遗传学实验教材出版的创新与实践

刘 畅 刘 丹

遗传学实验教材出版的创新与实践

刘 畅 刘 丹

一本好的教材是教学思路、教学方法的高度概况和体现。主要阐述一本本科生教材《遗传学实验》编写与出版过程中的创新与实践：通过对教材结构体系的改变，实验内容的细化，实验安排的创新来加强对学生科学思维的引导、科学素养的培训等。实践发现，教材出版后，被很多高校选做本科生教材，有着较好的市场表现；多位遗传学实验教师反映教学效果有较大的提升，学生实验效率提高、学生探索发现问题的兴趣与主动性增强。

遗传学；实验教学；实验教材

遗传学实验是生命科学类、农林类、医学类本科专业的专业基础课程，教材的质量直接关乎教学质量。策划出版一本高水平的遗传学实验教材既是编辑的责任，也是作者与编辑的共同目标。中国农业大学杨大祥编写《遗传学实验》[1]自2004年出版以来，修订两次，累计印刷5万余册，得到了授课教师和读者的一致好评。2016年2月，第三版问世。这本教材既是作者教学思路、教学方法的总结，也是科学出版社在实验教材出版上一种新的尝试。本文从该教材的设计构思与结构上剖析，力求为实验类教材的编写与出版提供一个参考：如何通过对传统教学内容的优化与教学改革，来实现更好的实验教学效果。

一、新颖且实用的结构

国内遗传学实验教材版本较多，结构体系基本一致，比如一般涵盖实验目的、实验原理、实验材料及试剂、实验步骤、实验结果等。本书在策划与编写之初，根据本科生的知识结构与学习规律，对实验教材的结构进行创新，增补了传统实验教材没有的知识模块。目的是方便教师授课、学生学习，更主要的是提高学生的学习主动性，使其积极思考，养成严谨、认真科研习惯。

本书的第一个部分是实验安排。在整个实验学期开始之前，读者或授课教师可以根据学时、实验室条件等进行整体规划，安排一个学期的实验安排，这样学生在实验初期就能了解主要的实验内容及前后关系。接下来本书安排了预备知识，分别是：记录、科学实验的基本功、实验报告的写法、光学显微镜的使用及简易书目、显微摄影、可视化压片法。这部分内容都是与后面实验项目息息相关的实验技能，关乎实验的完成质量与总结效果。在实验内容的撰写上，本书并没有采用传统的“原理—步骤”这样的写作模式，而是在每个实验的开端先附上一段与实验内容紧密相关的科学史的内容，提高学生学习兴趣，同时也是直观地对科学发展史中“关键先生”、科研思路形成过程一个很好的呈现。每个实验的实验背景介绍部分不是传统意义上的实验原理，而是将实验材料的选择缘由、本实验的思路，甚至是时间安排进行清晰表述，这样更利用学生实验的开展。在实验材料、器具和试剂环节，不是像其他教科书一样，笼统地告诉所有需要的器材及试剂，而是具体到每一个实验者、每个实验小组需要具备的详细的材料、器材和试剂。这样，实验教师和学生都能更加清晰自己的实验准备情况。实验步骤环节，对一些关键点插入阅读框或图片进行详细说明。比如“实验一 果蝇的性别鉴定、性状观察及饲养方法”中，对于本科阶段的学生来说，收集处女蝇是一个比较考验实验操作技巧的环节，所以在该环节插入了阅读框，详细讲述果蝇的饲养、收集的技巧等，同时进一步说明“杂交亲本的数量确定”这类学生经常在实验中会面临的问题。实验结果记录环节，设计了标准化的实验记录表格，这样便于学生在进行实验时不会漏掉关键环节的实验数据，形成良好、规范的记录习惯，同时这些原始数据也是实验报告的重要组成部分。在每个实验的结尾，都安排有“进一步的问题”这个环节，围绕前面的本次实验项目，进一步开拓思维，引发思考，引导读者思考更深层次的科学问题。附录中，作者详细介绍了几个与实验相关的小制作，比如移蝇塞及移蝇漏斗、冰冻麻醉法麻醉果蝇、自动铅笔式解剖针、电动试管刷等，这些都是作者及其学生在多年的实验过程中积极思考，发挥主观能动性，发明或设计的新的实验器具，能大大提高实验效率，启发学生思考。

在以学生为本的教材设计理念指导下，完善的结构设计，方便了学生的实验进行，同时调动学生的专业兴趣，使其能主动投入到实验的各个环节中。对于授课教师来说，这种结构设计使得教师的授课更加生动、条理清晰。

二、打破常规的实验内容、过程的安排

传统的遗传学实验开设基本是按照“实验原理—意义—实验步骤”的顺序进行，着眼于对学生实验技能的培训。尤其是很多验证性实验多是以这种方式开设，一些高校也采取了教学改革，在教学内容上增加综合性、探究性实验，比如增加群体性遗传、分子遗传的内容[3]，但总体来说，实验教学的创新相对缓慢。这样的实验开设方式存在一定局限性：学生主动性差，为了实验而实验，知其然不知其所以然；实验时间较短，对实验结果的分析不够透彻等。这种教育思路下的教材编写也多是传统形式，实验内容以经典实验结果的重复及基本实验技能培训为主。目前大部分的遗传学实验教材存在的问题主要如下：对实验的背景介绍很少，实验原理围绕技术层面更多，枯燥，可读性不强，学生基本按照教材操作，自主性、能动性不足。围绕这些问题，本书进行以下创新。

本书首先围绕基础性、共性的问题为学生设计了基础实验技能训练环节，如实验结果的记录、实验报告的撰写等，这为后续实验的开设、科学的记录方式、规范的实验报告撰写方式奠定基础。

在具体的实验项目环节，首先，学生一定要熟悉实验的背景知识，对实验的来龙去脉有清晰的认识。同时也是为了吸引学生，本书非常重视对科学史中关键人物及其主要工作的介绍。遗传学研究进展依赖于一些关键技术的推进和实验思路的创新。本书在内容上始终强调的一点就是将遗传学实验技能的训练与基本的科研思想、方法的传授结合起来。例如，实验“果蝇的实验基础”，作者详细介绍了果蝇作为遗传学材料的优点，以及遗传学材料的选择标准，让学生了解为何果蝇能成为遗传学发展史上最重要的实验材料之一，同时也是后续多个实验的必备材料；果蝇唾腺染色体制备这个实验，从研究历史开始，娓娓道来唾腺染色体如何一步一步走进果蝇遗传研究并成为重要的工具，使来龙去脉一清二楚。

在实验内容的安排上，由于不少学校都在尝试开放性实验，学生的实验时间更加充裕，从实验的设计，实验室的预约、实验结果的分析、实验报告的撰写等都有了足够的时间保证，所以本书也安排了一些周期较长的实验，比如实验“孟德尔分离定律和自由组合定律的验证”，不仅是对经典实验的验证，也是考验学生主观能动性很好的机会，其中涉及果蝇不同杂交组合的选择，这需要学生自己去设计。同时，教材也在部分实验给出了分组的建议，便于学生形成团队，协调以便更好地完成实验。

对于学生实验来说，拿到一个好的实验结果并不是实验的结束，如何根据实验结果分析本次实验的效果至关重要，对于大部分实验，本书都设计了参照的实验结果对照图，以及实验结果的分析方法、分析要点等。比如实验“植物染色体的Giemsa分带”，拿到实验结果后，本书提示了不同分带结果的比较以及重要的对照点等，并提供了大麦染色体C带和N带染色的参考图。

三、融入科学思维的引导与科学素养的培养

全书贯穿前后的一个思想即是提高学生的专业兴趣，引导他们形成良好的科学思维习惯，同时具备较好的科学素养。

例如，开篇本书便将学术规范和学术道德放在首位，这是科技工作者必备的素质。本书反复强调一个观点：“一个完整的实验应该包括实验记录，实验操作及实验报告。实验记录是重要档案，是写论文或报告的依据；而报告则不仅反映学生操作结果如何，更反映学生是否准确、深入地理解实验结果。只有当论文发表同行能看到时，一个科学实验才算结束。”[4]由于不少学校没有开设“科技论文的写作与发表”类似的课程，或者学生在实验之前没有修，导致学生对完整的实验流程没有清晰的认识，本书开篇即把这些简明扼要地讲出，有利于学生对科研实验流程与规范有明确的认识。

另外，在每个实验的最后一部分设计了“进一步的问题”。在这部分内容里，目的是引导学生关注与实验相关的问题，能够融会贯通，让学生去思考，提高学生学习的兴趣，而不是简单地得出实验结果。如“人类性染色体检测”这一实验中，“进一步的问题”就是引导学生思考：Barr小体检测如何用于重大体育赛事的女选手遗传性别的检测，而这种检测存在什么样的问题，为什么这项原本受女选手赞成的技术后来遭到女选手的反对？学生学习到本部分内容时可以结合今年举办的奥运会拓展思维，查阅文献，进一步学习。

实验环节，学生的主观能动性不多，但本书提供一个新颖的思路。目前的实验，在很多环节上仍然有可以创新和提高的部分。比如作者在附录中就展示了一种新的果蝇麻醉方法，它能替代传统的乙醚麻醉法，并且解决了乙醚不易购买、有刺激性味道的问题；还呈现了学生们研究如何切割海绵塞，并在此基础上设计果蝇转移装置；将数码相机连接到显微设备上的支架以实现用普通数码相机就能进行显微摄影（书中预备知识三）；发明可换头解剖针；等等。这些发生在作者及其学生实验课堂的真实案例给了很好的示范与启示：实验不仅仅是一个照着教科书验证的过程，而是一个能够积极思考、大有可为的创新之地。借鉴这些创新，学生可以更好地完成实验。

本书将科学人文关怀、实验技能培训、科研素质培养很好地结合起来，这种“活的知识”不仅展示了如何掌握一种实验技能，同时呈现了科学家在推进学科发展过程中所思、所为，引导读者学会发现科学问题，寻找解决途径，在重复这些实验的过程中，可能会有失败，会有新的发现，一如这些实验当初被确立的过程。学科在发展，未来的学科推进要靠当前的读者们努力去推进，这种历史使命感是阅读本书过程中油然而生的感触与巨大收获。

四、结语

实验教材的创新离不开对实验内容的深入研究和对学生知识水平结构、学习规律的探究。本书的出版，也给了笔者一个深入思考如何提高遗传学实验教材质量的机会。如何将实验的科学性、趣味性、启发性较好地统一于一本教材中，既需要良好的结构设计，又需要精心的内容设计，同时将教育理论、教育目标融入内容编写中来。笔者在与作者规划下一版的时候，不仅要做到实验思路、结构、内容的优化，还要增加和优化更多数字化、立体化等更直观的素材与展现形式，以便更好地服务广大的教师和学生。

[1]杨大翔.遗传学实验[M].3版.北京：科学出版社，2016.

[2]周天宇，干劲，杨大祥.果蝇实验中海绵塞与移蝇漏斗的制作[J].生物学通报，2011，46（6）：49-50.

[3]杨大祥.遗传学实验教材存在的问题及改革实践[J].中国农业教育，2012，6：78-81.

[4]Day R A，Gastel B.How to write and publish a scientific paper[M].Westport：Greenwood Press，2006.

[作 者]刘畅、刘丹，科学出版社。