實驗教學方法在大學遺傳學中的最佳化論文
實驗教學方法在大學遺傳學中的最佳化論文
遺傳學實驗是大學生物學相關專業的一門重要實踐操作課程，多次教學實踐表明該課程的教學過程有待完善。該文針對遺傳學實驗教學過程中發現的諸多問題，對教學方法及授課細節進行了相關最佳化調整，主要包括以下幾個方面：實驗材料的多方面選擇;顯微操作技巧的講解;顯微觀察講授流程的完善;透過實驗設計將驗證性實驗轉化為探索性實驗。透過對教學方法的最佳化，可以完善及有針對性地解決學生實驗課中存在的問題，同時有利於培養學生良好的實驗基礎及科學研究的邏輯思維能力和創造力。
遺傳學是研究生物遺傳及變異的一門科學，絕大部分遺傳規律的發現均來源於研究者的科學實踐。因此，遺傳學不僅是一門理論科學，同時也是一門實驗科學，在遺傳學教學和科學研究過程中需要以相應的科學實驗結果為支撐。遺傳學實驗是遺傳學課程教學活動的一個重要組成部分，透過實驗可以讓學生了解遺傳學工作者在該領域的研究歷程，使學生加深對理論課所學知識的理解，同時可以鍛鍊學生的實驗操作能力並使其掌握基本的遺傳學實驗技能，進而培養學生科學研究的邏輯思維能力及創造力。如何上好大學的遺傳學實驗課程，最大限度地使學生在遺傳學實驗過程中獲取知識以達到良好的教學效果是所有遺傳學教師共同關心的問題。經過多次遺傳學實驗教學實踐發現，找出實驗課上大部分學生存在的主要問題，對實驗教學過程進行合理最佳化可提高遺傳學實驗教學效果。
1 實驗材料選擇的多樣性
在遺傳學實驗教學過程中，大部分實驗材料的選擇往往侷限於教材中相關的實驗材料，然而，由於不同的教材編者往往是基於自身實驗教學條件選擇容易獲取及效果較好的材料為實驗物件。如在進行植物細胞減數分裂觀察的實驗中，大部分教材選擇的材料主要為蠶豆、玉米、小麥、水稻和棉花等，雖然其中許多植物在全國各地普遍種植，但由於減數分裂取材部位為植物的花葯，因此要求實驗必須在實驗植物的花期進行，由於取材部位的特殊性使該實驗在特定季節的進行受到限制[1]。玉米、水稻等植物主要在7—8月份開花，這樣就限制了該實驗不能在9月以後的第一學期進行。同時，這些材料還需特定的實驗田進行種植或到鄉村進行取材，為實驗帶來諸多不便。在該實驗的教學過程中，經過嘗試多種實驗材料發現，韭菜的花蕾是很好的實驗材料，在進行減數分裂觀察時，發現它減數分裂過程中分裂期持續時間較長，實驗效果很好，且該材料取材較為方便，甚至在各個季節的菜市場均可購買。以韭菜花蕾作為減數分裂實驗觀察材料不僅實驗效果較好，而且很好地解決了實驗材料獲取的時間及地域限制。
2 實驗課講授細節的調整
在實驗課教學過程中發現，學生在進行實驗操作及顯微鏡的觀察等方面仍然存在諸多問題，因此教師在實驗操作方面的講解應做到儘量的細緻，甚至一步一步地帶領學生進行操作。
2.1 顯微鏡的使用及觀察 顯微鏡觀察是遺傳學實驗中的一個重要內容，無論是植物的有絲分裂、減數分裂還是果蠅唾液腺染色體觀察及染色體組型分析，均需要藉助顯微鏡進行細微的結構觀察。儘管學生在之前的實驗課程中可能接觸過顯微鏡的操作與使用，但許多細節仍不規範。其中，出現最多的問題仍舊是許多同學不習慣用雙眼去看顯微鏡中的視野，或是無法將瞳距調整到合適距離，導致只有一隻眼睛可以觀看到視野，這樣會大大降低材料放大效果，同時容易引起眼部疲勞。經過長時期的顯微觀察發現，採用如下方法可以幫助學生快速調整到合適瞳距，使雙眼同時觀測到目的材料。首先閉上右眼，調整準焦螺旋使左眼可以看到左目鏡中的視野;然後閉上左眼，睜開右眼，固定左目鏡的位置不動，僅調整右目鏡位置使右眼可以看到右目鏡中的視野;最後同時睜開雙眼，左右目鏡均保持不動，僅靠調整眼睛與目鏡之間的距離即可使雙眼中的兩個視野重合為一個大視野，此時在盯住大視野的同時僅需略微調整左右目鏡之間的瞳距即可將視野放至最大，達到良好的觀察效果。
2.2 材料製片觀察前進行標準教學裝片的觀察有助學生快速找到觀察目標 實驗材料經過顯微鏡放大後所看到的景象往往與我們對該材料的宏觀印象大相徑庭，這使許多學生在顯微鏡中看到材料的精細結構後根本無法判斷觀察到的是什麼，甚至誤以為實驗失敗。如在植物細胞週期觀察這一實驗中，經過鹼性染料對染色體進行染色後，在放大的顯微鏡視野中僅能看到一團一團紫色的物質，如果學生不能正確判定出細胞輪廓，那麼尋找處於不同細胞週期的分裂相更加無從談起。為了解決這個問題，以往的遺傳學實驗教學中通常會以幻燈片的形式向學生展示各個分裂時期的細胞及染色體形態，然而事實發現該方法仍舊存在一些弊端。首先由於幻燈片中展示的影象與在顯微鏡中看到的實際影象無論在觀察角度還是在光線效果上仍舊存在細節上的差異，尤其在高倍鏡中無法實行影象有效對接;其次由於幻燈片中展示的是已經將視野及焦距調成好的影象，學生在顯微觀察過程中需要從低倍鏡到高倍鏡自行調整好觀察目標，很可能在調節過程中就遇到麻煩。因此，在遺傳學實驗教學時可以在生物公司訂購規範化的教學材料裝片，讓學生對自己製作的壓片進行觀察前在顯微鏡中對標準片進行觀察，組織學生進行獨立操作，直觀感受實驗材料在顯微鏡中從低倍鏡到高倍鏡中的形象，然後再對照自己做的壓片對比著進行觀察。在這裡之所以採用購買好的標準裝片進行觀察是由於該片往往經過多次程式進行處理，已成功清除了其中的背景色，更容易使學生將注意力集中在觀察目標上。這樣不僅可以幫助學生熟悉顯微操作過程，快速鎖定觀察目標，同時也可以使他們將自己製作的壓片中的影象與標準片進行比較，找到其中的差異，在實驗過程中發現存在的問題。
2.3 將驗證性實驗轉化為探索性實驗更易提高學生創造力 目前大學遺傳學實驗課程中的許多實驗為驗證性實驗，即重複教科書中涉及的實驗方法，嚴格按照預定的實驗步驟進行操作，重複出前人的'研究成果。這種實驗相對簡單，容易重複出結果，對於增強學生學習興趣，鞏固理論課所學知識具有一定作用，但往往並不利於學生髮現問題、解決問題的能力[2]。在實驗課教學設計過程中，可以透過簡單的實驗方案調整將其轉化為探索性實驗，有利於培養學生創造力及科學的思維能力[3]。如觀察植物有絲分裂的實驗過程中，教科書中對於實驗步驟往往設定為固定的最優程式，如對植物根的解離過程往往設定為採用1mol/L的鹽酸在60℃的條件下解離8min。然而，在實驗的實際操作過程中，選取植物材料的不同，植物組織幼嫩程度的不同等因素導致它們最優的解離條件往往不同。在此步驟就可將該實驗轉化為探索性實驗，如在鹽酸濃度方面可以設定0.5mol/L、0.5mol/L和1.5mol/L 3個不同的濃度梯度;在解離溫度上可以設定55℃、60℃和65℃等不同的溫度梯度;在解離時間可以設定為5min、10min和15min等不同的時間梯度，同時選擇多種材料進行實驗，讓學生分組進行，找到分別適合於不同植物材料的解離過程中鹽酸濃度、解離溫度和解離時間的最最佳化組合。採用這種探索性實驗設計可以培養學生科學研究的基本方法，同時可以使學生更加深刻地瞭解到解離的目的及其原理，增強遺傳學實驗的教學效果。
在遺傳學實驗教學過程中，教師應在教材標準實驗教學方法的基礎上充分考慮學生的知識基礎、實驗室自身的實驗條件及教學過程中發現的問題對教學方法及教學設計進行適當的調整，最佳化實驗教學過程，以達到良好的實驗教學效果。