遺傳學實驗開放式教學與管理模式探討

摘要 遺傳學實驗是遺傳學教學的重要環(huán)節(jié)。開放式實驗教學可以讓學生靈活安排時間，將課堂實驗和課外實驗相結(jié)合，提高學生科研興趣。在驗證實驗和設計性實驗的比例分配上，以設計型實驗為主，既鞏固學生的基礎知識，也鍛煉了學生科研創(chuàng)新能力。在考核體系的建立方面，設計了合理的考核指標，真實反映學生的實驗動手能力。

關鍵詞 遺傳學實驗 教學創(chuàng)新 開放式教學 實驗管理

中圖分類號：G423 文獻標識碼：A

現(xiàn)代生命科學以及由此衍生出的生物技術和生物工程與基因都發(fā)生著絲絲縷縷的聯(lián)系。遺傳學正是研究基因的科學。遺傳學基礎理論的發(fā)展和應用研究，已使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)等相關領域發(fā)生了巨大變革。隨著新技術、新方法的出現(xiàn)，遺傳學的研究內(nèi)容也正發(fā)生著深刻的變化，并導致社會對人才的基本素質(zhì)提出了更高的要求。作為人才培養(yǎng)搖籃的高等教育，怎樣適應學科發(fā)展的需要，在生命科學領域培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才，是高等教育工作者一直在思考的問題。

遺傳學實驗教學作為理論教學的補充，不僅能驗證教材上抽象的理論，輔助學生掌握知識，還可以訓練學生動手能力和創(chuàng)新思維，可以有效地調(diào)動學生學習積極性。而傳統(tǒng)的《遺傳學》實驗教學中存在著一些共有的問題：經(jīng)典驗證性實驗多，探究性實驗少，不能滿足學生掌握新技術、新方法的要求；實驗課和理論課脫節(jié)，教學評價體系不合理。0此外，由于遺傳學實驗自身的特點，部分實驗需要持續(xù)很長時間，但由于課堂教學時間和教學條件的限制不能開展。因此，如何利用有限的課時安排合理設計遺傳學實驗教學內(nèi)容，打破傳統(tǒng)的封閉式教學模式，建立科學合理的實驗評價體系，是從事遺傳學教學實驗教師一直都努力試圖解決的問題。

基于以上考慮，筆者在開展遺傳學教學和實驗室管理的過程中，逐步改革教學內(nèi)容和教學模式，將課堂四十五分鐘改為課堂與課外相結(jié)合，通過幾年的實踐總結(jié)了一些心得，在此與大家分享。

1 新時期遺傳學實驗教學的特點

遺傳學中學科滲透和交叉現(xiàn)象很普遍，這也體現(xiàn)在遺傳學實驗中。如果把生命科學的課程體系比喻為一棵大樹，遺傳學就是這棵大樹的主干之一。由于化學、物理學、計算科學等內(nèi)容的滲入，現(xiàn)代遺傳學已經(jīng)衍生出了發(fā)育生物學、分子生物學、基因組學、生物信息學、基因工程等學科。在現(xiàn)代生命科學專業(yè)課程設置中，一般都會設置相關課程，這些課程都和遺傳學存在聯(lián)系，也與遺傳學教學內(nèi)容知識點存在交叉。因此，遺傳學實驗項目的設置極易與其它課程出現(xiàn)“撞車”現(xiàn)象。比如：有絲分裂和減數(shù)分裂在細胞生物學實驗中也可以開設：植物DNA提取實驗在分子生物學實驗中也可以開設。一旦“撞車”出現(xiàn)，不僅耽誤學生學習，浪費課時，還會讓學生在不斷地重復中對課程產(chǎn)生厭倦，覺得該課程可有可無，失去學習興趣。避免與其它課程實驗重復，既保證學生在有限的課時學到最多的知識，也能最大程度訓練學生的動手能力。

實驗持續(xù)時間長是遺傳學實驗教學的另一個特點。與生物學中的其它學科的實驗不同，遺傳學實驗中有很大部分是需要通過長時間培養(yǎng)實驗材料，中間過程持續(xù)觀察才能完成的，比如果蠅雜交實驗和生活史觀察實驗、植物有性雜交實驗。與此相矛盾的是，實驗教學安排的時間相對分散，每次課時間很短，在教學管理上教務管理部門也要求教師在指定時間完成實驗教學，這就限制了一些實驗項目的開設。

遺傳學是一門飛速發(fā)展的學科，不斷有新知識、新技術補充到遺傳學中。比如，在傳統(tǒng)教材中不涉及基因組學的內(nèi)容，而最近20年，基因組學已經(jīng)成為遺傳學的重要組成部分。除此之外，發(fā)育遺傳學、行為遺傳學、反向遺傳學、表觀遺傳學和生物信息學等分支學科的內(nèi)容也不斷補充到了遺傳學教材中。在理論課講述這些最新知識的同時，實驗課怎樣保持和理論課一致，怎樣為學生提供消化這些知識的動手機會?針對這一特點，要求在開設遺傳學實驗時，應隨時跟蹤學科最新進展，設計和更新實驗項目，或者發(fā)動學生自主設計實驗鞏固書本知識。

2 遺傳學實驗開放式教學內(nèi)容取舍的原則

遺傳學實驗項目的選擇，首先應兼顧理論性與實踐性、基礎與應用、經(jīng)典與現(xiàn)代這幾對矛盾。遺傳學是理論性和實踐性都很強的學科，實驗安排時應根據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)目標和學生實際情況，合理安排基礎性實驗與應用性實驗，并適當設計一些新的實驗。對于重點院校的學生，應加強理論性實驗，鼓勵學生自主設計實驗驗證某一結(jié)論。而應用型人才培養(yǎng)的學校則應當偏向應用性、實踐性實驗項目的開設，以滿足學生畢業(yè)后進入工作崗位后的動手需求。

遺傳學實驗項目確定應考慮其它實驗課程，避免教學內(nèi)容沖突。在實驗項目的選擇上，我們對以前安排的實驗內(nèi)容進行了重新編排，比如：“植物DNA提取”、“隨機擴增多態(tài)性分析”等在《分子生物學》課程里會涉及到的實驗內(nèi)容在遺傳學實驗里就大膽地放棄，讓學生在《分子生物學》實驗里完成，而在遺傳學實驗中則加入RFLP驗證孟德爾遺傳定律的內(nèi)容，直接將分子生物學實驗結(jié)果引入遺傳學分析中，既驗證了孟德爾遺傳定律，也讓學生初步認識了分子生物學在遺傳學中的應用。對于有絲分裂和減數(shù)分裂的觀察，《細胞生物學》實驗也會涉及到，但兩門課觀察的重點不同，細胞生物學側(cè)重觀察染色體結(jié)構，而《遺傳學》實驗側(cè)重染色體行為及分裂時期的觀察，這樣的實驗在開設時應向?qū)W生講明觀察重點，并且與《細胞生物學》實驗課協(xié)調(diào)，將兩個內(nèi)容合并在遺傳學實驗中開出。

打破時間和空間限制。遺傳學實驗中有部分實驗持續(xù)時間長，很難僅靠課堂時間完成實驗，也不利于安排實驗。以前在安排此類實驗時，受多種因素的限制，一般都不予開設。實驗室開放對提高學生的實驗操作技能、切實開展綜合性或設計性試驗項目、推動并幫助學生開展科研和畢業(yè)設計成效顯著，是培養(yǎng)學生實踐動手能力和創(chuàng)新精神的有效途徑。所以我們在教學中考慮將傳統(tǒng)的課堂實驗和開放實驗相結(jié)合。開放性實驗適合于周期比較長的實驗，比如果蠅大實驗中，教師在課堂上以多媒體的形式充分講解了實驗要求及注意事項后，讓學生領取果蠅瓶，課外自己收集和培養(yǎng)果蠅，隨時可以觀察果蠅的生活史。這個過程既培養(yǎng)了學生的觀察習慣和動手能力，也使學生對作為遺傳學研究重要材料的果蠅的接觸更充分，觀察更仔細，讓學生對遺傳學研究材料和方法產(chǎn)生了濃厚的興趣。

3 遺傳學實驗開放式教學的實施與實驗室管理

驗證實驗是課堂教學的補充，便于學生理解課堂抽象的知識。然而，由于驗證性實驗驗證的理論、方法、步驟及結(jié)果都是已知的，使實驗教學過程變成教師照本宣科講述，學生機械地模擬重復的過程，造成學生實驗積極性不高，對實驗結(jié)果的成敗不重視，盲目的承認失敗甚至篡改實驗數(shù)據(jù)以求相符。設計性實驗可以訓練學生的思維能力和動手能力，讓學生學會獨立開展工作。一些報道強調(diào)驗證性實驗過多，難以提高學生的創(chuàng)新能力，應加大綜合性、設計性實驗的比例。而宋興舜等則認為應將驗證性實驗與設計性實驗有機結(jié)合。0在以前的實驗教學安排中，設計型實驗由于內(nèi)容分散，管理麻煩，是大家不愿觸及的方面。如何在有限的課時里兼顧鞏固知識和能力訓練，在安排實驗內(nèi)容的時候需要深思熟慮。為適應學科的快速發(fā)展，在遺傳學實驗教學中，必須強化教師的開放式教學理念，強化學生的動手實踐和自主創(chuàng)新意識。從課堂教學和課外研究兩個方面，通過對實驗教學觀念開放、教學內(nèi)容開放、實驗室和實驗時間開放、教學方法和手段開放等進行分析，探討開放式教學在遺傳學實驗中的應用。。

基于以上考慮，筆者在教學過程中逐步安排了一些開放性驗證實驗和設計性實驗，比如植物染色體觀察的實驗，要求學生獨立選材，同學之間選材不能相互重復，做到實驗項目的選材開放；實驗開始前獨立設計方案，方案內(nèi)容應包括水培獲得新生根尖、材料前處理過程、染色方法的選取、壓片過程、觀察和拍照等步驟，每一步驟都應有詳細說明，實驗方法的選擇上保持開放：方案設計完成經(jīng)老師同意后，完成一個植物材料的染色體裝片制備并提交染色體圖，實驗過程開放。這些實驗過程均要求學生在課堂以外自由安排時間完成。經(jīng)過幾年的實踐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)85以上％的學生能獨立完成實驗，70％以上的學生需要反復多次才能完成任務。在實驗過程中，動手能力強的同學還能將這一實驗與染色體核型分析實驗結(jié)合，提交核型分析圖。通過該部分設計性實驗操作，學生在觀察了不同物種具有不同的染色體的同時，學會了查閱文獻的方法和工作方案的制訂，認識了教材中選取蠶豆或洋蔥作為染色體觀察材料的原因，認識到要完成一張效果良好的染色體裝片的艱難。對實驗教師來說，這種發(fā)散式的教學方法，也積累了很多植物材料的細胞遺傳學操作的知識，為以后改進實驗奠定了基礎。很多學生反映類似的開放性實驗時間可自由安排，實驗過程可放開思維，進入實驗室操作學會了一些基礎的科研技能。此外，還認識到了實驗準備的艱辛，更珍惜以后的實驗機會了。

在實驗教材中將果蠅實驗分為果蠅生活史、果蠅雜交和果蠅唾腺染色體制備等幾個獨立實驗。我們改進后的實驗則以果蠅為主線，要求學生從野生型果蠅的收集到生活史觀察再到唾腺染色體制備融合為一個大實驗，要求學生在實驗教材所提供知識的基礎上，在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，而將雜交實驗和孟德爾遺傳定律的驗證實驗改用其它實驗材料來完成。

不可否認的是，將部分遺傳學實驗從課堂移到課外增加了任課教師和實驗室工作人員的工作量，在管理上開放性實驗也增加了難度。開放式實驗教學要求教師在課外時間也要進入實驗室指導，實驗室經(jīng)常處于開放狀態(tài)，實驗儀器設備和藥品的使用管理能在一定程度上放開。在實際操作中，我們采用教師網(wǎng)上答疑和在指定時間指導相結(jié)合的方式對學生進行輔導。在實驗室管理上，試劑方面控制關鍵藥品的使用，常規(guī)藥品可以適當放開，對一些配制難度較大的溶液統(tǒng)一配制；對顯微鏡、顯微照相系統(tǒng)的使用則采取專人負責制，保證儀器的安全。而水培實驗和果蠅飼養(yǎng)實驗等內(nèi)容則允許學生將材料帶回宿舍，便于學生隨時觀察。

4 開放式實驗教學的考核指標體系

實驗教學考試方法的改革作為實驗教學改革的重要內(nèi)容之一，是當前教學改革中值得深入研究與實踐的問題。以前實驗考核的方式主要以實驗報告為主，針對這樣的考核方式，學生常出現(xiàn)相互之間抄襲，作業(yè)敷衍的現(xiàn)象，既不能反映學生實驗的真實水平，考核指標也比較單一。針對這些問題，結(jié)合我們的開發(fā)性實驗，我們重新制訂了實驗成績評價標準，經(jīng)過我們設計改進后的實驗考核主要包括驗證性實驗考核和開放性實驗考核兩部分。驗證性成績的記錄擯棄了以前單純看實驗報告打分的情況，在實驗中對實驗結(jié)果提出規(guī)定要求，課堂上實時檢查并記錄學生的實驗結(jié)果，要求學生立即在實驗結(jié)果欄描述結(jié)果并由教師及時確認，防止課后抄襲。對實驗原理、實驗步驟等內(nèi)容也杜絕抄襲課本，要求用自己的語言表述。每次實驗結(jié)束后均布置思考題，啟發(fā)學生動手之后學會思考，發(fā)掘問題。在開放性實驗部分，教師將實驗設計方案納入評分范圍，實驗進行過程中記錄平時成績，對實驗結(jié)果不做硬性要求，但可作為評分參考。

在平時實驗成績記錄之外，還單獨設計了期末實驗考試。期末實驗考核采取開放式考核，擬定考試題目范圍，讓學生獨立設計實驗步驟，獨立實驗，在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成詳盡的實驗報告。這些評分方式考查了學生搜集資料，獨立開展項目的能力。這樣的考試既靈活，也發(fā)揮了學生的主觀能動性，更訓練了學生的科研思維，為以后進入研究崗位奠定基礎。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代遺傳學是生命科學中重要的基礎學科，不僅有很深的理論性，也有很強的實踐性。遺傳學實驗作為理論教學的必要補充，是訓練學生動手能力和科研思維能力的重要環(huán)節(jié)，正是因為如此，很多高校已經(jīng)把遺傳學實驗作為一門獨立的課程開設。我們通過實驗內(nèi)容的改進，實驗課堂的開放式管理，考核體系的合理設計，優(yōu)化了遺傳學實驗教學體系，提高了遺傳學的教學質(zhì)量，為進一步深化遺傳學實驗教學和改革確立了一種模式。

在遺傳學實驗教學開放式教學和管理過程中，仍然存在很多不足，比如如何盡可能創(chuàng)造開放條件，開設盡量多的開放性實驗，在教學過程中如何引導學生進行創(chuàng)新性研究等。另外，如何調(diào)動教師的積極性，如何協(xié)調(diào)教學與實驗室管理部門的關系，開放式教學工作量的計算，這些都是在今后工作中仍然需要解決的問題。相信通過這一模式的探索，今后能更進一步促進遺傳學實驗教學的改革，提高教學質(zhì)量。