邢萬金, 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)新性人才是中國高校的教學(xué)目的之一, 實現(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)理念對新時代教學(xué)改革的意義, 但仍然停留在理論探討的層面上, 幾乎沒有提出對課堂教學(xué)有實用價值的研究型教學(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)實踐和經(jīng)驗, 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)容和評估方法, 認(rèn)為研究型教學(xué)法至少應(yīng)包含 7個方面的措施：(1) 講述科研歷史, 學(xué)習(xí)提出科學(xué)問題的技巧; (2) 重演實驗過程, 學(xué)習(xí)解決科學(xué)問題的研究技巧; (3) 分析實驗結(jié)果, 學(xué)習(xí)從結(jié)果推出科學(xué)結(jié)論; (4) 設(shè)計虛擬實驗, 學(xué)習(xí)立項組織科研; (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)查閱文獻與梳理和總結(jié)研究進展的能力; (7) 因材施教, 提前單獨培養(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)識到高等教育中科研與教學(xué)是相互依賴與相互促進的關(guān)系, 即科研創(chuàng)造知識, 教學(xué)傳播知識并為科研培養(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行和發(fā)展。但由于教學(xué)體系難以設(shè)計量化指標(biāo), 對于大學(xué)本科教學(xué)如何跟進研究型大學(xué)的建設(shè)并為實現(xiàn)這一目標(biāo)做出貢獻的思考和管理尚未形成共識。不少教師和管理者都嘗試探討這一問題, 并提出引入歐美等發(fā)達國家的“研究型教學(xué)”的理念[1], 但對于研究型教學(xué)的內(nèi)涵、中國大學(xué)是否需要研究型教學(xué)、如何在中國大學(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)等問題還存在爭議[2～8]。作者結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗和對研究型教學(xué)理念的理解, 介紹如何在中國大學(xué)生物學(xué)教學(xué)中開展研究型教學(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,給學(xué)生全面介紹某一個專業(yè)的基礎(chǔ)知識、方法論和研究進展, 讓學(xué)生對本專業(yè)有一個整體認(rèn)識, 并培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力, 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, 即通過對知識點的系統(tǒng)講解來展示如何提出問題、分析問題和解決問題的科學(xué)思維方法與研究過程。因此, 本科教學(xué)的課堂就不僅僅是個宣講課本的場所,還應(yīng)當(dāng)是個虛擬實驗室; 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)生帶回到過去, 為學(xué)生演示他們提出問題、設(shè)計實驗、分析實驗結(jié)果并得出實驗結(jié)論的過程, 甚至他們的喜怒哀樂, 這樣的教學(xué)才能引領(lǐng)學(xué)生進入學(xué)術(shù)氛圍、思考科學(xué)問題、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)過程不僅專注已有的知識, 更應(yīng)當(dāng)著重知識建構(gòu),專注知識產(chǎn)生的過程, 通過教學(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)過程中如何因地制宜,與本校、本班的學(xué)生條件及本門課程特點相結(jié)合而開展研究型教學(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)這樣的實驗性科學(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)的知識是真實的, 就需要講解一些基礎(chǔ)性實驗原理和過程, 展示實驗結(jié)果的照片、圖片、表格、甚至實物樣本、野外考察獲得的樣本資料、實驗室培養(yǎng)的實物資料等, 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)恰恰無法靠粉筆與黑板展示、也無法在課堂上用語言描繪清楚?，F(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)科或某一知識點的研究歷史、演示實驗過程和結(jié)果, 使學(xué)生不僅通過閱讀教科書和參考書聯(lián)想科學(xué)家的思考和研究, 還可以通過視聽材料全方位地回顧科學(xué)家的研究, 從中得到啟悟, 實現(xiàn)教學(xué)方式從“評書或話劇”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點外, 還應(yīng)當(dāng)從以下 7個方面培養(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)問題的技巧

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

有些問題是生產(chǎn)實踐呼喚的科學(xué)問題, 如孟德爾的豌豆雜交實驗就是因為當(dāng)時歐洲的植物和動物雜交改良品種的活動盛行, 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植物的性狀, 傳遞給后代的時候有沒有某種規(guī)律。

有些問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,這種對生命秘密的好奇促使科學(xué)家設(shè)計實驗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如何實現(xiàn)遺傳物質(zhì)的復(fù)制、傳遞、表達等特殊功能, 就必須搞清楚DNA的分子結(jié)構(gòu), 這種進一步的探究心促使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。

還有的問題是偶然發(fā)現(xiàn)的科學(xué)問題?？茖W(xué)研究是一個探索未知的過程, 會遇到各種與預(yù)期不符和意想不到的實驗結(jié)果。許多出乎意料的結(jié)果里可能就隱藏著一個前所未知的新秘密。比如在介紹細(xì)菌雜交的時候首先講到Lederberg與Tatum發(fā)現(xiàn)兩株不同營養(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形管實驗說明此結(jié)果需要兩種菌株實體接觸, 從而發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌的接合作用。后來 Lederberg與 Zinder想看看寒沙門氏菌是否也有類似的接合作用, 他們發(fā)現(xiàn)二株營養(yǎng)缺陷型寒沙門氏菌混合培養(yǎng)后確實能產(chǎn)生原養(yǎng)型菌, 但 U形管實驗說明這兩株沙門氏菌并不需要實體接觸!這一出乎意料的結(jié)果說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明許多偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)有時候是偶然的。

1.3.2 重演實驗過程, 學(xué)習(xí)解決科學(xué)問題的研究技巧

像生命科學(xué)這種實驗性科學(xué), 其知識都是從實驗中獲得的, 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)論是從實驗結(jié)果推理出來的, 如果不了解實驗操作原理和過程, 就很難理解教科書上的結(jié)論?，F(xiàn)在的多媒體教學(xué)能夠播放實驗設(shè)備照片、實驗操作流程和錄像, 讓學(xué)生在課堂上就能看到如何做實驗, 明白了實驗操作, 就會理解實驗結(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驗原理和過程就很難理解 DNA條帶在離心管中為什么會分層、分層后又能說明什么。分子生物學(xué)課經(jīng)常要分析核酸、蛋白等實驗結(jié)果, 而這些實驗在本科生階段一般沒有機會接觸, 教師必須在課堂上講清楚其基本原理和實驗過程。

1.3.3 分析實驗結(jié)果, 學(xué)習(xí)從結(jié)果推出科學(xué)結(jié)論

本科教學(xué)的另一個目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,即能夠用實驗探索未知的現(xiàn)象并從實驗結(jié)果中得出合理的初步推論。在生物學(xué)低年級的入門基礎(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)慣于機械地記憶結(jié)論以應(yīng)付考試, 對教科書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)生勢必會失去獨立思考習(xí)慣和分析能力,更何談創(chuàng)新能力。因此在高年級專業(yè)課上, 教師應(yīng)該教會學(xué)生自己去分析實驗數(shù)據(jù)得出那些他們習(xí)慣于機械記憶的結(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)生如何分析實驗結(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驗結(jié)果來推導(dǎo)出結(jié)論。比如孟德爾遺傳定律、摩爾根的連鎖互換定律及 Sturtvent的染色體作圖等, 都是分析雜交實驗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)和運動, 分子生物學(xué)研究生命的重要代謝的分子機制,如DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、調(diào)控等, 必須從一系列的實驗結(jié)果中分析推理得出最符合實際的推論。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明實驗, 通過設(shè)計起始因子IF1、IF2、IF3及核糖體大小亞基30S、50S的不同組合, 測定mRNA和fMet-tRNAfmet的結(jié)合量, 在教科書中把實驗結(jié)果列一個表, 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]。另一個簡單而精妙的例子是Kozak等通過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堿基, 觀察每種突變對放射性同位素標(biāo)記的胰島素前體合成量的影響, 教科書中展示了蛋白質(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起始密碼子周圍的Kozak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, 引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成分析實驗數(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)計虛擬實驗, 學(xué)習(xí)立項組織科研

在實驗性科學(xué)中實驗?zāi)芰τ诒鹃T學(xué)科學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研非常重要, 尤其是設(shè)計實驗的能力, 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)的知識和技能才能在實踐中逐步獲得這種基礎(chǔ)理論與實驗技能相結(jié)合的綜合能力。研究型教學(xué)應(yīng)當(dāng)在課堂上教會學(xué)生如何應(yīng)用學(xué)過的知識解決未知問題。比如在講基因工程課時, 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)計實驗方案, 最終實現(xiàn)研究目的。這樣的研究型教學(xué)對于部分同學(xué)設(shè)計方案申請大學(xué)生創(chuàng)新項目進一步鍛煉科研創(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

探索自然奧秘的過程是一個充滿挑戰(zhàn)的艱苦歷程, 也是一個展示思辨能力的過程。一本好的教科書在記錄科學(xué)家獲得的科學(xué)結(jié)果的同時, 也會記錄他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯和推理過程。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, 動物的性別是一個非常明顯的復(fù)雜性狀, 能夠穩(wěn)定遺傳。那么按照孟德爾的遺傳學(xué)理論, 這個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？這些自然是孟德爾遺傳學(xué)面臨的棘手問題。遺傳學(xué)課程中講述人類的性別決定機制這部分知識時, 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。然后通過對Y染色體的結(jié)構(gòu)和其上的基因分析說明Y染色體短臂上的 SRY基因是引發(fā)男性睪丸發(fā)育的開關(guān), 這樣就找到了性別決定的關(guān)鍵基因, 由于這個基因不是以一對等位基因的形式存在, 所以F2沒有3：1的孟德爾分離現(xiàn)象, 但它確實是孟德爾式遺傳。但進一步思考就會提出更多疑問, 比如：如此復(fù)雜的性狀難道SRY基因單獨能夠決定？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, 有了這個受體, 睪丸酮才能進一步引發(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性別沒有影響呢？實際上SRY基因的編碼產(chǎn)物TDF只是一個轉(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, 合力誘導(dǎo)原始性腺逐步發(fā)育成睪丸, 其中 17號染色體上的Sox9正是 SRY的直接靶子, 而 15號染色體的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。這一系列的知識點以抽絲剝繭式的邏輯一步一步直逼人類性別決定真相。通過這個例子使學(xué)生更深刻地認(rèn)識到科學(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)查閱文獻與梳理和總結(jié)研究進展的能力

研究型教學(xué)除了強調(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、實驗原理、實驗過程、實驗設(shè)計、結(jié)果分析等與培養(yǎng)本科生實踐與創(chuàng)新能力有關(guān)的知識外, 還應(yīng)當(dāng)引領(lǐng)學(xué)生進行擴展性閱讀,增加對本門課程的認(rèn)識, 包括課程的發(fā)展沿革和前沿進展。在制定教學(xué)大綱和教學(xué)計劃的時候有意識地讓授課內(nèi)容能反映出本門課程知識的積累與發(fā)展過程, 各章節(jié)知識點的承前啟后關(guān)系, 力求讓學(xué)生了解新知識是建立在前人積累的知識基礎(chǔ)上的, 創(chuàng)新是在前人的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新, 是對前人認(rèn)識的超越。做學(xué)問談創(chuàng)新就要學(xué)會廣泛查閱文獻, 并能夠梳理和歸納文獻中分散的結(jié)果, 把握某一問題的來龍去脈和研究動向。教師雖然在課堂上不可能帶領(lǐng)學(xué)生讀文獻或者參考書, 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)生分組查閱文獻或參考書, 讓學(xué)生提交讀書筆記或?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,這樣的問題很多, 每一章都有目前仍然在研究的知識點, 例如 X染色體失活機制、染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因表達的關(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、行為遺傳、非孟德爾遺傳現(xiàn)象等及其分子機制都是有半個多世紀(jì)的研究歷史且至今仍然持續(xù)的研究熱點。

1.3.7 因材施教, 實現(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)計劃, 對個別優(yōu)秀學(xué)生的成長幫助不大。在高等教育大眾化的今天, 教學(xué)更要承認(rèn)個體差異、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。目前國家設(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, 就難以及時發(fā)現(xiàn)個別優(yōu)秀人才苗子并對其綜合素質(zhì)進行全面指導(dǎo)和培養(yǎng)。作者認(rèn)為部分外國大學(xué)實行的本科生導(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)過程中及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)優(yōu)秀、對科學(xué)研究感興趣的學(xué)生, 根據(jù)該學(xué)生的志向和專業(yè)興趣單獨為其制定培養(yǎng)計劃, 指導(dǎo)和監(jiān)督其學(xué)習(xí)進展, 并適當(dāng)訓(xùn)練其實驗技能, 確保優(yōu)秀人才的順利成長。

2 研究型教學(xué)的效果評價

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。本文提出的研究型教學(xué)法的 7項具體措施也正是為達到這一教學(xué)目的設(shè)計的。但如何評價這種教學(xué)方法的教學(xué)效果, 也需要教師對課程考試進行相應(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)生記住了多少知識點的傳統(tǒng)考試, 關(guān)鍵在于考試能否充分體現(xiàn)出評價學(xué)生的科學(xué)思維和綜合分析能力。筆者在實踐中從以下3個方面改變傳統(tǒng)的考核和出題形式。

2.1 最終評價引入平時成績和作業(yè)成績

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)的平時成績來考察學(xué)生平時作業(yè)、對本門學(xué)科的興趣、提出問題和參與討論的情況。引入平時成績也已成為共識, 但關(guān)鍵是平時作業(yè)要有實質(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, 并最后提交一個總結(jié)性的小綜述, 訓(xùn)練學(xué)生的文獻閱讀能力和知識梳理能力。這是將來從事生命科學(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)思維和知識運用能力。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點以及結(jié)構(gòu)框架, 而不僅僅是背誦幾個所謂的重點內(nèi)容。考試也要相應(yīng)地考察學(xué)生掌握的知識面和運用所學(xué)知識及原理分析解決綜合問題的能力。這就要求試卷應(yīng)當(dāng)題量大、考點分散、每題的分值小, 絕不能把一門課的知識劃分為“重點”和非重點, 并在試卷上主要考察“重點”。在設(shè)計考題的時候要少出死記硬背的題, 多出比較綜合的分析題。在回答綜合題的時候, 至少要求學(xué)生把幾個章節(jié)的知識點串通, 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)胞信號傳導(dǎo)、染色體結(jié)構(gòu)與組蛋白修飾、啟動子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄因子多樣性、轉(zhuǎn)錄后加工等基因表達的全部事件都考慮到, 可以出大綜合題, 也可以分開出小簡答題。這類題目需要學(xué)生融會貫通整個課程。還可以出題考察學(xué)生運用學(xué)過的知識評論某一項重要的科學(xué)成就, 比如回答端粒結(jié)構(gòu)及其延伸機制并評論其可能的醫(yī)學(xué)和社會學(xué)意義, 這類題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案, 但能反映出學(xué)生對本門課的理解與掌握程度。

2.3 考察學(xué)生的實驗設(shè)計能力與實踐能力

實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)生運用知識解決實際問題的實驗設(shè)計和操作能力是目前本科教學(xué)的難點。筆者的經(jīng)驗是在試卷中適當(dāng)?shù)卦黾訉嶒灧桨冈O(shè)計和實驗結(jié)果分析方面的問題。如果需要, 也可以結(jié)合學(xué)生在實驗課的實驗操作表現(xiàn)、創(chuàng)新項目的設(shè)計和實施情況等進行綜合考察。

3 結(jié) 語

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, 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, 教師只要向著這個目標(biāo)展開教學(xué)法研究, 圍繞這個目的設(shè)計適合于自己學(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)。

[1] Suchman JR. The elementary school training program in scientific inquiry. Urbana: University of Illinois, 1962.

[2] 林海, 李虹, 袁建關(guān), 何勇. 大學(xué)研究型教學(xué)的理論與實踐探索. 北京科技大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版), 2013, 29(1): 94-99.

[3] 王金發(fā), 王國雄, 何炎明, 戚康標(biāo), 馮冬茹, 劉兵. 創(chuàng)建“開放式、研究性”課程教學(xué)模式. 中國遠程教育, 2004, (1): 32-35.

[4] 李雅軒, 趙昕, 張飛雄, 胡英考, 晏月明, 蔡民華, 李小輝. 案例在遺傳與優(yōu)生教學(xué)中的應(yīng)用. 遺傳, 2012, 34(5): 647-650.

[5] 李雅軒, 張飛雄, 趙昕, 蔡民華, 晏月明, 胡英考. 利用網(wǎng)絡(luò)平臺輔助遺傳學(xué)教學(xué)的探索與實踐. 遺傳, 2010, 32(4): 393-396.

[6] 趙祥強, 陳曹逸. 利用經(jīng)典文獻優(yōu)化《遺傳學(xué)》雙語教學(xué). 遺傳, 2009, 31(4): 434-438.

[7] 羅培高. 重視經(jīng)典遺傳學(xué)知識體系構(gòu)建和學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng). 遺傳, 2010, 32(4): 404-408.

[8] 皮妍, 李曉瑩, 懷聰, 王詩銘, 喬守怡, 盧大儒. 以人類血型為遺傳學(xué)案例教學(xué)的思考與實踐. 遺傳, 2013, 35(8): 1040-1044.

[9] 陳侃, 丁妍, 王穎. 研究型教學(xué)的行為分析——基于復(fù)旦大學(xué)的課堂教學(xué)觀察. 復(fù)旦教育論壇, 2012, 10(4): 26-30.

[10] Griffiths R. Knowledge production and the researchteaching nexus: The case of the built environment disciplines. Studies in Higher Education, 2004, 29(6): 709-726.

[11] 莫日根, 邢萬金, 哈斯阿古拉. 基因是什么？分子遺傳學(xué)教學(xué)中的體會和理解. 生物學(xué)雜志, 2012, 29(4): 92-95.

[12] 邢萬金, 莫日根, 蘇慧敏. 遺傳學(xué)教學(xué)內(nèi)容中與其他課程重疊部分的處理. 高校生物學(xué)教學(xué)研究(電子版), 2011, 1(2): 10-13.

[13] 邢萬金, 莫日根, 蘇惠敏. 淺議遺傳學(xué)教學(xué)改革. 生物學(xué)雜志, 2012, 29(3): 105-107.

[14] 邢萬金, 莫日根, 蘇慧敏, 扈廷茂. 遺傳學(xué)雙語教學(xué)改革的實踐與體會. 生物學(xué)雜志, 2011, 28(4): 96-98.

[15] 邢萬金, 莫日根, 阿拉坦高勒, 蘇慧敏. 以遺傳信息為主線的遺傳學(xué)教學(xué)架構(gòu)及與其他課程的銜接. 遺傳, 2011, 33(6): 661-664.

[16] 邢萬金, 趙宇航, 任仕超, 包曉紅. 紅色熒光蛋白DsRed2基因在大腸桿菌中的表達和觀察及其在本科實驗教學(xué)中的應(yīng)用. 內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008,39(5): 548-551.

[17] 邢萬金, 扈庭茂. 本科基因工程大實驗教學(xué)改革的實踐和體會. 生物學(xué)通報, 2007, 42(2): 48-50.

[18] Weaver RF. Molecular Biology. 5thed. McGraw-Hill, 2010: 530-537.

[19] 劉冰, 陳厚, 倪文莉. 以科學(xué)本質(zhì)為基礎(chǔ)的研究型教學(xué)新思路. 高等理科教育, 2011, (3): 74-78.

[20] 賀竹梅. 在遺傳學(xué)教學(xué)中如何突出以基因為中心. 中山大學(xué)學(xué)報論叢, 2001, 21(5): 80-85.

[21] 張寶珠, 陳德富. 培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的“分子生物學(xué)實驗”課程體系的建立. 高等理科教育, 2005, (4): 90-92.

[22] 陳凡國, 侯丙凱. 巴氏小體案例在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.遺傳, 2012, 34(4): 503-508.

[23] 何風(fēng)華, 朱碧巖, 高峰, 李韶山, 李娘輝. 孟德爾豌豆基因克隆的研究進展及其在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用. 遺傳, 2013, 35(7): 931-938.

(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)科點專項科研基金聯(lián)合課題(編號：20121501110001)和內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項目(編號：2012MS0401)資助

邢萬金, 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

邢萬金與莫日根同為第一作者。

10.3724/SP.J.1005.2014.0732

時間: 2014-2-10 9:35:10

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