前言:我们精心挑选了数篇优质生物科技论文文章,供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发,助您在写作的道路上更上一层楼。
1选好题材
生物世界是一个绚丽多彩、奥妙无穷的世界。生活在这样美好的世界里,教师应该如何指导学生选择好题材开展科技活动呢?学生们经常无从着手,教师要帮助学生首先选择好题材。选好题材应注意以下几个方面。
1.1题材难易适当、大小适宜,具有可行性
引导学生选择自己熟悉的感兴趣的题材,选题时要根据学生的知识水平和能力水平,选择难易适当的,学生能胜任的题材,同时要考虑到与题材相关的实验材料、仪器设备、时间、产地等可行性条件,切忌脱离实际。当然,小论文题目不宜太大,范围要适当,这样才能有利于搜集资料,进行观察、调查和研究,也能激发学生的积极性。题目太大太广,学生无从着手,容易半途而废且挫伤学生的积极性。
如“洛阳市七年级学生的饮食习惯与营养状况调查”题目范围太大,在教师张颖的指导下改为“洛阳五中七年级学生的饮食习惯与营养状况调查”后,具有很强的可操作性。又如“洛龙区用水情况调查报告”题目范围也太大,在教师张会娟的指导下改为“洛龙区李楼地区用水情况调查报告”后,15名学生经过分工,历时两周,对不同地理位置的20个自然村、30个家庭、4家乡镇企业进行了调查。调查项目涉及生活用水情况、农业用水情况、乡镇企业用水情况。学生们通过调查,呼吁全社会要保护水资源,提醒身边的人要节约用水,同时提出了保护水资源及节约用水的相关建议和措施。其中《洛龙区李楼地区用水情况调查报告》一文获2008年河南省初中生物优秀科技小论文评选一等奖(以下简称省一等奖)。
1.2题材要新,要有创意
创新是科技小论文选取题材的重要特点,也是选题过程中值得努力和追求的地方。学生选题中提出的事实资料,对既往的理论有所补充甚至发展,或是对同一问题已有过资料,但还需要结合当地当前实际进行调查、研究和统计,仍然是新的、有创意的。
如王金菊老师辅导的学生焦梦迪所写的《鱼的再生》一文,发现小金鱼可以再生出尾来,并配有彩色照片,这补充了再生动物的种类。又如从2008年1月30日开始,50年难遇的大雪席卷中华大地。学生通过新闻知道了政府在道路上撒盐除雪,便于人们出行,但学生不清楚撒盐除雪的道理,于是便询问教师,几个学生在教师的指导下,通过实验搞清楚了撒盐除雪的科学道理。但教师并没有就此打住,追问学生“撒盐除雪”有没有危害呢?几名学生带着教师的问题查阅了大量的资料,写出了《撒盐除雪后的思考》一文,获2008年省一等奖。
2资料收集
小论文资料收集的过程就是学生开展科技活动、进行科学活动的过程,它为小论文的写作准备了素材。如相关的调查资料、实验数据、观察结果等。根据选题特点,选择收集资料的方法一般有观察法、实验法、调查法等。一般来说,针对不同的题材,应采用不同的研究方法来收集资料。收集资料力求准确、实际,结合课题特点。
2.1观察类科技小论文的资料收集
观察是科学研究方法的第一步,要求以客观的态度,在自然常态下进行。观察法是教育科研中的基本方法,是由研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表,用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象,从而获得资料的一种方法。科学的观察具有目的性、计划性、系统性和可重复性。
如《鱼的再生》一文中,小作者观察了小金鱼的尾巴被大鱼咬断后再生出新尾的过程,并配有不同阶段的彩色照片,使人明白了小金鱼的尾可以再生的事实。
观察的一般要求:①养成观察习惯,形成观察的灵敏性;集中精力勤奋、全面、多角度进行;观察与思考相结合。②制定好观察提纲。观察提纲因只供观察者使用,应力求简便,只需列出观察内容、起止时间、观察地点和观察对象即可,为使用方便还可以制成观察表或卡片。③按计划(提纲)实行观察,作好详细记录,最后整理、分析、概括观察结果,作出结论。
2.2实验类科技小论文的资料收集
实验是获取生物学知识的重要手段,是科学研究过程中的一个重要环节。实验是指在人为控制条件下,研究对象的变化,以其结果论证科学结论的一种方法。根据实验目的不同,可将实验分为验证性实验和探究性实验。
2.2.1验证性实验
验证性实验是指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。
如洛阳市第二外国语学校的马妍娇同学在学习了“茎的疏导功能”后,利用一枝白色玫瑰在蓝墨水里放了十二天后,变成了价格不菲的“蓝色妖姬”作为妈妈的生日礼物,既验证了课堂上所学知识,又培养了学生节俭的习惯和孝敬父母的品质。崔凤娥老师辅导的《“蓝色妖姬”,智慧的爱》一文获2008年省一等奖。
2.2.2探究性实验
探究性实验是指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。
通过实验得出科学结论的过程中应注意:①分清实验组和对照组。②分析实验设计中的单一变量。③注意实验操作步骤的前后顺序要有逻辑性(前因后果),环环相扣,各步骤要严密、完整。④注意实验用具与试剂及需要控制的实验条件。⑤观测指标的确定:观测指标对自然科学来说是一种标志,即在实验观察中用来指示研究对象中某些特征可被研究者或仪器感知的一种现象标志,通过它可以推测某些特定的事实,并从中得出特定结论。好的观测指标的要求是有用性、合理性、客观性和灵敏性,对人还需是无害的,简言之,观测指标要求可观察或可测量,最后都要达到可记录。⑥在确定好观测指标的前提下,注意实验结果的观察、记录和分析,最后对结果作出科学的解释并得出正确的结论。
如洛阳市第三十中学李静老师辅导的学生廉晓云在《自己动手发豆芽》一文中做了4组对照实验,以探究化肥、无根剂对黄豆芽根长、茎长、子叶大小、茎的粗细、根形与根毛数量、湿重、口感等方面的差异。通过实验对比发现:4号盘——加复合肥和无根剂(6-苄基腺嘌呤)的豆芽最粗,最好看,产量最高,这就是不法商贩用化肥、无根剂等发黄豆芽牟取暴利的原因,从而提出了“我们应该自己动手发豆芽,才能吃得放心,吃出健康”的倡议。《自己动手发豆芽》一文获2008年省一等奖。
2.3调查报告类科技小论文的资料收集
调查法是教育科学研究中常用的基本研究方法,一般由调查者通过问卷、访谈、考察测量等手段,有目的、有计划地搜集有关资料,并对收集到的大量资料进行分析、综合、比较、归纳,从而形成关于某一问题的科学认识的一种研究方法。
运用调查法进行研究,一般分为四个阶段:确定调查课题,制定调查计划;收集资料;整理资料;总结,撰写调查报告。其中,收集资料是调查的重要环节。
2.3.1问卷调查法
调查者运用事先设计好的问卷向被调查者书面了解情况并征询意见。如洛阳五中张颖教师辅导的学生张亦舒等所撰写的《学生饮食习惯与营养摄入调查》一文使用了问卷调查法。调查前编写了调查问卷,对该校七年级160余名学生进行了调查,调查后分别用了4幅柱形图和1幅饼状图对结果进行了统计分析,建议“有良好饮食习惯的同学继续保持;饮食习惯欠佳的同学从小处着手改正;营养过剩的同学加强锻炼,调整饮食结构;营养不良的同学多补充营养。希望大家合理膳食,吃出健康。”《学生饮食习惯与营养摄入调查》一文获2009年洛阳市一等奖。
2.3.2访问调查法
访问者通过上门访问研究对象或利用电话直接与研究对象交谈,获取所需要的资料。如本文前面提到的洛龙区第三初级中学张会娟教师辅导的学生张茜等所撰写的《洛龙区李楼地区用水情况调查报告》一文,使用了访问调查法,在此不再赘述。
2.3.3考察测量法
研究者以测验量表进行实地考察测量,获得第一手相关资料。如洛阳市26中学王运来老师指导的学生王嘉吴等所撰写的《超薄塑料袋的调查报告》一文,是在2008年6月1日起国家“限塑令”开始执行后,学生看到菜市场和有的商场仍使用超薄塑料袋,又看到环卫工人在清理垃圾时清理出来大量的超薄塑料袋,由此,学生们选取洛阳市解放路23号院第3栋楼住户进行实地考察测量,统计分析后为“限塑令”的进一步落实提出了合理化的建议,并发出“拒绝超薄塑料袋,从我做起”的倡议。
运用调查法收集资料时应注意:①根据研究课题的性质、目的和任务,确定好调查对象和调查地点。②拟定好调查计划。包括确定所采用的调查方法、调查项目和调查进程。③选择和编制好调查工具。包括制定调查表格、观察记录表、问卷、访谈提纲等。在编制过程中要遵循一定的技术要求,以保证调查工具的科学性和实用性。④实施调查后对收集的调查材料要进行统计、整理、分析,得出结论性的意见并撰写调查报告,对所研究的问题作出解释,并提出问题的意见和建议。
初中生生物科技小论文在资料收集方面,除了上述方法外,还有文献研究法、采用网络在线投票调查等,由于篇幅所限,本文不再详述。
洛阳市初中生在近两年的河南省中学生生物科技小论文评选活动中取得突出成绩,有8篇小论文获省一等奖,15篇获省二等奖。科技小论文是科技实践活动的结晶,帮助初中生选好题材和学会常用的资料收集方法,有利于学生写出具有初步的科学性、逻辑性和有效性的小论文,便于学生了解科学研究的一般方法,培养学生初步的科研能力,提高生物学素养,教师任重而道远,愿我们共同努力。
提高办学门槛和人才培养的市场针对性
应改变目前生物技术专业设置混乱的状况,压缩生物技术本科专业的办学规模。生物技术专业应由实力雄厚的综合性大学或者确有办学实力的地方性大学承办,对于经费紧张、设备落后、师资薄弱的高校建议其不再开设生物技术专业,同一地区多所学校的生物技术专业可以合并,把国家有限的教育投资和优势资源用在培养生物技术精英上。生物技术专业的研究开发人员培养周期长,大学本科毕业生只能算是刚刚入门,只有在研究生毕业5年甚至10年之后,才具有产品和技术的开发能力,而大多数生物技术企业目前最需要的是研究开发型人才[7]。因此,研发人员的培养责任更多在于企业本身。但我国的生物技术产业刚刚起步,相关企业多数规模小、资金少,无力承担研发人员的培养责任,而且我国的企业家们目前还普遍缺乏培养人才的责任感,每招一个员工就想让他尽快为企业创造最大价值,认为培养人才是政府和学校的事情。从近年来大学生就业的情况可以看出,很多具有高深理论素养、缺乏动手能力的大学生甚至研究生已不为企业所青睐,企业欢迎的反而是具有实际操作能力的高等职业技术学院的学生。但高等职业技术学院的毕业生由于理论水平不够,永远只能做熟练的操作工,对于企业的产品质量升级和开发新产品无能为力。企业要想提高产品的科技含量和市场竞争力,要想扩大我国生物技术产业规模和提升国际竞争力,还得依赖既懂理论又有技能的人才。因此,有必要革新办学机制,建立生物技术专业本科和研究生培养体系,培养大批精通理论、技术和管理的业界一流人才。
进行课程体系和教材改革
我国的生物技术专业具有多元化特点,分布在理、工、农、林、医、师范等各类大学,不同类别学校的特点和优势不同,生物技术专业的课程体系也不完全一样。为体现不同类别学校的培养特色和满足职场对不同类型生物技术人才的需求,有必要制定各类高校生物技术专业的特色培养方案,合理的培养方案是培养出合格人才的保障,而培养方案的实施需要完善的课程体系。生物技术是生命科学的前沿和尖端学科,其发展日新月异,新技术、新成果层出不穷,相应的新学科不断产生,而新学科的产生是继承和发展旧学科的结果。这样新学科之间、新学科和旧学科之间就出现了知识内容的渗透和交叉,反映到大学课程体系中就是课程之间教学内容的重叠较多。为减轻学生负担,提高学习效率,在有限的时间里让学生学会更多的知识和技能,必须对现有的课程体系进行深入改革。要根据人才培养的需要,及时更新陈旧的教学内容,变革传统的课程结构,对旧课程的教学内容进行更新、整合和重组。由于生物技术专业强调动手能力和实验技能,理论课与实验课应分成不同的课程体系,既相互联系又各自独立。教材改革是课程改革的重要体现形式,课程体系的构建和完善必须依赖教材建设。教材改革是生物技术专业改革的重要环节,也是学校教学水平和办学特色的集中体现。目前高校教材种类繁多,同一门课有多种版本的教材,不同教材的侧重点不一样,知识结构及与其他课程的联系程度也不一样。为使学生的知识积累具有递进性和连贯性,应该使用系列的专业课教材。建议国家建立专门的生物技术专业教材编写委员会,其成员应为具有丰富教学经验的一线教师,结合不同类型高校的培养方案,编写系列教材,每2~3年更新一次。各地区或各高校也可参考国家统编教材,编写适合自身教学与发展需要的系列教材。
加强学校与学校、学校与企业之间的联系与合作
国内重点高校应多与国外生物技术专业办学成功的高校进行交流,定期派遣教师去国外进修学习,并聘请国外有经验的高校教师来国内讲学。另外,国内的普通高校应与重点高校加强联系与合作。重点高校由于拥有更优秀的师资、更多的国家投资和更广泛的信息资源,不仅要起到领头羊的作用,还应对普通高校进行“帮、扶、带”。在政府指令和双向选择下,重点高校与普通高校实行手拉手的合作,重点高校定期派遣优秀师资到定点合作高校进行教学服务和教师培训。生物技术专业的培养目标主要是为生物技术产业提供适用人才,所以高校不仅要完善学生知识结构,还应熟知社会需求。因此,加强与企业之间的联系与合作是高校不能回避的现实。这种联系应该是双向的,不能仅仅是把学生送到某个企业进行生产实习就够了。学校还应经常派专业课教师到企业参观、学习和交流,让老师了解产业的发展现状;同时聘请企业的高管和技术骨干到学校讲学,向学生介绍产业发展状况和企业需求,并让学生了解企业运作模式。与企业的联系不能眼光只盯着实力雄厚的大型企业,还应和当地不同层次的生物技术企业加强联系,了解不同层次企业的发展现状及其对人才的需求,毕竟国内生物技术产业还比较薄弱,在国际和国内市场上具有超强竞争力的企业还廖廖无几,能够大量吸收毕业生的还是数量庞大的中小企业。通过学校与学校、学校与企业的联系与合作,可以明晰高等教育生物技术专业的培养目标,改善生物技术产业高层次人才结构,促进生物技术产业的科学发展。
现代生物技术发展带来的主要伦理问题
1人的生命安全伦理问题
这主要体现在转基因食品的大量推广上,目前转基因食品在超市和厨房里占据了主导地位。转基因生物体和转基因食品是否会破坏食物中的营养成份、对人体是否有毒、是否会破坏抗体、是否会削弱免疫力等问题在科学上既无确证也无否证,但转基因技术已经在广泛应用推广,对人类生命安全造成了潜在的危胁。国际消费者协会认为,转基因食品可能会引起过敏反应,影响人体抵御病毒的能力,而且这种不良后果,可能需要一定的时间才能反应出来。一些实验室通过对动物进行实证,发现其严峻的负作用已经显现。
2环境和生态安全伦理问题
若那些经基因工程改造过的细菌、病毒等微生物流散到自然环境中,可能会对其他生物和生态环境造成危害,甚至产生出新的病原,对人类生命安全构成新的危害和威胁。同时,转基因生物进入生态环境后,也会改变自然界的正常遗传体系,进而破坏其生态平衡和进化秩序。
3人的尊严和人体伦理问题
现代生物技术的发展存在着侵犯人尊严的问题,特别是对人类胚胎干细胞的提取和利用,导致人的细胞、组织、器官、胚胎都可能成为试验操纵的对象和商业获利的手段,严重侵害人的尊严。基因组检测和基因诊断等生物技术手段的应用,以及基因治疗、辅助生殖技术、器官移植等治疗手段也均在不同程度上侵犯了人体基本权利和尊严。
4公正性和隐私权伦理问题
当下,“借用子宫”、“借用”、“母亲”、“试管婴儿”等生物高技术现象已有发生,依赖现代生物技术孕育的生命体从一开始就存在生命变异风险,同时其基因隐私信息也可能暴露无遗,带来的后果是社会歧视、畸形成长及不正常的伦理道德关系,其生存和发展的公正性和隐私权均受到了侵犯。
发展现代生物技术的基本伦理原则
现代生物技术的发展引发了诸多现实问题,从伦理属性上来说均可归属于生命伦理范畴,其核心问题是“该”与“不该”发展、“应当如何”发展和“实际如何”发展等伦理问题,其基本伦理原则是尊重人、不伤害人、有益于人、公平对待人等伦理问题[4]。生命伦理学的出发点是“不伤害人”,落脚点是解决“应当如何”的问题,“应当如何”包含有“应当”可持续发展、“应当”公平发展、“应当”共有责任等伦理原则。只有在遵守这些伦理原则的基础上,发展现代生物技术才能造福人类、有益人类,同时使现代生物技术规避安全问题,形成良性的可持续发展态势。
1不伤害原则
现代生物技术是人类认识和改造自然的结果,其目的是为人类服务的,是满足人类需要的实践活动,应该是有利于人的生存和发展的,绝不能因为眼前利益、经济利益驱使和极少数人的需求而伤害整个人类。不伤害原则的伦理规范包括3方面:①不伤害人的生物属性,即不伤害人的本原基因,不能对人的基因进行跨物种基因重组和提取重组;②不伤害人的社会属性,现代生物技术揭示了生命的本质和奥秘,于是生命检测技术、辅助生殖等技术也得到应用,人的隐私权、自受到侵犯,自然伤害到人的社会属性;③不伤害人的生存和发展,这主要是指大量转基因技术、酶工程等在食物上的应用可能使人的生命安全受到威胁。不伤害原则是现代生物技术伦理的根本原则,是现代生物技术研究和推广活动所必要的道德义务,包括“不应该造成、应该阻止、应该消除恶和伤害,应该尽力提升好”[5]。它可约束和调节研发主体的行为,把“不伤害人”作为最基本的伦理道德准则。
2可持续发展原则
至今为止,人类赖以生存的地球已面临越来越严重的威胁,资源枯竭已是世界性难题。在这一背景下,现代生物技术将发挥不可替代的重要作用,新物种的研发和新型绿色能源的替代缓解了人类资源压力。然而,现代生物技术缓解地球资源是有限的,甚至具有潜在破坏性。现代生物技术研发活动是一种人工技术,打破了物种之间的界限及生物进化中的自然秩序,跨越了物种之间的天然屏障,创造了新的生物体,重塑了自然界的生命,使自然生物链时刻处于复杂紊乱中,人的生存环境和整个地球生态系统处于重新融合和调节中,影响着人类社会可持续发展。因此,人类对其的主观能动性要有所限制,在改造自然和人类自身的时候要进行理性选择和伦理分析,不能脱离可持续原则创造新的生物体,不要偏离伦理道德关系改造生存环境。在遵循自然规律的基础上发展现代生物技术,使技术的发展、人类的安全和自然的保护三者统一,才能达到人类发展的可持续性。
3公平发展原则
地球和自然环境是全人类的,共同公平地存在和发展才是一个良性的自然生态系统。公平发展原则包括3个层面:①人类代际公平发展,现代生物技术的研发与应用一定要考虑到当代人的利益,也要考虑到后代人的利益,要兼顾到眼前利益和长远利益,绝不能因为眼下的生存发展压力和商业利益的驱动而广泛滥用现代生物技术,把潜在的危险和伤害留给后人;②人类与其他生物群种的公平性,人类应与其他生物群种和谐相处,保护地球上所有的物种就是保护自身的生存环境,不能破坏生物链和生物的多样性,人类只有与其他物种在生态系统中公平的生存和进化,才能实现人的全面自由发展;③不同国家与地区公平发展,经济社会发展和环境保护是世界各国共同的任务,世界各国和地区有可能为了自己的发展而伤害了他国的环境,这种做法显然违背了人类的公平和伦理道德,世界各国家或地区所实施的现代生物技术应以全球整体利益和共同发展为前提,互相间加强合作,共同应对生物技术引发的灾难性事件。
生物技术在农作物生产方面的发展前景
1生物固氮
氮肥是世界粮食生产和丰收的关键,土壤每年要失去大量的氮素供植物需要。农作物一般通过含氮肥料的施用和生物固氮来获取氮素,其中作物生产所需近50%的氮肥来自于固氮细菌的固氮作用,生物固氮在农业生产中具有十分重要的作用,到目前为止人类对于生物固氮的研究已涉及到形态结构、细胞水平、分子水平及遗传等诸多领域。我国农业生产中生物固氮的最基本应用主要是对豆科作物进行根瘤菌拌种,而国际上生物固氮的研究较为先进,开发利用新型根瘤固氮菌剂,以达到增产效果[5]。
2生物反应器
生物反应器是现代农业生物技术发展中重要的研究领域之一,与传统农业产品相比,用各种农作物为载体的植物生物反应器产品可通过种子、果实或块茎表达,便于贮藏、运输和利用。与一些不可再生资源相比,农作物具有种类多样化、低成本、可再生等优势[6]。植物生物反应器这种低成本高产出的巨大前景,必将推动我国乃至国际生物经济快速健康发展。
3转基因植物疫苗
转基因植物疫苗是指将外源的疫苗抗原的基因导入植物基因里,把植物基因工程技术与机体免疫相结合,在植物的生长过程中,被导入的疫苗基因即可在植物中表达出疫苗抗原,将此抗原提取,生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗。植物细胞壁作为天然的生物胶囊,可使细胞内疫苗抵抗消化道的酸性环境和酶类讲解,使疫苗在人体小肠内释放,引起黏膜的免疫反应,刺激膜下淋巴细胞产生抗菌素到消化道、血液和呼吸道中,起到对机体的保护作用。转基因植物疫苗易于形成产业化规模,在筛选到高效表达植株后,只需增加耕种面积就能扩大产量,且价格便宜,植物易于栽培和管理,生产成本低。安全。植物病毒不会感染人类和家畜使用方便。
生物技术在农作物生产方面存在的问题
1产品本身食用安全性的问题
转基因农产品中由于外源基因的导入,使得原本沉默途径被激活从而产生毒素,传统食品中没有的毒素也可能因此产生。在转基因过程中使用大量抗生素标记基因,人畜食用后,通过水平基因转移和重组可能会扩散到肠道细菌及病原体中,产生新的病原细菌和病毒,并对抗生素产生抗性。同时,转基因产品中整合的外源基因不易被消化,如被细胞提取并整合,极易引起细胞突变,降低人畜免疫力,对人类健康存在危害。
2环境安全问题
由于基因漂移而使近缘种产生抗性。抗虫、抗除草剂转基因作物占目前商品化生产的农作物转基因品种的主体,但由于基因漂移,有可能使与其近缘种如杂草等产生抗虫,抗除草剂的能力,从而限制转基因作物的应用。转基因生物易引发害虫、野草等对药物产生耐药性并具有可遗传性,从而产生“超级害虫”、“超级野草”,打破生物原有的平衡。转基因作物可能引起非靶标害虫危害,通过竞争消除原有的野生品种,使得种群发生改变。与此同时,由于转基因技术的应用,形成了新的物种,改变了原有生物群落,诱发自然食物链的破坏。
基本检测技术的应用
现代生物检测技术在药用植物的基源鉴定研究、转基因育种等各方面都有着广泛的应用,在菘蓝的育种研究PCR及RT-PCR技术、SouthernBlot分析、RAPD技术在外源基因检测、抗性基因的检测中取得了良好的效果。
1PCR及RT-PCR技术:1985年,KaryMul-lis发明了PCR技术,引用到药用植物育种研究中,可以通过分离植物基因来鉴定中药中的目的基因以及DNA指纹图谱研究。许铁峰等[11]为了验证外源基因是否转入植物细胞内,对抗生素抗性植株进行了PCR检测,对转基因菘蓝利用农杆菌介导外源半夏凝集素基因进行RT-PCR分析,由于PCR只能证明在转基因植株体内存在外源目的基因片段,而不能完全确定外源目的基因片段已整合进植物基因组,且PCR可能存在假阳性结果,因此通常配合采用SouthernBlot分析验证。
2RAPD与扩增片断长度多态性技术:1990年代提出RAPD技术,该技术现已广泛地应用于生物的品种鉴定、系谱分析及进化关系的研究[16]。陈桂平等[12]选取同一个无性系植株及其亲本进行RAPD分析,得出结果无性系植株的遗传背景一致性很好,但也发生了DNA水平的变异。这项工作为进一步分离抗性基因和培育抗病品种打下基础。相对于RAPD技术,AFLP技术与之相类似,它是一项新的分子标记技术,能检测10倍的轨迹,并且可以检测任何DNA。
染色体研究技术的应用
药用植物染色体研究是分子生物学的基础研究,主要是包括总DNA的提取、染色体制片技术、核型研究以及其结构分析。
1菘蓝总DNA的提取:核酸样品质量将直接关系到实验的成败,所得的DNA应达到满足试验要求的量和纯度。陈桂平等[12]运用的菘蓝总DNA提取方法是采用改良的十二烷基磺酸钠微量提取法提取DNA。丁如贤等[10]采用改良十六烷基三甲基溴化胺法提取总DNA。CTAB是阳离子去污剂,可以很好地去除多糖,因此对于植物DNA的提取具有较高的广谱性,而SDS是阴离子去污剂,对多糖含量高的植物样品效果比较差。
2染色体制片技术:菘蓝染色体很小,因此,在测量长臂和短臂时,难以确定长、短臂的分界线,只有制作染色体分散、染色体分开,而着丝粒未分开的染色体标本,并把染色体相片尽量放大,才能较准确地确定着丝点的位置,使数据可靠[17]。杨飞等[18]在大麦、玉米染色体研究中多采用去壁低渗火焰干燥压片法,该方法简单易行,适合植物染色体制片。
3核型研究:核型是指染色体组在有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、形态特征的总和。核型研究就是在对染色体进行测量计算的基础上,进行分组、排队、配对,并进行形态分析的过程。杨飞等的报道[18]表明:菘蓝的核型公式为2n=2x=14=10m(2SAT)+4sm,菘蓝核型的对称等级为2A,是一种比较对称的核型。鹿萍[17]报道二倍体染色体数为14条,核型公式为2n=2x=14=14m,四倍体染色体数为28条,核型公式为4n=4x=28=28m。以上研究基本确定了菘蓝染色体的数目、大小及形态特征。
4染色体分析:随着分子细胞遗传学技术的进步,荧光原位杂交技术被广泛应用于染色体识别和分析[19]。45SrDNA和5SrDNA是编码核糖体rRNA的基因,参与构建核糖体,已被作为十字花科核型进化分析及比较基因组学研究的重要细胞学标记[20]。杨飞等[18]为了深入研究菘蓝的分子细胞学特征,以45SrDNA、5SrDNA和端粒序列为探针,对菘蓝有丝分裂中期染色体进行荧光原位杂交实验,建立菘蓝荧光染色体核型。为菘蓝分子细胞遗传图谱的构建提供了必要依据。
扩大实习企业资源,建设合适的实习基地
在建设实习基地的过程中,我们积极和各种企业联系,特别是中小企业,扩大实习企业资源.中小企业管理机制灵活,人才匮乏,对高校师生的实习有着浓厚的兴趣.此外,中小企业相对艰苦的生活和工作条件有利于培养学生吃苦耐劳的工作作风和团结协作的精神,为他们今后的工作打下坚实的基础.
提高对生物技术实习基地建设的重视度
实习基地的建设不是某一个部门的职责,需要充分调动各方面的力量[5].首先,我们要积极呼吁政府制定企业接受实习生实习的各种优惠政策,为企业接受学生实习创造良好的基础.其次,学校应成立专门负责生产实习的机构,加强各专业生产实习基地建设.例如,建立校企合作发展联盟,从校级对实验基地进行规范和管理.尽管我系实习基地建设中得到了学校教务处大力支持和配合,但还缺乏专门的校企发展平台.第三,学校应该制定合适的实习基地建设与管理文件,明确目标、职责以及实习基地建设的各种要求.第四,我系应该结合生物技术专业实际规划好实习基地建设,努力促进其发展.例如,寒山啤酒厂实习基地就是按这样的要求建设的,厂里免费提供食宿,学生可以安心在企业实习,学校也节约了一大笔实习经费.
加强实习指导老师队伍的培养
实习指导教师由学校的带队教师与实习单位参加实习指导的工程技术人员组成[4].学校带队教师主要按照实纲的要求组织实习计划的落实工作,督促学生完成各项实习任务;与实习单位积极配合解决实习中的问题,协调好实习基地双方关系.而实习单位指导教师对实习生的业务学习、生活安排、安全教育等负责.因此,指导教师必须具备高度的事业心和责任感.随着我系领导对实习工作的重视,一支高素质的实习指导教师队伍正在建立起来.例如聘请寒山啤酒厂、洛阳亚洲啤酒有限公司、新春都生物制药厂、九九龄醋厂主抓技术的管理人员作为“双师型”指导教师,来学校做生产工艺及生产管理的报告,并协助做好学生生产实习的组织和管理工作.同时我们要求学生的班主任也参与进来,杜绝学生盲目请假、逃避生产实习.通过院系领导召开实习动员大会,使学生充分认识生产实习在学生专业培养中的重要性[5],通过两年的实习情况分析,取得了良好的实习效果.
加大实习基地建设的资金投入
生物技术实习基地建设需要一定的资金,学校根据实际情况应加大投入.另外,还可以在实验室大胆探索,积极改革,建设校内实习基地;也可以将实践教学内容与周边企业需求结合起来,特别是一些中小企业,自身科研人员缺乏,对和学校合作建立他们企业的研发基地很感兴趣,这样我们就可以利用企业资金,建立校企合作的研发基地,供给学生专业实习.这不但有利于稳定学校与校外实习基地的合作关系,而且有利于学生实践能力的提高.
(一)理念不同
传统的教案强调教学是教师向学生灌输知识的过程,而教学设计强调师生共同发展的过程。
(二)教学目标要求不同
以前的教案强调教学的目的性,要求不能超纲、偏纲,以前上课时也常听教师说这道题超纲了等。这种教案限定了教师创造发挥的余地,设定了学生学习的上限。现在的教学设计则不同,它没有限定上限,教师有了较大的创造发挥的余地,它设定了学习的下限,要求学生具有某些基础知识。
(三)二者的教学分析内容不同
传统的教案更关注如何“教”的问题,侧重教教材,让学生掌握教材的知识点。而教学设计侧重“教什么”的问题,侧重用教材教。
(四)二者教学策略的差别
传统的教案强调知识的传授和记忆,而教学设计则强调学生技能的获得。
(五)二者在教学过程中体现的不同
传统教案的教学过程注重教师传授知识的过程,学生则是被动接受,不能体现出学生学习的积极性。而教学设计在教学过程的安排上注重的是师生互动。因此,我们可以发现,以前的教案与现在的教学设计从各个方面都有了很大的变动与调整。教学设计以学生为主体来安排教学,注重对学生知识和能力的双重培养,对于学生的发展更合适。
二、怎样进行教学设计
(一)前期分析
教学设计的前期分析,包括这节课我们的教学目标是什么,本节课有哪些教学内容,学生的情况等,这些内容我们都要提前做好准备。1.教学目标的制定。制定教学目标就是要解决“我要去哪里”的问题。教学目标以三维教学目标的形式展现。包括知识、技能、情感三维目标。教学目标的行为主体必须是学生而不是教师,教学有没有效益的直接依据是学生有没有获得具体的进步,而不是教师有没有完成任务。教学目标的表达为“通过……的学习能说出……”“通过……的学习能分析归纳……”而不能使用“使学生掌握……”等表达方式。“通过……的”行为动词必须是具体可测量、可评价的。如知道、归纳、列举、感受、参加等。这些教学目标的制定要符合课标要求,体现实际,学生能够达成。同时制定目标尽量使用课标中要求的行为动词。2.教学内容分析。对教学内容的分析要从知识结构和能力结构上进行,要对本节的重难点进行分析。3.基本概念分析。设计教学设计时我们要对本课概念与课标列出的概念的关系进行分析。4.学生情况分析。学生对本节课有联系的知识了解多少,学生对知识的认知特点和规律,学生的实际经验、能力,教师都要进行分析。及所谓的备学生,知己知彼才能百战不殆。要使一堂课获得成功,就要对学生的情况分析透彻。
(二)教学过程的设计
前期分析准备好了,下面就进行教学过程的分析部分。制定教学过程,其中包括教学内容的确定,学习方法的设计,教学方法的选择,如何与媒体整合在一起。教学有法,教无定法,贵在得法。我们先将这一节课的板书设计完成,再根据板书设计完成后面教学过程的设计。在一堂课的实际教学中,首先我们要设计如何导入新课。如,联系生活实际导入,日常生活中蕴含了大量的生物知识和情况,运用这种方法导入增添新鲜感,从而使他们感到课堂活力。如在植物对水分的吸收和利用一课,可以这样导入,菜市场或家庭中新鲜蔬菜放置一段时间后会萎蔫,我们怎样让它新鲜起来,学生会提出方法,喷水或将蔫了的菜放入清水中浸泡,这样教师就会以此为契机引出这堂课的教学。还可运用问题探讨导入,这种方法可活跃学生的思维,如在学习生态系统的能量流动时,可利用课本上的问题探讨。策略一,先吃鸡再吃玉米。策略二,先吃玉米同时用一部分玉米喂鸡,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。问题提出后,学生会热烈地争论,教师给出提示,由于能量沿食物链流动过程中逐渐递减,因而能量相同的食物,动物性食品比例越高,意味着消耗的总能量越多。在调动了学生的学习积极性后切入了这堂课的教学。故事导入,包括科学家的故事,包括本节课的小故事,这种方法对于激发学生的兴趣也是很适应的。总之,教学引语,要起到凝神、起兴、点题三个作用。成功导入新课,就开始这节课的学习了,即师生互动部分,如何来安排这节课的教学,我们运用哪些教学方法,选择哪种教学媒体来辅助教学,在教学中如何突出学生的主体地位,我们都要提前做出安排。目前高中生物教学中比较适用的教学方法有:讲授法、谈话法(及问答法)、实验法、演示法(常用的有实物直观,如活的生物标本;模相直观,如模型、挂图、黑板画、幻灯、电影和录像等,语言直观,语言与直观教具的配合,语言的形象话、讨论法(常用小组讨论法)、探究法(这是目前提倡的学习方法。指在教师引导下学生主动参与到发现问题、寻求答案的过程中,以培养学生解决问题能力的教学活动。不过此方法在实际的教学中往往使授课教师感到时间紧迫,所以在教学中要适当的应用)等,在这部分的教学设计中我们要思考这么设计学生能否与教师形成互动,教师如何运用语言方法让学生更积极主动地回应。教学设计完成后,我们要试行该设计方案,看是否适应所教学生。
三、试行教学设计方案
,并对方案进行评价评价出你的每节课的教学设计的实施结果(对每节课的教学设计及时的修改、补充、完善)写出本节课的教学感想、心得、体会。
四、课堂教学设计的标准
一、问什么
“问什么”是课堂提问成功的前提条件。凡事预则立,问题的设计应从创设问题的情境中给学生以刺激,让学生产生强烈的学习愿望,并与具体的学习目标结合起来。这就要求生物教师一方面要深入钻研教材,抓住教材的重点和难点,在关键处设问,让学生对教材中的关键知识点把握得当,印象深刻;另一方面要求教师要根据教学内容进行有效提问,在教学内容和学生的求知心理之间创设一种矛盾,把学生引入与所提问题有关的情境之中,产生强烈的求知愿望,诱发其探究行为。其次,要求教师在实际教学中,要根据学生的认知水平和理解、应用、分析、综合、评价等认知决策来调节问题的难度,并结合实际生活、学习状况等内容提出新颖的问题。
二、怎样问
发问的过程是实现提问目的的关键因素,教师应从以下三个方面来把握好这个环节。
1. 选准时机,设疑发问
教师应在学生“心求通而未得,口欲言而未能”之时发问,并抓住时机及时引发,让每一名学生都能认真思考。
2. 问题明确,面向全体
教师在陈述问题时语言要简明易懂,语速适中,表达清晰。所提出的问题要面向全体学生,把回答的机会要均匀地分配给每一名学生,切忌只为了满足成绩好的学生,而冷落了其他同学。
3. 分析引导,评价总结
分析引导就是当学生对问题作出回答时,教师在头脑中对此迅速作出分析判断,从而作出相应的措施。教师对于学生的答案要进行分析评价,补充纠正及思路指导,引导学生的思维活动,对学生不完善的回答要找出原因,给予适当的提示和点拨,使答案系统化和合理化,从而培养学生的良好思维习惯。
三、如何问
一般来说,课堂提问有回忆性提问、理解性提问、运用性提问、分析性提问、综合性提问等主要形式。教师要根据不同的教学目标设计相应的问题,安排好提问的类型及顺序。
1. 回忆性提问
学生靠回忆或观察即可解答的提问。一般用在课的开始,是学生回忆所学过的概念或事实,为学习新知识提供材料。这类问题比较简单,学生无需进行深刻的思考,一般多是集体回答。
2. 理解性提问
要求学生对已学过的知识进行回忆、解释或重新组合才能解答的提问。一般多用于对所学知识与技能的检查,了解学生是否理解了教学内容。理解性提问要求学生用自己的话对事实、事件进行描述或进行对比,达到更深入的理解。通过理解性提问,可将学生所学知识串联起来形成知识系统,并掌握所学知识在整个知识体系中的地位与作用,从而将新知识纳入已形成的认知结构中。
3. 运用性提问
运用性提问是建立一个简单的问题情境,让学生运用新获得的知识和回忆过去所学的知识来解决新的问题。它常用于某个概念或原理的学习之后,教师提供新的学习情境,让学生依据概念的内涵和外延进行判断,以加深对新概念的理解。如学习了“开花和传粉”教学之后,提问:“我们往往发现玉米棒的尖端秃了一段,或是有缺粒的,有瘪粒的。就你现在所学的生物学知识你将做如何解释?”又如,用根毛吸水的道理说明“植物在盐碱地上为什么长不好”等问题。通过知识的反馈和运用,既能达到巩固所学内容的目的,又能收到透彻理解和系统掌握的效果。
4. 分析性提问
为了掌握复杂事物与现象的特点,常常将其剖析为若干部分,并探索各部分之间的联系及其结构组合。其目的是让学生获得科学知识的同时,学会分析问题的思路与方法。分析性提问一般包括对某个事件中构成要素的分析提问,各要素之间和各部分之间主要关系的分析提问。如回答“家鸽的肌肉和骨骼、消化系统和呼吸系统各有哪些与飞翔生活相适应的特点?”就需要学生能够组织自己的思想、观点,寻找依据,进行较高级的思维活动,即运用创造性思维来解决问题。分析性提问要求学生识别条件与原因,或者找出条件之间、原因与结果之间的关系。这就要求学生能组织自己的思想,寻找根据,进行解释和鉴别,进行较高级的思维活动。
5. 综合性提问
综合性提问要求学生在教师的指导下,对已有材料进行分析,综合得出其结论。课堂教学不仅应具备将整体分解为部分,并分析各部分特点的能力,还要把分析的结果联系起来,对事物的特征形成一个完整的印象,分析的最终目的是综合。例如,“森林对人类有什么重要意义?”这就需要学生运用已有的生物学、生态学和地理学等基础知识,分析和理解森林在环境保护中如水土保持、防风固沙、涵养水源、调节气候等方面的作用,才能从理论和事实上指出,保护森林对确保国家生态环境优越和破坏森林对人类带来的恶果。因此,要大力开展植树造林,防止森林火灾,合理砍伐和利用木材。综合性提问的问题要能激发学生的想象力和创造力,通过对综合性问题的回答,学生需要在脑海中迅速地检索与问题有关的知识,对这些问题进行分析综合得出新的结论,其有利于学生能力的培养。
(一)教师应通过积极主动的学习和应用,不断加深对信息技术的认识我认为,要想实现信息技术和生物学科的“整合”,教师首先要对信息技术有一个全面的认识,至少每一位教师要能熟练使用电脑,平时要经常主动上网搜集各种与生物学科相关的信息资料来丰富自己的课堂教学资源,并结合课堂教学内容经常动手制作PPT、FLASH、AUTHWARE等,还要积极学习和掌握电脑的多种应用手段,在不断尝试中将其变成自己生活的一部分。
(二)对信息技术与课堂教学整合的理解“整合”实际上是一种课堂教学中呈现出来的状态,或是效果,每一节课都有具体的任务,都有一定的教学目标。在信息技术的强大功能面前,教学不能退居于后,成为次要部分,无论如何,教学都是首要内容,教学目标的达成,学生获得的学习结果,都是第一位的东西。利用信息技术的强大功能去实现课堂教学的目标是必要的,但信息技术从属于课堂教学的地位也是必然的。若信息技术能在教学过程最需要的时刻发挥作用,非常自然真实地成为教学过程中一个环节、一个步骤、一段过程……,这样状态下的课堂教学,就成为一种整合状态,它所达到的效果是我们所追求的课堂教学效果,此刻很难说是教学还是信息技术在起决定性作用,因为它们之间不分彼此,已经完全融为一体,也就整合在一起了。
(三)信息技术在生物课堂教学中的应用1.将微观世界或宏观现象通过视频、动画、声音、图片等形式展现在学生面前,加强了教学的直观性,激发学生学习的兴趣,有利于揭示事物本质,使抽象事物具体化。同时运用信息技术还可以刺激学生的视、听、看等多种感官,如用形象生动的图像信号吸引学生的视觉,用音响适中、悦耳精炼的语言信号吸引学生的听觉,特别是电教媒体的特技效果突破了信息传递中的时间和空间的限制,使学生能直观地看到宏观世界、微观世界、远方或过去的事物,使信息通道得到了无限的延伸和扩展。2.关注全体、分层教学、因材施教,从而激发学生学习兴趣,改变学生对学习的倦怠心理,提高学习效率。例如:在学生做题时,可以运用PPT打出不同难度的题,教师通过活动让不同层次的学生参与其中,这样既关注了全体,又达到了分层教学,同时也照顾了学困生的自尊心,起到了一举两得的作用。
二、在实践中发现的一些问题
在信息技术与生物学科整合的实践过程中,我有过困惑,总结过经验教训,主要表现在以下几个方面:
(一)在课堂教学中不能盲目突出信息技术在实际教学中,不能片面追求效果的最优化,不分课型、内容,不顾实际教学需要,盲目使用各种媒体。信息技术只是一种教学工具或教学手段,如果利用得当,它就可以推动教学改革,提高教学质量;如果没有正确认识信息技术,那么素材、课件等就会变为教师的“电灌”工具。我们如果片面夸大信息技术的效果,排斥传统的教学手段和方法,如以电子板书替代传统板书,或是本应使用实物、模型、挂图等常规教具的情况下,一味使用多媒体技术,就会搞得学生视觉疲劳,失去了观看的兴趣。长此以往,不但会影响信息技术的使用效果,而且还会事倍功半。因此,我们在使用信息技术时,应注意时间长短适中,信息适量,媒体搭配合理、有序、适当,而且要根据不同年龄特点的学生及教学内容需要选择不同的信息技术手段,内容、设计上不应过于花哨,以免分散学生的注意力。
(二)使用信息技术时,应处理好教师、学生、教材的关系“教师是主导,学生是主体”。我想,不论在传统的教学模式中还是在信息技术环境下,都不能忽视教师的主导作用和学生的主体地位。在新型的课堂教学中学生应在教师的引导下适当地通过各种媒介进行自主探究、合作交流、主动质疑等来提高判断事物、解决问题的能力,培养良好的思维习惯。同时教师也能对课堂收放自如,只有这样才能达到信息技术与课程整合高效性。但大家要注意的是在使用信息技术时不能忽视教材,脱离教材,因为教材承载了当节课的教学内容、学习任务。
1.如何尽快地把学生引进门。
把学生引进门很关键,直接关系到学生对这门课程的兴趣问题和学生对这门课程学习的主观能动性。所以要设法对生物统计这门课程的每一个知识点进行形象的归纳概括,找出规律性的解决问题的办法,用学生易懂的语言进行。
2.如何应用到具体实践。
学习生物统计的主要目的就是把这门课程应用于实践。那么如何应用就显得很关键。一个好的办法是通过合适的案例分析来阐述如何进行试验课题设计和统计分析,如何应用统计分析的结果找出规律性的认识或应用于具体实践。
3.如何把手算和电脑软件分析运算具体结合起来。
生物统计中的手动计算和软件计算都很重要,但是如何把二者有效结合呢?因为这关系到对这门课程的理解及把握和利用现代分析软件的分析应用问题。拟设想的办法就是对于刚开始学习生物统计学和对于不复杂的统计计算就利用手动计算,让学生切实把握统计分析的具体过程,有些统计分析过程计算太复杂,但是原理并不复杂,这时我们最好借助软件来进行统计分析而节省大量的时间来做更重要的事情。
二、实施生物统计学课程的教学改革
1.教学内容的有所为与有所不为。
目前教学改革的目的是要发挥学生的主观能动性,所以要尽可能多地把一些基础内容如实验数据的整理与特征数留给学生自学,教师可不讲,但是教师要安排相应的习题让学生在自学时加以回答,因为带着问题的学习效果会更好。但是对于核心的内容如假设检验、方差分析、回归与相关分析、食品学科基本的试验设计的一般步骤和方法、试验设计实施结果的统计分析等,这些内容必须着力讲述,重点阐述基本概念和基本原理,重点掌握生物统计方法在食品学科中的功能与用途、方法与步骤,让学生把握其内在规律,提高学生解决复杂问题的水平;而对于定理的证明与公式的推导这方面不需要大花时间,因为笔者觉得这方面的内容实际上就是数学变换,可以留给学生在课下自学,教师有选择性地重点讲解结合学生课下的自主学习,可让学生更快地步入生物统计学世界。而对于难点问题和复杂问题,则也主要靠教师的讲述学生才可能把握,不过该怎么讲呢?笔者觉得最简单的方法是把一个难点问题、复杂的问题分解成若干简单的问题,那么这个复杂的问题也就变得简单了,学生也更易把握了。如方差分析这一部分看起来很难也很复杂,但是如果把其分解成平方和的求解、自由度的求解、方差的求解、F检验和多重比较这几部分,也就不难把握这部分内容了。
2.注重食品学科中生物统计案例讲解,理论结合实践。
每年食品学科的科研和生产实践都会有不少新成果,这些成果的取得大多是在统计学的指导下取得的,那么教师可通过具体的案例分析来探索这些成绩是如何取得的,激起学生的兴趣。对于一些入门的基础知识可以多讲,而对于入门之后的一些很复杂的计算应少讲,只要告诉学生基本的分析过程和如何应用有关统计分析软件来进行求解即可。
3.教学手段多样化。
以现代的幻灯片课件教学为主,同时辅以传统的黑板板书。对于容易把握的知识,可以用幻灯片课件教学。而对于难点、关键点和学生的疑问解答,最好把幻灯片和板书结合起来,因为板书更随意,可以最大程度结合上课的具体情况发挥教师的随机应变能力,可依据具体情况而变动,这样也易使课堂气氛活跃,学生印象亦会深刻得多。
4.实现教学内容资源的数字化。
充分利用现代先进的数字化技术,制作合适的教学大纲、教学多媒体课件、习题和参考答案、教学案例等,并把这些内容挂网,以方便学生的课下学习。
5.手动练习和软件应用相结合。
对于刚刚开始学习生物统计学的学生来说,加强手动练习是引领它们快速入门的一个好方法。手动练习可加强学生的理解能力,把握解决基础的典型的统计分析和试验设计的一般程序。但是随着学习的不断深入,手动计算会越来越复杂,不过基本的统计分析过程是类似的,这时就有必要借助软件来分析和解决统计分析问题。软件可以用来分析统计分析问题,也可用来进行试验设计,学生应该先掌握一些权威统计分析软件如SPSS和试验设计软件Design-expert的一些最基本的用法。
三、结语
如教学目标不明确、教学重点不突出、教学方法不得当、不注重教学实效、为电教而电教等。这些问题的出现,带有一定的普遍性,其主要原因是教师对课堂电化教学的设计缺乏必要的研究。为此,笔者就生物课堂电化教学的设计问题谈些粗浅的认识。
一、整体考虑课堂电化教学的总目标
教学设计就是应用系统的方法研究教学问题和要求,确立解决问题的方法和步骤,并对教学结果作出评价的一种过程与操作程序。课堂电化教学设计从属于教学设计,但与教学设计又有所不同,主要是课堂教学中介入了电教媒体,所以教师在进行教学设计时,应着眼于从整体上考虑课堂电化教学最优化这个总目标。
课堂电化教学即借助于现代教学媒体并结合传统教学媒体、应用系统的方法研究课堂教学最优化的一种教学形式。最优化教学其实是教师所期望的一个理想目标,生物教学实践表明,教师进行课堂电化教学并不一定都能获得最优化的教学效果,这也是相对而言的。要实现课堂电化教学最优化的目标,是有一定条件的。首先,教师要具有较好的教学基本素质、教学能力等。因为课堂电化教学效果的优劣,主要取决于教师教学水平的高低,否则就难以实现教学最优化的目标。
其次,课堂电化教学也不是每堂课都能进行的,因为中学生物学科配套的音像教材,并不是每个章节的内容都配有的。因此是否进行电化教学,这就要进行具体的分析与研究,根据教学实际需要而定。教师在进行课堂电化教学的设计时,无论选择哪些教学媒体、采用何种教学方法,都应从整体上考虑教学最优化这个总目标。如果不从整体上去考虑,而是从局部去考虑,那么就较难取得最优教学的效果。
二、教学目标的分析与确定
教学目标是教学的出发点和归宿,是教师对学生达到的学习成果或最终行为的明确阐述。一切教学活动都是围绕教学目标来进行和展开的。就其本身而言,它具备支配教学实践活动的内在规定性,起着支配和指导教学过程的作用,也是教师进行课堂电化教学设计的基本依据。教学目标的分析与确定是教学设计的起点,它首先确定教学对学生学习内容所达水平程度的期望,使教学有明确的方向;其次它给教学任务是否完成提供测量和评价的标准。
美国著名心理学家布鲁姆(B.S.Bloom)等人把人类学习分为三个主要的领域,即认知领域、情感领域和动作技能领域。我国中学生物教学的教学目标的分类,主要是根据布鲁姆等人的分类方法来分类的。生物学科也同样包括这三个领域,由于《生物学科课程标准》里只规定了认知领域和动作技能领域的教学目标,因而在实际教学中,教师往往只注意认知领域和动作技能领域的教学目标,比较忽视情感领域的教学目标。那么在课堂电化教学设计时,教师如何来分析与确定教学目标呢?应从哪些方面去考虑呢?首先,教师应处理好《生物学科课程标准》里规定的学科教学目标与章节教学目标的关系。学科教学目标是宏观的教学目标,它“统帅”章节教学目标;而章节教学目标是微观的教学目标,它受宏观教学目标的制约。生物教师在分析与确定教学目标(章节教学目标)时,既要考虑《生物学科课程标准》里规定的教学目标,又要考虑教学内容的深浅及学生原来的学习基矗其次,教师应处理好全体与个别的关系。教师确定教学目标的等级时,既要面向全体学生,又要考虑学生之间的个体差异。《生物学科课程标准》里规定的章节教学目标是面向全体学生的,所以教师在确定实际教学目标时,要充分考虑学生之间的个体差异,认真加以分析,不能机械地照搬。教师在分析与确定教学目标的过程中,如果能根据《生物学科课程标准》所规定的教学日标、教学内容及学生的学习实际情况,无疑为实现生物教学最优化的目标创造了可能的条件。
三、教学策略的制定与媒体的选择
教学策略是指为了达到预期的教学目标而制定的教学的程序与方法、媒体的选择与优化组合等。教学策略是根据教学目标来设计和确定的。教师制定的教学策略必须为实现教学目标服务,所以教学策略的制定是课堂电化教学设计的重要环节之一。在制定教学策略与选择教学媒体时,教师应重点考虑如何通过教学策略的制定,尽可能地发挥电教媒体的技术优势,并与传统教学媒体有机地结合,优化课堂教学结构,在规定的时间取得最佳的教学效果。
教学内容的改革
以往的生物化学实验课程多采用单个小实验(每次实验只测定1个生化指标)的教学方式进行,学生多数按照实验流程机械地操作,过多地依赖于教师的讲授,实验内容之间联系较少,且多为验证性实验,学生在实验过程中缺少主动性。这种传统的实验内容和实验教学方式不利于学生综合应用和创新能力的培养,因而不能适应21世纪人才培养的需要。与以往的单一实验相比,改革后对实验内容进行了整合,将多个小实验整合为一个综合性实验(表1)。与传统的验证性实验相比,整合性实验是指在教学安排上综合多项实验内容或运用多种实验方法的实验,对学生进行基本操作的综合训练,使学生将所学知识和技能综合应用,提高他们分析问题和解决问题的能力;要求学生查阅文献资料,应用所学的理论和实验技术拟定方案并完成,这种实验有利于培养学生初步的科研能力和创新精神。综合性实验打破了传统的实验思路,突出了学生的主体地位,有助于培养学生的科研思维,提高学生的创新能力。
教学方式的改革
1传统实验教学方法存在的主要问题
传统的生物化学实验以验证性实验为主,在实验中同时应用几种简单的实验技术,这种强调传授知识的思路能起到巩固理论知识的作用,但在创新能力培养方面略显不足,不利于学生综合技能的开发与提高。在教学模式上,完全以教师为主体进行机械的“填鸭式”教学。根据实验教材,教师就实验原理、操作步骤、仪器应用、实验结果、计算方法等逐一讲解。学生完全根据教师所讲或教材所示机械性地操作,很少开动脑筋去研究实验原理、方法、过程和技巧,更不用说根据实验原理及操作步骤找出问题的原因和解决问题的方法。
相对而言,生物属于一门偏重于自然科学的学科,很多教学内容都是需要以学生的感性理解为基础的。然而现实中,很多学生对于自然界具体的生物特征及其一些生活习性却往往缺少最直观的、感性的理解认识,从而导致学生对于生物仅仅具有一种模糊的感觉,很难继续深入探讨学习。教师要克服这些教学弊端,就必须把抽象的、间接的、微观的知识概念,通过有效转化,能够及时运用多媒体进行形象展示,使其直接地呈现在学生面前。这里,还需要教师能够吃透教材,善于以教材为点,通过网络搜集资源,灵活利用多媒体进行知识整合,从而让间接的变成直接的,微观的变成直观的。例如,在学习“观察草履虫的形态结构和生活”时,由于学生对草履虫不太了解,教师可以先用多媒体播放草履虫的外形以及它的活动视频,让学生直接感知。对于学生较难理解的草履虫形态结构,教师可以先通过多媒体放大草履虫外形让学生观察,然后再用显微镜来观察、对比,从而理解细胞的具体结构。又比如细胞分裂,即便用显微镜观察,学生也很难发现。过去仅仅依靠教材的文字描述来理解,让学生直接背诵理解,这有点形而上学;然而现在却可以通过多媒体的呈现,将细胞分裂过程通过“慢镜头”慢慢呈现,从而让抽象的知识变得更加直观。再比如,学习“动物栖息地的保护”这一章节,如果仅仅靠说教,让学生明白这些濒临灭绝动物的现状确实有点困难,但是通过多媒体的呈现,可以使学生了解东北虎、大熊猫等濒临灭绝动物的生存状况,了解环境的破坏对这些动物造成了多么大的影响。这样通过演示对比加深学生对这一章节内容的印象,从而唤起他们对大自然、对动物的保护意识。
二、有效展示,巧用多媒体进行重难点突破
对于生物学科来说,生物的生理功能往往是教学的重点,也是难点。依靠传统的讲解说教,教师不仅感到很辛苦,而且还会事倍功半。毕竟学生缺少感性认识,对此理解自然非常困难,甚至还有可能在一定程度上产生畏难情绪。在具体教学过程中引进多媒体技术,利用快捷、直观、形象的动画展示,以及具体生动的文字解说,不仅图文并茂,可以使比较复杂的生理结构变得具体化、形象化,而且还能最大限度地激发学生兴趣,突破教学重难点自然也就变得非常容易了。另外,引进多媒体,通过人机对话、人机互动,乃至情境再现的形式,还可以丰富教学环节与教学内容,优化教学环境,从而最大限度发挥学生的主观能动性。例如,组织学生观察“鱼是怎么呼吸的”。如果单靠教师说,或者出示实物,让学生去想象是有点困难,自然理解也就很难到位。这里,教师可以把鱼的呼吸过程制作成动画,可以把鱼的呼吸道的有关位置、具体部位,以及颜色变化等,都通过动画形式展现出来。针对重点部分,比如腮,教师还可以放大,引导学生观察其颜色、形状以及具体作用;针对细微部分,比如腮丝,教师可以截取,再次放大,引导学生观察血管,用动画形式表示水的流动方向,空气的行径路线等,甚至还可以用动画展现氧与二氧化碳在腮血管里进行交换的过程。这样学生边看、边听教师讲解,边思考、边分析,就会明白鱼鳃为啥是红色的,水中的氧是怎样在鱼鳃中进行交换的。利用多媒体教学,学生对鱼的呼吸也就有了进一步的认识。“光合作用”的教学也是如此。教材是把这一内容分别安排在三个章节里,并且安排了三个实验,分别来说明原料、条件以及产物等。虽然在一定程度上分解了难度,让教师便于教、学生便于学,但是如果用多媒体动画来展示,则可以一节课完成,并且学生也容易理解。比如,通过“天竺葵的绿叶在光下制造有机物”这一个演示实验就可以证明光合作用的具体生成物是淀粉,而光则是必须的条件。这样既节省了时间,更重要的是让复杂的内容变得简单。
三、有效呈现,善用多媒体进行直观化教学
生物学科中,具体的生理进化过程比较缓慢、比较细微,甚至抽象,而学生的思维往往是直观的、具体的。比如,血液的流动、呼吸、细胞的变化等,相对而言,属于微观,学生理解起来有一定的难度。但是,通过多媒体的运用可以让微观变得宏观,可以让静态缓慢变得动画而直接。因此,教师在整合多媒体运用的过程中,也需要精心选择图片,精心选择音乐,甚至还需要设计每张图片的播放形式,从而让整个播放过程与生理过程趋于一致。这样,有效的动态呈现过程,不仅给学生带来知识,更重要的是一种美的享受。此外,教师在选择图片时还需注意图片的科学性,图片线条要清晰、色彩要柔和、比例要大致相当,从而在整体上给学生营造一种和谐的美。通过教师精心的准备,推动多媒体教学更直观形象。例如,“血液循环”这一章节的教学。过去,有很多教师喜欢直接讲解,或者干脆让学生进行背诵。虽然也有教学重点,但是由于教学内容比较枯燥又比较抽象,导致学生提不起兴趣。而现在这一教学过程中,利用多媒体,既能清晰呈现整个血液的流动过程和心脏的跳动过程,也能激发学生兴趣,增加他们的感性认识,使枯燥的知识变得富有情趣。教学中,教师可以出具心脏模型,提出问题,让学生思考血液先经过那个心室,后流经哪里。然后,通过多媒体呈现,用光点先把“腔”进行强化,接着再强化“瓣膜”。在整个过程中,还可以用血管与腔联系,分别用不同的颜色进行强化。教师还可以强化“心脏”,通过多媒体呈现心跳的动画。在具体的演示过程中,教师还可以根据内容进行时间控制。可以边讲解边显示,一来让学生在具体形象中巩固知识,二来激发学生兴趣,让学生乐于接受,从而让学生快乐学习。结果显示,利用多媒体教学,85%的学生能够通过回忆画出血液循环图,90%的学生能够具体描述血液循环内容。
四、结语
教学重难点的处理直接关系到学生的理解程度,关系着教学的成败。重点是学习其他知识的基础,而难点则是基于学生现状,理解起来较为困难的;不管是重点还是难点,仅仅依靠教师单纯的语言描述或是阅读教材都是难以理解的,学生往往只是死记硬背,而根本没有理解,无法运用,无法用于解决现实问题。这一直是传统教学的最大“瓶颈”,是教师最为头疼的问题。现代信息技术可以跨越时空的限制,直观、形象而动态地呈现知识,利用自身的特殊效果来将学生的思维与注意力引向教学重难点。尤其对于一些难点问题,现代信息技术可以利用自身强大的优势,化抽象为形象、化静态为动态,化无形为有形、化微观为宏观,将文字描述的知识点变成活的物体与场景,这样更能在学生的形象思维与抽象的知识间搭建桥梁,缩短由形象思维发展到抽象思维的距离,加强学生的理解,有效地突出重点、突破难点。
二、运用现代信息技术增大课堂容量
传统教学中以语言描述、黑板板书为传递信息的主要方式,费时费力,教师教学负担沉重,但整个课堂教学密度与课堂容量非常小,如何在有限的时间内尽可能多地实现知识的互动呢?现代信息技术实现了输出方式的多元化,正是进行高密度的知识传授,大信息量的优化处理的重要手段。首先,教师可以提前将所要讲述的内容存储于电脑,课上只要进行相应的操作,就可以将所要讲解的内容图文并茂地呈现出来,将教师从繁重的板书中解脱出来,教师就可以有更多的时间来与学生进行互动探究,从而能在有限的时间内尽可能多地来传递信息。其次,表现手段多元,扩大信息输出量。现代信息技术以图片、文字、音频、视频等来传递信息,这使得信息的种类更为多元,内容更为丰富。1.图片。众所周知,图形不是语言,但是却比语言更加直观、更加形象,更能吸引学生的注意力,同时还包含着更多更丰富的信息,甚至可以传递许多语言所不能表达与描述的信息。2.动画。动画将图片与文字结合在一起,并能够利用图形的缩放、移动、颜色的渐变等一些特殊效果来集中展现,更加生动,富有动态感。现代信息技术都可以充分利用图形、动画等来将学生带入图文并茂、声像俱全、动静结合的教学情境中,这正是增大知识密度、扩大课堂容量的重要手段。
三、运用现代信息技术丰富教学内容
生物学科是一门研究人类生产生活的生命学科,其内容广泛,跨越度大,小到细胞大到生物全部都是生物学科的研究对象,可以说只要有生命存在的地方就有生命研究。这决定了我们的生物教学不能只是就教材讲教材,而是要践行新课改所倡导的大教学观,将教学的触角延伸到无限的生命空间。生物学科既然是研究生命运动的,其传递信息的方式就不仅是文字以及插图,还有更为丰富的表现形式。现代信息技术不仅有强大的互联网为依托,同时还具有强大的综合功能与表现效果,可以实现多种教学资源的优化与重组,开发出以教材为中心的多种资源的整合,极大地丰富教学内容,让我们的生物教学与社会接轨,与世界同步。如我们可以将当今全世界人类所面对的人口、资源、环境、粮食等话题以图文声像地形式引入课题,让学生真正学到有用的生物知识,能够更深刻地认识到生物学科与人类息息相关。
四、运用现代信息技术更能全面实现因材施教
学生存在一定的差异,这是客观事实。在传统教学中这是教学的最大问题,但是在现代教学中这却正是教学的重要资源。学生有着鲜明的个性,促进学生富有个性的成长,引导学生展开富有个性的学习,这正是新课程改革的重要理念。现代信息技术具有很强的交互性,信息量大,处理速度快,可以为学生提供个别化的学习环境,让学生根据自己的基础知识、接受水平来选取适合自己的学习方法、学习进度与难易程度,更能真正实现因材施教。处于这样的学习环境与学习模式之中,更能突出学生学习的主体性,展现学生不同的学习个性,让每个学生都可以基于自身基础选择最为合适的方法展开自主学习,使得学习更加贴近学生的最近发展区,更能促进学生自身的全面发展。
五、运用现代信息技术模拟实验展现学科魅力
微世界为学生提供了“做”中学的环境,学生可操纵模拟环境中的对象,构建自己的实验体验,参与测试实验系统的行为。微世界一般的活动结构包括了创设有趣的情境、探究、解释、应用、评价等内容,最主要的活动部分是通过操作进行互动探究的活动。互动性是微世界的特点之一,通过人机交互、生生交互让孩子掌握观察、设计实验、实验操作、收集数据等探究技能。以“光合作用”概念为例,由于光合作用发生的过程,是一个微观、复杂的过程,肉眼很难观察到光合作用吸收二氧化碳释放出氧气,因此可以用光合作用的微世界进行教学,整个教学流程及学生学习行为参与过程(如图2所示)。光合作用微世界目的是让学生通过利用传感器进行光合作用的模拟实验,建构关于绿色植物通过光合作用制作有机物,吸收二氧化碳释放出氧气的概念,并在建构概念的过程中掌握对照实验设计与实施的探究技能。光合作用微世界的活动内容结构如下表1所示。又如美国科罗拉多大学(UniversityofColorado.)开发的交互仿真虚拟实验微世界(phet.colorado.edu/zh_TW/),网站里很多生物、物理、地理等学科领域的微世界资源。其设计理念是通过互动探究的实验,让学生掌握探究的技能并深刻理解概念或现象。例如支撑自然选择的概念认知,微世界创设了一个草原情境,通过一些按钮操作能够选择和控制草原上的动物、植物的种类、环境类型以及兔子的性状等,然后学生可以通过图表看到动植物数量的变化,从而了解自然选择的过程。再如生态平衡的微世界,通过学生动手参与探究活动,控制草原上动植物的数量,发现生物之间的密切关系,在多次尝试设置不同生物数量的活动中建立起能够维持生态平衡的数量关系,从而理解保持动植物数量一定是维持生态平衡的关键。总而言之,微世界为学生提供了体验式的学习环境,让学生在“做”中学,掌握解决问题的探究技能,促进学生有效的学习。
二、思维参与——利用微世界促进学生高阶思维的发展
学生参与探究的过程,也是思维活动的过程。课程改革非常强调学生高阶思维的发展,这也是课堂教学的重要方面。根据布卢姆的目标分类学,高阶思维是在目标分类学高层次的认知过程,如分析、评价、创造属于较高水平层次的能力。根据斯滕伯格的思维理论,思维有分析性思维、创造性思维和使用性思维。微世界的探索活动需要学生高阶思维的参与,如作出假设、推理结论、分析数据、生成新问题、解决复杂问题等思维能力,因此微世界在一定程度上成为促进学生高阶思维发展的有效途径。例如光合作用微世界的思维参与过程如下(如图4):1.促进学生探究推理能力的发展运用适当的技术可以来支持学生学习,微世界提供的活动,凸显在能够培养学生的探究推理能力。微世界提供的探究环境一步步引导学生深入思考,帮助学生将思维集中关注高层次的认知过程,脱离低层次的计算,可以帮助学生建模并可视化思维过程。微世界的实验操作是理想化的,减少了很多的其他因素对学生的干扰,让学生的思考更加集中和深入。同时实验的操作过程可以重复和再现,学生在有层次的整个实验过程中、实验后的数据和图表中、评价中运用推理能力帮助建构概念。例如在微世界中的反馈和评估项目,设置不同层次的练习,从这些练习中可以培养和检测学生的探究推理能力。如下面的题目(如图4),学生在探究光合作用后,让学生分析哪种情况下水草的寿命最长。该题,需要学生运用推理分析能力及光合作用的概念解决问题。答案是D的水草,因为光合作用需要光、二氧化碳和在叶绿素下进行,然后光合作用释放出氧气。而在A、B项中缺乏光照,C缺乏二氧化碳。通过整个微世界的各个活动能够有效提升学生的探究推理能力。2.促进学生分析科学数据能力的发展微世界的实验数据常以图表的形式出现,图表能够直观展现变量与变量之间的关系,一个变量变化另一个变量发生的相应变化的情况。通过识别图表和分析数据培养学生的分析性思维能力。实验中收集资料,有利于学生养成严谨的科学态度和良好习惯。实验后需要对这资料数据信息进行分析和说明,在微世界中,会通过各种数据表整理数据,用图表来解释事物整体格局、发展趋势并通过证据建构和解释概念。例如在生态平衡的微世界里,通过草原上植物、兔子和狼的数量变化的图表,让学生分析一段时间内动植物之间的关系,及要维持生态平衡的条件(如表2、图6)。还通过数据可以让学生对未来草原上植物、兔子和狼的数量变化进行推测(如表2的数据),可以看出狼灭绝了,兔子数量增加,草不断减少;进而理解如果持续下去那么草会被兔子吃完,而兔子因缺乏食物而无法繁衍下去,最终导致生态失衡。图表还是培养学生预测、假设等创新思维能力的重要工具。学生可以通过它来研究分析对象的发展趋势并作出预测。从图表中观察到植物、兔子、狼在这30.8年间的数量变化,可以帮助学生推测分析时间与动植物数量变化的趋势,根据动植物之间数量变化的关系,预测这个生态系统是否能够持久达到生态平衡的状态。
三、情感参与——利用微世界激发学生的探究兴趣
培养学生对学科的兴趣是义务教育阶段科学教育的核心目标。为提高学生的情境兴趣和探究欲望,微世界会设计成游戏的模式,并在设计学习任务上体现多样性、新奇性、活泼性和挑战性。学生如果能够顺利完成一个挑战,掌握一个技能、创造一个作品,就能够给学生带来较大的成就感,从而激发学生的学习兴趣。例如在生态平衡的微世界,其任务的设计是有挑战性的,即让学生设置植物、兔子和狼的数量,看能否使生物能够保持平衡更加长久(如图7)。在界面中有评价如“游戏结束,你的分数是34分……,你能做什么去消除这种不稳定呢这些有挑战性的任务都能够激发学生不断探索。又如在探究人的膳食平衡概念时,有一个饮食与运动的微世界(如图8),设计了人的肥胖程度与食物、运动关系的有趣任务。如果你挑选的食物含卡路里过高,而且运动量过少,就会很快肥胖起来(如图8左边的人形象发生变化),直观有趣地展现饮食平衡与适量运动对健康的重要性,会让学生对膳食平衡、运动有更深刻的理解。兴趣是最好的老师,当学生喜欢开展各项生物探究活动时,他们将对生物学科投入更多的精力和时间,形成对生物学的高度热情,或为将来会成为生物方面的专家、一生从事生物研究工作打下基础。