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科学前沿范例在《动物学》课堂应用

已有 2860 次阅读 2016-3-5 15:42 |系统分类:教学心得

在开展教学活动中,我们尝试了多种方式的教学改革,如将构建的新教具(如标本)引入教学,以网络为中心的教学模式等等,这些均不能有效的吸引大学生的注意力;近年来,在设计教学活动时,通过紧跟科学前沿成果,以建立科研兴趣小组的形式,利用小型代表动物或模式动物为实验材料,设立小型的科研探索项目,引导学生进行动物学研究,解释或重建科学研究成果。然后将兴趣小组的研究过程反馈到课堂教学,带动全班同学自觉应用《动物学》知识要点,积极开展科研活动,最终掌握所学知识。

在教授扁形动物的涡虫的既具有细胞外消化又具有细胞内消化的特点时[1,7],我们给学生讲解细胞内消化,在课本上仅仅几个字解释了细胞内消化。当饵料(既可是有机颗粒,也可是微生物如细菌)通过涡虫的咽进到肠道,一部分被肠道上皮细胞分泌的消化液直接在肠道内消化成小分子被吸收;一部分饵料被肠道细胞吞噬,在细胞内与溶酶体融合形成食物泡,通常细胞内消化的能力较强。如何让学生理解就是一个比较难的问题,因此,我们通过饲养东亚三角真涡虫,参考相关研究资料,设计了一个小型的实验[2],首先将涡虫饥饿3-4天,将转染了pEGFP-C1质粒的大肠杆菌TOPO10,直接饲喂涡虫(并不是利用传统的转染质粒或者病毒转导的方法),结果在荧光显微镜下观察涡虫呈现绿色荧光。学生一下子被这一现象所吸引,探究其中奥妙的好奇心一下子被激活。在教师的指导下,学生很快就能知道其中的原理。

在实验结果展示后,教师进一步提问利用本实验我们可以做那些科学研究,这一问题的提出是很关键一个环节。我们通过引导学生,联系涡虫的再生现象,是否通过对重要的调控基因进行干扰或者敲除,来研究该基因是否与涡虫的再生?在提问的过程中教师通过另一个研究结果来引导学生。利用上述实验方法,通过给涡虫饲喂含有shRNA质粒的大肠杆菌将β-catenin基因下调表达,当我们将这一涡虫的身体任意部位切开时,几天以后,在解剖镜下,可观察到在这个切口处长出了涡虫的头,如果将涡虫身体剪n个口,则会从剪开的切口处长出n个头。这一实验结果显示,β-catenin可能与涡虫的损伤部位极性修复有关[3]教师还可提出有关极性的问题,当切断涡虫身体,为什么原来长头的一端仍然长出头部而不是尾部?层出不穷的问题能激发学生的好奇心和探究科学现象的兴趣;进一步引导学生在所学的知识中去寻找答案,激发学生对课本的兴趣。

在讲解两栖类脂肪体的功能时,课本上介绍在雌雄生殖腺的前方,均有一簇黄色的指状的脂肪体,内含有大量的脂肪以供生殖细胞的营养,脂肪体的大小与生殖季节有关[17]。如果仅仅照本宣科的给学生讲一讲,在学生心目中不会有什么印象,因此,我们通过解剖蟾蜍,发现一定时间的脂肪体大小形态差异较大,结合收集到的不同季节的蟾蜍的内部解剖标本进行比较,对蟾蜍的脂肪体有了直观的认识,此时,教师向学生提问,是不是有尾类的也是这样的呢?结果我们解剖大鲵(人工养殖子4代大鲵)发现脂肪体呈现椭圆形。表明不同的两栖类脂肪体形态也是不一样的;教师进一步提问,脂肪体是否如书本上所述为生殖细胞提供营养呢?是否脂肪体仅仅含有脂肪细胞呢?这样引导学生进一步开展组织学的分析。结果发现,在几种两栖类的脂肪体中含有多种细胞类型如脂肪细胞、上皮细胞和其他间质细胞等;后续的科学问题可以进一步提出,如脂肪体中的间质细胞与生殖细胞的关系如何?脂肪体如何输送营养物质到生殖腺[4]?两栖类脂肪体中脂肪细胞与其他动物的脂肪细胞有什么差异[5,6]?等等。通过查阅资料,这样可以进一步激发学生探究其中奥妙兴趣,同时培养的大学生的科学思维能力。

生命科学研究成果层出不穷,许多科学研究都是基于最基础的生物学问题,如腹足类胚胎扭转的分子机制的揭示[8];一些两栖类、爬行类和部分鸟类淋巴心的功能机制如何[9,10,11]?两栖类血细胞的无丝分裂是否可以进行染色体核型分析?等等。教师结合自己的科研实际,紧跟科学研究的前沿,以课程教学内容为基础,通过设计一些有意义的实验,让学生有效地参与,有利于学生学习该门课程的兴趣,同时激发科学思维的形成

如何紧跟科学研究的前沿,并结合大学《动物学》具体教学实际,引导学生利用相关知识去解释问题,是作为专业基础课的《动物学》教学的一个难点。作为学生,应对生命科学中的奇妙现象有足够的好奇心,充分相信自己的能力,有足够的勇气去探索生命的奥秘。作为教师,不仅致力于探究自然科学现象的研究,抓住与动物学知识有关的前沿科学研究的新成果,还要潜心研究教学方法,利用《动物学》课程上的理论知识解释科研实际中的结论与问题,激发学生的学习兴趣,培养良好的科学素养。

  1. 许崇任,程红. 动物生物学[M]. 北京:高等教育出版社,2001.

  2. Newmark PA, Reddien PW, Cebria F, Sanchez Alvarado A.Ingestion of bacterially expressed double-stranded RNA inhibits gene expressionin planarians [J]. Proc Natl Acad Sci USA 2003, Suppl 1: 11861-11865.

  3. Gurley KA, Rink JC, Sanchez Alvarado A. Beta-catenindefines head versus tail identity during planarian regeneration and homeostasis[J]. Science, 2008, 319: 323-327.

  4. Smith C. Seasonal changes in blood sugar, fat body,liver glycogen, and gonads in the common frog, Rana temporaria [J]. Journal ofExperimental Biology, 1950, 26: 412-429.

  5. 5. Sheridan JD. Electrical coupling between fat cells innewt fat body and mouse brown fat [J]. J Cell Biol, 1971, 50: 795-803.

  6. Castilla AM, Bauwens D. Reproductive and fat bodycycles of the lizard, Lacerta lepida, in central Spain [J]. Journal ofHerpetology, 1990, 45: 261-266.

  7. 张训蒲. 普通动物学[M]. 北京:中国农业出版社. 2011

  8. KurodaR, Endo B, Abe M, Shimizu M. Chiral blastomere arrangement dictates zygoticleft-right asymmetry pathway in snails [J]. Nature, 2009, 462: 790-794

  9. Peyrot SM, Martin BL, Harland RM. Lymph heart musculature is under distinctdevelopmental control from lymphatic endothelium [J]. Developmental Biology, 2010,339: 429-438.

  10. Valasek P, Macharia R, Neuhuber WL, Wilting J, Becker DL, et al. Lymph heart inchick--somitic origin, development and embryonic oedema [J]. Development, 2007,134: 4427-4436.

  11. Malpica-Albert O (2002) Lymph heart scintigraphyin the toad. Lymphology 35: 182-184





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