新农科背景下遗传学课程教学改革探究*

隋炯明，郑春花，朱 虹，乔利仙，唐艳艳

（1.青岛农业大学 农学院，山东 青岛 266109；2.青岛农业大学 图书馆，山东 青岛 266109）

遗传学是众多涉农专业的基础课，在整个生命科学的教学中有着举足轻重的作用。目前，生命科学发展迅猛，随着新技术、新方法不断出现，遗传学的研究范畴更是大幅度拓宽，研究内容不断地深化，培养具有遗传学基本知识和创新能力的研究人才迫在眉睫。传统的教学过程、教学方式和方法已面临着严峻挑战，教学改革和创新成为必然。2018年12月，教育部召开新农科建设研讨会，提出要以现代科学技术改造提升现有的涉农专业[1]。新农科建设为涉农专业人才培养提出了新思路、新目标与新挑战。教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》[2]，启动了国家级虚拟仿真教学中心的建设工作，确立了虚拟仿真技术在教学中的重要地位，为利用虚拟仿真技术创新农学类相关课程提供了机遇[3]。新技术的出现和发展为创新遗传学课程提供了机遇，也为新农科建设提供了保障。

1 遗传学课程教学存在的问题

1.1 教学条件不能满足学生的需求

随着培养目标的不断提高，现有的教学条件已不能满足学生的需要。如讲授《孟德尔遗传》一章的杂交过程时，农学院虽然建设了作物认知园，并种植了各种作物，但有些材料的培养周期比较长，学生无法体验去雄和杂交过程。讲授《基因突变》一章的突变体时，突变体还没表现出性状，学生无法亲自观察突变体的表型。《遗传与发育》一章要求较高的组织培养操作条件，已建的组织培养实验室空间有限，不能满足全部同学在课堂上亲自动手操作，更不能保证操作的质量。这些条件都限制了遗传学课程的开展。

在讲授实验课时，现有的教学条件也难以达到实验的预期效果。如开设的遗传学实验——“果蝇唾液腺的解离和观察”，需要在解剖镜下操作，由于学生对唾液腺没有直观的印象，很多学生在这种微观环境下难以找到唾液腺。在剥取植物茎尖时，由于茎尖很小，学生需要在超净工作台中的解剖镜下操作，很多学生的操作难以达到理想的效果。这些问题在原有的基础上很难解决。

教学过程中还存在教学与科研不能融合的问题。学校、学院平台和各个科研室已购置部分先进实验仪器，但是学生很难接触到这些高端的仪器设备。如《基因突变》一章介绍了物理诱变的方法，虽然已从清华大学购置了等离子体诱变育种仪，但由于设备昂贵，试剂开销大，学生很难接触到这些先进的仪器，更无法了解这些仪器的操作过程。另外，教师虽然积累了大量的科研成果，但难以直观地融入教学过程。

1.2 不同专业的培养目标有差异

以农学院为例，设置了农学、植物科学（药用植物方向）、烟草、种子科学与工程4个专业，从2018年起增设了公费农科生班，2020级增设了农学和烟草的创新班（与中国农科院作物所和烟草所联合培养）。不同专业对遗传学的知识需求有差异，很多学生想了解自己专业领域的进展情况，这就需要教师有针对性地开展授课，进行个性化教学。

1.3 教学模式陈旧，学生学习积极性不高

目前，遗传学课程主要采用多媒体授课，课堂教学仍然是教师讲授为主，学生在课堂上学习知识，课下通过一定量的作业、练习、实践等内化知识。这种情况下师生之间缺乏交流互动，教师不能及时了解学生的学习进度，学生在被动接受知识的情况下逐渐失去学习的兴趣和积极性。这种陈旧的教学模式不仅不能发挥学生的学习主体作用，还会阻碍学生的个性化发展，扼杀学生的创新性思维。

1.4 考核方式单一，不能全面考察学生的学习水平

在原有的遗传学课程教学中，评价方式主要以期末考试成绩为主。原有的考核标准是考勤成绩占10%，平时成绩占20%，期末考试成绩占70%。在这种评价模式下，由于期末考试成绩占比过高，且考核形式过于单一，学生通过死记硬背可以暂时应付考试，但是考后甚至连基本概念都记不住，对遗传学基本理论的理解和实践应用能力的培养更是无从谈起。所以传统的考核模式无法了解学生的真实情况，综合能力得不到提升，不符合新农科背景下高校人才培养的基本原则。

2 新农科背景下遗传学课程改革举措

2.1 创新教学和实践模式

虚拟仿真技术为创新农学类相关课程提供了机遇。翻转课堂对学习知识和内化知识的时空进行了翻转，增加了学生之间、师生之间的互动。

在山东省新旧动能转换项目和学校教改项目的资助下，我们在遗传学课程中开展了虚拟仿真技术的应用和翻转课堂教学。我们利用虚拟仿真技术将植物生长过程中复杂或微观的场景进行虚拟展示，从而打破时空限制，实现了资源共享。把枯燥的理论变为可视化的场景，使学生可交互式参与，引发了学生浓厚的兴趣，从而达到理论联系实际的目的。如我们制作的果蝇幼虫培养和唾液腺剥离过程，可帮助学生轻松完成这个实验。虚拟仿真技术轻松实现了课程知识的交叉融合，让学生对每种作物的生产过程有详尽的了解。学院建设了薯遗传育种虚拟仿真课程，将甘薯杂交、脱毒、快繁、育苗、移栽、收获等环节融合在一起，将遗传学、育种学、栽培学、组织培养等课程有机结合，有利于学生深入学习多个流程的相关知识。

同时，通过翻转课堂进行了遗传学教学改革。我们利用智慧树平台上的中国农业大学线上资源，提前布置每次课的学习任务，由学生自主完成学习。线下教学过程中，为了检验学生的自习效果，教师首先对章节内容进行梳理和归纳总结，对于知识难点和盲点进行重点强调和解释。课程中间，也是翻转课堂的重要环节，可以按照教学平台上发布的知识点，教师随机安排给各小组，各小组按顺序汇报，时间 5～10分钟，其他学生可提出质疑，并进行讨论交流。教师对各组汇报进行点评，对疑难点答疑解惑。最后，师生共同总结教学内容，对学生遇到的问题或错误操作进行纠正指导；也可进行提问式讨论，每位学生都要参与其中，将课前预习总结的问题和自己的体会进行师生、生生之间的交流互动。教师在课堂上不仅要进行相关问题的讲解，还要将专业相关领域的知识点进行延伸，理论与实际相结合，以深入浅出的形式进行补充教学，这样能达到事半功倍的效果。

虚拟仿真技术和翻转课堂的应用丰富了学生的学习内容，开拓了学生视野，有利于学生科研思维的培养。学生可随时学习，调动了学生学习的积极性和主动性，激发了学生的学习兴趣，促进了学生的自主学习，为大学生实践和创新能力的培养开辟了新的途径。我们的课程将多个环节融合后，为农学类学生特别是公费农科生的培养提供了便利条件，他们毕业后在乡镇农技推广部门工作，将来会在乡村振兴中发挥重要作用，他们需要了解每种作物的整个生产过程，为科研成果的推广搭建桥梁。

2.2 教学与科研相结合，优化教学内容

我们利用虚拟仿真技术打通教学和科研两大平台，教会学生在虚拟环境中掌握先进仪器的基本技能和操作，使科研平台在虚拟环境中得到利用，开拓学生的视野，让学生爱上所学的专业。虚拟仿真技术还可将我们教师的科研成果直观地融入教学过程，拓宽学生的知识面，提高学生的创新能力。我们将近红外光谱仪快速测定样品的品质性状，等离子体诱变仪的诱变流程制作成虚拟仿真视频，让学生了解常规育种与先进育种技术和辅助手段相结合，可以大大加快育种的进程。

在学习专业基础知识的同时，我们也注重培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在学习课程内容的同时，鼓励同学将课本知识进一步物化，将理论知识和实践相结合。如介绍发根农杆菌时，学生不明白发根农杆菌和根癌农杆菌的区别，我们提供给学生带有荧光标记的载体，让学生通过发根农杆菌转化甘薯，并建立快速检测体系，可利用荧光检测发状根的生长情况，让学生有直观印象。结合教师的科研项目，教育部、山东省教育厅和学校设立的大学生创新创业训练计划以及学生的课程论文、毕业论文等内容，设置了差异化的实习内容，让学生将实习过程中学到的遗传学知识应用到课外实践训练中，培养农学类学生创新创业理念和创新能力，成果凝练后可参加国家、省市或校级的创新创业竞赛，增强学生的科研兴趣和获得感。根据国家设置的大学生“挑战杯”创新创业训练项目和“互联网+”，学校开展了相应的竞赛，在学校层面评比筛选出优秀成果，可参加省级竞赛和国家级挑战杯竞赛。

另一方面，在实习过程中我们建立了“专业认知+科研技能+毕业实习”整合的实践教学模式。创新性地提出“导师制”，对于不同专业，设置不同的科研训练模式。针对农学和烟草创新班的学生，我校与中国农科院作物所和烟草所鉴署联合培养协议，在大学一年级期间开始选择校内导师进行指导，开展科研训练，大学四年级时到联合培养单位进行实习；针对公费农科生的学生，在大学二年级时开始选择校内导师进行指导，开展科研训练，大学四年级到山东省农科院和定向培养单位实习一年。这些都将进一步提升学生专业实践创新能力和本科人才培养质量。

2.3 构建合理的教学考核和质量评价体系

针对之前考核体系及成绩评定方式存在的弊端，我们进行了教学评价方式的改革，逐渐在教学过程中建立多元化考察的方式，注重教学过程中学生分析问题和解决问题的考核，同时又能反映学生对知识掌握的情况以及解决问题的能力。我们利用智慧树平台强化了学习过程管理，增加了线上课程学习和课外学习环节的考核，降低了卷面成绩的比重，加大平时成绩的比重。现在考核成绩构成调整为期末考试成绩占50%，平时成绩占40%，考勤占10%（在智慧树平台考勤签到）。平时成绩由线上课程学习和课外作业两部分构成，其中，线上课程学习占20%，由智慧树平台自动监控每个学生的学习进度和学习时间，自动完成单元评测的批改；课外学习占20%，包括课外作业、论文撰写、课外阅读、项目实操、小组协作等。在布置课外作业时，结合遗传学知识，依托学院建设的青岛市作物认知园，让学生担任作物知识宣讲员，为师生讲解各种作物的特点和基本情况，并布置作业调查认知园作物的拍照、分类、数据整理。通过改革课程考核评价体系，既调动了教师教学的主动性，又调动了学生学习的自主性和协作能力，避免了学生平时不学，考前临时突击即可拿到学分的现象。

2.4 思政元素与课程体系相融合，增强学生“学农爱农”的价值观

在课程内容设计时，注重将思政教育融入课堂，如在课程上嵌入“农耕文明五千年”“中国农业农村发展70年”“伟大的脱贫攻坚”“中国农业的国际贡献”“大国三农”等主题的视频短片，让学生了解当下中国农业农村发展面临的主要问题和挑战，以及国家在脱贫攻坚和乡村振兴中取得的一系列成果。另外，还可以把身边的榜样作为思政教育的案例。如给学生介绍“种子传奇-袁隆平”“诺贝尔奖获得者-屠呦呦”“王晶珊：把论文写在盐碱地上”“全国草莓大王-姜卓俊”，培养学生的社会责任感和历史使命感。

3 结束语

新农科形势下，对农科类人才的需求已经从单一的知识型转变为实用型和技能型相结合，对农科人才的培养模式和体系也应进行重构和调整，从而适应新形势的需要和发展。在“新农科”人才观的指导下，培养内容应更加注重对农科人才在技术伦理、创新思维和应用实践技能方面的训练，在培养方式上，也应加大新技术的运用[4]。

遗传学是一门需要理论与实践相结合的课程，将虚拟仿真技术引入该课程的教学，不但可以丰富教学内容和方式，提高学生学习的积极性，还可将这一模式推广到涉农类相关课程，进行资源共享，实现课程知识的交叉融合。但在建设虚拟仿真课程时，应遵从“虚实结合、相互补充、能实不虚”的指导方针[5]，将虚拟的和现实的项目相结合，不断完善人才培养体系和先进的教学方法，提升教学水平，提高学生培养效果。

翻转课堂为遗传学的教学改革提供了便利条件，但在翻转课堂的教案设计中，要坚持理论与实践相结合，针对不同专业设置不同的案例，并将思政元素融入教学过程中。我们应以学生全面成长成才为中心，以培养理想信念坚定，具有社会责任感和“三农”情怀，具有创新精神、实践能力和国际视野的学术精英和创新创业型人才为目标。