農(nóng)學(xué)類專業(yè)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)論文
引言
遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中一門十分重要的基礎(chǔ)性學(xué)科之一，也是高等農(nóng)業(yè)院校農(nóng)學(xué)類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課之一。遺傳學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在遺傳學(xué)課程教學(xué)中占有十分重要的地位。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)既是對遺傳學(xué)課堂知識的驗(yàn)證和鞏固，又是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力的一個重要途徑。21世紀(jì)高校人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)是加強(qiáng)對學(xué)生的素質(zhì)教育，特別是創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2,3]。如何適應(yīng)新形勢下素質(zhì)教育的需要，結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢和專業(yè)特點(diǎn)，加強(qiáng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，是農(nóng)學(xué)類學(xué)科建設(shè)的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)高級農(nóng)業(yè)科技人才和農(nóng)業(yè)科研工作者的重要保證。以往遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)只是為了驗(yàn)證理論，存在重理論輕實(shí)踐的誤區(qū)，難以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。為適應(yīng)教學(xué)改革的要求，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)，寬口徑”復(fù)合型人才，筆者在分析甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程專業(yè)和園藝專業(yè)本科生傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要問題的基礎(chǔ)上，對遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索，總結(jié)了從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核標(biāo)準(zhǔn)方面提高遺傳實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的措施。旨在為高校人才培養(yǎng)模式中實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的改革提供參考。
1.傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題
受學(xué)時、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等因素所限，傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要問題如下。
1)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)節(jié)重視度不足。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前期準(zhǔn)備工作（包括實(shí)驗(yàn)過程的部分步驟，實(shí)驗(yàn)材料的培養(yǎng)與處理，藥品試劑的配置及實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試）都是由教師完成，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)進(jìn)行其中的部分步驟，整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生處于被動地位，甚至對一些基本的實(shí)驗(yàn)技能都沒有掌握，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺少創(chuàng)新（見表1)，未能反映遺傳學(xué)的發(fā)展及遺傳規(guī)律的本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上是對課堂教學(xué)中遺傳規(guī)律和染色體理論的驗(yàn)證，缺少分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)以及綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。盡管驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對理論的理解和記憶，由于結(jié)果已知，不能調(diào)動學(xué)生的積極性和思維的創(chuàng)造性。
3)考核方法欠科學(xué)。實(shí)驗(yàn)成績的評定完全依據(jù)上交的實(shí)驗(yàn)報告，而不考慮學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力以及實(shí)驗(yàn)態(tài)度等。使部分學(xué)生養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)不認(rèn)真，抄襲應(yīng)付的不良現(xiàn)象，不能客觀地反映學(xué)生的真實(shí)水平和實(shí)驗(yàn)操作能力。這種傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式既不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不利于學(xué)生的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)和發(fā)揮。
2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系
為適應(yīng)新世紀(jì)人才培養(yǎng)的要求，筆者結(jié)合遺傳學(xué)科的發(fā)展趨勢和農(nóng)學(xué)類本科人才培養(yǎng)要求，遵循“厚基礎(chǔ)”的原則，以基本技能培養(yǎng)為主，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合并優(yōu)化滿足“寬口徑”的要求，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的科學(xué)思維方法及創(chuàng)造性的思維能力。即在保留部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增開綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，形成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一綜合性實(shí)驗(yàn)一設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的多層次教學(xué)體系。
2.1拓展基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
通過拓寬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，組織學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，包括實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備、預(yù)處理、藥品試劑配置、儀器調(diào)試等，既能保證實(shí)驗(yàn)的完整性和系統(tǒng)性，也能提高學(xué)生的動手操作能力和實(shí)驗(yàn)興趣。例如，植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)，大蒜的發(fā)根、剪根、預(yù)處理、固定和試劑的'配置完全由學(xué)生參與完成，使學(xué)生掌握試劑的配置方法和實(shí)驗(yàn)處理的關(guān)鍵技術(shù)。減數(shù)分裂的材料大蔥花序由學(xué)生自己采集，固定處理。讓學(xué)生參與到整個實(shí)驗(yàn)中，不僅加深了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的印象，也激發(fā)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣。由于染色體制片技術(shù)是遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要部分，也是基礎(chǔ)性內(nèi)容，“以學(xué)生為關(guān)注焦點(diǎn)，增加探索性”，調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性。“人類細(xì)胞中巴氏小體的制片與觀察”，從學(xué)生自己身上取樣進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果因人而異，具有探索性，激發(fā)了學(xué)生的興趣。另外，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇上要滿足農(nóng)學(xué)類專業(yè)需求[4]，除了經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)的內(nèi)容外，還應(yīng)融入和專業(yè)直接相關(guān)的分子遺傳學(xué)內(nèi)容，如植物DNA提取、檢測和PCR擴(kuò)增技術(shù)等簡單的分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)理解遺傳本質(zhì)，培養(yǎng)適應(yīng)就業(yè)發(fā)展要求的專業(yè)性人才。
2.2減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，適當(dāng)增開綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
將一些相關(guān)聯(lián)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合，有機(jī)結(jié)合在一起，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為一個完整的體系，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，并把所學(xué)知識條理化。如有絲分裂與減數(shù)分裂兩個實(shí)驗(yàn)雖然實(shí)驗(yàn)材料不同，但實(shí)驗(yàn)方法基本相同，將兩個合并在一起，作為植物細(xì)胞分裂綜合實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)材料提前處理準(zhǔn)備好，在學(xué)生掌握染色體制片技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時觀察染色體并繪圖，可對兩種分裂方式中不同時期染色體的動態(tài)變化進(jìn)行對比。原單獨(dú)做這兩個實(shí)驗(yàn)需要6學(xué)時，合并后只需4學(xué)時，不僅提高了實(shí)驗(yàn)的效率，又增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的綜合性，有助于學(xué)生綜合分析能力的提高。果蠅遺傳學(xué)系列實(shí)驗(yàn)包括：果蠅生活史觀察和果蠅唾腺染色體制片等實(shí)驗(yàn)。整合后將果蠅的飼養(yǎng)、生活史、遺傳性狀觀察和唾腺染色體制片等內(nèi)容一次性進(jìn)行，把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探索性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率，也提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。
2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研相結(jié)合，增開設(shè)計性實(shí)驗(yàn)
在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可以依托教師的科研項(xiàng)目，讓學(xué)生參與到與遺傳學(xué)相關(guān)的項(xiàng)目中，使學(xué)生接觸到本學(xué)科前沿，深化所學(xué)知識。指導(dǎo)老師提供實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，教師審查后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)施，自主完成實(shí)驗(yàn)過程，提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析報告。如植物多倍體的誘導(dǎo)及鑒定實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自己查閱資料和設(shè)計方案，培養(yǎng)材料（如葡萄、馬鈴薯試管苗的繼代繁殖等)，通過設(shè)置不同濃度的秋水仙素進(jìn)行誘導(dǎo)處理。在觀察鑒定過程中要用到染色體制片方法，植物形態(tài)的觀察分析以及電鏡觀察等遺傳學(xué)、植物學(xué)方面的重點(diǎn)技術(shù)。這種以科研項(xiàng)目推動遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，提高學(xué)生“學(xué)有所用”的認(rèn)識，使學(xué)生不斷提高實(shí)驗(yàn)技能，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識分析和解決問題能力，為將來進(jìn)行科學(xué)研究奠定良好基礎(chǔ)。通過對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)減為2個，增開綜合性實(shí)驗(yàn)2個，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)1個（見表1)，基本涵蓋理論教學(xué)內(nèi)容。
3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，重視學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)
通過啟發(fā)式教學(xué)、鼓勵學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計以及結(jié)合多媒體輔助教學(xué)方法改進(jìn)教學(xué)方法，將學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)貫穿于所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中。
3.1以啟發(fā)式教學(xué)為主，變“被動”實(shí)驗(yàn)為“主動”實(shí)驗(yàn)
教師根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容的不同，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和操作。堅(jiān)持以“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性氣實(shí)驗(yàn)前注重預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程教師指導(dǎo)并示范關(guān)鍵性操作，要求每個學(xué)生必須親自動手獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，針對具體操作過程中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。啟發(fā)式教學(xué)方法使學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，形成獨(dú)立分析解決問題的能力。
3.2鼓勵學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中后期，結(jié)合遺傳學(xué)課堂教學(xué)，選擇一些實(shí)踐性較強(qiáng)的課題。在教師指導(dǎo)下，讓學(xué)生以小組為單位查閱相關(guān)資料、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，自主完成實(shí)驗(yàn)過程，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報告。實(shí)驗(yàn)期間，教師做好督導(dǎo)工作，及時糾正出現(xiàn)的問題，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束前完成實(shí)驗(yàn)論文。老師根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)打分，最后作為一項(xiàng)考核指標(biāo)列入實(shí)驗(yàn)總成績中（表2)。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)在研究結(jié)果上的不可預(yù)見性和適當(dāng)難度，不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，同時培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識能力及創(chuàng)新意識。
3.3多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)效果
運(yùn)用多媒體直觀動態(tài)地演示遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，幫助學(xué)生加深對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的感性認(rèn)識，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康男�，�?guī)范操作，從而提高實(shí)驗(yàn)課效率[6]。特別是對于一些較復(fù)雜無法完成的分子實(shí)驗(yàn)，如質(zhì)粒的提取、酶切及連接系列試驗(yàn)、核酸探針的分子標(biāo)記與分子雜交等，通過借助多媒體演示操作過程，既保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性，又加深了學(xué)生對分子遺傳理論知識的理解，為專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。
4.重新構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，充分調(diào)動學(xué)生的積極性
在考核方面，重新構(gòu)建了以強(qiáng)化學(xué)生的動手能力，堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果并重的考核體系，主要依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、以及實(shí)驗(yàn)紀(jì)律態(tài)度和實(shí)驗(yàn)報告作為考評依據(jù)(見表2)。并將實(shí)驗(yàn)總成績以所占比例20%納入遺傳學(xué)課程考核體系中。較全面、客觀地考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力、綜合分析能力以及實(shí)驗(yàn)報告的質(zhì)量，提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的重視程度和興趣。
5.遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果
1)提高了大學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。改變了以往學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面，大大地激發(fā)了學(xué)生對遺傳課的學(xué)習(xí)興趣、責(zé)任心以及參與實(shí)驗(yàn)的積極性。由原來的“過程性學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤剿餍浴睂W(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基本的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，并能積極主動和教師探討實(shí)驗(yàn)以及課堂理論課學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，教學(xué)效果良好。
2)培養(yǎng)了大學(xué)生各方面的綜合素質(zhì)和能力。通過開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的動手能力明顯提高，并能對實(shí)驗(yàn)過程中的問題進(jìn)行獨(dú)立分析和解決，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維能力、論文寫作能力及科研協(xié)作能力等科研素質(zhì)。畢業(yè)實(shí)習(xí)期間從事遺傳學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的本科生，實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)難度和工作量都明顯增加，本科畢業(yè)論文質(zhì)量有很大提高。
3)提高了教師的專業(yè)素質(zhì)及課堂教學(xué)質(zhì)量。在遺傳學(xué)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究實(shí)踐等一系列教學(xué)環(huán)節(jié)改革的實(shí)施過程中，要求教師必須及時熟悉理論知識的發(fā)展前沿，提升自己的專業(yè)素質(zhì)和綜合能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中不但使學(xué)生掌握了扎實(shí)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)知識及較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作技能，而且充實(shí)了教師的專業(yè)知識，使理論知識與實(shí)踐技能相結(jié)合，提高了遺傳學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量。
6.結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)，是提高大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要手段。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索對加強(qiáng)理論知識與實(shí)踐技能相結(jié)合，充分發(fā)揮大學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起了重要作用。由于受多方面條件所限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革較理論教學(xué)改革的難度更大。因此，遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要因地制亙，按照專業(yè)及實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)的層次，根據(jù)學(xué)生的興趣需求進(jìn)行培養(yǎng)和引導(dǎo)，提高大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維能力。本著以培養(yǎng)懂理論能實(shí)踐具有創(chuàng)新能力的高級農(nóng)業(yè)科技人才為目標(biāo)，我校農(nóng)學(xué)類專業(yè)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革探索，既訓(xùn)練了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，又培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，�?chuàng)新思維能力和綜合分析問題的能力，在學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動性、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)方面收到良好的效果。總之，隨著遺傳學(xué)學(xué)科及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步改進(jìn)和完善遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法仍然是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，還有待于在教學(xué)實(shí)踐中不斷地去研究和探索。
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