應用型地方高校遺傳學混合式教學模式的探索與實踐

唐文武，魏 超，陳 剛，吳秀蘭

（肇慶學院 生命科學學院，廣東 肇慶 526061）

遺傳學是20世紀以來生命科學領域發展最快，最具活力的主干學科之一，在探索生命進化本質、增進人類健康福祉、提高農業產量品質等方面發揮了重要作用.從1900年孟德爾規律發現以來，遺傳學研究從個體水平向細胞、染色體、基因水平不斷深化，并隨著基因組測序、表觀遺傳學、基因編輯等新技術、新方法的出現，遺傳學研究的范疇不斷拓寬，內容不斷深化，目前已形成知識內容多，學科交叉融合，在醫學農業等領域廣泛應用的學科特點[1].遺傳學是我國農林醫學類專業的基礎課程，也是普通院校生命科學類專業的核心必修課，在培養中學生物教師，生物醫藥行業科技人才等方面發揮重要支撐作用.

2018年全國高校本科教育工作會議提出加快振興本科教育，構建高水平人才培養體系.教育部高等教育司吳巖提出要“以本為本、四個回歸”，全面提高本科教學質量，淘汰“水課”，打造“金課”成為高校教學改革的重點[2].如何使遺傳學課程內容反映學科前沿發展現狀，增加學習難度和深度，培養學生分析解決復雜遺傳問題能力，打造“高階性、創新性、挑戰度”的遺傳學一流課程，成為當前我校遺傳學教學改革的重點.作為地方應用型本科院校的遺傳學教學團隊，從2019年起根據“金課”建設要求，開展在線課程建設和線上線下混合式教學改革；重組教學內容，導入醫學農業實踐案例；挖掘課程思政元素.經過3年多的探索與實踐，有效提高課程質量，實現課程融合思政，為建設遺傳學一流課程奠定基礎.

1 構建基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式

課程團隊依托自建的遺傳學在線開放課程網站[3]和手機APP終端功能，探索構建了基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式（圖1），主要包括課前線上自主學習，課中案例分析學習，課后拓展復習等3個教學環節.我校生物科學、生物技術專業分別設置了16學時、24學時的線上學習課時，由學生自主安排時間在遺傳學在線課程平臺上進行以知識點為主的學習測驗.線下課堂面授均為24學時，主要利用優學院APP的智慧課堂功能，開展基于BOPPPS的教學，將課前知識學習與課中能力素質培養有機結合起來.

圖1 基于BOPPPS的遺傳學線上線下混合式教學模式

在課前階段，教師提前1周發布學習任務清單，并通過后臺數據實時督促學生完成線上知識點學習和測驗；同時教師也要根據學生線上學習表現，對線下課堂教學設計進行修改和調整.在課中環節，師生利用優學院2.0APP的智慧課堂功能，開展BOPPPS的線下課堂教學[4].先通過實踐案例的導入，培養學生發現問題的能力；然后對導入案例進行小組討論、案例分析、講臺演示、師生互動等參與式學習方式，培養學生分析、解決遺傳學問題的應用能力；同時依托智慧課堂的考勤、互動打分、前測、后測等過程性考核方式，調動學生學習積極性和課堂參與度.在課后環節，依托優學院平臺的作業和討論區功能，進行課后習題的線上提交和批改，課后拓展題的線上討論發言和打分，以及利用師生微信群，實時進行答疑互動.將學習空間從傳統課堂拓展到課外和網絡空間，實現全員、全程、全方位育人.

2 圍繞“兩性一度”要求，優化課程教學內容

為適應高素質應用型人才培養和“高階性、創新性、挑戰度”的一流課程要求，我們對傳統教學內容體系進行優化重組.首先，將原13章46節的教學內容整理為43個知識點（見表1），錄制成微課視頻供學生線上自主學習.其次，導入16個醫學農業等生產實踐案例，通過線下課堂的分析討論，培養學生分析、解決遺傳學問題的應用能力.并針對學科交叉融合的復雜內容進行重構，設置水稻雄性不育及雜種優勢利用等4個重組課堂，提高學生綜合應用所學知識，解決遺傳研究難題的能力素質.最后，在線下課堂的案例教學中，引入“CRISPR基因編輯技術”“水稻核質互作分子機理”“等位基因特異表達假說”“表觀遺傳學”等學科前沿熱點和最新研究成果，提升課程的高階性和挑戰度.優化后的教學內容體系符合“兩性一度”要求，適應新時代科技強國下培養具有解決復雜問題所需綜合實踐創新能力的應用型人才培養要求.

表1 課程教學內容優化及課程融思政

4.孟德爾定律及其擴展5.性別決定和伴性遺傳4.1分離定律4.2自由組合定律4.3遺傳數據的統計分析4.4 Mendel遺傳比例的擴展5.1性別決定5.2伴性遺傳5.3性別分化分離定律自由組合定律遺傳數據的統計分析孟德爾定律的擴展性別決定性別分化伴性遺傳4.1孟德爾定律在生產實踐中的應用4.2孟德爾定律的擴展案例：喜馬拉雅兔皮毛顏色[6]課程思政：“幸福都是奮斗出來”的價值觀5.1性別決定（案例；龜鱉動物性別決定[7]5.2伴性遺傳（案例；人類紅綠色盲）課程思政：尊重自然、關愛弱勢群體的價值觀6.連鎖互換與基因定位7.細菌和病毒的遺傳8.數量性狀遺傳9.染色體的結構變異10.染色體的數目變異11.基因突變12.細胞質遺傳13.群體遺傳學6.1連鎖與互換現象6.2交換值及其測定6.3基因定位6.4分子標記與連鎖群7.1細菌和噬菌體的突變型7.2細菌的遺傳與作圖7.3病毒的遺傳與作圖8.1數量性狀遺傳特點8.2數量性狀遺傳的統計分析8.3遺傳力及其估算8.4交配遺傳分析9.1染色體結構變異的機制9.2缺失9.3重復與倒位9.4易位10.1整倍體變異10.2非整倍體變異10.3人類常見的染色體變異11.1基因突變的特點11.2突變的表現和檢出11.3基因突變的分子機制11.4基因突變的修復12.1細胞質遺傳的概念和特點12.2母性影響12.3細胞器基因組的遺傳12.4植物雄性不育13.1群體的遺傳結構13.2 Hardy-Weinberg定律13.3群體遺傳結構的改變因素13.4生物進化學說及其發展連鎖與交換兩點測驗三點測驗轉化接合性導轉導數量性狀遺傳的特點遺傳力及其估算近親繁殖雜種優勢缺失重復與倒位易位整倍體非整倍體人類常見的染色體變異基因突變的特點基因突變的分子基礎基因突變的修復細胞質遺傳的概念和特點母性影響葉綠體和線粒體的遺傳植物雄性不育的遺傳群體的遺傳結構Hardy-Weinberg定律影響群體遺傳結構因素6.1減數分裂與連鎖交換定律（*內容重組）6.2基因定位的實踐應用6.3分子標記與連鎖圖案例：水稻的連鎖遺傳圖[8]7.1細菌遺傳作圖（案例：大腸桿菌質粒轉化）7.2病毒的遺傳與作圖案例：新冠病毒SARS-CoV-2遺傳[9]課程思政：偉大抗疫精神、求真務實的科學精神8.1數量性狀與質量性狀的區別8.2遺傳率計算的實踐應用8.3雜種優勢理論及應用案例：袁隆平和雜交水稻[10]課程思政：家國情懷、職業使命感、科學探索精神9.1染色體變異的分子機制9.2整倍體變異（案例：普通小麥的進化[11]）9.3人類常見的染色體變異疾病案例：唐氏綜合征[12]課程思政：關愛弱勢人群、遵守生命倫理及職業規范10.1基因突變與醫學健康（案例：抗腫瘤藥物開發）10.2基因突變與農業育種案例：航天誘變育種[13]12.1人類線粒體遺傳病案例：Leber遺傳性視神經病[14]12.2水稻雄性不育及雜種優勢應用（*內容重組）案例：三系配套的水稻雜交制種技術課程思政：家國情懷、科學精神、職業素養13.1 Hardy-Weinberg定律的實踐應用13.2群體遺傳結構的改變因素案例：華南的地中海貧血病[15]13.3人類進化及優生學的爭議[16]（*內容重組）課程思政：辯證唯物主義的科學觀方法論

3 挖掘遺傳學思政元素，實現課程融合思政

課程團隊通過挖掘百年遺傳學科的科學家故事，農業、醫學等實踐案例中蘊含的德育和思政元素，整理出7個課程思政案例（見表1）.包括喜馬拉雅兔變色案例分析，幫助學生塑造“反對躺平，幸福是奮斗出來”的價值觀；通過紅綠色盲和唐氏綜合征案例，建立“尊重自然，關愛弱勢人群，遵守生命倫理”的職業道德規范；通過袁隆平與雜交水稻故事，幫助學生建立“家國情懷，勇于探索”的科學精神；通過鐘南山與新冠病毒故事，弘揚偉大抗疫精神和求真務實的科學精神；通過人類優生學爭議話題，幫助學生建立辯證唯物主義的科學觀和方法論.

在遺傳學線下課堂面授中，通過師生分析討論上述7個課程思政案例，將思政元素和教學內容“溶鹽于水”，將“做人做事的基本道理，社會主義的核心價值觀，以及生物人的理想和責任”，潛移默化，潤物無聲地傳授給學生，實現科學探索、務實創新、職業素養、家國情懷的課程思政目標，達到“為黨育人、為國育才”最終目標.

4 混合式教學改革成效

經過3年探索實踐，遺傳學混合式教學改革取得良好成效.首先，通過改革課程考核方式，建立過程性考核和期末考試各占50%比例的考核方式.其中過程性考核包括課前的微視頻學習，章節測驗，課后的作業練習，拓展討論以及智慧課堂中的考勤、互動、前測、后測，小組合作等多角度課堂評價成績.通過多維度的過程性考核方式，有效調動學生自主學習積極性和課堂活動參與度.以2021年秋季班為例，優學院后臺數據顯示：學生線上自主學習完成度達99.2%，平均線上學習時間為18 h29 min，提交了19次共1 350份作業，共有1 260人次參與了31次課堂討論.

混合式教學改革有效提高了學習成績和學生分析解決問題能力.以生物技術專業為例，相較于傳統教學模式的2019級生物技術班，實行教改后的2020級生物技術專業，課程平均成績提高了8.8分，高分段考生（80分以上）比例提高了23.4%，低分段考生（60分以下）比例降低了8.2%，呈現以70~80分為高峰的正態成績分布，體現出良好的考核區分度.對學生的網絡問卷調查顯示，90.8%學生認為提高學習自主性，89.5%學生認為教學質量更好，75.8%學生認為師生互動交流加強，80.4%學生認為專業創新和應用能力有很大幫助，教改后學生對教學評價好，對課堂滿意度高.依托教學改革創新，筆者先后獲得校級課程思政比賽理工組第1名、廣東省教師教學創新大賽優秀獎、廣東省首批本科高校課程思政改革優秀案例等榮譽，進一步發揮了課程引領示范作用，有效提高了課堂教學質量.