遺傳學(xué)實驗教材出版的創(chuàng)新與實踐

劉 暢 劉 丹

遺傳學(xué)實驗教材出版的創(chuàng)新與實踐

劉 暢 劉 丹

一本好的教材是教學(xué)思路、教學(xué)方法的高度概況和體現(xiàn)。主要闡述一本本科生教材《遺傳學(xué)實驗》編寫與出版過程中的創(chuàng)新與實踐：通過對教材結(jié)構(gòu)體系的改變，實驗內(nèi)容的細(xì)化，實驗安排的創(chuàng)新來加強對學(xué)生科學(xué)思維的引導(dǎo)、科學(xué)素養(yǎng)的培訓(xùn)等。實踐發(fā)現(xiàn)，教材出版后，被很多高校選做本科生教材，有著較好的市場表現(xiàn)；多位遺傳學(xué)實驗教師反映教學(xué)效果有較大的提升，學(xué)生實驗效率提高、學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)問題的興趣與主動性增強。

遺傳學(xué)；實驗教學(xué)；實驗教材

遺傳學(xué)實驗是生命科學(xué)類、農(nóng)林類、醫(yī)學(xué)類本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教材的質(zhì)量直接關(guān)乎教學(xué)質(zhì)量。策劃出版一本高水平的遺傳學(xué)實驗教材既是編輯的責(zé)任，也是作者與編輯的共同目標(biāo)。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)楊大祥編寫《遺傳學(xué)實驗》[1]自2004年出版以來，修訂兩次，累計印刷5萬余冊，得到了授課教師和讀者的一致好評。2016年2月，第三版問世。這本教材既是作者教學(xué)思路、教學(xué)方法的總結(jié)，也是科學(xué)出版社在實驗教材出版上一種新的嘗試。本文從該教材的設(shè)計構(gòu)思與結(jié)構(gòu)上剖析，力求為實驗類教材的編寫與出版提供一個參考：如何通過對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與教學(xué)改革，來實現(xiàn)更好的實驗教學(xué)效果。

一、新穎且實用的結(jié)構(gòu)

國內(nèi)遺傳學(xué)實驗教材版本較多，結(jié)構(gòu)體系基本一致，比如一般涵蓋實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗材料及試劑、實驗步驟、實驗結(jié)果等。本書在策劃與編寫之初，根據(jù)本科生的知識結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)規(guī)律，對實驗教材的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，增補了傳統(tǒng)實驗教材沒有的知識模塊。目的是方便教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)，更主要的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使其積極思考，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真科研習(xí)慣。

本書的第一個部分是實驗安排。在整個實驗學(xué)期開始之前，讀者或授課教師可以根據(jù)學(xué)時、實驗室條件等進(jìn)行整體規(guī)劃，安排一個學(xué)期的實驗安排，這樣學(xué)生在實驗初期就能了解主要的實驗內(nèi)容及前后關(guān)系。接下來本書安排了預(yù)備知識，分別是：記錄、科學(xué)實驗的基本功、實驗報告的寫法、光學(xué)顯微鏡的使用及簡易書目、顯微攝影、可視化壓片法。這部分內(nèi)容都是與后面實驗項目息息相關(guān)的實驗技能，關(guān)乎實驗的完成質(zhì)量與總結(jié)效果。在實驗內(nèi)容的撰寫上，本書并沒有采用傳統(tǒng)的“原理—步驟”這樣的寫作模式，而是在每個實驗的開端先附上一段與實驗內(nèi)容緊密相關(guān)的科學(xué)史的內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時也是直觀地對科學(xué)發(fā)展史中“關(guān)鍵先生”、科研思路形成過程一個很好的呈現(xiàn)。每個實驗的實驗背景介紹部分不是傳統(tǒng)意義上的實驗原理，而是將實驗材料的選擇緣由、本實驗的思路，甚至是時間安排進(jìn)行清晰表述，這樣更利用學(xué)生實驗的開展。在實驗材料、器具和試劑環(huán)節(jié)，不是像其他教科書一樣，籠統(tǒng)地告訴所有需要的器材及試劑，而是具體到每一個實驗者、每個實驗小組需要具備的詳細(xì)的材料、器材和試劑。這樣，實驗教師和學(xué)生都能更加清晰自己的實驗準(zhǔn)備情況。實驗步驟環(huán)節(jié)，對一些關(guān)鍵點插入閱讀框或圖片進(jìn)行詳細(xì)說明。比如“實驗一 果蠅的性別鑒定、性狀觀察及飼養(yǎng)方法”中，對于本科階段的學(xué)生來說，收集處女蠅是一個比較考驗實驗操作技巧的環(huán)節(jié)，所以在該環(huán)節(jié)插入了閱讀框，詳細(xì)講述果蠅的飼養(yǎng)、收集的技巧等，同時進(jìn)一步說明“雜交親本的數(shù)量確定”這類學(xué)生經(jīng)常在實驗中會面臨的問題。實驗結(jié)果記錄環(huán)節(jié)，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)化的實驗記錄表格，這樣便于學(xué)生在進(jìn)行實驗時不會漏掉關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實驗數(shù)據(jù)，形成良好、規(guī)范的記錄習(xí)慣，同時這些原始數(shù)據(jù)也是實驗報告的重要組成部分。在每個實驗的結(jié)尾，都安排有“進(jìn)一步的問題”這個環(huán)節(jié)，圍繞前面的本次實驗項目，進(jìn)一步開拓思維，引發(fā)思考，引導(dǎo)讀者思考更深層次的科學(xué)問題。附錄中，作者詳細(xì)介紹了幾個與實驗相關(guān)的小制作，比如移蠅塞及移蠅漏斗、冰凍麻醉法麻醉果蠅、自動鉛筆式解剖針、電動試管刷等，這些都是作者及其學(xué)生在多年的實驗過程中積極思考，發(fā)揮主觀能動性，發(fā)明或設(shè)計的新的實驗器具，能大大提高實驗效率，啟發(fā)學(xué)生思考。

在以學(xué)生為本的教材設(shè)計理念指導(dǎo)下，完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便了學(xué)生的實驗進(jìn)行，同時調(diào)動學(xué)生的專業(yè)興趣，使其能主動投入到實驗的各個環(huán)節(jié)中。對于授課教師來說，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得教師的授課更加生動、條理清晰。

二、打破常規(guī)的實驗內(nèi)容、過程的安排

傳統(tǒng)的遺傳學(xué)實驗開設(shè)基本是按照“實驗原理—意義—實驗步驟”的順序進(jìn)行，著眼于對學(xué)生實驗技能的培訓(xùn)。尤其是很多驗證性實驗多是以這種方式開設(shè)，一些高校也采取了教學(xué)改革，在教學(xué)內(nèi)容上增加綜合性、探究性實驗，比如增加群體性遺傳、分子遺傳的內(nèi)容[3]，但總體來說，實驗教學(xué)的創(chuàng)新相對緩慢。這樣的實驗開設(shè)方式存在一定局限性：學(xué)生主動性差，為了實驗而實驗，知其然不知其所以然；實驗時間較短，對實驗結(jié)果的分析不夠透徹等。這種教育思路下的教材編寫也多是傳統(tǒng)形式，實驗內(nèi)容以經(jīng)典實驗結(jié)果的重復(fù)及基本實驗技能培訓(xùn)為主。目前大部分的遺傳學(xué)實驗教材存在的問題主要如下：對實驗的背景介紹很少，實驗原理圍繞技術(shù)層面更多，枯燥，可讀性不強，學(xué)生基本按照教材操作，自主性、能動性不足。圍繞這些問題，本書進(jìn)行以下創(chuàng)新。

本書首先圍繞基礎(chǔ)性、共性的問題為學(xué)生設(shè)計了基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)，如實驗結(jié)果的記錄、實驗報告的撰寫等，這為后續(xù)實驗的開設(shè)、科學(xué)的記錄方式、規(guī)范的實驗報告撰寫方式奠定基礎(chǔ)。

在具體的實驗項目環(huán)節(jié)，首先，學(xué)生一定要熟悉實驗的背景知識，對實驗的來龍去脈有清晰的認(rèn)識。同時也是為了吸引學(xué)生，本書非常重視對科學(xué)史中關(guān)鍵人物及其主要工作的介紹。遺傳學(xué)研究進(jìn)展依賴于一些關(guān)鍵技術(shù)的推進(jìn)和實驗思路的創(chuàng)新。本書在內(nèi)容上始終強調(diào)的一點就是將遺傳學(xué)實驗技能的訓(xùn)練與基本的科研思想、方法的傳授結(jié)合起來。例如，實驗“果蠅的實驗基礎(chǔ)”，作者詳細(xì)介紹了果蠅作為遺傳學(xué)材料的優(yōu)點，以及遺傳學(xué)材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生了解為何果蠅能成為遺傳學(xué)發(fā)展史上最重要的實驗材料之一，同時也是后續(xù)多個實驗的必備材料；果蠅唾腺染色體制備這個實驗，從研究歷史開始，娓娓道來唾腺染色體如何一步一步走進(jìn)果蠅遺傳研究并成為重要的工具，使來龍去脈一清二楚。

在實驗內(nèi)容的安排上，由于不少學(xué)校都在嘗試開放性實驗，學(xué)生的實驗時間更加充裕，從實驗的設(shè)計，實驗室的預(yù)約、實驗結(jié)果的分析、實驗報告的撰寫等都有了足夠的時間保證，所以本書也安排了一些周期較長的實驗，比如實驗“孟德爾分離定律和自由組合定律的驗證”，不僅是對經(jīng)典實驗的驗證，也是考驗學(xué)生主觀能動性很好的機會，其中涉及果蠅不同雜交組合的選擇，這需要學(xué)生自己去設(shè)計。同時，教材也在部分實驗給出了分組的建議，便于學(xué)生形成團(tuán)隊，協(xié)調(diào)以便更好地完成實驗。

對于學(xué)生實驗來說，拿到一個好的實驗結(jié)果并不是實驗的結(jié)束，如何根據(jù)實驗結(jié)果分析本次實驗的效果至關(guān)重要，對于大部分實驗，本書都設(shè)計了參照的實驗結(jié)果對照圖，以及實驗結(jié)果的分析方法、分析要點等。比如實驗“植物染色體的Giemsa分帶”，拿到實驗結(jié)果后，本書提示了不同分帶結(jié)果的比較以及重要的對照點等，并提供了大麥染色體C帶和N帶染色的參考圖。

三、融入科學(xué)思維的引導(dǎo)與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

全書貫穿前后的一個思想即是提高學(xué)生的專業(yè)興趣，引導(dǎo)他們形成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，同時具備較好的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，開篇本書便將學(xué)術(shù)規(guī)范和學(xué)術(shù)道德放在首位，這是科技工作者必備的素質(zhì)。本書反復(fù)強調(diào)一個觀點：“一個完整的實驗應(yīng)該包括實驗記錄，實驗操作及實驗報告。實驗記錄是重要檔案，是寫論文或報告的依據(jù)；而報告則不僅反映學(xué)生操作結(jié)果如何，更反映學(xué)生是否準(zhǔn)確、深入地理解實驗結(jié)果。只有當(dāng)論文發(fā)表同行能看到時，一個科學(xué)實驗才算結(jié)束?！盵4]由于不少學(xué)校沒有開設(shè)“科技論文的寫作與發(fā)表”類似的課程，或者學(xué)生在實驗之前沒有修，導(dǎo)致學(xué)生對完整的實驗流程沒有清晰的認(rèn)識，本書開篇即把這些簡明扼要地講出，有利于學(xué)生對科研實驗流程與規(guī)范有明確的認(rèn)識。

另外，在每個實驗的最后一部分設(shè)計了“進(jìn)一步的問題”。在這部分內(nèi)容里，目的是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注與實驗相關(guān)的問題，能夠融會貫通，讓學(xué)生去思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而不是簡單地得出實驗結(jié)果。如“人類性染色體檢測”這一實驗中，“進(jìn)一步的問題”就是引導(dǎo)學(xué)生思考：Barr小體檢測如何用于重大體育賽事的女選手遺傳性別的檢測，而這種檢測存在什么樣的問題，為什么這項原本受女選手贊成的技術(shù)后來遭到女選手的反對？學(xué)生學(xué)習(xí)到本部分內(nèi)容時可以結(jié)合今年舉辦的奧運會拓展思維，查閱文獻(xiàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生的主觀能動性不多，但本書提供一個新穎的思路。目前的實驗，在很多環(huán)節(jié)上仍然有可以創(chuàng)新和提高的部分。比如作者在附錄中就展示了一種新的果蠅麻醉方法，它能替代傳統(tǒng)的乙醚麻醉法，并且解決了乙醚不易購買、有刺激性味道的問題；還呈現(xiàn)了學(xué)生們研究如何切割海綿塞，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計果蠅轉(zhuǎn)移裝置；將數(shù)碼相機連接到顯微設(shè)備上的支架以實現(xiàn)用普通數(shù)碼相機就能進(jìn)行顯微攝影（書中預(yù)備知識三）；發(fā)明可換頭解剖針；等等。這些發(fā)生在作者及其學(xué)生實驗課堂的真實案例給了很好的示范與啟示：實驗不僅僅是一個照著教科書驗證的過程，而是一個能夠積極思考、大有可為的創(chuàng)新之地。借鑒這些創(chuàng)新，學(xué)生可以更好地完成實驗。

本書將科學(xué)人文關(guān)懷、實驗技能培訓(xùn)、科研素質(zhì)培養(yǎng)很好地結(jié)合起來，這種“活的知識”不僅展示了如何掌握一種實驗技能，同時呈現(xiàn)了科學(xué)家在推進(jìn)學(xué)科發(fā)展過程中所思、所為，引導(dǎo)讀者學(xué)會發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，尋找解決途徑，在重復(fù)這些實驗的過程中，可能會有失敗，會有新的發(fā)現(xiàn)，一如這些實驗當(dāng)初被確立的過程。學(xué)科在發(fā)展，未來的學(xué)科推進(jìn)要靠當(dāng)前的讀者們努力去推進(jìn)，這種歷史使命感是閱讀本書過程中油然而生的感觸與巨大收獲。

四、結(jié)語

實驗教材的創(chuàng)新離不開對實驗內(nèi)容的深入研究和對學(xué)生知識水平結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)規(guī)律的探究。本書的出版，也給了筆者一個深入思考如何提高遺傳學(xué)實驗教材質(zhì)量的機會。如何將實驗的科學(xué)性、趣味性、啟發(fā)性較好地統(tǒng)一于一本教材中，既需要良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計，又需要精心的內(nèi)容設(shè)計，同時將教育理論、教育目標(biāo)融入內(nèi)容編寫中來。筆者在與作者規(guī)劃下一版的時候，不僅要做到實驗思路、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容的優(yōu)化，還要增加和優(yōu)化更多數(shù)字化、立體化等更直觀的素材與展現(xiàn)形式，以便更好地服務(wù)廣大的教師和學(xué)生。

[1]楊大翔.遺傳學(xué)實驗[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2016.

[2]周天宇，干勁，楊大祥.果蠅實驗中海綿塞與移蠅漏斗的制作[J].生物學(xué)通報，2011，46（6）：49-50.

[3]楊大祥.遺傳學(xué)實驗教材存在的問題及改革實踐[J].中國農(nóng)業(yè)教育，2012，6：78-81.

[4]Day R A，Gastel B.How to write and publish a scientific paper[M].Westport：Greenwood Press，2006.

[作 者]劉暢、劉丹，科學(xué)出版社。