从经典走向现代

朱云国 康九红 薛雷 汪贵英 李文哲 杨杨 刘志学

摘 要 果蝇是遗传学实验的经典材料，100多年来这一经典模式生物逐渐被用于发育生物学、药物研发、基因功能研究等多个领域。目前多数高校以果蝇为材料的遗传学实验仍以经典的验证性实验为主，学生兴趣不高，教学效果不好，不能发挥果蝇这种模式生物的优越性。我们引入科研中广泛应用的Gal4/UAS等果蝇品系，调整实验教学内容，变“验证性”教学为“发现式”教学，大大激发了学生的兴趣和探索热情。这一改革对于提高教学效果，培养学生独立思考和科研创新能力起到了良好的作用。

关键词 遗传学实验 教学改革 黑腹果蝇 发现式教学

中图分类号：G420 文献标识码：A

From Classic to Modern

——Drosophila Promotes "Discovery" Type Experimental Teaching Reform

ZHU Yunguo, KANG Jiuhong, XUE Lei, WANG Guiying, LI Wenzhe, YANG Yang, LIU Zhixue

(College of Life Science and Technology, Tongji University, Shanghai 200092)

Abstract Drosophila melanogaster is the classic genetics experiment materials, and, 100 years of this classic animal model increasingly being used developmental biology, drug discovery, gene function research and other fields. But most of the current genetics experimental course, in Drosophila melanogaster as material experimental project is still in the classic confirmatory experiment, students' interest is not high, and the teaching effect is bad, can't play to the superiority of this model organisms. We introduce Gal4 / UAS Drosophila melanogaster strains, adjust teaching content, reform teaching method and teaching mode, change "confirmatory" teaching to "discovery" teaching,greatly stimulate students' learning interest and passion for exploration. This reform to improve the effect of teaching, to develop students' independent thinking and innovative ability of scientific research.

Key words genetics experiment; teaching reform; drosophila melanogaster; "discovery" type

1 果蝇作为实验材料的重要性以及目前实验课程的基本现状

自20世纪初Morgan选择黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）作为研究材料以来，果蝇已成为一种遗传学研究的经典模式生物材料，具有不可替代的地位。①100多年来，果蝇已被广泛应用于发育生物学、分子生物学和神经科学等研究领域。②目前，几乎所有高校的生命学院都开设了以果蝇为材料的遗传学实验项目，但实验内容以经典的验证性实验为主，③缺乏以果蝇为材料引导学生进行多视角研究和发现的实验内容，缺乏对新的重要操作手段和探索的介绍，缺乏对果蝇这一重要模式生物应用于科研的广泛性和重要性的展示，学生学习兴趣不高，教学效果大打折扣。

针对上述问题笔者开展了果蝇综合实验改革等项目，在利用经典的红眼/白眼、长翅/残翅、黑檀体等品系进行形态、解剖、杂交、子代群体分析和染色体分析等基础上，引入了科研中广泛应用的Gal4/UAS等果蝇品系，引入了基因表达分析等层面的实验内容，使学生在通过实验验证遗传学定律、掌握果蝇遗传学实验方法和统计分析方法的同时，体会到果蝇这一模式生物的优越性和重要性。

2 遗传学实验改革举措

在同济大学精品实验项目“果蝇遗传综合实验（200010 4036）”和“利用Gal4 / UAS系统进行果蝇研究型遗传实验（2200101001）”的支持下，我们在教学内容、实验项目性质、教学方法和考核方法等方面进行一系列的实验改革。

2.1 教学内容——与时俱进，引入新进展、新内容、新方法

跟踪科学发展前沿，不断改革实验教学内容是实验教学的核心。因此，我们首先对传统的“果蝇杂交实验”内容进行了重新设计，引入新的果蝇品系，将原来单独开设的果蝇单因子杂交实验、双因子杂交实验和伴性遗传等实验项目整合，设计成一个相关的杂交实验组合来完成，使之成为一个综合的“果蝇杂交实验”，达到验证分离规律、自由组合、基因的连锁与互换规律和观察伴性遗传现象的教学目的。④与果蝇唾腺染色体制片与观察等另外两个实验相配合，利用较少的课时完成果蝇的雌雄鉴别和杂交操作、突变体性状观察、染色体观察等基本教学内容，使学生掌握果蝇的基本实验技术和遗传学分析方法。在此基础上，增设“果蝇基因表达模式的检测”和“果蝇Gal4/UAS系统”两个拓展实验项目，⑤介绍以果蝇为材料的最新研究进展，引导、鼓励学有余力的同学在课内外时间进行研究性、探索性实验。

2.2 教学方法——由“验证式”向“发现式”转型，激发学生的学习兴趣

“果蝇杂交”是多数高校遗传学实验课程的基本教学实验项目和主要教学内容之一。以往该实验都由指导教师事先设计好实验方案，测定出实验条件，写出详尽的实验指导并在实验前详细讲解，并且，由于课内学时的限制，大多数的实验操作也是由指导教师或实验教辅人员代为完成，学生只需按照教师的要求和实验指导“照方抓药”，完成果蝇的选取和捉对交配等几步即可。这样，学生完全处于被动接受的状态，学习积极性和主观能动性不高。

实验教学方法是决定学生是被动接受者还是主动探索者的关键。因此，我们对果蝇杂交实验内容进行改革的同时，对教学方法也进行了相应调整。在实验开始前，教师只简要交待实验所选择的相对性状和各性状果蝇的外形特征，以及饲养果蝇需要注意的事项。然后由学生自行查找相关资料，自主设计实验方案，提出详细的实验计划，根据自己的设计方案进行实验操作，记录实验数据，分析实验结果，并根据实验结果重新“发现”遗传定律，最后提交详细的、各具特色的实验报告。学生在掌握果蝇的基本实验操作方法和技能的同时，“重现”和深刻理解了遗传学定律被发现的过程，理解了其中的科学方法和科学思想。

增设的拓展实验项目以培养学生独立提出问题、分析问题和解决问题的能力为目标。实验过程中，教师仅给予一些参考性意见，整个实验由学生“独立设计、独立操作、独立创新”。要求学生运用已学到的基础知识和基本技能，发现“新”问题、分析“新”问题和解决“新”问题。这样，学生由被动的接受者转变成了“主角”，实验性质由“验证性”转变为“研究探索性”，教学方法也由老师手把手教，学生完成部分实验操作的“验证式”转变成为教师指导下的学生独立完成全部实验的“发现式”。这一转变的关键，在于实验过程的“研究性”。这样的训练，为学生随后进行的毕业设计以及参与大学生创新项目奠定了良好的基础。

2.3 教学模式——由“封闭式”向“开放式”转型

传统教学模式中，实验室基本上是封闭的。学生在教学计划规定的实验课时内完全被动性地进入实验室，而平时的大部分时间很少进入实验室。其结果是大量的实验室资源闲置，而学生的潜能得不到发挥，素质和创新的能力得不到提高。教学方法的转变必然带来教学模式的转变。为改变上述弊端，我们变“封闭的”实验教学模式为“开放的”的教学模式。采用“课内完成→课内+课外完成→课外独立完成”的逐层递进的实验教学体系。

2.4 考核方式——由“结果考核”向“过程考核”转型，提高学生的自觉学习

实验课程通常采用实验报告成绩、考试成绩或者二者结合进行学生成绩评定。但无论哪种考核都属于“结果考核”的模式。其弊端是部分学生在实验中不认真操作，基本技能掌握不好，却能写出完善的实验报告，或者在书面考试时得到好的成绩；而有些学生很善于动脑子，设计能力和实验技能也很好，但不擅长于书面表达，实验报告或考试成绩往往不佳，造成成绩评定并不能真实反映学生的学习状况。当实验教学模式改革之后，学生的成绩就既包括课内实验的成绩，也包括课外实验的成绩，评价难度更大。为了探索一套合理、有效的考核方法，对学生的学习起到积极的督促作用，我们采用综合评分的方法来评定学生的实验，包括出勤率（10%）、实验态度（15%）、动手能力（30%）、实验结果（25%）和实验报告（20%）等评价要素。其中，“出勤率”包括课内出勤率和课外实验出勤率。所有评价要素分别由任课教师和学生所在实验室的教授进行评定，由任课教师进行汇总。这样，尽管加大了任课教师的工作量，但是学生得到了比较客观、公正、全面和真实的评价，反过来，又能够有效促进学生的学习热情和积极性。

3 教学效果

如今，已有四届学生参与了此实验改革。通过改革，学生由被动接受知识变为主动学习知识，学习兴趣大大提高，每届学生对果蝇实验都充满浓厚兴趣，学生的独立思考和科研创新能力得到了锻炼。参加本实验课的学生结合本课程设计的“拓展实验”，申请并获得以果蝇为材料的国家大学生创新研究项目3项，同济大学大学生创新研究项目4项；获“同济大学-巴斯夫科技论文”一等奖1项、二等奖1项；获盛云飞大学生科技创新实践基金资助1项；获得同济大学韩季忠大学生创新奖励金资助3项；发表论文1篇。实验课程的教学效果有了质的飞跃。

4 结语

实验教学是提高教学质量、培养学生科研创新思维以及能力的关键环节。在达到配合理论课程教学内容的教学目的之外，其更重要的功能应该培养学生提出问题和解决问题的能力，对学生之后的毕业实习以及研究生阶段的学习起到“承上启下”的桥梁作用。因此，实验教学不仅仅应该注重学生对于相关知识和实验技能的培养，更应该注重学生对于学科前沿的关注和创新能力的培养。

我们在此次实验改革的过程中认识到：跟踪科学发展前沿，不断改革实验教学内容是实验教学的核心；实验教学方法是决定学生是被动接受者还是主动探索者的关键；教学方法的转变必然带来教学模式的转变；而一套合理、有效的考核方法又能够有效促进学生的学习热情和积极性。因此，实验改革过程中，必须从这几个方面进行改革，才能起到“事半功倍”的效果。

基金项目：同济大学精品实验——果蝇遗传综合实验，项目编号：2000104036；利用Gal4 / UAS系统进行果蝇研究型遗传实验，项目编号：2200101001

注释

① Rubin GM, Lewis EB. A brief history of Drosophilas contributions to genome research. Science,2000, 287(5461): 2216-2218.

② 万永奇,谢维.生命科学与人类疾病研究的重要模型——果蝇.生命科学,2006.18(5):425-429.

③ 吕爱新.生命科学的功臣——果蝇.生物学教学,2007.32(5):65-66.

④ 熊大胜,席在星.果蝇杂交实验设计与综合创新能力.实验室研究与探索,2005.24(4):60-63.

⑤ 李春峰,夏庆友,周泽扬.GAL4/UAS系统在转基因技术中的应用研究进展.生物技术,2006.116(1):78-81.