改革遗传学实验教学，提高人才培养质量

黄体冉，郭 蓓，刘玉芬，吕鹤书，孙 振，申晓鸿

（1.北京农学院生物科学与工程学院，北京 昌平区 102206 2.农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 海淀区 102206）

改革遗传学实验教学，提高人才培养质量

黄体冉，郭 蓓，刘玉芬，吕鹤书，孙 振，申晓鸿

（1.北京农学院生物科学与工程学院，北京 昌平区 102206 2.农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 海淀区 102206）

为提高遗传学实验教学质量，夯实专业基础知识，该文立足于都市型高等农业院校遗传学实验教学实际，分析总结了教研室在树立正确的实验教学理念、精选实验教学内容和优化实验教学方法方面对遗传学实验教学进行改革的主要措施，为解决有限的实验教学学时与无限的实验教学内容之间的矛盾，提供了实践经验和理论基础。实践证明，以精选基础性、验证性实验内容，增加综合性大实验、增设自主设计实验为主题的遗传学实验教学改革在创新实验教学模式，提高人才培养质量方面取得了显著成绩。

遗传学；实验教学内容；实验教学方法；人才培养质量；改革

遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学，是都市型高等农业院校多个专业（生物学、农学、植保、园艺、种子等）的一门主干基础课［1］。实验教学不仅是培养学生综合素质的重要方面，而且是培养学生实践能力和创新思维的重要环节［2］，是培养学生的创新精神和动手能力必不可少的重要环节。现行的遗传学实验验证性实验安排较多，探索性实验少，不利于学生主观能动性的发挥，很大程度上制约着都市型现代农业创新型人才的培养。改革遗传学实验教学有助于提高都市型高等农业院校相关课程的教学质量，进而夯实人才培养基础。因此，建立健全遗传学实验教学体系，培养具有实践意识和创新精神的高素质人才，是都市型高等农业院校农业和生命科学教育面临的一个重要问题。

1 树立正确实验教学理念，促进实验教学改革

高校实验教学中心是进行教学、科研、实验、开发的重要基地，是提高办学质量，培养高标准、高质量人才的基本条件之一［3］。实验教学不仅仅是单纯地向学生传授和灌输知识，而是要逐步确立和发展学生在实验过程中的主体地位，培养学生的动手能力，使学生顺利实现“掌握基本操作技能—独立完成实验—独立设计实验”三部曲的转变［4］。遗传学实验教师应紧密结合时代发展对遗传学人才的需求，及时消化吸收遗传学领域最新研究进展，更新教学观念，并不断调整实验教学方法和内容，才能更好地开展遗传学实验教学工作。

2 合理安排实验教学内容，提高学生综合素质

实验教学是理论教学的进一步深化。在实验教学环节，学生一方面可以验证课堂获得的理论知识，而且还可以通过动手操作，观察实验现象、分析实验数据、总结实验结果，从而补充完善理论课上获得的知识和技能［5］。

2.1 精选基础性、验证性实验的内容，巩固理论课教学质量

验证性实验以验证经典遗传理论为主，其内容包括两大块。1）验证性实验，主要包括三大遗传规律的验证实验，所用的实验材料是玉米果穗；果蝇雌雄鉴别和突变类型观察，所用突变体果蝇主要有白眼、黑檀体、黄体、残翅、短翅等，以及群体基因频率的估算等。2）细胞遗传学实验，内容包括染色体形态特征观察；有丝分裂和减数分裂的识别与观察等实验。验证性实验重在巩固和加深理论学习内容，培养学生遗传分析的能力。为此，在安排实验教学时，教研室适当减少了验证性实验的学时数，同时将一些在内容上有交叉的实验进行了合并，以最大限度地使学生在有限的实验学时内全面掌握基本的遗传学实验技能。

2.2 增加综合性大实验，提高学生动手能力

开设综合性实验是当前遗传学实验教学改革的重要内容。所谓“综合”包括将学科间或学科内知识的组合和实验形式的组合两个方面的内容。综合性实验的选取一方面要适应学科发展的要求；另一方面还应能够切实提高学生的实验操作能力。为此，教研室以根尖染色体的制片、花粉母细胞涂抹制片以及果蝇唾腺染色体制片技术为依托，培养学生显微制片的能力，夯实学生对遗传基本实验技能掌握，进而提高学生的实验操作能力。

根尖染色体的制片包括临时制片和永久制片两部分。临时制片旨在使学生学习对植物组织、细胞的固定、解离、染色、压片方法，掌握显微制片的基本原理和步骤。具体实验时，首先将全班同学分成两大组若干小组，其中一大组直接将材料进行固定，另一大组先进行秋水仙素处理，再进行固定。然后各小组按照解离、染色、压片等步骤完成临时制片的制作。镜检时，各小组分别观察两种方法的临时制片，并思考哪种制片是有丝分裂的制片，哪种制片是染色体制片，分析为什么？最后将分裂相良好的临时片通过脱盖玻片、脱水透明和封片等步骤制作成永久片。

2.3 增设自主设计实验，培养学生科研创新思维

鼓励学生自己设计实验，创造条件使学生尽可能早地参与教师的科研工作。设计性实验是开放性的实验，有助于启发学生的发散思维。设计性实验一般在具有较强应用性的实验中选取。在自主设计实验中，清洗玻璃器皿、配制试剂、选取实验材料、调试维护实验仪器、收集、整理、分析实验数据等每一个步骤都应由学生自己完成。这样就给了学生充分的自主权，有利于培养学生通过查阅文献资料独立设计实验的能力，进而锻炼了学生独立自主处理实验中出现的问题的能力，为学生今后独立开展工作奠定了坚实基础。

随着重组DNA技术和PCR技术的发展与广泛应用，遗传学实现了由经典遗传学到现代分子遗传学阶段的转换。为使学生能够了解和掌握现代分子遗传学的基本实验技术，培养学生的科研创新思维，必须增设分子遗传学实验的内容。鉴于此，遗传学教研组精心设置了真核细胞DNA的提取与检测技术实验。实验材料的选取和准备不是由老师提前准备好，而是完全由同学自己决定，这极大地提高了学生做实验的兴趣和主动性。教师根据学生选取的实验材料有针对性地进行讲解，进而启发学生思考用同一技术操作规程提取的不同植物材料DNA数量和质量是否一致的问题？通过课前查阅相关文献资料，学生已经基本掌握了DNA提取的技术和原理，经过亲自动手操作，再通过把自己的实验结果与其他组同学的实验结果进行比较，不但能够加深学生对真核生物DNA的提取与检测技术的掌握，而且可以大大提高学生的动手能力。

3 优化教学方法，提高教学质量

学会一些基本实验方法和进行实验的基本技能的训练不是遗传学实验教学的根本目的，提高学生发现问题和解决问题的科学思维方法及创造性思维的能力才是遗传学实验教学的要旨所在。改变了长期以来形成的学生在实验中被动接受，实验教师唱主角的教学方式，从而使学生主动参与到实验教学中来，为培养学生从提出问题、思考问题、分析问题到解决问题的良性思维模式奠定了坚实基础。

3.1 变被动为主动，充分发挥学生的主动性

遗传学是一门实验性很强的学科，现行的实验教学大多以教师为中心，着重强调教师的“教”，全部的实验设计都是围绕“教”而展开，出现了教师准备多，学生操作少，学生只是处于被动接受的一种状态［6］。学生的主要精力放在对实验步骤的简单操作、实验结果的观察验证和实验报告的撰写完成上，而对于如何设计一个完整的实验，如何合理安排实验各个步骤，以及如何处理实验中可能出现的问题却很陌生［7］。

为了充分发挥学生学习主动性，改变学生被动接受实验的现象，教研室设计了真核细胞DNA提取和琼脂糖凝胶电泳技术检测DNA两个经典的分子遗传学实验。与一般DNA提取实验不同的是，本实验植物材料的选取、提取缓冲液的设计以及DNA提取方法的选择完全由学生自主设计，独立完成，教师的主要任务是指导学生进行实验。由于不同植物甚至是同一种类植物组织材料的来源、部位、形态等外在性质的不同以及化学成分、组织结构等内在特点的差异，在提取基因组DNA时就需要选择不同的方法或作一些特殊的处理［8］。如提取缓冲液的成分应根据分离对象的不同而做一定的调整，特别是缓冲液的pH值、保护剂和表面活性剂都要根据不同样品进行优化［9］。学生只有在实验前充分熟悉实验原理、内容、实验步骤等的前提下，才能有效开展实验。这样就彻底改变了学生只是简单盲目地加样，而不知道每次加入不同试剂的作用的奇怪现象，进而使学生的主观能动性得到充分发挥。

3.2 因材施教，充分利用现代教育技术

在进行遗传学实验之前，充分了解每位学生的教育背景，了解学生所掌握不同的实验技能以及他们形成的对实验和问题独到的解决方法和思想，以此进行教学方式和方法的调整。如对基础薄弱的学生采取精讲与示范相结合的教学方法，对其余学生则变为突出重点，有所提升的教学方法。在实验教学中除了常用的显微镜、解剖镜、培养箱等仪器设备外，还要将现代化的信息技术、移动终端设备等应用到实验教学中，以营造轻松和谐的教学氛围。

此外，教研室还致力于充分利用现代先进的计算机等教育信息技术，将各种规范的基本实验操作以及实验室暂时难以开设的科学实验以Flash动画、视频以及虚拟仿真的形式展示出来，逐步建立建成虚拟仿真实验室。学生不仅可以利用虚拟仿真实验室学习巩固基本实验操作，而且可以学习了解更为系统深入的遗传学国际前沿的实验教学内容。教师提倡并引导学生合理利用实验等待时间，学习学科前沿的实验操作技能，以迅速提高学生的实验能力。在此基础上，遗传学教研室结合遗传学实验教学的特点，在全校率先启动了显微互动系统的建设工作。目前，显微互动系统建设已完成论证，仪器设备基本到位，其他各项工作也稳步进行中。这一系统的建立将会使实验教学过程中的师生互动更加完善。

3.3 改革实验教学模式，培养学生的创新能力

在大学教学中，教育知识具有高深性、前沿性和探索性，教学与科研结合十分紧密，教学过程是学习已知与探索未知相统一的过程［10］。采用课堂教学与课外实验技能训练相结合的模式。在实验课上教师只讲解重点、难点和易错点，以给学生充分的自主学习交流时间。教师的主要任务是通观全局，发现学生实验中存在不规范或不正确的操作，及时予以纠正，以提高实验教学效率。为此，学院还专门增设了实验室技能训练课程，课程规定每个学生每年修完30学时的实验室基本技能训练，其中实验教学中心10学时，科研实验室20学时。在实验教学中心，学生被要求在教师的指导下参与实验教学的准备，如试剂的配制，玻璃器皿的清洗等。在科研实验室，让学生了解实验室研究方向，掌握实验室常用仪器设备的使用及保养方法。通过这一系列训练，学生不仅巩固和提高了基本的实验技能，以及提出问题、分析问题、解决问题的能力，而且还可以提前加入教师的科研团队，为今后继续深造打下坚实的基础。教学模式的变化并不等于教育环节的缺失，相反，教师更加重视并严格规范实验教学的各个环节。比如每节课开始前都通过提问的形式检查学生的课前预习情况，课中严格规范学生的实验操作，课后要求学生认真撰写实验报告，并在报告中写出实验的收获与体会。

3.4 完善考核制度，客观评价学生的综合素质

为真实全面地对学生的综合能力进行评价，教研室在多年实验教学中不断完善考核评价标准，逐步建立了突出学生实验过程的评价的理念。考核评价按照实验操作（50）、实验报告或实验作品（50）相结合的方式进行综合评定。其中实验操作采取教师根据学生的实验结果进行现场打分的方式，如果对教师给自己打的分数不满意，可以申请重新进行实验，直到自己对分数满意为止。此外，还参照出勤率、实验室工作规范、学生实验参与度、实验理论的理解与掌握等因素，这部分的表现目前作为加分因素考虑。今后将随着遗传学实验教学改革的深入，对目前的加分因素赋予一定的考核比重，以达到全面客观评价学生的目的。实践证明，这种评价方式不仅极大地提高了学生学习的积极性，而且也为学生的实验操作技能等综合素质的提升奠定了坚实基础。

4 结束语

随着分子遗传学实验技术的普及，以及都市型现代农业发展对高素质人才的需求越来越大，迫切需要对遗传学实验教学方法进行探索和实践。遗传学教研室通过精选基础性、验证性实验，增加综合性大实验，增设自主设计性实验，增强师生互动教学交流等方式，不断改革遗传学实验教学，旨在培养出具有创新能力和创新意识的高素质人才。但是遗传学实验的教学改革是一项复杂的系统工程，需要学校领导、教师和学生的共同努力，其中学校领导的重视和经费支持的力度是前提，教师和学生的努力投入是关键。教师必须深入钻研教学内容，积极参与科学研究，紧跟学科发展的步伐，才能得心应手地指导学生，为培养更多的具有创新精神的遗传学人才做出应有的贡献。

［1］张晓琪.加强实践教学推动创新教育［J］.中国高等教育，2002（10）：24－25.

［2］阳太林.以学生创新能力的培养为中心改革高校实验教学［J］.实验技术与管理，2005，22（10）：34－38，41.

［3］蒋定福.高校实验教学存在的问题及其对策［J］.中国教育技术装备，2006（11）：16－17.

［4］皮妍，林娟，郭滨，等.改革遗传学实验教学方法，培养新型创新人才［J］.实验室研究与探索，27（10）：86－88.

［5］边才苗，李钧敏，葛明菊.改革遗传学实验教学，培养学生基本技能［J］.实验室研究与探索，2002，21（4）：35－36.

［6］吴若箐.遗传学实验教学的改革研究［J］.实验室研究与探索，2005，24（12）：72－74.

［7］ROBERTS L M.Developing experimental design and trou bleshooting skills in an advanced biochemistry lab［J］．Bio chemistry and Molecular Biology Education，2001，29（3）：10－25.

［8］CSAIKL UM，BASTIAN H，BRETTSCHNEIDER R，et al.Comparative analysis of different DNA extraction proto cols.Afast，universalmaxi－preparation of highquality plant DNA for genetic evaluation and phyloganetic studies［J］.Plant Molecular Biology Reporter，1998（61）：69－86.

［9］易庆平，罗正荣，张青林.植物总基因组DNA提取纯化方法综述［J］.安徽农业科学，2007，35（25）：7789－7791.

［10］黄平.大学教师在教学中的角色定位［J］.湖北大学学报（哲学社会科学版），2006，33（5）：653－656.

Reform ing Genetics Experiment Teaching for Improving the Quality of Personnel Training

HUANG Tiran，GUO Bei，LIU Yufen，LU Heshu，SUN Yizhen，SHEN Xiaohong
（1.Beijing University of Agriculture College of Biological Sciences and Engineering，Changping 102206，China；2.Key Laboratory of Urban Agriculture（North）of Ministry of Agriculture People s Republic of China，Haidian 102206，China）

In order to improve the quality of genetics experiment teaching and reinforce the basic knowledge of the specialty，this paper is based on the practice of genetics experiment teaching in urban agricultural colleges and universities，summarized the teaching and research department in establishing the correct experimental teaching idea，selected the experimental teaching content and opti mized the experimental teaching methods to reform the teaching of genetics experimental measures to solve the limited experimental teaching hours and infinite experimental teaching contentbetween the contradictions，provides a practical experience and theoreticalba sis.Practice has proved that the selection of basic，verified experimental content，increased the comprehensive experiment，added in dependent design experiment as the theme of genetics experimental teaching reform in the innovative experimental teaching mode，which are all improved the quality of personnel training hasmade remarkable achievements of talent training.

genetics；experiment teaching content，experimental teachingmethod，quality of personnel training，reforming

Q3－3

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.024

2016－01－22；修改日期：2016－02－23

北京农学院2015年人才培养质量提高经费——遗传学教学团队（5046516538／01）。

黄体冉（1986－），男，硕士，实验师，主要从事实验教学与管理、植物分类学的研究。