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摘要:遗传学是生命科学领域中发展最快的学科之一。开设非生物类专业《现代遗传学概论》通识课程,有助于培養学生的科学思维方法、正确理解生命现象的本质,提高学生的整体素质。文章从《现代遗传学概论》课程的特点出发,分析了教学中存在的一些实际问题,讨论了课程建设中教学目标的设置、内容的选择、方法的改进以及非生物类专业学生学习兴趣的激发等提高教学效果的思路和方法。
关键词:遗传学;通识课程;非生物类专业;课堂教学;教学效果
遗传学学科是生命科学的重要组成部分,是研究生物遗传变异规律的科学,遗传学知识与动植物育种和人类健康有着极其密切的关系。随着众多科学家的努力,遗传学成为生命科学领域中发展最快的学科之一。遗传学已从个体向细胞、细胞核、染色体和基因层次发展,同时向生物学各个分支学科渗透,形成了许多分支学科和交叉学科 [1~3]。因此,遗传学一直是生命科学专业重要的专业基础课程。
人们在日常生活中经常碰到许多与遗传学知识有关的问题,对动植物变异、生物多样性、杂种优势利用、转基因生物、以及人类遗传病和优生优育等有着浓厚的兴趣。因此,就非生物类专业的学生而言,学习一些遗传学知识对提高自身健康、了解动植物育种知识和大自然奥秘等有益处。因此,我们于2003年开始在全校非生物类专业的学生中开设了《现代遗传学概论》课程,采用大班授课的方法,至今已有近5000名同学选修了该课程。通过《现代遗传学概论》课程的学习,非生物类专业的学生增加了有关遗传学的知识,增强了利用遗传学知识解释人类健康、基因诊断、疾病防治、优生优育、遗传变异和动植物育种等方面的能力。
大班课一般都是受学生欢迎的课程,选修人数多,教师授课效率高,有其独特的优点。目前在许多学校已经做了很多的教学改革研究,也取得了显著的教改成绩[4~6];但至今与大班或超大班课程有关的教学改革和研究相对滞后,教学方法和教学经验相对较少。本文针对《现代遗传学概论》课程教学中存在的问题进行探讨性的研究与实践,以非生物类专业本科生为对象进行大班教学的改革实践研究,探讨大班授课的技巧和方法,进一步完善通识课的教学体系,为《现代遗传学概论》等大班通识课课程的教学改革提供一些思路和实践范例。
一、非生物类专业通识课程教学的特殊性
遗传学知识与人们的日常生活有着密切的关系,许多人对这方面的知识有着较为浓厚的兴趣。非生物类专业的学生都有自己主修的专业方向,选修《现代遗传学概论》主要是对遗传学有一定的兴趣或期望。《现代遗传学概论》属于全校性通识课,如何保持不同专业学生的学习兴趣、使大部分学生感到学有所得,是本课程最大的难处。近年来学校进行学生自主选课时,《现代遗传学概论》通识课的选修学生人数多。为让更多的非生物类专业学生能够选修到这一门受同学欢迎的课程,我们扩大了课堂人数的上限,最高时曾经达到225人,这样一年两次授课可有400多人选修到该课程。班级大、人数多,学生的遗传学知识参差不齐是这门课的主要特点。虽然教师能够把握住大班课堂的纪律,学生反映也不错(这可从学生教学评价中的留言看出),但也出现了一些大班授课需要研究解决的问题,如大班上课如何吸引学生的注意力、如何在学生遗传学基础不同的情况下让大家共同进步、如何有效的进行教学互动、如何提高学生课外寻找参考文献的能力、如何让学生能够更好地结合自己的专业来学好遗传学知识、如何考核学生的学习效果,等等,均需要在教改中不断探索和提高。此外,非生物类专业学生的来源广泛,思维方式也明显不同,这对教师知识面和授课技巧也是一个很大的考验。
二、教学目标的设置
《现代遗传学概论》课程属于交叉学科性质的通识课,其主要目的是为了拓展非生物类专业学生的科学素质。但选修学生的遗传学基础知识不如生物类专业的学生,而且学生间遗传学知识差异很大;除少量学生在高中时曾参加过生物学方面的知识竞赛、基础较为扎实之外,多数学生如一些文科生的遗传学知识相对较少,许多学生甚至连三大遗传规律中的“连锁遗传规律”都未学过。因此,《现代遗传学概论》课程不同于生命科学专业学生必修的《遗传学》,授课时必须根据非生物类专业学生的特点,采用能够兼顾文理科学生现有的遗传学知识,因生制宜才能上好这门通识课程。在教学目标的设置上,始终要把培养非生物类专业学生的遗传学认知能力和分析能力放在首位。课程的教学大纲要能够反映和体现出本学科的发展趋势,具有较好的前瞻性和实用性,使学生在《现代遗传学概论》课程的学习过程中,能够切实感受遗传学的魅力以及学用结合的课堂环境。《现代遗传学概论》中一共安排了24个学时,3学时/周(共计8周)。教学大纲中的内容简介为“遗传学属于生命科学中重要的基础理论学科。《现代遗传学概论》是一门非生物类学生选修的学科交叉型课程,将从遗传学角度解释人类、动植物、微生物、病毒等多种生物体的生命现象。讲解遗传物质的本质、传递、变异,遗传信息的表达与调控,基因工程和基因组学方面的最新进展以及遗传学与人类健康、动植物育种关系等知识”。《现代遗传学概论》的课堂教学共安排八章,其中第一章为“绪论”,主要介绍遗传学研究的任务及其发展概况。正文共七章,其中第二章“生物的生长和繁殖”主要介绍遗传的细胞学基础,目的是使学生能更好的了解细胞结构、功能和分裂方式与遗传的关系。第三章“遗传物质与自然界生物多样性”着重介绍遗传物质的载体染色体,使学生能够了解基因突变的分子基础和特征,以及染色体结构和数目等非基因重组引起的变异,进一步阐明遗传物质变异与生物多样性的关系。第四章“遗传规律和性连锁”主要介绍三大基本规律特别是连锁遗传规律的内容,阐明性遗传的特点以及与人类健康的关系。第五章“数量性状和杂种优势的表现”重点介绍数量性状遗传和基因定位方法,说明细胞核与细胞质的统一关系以及近亲繁殖与杂种优势的遗传学原理。第六章“基因表达与基因组学”重点介绍基因表达与生物体发育的内容,使学生能够更好地了解两者的关系;并着重介绍基因对个体发育的调控以及细胞的全能性和生物体克隆技术方面的进展。第七章“基因工程与克隆技术”主要讲授基因工程相关技术以及基因组学和生物信息学的相关内容,重点介绍目前国内外在这方面的最新进展。第八章“基因社会学问题”着重讨论当前人们所关心的基因社会学方面问题,主要在人类基因组计划、人类基因组研究的伦理学问题、基因与专利、转基因技术与安全性问题等方面进行一些探讨。通过上述内容的学习和讨论,学生对遗传学学科的最新进展以及遗传学与人类健康、动植物育种的关系等能够形成一个基本的系统认识,所学遗传学知识可用于分析和解决日常生活中的遗传现象。 三、精心选择适合非生物类专业学生学习的教学内容
《现代遗传学概论》作为一门全校性通識课,需要有针对性的精心设计,讲授对文理科非生物类专业学生感兴趣、与日常生活有实际或潜在应用价值的遗传学知识,且能适当反映遗传学正在探索的前沿问题,特别需要注重课程内容的实用性和简洁性。授课内容可涉及人类、动植物、微生物、病毒等多种生物体,包括生物进化、植物群落、形态性状、细胞染色体、DNA以及基因组等宏观到微观各个层次的知识点,以反映出遗传学的系统知识和21世纪以来的最新进展。如遗传和变异的现象及其物质基础、遗传物质与自然界生物多样性关系、人类遗传病的表现和基因治疗、优生优育、杂种优势表现和利用、基因工程和生物体克隆、转基因食品安全性以及基因组学、基因表达与生物体发育等。但在具体教学内容的安排上,不宜为了遗传学知识的完整性而求全、求大、求深,要适当考虑到不同专业学生在遗传学知识上的差异,选择一些能够适合文科和理科非生物类专业学生学习的内容,组成核心授课内容。在整体上可以采用拓宽面上知识、缩小知识深度的方法加以解决。授课时通过大量遗传学方面的典型案例进行讲解,如第三章“遗传物质与自然界生物多样性”,加入了300多张与生物变异有关照片来说明自然界生物多样性产生的原因和作用,其中大量照片是作者自拍,充分体现了自然生物变异的广泛性,学生看了之后深有感触,课后可布置课外作业,让学生走出课堂寻找自然变异现象,了解变异与遗传学的密切关系。第四章“遗传规律和性连锁”,利用果蝇眼色遗传、芦花鸡毛色遗传以及人类色盲、白血病、蚕豆病的遗传等具体案例,说明性染色体上连锁基因的遗传特点与人类健康的关系,学生能够切切实实地感到遗传学的重要性。第五章“数量性状和杂种优势的表现”,突出介绍杂种优势,通过介绍“杂交水稻之父”袁隆平院士对杂交水稻发展的贡献,讲述杂交优势的遗传学原理。第六章和第七章可讲的内容更多,如生物体的克隆技术以及生物技术的最新进展,教师只要平时多注意这方面的研究进展就可以列举出大量的事例,学生对这些内容很感兴趣,听起来津津有味。第八章主要在人类基因组计划、人类基因组研究的伦理学问题、基因与专利、转基因技术与安全性问题等方面进行重点阐述,如中山大学现已建立了亨廷顿病基因诊断方法,通过扩增亨廷顿氏病基因(HD)包含(CAG)n重复序列的目的片段,应用DNA测序确定CAG的拷贝数。通过对1个HD家系23人基因诊断案例讲解,发现3名成员有一条染色体上的(CAG)n拷贝数正常,另一条染色体的拷贝数异常增多,而20名正常人的(CAG)n拷贝数均在正常范围内,因此证明HD基因的动态突变是导致中国人亨廷顿病的遗传基础,对HD可进行快速准确的基因诊断[7]。虽然离真正意义上的基因治疗尚有差距,但在遗传病的预防、产前诊断以及优生优育等方面已经可以发挥较大的作用,学生对这方面的兴趣尤为浓厚。授课时利用丰富形象的图片以及通俗易懂的生动讲解,使学生较好地掌握遗传学的概念和核心知识,认识到遗传学在促进生命科学发展中的意义以及与生产实践、医学和人民保健等方面的密切关系,提高学生分析和解决日常遗传学问题的基本能力。
教材是传授知识的主要载体,大学遗传学教材与生命科学人才培养的质量息息相关[8]。为了更好的与上述内容相关联,我们结合国内外优秀《遗传学》教材以及参考资料,编写了编排独特、新意明显的《现代遗传学概论》教学用书9],可以方便学生根据课件内容来学习相关知识,适合非生物类专业本科生通识课使用,在一定程度上解决了教学课件授课速度快与学生学习进度的矛盾,也更好地发挥了教学课件的作用,提高了教学效果,获得了学生的好评。目前正在进行《现代遗传学概论》教材的修订工作。
四、采用合适的教学方法和手段
采用能让学生感兴趣、吸引学生注意力、并能激励学生学习的教学手段和方法,才能产生更好的教学效果。《现代遗传学概论》通识课选课人数多,学生来自于不同专业,思想活跃、发言踊跃,如何做到既活跃课堂气氛、又能保证课堂纪律,是授课时特别要关注的问题。在教学过程中,特别要注意在不同的时间段,适时交替采用启发式、探讨式、开放式、案例式、归纳式等不同的教学方法。要充分利用课堂讲授时间,将课程的重点内容讲清、讲透,启迪学生思考,促进自主思维发展。同时,在大班课堂上教师要积极寻找或创造机会尽可能多与学生互动交流,实现双向沟通,让学生更好地达到学习和掌握知识之目的。
(一)自主性、探究性、合作性学习:
《现代遗传学概论》课程建设的指导思想是立足于通识课和大班授课的实际情况,改进学生学习方式。授课时要以学生为主体、教师为主导,做好以教为主向以学为主转变、以课堂教学为主向课内外结合转变、以终结性评价为主向过程性评价为主转变等工作,可以收到更好的教学效果。授课时要不断鼓励学生直接参与到遗传学知识的学习和传播过程之中,引导学生从多角度多层次上将不同内容的知识点加以适当关联,养成独立性较强的学习习惯。教师可适当布置课外作业,由学生通过小组或团队的形式加强自主学习和交流,如“请以小组或团队(3~5人)的形式在校内外观察和收集与遗传学有关的范例(生物自然变异现象、动植物育种、遗传病、优生优育等),并通过寻找相关资料说明其产生原因,探寻其内在联系”这一题目,可让学生在2周内完成。下课后学生就以小组为单位自由观察和收集与遗传学有关的范例,并通过查找参考文献探究其产生原因,研讨其内在联系。然后教师根据授课时间的多少,请部分小组或团队(可多可少)上台将发现的遗传现象显示给其他同学,解释其产生原因和遗传学的联系等,并根据情况适当展开讨论。这样有利于加强学生发现、分析、概括和推理能力,还能起到信息共享的作用。在学生发言后,教师再对其进行适当归纳和总结,并根据该组的发言情况给予适当分数(上台发言的学生可根据发言情况再适当加分)。对于由于时间关系不能安排上台演讲的大部分小组或团队,就直接以作业的形式上交(需提供文字资料和照片),同样可以给予分数。这一方法确实能够有效地调动学生的积极性,学生也很感兴趣。可以使学生知道遗传和变异就在身边,只要平时留意就能发现,而且大量自然现象可以利用遗传学知识加以合理的解释。如学校校区内一棵金桂桂花树上有枝条发生了对称性的丹桂花色变异,学生发现后就从体细胞变异等方面深入分析了产生这一现象的原因,得出正确的结论;有的学生在讨论时甚至还会举一反三,举例说明果树发生体细胞变异后,一些具有有利性状变异的枝条可以直接用于果树新品种的培育。这里的小组或团队可以由学生自己组织,人数可多可少,彼此之间都熟悉,这样就不会存在交流上的难度。另外,这一类“自主学习和交流”内容的难度也不是很大,学生能够顺利完成,学生主要是难在要自己走出课堂去寻找和发现相关材料和信息,并归纳成合适的文字。必要时这一题目也可改编成单人完成的课外作业,能够收到同样的效果。 (二)适时教学互动:
授课时采用适时互动对话、案例启示、现场演绎、师生提问等启发式教学方法与多媒体教学手段相结合,可以最大程度地启发学生的主观能动性,达到课内外互通、过程和结果互融、活跃课堂气氛之目的,改善课程教学效果和质量;也可使学生在学习和讨论中能够获得更好的感受,加深对遗传学基本理论和知识的理解。大班通识课的选修人数多,如果要与每位学生进行在课堂上教学互动难以实行。采用随机(适时)提问的方法进行师生或生生之间的教学互动和交流,可让学生自己主动发言、教师随机点名发言以及学生的直接提问。这样既能达到互动交流、双向沟通之目的,又能使学生保持上课的良好状态,随时准备回答互动交流所提出的问题,可以明显提高学生的思维能力和上课的精神状态。教师的问题主要来自几个方面,一是课前备课时针对教学内容适宜讨论,精心准备一些相关问题,在教学互动中短时间提问和讨论;二是即兴提问,教师在上课时根据授课内容随时提出几个小问题让学生回答或讨论;三是来自学生的直接提问,教师可以因势利导的加以互动。对于回答正确的学生可以采用加分的方法,以激励学生参与讨论的积极性。相对而言,这一适时教学互动的方法更容易操作,在大班授课中能够取得良好的互动效果,具有讨论效率高、学生参与效果好、且能够吸引学生注意力等优点,也有利于教师控制上课时间和教学进度。事实也表明这一适时教学互动的方法是很有效的,其主动权掌握在教师手中,需要多少时间教师能够掌控。
(三)全程动态教学:
由于教室大、人数多,如果教师仅停留在讲台旁,肯定会对坐在教室后排学生的听课缺乏监督和了解,影响这部分学生的学习效果。这是作者在多年不同课程听课中感受最深的问题,一些教师上课时不愿走动,甚至还有坐着上课的情况,影响了对全教室学生上课状态的控制和教学效果的提高。因此,在授课时要实行全程走动式教学,借助于现代化的教学设备(如无线话筒、远距离翻页激光笔等),实行动态授课,随时观察和了解整个教室学生的学习状况,使每一位学生都能感到教师就在身边,保持更好的学习劲头。但这对教师的知识和体力要求更高,因为教师必须要非常熟悉全部教学内容,保持旺盛的精力和体力,才能在走动时更好的边授课、边掌握全体学生的学习状况,把握好整堂课的教学进展。
(四)完善实用性强的教学课件:
优秀的CAI教学课件对教学效果的提高有着很重要的作用。目前,随着计算机技术的发展,使用多媒体进行辅助教学的现代教育技术已被广泛运用到课堂教学中,给传统的黑板加粉笔的教学方式增添了许多生机[10]。《现代遗传学概论》课程的教学内容丰富、信息量大,采用现代多媒体教学的方法确实有助于提高教学效果,但在实际工作中要高标准做好教学课件是一件不容易的事情。《现代遗传学概论》课程的CAI教学课件建设,能够随时引入遗传学科最新发展成果,体现出课程的先进性,适合非生物类专业学生兴趣广泛、但不求掌握具体技术的特点。我们现已编制出以文字、图片、动画(视频)、实体照片等多种媒体组成的CAI教学课件,具有界面美观、内容新颖、结构紧凑、文字精炼、图文并茂的特点,符合学生认知心理。教师授课时结合实物、教具、图片、錄像等形象生动地进行多种形式的多媒体教学,化难为易、化静为动,使学生更容易理解DNA测序技术、PCR技术、转基因技术、生物体克隆、基因组学等抽象的遗传学知识,促进了学生对遗传学知识的理解和深层次的认识。
(五)充分利用现有的遗传学教学资源:
网络学习对高校教育理论和教学实践已经产生了深远的影响。虽然《现代遗传学概论》与生命科学专业的《遗传学》在教学内容和深度上有着明显的差别,但其主要内容来源于《遗传学》,两者有着很大程度的相似性。《现代遗传学概论》通识课的教学过程中,依托和利用国家精品课(现已转型为精品资源共享课 http://www.icourses.cn/coursestatic/course_ 4267.html)中的各种教学资源,包括课程教学大纲、教学进度、教材、教学参考书和辅助资料(如教案、习题和参考答案、多媒体课件及其他教学资料),为学生提供一个跨越时间和空间的学习环境,可以在很大程度上调动学生学习的主动性。另外,遗传学不好理解的抽象性概念、内容,也可以通过精品资源共享课中的各种视频、图片等得到进一步的学习、理解和掌握。
(六)征集教学意见和加强教学答疑
多方收集学生对本课程的教学意见,及时改进教学方法。平时多与学生交流,可以保持教学双向信息反馈通道的畅通,也可以发现学生在学习过程中存在的问题和难点,及时加以解决。对于一些遗传学知识相对较少的学生(如部分文科生),需要加强课后的学习辅导和答疑工作,随时解答学生提出的各种问题(由于《现代遗传学概论》是超大班课,选修学生多,学校专门配有1名研究生助教,大大加强了答疑工作)。上课时也经常询问学生是否能够理解新课内容,如有问题则先请选修本课程的优秀学生回答这些同学的提问,教师随后再加以适当归纳和分析。
五、改进考核办法
大学课程评价一直受到人们重视。由于《现代遗传学概论》是专门为非生物类专业学生开设的一门通识课程,其目的是让学生多了解遗传学方面的知识和开阔视野,为今后工作和生活中遇到的遗传学问题有一个基本的认识和解决的思路。因此,在考试命题上要做到灵活多变,着重测试学生独立思考和分析具体遗传学问题的能力,起到考核引导学习的作用。同时在课程学习过程中适当布置若干次不同类型的简答题作业,一次作业解决一个具体的问题,课堂外的自主性、探究性、合作性研讨作业以及课堂内讨论互动发言等均作为学生的平时成绩之一,能够有效的促使学生查阅相关文献资料,培养学生的自主学习能力,提高综合分析和解决遗传学问题的能力。
六、结语
大学生思维活跃、思路开阔、学习能力强,除认真和深入学习本专业的知识外,还有较多的学习精力选修其感兴趣的课程、扩充自己的基础知识,为今后选择和参加工作打下更好的基础。各学校为不断提高学生的素质,根据学校的特点开设一些供学生选择的通识课和选修课。在这一教育背景下,需要我们从各个方面进行更为深入的探索和改进。通过《现代遗传学概论》通识课程的教学改革,进一步转变传统教学方式,实现师生互动、课内外互通、过程结果互融,让学生更好、更多、更满意的掌握遗传学知识,全面提高通识课程的教学质量。
参考文献
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[9] 石春海主编, 现代遗传学概论[M]. 杭州:浙江大学出版社, 2007.
[10] 李士太, 王慧. 传统教学与多媒体教学在高校教学中的思考[J]. 教育教学论坛, 2011, (29): 171-172, 34.
基金项目:国家精品资源共享课程项目,国家、浙江省和浙江大学精品课程建设项目和浙江大学课堂教改项目资助。
关键词:遗传学;通识课程;非生物类专业;课堂教学;教学效果
遗传学学科是生命科学的重要组成部分,是研究生物遗传变异规律的科学,遗传学知识与动植物育种和人类健康有着极其密切的关系。随着众多科学家的努力,遗传学成为生命科学领域中发展最快的学科之一。遗传学已从个体向细胞、细胞核、染色体和基因层次发展,同时向生物学各个分支学科渗透,形成了许多分支学科和交叉学科 [1~3]。因此,遗传学一直是生命科学专业重要的专业基础课程。
人们在日常生活中经常碰到许多与遗传学知识有关的问题,对动植物变异、生物多样性、杂种优势利用、转基因生物、以及人类遗传病和优生优育等有着浓厚的兴趣。因此,就非生物类专业的学生而言,学习一些遗传学知识对提高自身健康、了解动植物育种知识和大自然奥秘等有益处。因此,我们于2003年开始在全校非生物类专业的学生中开设了《现代遗传学概论》课程,采用大班授课的方法,至今已有近5000名同学选修了该课程。通过《现代遗传学概论》课程的学习,非生物类专业的学生增加了有关遗传学的知识,增强了利用遗传学知识解释人类健康、基因诊断、疾病防治、优生优育、遗传变异和动植物育种等方面的能力。
大班课一般都是受学生欢迎的课程,选修人数多,教师授课效率高,有其独特的优点。目前在许多学校已经做了很多的教学改革研究,也取得了显著的教改成绩[4~6];但至今与大班或超大班课程有关的教学改革和研究相对滞后,教学方法和教学经验相对较少。本文针对《现代遗传学概论》课程教学中存在的问题进行探讨性的研究与实践,以非生物类专业本科生为对象进行大班教学的改革实践研究,探讨大班授课的技巧和方法,进一步完善通识课的教学体系,为《现代遗传学概论》等大班通识课课程的教学改革提供一些思路和实践范例。
一、非生物类专业通识课程教学的特殊性
遗传学知识与人们的日常生活有着密切的关系,许多人对这方面的知识有着较为浓厚的兴趣。非生物类专业的学生都有自己主修的专业方向,选修《现代遗传学概论》主要是对遗传学有一定的兴趣或期望。《现代遗传学概论》属于全校性通识课,如何保持不同专业学生的学习兴趣、使大部分学生感到学有所得,是本课程最大的难处。近年来学校进行学生自主选课时,《现代遗传学概论》通识课的选修学生人数多。为让更多的非生物类专业学生能够选修到这一门受同学欢迎的课程,我们扩大了课堂人数的上限,最高时曾经达到225人,这样一年两次授课可有400多人选修到该课程。班级大、人数多,学生的遗传学知识参差不齐是这门课的主要特点。虽然教师能够把握住大班课堂的纪律,学生反映也不错(这可从学生教学评价中的留言看出),但也出现了一些大班授课需要研究解决的问题,如大班上课如何吸引学生的注意力、如何在学生遗传学基础不同的情况下让大家共同进步、如何有效的进行教学互动、如何提高学生课外寻找参考文献的能力、如何让学生能够更好地结合自己的专业来学好遗传学知识、如何考核学生的学习效果,等等,均需要在教改中不断探索和提高。此外,非生物类专业学生的来源广泛,思维方式也明显不同,这对教师知识面和授课技巧也是一个很大的考验。
二、教学目标的设置
《现代遗传学概论》课程属于交叉学科性质的通识课,其主要目的是为了拓展非生物类专业学生的科学素质。但选修学生的遗传学基础知识不如生物类专业的学生,而且学生间遗传学知识差异很大;除少量学生在高中时曾参加过生物学方面的知识竞赛、基础较为扎实之外,多数学生如一些文科生的遗传学知识相对较少,许多学生甚至连三大遗传规律中的“连锁遗传规律”都未学过。因此,《现代遗传学概论》课程不同于生命科学专业学生必修的《遗传学》,授课时必须根据非生物类专业学生的特点,采用能够兼顾文理科学生现有的遗传学知识,因生制宜才能上好这门通识课程。在教学目标的设置上,始终要把培养非生物类专业学生的遗传学认知能力和分析能力放在首位。课程的教学大纲要能够反映和体现出本学科的发展趋势,具有较好的前瞻性和实用性,使学生在《现代遗传学概论》课程的学习过程中,能够切实感受遗传学的魅力以及学用结合的课堂环境。《现代遗传学概论》中一共安排了24个学时,3学时/周(共计8周)。教学大纲中的内容简介为“遗传学属于生命科学中重要的基础理论学科。《现代遗传学概论》是一门非生物类学生选修的学科交叉型课程,将从遗传学角度解释人类、动植物、微生物、病毒等多种生物体的生命现象。讲解遗传物质的本质、传递、变异,遗传信息的表达与调控,基因工程和基因组学方面的最新进展以及遗传学与人类健康、动植物育种关系等知识”。《现代遗传学概论》的课堂教学共安排八章,其中第一章为“绪论”,主要介绍遗传学研究的任务及其发展概况。正文共七章,其中第二章“生物的生长和繁殖”主要介绍遗传的细胞学基础,目的是使学生能更好的了解细胞结构、功能和分裂方式与遗传的关系。第三章“遗传物质与自然界生物多样性”着重介绍遗传物质的载体染色体,使学生能够了解基因突变的分子基础和特征,以及染色体结构和数目等非基因重组引起的变异,进一步阐明遗传物质变异与生物多样性的关系。第四章“遗传规律和性连锁”主要介绍三大基本规律特别是连锁遗传规律的内容,阐明性遗传的特点以及与人类健康的关系。第五章“数量性状和杂种优势的表现”重点介绍数量性状遗传和基因定位方法,说明细胞核与细胞质的统一关系以及近亲繁殖与杂种优势的遗传学原理。第六章“基因表达与基因组学”重点介绍基因表达与生物体发育的内容,使学生能够更好地了解两者的关系;并着重介绍基因对个体发育的调控以及细胞的全能性和生物体克隆技术方面的进展。第七章“基因工程与克隆技术”主要讲授基因工程相关技术以及基因组学和生物信息学的相关内容,重点介绍目前国内外在这方面的最新进展。第八章“基因社会学问题”着重讨论当前人们所关心的基因社会学方面问题,主要在人类基因组计划、人类基因组研究的伦理学问题、基因与专利、转基因技术与安全性问题等方面进行一些探讨。通过上述内容的学习和讨论,学生对遗传学学科的最新进展以及遗传学与人类健康、动植物育种的关系等能够形成一个基本的系统认识,所学遗传学知识可用于分析和解决日常生活中的遗传现象。 三、精心选择适合非生物类专业学生学习的教学内容
《现代遗传学概论》作为一门全校性通識课,需要有针对性的精心设计,讲授对文理科非生物类专业学生感兴趣、与日常生活有实际或潜在应用价值的遗传学知识,且能适当反映遗传学正在探索的前沿问题,特别需要注重课程内容的实用性和简洁性。授课内容可涉及人类、动植物、微生物、病毒等多种生物体,包括生物进化、植物群落、形态性状、细胞染色体、DNA以及基因组等宏观到微观各个层次的知识点,以反映出遗传学的系统知识和21世纪以来的最新进展。如遗传和变异的现象及其物质基础、遗传物质与自然界生物多样性关系、人类遗传病的表现和基因治疗、优生优育、杂种优势表现和利用、基因工程和生物体克隆、转基因食品安全性以及基因组学、基因表达与生物体发育等。但在具体教学内容的安排上,不宜为了遗传学知识的完整性而求全、求大、求深,要适当考虑到不同专业学生在遗传学知识上的差异,选择一些能够适合文科和理科非生物类专业学生学习的内容,组成核心授课内容。在整体上可以采用拓宽面上知识、缩小知识深度的方法加以解决。授课时通过大量遗传学方面的典型案例进行讲解,如第三章“遗传物质与自然界生物多样性”,加入了300多张与生物变异有关照片来说明自然界生物多样性产生的原因和作用,其中大量照片是作者自拍,充分体现了自然生物变异的广泛性,学生看了之后深有感触,课后可布置课外作业,让学生走出课堂寻找自然变异现象,了解变异与遗传学的密切关系。第四章“遗传规律和性连锁”,利用果蝇眼色遗传、芦花鸡毛色遗传以及人类色盲、白血病、蚕豆病的遗传等具体案例,说明性染色体上连锁基因的遗传特点与人类健康的关系,学生能够切切实实地感到遗传学的重要性。第五章“数量性状和杂种优势的表现”,突出介绍杂种优势,通过介绍“杂交水稻之父”袁隆平院士对杂交水稻发展的贡献,讲述杂交优势的遗传学原理。第六章和第七章可讲的内容更多,如生物体的克隆技术以及生物技术的最新进展,教师只要平时多注意这方面的研究进展就可以列举出大量的事例,学生对这些内容很感兴趣,听起来津津有味。第八章主要在人类基因组计划、人类基因组研究的伦理学问题、基因与专利、转基因技术与安全性问题等方面进行重点阐述,如中山大学现已建立了亨廷顿病基因诊断方法,通过扩增亨廷顿氏病基因(HD)包含(CAG)n重复序列的目的片段,应用DNA测序确定CAG的拷贝数。通过对1个HD家系23人基因诊断案例讲解,发现3名成员有一条染色体上的(CAG)n拷贝数正常,另一条染色体的拷贝数异常增多,而20名正常人的(CAG)n拷贝数均在正常范围内,因此证明HD基因的动态突变是导致中国人亨廷顿病的遗传基础,对HD可进行快速准确的基因诊断[7]。虽然离真正意义上的基因治疗尚有差距,但在遗传病的预防、产前诊断以及优生优育等方面已经可以发挥较大的作用,学生对这方面的兴趣尤为浓厚。授课时利用丰富形象的图片以及通俗易懂的生动讲解,使学生较好地掌握遗传学的概念和核心知识,认识到遗传学在促进生命科学发展中的意义以及与生产实践、医学和人民保健等方面的密切关系,提高学生分析和解决日常遗传学问题的基本能力。
教材是传授知识的主要载体,大学遗传学教材与生命科学人才培养的质量息息相关[8]。为了更好的与上述内容相关联,我们结合国内外优秀《遗传学》教材以及参考资料,编写了编排独特、新意明显的《现代遗传学概论》教学用书9],可以方便学生根据课件内容来学习相关知识,适合非生物类专业本科生通识课使用,在一定程度上解决了教学课件授课速度快与学生学习进度的矛盾,也更好地发挥了教学课件的作用,提高了教学效果,获得了学生的好评。目前正在进行《现代遗传学概论》教材的修订工作。
四、采用合适的教学方法和手段
采用能让学生感兴趣、吸引学生注意力、并能激励学生学习的教学手段和方法,才能产生更好的教学效果。《现代遗传学概论》通识课选课人数多,学生来自于不同专业,思想活跃、发言踊跃,如何做到既活跃课堂气氛、又能保证课堂纪律,是授课时特别要关注的问题。在教学过程中,特别要注意在不同的时间段,适时交替采用启发式、探讨式、开放式、案例式、归纳式等不同的教学方法。要充分利用课堂讲授时间,将课程的重点内容讲清、讲透,启迪学生思考,促进自主思维发展。同时,在大班课堂上教师要积极寻找或创造机会尽可能多与学生互动交流,实现双向沟通,让学生更好地达到学习和掌握知识之目的。
(一)自主性、探究性、合作性学习:
《现代遗传学概论》课程建设的指导思想是立足于通识课和大班授课的实际情况,改进学生学习方式。授课时要以学生为主体、教师为主导,做好以教为主向以学为主转变、以课堂教学为主向课内外结合转变、以终结性评价为主向过程性评价为主转变等工作,可以收到更好的教学效果。授课时要不断鼓励学生直接参与到遗传学知识的学习和传播过程之中,引导学生从多角度多层次上将不同内容的知识点加以适当关联,养成独立性较强的学习习惯。教师可适当布置课外作业,由学生通过小组或团队的形式加强自主学习和交流,如“请以小组或团队(3~5人)的形式在校内外观察和收集与遗传学有关的范例(生物自然变异现象、动植物育种、遗传病、优生优育等),并通过寻找相关资料说明其产生原因,探寻其内在联系”这一题目,可让学生在2周内完成。下课后学生就以小组为单位自由观察和收集与遗传学有关的范例,并通过查找参考文献探究其产生原因,研讨其内在联系。然后教师根据授课时间的多少,请部分小组或团队(可多可少)上台将发现的遗传现象显示给其他同学,解释其产生原因和遗传学的联系等,并根据情况适当展开讨论。这样有利于加强学生发现、分析、概括和推理能力,还能起到信息共享的作用。在学生发言后,教师再对其进行适当归纳和总结,并根据该组的发言情况给予适当分数(上台发言的学生可根据发言情况再适当加分)。对于由于时间关系不能安排上台演讲的大部分小组或团队,就直接以作业的形式上交(需提供文字资料和照片),同样可以给予分数。这一方法确实能够有效地调动学生的积极性,学生也很感兴趣。可以使学生知道遗传和变异就在身边,只要平时留意就能发现,而且大量自然现象可以利用遗传学知识加以合理的解释。如学校校区内一棵金桂桂花树上有枝条发生了对称性的丹桂花色变异,学生发现后就从体细胞变异等方面深入分析了产生这一现象的原因,得出正确的结论;有的学生在讨论时甚至还会举一反三,举例说明果树发生体细胞变异后,一些具有有利性状变异的枝条可以直接用于果树新品种的培育。这里的小组或团队可以由学生自己组织,人数可多可少,彼此之间都熟悉,这样就不会存在交流上的难度。另外,这一类“自主学习和交流”内容的难度也不是很大,学生能够顺利完成,学生主要是难在要自己走出课堂去寻找和发现相关材料和信息,并归纳成合适的文字。必要时这一题目也可改编成单人完成的课外作业,能够收到同样的效果。 (二)适时教学互动:
授课时采用适时互动对话、案例启示、现场演绎、师生提问等启发式教学方法与多媒体教学手段相结合,可以最大程度地启发学生的主观能动性,达到课内外互通、过程和结果互融、活跃课堂气氛之目的,改善课程教学效果和质量;也可使学生在学习和讨论中能够获得更好的感受,加深对遗传学基本理论和知识的理解。大班通识课的选修人数多,如果要与每位学生进行在课堂上教学互动难以实行。采用随机(适时)提问的方法进行师生或生生之间的教学互动和交流,可让学生自己主动发言、教师随机点名发言以及学生的直接提问。这样既能达到互动交流、双向沟通之目的,又能使学生保持上课的良好状态,随时准备回答互动交流所提出的问题,可以明显提高学生的思维能力和上课的精神状态。教师的问题主要来自几个方面,一是课前备课时针对教学内容适宜讨论,精心准备一些相关问题,在教学互动中短时间提问和讨论;二是即兴提问,教师在上课时根据授课内容随时提出几个小问题让学生回答或讨论;三是来自学生的直接提问,教师可以因势利导的加以互动。对于回答正确的学生可以采用加分的方法,以激励学生参与讨论的积极性。相对而言,这一适时教学互动的方法更容易操作,在大班授课中能够取得良好的互动效果,具有讨论效率高、学生参与效果好、且能够吸引学生注意力等优点,也有利于教师控制上课时间和教学进度。事实也表明这一适时教学互动的方法是很有效的,其主动权掌握在教师手中,需要多少时间教师能够掌控。
(三)全程动态教学:
由于教室大、人数多,如果教师仅停留在讲台旁,肯定会对坐在教室后排学生的听课缺乏监督和了解,影响这部分学生的学习效果。这是作者在多年不同课程听课中感受最深的问题,一些教师上课时不愿走动,甚至还有坐着上课的情况,影响了对全教室学生上课状态的控制和教学效果的提高。因此,在授课时要实行全程走动式教学,借助于现代化的教学设备(如无线话筒、远距离翻页激光笔等),实行动态授课,随时观察和了解整个教室学生的学习状况,使每一位学生都能感到教师就在身边,保持更好的学习劲头。但这对教师的知识和体力要求更高,因为教师必须要非常熟悉全部教学内容,保持旺盛的精力和体力,才能在走动时更好的边授课、边掌握全体学生的学习状况,把握好整堂课的教学进展。
(四)完善实用性强的教学课件:
优秀的CAI教学课件对教学效果的提高有着很重要的作用。目前,随着计算机技术的发展,使用多媒体进行辅助教学的现代教育技术已被广泛运用到课堂教学中,给传统的黑板加粉笔的教学方式增添了许多生机[10]。《现代遗传学概论》课程的教学内容丰富、信息量大,采用现代多媒体教学的方法确实有助于提高教学效果,但在实际工作中要高标准做好教学课件是一件不容易的事情。《现代遗传学概论》课程的CAI教学课件建设,能够随时引入遗传学科最新发展成果,体现出课程的先进性,适合非生物类专业学生兴趣广泛、但不求掌握具体技术的特点。我们现已编制出以文字、图片、动画(视频)、实体照片等多种媒体组成的CAI教学课件,具有界面美观、内容新颖、结构紧凑、文字精炼、图文并茂的特点,符合学生认知心理。教师授课时结合实物、教具、图片、錄像等形象生动地进行多种形式的多媒体教学,化难为易、化静为动,使学生更容易理解DNA测序技术、PCR技术、转基因技术、生物体克隆、基因组学等抽象的遗传学知识,促进了学生对遗传学知识的理解和深层次的认识。
(五)充分利用现有的遗传学教学资源:
网络学习对高校教育理论和教学实践已经产生了深远的影响。虽然《现代遗传学概论》与生命科学专业的《遗传学》在教学内容和深度上有着明显的差别,但其主要内容来源于《遗传学》,两者有着很大程度的相似性。《现代遗传学概论》通识课的教学过程中,依托和利用国家精品课(现已转型为精品资源共享课 http://www.icourses.cn/coursestatic/course_ 4267.html)中的各种教学资源,包括课程教学大纲、教学进度、教材、教学参考书和辅助资料(如教案、习题和参考答案、多媒体课件及其他教学资料),为学生提供一个跨越时间和空间的学习环境,可以在很大程度上调动学生学习的主动性。另外,遗传学不好理解的抽象性概念、内容,也可以通过精品资源共享课中的各种视频、图片等得到进一步的学习、理解和掌握。
(六)征集教学意见和加强教学答疑
多方收集学生对本课程的教学意见,及时改进教学方法。平时多与学生交流,可以保持教学双向信息反馈通道的畅通,也可以发现学生在学习过程中存在的问题和难点,及时加以解决。对于一些遗传学知识相对较少的学生(如部分文科生),需要加强课后的学习辅导和答疑工作,随时解答学生提出的各种问题(由于《现代遗传学概论》是超大班课,选修学生多,学校专门配有1名研究生助教,大大加强了答疑工作)。上课时也经常询问学生是否能够理解新课内容,如有问题则先请选修本课程的优秀学生回答这些同学的提问,教师随后再加以适当归纳和分析。
五、改进考核办法
大学课程评价一直受到人们重视。由于《现代遗传学概论》是专门为非生物类专业学生开设的一门通识课程,其目的是让学生多了解遗传学方面的知识和开阔视野,为今后工作和生活中遇到的遗传学问题有一个基本的认识和解决的思路。因此,在考试命题上要做到灵活多变,着重测试学生独立思考和分析具体遗传学问题的能力,起到考核引导学习的作用。同时在课程学习过程中适当布置若干次不同类型的简答题作业,一次作业解决一个具体的问题,课堂外的自主性、探究性、合作性研讨作业以及课堂内讨论互动发言等均作为学生的平时成绩之一,能够有效的促使学生查阅相关文献资料,培养学生的自主学习能力,提高综合分析和解决遗传学问题的能力。
六、结语
大学生思维活跃、思路开阔、学习能力强,除认真和深入学习本专业的知识外,还有较多的学习精力选修其感兴趣的课程、扩充自己的基础知识,为今后选择和参加工作打下更好的基础。各学校为不断提高学生的素质,根据学校的特点开设一些供学生选择的通识课和选修课。在这一教育背景下,需要我们从各个方面进行更为深入的探索和改进。通过《现代遗传学概论》通识课程的教学改革,进一步转变传统教学方式,实现师生互动、课内外互通、过程结果互融,让学生更好、更多、更满意的掌握遗传学知识,全面提高通识课程的教学质量。
参考文献
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基金项目:国家精品资源共享课程项目,国家、浙江省和浙江大学精品课程建设项目和浙江大学课堂教改项目资助。