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關鍵詞基因組醫(yī)學精準醫(yī)學醫(yī)學遺傳學教學改革
隨著“人類基因組計劃”的完成,以及新一代基因組測序技術的廣泛應用,我們已經步入“精準醫(yī)學”(PrecisionMedicine)新時代。精準醫(yī)學主要利用疾病基因組學以及藥物基因組學大數據,通過基因診斷并以此為依據對疾病進行分類、分型,根據基因組特征,采用最新的個性化治療等技術,為病人選擇最佳的治療方案,最有效的藥物,最安全的劑量,對傳統(tǒng)的醫(yī)療模式進行革命和創(chuàng)新。
基因組學始于20世紀80年代,90年代后隨著人類基因組計劃的啟動而迅猛發(fā)展?;蚪M醫(yī)學是由諸多科學家在2003年為紀念DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)50年時所提出的一個醫(yī)學領域的新名詞。基因組醫(yī)學是以人類基因組的研究為基礎,將生命科學與臨床醫(yī)學相整合,從而將基因組的研究成果快速地應用于臨床醫(yī)學實踐,這將是貫穿21世紀的在生命科學和臨床醫(yī)學領域的一次偉大革命。
在基因組醫(yī)學時代背景下,各臨床專業(yè)科室都必須適應基因組醫(yī)學帶來的臨床變革,不斷更新知識體系。醫(yī)學遺傳學作為一門基礎和臨床相互融合且發(fā)展飛快的學科,不僅要求醫(yī)學生掌握基礎知識,更要求其可以將相關知識致力于臨床實踐,這就要求我們對醫(yī)學遺傳學傳統(tǒng)教學內容及模式進行調整。因此,如何以基因組醫(yī)學為導向,著眼于精準醫(yī)學,推進臨床醫(yī)學教育,加強醫(yī)學遺傳學教學,提高教學質量,更好地讓學生掌握醫(yī)學遺傳學的臨床應用,并在以后的工作中將其普及社會是我們面臨的問題。綜上所述,我們對醫(yī)學遺傳學教學內容、課程體系及教學思維等進行了改革。
1改進課程內容設置
我們以培養(yǎng)適應21世紀社會發(fā)展需要的新型醫(yī)學人才為目標,根據醫(yī)學專業(yè)的發(fā)展特點,合理設計醫(yī)學遺傳學課程,而課程的設置、編排等問題直接影響到教學進程、教學的內容和教學質量。因此,課程改革也是教學改革的核心問題之一。[1]
首先,對于基本的醫(yī)學遺傳學課程,我們將圍繞遺傳病開展教學,課前引導學生查閱資料,讓學生對遺傳病基礎有一定了解,課堂抽查課前預習效果。課堂上從臨床遺傳病常見病例著手,用實例激發(fā)學生學習興趣,介紹其發(fā)病機制,如何導致疾病發(fā)生和具體的研究方法,然后系統(tǒng)地介紹遺傳物質在疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中的作用,最后再從臨床遺傳學角度開展疾病的預防、診斷與治療,基本知識點和原則逐點介紹。
其次,根據醫(yī)學遺傳學課程發(fā)展需要,我們新增加生物信息學內容,介紹如何利用信息學和統(tǒng)計學等學科的技術,收集、整理、研究目前快速發(fā)展的基因組測序、蛋白質組序列測定、結構解析和代謝組等領域的大規(guī)模數據,同時通過生物信息學的研究實例,講解生物信息學的基本知識和重要作用,激發(fā)學生對本門學科的興趣。通過病例為示范,引導學生將生物信息學理論知識用于實踐。例如我們實驗室收集到一個高度近視的隱性遺傳家系,致病原因未明,我們先采用基因芯片進行連鎖分析定位致病區(qū)間,然后對兩個患者和一個正常人進行全外顯子測序,指導學生運用生物信息學分析法對三個樣本的測序結果進行數據分析,對檢測到的患者共有的而正常人沒有的外顯子區(qū)間影響功能的純合突變進行初步篩選并對定位致病區(qū)間的突變在家系內進一步篩選驗證,最后成功定位到3號染色體189713156位置上的NLEPREL1基因一個GLN氨基酸的終止突變。該基因與膠原蛋白的裝配和穩(wěn)定性有關,此突變與帶有白內障和玻璃體視網膜退化表型的非綜合征型高度近視有關。這樣的案例式教學法不僅鞏固了學生對理論知識的理解,也提高了學生進行科學分析問題的能力。
醫(yī)學遺傳學是一門涉及數千種遺傳性疾病的基礎理論和臨床實踐的綜合性學科,具有基礎性和前沿性并存的特點。[2]為了讓學生了解到最前沿的科研動態(tài)及相關遺傳病的研究進展,我們同時開設了“醫(yī)學遺傳學研究進展”課程。“醫(yī)學遺傳學研究進展”是一門以“醫(yī)學遺傳學”課程為基礎的課程,它著眼于現(xiàn)代醫(yī)學遺傳學最新最受關注的領域,旨在讓學生對醫(yī)學遺傳學的知識進行消化和升華,它的課程內容緊跟國內外前沿,針對國內外研究的熱點內容和最新進展設置講座內容,結合教師當前研究的科研項目進展加以講解,促使學生了解和關注醫(yī)學遺傳學的前沿進展。該系列講座強調結合基礎科學和臨床科學,通過該課程的學習,開闊學生的眼界,掌握最前沿的科研進展。2改革課程體系
絕大多數疾病均與遺傳相關,臨床中每個科室都應不斷更新對相關疾病的知識,因此我們在臨床醫(yī)學范疇下的二級學科的教學環(huán)節(jié)中應增加相關醫(yī)學遺傳學內容的介紹。例如,消化系統(tǒng)專業(yè)課,我們將增加消化系統(tǒng)的遺傳學基礎知識的介紹;神經內科專業(yè)課程,我們擬設置專門的神經內科遺傳病及致病的遺傳學基礎的章節(jié),系統(tǒng)介紹神經內科常見的遺傳病種類、遺傳學基礎、分子和細胞系診斷方法以及相應的遺傳咨詢要點。
將基因組學作為一個大平臺,根據不同的學科,每個學科上課的比重都不一樣,把基因組醫(yī)學與疾病基因組學灌輸到臨床,教師在授課過程中,不僅教授核心知識點,并且把基因組醫(yī)學、遺傳病學、精準醫(yī)學、個體化醫(yī)療等理念貫穿到臨床教學中去,使學生掌握從基因組水平上考慮對疾病診斷、防治與治療的重要觀念。通過打破常規(guī),教授新的醫(yī)學遺傳學理念,以鼓勵學生不拘泥傳統(tǒng)的循征醫(yī)學思維模式,以基因研究為導向,提倡“精準醫(yī)學”,讓個體化醫(yī)療這一概念從理論中走向生活。
3教學思維,引領學生建立個體化醫(yī)療的觀念
在教學上,我們率先突破常規(guī)的循征醫(yī)學思維模式,建立以基因研究為導向,提倡精準醫(yī)學的思維模式?!熬珳梳t(yī)學”是以個體化醫(yī)療為基礎,隨著基因組測序技術快速進步以及生物信息與大數據科學的交叉應用而發(fā)展起來的新型醫(yī)學概念與醫(yī)療模式。其本質上是通過基因組、蛋白質組等組學技術和醫(yī)學前沿技術,對大樣本人群與特定疾病類型進行生物標記物的分析與鑒定、驗證與應用,精確尋找到疾病原因和治療靶點,并對一種疾病不同狀態(tài)和過程進行精確亞分類,最終實現(xiàn)對于疾病和特定患者進行個性化精準治療的目的,提高疾病診治與預防的效益,這是對傳統(tǒng)醫(yī)療模式的革命和創(chuàng)新。[3]美國總統(tǒng)BarackObama在今年年初的國情咨文中正式宣布精準醫(yī)學計劃(PrecisionMedicineInitiative),該計劃的提出是集合了諸多現(xiàn)代醫(yī)學科技發(fā)展的知識與技術體系,體現(xiàn)了醫(yī)學科學發(fā)展趨勢,也代表了臨床實踐發(fā)展的方向。[4]我們順應時展潮流,率先將個性化醫(yī)療、精準醫(yī)學的理念引入課堂,不斷滲透精準醫(yī)學理念,使學生掌握從基因水平上考慮對疾病診斷與防治的重要觀念。
為引領學生建立個體化醫(yī)療的觀念,需要我們加強各相關學科的交叉融合,使現(xiàn)有的教學知識體系更加完善,讓學生們能夠學以致用。我們積極推進與細胞生物學、生物化學、分子生物學、病理學、醫(yī)學免疫學、生物信息學、預防醫(yī)學、材料學、計算機學等其他學科交叉融合,既促進不同學科之間的相互融合交流,又培養(yǎng)了學生跨學科的思維模式。通過交叉學科的建設,學生將本科專業(yè)知識和醫(yī)學遺傳學知識重新組合,更具創(chuàng)新性思維。我們還成立了“教育部國家生命科學與技術人才培養(yǎng)基地”,吸引了不同專業(yè)的學生進入醫(yī)學遺傳學領域來,學生在實踐課題或項目的設計當中,不僅僅局限于本學科,并引進其他相關學科的方法,利用其他學科的優(yōu)勢來彌補自身不足。
科學技術飛速發(fā)展,已進入大數據時代,高效準確地處理數據顯得愈發(fā)重要。以醫(yī)療大數據作為支撐,通過基因組、蛋白質組等組學技術和醫(yī)學前沿技術,精確尋找到疾病的原因和治療的靶點,實現(xiàn)對于疾病和特定患者進行個性化精準治療是“精準醫(yī)學”的最終目的。因此,我們需要建立一套完善、有效的數據分析平臺。我們與生物信息專業(yè)進行合作,將臨床診斷中收集的數據,進行科學的數據分析,再將分析的結果反饋到臨床中去,建立個體化醫(yī)療。同時,在授課過程中,不但傳授醫(yī)學遺傳學核心知識點內容,而且將精準醫(yī)學理念滲透到教學的各個環(huán)節(jié),使學生從基因水平上考慮對疾病診斷與防治的重要觀念。
在高校遺傳學教學中存在許多經典案例,如:果蠅的翅型、體色、眼色等性狀的遺傳;豌豆的性狀遺傳以及玉米籽粒的形狀和顏色性狀的遺傳等。其中,還有一個非常重要的經典案例,即血型遺傳。自20世紀初至今,ABO血型遺傳一直是復等位基因的一個不可缺少的經典案例。隨著科學技術的高速發(fā)展,血型的經典內涵得到不斷提升,新的研究結果使血型遺傳所涵蓋的遺傳學知識點越來越多,內容越來越豐富。因此,以我們身邊最常見的表型--血型為案例開展遺傳學教學不僅可以將復雜的知識點簡單化、形象化,便于理解,還可以將繁多的基礎知識串聯(lián)起來,便于記憶。另外,以血型遺傳作為經典案例在遺傳學的教學中還可以不斷加人新的研究和新的應用,使經典的內涵不斷得到新的提升,讓學生的視野接觸到前沿的科學知識,為日后的科研接力打好基礎。
1血型與遺傳學之間的重要關系
開展案例教學,案例的選擇是關鍵。血型是人類血液由遺傳控制的個體性狀之一,與人類的生活關系密切,用途廣泛。自1900年到2005年,已檢測出約29個血型系統(tǒng)[21。臨床上最常用的有“ABO血型系統(tǒng)”、“Rh血型系統(tǒng)”、“MN血型系統(tǒng)”和“HLA血型系統(tǒng)”。這些血型系統(tǒng)涵蓋了復等位基因、基因互作之上位效應等遺傳學的孟德爾定律拓展原理,基因的表達調控及群體遺傳等遺傳學的精髓內容。透過這個知識窗口,可以看到遺傳學在血型中的奧秘。
孟德爾遺傳定律從建立、發(fā)展到不斷拓展完善,一直都是貫穿高校遺傳學教學的核心知識點。由于現(xiàn)在大學生從高中開始就接觸孟德爾定律,如果大學教學還是重復高中階段所涉及的內容,學生的學習興趣難以提高。在高中知識的基礎上,開展案例教學,引入現(xiàn)代遺傳學在人類血型上的最新認識,則不但可以給學生一種似曾相識的感覺,還能自然地激起他們深入探索的興趣。血型的遺傳特征及生化基礎可以清晰明了地向學生闡述清楚孟德爾定律的一些重要的延伸知識內容。從紅細胞血型到白細胞血型,從常見的ABO血型到罕見的孟買、Rh血型,對于假基因、等位基因、復等位基因和擬等位基因等不容易理解的基因概念以及基因之間的相互作用都可以通過血型案例,把學生帶入情境之中,在教師的指引下由學生自己依靠其擁有的基礎知識結構和背景,在血型案例情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題,比較輕松地掌握這些容易混淆不清的概念和一些難以理解的遺傳學現(xiàn)象,如非等位基因之間的相互作用之上位效應等。
此外,人的血紅蛋白基因在不同發(fā)育時期的表達調控還涉及遺傳學中的表型和基因型之間的關系,真核生物中的基因表達調控模式等知識點。對血型相關的一些遺傳疾病進行分析,還可以引申出基因突變和染色體缺失突變及一些重要的遺傳標記。血型的遺傳學檢測方法及臨床上的輸血原則和溶血、血型互配等現(xiàn)象也與受基因表達調控的紅細胞的細胞膜糖基的特征和生化機制密切 相關,引導遺傳學從理論到實驗,再到實踐中的應用。血型與疾病的關聯(lián)分析,把科研思維引入高校遺傳學教學中,讓學生緊跟時展的步伐,理論聯(lián)系實際,為日后的科研工作打好基礎。
遺傳學中兩大重要的主題是遺傳和變異,主要包括孟德爾遺傳和連鎖遺傳、基因突變和染色體畸變。通過以復旦大學遺傳學教學大綱為參考,與劉祖洞主編的《遺傳學》和喬守怡主編的《現(xiàn)代遺傳學》教材內容相比較發(fā)現(xiàn),血型遺傳案例除了與上述遺傳學四大內容關聯(lián)外,還涉及到基因的表達調控、群體遺傳、表觀遺傳等知識點,其中大部分知識點都是要求學生重點掌握的內容。目前,血型案例所涵蓋的主要遺傳學知識內容及在遺傳學學科中的重要意義的歸納見表1。因此,把血型作為經典案例,開展遺傳學的案例教學既貼近生活,引發(fā)學生深刻的思考,又能代表性地進一步闡述探討遺傳學的生物知識。
2血型案例在遺傳學教學中的開展
在以血型為案例的教學過程中,我們首先根據高校遺傳學的教學目標和培養(yǎng)目標的要求,在學生掌握了一些遺傳學的基礎知識和理論知識的基礎上,結合遺傳學的教學進度逐步有序地進行介紹:1.血型基本知識介紹;2.紅細胞血型的細胞膜糖基特征和生化機制;3.紅細胞血型與輸血;4.血型的遺傳學規(guī)律特征,包括(I)ABO血型復等位基因遺傳及其應用,(II)ABO血型基因的克隆,(III)ABO血型的遺傳學鑒定;5.ABO血型的拓展,包括(I)孟買血型與擬孟買血型,(II)紅細胞血型與白細胞血型。下面主表1血型與高校遺傳學教學的重要關系
要選取兩個方面闡述在遺傳學教學中的開展過程。
2.1血型基本知識在教學中的開展
ABO血型系統(tǒng)是第一個被描述的紅細胞血型系統(tǒng),也是最具有臨床意義的一個系統(tǒng)。因此,在進行血型基本知識介紹時往往以ABO血型為例。隨著以分子生物學為基礎的血型研究的發(fā)展,ABO血型的基因遺傳背景目前已比較清楚。在介紹血型基因的基本知識同時也涵蓋著遺傳學知識的傳播,而且隨著血型基因知識的不斷豐富完善,涵蓋的遺傳學知識也越來越廣泛。
ABO血型由3個復等位基因控制,即iA、產和i°o在開展遺傳學相關教學活動時,一般都用此作為分析生物界中復等位現(xiàn)象的經典例證。這些基礎知識對于高校學生來說可能在高中的時候就已經獲得。因此,在大學開展相關教學時,除了簡單介紹這3個主要的復等位基因外,還可以深入講述新的研究結果,到目前為止通過分子生物學方法已經確定了160多個^50等位基因,只是目前國際上以4川7基因作為等位基因的參比序列,其他基因均與其緊密相關,非常保守。在此基礎上ABO血型又可分為許多亞群,其中A血型表現(xiàn)出最多的亞型。在紅細胞血型系統(tǒng)中還有一種Rh血型,分為Rh陽性和Rh陰性。Rh血型主要由3個緊密連鎖的基因D/d、C/c、E/e決定,這3個基因以單倍型方式傳遞,屬于擬等位基因。這樣在講解原有知識基礎上,又不局限于原有知識范圍,由ABO血型到Rh血型,由復等位基因引出擬等位基因,在教學方法上可以通過相互比較,舉例分析,擴大學生的知識面,提
高他們的學習興趣。
人類的血型是不是一生恒定不變的?面對這個問題,很多學生都會認為血型是由遺傳決定,不會改變。其實人類的血型也會發(fā)生變異,如急性白血病以及再生障礙性貧血可以使血型抗原減弱,骨髓增生異常綜合征可以導致血型抗原丟失等。而且,健康人也存在血型變異的現(xiàn)象,但是這個是與細胞表面血型物質受到掩蓋以及人體存在一些稀有ABO等位基因有關。這些新的知識可以向學生很好地展示“遺傳和變異”,利用身邊的血型案例調動學生的學習積極性,使他們積極主動地掌握遺傳學的精髓。
此外,最近幾年疾病引發(fā)基因甲基化和突變的研究'又可以結合表觀遺傳學的內容開展教學。
2.2紅細胞血型的細胞膜糖基特征和生化機制在教學中的開展
人類ABO基因位于9號染色體長臂(9q34),其基因產物是一些專一性的糖基轉移酶,可以催化血型抗原前體特定部位的糖基轉移,從而控制ABO血型抗原的生物合成。其中4基因編碼產物為N-乙酰-D-半乳糖胺轉移酶(簡稱A酶),可以產生常見的A抗原;S基因編碼產物ci-l,3-D-半乳糖轉移酶(簡稱B酶),可以產生常見的B表面抗原;和S基因同時存在產生的等位基因,其編碼產物具有A酶和B酶的特異性,在紅細胞表面上產生不同強度的A和B抗原;而O基因則是第258位和第349位堿基缺失導致的密碼子移位,使終止密碼提前出現(xiàn),合成了無酶活性的短肽,因而體內沒有A酶和B酶,也不能催化糖基轉移,只有前體物質H的產生為H抗原(圖1)。因此ABO血型有時也稱為八811型[71。這樣,不同的、B、0基因編碼不同的多肽,產生具有不同功能的糖基轉移酶,非常簡單地引出了遺傳學中經典的基因與酶的關系的“一個基因一條多肽(一個基因一個酶)假說”,使學生很容易獲得一個基因決定一條相應的多肽鏈(酶)的結構,并相應地
影響這個多肽(以及由單條或多條多肽鏈組成的酶)的功能這種遺傳學思想,達到良好的教學效果。
此外,最新研究發(fā)現(xiàn)ABH抗原除表達在血細胞表面以外,還可以出現(xiàn)在除腦脊液外的分泌液中;有大約80%的個體具有產生這些可溶性抗原的遺傳基因;這種分泌抗原的表達由雙結構基因控制,即第19號染色體2個緊密連鎖的Ft/n(用和基因座。ABO血型抗原都由前體H物質合成,SeAe基因和丑冷基因都可以控制合成H物質;簡單來說,基因的表達決定體液中是否出現(xiàn)ABH抗原,H/h基因的表達決定紅細胞上是否出現(xiàn)ABH抗原。但是,并不是所有帶m基因的個體唾液中都分泌ABH物質,還要受到Wh基因的制約,其中hh型(即孟買型)均為非分泌型[7]。這樣又引出了遺傳學中一個很重要的概念--上位基因,很重要的遺傳學現(xiàn)象--上位效應。這些屬于遺傳學中基因互作的重點內容,而且發(fā)生基因相互作用的非等位基因仍然遵循孟德爾分離和自由組合定律,后代的基因型及其比例是可預計的,所以在遺傳學教學中還可用于親子鑒定、重大遺傳疾病的關聯(lián)分析、人種演化、群體遺傳分析等相關內容。
2.2相關技術的拓展應用
ABO血型的分子檢測是分子遺傳學教學中PCR技術拓展應用的案例。血型基因的表達影響血型的表現(xiàn)型,表型相同的個體其基因型不一定相同。如何區(qū)分iAiA、Pi0在表現(xiàn)型都是A型和iBiB、iBi0在表現(xiàn)型都是B型的個體,可以根據A、B、0血型基因堿基的差異,應用聚合酶鏈式反應-限制性片段多態(tài)性(PCR-RFLP)技術分型人類ABO血型的方法。這種方法可以對個體血型(血型基因型)進行判定:是屬于AA型、AO型,還是BB型或BO型。在這個基礎上,我們進行了改進,并結合教學進程,作為自選實驗在學生中開設,獲得了學生的好評。在135個學生中開展自選實驗,其中有80%的學生選擇ABO血型鑒定這個實驗,并表示對這個實驗很感興趣。
此外,還可通過分析核苷酸來確定分泌型ABH血型的Se基因型。主要基因分型技術有:(l)PCR-序列特異性引物(PCR-SSP),這是一種新的基因多態(tài)性分析技術,根據基因座某一堿基的差異設計一系列引物,特異性引物僅擴增與其對應的等位基因, 而不擴增其他的等位基因;(2)PCR-DNA測序法,先通過PCR擴增基因的主要片段,然后測定序列;(3)PCR-限制性內切酶法,用對位點特異的限制性內切酶消化基因,再通過Southernblot分析來確定。目前,PCR-SSP常用于胎兒血型鑒定及白血病引起的血型抗原異常等血型鑒定。隨著450基因結構和研究方法的迅速發(fā)展,AB0血型定型也將進入基因定型的時代,揭示更多的關于AB0基因和AB0血型表觀遺傳學等方面的奧秘。
在教學過程中還可以設計一系列與血型相關的論題,引導學生査閱相關方面的最新進展,總結出血型與人類疾病和性格之間的關系以及蘊涵的遺傳學原理。學生可以分組制作PPT討論,還可針對某一論題,學生組隊分為正反兩方,開展辯論式討論。一學期可以安排一次課時(45分鐘)開展辯論式討論,前30分鐘讓學生正反方陳述觀點,列舉證據開展辯論,后15分鐘用于總結和點評。在這個模式下,幾乎所有的學生都積極主動地參與進來,將引導、鼓勵與考評相結合,充分調動了學生學習的積極性[11]。開展“血型是否可以決定性格”類似專題的辯論式討論,既增加了遺傳學教學的興趣性及可接受性,還可以使學生的思維在辨析中得到操練。正反兩方隊員通過收集資料和案例,與同學辯論解釋的過程中,不僅掌握了深奧的科學知識,而且還與現(xiàn)實生活相聯(lián)系,并且將遺傳學應用于實際,填補了傳統(tǒng)教學在知識靈活認知與實踐中的不足。
3以血型為案例開展遺傳學教學的優(yōu)點
作為日常生活中被人們廣泛熟知的遺傳學常識,血型遺傳學的研究歷程符合遺傳學的發(fā)展規(guī)律與教學規(guī)劃,其作為遺傳學教學案例有著不可替代的優(yōu)勢:
【關鍵詞】學習興趣;導語;直觀教學
興趣是學生主動學習,積極思維,用于探索的內在動力??茖W研究表明:人對某種實物的興趣愈濃,其注意力愈高度集中,其觀察力愈細致,思維愈敏捷,想象愈豐富,從而能收到事半功倍的的效果。學生在學習過程中,只有對知識感興趣,才能提高學習的積極性,順利完成學習任務。那么,在生物教學中如何提高學生的學習興趣呢?我的做法和體會是:
1 精心設計課堂導語
俗話會說,良好的開端是成功一半。對于課堂教學來說,更是這樣。在教學中,如果從課堂一開始就通過獨特的導語緊緊的吸引住學生的注意力,激發(fā)學生的求知欲,開啟學生的思維,就會極大提高學生的學習興趣。例如,在講激素一節(jié)是,我向學生介紹在國際體育比賽中都要對運動員進行體檢,體檢的目的之一是檢測興奮劑,學生大多知道服用興奮劑會提高運動成績,然后我問學生:“服用興奮劑為什么會提高運動成績?”通過此問題引出課題“激素”。又如在講生物變異時,我向學生介紹20世紀80年代前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站發(fā)生爆炸事故,四年后,科學家前往該地考察,發(fā)現(xiàn)當地的老鼠長得和貓一樣大,并且這種老鼠見人不跑還主動攻擊人,對人造成傷害。為什么會是這樣呢?今天我們學習生物的變異,通過這一內容的學習,就會回答這個問題。學生興趣大增。學習呼吸系統(tǒng)時,我是這樣做的:一個新生命的誕生,伴隨這一聲啼哭,嬰兒落地的一瞬間,為什么要哭?有什么作用?學生在底下小聲議論,我叫了幾個學生回答,答案各異,但都沒有達到要點,我說我們今天學習呼吸系統(tǒng),尋找答案。當然在生物與教學中,導語的方法是多種多樣的,既有懸念性的,也有趣味性的,生活常識想性的,還有前后知識的鏈接等等??傊ㄟ^富有吸引力的導語,把學生的思維引向課堂所要學習的內容上,提高了學生學習時的興趣,收到了良好的課堂教學效果。
2 加強直觀教學
生物學中,有諸多復雜的結構,抽象的概念和難以理解的原理。如果老師純粹講述,學生會感到乏味,進而喪失興趣。因此,作為教師,要盡量采取直觀的教學手段,化靜為動,化抽象為具體,變復雜為簡單??衫脴吮?,實物,模型,掛圖及電化教學手段等直觀教學手段,使學生通過觀察,發(fā)現(xiàn)問題,提高學習的興趣。如講到腎臟一節(jié)時,腎臟的結構抽象復雜,講起來枯燥乏味。而在講課時,如果拿上豬腎臟的實物,先展示給學生看,學生的注意力就會被吸引過來,然后通過解剖,讓學生觀察,得出腎臟的大體結構,由觀察得到的大體結構,進一步引入到細微的結構。這樣就自然的提高了學生的學習興趣。講細胞的結構時,特別是細胞器的結構一直是難點,學生看不見摸不著,難以理解。在教學時,播放細胞器flash,學生看到生動的畫面,直觀的立體結構,能很輕松的掌握知識且印象深刻,理解透徹。在學習遺傳規(guī)律時,很多學生對豌豆的自花傳粉方式及什么是子一代不理解,通過讓學生觀看豌豆的傳粉,受精,種子的形成PPT,學生對整個知識有了深刻的理解,課堂效率得到極大提升。特別是近些年,網絡上有很豐富的教學視頻,將這些資料下載,適時的用于教學,能起到事半功倍的作用。
3 理論聯(lián)系實際
生物與我們的生活息息相關,在生活中有許多生物方面的知識,如果把這些知識和理論聯(lián)系起來,會極大的提高學生的學習興趣。如講到“關節(jié)”時,我會給學生介紹什么是關節(jié)炎,癥狀怎樣,怎樣預防。講到“牙齒”時,講什么是蟲牙,怎樣正確的刷牙,怎樣預防蛀牙。學習食物中的營養(yǎng)知識時,結合生活實際,給學生講明科學均衡營養(yǎng)的重要性。許多學生喜歡吃垃圾食品大量喝碳酸飲料,講明這種不良習慣所帶來的危害。現(xiàn)今,很多學生較為關注自己的外在形象,注重對于皮膚的保養(yǎng),在學習皮膚一節(jié)知識時,講完課本知識后,利用簡短的時間給學生講解了皮膚的分類以及不同類型皮膚的保養(yǎng),怎樣預防青春痘等等。課后,有學生如下說“這節(jié)課是他們學習生物課聽的最認真的一次”。講到植物根的吸收作用時,結合所學原理,說明給莊稼上肥料時上的太多,為什么會把莊稼燒死等等。這些問題生活中隨處可見,把這些問題和課堂知識結合起來,學生就會感到很實際,很有用。學生的目的性增強了,學習起來就有了興趣。
4 重視生物實驗,激發(fā)學習興趣
生物實驗能加強學生的感知,培養(yǎng)學習興趣。特別是職業(yè)院校的學生,文化課基礎差,但動手能力強。盡量多安排一些實驗,組織好實驗,對激發(fā)興趣大有幫助。在講種子時,給學生分發(fā)浸泡過的大豆,菜豆,玉米,小麥種子,讓學生邊讀書邊觀察,效果不錯。學習植物類群時,讓學生觀察蘚,蕨,油松,銀杏等代表植物,特別是用放大鏡觀察蘚,對這種司空見慣的青苔,學生沒想到它也有根,莖,葉,許多學生觀察完畢,特別興奮,學習興趣大增。作為生物教師,在教學中,應想方設法創(chuàng)設條件,開好實驗,激發(fā)學習動機,培養(yǎng)學習興趣,提高教學質量。
5 介紹生物界的趣聞、趣事
在生物王國中,數不盡的奇聞奇事和探索不盡的奧秘。這些恰是學生感興趣且樂于吸取的知識營養(yǎng)。結合教學內容恰當的利用幾分鐘時間,介紹一些植物的生活特點和繁殖特點,奇特的現(xiàn)象。如含羞草為什么會含羞,會吃人的樹,吃蟲草,鴿子樹的傳說,虞美人的故事等。講動物時,介紹動物的覓食,爭偶,護幼,御敵的故事,再如鳥類的筑巢,育雛的方式,青蛙的捕食,螞蟻王國的秘密,食人蟻的故事。群居生活的蜜蜂蜂王工蜂。雄蜂的分工協(xié)作等。講這些趣聞趣事時,聲音要抑揚頓挫,繪聲繪色,學生聽起來感到很新鮮,充分感受但學習生物的樂趣,不但愛學,也拓寬了學生的知識面。
6 介紹生物科學方面的最新動態(tài)
一、在課堂中引入生產和生活的實際
陶行知的名言“生活即教育”人所共知,生活是教育的源泉,教育扎根于生活,這和美國教育家杜威的思想是一脈相承的。生物本身就是一門強調實用的科學,它與生活、生產的實際密不可分,這就告訴我們在生物教學中必須走生活化的道路,加強與生活的聯(lián)系,這樣做不但能將生物知識形象化、生動化,幫助學生更好地理解和掌握,而且還能使他們真切地感受到生物學科在現(xiàn)實生活中是有用武之地的,自然就能進一步激發(fā)他們的學習興趣,優(yōu)化他們的學習動機。
例如,筆者在教“蛋白質的代謝”這一內容時,筆者告訴學生生活中的一個小常識:現(xiàn)在人們的生活條件都提高了,豆?jié){、牛奶成了人們早餐的必需品,很多人喜歡空腹喝豆?jié){、牛奶,或者只喝豆?jié){、牛奶別的什么也不吃了,其實這樣營養(yǎng)都流失了,是一個錯誤的習慣。為什么是錯誤的呢?怎么吃最營養(yǎng)呢?在問題的激發(fā)下,學生的興趣被調動起來了,他們會覺得所學的知識與自己的生活原來如此緊密相關,這么做到底有哪兒不對呢?接著教師引領學生帶著疑問開始學習“蛋白質的代謝”,空腹喝豆?jié){、牛奶,其中的氨基酸被氧化分解了,來供給生命各項活動需要的各種能量。所以科學的方法是先吃饅頭、面包等面食,然后再喝豆?jié){、牛奶,這樣就能夠由含糖的饅頭、面包等面食氧化分解后供給能量,那么氨基酸就可以用來完成不同組織蛋白和酶的合成,或者在氨基轉換作用下形成能被人體有效吸收的新氨基酸,這兩種方式和上述方式就是蛋白質代謝的三條途徑。當學生明白了這一切之后,他們對蛋白質代謝的這三個途徑自然就有了無比深刻的印象,同時也了解了生活中必備的常識,正確地養(yǎng)成了良好的飲食習慣,更加有意義的是將生物學習與學生的實際生活聯(lián)系起來,大大激發(fā)了學生學習生物的興趣。
二、在課堂中引入新的知識熱點和科技成果
新一輪課程改革更加關注科技與社會這個學習目標,相比傳統(tǒng)的教學只限定在教材的圈子里有了重大的突破,對以往課程中存在的缺陷也予以了關注。新課程標準要求高中生物教師要善于使用多媒體技術,有意識地將生物學科研究領域中的最新進展、重要成果以及大家關注的熱點問題比如轉基因植物等引入到課堂中去,用這些新鮮的信息去激活學生的熱情,增強他們的興趣,幫助他們樹立高遠的個人理想。
例如,在具體教學過程中,學到“營養(yǎng)的代謝”這一內容時,就可以補充三鹿問題奶粉引起的中國乳業(yè)震蕩以及由此引發(fā)的一系列食品安全信任危機。在講解“病毒”這個概念時,筆者就告訴學生現(xiàn)在世界流行的一些影響較大的病毒,比如甲型H1N1流感病毒、禽流感病毒、豬流感病毒、非典病毒等,對這些曾經在我們身邊肆虐引起恐慌的病毒進行研究,分析它們能大規(guī)模傳播的主要原因,在此基礎上結合學生已經了解的一些人體免疫常識,引導他們去探討如何有效預防這些病毒。在講“受精作用”時,筆者向學生介紹目前最先進的治療不孕不育癥的“試管嬰兒”技術和“克隆”技術等最新的研究進展和現(xiàn)狀,結合道德與倫理的相關知識,組織學生開展討論,談談自己對“克隆人”的觀點。
在講雜交育種時,介紹我國育種專家袁隆平秉持堅忍不拔的科學態(tài)度,培育出雜交水稻,被譽為“雜交水稻”之父,為解決世界糧食危機做出了較大的貢獻;在講人類基因組計劃時,介紹中國在基因測序方面的進步,也擔任了1%基因組測序任務,并且首次對水稻基因組進行測序并繪出草圖。
三、在課堂中引入科學家的故事
生物學是一個循序漸進、團隊合作的探究歷程,如同牛頓所說“我是站在巨人的肩膀上”,它的每一次進步,每一項發(fā)現(xiàn),每一次成果,都是眾多科學家前赴后繼,努力工作的結果,都有許多感人奮進的故事。在教學中,教師應充分利用材料,介紹科學發(fā)現(xiàn)史和科學家成才的故事。通過這些事跡,學生可以學習科學家的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新、假設、實驗的探究過程,學習他們在客觀實驗結果的基礎上進行抽象、模擬、分析、綜合、判斷、推理、總結的思維方法,學習他們不怕失敗勇于挑戰(zhàn)的科學態(tài)度,學習他們不畏艱辛勇于拼搏的工作作風,學習他們對科學的熱愛和不懈追求的科學精神。
例如,筆者向學生介紹虎克是怎樣自制顯微鏡,發(fā)現(xiàn)細胞,為生物研究進入微觀世界奠定基礎的;達爾文是怎樣經過環(huán)球航行,采集標本,提出自然選擇學說,打破了唯心主義學說的;孟德爾是如何通過八年努力,提出分離定律和自由組合定律,為研究遺傳規(guī)律指明了方向的;摩爾根是怎么通過飼養(yǎng)果蠅研究出遺傳學第三定律,即基因的連鎖和交換定律,為變異的出現(xiàn)闡明了本質的;沃森和克里克是怎樣親密合作發(fā)現(xiàn)提出DNA的雙螺旋結構等等。
近年,隨著分子生物學等新技術的發(fā)展,實驗診斷領域的不斷拓寬,新的檢驗項目的不斷增加。在教學反饋中,有學生對教師的授課質量也提出了一些意見,如一些教師對實驗的背景知識了解不夠、不能夠很好的回答學生的問題等。因此,教研室要求實驗課教師不能只面對課本,重復老的或者臨床已經淘汰的方法,要不斷學習醫(yī)學領域的最新進展,更新自己的知識,擴大相關學科的知識面,努力提高自身素質,這樣才能夠更好地傳授知識。尤其對剛參加工作的青年教師,大部分未登過講臺,為使他們盡快成為合格的實驗課教師,教研室采取多種途徑對他們進行培訓,如集體備課、教案編寫、實驗操作測試、綜述匯報等。其中必須經歷的一個重要環(huán)節(jié)就是試講,通過選擇部分授課內容在教研室內部師生范圍內進行模擬講課,由經驗豐富的老教師對其授課的各個方面,如知識點、聲音、姿態(tài)、節(jié)奏等進行點評。試講是對新教師授課能力的檢驗,也是新教師在正式上課前克服恐懼情緒、獲得自信的有益經歷。筆者發(fā)現(xiàn),經過一系列的培訓后,新教師的理論水平和實驗操作技能都得到了很大提升,并獲得了一些間接的教學經驗。教研室還特地安排幾位高級職稱教師負責跟蹤督導幾名新教師的教學工作,通過現(xiàn)場聽課及時發(fā)現(xiàn)問題,糾正偏差,幫助新教師在實踐中不斷提升教學水平。這些措施使新教師在短期內達到了高質量實驗課教學的要求,取得了顯著的效果。從學生反饋來的評價也認為實驗診斷學實驗課的新教師教學水平較好。高質量實驗課教學不僅要讓學生能夠得到合理的實驗結果,還應該讓學生理解實驗的理論背景、設計思路以及培養(yǎng)學生的臨床思維能力。在教學反饋中出現(xiàn)的大多數問題很大程度上與教師備課不充分有關。為了提高教師備課質量,在備課方面,要求教師嚴格按照教學大綱的要求認真編寫實驗課教案,要多查找參考資料,確保內容的正確性與準確性,精心備好每一節(jié)課并要熟記講稿。針對學生的接受能力,參照不同的教材,抓住重點難點,做好時間安排,條理清楚,層次分明。每次上課前一周教研組組織集體備課,由一個老師把自己所要講課的內容及思路講一講,提出自己的重點、難點及疑問,再由其他教師發(fā)表各自的意見和建議,最后由老教師總結、指正、解決疑點。年輕教師在參與集體備課的過程中,學會了如何做到高質量的教學準備,并達到了培養(yǎng)目的。
2充分利用多媒體進行實驗課授課
實驗診斷學這門課程具有知識點多、記憶量大、容易混淆等特點,而且各種血細胞、細菌、尿沉渣等形態(tài)結構僅靠單純的口頭文字講解非常抽象,學生難以理解。在實驗診斷學教學改革中,筆者所在教研室,在省教育廳重點教學課題的資助下,進行了多媒體素材庫的建設,重點針對臨床血液學檢驗、臨床檢驗基礎和臨床微生物學和遺傳學檢驗建立圖譜庫,用于實驗課的教學獲得較好的效果。教師把實驗過程中希望學生觀察到的各種細胞、細菌、尿沉渣、染色體等典型形態(tài)圖片,以幻燈片、動畫、聲音等形式在課堂上進行放映,以完全真實的形式展示在學生面前。實踐證明,這種教學形式對以形態(tài)學為主的實驗診斷實驗課具有非常好的教學效果。另外,教師還常??砂褜W生制作的較好的血涂片瑞氏染色或細菌革蘭染色體標本片利用顯微攝影成照片,通過多媒體幻燈片讓全班同學觀看,便于教師與學生共同討論和分析制片和染色的成敗原因,大大提高了實驗課的教學質量。
3病例結合式鍛煉學生臨床思維能力
臨床思維方法是醫(yī)生認識疾病、判斷疾病和治療疾病等臨床實踐過程中所采用的一種邏輯推理的方法[3]。無論是理論課還是實驗課改革,實驗診斷學教學的最終目標是鍛煉學生臨床思維能力和知識的運用能力,這種理念已成共識。由于臨床醫(yī)學生在學習實驗診斷學時還沒有接觸臨床課,許多疾病對于他們來說都一無所知,所以單純以實驗結果片面地來分析診斷疾病,實際上對臨床專業(yè)學生分析診斷能力的提高幫助不大[4]。我教研室從2003年開始將病例分析討論作為主要手段先后用于實驗診斷學理論和實驗教學,進行了全面探索。尤其在實驗課的教學中取得了較好的效果。實驗課之前對學生分組,先引入典型的病例,提問學生與該病例相關的檢測項目,然后講解這些項目的操作方法及臨床應用,學生帶著問題去聽課;然后根據臨床資料開化驗單,動手操作進行實驗室檢測;最后根據自己檢查的結果,結合臨床資料討論分析,給出診斷。結果表明病例結合式教學可加強學生對實驗診斷學的重視程度,鍛煉了臨床思維能力,提高了學生學習興趣和課堂學習效率。
4完善實驗課考核方式