《遺傳學》實驗教學與創(chuàng)新能力提高的探索與實踐

宋喜悅，張玲麗，胡 甘

(西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西 楊凌 712100)

《遺傳學》是農(nóng)林院校農(nóng)學院、林學院、園藝學院、葡萄酒學院、動物科技學院、生命科學學院和創(chuàng)新實驗學院等專業(yè)的必修課程和主干課程，《遺傳學》基本原理是探討各種生命活動不可或缺的、共同的理論基礎。《遺傳學》又是植物生產(chǎn)類學科的專業(yè)基礎課，為后續(xù)的《植物育種學》《作物學》《園藝育種學》《草業(yè)育種學》《植物保護學》《分子遺傳學》《植物細胞工程》《基因工程》《種子工程》和《生物信息學》等課程打下基礎，對培養(yǎng)具有廣博的基礎知識和扎實的專業(yè)知識及科研創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中起著重要作用［1］。

1 《遺傳學》實驗課程教學改革的必要性

《遺傳學》作為生命科學的基礎課程，已應用于各研究領域，包括動物遺傳改良、植物新品種的培育和人類健康等各個方面，以達到改造自然、造福人類的目的。同時，它又是一門與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P的應用性很強的學科。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，遺傳學課程的相關內(nèi)容也隨之發(fā)展迅速，教科書內(nèi)容擴充明顯，使得遺傳學實驗教學內(nèi)容也隨之相應變化。

1)遺傳學科相關課程的設置，要求遺傳學實驗課內(nèi)容相應的跟進。如《分子遺傳學》《細胞遺傳學》《分子生物學》《細胞工程》和《基因工程》等課程的設置，其相對應的課程實驗項目的增加和內(nèi)容的豐富，必然要求作為基礎性學科的《遺傳學》在實驗教學內(nèi)容上做出相應的調(diào)整，以適應學科設置的需要。

2)實驗教學環(huán)境的變化，迫使實驗課程內(nèi)容和教學進行相應的調(diào)整。實驗教學環(huán)境的變化，主要體現(xiàn)為教學課時和教學對象的變化。為進行本科課程體系優(yōu)化，在增加總的課程內(nèi)容的同時相應壓縮了傳統(tǒng)課程的教學課時，實驗課程的教學時數(shù)必然做出相應調(diào)整，以適應教學計劃指導下的遺傳學教學要求［2］。另外，隨著學生人數(shù)的增加帶來的單位教學任務加重，在實驗學時和實驗覆蓋面有限的情況下，如何調(diào)動學生在實驗教學中的積極性和主動性，提高學生在有限的學時的創(chuàng)新能力是教師首先要解決的問題。

3)實驗教學方式和手段的豐富多樣化，為開展豐富、多樣的實驗課提供了展示平臺，提高了授課的積極性和學生進一步學習和探索實驗的興趣。實驗教學研究成果的引入、實驗教學觀念的更新、實驗教學方式的改進，以及依托信息技術(shù)、實驗教學手段的進一步完善，如啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，充分調(diào)動了學生學習積極性?？蒲信c教學的互動，科研成果及時轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容。本科生參與科研活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊等。教學手段，多媒體教學和計算機輔助教學帶來了遺傳學實驗教學的革命性變革，使傳統(tǒng)實驗教學難以呈現(xiàn)的實驗教學內(nèi)容直觀、形象地呈現(xiàn)出來，給《遺傳學》實驗教學帶來極大方便，減輕了實驗教學過程的負擔。同時基于網(wǎng)絡教學平臺的實驗輔助教學也日趨重要。上述這些已然存在和未來尚不知的挑戰(zhàn)，要求《遺傳學》教師針對自身面臨的問題做出相應的探索和創(chuàng)新。

2 《遺傳學實驗》教學改革思路

培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才是實驗實踐教學改革的最終目標。本研究認為，《遺傳學實驗》教學的改革的基本點是:(1)系統(tǒng)化實驗課程教學，培養(yǎng)學生的基本實驗技能，掌握實驗技巧;(2)系統(tǒng)構(gòu)建創(chuàng)新實驗課程的教學模式，對學生進行創(chuàng)新精神與科研實踐的培養(yǎng);(3)形成完善的“線性”實驗教學新體系。

2.1 《遺傳學實驗教學》改革思路

基礎實驗思路:(1)配合遺傳學的教學，通過基礎實驗，使學生鞏固和加深對遺傳學基本概念和基本原理的理解和掌握;(2)適應現(xiàn)代遺傳學的發(fā)展，讓學生掌握現(xiàn)代遺傳學研究所必需的基本實驗技術(shù);(3)開設綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗，鼓勵學生自己設計、自己完成實驗。

應用實驗思路:為配合《遺傳學》和相關課程的課堂教學，建議在《遺傳學實驗》教學相應滯后，在其他相關課程，如《分子遺傳學》《分子生物學》《細胞工程》《生物技術(shù)》《細胞遺傳學》和《基因工程》等開設的基礎上，以遺傳學實驗為主線，其他相關課程為支線，根據(jù)學時、課程需要進行適當增加或減少，進行實驗教學內(nèi)容的調(diào)整，做到相互補充，進而形成網(wǎng)絡化的實驗教學體系。通過系列性實驗，使學生不僅掌握了現(xiàn)代生物學分析技術(shù)，也培養(yǎng)了學生的動手能力和獨立設計實驗的能力，更實現(xiàn)了理論類課程與實踐訓練類課程的有序銜接，同時完善了學生從認知實踐到科研實踐的創(chuàng)新精神培養(yǎng)體系。

2.2 《遺傳學實驗》課程內(nèi)容優(yōu)化

隨著《遺傳學》的發(fā)展和學科建設的需要，必須對《遺傳學》現(xiàn)有的傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容進行一系列相應的改革。已有的實驗方法是，將遺傳學實驗分為經(jīng)典遺傳驗證實驗和細胞遺傳實驗綜合大實驗，新增分子遺傳基礎實驗［3］，或?qū)⑦z傳學實驗分為經(jīng)典遺傳、細胞遺傳、分子遺傳等綜合實驗必修模塊及群體遺傳實驗選修模塊［4］。我們以往根據(jù)專業(yè)特點，在研究已有的實驗改革方案的基礎上，設置實驗模塊:

1)經(jīng)典遺傳學實驗模塊，5學時。實驗項目有:(1)1、2對因子的遺傳分析;(2)果蠅觀察與飼養(yǎng);(3)果蠅伴性遺傳分析。

2)細胞遺傳學實驗教學模塊，5學時。實驗項目有:(1)根類有絲分裂的制片技術(shù);(2)花粉母細胞減數(shù)分裂的制片技術(shù);(3)果蠅唾腺染色體的制片技術(shù);(4)植物多倍體誘導技術(shù)。

3)分子生物學教學模塊，6學時。實驗項目有:(1)DNA簡易提取技術(shù);(2)PCR擴增技術(shù);瓊脂糖電泳技術(shù)。

具體實驗操作則采用由教師指定或者學生自選實驗項目，然后教師課前概要講授，學生再具體實驗這樣的實驗操作規(guī)程進行實驗。這樣的實驗設置使得整個實驗教學過程學生是一種被動的、機械性的驗證實驗，實驗當中缺乏創(chuàng)新性，因此，也很難調(diào)動學生的積極性和主動參與性。為了改變現(xiàn)有的遺傳學實驗課設置和教學模式，我們根據(jù)不同學院專業(yè)設置的特點，同相關專業(yè)的科研工作進行有機的結(jié)合，依托三年級教學實習安排，遺傳學實驗授課在時間安排上適當滯后，以方便與其他相關課程內(nèi)容銜接，形成一種設計性、探討性的實驗如表1所示。該實驗內(nèi)容以遺傳學實驗為主線，以相關學科為支線，對遺傳學實驗教學內(nèi)容做出了以下具體調(diào)整。

創(chuàng)新實驗學院、農(nóng)學院、園藝學院、動物科技學院等，根據(jù)專業(yè)特點，結(jié)合植物育種學知識，設計相關實驗。例如:植物育性的遺傳分析，以此作為《遺傳學實驗》的主線。具體為通過配制雜交組合(不育系//保持系/恢復系)，期間了解植物雄性不育的類型(孢子體不育或配子體不育);對花粉母細胞進行制片觀察，了解植花粉母細胞的減數(shù)分裂形成與發(fā)育過程;通過對該組合的育性調(diào)查，了解孟德爾遺傳規(guī)律的實際應用。通過DNA提取、PCR擴增及瓊脂糖電泳的實際操作、基因的分子標記的應用等相關分子生物學實驗的補充，進一步完善和豐富遺傳學實驗教學。

表1 遺傳學線性實驗教學

植物保護學院，根據(jù)學生所學的病理知識，配制相應的雜交組合，(抗病品種/感病品種)F2，對植物的抗病性進行遺傳分析，學生無論在田間還是進入實驗室都獨立完成實驗整個過程，將模塊化的教學內(nèi)容分散在遺傳學主線內(nèi)。這樣有效地調(diào)動了學生學習遺傳學基本知識的積極性和對開展科學研究的熱情。

2.3 《遺傳學實驗》教學方法和教學手段改革

眾所周知，教學活動是由教師的“教”和學生的“學”兩部分構(gòu)成的，教師是否能順利地將知識傳授給學生，讓學生掌握所要學習的知識，這是教學的關鍵。因此，在實驗教學活動中，針對實驗課程特點和學生的學習情況，使用相關的實驗教學方法也顯得十分重要［4］。目前，在傳統(tǒng)教學方法的基礎上，引用不同的教學方法和手段，如，多媒體技術(shù)的使用、建構(gòu)主義教學法的實施［5］等，均獲得積極的效果。對本科遺傳學的教學水平教學進一步提升。

1)實驗教學模式由傳統(tǒng)講授改為學生獨立完成模式。采用研究生的自主培養(yǎng)模式，即學生通過網(wǎng)絡教學平臺下載相關實驗指導，理解和熟知實驗目的、原理及操作步驟，依托三年級教學實習，掌握相應的專業(yè)知識。根據(jù)不同學院不同專業(yè)，如植物保護學院，學生根據(jù)所學的病理知識，配制相應的雜交組合，對植物的抗病性進行遺傳分析，學生無論在田間還是進入實驗室都獨立完成實驗整個過程，學生轉(zhuǎn)變角色成為主體，教師為輔。實驗過程中分別從實驗設計與親代擴繁，中期實驗和實驗結(jié)果進行討論與交流。教師協(xié)調(diào)、督促和指導，以確保學生實驗順利進行［6］。通過開設本實驗，不僅加深對理論知識的理解，真正了解遺傳物質(zhì)的本質(zhì);而且可以掌握最基本的操作技術(shù)，有利于培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學習的積極性。

2)加強《遺傳學實驗》網(wǎng)絡教學平臺建設，更新和充實《遺傳學實驗》課程多媒體教學課件，為學生課下自學提供了豐富的資料。學生可以根據(jù)需要下載相關課件，加深對實踐中教學內(nèi)容的理解，同時在網(wǎng)上看到實驗相關的Flash動畫，網(wǎng)絡課程平臺的知識彌補了實驗教學學時少，學生難理解知識的不足。

3 結(jié)束語

當前高等學校教育的基本原則是厚基礎、寬口徑、多方向、強能力，也就是要加強學生基礎理論知識的學習和基本實踐能力的訓練，夯實學生的基礎素質(zhì)平臺，提升學生的發(fā)展后勁。通過《遺傳學實驗》課程的設置，希望學生能夠牢固掌握遺傳學的基本知識和技能，拓寬知識面，跟上現(xiàn)代生命科學發(fā)展的腳步。

經(jīng)過長期遺傳學實驗教學探索和實踐，通過進一步對實驗教學內(nèi)容進行優(yōu)化，引導學生在已有知識的基礎上構(gòu)建深層的知識體系，達到全面培養(yǎng)的目的;在課堂教學的基礎上，通過學生全過程、全方位的線性化實驗，進一步提高了學生的自主創(chuàng)新能力;同時充分利用網(wǎng)絡輔助實驗教學手段，為師生之間的教學互動提供了一個良好的互動平臺。教師可以隨時進行教學檢查及時了解學生對實驗的理解和實驗進程狀況，并對實驗內(nèi)容和實驗進度進行適度地調(diào)整，起到優(yōu)化實驗教學過程的作用。通過實驗教學模式的創(chuàng)新，使《遺傳學》的實驗教學過程由簡單的知識傳授教學方式轉(zhuǎn)化為指導探索性教學過程，充分發(fā)揮學生的主觀能動性;相應地提高學生的創(chuàng)新能力，全面提升本科《遺傳學》教學水平。

［1］石春海，吳建國，馬秋蘭，等.《遺傳學》課程的建設與優(yōu)化［J］.遺傳，2005，27(6):980－983.

［2］王彬，韓贊平，張澤民，等.《遺傳學》課程建設的實踐與思考［J］.洛陽師范學院學報，2008(5):141－143.

［3］馮九煥，張桂權(quán).本科遺傳學實驗課開設模式探討［J］.中國農(nóng)業(yè)研究，2003(1):50.

［4］熊大勝，席在星.本科生遺傳學實驗教學的改革探討［J］.遺傳，2005，27(5):811－814.

［5］蔡明夷，王志勇.內(nèi)容與方法兼顧——關于“遺傳學”教學的思考［J］.廈門教育學院學報，2007，9(4):40－42.

［6］錢遠槐，張菁，曾慶韜，等.果蠅綜合大實驗改革探討［J］.湖北大學學報:自然科學版，1996，18(1):90－93.