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2019 年“课程思政”示范课程典型优秀案例八:小鼠染色体标本制备与观察II ——蒋有兴确定人类染色体数目

作者: 来源: 发布日期:2020-12-22 浏览次数:

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通过对染色体数目、大小及形态的细胞核型分析可以明确物种的细胞遗传基础,然而,最初在染色体制片中采用的普通压片法对于染色体数量较多的物种会带来辨识的困难。徐道觉发明用低渗法可以提升染色体制片技术的质量,但他没有勇气推翻人类染色体曾经认为是48条的观点,报道人类染色体46条的发现;蒋有兴在滴片流程加入制片技术后确认人类是46条染色体。通过该主题教学,引导学生认识到科学的发展需要敏锐的观察和思考。结合染色体异常疾病的核型分析,激发同学们对于核型分析应用的兴趣,进而有助于培养学生实事求是的科学精神。


一、教学目标

(一)课程教学目标

在“小鼠细胞染色体显微标本的制备与观察”的学习中,通过PBL法引导学生积极思考染色体分析技术操作中几项重要操作的原理及操作方法技术要点,学生应达成的专业学习目标,一是要识记核型、带型等概念;二是要理解低渗、滴片等操作的基本原理及其特点;三是学习掌握染色体显微标本制备技术,了解常用应用研究案例。

(二)思政育人目标

1.设计思路

核型分析是研究生物物种遗传特点的基础内容,染色体制片是核型分析的技术前提。在本实验项目教学中,教师通过科学问题导入科学研究历史上的低渗法发明、人类染色体数目的最终确认的案例,学生应了解在核型研究发展历史上,徐道觉、蒋有兴等华裔科学家做出了重要贡献,前者发展了低渗法有助于染色体分散,蒋有兴借助滴片法进一步提升了染色体制片效果,最终新技术的应用使得科研人员能够确认人类染色体数目是46条而不是前辈科学家发表的48条。通过有关科学发展史轶事,学生体认到认真观察分析、勤奋努力、实事求是、尊重科学、勇于创新是科学家的重要素质。

2.思政育人目标

通过蒋有兴推翻人类染色体48条旧教科书结论、刷新正常人类染色体是46条科学认识的故事,启发同学们在科学面前要实事求是,不能迷信原有的结论,要具备科学的怀疑精神。科学的怀疑精神不是盲目的怀疑,而是有根有据的通过精心设计实验开展研究获取准确的证据开展科学辩论。

3.育人主题

求真求实,不迷信已有结论,科学的怀疑精神。

二、教学实施过程

在实验教学中,除了要训练学生细胞生物学研究技术的动手操作能力外,还应培养学生实事求是、勇于创新、不迷信不盲从已有的结论,以及科学的怀疑精神。这样才能推动科学的发展。

首先展示上个世纪早期遗传学教科书中的人类染色体数目是48条的教科书结论,提示大家以前的认识与现有的不同。主要原因是早期染色体制片技术采用的是普通压片法,这样导致制片效果不好,染色体数目较多的物种容易出现许多染色体互相拥挤在一起的状态,对染色体数目的计算容易造成难以辨识的结果。因此最早Painter认为人类染色体数目极有可能是48条。

后来染色体制片技术改进,徐道觉发明了低渗法,有助于染色体的分散,虽然他也数到很多人类细胞是46条染色体,但相对来说染色体仍存在互相堆叠的情况,加上他刚参加工作,尚不敢贸然推翻该领域权威的结论。

蒋有兴所在的实验室进一步发展运用了低渗滴片技术,使得染色体成像质量进一步提高。他在众多材料反复试验后,确认人类的染色体数目就是46条。并发表论文纠正了国际学术界的一个错误认识。

通过以上的科学发展历程故事,教育学生“尽信书则不如无书”,作为科学家要求真求实,不迷信已有结论,要具有科学的怀疑精神。

最后带领同学了解染色体组型技术的进一步发展,以及染色体缺陷疾病的核型分析结果,丰富同学们核型分析的认识。如唐氏综合征的21染色体三种类型、X脆性染色体缺陷,人类与黑猩猩进化中染色体数目的变化。引导学生认识到两条染色体融合是人类与黑猩猩进化分手的重要事件;极少数人也存在48条染色体平衡异位的可能,激发同学们对科学的好奇心并鼓励在科学研究中做出自己的贡献。

三、教学效果

(一)案例开展的意义和价值

在生物学教学中发现,我们发现部分学生习惯于机械的背诵教科书现有结论,学生对知识一知半解甚至出现部分细节张冠李戴的情况,对实验技能的实验课学习,虽然参加了训练却没有掌握有关环节的科学道理与各步骤理应达成的效果,这与学生没有培养科学的学习态度,不具备科学怀疑精神有关。这种状况是不利于培养新时代大学生的创新能力。本案例一方面讲述了科学发展的历程,一方面能教育学生不能迷信已有的结论,在研究中如果发现科学问题,应通过细心的设计寻找切实的证据开展科学辩论和交流,这样才能推动科学的发展。同时,人类祖先48与46条染色体的进化事件也启发了同学们对生物进化认识的升华。

(二) 主要成效和特色

同学们通过曲折的人类染色体数目到底是多少条科学认识过程的故事,能调动学生们学习的积极性,激发学习兴趣,启迪他们的思考,从故事中汲取科学精神的力量。

学生留言说第一次知道原来人类染色体还曾经有过48条的错误认识,但没想到老师又告诉我们极少数人可能染色体平衡异位存在48条染色体而与普通人婚配不能生育。也许我们的祖先就是染色体平衡异位,碰巧遇到了合适的婚配对象才生育繁衍了我们今天的人类,在进化观念上有了升华。

四、案例反思

核型分析在生物医学中应用非常广泛,对于物种遗传背景的认识有基础性作用,是基因组开展研究的前提和基础。通过本案例教学可以启迪同学们对科学精神的思考与领悟。但实验时间有限,故事的叙述会挤占教学时间,因此可以考虑在课前预习故事、实验中静置等待环节中与学生展开讨论的方式开展。



编辑:房春红

终审:姜在民


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