遗传学的问题篇1

关键词：多目标优化；遗传算法；收敛；正交；最优解

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）07-0162-02

AnOrthogonalMulti-AgentGeneticAlgorithmforSolvingMultiObjectiveOptimizationProblems

HOUWen-ren

（CollegeofInformationTechnologyEngineering，TianjinUniversityofTechnologyandEducation，Tianjin300222，China）

Abstract：Tosolvetraditionalgeneticalgorithmconvergenceisslowandeasytofallintolocalminimumproblemsinsolvingmulti-objectiveoptimizationproblem，anevolutionaryalgorithm，OrthogonalMulti-Agentgeneticalgorithmisproposed.Orthogonalinitializationoperator，neighborhoodcompetitionoperator，orthogonalcrossoveroperatorandmutationoperatoraredesigned.Thetraditionalgeneticalgorithmisimproved.Finally，severalstandardtestfunctionsareusedtotestthealgorithmandthesimulationresultsshowthattheproposedalgorithmhasbetterconvergenceandtheoptimalsolutioncanbequicklyobtained.

Keywords：multiobjectiveoptimization；geneticalgorithm；convergence；orthogonal；theoptimalsolution

在智能计算研究领域，遗传算法以其独特的优势，受到研究者的广泛关注。在解决函数优化问题时，由于遗传算法对函数的类型以及可行解空间的形状没有限制，因此遗传算法是一种非常有效的算法。但是解决高维函数优化问题时，传统遗传算法往往容易陷入局部最优。基于前人研究成果，将正交实验和多Agent系统相结合，提出了一种正交多Agent遗传算法，用于求解多目标优化问题。

为了更好地求解多目标优化问题，将多Agent技术、遗传算法、正交试验相结合，设计每个智能体进化算子，以更好地改进传统遗传算法。最后用标准测试函数进行测试，并加入Matlab仿真。仿真结果表明，改进后的算法可以找到多目标优化问题分布较均匀的Pareto最优解，具备较强的全局优化能力。

1一种求多目标优化问题的正交多Agent遗传算法

1.1正交试验设计的基本原理

正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。在试验安排中，每个因素在研究的范围内选几个水平，就好比在选优区内打上网格，如果网上的每个点都做试验，就是全面试验。

1.2正交初始化算子

初始化步骤如下：首先，将可行解空间[l，u]分割成R个子空间[l（1），u（1）]，[l（2），u（2）]，…，[l（R），u（R）]；其次，量化每个子空间，用正交表LM（QN）产生M个染色体；然后，从MR个染色体中选择K个适应度好的个体作为初始Agent种群。最后，将Agent一一对应分布到网格上，计算每个Agent能量值。

1.3邻域竞争算子

在实验中，将本文算法和传统遗传算法进行了对比分析。参数设置如下：种群规模N=100，进化代数T=200。编码长度为7，自学习概率[ps]为0.3。

从上面的仿真图形可以看出，在求解SCH问题时，本文算法与传统遗传算法的性能差别不大，都可以很好的收敛到问题的最优区域，而在求解ZDT2时，本文算法表现出较好的性能，所求Pareto解的分布性和收敛性均优于传统遗传算法。

3结束语

本文主要提出了一种求解多目标优化问题的正交多Agent遗传算法。本文算法在多目标遗传算法的基础上，结合多Agent技术和正交试验，改进传统遗传算法，对求解多目标优化问题取得了良好的效果。

参考文献：

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[2]钟伟才，薛明志，刘静，等.多智能体遗传算法用于超高维函数优化[J].自然科学进展2003，13（10）：1078-1079.

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[5]潘晓英.混合多智能体遗传算法[J].计算机工程与应用，2010，46（3）：9-12.

[6]丁承民，张传生，刘贵忠.正交试验遗传算法及其在函数优化中的应用[J].系统工程与电子技术，1997，19（10）：57-60.

遗传学的问题篇2

关键词排课混沌优化混沌遗传算法

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/ki.kjdks.2016.12.007

AbstractTherearemanyconstraintsinthecourseofscheduling，thepurposeistofindoutthebestcorrespondencebetweenthevariousfactors，sotheproblemisanonlinearcombinatorialoptimizationproblem.Geneticalgorithmisaneffectiveintelligentalgorithmtosolvenonlinearcombinatorialoptimizationproblems，butthegeneticalgorithmmayfallintothelocaloptimalsituation，andtheconvergencespeedisrelativelyslow.Inordertomakeupthesedefects，thispaperusesthechaosoftheergodic，random，intrinsicregularityandgeneticalgorithminversion，usingchaosgeneticalgorithmtosolvetheproblemofcollegecoursearrangement.Theexperimentalresultsshowthatthechaoticgeneticalgorithmcangettheglobaloptimalsolutionfasterthanthegeneticalgorithmwhentheoperationisstable.

Keywordscoursescheduling；chaosoptimization；chaosgeneticalgorithm

美国Michigan大学的JohnHolland教授最早提出了遗传算法。它是一种解决NP完全问题的有效方法。DeJong首先将其用于函数优化问题的研究中，并验证了GA是一种解决优化问题的有效的算法。Dorigo利用遗传算法对高中课程进行排课，也验证了GA是一种有效的排课算法。但是对于复杂的非线性系统优化问题的求解，GA仍有许多缺陷，如进化过程的过早收敛；无法保证收敛到全局最优解；群体中最好的染色体的丢失等。为了避免出现这些问题，本文把混沌引入到遗传算法中（即混沌遗传算法），利用混沌序列的内在规律性，有效地引导交叉和变异操作。

1建立数学模型

1.1模型描述

假设学校有N个班，N={ni|i=1，2，3，…，N}，各个班级人数为{i|=1，2，3，…，N}；班级集合有T个教师，T={t1，t2，…，tT}；课程总数为S，S={s1，s2，…，sS；教室数为R，R={r1，r2，…，rR}，各教室可容纳人数为{x1，x2，…，xR}；时间段数为M个，M={m1，m2，…，mR}。

1.2模型中的约束条件

1.2.1软约束条件

（1）满足教师所提出的上课时间和地点的特殊要求。（2）多学时课程的周安排要错开，一般对于每周多学时的课程应该能够尽量将其隔1天以上安排才能保证有较好的教学效果。（3）在排课过程中较难的课程最大程度地安排在授课效果较好的节次中，比如上午上课效果要比下午效果好。

1.2.2硬约束条件

（1）同一时间，同一班级不能同时有两门以上的课程。（2）同一时间，同一个教师不能同时有两门以上的课程。（3）同一时间，同一个教室不能同时有两门以上的课程。（4）分配的教室可容纳人数应该大于等于上课的班级的学生人数。

1.3建立的数学模型

排课问题的数学模型是一个组合优化问题，其中f为目标函数。目标函数值为4时最为理想，从此可看出排课问题是一个求最大值问题。其中R1表示老师对课程有没有特殊要求，若有则R1=1，否则R1=0。R2表示周学时的大小，若周学时大则R2=1，否则R2=0。R3表示课程的级别，若为必修课则R3=1，否则R3=0。R4表示可是课程难度级别，若课程难度大的安排在上午或课程难度小的安排在下午则R4=1，否则R4=0。Ki表示以上的权重，其中由以上各自的优先级可令K1≥K2≥K3≥K4≥0，Ki=1。教师tt在时间mm、教室rr中给班级nn讲授课程ss，表示nnttssrrmm=1，反之为nnttssrrmm=0。

2混沌遗传算法

混沌遗传算法是在遗传算法的过程中加一混沌扰动，从而提高了收敛速度，找到全局最优解。

2.1步骤

（1）编码。二进制编码不能很好地反映排课问题的特点，且交叉和变异较难操作。本文采用浮点数编码，因为其自然直观、交叉和变异操作较容易、解码操作也非常容易、节省时空开销、计算效率高。

（2）生成初始群体。混沌遗传算法利用混沌的遍历性进行粗粒度全局搜索获得比随机搜索有更好的效果，从而提高初始种群个体的质量和计算效率。

（3）确定个体适应度函数。确定个体适应度真正目的是确定个体在群体中的优劣。适应度越大个体越好，反之适应度越小则个体越差。根据适应度的大小对个体进行选择，以保证适应性能好的个体有更多的机会繁衍后代，使优良特性得以遗传。因此适应度函数设定的好坏直接影响到混沌遗传算法的收敛速度和能否找到最优解。由于排课问题的软约束条件有多个，因此本文采用多目标化的个体适应度函数。

（4）确定交叉概率Pc，并执行交叉操作。在混沌遗传算法的整个进化过程中交叉操作要进行成千上万次。遗传算法中的交叉算子主要采用单点、对称、大片断基因保留、小片断基因保序的交叉方法。而在混沌遗传算法中，利用混沌序列来控制交叉操作，从而提高交叉的效率。①混沌序列控制交叉频率：交叉概率在很大程度上影响着算法的收敛速度和解的质量。混沌遗传算法利用混沌序列对目标基因进行混沌扰动，从而加快了算法的收敛速度和解的质量。其中0.25≤Pc≤1.0比较理想。②混沌序列控制交叉点位置的选择：由产生的一个混沌序列映射到该目标个体的基因空间，则在相应的位置进行交叉操作。

（5）确定变异概率Pm，并执行变异操作。在混沌遗传算法中，产生的混沌序列来控制变异算子。从而提高变异的效率。①混沌序列控制变异频率：混沌遗传算法利用混沌序列对目标基因进行混沌扰动，从而提高了解的质量。其中0.001≤Pm≤0.1比较理想。②混沌序列控制变异点位置的选择：由产生的一个混沌序列映射到该目标个体的基因空间，则在相应的位置进行变异操作。

（6）适应度较低个体的混沌优化。混沌遗传算法利用混沌进行细粒度局部搜索，提高解的精度。Φ鼻按群体中适应度较小的90%的基因加混沌扰动。这种变异可能产生比剩下10%较高适应度基因更好的基因，从而有效地避免单纯的遗传算法陷入局部最优解与早熟的问题。

（7）判断该算法收敛准则是否满足终止条件，若满足则输出搜索结果，否则返回（4），直到满足终止条件。

2.2混沌遗传算法流程图（图1）

3实验结果及分析

为了验证本文算法在排课问题上优先于遗传算法。选择玉林师范学院2015-2016学年上学期排课任务为测试范例，其中种群数1000。对算法性能的考察指标包括平均运行时间、出现较优解的次数。

3.1实验结果

基于两种算法的高校排课方案，迭代次数分别设定为50、100、150、200、250、270、290，每次迭代50次进行测试，运行并记录结果。如图2、图3所示。3.2实验结果分析

我们从两个方面来分析混沌遗传算法的有效性。首先从出现较优解的次数方面，随着迭代次数的增加，混沌遗传算法和遗传算法出现较优解的次数都趋于稳定，但是当迭代次数一定时，混沌遗传算法出现较优解的次数明显比遗传算法出现较优解的次数多出2倍。其次从收敛速度方面，实验表明，出现较优解的次数趋于稳定时，混沌遗传算法收敛速度比遗传算法的收敛速度快3倍。以上分析表明，本文采用的混沌遗传算法具有收敛速度快，易趋于全局最优解等特点，故该算法应用到排课问题上是有效可行的。

参考文献

[1]李兵，蒋慰孙.混沌优化方法及其应用[J].控制理论与应用，1997.14（4）：613-615.

遗传学的问题篇3

【关键词】问题；探究式教学

问题是思维的源泉，更是思维的动力。问题探究式教学是让学生亲自参与研究探索的体验，要有效提高学生的学习能力，就必须在教学中以问题探究为中心，组织学习内容，通过问题启动探究、深化探究、反思探究，把问题的解决与新知识的学习紧密结合，培养学生运用知识的能力。本文以“伴性遗传”一节为例，谈谈笔者的一些做法：

一、创设问题情境，激发探究欲望

讲述道尔顿的故事，展示色盲检查图，让学生测一测自己是否是色盲患者，讨论当前红绿色盲患者的两个问题：色盲能考驾照吗？色盲能结婚吗？色盲能生出正常的孩子吗？注重与现实生活相联系，从而激发学习兴趣。教师继续引导探究：人们在研究一些遗传病时，发现男女患病概率是不一样的，比如对红绿色盲的调查，据统计，我国男性红绿色盲的发病率为7%，女性色盲的发病率为0.5%。男性患者远多于女性患者，想一想，这是为什么？通过对遗传现象进一步研究发现，有些性状的遗传现象常常与性别相关联，从而引出伴性遗传的概念。

二、“以图片+问题串”进行知识拓展，构建新知识

PPT展示课本34页色盲家系图，引导学生探究讨论以下问题：1.红绿色盲基因是显性基因，还是隐性基因？2.红绿色盲基因位于X染色体上，还是位于Y染色体上？3.为什么男性患者多于女性患者。让学生以小组的形式讨论交流，并展示探究结果。然后带领学生观察书上35页的图2―12和图2―13，掌握遗传图解的画法，并从中得出红绿色盲遗传的特点1（交叉遗传）和特点2（一般为隔代遗传）。展示红绿色盲家系图，引导学生得出特点3（女性患病，其父亲和儿子必患病）。然后把学生分成两个小组，分别完成剩下两种红绿色盲婚配的遗传图解的绘制，同时每组请一个代表上黑板完成，然后请本组同学对其进行修改，待完善好遗传图后，分析各组的婚配后代的表现型、基因型和患病的概率。

如果致病基因是X染色体上的显性基因，又会有怎样的遗传特点呢？通过这个问题过渡到抗维生素D佝偻病的学习。用表格的形式得出抗维生素D佝偻病的人群基因型及表现型。再利用学生已经写出的色盲遗传图解，直接进行改造，就是将用字母D/d替换字母B/b，并重新写出表现型，按照同样的思路进行分析，让学生讨论归纳，就得到了伴X显性遗传的特点：（1）女性患者多于男性患者（2）连续遗传（3）父病女必病，子病母必病。

三、应用情境设问，激发学生思考

创设情境1：小王（男）和小张是一对新婚夫妇，小张已被确诊为红绿色盲患者。如果你是一名医生，你将建议他们怎样优生优育，生男孩好还是生女孩好请问生男生女“一样”吗？让学生体会伴性遗传在指导优生优育中的运用。

创设情境2：小王（男）和小张是一对新婚夫妇，小王为抗VD佝偻病患者。如果你是一名医生，你将建议他们怎样优生优育，生男孩好还是生女孩好？该患者与缺钙有关，为了预防生下患病的孩子，小张在妊娠期多吃含钙食品可以吗？

创设情境3：小张有一个弟弟患有白化病，父母都正常，那她自己是否也携带了白化病的基因？她未出生的孩子是否也可能患白化病？如果你是一名医生，你将如何向她提供咨询？

四、让教材内容生活化，培养学生运用知识的能力

引导学生读教材，通过XY和ZW型性别决定类型的介绍，了解伴性遗传在实践中的应用。让学生思考：如何对早期雏鸡根据羽毛特征辨别雌雄？教师补充：ZW型的芦花鸡（伴Z显性）中芦花雌鸡（ZBW）与非芦花雄鸡（ZbZb）的遗传图，让学生写出遗传图解，体会伴性遗传在生产中的应用。

教师设计问题：怎样判别一对等位基因是伴x遗传还是常染色体遗传呢？

学生分组讨论：常染色体bb（）×Bb（），其杂交结果是：后代雌雄性中均一半显性，一半隐性，后代表现型与性别无关；常染色体遗传bb（）×BB（），其杂交结果是：后代雌雄性均是显性，后代表现型与性别无关。伴x遗传选xbxb×xBY，其杂交结果是：后代显性个体都是雌性，隐性个体都是雄性，其后代的表现型与性别有关。

由此得出结论：在知道表现型显隐性的条件下，用同型隐性个体与异型显性个体杂交，根据后代性状就选表现型，也可以判断一对等位基因是伴x遗传还是常染色体遗传。

遗传学的问题篇4

我国《普通高中生物课程标准（实验）》倡导探究性学习，注重培养学生分析和解决问题的能力，倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学中的核心概念。可见，培养学生解决问题的能力是高中生物课程标准的目标之一。

1“问题解决”教学的内涵与特点

问题解决教学是指在教学过程中，教师通过有目的地提出系列的不同类型的问题或任务，引导学生主动发现、积极探索、实践体验、解决问题，以便深层理解并掌握和运用基本知识，实现从能力到人格的整体发展，成为有效的问题解决者的一种教学模式。可见，问题解决教学的特点就是学生在“问题”的驱动下，自行探究，通过搜集信息、处理信息、积极思考、交流合作来解决问题，增长知识和才干，发展健全的个性。

2“问题解决”教学的有效工具

“问题解决”教学是基于“问题”的教学，因此需要一个反映不同认知水平和认知等级的、具有全面功能的“问题”体系为操作工具来设计教学中的多类型问题。梅克等人创设的“问题连续体”（表1）就具有这个功能。

梅克将第一类和第二类问题归为封闭性问题类型；第四类和第五类问题归为开放性问题类型；第三类处于封闭向开放的过渡状态，是半开放的问题类型。“问题连续体”可使各类问题相互关联而成为一个整体，为构建“问题解决”教学体系提供了理想的框架依据，为“问题解决”教学的设计提供了一个可操作性很强的工具。

3“问题解决”教学在高中生物教学中的实践案例

下面以人教版必修2“伴性遗传”一节的教学设计为例，从“创设情景――引出问题，小组合作――探究问题，知识应用――拓展问题”3个方面来探讨“问题解决”教学在高中生物教学中的应用。

3.1创设情景，引出问题

情景：播放视频《少年包青天》包拯断案的的情节：一县衙验尸官谋财害命又嫁祸于一位哑巴（男性），哑巴居然当众在写有“我交代，驼背不是别人所杀，而是我哑巴谋杀”的判决书上画押而被砍头。后来，少年包拯明察秋毫使疑案真相大白。包拯的推理依据是“由于哑巴的父亲是红绿色盲，所以，他的色盲传给了他的儿子”。

教师要求学生交流讨论分析包拯的推理是否正确。

设计意图：将学生置于故事情景中，教师对小组讨论的结果不予评价，设置悬念，激发学生进一步探究问题的欲望。

3.2小组合作，探究问题

教师展示人类染色体图谱，并提出问题：

（1）男性和女性在染色体组成上相同点是什么？有什么区别？（2）人类的性别由什么染色体决定？

设计意图：学生通过观察比较男女染色体组成的差异，认同第23号染色体决定男女的性别，女性的性染色体组成为同型的（用XX表示），男性的性染色体组成是异型的（用XY表示），属于XY型性别决定。其次，学生能认同XY也是一对同源染色体，相关基因控制的性状遗传可用分离定律进行分析。

教师用多媒体展示人类XY染色体模式图（图1）及XY染色体不同区段基因的数量（表2），并提出问题：

（1）X和Y染色体在大小和携带的基因数量上有什么不同？（2）假设控制人类某种遗传病的基因（H与h）位于图1中Ⅱ-2区段，且致病基因为h（隐性遗传病），该遗传病发生概率是男女一样，还是男性多于女性或女性多于男性？（3）如果致病基因位于图1中的Ⅰ区段，发病情况又如何呢？（4）如果致病基因位于图1中的Ⅱ-1区段，发病情况又如何呢？

设计意图：根据人类XY染色体示意图，教师引导学生分析、讨论不同区段基因控制的性状遗传情况不同，使学生理解研究X染色体的非同源区段（Ⅱ-2）上的基因控制的性状遗传具有更大的价值和实践意义，同时促进学生对性染色体上基因控制的性状遗传的全面了解，有利于学生在新的情景下拓展思维的空间和解决问题的视角。

教师展示某个红绿色盲家系图谱（图2），并提出问题：

（1）研究人类的遗传病，能否做遗传学实验？如果不能，如何获取研究资料？（2）红绿色盲基因属于显性基因，还是隐性基因？（3）红绿色盲基因位于X染色体上，还是Y染色体上？（4）写出男女性的正常色觉和红绿色盲的基因型（相关基因用B、b表示）。（5）完成书本P36的遗传图解（女性携带者×男性色盲；女性色盲×男性正常）。（6）据图思考男性的红绿色盲基因来自双亲中的哪一位？男性色盲患者的红绿色盲基因传给其子女中的儿子还是女儿？再次分析包拯的推理是否正确。（7）尝试总结红绿色盲的遗传特点。

设计意图：教师做好学生学习的设计者、引导者，通过设计问题串，引导学生围绕层层铺设的问题，开展小组合作学习，把学习的自主权交给学生，让学生真正成为课堂教学的主体，激发学生学习的积极性和内驱力，同时做好问题的首尾呼应。最后，师生共同归纳、完善伴X染色体隐性遗传的特点。

3.3知识应用，问题拓展

教师展示某抗维生素D佝偻病家系图谱（图3），并提出问？}：

已知抗维生素D佝偻病的致病基因（D）位于X染色体的非同源区段（Ⅱ-2），请结合红绿色盲的遗传特点，据图分析伴X染色体显性遗传病的遗传特点。

设计意图：教师引导学生对比归纳伴X染色体显性遗传的遗传规律，运用新学知识，锻炼比较思维能力和归纳总结能力。

教师展示其他伴性遗传的实例，让学生了解芦花鸡羽毛的遗传方式，并提出问题：

雌芦花鸡在生产实践中比较有利用价值，可是芦花鸡在幼年时很难区别雌雄，请选择一对芦花鸡作亲本，杂交后代根据羽毛的特征就可以区分雌雄。

设计意图：学生亲自设计实验解决生产实践中的问题，并体会到学以致用的道理。

4“问题解决”教学的体会与思考

“问题解决”教学极大地激发了学生学习的热情，学生能够积极思考、主动发言，课堂气氛活跃。在问题解决的过程中，每一位学生都有强烈的自豪感和成就感，他们主动建构了知识，思维得到了升华，人格得到了发展。

“问题解决”教学过程中，教师要意识到“尺有所短，寸有所长”，即学生的能力是各不相同的。为了使每一个学生都参与到解决问题的行列中，教师应该建立学习小组，根据学生不同的水平合理搭配，让学生在合作交流中互相探讨，寻求解决问题的最佳方案，取长补短注重学生个性的发展。

遗传学的问题篇5

关键词：遗传学；综合性实验课；教学改革

中图分类号：G642.0文献标志码：A?摇文章编号：1674-9324（2013）33-0047-02

遗传学是研究生物遗传和变异的规律、探索生命的起源和本质的学科，是动物、植物和微生物及相关课程的理论基础，也是生物类本科专业的必修课。遗传学实验是遗传学课程的核心部分，也是生物学实验中最重要和综合性最强的实验课。它的内容涉及各个学科，渗透性很强，涉及的知识面广，加上遗传学学科发展很快，因此实验课的开设富有挑战性[1]。在综合类院校存在两大问题，一是目前所开设的遗传学实验课程，由于实验教材等因素的限制，其教学实验内容和实验技术的传授存在较大的缺欠。一是染色体操作及经典遗传学实验内容多，分子遗传、群体遗传及现代遗传学实验内容少；二是内容单一、具体的验证性实验多，具有综合性、设计性、创新性的实验少；三是课堂计划学时内进行的实验多，课外学生自主实验的内容少。从另外一个角度看，遗传学实验几乎多为传统的验证性实验，已有的所谓综合性实验也主要是几个相关的基础实验技术的拼合，创新性实验几乎没有，这些现象不利于培养创新人才；二是遗传学实验教学历来存在缺少资金，实验室面积不足等诸多问题[2]。如何利用现有条件加强实验教学，特别是新开设的遗传学综合性实验，帮助学生理解和掌握课堂所学理论，进一步培养他们的实验技能，培养他们独立思考、独立操作、理论联系实际，分析问题，解决问题的能力，适应素质教育改革的需要，这是一个普遍存在的问题。

传统的遗传学实验方法，一次实验课，实验内容只有一个，老师先讲实验原理、实验步骤、实验注意事项，然后全班学生才能进行实验。这种实验方法的特点：一是全班学生做一个实验内容，由于实验面积、实验用仪器的限制，往往几个学生同做一组实验，在实验过程中，很难让每个学生都能独立做一遍，没有机会对实验现象进行仔细地观察；二是实验在老师统一辅导之下进行，学生对课前实验预习重视不够，在实验中很难独立完成实验，大都是按部就班地进行操作。三是一个实验室不可能永远只有一个遗传学实验内容，更换实验内容，就需要更换仪器。实验仪器的经常搬动，势必无法造成不必要的仪器损坏，因此更换实验内容，实验前就需要对每一台仪器进行检查、校对，耗费人力大。一个实验室用同一型号的实验仪器，占用资金多，仪器的利用率低，不利于实验设备的更新换代，不适应教学改革的需要。针对上述问题，我们“遗传学精品课程”课题组提出了循环式的遗传实验方法。就是把所需开设的十几种实验内容分两个模块，一个模块是遗传实验，实验内容包括12个实验：果蝇生活史及形态观察；果蝇的单因子杂交；果蝇的伴性遗传；果蝇唾腺染色体的观察；植物有丝分裂染色体压片技术；植物多倍体的人工诱导；植物细胞微核检测技术；小白鼠骨髓细胞染色体制标本的制备；精巢减数分裂标本的制备及观察；染色体分带技术；人类细胞中Barr小体的观察；人类几种常见遗传性状的调查。另一个模块是综合性实验，也就是高年级专业系列实验。综合性实验是对学生综合运用所学知识解决实际问题的具体实践[3，4]。实验须由学生自己动手查阅资料拟定具体实验方案或对关键的实验步骤、剂量等对实验结果有显著影响的因素进行分析探讨，提倡学生多思多问详细观察实验现象，在实验结束后对实验内容和方法提出建议和改进意见。

目前现行的综合性遗传实验包括四个实验：（1）果蝇野外采集及饲养管理；（2）果蝇单因子和伴性因子杂交；（3）有丝分裂根尖不同方法处理与染色体观察；（4）微生物的野外采集、分类纯化及分子鉴定。果蝇野外采集及饲养管理包括在野外野生型果蝇的采集、识别与鉴定、果蝇的培养、观察果蝇生活史和形态特征等实验；果蝇单因子和伴性因子杂交包括果蝇单因子和伴性因子的杂交、第一代、第二代个体的观察统计以及Ⅹ2检验等分析实验；有丝分裂根尖不同方法处理与染色体观察包括植物染色体的制备、核型和C带、G带以及微核监测等分析实验；微生物的野外采集、分类纯化及分子鉴定包括样品野外采集、细菌的分离纯化、16srDNA的测序及进化分析以及物种鉴定等实验。在综合性实验过程中，学生是主体，教师的任务是发放实验任务书并在方案设计、查阅资料等环节上予以指导，在师生共同研究确定可行性方案后，方可做实验。学生完成实验后，要写出有结论、有分析、有体会的实验报告，这样做可以充分调动学生的积极性，有利于培养创新性人才，更有利于培养有较强的实际动手能力的应用型人才。由于综合性实验方法的合理，管理严格，学生对此类实验教学给予很高的评价，一致反映由于综合性遗传实验是学生独立预习，独立操作独立完成，实验中遇到的问题是自己分析，加以解决，所以课前所有准备工作都很积极认真，在实验中对遗传问题的观察也很仔细。通过综合性遗传实验，真正提高独力进行实验操作技能，培养理论联系实际，大大促进学生的动手能力，独立分析问题、解决问题的能力。

综合性实验教学以学生为本，学生在实验教学中占主体地位，教师起引导作用，是以能力培养为核心，变传统的被动学习为主动学习”，全面提高学生素质的一种教学体系。综合性实验教学有效地利用实验室资源，一方面充分发挥学生的创造性思维，培养全方位、高技术、高素质的专业人才；另一方面提高师资队伍的能力与素质，对实验起到很好的促进作用。

参考文献：

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遗传学的问题篇6

传统的医学遗传学教学内容分为理论和实验两部分，以理论部分为主，涵盖遗传的物质基础、遗传突变、遗传病以及优生等内容；而实验部分较少，只有切片制作与观察、染色体制备与核型分析等几个实验。虽然这样的设置内容覆盖面广，但受课时所限，面面俱到的讲解只如蜻蜓点水，不够深入，而且理论部分比重远高于实践部分，不利于学生综合能力培养。因此，应优化理论教学内容，增加实验教学内容，突出讲授内容的针对性，提高教学效果。基于该思路，可从以下几方面进行改进。

1.1优化理论内容，实行模块化教学对一些基本概念，例如基因的概念、遗传的物质基础、三大遗传学定律等，学生在高中已经学习过，应当删减；而关于细胞增殖、染色体等知识，学生也有一定了解，且在后续课程中还要涉及，可适当略讲，但要突出重点。教学重点应集中在染色体畸变及单基因遗传方面，学生掌握这些原理后再学习相应的疾病，从而循序渐进地掌握不同类型遗传病的发病原因、临床症状、诊疗手段以及优生咨询等临床应用性较强的知识。这样从原理深入临床，便于学生逐步理解并掌握医学遗传学知识。除对知识点进行优化外，还应对教学内容进行模块化分类，使学生在整体上对知识进行学习和把握，提高学习效果。教学内容可分为基本概念模块、基因遗传病模块、染色体遗传病模块以及遗传病的诊断治疗与优生模块。其中基本概念模块主要包括绪论、细胞与遗传知识、基因的结构与功能、染色体结构与分类等，这些知识涉及大量遗传学概念、原理，是学习医学遗传学的基础，适合在课程初期进行教学；基因遗传病模块主要包括遗传突变与修复，单基因遗传病和多基因遗传病的发病机制、传递规律以及群体遗传相关知识；染色体遗传病模块主要包括染色体畸变、染色体病、造成染色体病的因素及防范措施；遗传病的诊断治疗与优生模块和临床联系紧密，可以作为一个整体在学期最后进行教学。教学内容的模块化分类，使医学遗传学知识结构性、连贯性更强。

1.2调整实验项目，增加临床实践实验教学是将理论知识转化为实践技能的有效途径，但受课时限制，实验项目少，且以验证性实验为主，与临床联系不紧密。因此，提高实验课比重，增加实验教学内容非常必要。首先，将显微镜的使用、细胞形态观察、细胞分裂等实验内容进行整合。其次，对核型分析实验进行改进，增加对常见染色体病患者核型的比较；系谱分析实验不能局限于对现成的系谱图进行分析，可以组织学生开展社会调查。另外，增加与临床关系密切的皮纹分析、染色体病例观察以及遗传咨询等实验，将视频学习、图片分析与医院实诊相结合，使学生既体验了临床真实工作，又加深了对知识的理解和记忆。

2教学方法改革

由于医学遗传学知识抽象枯燥，不易理解，因此，要根据教学内容选取适合的教学方法，通过多样化的教学形式，提高学生学习兴趣，以达到事半功倍的教学效果。

2.1案例教学法遗传病是医学遗传学教学的难点与重点，既要联系理论又要结合临床。应用案例教学法，以临床真实病例或实验作为切入点，引出医学遗传学相关知识，学生通过思考、分析、讨论来解决问题，从而将理论与临床实践有机结合起来，找到基础医学与临床医学的契合点，激发学习兴趣。在授课时针对不同遗传方式的遗传性疾病，分别给出临床典型病案的病史、临床表现及体征，让学生根据已掌握的理论知识进行初步判断，提出疑问，并尝试找出解决方案。授课教师引导学生对临床病例进行分析，并对学生得出的结论进行比较和总结，通过病例逐步将遗传理论与临床实际联系起来，使学生全面准确地掌握相关遗传病知识，这样既培养了学生分析问题、解决问题能力，又培养了学生临床思维。通过病例分析，学生巩固了所学知识，加深了对基本理论的理解。在运用病例教学法时，病例的选择要符合教学大纲要求，具有真实性和代表性，要突出与教学内容相关、可操作性强的典型病例。

2.2PBL教学法PBL（Problem-BasedLearning）是以问题为基础的教学方法，其核心是通过问题引导学生思考和分析，实现学习和训练的目的，分为发现问题、建立假设、收集资料、论证总结几个阶段。这种理论联系实际的教学方法有利于培养学生独立学习、分析解决问题能力以及缜密的思维和灵活运用知识能力。在医学遗传学教学中，适当采用PBL教学法，能够有效提高教学效果，加深学生对相关知识的理解。例如，在讲解“单基因遗传病分类以及传递规律”时，可以先根据遗传学三定理提出问题：遗传病有哪些类型？传递的时候有什么规律？学生利用已有知识进行分析假设，收集资料并验证总结，最后教师补充、解释，从而使学生对遗传病类型和传递规律有一个清晰的认识。同样，在“染色体病形成机制”教学中可以从细胞分裂与有性生殖入手，在“基因突变”教学中可以从基因的表达方面入手，通过问题引发学生思考，结合临床病例解决问题，教师再对知识进行延伸，使学生形成运用临床思维解决问题的思路，不但激发了其学习积极性，又为其从事临床工作打下基础。

2.3情景模拟教学法情景模拟教学法是通过创设情景并引导学生扮演角色，再现事件的发生、发展过程的一种教学模式。在教学中，通过模拟疾病的临床症状及诊疗过程，引发学生讨论，最后教师进行总结和点评，实现教学、实践训练和能力评估的目的。在医学遗传学课程中，该方法主要适用于遗传病诊断以及遗传咨询相关内容的教学，学生通过情景模拟重现临床接诊过程，学习遗传咨询和遗传病诊断方法，认识接诊对象，掌握咨询问题及沟通技巧，并进行遗传病再发风险估计。该教学法能够使学生较真实地体验临床诊疗过程，加深对遗传病的认识和理解，提高学习积极性和学习效果，为其以后从事临床工作提供一定指导。

3考核方法改革合理的考核既是对教学效果的评估，也是对学生知识掌握程度的检验，对学生学习有引导作用。因此，必须改变现有的以笔试为主的考核方式，综合考虑学生课堂表现、实验能力及课外学习等因素，对学生进行全面评价。考核可以分为3部分：平时表现考核、基础知识和理论考核、专业技能考核。其中平时表现成绩占20%，基础知识和理论成绩占40%，专业技能成绩占40%。平时表现包括考勤和课堂积极性；基础知识和理论考核主要考查学生基础知识和理论的掌握状况及应用能力，通过完成相关教学模块学习后的心得论文和期末闭卷考试方式进行考核，在闭卷考试中减少记忆性内容，增加分析应用性试题；专业技能考核主要包括平时实验成绩以及遗传病相关技能测试（如遗传咨询、遗传病诊断和治疗等）成绩。综合考评既能反映出学生对理论知识的掌握程度，又能考查学生对知识和技能的应用能力，从而全面评估教学效果。而且综合考核还能促使学生在学习过程中注重知识的理解和运用，提高学习积极性和主动性，对其临床能力培养具有重要引导作用。

3总结