遗传学实验教学改革与实践初探

付建红 孙浩然 沙柳圆

（新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室 新疆·乌鲁木齐 830054；新疆特殊环境物种多样性应用与调控重点实验室 新疆·乌鲁木齐 830054；干旱区植物逆境生物学实验室 新疆·乌鲁木齐 830054；新疆师范大学生命科学学院 新疆·乌鲁木齐 830054）

遗传学是研究生物遗传和变异规律、探索生命的起源和本质的理论科学，是生物类和农学类各本科专业的必修专业课之一。遗传学的三大定律和基本理论都是在实验的基础上形成的，决定了遗传学理论与实践密切结合的特点，因此，实验教学是遗传学教学的一个重要组成部分，一方面可以激发学生的学习兴趣，加深学生对抽象的理论知识的理解；另一方面可以提高学生的动手能力、设计实验和解决实验问题的能力，培养学生的创新思维，进而全面提升学生的综合素质。传统的遗传学实验内容设置和考核办法等很难准确反映学生的实验水平；经典遗传学实验内容较多，现代遗传学实验内容较少；验证性实验多，综合性、设计性实验少。另外，教师多数是根据实验报告和最后一次集中考核给予一定分数，集中考核也属于重结果轻过程的考核。学生普遍存在抄袭实验报告或临时抱佛脚的情况，因此，这种考核方式不能很好地反映学生所具有的实际能力，不利于调动学生的学习主动性。针对以上问题，近年来我们对遗传学实验进行了改革与实践研究，取得了较好的教学效果。

1 精选整合实验内容

对于遗传学实验教学，现在面临着实验内容陈旧，与其他学科实验课程的教学内容重复的矛盾。为了解决这些矛盾，借鉴成功的改革范例，我们精选具鲜明学科特色的遗传学实验内容，并将相关实验内容整合搭配，以高效地利用有限的实验教学时间，系统地教授学生遗传学实验的基本原理，全面地锻炼其实践操作能力。主要在保障经典遗传学实验的基础上，精简整合动植物染色体的制备观察实验，逐步增加分子遗传学实验内容，逐步增加综合性、设计性实验的比重。按照实验的性质，我们将遗传学实验课程的内容分成了3个模块12个实验（见表1）。验证性实验有助于学生巩固理论课上学到的知识，对学生遗传分析能力的培养必不可少，其内容是果蝇形态生活史观察、果蝇的伴性遗传实验，要求学生能用1-2个杂交组合的实验结果验证伴性遗传规律，加深统计学中的卡方检验的应用，使学生在掌握相关实验技能、深入理解遗传学经典规律的同时，又对昆虫学、生态学和生物统计学的相关知识有了一定的认知，有助于他们综合素养的提高。增加调查性的群体遗传实验，如基因数目估计、群体基因结构分析和调查ABO血型的分布情况，学生的兴致很高，既学会了调查群体性状的方法，又巩固了群体遗传学中的抽象知识，达到了学以致用的目的。技能型实验主要训练学生染色体制片等方面的实验技术。其内容主要包括有丝分裂和减数分裂过程中染色体行为的观察、果蝇唾腺染色体标本的制片与观察、人类X-染色质的制片与观察，又逐步增加分子遗传学的相关实验，如基因组DNA提取和检测，使学生适应现代遗传学的发展。综合设计性实验要求学生完成一个综合设计性的实验，内容主要有不同物种的染色体组型分析、植物多倍体的诱发鉴定、微核测试实验。目前国内环境污染的事件时有发生，学生可利用实验室现有的诱变试剂或日常生活用品或不同环境中的水，对植物材料进行处理，分析不同检测试剂对植物遗传物质的损伤程度。不仅使学生加深了对染色体结构变异的认识，同时使学生掌握了环境因子遗传毒性检测的一般方法，深刻理解了遗传学与生产、实际生活的密切关系。

表1：遗传学实验内容框架

2 多种教学手段相结合

实验教学在生物学科教学中无疑具有重要意义，而实验能力和素养对生物学科的学习和学生自身的发展关系很大，调查显示，80%以上的学生希望通过实验课程提高探究能力和分析能力。但是，有些传统的遗传学实验流程较长，实验课时有限，所有实验准备工作不得不由老师提前完成，使学生无法真正参与实验的全过程，因而学生对实验的整体性缺乏认识，也妨碍了其对实验原理的理解，不利于培养学生的主动性和创新能力。如果蝇杂交实验以验证遗传学定律，从亲代扩繁到子二代长达60多天，不可能在几个学时内完成，因此在课堂上老师教会学生如何分辨果蝇的各种突变体的性状，果蝇的雌雄以及如何对果蝇进行麻醉，然后，提供实验场地，让学生利用周末或课余的时间进行果蝇的培养、杂交及验证后代分离比例等实验。我校遗传学实验室对学生施行全方位开放，在每个实验教学中，老师讲明实验要点和注意事项后，给学生发放实验材料，学生可利用课余时间来实验室，或做实验准备工作，或记录实验情况，或重做实验等。这种开放式的实验教学模式在一定程度上解决了实验流程较长和实验课时有限的矛盾，同时也是增强学生实验兴趣、加强学生动手能力培养的有效措施。

表2：遗传学实验考核评分标准（单位：分）

关于学生实验过程中的参与度和分工，调查发现认为准备实验材料和试剂的能力是应该重点学习和培养的能力之一的学生比例不到20%，说明学生参与实验的兴趣或意识不高，还没有认识到自己是实验教学的主体。此后教学过程中我们安排学生参与实验的准备，包括材料的培养、预处理等过程以及实验器材的维护。班级成立由3-5名同学组成的助教小组11个，与实验老师一起承担每个实验的准备工作。助教小组也是周期较长的实验比如果蝇杂交实验的实验小组，通过这种组内合作的形式使得学生不仅参加了实验准备活动，还参加了完整的实验过程，培养学生独立完成科学实验的能力以及科研协作精神。

如前所述对于周期较长或难度较大的实验，学生可以随时来开放实验室做实验，在实验中学生们可将显微镜下观察的图片，经手机拍照，利用实验室的局域网络上传至班级QQ学习群，比如植物有丝分裂（见图1）、小鼠精巢染色体制备与观察等实验，便于教师检查和学生学习。通过将拍照的图片上传，学生可以直观地看到自己的实验结果及同学的实验结果，找出不足并加以改进，利于提高学生的实验基本技能。同时教师把最好的实验结果照片展示出来，无形中也起到激励学生学习的作用。

3 完善实验考核方式

图1：学生手机拍下的植物细胞有丝分裂的照片（4×10）

以往的遗传学实验考核仅仅注重于书面实验报告和结果，没有结合实验操作过程的综合考核评定，评估方式不很科学，无法确实调动学生实验的积极性和主动性。仅有13.7%的学生认为传统实验课程考核评价方式不需要改进，大多数学生希望对实验考核方式进行改革。建立多维度综合性实验教学考核评价体系，力求做到客观地评价学生在实验过程中的实际能力，使学习成绩能比较真实地反映出学生的实践能力，因此，考核点和考核项目的设立必须全面和细化，使学生明确目标与任务。针对验证性、技能型、综合设计性这3种实验类型建立实践能力、创新能力和学习态度3个考核点，各考核点下又分为具体的考核项目，依据不同的实验类型制定出各考核项目所占的相应分值（表2）。对于验证性实验加重动手能力和实验报告形式规范方面分数的比例。对于技能型实验加重动手能力和解决实际问题能力的分数比例。对于综合设计性实验加重创新能力和预习效果方面分数的比例。

为检验该考核评价体系的可行性，对生物科学专业的两届学生进行了教学实践。具体程序为：教师在上第一节实验课时，明确指出遗传学实验课的考核方式，出示实验考核评分标准表（表2），每个学生一张表，选取实验课程中的8个实验，按实验内容进行评分。各个考核项目中，如动手能力、发现问题、解决问题和团队合作这几个方面，教师通过实验现场观察和提问等给出分数；预习效果是通过课堂提问方式检测。实验结果的评分，可以结合现场观察的结果和实验报告的结果给分。学生的期末实验成绩由实验报告（50%）、考勤（5%）、课堂提问（10%）、实验理论考核（15%）和实验结果（20%）五个部分组成，在这样的实验考核体系当中既可以对学生的综合能力进行全面考察，同时也可以充分调动学生对实验探索的积极性和主动性。

课程结束后发放调查问卷122份，收回122份，有效回收率为100%，调查结果如图2、图3所示。从图2可以看出，只有很少的学生不喜欢遗传学实验，大多数学生对遗传学实验的兴趣较高。学生做实验的状态与以往相比也发生了变化，不用教师督促，学生普遍能够利用课余时间自觉地预习、复习实验内容。新考核模式的实施激发了学生学习的积极性，他们知道要取得好的成绩，就必须认真对待平时每一次实验课程，遇到问题勤于思考，虚心求教，不知不觉中学生的发现问题和解决问题的能力得到了加强，提高了实验教学的效果。关于实验前的预习情况的调查结果如图3所示，现如今我们的社会处于信息高速发展的时代，大学生可以通过各种途径接受丰富的知识信息，因此更多的学生除教科书外，还从网络渠道来获取相关的实验信息进行预习，而实验前不进行预习的学生人数很少，这与前面对实验不感兴趣的学生人数较少结果是一致的。在“实验过程中主要采取的学习方法”的调查中，40%左右的学生认为去实验室亲自动手操作比较有效，这样能锻炼自己的各种能力，掌握实验的操作技能。关于实验过程中充当的实验角色，充当主要操作员和合作者角色的比例较高，而作为小助手和旁观者的比例较低，因为新的考核模式重点考察学生的实际动手能力，所以学生在实验中的参与度会相对提高，能和其他学生相互交流和配合，并学会解决问题。

图2：学生对遗传学实验课感兴趣程度

图3：学生实验预习途径

4 结语

参考文献[14]制作了学生实验能力自评量表，选项采用五级量表形式，选项包括“完全符合”（赋值5分），“非常符合”（赋值4分），“基本符合”（赋值3分），“不太符合”（赋值2分）；“很不符合”（赋值1分）。从数据上分析，学生在实验基本能力维度中“我能很好地处理实验结果和分析实验异常现象”的得分较低，为3.35分；在实验研究能力维度“我能对教材实验进行改进或创新”的得分最低，仅为2.88分。另外，课程结束后“能否独立设计并完成实验”的问卷调查中52.9%的学生认为可以，而47.1%的学生认为不可以，这说明生物学师范生的分析问题和实验研究能力还比较弱，今后我们的实验教学应注重加强对学生这些方面能力的培养。

通过对遗传学实验教学内容和考核方式的改革，使学生系统地掌握遗传学的基本实验方法和技巧的同时，提高了学生的动手能力及独立完成实验能力，使学生学习由被动变主动，提高了学生的综合素质。但遗传学实验课程改革是一项长期的系统工程，任重而道远，真正将知识、能力、素质的培养贯彻到实验的每一个环节，还有很长的一段路要走。只有不断地在实践中改进，实验实践教学的开展才能落到实处，才能更好地培养富有创新能力的高素质人才。