新农科背景下生物科学专业“遗传学实验”课程教学改革初探

巫桂芬 黄秋婵 陈锡玲 王强

摘  要：为了适应时代发展需求，文章结合新农科的相关内涵和社会发展现状，以B高校为例，分析生物科学专业的遗传学实验课程教学过程中存在的问题。生物科学专业应以问题为导向建立与新农科背景相适应的遗传学实验教学体系，改进实验教学方法和改革考核方式。将新农科背景下人才培养与地方实际生产需求结合起来，提高学生的实践能力，培养学生的自主创新精神，为地方发展输送更多高素质人才。

关键词：新农科；遗传学实验；教学方法；考核体系

中图分类号：H191    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2024）11-0069-04

新农科是基于农业农村现代化和创新驱动发展战略要求，打破学科边界，破除专业壁垒，推进农理、农工和农医等深度交叉融合发展，实现知识结构宽、创新能力强的现代农业领军人才培养的新型农科。［1］新农科基于多学科创建产学研合作发展的“旋转门”，培养一批高素质的应用型人才。［2］

新形势下，传统遗传学实验教学问题已经慢慢凸显，体现在实验课时数较少。为了让学生多接触一些实验类型，每个实验项目只有2～3个课时，这就造成试剂配置、实验材料准备及实验设计都由实验教师完成。学生无法全程参与实验的设计、优化和其他耗时较长的操作环节。传统的实验教学中，教师要详细讲解每个实验的原理及步骤，而学生只是进行简单地模仿操作，获得实验结果后完成实验报告并上交。这种验证性实验，其授课方式以教师为主体，学生为客体，学生几乎处于被动状态，缺乏自主性，不利于提高学生的创造性。因此在新农科背景下进行遗传学实验课程教学改革十分必要。

一、传统的遗传学实验教学存在的问题

（一）实验教学环节创新性不足，学生学习主动性不足

传统的遗传学实验教学模式主要以教师讲解为主。授课教师将实验流程清楚板书在黑板上并进行详细讲解，同时结合实验内容进行演示。而此过程中，学生几乎处于被动参与的状态，往往急于完成实验而忽视了实验操作中的规范性要求。部分学生对实验结果缺少主动分析，未将实验与实际生产联系在一起，导致学生的学习兴趣不高，影响了实验教学的效果。［3］即便教师讲解得非常详细，但动手能力弱的学生在进行实验时容易在一些细节操作上出错，如在做植物DNA提取实验中，用移液枪移液时由于操作不熟练导致液体移取量不准或移取不当等。有些学校学生人数较多，仪器设备不足，教师未能关注到部分学生操作上的错误。如果学生不严格要求自己，一味追求实验操作完成的速度，就会浑水摸鱼，将错就错，实验过程敷衍了事即可，然后再用其他人做得好的实验结果写入实验报告以求高分。在小组实验中，有些学生对实验兴趣不大，这些学生不主动参与实验操作或是习惯了依赖其他组员，所以小组实验常有代表代劳现象。有的学生过于自信，认为自己听懂了就不需要动手操作，不愿意多动手多思考多尝试。之所以出现这些问题，追根究底还是因为学生对该课程的重视度不够，没有真正认识到遗传学实验课程学习在实际生产生活中的作用。因此教学应让学生知道学习遗传学实验课程不是为了得出标准答案和获得实验报告的高分，而是要从中形成良好的科学思维，掌握相关的技术方法，为大学毕业就业和以后的科研道路打下基础。

（二）教学过程重形式轻效率

重形式轻效率，已经成为教学改革的一大绊脚石。有些学校对教师的管理较严格，经常颁布各种条条框框规章制度，教师为了规避风险，都老老实实地采用传统教学方法。因为只要按老办法，把上课流程都走完肯定不会出错。然而这种重形式轻效率的教学方法已经不适应新农科背景下的遗传学实验课程目标的要求。有些教师在选择授课内容时，并不考虑实验内容是否与其他课程的重复交叉，而是一味考虑实验操作的简易性。有些教师在遗传学实验课中开设了植物根尖有丝分裂制片实验，这与植物学实验中有丝分裂观察内容重复。此外，实验的技术方法重复单一，如果蝇性状观察、唾液腺染色体观察、减数分裂试验都是采用显微镜，操作过程相似度较大。实验项目和内容的重复不仅没有让学生学到新的知识，还影响了学生对实验的兴趣。传统的遗传学实验课程没有根据学生的特点以及地方发展需求调整课程内容。因为实验学时、实验设备及实验经费的限制，教师一般以验证性的实验为主，且多为室内实验，而综合性实验及开放性实验占比较少。在进行实践时，教师担心顾虑的问题太多，不敢谋求创新，只求不出错，所以教学没能摆脱实验室的束缚，无法实现理论与生产实际的统一，不能适应新农科背景下教学改革与创新的需求。

（三）考核形式过于单一

传统的实验课程成绩评定一般由实验报告、平时表现和随堂考核三部分组成，其中实验报告成绩占平时成绩的比例较大。实验报告存在学生弄虚作假，伪造实验结果，以求获得高分的情况无法全面考查学生实验操作能力。以实验报告进行考核忽视了学生在实验过程中的综合表现以及对学生知识应用能力的评估，造成了课程測评成绩与学生课上的表现及实际掌握的技能偏差较大。由于实验过程中教师和学生是一对多的关系，教师很难观察每一个学生的行为，且这种监督观察又是非连续性的评判，因此可能存在较大误差。由于人数多，如果仅进行单次实验的随堂考核，那么每个学生的考核时间又很有限，能够考核的内容不多，所以也很难全面地反映出一个学生的能力和水平。

二、新农科背景下构建实验教学体系的策略

（一）以新农科为导向，不拘泥于形式

遗传学是一门交叉性的学科，其内容包含植物、动物、微生物、病毒，既有宏观也有微观，有群体、个体、细胞，也有分子，几乎涉及了生命的方方面面。在实验教学中，教师应加强学生的基本实验技能训练，增加开放性和综合性设计实验。

首先高校在进行遗传学实验课程之前应进行一次开放性基础实验课，教师通过观察学生的实验操作，咨询学生对实验的接受情况，了解学生所具备的能力和条件。根据学生的基础及学情设计课程授课形式及授课内容。

其次是实验研究对象应尽可能多地涉及不同的生物类别，不仅是动物、植物还有微生物。动物研究可以选用遗传学的模式动物果蝇为研究对象。植物可以结合当地的经济作物为研究对象开展实验。微生物可以选用生活中的常见物种，如大肠杆菌、酵母菌等。实验安排按照简单到复杂、从宏观到微观的原则进行，使学生有序地接受新内容、新知识、新技术。对于同一类的内容（如洋葱根尖有丝分裂观察，花粉母细胞减数分裂观察，果蝇唾液腺染色体观察都是制片观察类），设置其中一个具有代表性的实验作为必学实验，其余作为选学实验。

最后在教学设计中，适当增加单个实验的课时量，使学生有更多的时间参与整个实验的操作，避免实验前后教师包办的现象。学生参与了整个实验的操作才能提高他们实验操作的积极性和主动性。为了让学生了解实验的全过程，提高学生的主动性，实验中应尽量让学生自己动手完成试剂配制，让学生参与所有实验准备工作。学生全程参与到实验中，才能形成完整的实验思路，才能更好地规划和完善实验设计，真正体验到科学研究的不易。

（二）减少验证性实验，增加开放性、综合性实验

开放性实验是指在教师参与实验评定的情况下，整个实验设计由学生完成。综合性实验要求学生对所学的理论知识进行有机融合，通过多种手段和方法培养学生分析和解决问题的能力。［4］开放性实验和综合性实验是新农科发展的必然导向。在新农科背景下，结合时代发展需求，增加开放性实验，让学生结合实情，通过实验解决实际问题，这不仅调动了学生的积极性，还激发了他们的创新思维，提高了学生的创造能力。例如以玉米或果蝇为实验对象，设置综合性和开放性实验。2022年秋季学期B高校的遗传学实验教学进行了改革试验，与以往的实验不同的是，本次改革增加了综合性实验和开放性实验，统计结果表明98%的学生的积极性得到了显著性提高。该校的遗传学实验分为两条主线：植物类是玉米相关系列实验，包括玉米农艺统计、数量性状、花粉母细胞减数分裂的观察、有性杂交和单倍体诱发。教师引导学生从玉米种养到收获全程参与，洞察生命遗传与变异全过程。动物类实验以果蝇系列实验为代表，包括果蝇生活史及其形态结构观察、腺染色体标本的制备与观察、杂交实验等。要求学生自主设计实验方案、培养果蝇，进行果蝇杂交及统计分析。在整个实验中，果蝇培养、性别鉴定、形态特征观察、性状统计与分析都是相互关联、相互统一的。这类型的实验相互独立又相互联系，能更好地培养学生的自主性和创新能力。

（三）实验教学与新农科发展相结合，激发学生的创造性

传统遗传学实验依附于理论教学，实验是为了验证理论，容易出现重理论轻实践的误区。［5］新农科背景下，遗传学实验课程应以实际生产需求为导向，让所学技术技能服务于经济的发展，而不再只是验证原有的理论。［6］因此遗传学实验课程的开设，应充分利用实验室及当地社会资源，使实验教学不拘泥于实验室内课堂，应从室内走向大田，培养学生理论联系实际的能力。首先，结合学校周边农事活动让学生体验经济作物（花生、玉米、油菜等）种植情况，了解农作物的生长与种植规律，并对农作物生长过程中病虫害的发生规律及其防治技术进行实训。学生通过参与田间试验，进一步加强对理论知识的理解，使理论与生产实践有机结合，成为应用型人才。在验证性实验和综合性实验的基础上，教师引导学生自主查阅相关文献和资料。学生可以根据自己的兴趣与爱好，选择感兴趣的研究项目，结合生产实际，解决生产中的一些实际问题。学生经过设计性实验的训练，形成了独立科研的思维，对选题思路、设计方案、应用前景等有了切身体会，可以有效调动学生的实验主动性。

三、新农科背景下提高学生自主学习能力和创新能力的策略

（一）以学生的兴奋点激发学生的学习动力

点燃学生学习的热情，激发学生学习的动力，让学生愿意学、主动学，是新课标教育教学的导向需求。教师通过认真分析学生学习动力不足的原因，借助学习动机的相关理论，寻找如何帮助学生树立学习的信心，帮助学生避免陷入“习得无助”的泥潭，从而引导学生正确的面对学习中的成败，激发学生进一步学习的动力。如果学习既能贴近我们的生活，又符合我们的能力水平，又能让人从中感受快乐，还能享有获得感，那么这定能够很好的激发学生的学习动力。教师在第一次实验课时采用提问了解学生的兴奋点及个人爱好，并做好记录。接着根据学生的兴奋点有目的地引导学生触发自己的学习兴趣。例如，很多人都爱美，那么在实验材料的选择上尽可能选择一些有美感的材料进行实验。即便都是花，选用好看又好闻的花可以增加学生亲近感。对于喜欢美食的学生，则让其自主创造美食，通过自主实验设计选育更好吃的品种。对于喜欢画画的学生，让他们把实验过程用绘画的形式记录下来。只有这样，才能更好地激发学生的兴趣和积极性，让学生成为实验学习过程中的真正主人。良好的学习动机，为学生学习和成长的航船配备了导航的罗盘和促力风帆，有利于提高学生自主学习的能动性。

（二）鼓励学生自主设计实验方案，解决实际生产问题

学生在教师的带领下了解当地与遗传学相关的生产活动，并找出1～2个生产问题。在教师引导下，学生查阅资料、设计解决实际问题的实验方案，运用所学知识自主完成實验，记录并分析实验结果，最终确定解决实际问题的方案。教师做好督导工作，及时纠正实验中出现的问题，并指导学生完成实验报告。教师根据学生实验方案设计的合理性、完整性、创新性等表现打分，作为课程成绩重要的考核依据。这种与实际紧密结合在一起的实验更容易激发学生的兴趣，让人产生共鸣。

为了提高学生的创新能力，打破传统教学的填鸭式模式，教师应适当地采用启发式教学方法，有效地提高实验教学的效率。［7］当今信息社会，教师应充分利用信息社会带来的便利，指导学生获取一些有价值的网络资源，通过文字、图片、视频以及动画等形式把抽象的理论知识生动形象地展示给学生，使学生更好地理解实验的本质。这不仅扩大了学生的知识面，降低了抽象知识的理解和记忆难度，还提高了教师的教学质量和效率。例如果蝇唾液腺解剖实验，可以在实验前让学生搜索果蝇的解剖视频，让学生提前熟悉果蝇的内部结构和实验操作细节及注意事项，避免出现传统实验教学过程中教师演示操作，学生围成一圈，位置不好的学生可能根本看不到教师的演示实验的情况。

四、新农科背景下重构考核体系，充分调动学生积极性的策略

（一）以过程考核为主，考查学生的创新性和解决问题的能力

实验课程的考核一直都是教学改革的难点，合理有效的考核制度是提高实验教学质量的必要环节。［8］目前实验课程的考核与评价的形式多样化，有些高校以学生实验报告为主要考核依据，实验步骤、实验结果与分析、思考与讨论构成了实验报告的成绩。但是实验报告雷同严重，仅凭实验报告不能全面反映学生的真实水平。根据以往评价体系的不足重构了遗传学实验的考核体系，主要包括随堂操作考查、出勤情况、实验报告完成情况、平时课堂综合表现及开放性实验完成情况，具体考评依据如表1所示。

针对不同类型的实验，使用多元化的教学考核方式。对于验证性实验，教师从实验操作和实验报告两方面来打分，验证性实验重点考查学生操作规范性和准确性及结果的可靠性。随堂操作考核中，除了观察学生的操作是否规范，应强调实验结束后仪器和药品的归位及实验室的清理，这有利于培养学生的良好实验习惯。实验报告是学生实验过程与结果的文字体现，每学期初统一要求实验报告的格式，注重结果分析与讨论，这对学生将来深造打下了良好的基础。对于开放性、综合性实验，根据学生实验方案设计合理性、可行性和创新性，实验材料和设备准备，实验操作步骤的规范性，实验结果分析可靠和严谨性等进行评价。

多元化的考核模式，既有利于培养学生扎实的实验操作技能，又能提高学生独立解决问题的能力，充分调动了学生学习的积极性和主动性。根据B高校2022年实施效果表明，采用新的考核体系进行课程成绩考核不仅可以提高学生的自主创新能力和实验操作的规范性，还可以有效地提高学生的出勤率和学生实验过程的参与度及积极性。

（二）设置开放性的考核内容

设计开放性实验进行考核，让学生根据自己感兴趣的内容，运用所学的知识设计一个完整的实验以达到解决实际问题的目的。例如，让学生根据已有知识设计试验培育抗倒伏或抗病植株。针对这样的问题导向，有的学生通过传统的杂交试验方法培育抗性品种，有的学生可能通过抗病基因转入获得抗性植株，还有的学生通过查找资料运用其他的新知识、新方法设计试验，但是最终都是为了获得抗性良好的植株。这种方式可以最大限度地激发学生的能动性。

开放性的考核内容能更全面地考核学生对实验的理解和运用，更有利于考核学生分析和解决问题的能力。改革后的考核制度，有利于激发学生学习的积极性，促使学生自主学习新技术和新方法。在自主思考中，认真规范地完成实验报告，对培养学生科学严谨的实验思维和创新能力都非常有效。

五、结语

实验教学既是对本科生的实验技能训练，又是对本科生的科研素质培养。通过对遗传学实验教学体系、教学方法及考核方式的改进，激发学生的学习兴趣，调动了学生学习的积极性和主动性，提高了学生的动手操作能力。但在教学过程中也出现了一些问题，尽管实践教学已经在高校教学计划中占有一席之地，但是部分高校，尤其是一些地方本科院校，受教学资源、实践基地和师资力量等条件的限制，新农科背景下的遗传学实验教学面临较大瓶颈。为了顺应时代发展要求，需要加大遗传学实验的教学改革，认真培养学生的观察和实践能力，锻炼他们的科研思维和创新能力，使实验教学真正为社会生产服务，从而培养出具有科学探索和创新精神的新型专业人才。

参考文献：

［1］ 刘竹青. “新农科”： 历史演进、内涵与建设路径［J］. 中国农业教育，2018（01）：15-21．

［2］ 王从严. “新农科”教育的内在机理及融合性发展路径［J］. 国家教育行政学院学报，2020（01）：30-37．

［3］ 林进妹. 高师化工基礎实验教学改革探索［J］. 漳州师范学院学报（自然科学版），2004（01）：78-81+96．

［4］ 王丽，吉士东，韩雪梅. 基于大学生创新能力培养的遗传学实验教学改革研究［J］. 教育观察，2020（14）：102-104.

［5］ 石淳. 遗传学实验教学改革研究［J］. 科教文汇：下旬刊，2020（24）：86-87+90.

［6］ 张芳，张强，高瑞如. 植物生理实验教学中开设设计性和综合性实验的思考与探索［J］. 教育现代化，2018，5（13）：74-75+99．

［7］ 王玉萍，张俊莲，杨红羽. 农学类专业遗传学实验教学改革探索与实践［J］. 教学研究，2015（01）：102-105.

［8］ 富贵，苏旭，刘玉萍. 本科生物科学专业遗传学实验教学改革与实践［J］. 中央民族大学学报（自然科学版），2022，31（02）：86-89.

（责任编辑：牛雪璐）

基金项目：本文系2022年广西壮族自治区高等教育教学改革项目“广西壮族自治区级一流专业（广西民族师范学院生物科学专业）建设”（项目编号：395002041413）；2022年广西壮族自治区第四批民族院校特色学科建设立项建设学科项目“广西民族师范学院民族生态学特色学科建设”（项目编号：3950010401）研究成果之一。

作者简介：巫桂芬（1985—），女，博士，广西民族师范学院助理研究员，研究方向为食药用菌栽培与育种工作；黄秋婵（1971—），女，本科，广西民族师范学院，教授，研究方向为生物学教学及环境生态领域研究；陈锡玲（2002—），女，学士在读，广西民族师范学院学生，研究方向为生物科学教学研究；王强（1973—），男，博士，广西民族师范学院副教授，研究方向为化学教学与研究工作。