從經(jīng)典走向現(xiàn)代

朱云國 康九紅 薛雷 汪貴英 李文哲 楊楊 劉志學(xué)

摘 要 果蠅是遺傳學(xué)實驗的經(jīng)典材料，100多年來這一經(jīng)典模式生物逐漸被用于發(fā)育生物學(xué)、藥物研發(fā)、基因功能研究等多個領(lǐng)域。目前多數(shù)高校以果蠅為材料的遺傳學(xué)實驗仍以經(jīng)典的驗證性實驗為主，學(xué)生興趣不高，教學(xué)效果不好，不能發(fā)揮果蠅這種模式生物的優(yōu)越性。我們引入科研中廣泛應(yīng)用的Gal4/UAS等果蠅品系，調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容，變“驗證性”教學(xué)為“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)，大大激發(fā)了學(xué)生的興趣和探索熱情。這一改革對于提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和科研創(chuàng)新能力起到了良好的作用。

關(guān)鍵詞 遺傳學(xué)實驗 教學(xué)改革 黑腹果蠅 發(fā)現(xiàn)式教學(xué)

中圖分類號：G420 文獻標(biāo)識碼：A

From Classic to Modern

——Drosophila Promotes "Discovery" Type Experimental Teaching Reform

ZHU Yunguo, KANG Jiuhong, XUE Lei, WANG Guiying, LI Wenzhe, YANG Yang, LIU Zhixue

(College of Life Science and Technology, Tongji University, Shanghai 200092)

Abstract Drosophila melanogaster is the classic genetics experiment materials, and, 100 years of this classic animal model increasingly being used developmental biology, drug discovery, gene function research and other fields. But most of the current genetics experimental course, in Drosophila melanogaster as material experimental project is still in the classic confirmatory experiment, students' interest is not high, and the teaching effect is bad, can't play to the superiority of this model organisms. We introduce Gal4 / UAS Drosophila melanogaster strains, adjust teaching content, reform teaching method and teaching mode, change "confirmatory" teaching to "discovery" teaching,greatly stimulate students' learning interest and passion for exploration. This reform to improve the effect of teaching, to develop students' independent thinking and innovative ability of scientific research.

Key words genetics experiment; teaching reform; drosophila melanogaster; "discovery" type

1 果蠅作為實驗材料的重要性以及目前實驗課程的基本現(xiàn)狀

自20世紀(jì)初Morgan選擇黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）作為研究材料以來，果蠅已成為一種遺傳學(xué)研究的經(jīng)典模式生物材料，具有不可替代的地位。①100多年來，果蠅已被廣泛應(yīng)用于發(fā)育生物學(xué)、分子生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等研究領(lǐng)域。②目前，幾乎所有高校的生命學(xué)院都開設(shè)了以果蠅為材料的遺傳學(xué)實驗項目，但實驗內(nèi)容以經(jīng)典的驗證性實驗為主，③缺乏以果蠅為材料引導(dǎo)學(xué)生進行多視角研究和發(fā)現(xiàn)的實驗內(nèi)容，缺乏對新的重要操作手段和探索的介紹，缺乏對果蠅這一重要模式生物應(yīng)用于科研的廣泛性和重要性的展示，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果大打折扣。

針對上述問題筆者開展了果蠅綜合實驗改革等項目，在利用經(jīng)典的紅眼/白眼、長翅/殘翅、黑檀體等品系進行形態(tài)、解剖、雜交、子代群體分析和染色體分析等基礎(chǔ)上，引入了科研中廣泛應(yīng)用的Gal4/UAS等果蠅品系，引入了基因表達分析等層面的實驗內(nèi)容，使學(xué)生在通過實驗驗證遺傳學(xué)定律、掌握果蠅遺傳學(xué)實驗方法和統(tǒng)計分析方法的同時，體會到果蠅這一模式生物的優(yōu)越性和重要性。

2 遺傳學(xué)實驗改革舉措

在同濟大學(xué)精品實驗項目“果蠅遺傳綜合實驗（200010 4036）”和“利用Gal4 / UAS系統(tǒng)進行果蠅研究型遺傳實驗（2200101001）”的支持下，我們在教學(xué)內(nèi)容、實驗項目性質(zhì)、教學(xué)方法和考核方法等方面進行一系列的實驗改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容——與時俱進，引入新進展、新內(nèi)容、新方法

跟蹤科學(xué)發(fā)展前沿，不斷改革實驗教學(xué)內(nèi)容是實驗教學(xué)的核心。因此，我們首先對傳統(tǒng)的“果蠅雜交實驗”內(nèi)容進行了重新設(shè)計，引入新的果蠅品系，將原來單獨開設(shè)的果蠅單因子雜交實驗、雙因子雜交實驗和伴性遺傳等實驗項目整合，設(shè)計成一個相關(guān)的雜交實驗組合來完成，使之成為一個綜合的“果蠅雜交實驗”，達到驗證分離規(guī)律、自由組合、基因的連鎖與互換規(guī)律和觀察伴性遺傳現(xiàn)象的教學(xué)目的。④與果蠅唾腺染色體制片與觀察等另外兩個實驗相配合，利用較少的課時完成果蠅的雌雄鑒別和雜交操作、突變體性狀觀察、染色體觀察等基本教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握果蠅的基本實驗技術(shù)和遺傳學(xué)分析方法。在此基礎(chǔ)上，增設(shè)“果蠅基因表達模式的檢測”和“果蠅Gal4/UAS系統(tǒng)”兩個拓展實驗項目，⑤介紹以果蠅為材料的最新研究進展，引導(dǎo)、鼓勵學(xué)有余力的同學(xué)在課內(nèi)外時間進行研究性、探索性實驗。

2.2 教學(xué)方法——由“驗證式”向“發(fā)現(xiàn)式”轉(zhuǎn)型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“果蠅雜交”是多數(shù)高校遺傳學(xué)實驗課程的基本教學(xué)實驗項目和主要教學(xué)內(nèi)容之一。以往該實驗都由指導(dǎo)教師事先設(shè)計好實驗方案，測定出實驗條件，寫出詳盡的實驗指導(dǎo)并在實驗前詳細講解，并且，由于課內(nèi)學(xué)時的限制，大多數(shù)的實驗操作也是由指導(dǎo)教師或?qū)嶒灲梯o人員代為完成，學(xué)生只需按照教師的要求和實驗指導(dǎo)“照方抓藥”，完成果蠅的選取和捉對交配等幾步即可。這樣，學(xué)生完全處于被動接受的狀態(tài)，學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性不高。

實驗教學(xué)方法是決定學(xué)生是被動接受者還是主動探索者的關(guān)鍵。因此，我們對果蠅雜交實驗內(nèi)容進行改革的同時，對教學(xué)方法也進行了相應(yīng)調(diào)整。在實驗開始前，教師只簡要交待實驗所選擇的相對性狀和各性狀果蠅的外形特征，以及飼養(yǎng)果蠅需要注意的事項。然后由學(xué)生自行查找相關(guān)資料，自主設(shè)計實驗方案，提出詳細的實驗計劃，根據(jù)自己的設(shè)計方案進行實驗操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，并根據(jù)實驗結(jié)果重新“發(fā)現(xiàn)”遺傳定律，最后提交詳細的、各具特色的實驗報告。學(xué)生在掌握果蠅的基本實驗操作方法和技能的同時，“重現(xiàn)”和深刻理解了遺傳學(xué)定律被發(fā)現(xiàn)的過程，理解了其中的科學(xué)方法和科學(xué)思想。

增設(shè)的拓展實驗項目以培養(yǎng)學(xué)生獨立提出問題、分析問題和解決問題的能力為目標(biāo)。實驗過程中，教師僅給予一些參考性意見，整個實驗由學(xué)生“獨立設(shè)計、獨立操作、獨立創(chuàng)新”。要求學(xué)生運用已學(xué)到的基礎(chǔ)知識和基本技能，發(fā)現(xiàn)“新”問題、分析“新”問題和解決“新”問題。這樣，學(xué)生由被動的接受者轉(zhuǎn)變成了“主角”，實驗性質(zhì)由“驗證性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯刻剿餍浴?，教學(xué)方法也由老師手把手教，學(xué)生完成部分實驗操作的“驗證式”轉(zhuǎn)變成為教師指導(dǎo)下的學(xué)生獨立完成全部實驗的“發(fā)現(xiàn)式”。這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵，在于實驗過程的“研究性”。這樣的訓(xùn)練，為學(xué)生隨后進行的畢業(yè)設(shè)計以及參與大學(xué)生創(chuàng)新項目奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 教學(xué)模式——由“封閉式”向“開放式”轉(zhuǎn)型

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，實驗室基本上是封閉的。學(xué)生在教學(xué)計劃規(guī)定的實驗課時內(nèi)完全被動性地進入實驗室，而平時的大部分時間很少進入實驗室。其結(jié)果是大量的實驗室資源閑置，而學(xué)生的潛能得不到發(fā)揮，素質(zhì)和創(chuàng)新的能力得不到提高。教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變必然帶來教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。為改變上述弊端，我們變“封閉的”實驗教學(xué)模式為“開放的”的教學(xué)模式。采用“課內(nèi)完成→課內(nèi)+課外完成→課外獨立完成”的逐層遞進的實驗教學(xué)體系。

2.4 考核方式——由“結(jié)果考核”向“過程考核”轉(zhuǎn)型，提高學(xué)生的自覺學(xué)習(xí)

實驗課程通常采用實驗報告成績、考試成績或者二者結(jié)合進行學(xué)生成績評定。但無論哪種考核都屬于“結(jié)果考核”的模式。其弊端是部分學(xué)生在實驗中不認真操作，基本技能掌握不好，卻能寫出完善的實驗報告，或者在書面考試時得到好的成績；而有些學(xué)生很善于動腦子，設(shè)計能力和實驗技能也很好，但不擅長于書面表達，實驗報告或考試成績往往不佳，造成成績評定并不能真實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。當(dāng)實驗教學(xué)模式改革之后，學(xué)生的成績就既包括課內(nèi)實驗的成績，也包括課外實驗的成績，評價難度更大。為了探索一套合理、有效的考核方法，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到積極的督促作用，我們采用綜合評分的方法來評定學(xué)生的實驗，包括出勤率（10%）、實驗態(tài)度（15%）、動手能力（30%）、實驗結(jié)果（25%）和實驗報告（20%）等評價要素。其中，“出勤率”包括課內(nèi)出勤率和課外實驗出勤率。所有評價要素分別由任課教師和學(xué)生所在實驗室的教授進行評定，由任課教師進行匯總。這樣，盡管加大了任課教師的工作量，但是學(xué)生得到了比較客觀、公正、全面和真實的評價，反過來，又能夠有效促進學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

3 教學(xué)效果

如今，已有四屆學(xué)生參與了此實驗改革。通過改革，學(xué)生由被動接受知識變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)知識，學(xué)習(xí)興趣大大提高，每屆學(xué)生對果蠅實驗都充滿濃厚興趣，學(xué)生的獨立思考和科研創(chuàng)新能力得到了鍛煉。參加本實驗課的學(xué)生結(jié)合本課程設(shè)計的“拓展實驗”，申請并獲得以果蠅為材料的國家大學(xué)生創(chuàng)新研究項目3項，同濟大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新研究項目4項；獲“同濟大學(xué)-巴斯夫科技論文”一等獎1項、二等獎1項；獲盛云飛大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐基金資助1項；獲得同濟大學(xué)韓季忠大學(xué)生創(chuàng)新獎勵金資助3項；發(fā)表論文1篇。實驗課程的教學(xué)效果有了質(zhì)的飛躍。

4 結(jié)語

實驗教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新思維以及能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在達到配合理論課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)目的之外，其更重要的功能應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力，對學(xué)生之后的畢業(yè)實習(xí)以及研究生階段的學(xué)習(xí)起到“承上啟下”的橋梁作用。因此，實驗教學(xué)不僅僅應(yīng)該注重學(xué)生對于相關(guān)知識和實驗技能的培養(yǎng)，更應(yīng)該注重學(xué)生對于學(xué)科前沿的關(guān)注和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

我們在此次實驗改革的過程中認識到：跟蹤科學(xué)發(fā)展前沿，不斷改革實驗教學(xué)內(nèi)容是實驗教學(xué)的核心；實驗教學(xué)方法是決定學(xué)生是被動接受者還是主動探索者的關(guān)鍵；教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變必然帶來教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變；而一套合理、有效的考核方法又能夠有效促進學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。因此，實驗改革過程中，必須從這幾個方面進行改革，才能起到“事半功倍”的效果。

基金項目：同濟大學(xué)精品實驗——果蠅遺傳綜合實驗，項目編號：2000104036；利用Gal4 / UAS系統(tǒng)進行果蠅研究型遺傳實驗，項目編號：2200101001

注釋

① Rubin GM, Lewis EB. A brief history of Drosophilas contributions to genome research. Science,2000, 287(5461): 2216-2218.

② 萬永奇,謝維.生命科學(xué)與人類疾病研究的重要模型——果蠅.生命科學(xué),2006.18(5):425-429.

③ 呂愛新.生命科學(xué)的功臣——果蠅.生物學(xué)教學(xué),2007.32(5):65-66.

④ 熊大勝,席在星.果蠅雜交實驗設(shè)計與綜合創(chuàng)新能力.實驗室研究與探索,2005.24(4):60-63.

⑤ 李春峰,夏慶友,周澤揚.GAL4/UAS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中的應(yīng)用研究進展.生物技術(shù),2006.116(1):78-81.