遗传学教学改革与实践

遗传学作为现代生物科学领域中发展最快的学科之一, 逐步从个体向细胞、细胞核、染色体和基因层次发展, 并已向生物学各个分支学科渗透。目前生命科学发展迅猛, 人类和水稻等基因图谱相继问世, 随着新技术、新方法的不断出现, 遗传学的研究范畴更是大幅度拓宽, 研究内容不断地深化。培养具有遗传学基本知识和创新能力的研究人才已迫在眉睫。遗传学作为生命科学中的一门主干课程越来越显示出其重要性。

自本世纪1990年代中后期, 我国农业院校陆续开展了遗传学教学与实践研究, 并成为高等农业教育改革的主要方面。在校院领导的关怀下, 遗传教研组从1997年开始进行遗传学教学改革与实践研究, 至本学期初已全部完成了遗传学课程建设与实践。并已进行了4届以上的教学实践。遗传学教学改革, 是我校在高等农业教育改革积极尝试, 适应了农业高新技术的飞速发展和21世纪对掌握农业高新技术人才的需求, 其意义是深远的。虽然我们仅仅只有几年的时间, 但这一改革和实践, 已在教学过程中表现出了显著的促进效果。

1 教学改革内容及实践效果

1.1 课程内容改革

遗传学的内容庞博复杂, 理论涉及了数学, 化学, 物理等跨一级学科的内容, 在分析实验结果, 理论描述, 公式推导等教学内容上, 具有独到的逻辑思维方式, 而且遗传学学科的前沿发展很快, 这个领域中积累了大量的知识信息。所以, 遗传学被认为是生物学中最有兴趣, 也是最难学的一门课程。

根据遗传学的研究内容和应用特点, 广泛调研和参考了国内外有关遗传学课程设置特点、教学内容, 结合我校各院的专业设置, 组织遗传组主要从事遗传学相关领域科学研究、具有长期实践经验和丰富理论知识的教师, 在原大纲的基础上, 将课程内容做适当的调整。

(1) 将遗传学的三大基本规律重点讲授细胞学机制, 增加概率论在遗传分析中的应用。

(2) 将遗传物质的分子基础一章适当提前, 并将其内容中基因的概念和基因作用调控、基因工程两节内容适当扩充, 以顺应21世纪的学科发展, 力求反映现代遗传学的发展动向。

(3) 将基因突变的分子基础一节纳入基因突变一章, 使基因突变一章内容更具系统性。

(4) 增加微生物遗传等内容。

(5) 选用适合生物技术、生物工程、农学、植物科学技术、种子工程、园艺、植物保护、葡萄酒、草业等专业特点的教材两套。

1.2 学方法和手段改革

长期以来, 教学活动都以教师为中心, 实行教师在课堂上以描述性的讲解来传播知识, 学生在教与学的过程中是一种被动的认知信息的接受者。在这种教学方式下, 往往忽视了学生的获得知识的潜在性和理解知识的差异性, 以及发展知识的创造性。这种传统的教与学的模式虽然在教育中统一了大纲, 确定了标准, 规范了教学制度, 但同时也掩盖了学生个性发挥的能力, 忽略了学生积极思维的创新意识, 不利于面向21世纪的高素质的创新人才的培养。遗传学教学中充分认识了这种教学模式的弊病, 努力探讨如何在教学中培养发现问题和提出问题的创新能力, 分析问题和解决问题的能力。如:在教学中, 教师对于重要的理论和定律, 除了做出全面的描述和证明之外, 还特别多方查阅资料, 对学生介绍著名学者创建理论的思想和方法, 从而启发学生勇于探索意识, 积极创新的思维。例如:在讲授遗传学奠基者孟德尔发现的遗传学两个基本定律——分离定律和自由组合定律时, 教师提出了一个值得思考的问题:为什么孟德尔能创立了重要的遗传学理论, 而他人用同样的方法, 早于孟德尔40多年, 甚至连实验的结果, 都十分接近, 却未能跨出成功的最后一步?其中涉及到了一个方法学问题, 孟德尔的最大成功, 是他独劈蹊径, 采用了统计学的方法, 统计出了豌豆杂交实验的分离规律, 使得这位名不见经传的年轻传教士, 成为近代最伟大科学家之一。创新的思想是孟德尔成功的支柱。学生在这个事例中受到了深深的震撼, 他们感到在自然学科中, 如果不积极思考, 不努力创新, 总是沿着铺设好的道路走, 永远是一个没有前进的园。遗传学在教学中的列举许多事例, 鼓励学生的个性发展, 积极思维, 敢于创新, 取得了较好的成效。

因此, 我们提出了在教学中“以教师为主导, 学生为主体”的教学思想, 在教学中发挥教师在传播知识中的导向作用。同时根据遗传学内容教学特点, 在教学过程中, 注重教学方法总结和探索, 注意课堂教学与实验教学相结合, 课堂讲授与课堂讨论相结合传统教学与多媒体教学相结合。围绕重点、突破难点, 加深理解, 避免死记硬背, 使学生比较轻松完成遗传学学习。在教学中, 取得了良好的教学效果, 2003年被评为陕西省首批精品课程。

在教学手段方面, 几十年来教师和学生都已熟悉了教师口述学生听讲的教学模式和手段, 即使使用媒体, 也仅局限于小黑板、挂图等方式。尤其在遗传学的教学中, 知识的信息量比较大, 直观性比较强, 如果全部使用传统的教学手段, 很多需要学生进行感知的内容无法使学生得到直接的经验, 从而加大了学习和理解的难度。为此我们在提高传统教学质量的基础上, 使用了多媒体辅助教学等手段。媒体教学不仅能替代很多传统教学的手段, 而且能实现传统教学手段无法达到的效果。利用动态画面展示事物发展的动态或推理的全过程, 利用它的图画特性将抽象的、理论的东西形象化、将空间的、难以想象的内容具体化。如:《遗传学》染色体结构变异中相互易位杂合体染色体联会与分离的讲解, 相互易位杂合体染色体的联会与分离是遗传学教学中的难点, 用语言和挂图描述学生理解印象不深, 达不到理想的教学效果;又如遗传学中涉及许多譬如细胞、染色体方面的微细结构内容, 这些内容在遗传学教学中难以给学生直观形象的描述, 而使用多媒体教学, 将其制作成动画, 模拟其进行的全过程, 利用动画的生动性、直观性、形象性等, 进一步加深了学生的理解。

1.3 实验室建设和实验教学

(1) 实验室建设。实验室建设是遗传学教学中最基础、最直接的一部分。西北农林科技大学遗传工程中心实验室是1998年由原遗传学实验室、细胞工程实验室和细胞遗传学实验室联合组建。是一个面向全校生物类专业, 承担不同层次、多门课程、各种类型的实验实习以及相关科研研究的、集教学与科研为一体的大型的综合实验室。实验室每年承担我校16个专业1500多名本科生《遗传学》课程的实验实习, 3个专业200多名本科生《细胞生物学》、《细胞工程》、《实用微生物学》、《植物组织与细胞培养》4门课程的实验实习, 3个专业40多名本科生的生产实习和毕业实习, 部分专业30多名硕士研究生《细胞遗传学》课程的实验实习及作物遗传育种专业20多名博、硕士研究生的研究论文工作。

实验室拥有一支管理水平高、专业技能熟练、人员结构合理的优秀的、高素质的实验管理和实验教学人员。自组建至今连续五年来, 遗传工程中心实验室的实验管理和实验教学人员以高度的责任心和事业心, 高水平的圆满完成了各项教学实验任务, 面对全校6个院系16个专业大容量的实验教学活动, 没有出现1次教学事故, 实验教学效果受到相关院系学生和各级教学管理部门的高度评价。作为课程教学的重要部分, 遗传工程中心实验室承担实验的主要课程《遗传学》课程2003年被评为西北农林科技大学精品课程, 同年被评为陕西省精品课程。实验室承担实验的《遗传学相关课程建设与实践》教学成果获2003年西北农林科技大学教学成果二等奖。

近年来, 为了保重和提高实验课教学质量, 在校设备处和学院领导的关怀和支持下, 遗传工程中心实验室的建设有了快速、高质量的发展, 2002年, 组建了南校区两个教学实验室, 同时对北校区教学实验室80年代初配备的、已不能正常使用的仪器设备进行了更换, 使遗传工程中心实验室的实验条件和实验能力不仅在量上、而且在质上有了根本的改变, 为今后遗传工程中心实验室更高质量的完成实验教学任务打下了良好基础。目前遗传工程中心实验室已拥有一次能容纳5个标准班同时实验实习, 1人1组, 人均实验面积超过2m2以上, 实验设施齐全的、规模化的实验课教学体系。实验室利用率和实验开出率大大提高。

(2) 实验教学。实验教学方面, 在原有基础上, 为提高实验教学效果, 采用了多媒体实验教学和自主性实验教学。

(1) 多媒体辅助实验教学, 即在遗传学教学中使难以给学生直观描述内容, 通过多媒体实验教学得以加深学生对遗传学课程的深化理解, 由此设计开发了“遗传学实验过程演示系统”教学课件, 该系统通过数码图像采集系统对图像的采集, 加工, 利用Authorware制作平台将内容统一起来, 文字简洁易懂、图片处理得当直观、操作界面简单。教师、学生可方便、灵活地对实验内容, 实验目的、原理、实验进程和实验结果等进行演示, 较好地指导学生实验, 提高了实验效果。

(2) 自主性实验教学, 即对部分实验进行启发式的“发现式”实验教学。通过学生的自主设计实验, 在教师的指导下, 学生变被动为主动, 积极去发现, 从而真正达到教学目的。

如:有关遗传学三大规律的实验 (分离规律、自由组合规律和性连锁规律等) 都是验证性的, 多以果蝇作为杂交的材料, 是最基本最典型的实验。然而在现行的遗传学实验教材中, 分多个独立的实验并事先设计好实验方案, 实验课前指导教师详细讲解果蝇各相对性状的遗传特点、决定有关性状的基因及其与染色体的对应关系, 以及杂交后代的分离比例, 学生只需按教师的要求, 验证性地完成几个不同的实验。

采用传统的实验设计方法, 整个教学过程中学生处于被动接受的地位, 学生过分依赖教师的指导, 不能独立操作、观察, 习惯做完一步问一步。这种教学模式不利于提高学生研究生物科学的实验技能, 不利于提高学生的独立性、观察能力、判断能力和解决问题的能力, 影响学生对实验设计方法的深入了解, 不利于学生创造性思维的科研素质培养。

经过几年的教学实践, 设计出果蝇杂交实验的新方案, 将果蝇的单因子实验、两对因子的自由组合、伴性遗传、基因的连锁与互换等独立杂交实验所要完成的内容, 通过寻找内在的联系, 设计出一个习惯的杂交实验组合来完成。在实验前, 教师只需交待实验所选择的相对性状和各性状的果蝇的外形特征, 以及饲养果蝇要注意的事项。实验时由学生去查找相关资料, 自主设计实验方案, 提出详细的实验计划, 然后根据自己设计的方案进行实验操作, 记录实验数据, 分析实验结果, 并“发现”是否符合孟德尔遗传定律, 最后提交详细的各具特色的实验报告。

这样的设计, 是一个综合性、有探索性的实验设计。在实验前学生没有现成的实验结果去参考, 各组学生的实验内容又不尽一样, 这就要求每一个学生都要去查阅有关的资料, 掌握相关的理论知识, 才能撰写好一份正确的详细的科学实验计划。实验过程中要求每个学生对整个实验观察了如指掌, 胸有成竹, 具备认真负责, 一丝不苟和持之以恒的科学实验精神, 加强学生实验技能的培养, 学会灵活变通地使用器材, 提高了学生的综合科学素质。极大地推动了遗传学教学的效果。

2 教学改革与实践理论水平

遗传学教学改革, 是农业院校调整和课程设置改革的一个重要方面, 对于现阶段的本科教学来说, 是势在必行的。遗传学课程建设, 必须注重师资队伍培养, 课程内容、教学思想、教学方法、教学手段及实验室建设和实验教学等方面的改革;特别注重了现代多媒体教学与传统教学的相辅相成的关系, 并在多媒体课件创作过程中, 注重本身的系统性和完整性, 并在教学过程中不断完善和充实。所进行的教学改革与实践与同类项目相比, 有以下几个特点。

(1) 形成适应本学科发展和各专业要求的遗传学课程体系。

(2) 形成了系统、完整的遗传学教学辅助工具。

(3) 形成自主性实验教学体系。

(4) 遗传学教学改革已经过多年教学实践, 并得到了充实和完善, 受到广大师生的一致认同。

3 教学改革与实践的推广价值

目前, 随着应试教育向着素质教育的转轨和信息时代的到来, 发展现代教育技术, 改革教学模式已提到我国教育改革的议事日程, 近年来生命科学, 研究和应用发展迅猛, 遗传学作为一门综合性很强的学科, 其课程内容宽泛, 信息量大, 在教与学方面都有很大的难度。在目前的课时安排、经费支持和教学条件下, 不采用新的教学方法和手段已经很难进行有效的遗传学教学改革, 在教学改革的手段甚至观念上, 现代计算机及网络技术都起着十分重要的作用。教学媒体作为一种具有特殊功能的辅助教学手段, 其应用给课堂教学带来了无限的生机和活力, 它使当今的教学手段、教育方法、教育观念、教学形式、教育结构、以及教学思想与教学理论都发生了变革。

同时自主性实验教学设计又为遗传学教学增添了活力。因此, 遗传学教学改革是充实和发展农业高等教育内容的一个尝试, 也是时代赋予我们的神圣职责。和兄弟院校相关研究项目一样, 遗传组所进行的遗传学教学改革与实践将为高等院校教学内容的改革和发展提供并累积了例证、资料和经验, 其特色和经验将在相关学科产生影响, 并有很重要的推广价值。

附件:

(1) 相关资料。

(1) 遗传学多媒体教案一份。

(2) 遗传学多媒体课堂教学及实验教学课件四套。

(3) 遗传学网络课件一套。

(2) 获奖情况。

(1) 2003年遗传学被评为陕西省精品课程。

(2) 2002年教学质量年获院教学质量优秀奖。

(3) 2003年遗传学相关课程建设与实践获校教学成果二等奖。

(3) 承担教学改革研究项目。

(1) 遗传学教学改革与课程建设。西北农林科技大学教学专项基金项目, 何蓓如, 2003055。

(2) 遗传学多媒体CAI课件研制。西北农林科技大学教学专项基金项目, 宋喜悦, 2003067。

(3) 遗传学分析与题解。西北农林科技大学教学专项基金项目, 刘曙东, 2003086。

(4) 遗传学实验室多媒体制作。西北农林科技大学教学专项基金项目, 王竹林, 2003095。

(5) 植物染色体制作技术多媒体课件。西北农林科技大学教学专项基金项目, 余玲, 2003104。

(6) 红色面包酶的基因分离与交换实验的多媒体制作。西北农林科技大学教学专项基金项目, 车江, 2003105。

(7) 果蝇的伴性遗传分析实验课件。西北农林科技大学教学专项基金项目, 胡甘, 2003106。

(4) 研究论文。

(1) 宋喜悦, 张玲丽, 何蓓如.遗传学多媒体教学研究与实践[J].高等农业教育, 2004 (1) .

(2) 张玲丽, 宋喜悦, 卢碧霞.农学专业实验教学现状及改革初探[J].西北高等农林教育, 2004 (3) .

(3) 宋喜悦, 张玲丽.多媒体教学研究与实践[J].西北高等农林教育, 2003 (3) .

(4) 马翎健, 何蓓如.因材施教, 提高职教师资班的教学质量[J].西北高等农林教育, 2001 (1) .

(5) 任慧利, 李春莲.加强实验室管理, 为教学科研服务[J].西北高等农林教育, 2002 (2) .

(6) 韩德俊, 任慧利, 李春莲.课堂讨论教学引发的思考[J].西北高等农林教育, 2000 (3) .

摘要：遗传学作为现代生物科学领域中发展最快的学科之一。遗传学教学改革, 是在高等农业教育改革的积极尝试, 是适应农业高新技术的飞速发展和21世纪对掌握农业高新技术人才的需求, 其意义是深远的。通过对遗传学教学过程中的内容、课堂和实验教学手段和方法进行改革, 并在实践中表现出了显著的促进效果。

关键词：遗传学,教学改革