基于提高大学生创新能力的遗传学实验课教学改革

邓岳文 李俊辉

【摘要】遗传学是高等院校生物类专业与农学类专业基础课程之一，遗传学教学内容包括理论教学与实验课教学，其中理论教学内容包括经典遗传学、数量遗传学、群体遗传学与分子遗传学，实验课内容是教材理论知识联系生产实践的桥梁。随着分子遗传学技术迅速发展，改革遗传学实验课程的教学内容，传授同学们常用分子遗传学实验技术与方法显得十分必要。本论文报道了以水产学院水产养殖专业遗传学实验课为例，通过改革实验课程内容，增设综合实验项目，明显提高了同学们分析与解决问题的能力，培养了新世纪具有创新能力的人才。

【关键词】遗传学 综合实验课 教学改革

【基金项目】广东省教育厅教改项目“水产养殖专业现代遗传学教学模式的改革与创新”与“国家级示范教学中心”专项项目。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）07-0247-02

现代遗传学是高等院校农学类与生物类等专业重要的基础课程，是大学生知识结构体系的重要组成部分。现代遗传学是一门理论性非常强的课程，同时又紧密联系生产实践，对于种质资源分析、动植物遗传育种等方面具有指导作用。现代遗传学教学内容包括经典遗传学、数量遗传学、群体遗传学与分子遗传学。随着分子遗传学技术快速发展，特别是基因组研究迅速发展，傳授同学们分子遗传学理论与常用实验技术显得十分必要。创新是国家可持续发展的源动力，培养具有创新能力的大学生也是新时期发展的根本要求。为了适应新时期发展的需求，改革现有遗传学实验课内容，设立综合实验项目，提高大学生实践动手能力，培养大学生的创新能力，这是教学改革的重要内容[1]。本文作者介绍农学类水产养殖专业现代遗传学实验课内容存在的问题，并对实验课内容的改革提出一些看法与建议。

一、遗传学实验存在的问题

遗传学实验课作为专业课程建设重要组成部分，其教学内容直接关系到大学生综合能力培养与人才素质提高，尽管目前部分高等院校缩减了理论教学时数，但实验教学时数增加了，甚至将实验课单列作为一门课程，这显示了教学改革过程中对遗传学实验课教学的重视。基于目前教学大纲，本学院水产养殖专业遗传学实验课时数为14个学时，在实验设置还存在如下的问题：1.实验教学内容为验证型实验，缺少综合实验项目。设立了卡方检验、染色体组型分析、唾液腺多线染色体分析、蝗虫精巢减数分裂相分析、蛙与鱼染色体标本制备、染色；上述实验项目大都为常规基础性实验，如卡平方测验，通过抛硬币，记录正、反面出现的次数，统计正、反面出现的频率、利用卡方检验频率是否与预期比例相符。完成上述实验项目后，能加深对经典遗传学理论知识的理解。然而，随着分子遗传学发展迅速，从分子水平阐述生物的遗传规律显得十分必要，然而实验课内容缺少常规分子生物学实验技术训练，如DNA提取、酶切与检测、DNA分子标记、遗传图谱与QTLs定位分析、大肠杆菌的转化、噬菌体的基因重组等。随着分子生物技术快速发展，分子遗传学技术已成为各生物类相关实验室常规技术，增设分子遗传学实验课程，传授同学们常用分子遗传学实验技术，能为学生后续工作或学习提供条件。2.老师为主体，学生被动参与实验。上课的主体为老师，实验方案由任课教师确定，任课教师确定每一个实验步骤，并且在每次实验前老师详细讲解实验的关键细节，按照老师讲解内容，同学们依照葫芦画瓢能获得最终结果。3.缺少相关仪器设备与实验经费。由于实验仪器设备与经费的限制，在实验过程中一般将全班30个同学分为5-6个组，每组同学同时完成一组实验；由于多个同学完成同一实验内容，导致少部分同学不愿意动手操作，不能详细观察与记录实验结果，对实验报告撰写也是敷衍了事。

二、遗传学实验课内容改革

基于目前遗传实验课内容设置存在问题，为了培养同学们的动手实验与分析能力，满足新世纪的创新性人才满足科学与社会发展需要，我们探索改革现有遗传学实验内容，将遗传学实验内容分为三个部分：验证型实验、细胞遗传学实验与综合探索性实验；改变原来只有单一的验证性实验局面，增加综合实验项目，设立探究性实验内容。

经典遗传学验证型实验。实验内容包括：抛硬币、正与反面出现的比例与卡方验证；野生果蝇采集、培养、生活史的观察、杂交实验（验证分离、自由组合与连锁遗传学定律）表型性状观察与杂交子代的性状分析。通过这些实验内容学习，同学们掌握遗传学重要的统计分析方法、加深对传统遗传学的概念与技术的理解。

细胞遗传学综合性实验。实验内容包括贝类染色体组型分析与C、G带分析、唾液腺多线染色体观察与蝗虫精巢减数分裂相的观察。这些实验内容提高同学们制备染色体中期分裂相能力与分析技术，加深对细胞遗传学相关理论与技术的理解。基于现有文献资料[2， 3]，为了获得大量分裂相，利用有丝分裂旺盛的胚胎或幼虫作为实验材料，然而由于实验课时间不在繁殖季节，因而实验材料受到限制；为了解决这个问题，我们采用活体解剖材料，剪取鳃丝，秋水仙素固定，低渗、固定、制片与观察。为了获得大量的分裂相，我们通过优化实验技术，在前期处理过程中，将植物血球凝集素注射到贝体内，然后在养殖在含有秋水仙素的海水中，然后剪取鳃丝，低渗、固定、制片与观察。利用改进的实验方法能获得数量较多与清晰度较高的中期分裂相。在实验过程中，我们增加了实验的探索性，通过因子设计（以秋水仙素溶液浓度与养殖时间为两个变量），比较养殖时间与浓度对中期分裂相数量的影响，提高了同学们动手实验与分析问题的能力。

综合实验设计-分子遗传学基础实验。马氏珠母贝群体SSR-PCR扩增、遗传多样性分析、SSR标记与性状的关联分析，具体内容如下：1.DNA的提取、纯度与含量检测、DNA的电泳检测；比较了传统技术提取DNA与试剂盒提取DNA的差异，利用传统技术提取DNA，实验步骤多，耗时长，利用试剂盒提取DNA实验步骤较少，节省时间，然而通过利用传统技术提取DNA，能提高同学们动手操作能力。2.SSR-PCR扩增、群体遗传多样性检测。在这个实验操作过程中，同学们学会了PCR扩增技术、基因分型技术，估计群体的基因型频率、基因频率等群体遗传学参数指标；学会了常用的群体遗传学软件。3.性状与标记的关联分析，比较位点内不同基因型生长性状或生理性状指标差异，筛选出优异基因型。通过开设综合性实验，利用常用分子遗传学技术解决具体的实践问题，学以致用，不但加深同学们对DNA复制过程、PCR技术原理、群体遗传与性状定位分析等相关理论内容理解，同时提高同学们学习的兴趣。

三、实验改革的成效

在最初进行遗传学实验课改革过程中存在实验设备与经费等实际困难，通过各级行政人员与教学人员努力，完成相關教学内容，达到了预期效果，具体办法如下：1.国家级实验示范中心平台建设提高了师资水平。通过国家实验教学示范中心的建设，组织实验教学人员到中山大学等学校观摩学习，组织实验教师参加技术培训，明显提高实验教学人员的业务水平。2.组织同学们申报创新项目。每年广东省与学校设立了大学生科技创新项目，在老师指导下本科生自己申请、实施与完成一项课题，另外学院设立本科生进实验室项目，鼓励同学进入实验室开展科研活动；创新课题与本科生进实验室课题，为综合性遗传学实验项目提供了物质基础与技术保障。3.科研设备与经费支持。传统实验对仪器设备需求比较低，例如在染色体制备过程中，普通离心机能满足实验需求；综合实验需要冷冻高速离心机、PCR扩增仪、紫外分光光度计、电泳仪等仪器设备，这些设备是开设综合遗传学实验的前提条件。目前水产学院有多个省级重点实验室与工程中心科研平台，具有相关仪器设备，能满足设备需求，保障教学任务的顺利完成。

与以往的文献资料相一致[4-6]，我们的教学实践均证明了开设遗传学综合实验具有明显优越性：1.以学生为主体，在老师的指导下学生积极参与实验设计、实施与撰写实验报告过程，培养了学生创新能力，提高了学生学习主动性。在以往实验过程中，以老师为主体，老师设计完整实验方案，准备实验材料与药品，学生按部就班按照老师的设计完成整个实验过程。通过设计综合实验，在老师指导下同学们阅读文献资料理解实验原理，制定具体实施技术方案，在老师指导下解决实验过程中存在的问题。2.加深了对教材理论内容的理解。在撰写实验报告过程中，指导学生查阅文献资料与撰写有体会的实验报告，这样可充分调动学生学习积极性，提高动手实验能力，培养新时期的创新性人才。

四、总结

遗传学实验改革是一个系统工程，涉及到实验设备、经费与师资力量等诸多因素。我们探索改革本科生的遗传学实验课内容，优化传统实验课的内容，设立综合性实验，以学生为主体，为学生自主性学习创造了条件，突破了老师设立的条条框框，充分调动了学生学习的积极性，锻炼与提高了学生的动手实验与分析能力，培养适合21世纪发展的具有创新能力的人才。

参考文献：

[1]樊连梅.农业院校“遗传学”实验教学体系的构建与优化. 中国农业教育，2012，6：82-85.

[2]王梅林，郑家声，朱丽岩，等.我国海洋鱼类和贝类染色体组型研究进展[J].青岛海洋大学学报（自然科学版），2000，30（2）：277-284.

[3]蔡岩，周永灿，冯永勤，谢珍玉，王世锋，袁卫.中国贝类染色体研究现状与进展.热带生物学报，2014，5（3）：297-306.

[4]王翀，陈瑶生，张细权，杨关福.动物遗传学综合性实验教学模式与效果.华南农业大学学报社会（科学版）， 2006，2（5）：14-152.

[5]冯九焕，张桂权，刘向东.本科生遗传学实验课开课模式探讨. 中国农业教育， 2003，1：29-30.

[6]李俊辉，李锡强，薛明，邓岳文.水产养殖专业遗传学实验教学改革分析.课程教育研究，2015，18：43-44.

作者简介：

邓岳文（1975-），男，湖南祁阳人，博士，教授，研究方向：珍珠贝遗传育种与养殖。