生物工程专业遗传学实验教学改革的探讨

薛 明 李俊辉 王 辉 李锡强

（广东海洋大学 水产学院，广东 湛江 524088）

遗传学是理论性与实践性均很强的生物工程专业基础课之一，是衔接基础生物学和分子生物学的桥梁。遗传学实验教学在遗传学课程学习中占有极其重要的地位，是获得遗传学知识的重要手段。特别是当今生命科学的迅猛发展，要求我们培养的学生不仅要有扎实的理论知识，而且具备熟练的实验操作技能和富于创新的能力。因此，为了培养具有创新精神和实践能力的学生，近几年来国内许多高校的相关教学科研人员都在进行遗传学实验教学改革探索。[1-2]

1 遗传学实验教学中存在的主要问题

长期以来遗传学实验中出现的许多问题困扰着大家，如实验内容多，涉及生物种类复杂；且由于受学时的限制，多数实验内容偏向于理论的验证与解释；学生真正动手操作时间较少，可自由发挥的空间太小，从而导致学生做实验的主动性不强，逐渐的不重视实验课，认为实验课只是理论课的补充，这种情况极不利于生命科学人才尤其是具有创新能力的人才培养，其中生物工程专业对遗传学理论与实践的要求较其它生物类专业更高，因此提高该专业学生的综合实验能力尤为重要。当前遗传学实验教学中存在的诸多问题，如以下三多三少的现象尤为突出。

1.1 验证性实验数目多，综合设计性实验数目少

验证性实验主要是验证遗传学基本规律，加深学生对理论的理解，但此类实验项目过多会降低学生的学习兴趣，不利于学生的思考与动手能力的培养。[3]传统的遗传学实验教学规定每个实验时间均为2-4学时，由于实验要求在限定的时间内完成，因此实验材料以及实验步骤均由教师准备，学生仅只是按老师的要求去做，没有机会去思考，更别说去设计与创新。例如开设经典果蝇遗传实验时，将单因子实验、双因子自由组合实验、伴性遗传实验、基因连锁互换实验等实验分别作为独立实验开设，显得实验内容单一，而综合性实验项目较少。

1.2 经典遗传学实验内容多，现代遗传学实验内容少

目前遗传学实验开设主要包括两大内容：第一，细胞遗传学相关实验，如细胞有丝分裂、减数分裂、染色体核型及带型分析、染色体结构及数目变异鉴定等；第二，个体遗传学相关实验，如果蝇杂交实验、玉米或红色面包霉杂种后代遗传分析，以三大遗传规律验证为主。而现代分子遗传学实验内容却很少，很难与日益发展的遗传学学科前沿领域相衔接。

1.3 被动做实验的学生多，主动做实验的学生少

我们在实验过程中发现学生的实验积极性不高，分析原因有三方面：一是由于实验材料、实验步骤都有实验教师提前准备，学生自己设计实验的机会少，没有预先详细的了解实验原理与目的；二是实验内容有些为低层次的重复，无连贯性，不能激发学生们的学习兴趣；三是实验成绩考核仅以实验报告为主，缺乏严谨的考核体系，很多学生觉得只要写好报告就能得到高分，能够积极主动做实验的学生较少。[4]

2 遗传学实验教学方式的改革探讨

鉴于上述这些现象，有必要对遗传学实验的内容和教学模式作出新的改革尝试，尤其是生物工程专业学生更要增加他们的自主学习兴趣与创新动手能力，因此我们将三种新的教学理念应用到遗传学实验教学中。第一，模块式教学，即对现行的遗传学实验教学内容进行整合，总体上将实验内容划分为若干大的模块。第二，PBL(problem based-learning)式教学，即以问题为基础的教学模式，该教学模式是近年来在国际上流行的新型教育模式。它强调以学生为主体，用问题引导学生主动思考问题、分析问题并最终解决问题。[5]第三，开放式教学，即对学生进行实验时间、实验仪器及场地等的开放，学生可以全天随时进入与实验相关的实验室。

2.1 模块式教学在遗传学实验改革中的应用

模块式教学即对遗传学实验内容进行重新构建，确立四个实验教学体系模块，分别是：1.果蝇经典遗传综合实验；2.细胞遗传学综合实验；3.微生物遗传综合实验；4.设计探究性实验。在每个模块中各安排若干实验内容。

第一个模块包括果蝇观察与饲养、伴性遗传、单因子实验与基因连锁互换实验等。这个模块主要是经典个体遗传学实验内容，不仅能验证遗传的三大规律，更重要的是学习设计实验的科学性和严密性，以利于开拓学生的思路，为独立设计一些小实验打下基础。我们在实践中鼓励学生用1个杂交实验验证多个遗传规律，就可以节约很多时间而达到相同的效果，因此本课程组指导学生分组培养选择出红眼长翅品系与白眼残翅品系亲本，并进行杂交与测交实验，这样就能通过1个整体实验验证多个遗传学规律，呈现连贯性与综合性。

第二个模块包括动物如鱼类与蛙的染色体标本制作及观察，蝗虫减数分裂相观察，摇蚊或果蝇唾液腺染色体结构观察，染色体核型分析、人体 X染色质的观察等。该模块主要是最基础的实验方法和技术，通过学习可以使学生掌握本学科的基本知识和基本技能。本课程组在指导学生进行这个模块实验时，先建议他们预先在电脑上进行已知物种或人的染色体核型分析，增加感性认识，然后进行鱼与蛙的染色体标本实际制作，而在制片的空档时间进行人体 X染色质与摇蚊唾液染色体观察，最后对鱼、蛙玻片同时进行姬姆萨染色，这样既充分提高了时间效率与动手的机会，又能让学生真切认识了生物染色体的形态结构，使学生不觉得实验枯燥，对细胞遗传学有了全面深入的理解与感悟。

第三个模块包括微生物突变型的筛选，不同诱变剂对微生物的诱变作用。要求学生根据自己掌握的知识选择诱变剂，自己设计诱变方法，所需突变型的筛选流程及最后鉴定。本课程组通过指导学生以大肠杆菌(Escherichia coli)为材料，选择紫外线为诱变剂，筛选青霉素抗性菌或营养缺陷突变体，并计算诱变率。这个模块紧密联系科研实践以及生产实际，尤其有利于拓展生物工程专业学生对遗传学理论与实践紧密结合的视角。

第四个模块以设计实验为主，由学生自由选题，独立进行资料的查阅，独立设计方案，独立完成实验，最后撰写总结报告。这个模块的探究实验，是在前面三个模块的培训基础上，为检验学生独立工作能力、进行科研创新培训提供平台，也为学生提供个性发展和才华施展的机会。如可将几个实验进行整合为一个综合设计性试验。例如“植物细胞有丝分裂”和“染色体结构及数目变异鉴定”可与毒理试验联系在一起合并为一个设计性试验。本课程组积极为学生提供实验平台，遵循自学自愿的原则，对想做实验的学生及小组提供实验指导及材料与药品，因这部分学生选择进行了动物基因克隆、载体构建、转化与鉴定等系列实验，并收获颇丰。

2.2 PBL式教学在遗传学实验改革中的应用

PBL式教学倡导学生带着问题来做实验，即在教师提示下，让学生先理解实验原理与目的，做到心中有数，再着手准备相关的实验操作步骤，培养学生独立分析解决问题的综合能力。[6]本课程组在第二个模块的鱼、蛙染色体标本制备实验中，尝试了进行这种教学理念。具体实施方案包括：1.实验前准备；2.实验正式进行；3.实验后总结分析。

准备实验前我们先将学生分成若干人一小组，事先将实验内容告知学生，要求以实验教材为依据，熟悉各实验目的、原理及方法、步骤，并要求学生利用课余时间，将实验所需药品、试剂和简易仪器准备妥当。正式实验操作前每个小组根据各自在实验预习过程中遇到的问题进行讨论，查阅相关文献，提出解决问题的可行办法和方案。如在“鱼类肾细胞染色体制片与观察”实验中，学生围绕着“秋水仙素与植物血凝素诱导原理”、“如何确定两者的最佳诱导浓度”、“最佳注射时间”、“如何收集组织”、“怎样滴片效果更好”等问题进行详细的讨论，最后本课程组教师作补充、归纳和总结，但有些问题还须他们在实验时探索出最佳的答案。

实验操作在教师指导下，每组学生按照实验方法步骤进行。一旦实验完成后，及时引导学生进行归纳总结本次实验主要步骤、技术要点和注意事项，使学生对实验原理理解更加深刻，实验内容更加熟悉，实验方案更加清晰。同时，再组织学生结合所学知识和相关文献内容对实验出现的结果进行分析、讨论。如果没有达到预期的结果，应查找原因，总结经验，避免在以后的实验中出现类似的问题。同时无论是否达到预期实验结果，都要求学生根据实验结果，整理、分析实验数据，撰写实验报告，可以使学生对知识点记忆更加深刻。并将形象的实验结果如镜检时计数的鱼或蛙的染色体数目，或冲洗出的染色体中期分裂相图片等上交，教师根据学生在各个环节中表现客观公正地评价每位学生及小组的实验成绩。

这种 PBL的教学模式围绕问题编制实验课程，以学生为中心，教师只起引导作用，强化学生有效运用已有知识来探索新问题，可以发挥学生学习的主观能动性，增加学生的成就感与创造性。

2.3 开放式教学在遗传学实验改革中的应用

遗传学有些实验往往需要进行不间断的连续操作，耗时比较长，如大肠杆菌紫外线诱导突变型的筛选，不是几个学时可以完成的。但在传统教学中，实验前，教师将材料、仪器、试剂等一切准备好，然后学生在有限学时的实验课上根据课本或教师提供的步骤完成实验。实验室基本上是封闭型的，平时，学生很难进入实验室，更谈不上去熟悉各种实验仪器，动手做一些研究性的实验。为改变上述弊端，本课程组也尝试进行开放性实验教学。所谓开放性，至少包括两个方面：首先是时间与场地开放，即学生可以全天随时进入与实验相关的实验室；其次是实验内容开放，如第四个模块的实验，从实验选题、材料选择、实验方案设计、实验进度安排，都由学生自己确定，教师只是适时地给予启发性的提示，以充分发挥学生的主观能动性。开放性实验教学的结果使学生做实验由被动变为主动，让学生了解不同的处理、不同的材料可能会得到不同的实验结果，增加了结果的不确定性，大大激发了学生的求知欲，使枯燥的实验过程变得生动起来，让学生的潜能得到发挥，素质和创新的能力不断得到提高。

但开放式教学也要建立完善的考核机制，使各小组同学之间形成竞争，起到督促学生学习的作用。传统的遗传学实验成绩主要以实验报告为主，不能真实反映学生平时的实验态度、实验技能及学生的出勤。因此为鼓励学生积极主动做实验，遗传学实验课成绩应以实验报告、出勤率、操作是否规范、熟练程度、实验结果等方面对学生及小组进行综合评定。对富有创新性的实验设计给予一定的加分，这样可以激发学生的创造性思维。

3 结 语

我们认为通过将模块式教学、PBL模式教学及开放式教学这三种新的教学理念有机结合，对培养学生的自主学习能力与创新能力有着非常好的促进作用。即在事先设计好的模块实验范围内，启发学生主动思考、尝试着解决问题，并在时间与场地上实行全天候开放，摆脱以往局限学生动手操作的各种限制，让学生自由支配时间，有利于他们独立分析问题和解决问题。

通过对遗传学实验教学内容和教学方法的改革，激发了学生的学习兴趣，使实验课既充分发挥了理论教学必要补充的特殊功能，又变成了学生施展才能和发挥创造思维的场所。但也存在许多问题尚待解决，如设计探究性模块实验内容的范围与可行性有待完善，每个模块内各实验项目的内在联系应进一步强化，实验内容的先进性和实践应用性应进一步提高。总之，遗传学实验教学改革还有很多内容需要探索改进，因此是一项长期的系统工程，需要教育科研工作者们不懈的努力。

[1]皮妍,林娟,郭滨,等.改革遗传学实验教学方法培养新型创新人才[J].实验室研究与探索,2008,(10):86-88.

[2]李标,张继承,梁亦龙,等.高校遗传学实验教学初探[J].实验科学与技术,2007,(2):95-97.

[3]龚慧明,张涛.探讨《遗传学实验》教学对学生素质的培养[J].实验科学与技术,2012,(4):165-167.

[4]曾秀存,许耀照,张芬琴,等.生物科学专业普通遗传学实验教学改革的思考[J].科技信息,2012,(7):29-30.

[5]Savery J R.Overview of problem-based learning: definitions and distinctions[J].Іnterdisciplinary Journal of Problembased Learning,2006,(1):9-20.

[6]吴娟.PBL模式在遗传学实验教学中的应用[J].哈尔滨职业技术学院学报,2012,(1):65-66.