“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索
——以北京林業(yè)大學(xué)為例

謝劍波 張德強(qiáng)

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索
——以北京林業(yè)大學(xué)為例

謝劍波 張德強(qiáng)

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升了林業(yè)人才的理論與科研水平，也是林業(yè)人才培養(yǎng)的重要課程之一。一直以來，北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”課程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。為提高“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，實(shí)施創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，依托林木育種國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中心教師隊(duì)伍，在“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，開設(shè)了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。采用理論學(xué)習(xí)、開放式實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)等多種方式，開展了“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果上看，“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)分子遺傳學(xué)知識(shí)的熱情，促進(jìn)了教師的知識(shí)更新和教學(xué)水平的提高。

本科教學(xué)；分子遺傳學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固理論知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是全面實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)掌握科學(xué)技術(shù)和方法的高素質(zhì)人才的重要途徑，是本科教學(xué)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，也是深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一[1-2]。林木分子遺傳學(xué)是研究林木遺傳變異和規(guī)律的遺傳學(xué)分支學(xué)科，主要通過分子手段對(duì)林木遺傳變異進(jìn)行研究，加快良種繁育進(jìn)程，包括基因輔助育種、分子標(biāo)記輔助育種、種質(zhì)資源收集等內(nèi)容，是一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科。分子遺傳學(xué)的迅猛發(fā)展以及生物各學(xué)科之間的交叉滲透，使得分子遺傳學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)更新速度加快、知識(shí)總量大增，學(xué)科前沿知識(shí)不斷更新。于此同時(shí)，作為生物科學(xué)中重要的一個(gè)分支，“分子遺傳學(xué)”課程依舊采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生產(chǎn)生的問題得不到及時(shí)解答，進(jìn)而極大地打消了學(xué)生參與分子實(shí)驗(yàn)的積極性。為了提高“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，筆者依托林木育種國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中心實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍以及互聯(lián)網(wǎng)社交媒體，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，并通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)強(qiáng)化了“分子遺傳學(xué)”理論知識(shí)，提升了實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平。

一、 “分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

(一) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式和考核方式陳舊

傳統(tǒng)教學(xué)方式較為突出：教師先將“分子遺傳學(xué)”涉及到的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟及預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過多媒體形式展示出來，并在講解過程中進(jìn)行解惑，之后學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方式是在傳統(tǒng)教學(xué)的框架下形成的，導(dǎo)致許多學(xué)生被動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性，使學(xué)生失去了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣。而“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)僅由教師根據(jù)學(xué)生最終提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來確定，這種考核方式非常主觀，導(dǎo)致部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)過程，抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在學(xué)生中造成了消極的影響，削弱了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

(二) 缺乏適宜的實(shí)驗(yàn)室

長(zhǎng)期以來，由于缺乏適宜的實(shí)驗(yàn)室，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容主要在北京林業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行。由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料有限，比如PCR儀、電泳儀僅有2～3臺(tái)，移液槍10把，SSR引物只有20對(duì)左右，很難保證每位學(xué)生都有機(jī)會(huì)直接完成實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)。此外，有限的實(shí)驗(yàn)室空間更使許多學(xué)生無法參與到正常的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)效果較差。

(三) 缺乏實(shí)驗(yàn)課專職教師或高水平的實(shí)驗(yàn)課教師

“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)主要是由理論課教師兼任，而且一名教師一次指導(dǎo)20名以上的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。教師在備課的同時(shí)，還要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)耗材、熟悉操作步驟，造成理論課教師時(shí)間與精力的緊張，直接影響“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。此外，“分子遺傳學(xué)”理論課教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路有限，很難提出建設(shè)性的實(shí)驗(yàn)思路，使得實(shí)驗(yàn)步驟單一、難有創(chuàng)新性。

(四) 缺乏完備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書

由于缺少正式出版的“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)教材，學(xué)生只能根據(jù)相關(guān)的教材和教師的指導(dǎo)整理實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，并據(jù)此開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。由于實(shí)驗(yàn)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，當(dāng)實(shí)驗(yàn)材料發(fā)生改變的時(shí)候，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作步驟也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因此根據(jù)相關(guān)教材整理出來的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)對(duì)林木“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)沒有針對(duì)性，往往達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)也沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行解答，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)了解“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)操作的具體過程。

(五) 缺乏有效的實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)

構(gòu)建主義理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和科學(xué)家探索過程在本質(zhì)上是一樣的，都是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程[3]。由于缺乏有效的交流手段，這樣一個(gè)循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣哌^程被阻斷在解決問題的過程中。學(xué)生與教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間沒有一個(gè)實(shí)時(shí)的交流平臺(tái)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問題很難得到及時(shí)的解答，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平難以得到提高，教師實(shí)驗(yàn)技能也難以得到拓展。

二、 “分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施

(一) 組建合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)課教師隊(duì)伍

“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革須遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)律。北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堅(jiān)持知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育全面協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)從輔助地位轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從根本上改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，符合以“國(guó)家需求”“學(xué)科需要”為目的的林學(xué)高層次人才培養(yǎng)目標(biāo)。“分子遺傳學(xué)”作為生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院優(yōu)勢(shì)課程，完全可以依托現(xiàn)有的國(guó)家級(jí)平臺(tái)，結(jié)合教學(xué)基地建設(shè)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

目前，北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院建有“林木育種國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”“林木花卉遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。林木育種國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室下設(shè)樹木分子遺傳與功能基因組、林木分子標(biāo)記輔助育種、林木基因工程育種、林木細(xì)胞遺傳與細(xì)胞工程育種、林木良種繁育等專門實(shí)驗(yàn)室，以及與之配套的人工氣候室、溫室、組培室和大型儀器設(shè)備室等，并配有優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教師。這些為“分子遺傳學(xué)”課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)提供了較豐富的選擇，為組建優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍提供了良好的平臺(tái)。

(二) 引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)教學(xué)目的及教學(xué)條件，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次[4]。北京林業(yè)大學(xué)在“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，充分考慮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)條件及遺傳學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，開展了綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：毛白楊SSR分子標(biāo)記引物設(shè)計(jì)、毛白楊SSR分子標(biāo)記的篩選、毛白楊分子標(biāo)記擴(kuò)增、種間分子標(biāo)記穩(wěn)定性評(píng)估、分子標(biāo)記連鎖圖譜構(gòu)建、關(guān)聯(lián)做圖、連鎖不平衡衰退計(jì)算等。通過以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，可以使學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，真正將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，提高學(xué)生分子標(biāo)記的設(shè)計(jì)、分析能力。

另外，北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)教師結(jié)合楊樹的基因組特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了合理的SSR分子標(biāo)記位點(diǎn)，并對(duì)重要的與性狀有顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)進(jìn)行了篩選。同時(shí)，利用關(guān)聯(lián)分析結(jié)果對(duì)連鎖不平衡進(jìn)行了分析，提取了合理的代表性標(biāo)記位點(diǎn)，從而提高了學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的能力。其中，依據(jù)楊樹的物種特點(diǎn)設(shè)計(jì)的分子標(biāo)記位點(diǎn)篩選與“分子遺傳學(xué)”中的分子標(biāo)記輔助育種內(nèi)容有效契合，提高了學(xué)生對(duì)抽象理論內(nèi)容的理解能力以及通過實(shí)踐理解科學(xué)問題的能力。此外，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師還鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選取與自己研究課題相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并按照課程要求完成實(shí)驗(yàn)，有效地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。

(三) 編寫完整的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)

為增強(qiáng)“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的可操作性、可控性，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)際情況編寫了“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)?！胺肿舆z傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板等。通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師課前的講解，學(xué)生可以了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、時(shí)間總體安排、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、成?jī)考核原則，以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的聯(lián)系方式等信息。同時(shí)，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)中還包含了實(shí)驗(yàn)中必要的軟件下載地址及計(jì)算原理，一方面可以保證數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確計(jì)算，另一方面也為學(xué)生將來開展科研工作提供借鑒。實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式模板的目的在于保證最終提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一致性和規(guī)范性，便于存檔。

(四) 制定科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)課考核標(biāo)準(zhǔn)

“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程考核采用百分制進(jìn)行評(píng)定，成績(jī)除由所有實(shí)驗(yàn)課程參與次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量組成外，還增加了實(shí)驗(yàn)小組多媒體匯報(bào)環(huán)節(jié)，用以引導(dǎo)學(xué)生組成科研小團(tuán)隊(duì)，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問題的能力?！胺肿舆z傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)?yōu)榘俜种?，?shí)驗(yàn)參與次數(shù)占40分，主要考核學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)調(diào)查的認(rèn)真態(tài)度以及是否遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律；實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量占40分，主要考核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理是否科學(xué)準(zhǔn)確、報(bào)告撰寫是否認(rèn)真規(guī)范、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和討論是否深入；多媒體匯報(bào)環(huán)節(jié)占20分，由小組代表負(fù)責(zé)匯報(bào)，主要考核幻燈片的制作質(zhì)量和學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。

(五) 建立師生溝通交流平臺(tái)

當(dāng)代教學(xué)面臨一個(gè)重要的問題就是師生關(guān)系的疏離，師生之間、學(xué)生之間在知識(shí)交流方面缺乏必要的溝通交流，致使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中遇到的問題難以及時(shí)解決。北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程嘗試使用“騰訊QQ、微信”等社交平臺(tái)建立師生實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流群，目的是及時(shí)解答課程及實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題、分享課程和實(shí)驗(yàn)作業(yè)以及“分子遺傳學(xué)”課程最前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。同時(shí)，教師還可以實(shí)時(shí)將科技前沿的資訊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻等信息上傳到交流平臺(tái)，供所有的選課學(xué)生學(xué)習(xí)、分享。

三、 “分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

學(xué)期末，筆者對(duì)選課的65名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容及結(jié)果見表1。從調(diào)查問卷結(jié)果可以看出，93.85%的學(xué)生對(duì)“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容及形式表示滿意，認(rèn)為課程內(nèi)容能夠及時(shí)傳達(dá)遺傳學(xué)學(xué)科前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；78.46%的學(xué)生對(duì)師生實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)的建立持非常積極的態(tài)度，認(rèn)為師生實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)的建立能夠促進(jìn)師生之間的交流、及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題；84.62%的學(xué)生認(rèn)為教師在實(shí)驗(yàn)課程中能夠進(jìn)行師生互動(dòng)，對(duì)拉近師生關(guān)系起到了積極作用；95.38%的學(xué)生認(rèn)為“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容飽滿，不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且很好地鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)；92.31%的學(xué)生認(rèn)為“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程期末考核形式合理，利于評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。然而，分別有3.07%、6.15%的學(xué)生對(duì)師生互動(dòng)、教師在交流平臺(tái)解答的問題不滿意，這說明，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程在這些方面還有待提高。

表1 學(xué)生對(duì)“分子遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果的評(píng)價(jià) %

總之，“分子遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流平臺(tái)的建設(shè)，充分利用了現(xiàn)有的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資源以及所屬的各個(gè)學(xué)科的儀器、設(shè)備，完善了教學(xué)體系，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生綜合分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，增強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)。

[1] 梁麗.構(gòu)建分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(1)：217-219.

[2] 易紅.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(2)：1-4.

[3] 李軍靠.傳統(tǒng)教學(xué)的弊端與矯治[J].延安教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，17(1)：4-6.

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(責(zé)任編輯 孫艷玲)

北京林業(yè)大學(xué)2015年研究生課程建設(shè)項(xiàng)目———“分子遺傳學(xué)”全英文研究生核心課程建設(shè)，項(xiàng)目編號(hào)YWKC1504。