邓小娟

在遗传学理论教学中培养大学生的科研素质

邓小娟

（华南农业大学动物科学学院广东广州510642）

遗传学是高等学校生物学、医学的主干课程之一，也是农学类各专业的核心课程。文章探讨了在遗传学的教学中以学生为中心，采用讨论式、分享式和辩论式的学习方法，同时引入原始经典文献的阅读、实验论证方法和案例教学，为教与学注入新的元素，推动《遗传学》的教学质量和教学效果，促进创新能力的培养，提高学生的科研素质。

遗传学；教学；改革；科研素质；创新能力

遗传学不仅是高等学校生物科学和医学的一门基础学科，也是农业类各专业的基础课，是学习“遗传育种学”的先导课程。对动物类专业的本科生来说，遗传学是一门专业主干课程，也是学习动物遗传育种的基础。

遗传学的建立是以1900年CarlCorrens[1]、HugodeVries[2]和 ErichvonTschermark[3]三位植物学家对孟德尔规律的再发现为标志的，至今遗传学经历了100 多年的发展，已由早期的经典遗传学、细胞遗传学和分子遗传学发展为现在各个层次的组学。在这一百多年的发展历程中，新的研究方法和研究技术不断涌现，研究范畴和研究内容不断扩展，表观遗传学、癌症分子生物学等新的研究热点领域异军突起，使遗传学成了生物学领域发展最快的学科之一。由于遗传学的快速发展，教师既要在群体、个体、细胞、和分子等不同层面上介绍遗传学知识，讲解生物的遗传和变异规律；还要补充介绍遗传学领域的新技术、新进展，课时非常紧张。为利用好有限的课时，提高教学质量和教学效果，在传授遗传学基本知识的同时，本文试从培养学生科研素质的角度来谈谈遗传学课程的教学方法，探讨从阅读拓展经典原始文献、剖析实验论证方法和采用案例教学等多个方面，培养学生的思辨能力和质疑、创新能力，提高科研素质。

1 以学生为中心，采用讨论式和启发式教学

传统的“灌输式”课堂教学已经不适用于现代的大学生，现代教学要将“教师为主导”的传统教学模式回归为 “学生为中心”。采用讨论式教学、分享式和辩论式等多种灵活多样的教学模式，让学生参与到课堂中，不仅可以提升他们的学术表达能力，也能培养思辨能力，同时提高分析问题和解决问题的能力。通过灵活多样的课堂讨论式和启发式教学，同学们不仅在科学问题上有了独立思考和展示自己观点的机会，也锻炼了学生的语言组织能力和口头表达能力。有些学生第一次上讲台，在口头表达中经常有“口头禅”，在讲台上的表现也显得很不自然，经过锻炼后，进步非常明显。另外，同学们经常就PPT的制作和多媒体方面的应用互相切磋和学习技能，由于学校提倡“小班教学”，使讨论式、分享式和辩论式教学在我们的课堂上切实可行。

1.1 讨论式教学

虽然遗传学的发展迅猛，科研成果硕果累累，但仍有很多问题悬而未决。在授课中教师可以将这些问题提出来，引发学生思考，学生们在查阅文献的基础上提出自己的观点。这种以“学生为主导”的学习方式可以提高他们的学习兴趣。有了学习兴趣，学习效果自然不同。比如关于生命的起源和进化的探讨，地球上最初的生命是如何起源的？人类是如何起源和进化的？表观遗传在进化中起了什么作用？等等，针对上述问题，同学们以分组讨论的方式进行探讨式地学习，最后派代表总结各个学习小组的观点。在同学们互相交流的过程中，我们能看到同学们有自己的思考，并且在不同的意见中擦出思想的火花，引发新的思考和争论。

1.2 分享式教学

随着分子生物学新技术和新手段的不断涌现，遗传学的发展日新月异，新成果接踵而来。在课堂教学中引入新技术和新成果，可为同学们带来兴奋点，提升他们投入科学研究的热情。为了让学生了解如何进行成果分享，教师会在新学期开始首先将最新的、令人振奋的新成果分享给同学们，和同学们讲解如何制作PPT来展示研究成果、如何进行提问和参与讨论、PPT汇报中的语言规范和仪态仪表等注意事项。比如：在2018 学年9月开学的新学期课堂上，教师示范性地依次向同学们介绍了最新在国际顶尖杂志《Nature》上发表的“人造单染色体的酿酒酵母”[4]和《Science》上发表的“基因编辑治疗修复犬Duchenne型肌营养不良症”[5]两项科研成果，学生在接触到上述研究新成果后不禁感叹科学研究在国际上的激烈竞争，同时也体会到“21 世纪是生物学的时代”，并相信“改造生物学”将为人类创造更多的奇迹。在小班教学中，同学们也有机会在课堂上分享自己了解到的感兴趣的研究成果。这种课堂上短暂的分享一般放在每次课的课前进行，时间是五分钟左右。有意思的是，在这门课程的课堂教学结束之后，也会有同学主动向老师推荐他们了解到的新成果或新论文，说明他们开始真正关心科学研究领域的新进展。

1.3 辩论式教学

辩论是持有不同观点的双方间进行的一种讨论，比如：在性别决定这一节的讲授中，教师在讲解性别决定的种类和机制的基础上，可以对性染色体的演化历史和趋势进行探讨。人类的性别决定属于雄异配型（XY型），性染色体X和Y是由一对常染色体进化来的，因此最初这两个染色体含有相同数量的基因[6]。在历史上，Y染色体经历了大量的基因丢失，导致Y染色体的长度缩短。那么，“男性Y染色体会消失吗？”这个问题的争论一直都没有停止过。将有争议的问题布置给同学们进行小组讨论式学习，通过查找资料和辩论式地探讨学习。

关于人类Y染色体的命运，有些学习小组认为在历史上Y染色体不断地缩短，总有一天会消失。已有报道：在少数的啮齿类哺乳动物——土黄鼹形田鼠（）[7]和日本刺鼠（Ryukyuspinyrat）[8]中，Y染色体已经消失。而有些小组认为Y染色体虽然短小，但Y染色体上仍保留着决定睾丸和精子发育的重要基因，担负着决定性别的功能，并引证了在2012年《Nature》杂志发表了Y染色体不再缩短的观点[9]，因此Y染色体将不会消失。通过持有不同观点的学习小组的辩论，对培养学生的思辨能力具有重要的作用。

2 引入经典文献阅读，启发学生思维

国内高等院校的大部分《遗传学》教材高度凝练了前人的研究成果，总结出了一套比较完善的定律和规律。很多时候，大学生的学习同中学时代一样，局限于书本或习题册，很少在课程之外独立地思考科学问题。为进行学生的思维训练和科研素质的培养，大学生的学习不应该局限于课本或教材，而应该更多地注重经典原始文献材料的阅读。通过文献的阅读和讨论，了解遗传学学科发展史上取得重大进展或重要突破所经历的曲折过程，不仅可以培养学生对科技论文和学术论文的阅读能力，拓宽学生的科研思维能力，更主要的是可以让学生了解在科学发展的历史上，这些成果的历史背景、学术争论等问题，有利于培养学生的思辨思想和质疑能力。

由于课堂上的学时有限，原始文献的阅读需要学生在课外完成，通常需要教师筛选出经典的原始文献供学生阅读。遴选文献的具体标准可以参考赵祥强等[10]的方法，注重以下几个方面：一是文献的原创性，要尽可能选择那些奠定基本原理、基本方法的文献；二是文献的易读性，要选择篇幅适当、内容简明易懂的文献；三是文献的代表性，要选择能够反映学科重大突破或体现学科发展方向的文献；四是文献的实践性，要选择学生有一定接触或了解，学生易于联系具体事物的文献。以课外文献的阅读配合课堂的理论学习，可以促进学生了解遗传学学科发展的来龙去脉。比如：在讲解性连锁和基因理论时，可以选择1910年Morgan[11]和1914年Bridges[12]发表在Science杂志上的论文，论文不仅回答了性染色体与性别决定的关系，而且对基因在染色体上的定位也给出了关键的证据。为了更好地促进学生思考，教师在给出文献的同时也可以提出问题，让学生在阅读中思考和寻找答案。

3 剖析实验论证方法，培养科研思路

从孟德尔开始，遗传学不再是简单的思辨性的猜测和推理，从而开启了遗传学的实证性科学研究。从提出问题、猜想、推测到验证无不展示着科学研究的巨大魅力, 很多经典的实验论证方法非常值得学生细细体味。如：在孟德尔的豌豆杂交试验基础上，遗传学中的两大定律——分离规律和自由组合规律被提出来；摩尔根在果蝇杂交实验的基础上，提出了重要的“基因理论”；美国科学家AveryOT研究小组对肺炎双球菌的研究，提出DNA是控制肺炎双球菌的转化物质[13]，其研究方法、研究思路非常值得我们现代科研工作者学习。一个个严谨的实验设计，一个个遗传学中的论点被提出，在这些研究成果的背后，遗传学的先驱们付出了很多的汗水和努力。教师在教授遗传学的时候，应注意引导学生，避免“死记硬背”，通过讲解一个个定律背后的故事，不仅让学生“知其然”，更要“知其所以然”。比如在肺炎双球菌转化的实验中，可以让学生结合文献阅读讲解Avery的实验设计。在推荐学生阅读经典文献的同时，可以提出问题，让学生带着问题阅读文献。除了教材中介绍的方法，Avery等人的论文中还采用了什么方法来解释“转化因子”的性质？为什么Avery等人的试验结果发表后“DNA是遗传物质”的观点还存在很大争议？为何需要在体外（）和活内（）同时证明DNA的“转化”功能？让学生了解科学研究的认证方法和思路，培养学生在试验设计方面的严谨性。这些问题的探讨式学习，可以通过分组讨论、各组派代表进行PPT总结汇报，教师参与点评和讨论的方式进行。通过这些方面的学习和训练，不仅能培养学生的科研思维，还能培养学生的学术表达能力。

4 采用案例教学，将理论与实践相结合

遗传学是一门理论科学，更是一门与实践相结合的学科。在讲授理论知识时，可以通过经典的案例来进行讲解和分析。案例教学是启发式教学，可以引导学生进行独立自主的思考和解决问题。在案例教学中，学生是教学的主体，由被动变为主动学习，并增强学科的实践性, 在教师的指导下完成从理论到实践的转变。如：在“群体遗传学”中，学生可以通过调查不同个体对苯硫脲的苦味感知情况，来调查苯硫脲味盲基因的频率[14～16]；在“代谢疾病”的学习中，可以通过典型的病例尿黑症、白化病来理解疾病的发生原因和遗传机制[17]；在学习“基因突变”时，可以通过对血友病来理解基因突变产生的遗传疾病及其“伴性”遗传规律[18]；在学习“性别决定与剂量补偿效应”时，巴氏小体的产生机制和遗传学效应是非常值得探讨的问题[19]。通过组织学生对案例进行调查，“身入其中”地增强学习的趣味性，加深学生对基本概念和理论原理的理解；或对经典案例进行阅读、分析和讨论, 增强学生的分析问题、解决问题的能力。

5 小结

在“教”与“学”中引入经典文献和案例，剖析科学研究的论证方法，同时也要介绍学科发展的前沿，使学生了解学科的发展动态，感受到遗传学研究的青春活力与巨大魅力。本文介绍的是在遗传学教学中引入这些元素，其实也同样适用于生物化学、细胞生物学等课程的教学，通过在多个课程潜移默化的影响，培养学生的创新意识，提高学生的科研能力和综合素质。除此之外，在实验教学环节，除了传统的验证性实验，还要开设开放式的综合性和设计性实验。对有想法的学生，要积极鼓励他们申报大学生创新项目课题；对有志继续深造的学生或有兴趣参与科研的学生，教师可以鼓励他们参与自己的科研课题，引领他们走入学术的殿堂。

[1]CORRENS C G.Mendel's Regel über das Verhalten der Nachkommenschaft der Rassenbastarde[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:158-168.

[2]DE VRIES H.Das Spaltungsgesetz der Bastarde[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:83-90.

[3]TSCHERMAK E VON.Ueber künstliche Kreuzung bei Pisum sativum[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:232-239.

[4]SHAO Y,LU N,WU Z,et al.Creating a functional single-chromosome yeast[J].Nature,2018,560(7718):331-335.

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[15]宋洁,邓代千,孙凯,等.黑龙江省汉族大学生遗传性状调查分析[J].生物学通报,2011,46(11):6-8.

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[18]Stevens R F.The history of haemophilia in the royal families of Europe[J].Br J Haematol,1999,105(1):25-32.

[19]陈凡国,侯丙凯.巴氏小体案例在遗传学教学中的应用[J].遗传,2012,34(4):503-508.

Improvement of the college students’ quality of scientific research by promotion of genetics teaching reforms

Deng Xiaojuan

(College of Animal Science, South China Agricultural University, Guangdong, Guangzhou 510642)

Genetics is one of the main courses of biology and medicine in universities. And it is also the core course of Agronomy majors. The present paper explores the student-centered Genetic teaching methods by combination of discussion teaching and heuristic teaching, focusing on three aspects of teaching reforms:Firstly, debating on some controversial questions between students; secondly, reading and discussion of classic original literature; thirdly, experimental demonstration and case teaching in classroom. The teaching quality and teaching effect of genetics are carried out by addition of these new elements in order to cultivate students' scientific thinking. All the efforts will finally improve the undergraduate students’ quality of scientific research.

Genetics；teaching；reformation；scientific research quality；creativity

G644

C

2095-1205(2019)09-132-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.78

邓小娟（1973- ），女，副教授，硕士生导师，研究方向：昆虫遗传与发育。