遗传学实验课程教学内容的优化与实施
针对传统遗传学实验教学中存在的问题，在教学中确立注重基础、加强能力、提高素质的全面发展教育观，对遗传学的实验教学内容加以优化，设置模块式课程实验和综合实验，结合教学方法及教学组织形式上的改革，重点突出实验的设计性、综合性及创新性，实施全天性开放实验教学，着力培养学生的研究性学习能力，拓展了学生的知识视野，提高了遗传学实验课程教学质量。
遗传学实验课程是遗传学教学的重要组成部分，是生物、农学、医学类等专业一门重要的专业基础课实验[1-2]。随着分子生物学的迅猛发展，以染色体作为代表的经典遗传实验内容和遗传规律的验证性实验已不能满足学科发展的要求[3]，对现行实验课程的教学内容和方法进行整合和优化势在必行。笔者基于多年来的教学实践，在湖南农业大学校级本科教学改革项目的支持下，在遗传学实验课程教学方面进行了一些有益的尝试。
1 整合实验内容，制定实验教学目标
传统遗传学实验教学中普遍存在“三多三少”现象[4]：即染色体操作及经典遗传实验内容多，分子及群体遗传实验内容少;内容单一具体的验证性实验多，设计性、综合性、创新性的实验少;课外补助时间完成的实验多，课堂计划学时内完成的实验少。生科院遗传学实验的授课对象是生物技术、生物科学和生物工程专业的学生，如何在有限实验学时内将经典遗传学实验内容与分子遗传学实验技术实现有效衔接。笔者根据专业培养计划，结合学科发展现状和趋势，重新编写了《遗传学实验技术》教学大纲。明确了课程的性质和任务、实验目的和基本要求、实验项目的具体内容、实验考核方式及办法、实验教材及主要参考资料以及教改说明。将遗传学实验20学时及实践教学的0.5～1.0周(生物技术0.5周，生物科学1.0周)进行合理整合，具体归纳为5个实验模块，即遗传学实验技能训练、果蝇经典遗传、染色体细胞遗传、群体遗传及分子遗传。将遗传学实验技能训练、染色体细胞遗传和分子遗传等3个实验模块整合在0.5～1.0周的连续性实验周中。在教学改革中，基于多年来对教学内容与教学方法的探索，以及科研实践的经验体会，吸取了国内外成熟的经验和信息资料，自编了一本通俗、易懂、实用性较强的实验指导。同时利用多媒体技术，将遗传学实验中比较抽象，难以理解和掌握的一些规律、技术、方法用视频或flash动画等深入浅出、生动形象地展现出来，使学生对实验的细节有更加直观、深刻的印象。将这些课程数字化资料上传到学校校园网上，使学生随时查阅，随时学习，学生进实验室后明确自己要“做什么，怎么做”。目前，已建立了较为完善的课程体系，具有完整的实验及实践教学大纲、考试大纲、课程教案、讲稿、多媒体课件、自编实验指导书等，为进一步提高教学质量提供了良好的保障。让学生能在学习的过程中加以理解，理解后能掌握，掌握后能加以应用。
2 加强实验教学团队建设
教学团队建设是保证课程教学水平提高和教育教学持续稳定发展的关键。为切实加强实验教学，取得良好的实验教学效果，全面安排实验双线教学，即由主讲教师全面负责组织教学，辅导教师密切配合共同参与整个实验过程的管理和答疑工作，主讲教师和辅导教师在不同的班级间互换角色交叉排课，使授课教师能够全面了解学生的学习状况和效率，也增强了教师的责任感。每轮实验前建立实验预做制度，确保实验的可行性与可操作性。教师队伍中教授1人，副教授1人，讲师2人，都具有博士或硕士学位。既有丰富教学经验和实验实践经验的中年教师，又有年富力强勤奋钻研的年轻教师，实验教师与学生的比例为1∶40左右，是一支在学历结构、年龄结构、学院结构、师资配置上合理，工作上精诚合作奋发向上的教学团队。
3 整合教学资源，建立新型实验教学体系
我校生物科学技术学院实验中心是省重点实验室，依托植物生产国家级实验教学示范中心，通过省级普通高校基础课示范实验室建设和中央与地方共建高校基础课实验室建设，在实验教学中已实现多媒体辅助教学，构建了显微数码互动教学系统，添置了先进、实用的新设备，提升了仪器档次和自动化程度，真正达到优化组合，合理配置资源。为遗传学实验技术课程的开设和实践教学搭建了一个坚实的平台，对实验内容进行了精心选择与安排。
3.1 设置遗传学实验技能训练模块，整合细胞遗传实验模块
将显微数码互动教学系统的使用、实验用具器皿的准备、药物试剂配制及连续性实验中的实验组织、注意事项、公用仪器使用等内容整合为遗传学实验技能训练模块，同时将动、植物染色体制片技术(包括减数分裂、果蝇唾腺染色体制备、染色体结构变异、多倍体诱导)等经典遗传实验内容整合在0.5～1.0周的综合实验中，通过0.5～1.0周连续性、全方位基本训练，学生系统掌握了细胞遗传学的研究方法和实验技能，为本科毕业论文的开展打下了坚实基础。
3.2 整合果蝇经典遗传实验模块
果蝇的杂交实验是遗传规律研究的经典实验。从亲代的杂交到子一、二代的自交、性状鉴定、数据统计分析，实验流程长达2个月以上。尤其是处女蝇收集选择，必须实施全天性开放实验室才能让学生参与实验的全程。而传统的遗传学实验，一次课仅有3～4 学时，许多实验操作不可能在限定时间内完成，为保证实验结果的正确性，教师不得不“包办”大部分的实验过程，只选择最后的步骤让学生观察和实践，是典型的为验证而“验证的实验”，学生的研究性学习能力得不到拓展，实验兴趣和求知欲望得不到满足。因此，将果蝇生活史的观察与饲养、单因子分离规律、双因子自由组合规律、伴性遗传、两点与三点基因定位5个验证性实验整合为1个果蝇经典遗传设计性实验。要求学生以组为单位，设计1～2个杂交组合的实验结果来验证4～5个遗传规律。通过亲本品系的合理选择、培养基配制、果蝇的饲养、亲本的交配设计、转瓶培养、子一、二代观察与鉴定至最后的实验结果统计及结果分析等环节，能全面考察学生对所学知识的掌握与应用程度，让学生真正明白了实验设计方案对实验成败的重要性，培养了学生自主学习和研究性学习的能力[5]。该模块设置2次课堂实验，共8学时，分别以实验设计与亲代杂交，中期实验数据统计与交流，实验结果汇报总结为主要内容，实验室全天性开放，学生利用课余时间自觉主动地完成各项实验操作，教师督促指导。在PPT课件汇报实验结果环节，要求学生将原始实验数据进行具体分析，即使实验结果与实验的预期值不相符合，只要学生能找出实验失败的原因并提出相应补救方案，实验就算通过。通过该模块内容整合和实验实施，学生由被动变主动，激发了学生的实验兴趣和学习热情，增强了学生团队意识和工作责任感，培养了实事求是的科研态度和严谨的工作作风。
3.3 优化群体遗传实验模块，增加分子遗传综合实验模块
由于遗传学理论课学时缩减，群体遗传学理论部分的讲授主要集中在遗传平衡定律的解释分析上，遗传平衡定律的应用、扩展及生物学例证则要通过学生自主实验来加以实现，并应证所学理论知识。为此，将人类味盲、嗅盲基因群体的基因结构调查与分析，整合为群体遗传实验模块。实验提供几种味觉、嗅觉鉴别的化学药剂。如苯硫脲(PTC)、薄荷香精、黄连、乙醇、乙酸、氨水等。教师以人类典型味盲、嗅盲基因结构调查分析为主要内容进行指导，再将学生分成几个实验小组，组长带领组员从文献的查阅到调查方案的设计、药剂配制(课余时间完成)、实验的实施到结果分析均由学生独立完成。实验设置2～3个实验因素，每个实验因素设置2～3个水平，包括调查群体的基因种类、调查对象以及实验所用的味觉或嗅觉鉴别药剂的浓度系列等均由学生安排。该模块计划课时为4学时，学生通过邀请教师、学生组成随机的孟德尔群体，尝味相关药剂进行人类味盲、嗅盲基因群体的基因结构调查与分析，准确尝味不同浓度的相关药剂是保证实验结果的重要前提，稍有心理因素的干扰就可能导致实验结果的偏差，要求受试人排除一切心理因素干扰，细细尝味、嗅味各种药剂，实事求是地报告实验结果，通过该实验模块教学使学生对群体遗传有全面系统认识。传统的遗传学实验教学中涉及分子遗传学实验较少且系统性不强，利用0.5～1.0周的连续实验周，尝试以教师的科研材料为基础，增加植物的遗传转化与鉴定方面的实验。例如利用教师科研工作中构建的β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuron-idase，GUS) GUS报告基因系统，以拟南芥、烟草为材料，将工程农杆菌浸渍拟南芥花序和农杆菌侵注烟草叶片瞬时表达等为内容进行植物遗传转化实验，学生通过对转基因和非转基因对照材料的抗性筛选及组织化学定位染色，可以从显微镜中非常直观地观察到基因在植物器官、组织和细胞中表达的特异性，明白基因表达的组织特异性主要决定于该基因的特异性启动子。只要知道启动子在什么部位表达，即可推测出该启动子所启动的基因的表达部位。通过植物遗传转化和鉴定实验模块，开拓了学生的知识视野，为后续的基因工程课程的学习奠定了良好的基础，为学生申报大学生创新课题提供了很好的思路和启示[5]。
4 在实验教学组织形式上突出设计性、综合性、研究性
通过教学资源的整合和实验模块的设置，加强了遗传学实验的系统性和整体连贯性。前期安排基础性技能训练和相关遗传学规律的验证实验，中、后期通过0.5～1.0周的连续实验周，以教师的科研材料为基础安排设计性、综合性、研究性实验。在果蝇的经典遗传模块，群体遗传和分子遗传模块实验中，实验室全天候开放，学生分成实验小组，组长负责并带领组员，查阅文献资料，确定实验方案，进行实验实施。由于实验中每个项目和环节都责任到人，学生增强了责任意识，更加关注自己的实验结果，他们利用课余时间进行实验观察、数据记录整理及结果分析，保证了实验的系统性和连续性，突出了设计性、综合性、研究性的特点。学生在写课程总结的时候，几乎都提到：实验期间，加深了同学之间的深厚友谊，大家团结协作，互相帮助，互相补充，增强了班级的凝聚力。
5 建立行之有效的实验考核体系
经过教学内容的优化和实施，逐步建立和完善了一套行之有效的课程考核体系，考核内容包括以下几项。
5.1 实验设计方案撰写
综合实验前的实验设计方案撰写占考核总成绩的30%。通过这个环节的训练，充分调动了学生的自主性学习热情，学生根据实验要求，分头查阅大量的专业文献资料，通过课堂或小组集中讨论环节，最终确定实验方案，看到自己的实验设计能实施，学生的成就感油然而生，不仅开拓了知识视野，也增强了学生做实验的兴趣和信心。
5.2 实验报告撰写
实验完成后，要求学生独立完成规范化的实验报告。包括前言、实验材料与方法、实验结果分析、讨论4个部分，做到实事求是、数据可靠、书写格式规范、分析得当，要求实验报告的重点放在实验结果的分析和讨论部分。实验报告的撰写占考核的50%，通过该环节的训练，学生的理论知识得到进一步巩固，阐述分析能力有了很大的提高。
5.3 实验技能考核
采取了实际操作结合当场提问的方式进行，包含实验操作的规范、仪器的正确使用、实验中的注意事项以及一些课堂讲解过的理论知识。除了以上考核内容外，还把学生实验课的出勤率、值日的表现等作为考核内容之一，占考核的20%，以此培养学生养成良好的实验操作习惯和严谨的科研作风。
5.4 创新与建设奖励
在综合实验过程中，部分学生能表现出较好的创新思路，如设计方案的独特、新颖，实验实施中提出了合理化的建议等，教师都给予适当的鼓励和加分。学生通过这样的实验实践过程，激发了学生的求知欲，充分发挥了学生的主观能动性，活跃了课堂的学习气氛，收到了良好的学习效果。
6 结语
遗传学实验课程经过近3年的整合、优化，取得了一定的效果，构建了一个完整、科学的课程模式和体系，为培育具有创新精神、高素质、高能力学生做出了有益的尝试。
作者：赵燕 黄丽华 李健 来源：现代农业科技 2016年19期
