研究生细胞遗传实验技术与创新能力的培养

牛 娜, 张改生, 马守才, 王军卫

(西北农林科技大学 农学院， 陕西 杨凌 712100)



研究生细胞遗传实验技术与创新能力的培养

牛 娜, 张改生, 马守才, 王军卫

(西北农林科技大学 农学院， 陕西 杨凌 712100)

细胞遗传学是农林高等院校农学类相关专业研究生专业基础课的重要组成部分。为适应生命科学的发展，实施创新教育，培养创新人才与卓越人才，分析了新形势下农林类植物遗传育种专业硕士研究生《细胞遗传学》实验教学的现状和存在的问题，尝试从整合实验教学资源, 优化实验内容、教学方法与模式，以及考核方式三方面进行实验教学改革，旨在对提高研究生实验教学质量和研究生的创新能力能有裨益。

遗传育种专业； 细胞遗传学； 实验技能； 创新能力

0 引 言

目前，我国高等教育改革不断深化，如何促使研究生掌握扎实的理论基础，提高科研能力，特别是创新能力的培养，以拥有良好的综合素质和实践技能，已成为高等院校研究生培养的一个重要目标[1]。然而要实现这一目标，最重要的途径之一就是通过教学实验手段，锻炼研究生的独立分析问题，运用综合知识解决问题的能力[2]。

遗传学作为生命科学领域的基础学科之一，发展速度非常快。随着其不断发展及与其他学科的交叉和渗透，遗传学已经发展到现代分子水平[3-4]。细胞遗传学就是遗传学和细胞学相结合，利用现代分子遗传学手段，从细胞学的角度,特别是从染色体的结构和功能,以及染色体和其它细胞器的关系来研究遗传现象,阐明遗传和变异的机制。细胞遗传学已逐渐成为生物科学中最活跃和最有生命力的学科之一,是农林高等院校农学类相关专业研究生专业基础课的重要组成部分，其实验内容设置水平和建设规模是农林高等院校研究生能力培养的重要标志和条件支撑,是农林院校研究生教学和学科建设重要的、不可替代的部分[5-8]。但是,在研究生细胞遗传实验教学过程中仍存在一些不容忽视的问题,这就要求细胞遗传学的实验教学体系必须跟上农林类相关专业教学与科研发展的步伐。因此，现阶段需认真分析细胞遗传学实验教学的现状和特点，并进行有益的探索和尝试，对原有的实验教学体系进行改革与改进，建立新的实验教学体系。我们正是基于这一点，结合多年来在农林类相关专业研究生细胞遗传学实验教学过程中总结的经验以及发现的一些新问题,就新形势下对农林类研究生实验教学理念的理解和实验教学体系中具体问题的解决、改进提出了建议,以期对提高研究生实验教学质量和研究生的创新能力能有所帮助。

1 细胞遗传学实验教学体系现状与存在问题

目前，细胞遗传学面向全校农科类各专业如农学、林学、植保、园艺、生命科学与技术、葡萄酒、动物科学(草业)7个学院的研究生开设，随着研究生招生规模不断扩大，细胞遗传学研究的不断深化，细胞遗传学实验教学也出现不少亟需解决的问题，主要表现在以下几个方面：

(1) 研究生招生多源化。为细胞遗传学实验教学带来一定困难。随着招生规模的不断扩大，所招的研究生来源较广，如有农林院校，综合类院校，还有一定比例的职业技术类学校，这就造成研究生基本的实验技能差异较大，农业类相关基础知识相差较大，基本的遗传学实验技能差异较大，这都给细胞遗传学的实验教学带来一定难度，如何面向这些不同生源的、实验技能差异较大的研究生开设好细胞遗传学实验是目前亟待解决的问题。

(2) 研究生人数递增化。为实验教学体系带来一定难度。目前随着研究生扩招，研究生数目日益增多，为细胞遗传实验教学带来一定问题。研究生细胞遗传学一般院系均没有专门实验室，实验教学主要依托本科生的实验室，实验室仪器设备、实验室条件相对较差，原有的实验教学手段和方法急需改革。

(3) 实验内容陈旧急需改革。一方面研究生和本科生实验的教学内容相互重叠，仅实验材料不同；另一方面,实验教学方法僵化,手段落后, 很难激发研究生对实验课程的兴趣。此外，分子遗传学促使细胞遗传学飞速发展，传统细胞遗传学实验教学体系已不能满足研究生科学研究的要求，如何改革实验内容，使之与前沿科研相结合，提高研究生的学习兴趣，真正达到对研究生科研能力，创新能力的培养已成为当务之急。

2 实验教学改革措施

2.1 整合实验教学资源, 优化实验内容

(1) 有选择的保持传统基础实验教学内容。针对研究生来源较广，基本的实验技能差异较大的缺陷，又由于研究生阶段和本科生阶段部分实验内容有所重叠，我们将有丝分裂及减数分裂制片与观察两项实验内容删减，将其穿插到其它细胞遗传实验中，如利用减数分裂及有丝分裂制片进行染色体结构和数目变异的鉴定，一方面可以帮助专业基础薄弱的研究生尽快掌握细胞遗传学所需的基本技能, 另一方面对基础较好的学生来说又增加了新的实验性内容。

(2) 紧密联系实践。在实验内容安排上，我们紧密联系实际，针对实践上存在的问题，有目得的利用细胞遗传实验方法来进行解决，这样能最大程度的调动研究生学习和实践的积极性，并对细胞遗传这门课程产生浓厚的兴趣。染色体结构变异和染色体数目变异是细胞遗传学研究的两个非常重要的分支内容，同时为了更好地在生产实践中加以利用，对其准确的鉴定显得格外重要，所以我们安排染色体数目变异的鉴定(如单体，缺体，缺四体及重双端体等的鉴定)和染色体结构变异的鉴定(小麦1BL/1RS易位系的鉴定等)两项实验内容。对每一个实验项目，均准备根尖和幼穗两个材料，研究生可同时使用两种方法(有丝分裂和减数分裂)进行数目和中期构型鉴定与相互印证，这样对研究生科研能力的培养很有帮助。

(3) 进一步优化细胞遗传学核心实验技术。植物染色体分带是通过一定的酸、碱、盐、温度等因素处理染色体，并借助于特定方法染色，使染色体特定部位呈现深浅不同的带纹，用来鉴别个别染色体或染色体组，深入研究染色体的成分、结构和功能。染色体分带已经成为研究细胞遗传学、植物染色体工程育种的重要技术手段。但是，由于实验过程较长, 程序较复杂, 实验条件要求严格, 因而对于研究生实验教学来说成功率较低(<10%)。为了提高实验质量, 使研究生不仅掌握试验流程，更重要的是真正掌握这项核心技术，我们不仅对实验程序进行了优化，并做到实验前进行预实验，通过实践表明成功率超过80%，获得了显著的良好效果。

(4) 跟踪学科发展前沿，增加分子细胞遗传实验内容。随着遗传学和分子生物学的飞速发展，许多新的技术手段被广泛应用于细胞遗传学，促使细胞遗传学也产生飞跃发展，例如分子标记技术，生物化学技术等应用于细胞遗传学，能直接在DNA水平上快速准确的鉴定外源遗传物质[9-10]。为了跟踪学科发展前沿，把最新的实验技术和科研成果应用到细胞遗传学实验内容体系中，我们设置了新的细胞遗传实验内容，如植物染色体原位杂交技术和利用APAGE技术鉴定1BL/1RS易位染色体。染色体原位杂交技术是在研究内容和研究方法上将传统的细胞遗传学和分子遗传学互相结合的新型技术，该技术为外源物质的检测，进行某一特定DNA序列或基因的染色体物理定位，研究异源多倍体物种各个染色体组间的部分同源关系，研究物种起源进化及物种间的亲缘关系以及分析导入不同核背景中的染色质的定位、行为、表达及结构等方面发挥了重要作用，该实验的开设为研究生的科研工作打下了良好的基础。

2.2 改进和创新教学方法与模式

(1) 教学方法改进。教学方法的改进必须以学生为主体，改革的目的是培养研究生的实验技能、实践能力，培养研究生学习的主动性和独立性，引导研究生在学习的过程中善于提出问题、思考问题和分析问题[11]。在实验教学过程中，我们发现启发式、讨论式的教学方法应用于实验教学同样很有效果，通过在实验中先设置疑问来激发研究生探寻知识与实验技术的热情，引导学生去分析和思考观察到的实验现象，充分调动了学生在实验教学中的积极性，激发他们独立解决问题的愿望，使他们的实践能力得到培养。

另一方面在实验教学过程中充分利用现代实验教学手段。将多媒体课件和网络教学手段像遗传学理论课程教学一样广泛应用于遗传学实验教学中, 努力加大信息量, 积极拓展课堂实验教学的有限空间，改变传统的黑板 + 粉笔 + 嘴巴的实验课理论教学模式[12-14]。通过现代化的教学手段将实验原理、方法、步骤和过程生动形象地、直观地展现给学生, 使学生的听觉、视觉和触觉全面参与感知活动, 最大限度地调动学生的学习热情、积极性, 从而提高学习效率。

(2) 加强研究性实验操作的教学设计。在实验内容和实验材料的准备上，我们放弃了原来给研究生统一的实验材料，取而代之的是根据实验内容，有选择的分小组，给不同组不同材料，并且材料的遗传背景不完全清楚，需要研究生通过实验进行准确鉴定。比如染色体数目变异的鉴定，我们可以将研究生分成不同的小组，每组2或3人，有的小组分配单体的鉴定，有的小组分配缺体的鉴定，有的小组分配缺四体的鉴定，这样，学生任务明确，实验又具有挑战性，研究生进行实验的积极性大大提高，通过研究性实验操作的教学设计，带有任务性的进行实验的改革举措，不仅明显提高了实验教学效果，还为实验材料的鉴定和保存真正起到了由实验主体来完成的作用。

(3) 引入实验助理。 随着选课人数的增多，研究生实验课已超过原来15人一组的小班授课，为了不降低研究生实验质量，我们尝试引入实验助理，实验助理从高年级的研究生中遴选，辅助实验教师准备实验，在研究生进行细胞遗传实验的过程中，巡回指导。由于实验助理仅比实时参与细胞遗传的研究生高一个或二个年级，彼此认识，有问题可以更无拘束地提问和讨论，而且也解决了研究生人数增多，实验教师一人无法在有限的实验时间内为每个研究生解决实验中存在的具体问题。通过这一方式的改革，细胞遗传实验获得很好的效果。

2.3 改革考核方法

实验考核是保证实验教学质量的一个重要手段, 实验考核不仅能督促学生认真进行实验、检查学生对知识和技能的掌握程度, 了解学生的动手能力及理论知识的不足之处, 同时还可以检查教师的教学效果[15-18]。原来细胞遗传只是单一根据实验报告来进行考核。现在，我们在引入实验助理的情况下，就可以多方面的技能来进行考核，比如考核可以分成三部分，即实验操作考核成绩、实验报告成绩以及平时成绩(主要指平时上课的学习态度), 各成绩所占比例依据具体专业、具体情况制定, 使最终的实验考核成绩客观、公平、公正, 真正体现了高分、高能, 保障学生的学习积极性和热情。

3 结 语

细胞遗传学实验教学是农林院校细胞遗传学教学的重要组成部分, 是锻炼学生操作能力、观察能力、思维能力以及运用能力的一个重要途径, 也是培养学生创新能力和创新精神的一个重要手段。更新实验内容, 是培养学生创新能力的关键 , 我们在细胞遗传学实验内容上做了一些初步的改革尝试, 提升了学生对细胞遗传学实验的兴趣和认识。随着分子遗传学和细胞生物学研究手段不断深入发展, 实验内容也作出相应的改善和调整, 使实验内容更能体现学科的基础和学科发展的水平。另外，在实验教学方法和手段上及考核制度上都随着细胞遗传实验教学内容也进行了不断地改革和尝试，从而均强化了适应培养现代生命科学人才的需要，同时收到了很好的教学效果。

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Cultivating Experimental Skill and Innovative Ability of Postgraduates

NIUNa,ZHANGGai-sheng,MAShou-cai,WANGJun-wei

(College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Cytogenetics is an important component of professional basic course of postgraduates whose major is plant breeding and genetics in agricultural and forestry universities. In order to adapt the development of life sciences, carry out innovative education and cultivate the innovative and excellent talents, we analyze the current situation and the major problem of graduate’s experimental teaching on cytogenetics under the new situation. We try to conduct the educational reform in three aspects: integrating the resources of teaching and optimizing the experimental content; teaching approaches; evaluation methods. These measures can improve the quality of teaching and cultivate the graduates’ innovative ability.

breeding and genetics; cytogenetics; experimental skill; innovative ability

2014-08-07

高等学校博士学科点专项科研基金(20090204II0024)；西北农林科技大学教改项目(JY1301001)

牛 娜(1977-)，女，陕西商洛人，博士，讲师，现从事作物杂种优势利用与雄性不育机理研究。

Tel.:15339262511; E-mail:niuna@nwsuaf.edu.cn

G 643.2; Q 343

A

1006-7167(2015)08-0166-03