遗传学探究性实验教学模式的研究与实践

邢沈阳,张桂荣,丁雪梅,朱玉琢,潘英树,赵志辉,

(1.吉林大学畜牧兽医学院,吉林长春130062;2.吉林大学白求恩医学院,吉林长春130021)

遗传学是实验性很强的学科,其高速发展离不开大量的实验设计与研究。遗传学实验课不仅为学生提供了一个验证理论知识、学习遗传学领域中相关实验技术的机会,也给学生提供了一个锻炼动手能力和培养创新能力的机会。因为实践教学对培养学生的实践能力、创新精神和创新能力有着理论课不可替代的特殊作用,是创新人才培养过程中贯穿始终的、不可或缺的重要组成部分[1,2]。

传统教学中更重视理论课教学,理论考核所占的比例也高,实验课教学多侧重基本理论的验证,设计性、综合性实验开设不足,对实验的考核更注重掌握实验的方法、了解实验过程,而对于动手能力和实验结果的考核有时由于不能量化,因而多以出勤和实验报告为主要实验考核内容[3,4]。长期以往,学生对实验课重视不足,学生的动手能力、创新能力得不到充分的提高。

在分析了传统教学方式的利弊后,我们遗传学教学团队从培养学生的综合能力出发,结合畜牧兽医学院的实际情况,以遗传学课程为载体,08级生物技术专业本科生为研究对象,07级为对照组,针对遗传学实验课的授课方式和考核内容与方法,试行了探究性教学和综合性实验考核,取代了传统的教学模式和实验考核方法,收到了良好的教学效果。

1 探究性实验教学模式的指导思想

探究性教学强调科学原理形成的过程,强调教学内容的呈现方式要重在过程,将学科的概念、理论等的产生起因和研究过程展示给学生,主张以教师为主导,学生为主体,引导学生积极思维,激发学生自主学习和探究的动机,增强学生自身参与知识建构的积极性和自觉性,完全由学生自己动手动脑发现问题,感受探索过程,获取知识,培养创新能力。研究性教学既是一种教学理念,也是一种教学模式,还是一种教学方法。它是一种将教师研究性教学与学生研究性学习、课内讲授与课外实践、依靠教材与广泛阅读、教师引导与学生自学有机结合并达到完整、和谐、统一的教学[5]。

我们教学团队通过几年来在理论教学实施探究性教学并取得良好效果后,从2010年春季起,全面进行探究性实验教学改革,着力解决实践教学中教师研究性“教”和学生研究性“学”的问题,以探究式教学模式授验证性实验课,同时减少验证性试验的比例,增加综合性、设计性实验的比例,开放性授实验课。

2 探究性实验教学实践

2.1 设计探究性实验教案

探究性实验教学始于探究性教案,探究性实验教案的设计,是以开放性教学为前题的。学生会自主提出多种问题,教师以引导学生自行解决问题为主,而不再像传统实验那样,只侧重验证遗传学基本理论,熟悉遗传学实验的各种仪器、学习遗传学实验的操作技术,而加深理解和掌握遗传学理论课的教学内容。探究性实验教案的设计包括从始至终的以教师为主导,学生为主体的教学实践:教师为学生设疑—教师引导学生自主探索解疑—教学反馈—教师与学生共同修正—教师教学总结。实验课中不用填鸭式方法,把一切都清清楚楚的讲给学生,不让学生有依靠,必须自己动手动脑才行。在课程的设计上要求学生通过一系列的质疑—判断—比较—选择—分析—综合—概括等多样化思维的过程,使学生探究下去。做好探究性教案的设计,才能保证学生在课前,课上、课后始终保持对遗传学兴趣,引领学生去探索、分析、操作。

2.2 理论课引导

遗传学是实验性很强的学科,遗传学理论多来自于实验,我们淡化理论课与实验课的界限,理论课实验课化,实验课理论课化,因此理论课上,在讲解相关理论时我们尽量再现发现相关理论的实验设计过程和实验结果的分析过程,潜移默化的让学生明白遗传学实验对遗传学理论产生的重要性。

改革前理论课侧重基本概念和基本理论的讲解,实验课则侧重验证基本理论和学习基本操作技能,只有上实验时才详细讲解理论是怎样得来的,然后再验证,理论教学和实验教学有时是不连贯的。如人类染色体显带技术实验:改革前,按照教材的相关内容在理论上只介绍染色体显带的几种技术及相应的带型,Q带、G带、R带、C带,而染色体显带的原理则在实验课中讲解,这样既浪费时间又有课程重复,同时也不利于学生对知识点的理解,如为什么Q带、G带带型相似而与R带型相反。改革后,理论课上我们直接从1968年瑞士科学家卡斯勃尔逊首次为染色体显带的实验讲起,然后提出问题:为什么Q带、G带带型相似而与R带型相反?留给学生充分的时间去学习相关知识,最后从染色体DNA的组成找到答案,DNA链上有A-T丰富区和G-C丰富区,Q显带和G显带技术使A-T较 G-C更易着色,而R显带虽然也是用 Giemsa染,但不是用碱、热、胰酶或蛋白质酶处理染色体标本,而是用盐熔液处理,处理的方法不同,得到的结果正好相反,所以带型与Q带和G带相反。学生探究学习的情况我们及时了解,并在实验课上检查、考核。

2.3 实验课前准备

改革后的探究性实验包括:提出探究验证性科学问题→组建探究性实验小组→收集资料→开题报告→开放性实验→交流研讨→结题报告→科学小论文→成绩评定。

如:果蝇的杂交试验,是遗传学三大定律、伴性遗传、基因定位的验证实验,我们以探究性、开放式的教学方式授课。首先我们对实验内容进行了整合,将五个实验一起上,既节省了教学时数,又给学生独立设计实验提供了条件,命名为果蝇的综合实验。我们在上完相关理论课后布置实验时,一改往日对实验课的具体内容直接给出和锁定,而是首先提出探究性实验问题:第一,怎样用果蝇为实验材料证明遗传学的三大定律?第二,如何进行基因定位、制作遗传学图?第三,怎样证明果蝇颜色的伴性遗传?然后介绍摩尔根和他的学生:布里奇斯、斯特蒂文特、缪勒在模式生物果蝇上取得的成绩,让学生们感到做果蝇的实验很有意义,同时介绍摩尔根的学生们取得卓越成就时,当年都是风华正茂的本科生,让学生感到自己与科学家们有共同之处,都是年轻的大学生,有信心做好果蝇的杂交实验。接下来再介绍一些优秀遗传学实验教材和相关网站,为学生引领学习路径。最后介绍我教学团队老师们的科研工作,吸引有能力的学生参加教师科研课题组,亲身体验实验室文化和研究氛围,接受科学研究的训练,及时得到团队教师的指导。

布置了实验后,经过学生分组,开展研究性学习,自行设计实验过程,预测实验结果。经过开题报告,小组PPT介绍,教师和同学们提出的问题,通过开题后,方可进行实验。

2.4 探究性实验课

首先安排10分钟左右的开卷检测,教师巡回检查学生答题情况。检测内容多选用一些教科书和实验指导中没有的但对理解实验原理很有帮助的简单题目。这样做的目的是克服教学资源的有限性和避免使学生造成课堂少数主力发言者和总是不发言的沉默者,而使大多数学生观望。因为传统的互动式教学并不能使每一个学生都充分享受到系统的思维训练过程,如30人一班教学中,在一次授课过程中,真正留给每一个学生与教师之间进行交流,按照:提问—解答—反馈—修正的完整环节进行互动的时间也是极其有限的。因此,在有限的时间内,是鼓励有学习有积极性且思维活跃,有独到见解的学生呢?还是应该多多照顾哪些学习努力,但思而不得有待点拨的学生呢?在这种情况下采取既保护积极发言者的热情又能兼顾哪些不善于主动表现者的学习兴趣。在学生们交卷后所问的问题还没有解答的情况下,可以让学生们畅所欲言,因为经过了答题思考,每个人都有自己的意见了。

接着教师进行精讲,解惑,学生开始做实验,课后的实验总结和讨论是训练学生思维的重要一环,实验结果存在多重性,能够正确分析,是科学素质养成的关键。

3 实验课程考核

3.1 传统考试不利于创新人才的培养

考试是教学的手段而非教学的目的,考试具有评价、鉴定、导向、激励、塑造等功能。传统的考试方式没有充分利用考试的“导向”和“塑造”功能[6],主要强调考试的“评价”、“鉴定”功能,忽视了考试其他功能的发挥。长期以来高校的考试多采取期末闭卷笔试形式,即一卷定成绩的考试方法。由于过分重视对学生学习成绩的评价,而且侧重的只是对知识的考核,这样很容易误导教师为考而教,学生为考而学的现象,限制了对学生综合素质的培养和全面发展的空间,直接导致高分低能现象的产生。考试内容大多偏重于对知识的记忆和考核,局限于教材、课堂笔记、教师划定的范围和重点,于是有“上课记笔记,下课背笔记,考试考笔记,下考扔笔记,考后全忘记”学习现象。而实验考核多以出勤和实验报告为主,这种单一的考试形式缺乏对学生的综合能力的评价,长期以往导致学生不重视实验课,实验课不认真,有些学生抄袭别人的实验报告。显然在这样的考核方式引导下的教育教学是不符合创新型人才培养的,很难引导学生学习主动性的发挥,动手能力和实践能力得不到提高。

3.2 考试与创新人才培养的辨证关系

创新人才培养是以培养学生的创新意识为突破口,以培养创新精神和实践能力为重点、提高创新能力为目标的长期积累的渐进式过程。在当今提倡的素质教育体制下,考试仍然是教育教学过程中一个重要环节,考试的形式必须符合创新型人才培养。任何教育模式下的人才培养都离不开考试,教和学的双方都客观的重视考试,追求好的考试评价,是可以理解的。但只有科学化的考试,即考试目的、考试的内容及方式与高校创新人才培养的要求、目的相一致时,才能促进学生的学习方法、学习内容发生变革,才会克服学生片面发展的状况,才能避免培养出高分低能、适应面窄、墨守成规,无创新意识和能力的学生。因此,我们课题组认为:考试与人才培养是辨证的,是相互作用的,而不是对立的,因此决不能取消考试,而是要找出能够适应创新型人才培养目标的考试方法,这个方法应该是对学生的综合能力施行考核,而且应对学生学习的过程进行考核。

3.3 考试内容和方法改革

实施探究性实验教学,必须有相应的考核方法。我们课题组采取多种实验考核方式,取代以出勤和实验报告为主的考核方式,制定了探究性教学的实验考核标准,充分利用考试这个教育导向的指挥棒,引导学生将实验课与理论课同等重视,加强动手能力的训练和创新能力的培养。

3.3.1 考试内容改革 实验考核包括五个方面的内容:

(1)学习态度(占20%):考核学生出勤、文明礼貌、爱护实验室仪器、值日等;

(2)预习考核(占10%):考核学生笔试和口试、实验进度等;

(3)操作考核(占20%):考核学生动手能力、操作的规范性等;

(4)实验结果(占10%):考核学生正确、有偏离、没得出来等;

(5)实验报告(占20%):考核学生对实验数据、实验结果的综合分析能力,撰写实验论文的能力。

3.3.2 考试方法改革 对于学习态度、预习检查、操作能力、实验结果这四项,采取笔试、口试、操作等形式当堂考核,对于实验数据实验结果的综合分析能力、撰写实验论文的能力以课后实验报告评分。

4 探究性实验课教学效果

对2008级生物技术专业学生采用探究性教学法授课,2007级生物技术专业学生做对照组。在综合性考试结束后,我们对实行两种教学模式的学生进行了教学效果比较并分别发放了调查问卷,了解学生对两种实验课的授课方式态度。对07级生物技术和08级生物技术本科生不记名问卷调查,发放问卷176份,收回有效问卷172份,07级88人,08级84人,采用SPSS10.0软件进行统计学分析,结果显示:

(1)与传统实验课教学方式相比,学生更喜欢探究性实验法授课(见表1)。

表1 学生对传统实验教学方式和探究性实验教学方法的喜好程度(%)

(2)学生学习积极性,对实验目的、内容、原理的明确程度,在实验过程中操作的准确性,实验进度,实验结果和实验结果分析等各项实验内容,实验组均比对照组有很大进步(见表2),(P＜0.05)。

(3)探究性实验教学改革获得了学生的认同(见表3)。

(4)学生对实施教学改革的态度是积极的,学生支持教师进行教学改革,希望加强课堂互动;增加实验课和实验课考核的比例;接受考试方法多样性;希望参加教师的科研课题组以提高科研能力;希望定期开展专业相关的知识讲座,拓展学科前沿知识等(见表 4)。

表2 2007、2008级生物技术专业遗传学实验课教学效果评价(%)

表3 探究性实验课对学生能力培养评价的反馈(%)

表4 学生对教学改革的总体态度

5 讨论

探究式遗传学实验教学教学,激发了学生的学习兴趣,学生做实验的速度快,操作准确性提高,实验结果令人满意,教学效果提高显著。探究方式授课,不仅能调动学生学习的积极性,扩大学生的知识面,对遗传学知识有更直观的感性认识,既巩固了理论课学习的基础知识,又锻炼了学生的动手能力,增强了学生对困难和失败的承受能力,培养了团队精神,创新精神,为学生今后从事相应的专业研究奠定了良好的基础。

我们构建的“探究性教案设计—理论课引导—实验课前准备—探究性实验课—实验课综合考核”五位一体的探究性实验教学模式,受到了学生们欢迎。

虽然教育教学的目的不是为了考试,但考试历来就是检查教学质量、促进教学、提高学生能力的有效手段。我们通过问卷调查,得到了学生对教学改革的期待和支持,今后会加大力度对考试内容和方法改革,以符合探究性教学模式。开放实验室,进一步对实验技能考核的标准量化,深入研究和探讨提高学生综合素质的因素和方法,为国家培养高素质人才。

[1]于化东.加强实践教学环节提高大学生创新实践能力[J].中国高等教育,2010,21,230.

[2]江 珩,吴雪梅.关于深化高校实验教学改革的几点认识[J].中国大学教学,2005,6:42.

[3]龚红梅,于洪飞.生物技术专业植物生物学实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010,27(8):167.

[4]郝进锋,刘海君,才英俊,等.高校实验教学模式的改革与创新[J].教育管理,2009,2:117.

[5]夏锦文.研究性教学的理论内涵与实践要求[J].中国大学教学,2009,12:25.

[6]杨雨晗,张涛,潘克俭,等.细胞生物学实验技术考核方法的改革与实践[J].医学研究杂志,2010,30(9):136.