何世斌， 王翔伍， 吉逢逢, 吴礼芳， 王 基

(河南大学 生命科学学院，河南 开封 475004)

0 引 言

遗传学是生物学中一门重要的基础学科，孟德尔遗传规律的重新发现，标志着遗传学的建立[1]。遗传学经历了1个多世纪的快速发展，已经从个体水平，细胞水平发展到分子水平，其相关理论知识已经应用于生产生活的各个方面[2-3]。然而，遗传学发展的每一个重要历程都离不开实验数据的统计分析，从遗传学3大定律(分离定律、自由组合定律、连锁互换定律)的发现，到现在各个物种遗传图谱、物理图谱的完成，都和实验验证息息相关，这就决定了遗传学这门学科的特点——理论与实验紧密结合[4-5]。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[6]。遗传学实验已经成为生命科学教学中一门不可缺少的基础课程，目前高校生命科学专业中基本都开设了这门课程，许多高校教师为了提升教学效果，进行了很多探索性的尝试[7-10]。笔者结合教学实践，通过优化教学内容和模式，完善考核方式，提高教学质量，指导学生由基本技能向综合技能发展，最终培养学生的创新能力。

1 优化教学内容

目前，生命科学发展迅猛，遗传学相关的新知识，新技术层出不穷，而且与分子生物学、细胞生物学等课程的内容紧密相连[11]，这就决定了遗传学实验教学有以下两个特点：①教学内容要与时俱进，在保留一些经典传统的实验内容的基础上，也要及时添加一些新的实验内容，注意综合性设计性实验的开设，使学生掌握更多的实验技能；②本课程与其他实验课程既要有衔接也要避免重复，要突出遗传学实验课程的特点。因此，将遗传学实验课程的内容分成了4个板块：经典细胞遗传实验，群体遗传实验，分子遗传实验(综合性实验)和设计性实验。遗传学实验课共设36学时的教学课时，4个板块8个实验(见表1)，8个具体的实验内容不再规定具体的学时数，而是以其归属的板块总学时数为准，这样可以合理安排课时，有利于学生在有限的课时中学习到更多的知识和技能。

表1 遗传学实验内容和学时安排

讲解经典遗传实验，目的是培养学生的动手能力和实验结果分析能力；通过综合性实验的开设可以培养学生的综合分析能力和运用多学科知识解决问题的能力；设计性实验有助培养学生的创新能力，从而激发学生对科研产生浓厚的兴趣。经典细胞遗传实验的教学内容主要包括有丝分裂和减数分裂的观察以及染色体核型分析。在群体遗传实验教学内容中，主要是让学生对理论课上学习的群体遗传平衡定律有更深刻的理解。以学生感兴趣的对象为实验内容，比如让学生品尝苯硫脲溶液，进行味盲基因的调查；测量学生的血型，调查ABO血型基因的分布；以及观察一些面部特征，如耳垂的有无，鼻梁的高低等，通过统计多个指标，让学生验证群体遗传平衡定律。在综合性实验中，通过综合多种分子遗传实验技术，以分子标记技术在遗传育种中的应用为实验内容，同时也避免了与其他课程的分子实验内容相重合，突出了遗传学实验课的特点。设计性实验板块的教学内容主要包括遗传学3大定律的验证、基因的表达与调控以及遗传学一些新技术的学习(比如荧光原位杂交、染色质免疫共沉淀、转基因等技术),这些实验由教师提供实验所需的材料,学生可以选择其一作为实验内容。此外，学生也可以根据所学知识设计一些实验，由教师提供实验所需的试剂、仪器，让学生进行探索，并且鼓励学生进实验室，积极参与科研项目，学习更多的实验技能及知识。

2 改进教学模式

理论教学注重学生基础知识的学习，而实验教学则注重培养学生的动手能力，让学生能够独立解决实验中所遇到的问题，培养创新思维，加深对理论知识的理解。但是学生往往不太重视实验课，如何提高学生的兴趣，获得好的教学效果，很多教育工作者也在不断地探索中。

2.1 以学生为中心

长期以来，实验教学大多受实验场地及时间的限制，往往以教师讲解加演示的方式为主，学生只是被动地观看，导致学生的积极性不高。为了改善上述的教学模式，在实践中采用“以学生为中心”、灵活多样的教学模式，积极调动学生的兴趣[12]。提前告诉学生实验内容，让学生主动参与实验材料、试剂的准备，利用网络资源设计实验方案。课堂上教师先对实验原理进行讲解，然后学生对实验内容进行讨论，确定实验方案，教师针对实验中某些较难的操作进行演示，同时播放一些视频资料给学生参考。基础实验内容要求每个学生都亲自动手操作，周期较长的综合性和设计性实验，由学生自己分组，通过组内合作，完成实验。在实验过程中，可以有多种方案，鼓励学生进行尝试，并对实验结果进行思考，写出实验心得。比如在有丝分裂和减数分裂的观察实验中，细胞解离方法和时间可以依据实验材料灵活多变，学生自己可以尝试，解离时间较短会导致细胞核不分散，解离时间较长会导致细胞核变形，学生通过自己摸索，思考实验中遇到的问题，可以提高学生的积极性，提升学生在实验中的主体地位。

2.2 合理安排课时

在实验课中，课时往往有限，在有限的教学课时中，既想让学生掌握传统的遗传学相关的实验技术，又想让学生对一些新的实验技术有所了解，开设学生感兴趣的实验内容。因此合理安排课时，采用课上与课下相结合的方式。比如在细胞遗传实验教学中，大部分的实验技术原理是相似的，尽量将这部分课时压缩，把相关的实验合并。如有丝分裂和减数分裂的观察，相关的技术原理是一样的，都是解离细胞核，然后进行染色体的制备和观察，将植物或动物的有丝分裂和减数分裂观察的实验设置为一个实验内容。学生在做完这个实验之后，已经掌握了染色体的制备和技术，把染色体制备和染色体的核型分析设置为一个实验内容。在这个实验中，学生首先进行染色体的制备，然后由教师讲解如何进行核型分析，最后学生将制备得到的染色体进行核型分析。这样改变以往只给学生一张染色体图片的实验教学方法，让学生对自己制备的染色体进行核型分析，把染色体一条一条进行排队，充分提高了学生的实验积极性。

开展综合性和设计性实验是学科发展的必然要求，可以提高学生的综合素质。但是这些实验内容的周期相对较长，不能在几个学时内完成，因此这些实验内容在课堂上先主要进行讲解，示范性操作，然后集中周末的时间，提供实验场地，具体内容再让学生进行操作。在分子标记技术遗传育种的应用实验中，学生在其他实验课上已经学过DNA提取、聚合酶链式反应(PCR)、电泳等技术，这些技术就不用在课堂上再进行讲解，教师只需要讲解如何利用分子标记进行基因的定位及辅助育种。结合科研上用的材料，让学生鉴定出与产量性状紧密连锁的分子标记。首先给学生分组，让学生利用课余时间去实验田里测量小麦产量相关的一些指标，如穗长、分蘖数、千粒重等(可以每组学生分别测量一个指标)；然后分组采集小麦叶片，提取DNA，利用教师所给的分子标记引物，进行PCR、电泳、统计电泳条带；最后结合测量的指标数据，进行联合分析哪些分子标记和产量性状紧密连锁，并可以在以后的小麦育种中使用。在这些实验中，通过合理分配实验课时，学生可以学到多种实验技术，也对分子标记如何进行辅助育种有了更深刻的了解。在遗传学三大定律的验证实验中，考虑到实验的周期，我们以果蝇作为材料[13]。课堂上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，把果蝇的培养及杂交、验证后代分离比例都让学生利用课余时间进行。学生自己分组，设计实验去验证三大遗传定律，并且学会分析的方法，这些实验设计思路和分析方法可以应用于以后的科研和工作中。学生在理论课上学习了基因的表达与调控，但在实验课上接触相关的实验内容较少，为了让学生更好的理解基因的表达调控，由教师提供实验材料，指导学生模拟干旱、高温等条件，集中学生周末的时间，教会学生进行RNA提取、反转录、荧光定量PCR等实验，并且学会分析基因表达量的差异。

一些新技术的学习(比如荧光原位杂交、染色质免疫共沉淀、转基因技术等)，所用实验试剂价格相对昂贵，实验步骤相对复杂，课堂上集中讲解实验技术原理，课下分批组织学生进实验室跟研究生进行学习。

2.3 加强实验室建设

实验教学离不开硬件设施的配置，建设设备齐全的遗传学教学实验室，可以进一步提升教学水平[14]。我校为加强实验教学，整合共享资源，按照大学科、宽平台的理念，建设了一个集管理、教学于一体的校级基础实验教学中心。学校统一建设、集中管理、重点投入，使中心在短期内快速发展，硬件达到较高水平，实验教学取得了显著成效。实验室配置的仪器一应俱全，比如冷冻离心机，荧光显微镜，实时定量PCR仪等，为学生顺利开展实验提供了保障。另外在实验过程中，有些实验现象难以描述，引进了Motic显微数码互动系统，该系统可以实时直观地对实验现象进行讲解，便于学生理解实验现象[15]。比如，有丝分裂和减数分裂的观察，学生受到教科书模式图的影响，认为中期染色体排列在赤道板上，而实际操作过程中，细胞核是个立体的结构，中期染色体常常是分散排列的，学生往往观察不到染色体。有了显微数码互动系统，可以实时对学生观察的实验现象进行讲解，对一些实验中遇到的共性问题，进行集中指导。学生观察到的图片，还可以及时保存，上传给教师，作为平时成绩评定的一个标准。

3 完善考核方式

制定一个良好的成绩评价考核体系，可以有效检验学生所学实验技能的效果，激发学生学习的动力，有助于形成良好的学风[16]。实验课程的考核不同于理论课，主要在于平时实验操作的考核，因此，将期末考核分为实验操作和笔试，并且将期末成绩的比重减到30%，平时成绩的比重提升到70%。平时成绩的考核分为3个部分，课堂表现占30%，实验报告占30%，考勤占10%，而且每个实验的比重是有区别的，综合性和设计性实验的成绩所占比重要高一些。由于以前实验操作很难科学地进行评价，平时成绩的考核完全依赖实验报告，引进了Motic显微数码互动系统，教师可以实时观察学生的操作，学生可以在线提交实验结果。实验报告，尤其是综合性和设计性实验的报告，严格要求学生按照科技论文的标准(从实验原理和目的意义，材料方法，结果与分析等方面)进行撰写，从而提高学生对实验课的重视程度，提高学生的语言表达能力和逻辑思维能力。在平时成绩考核中，引入奖励机制，对实验操作或者实验报告的撰写等方面表现突出者，实行加分政策。通过多样化的考核方式，激发学生学习的兴趣，真实地反映学生对实验课的掌握程度。

4 结 语

遗传学是生命科学专业的核心课程，遗传学实验课程也是遗传学教学过程中不可或缺的一部分。以上仅是根据教学经验，从教学内容、教学模式、考核方式3个方面对遗传学实验课程改革的几点经验总结。然而科学技术发展日新月异，遗传学中的新知识、新技能也不断涌现，而与之配套的遗传学实验的教学内容、教学方式也需跟上时代的步伐，进行不断的更新和完善；主讲教师更需要不断提升自身的专业水平，与时俱进；国家与学校相关的职能部门应给予更好的政策和支持，为了更好地提高教学质量，提升学生的综合素质，培养出优秀的生命科学人才而共同努力。