邢萬(wàn)金, 莫日根, 蘇慧敏

內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物學(xué)系, 呼和浩特010021

生物學(xué)教學(xué)中研究型教學(xué)方法與內(nèi)容的探索

邢萬(wàn)金, 莫日根, 蘇慧敏

內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物學(xué)系, 呼和浩特010021

培養(yǎng)創(chuàng)新性人才是中國(guó)高校的教學(xué)目的之一, 實(shí)現(xiàn)這一目的需要改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。為此, 許多學(xué)者引入了西方的研究型教學(xué)理念, 并討論了這種教學(xué)理念對(duì)新時(shí)代教學(xué)改革的意義, 但仍然停留在理論探討的層面上, 幾乎沒(méi)有提出對(duì)課堂教學(xué)有實(shí)用價(jià)值的研究型教學(xué)方法和具體內(nèi)容。筆者根據(jù)自己多年的遺傳學(xué)教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn), 結(jié)合目前大學(xué)教學(xué)普遍采用的教師主導(dǎo)型授課模式, 提出了適合生物學(xué)課堂教學(xué)的、比較全面而具體的研究型教學(xué)內(nèi)容和評(píng)估方法, 認(rèn)為研究型教學(xué)法至少應(yīng)包含 7個(gè)方面的措施：(1) 講述科研歷史, 學(xué)習(xí)提出科學(xué)問(wèn)題的技巧; (2) 重演實(shí)驗(yàn)過(guò)程, 學(xué)習(xí)解決科學(xué)問(wèn)題的研究技巧; (3) 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 學(xué)習(xí)從結(jié)果推出科學(xué)結(jié)論; (4) 設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn), 學(xué)習(xí)立項(xiàng)組織科研; (5)偵探斷案式的講課方式, 學(xué)習(xí)科學(xué)探秘的邏輯; (6) 引導(dǎo)學(xué)生閱讀, 學(xué)習(xí)查閱文獻(xiàn)與梳理和總結(jié)研究進(jìn)展的能力; (7) 因材施教, 提前單獨(dú)培養(yǎng)優(yōu)秀本科生。此外本文還討論了在課程考試中如何考察研究型教學(xué)的效果。

研究型教學(xué); 創(chuàng)新能力; 生物學(xué); 教學(xué)改革

當(dāng)今中國(guó)的綜合性大學(xué)都把建立研究型大學(xué)作為辦學(xué)目標(biāo), 體現(xiàn)了教育工作者認(rèn)識(shí)到高等教育中科研與教學(xué)是相互依賴與相互促進(jìn)的關(guān)系, 即科研創(chuàng)造知識(shí), 教學(xué)傳播知識(shí)并為科研培養(yǎng)人才。研究型大學(xué)的教學(xué)目標(biāo)之一是培養(yǎng)研究型創(chuàng)新性人才,強(qiáng)調(diào)其軟硬件的研究能力, 并設(shè)立了一系列量化指標(biāo), 用研究項(xiàng)目、學(xué)術(shù)論文及應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化等可量化的指標(biāo)考核教學(xué)員工的科研能力, 使研究型大學(xué)的科研在制度軌道上良性運(yùn)行和發(fā)展。但由于教學(xué)體系難以設(shè)計(jì)量化指標(biāo), 對(duì)于大學(xué)本科教學(xué)如何跟進(jìn)研究型大學(xué)的建設(shè)并為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出貢獻(xiàn)的思考和管理尚未形成共識(shí)。不少教師和管理者都嘗試探討這一問(wèn)題, 并提出引入歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的“研究型教學(xué)”的理念[1], 但對(duì)于研究型教學(xué)的內(nèi)涵、中國(guó)大學(xué)是否需要研究型教學(xué)、如何在中國(guó)大學(xué)尤其是軟硬件條件一般的地方性大學(xué)教學(xué)中應(yīng)用研究型教學(xué)等問(wèn)題還存在爭(zhēng)議[2～8]。作者結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)研究型教學(xué)理念的理解, 介紹如何在中國(guó)大學(xué)生物學(xué)教學(xué)中開(kāi)展研究型教學(xué)工作。

1 研究型教學(xué)的內(nèi)涵

1.1 研究型教學(xué)是一種旨在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的教學(xué)方法

大學(xué)教學(xué)的目的是傳承人類的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),給學(xué)生全面介紹某一個(gè)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)、方法論和研究進(jìn)展, 讓學(xué)生對(duì)本專業(yè)有一個(gè)整體認(rèn)識(shí), 并培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力, 幫助學(xué)生建立基本的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力。大學(xué)教學(xué)有別于中小學(xué)教學(xué), 其最大區(qū)別是不僅要告訴學(xué)生結(jié)論, 還要告訴學(xué)生科學(xué)家是如何思考和研究得出這些結(jié)論的, 即通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)講解來(lái)展示如何提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的科學(xué)思維方法與研究過(guò)程。因此, 本科教學(xué)的課堂就不僅僅是個(gè)宣講課本的場(chǎng)所,還應(yīng)當(dāng)是個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室; 教師不僅僅是講解者, 還是研究者, 扮演前輩科學(xué)家的角色, 把學(xué)生帶回到過(guò)去, 為學(xué)生演示他們提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程, 甚至他們的喜怒哀樂(lè), 這樣的教學(xué)才能引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入學(xué)術(shù)氛圍、思考科學(xué)問(wèn)題、建立科學(xué)思維習(xí)慣、培養(yǎng)出研究型創(chuàng)新性人才。因此, 本科教學(xué)目的本身就要求其教學(xué)過(guò)程不僅專注已有的知識(shí), 更應(yīng)當(dāng)著重知識(shí)建構(gòu),專注知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程, 通過(guò)教學(xué)促發(fā)研究精神[9],即, 所謂的“研究型教學(xué)”只是一種為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)研究型創(chuàng)新性人才這一教學(xué)目的的教學(xué)方法。研究型教學(xué)中所謂的研究引領(lǐng)型(Research-led teaching)教學(xué)、研究導(dǎo)向型(Research-oriented teaching) 教學(xué)、基于研究的(Research-based teaching) 教學(xué)、研究支持型(Research-informed teaching) 教學(xué)分類[10], 以及什么叫研究型教學(xué)、是否應(yīng)當(dāng)進(jìn)行研究型教學(xué)等的理論探索均應(yīng)當(dāng)給出在教學(xué)過(guò)程中如何因地制宜,與本校、本班的學(xué)生條件及本門(mén)課程特點(diǎn)相結(jié)合而開(kāi)展研究型教學(xué)的具體操作方法。

1.2 研究型教學(xué)要依托現(xiàn)代多媒體技術(shù)和設(shè)施

要獲得研究型教學(xué)的效果, 除了教師個(gè)人的主觀努力外, 還需要有一定的教學(xué)條件支撐。像生命科學(xué)這樣的實(shí)驗(yàn)性科學(xué), 要客觀地描述觀察到的結(jié)果, 要讓學(xué)生相信他們所學(xué)的知識(shí)是真實(shí)的, 就需要講解一些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程, 展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片、圖片、表格、甚至實(shí)物樣本、野外考察獲得的樣本資料、實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的實(shí)物資料等, 這些“鐵的證據(jù)”是理科教學(xué)最好的輔助工具, 是培養(yǎng)研究型人才必須的教學(xué)元素, 但這些最重要的原始數(shù)據(jù)恰恰無(wú)法靠粉筆與黑板展示、也無(wú)法在課堂上用語(yǔ)言描繪清楚。現(xiàn)代科技提供的多媒體數(shù)字化技術(shù)使課堂教學(xué)手段和形式發(fā)生了根本性的變化, 可以借助多媒體手段, 用豐富的聲像資料迅速回顧和重演學(xué)科或某一知識(shí)點(diǎn)的研究歷史、演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果, 使學(xué)生不僅通過(guò)閱讀教科書(shū)和參考書(shū)聯(lián)想科學(xué)家的思考和研究, 還可以通過(guò)視聽(tīng)材料全方位地回顧科學(xué)家的研究, 從中得到啟悟, 實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式從“評(píng)書(shū)或話劇”到“電視或電影”的轉(zhuǎn)變。這就要求教師不僅要愿意利用多媒體教學(xué)技術(shù)和資源、而且善于利用并能夠把自己的教學(xué)思想制作成多媒體教學(xué)資源。

1.3 研究型教學(xué)方法的具體措施

筆者多年給大學(xué) 3年級(jí)本科生講授《遺傳學(xué)》、《基因工程》和《分子生物學(xué)》等專業(yè)課, 深感教學(xué)改革對(duì)于本科教學(xué)效果的重要作用[11～17], 認(rèn)為借助現(xiàn)代科技, 生物學(xué)的研究型教學(xué)除了講授基本概念和知識(shí)點(diǎn)外, 還應(yīng)當(dāng)從以下 7個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力。

1.3.1 講述科研歷史, 學(xué)習(xí)提出科學(xué)問(wèn)題的技巧

科學(xué)研究的第一步是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題, 這也是從事科研最難的一步。因此我們經(jīng)常用諸如“提出問(wèn)題就等于解決了問(wèn)題的一半”之類的格言鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題本身就是一種科學(xué)素質(zhì)和科研能力。要選擇一個(gè)能夠解析的科學(xué)問(wèn)題和角度, 需要繼承前人已經(jīng)獲得的相關(guān)知識(shí), 在此基礎(chǔ)上提出設(shè)問(wèn)。本科教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題的能力, 就需要了解前輩科學(xué)家所處的科研環(huán)境、學(xué)習(xí)和模仿他們思考問(wèn)題的方式。這些延伸性知識(shí),除了讓學(xué)生課外閱讀科學(xué)史或者某些傳記外, 主要還是靠教師在課堂上的簡(jiǎn)要介紹。筆者在講解遺傳學(xué)的重大科學(xué)成就, 比如孟德?tīng)柡湍柛倪z傳發(fā)現(xiàn)、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)時(shí), 都要簡(jiǎn)單介紹相關(guān)領(lǐng)域在當(dāng)時(shí)面臨的學(xué)術(shù)背景和科學(xué)問(wèn)題, 讓學(xué)生體會(huì)到提出科學(xué)問(wèn)題的契機(jī)與角度。在涉及具體案例的時(shí)候要給學(xué)生指出, 在努力學(xué)習(xí)已有的知識(shí)和技能, 做好挑戰(zhàn)科學(xué)問(wèn)題的技術(shù)準(zhǔn)備后, 科學(xué)問(wèn)題的降臨也是多途徑多方位的, 有時(shí)甚至是意想不到的。

有些問(wèn)題是生產(chǎn)實(shí)踐呼喚的科學(xué)問(wèn)題, 如孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)歐洲的植物和動(dòng)物雜交改良品種的活動(dòng)盛行, 但雜交后得到的后代并非如預(yù)想的那樣繼承了父本和母本的優(yōu)良性狀, 即使得到了具有部分優(yōu)良特性的后代, 仍然不能穩(wěn)定傳遞給下一代, 因此迫切需要了解究竟是什么控制了動(dòng)植物的性狀, 傳遞給后代的時(shí)候有沒(méi)有某種規(guī)律。

有些問(wèn)題是被探究自然奧秘的好奇心驅(qū)使發(fā)現(xiàn)的, 如研究DNA是遺傳物質(zhì)以及解析DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就是一個(gè)典型的例子。找出究竟是什么成份決定了生物的性狀和遺傳就相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)了生命的秘密,這種對(duì)生命秘密的好奇促使科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)篩選具有這種功能的成份, 最后Avery和Hershey等人確認(rèn)了DNA而非蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。但要理解DNA如何實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的復(fù)制、傳遞、表達(dá)等特殊功能, 就必須搞清楚DNA的分子結(jié)構(gòu), 這種進(jìn)一步的探究心促使Watson、Crick和Wilkins合作解析出了DNA的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)。只有在這一結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才能理解遺傳物質(zhì)的全部功能, 因此成為生命科學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。

還有的問(wèn)題是偶然發(fā)現(xiàn)的科學(xué)問(wèn)題?？茖W(xué)研究是一個(gè)探索未知的過(guò)程, 會(huì)遇到各種與預(yù)期不符和意想不到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。許多出乎意料的結(jié)果里可能就隱藏著一個(gè)前所未知的新秘密。比如在介紹細(xì)菌雜交的時(shí)候首先講到Lederberg與Tatum發(fā)現(xiàn)兩株不同營(yíng)養(yǎng)缺陷型的大腸桿菌K12混合后能傳遞遺傳物質(zhì)出現(xiàn)原養(yǎng)型菌株, 而且 U形管實(shí)驗(yàn)說(shuō)明此結(jié)果需要兩種菌株實(shí)體接觸, 從而發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的接合作用。后來(lái) Lederberg與 Zinder想看看寒沙門(mén)氏菌是否也有類似的接合作用, 他們發(fā)現(xiàn)二株?duì)I養(yǎng)缺陷型寒沙門(mén)氏菌混合培養(yǎng)后確實(shí)能產(chǎn)生原養(yǎng)型菌, 但 U形管實(shí)驗(yàn)說(shuō)明這兩株沙門(mén)氏菌并不需要實(shí)體接觸!這一出乎意料的結(jié)果說(shuō)明某種未知的東西能夠把兩種菌的遺傳物質(zhì)帶到一起而不需要這兩種菌體本身的接觸, 經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)是一種溶源性噬菌體,從而發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。Flaming發(fā)現(xiàn)青霉素、Roberts和 Sharp發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子和外顯子等著名的案例均說(shuō)明許多偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)有時(shí)候是偶然的。

1.3.2 重演實(shí)驗(yàn)過(guò)程, 學(xué)習(xí)解決科學(xué)問(wèn)題的研究技巧

像生命科學(xué)這種實(shí)驗(yàn)性科學(xué), 其知識(shí)都是從實(shí)驗(yàn)中獲得的, 一些形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)和組織學(xué)的結(jié)論直接看圖就能明白, 但許多結(jié)論是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推理出來(lái)的, 如果不了解實(shí)驗(yàn)操作原理和過(guò)程, 就很難理解教科書(shū)上的結(jié)論?，F(xiàn)在的多媒體教學(xué)能夠播放實(shí)驗(yàn)設(shè)備照片、實(shí)驗(yàn)操作流程和錄像, 讓學(xué)生在課堂上就能看到如何做實(shí)驗(yàn), 明白了實(shí)驗(yàn)操作, 就會(huì)理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得出的結(jié)論。比如Meselson與Stahl用密度梯度離心DNA證明大腸桿菌的DNA復(fù)制是半保留復(fù)制。如果不了解密度梯度離心的實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程就很難理解 DNA條帶在離心管中為什么會(huì)分層、分層后又能說(shuō)明什么。分子生物學(xué)課經(jīng)常要分析核酸、蛋白等實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 而這些實(shí)驗(yàn)在本科生階段一般沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸, 教師必須在課堂上講清楚其基本原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

1.3.3 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 學(xué)習(xí)從結(jié)果推出科學(xué)結(jié)論

本科教學(xué)的另一個(gè)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,即能夠用實(shí)驗(yàn)探索未知的現(xiàn)象并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出合理的初步推論。在生物學(xué)低年級(jí)的入門(mén)基礎(chǔ)課教學(xué)中, 限于學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)薄弱, 往往是單純告訴學(xué)生科學(xué)結(jié)論, 所以學(xué)生們也習(xí)慣于機(jī)械地記憶結(jié)論以應(yīng)付考試, 對(duì)教科書(shū)中有限的圖表中的細(xì)節(jié)和數(shù)字不怎么重視。但是如果一直按照這樣的模式教下去, 學(xué)生勢(shì)必會(huì)失去獨(dú)立思考習(xí)慣和分析能力,更何談創(chuàng)新能力。因此在高年級(jí)專業(yè)課上, 教師應(yīng)該教會(huì)學(xué)生自己去分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出那些他們習(xí)慣于機(jī)械記憶的結(jié)論, 培養(yǎng)學(xué)生的分析思考與創(chuàng)新能力。因此, 本科教學(xué)中教學(xué)生如何分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該是研究型教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。生命科學(xué)中遺傳學(xué)和分子生物學(xué)基本上都要靠分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)推導(dǎo)出結(jié)論。比如孟德?tīng)栠z傳定律、摩爾根的連鎖互換定律及 Sturtvent的染色體作圖等, 都是分析雜交實(shí)驗(yàn)后代中的新組合得出的推論。目前還不能借助儀器直接觀察亞細(xì)胞和分子水平上生物大分子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng), 分子生物學(xué)研究生命的重要代謝的分子機(jī)制,如DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、調(diào)控等, 必須從一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析推理得出最符合實(shí)際的推論。比如分子生物學(xué)中解析大腸桿菌蛋白質(zhì)翻譯起始過(guò)程中核糖體大小亞基和三種翻譯起始因子的作用的一系列簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn), 通過(guò)設(shè)計(jì)起始因子IF1、IF2、IF3及核糖體大小亞基30S、50S的不同組合, 測(cè)定mRNA和fMet-tRNAfmet的結(jié)合量, 在教科書(shū)中把實(shí)驗(yàn)結(jié)果列一個(gè)表, 分析結(jié)果就能判斷出IF3幫助mRNA與核糖體30S亞基結(jié)合, 而IF2幫助fMet-tRNAfmet與30S亞基結(jié)合[18]。另一個(gè)簡(jiǎn)單而精妙的例子是Kozak等通過(guò)人工突變大鼠胰島素原基因的起始密碼子及其附近的各個(gè)堿基, 觀察每種突變對(duì)放射性同位素標(biāo)記的胰島素前體合成量的影響, 教科書(shū)中展示了蛋白質(zhì)電泳后放射性同位素自顯影結(jié)果圖片, 分析各泳道的蛋白質(zhì)量就能推斷出真核生物mRNA起始密碼子周?chē)腒ozak序列在蛋白質(zhì)翻譯中的作用[18]。教師應(yīng)當(dāng)選用這樣的教科書(shū), 引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出科學(xué)結(jié)論的良好習(xí)慣, 而不是單純死背一些莫名其妙的結(jié)論。

1.3.4 設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn), 學(xué)習(xí)立項(xiàng)組織科研

在實(shí)驗(yàn)性科學(xué)中實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?duì)于本門(mén)學(xué)科學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研非常重要, 尤其是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力, 這是學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力最重要的表現(xiàn)之一。學(xué)生需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識(shí)和技能才能在實(shí)踐中逐步獲得這種基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合的綜合能力。研究型教學(xué)應(yīng)當(dāng)在課堂上教會(huì)學(xué)生如何應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)解決未知問(wèn)題。比如在講基因工程課時(shí), 教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生如何選用適合自己研究目的的載體和DNA操作及蛋白鑒定技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案, 最終實(shí)現(xiàn)研究目的。這樣的研究型教學(xué)對(duì)于部分同學(xué)設(shè)計(jì)方案申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目進(jìn)一步鍛煉科研創(chuàng)新能力極有幫助。

1.3.5 偵探斷案式的講課方式, 學(xué)習(xí)科學(xué)探秘的邏輯

探索自然奧秘的過(guò)程是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的艱苦歷程, 也是一個(gè)展示思辨能力的過(guò)程。一本好的教科書(shū)在記錄科學(xué)家獲得的科學(xué)結(jié)果的同時(shí), 也會(huì)記錄他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯和推理過(guò)程。而正是這些科研思想才是最值得學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)新思維。比如, 眾所周知, 動(dòng)物的性別是一個(gè)非常明顯的復(fù)雜性狀, 能夠穩(wěn)定遺傳。那么按照孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)理論, 這個(gè)性狀又是由什么基因控制的呢？為什么在每一代中只以1∶1而不是3∶1的比例遺傳？這些自然是孟德?tīng)栠z傳學(xué)面臨的棘手問(wèn)題。遺傳學(xué)課程中講述人類的性別決定機(jī)制這部分知識(shí)時(shí), 教師應(yīng)當(dāng)從人類染色體中 XY性染色體組成與性別的關(guān)聯(lián)入手, 通過(guò)比較Klinefelter綜合癥(47, XXY)和Turner綜合癥(45, X)患者的性別性狀異常而推導(dǎo)出Y染色體決定男性, X染色體并不影響性別這一結(jié)論。然后通過(guò)對(duì)Y染色體的結(jié)構(gòu)和其上的基因分析說(shuō)明Y染色體短臂上的 SRY基因是引發(fā)男性睪丸發(fā)育的開(kāi)關(guān), 這樣就找到了性別決定的關(guān)鍵基因, 由于這個(gè)基因不是以一對(duì)等位基因的形式存在, 所以F2沒(méi)有3：1的孟德?tīng)柗蛛x現(xiàn)象, 但它確實(shí)是孟德?tīng)柺竭z傳。但進(jìn)一步思考就會(huì)提出更多疑問(wèn), 比如：如此復(fù)雜的性狀難道SRY基因單獨(dú)能夠決定？另一條大的性染色體X染色體真的不參與性別決定嗎？研究結(jié)果是否定的, 實(shí)際上X染色體上的Tfm基因編碼雄性激素睪丸酮的受體, 有了這個(gè)受體, 睪丸酮才能進(jìn)一步引發(fā)睪丸成熟以及身體其它部位的第二性征發(fā)育, 男人才能成為有生育能力的真正意義上的男人。那么性染色體以外的常染色體是不是真的對(duì)性別沒(méi)有影響呢？實(shí)際上SRY基因的編碼產(chǎn)物TDF只是一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子, 它本身并不能刺激原始性腺直接發(fā)育成睪丸, 而是激活其它一系列基因表達(dá), 合力誘導(dǎo)原始性腺逐步發(fā)育成睪丸, 其中 17號(hào)染色體上的Sox9正是 SRY的直接靶子, 而 15號(hào)染色體的CYP11A基因產(chǎn)物是睪丸酮形成反應(yīng)的限速酶, 也是影響男性第二性征發(fā)育的關(guān)鍵基因之一。這一系列的知識(shí)點(diǎn)以抽絲剝繭式的邏輯一步一步直逼人類性別決定真相。通過(guò)這個(gè)例子使學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)到科學(xué)思維邏輯以及性狀與基因的復(fù)雜關(guān)系。

1.3.6 引導(dǎo)學(xué)生閱讀, 學(xué)習(xí)查閱文獻(xiàn)與梳理和總結(jié)研究進(jìn)展的能力

研究型教學(xué)除了強(qiáng)調(diào)盡可能結(jié)合授課內(nèi)容給本科生適當(dāng)?shù)刂v授科研選題、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析等與培養(yǎng)本科生實(shí)踐與創(chuàng)新能力有關(guān)的知識(shí)外, 還應(yīng)當(dāng)引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)展性閱讀,增加對(duì)本門(mén)課程的認(rèn)識(shí), 包括課程的發(fā)展沿革和前沿進(jìn)展。在制定教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃的時(shí)候有意識(shí)地讓授課內(nèi)容能反映出本門(mén)課程知識(shí)的積累與發(fā)展過(guò)程, 各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的承前啟后關(guān)系, 力求讓學(xué)生了解新知識(shí)是建立在前人積累的知識(shí)基礎(chǔ)上的, 創(chuàng)新是在前人的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新, 是對(duì)前人認(rèn)識(shí)的超越。做學(xué)問(wèn)談創(chuàng)新就要學(xué)會(huì)廣泛查閱文獻(xiàn), 并能夠梳理和歸納文獻(xiàn)中分散的結(jié)果, 把握某一問(wèn)題的來(lái)龍去脈和研究動(dòng)向。教師雖然在課堂上不可能帶領(lǐng)學(xué)生讀文獻(xiàn)或者參考書(shū), 但應(yīng)當(dāng)給學(xué)生布置課外閱讀任務(wù), 并檢查完成情況, 把課外閱讀納入課程考核中。例如, 從每章教學(xué)內(nèi)容中選取若干與之有關(guān)聯(lián)的科研問(wèn)題作為學(xué)生課后拓展閱讀的指導(dǎo)性方向,布置學(xué)生分組查閱文獻(xiàn)或參考書(shū), 讓學(xué)生提交讀書(shū)筆記或?qū)ｎ}小論文等。生命科學(xué)的專業(yè)課教學(xué)中,尤其像遺傳學(xué)、分子生物學(xué)這樣發(fā)展迅速的學(xué)科,這樣的問(wèn)題很多, 每一章都有目前仍然在研究的知識(shí)點(diǎn), 例如 X染色體失活機(jī)制、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)的關(guān)系、DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的關(guān)系、染色體分離、雜交不育、雜種優(yōu)勢(shì)、行為遺傳、非孟德?tīng)栠z傳現(xiàn)象等及其分子機(jī)制都是有半個(gè)多世紀(jì)的研究歷史且至今仍然持續(xù)的研究熱點(diǎn)。

1.3.7 因材施教, 實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀本科生培養(yǎng)導(dǎo)師制

到目前為止, 教學(xué)的主要形式仍然是課堂教學(xué),這種集中授課的形式只能以全班學(xué)生的平均水平為依據(jù)制定教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃, 對(duì)個(gè)別優(yōu)秀學(xué)生的成長(zhǎng)幫助不大。在高等教育大眾化的今天, 教學(xué)更要承認(rèn)個(gè)體差異、因材施教, 才能使學(xué)習(xí)能力不同的學(xué)生都能獲得相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)。目前國(guó)家設(shè)立的人才培養(yǎng)基地以及部分大學(xué)設(shè)立的各種形式和稱謂的拔尖班, 都是試圖解決拔尖人才培養(yǎng)的有益探索,但只要是仍然維持課堂教學(xué)形式, 就難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別優(yōu)秀人才苗子并對(duì)其綜合素質(zhì)進(jìn)行全面指導(dǎo)和培養(yǎng)。作者認(rèn)為部分外國(guó)大學(xué)實(shí)行的本科生導(dǎo)師制值得借鑒。作為專業(yè)課教師, 可以利用自己與眾多學(xué)生直接接觸的有利條件, 在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)優(yōu)秀、對(duì)科學(xué)研究感興趣的學(xué)生, 根據(jù)該學(xué)生的志向和專業(yè)興趣單獨(dú)為其制定培養(yǎng)計(jì)劃, 指導(dǎo)和監(jiān)督其學(xué)習(xí)進(jìn)展, 并適當(dāng)訓(xùn)練其實(shí)驗(yàn)技能, 確保優(yōu)秀人才的順利成長(zhǎng)。

2 研究型教學(xué)的效果評(píng)價(jià)

研究型教學(xué)要啟發(fā)學(xué)生的思維, 培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力, 這已成為共識(shí)。本文提出的研究型教學(xué)法的 7項(xiàng)具體措施也正是為達(dá)到這一教學(xué)目的設(shè)計(jì)的。但如何評(píng)價(jià)這種教學(xué)方法的教學(xué)效果, 也需要教師對(duì)課程考試進(jìn)行相應(yīng)的改革。筆者認(rèn)為研究型教學(xué)的課程考試區(qū)別于主要考查學(xué)生記住了多少知識(shí)點(diǎn)的傳統(tǒng)考試, 關(guān)鍵在于考試能否充分體現(xiàn)出評(píng)價(jià)學(xué)生的科學(xué)思維和綜合分析能力。筆者在實(shí)踐中從以下3個(gè)方面改變傳統(tǒng)的考核和出題形式。

2.1 最終評(píng)價(jià)引入平時(shí)成績(jī)和作業(yè)成績(jī)

單純的卷面考試難以反映學(xué)生的綜合能力, 需要引入一定比例(30%左右)的平時(shí)成績(jī)來(lái)考察學(xué)生平時(shí)作業(yè)、對(duì)本門(mén)學(xué)科的興趣、提出問(wèn)題和參與討論的情況。引入平時(shí)成績(jī)也已成為共識(shí), 但關(guān)鍵是平時(shí)作業(yè)要有實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容, 要跟課堂教學(xué)的理念一致, 有利于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力。筆者在教學(xué)中布置學(xué)生查閱并翻譯英文文獻(xiàn), 并最后提交一個(gè)總結(jié)性的小綜述, 訓(xùn)練學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀能力和知識(shí)梳理能力。這是將來(lái)從事生命科學(xué)研究所需要的基本能力。

2.2 試卷題型多樣化, 減少客觀題, 增加主觀題、分析題和綜合題

研究型教學(xué)要啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維和知識(shí)運(yùn)用能力。本科學(xué)習(xí)主要是打基礎(chǔ), 要學(xué)生全面了解課程的基本概念和知識(shí)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)框架, 而不僅僅是背誦幾個(gè)所謂的重點(diǎn)內(nèi)容。考試也要相應(yīng)地考察學(xué)生掌握的知識(shí)面和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及原理分析解決綜合問(wèn)題的能力。這就要求試卷應(yīng)當(dāng)題量大、考點(diǎn)分散、每題的分值小, 絕不能把一門(mén)課的知識(shí)劃分為“重點(diǎn)”和非重點(diǎn), 并在試卷上主要考察“重點(diǎn)”。在設(shè)計(jì)考題的時(shí)候要少出死記硬背的題, 多出比較綜合的分析題。在回答綜合題的時(shí)候, 至少要求學(xué)生把幾個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)串通, 考慮多種因素。比如從細(xì)胞、染色體和分子水平上論述基因調(diào)控的多樣性和復(fù)雜性, 就要求學(xué)生把細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、染色體結(jié)構(gòu)與組蛋白修飾、啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄因子多樣性、轉(zhuǎn)錄后加工等基因表達(dá)的全部事件都考慮到, 可以出大綜合題, 也可以分開(kāi)出小簡(jiǎn)答題。這類題目需要學(xué)生融會(huì)貫通整個(gè)課程。還可以出題考察學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)評(píng)論某一項(xiàng)重要的科學(xué)成就, 比如回答端粒結(jié)構(gòu)及其延伸機(jī)制并評(píng)論其可能的醫(yī)學(xué)和社會(huì)學(xué)意義, 這類題沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案, 但能反映出學(xué)生對(duì)本門(mén)課的理解與掌握程度。

2.3 考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與實(shí)踐能力

實(shí)踐操作能力是科研能力和創(chuàng)新能力的一部分,但如何考察學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作能力是目前本科教學(xué)的難點(diǎn)。筆者的經(jīng)驗(yàn)是在試卷中適當(dāng)?shù)卦黾訉?shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析方面的問(wèn)題。如果需要, 也可以結(jié)合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)、創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施情況等進(jìn)行綜合考察。

3 結(jié) 語(yǔ)

總之, 研究型教學(xué)應(yīng)該是一整套適合于具體學(xué)校、具體課程、完整而可操作的教學(xué)方案, 不僅僅是若干空洞的理論和口號(hào), 但由于課程不同, 不應(yīng)該有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與要求。管理者和任課教師都應(yīng)清楚, 教學(xué)的目的是引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)探索的世界,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力, 教師只要向著這個(gè)目標(biāo)展開(kāi)教學(xué)法研究, 圍繞這個(gè)目的設(shè)計(jì)適合于自己學(xué)科和課程的教學(xué)方案[19～23], 就是一種具有學(xué)科特色或課程特色的研究型教學(xué)。

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(責(zé)任編委: 張飛雄)

An exploration for research-oriented teaching model in biology teaching

Wanjin Xing, Morigen, Huimin Su

Department of Biology, School of Life Sciences, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China

Training innovative talents, as one of the major aims for Chinese universities, needs to reform the traditional teaching methods. The research-oriented teaching method has been introduced and its connotation and significance for Chinese university teaching have been discussed for years. However, few practical teaching methods for routine class teaching were proposed. In this paper, a comprehensive and concrete research-oriented teaching model with contents of reference value and evaluation method for class teaching was proposed based on the current teacher-guiding teaching model in China. We proposed that the research-oriented teaching model should include at least seven aspects on: (1) telling the scientific history for the skills to find out scientific questions; (2) replaying the experiments for the skills to solve scientific problems; (3) analyzing experimental data for learning how to draw a conclusion; (4) designing virtual experiments for learning howto construct a proposal; (5) teaching the lesson as the detectives solve the crime for learning the logic in scientific exploration; (6) guiding students how to read and consult the relative references; (7) teaching students differently according to their aptitude and learning ability. In addition, we also discussed how to evaluate the effects of the research-oriented teaching model in examination.

research teaching; innovation ability; biology; teaching reform

2013-11-21;

2014-01-04

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金聯(lián)合課題(編號(hào)：20121501110001)和內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：2012MS0401)資助

邢萬(wàn)金, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 研究方向：分子遺傳學(xué)。E-mail: xwanjin@imu.edu.cn;

莫日根, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 研究方向：DNA復(fù)制與細(xì)胞周期。E-mail: morigenm@life.imu.edu.cn

邢萬(wàn)金與莫日根同為第一作者。

10.3724/SP.J.1005.2014.0732

時(shí)間: 2014-2-10 9:35:10

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20140210.0935.001.html