學與探究式教學充分調動學生學習的積極性和主動性.傳統課堂教學方式多采用講解式教學,這種方式可以使學生在短時間內獲取大量的知識,通常適用于一些核心、基礎以及難以理解的內容的講解,比如發育生物學中一些基本的概念,以及胚胎的器官系統發生的內容,應該應用講解式教學.而涉及生物體軸的形成及有關干細胞發育分化的問題,則可應用探究式教學[9].
一來檢驗和鞏固學生對知識的掌握,還可以培養學生獨立思考和創新能力,采用啟發式的教學方法,不一定在課堂上將所有的知識點全部講解完了,根據一些內容選擇一些權威的科研論文,從研究者的角度去探索發育現象,加深對專業術語的了解,有些學校如廣州藥學院則將發育生物學的熱點研究內容及現狀靈活穿插在教學過程中,也有取得了一定的效果[10].另外對有些內容,比如說卵裂這一部分內容,不可能在課堂中所有的卵裂形式都一一講授,可以講一到兩種典型卵裂方式,然后以播放視頻的方式讓學生比較直觀的了解各種裂解方式的特點,然后再布置學生課后去查閱并下其他動物的卵裂方式與課堂上講述的有何異同.這樣既引導學生有目的地介入教學過程中,又加深了學生對知識點的理解,提高了學生的學習興趣.如浙江海洋學院就通過精心選擇一些課外專業的閱讀資料來擴展學生的視野.另外,課外可適當開展課外主題活動.課外主題活動在一些院校多個專業都有出現,有一定的教學效果.我校發育生物學由于經費設備問題沒有開設實驗課,因此想通過1-2次實驗類的課外主題活動來稍加彌補.