農學類專業遺傳學實驗教學改革探索與實踐

王玉萍　張俊蓮　楊紅羽

[摘 要] 實驗教學改革是高等農業院校遺傳學教學體系改革的重要方面。本文通過分析甘肅農業大學農學類專業本科生傳統遺傳學實驗教學中存在的主要問題，對該課程的實驗教學改革進行了初步探討。從注重培養學生素質教育和創新能力的角度出發，重新構建了實驗教學體系和考核體系，采用形式多樣的教學方法，提高了實驗課教學質量，促進了學生綜合能力的提高。

[關鍵詞] 農學；遺傳學；實驗教學改革；創新能力；教學質量

[中圖分類號] G642.0 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2015）01-0102-04

0 引言

遺傳學是生命科學領域中一門十分重要的基礎性學科之一，也是高等農業院校農學類專業重要的專業基礎必修課之一。遺傳學是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學在遺傳學課程教學中占有十分重要的地位。遺傳學實驗既是對遺傳學課堂知識的驗證和鞏固，又是培養學生實踐能力、提高學生分析問題和解決問題能力的重要手段，也是培養學生自主創新能力的一個重要途徑[1]。21世紀高校人才培養模式改革的重點是加強對學生的素質教育，特別是創新能力和實踐能力的培養 [2，3]。如何適應新形勢下素質教育的需要，結合學科發展趨勢和專業特點，加強遺傳學實驗教學改革，是農學類學科建設的重要內容，也是培養高級農業科技人才和農業科研工作者的重要保證。以往遺傳學的實驗教學依附于理論教學，實驗只是為了驗證理論，存在重理論輕實踐的誤區，難以培養學生的實踐能力和創新能力。為適應教學改革的要求，培養“厚基礎，寬口徑”復合型人才，筆者在分析甘肅農業大學設施農業科學與工程專業和園藝專業本科生傳統遺傳學實驗教學中主要問題的基礎上，對遺傳學實驗教學改革進行了初步探索，總結了從教學內容、教學方法和考核標準方面提高遺傳實驗學教學質量、增強學生動手能力和創新能力培養的措施。旨在為高校人才培養模式中實驗課教學的改革提供參考。

1 傳統遺傳學實驗教學中存在的問題

受學時、實驗經費等因素所限，傳統遺傳學實驗教學的主要問題如下。

1）對實驗教學的環節重視度不足。實驗教學的前期準備工作（包括實驗過程的部分步驟，實驗材料的培養與處理，藥品試劑的配置及實驗儀器的調試）都是由教師完成，學生只是按照實驗指導進行其中的部分步驟，整個實驗教學過程中學生處于被動地位，甚至對一些基本的實驗技能都沒有掌握，不利于培養學生分析問題和解決問題的能力。

2）實驗內容陳舊，缺少創新（見表1），未能反映遺傳學的發展及遺傳規律的本質。實驗內容基本上是對課堂教學中遺傳規律和染色體理論的驗證，缺少分子遺傳學實驗以及綜合性和設計性實驗。盡管驗證性實驗能加深學生對理論的理解和記憶，由于結果已知，不能調動學生的積極性和思維的創造性。

3）考核方法欠科學。實驗成績的評定完全依據上交的實驗報告，而不考慮學生的實驗操作能力以及實驗態度等。使部分學生養成實驗不認真，抄襲應付的不良現象，不能客觀地反映學生的真實水平和實驗操作能力。這種傳統遺傳學實驗教學模式既不利于激發學生的學習興趣，也不利于學生的創造性思維培養和發揮。

2 優化教學內容，建立實驗教學新體系

為適應新世紀人才培養的要求，筆者結合遺傳學科的發展趨勢和農學類本科人才培養要求，遵循“厚基礎”的原則，以基本技能培養為主，通過實驗教學內容的整合并優化滿足“寬口徑”的要求，充分調動學生的主觀能動性，提高學生發現問題和解決問題的科學思維方法及創造性的思維能力。即在保留部分驗證性實驗項目的基礎上，增開綜合性實驗和設計性實驗項目，形成驗證性實驗-綜合性實驗-設計性實驗的多層次教學體系。

2.1 拓展基礎性實驗內容，增設分子遺傳學基礎 實驗

通過拓寬驗證性實驗內容，組織學生參與實驗準備工作，包括實驗材料的準備、預處理、藥品試劑配置、儀器調試等，既能保證實驗的完整性和系統性，也能提高學生的動手操作能力和實驗興趣。例如，植物細胞有絲分裂實驗，大蒜的發根、剪根、預處理、固定和試劑的配置完全由學生參與完成，使學生掌握試劑的配置方法和實驗處理的關鍵技術。減數分裂的材料大蔥花序由學生自己采集，固定處理。讓學生參與到整個實驗中，不僅加深了學生對實驗的印象，也激發了學生對實驗課的興趣。由于染色體制片技術是遺傳學實驗的重要部分，也是基礎性內容，“以學生為關注焦點，增加探索性”，調動了學生的積極性和主動性。“人類細胞中巴氏小體的制片與觀察”，從學生自己身上取樣進行，實驗結果因人而異，具有探索性，激發了學生的興趣。另外，實驗項目的選擇上要滿足農學類專業需求[4]，除了經典遺傳學、細胞遺傳學的內容外，還應融入和專業直接相關的分子遺傳學內容，如植物DNA提取、檢測和PCR擴增技術等簡單的分子遺傳學基礎實驗，使學生通過實驗理解遺傳本質，培養適應就業發展要求的專業性人才。

2.2 減少驗證性實驗項目，適當增開綜合性實驗 項目

將一些相關聯的驗證性實驗進行綜合，有機結合在一起，使實驗教學成為一個完整的體系，使學生能夠系統地學習，并把所學知識條理化。如有絲分裂與減數分裂兩個實驗雖然實驗材料不同，但實驗方法基本相同，將兩個合并在一起，作為植物細胞分裂綜合實驗。將實驗材料提前處理準備好，在學生掌握染色體制片技術的基礎上，同時觀察染色體并繪圖，可對兩種分裂方式中不同時期染色體的動態變化進行對比。原單獨做這兩個實驗需要6學時，合并后只需4學時，不僅提高了實驗的效率，又增強了實驗的綜合性，有助于學生綜合分析能力的提高。果蠅遺傳學系列實驗包括：果蠅生活史觀察和果蠅唾腺染色體制片等實驗。整合后將果蠅的飼養、生活史、遺傳性狀觀察和唾腺染色體制片等內容一次性進行，把驗證性實驗與探索性實驗相結合，極大地提高了實驗效率，也提高了學生綜合運用知識的能力。

2.3 實驗教學與科研相結合，增開設計性實驗

在遺傳學實驗教學過程中，可以依托教師的科研項目，讓學生參與到與遺傳學相關的項目中，使學生接觸到本學科前沿，深化所學知識。指導老師提供實驗題目，學生自主查閱文獻資料，設計實驗方案，教師審查后進行實驗實施，自主完成實驗過程，提交實驗結果和分析報告。如植物多倍體的誘導及鑒定實驗，要求學生自己查閱資料和設計方案，培養材料（如葡萄、馬鈴薯試管苗的繼代繁殖等），通過設置不同濃度的秋水仙素進行誘導處理。在觀察鑒定過程中要用到染色體制片方法，植物形態的觀察分析以及電鏡觀察等遺傳學、植物學方面的重點技術。這種以科研項目推動遺傳學實驗教學的方式，提高學生“學有所用”的認識，使學生不斷提高實驗技能，提高學生綜合應用知識分析和解決問題能力，為將來進行科學研究奠定良好基礎。

通過對實驗教學內容的整合優化，將驗證性實驗減為2個，增開綜合性實驗2個，設計性實驗1個（見表1），基本涵蓋理論教學內容。

3 改進實驗教學方法， 重視學生素質教育 和創新能力培養

通過啟發式教學、鼓勵學生進行實驗方案設計以及結合多媒體輔助教學方法改進教學方法，將學生創新能力和科學素質的培養貫穿于所有的實驗教學環節中。

3.1 以啟發式教學為主，變“被動”實驗為“主 動”實驗

教師根據教學目的和教學內容的不同，引導和啟發學生進行獨立思考和操作。堅持以 “學生為主體、教師為主導”的教學模式，推進學生自主學習，充分發揮學生的積極性和創造性[5]。實驗前注重預習，實驗過程教師指導并示范關鍵性操作，要求每個學生必須親自動手獨立完成實驗，針對具體操作過程中出現的問題，引導學生分析原因，改進實驗方法。啟發式教學方法使學生掌握基本實驗技能，形成獨立分析解決問題的能力。

3.2 鼓勵學生自主進行實驗方案設計

在實驗教學中后期，結合遺傳學課堂教學，選擇一些實踐性較強的課題。在教師指導下，讓學生以小組為單位查閱相關資料、設計實驗方案，自主完成實驗過程，記錄實驗數據并分析實驗結果，撰寫實驗報告。實驗期間，教師做好督導工作，及時糾正出現的問題，在實驗結束前完成實驗論文。老師根據學生表現打分，最后作為一項考核指標列入實驗總成績中（表2）。設計性實驗在研究結果上的不可預見性和適當難度，不僅能激發學生的興趣和積極性，同時培養了學生綜合運用知識能力及創新意識。

3.3 多媒體輔助實驗教學，提高教學效果

運用多媒體直觀動態地演示遺傳學實驗過程，幫助學生加深對實驗過程和結果的感性認識，增強實驗目的性，規范操作，從而提高實驗課效率[6]。特別是對于一些較復雜無法完成的分子實驗，如質粒的提取、酶切及連接系列試驗、核酸探針的分子標記與分子雜交等，通過借助多媒體演示操作過程，既保證了實驗教學的系統性，又加深了學生對分子遺傳理論知識的理解，為專業實驗課的學習奠定了基礎。

4 重新構建實驗教學考核體系，充分調動 學生的積極性

在考核方面，重新構建了以強化學生的動手能力，堅持實驗操作與實驗結果并重的考核體系，主要依據學生實驗操作的規范性，實驗結果的準確性、以及實驗紀律態度和實驗報告作為考評依據（見表2）。并將實驗總成績以所占比例20%納入遺傳學課程考核體系中。較全面、客觀地考核學生的實驗技能、創新能力、綜合分析能力以及實驗報告的質量，提高了學生對實驗的重視程度和興趣。

5 遺傳學實驗教學改革的效果

1）提高了大學生學習的積極性和主動性。改變了以往學生被動學習的局面，大大地激發了學生對遺傳課的學習興趣、責任心以及參與實驗的積極性。由原來的“過程性學習”轉變為 “探索性”學習，學生掌握了基本的遺傳學實驗技能，并能積極主動和教師探討實驗以及課堂理論課學習過程中出現的問題，教學效果良好。

2）培養了大學生各方面的綜合素質和能力。通過開設綜合性實驗和設計性實驗，學生的動手能力明顯提高，并能對實驗過程中的問題進行獨立分析和解決，培養了學生創新思維能力、論文寫作能力及科研協作能力等科研素質。畢業實習期間從事遺傳學相關實驗的本科生，實習實驗難度和工作量都明顯增加，本科畢業論文質量有很大提高。

3）提高了教師的專業素質及課堂教學質量。在遺傳學課堂教學、實驗教學、科學研究實踐等一系列教學環節改革的實施過程中，要求教師必須及時熟悉理論知識的發展前沿，提升自己的專業素質和綜合能力。在實驗教學改革中不但使學生掌握了扎實的遺傳學基礎知識及較強的實驗操作技能，而且充實了教師的專業知識，使理論知識與實踐技能相結合，提高了遺傳學課程教學質量。

6 結束語

實驗教學是培養高素質創新型人才的重要環節，是提高大學生實踐能力和創新能力的重要手段。遺傳學實驗教學的改革探索對加強理論知識與實踐技能相結合，充分發揮大學生的主觀能動性，培養學生的創新能力起了重要作用。由于受多方面條件所限，實驗教學改革較理論教學改革的難度更大。因此，遺傳學實驗教學改革要因地制冝，按照專業及實驗技能培養的層次，根據學生的興趣需求進行培養和引導，提高大學生的實驗技能和創新思維能力。本著以培養懂理論能實踐具有創新能力的高級農業科技人才為目標，我校農學類專業遺傳學實驗教學模式的改革探索，既訓練了學生的基本實驗技能，又培養和鍛煉了學生自主實驗能力，創新思維能力和綜合分析問題的能力，在學生的學習積極主動性、創新能力和綜合素質培養方面收到良好的效果。總之，隨著遺傳學學科及實驗技術的發展，進一步改進和完善遺傳學實驗教學方法仍然是一項長期而艱巨的任務，還有待于在教學實踐中不斷地去研究和探索。

參考文獻

[1]馬蓮菊，卜寧，王升厚，鄭國.開放式教學在遺傳學實驗教學中的探索與實踐[J].沈陽師范大學學報，2010，28（3）：443-445.

[2]閆紹鵬，王秋玉，王晶英.遺傳學實驗教學改革的思考與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（7）：275-277.

[3]朱正偉，劉東燕，何敏.加強高校實踐教學的探索與實踐[J].中國大學教育，2007，（1）：75-78.

[4]周勇，龔志云，田舜.農學類專業遺傳學實驗課教學改革的探索和思考[J].安徽農學通報，2013，19（8）：144-145.

[5]張學軍，王鎖萍.全面改革實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2005，24（1）：4-6.

[6]張曉，齊志廣，郭光艷，栢峰.遺傳學實驗教學改革初探[J].生物學雜志，2011，28（1）：99-101.