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关键词:医学遗传学;教学质量;教学探索
医学遗传学是遗传学与医学相结合的一门交叉学科,既是一门基础课程也是一门专业课程,医科各个专业的学生都需要学习这门课程。为了提高教学质量,培养合格的医学人才,我们采用基本理论知识与临床遗传病病例相结合的教学模式,这种与实际病例相结合的教学模式,符合素质教育培养的要求,也是一种适应社会要求和发展的教学。以“遗传病”为教学中心并运用多媒体辅助教学,创设教学情境,诱导学生观察思考,相互讨论,共同探究发病规律,收到了较好的教学效果。
一、根据需要调整教学内容
医学遗传学在我院各个专业都有开设,但每个专业的课时都不多,如果要在课堂中将教材的全部内容讲授一遍是没有时间的,这就需要教师根据学生其他课程的内容与本课程的联系(如学生正在学习生物化学、免疫学、组织胚胎学等课程),学生学习知识的难易程度,以及学生的专业进行教学内容的调整。
学生已经或者正在学习的生物化学与医学遗传学的生化遗传学有十分密切的关系,通过了解学生学习生物化学的知识,结合一些生化遗传病进行讲解,课堂内容会丰富而且活跃得多。通过与其他课程结合,学生可以同时巩固两门知识,对这些课程的学习兴趣会更高,收获也会更多。
对不同专业我们的教学内容也会有不同的侧重点。医学遗传学的主要内容是遗传病的发生机理、传递方式、诊断、治疗、预后、再发风险、预防方法,从而控制遗传病在一个家庭中的再发,降低在人群中的危害。遗传病的种类主要有单基因遗传病、多基因遗传病、染色体病、生化遗传病等章节。如对于检验专业的医学遗传学我更侧重于染色体病的学习,因为检验班学生有可能从事染色体检验的工作,对染色体的结构特征、染色体识别及染色体病的学习要求较高,可以适当增加学习内容。
二、以学生为主体的课堂教学
传统教学是教师主讲,学生听课,学生跟着教师的讲解学习知识。这样不能发挥学生学习的主体地位,不能主动地学习知识。而医学遗传学相对其他课程,需要记忆的知识较少,对一些病例的分析、发病率的计算都不能靠记忆来学习,所以学生是否主动学习对学好这门课是关键。
在课堂教学之前先布置一到两个遗传病病例,让学生先思考、查文献,通过查阅文献对这种常见遗传病的发病机理、临床症状及治疗有所了解。课堂上学生分小组进行讨论,教师进行总结发言,这比教师在课堂滔滔不绝讲解病例,学生记忆更为深刻,也知道遗传病虽然很难治疗,但是有些是可以预防的。通过几次这样的学习,学生对知识能主动记忆,同时也培养学生独立思考问题和独立获取知识的能力,对学生的创新能力有一定的提高。
三、提高教师自身教学水平
“师者,所以传道授业解惑也”,要给学生“一杯水”,教师首先拥有“一桶水”。为使学生更好地掌握医学遗传学的核心“遗传病”,教师首先要对各类遗传病的发病、症状、治疗等有充分了解,这就需要教师查阅相关资料,还要与临床结合,到医院、产检中心等地方了解实际遗传病的发病情况,这样学生才能更清楚地掌握这门知识。
教师除了承担教书职责,还需要育人。首先教师是传授课程知识,其次是教会学生怎样做人。教师在完成医学遗传学课程知识讲授的同时,利用医学遗传学中有关内容所涉及的生活中常常发生的事情启发和教育学生,做到寓“育人”于“教书”全过程之中。如在讲解常染色体显性遗传病的病例时,讲到手指的畸形(多指症、并指症、缺指症及短指症这些都是常染色体显性遗传病),可以告诉学生有五个健全的手指是多么幸福的事情,应该知道珍惜,好好生活,努力学习,学生听了会很受启发。
四、充分利用多媒体进行辅助教学
医学遗传学的研究对象是人类遗传病,遗传病的临床症状及特征不能只是教师的讲解和描述。多媒体教学不同于传统的黑板加粉笔的教学手段,可以承载大量图片、动画,使得教学更加形象更加直观,课堂教学色彩丰富,内容充实,将多媒体应用到医学遗传学的教学方法和组织形式给这个课程带来了新的理念和观念。然而,现代化教育技术的引入也是一把“双刃剑”,如果教师在课堂上的只是将每张PPT读给学生听,点动鼠标更换页面,展示准备好的图片,而学生也只是不停地紧张地观看教师播放的PPT,不但没有达到理想的教学效果,还会使这种多媒体教学成了新形式的“灌输式”教学,学生对知识的接受就是走马观花式的,一节课下来会毫无收获。因此,教研室一直遵循“学生是主体,教师是主导”这一原则,将多媒体作为一种辅助的教学手段,上课前精心制作课件,根据教材内容对各个章节进行不同设计,课堂上播放幻灯片的速度和内容根据学生的反应和课堂气氛进行适时调整,以提高教学效果。
参考文献:
[1]孙双凌,蒲淑萍.高职高专类医学遗传学教学改革初探[J].重庆医学,2010(18):2441-2442.
关键词:医学遗传学;遗传咨询;情景模拟
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)46-0225-03
医学遗传学是医学与遗传学相结合、并互相渗透的一门综合性学科。医学遗传学理论学习中主要针对人类遗传性疾病的发生机制、传递规律、诊断方法以及治疗和预后进行系统学习。在此基础上开设实验课,将理论应用于实践,通过遗传咨询估算再发风险和制定应对对策和措施,有效预防遗传病的发生,从而达到降低遗传病发病率的目的[1]。根据现代医学的发展,我国将面临极具缺乏医学遗传学医师这一职业。目前,大多数医院无专门的遗传咨询门诊,使医学生没有机会接触到遗传病病例,学生对遗传性疾病的掌握只限于书本而无临床实践机会,这将会导致临床医生缺乏对遗传病的认知能力。因此,我校从2007年开始对五年制临床医学、检验等本科专业开展医学遗传学实验教学,其中开设了遗传咨询教学内容。通过多年教学实践探索和改进,发现利用情景模拟教学法进行遗传咨询知识点的传授可以更好地调动学生学习的积极性,更好地理解遗传咨询的理论基础及临床意义,培养学生综合运用知识的能力。
一、教学设计
1.明确教学目的。遗传咨询情景模拟教学法是模拟临床遗传咨询的情景进行教学的方法。它是针对临床医学、检验等专业本科医学生在学习过染色体标本的制备与人类非显带染色体核型分析两次实验课的基础上来开展的。通过此次课的学习,使医学生能够充分掌握系谱及系谱分析的理论知识,掌握系谱分析的过程及系谱的绘制方法,熟悉遗传咨询的一般步骤和原则,并能推测系谱中各成员的基因型,计算再发风险,了解系谱分析和遗传咨询的临床意义。在此过程中,培养学生独立思考分析问题解决问题的能力,表达能力,促进高素质医学生的培养。
2.教学内容。情景模拟教学法的主要内容是模拟遗传咨询过程、讲授和熟悉遗传咨询的概念、对象、时机、步骤等。作为医学生首先要让他们明确知道什么是遗传咨询。遗传咨询是由医学遗传学专业人员或遗传咨询医师(或称咨询医师、医学遗传学医师),应用医学和遗传学基本原理,对咨询者提出的家庭中遗传病的发病原因、遗传方式、诊断、治疗和预后、一级患者同胞和子女再患此病风险等问题进行交谈和讨论,并就咨询者提出的婚育等问题提出可供咨询者选择的建议或具体指导措施的过程[2]。遗传咨询的时机和对象是一个人在婚姻或生育方面遇到问题,意识到可能面临患遗传病的风险,或者本人或子女已患有遗传病等情况下的人群。其次,传授和强调进行遗传咨询的一般步骤包括遗传病的明确诊断、绘制系谱并确定遗传方式、估计再发风险、提出对策和措施。遗传病的诊断是一个复杂的过程,包括临床层次、细胞水平、蛋白质水平、基因水平(基因诊断)等四个水平层次的诊断;绘制系谱并确定遗传方式以及估计再发风险需要遗传学理论知识做基础,要求学生在本科医学遗传学中作为掌握的内容加以理解和熟悉后计算再发风险;提出的对策和措施更进一步要求在学生掌握各层次的分子生物学和分子遗传学的系统的理论知识后,给咨询者提出合适的意见和措施。最后,重点强调医生给咨询者提出意见和措施时,要遵循非指令性遗传咨询的原则。作为医生只提出可供咨询者选择的若干方案,并陈述各种方案的利弊提供咨询者选择,咨询医师不应代替咨询者做决定。
3.教学案例的准备。教学案例的好坏直接影响教学效果。任课教师需要注意从多渠道深入开展病案搜寻工作,从病案中挑选诊断明确、典型的遗传病案例,除了教材中给出的常见多发遗传病病例外,也需经常浏览OMIM(OnLine Mendelian Inheritence)及等互联网址,了解重要的有关临床遗传学最新诊断技术及进展情况。案例挑选出来后,需要进行加工提炼、细心分析、集体讨论,按临床思维进行教学方案的设计。案例设计原则既要传授理论知识,又与临床需要结合,既有利于学生分析,于利于学生演练。
对于案例的教学准备,不但要求任课教师要熟悉案例遗传病的临床表现、发病机理,特别要熟悉遗传病的传递规律、传递方式、诊断方法、治疗方法和预后等方面的相关进展资料,还要要求教师对这些资料的深刻理解和透彻分析,以便针对学生演练过程中出现的各种不准确的表达或者错误的理解进行有效的指导。根据遗传咨询的复杂性,则需要教师具有深厚的理论知识基础,才能提高在模拟遗传咨询教学中的指导能力。因此,在案例准备时,要求任课教师要做好充足的教学准备,以应变课堂中随时出现的问题。
4.教学组织。做好充分的准备后,就进入了模拟遗传咨询情景课阶段,即开始遗传咨询情景模拟教学。由于课堂教学组织难度较大,需要教师在做好充分的案例准备基础上随机应变、深入浅出、因材施教。
教师组织教学的基本过程包括:第一步,教师详细讲解遗传咨询的定义、步骤、方法、意义;第二步,学生选择教师准备好的案例分组讨论,编写案例遗传咨询的对话,并要求学生在课结束后将所编写的对话上交作为课堂作业;第三步,学生两人一组,在45分钟左右的时间内讨论并编写对话,根据临床可能的情景,模拟演练遗传咨询的过程;第四步,当学生模拟演练完成遗传咨询的整个过程后,教师针对学生存在的问题一一进行分析和讲解。在肯定学生正确的理解和表达的基础上指出不当的或者不准确的或者错误的表达。
随着学生不同组别的模拟演练的进行,教师要注意始终引导学生围绕遗传咨询进行交谈,其询问和交谈的内容包括对遗传病的临床表现、发病原因、遗传方式、诊断等情况的了解,询问内容还包括病史、发育史、婚姻史和生育史、家族史,查阅和比对资料进行系谱分析,对咨询者提出的治疗和预后等问题一一作答,并且对患者同胞、子女再患此病的风险提出参考意见。教师始终在一旁提醒、引导和辅佐,并注意把控住整个课堂纪律,使每位学生积极参与到课堂中来,制造出学生在临床实践的气氛,提高学生课堂活跃度。
5.课堂总结。教师根据学生在课堂中的讨论、模拟遗传咨询的情况进行小结,联系理论知识肯定学生在讨论过程中表现好的地方,指出错误或忽视的地方,加深对理论知识的理解和记忆,加深学生对遗传咨询在临床工作的重要性和必要性的理解。最后根据学生在课堂中的表现进行评价,包括学生对案例的分析能力、理论知识的掌握、表达能力、临床综合分析能力、团队合作能力、创新能力等等方面。
二、教学思考与讨论
1.遗传咨询情景模拟教学法的优点和意义。经过多年的教学发现,大多数学生对于应用情景模拟方法进行遗传咨询都非常感兴趣,整个课堂气氛活跃,学生参与度高。整个教学活动中,一直围绕只有真实生活中才存在的病例来进行,组织学生分组开展讨论,教师从旁指导,真正做到以学生为中心,最大限度的激发学生的学习兴趣,取得了较好的教学效果。此教学法解决了以往医学遗传学理论教学与临床脱节,理论教学内容的枯燥难懂,教学手段落后等问题,有效地提高了学生对医学遗传学的学习效果及兴趣,是一种积极有效的教学方法。学生普遍认为通过情景模拟教学,对遗传性疾病的认识更加深刻和形象,他们所学习的内容不再是枯燥乏味的知识,而是在实际临床工作中切切实实需要解决的问题,极大的激发了学生对于学习《医学遗传学》的兴趣。
传统的遗传咨询教学主要以灌输式为主,要求学生大量记忆枯燥无味的基础知识,在这种模式下的教学不利于学生综合能力的提高。相反,经过实践证明,利用情景模拟教学进行遗传咨询,将所学理论知识与实际运用紧密结合,将理论课知识运用于实际临床当中,极大的激发了学生对于学习医学遗传学的兴趣,使学生整堂课都能够融入到课堂教学过程中,使学生将讲台变为他们自由发挥的舞台,而教师课堂中仅仅起到引导作用。在此过程中,学生从被动的接受知识向主动学习转变,既加深了对理论知识的记忆,又培养了学生独立思考分析问题的能力,训练了学生独立思考分析问题的能力。
近年来医患关系逐渐紧张,患者的维权意识也越来越强,如何缓解医患关系也是医学院校在培养学生时需要解决的一大难题。通过临床情景模拟教学的方法,让学生扮演患者有助于建立和谐的医患关系。学生通过扮演患者,能够充分的体会患者的心理和情绪上的变化,站在患者的角度看待就医过程,起到了换位思考的作用。另一方面,学生站在医生的角度学会处理医生和患者之间的矛盾,可以缩短学校与社会实践的差距,帮助学生建立医生角色,为学生将来走向社会处理医患关系奠定基础。
值得一提的是,遗传咨询师在我国医学领域缺乏大量的人才,是一个有待新增的职业。而在美国,绝大多数的医疗用人单位都要求他们的医生通过全美医学遗传学会的考试和资格认证[3]。所以,教师可借此课程向学生宣讲国际国内外医学遗传学理论、临床遗传学的发展的趋势和中国医学发展的所面临机遇和挑战。向学生说明遗传咨询是一项极具挑战的医疗活动,希望有更多的医学志愿者加入这项医疗事业中来。
2.遗传咨询情景模拟教学法的欠缺之处。首先,情景模拟与实际临床有一定的差别,学生由于缺少临床经验,在进行扮演患者的过程中,很容易用到所学的专业术语,与真正临床中所遇到的实际病例有较大的差别,没有达到角色交换的目的。其次,在提出对策和措施时,由于缺乏各层次的分子细胞生物学和分子遗传学的系统的理论知识,并且对所学医学遗传学知识不能灵活运用,只能提出供咨询者选择一到两种方案,没有真正提供可供咨询者选择的若干方案,且无法做到非指令性原则。最后,在教学实施的过程中,由于每位学生学习水平参差不齐,不愿意作为学习的主体,导致过分依赖老师,影响教学效果。目前看来,要使学生都能积极参与到教学活动中,最好的方法是让学生参与真正的临床实践,使学生体会到遗传咨询过程的复杂性。
通过7年的教学效果来看,情景模拟教学极大地调动了学生学习的积极性,真正实现了对医学生综合素质能力的培养,是一个值得推荐的好方法。
参考文献:
[1]蔡绍京,李学英.医学遗传学[M].北京:人民卫生出版社,2009.
[2]章远志,Nanbert ZHONG.中国目前的遗传咨询(英文)[J].北京大学学报(医学版),2006,(01).
[3]赵会全.美国临床医学进展[J].国外遗传学杂志,2007,30(2).
基金项目:遵义医学院教学改革计划项目2013(j-2-7)。
关键词:高中生物课程;“遗传与进化”模块;逻辑体系;小进化
Abstract: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time, the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum Standards in General Senior Middle Schools(experimental edition) is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism, scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materials could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development, which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module.
Key words: biology in senior middle schools; hereditary and evolution module; logical system; small evolution
关于生物课程内容体系的建构,作者曾在《高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析》一文中作过讨论,认为像“遗传与进化”模块的内容,可以按形式逻辑的方法,确定若干科学事实或概念作为逻辑起点,通过演绎推理构建一个公理化的体系。[1]本文拟对此做一具体分析。
一、现代遗传学理论的构建
科学研究首先要通过观察和实验获得感性认识。孟德尔正是通过豌豆杂交实验,获得了大量经验材料。但是,感性材料的获得只是认识的第一步,认识的真正任务在于达到理性认识。这就需要用科学的方法去处理这些材料。如何处理?首先要概括总结出这些经验材料所反映的事物的本质和变化规律。这需要科学抽象。所谓科学抽象,就是人们运用思维能力,透过事物的各种现象,抽取出事物的本质属性及其变化发展规律。科学抽象是一个复杂的思维过程。第一步是以经验材料为基础形成概念,就是从“感性上的具体”上升到“抽象的规定”。所谓“感性上的具体”,就是人们在科学实践中形成的混沌的表象;所谓“抽象的规定”,就是通过一定的方法抽象出事物的本质属性。孟德尔正是从豌豆大量具体的遗传性状(如花的颜色、子叶是否饱满、植株的高矮等)中,抽象出“相对性状”的概念,并进一步把它区分为“显性性状”和“隐性性状”。第二步,是运用概念进行判断和推理,建构规律、原理,就是从“抽象的规定”上升为“思维中的具体”。“思维中的具体”不同于“感性上的具体”,感性材料已不再是各种事实的混沌的总和,而是受一定规律支配的有组织的知识。孟德尔就是依据显性性状和隐性性状等概念,总结出了分离现象和自由组合现象。整个过程从逻辑方法的角度看,是一个归纳推理的过程:前提是若干科学事实,结论是从前提中通过推理得到一般规律。在科学认识活动中,科学抽象与逻辑方法是同一认识过程中的两个侧面。一方面,认识过程是一个不断抽象形成科学概念的过程;另一方面,认识过程是一个运用逻辑方法进行判断和推理的过程。
认识了分离现象和自由组合现象后,孟德尔没有停步,他开始建立遗传因子假说。在科学研究中,当对科学事实的认识达到一定程度后,就必须通过理论思维的能动作用,运用各种理论思维方法进行整理和加工,建立科学假说。这是将研究引向深入的重要环节和一般方法。在孟德尔所处的时代,科学界盛行的理论思维方法是牛顿的方法。牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的第一条科学方法规则,就是简单性原则。[2]对“简单性原则”概念的界定,学术界至今尚无一致意见。牛顿和孟德尔所运用的简单性原则的含义,是事物内部的简单性,即认为在对自然的认识中,最简单的解释总是比较可取的。正如爱因斯坦所说:“我们所谓的简单性,并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小,而是指这种体系所包含的彼此独立的假设或公设最少。”[3]近代科学中,道尔顿首先在19世纪初按照简单性原则,把宏观的、高层次的、凭感官能觉察但认识还不够清楚的化学物质的多样性、复杂性,分解成数量无限多而种类比较少的微观的、低层次的、感官不能直接察觉的物质最小微粒──原子(当时道尔顿的认识),再以原子之间的相互联系和相互作用,来理解、说明、解释化学物质的形态、结构、功能和属性的无限多样性、复杂性,达到对化学物质和化学变化的全面、深刻的认识,从而奠定了现代化学的基础。孟德尔在创建其遗传因子假说的过程中,有否借鉴道尔顿的原子论认识模式,我们不得而知。但他运用简单性原则取得了成功。他建立了遗传因子成对存在的模型并创造了符号体系予以表达,以有限种类基因的无限组合,解释了无限种生命形式的存在。
假说虽然具有一定的事实基础和知识依据,但毕竟不同于科学理论,它带有一定的猜测性和或然性。因此,在建立起假说后,孟德尔又运用演绎推理以测交实验验证其遗传因子假说。演绎推理是进行逻辑证明的一种重要方法,是运用一般原理对具体事物进行推论并作出科学预见和发展科学理论的必要环节。
由此可见,孟德尔工作的开拓性,除了正确选择材料和采用统计方法,更重要的是巧妙地抽象出科学概念,建立假说,创造符号体系予以表达并与有计划的实验相结合。这种方法自伽利略和牛顿以来在物理学中一直被使用,但在当时的生物学中无人知晓。这可能是孟德尔的工作没有被与他同时代的最优秀的生物学家所认同的原因。但正是这种方法的建立使遗传学不断取得进展并成为一门真正的科学。
从逻辑方法来分析,遗传因子假说的逻辑起点是分离现象的自由组合现象,概括得出这两个现象时孟德尔使用的归纳方法是简单枚举法,即根据若干对象都具有某种属性而无一反例,于是推论得出该类对象都具有这种属性的结论。简单枚举归纳法得出的结论带有某种程度的或然性,不能作为科学理论来使用,只能提供尚需进一步加以研究和验证的一种假定。为了从根本上提高结论的可靠性,必须努力发现某种属性与某类对象之间的必然联系。如果能够确定某属性是该类对象所必然具有的,那么其推论就最终成立了。这样,推理方法也就由简单枚举法过渡到科学归纳法了。细胞遗传学和分子遗传学的成果,最终证明了孟德尔假说的正确性,因为它们根据对遗传现象和遗传物质之间必然联系的认识,推定分离规律和自由组合规律具有普遍性。至此,孟德尔假说才被确立为遗传学理论。
其实,经过分子遗传学的建立这一场“科学革命”后,现代遗传学的“范式”与经典遗传学已经完全不同了。现代遗传学的逻辑起点是三个方面的科学事实,一是有性生殖细胞的形成和受精作用(特别是这些过程中染色体的变化);二是DNA是主要的遗传物质,每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的;三是遗传物质对遗传信息的储存、传递和表达(分子遗传学中心法则)。通过对这三方面所发现的科学事实的综合,建构起了现代遗传学理论。而前面所述的遗传学的发生发展过程,已经成为历史。
二、进化理论构建的科学方法
达尔文进化论包括两方面的内容,一是肯定生物是进化的,二是说明生物进化的机理。对于“生物是进化的”这个结论,达尔文在自己的环球考察和前人研究的基础上,收集了大量的材料,主要运用归纳法得出。后来,又有越来越多的发现提供了新的证据。迄今未遇到反例。因此可以说,自1859年达尔文的《物种起源》发表后,进化论取得了胜利。对“生物进化的机理”,达尔文用自然选择理论解释。现在有许多异议,但尚未有一个理论可以取而代之。对此,我们从科学方法的角度做一分析。
自然选择理论的逻辑起点是四个科学事实:过度繁殖、遗传变异、生存斗争和隔离。达尔文以它们为基础,通过与人工选择的类比,依据因果关系而建立起理论体系。在作为逻辑起点的四个科学事实中,过度繁殖和生存斗争,可以通过观察直接证实;对遗传变异,现代科学研究也已充分证明,在各种生物中都发现了大量的突变,遗传多态现象(polymorphism)广泛存在;隔离阻断了基因交流,对于小种群来说,确实能使物种分化,这已成为珍稀动物保护中建立“种群通道”的理论依据。现在的争议在选择理论。达尔文的自然选择理论是通过与“人工选择”的类比而建立的,因此仅仅是一种推断。人工选择是在有限范围内进行的,而且是实验上可控的原理。把这样一种原理扩展成普遍意义上的原理,是否可以?而且到目前为止,人们除了在多倍体植物中发生的一些例子外,在可以观察的范围内从来没有出现过新物种。所以,通过自然选择产生新物种尚缺乏实证。因此,一些人从思维方式和科学方法的角度,对自然选择学说提出了质疑。伴随对生物进化过程中物种演变认识的深入,遗传学家歌德斯密特(R.B.Goldshmidt)在1940年提出了“大进化”和“小进化”的概念。1944年古生物学家辛普森(G.G.Simpson)对此概念又做了修正并给予明确定义,认为小进化(microevolution)考察进化过程中物种内性状维持或变异的规律,大进化(macroevolution)则研究物种规模演变的特征。达尔文和他以后的许多进化论者把生物个体看作是进化的单位,但小进化的研究表明这样的认识是不对的。实际上,进化的单位,对无性生殖的生物是无性繁殖系,对有性繁殖的生物是通过有性生殖联系起来的种群。这样,在遗传学研究成果的直接推动下,达尔文的自然选择学说发生了一次大的改造,主要体现在选择的效果不再是“生”或“死”的问题,而变成了在生物的繁衍过程中,突变基因对种群基因库分布(某突变基因和与它同源的等位野生型基因在种群总基因数中的比例)的影响大小的问题;生物进化的单位不再是生物个体,而是扩展到种群。这是对达尔文进化论的一次重要修正,人们把这次修正后的达尔文进化论称为“现代综合论”(the modern synthesis)。
现代进化理论对小进化的研究,以遗传平衡定律(Hardy-Weinberg定律,1908)为基础,引进适合度(fitness)和选择系数(selective coefficient)的概念后,为自然选择学说提供了可靠的逻辑基础和定量概念,是自然选择学说的重要发展。现在许多生物学家接受选择理论,正是因为遗传学在这个方面的发展。然而,对现代综合论,基于种群遗传学基础之上的小进化模式是否可以解释物种形成和高级分类群起源等大进化现象,多年来一直是进化生物学中争论的一个焦点问题。特别是20世纪70年代以来,古生物学研究证明生物的大进化过程并不总是与环境的变迁相一致。例如,我国云南澄江动物群化石揭示的寒武纪大爆发之类的进化现象(还包括大绝灭现象)告诉我们,进化不是一个连续的过程而表现为阶段性的过程,最初是以迅速形成几种主要类群的方式爆发性地形成类群的阶段,然后是缓慢的物种形成和在每个类群内对不同栖息地逐渐适应的阶段,最后是衰落和绝灭阶段。因此,进化不仅是由环境的变化和生存斗争决定的,它还受生命系统内部因素的制约。特别是大进化,更是如此。
从控制论的角度看,生命系统的稳态是反馈调节的结果。生命系统可能通过负反馈调节而保持稳态,也可能通过正反馈调节打破原有的稳态,从而建立新的稳态或趋于毁灭。因此,选择并非只是自然的选择,生命系统作为自组织系统,对系统的发展也存在一定的自身干预,如作为进化单位的种群内部的性选择对基因频率的影响等。从热力学的角度看,热力学第二定律揭示的孤立系统的熵增加,是一个退化的过程。20世纪中叶诞生的非平衡态热力学,说明生命系统在本质上都是开放系统。它们的结构都是耗散结构,因而可以发生“熵减少”的个体生长发育和系统进化过程,同时其中也可以包含局部的熵增加过程。所以,任何生命系统都在大量偶然的随机因素中发展着,并不只是适应环境的变化。在生物进化的过程中,内因是变化的根据,而外因只是变化的条件。
三、“遗传与进化”模块逻辑体系的构建
(一)模块体系构建的逻辑方法
《标准》对“遗传与进化”模块的知识体系,没有按遗传学和进化论的发展历史线索构建,而以逻辑线索构建,形成一个公理化的体系。公理化体系的特点是先提供不容置疑的科学事实或概念作为逻辑起点,然后主要运用形式逻辑的方法,通过判断、推理、证明来建构,其逻辑形式包括逻辑起点、逻辑中介、逻辑顺序和逻辑终点四个基本环节。
1.逻辑起点。逻辑起点是形成理论的起点,它必须是:①对事物最简单和最一般的本质规定;②能构成所研究对象的基本单位;③包含事物整个发展过程中一切矛盾的“胚芽”。例如,经典遗传学中的“相对性状”“基因”等概念,就是经典遗传学理论的逻辑起点。
2.逻辑中介。逻辑中介是联结起点和终点之间由一系列的概念、模型所组成的中间环节。它具有以下特点:①起沟通和联结的作用,能把逻辑起点和逻辑终点联结起来,构成一环扣一环的逻辑整体;②以事物之间的内在联系为依据,不能任意跳跃。例如,经典遗传学中的表现型、基因型、等位基因等概念和模型,就是经典遗传学理论的逻辑中介。
3.逻辑顺序。逻辑顺序是概念、模型、原理之间前后相继或相互隶属的关系。确定逻辑顺序的方式主要有两种:①从属性的联系方式,如相对性状与显性性状、隐性性状之间,基因型与纯合子、杂合子之间的联系,按照这种方式确定的逻辑顺序主要反映客观事物内部各个组成部分之间的从属关系;②继起式的联系方式,如相对性状与分离现象、自由组合现象、等位基因与基因的分离规律之间的联系,按照这种方式确定的逻辑顺序大体上与客观事物的发展顺序以及人类认识的发展历史相一致。
4.逻辑终点。逻辑终点意味着一个特定范围内的认识上升周期的结束,也是另一个新的认识上升周期的开始。思维从起点到终点的整个上升运动,一方面是对客观事物和实际过程的反映,另一方面又具有其严密的逻辑结构。
(二)模块逻辑体系的构建
1.第一个逻辑起点──“专题1.遗传的细胞基础”
现代遗传学的第一个逻辑起点是有性生殖细胞的形成和受精作用(特别是这些过程中染色体的变化),因此,《标准》安排了“举例说明配子的形成过程”和“举例说明受精过程”这两个知识点,重点在“阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化”。
2.第二个逻辑起点──“专题2.遗传的分子基础”
其中的“总结人类对遗传物质的探索过程”“概述DNA分子结构的主要特点”这两个知识点,说明DNA是主要的遗传物质,每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的。
3.第三个逻辑起点──分子遗传学的中心法则
围绕中心法则,“专题2.遗传的分子基础”安排了“说明基因和遗传信息的关系”“概述DNA分子的复制”“概述遗传信息的转录和翻译”等内容。
4.得出第一个理论──“专题3.遗传的基本规律”
先通过“分析孟德尔遗传实验的科学方法”,然后以上述三个逻辑起点为基础,来“阐明基因的分离规律和自由组合规律”。这里的逻辑证明和“分子与细胞”模块不同,那里是通过“使用显微镜观察多种多样的细胞”等活动来证明没有反例,而这里是通过“专题1.遗传的细胞基础”和“专题2.遗传的分子基础”,来阐明基因的分离规律和自由组合规律的内在必然性。
5.得出第二个理论──“专题4.生物的变异”
以前述三个逻辑起点为基础,再根据遗传的基本规律进行推理,便可“举例说出基因重组及其意义”“举例说明基因突变的特征和原因”“简述染色体结构变异和数目变异”。
6.从遗传学出发讨论进化问题
从遗传学出发来讨论进化机理,主要在小进化的范畴。所以安排了“用数学方法讨论基因频率的变化”的活动建议。然而小进化能否说明大进化,还有许多争议,所以《标准》只是要求通过“搜集生物进化理论发展的资料”活动,“说明现代生物进化理论的主要内容”。
至于对“生物是进化的”这个问题,因已为现代社会普遍接受,初中也已涉及,所以《标准》只在初中的基础上安排了一个知识点:“概述生物进化与生物多样性的形成”。
考虑到遗传学和进化论发展中的科学认识模式和方法所具有的教育价值,《标准》又安排了“总结人类对遗传物质的探索过程”“分析孟德尔遗传实验的科学方法”“探讨生物进化观点对人们思想观念的影响”等内容。
当然,在编写教材时,可以有不同的体系。例如,对遗传学的内容,既可以根据现代遗传学理论体系构建,也可以根据遗传学发展史上的学科思想和方法构建。
四、“遗传与进化”模块的思维方式特点分析
自孟德尔开始,遗传学便使用模型来表征概念及判断和推理的过程。例如,“表现型”就是一种实物模型,相当于生物体某性状的模式标本;减数分裂图解、染色体图解等则属于模拟模型。这些都是物质模型。而DNA分子双螺旋结构模型、蛋白质合成示意图等属于具象模型,“基因型”和杂交过程图解等属于抽象模型,二者都是思想模型。基因型,其实质是“基因组成模型”,它用英文字母来表示生物体中与所研究问题有关的基因组成。杂交过程图解是理想化的过程模型,它按遗传学规律把杂交过程简化,用以反映和解释杂交试验的过程和结果,并通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果。
模型属于表象。过去的生物学课程在逻辑实证主义的影响下,往往只重视概念在思维中的作用而忽视对表象的研究。而认知心理学家一般认为,表象是更适合于进行创造性思维的认知成分。众所周知,想象是一种重要的创造性思维形式,而它正是大脑对表象进行分析综合、加工改造,从而形成新的表象的心理过程。因此,在教学改革中许多教师提倡要发挥生物学图解教学的功能,其实质就是运用模型来设计新的知识结构,注意通过对表象的操作、加工而实现的思维活动。例如,在遗传学问题解决中,人们经常使用模型方法。利用模型方法解决问题,需先建立模型,简称生物建模。所谓建模,就是要寻找变量之间的关系,构建模型;然后依据模型进行推导、计算,作出预测。其过程在实质上是一个需要概念思维和表象思维参与的过程。我们以2003年全国高考“理综”卷第26题为例说明。题目是:“小麦品种是纯合体,生产上用种子繁殖,现要选育矮秆(aa)、抗病(BB)的小麦新品种;马铃薯品种是杂合体(有一对基因杂合即可称为杂合体),生产上通常用块茎繁殖,现要选育黄肉(Yy)、抗病(Rr)的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。(写出包括亲本在内的前三代即可。)”运用模型方法解题程序如下表所示。
我们可以运用认知心理学的双重编码理论对这个思维过程进行分析。该理论认为人的认知结构存在两个系统──言语系统和表象系统,二者之间存在三个重要的联结关系:一是言语刺激与表象刺激之间的表达联结,在上表中,“(1)分析变量”这一步骤建构了这个联结,如“矮秆或高秆”对应“aa或A_”;二是言语系统与表象系统之间的指称联结,上表中的“(2)构建亲本基因组合模型”步骤完成了这个联结,如小麦亲本“矮秆不抗病”对应“aabb”;三是言语系统和表象系统内部的联想联结,这是在“(3)推导杂交过程”和“(4)作出预测”中完成的,这两步既有运用言语的思维,又有运用表象(模型)的思维。根据双重编码理论,第一步骤中的表达意义即言语刺激和表象刺激之间的联结,来自对外在事件、字词或表象的熟悉感,表达意义以经验作为基础;第二步骤中的指称意义指相应的表象表达的激活或相应言语表达的激活,它来自言语系统与表象系统之间的相互激活和相互作用;最后两个步骤中的联想意义是分别在言语系统或表象系统本系统内的一种深层次表达,它依靠本系统内的联想网络结构赋予认知者以意义,这个过程在表象系统和言语系统的共同作用下完成。从整个问题解决过程来看,遗传学建模问题对学生来说有一定难度,其根本原因可能也在这里,它需要言语和表象两个系统共同作用才能完成。
在思维方式中,以科学概念为思维材料而进行的思维是科学抽象思维,以表象为思维材料进行的思维是科学形象思维。上述遗传学问题解决思维过程的特点在于抽象思维与形象思维相结合,这正是“遗传与进化”模块的重要思维训练价值之所在。
参考文献
[1]余自强.高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析[J].课程·教材·教法,2004,24(9):54.
关键词:新课程;旧教材;内容的编排;课程理念;教学方法
人教版新教材必修2《遗传与进化》打破了以知识为主线的呈现方式,既有一定的继承性又注重创新性,内容加大了,显得丰富而全面,体现了时代性和选择性,章节单元的划分共7章,相对一个问题的展现更加集中、独立,同时更强调学习科学的兴趣探究,每一节的内容都以“问题探讨”并附上插图形式引向主题,以实验或事实提供证据而得出结论。旧教材这个内容的设置为一本书中的一章,以知识的结论形式依次呈现相关内容。新课程注重三维目标――知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观,既注重知识本身,也重视知识的形成过程和科学思想、科学方法的教育,更强调理论联系实际,重视关于科学、技术、社会的关系(STS)。下面谈谈新课程必修2《遗传与进化》的教学体会。
一、内容编排体系的区别
旧教材遗传变异内容设置在必修第二册,是在必修第一册生殖发育知识的后面,单列的一章“遗传和变异”,其中第一节内容为DNA是主要的遗传物质、DNA分子的结构和复制、基因的表达、遗传的基因分离定律、基因的自由组合定律、性别决定和伴性遗传,然后是生物的变异,基因突变和基因重组、染色体变异、人类遗传病与优生、生物的进化(生物的进化单列一章)。新教材的此内容是一本书,编排体系分为7章,依次是遗传因子的发现,包括孟德尔的豌豆杂交实验(一)、孟德尔的豌豆杂交实验(二),第二章为基因和染色体的关系,包括减数分裂和受精作用、基因在染色体上、伴性遗传,第三章为基因的本质,包括DNA是主要的遗传物质、DNA分子的结构、DNA的复制、基因是有遗传效应的DN段,第四章为基因的表达,包括基因指导蛋白质的合成、基因对性状的控制,第五章为基因突变及其他变异,包括基因突变和基因重组、染色体变异、人类遗传病,第六章为从杂交育种到基因工程,包括杂交育种与诱变育种、基因工程及其应用,第七章为现代生物进化理论,包括现代生物进化理论的由来、现代进化理论的主要内容、种群基因频率的改变与生物进化、隔离与物种的形成、共同进化与生物多样性的形成。
二、教材编排思想理念上的差异
旧教材强调的思想是知识的体系,以知识的结论方式依次呈现相关内容,更注重的是如何有利于学生接受有关的知识,如何帮助学生形成系统的知识体系,明显的特点是很直接地告诉学生,使学生理解掌握,旧教材更强调的是传授,学生理解掌握所传授的知识并形成体系,然后学会运用。比如,旧教材的遗传变异一开始便告诉学生DNA是主要遗传物质,DNA是生物有机大分子,接下来让学生知道DNA分子的结构、如何传递遗传信息即DNA的复制,DNA是遗传物质能控制性状,如何控制性状的即基因的表达(此为遗传的物质基础),然后才到遗传的基本规律,基因的分离律、基因的自由组合定律。告诉学生生物界的遗传规律,雌雄异体生物特有的遗传现象伴性遗传。遗传是相对的,变异是绝对的,再告诉学生使其知道变异的类型,基因突变和基因重组、染色体变异,遗传变异知识体系形成后,传授学生有关人类遗传病与优生的知识,最后是生物的进化。
新教材在内容编排思想更加体现了“探究―结论―再探究”的思想根据科学探究的方法及历程来进行编制的,每一节均以“问题探讨”引入新的内容,以实验或事实提供证据得出结论,强调知识的同时更注重探究的技能,强调结论的同时更注重探究的过程与方法,也更加注重学生情感态度与价值观,亲自参与探究,不管是理论上的探究还是实验方案的设计,充分考虑到了学生的感受,亲自思考并参与,这对于培养学生的价值观是极其重要的,告诉学生要知道哪些知识和通过探究思考后得到哪些知识、体会,后者更为重要,这有利于培养学生探究创新的兴趣及能力,也易于培养学生对科学探究的兴趣。被动地接受知识肯定显得无成就感也无乐趣。
孟德尔被誉为遗传学的奠基人,孟德尔揭示出的基因分离定律与基因的自由组合定律被科学界普遍认定后,遗传学就迅猛地发展起来,新教材的第一章为遗传因子的发现,这一章的标题名很科学,尊重科学历史,遗传因子是孟德尔提出来的,后人把其改称为基因,这比旧教材的标题基因的分离定律、基因的自由组合定律,内容再用孟德尔的实验证明得出结论更科学。孟德尔用一对相对性状作杂交实验,分析提出假说、验证得出有关的结论(略),再分别用两对相对性状作杂交实验,分析提出了有关的结论(略)。然后从细胞学的研究角度进行分析(旧教材的减数分裂与有性生殖细胞的形成是在遗传学之前就已传授讲解),发现生物在传宗接代过程中染色体的变化有规律、亲代与子代的染色体保持恒定。即减
数分裂和爱情作用。萨顿等科学家大胆地运用类比推理的研究方法提出了基因和染色体的关系,提出基因在染色体上的理论假说,后经摩尔根及其学生通过果蝇作杂交实验,由于特殊的性状与性染色体的关系而得出结论,即基因位于染色体上,在此基础上引出伴性遗传。已经知道基因在染色体上,那么基因是什么物质,有何功能呢?从DNA是重要的遗传物质、DNA分子结构、DNA复制,一条染色体上有多个基因而且呈线性排列,一条染色体上有一个DNA分子,得出基因与DNA的关系即基因是有遗传效应的DN段,基因指导蛋白质的合成,基因对性状的控制即基因的表达,只有基因表达后才能控制相应的性状,遗传是相对的,变异是绝对存在的,引入基因突变、基因重组、染色体变异,知识为生产力服务,杂交育种到基因工程育种这方面体现了知识的运用,最后到现代生物进化理论及物种的形成,这种编排方式充分地体现了科学探究的思想“问题―探究―结论,新问题―再探究―结论”,这样有利于学生思考,有利于培养学生探究的科学思想、能力和方法。
三、教学中的做法及思考
在必修2《遗传与进化》教学前,用一节课的时间把目录所列的知识和编排的思想理念,即为何这样编排给学生进行了分析,使学生形成一个粗的框架,更重要的是使学生了解科学知识的探究方法,在教学中严格按照新教材编排的思想进行教学。有的教师在上新教材时还按照旧教材的编排顺序和教学方法。比如,在减数作用和受精作用一节内容时,就过早地把DNA的数量变化进行讲解传授,而DNA的数量变化应该在后面的章节讲解,学习DNA的复制后学生自然明白。有的甚至干脆把新教材的章节顺序打乱,完全按照旧教材的老一套知识体系进行知识传授,这很明显违背了新课改的思想,在教学过程中,还有许多教师倾注于知识的传授,不断地尽可能地灌注更多知识而忽略了学生能力的培养。我认为作为必修教材而言,应更加注重能力和方法,必修课本知识相关的知识不能加得过多,更不能过深,这样不仅偏离了重心,而且也加重了学生负担,使学生可能惧怕而退缩,这种做法在短期效力可能不错,通过加补、反复练习可能在平时的考试中能体现出一些优势,但从长远来看、从学生的发展来看是错误的,这无形中又重走了老教材的路,严重违背了新课改的思想。在教学过程中,我的教学方法是课堂前15分钟左右交给学生,结合给出的问题进行预习(大多用课本的问题探讨、本节聚焦为目标进行)这个预习实则一个粗探讨研究的过程(由于学生其他学科的作业布置相对大,没有预习的时间和习惯),有些教师一上讲台便开始引入、讲解,由于学生对有关的知识非常陌生,更谈不上探究,通过预习有了一个初步了解探究以后,再引导学生进行探究分析,这样就达到培养的目的。本书涉及的科学探究方法最典型的有:假说演绎法―以孟德尔的豌豆实验为例;类比推理法―萨顿提出基因和染色体的关系;建构模型法―DNA分子的结构,这些方法的传授理解远比知识的传授理解重要得多。
四、反思与困惑
作为一名教师,应充分认真地体会新课改的思想,切实转变教学观念,改变陈旧的教学方法,着眼于学生的未来,有利于学生可持续的发展,从以前单纯的知识传授者转变为学生学习的指导者、创新思维的指导培育者,积极研究教学方法,不能单一地把学生接受知识的多少作为教学目标,应把学生学习能力、学习的方法、探究的思想和方法放在第一位,让学生在学习探究的过程中休会到过程的快乐与成功的喜悦,应积极地站在学生的角度思考,避免单一重复,充分减负,只有这样学生才能轻松快乐,勇于思考、成就学业。
关键词:遗传与优生学;教学模式;快乐教学
在传统的教学模式中,无论是“遗传与优生学”还是其他学科知识,教师占教学的主体地位,注重的是知识的传授,学生只是被动地接受知识,课堂氛围与知识吸收的过程都十分单一枯燥,这种教学方式无法调动起学生的学习兴趣,学生缺乏积极主动的参与意识,因此,采用快乐教学模式进行教学十分有必要,这种模式以学生为中心,注重学生的参与性,不仅能够加强师生之间的交流与沟通,还能够激发学生的学习兴趣,使学生在轻松快乐的学习氛围中掌握学科知识,进而提升课堂教学的效果。
1.课堂导入
一个好的课堂开始是完成有效教学的基础,在讲授“遗传与优生学”学科知识前,可运用提问课外问题的方式,设置具体生动的情景,将学生的注意力集中于一点,调动起学生学习本学科的乐趣。如在讲授优生学这部分内容前,教师可先问些学生喜欢听的音乐等问题,这些课外的问题学生通常都会积极进行作答,这样学生就容易对老师产生亲近感,使课堂氛围得以舒缓,接着老师可进一步的问学生“植物会听音乐吗?”有学生会想当然地回答不会听音乐,因为他们觉得植物没有思维,不能感受音乐所表达的感情,而有的学生觉得植物作为有生命的物体,也许能听懂音乐,这样就会完全调动学生的好奇心和求知欲,引发学生热烈的讨论,让同学们各抒己见,积极作答,课堂气氛就会活跃起来。
2.课堂教学
在教学过程中,可吟诵与学科知识有关系诗词歌赋,这样既能营造轻松的学习氛围,又能使学科知识相连接,达到知识的巩固与加强的目的,如讲解“显性性状、隐性性状”这一概念时,可以引用诗词中环境对植物产生影响的诗句,比如,“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开”,这句诗体现了海拔不同导致气温差异,而温度又在很大程度上影响着植物的生长,温度对植物的生长有影响,对性状的表达也有影响,如用红色花的纯种金鱼草与象牙色纯种金鱼草杂交,在高温、遮光的环境下,子一代全部开象牙色花,在低温、强光照射的环境下,子一代全部开红色花。这说明显、隐性性状是相对的,性状的表达受环境影响。
3.应用方法
(1)引用名人事迹,点化课堂知识。讲授遗传定律时,可引用一则关于著名现实主义戏剧作家萧伯纳的故事来作为切入点,他与舞蹈家伊莎多拉・邓肯之间有着一段妙趣横生的故事一直广为流传,邓肯被萧伯纳的才华所吸引并爱上了他,就写了一封表达爱慕之心的情书,信中这样写道:“我希望能够与你结成幸福美满的夫妻,将来我们的孩子一定会像我的脸那么漂亮,像您的脑子那么聪明……”萧伯纳的回信则充满了风趣的意味,他写道,“万一我们的孩子像我的脸,像您的脑子,那该怎么办呢?”这则幽默的故事中也含有遗传学的知识,它涉及了有关两对相对性状的遗传知识,用于学习自由组合定律的引言中,不仅能引起学生学习的乐趣,还能达到活跃课堂氛围、调起学生的好奇心和求知欲的目的。
(2)转换角色,师生互动。目前多数教学方式是以老师讲授为主,学生被动听课、回答问题、做练习的固定流程,学习过程单调乏味且学生缺乏主动性,导致学生对所学知识缺乏兴趣。该教学模式缺乏必要的感情交流和积极沟通。因此在课堂教学中可以采用学生合作学习、师生互动的教学模式。如在学习单基因遗传病时,教师可将学生分成若干小组,每个小组共同学习某一种遗传病,并选派一名代表当一次老师,讲授该疾病的主要内容,然后老师再对其表现进行点评,对遗漏的知识点及时作出补充和完善。通过这种教学方法,学生就会加深对知识点的记忆,同小组的学生也能够合作完成对知识点的梳理和框架结构,从而增加学生间的互动、师生交流与沟通。