《減數分裂》課程教學改革初探

劉 冰，劉侶含

(中南民族大學 生命科學學院，湖北 武漢 430074)

1 引言

從17世紀英國科學家虎克發現細胞，到19世紀30年代德國植物學家施萊登和動物學家施旺提出里程碑式的細胞學說，描述性生物學階段開始，細胞生物學由此拉開帷幕。細胞生物學是在顯微、亞顯微和分子等多層次水平上，研究細胞結構、功能和生命規律，并解釋相關生命現象的學科；其與分子生物學、神經生物學和生態學是我國基礎科學發展規劃生命科學領域的四大基礎學科。隨著顯微技術的發展，細胞生物學進入超微結構階段，尤其是電子顯微鏡的發明，細胞研究由顯微、亞顯微水平迅速進入分子水平，細胞生物學從而跨入分子細胞生物學階段。21世紀是生命科學的時代，也是各學科互相滲透的時代，從目前發展狀況來看，細胞生物學介于生物學和個體生物學之間，是一門承上啟下的學科，和分子生物學一起同是現代生命科學的基礎，并廣泛應用到遺傳學、發育生物學、生殖生物學、神經生物學和免疫生物學等的研究中，和農業、醫學、生物高新技術的發展有密切的關系。因此，學習細胞生物學理論課程對學生而言，是夯實生命科學理論基礎的必不可少的一環。在高等教育中，使生命科學相關專業的本科生掌握扎實的細胞生物學理論知識，對于接軌創新性研究生人才的培養[1，2]，以及國家生命科學理論研究型人才的培養至關重要[3]。

減數分裂是發生有性生殖的高等生物的一種重要細胞活動。在減數分裂過程中，染色體DNA只復制一次，而染色體分離兩次，最終形成具有染色體數目減半的雌雄配子。因此，減數分裂不僅對于維持物種基因組的穩定至關重要；同時，在減數分裂前期同源染色體之間發生重組，形成新的非等位基因組合，對于種群遺傳多樣性以及適應環境變化具有重要意義[4]。減數分裂不是一門很好理解的學科，它的抽象性注定了學生需要花費大量的時間去鉆研。同時，在細胞生物學相關教材中，減數分裂相關教學內容所占的比重還不足以讓學生透徹、詳盡地掌握相關知識，以至于無法對將來在遺傳學或其他與減數分裂有關的科學研究中打下深厚的基礎[5]。在此，根據以上問題對改革減數分裂理論知識教學進行了初步探討，旨在讓學生有目的、有資源、有方法地邁入減數分裂領域的大門[6]。

2 充分認識《減數分裂》課程

減數分裂主要涉及同源重組、染色體分離以及胞質分裂三個主要的細胞學過程。同源重組導致同源染色體間遺傳信息交換的發生，使非等位基因自由組合，形成具有新的遺傳信息組成的后代配子細胞，從而催化了后代群里中遺傳多樣性的發生[4]。在當今的作物及動物育種工作中，創造含有多種優良基因組合的種質資源是一項重要任務。因此，通過合理“操控”減數分裂過程中同源重組在染色體上發生的頻率和位點，對于優質種質育種具有重要的理論指導意義。另一方面，正常的染色體分裂和胞質分裂的發生，對于染色體數目減半配子的形成十分關鍵。通過合理利用基因編輯技術，誘導多倍體配子的形成，從而進行多倍體育種，也是一個具有潛在價值的育種策略。然而，所有的這些育種工作，都基于減數分裂理論知識的更新與拓展。因此，在高等教育中使生命科學專業的學生牢固掌握經典的減數分裂基本理論知識，以及接受日新月異的理論創新，對于培養新時代細胞生物學理論研究型人才和應用型育種工作者有著重要的意義[7]。

3 增加減數分裂相關理論知識的覆蓋度

減數分裂過程中染色體行為十分復雜，并受到精細的遺傳(包括表觀遺傳)調控。然而，在目前常用的細胞生物學高等教育教材中，減數分裂理論知識所占的比重相對較少，僅限于減數分裂各個時期染色體行為的介紹，這對于學生全面地理解減數分裂的細胞學特點和其中的關鍵細胞學過程有一定的限制。因此，授課老師在課堂上應該不完全依賴教材的內容，講授一些重要而又沒有被教材包含在內的知識。例如，在動、植物中，減數分裂過程容易受環境變化的影響，發生一系列細胞及生理水平的變化。這些變化表明環境能通過影響減數分裂過程，對物種遺傳穩定性和多樣性造成影響。增加類似知識的講授，不僅可以使學生對減數分裂有更全面的理解，還能夠通過增加問題的新穎性來更好地吸引學生參與課堂互動。此外，使學生對減數分裂的理論知識有更全面地了解，能夠使高等教育后從事研究生學習的學生提前掌握前言的研究發現，有助于他們后期的學習。

4 教學方式多元化

想要學生學好減數分裂相關知識，在理論教學過程中，課堂講授的教學方法有待進一步豐富[8]。可以從心理引導入手，培養學生的學科興趣，根據教學對象的認知心理和感知心理的特征，在奧蘇貝爾的認知教育心理學理論和布魯納的發現學習理論基礎之上，強調教師主導作用及學生主動作用，強調培養學生思維發展，通過現代媒體信息技術輔助貫穿。教師應該教會學生怎樣學，關鍵是要讓學生自己掌握學習的主動權，讓學生自主學習、個性化學習。只有讓學生動起來，學生才會主動參與到課堂教學之中，這樣學生的思維活動才能被調動[9]。

4.1 調動學生主動性思考

教師教學過程中不應過于依賴教材，應更多地引導學生對科學問題進行主動思考[10]。例如，對于減數分裂過程中染色體的動態過程的學習，大部分學生都能理解接受。但教學中教師常忽略提出開放性的、能夠讓學生獨立思考的問題：染色體數目為什么要減半？因此，教師可以在課堂上增加“生物學問題-理論知識教學-生物學意義”這種模式的授課方式，增強學生的思考能力和對問題的理解能力[11]。

4.2 開設配套的選修課程

減數分裂過程復雜，由于學時的限制，教師很難在有限的教學課時內向感興趣的學生傳授足夠的信息量。因此，教師可設計相應配套的選修課程，為感興趣的學生講授更加詳細和前言的理論知識，例如帶領學生一起學習減數分裂相關的經典以及最新發表的文獻。

4.3 增加實驗環節

目前，有關減數分裂的實驗主要是通過細胞核染色觀察動、植物減數分裂細胞中染色體的行為。這類實驗設計對于學生更好地理解課堂上接受的理論知識有一定的幫助[12]。然而，若能在實驗內容的多樣性和難易程度上進行進一步優化，則能夠更加激發學生的興趣[13，14]。例如除了讓學生觀察正常的減數分裂染色體行為之外，若能使學生能夠觀察在脅迫條件或突變體背景下減數分裂細胞的染色體動態行為，相信學生對減數分裂過程的理解會更加深刻[15，16]。

4.4 邀請國內外減數分裂領域優秀博士或專家講學

高等教育其中一個目的在于為研究生教育培養新鮮血液。勵志通過從事科學研究來為國家科技進步做出貢獻，并同時實現自己的科研理想的學生，在科研初期往往需要前輩或科學家的鼓勵。因此，有條件的學校或教師也許能邀請減數分裂領域的優秀青年博士，或領域內的知名專家前來講學。這樣一方面可以讓學生接觸更專業更權威的相關知識傳授者，獲取更豐富的理論知識；另一方面也能在學習中得到鼓勵，堅定他們在后期學習和科研過程中的決心。

5 改革效果的預期

與細胞生物學教學中其他理論知識一樣，減數分裂內容的教學既要求學生對理論知識能夠有較好的掌握；同時，由于生物學是實驗性質的科學，因此也應著重培養學生對細胞生物學實驗的興趣和素養。正是因為這些教學目的和要求，減數分裂教學不管是在內容上還是在方法上都應該不斷地改革和創新。通過讓學生充分認識減數分裂對于生物的重要性，以及對于人類農業活動的重要性，很大程度上能夠使學生更重視減數分裂理論知識的學習。同時，在全球科研合作愈發成熟的條件下，理論知識的更新也愈發加快。因此，高校教師在傳授減數分裂理論知識的時候不能局限于教材所包含的內容，而是應該與時俱進，使學生接觸更前言的理論創新結果。這樣學生渴求新知識的欲望也能夠被更好地激發。此外，教學是一個老師與學生，以及學生與知識互動的過程。因此，教師的教學方式也應該多元化；教學過程應以讓學生更好地掌握知識為出發點，以提高學生學習效率為目標。通過多元化的教學方式，學生能夠通過不同層次，不同方式和更高的效率獲得知識。

6 結論與討論

減數分裂相關的理論知識是細胞生物學教學中的難點，也是細胞生物學科研工作和農業生產工作中的重點理論基礎。因此，在高校教學過程中，教材編寫以及教師教學的內容和方式均需要不斷改革和完善。鑒于減數分裂具有重要的理論意義和實踐指導價值，旨在能夠更好地培養理論研究型人才，筆者針對減數分裂教學改革提出了幾點初步的探討：一方面，通過促使學生更好地認識減數分裂理論知識的重要性，同時增加減數分裂在細胞生物學教材中的占比以及理論知識的擴充，使學生更加全面地掌握減數分裂知識；另一方面，通過增加或改進教學方式，提高教師與學生，以及學生與知識之間的互動，培養學生對理論知識和研究的興趣，并逐步培養良好的科研素養，為將來研究生階段的學習和科研工作打下良好的基礎。這些改革的探討將為高校培養理論研究型人才(減數分裂領域)提供潛在的策略依據。