遺傳學實驗模塊化教學體系的構建與實踐

【摘要】遺傳學實驗是遺傳學科學研究的重要基礎，本文通過整合與拓寬現有實驗內容，改進實驗教學方法與實驗教學管理方法，探索實驗教學改革的新途徑，以期提高學生的實驗操作能力、科學研究和創新能力，促進學生綜合能力的全面提高，為新世紀創新型人才培養奠定基礎。

【關鍵詞】遺傳學實驗 實驗教學 創新人才

【基金項目】國家基礎科學人才培養基金（J1103507）；南京師范大學2012年實驗教學改革項目（1812200009）。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0255-02

遺傳學是高校生物類專業基礎課之一，遺傳學實驗是以幫助學生加深對遺傳學基本知識和理論的認知和理解，培養學生進行遺傳學等相關學科研究工作的能力的具體學科。在實驗教學中，不僅需教導學生實驗設計的原理、怎么做實驗，更應該教導學生如何根據需要合理安排實驗，提高學生解決實際問題的能力及自主創新能力。因此，實驗教學的開展情況直接關系到學生在相關領域創新能力的成敗。遺傳學實驗教學體系，在很大程度上會影響到實驗教學的效果。而現有的遺傳學實驗受學時數所限，綜合性實驗仍然偏少，無法滿足協助學生全面、系統地掌握實驗知識與技能的需要。在目前遺傳學實驗教學體系中受學時數所限，學生仍主要按照教師安排的實驗材料和步驟進行實驗操作，學生在大部分實驗除了簡單的模擬操作之外，動手能力、實驗設計和創新意識未得到充分培養。現有遺傳學實驗教學體系的弊端日益突顯，突破傳統的實驗教學體系，使學生較全面系統地掌握實驗知識與技能是改革所面臨的主要問題。為此，本文嘗試對遺傳學實驗教學體系進行改革以適應培養高素質人才的需要，在有限的時間內，探索與構建實驗教學改革的新途徑，從而培養學生的科學精神和實驗能力。

一、實驗內容優化整合

參照遺傳學學科發展特點，對遺傳學實驗內容進行調整并作分類規劃，同時增加現代遺傳學實驗內容，從而構建遺傳學實驗教學新體系。在實驗內容選擇時既要注重實驗的基礎性，以使學生通過實驗加深對遺傳學基礎理論的理解，掌握基本實驗技能，又要注重實驗的綜合性，以充分體現創新能力培養的目標。對此，在保留遺傳學基礎性實驗的前提下，注重激發學生學習的積極性和創造性思維，培養學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力，對實驗內容進行整合和拓寬。將一些在內容上有相關性或在步驟上有連續性的實驗項目整合，既保留過去的部分常規實驗的內容，又增加了許多新的實驗內容，使學生在有限的時間內能得到全面的訓練。

依據教學大綱要求和學科發展特點，對實驗內容進行模塊化整合與拓展，按實驗類別將遺傳學實驗分為“7+1”個實驗模塊，每個模塊再編排一系列實驗內容，通過這些實驗內容的學習，掌握相應的遺傳學知識，掌握相關遺傳學實驗技術，提高學生對實驗動手能力和分析能力[1]：1.第一模塊為經典遺傳學實驗模塊：由7個實驗組成。主要包括果蠅和粗糙鏈孢霉雜交實驗。2.第二模塊為細胞遺傳學實驗模塊：由9個實驗組成。主要包括細胞染色體行為觀察、動植物染色體制備技術及顯帶技術。3.第三模塊為分子遺傳學實驗模塊：由9個實驗組成。主要包括動植物核酸提取技術、核酸檢測技術、PCR技術、限制性酶切技術、DNA物理圖譜構建方法及原核生物基因調控分析。4.第四模塊為基因工程實驗模塊：由9個實驗組成。主要包括DNA片段回收技術、重組質粒載體構建技術、感受態細胞制備與轉化技術、質粒載體提取技術、外源基因誘導表達及其表達產物檢測技術。5.第五模塊為遺傳毒理學實驗模塊：由7個實驗組成。主要包括環境因素對生物個體的生活史、細胞及染色體行為影響分析；對細胞染色體數目與結構的影響分析；對細胞姊妹染色單體影響分析；對細胞DNA損傷影響分析。6.第六模塊為數量遺傳學實驗模塊：由7個實驗組成。主要包括廣義與狹義遺傳率的分析、遺傳學相關數據指標聚類分析及其計算方法。7.第七模塊為群體遺傳學實驗模塊：由7個實驗組成。主要包括哈迪—溫伯格定律分析、群體遺傳分化相關參數、基因流等參數的分析、計算與運用。8.第八模塊為遺傳學實驗分析模塊：由8個實驗分析手段組成，基本涵蓋了遺傳學實驗結果分析的方法，便于學生根據實驗結果得出較為正確的結論。

二、新教學體系的建立

依據實驗內容的模塊化整合，將基礎性實驗技術與綜合性實驗方法運用至實驗教學中，以培養學生綜合實驗的能力、解決實際問題的能力。通過由淺入深、由易到難、由簡單到綜合的實驗內容學習，逐步培養學生的創新意識、創新精神和創新能力。在實驗教學過程中，做到大小兼顧，統籌安排，合理設計，盡可能提供所有實驗項目所需材料與設備，讓學生進行一定范圍內的選擇，每個學生從至少4個模塊中選擇36學時的實驗，在每一模塊中選擇自己感興趣的實驗內容，在教師的指導下設計并完成實驗。在每一模塊中學生可根據自己感興趣的實驗內容、理論問題、自己認為應該特別加強訓練的實驗技能和總學時數的要求選擇實驗項目，保證在每一個模塊中選擇那些自己最感興趣及最迫切需要學習和掌握的實驗來做，這樣有利于提供學生的學習積極性。然后，在教師的指導下根據需要選擇其他模塊的實驗項目，設計并完成實驗。這一新體系的實施，有利于提高實驗課的教學質量，培養學生的自主學習和創新能力。

三、新教學體系的管理

在實驗開始時，教師對材料的準備、試劑的配制、實驗原理、實驗步驟、儀器操作、預期實驗結果、注意事項進行一定的講解。在實驗進行過程中，教師對實驗中遇到的問題，可根據學生的需求適當地給予指導，引導學生通過思考提出解決方法，提倡學生就實驗過程中出現的疑點和難點互相交流，教師只在學生協作學習過程中加以引導和控制，組織學生相互交流彼此的感受，達到共同學習，取長補短的目的。實驗結束后，學生需上臺講解自己的實驗過程及實驗中遇到的問題及其解決途徑，對自己提出的問題進行研究和實驗，并要求及時、完整、正確和整潔的記錄實驗過程，記錄的內容包括實驗項目、實驗材料、實驗方法、實驗日期、實驗結果與數據等。如果結果存在一定的偏差，要認真分析，尋找問題癥結，再提出解決方法或分析失敗原因，最終書寫實驗報告或撰寫論文。實驗結束召開學術交流會，輪流在會上交流匯報，而后其他同學和教師可對每個匯報者進行提問，同時根據實驗方案的科學性、實驗結果的準確性、實驗報告或論文寫作水平等幾方面進行評估，最后由教師分類評價學生所提交的實驗報告。

四、新教學體系的特點

1.基礎性：以遺傳發展史為線索，涵蓋了經典遺傳學實驗、細胞遺傳學實驗、分子遺傳學實驗，反映出遺傳學的基本原理和技術。2.應用性：重視實驗技能基礎訓練，學生通過實驗可正確、熟練按要求使用儀器；能仔細觀察，認真操作，整理與分析實驗數據，對實驗結果做出解釋，從而得出實驗結論。3.全面性：新的教學體系下既涉及基礎性實驗，又涉及了群體遺傳學、數量遺傳學理論性較強的實驗內容，同時還涉及遺傳毒理學實驗、基因工程實驗應用性較強的實驗內容，使得實驗內容更加全面。4.系統性：在實驗教學過程中，從實驗的設計與規劃，實驗材料的取材、處理，實驗結果的檢測及分析都由學生獨立完成，使學生對相關實驗有一個系統性的把握。5.綜合性：體現在實驗內容整體的安排上，如每個模塊中得實驗項目盡可能串聯起來，前一個實驗項目的結束可作為下一個實驗項目的開始，從而形成一個較大的綜合性實驗。6.設計性：根據不同模塊所學知識，可將不同模塊的實驗進行合并，從而設計新的大實驗，提高學生的創新實驗能力。使學生能將學到的知識與科研實踐相結合，提高學生的實驗素質，培養學生研究性學習和創造性能力。

五、結語

在新的教學體系下，學生從模塊化實驗教學體系中主動獲取知識的能力、動手能力、思考問題和解決問題的能力均得到不同程度的提高。在實驗過程中，學生學習主動性增強、興趣增強，有效地發揮了學生的主體性，對所學知識的理解不斷提升，實踐能力、分析和解決問題的能力、創新思維能力也得到不同程度的提升。這樣的實驗教學體系，有利于培養基礎理論知識深厚、實驗操作技能扎實、創新思維能力積極的的綜合人才。由于遺傳學實驗教學改革是一項長期的系統工程，因此仍需要廣大教師進行不斷的探索、改進與努力，逐步完善實驗教學體系，以提高學生的綜合素質。

參考文獻：

[1]周洲， 程羅根. 遺傳學實驗[M]. 科學出版社， 2013.