新農(nóng)科背景下遺傳學(xué)課程教學(xué)改革探究*

隋炯明，鄭春花，朱 虹，喬利仙，唐艷艷

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 圖書(shū)館，山東 青島 266109）

遺傳學(xué)是眾多涉農(nóng)專業(yè)的基礎(chǔ)課，在整個(gè)生命科學(xué)的教學(xué)中有著舉足輕重的作用。目前，生命科學(xué)發(fā)展迅猛，隨著新技術(shù)、新方法不斷出現(xiàn)，遺傳學(xué)的研究范疇更是大幅度拓寬，研究?jī)?nèi)容不斷地深化，培養(yǎng)具有遺傳學(xué)基本知識(shí)和創(chuàng)新能力的研究人才迫在眉睫。傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方式和方法已面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，教學(xué)改革和創(chuàng)新成為必然。2018年12月，教育部召開(kāi)新農(nóng)科建設(shè)研討會(huì)，提出要以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)改造提升現(xiàn)有的涉農(nóng)專業(yè)[1]。新農(nóng)科建設(shè)為涉農(nóng)專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新思路、新目標(biāo)與新挑戰(zhàn)。教育部根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》[2]，啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)虛擬仿真教學(xué)中心的建設(shè)工作，確立了虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的重要地位，為利用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新農(nóng)學(xué)類相關(guān)課程提供了機(jī)遇[3]。新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為創(chuàng)新遺傳學(xué)課程提供了機(jī)遇，也為新農(nóng)科建設(shè)提供了保障。

1 遺傳學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 教學(xué)條件不能滿足學(xué)生的需求

隨著培養(yǎng)目標(biāo)的不斷提高，現(xiàn)有的教學(xué)條件已不能滿足學(xué)生的需要。如講授《孟德?tīng)栠z傳》一章的雜交過(guò)程時(shí)，農(nóng)學(xué)院雖然建設(shè)了作物認(rèn)知園，并種植了各種作物，但有些材料的培養(yǎng)周期比較長(zhǎng)，學(xué)生無(wú)法體驗(yàn)去雄和雜交過(guò)程。講授《基因突變》一章的突變體時(shí)，突變體還沒(méi)表現(xiàn)出性狀，學(xué)生無(wú)法親自觀察突變體的表型?！哆z傳與發(fā)育》一章要求較高的組織培養(yǎng)操作條件，已建的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室空間有限，不能滿足全部同學(xué)在課堂上親自動(dòng)手操作，更不能保證操作的質(zhì)量。這些條件都限制了遺傳學(xué)課程的開(kāi)展。

在講授實(shí)驗(yàn)課時(shí)，現(xiàn)有的教學(xué)條件也難以達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。如開(kāi)設(shè)的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)——“果蠅唾液腺的解離和觀察”，需要在解剖鏡下操作，由于學(xué)生對(duì)唾液腺?zèng)]有直觀的印象，很多學(xué)生在這種微觀環(huán)境下難以找到唾液腺。在剝?nèi)≈参锴o尖時(shí)，由于莖尖很小，學(xué)生需要在超凈工作臺(tái)中的解剖鏡下操作，很多學(xué)生的操作難以達(dá)到理想的效果。這些問(wèn)題在原有的基礎(chǔ)上很難解決。

教學(xué)過(guò)程中還存在教學(xué)與科研不能融合的問(wèn)題。學(xué)校、學(xué)院平臺(tái)和各個(gè)科研室已購(gòu)置部分先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，但是學(xué)生很難接觸到這些高端的儀器設(shè)備。如《基因突變》一章介紹了物理誘變的方法，雖然已從清華大學(xué)購(gòu)置了等離子體誘變育種儀，但由于設(shè)備昂貴，試劑開(kāi)銷大，學(xué)生很難接觸到這些先進(jìn)的儀器，更無(wú)法了解這些儀器的操作過(guò)程。另外，教師雖然積累了大量的科研成果，但難以直觀地融入教學(xué)過(guò)程。

1.2 不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)有差異

以農(nóng)學(xué)院為例，設(shè)置了農(nóng)學(xué)、植物科學(xué)（藥用植物方向）、煙草、種子科學(xué)與工程4個(gè)專業(yè)，從2018年起增設(shè)了公費(fèi)農(nóng)科生班，2020級(jí)增設(shè)了農(nóng)學(xué)和煙草的創(chuàng)新班（與中國(guó)農(nóng)科院作物所和煙草所聯(lián)合培養(yǎng)）。不同專業(yè)對(duì)遺傳學(xué)的知識(shí)需求有差異，很多學(xué)生想了解自己專業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)展情況，這就需要教師有針對(duì)性地開(kāi)展授課，進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)。

1.3 教學(xué)模式陳舊，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

目前，遺傳學(xué)課程主要采用多媒體授課，課堂教學(xué)仍然是教師講授為主，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)知識(shí)，課下通過(guò)一定量的作業(yè)、練習(xí)、實(shí)踐等內(nèi)化知識(shí)。這種情況下師生之間缺乏交流互動(dòng)，教師不能及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，學(xué)生在被動(dòng)接受知識(shí)的情況下逐漸失去學(xué)習(xí)的興趣和積極性。這種陳舊的教學(xué)模式不僅不能發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，還會(huì)阻礙學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，扼殺學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

1.4 考核方式單一，不能全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)水平

在原有的遺傳學(xué)課程教學(xué)中，評(píng)價(jià)方式主要以期末考試成績(jī)?yōu)橹鳌Ｔ械目己藰?biāo)準(zhǔn)是考勤成績(jī)占10%，平時(shí)成績(jī)占20%，期末考試成績(jī)占70%。在這種評(píng)價(jià)模式下，由于期末考試成績(jī)占比過(guò)高，且考核形式過(guò)于單一，學(xué)生通過(guò)死記硬背可以暫時(shí)應(yīng)付考試，但是考后甚至連基本概念都記不住，對(duì)遺傳學(xué)基本理論的理解和實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)更是無(wú)從談起。所以傳統(tǒng)的考核模式無(wú)法了解學(xué)生的真實(shí)情況，綜合能力得不到提升，不符合新農(nóng)科背景下高校人才培養(yǎng)的基本原則。

2 新農(nóng)科背景下遺傳學(xué)課程改革舉措

2.1 創(chuàng)新教學(xué)和實(shí)踐模式

虛擬仿真技術(shù)為創(chuàng)新農(nóng)學(xué)類相關(guān)課程提供了機(jī)遇。翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)和內(nèi)化知識(shí)的時(shí)空進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)，增加了學(xué)生之間、師生之間的互動(dòng)。

在山東省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換項(xiàng)目和學(xué)校教改項(xiàng)目的資助下，我們?cè)谶z傳學(xué)課程中開(kāi)展了虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。我們利用虛擬仿真技術(shù)將植物生長(zhǎng)過(guò)程中復(fù)雜或微觀的場(chǎng)景進(jìn)行虛擬展示，從而打破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)了資源共享。把枯燥的理論變?yōu)榭梢暬膱?chǎng)景，使學(xué)生可交互式參與，引發(fā)了學(xué)生濃厚的興趣，從而達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的。如我們制作的果蠅幼蟲(chóng)培養(yǎng)和唾液腺剝離過(guò)程，可幫助學(xué)生輕松完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)輕松實(shí)現(xiàn)了課程知識(shí)的交叉融合，讓學(xué)生對(duì)每種作物的生產(chǎn)過(guò)程有詳盡的了解。學(xué)院建設(shè)了薯遺傳育種虛擬仿真課程，將甘薯雜交、脫毒、快繁、育苗、移栽、收獲等環(huán)節(jié)融合在一起，將遺傳學(xué)、育種學(xué)、栽培學(xué)、組織培養(yǎng)等課程有機(jī)結(jié)合，有利于學(xué)生深入學(xué)習(xí)多個(gè)流程的相關(guān)知識(shí)。

同時(shí)，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行了遺傳學(xué)教學(xué)改革。我們利用智慧樹(shù)平臺(tái)上的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)線上資源，提前布置每次課的學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)。線下教學(xué)過(guò)程中，為了檢驗(yàn)學(xué)生的自習(xí)效果，教師首先對(duì)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行梳理和歸納總結(jié)，對(duì)于知識(shí)難點(diǎn)和盲點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)和解釋。課程中間，也是翻轉(zhuǎn)課堂的重要環(huán)節(jié)，可以按照教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布的知識(shí)點(diǎn)，教師隨機(jī)安排給各小組，各小組按順序匯報(bào)，時(shí)間 5～10分鐘，其他學(xué)生可提出質(zhì)疑，并進(jìn)行討論交流。教師對(duì)各組匯報(bào)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)疑難點(diǎn)答疑解惑。最后，師生共同總結(jié)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生遇到的問(wèn)題或錯(cuò)誤操作進(jìn)行糾正指導(dǎo)；也可進(jìn)行提問(wèn)式討論，每位學(xué)生都要參與其中，將課前預(yù)習(xí)總結(jié)的問(wèn)題和自己的體會(huì)進(jìn)行師生、生生之間的交流互動(dòng)。教師在課堂上不僅要進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的講解，還要將專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行延伸，理論與實(shí)際相結(jié)合，以深入淺出的形式進(jìn)行補(bǔ)充教學(xué)，這樣能達(dá)到事半功倍的效果。

虛擬仿真技術(shù)和翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，開(kāi)拓了學(xué)生視野，有利于學(xué)生科研思維的培養(yǎng)。學(xué)生可隨時(shí)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，為大學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)開(kāi)辟了新的途徑。我們的課程將多個(gè)環(huán)節(jié)融合后，為農(nóng)學(xué)類學(xué)生特別是公費(fèi)農(nóng)科生的培養(yǎng)提供了便利條件，他們畢業(yè)后在鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)技推廣部門(mén)工作，將來(lái)會(huì)在鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮重要作用，他們需要了解每種作物的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，為科研成果的推廣搭建橋梁。

2.2 教學(xué)與科研相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

我們利用虛擬仿真技術(shù)打通教學(xué)和科研兩大平臺(tái)，教會(huì)學(xué)生在虛擬環(huán)境中掌握先進(jìn)儀器的基本技能和操作，使科研平臺(tái)在虛擬環(huán)境中得到利用，開(kāi)拓學(xué)生的視野，讓學(xué)生愛(ài)上所學(xué)的專業(yè)。虛擬仿真技術(shù)還可將我們教師的科研成果直觀地融入教學(xué)過(guò)程，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們將近紅外光譜儀快速測(cè)定樣品的品質(zhì)性狀，等離子體誘變儀的誘變流程制作成虛擬仿真視頻，讓學(xué)生了解常規(guī)育種與先進(jìn)育種技術(shù)和輔助手段相結(jié)合，可以大大加快育種的進(jìn)程。

在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，我們也注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的同時(shí)，鼓勵(lì)同學(xué)將課本知識(shí)進(jìn)一步物化，將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合。如介紹發(fā)根農(nóng)桿菌時(shí)，學(xué)生不明白發(fā)根農(nóng)桿菌和根癌農(nóng)桿菌的區(qū)別，我們提供給學(xué)生帶有熒光標(biāo)記的載體，讓學(xué)生通過(guò)發(fā)根農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化甘薯，并建立快速檢測(cè)體系，可利用熒光檢測(cè)發(fā)狀根的生長(zhǎng)情況，讓學(xué)生有直觀印象。結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，教育部、山東省教育廳和學(xué)校設(shè)立的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃以及學(xué)生的課程論文、畢業(yè)論文等內(nèi)容，設(shè)置了差異化的實(shí)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生將實(shí)習(xí)過(guò)程中學(xué)到的遺傳學(xué)知識(shí)應(yīng)用到課外實(shí)踐訓(xùn)練中，培養(yǎng)農(nóng)學(xué)類學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念和創(chuàng)新能力，成果凝練后可參加國(guó)家、省市或校級(jí)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽，增強(qiáng)學(xué)生的科研興趣和獲得感。根據(jù)國(guó)家設(shè)置的大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目和“互聯(lián)網(wǎng)+”，學(xué)校開(kāi)展了相應(yīng)的競(jìng)賽，在學(xué)校層面評(píng)比篩選出優(yōu)秀成果，可參加省級(jí)競(jìng)賽和國(guó)家級(jí)挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽。

另一方面，在實(shí)習(xí)過(guò)程中我們建立了“專業(yè)認(rèn)知+科研技能+畢業(yè)實(shí)習(xí)”整合的實(shí)踐教學(xué)模式。創(chuàng)新性地提出“導(dǎo)師制”，對(duì)于不同專業(yè)，設(shè)置不同的科研訓(xùn)練模式。針對(duì)農(nóng)學(xué)和煙草創(chuàng)新班的學(xué)生，我校與中國(guó)農(nóng)科院作物所和煙草所鑒署聯(lián)合培養(yǎng)協(xié)議，在大學(xué)一年級(jí)期間開(kāi)始選擇校內(nèi)導(dǎo)師進(jìn)行指導(dǎo)，開(kāi)展科研訓(xùn)練，大學(xué)四年級(jí)時(shí)到聯(lián)合培養(yǎng)單位進(jìn)行實(shí)習(xí)；針對(duì)公費(fèi)農(nóng)科生的學(xué)生，在大學(xué)二年級(jí)時(shí)開(kāi)始選擇校內(nèi)導(dǎo)師進(jìn)行指導(dǎo)，開(kāi)展科研訓(xùn)練，大學(xué)四年級(jí)到山東省農(nóng)科院和定向培養(yǎng)單位實(shí)習(xí)一年。這些都將進(jìn)一步提升學(xué)生專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新能力和本科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.3 構(gòu)建合理的教學(xué)考核和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

針對(duì)之前考核體系及成績(jī)?cè)u(píng)定方式存在的弊端，我們進(jìn)行了教學(xué)評(píng)價(jià)方式的改革，逐漸在教學(xué)過(guò)程中建立多元化考察的方式，注重教學(xué)過(guò)程中學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的考核，同時(shí)又能反映學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的情況以及解決問(wèn)題的能力。我們利用智慧樹(shù)平臺(tái)強(qiáng)化了學(xué)習(xí)過(guò)程管理，增加了線上課程學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的考核，降低了卷面成績(jī)的比重，加大平時(shí)成績(jī)的比重?，F(xiàn)在考核成績(jī)構(gòu)成調(diào)整為期末考試成績(jī)占50%，平時(shí)成績(jī)占40%，考勤占10%（在智慧樹(shù)平臺(tái)考勤簽到）。平時(shí)成績(jī)由線上課程學(xué)習(xí)和課外作業(yè)兩部分構(gòu)成，其中，線上課程學(xué)習(xí)占20%，由智慧樹(shù)平臺(tái)自動(dòng)監(jiān)控每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)時(shí)間，自動(dòng)完成單元評(píng)測(cè)的批改；課外學(xué)習(xí)占20%，包括課外作業(yè)、論文撰寫(xiě)、課外閱讀、項(xiàng)目實(shí)操、小組協(xié)作等。在布置課外作業(yè)時(shí)，結(jié)合遺傳學(xué)知識(shí)，依托學(xué)院建設(shè)的青島市作物認(rèn)知園，讓學(xué)生擔(dān)任作物知識(shí)宣講員，為師生講解各種作物的特點(diǎn)和基本情況，并布置作業(yè)調(diào)查認(rèn)知園作物的拍照、分類、數(shù)據(jù)整理。通過(guò)改革課程考核評(píng)價(jià)體系，既調(diào)動(dòng)了教師教學(xué)的主動(dòng)性，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和協(xié)作能力，避免了學(xué)生平時(shí)不學(xué)，考前臨時(shí)突擊即可拿到學(xué)分的現(xiàn)象。

2.4 思政元素與課程體系相融合，增強(qiáng)學(xué)生“學(xué)農(nóng)愛(ài)農(nóng)”的價(jià)值觀

在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，注重將思政教育融入課堂，如在課程上嵌入“農(nóng)耕文明五千年”“中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展70年”“偉大的脫貧攻堅(jiān)”“中國(guó)農(nóng)業(yè)的國(guó)際貢獻(xiàn)”“大國(guó)三農(nóng)”等主題的視頻短片，讓學(xué)生了解當(dāng)下中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)，以及國(guó)家在脫貧攻堅(jiān)和鄉(xiāng)村振興中取得的一系列成果。另外，還可以把身邊的榜樣作為思政教育的案例。如給學(xué)生介紹“種子傳奇-袁隆平”“諾貝爾獎(jiǎng)獲得者-屠呦呦”“王晶珊：把論文寫(xiě)在鹽堿地上”“全國(guó)草莓大王-姜卓俊”，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和歷史使命感。

3 結(jié)束語(yǔ)

新農(nóng)科形勢(shì)下，對(duì)農(nóng)科類人才的需求已經(jīng)從單一的知識(shí)型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用型和技能型相結(jié)合，對(duì)農(nóng)科人才的培養(yǎng)模式和體系也應(yīng)進(jìn)行重構(gòu)和調(diào)整，從而適應(yīng)新形勢(shì)的需要和發(fā)展。在“新農(nóng)科”人才觀的指導(dǎo)下，培養(yǎng)內(nèi)容應(yīng)更加注重對(duì)農(nóng)科人才在技術(shù)倫理、創(chuàng)新思維和應(yīng)用實(shí)踐技能方面的訓(xùn)練，在培養(yǎng)方式上，也應(yīng)加大新技術(shù)的運(yùn)用[4]。

遺傳學(xué)是一門(mén)需要理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，將虛擬仿真技術(shù)引入該課程的教學(xué)，不但可以豐富教學(xué)內(nèi)容和方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還可將這一模式推廣到涉農(nóng)類相關(guān)課程，進(jìn)行資源共享，實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)的交叉融合。但在建設(shè)虛擬仿真課程時(shí)，應(yīng)遵從“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛”的指導(dǎo)方針[5]，將虛擬的和現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目相結(jié)合，不斷完善人才培養(yǎng)體系和先進(jìn)的教學(xué)方法，提升教學(xué)水平，提高學(xué)生培養(yǎng)效果。

翻轉(zhuǎn)課堂為遺傳學(xué)的教學(xué)改革提供了便利條件，但在翻轉(zhuǎn)課堂的教案設(shè)計(jì)中，要堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，針對(duì)不同專業(yè)設(shè)置不同的案例，并將思政元素融入教學(xué)過(guò)程中。我們應(yīng)以學(xué)生全面成長(zhǎng)成才為中心，以培養(yǎng)理想信念堅(jiān)定，具有社會(huì)責(zé)任感和“三農(nóng)”情懷，具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和國(guó)際視野的學(xué)術(shù)精英和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才為目標(biāo)。