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二、蛋白质组学在林学研究研究领域中的应用研究
时至今日,世界范围已经开始应用蛋白质组学这门技术,来对林木的生长、发育、繁殖,以及当林木受到了生物以及非生物的胁迫后产生的反应展开研究。这些研究为人们增加了眼界,使得当前人们对有关林木生物学产生了更为深刻的了解。在今天,蛋白质组学已经渗透到了农学基础领域的多个方面,例如:在林木的遗传育种领域、林木病虫害的防止领域等等。通过对蛋白质组学的应用,解决了以往让诸多从事这一研究领域科学家头疼的问题。以下作者将结合上述几种应用领域进行分别应用研究:(1)林木的遗传育种领域。著名生物学家Huang在其文中建立了具有高分辨率的和高稳定性的一种双向的电泳式的图谱,并以经过矮化处理过后的杉木叶片中蛋白质为例,运用蛋白质组学技术对其展开了有关研究。其发现,经过矮化处理的杉木其叶片蛋白质的数量较野生杉木叶片蛋白质的数量更低。(2)关于林木的逆境应答研究。著名生物科学家Renaut等人,采用情景模拟的方式,为林木设置逆境的环境,经过研究发现,在拥有六百个蛋白质的植物经过环境变化,其内部蛋白质的数量减少了百分之十,并且这些消失的蛋白质主要是与林木的新陈代谢有关。(3)关于林木病虫害领域研究。著名科学家Fan等人,以毛泡桐、白花泡桐为例,通过设置同龄和同方位的产生病虫害的部位切片,对这一切片中的蛋白质进行了单项和双向两种方式的电泳分析。其研究结果发现,这两种类型的泡桐的病虫害切片当中均找寻不到蛋白多肽这种物质,从而他们得出了这一的研究结论,即:林木的病虫害与林木中所含的蛋白多肽存在负相关的关系。
三、蛋白质组学在其他农业生物科学领域中的应用研究
蛋白质组学还可以应用于研究水产业和畜牧业的研究,例如:可以利用蛋白质组学技术,研究水产业和畜牧业的肉类不同品质、不同性状时其内部所含有的蛋白质的数量,从而判断哪种元素能够促进蛋白质总量的增加,从而改变肉质和性状。另外,也可以利用蛋白质组学技术去研究这些产业中神经组织中蛋白组的问题、逆境胁迫的应答反应,或者是用于其他领域,例如:研究分离和鉴定农药蛋白质中所包含的靶分子的结构等等。
生物技术 vs 生物工程
这两个专业都属于生命科学学院,差别在于“技术”和“工程”,从字面上,基本无法很清晰地分析出区别。它们在学习的前两年的基础课程有很多重叠的部分,但是进入专业课的学习后,就开始走上不同的道路。
最大的区别在于,生物技术是理科,而生物工程是工科。前者偏理论,后者注应用。
生物技术学习的是生命科学的基本理论和系统的生物技术的基本理论和技能,学习的内容偏于理论,从微生物到细胞到分子到基因,一切都是为了向更高端的生命科学发展而努力,所以很多学生都会考研或是在研究机构做研究工作。
而生物工程相比生物技术来说,诞生的时间要晚一点。它是以生物科学为基础,应社会之需要而兴起的,所以更注重应用。简单来说,就是对生物进行创造和设计,在分子、细胞、组织和个体这些不同的层面上,对生命有机体进行新的改造,比如利用固定化菌体或固定化酶来大规模生产果糖浆来代替蔗糖。生物工程需要学习不少药学相关的课程,很多学生毕业后都进入了生物医药这样的高新技术产业做工艺和装备的研究、开发和设计工作。或者是进入政府的工商税务、海关、药检等部门从事监管工作。
高分子材料与工程 vs 材料科学与工程
想必大家已经发现这两个专业最大的差别了:“高分子”和“材料”。有机高分子材料是材料中种类非常丰富的一个大类,橡胶和塑料都属于高分子材料。材料科学与工程的“材料”里并不包括有机高分子材料,它研究的是金属材料和无机非金属材料(如陶瓷、水泥、混凝土材料)。
虽然都是材料,不过最大的区别在于,高分子材料与工程和化学的关系紧密,而材料科学与工程和物理相伴。这一点看看它们的课程设置就明白了。前者要学习无机化学、分析化学、有机化学和物理化学,基本涵盖了所有基础化学课程。后者则要学固体物理、量子力学和材料物理等课程。在学习的内容上,它们就很不一样。
就业方面,高分子更注重新型材料的运用和研发,反而是一些和化学沾边的公司更需要这一专业的学生,比如著名的陶氏化学。当然,说到橡胶和塑料,化工、汽车、电子、航空等行业同样需要相关人才。而材料科学与工程专业的学生在传统机械制造类行业更有优势,比如航天、船舶、重工业的相关企业。
环境科学 vs 环境工程
读到这里,也许你已经猜到了,这两个专业最大的区别在于前者偏理论,后者重实践,理学vs工学。的确,前者更多地注重在科研方面,而后者则注重在工程上。
环境科学专业的学习内容比较宏观,比如一个地区的生态环境的营造、环保的规划。学的是理学,对环境化学、环境毒理、环境微生物等方面的研究,偏重于理论上的学习。
相比之下,环境工程属于工程类专业,它的应用性要强得多,很多课程都是实打实地去学如何控制污染,比如水污染控制、大气污染控制、固体废弃物全过程管理,以及环境的评测。
有人开玩笑地说,这两个专业的区别在于,环境科学是指认垃圾的,而环境工程则是处理垃圾了。这种说法或许不完全正确,但可以给我们参考。
计算机科学与技术 vs 电子信息科学与技术 vs 电子科学与技术 vs 光信息科学与技术
首先,让我们镇定一下,千万别被这一连串的“科学与技术”给绕晕了。这四个专业,都和物理、计算机密不可分,但是细究起来,差别却不小。
一、引言
随着社会的进步和科技的发展,初中生物课程这门实验性学科也得到了很大程度的发展,与人类生活的联系越来越密切。初中生物课程开设的目的不是去培养生物学家或者生物科学的人才,而是旨在提高中学生的生物科学素养,培养他们热爱大自然,热爱生物科学的感情。但由于受传统观念的制约,初中生物课程的地位总是不及传统的语文、数学,再加之一些学校硬件条件的制约,导致生物课程在很多初中的教学效果不理想,教师兴趣不高,学生学习积极性也不高。本文旨在通过多措并举的深化初中生物课堂教学改革,不断创新与丰富教学实践,构建适合初中生物课堂的教学体系,提高初中生物课程的教学效率。
二、初中生物课堂教学创新与实践的主要思路
1.推进开放式教学,创新教学思路。开放式教学就是废止传统的“封闭式”的学习指导,代之以差异的、动态的、开放的学习指导。教学目标是动态的、开放的,教学内容是动态的、开放的,教学组织形式也是动态的、开放的。这相对传统教学中满堂灌、注入式的方法,严重束缚学生创造力的发展的教学模式有着巨大的进步。初中生物课程的开放式课堂教学是由课程本身决定的,因为生物课程本身就是一个更新速度快、不断发展完善的学科,需要以开放的理念对待。初中生物课程的开放式课堂教学环节包括:教学目标的开放、教学资源的开放、教学时间和空间的开放、作业的开放、评价的开放等五个方面。比如学习绿色植物相关部分内容时,教师就可以利用开放式教学进行,把学生带进大自然中,让学生亲自观察不同类型绿色植物的异同,比如一年生和多年生植物的异同;草本和木本植物之间的异同;单子叶与双子叶植物之间各器官的区别等等,通过亲自观察,加强印象;在环境的污染与保护的教学中,把学生带到校外,让学生自己调查研究环境污染的原因以及给人类的影响,在学生能真正理解环保的重要性后制定环保措施等等,加深理解;考核方式也可以采取开放式,把考场挪到大自然之中,通过对学生实验操作技能、科研的素养、科研的态度等方面的考核来衡量学生成绩。
2.逐步实现分层教学,注重学生差异。以往我们的教学都是讲究公平,不论学生知识背景、智商高低、情感因素等差别,一律实行统一的教学模式,其实这种方式很难实现因材施教。但我们应该清醒地认识到,一个班里几十名同学分别来自不同的家庭、不同的小学校,受过的教育差别以及自身的智力发育、潜力倾向各不相同,这种个体与个体之间存在差异,这是我们必须承认的。所以,只要学生已经尽力,能达到自己的目标,这种教学效果就是最好的,因为教学的目的应该是不同的人在教学上得到不同的发展。分层教学,这种根据学生知识体系、能力水平和潜力倾向把学生科学地分成几组各自水平相近的群体并区别对待的方式,是对学生差异的最大化尊重,而且能让学生树立自信,进而提高教学效率的目的。比如把班里学生根据生物成绩分成A、B、C、D四级,或者把整个年级的若干个班按学生具体成绩重新分小班组合上课。在初中生物教学过程中的分层教学一般要把握以下几点原则,即:教学目标分层、课堂教学分层、课后作业分层、考核评价分层等几方面。
3.提高教师自身素养,端正学习态度。孔子说过,“其身正,不令而行。其身不正,虽令不从”。教师,作为课堂秩序的第一责任人,其一言一行,对学生的影响都是巨大的。我们会发现,很多年之后,某位老师曾经说过的一个观点或者一些特殊的动作,我们依然可以清晰地记得。甚至,以后的一些兴趣与价值观的取向,都明显地受到之前某位老师的引导。所以,初中生物课程教学思路的创新,还是要从教师自身的行为开始,要改变以往课堂支配者的形象,取而代之的是不断提高自身素养,丰富自己的学识,而且好学习如何与学生相处,如何与学生进行良好有效的沟通。教师要不断地完善与学生相处的方法,通过自身严谨的教学风格和和蔼可亲的工作态度来影响学生。尤其对于生物这种课程,很多需要的是一种对科学的探究态度,所以我们要给学生灌输一种精益求精、严谨务实的科研精神,让学生对生物学科有一个正确而且积极的态度。
三、结束语
总而言之,在对初中生物课堂教学思路的创新与改革上,没有固定什么的教学模式,也没有一成不变的思路。只要是能够提高教学有效性,能更大限度地让学生得到锻炼和提高,都是成功的方式。所以,初中生物学科的教师,应该是不拘一格、各尽其能地对生物课程教学的改革进行深入探究,才能使初中生物课堂教学思路得到不断的革新与进步。
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生物技术是应用生命科学研究成果,以人们意志设计,对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。现代生物技术综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术,可用于研究生命活动的规律和提品为社会服务等。当今,越来越多的国家把教育的目标放在改善和提高学生的科学素质上,以期适应社会的进步和科学的发展。要提高学生的科学素质,生物学教育意义重大。随着生物学的发展,生物被越来越多的学生所认识。近些年来,以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展迅猛,并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。
二、生物教学与发展现状
在1991年公布的《普通高等学校本科专业目录》中,与生物有关的科目有生物化学、微生物学、遗传学;到1998年,调整生物学科,设置生物科学、生物技术专业;再到2012年的重新调整为生物科学、生物技术、生物信息学、生态学、生物工程。1998年之前,全国生物类专业本科招生规模较为稳定。自2001年之后,生物学科的发展带动了生物类专业的招生人数,由于扩招带来了一系列问题,2005年招生趋于平稳。生物技术专业近年来就业率持续走低,目前面临的主要问题有:
1.师资队伍不足、教学资源欠缺、教学质量下滑。在2002年全国性大学扩招后,生物专业也不例外,招生规模讯速扩大,随之出现一系列问题。教学经验丰富,学术水平较高的教师队伍短缺,高校对教师的评价体系重科研、轻教学也使得师资队伍不稳定;教学资源欠缺,特别是直接用于本科教学的实验设备与资金严重不足,影响了教学质量。这些都对高校的教学质量产生了不良影响。在这种情况下,保证教学质量已经成为目前高校生物学教学面临的一个重大问题。
2.高校对于生物专业的专业定位不明确。目前,许多高校都设置了生物专业,但对其专业定位和培养目标却不明确。创新型人才、研究型人才和应用型人才的培养有何区别、如何定位专业发、培养目标和在新形势下如何适应,都是高校生物教学不可回避的问题。
3.本科生与研究生培养衔接问题。生物专业本科教学与研究生的培养之间的衔接有很大问题,不利于学生的继续深造,使得学生的就业压力增大,而且不利于生物专业高级人才的培养。
4.教学内容急需更新。目前,生命科学的发展日新月异,知识急速膨胀,新技术、新理念不断涌现,而目前的培养方案中专业课程的学分和学时都是十分有限的,并呈压缩的趋势;另外,在这种情况下,哪些内容是专业教学的核心内容?随着科学的进展,学科的知识体系在不断变化,在这种情况下教学内容应如何更新,已经成为高校生物学教育教学工作中的亟待研究和解决的课题。
三、改革措施
1.观念的改变。教改成功的关键是改变教师的观念。教改首先是改变人的观念和认识,然后才能实现真正意义上的教学改革。对于参与高校教学改革的人来说,接受有关的教学理论,了解新的教学观念是十分必要的。生物学的研究方法和思维方法,是构成这门科学的重要组成部分,是生物学最精彩的内容之一。如果我们在教学中只告诉学生生物学的结论(科学中静态的部分),而不让学生了解科学研究的思路和接受科学方法训练(科学中动态的部分),学生就很难真正地认识科学的本质和它的全貌。我们也很难实现培养具有良好科学素质、具有创新能力的高水平人才的目标。
2.应用教学辅助设备,激发学生兴趣。兴趣是最好的老师,也是学习的动力。教学方法的灵活多样,不断整体优化教学方法,用符合教育规律的科学方法及教学手段,秉承“授之以鱼,不如授之以渔”的教学理念,完善教与学的有机统一,达到最佳的学习效果。在教学活动中,以多媒体技术作为现代教学手段,可以将文字、图形、声音、动画等多种资源整合优化。由于其丰富多彩的画面的切换使学生置身于教学中,激发了学生的好奇心,使教学表现的内容更充实,更形象生动,更具吸引力。通过这些形象生动的图画和视频内容,学生对这门课程产生了浓厚的兴趣,不但容易掌握和巩固新内容,也激发了学生的求知欲望,让学生感受到生物技术与日常生活、实际应用是息息相关的一门学科。
3.教与学结合,激发学生主动性。生物技术概论内容涵盖面广泛,但教学时数有限;在有限的教学学时内,将所有内容都进行精讲是不现实的。因此,根据教学大纲要求,教师可安排一些内容让学生课后自学。同时,辅以某种形式进行,多可以分成小组形式进行讨论,或者以正反两方的形式组织辩论,或者以小组形式选派代表阐述自己的观点等,通过这种教学方式,学生的独立思考、创新能力得到培养,并且充分发挥了其团队协作能力,为今后的学习和工作奠定了基础。
4.多样化的考核方式。现如今,许多高校生物专业只凭借期末考试进行考核,忽略了生物专业的实验性与操作性。为此,各高校应该实施综合考核方案,将平时成绩和期末成绩相结合。将课堂讨论、辩论、回答问题等都作为平时成绩,同时根据平时章节安排、布置了一些相关的论文开阔学生视野。这种考核方式的变革,在增加学习兴趣的前提下,加强学生自主学习、创新等能力的培养。
5.确定人才培养目标。目前,虽然许多高校提出了“厚基础,宽口径”的本科生的培养目标,但实际上对生物技术专业本科生的培养目标还是不明确的,这就要求教育者要用更宽广的眼界,切实把握好生物技术专业人才的培养目标,落实人才培养的可持续发展理念。在处理人才培养与社会需求的关系上,注重培养“有知识、有技术、懂业务、会管理、会开发,并有市场意识与竞争意识”的“复合型”人才;在理论与实践关系上,加强学生专业课试验设计与操作能力、结果分析与整理能力、文献查询与消化能力、生物产品的研发能力,努力将实验内容、学位论文和生产实习等教学环节有机地结合起来。
参考文献:
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2017.01.072
0引言
初中生物是对初中生进行基本的生命科学知识的教学,初中阶段的生物知识教学进入了微观化的阶段,生命科学知识的基本原理成为主要的教学内容。然而,在实际的教学当中,受教学条件和教学方法的限制,学生对生物科学的微观原理与宏观表现之间的联系理解并不深刻;另外,生物教学对学生个人素质教育表现在环境意识、探索精神等方面,而观察学生的日常行为和学习状态,这些教育结果展现的也并不完全。因此,立足于生物教育理念,从学科理念建构的角度入手探讨细节性的教学策略应用,成为目前初中生物教学发展的方向之一。
1 生物教育理念概述
1.1 尊重生物科学发展的基本原理
生物科学是研究生命体产生和发展的学科,是一门基础的自然科学,生物教育理念建立于对生物科学发展的基本原理上,即对自然事物进行细致的观察、产生疑问,通过科学的、客观的方式去研究、探索并解答疑问,得到生命产生和发展的因果关系,寻找自然界的基本原理并形成科学的事物认知能力。因此,在初中生物教学中,以生物教育理念为基础,就要对学生进行科学研究的能力培养和科学的认知方法培养。
1.2 尊重自然和生命
人类是自然界的一份子,人类的生命与其他物种的生命对自然界来说并无根本区别,人类成为世界的主宰,必须立足于自然,尊重自然,尊重生命。这不仅是正确的生命理念,也是自然的客观规律。因此,在生物教育理念指导下的初中生物教学,必须对学生的生命观念、个人修养以及公德心进行培养教育。
2 生物教育理念指导下的初中生物教学策略
2.1 指导自学培养形成基本的生命意识
自学能力的产生和发展是现代教育对学生培养的重点,在初中生物教学中,学生的自学能够直接实现学生对自然的主动认识和探索,对生命形成理解并构成基本的生命意识。因此,在生物教育理念指导下,初中生物教师应对学生的自学进行指导和引导。例如,进行“蚯蚓”相关内容的学习时,教师在课前布置学生利用课余时间寻找蚯蚓,然后将蚯蚓抓回家。抓蚯蚓的过程一定要亲自动手,抓回家之后进行饲养,然后将寻找、饲养以及抓蚯蚓的整个过程感受体验都记录下来。课堂教学时教师让学生将自己饲养的蚯蚓带来,边观察边进行学习。这样一来不用花费过多的时间和精力就很轻松的将实验中的问题一一解决掉。因为通过学生亲自动手寻找、抓回、饲养便很轻松的了解到蚯蚓的生活习性,通过亲自动手抓蚯蚓,学生能够感受到蚯蚓身上的粘滑,以及蚯蚓蠕动的情况。这样比以往观察蚯蚓试验中,将蚯蚓装在解剖盘内,呈现在学生眼前的教学效果更好。在寻找蚯蚓的过程中,学生挖掘土壤,发现其他动物和植物;在饲养的过程中,学生观察蚯蚓的食物和活动规律,他们自然而然对蚯蚓与人类生活不同,但生命状态保持一致这个观点形成认同,生命平等并值得尊重的意识也逐渐形成。
2.2 使用翻转课堂实现探究学习
生物科学的整体发展来源于对生物界的探索、质疑和不断发现问题、解决问题,这也是生物科学的基本研究理念。在初中生物教学中,这种研究理念要体现在教学过程里,要使学生勇于、乐于、善于对生物现象进行探究学习。在实际的教学过程中,翻转课堂能够帮助教师实现这一教学目标。例如讲解“传染病和免疫”这一章时,使用翻转课堂教学模式,请学生先搜集一些关于天花的资料,并引导学生朝着中国古代帝王的方向去搜集,请学生就收集到的材料提出问题,自主寻找问题的答案,将不能理解的问题带回到课堂上。在课堂上,让学生将搜集到的资料分享给其他同学。通过小组合作讨论的方式分享和解决问题,并整理成研究报告作为学习作业。翻转课堂教学模式的应用,可以使学生通过搜索,建立基本的关于传染病和人体免疫的认识,课堂的讨论能够使这一认知得到全方位的深化,探讨问题的过程以及形成学习报告的过程,实际上模拟了生物科学研究的产生过程。这一教学策略的使用,不仅能够促进学生对生命的热爱,还能够使学生掌握基本的生物知识探究方法。
2.3 利用多媒体展示生物课程的精神教育价值
生物理念指导下的初中生物教学应该体现出对学生的精神教育价值,不仅在于通过生物教学使学生产生对生命的敬畏之心,理解生命平等、自然平衡的意义,还包括通过了解生命的本质,了解生物的属性,去体会自然赋予这些生物的精神,通过了解和研究生物现象,生物的精神也会被学生感悟到。但是日常教学并不能够使学生全面地了解生物,此时,教师可以借助多媒体设备,向学生展示奇妙的大自然,揭示不同生物的生命精神。例如,在学习“生物圈中其他生物”这一章时,教师可以到网络上下载三文鱼洄游的视频或纪录片为学生进行播放。三文鱼洄游属于正常的生物现象,但洄游过程却非常励志。通过对视频纪录片的观看,使学生意识到生命的宝贵,启发学生珍爱生命,在有限的生命时间里努力学习,为实现自己的理想抱负不懈奋斗。
2.4 以任务教学法的应用提升学生的环境意识
生物教育理念体现在实际生活中,就是使学生认识到人类对自然发展和生物平衡的任,在城市生活中,能够突出体现这种责任性的活动是环境保护工作,因此,在教学过程中,教师应该对学生的环境意识进行培养。环境意识的形成是通过社会生活实践点滴积累起来的,课堂说教效果不大,教师可以使用任务教学法达成这一目标。例如,在周末或者期末作业的布置方面,设定这样一个任务活动:了解自己家乡的生态环境有没有什么污染情况发生,污染对于人们的生存和生活造成了什么样的影响,之后做一个可靠的家乡环境情况调查表,并且提出自己的想法和建议。通过这一形式的实践性作业,使学生真正走入了大自然,利用自己的实际行动,了解到了保护环境的实际意义,使他们明白,保护环境并不只是一个口号,而是一个切切实实能够影响到很多人的活动,所有的人都应该停止对环境的伤害,每一个人都应该担负起建设家乡、保护环境、美化环境的责任。
3 生物教育理念下初中生物教学应注意的问题
3.1 培养学生的学习方法和习惯
良好的学习方法及习惯是高效学习效率的前提和保障,在实际的教学实践中教师应注重引导学生形成自己的知识结构的习惯,使学生能够积极的发现、认识和构建新的知识。自主学习过程中,教师应指导学生进行自我认识,对自己的学习过程进行反思、评价及审视,应做到心中有数,自我激励;应积极的制定学习计划,选择适合自己的学习的方法,从而达到最佳的学习效果;学习过程中应积极的投入情感,注重内驱力的作用,从而在学习中获得积极的情感体验,促进保持长期良好的学习状态。教师在课堂上构建学生感兴趣的教学情境,从而激发学生积极的投入到教学活动中来。教师在学习任务达成之后应积极的给予学生鼓励赞扬;在学生遇到困惑时教师应进行适当的引导使其看到成功的希望;在学生感X所学知识枯燥乏味时,教师应设法激发学生的兴趣,使其感到学习的挑战性;教师应积极的将书本上的知识与生活实践相连系,让学生感受到知识的可用性及深刻体会学习知识的意义;使学生富有成效感,同时也富有成就感。
3.2 提供充足的生物教学资源
生物理念教学策略的实施需要有充足的教学资源为基础,而教学资源缺乏也正是目前初中生物教学中最明显的问题。学校能够为学生和教师提供的资源多属于微观方面,例如显微镜、细胞实验器皿等,但是,站在宏观的角度,学生需要更广阔的空间进行生物观察和实践,这意味着,生物教师和学校应为学生提供充分的探究资源。学校可以利用现有的教学空间为学生提供一部分生物教学资源,例如,在学校中开辟一小块地作为生物实验园,允许学生进行各种养殖和种植性的生物实验,这既满足学生探究学习应用的需要,又能够为生物教学提供方便;另外,中学也可以寻求当地博物馆、动物园的帮助,为学生开辟专门的参观游园观察日,这样可以使学生实地了解生物科学知识,接触自然,进行直观的观察学习。
4 结语
综上所述,初中生物教学应该立足于生物教育理念,从教学策略方面进行改进,以突出生物教学对学生的生命意识培养、科学探索精神培养、人文精神发展培养和社会公德培养价值。在应用这些教学策略的同时,应该重视从教学技巧方面培养学生的学习能力和学习习惯,为学生提供充足的教学资源,以使生物教学的学科价值发挥出来。
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古人云:授人之鱼,只供一饭之需;教人之渔,则终生受益无穷。可见教师必须注重学法指导,让学生“学会学习”,以提高学习能力,达到叶圣陶先生所说的“教是为了不教”,“自求得之”的目的。中学生物教学面临教材内容多,课时少等问题,这就促使并要求生物教师更加高效率、高质量地进行教学。在教学中渗透学法指导,利用“学法”这一杠杆,提高教学质量。下面,就生物学科如何渗透学法指导谈谈笔者在教学实践中的几点做法。
一、加强生物学概念教学,指导学生加强对概念的理解
在高中生物教学中.加强概念的教学是一项非常重要的教学内容。可以说,高中生物课的教学,就是对生物概念的教学;高中生物课的学习,就是对生物概念的学习。学生对概念掌握正确与否.直接关系到对生物学知识的理解应用.以及今后的创造性活动。
概念是反映思维对象特有属性或本质属性的思维形式。概念包括内涵和外延两个基本特征。概念的内涵是指反映在概念中的思维对象的特有属性或本质属性,又叫概念的含义。概念的外延是指具有概念所反映的特有属性或本质属性的对象.又称概念的适用对象。教师在教学中,一定要通过各种手段帮助学生理清概念的内涵与外延,即概念的含义和使用范围。只有当学生真正地把握了概念的内涵和外延时,才能够运用概念去解决问题,从而达到教学目的。
对于一些概括性高、较抽象的概念,教学中如果直接切入概念,则不利于学生的理解和掌握。教师可以先用丰富的实例使学生掌握相关的概念,然后从中总结出它们的共同特点,得出新概念。如无性生殖是一个概括性较高的概念,教学时可以先用丰富的实例使学生掌握分裂生殖、出芽生殖、营养生殖等概念,然后启发学生尝试着从中总结出它们的共同特点:不经过生殖细胞的结合,由母体直接产生新个体。通过这种方式得到的无性生殖的概念能让学生举一反三.理解深刻。
二、重视相关生物科学史教学,指导学生学会科学的思维与方法
在过去的生物教学中,科学史没有得到足够的重视,传统的科学史教育.往往是把科学史作为一种知识附加在科学教学内容上,而新的高中生物课程在这方面有了明显的改进。在《课标》第四部分“实施建议”中.明确提出“注重生物科学史的学习”.首次提出知道生物科学发展史上的重要事件的要求.反映出新课程对知识的“来龙去脉”的重视。事实上,生物科学史不仅仅是生命科学发展历程中的一系列人物和事件.更重要的是它蕴含着丰富的科学思想、科学方法、科学的世界观以及科学精神和科学态度等内容,具有很高的教育价值。生物科学史的知识不仅可以让学生体验到科学家们的探索精神与科学态度.而且它也是学生开展探究活动的极好素材,从中可以领会科学的思维与方法。
在过去的科学史教学时,教师一般都以讲故事的方式进行。实践证明,这种科学史的教学方法是低效的。对科学史实施探究教学,有利于学生了解科学研究的历史及科学本质。在教学中,教师可以引导学生假想自己就是当时的科学家.让学生大胆地去提出问题.想办法解决问题并得出结论.让学生真正的成为学习的主体。比如,《光合作用的探究历程》是必修一中的重要内容,笔者按照时间顺序将一些光合作用发现史中重要的科学实验作为背景资料呈现给学生.设置一些问题串让学生分组讨论.分析实验现象并提出自己小组的推断.在此基础上引导学生提出进一步想探究的问题等,再与前人所得结论进行比较。通过对这段科学史的探究学习,学生不仅了解光合作用知识的来龙去脉,经历人类探究光合作用的漫长过程,牢固掌握了相关知识,还学会了如何依据资料作出科学结论。
三、灵活应用图表,指导学生善于总结
遗传学(Genetics)是研究自然界中生物的遗传和变异规律的科学,是生命科学领域中最为重要和基础的学科之一。它也是生物科学中一门最具活力,发展最迅速的理论科学,又是一门紧密联系生产实际的基础应用科学,对探索生命起源和本质,推动整个生物科学的发展起着巨大的作用。因此,遗传学作为生命科学相关专业的一门重要主干课程,在教学中起着举足轻重的作用。
一、生物信息学专业开设遗传学的必要性
20世纪80年代末,由分子生物学、计算机科学以及信息技术等学科的交叉和结合产生了生物信息学(Bioinformatics),它是基于分子生物学与多种学科交叉,以计算机为工具对生物相关信息进行储存、检索和分析的科学,是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一。近20年,特别是随着人类基因组计划(human genome project,HGP)不断拓进,生物信息学作为跨越和融合生命科学与信息技术的新兴学科已成为生命科学核心领域和最具活力的前沿领域之一。生物信息学专业应运而生。国内单独设立生物信息学本科专业的高校较少,且普遍较晚。
遗传学与生物信息学两个学科之间关系密切。有国内学者利用美国《科学引文索引》(SCI)数据库web of science,运用文献计量学方法对8种权威生物信息学期刊2001年至2010年于2011年1月15日之前上传至wed of science的全部文献进行统计及分析。对施引文献按跨学科强度排列的结果显示,遗传学及基因与生物信息学跨学科文章发表量居第二位,仅次于生物化学与分子生物学。这说明,生物信息学与遗传学直接的跨学科研究较多,二者交叉学科的发展关系密切。因此,生物信息学专业开设《遗传学》课程十分必要。
二、遗传学教学中存在的问题
多年来,不同专业的《遗传学》课程的教学过程中涌现出一些共性问题,这些问题在生物信息学本科专业的教学过程中也存在。一是,学科拓展深化与课时压缩之间的矛盾。随着遗传学研究范畴的不断拓展,新的学科分支相继涌现,信息量逐步扩增,待教授内容逐渐增加且显得零散。但随着大学素质教育改革的进行,更多新的选修课、实验课被引入,遗传学理论课时被压缩,课时减少与内容增多的矛盾日益突显。二是,遗传学与其他课程教学内容设置与组织易重复。学科交叉为科研工作提供源源不断的动力,但在教学工作中学科渗透也造成教学内容重叠,基础和关紧技术重复教学的问题。例如,分子遗传学是遗传学重要组成部分,是目前遗传学研究的重点和热点,与生物信息学关系最为紧密,它包括的遗传物质的本质,基因的调控,基因重组等内容也在基因工程、分子生物学、细胞学等课程中作为讲授重点。如何利用有限的理论课时,合理安排教学内容,提高教学效率值得思考。
与此同时,生物信息学作为比较新的本科专业,开设各课程之间的衔接问题也比较突出。生物信息学专业的学生在大二开始全面生命科学和信息技术相关程学习。在理论知识在实际中如何应用缺乏概念,学生达不到共鸣,这也是生物信息学专业低年级学生面临的通病。遗传学课程安排在大学二年级上学期讲授,对于刚刚接触专业课程的学生而言本来就陌生,而且信息技术和生命科学相关课程独立讲授,二者貌似是两条平行线,怎样相交碰撞出火花,对于学生来说很难结合,必须由任课老师在授课过程中充分引导。传统的《遗传学》课程教学注重以杂交分析为主的经典遗传学理论的讲解,很大篇幅集中在三大定律(分离定律、自由组合定律以及连锁和互换定律)的教授上。遗传学课程教学重点集中在经典遗传学定律,经典案例跟不上学科发展。这个问题已经被一线教育工作者认知。
综上,由于学科本身发展迅速,涵盖知识范围越来越广,课时压缩等原因,容易让学生在学习过程中对该课程产生“内容太发散”“课时进程快”“知识跨越大”等认识,不利于课程的学习。由此可能造成,内容广泛且繁杂“抽象且深奥”枯燥无味,容易让学生觉得难或者枯燥。学生学习主动性不高。因此,在教学实践中,针对不同专业性质和培养目标存在的差异,不同专业《遗传学》课程教学应在知识体系、内容侧重点、教学方法等方面在各专业间有所区分。特别是生物信息学这种学科交叉性强的专业,如何实施该专业本科生遗传学的教学,以达到即符合本科教学难易程度的要求,又被大多数同学接受,同时能符合生物信息学学科自身特点,需要在教学过程中逐步的探索与实践。本文将结合资深授课教师经验及笔者生物信息学本科专业《遗传学》教学经历对这一问题进行阐述。
三、教学过程中的探讨与实践
1.制定具有专业特色的教学内容
(1)优化教学内容,关注专业需求
生物信息学专业的课程教学中,遗传学相关知识是需要讲授的重点。传统遗传学课程教学将重点内容集中于经典遗传学定律及其相关知识的讲授,其优点在于能够帮助学生打牢遗传学知识基础,缺点在于教学内容过于单一,没有包含遗传学重要分支的最新知识,无法与当前的研究热点联系起来,学生学习兴趣不高。随着国际遗传学研究的深入,分子遗传学和群体遗传学得到长足发展,极大地丰富了遗传学的知识体系。为了紧跟国际研究前沿,国内许多高校对遗传学课程进行了教学改革,在经典遗传学教学的基础上,纷纷加入了分子和群体遗传学的教学内容,为后续开展更深入的专业研究和学习奠定了良好的知识基础。为了帮助学生对遗传学知识体系形成全面而系统的认识,结合生物信息学专业特点,在教学设计时借鉴了以“遗传信息”为主线的教学思想,教学内容涵盖了“经典”“分子”和“群体”三类主体遗传学内容。在现实教学中,受遗传学课时限制,对所有遗传学知识点进行了梳理和必要的删减,既把握三种遗传学知识的内在联系,做好各部分知识的教学衔接,同时注意区分三者的不同,突出教学重点,做到“主题鲜明,重点突出,点面结合,结构清晰”,使学生在掌握经典基础理论知识的同时了解最新的遗传学研究进展。
(2)生物信息学专业遗传学课程与其他课程的衔接
遗传学是研究生物遗传和变异的科学,以遗传物质结构和功能为研究对象,是生命科学的主干。因此,与其他学科在内容上有交叉或重叠无法避免。同中求异,突出遗传学的特色,是教学中值得研究的问题。遗传物质的本质、染色体畸变、基因突变、遗传调控等章节与微生物学、细胞生物学、生物化学内容重复较多,可以强调知识结构的完整性,淡化这些内容的分子结构和生化过程的讲解。例如,结合孟德尔定律和摩尔根定律案例,着重从染色体和基因角度切入,增强遗传学色彩,同时对其他课程起到提纲挈领的作用。
(3)结合生物信息学,引入最新研究成果,体现前沿性
在处理好学科衔接之后,还需要关注的就是内容与生物信息学的结合。学生在学习过程中,最想了解的莫过于,这门课程与我的专业有什么联系?因此,在讲授内容中加入生物信息学手段解决遗传学问题的新成果既体现前沿性,又能提高遗传学课程的专业针对性。教师平时要多注意积累教学素材,对于现阶段比较热点且与生物信息学相关的、应用性强的问题,要在课程基础知识讲授后,进行一定拓展。例如,在讲授基因定位和遗传图绘制时,引入用EST进行基因定位及遗传图谱绘制等内容;在讲到遗传家谱时,引入通过对患病群体或家系进行外显子组测序分析,对小家系孟德尔遗传病的致病基因进行鉴别和定位的例子。通过引入生物信息学教学例子,不仅可以使学生加深对遗传学知识的理解,还可帮助学生了解生物信息学最新进展,激发对后续生物信息学专业课程的学习兴趣。
2.教学方法多样化,提升学生学习兴趣
遗传学教学内容繁杂、理论性强,不易理解。为了提高教学效果,在教学模式上必须变“以教师为主体”为“以学生为主体”,注重采用灵活多样的教学方法和手段,开展多媒体教学、案例教学和研讨教学等,将传统抽象、枯燥的说教式教学转变为具体、生动的参与式教学,增强教与学的双向互动。
(1)多媒体教学方式
计算机多媒体辅助教学改变了传统的黑板加粉笔,以教师为中心灌输式教学模式。多媒体通过实时可交互的多维动画及图像展示,可以增强教学内容的展示效果,提高课堂教学的信息量和容积率,提升学生学习兴趣,加深对枯燥晦涩知识点的理解,提高教学效率。充分利用多媒体课件的超文本功能、交互功能、网络功能的优势,比如Holliday模型是分子水平上关于遗传重组机制的重要模型,很好解释了基因转变现象。在讲到Holliday模型时,为了让学生直观了解单链交换重接及分支移动后的Holliday交叉旋转180度形成Holliday异构体的过程,采用了动画、图片、电子板书相结合的方式,很容易让学生理解空间旋转互换的过程,以及基因转变产生的原因等较难理解的知识点,反响较好。此外,声音、视频、动画、图片等便于学生拆解枯燥内容。
(2)案例教学
案例教学是一种创新型的教学方式,主要通过开放课堂、增强互动,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。案例教学需要结合本课程的专业理论知识,着眼于达成课程教学目的,编写和准备基于一定事实且具有一定场景的教学案例,这些教学案例要能够启发学生的思考,促进学生将从外部学习的知识吸收转化内在的专业素养和能力。在教学实践中,教学案例是“教”与“学”互动的桥梁和纽带,使枯燥乏味的学习过程变得活泼有趣;“教”不是告诉学生怎么去做,而是启发学生如何去思考,对学生针对案例问题提出的解决思路进行引导和评价,鼓励学生创新性思考,找到最优的问题解决方法;“学”不是被动的接受,而是主动的思考和创造,通过与他人而不仅仅是老师进行互动和交流,加深对知识的理解,培养解决实际问题的能力。
案例教学的核心是精心设计教学案例,将知识内化在符合实际又富于想象的故事情景中,使得学生通过身临其境将抽象的理论知识具体化,学会如何用概念性和原理性知识在实际工作和研究中解决问题,进而加深对特定原理和概念内涵的理解。在教学实践中,先以典型案例提高学生兴趣,把抽象的东西具体化,让学生变被动接受为主动思考,激发学生的求知欲。注重培养学生创造力和解决问题的能力。通过案例的分析,深化学生对基本原理、基本概念的理解。案例教学能很好地启发学生进行自主思考,对于理论性较强,比较枯燥的内容,通过案例式教学能激发学生学习兴趣。所举案例应具有针对性,要考虑案例产生的时间、背景和条件,要贴近生活,耳熟能详,与时俱进。在处理问题的同时,获取知识。进行案例教学过程中,要注重与学生的互动。围绕教学目的,选择合适案例,进行启发式教学,调动学生参与性。教师不能一味平铺直叙的讲案例,还要注意学生的参与度。只有学生和教师共同参与,才能达到预期教学效果。
(3)以学生为主体的教学
以往课程中,往往针对经典类型习题进行讲解,参考“标准答案”。在实际教学中发现,这样往往造成学生思想禁锢,学科交融性不够。特别是对于生物信息学专业的学生来说,传统习题课或者讨论课,没有实用效果。习题课及讨论课应注重实用性,关注遗传学与生物信息学学科发展与融合,设置开放性答案,突出培养学生创新性的应用能力。
课堂教学不仅要“授业”,更要“传道”,即培养学生如何学习和如何思维。根据教学内容和学生的认知水平,研究、讨论、交流式的教学模式的引入,有助于调动学生积极性。采用专题自学,规定材料与学生自学有机的结合起来,开展研讨,充分体现学生观点。同时,教师只起到点评引导作用,能培养学生获取信息、分析问题、创造性的解决问题的能力,有利于学生形成科研创新意识。教师如何正确引导是开展研讨式教学的重点。首先,应明确课程在相关领域中的作用和地位,了解课程的教学内容,选择课程中适合研讨的内容,并将研究与讨论贯穿教学的全过程。在选择题目时,要考虑专业相关程度及考虑不同学生层次的需求,考虑学生个体间的差异,难度适宜。
四、结语
生物信息学本科专业遗传学的教学,以孟德尔定律为基础,分析遗传物质的存在形式、传递、保存及变化,课程脉络更加清晰,通过案例教学的等教学模式,激发兴趣,并有利于与后续课程连接,在实践教学中体现了比较好的教学效果。因为生物信息学专业的需求与传统生物专业有差异,教学内容侧重点不同这给教师备课增加了难度。同时,在期末考核时,由于讲授侧重点不同,考试侧重点也应有所区别,在师资允许的前提下,引入小班教学,有利于教学侧重点突出。后续课程如果设置分子遗传学,将使知识体系更加完整。
参考文献:
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[2]巴恩斯.遗传学工作者的生物信息学[M].丁卫,李慎涛,廖晓萍,译.北京:科学出版社,2009.3.
[3]皮妍,林娟,侯嵘,等.国内高校遗传学教材发展研究[J].遗传,2009,31(1):109-112.
生物科学前沿知识要尽可能的和学生所学的知识有联系,这样既可以巩固他们所学的知识,又可以扩展他们的知识面。比如他们的课本在讲解遗传物质在细胞核中,就是从克隆羊多利引入,其中讲到了将融合的细胞在另外的母羊代孕,不是很明白,如讲解动物胚胎工程技术,这样就可以让学生知道代孕的含义。在讲解基因是DNA上的有效遗传片段,讲解转基因技术就可以让学生明白基因就是控制生物的性状,如人的高矮,头发的卷直。生态系统由生物因素和非生物因素组成,生物因素包括生产者、消费者和分解者,其中分解者是微生物,这时候就可以讲解微生物发酵,让学生明白大多数物质的分解是通过微生物发酵进行分解的。
下面我以《基因工程》为案例,阐述怎么利用生物科学前沿知识吸引学生积极学习。
资料准备:基因工程(DNA重组及转基因技术)——外源DNA与载体分子的连接就是DNA重组,这样重新组合的DNA叫作重组体或重组子。DNA重组技术(也称基因工程、分子生物学技术或克隆)纯化、处理和使用遗传材料的技术总和。这些技术主要基于对从细菌和动物细胞里纯化出的酶的使用,使得DNA复制、转化为RNA、转译为蛋白质都可以在实验室完成。这些步骤包括在DNA特异位点切割,连接和切断DN段和很多其它修饰直至对单个碱基对的处理。这些技术使得DNA的处理、在细菌和酵母体内将这些基因通过表达转化成蛋白质、病毒生物工程等生物工程产物、基于DNA的法庭诊断测试的发展成为可能。 转基因技术是生命科学前沿的重要领域之一。它是指用人工分离和修饰过的外源基因导入生物体的基因组中,从而使生物体的遗传性状发生改变的技术,可分为转基因动物与转基因植物两大分支。主要介绍转基因植物:抗除草剂转基因植物、抗病毒转基因植物、抗虫转基因植物、抗逆境转基因植物等。
导入:大家都看过鲤鱼和鲫鱼吗?它们有什么区别?学生回答后总结,我们都知道鲤鱼比鲫鱼大,但是鲫鱼味道鲜美,如果有一种鱼既有鲤鱼的大个头,又有鲫鱼的美味这样就很完美了。有这种可能吗?这就是我们今天讲的转基因技术。
基因:DNA上的有效遗传片段,代表生物的性状,如人的高矮,胖瘦。
根据基因的概念我们可以知道鲤鱼的大个头由基因控制,鲫鱼的美味也有基因控制,当我们把鲤鱼和鲫鱼的基因整合到一起,这时的鱼就表现出鲤鱼大个头和鲫鱼的美味,我们可以把它叫做转基因鲤鱼,像这样的技术就是转基因技术。
转基因技术:指用人工分离和修饰过的外源基因导入生物体的基因组中,从而使生物体的遗传性状发生改变的技术。
既然我们现在知道这种技术,那么它有什么作用,主要应用在哪些方面?
转基因技术的应用:转基因动物与转基因植物。我们开始讲的转基因鲤鱼就是转基因动物,还有植物方面的应用,有以下两个方面:
1.抗虫性 将具有杀虫活性产物的基因导入植物后, 其表达产物可以影响取食害虫的消化功能, 抑制害虫的生长发育甚至杀死害虫, 从而使植物获得对取食害虫的耐性, 减少或替代农药的使用,如棉花的棉铃虫,当棉花导入此基因就可以减少棉铃虫的危害,提高产量。
因此,要真正让生物学科在中学课程体系中占有一席重要地位,让社会、学生真正重视中学生物学教学, 我们必须切实重视中学生物学科教育价值的实现,这样无论考与不考、怎么考,中学生物教学一定会有稳步可 持续的发展。
一、生物学科的教育价值
课程理论告诉我们,课程牵涉到各种价值取向。目前社会上各种不同的价值取向已经开始对学校课程产生 了较大的影响,教育者若要在价值日渐多元的社会形势下担负起课程价值整合和实现的使命,必须成为理性的 行动者。生物学科教育价值可从学科教育价值关系中的主体(社会需要、个体需要)和客体(生物学科教育价 值属性)来分析。
就生物学科来说,社会需要体现在中学生物学科设置和生物学科教学总体要求上。目前的生物学科教学大 纲中,生物学科教育的社会需要尚未充分体现,主要原因是其能力目标、技能目标、德育目标等太过原则、笼 统,而知识目标过分强调系统、严密。从中学生物教学具体情况而言,生物学科的教育目标应放在人与自然的 开放系统中,从生物科学自身发展、生物科学对社会发展的巨大贡献,以及社会与自然和谐发展等角度,提出 体现当代社会需要的生物学科教育的知识、能力、技能、德育等目标。而生物学科教育的个体需要来自于个体 生存与发展的内在需求。这种内在需求对生物学科教材和教学方法,提出了挑战。只有当中学生物学科的教育 诱发了学生对自然的好奇心,激发了探究的兴趣和欲望,习得了分析解决有关问题的能力,这种内在需求才是 持久的,才能激发出无尽的学习力量。
生物学科教育本身亦具备其特有的价值属性。除了生物学基础知识和基本技能的学习、培养外,它在唯物 观点、辩证统一观点培养,用动态、变化、发展的观点观察研究自然的思想方法的培养,创造性思维培养等方 面,有独到的价值属性。此外,由于生物科学与人及自然界的紧密联系,生物学科教育在STS教育,以及科学教 育, 尤其是科学价值观培养方面,有其独特的价值属性。
二、生物学科教育价值的实现
作为中学教育第一线的教师,我们不能左右生物学科在中学课程体系中的设置及教学总体要求,但我们可 以通过生物学科教育价值的整合,在基础知识、基本能力教育培养的基础上,通过生物学科教育的改革实践, 在充分实现生物学科教育价值上有所作为。
(一)小课堂、大自然、大社会
让生物课的课堂成为“小课堂、大自然、大社会”是生物学科实现其教育价值的基础。一本生物教材的信 息量是有限的,且很多信息是滞后的,其知识相对也是基础的。教材不经教师精心处理,教法、教学模式不经 教师精心设计,不把教与学的知识、内容融入自然、融入社会,不把运动的、变化的、活生生的生命及生命现 象,尽可能多地直接或间接地呈现给学生,让学生“触摸”,生物课将不是真正意义的生物课,其本身亦将缺 乏生命力。
因此,在生物课堂教学过程中,我们要重视以下几个问题:
1.精心设计好教学媒体的应用,尽可能多地给学生呈现实物、标本、模型,充分运用现代教育媒体,尤其 是电视、录像、影碟、多媒体电脑等。现代教育媒体辅助生物教学,除了能提高课堂教学效率,提供一定的交 互性外,更明显的是它可以让学生获得书面教材无法出现的声像信息。它可恰当地呈现大到生态系统,小到生 物分子结构的图像,也可以把复杂的或微观的生理活动、生命现象简洁地、直观地表现出来。总之,教育媒体 ,特别是现代教育媒体可以让课堂更活起来,更有生命力,更富想象力。
2.让书面教材无法承载的或是变化、发展了的有关生物科学知识,以及与生命科学有关的自然、社会知识 、材料经过精心筛选后再进入课堂。如细胞学说的创立史、哈维和血液循环理论、 克里克和沃森与DNA双螺旋 结构、达尔文和进化论、卡尔文和光合作用、关注海洋、克隆羊、DNA重组技术、保护臭氧层、无磷洗衣粉推广 、控制“白色污染”、 赤潮成因及防治等等。
3.以各种生物兴趣活动、社会实践等形式,让学生到大自然、到大社会中去观察、调查、实验,从爱护一 草一木,饲养小动物到参与生物科技活动,使其体验到生物科学知识、技能之于人、自然、社会的价值。
(二)培养生物学科基本观点
生物科学中,有许多朴实而又博大的基本观点。这些基本观点不仅对学好生物学有非常关键的作用,而且 能对学习者的求知、生活、做人等都有指导价值。教师必须充分地利用每项生物教学活动,让学生在学习过程 中,逐步明确、认同、确立这些基本观点。
1.唯物的观点。一切生命和生命现象都有其物质基础:生命起源的物质性——最初的生命是由非生命物质 在极其漫长的时间内,经过极其复杂的化学进化过程演变而成的。生命的物质性——C、H、O、N、S、P等元素 组成了核酸、蛋白质等化合物,这些化合物构成了生物体结构和功能的基本单位——细胞。生命现象的物质性 ——生物的新陈代谢、生长、应激性、生殖发育、遗传变异等一切生命现象、生理过程均可给以物质基础上的 解释。
2.辩证统一的观点。自然界、生命、生命现象是相互联系、相互制约、辩证统一的:生物界和非生物界的 统一性——生物有明显区别于非生物的基本特征,但一切生命均由非生物界中的普通元素组成,且与非生物界 进行着物质和能量的交换。细胞和生物体自身结构的统一性——这些自身结构各有其结构和功能的特点,但同 时又相互联系组成一个统一的整体。生物体结构和功能的统一性——这是生命科学最基本的观点之一。如叶绿 体、线粒体的结构分别与光合作用、呼吸作用相统一,脊椎动物前肢的结构与其各自特有的功能相统一,鱼的 形态结构适于水中生活,家鸽的形态结构适翔生活,等等。生命活动的辩证统一——同化作用和异化作用 ,光合作用与呼吸作用,遗传与变异,生长与衰老等,正是在这一系列的矛盾、对立中,生命及生命活动才有 了其完美的、和谐的统一。生物之间及生物与环境之间的辩证统一——生物与生物之间、生物与环境之间进行 着生存斗争,而生存着的生物均在一定程度上适应了环境,正是这种既斗争又统一的各种复杂关系,构成了生 态系统,建立了动态平衡。
3.动态、变化、发展的观点。组成生物的物质、生物体本身、生物界都是在不断的运动、变化、发展的。 生物的组成物质是动态变化的——生物体的新陈代谢使生物体每时每刻进行着新旧更换。细胞和生物个体是动 态、变化的——他们都有一个发生、成长、衰老、死亡的动态变化过程。细胞和生物个体的结构与生理、生物 和环境的关系等也是动态、变化、发展的。
(三)培养创造性思维
创造性思维是创造力的核心,它是指改组已有知识、经验,从而产生新颖的、具有社会价值的成果的思维 。其特征是具有高度的主动性与积极性、独特性与求异性、流畅性与变通性、抽象性与形象性的统一,逻辑性 与非逻辑性的统一。结合这些特征及生物学科教学的特点,我们可以建立培养学生创造性思维的有效途径和方 法。
1.充分重视教师主导、学生主体的思想,努力实现课堂教学民主。课堂教学民主是师生共创的,符合“主 导主体”思想,存在于课堂教学中的师生间的平等、互助、参与、进步的“精神民主”。它可以创设出一种民 主、和谐、开放的课堂气氛,极大地调动学生学习的积极性、主动性,大胆地思考、质疑和创新。根据课堂教 学民主化思想,生物学科教学可以结合教学内容,灵活运用其两大主要形式,即直接式和间接式教学,开展课 堂教学改革实践:教师的直接指导可以在前,起开路带头作用,可以在教学过程中,起辅助学习作用,也可以 在后,发挥点拨、解惑答疑作用;教师也可以应用不明示的、非命令式、非结论式、不作详细指导的间接指导 ;教师可以讲,可以不讲,可以多讲,也可以少讲。这样,让学生有足够的时间、空间去主动思考、质疑:这 个生物学概念是否准确、完整,有无例外?这个生物学实验的设计是否科学、有什么干扰因素?该观察结果、 生命活动或生理现象如何从本质上作出规律性的解释?等等。
因此,要真正让生物学科在中学课程体系中占有一席重要地位,让社会、学生真正重视中学生物学教学,我们必须切实重视中学生物学科教育价值的实现,这样无论考与不考、怎么考,中学生物教学一定会有稳步可持续的发展。
一、生物学科的教育价值
课程理论告诉我们,课程牵涉到各种价值取向。目前社会上各种不同的价值取向已经开始对学校课程产生了较大的影响,教育者若要在价值日渐多元的社会形势下担负起课程价值整合和实现的使命,必须成为理性的行动者。生物学科教育价值可从学科教育价值关系中的主体(社会需要、个体需要)和客体(生物学科教育价值属性)来分析。
就生物学科来说,社会需要体现在中学生物学科设置和生物学科教学总体要求上。目前的生物学科教学大纲中,生物学科教育的社会需要尚未充分体现,主要原因是其能力目标、技能目标、德育目标等太过原则、笼统,而知识目标过分强调系统、严密。从中学生物教学具体情况而言,生物学科的教育目标应放在人与自然的开放系统中,从生物科学自身发展、生物科学对社会发展的巨大贡献,以及社会与自然和谐发展等角度,提出体现当代社会需要的生物学科教育的知识、能力、技能、德育等目标。而生物学科教育的个体需要来自于个体生存与发展的内在需求。这种内在需求对生物学科教材和教学方法,提出了挑战。只有当中学生物学科的教育诱发了学生对自然的好奇心,激发了探究的兴趣和欲望,习得了分析解决有关问题的能力,这种内在需求才是持久的,才能激发出无尽的学习力量。
生物学科教育本身亦具备其特有的价值属性。除了生物学基础知识和基本技能的学习、培养外,它在唯物观点、辩证统一观点培养,用动态、变化、发展的观点观察研究自然的思想方法的培养,创造性思维培养等方面,有独到的价值属性。此外,由于生物科学与人及自然界的紧密联系,生物学科教育在STS教育,以及科学教育,尤其是科学价值观培养方面,有其独特的价值属性。
二、生物学科教育价值的实现
作为中学教育第一线的教师,我们不能左右生物学科在中学课程体系中的设置及教学总体要求,但我们可以通过生物学科教育价值的整合,在基础知识、基本能力教育培养的基础上,通过生物学科教育的改革实践,在充分实现生物学科教育价值上有所作为。
(一)小课堂、大自然、大社会
让生物课的课堂成为“小课堂、大自然、大社会"是生物学科实现其教育价值的基础。一本生物教材的信息量是有限的,且很多信息是滞后的,其知识相对也是基础的。教材不经教师精心处理,教法、教学模式不经教师精心设计,不把教与学的知识、内容融入自然、融入社会,不把运动的、变化的、活生生的生命及生命现象,尽可能多地直接或间接地呈现给学生,让学生“触摸",生物课将不是真正意义的生物课,其本身亦将缺乏生命力。
因此,在生物课堂教学过程中,我们要重视以下几个问题:
1.精心设计好教学媒体的应用,尽可能多地给学生呈现实物、标本、模型,充分运用现代教育媒体,尤其是电视、录像、影碟、多媒体电脑等。现代教育媒体辅助生物教学,除了能提高课堂教学效率,提供一定的交互性外,更明显的是它可以让学生获得书面教材无法出现的声像信息。它可恰当地呈现大到生态系统,小到生物分子结构的图像,也可以把复杂的或微观的生理活动、生命现象简洁地、直观地表现出来。总之,教育媒体,特别是现代教育媒体可以让课堂更活起来,更有生命力,更富想象力。
2.让书面教材无法承载的或是变化、发展了的有关生物科学知识,以及与生命科学有关的自然、社会知识、材料经过精心筛选后再进入课堂。如细胞学说的创立史、哈维和血液循环理论、克里克和沃森与DNA双螺旋结构、达尔文和进化论、卡尔文和光合作用、关注海洋、克隆羊、DNA重组技术、保护臭氧层、无磷洗衣粉推广、控制“白色污染"、赤潮成因及防治等等。
3.以各种生物兴趣活动、社会实践等形式,让学生到大自然、到大社会中去观察、调查、实验,从爱护一草一木,饲养小动物到参与生物科技活动,使其体验到生物科学知识、技能之于人、自然、社会的价值。
(二)培养生物学科基本观点
生物科学中,有许多朴实而又博大的基本观点。这些基本观点不仅对学好生物学有非常关键的作用,而且能对学习者的求知、生活、做人等都有指导价值。教师必须充分地利用每项生物教学活动,让学生在学习过程中,逐步明确、认同、确立这些基本观点。
1.唯物的观点。一切生命和生命现象都有其物质基础:生命起源的物质性——最初的生命是由非生命物质在极其漫长的时间内,经过极其复杂的化学进化过程演变而成的。生命的物质性——C、H、O、N、S、P等元素组成了核酸、蛋白质等化合物,这些化合物构成了生物体结构和功能的基本单位——细胞。生命现象的物质性——生物的新陈代谢、生长、应激性、生殖发育、遗传变异等一切生命现象、生理过程均可给以物质基础上的解释。
2.辩证统一的观点。自然界、生命、生命现象是相互联系、相互制约、辩证统一的:生物界和非生物界的统一性——生物有明显区别于非生物的基本特征,但一切生命均由非生物界中的普通元素组成,且与非生物界进行着物质和能量的交换。细胞和生物体自身结构的统一性——这些自身结构各有其结构和功能的特点,但同时又相互联系组成一个统一的整体。生物体结构和功能的统一性——这是生命科学最基本的观点之一。如叶绿体、线粒体的结构分别与光合作用、呼吸作用相统一,脊椎动物前肢的结构与其各自特有的功能相统一,鱼的形态结构适于水中生活,家鸽的形态结构适翔生活,等等。生命活动的辩证统一——同化作用和异化作用,光合作用与呼吸作用,遗传与变异,生长与衰老等,正是在这一系列的矛盾、对立中,生命及生命活动才有了其完美的、和谐的统一。生物之间及生物与环境之间的辩证统一——生物与生物之间、生物与环境之间进行着生存斗争,而生存着的生物均在一定程度上适应了环境,正是这种既斗争又统一的各种复杂关系,构成了生态系统,建立了动态平衡。
3.动态、变化、发展的观点。组成生物的物质、生物体本身、生物界都是在不断的运动、变化、发展的。生物的组成物质是动态变化的——生物体的新陈代谢使生物体每时每刻进行着新旧更换。细胞和生物个体是动态、变化的——他们都有一个发生、成长、衰老、死亡的动态变化过程。细胞和生物个体的结构与生理、生物和环境的关系等也是动态、变化、发展的。
(三)培养创造性思维
创造性思维是创造力的核心,它是指改组已有知识、经验,从而产生新颖的、具有社会价值的成果的思维。其特征是具有高度的主动性与积极性、独特性与求异性、流畅性与变通性、抽象性与形象性的统一,逻辑性与非逻辑性的统一。结合这些特征及生物学科教学的特点,我们可以建立培养学生创造性思维的有效途径和方法。
1.充分重视教师主导、学生主体的思想,努力实现课堂教学民主。课堂教学民主是师生共创的,符合“主导主体"思想,存在于课堂教学中的师生间的平等、互助、参与、进步的“精神民主"。它可以创设出一种民主、和谐、开放的课堂气氛,极大地调动学生学习的积极性、主动性,大胆地思考、质疑和创新。根据课堂教学民主化思想,生物学科教学可以结合教学内容,灵活运用其两大主要形式,即直接式和间接式教学,开展课堂教学改革实践:教师的直接指导可以在前,起开路带头作用,可以在教学过程中,起辅助学习作用,也可以在后,发挥点拨、解惑答疑作用;教师也可以应用不明示的、非命令式、非结论式、不作详细指导的间接指导;教师可以讲,可以不讲,可以多讲,也可以少讲。这样,让学生有足够的时间、空间去主动思考、质疑:这个生物学概念是否准确、完整,有无例外?这个生物学实验的设计是否科学、有什么干扰因素?该观察结果、生命活动或生理现象如何从本质上作出规律性的解释?等等。
2.创设问题情境,培养创造性思维方法。从心理学角度,可以抽引出许多种创造性思维的方法,具有普遍性意义的有:发散思维法、集中思维法、逆向思维法、侧向思维法、治弱思维法、统摄思维法、组合思维法、辩证思维法等。生物教学中,这些思维方法的培养途径很多,其中创设问题情境,通过探究、分析、归纳、综合、推断等过程,是最基本最重要的途径。我们可以在新课导入时创设问题情境,培养学生的发散思维、侧向思维等,可以在解决教材的重、难点问题时创设问题情境,培养学生的集中思维、逆向思维、辩证思维等,可以在新旧知识的联系教学时创设问题情境,培养学生的治弱思维、集中思维、侧向思维等,可以在学习生命现象研究的进一步深化、概念内涵进一步丰富及外延进一步拓宽的过程中,创设问题情境,培养学生的统摄思维、集中思维、辩证思维等。
3.加强观察、实验和实践活动。生物科学是一门以观察和实验为基础的科学。在生物学科教学中,创造思维的培养离不开观察、实验和实践活动。在生物教学过程中,我们须十分重视课内外的观察、实验教学和实践活动,结合教材内容和教材有关观察、实验和实践活动,师生共同设计、开展验证性实验、探索性实验、平行实验、反向实验及有关生物科技活动,让学生学习如何去有意、有效、有发现地观察,如何规范、科学、有创造性地进行实验和实践活动,学会完整科学地设计实验、分析实验结果,并积极开展思维活动,发展创造思维、培养创新能力。
(四)培养科学的价值观
科学教育在学校教育中占有极其重要的地位,而生物学科教育在学校科学教育中,尤其是对学生进行科学价值观的教育培养中具有非常重要的作用。
传统的唯科学主义的科学教育认为,科学技术能解决人类所面临的一切困难和问题,它强调征服自然,强调把他人自然化、物化、对象化。这些偏面的观念和行为,在人与自然的关系上,表现出人对自然的一味“征服、改造、利用",造成人类生存环境的破坏;在人与人的关系上,表现出彼此的不理解、不信任、甚至自私自利,使人产生不同程度的心理问题,并由此导致了某些社会问题。因此,完整的科学教育,在强调对科学知识和科学方法的学习、理解和掌握的同时,更应重视科学精神(客观精神、理性精神、实证精神等)和科学价值观的培养。
科学价值观,是人们对于科学价值的基本看法,即解决科学有什么用、怎么用的问题。生物学科教育中,可采用多种形式和途径,帮助学生形成正确的科学价值观。
1.结合教学内容,向学生介绍生物科学的发展对人类逐步正确地了解自然、了解自己、了解生命,改善人类生活质量,促进人与自然和谐发展等方面的重要作用,激发学生热爱生物科学,乃至献身生物科学事业的决心和精神动力。
生命性是中学生物学科区别于其他学科最根本的特点,它是由生物科学研究对象的独特性决定的。自然界中生物与非生物的根本区别就在于生物能够进行新陈代谢,在此基础上表现出生长发育、生殖、遗传变异、生命活动的调节等生命现象。对于中学生物科学教育目标的研究和确定、课程教材的建设、教学的实施、教学的评价,都不能游离于生命科学的特征以外。所以应从生命性的视角审视生物学课程,通过教学实践提升学生对生命世界的理解,建构学生生命的价值和意义。
2.高三复习过程的有效性
在课堂中,学生作为一个个活生生的生命体,总带着自己的知识、经验、思考、需求、兴趣等参与课堂,并成为课堂活动不可分割的一部分,所以在课堂教学设计中要以学生为主体。高三生物复习时间就相当紧迫,任务又重。如何突出重点,上出新意,充分调动学生的积极性,高效率地完成复习工作,在有限的时间里让学生既巩固基础知识,又能提升解题能力呢?根据教学实践,我认为在教学设计中应注意以下五方面:(1)内容的组织要有一定的高度。可以从生物的本质特征理解生命性的统一以及生物所进行的生命活动。(2)知识的建构要有新的方法。要善于借助信息处理的方法帮助学生建构知识体系,如图表、图解、曲线图、思维导图及概念图等,提高复习的吸引力。(3)提问的方式要能激发起学生的求知欲,对于概念的辨析最好不要让学生简单地重复概念,可以设计判断或选择,直击学生错误的要点,让学生有一种豁然开朗的感觉。(4)立足课本,选好例题。典型例题的选择、解剖要有新的高度,要能紧扣知识点,并在分析时要求学生说出考查的知识点,这是一种积极的思维训练,类似于经常做“记忆体操”,充分体现学生的主体性,体现精讲精练的教学要求。(5)复习课中一定离不开当堂训练(即变式训练),一定要让学生有新的收获,获得成功的体验。
二、教学设计
1.生命的多样性和统一性
生命这么复杂、这么美丽,而生命与生命的连接点竟这么简洁,这个连接点就是DNA和基因。生命代代相传,就是通过基因把遗传信息传递给下一代的。正是基因表达原理的严谨美、简约美,保证了遗传信息传递的准确无误,从而造就了基因表达过程的有序美、和谐美,乃至创造出生命的绚丽与多姿。
【问题1】DNA通过控制什么来控制生物的多样性?
【问题2】DNA控制不同蛋白质的合成过程是相同的还是不同呢?你能通过实例来说明吗?引出DNA控制蛋白质都要通过转录和翻译过程,并让学生能够结合转基因技术(如乳腺生物反应器及利用大肠杆菌生产人的胰岛素、干扰素等)来感受生命的多样性和统一性。
2.突破教学重点、难点和易错点
(1)列表比较DNA复制、转录和翻译。借助于图表的形式处理信息,帮助学生建构知识体系。
对于“特点”提示学生从生命活动的高效性去归纳:DNA是边转录边复制,转录是边解旋边转录,翻译是一个mRNA上结合多个核糖体(每一个核糖体合成一条肽链),同时合成多条肽链,所以少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质,从而可以促使生命活动的高效进行。
(2)化解教学中关于“密码子”的难点和易错点
【例1】(多选题)下列关于密码子的叙述不正确的是 ( ACD )
A.密码子位于DNA上 B.1个密码子由mRNA上3个连续的碱基组成
C.每个密码子都有与之对应的氨基酸 D.密码子与相应的氨基酸发生碱基配对
通过此题学生可以理解密码子存在于mRNA上的三个相邻的碱基决定一个密码子,并引出对起始码、终止码,反密码子等问题的研究和探讨,学生通过回归课本,相互讨论来解决问题。
【变式训练】(多选题)下列有关RNA的叙述中正确的是( ABD )
A.有些生物体中的RNA具有催化作用 B.转运RNA的碱基组成不仅仅有三个
C.信使RNA上有多少个密码子就多少个转运RNA与之对应
D.在翻译过程中既需要mRNA,还需要tRNA和rRNA
通过此题,既能帮助学生联系必修1的酶的本质除了蛋白质外还有RNA,还能学生复习tRNA的三叶草结构,以及RNA的三种类型。
【例2】(2008年 江苏高考)下图为原核细胞中转录、翻译的示意图。据图判断,下列描述中正确的是( )
A.图中表示4条多肽链正在合成
B.转录尚未结束,翻译即已开始
C.多个核糖体共同完成一条多肽链的翻译
D.一个基因在短时间内可表达出多条多肽链
通过此题指导学生①如何从图中有效地获取信息②注意与课本P67图的区别③回应开始提高的特点―― 一个mRNA上结合多个核糖体(每一个核糖体合成一条肽链),同时合成多条肽链,所以少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。④对于原核生物,转录尚未结束,翻译即已经开始,体现了生命活动的高效性。
【探究】在基因工程中常用细菌等作为工程菌,请就基因表达的特点说明理由?(组织学生展开讨论)(细菌是原核生物无细胞核,转录尚未结束,翻译就已经开始,从而使代谢活动有序而高效,由于其代谢速度快,产生的转基因产物多,所以常作为基因工程的受体细胞)
请同学们联系基因工程中作为受体细胞还有什么特点?(对于转录和翻译过程中的碱基数目,及氨基酸数目等之间关系的计算可在评讲练习时讲解)
3.中心法则
中心法则是遗传信息传递一般规律的表示方法,了解了中心法则就大致理解了遗传信息的传递规律,所以我要求学生上黑板写出人体内的中心法则,两位同学上黑板写出了两种,我请学生评价。其实好多学生都写了第二种,当我要求他们评价时学生重新审题,找到了关键词“人体内”,通过学生的解释,大家恍然大悟!
【变式判断】病毒侵入宿主细胞后,在宿主细胞提供的逆转录酶作用下合成DNA。(×)
此判断主要目的是让学生回归课本P69对资料分析的再认识,从而让学生理解RNA复制酶和逆转录酶都是病毒自带的。
4.基因对性状的途径
通过此知识的复习,既是对前面所讲内容的高度概括,又是进一步把微观和宏观的生物性状联系起来,使知识升华、理解升华。结合课本实例让学生总结基因对性状控制的两种方式。
【例5】(多选题)下图为脉胞霉体内精氨酸的合成途径示意图,从图中可得出(ABD)
A.精氨酸的合成是由多对基因共同控制的
B.基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C.若基因②不表达,则基因③和④也不表达
D.若产生鸟氨酸依赖突变型脉胞霉,则可能是基因①发生突变
此题检测学生对间接控制的理解,并让学生开阔视野,某项生命活动的进行往往需要多次基因的表达。