遺傳學實驗教學改革的實踐探索

實驗教學是培養學生動手能力、實踐能力、創新能力和獨立工作能力的主要手段之一，是大學人才培養的重要環節。遺傳學是生命科學的前沿學科，同時又是以實驗為基礎的自然科學。傳統遺傳學實驗教學中“依葫蘆畫瓢”和“傳道、授業、解惑”的教學模式不能適應新時期創新人才培養的需要。在“培養學生基本技能為主”的前提下，培養他們的科學思考、勇于創新與獨立探究的綜合素質才是當今遺傳學實驗教學的目標所在。然而，挖掘與激發學生的創新潛能遠比傳播知識難得多，教師必須努力把創新理念滲透到實驗教學的各個細微環節中，探究培養創新性人才的可行途徑，使學生變被動為主動，順利完成“掌握基本操作技能”一“獨立完成實驗”一“獨立設計實驗”三步曲的轉變過程，提高遺傳學實驗教學的質量。近年來，在秉承傳統的基礎上，我們從教學內容和教學方法方面對課程進行了深入的改革，積極實施“創新型開放式”實驗教學，取得了良好的教學效果。

一 整合實驗內容，創設綜合性、設計性微型實驗

開設綜合性、設計性實驗是提高學生創新能力的重要途徑。所謂綜合性實驗是實驗內容涉及相關的綜合知識或運用綜合的實驗方法、手段，體現了實驗內容的綜合性和實驗方法的多元性。設計性實驗是學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、選擇實驗器材、自主實施并對結果進行分析處理的實驗。綜合性實驗可帶有設計性的特點，設計性實驗也可帶有同一類實驗的綜合成分，二者具有良好的相容性，都能夠鍛煉學生獨立思維和創新意識，提高學生綜合分析、解決問題的能力。為此，我們將遺傳學實驗內容整合為果蠅遺傳學、細胞遺傳學和分子遺傳學實驗三大模塊，并將綜合性、設計性的理念貫徹到實驗過程的各個環節，把每一個實驗都改造成一個微型的綜合性或設計性實驗。

1 果蠅遺傳學實驗

將果蠅形態生活史觀察、單因子雜交、雙因子雜交、伴性遺傳、三點測交5個驗證性實驗整合為1個果蠅經典遺傳設計性實驗，要求學生能用1-2個雜交組合的實驗結果驗證基因的4大遺傳規律——分離規律、自由組合規律、伴性遺傳規律和連鎖互換規律。讓果蠅親代擴繁、培養基配制、處女蠅的挑選、交配設計、轉管培養、子一、二代觀察與鑒定、實驗結果統計分析等全部實驗過程，均由學生自主獨立完成，調動了學生的主觀能動性，塑造了學生的創新精神。而且，在掌握相關實驗技能、深入理解遺傳學經典規律的同時，使學生又對昆蟲學、生態學和生物統計學的相關知識有了一定的認知，有助于他們綜合素養的提高。

2 細胞遺傳學實驗

以染色體技術為基礎的細胞遺傳學實驗是遺傳學實驗的重要組成部分。我們以植物細胞有絲分裂和減數分裂染色體標本制片和行為觀察實驗為起點，把細胞遺傳學的相關實驗在教學周上連續安排，一方面使學生能夠及時鞏固并熟練掌握染色體制片技術，另一方面使學生對染色體行為的認識有逐步深入的過程，有利于學生對遺傳的染色體理論和遺傳變異現象的認知理解。在教學過程中讓學生參與到實驗準備的各個環節，包括材料的培養、預處理、解離、染色等過程，并引導學生進行自主實驗設計，如不同的秋水仙素預處理濃度和時間、不同的解離時間和解離方法(酸解或酶解)、不同的染色方法(希夫試劑或醋酸洋紅)等。不同的處理條件可能會得到不同的實驗結果，增加了結果的不確定性，大大激發了學生的求知欲，使枯燥的制片過程變得生動起來。實驗由被動變主動，學生通過主動探究最終確定各環節的最佳處理條件，深刻領悟各因素的作用原理，真正做到了“知其然并知其所以然”，培養了學生獨立分析解決問題的綜合能力，使創新思維逐漸成為學生的一種習慣。

遺傳毒理學是用遺傳學方法研究環境因素對遺傳物質的損害及其毒理效應的遺傳學分支學科，應用價值巨大。因此，我們增設了“植物的微核檢測技術”實驗，要求學生設計出實驗方案，用實驗室現有的誘變試劑或日常生活用品或不同環境中的水，對材料進行處理，分析不同檢測試劑對植物遺傳物質的損傷程度。不僅使學生加深了對染色體結構變異的認識，同時使學生掌握了環境因子遺傳毒性檢測的一般方法，深刻理解了遺傳學與生產及生活實踐的密切關系。

結合本實驗室細胞遺傳學研究優勢，利用豐富的小麥資源開設綜合性實驗——小麥的有性雜交。教師給學生既定的一些小麥品種，并向學生簡單介紹各品種的來源、遺傳背景，之后學生首先要查閱相關文獻詳細了解小麥的特征與習性(如雌雄蕊的形態構造、穗的發育特點、開花習性等)，然后自主設計雜交親本組合，并按設計方案實施田間雜交，包括選穗、整穗、去雄、授粉的全過程，一周后統計雜交結實率，30天后收獲雜交種子并進行染色體制片，觀察雜交后代染色體的行為和變異情況，分析實驗結果。該實驗以前面的細胞學染色體制片技術為基礎，融合了遺傳學、育種學、統計學的相關知識，極大拓寬了學生的知識面，磨練了學生的意志，激發了學生的科研動能。

3 分子遺傳學實驗

為使學生適應現代遺傳學的發展，在遺傳學實驗中納入分子遺傳的相關實驗是非常有必要的。因此，我們增設了包括植物DNA的提取、DNA瓊脂糖凝膠電泳、質粒DNA的提取、PCR擴增等分子遺傳學基本實驗技術內容。實驗采用多種植物材料、DNA提取試劑方法等，比如材料用石英砂或液氮研磨、酚，氯仿抽提的次數、70％乙醇清洗沉淀與否、質粒提取時冰浴與否等對DNA提取質量和濃度有否影響、不同濃度的瓊脂糖凝膠對DNA遷移速率有否影響、PCR擴增時反應緩沖液中dNTP、Mg2+濃度對擴增結果有否影響等，使學生通過縱向比較自主總結出不同試劑、方法作用的原理和適用的范圍，并掌握操作要領。微觀世界變得可視化，極大激發了學生的探究欲望。

二 創新教學方法

綜合性、設計性微型實驗的創設使學生積極參與到實驗過程各個環節，這種開放式教學模式給了學生更多自由發揮的空間，使學生由對知識的被動接受逐漸轉變為主動探究，然而對學生創造性思維能力的培養還需要從教學過程的其他環節深入展開。

1 運用啟發式教學法

傳統實驗課堂教學以教師為主體的、知識傳遞呈單項性的較為刻板的教學方式使學生完全處于被動接受狀態，不利于學生綜合能力和創新意識的培養。為改變這一現狀，我們做了以下嘗試：提前告訴學生實驗項目，讓學生預習，寫出預習實驗報告，讓學生帶著問題聽課、做實驗。學生成為教學的主體，而教師成為教學輔助因素，主要向學生講清楚實驗的相關背景知識、實驗流程和操作要點，實驗原理及所涉及的一系列試劑的作用和用途則以問題的形式向學生提問，由學生在預習和實驗操作及觀察中總結出答案，培養學生分析和解決問題的能力。如在有絲分裂染色體制片實驗中，切、敲、烤、壓四個關鍵環節中烤片的作用是什么在實驗中不講，讓學生通過觀察烤與不烤的制片分裂相多少的比較尋找答案。又如實驗過程中有意識配錯藥品或改變藥品的濃度，使反應結果異常，讓學生尋找原因等。

2 利用多媒體等現代化教學手段

遺傳學實驗的特點是材料小，可視性差，分子遺傳學實驗更加微觀，教師很難向所有的同學演示整個實驗過程，因此我們通過多媒體課件、視頻錄像、示教顯微鏡、實物展臺等多媒體教學手段開展實驗教學。如“果蠅唾腺染色體觀察”實驗，關鍵是唾腺的剝離和識別，而許多學生拉出唾腺后不認識，常常把腸管當成了唾腺，導致實驗結果不理想。為此，我們自制了果蠅唾腺染色體觀察的視頻錄像，通過投影儀投在大屏幕上，使學生對唾腺剝離的操作要領和唾腺的特征一目了然，提高了實驗的成功率。我們還自制了植物有絲分裂染色體制片、植物有性雜交的視頻，同時從網絡上搜集了大量分子遺傳學實驗的影像資料，使學生對材料研磨、移液器的使用、電泳加樣等有清楚地了解，學生操作更加規范。在實驗間歇給學生播放如Southemblot、Northemblot、ELISA、細胞培養、芯片制備等實驗設置中沒有涉及的分子遺傳學經典和前沿技術視頻，開闊了學生的視野。在實驗過程中好的圖像和好的實驗結果通過示教顯微鏡與投影設備相連而直觀地展現給全班學生，使學生找出不足并加以改進，利于激發學生的實驗積極性，提高學生的實驗技能。然后將其存儲起來，在不同時間或不同實驗重現，充分實現資源交流與共享。

三 結語

通過對遺傳學實驗教學內容和教學方法的改革，激發了學生的學習興趣，使實驗課既充分發揮了理論教學必要補充的特殊功能，又變成了學生施展才能和發揮創造思維的場所。但也存在許多問題尚待解決，如綜合性、設計性實驗內容的深度和廣度有待加強，每個模塊內各實驗項目的內在聯系應進一步強化，實驗內容的先進性和實用性應進一步提高。教學實施過程中出現的種種矛盾有待解決，如學生方案的多樣性與儀器設備的限制、寬松開放的實驗環境與儀器設備的規范管理、器材的大量損耗與實驗室的有限經費、實驗室開放與教師的工作量等。遺傳學實驗教學要與時俱進必須適時地加大資金投入，加強硬件建設和人才培訓，使遺傳學實驗充分發揮培養創新性人才的作用。

參考文獻

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