遺傳學探究性實驗教學模式的研究與實踐

邢沈陽,張桂榮,丁雪梅,朱玉琢,潘英樹,趙志輝,

(1.吉林大學畜牧獸醫學院,吉林長春130062;2.吉林大學白求恩醫學院,吉林長春130021)

遺傳學是實驗性很強的學科,其高速發展離不開大量的實驗設計與研究。遺傳學實驗課不僅為學生提供了一個驗證理論知識、學習遺傳學領域中相關實驗技術的機會,也給學生提供了一個鍛煉動手能力和培養創新能力的機會。因為實踐教學對培養學生的實踐能力、創新精神和創新能力有著理論課不可替代的特殊作用,是創新人才培養過程中貫穿始終的、不可或缺的重要組成部分[1,2]。

傳統教學中更重視理論課教學,理論考核所占的比例也高,實驗課教學多側重基本理論的驗證,設計性、綜合性實驗開設不足,對實驗的考核更注重掌握實驗的方法、了解實驗過程,而對于動手能力和實驗結果的考核有時由于不能量化,因而多以出勤和實驗報告為主要實驗考核內容[3,4]。長期以往,學生對實驗課重視不足,學生的動手能力、創新能力得不到充分的提高。

在分析了傳統教學方式的利弊后,我們遺傳學教學團隊從培養學生的綜合能力出發,結合畜牧獸醫學院的實際情況,以遺傳學課程為載體,08級生物技術專業本科生為研究對象,07級為對照組,針對遺傳學實驗課的授課方式和考核內容與方法,試行了探究性教學和綜合性實驗考核,取代了傳統的教學模式和實驗考核方法,收到了良好的教學效果。

1 探究性實驗教學模式的指導思想

探究性教學強調科學原理形成的過程,強調教學內容的呈現方式要重在過程,將學科的概念、理論等的產生起因和研究過程展示給學生,主張以教師為主導,學生為主體,引導學生積極思維,激發學生自主學習和探究的動機,增強學生自身參與知識建構的積極性和自覺性,完全由學生自己動手動腦發現問題,感受探索過程,獲取知識,培養創新能力。研究性教學既是一種教學理念,也是一種教學模式,還是一種教學方法。它是一種將教師研究性教學與學生研究性學習、課內講授與課外實踐、依靠教材與廣泛閱讀、教師引導與學生自學有機結合并達到完整、和諧、統一的教學[5]。

我們教學團隊通過幾年來在理論教學實施探究性教學并取得良好效果后,從2010年春季起,全面進行探究性實驗教學改革,著力解決實踐教學中教師研究性“教”和學生研究性“學”的問題,以探究式教學模式授驗證性實驗課,同時減少驗證性試驗的比例,增加綜合性、設計性實驗的比例,開放性授實驗課。

2 探究性實驗教學實踐

2.1 設計探究性實驗教案

探究性實驗教學始于探究性教案,探究性實驗教案的設計,是以開放性教學為前題的。學生會自主提出多種問題,教師以引導學生自行解決問題為主,而不再像傳統實驗那樣,只側重驗證遺傳學基本理論,熟悉遺傳學實驗的各種儀器、學習遺傳學實驗的操作技術,而加深理解和掌握遺傳學理論課的教學內容。探究性實驗教案的設計包括從始至終的以教師為主導,學生為主體的教學實踐:教師為學生設疑—教師引導學生自主探索解疑—教學反饋—教師與學生共同修正—教師教學總結。實驗課中不用填鴨式方法,把一切都清清楚楚的講給學生,不讓學生有依靠,必須自己動手動腦才行。在課程的設計上要求學生通過一系列的質疑—判斷—比較—選擇—分析—綜合—概括等多樣化思維的過程,使學生探究下去。做好探究性教案的設計,才能保證學生在課前,課上、課后始終保持對遺傳學興趣,引領學生去探索、分析、操作。

2.2 理論課引導

遺傳學是實驗性很強的學科,遺傳學理論多來自于實驗,我們淡化理論課與實驗課的界限,理論課實驗課化,實驗課理論課化,因此理論課上,在講解相關理論時我們盡量再現發現相關理論的實驗設計過程和實驗結果的分析過程,潛移默化的讓學生明白遺傳學實驗對遺傳學理論產生的重要性。

改革前理論課側重基本概念和基本理論的講解,實驗課則側重驗證基本理論和學習基本操作技能,只有上實驗時才詳細講解理論是怎樣得來的,然后再驗證,理論教學和實驗教學有時是不連貫的。如人類染色體顯帶技術實驗:改革前,按照教材的相關內容在理論上只介紹染色體顯帶的幾種技術及相應的帶型,Q帶、G帶、R帶、C帶,而染色體顯帶的原理則在實驗課中講解,這樣既浪費時間又有課程重復,同時也不利于學生對知識點的理解,如為什么Q帶、G帶帶型相似而與R帶型相反。改革后,理論課上我們直接從1968年瑞士科學家卡斯勃爾遜首次為染色體顯帶的實驗講起,然后提出問題:為什么Q帶、G帶帶型相似而與R帶型相反?留給學生充分的時間去學習相關知識,最后從染色體DNA的組成找到答案,DNA鏈上有A-T豐富區和G-C豐富區,Q顯帶和G顯帶技術使A-T較 G-C更易著色,而R顯帶雖然也是用 Giemsa染,但不是用堿、熱、胰酶或蛋白質酶處理染色體標本,而是用鹽熔液處理,處理的方法不同,得到的結果正好相反,所以帶型與Q帶和G帶相反。學生探究學習的情況我們及時了解,并在實驗課上檢查、考核。

2.3 實驗課前準備

改革后的探究性實驗包括:提出探究驗證性科學問題→組建探究性實驗小組→收集資料→開題報告→開放性實驗→交流研討→結題報告→科學小論文→成績評定。

如:果蠅的雜交試驗,是遺傳學三大定律、伴性遺傳、基因定位的驗證實驗,我們以探究性、開放式的教學方式授課。首先我們對實驗內容進行了整合,將五個實驗一起上,既節省了教學時數,又給學生獨立設計實驗提供了條件,命名為果蠅的綜合實驗。我們在上完相關理論課后布置實驗時,一改往日對實驗課的具體內容直接給出和鎖定,而是首先提出探究性實驗問題:第一,怎樣用果蠅為實驗材料證明遺傳學的三大定律?第二,如何進行基因定位、制作遺傳學圖?第三,怎樣證明果蠅顏色的伴性遺傳?然后介紹摩爾根和他的學生:布里奇斯、斯特蒂文特、繆勒在模式生物果蠅上取得的成績,讓學生們感到做果蠅的實驗很有意義,同時介紹摩爾根的學生們取得卓越成就時,當年都是風華正茂的本科生,讓學生感到自己與科學家們有共同之處,都是年輕的大學生,有信心做好果蠅的雜交實驗。接下來再介紹一些優秀遺傳學實驗教材和相關網站,為學生引領學習路徑。最后介紹我教學團隊老師們的科研工作,吸引有能力的學生參加教師科研課題組,親身體驗實驗室文化和研究氛圍,接受科學研究的訓練,及時得到團隊教師的指導。

布置了實驗后,經過學生分組,開展研究性學習,自行設計實驗過程,預測實驗結果。經過開題報告,小組PPT介紹,教師和同學們提出的問題,通過開題后,方可進行實驗。

2.4 探究性實驗課

首先安排10分鐘左右的開卷檢測,教師巡回檢查學生答題情況。檢測內容多選用一些教科書和實驗指導中沒有的但對理解實驗原理很有幫助的簡單題目。這樣做的目的是克服教學資源的有限性和避免使學生造成課堂少數主力發言者和總是不發言的沉默者,而使大多數學生觀望。因為傳統的互動式教學并不能使每一個學生都充分享受到系統的思維訓練過程,如30人一班教學中,在一次授課過程中,真正留給每一個學生與教師之間進行交流,按照:提問—解答—反饋—修正的完整環節進行互動的時間也是極其有限的。因此,在有限的時間內,是鼓勵有學習有積極性且思維活躍,有獨到見解的學生呢?還是應該多多照顧哪些學習努力,但思而不得有待點撥的學生呢?在這種情況下采取既保護積極發言者的熱情又能兼顧哪些不善于主動表現者的學習興趣。在學生們交卷后所問的問題還沒有解答的情況下,可以讓學生們暢所欲言,因為經過了答題思考,每個人都有自己的意見了。

接著教師進行精講,解惑,學生開始做實驗,課后的實驗總結和討論是訓練學生思維的重要一環,實驗結果存在多重性,能夠正確分析,是科學素質養成的關鍵。

3 實驗課程考核

3.1 傳統考試不利于創新人才的培養

考試是教學的手段而非教學的目的,考試具有評價、鑒定、導向、激勵、塑造等功能。傳統的考試方式沒有充分利用考試的“導向”和“塑造”功能[6],主要強調考試的“評價”、“鑒定”功能,忽視了考試其他功能的發揮。長期以來高校的考試多采取期末閉卷筆試形式,即一卷定成績的考試方法。由于過分重視對學生學習成績的評價,而且側重的只是對知識的考核,這樣很容易誤導教師為考而教,學生為考而學的現象,限制了對學生綜合素質的培養和全面發展的空間,直接導致高分低能現象的產生。考試內容大多偏重于對知識的記憶和考核,局限于教材、課堂筆記、教師劃定的范圍和重點,于是有“上課記筆記,下課背筆記,考試考筆記,下考扔筆記,考后全忘記”學習現象。而實驗考核多以出勤和實驗報告為主,這種單一的考試形式缺乏對學生的綜合能力的評價,長期以往導致學生不重視實驗課,實驗課不認真,有些學生抄襲別人的實驗報告。顯然在這樣的考核方式引導下的教育教學是不符合創新型人才培養的,很難引導學生學習主動性的發揮,動手能力和實踐能力得不到提高。

3.2 考試與創新人才培養的辨證關系

創新人才培養是以培養學生的創新意識為突破口,以培養創新精神和實踐能力為重點、提高創新能力為目標的長期積累的漸進式過程。在當今提倡的素質教育體制下,考試仍然是教育教學過程中一個重要環節,考試的形式必須符合創新型人才培養。任何教育模式下的人才培養都離不開考試,教和學的雙方都客觀的重視考試,追求好的考試評價,是可以理解的。但只有科學化的考試,即考試目的、考試的內容及方式與高校創新人才培養的要求、目的相一致時,才能促進學生的學習方法、學習內容發生變革,才會克服學生片面發展的狀況,才能避免培養出高分低能、適應面窄、墨守成規,無創新意識和能力的學生。因此,我們課題組認為:考試與人才培養是辨證的,是相互作用的,而不是對立的,因此決不能取消考試,而是要找出能夠適應創新型人才培養目標的考試方法,這個方法應該是對學生的綜合能力施行考核,而且應對學生學習的過程進行考核。

3.3 考試內容和方法改革

實施探究性實驗教學,必須有相應的考核方法。我們課題組采取多種實驗考核方式,取代以出勤和實驗報告為主的考核方式,制定了探究性教學的實驗考核標準,充分利用考試這個教育導向的指揮棒,引導學生將實驗課與理論課同等重視,加強動手能力的訓練和創新能力的培養。

3.3.1 考試內容改革 實驗考核包括五個方面的內容:

(1)學習態度(占20%):考核學生出勤、文明禮貌、愛護實驗室儀器、值日等;

(2)預習考核(占10%):考核學生筆試和口試、實驗進度等;

(3)操作考核(占20%):考核學生動手能力、操作的規范性等;

(4)實驗結果(占10%):考核學生正確、有偏離、沒得出來等;

(5)實驗報告(占20%):考核學生對實驗數據、實驗結果的綜合分析能力,撰寫實驗論文的能力。

3.3.2 考試方法改革 對于學習態度、預習檢查、操作能力、實驗結果這四項,采取筆試、口試、操作等形式當堂考核,對于實驗數據實驗結果的綜合分析能力、撰寫實驗論文的能力以課后實驗報告評分。

4 探究性實驗課教學效果

對2008級生物技術專業學生采用探究性教學法授課,2007級生物技術專業學生做對照組。在綜合性考試結束后,我們對實行兩種教學模式的學生進行了教學效果比較并分別發放了調查問卷,了解學生對兩種實驗課的授課方式態度。對07級生物技術和08級生物技術本科生不記名問卷調查,發放問卷176份,收回有效問卷172份,07級88人,08級84人,采用SPSS10.0軟件進行統計學分析,結果顯示:

(1)與傳統實驗課教學方式相比,學生更喜歡探究性實驗法授課(見表1)。

表1 學生對傳統實驗教學方式和探究性實驗教學方法的喜好程度(%)

(2)學生學習積極性,對實驗目的、內容、原理的明確程度,在實驗過程中操作的準確性,實驗進度,實驗結果和實驗結果分析等各項實驗內容,實驗組均比對照組有很大進步(見表2),(P＜0.05)。

(3)探究性實驗教學改革獲得了學生的認同(見表3)。

(4)學生對實施教學改革的態度是積極的,學生支持教師進行教學改革,希望加強課堂互動;增加實驗課和實驗課考核的比例;接受考試方法多樣性;希望參加教師的科研課題組以提高科研能力;希望定期開展專業相關的知識講座,拓展學科前沿知識等(見表 4)。

表2 2007、2008級生物技術專業遺傳學實驗課教學效果評價(%)

表3 探究性實驗課對學生能力培養評價的反饋(%)

表4 學生對教學改革的總體態度

5 討論

探究式遺傳學實驗教學教學,激發了學生的學習興趣,學生做實驗的速度快,操作準確性提高,實驗結果令人滿意,教學效果提高顯著。探究方式授課,不僅能調動學生學習的積極性,擴大學生的知識面,對遺傳學知識有更直觀的感性認識,既鞏固了理論課學習的基礎知識,又鍛煉了學生的動手能力,增強了學生對困難和失敗的承受能力,培養了團隊精神,創新精神,為學生今后從事相應的專業研究奠定了良好的基礎。

我們構建的“探究性教案設計—理論課引導—實驗課前準備—探究性實驗課—實驗課綜合考核”五位一體的探究性實驗教學模式,受到了學生們歡迎。

雖然教育教學的目的不是為了考試,但考試歷來就是檢查教學質量、促進教學、提高學生能力的有效手段。我們通過問卷調查,得到了學生對教學改革的期待和支持,今后會加大力度對考試內容和方法改革,以符合探究性教學模式。開放實驗室,進一步對實驗技能考核的標準量化,深入研究和探討提高學生綜合素質的因素和方法,為國家培養高素質人才。

[1]于化東.加強實踐教學環節提高大學生創新實踐能力[J].中國高等教育,2010,21,230.

[2]江 珩,吳雪梅.關于深化高校實驗教學改革的幾點認識[J].中國大學教學,2005,6:42.

[3]龔紅梅,于洪飛.生物技術專業植物生物學實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2010,27(8):167.

[4]郝進鋒,劉海君,才英俊,等.高校實驗教學模式的改革與創新[J].教育管理,2009,2:117.

[5]夏錦文.研究性教學的理論內涵與實踐要求[J].中國大學教學,2009,12:25.

[6]楊雨晗,張濤,潘克儉,等.細胞生物學實驗技術考核方法的改革與實踐[J].醫學研究雜志,2010,30(9):136.