遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思考與探索

徐根娣

[內(nèi)容摘要]遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力起著十分重要的作用。結(jié)合遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，改革教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)策略和教學(xué)考核形式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作、科學(xué)思考和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊功能。

[關(guān)鍵詞]遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；創(chuàng)新

遺傳學(xué)是研究生物體遺傳和變異規(guī)律的科學(xué)，是當(dāng)今生物科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，也是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需要。針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，我校也在不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，逐步從傳統(tǒng)的以教師為主體的封閉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)向以學(xué)生為主體的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)變，努力使學(xué)生在積極主動的實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)到知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為其以后的科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

近年來，社會對科研人才需求越來越偏向于基礎(chǔ)牢、素質(zhì)高、能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的復(fù)合型高級人才[1]。我校也采取有效措施，培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒕C合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，努力克服過去培養(yǎng)中專業(yè)劃分過細(xì)、畢業(yè)生知識面窄、適應(yīng)性差等問題。遺傳學(xué)是生命科學(xué)中至關(guān)重要的基礎(chǔ)學(xué)科，在高等院校所有與生物相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置中具有不可替代的地位。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、微生物遺傳學(xué)及分子遺傳學(xué)等領(lǐng)域，主要是從個(gè)體、細(xì)胞、分子三個(gè)水平解釋遺傳學(xué)的基本現(xiàn)象與規(guī)律。如何完善這門實(shí)驗(yàn)課，發(fā)揮它的真正價(jià)值呢？我校在多年遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了教學(xué)改革，改進(jìn)了教學(xué)方法，完善了教學(xué)體系，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

現(xiàn)今各綜合性大學(xué)及?？圃盒＞_設(shè)了遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)，也是鍛煉學(xué)生能力的重要實(shí)驗(yàn)。大部分院校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，例如果蠅或玉米的雜交實(shí)驗(yàn)、鏈孢霉的分離和交換實(shí)驗(yàn)等，還有一部分是與染色體有關(guān)的操作技術(shù)實(shí)驗(yàn)，如細(xì)胞有絲分裂、減數(shù)分裂、壓片法、植物的雜交、植物多倍體的誘導(dǎo)等[2]。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的目的主要是驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，因而缺乏主動性且效果不佳，達(dá)不到培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的，也不能發(fā)揮遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值。要想跟上現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展步伐，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，就必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容

目前多數(shù)高校的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，主要是經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，一般都是比較容易操作，而且涉及的技術(shù)含量不是很高，如有絲分裂制片、減數(shù)分裂制片、染色體組型分析以及利用玉米或果蠅進(jìn)行的性狀遺傳分析等。而設(shè)計(jì)分子操作的實(shí)驗(yàn)較少，如DNA和RNA的分離、DNA的凝膠電泳、PCR和核酸雜交、限制性內(nèi)切酶消化以及DNA分子標(biāo)記、果蠅或細(xì)菌的突變體誘導(dǎo)與鑒定、大腸桿菌的轉(zhuǎn)化、噬菌體的基因重組、基因功能實(shí)驗(yàn)等，大多沒有在本科遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中體現(xiàn)，或?qū)W校很少開展這些實(shí)驗(yàn)。分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)手段是全世界各個(gè)遺傳學(xué)研究單位和實(shí)驗(yàn)室中使用最多的常規(guī)分析手段。隨著遺傳學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛，遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)該增加分子遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣學(xué)生才能全面掌握遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)技能，提高實(shí)際操作能力。

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常是教師先講解實(shí)驗(yàn)，然后學(xué)生再動手做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在聽完講解后對每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)并不一定很清楚，所以教師要將每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)講清楚，并使其形象化。如在開始分子實(shí)驗(yàn)之前，必須非常詳細(xì)地講解每一個(gè)步驟的原理以及可能遇到的問題，講解實(shí)驗(yàn)中的許多關(guān)鍵步驟或試劑的作用，然后再由學(xué)生來完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，先請學(xué)生來分析出現(xiàn)相關(guān)問題可能存在的原因，然后再由教師來分析。教師應(yīng)在學(xué)生操作過程中再具體講解，不僅要教學(xué)生怎樣做，還要講明原理，避免出現(xiàn)學(xué)生只知道怎么操作，卻不知道為什么這樣操作的問題[3]。教師要遵循邊實(shí)踐邊講解的原則，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中遇到問題時(shí)，應(yīng)讓學(xué)生獨(dú)立思考原因，而后再與學(xué)生一塊探討，更好地調(diào)動學(xué)生思維的積極性。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略

（一）劃分實(shí)驗(yàn)層次

我們將整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)模塊：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)即常規(guī)的實(shí)驗(yàn)，不需學(xué)生自己設(shè)計(jì)，只需按實(shí)驗(yàn)步驟操作即可。探究性實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生以課題組的形式，自由組合，一起探討，一起設(shè)計(jì)，共同完成實(shí)驗(yàn)。每個(gè)課題組探究性實(shí)驗(yàn)終結(jié)后，應(yīng)以論文的形式上交指導(dǎo)教師。學(xué)生可以選擇導(dǎo)師已定的探究性實(shí)驗(yàn)的題目，也可以自行設(shè)計(jì)，但是學(xué)生必須預(yù)先寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及可行性報(bào)告，經(jīng)導(dǎo)師審核后方可進(jìn)行，對一些好的想法要推薦申報(bào)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室開放基金和團(tuán)委學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技活動基金項(xiàng)目，以調(diào)動學(xué)生參與創(chuàng)新課題研究的積極性。

（二）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

學(xué)生只有掌握了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，才能了解設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路。因此，一些最基本、最能代表學(xué)科特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生熟練掌握。若驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多，會影響學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，所以應(yīng)加大綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例。大二時(shí)應(yīng)讓學(xué)生接觸一些典型的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，如有絲分裂制片、減數(shù)分裂制片、染色體組型分析以及利用玉米或果蠅進(jìn)行的性狀遺傳分析等，通過掌握這些相對簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對如何開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)、如何解決科研問題有一個(gè)略為清晰的認(rèn)識，為學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[4]。之后再逐步展開大型的技術(shù)含量高的實(shí)驗(yàn)，如DNA和RNA的分離、DNA的凝膠電泳、PCR和核酸雜交、限制性內(nèi)切酶消化以及DNA分子標(biāo)記、果蠅或細(xì)菌的突變體誘導(dǎo)與鑒定、大腸桿菌的轉(zhuǎn)化等。接觸并掌握這些實(shí)驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（三）建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動手操作、科研創(chuàng)新的能力，學(xué)校可以以成立課外活動小組、科研小組等形式向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室[5]。對于學(xué)生在學(xué)習(xí)中提出的問題，能用實(shí)驗(yàn)來解決的，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過親自實(shí)驗(yàn)來獲取答案。具體做法是：先讓學(xué)生查閱大量的文獻(xiàn)資料，然后建立科研小組，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，再向?qū)W校提出申請，經(jīng)學(xué)校審查批準(zhǔn)后給學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，提供實(shí)驗(yàn)儀器等條件，最后由學(xué)生自己動手進(jìn)行操作。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生如果遇到問題，教師要給予適當(dāng)指導(dǎo)，但教師在實(shí)驗(yàn)過程中的作用僅是輔助和指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)操作所有環(huán)節(jié)都應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立完成。

（四）讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生一般不參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，都是由教師預(yù)先把實(shí)驗(yàn)材料、儀器用具及試劑等準(zhǔn)備好。上課時(shí)，教師先將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作步驟、注意事項(xiàng)和預(yù)期結(jié)果講解清楚，再讓學(xué)生按照教師的示范和要求重復(fù)一遍，然后學(xué)生的主要任務(wù)就是按部就班地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功與否要看結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是否一致[6]，教師也要把實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為考核學(xué)生成績的一個(gè)指標(biāo)。這樣的實(shí)驗(yàn)，無法培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，脫離了實(shí)驗(yàn)課的初衷，只會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生思考的惰性，為追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不注重實(shí)驗(yàn)過程，甚至是為了結(jié)果而做實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)備工作是實(shí)驗(yàn)很重要的組成部分，應(yīng)讓學(xué)生積極地參與其中。例如，果蠅實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生親自配培養(yǎng)基，培養(yǎng)果蠅，挑選雌果蠅和雄果蠅，完成果蠅唾液腺的分離、染色體的制備觀察、顯微攝影等操作，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中感受到樂趣。