大學農業專業遺傳實驗教學改革研究

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【摘要】遺傳實驗是遺傳學課程教學的重要內容，是培養農學專業本科生實踐能力、思維能力、創新能力等綜合素質最常見、最有效的教學手段。針對農學專業遺傳學試驗教學中的種種問題，從教學內容、教學方式、評價機制等方面對本課程進行了改革和探索，旨在為應用型高等院校農學專業遺傳學實驗課程建設和改革提供參考。

【關鍵詞】應用型農學；遺傳學實驗；教學改革；教學策略；創新性實驗

隨著科技的進步和中國改革開放進程的不斷推進，中國的農業生產結構、區域布局、生產方式和生產力水平發生了翻天覆地的變化[1，2]。“新農科”背景下的應用型農業人才的培養方向應更加注重學科的融合、動手能力的融合、綜合素質的融合、知識和道德的融合[3]。遺傳學是21世紀生命科學領域中發展快速、多學科交叉融合較好的一門理論科學，其基本原理的發現與發展對于整個生物科學領域都具有重要的推動作用[4]。其中，遺傳學實驗是遺傳學課程的重要組成部分，對于學生鞏固和驗證課堂理論內容，鍛煉實踐動手能力具有重要作用[5]。與醫學、生物學專業不同，農學專業的遺傳學實驗課程內容主要是對理論課程中有絲分裂、減數分裂和多倍體誘導等相關內容進行的驗證性試驗，課程內容較為基礎，課時較少，僅12個學時。同時，受學時不足和實驗平臺條件等的限制，實驗課程中大部分的準備工作，包括材料的種植、收集和處理，試劑的準備，儀器的調試，實驗條件的選擇等均由實驗準備員完成，學生只需按照實驗指導進行操作即可，上課過程簡單，導致部分學生對實驗過程缺乏興趣。同時，現代大學生從小缺乏勞動鍛煉，動手意愿和動手能力較差，對于實驗課的參與熱情低。再者，由于遺傳學實驗課的考核機制不完善，學生認為實驗課不重要，即使實驗失敗了也沒有關系，抄好報告冊就能順利通過，導致部分學生對于實驗過程敷衍了事，操作不標準，實驗技能沒有得到鍛煉，使得實驗課失去了其本來的意義。因此，針對以上問題，筆者根據本學校的辦學條件，結合本校的辦學特色和生源情況，從教學內容、教學方式、評價制度等方面對遺傳學實驗課程教學進行了一系列的改革和探索，也取得了初步的成效。本文旨在為地方農業院校的遺傳學實驗課程改革提供參考。

1重視實驗教學過程，反哺理論課堂

遺傳學實驗課程的設立初衷是讓學生通過實驗操作和現象的觀察過程加深學生對理論知識的印象和理解能力，鍛煉學生的邏輯思考能力，培養動手能力，提高分析、理解和解決問題的能力[6]。由于課時數的限制，目前本校農學專業的遺傳學實驗課程內容只包含植物根尖有絲分裂和壓片技術、花粉母細胞減數分裂及涂抹制片技術、孚爾根核反應染色法、永久片制作和一個學生自主設計實驗，實驗課程的內容安排順序由簡單到復雜，有利于學生循序漸進的掌握實驗技能。在進行實驗課程的安排時，我們將其與理論課程的授課進度一致。例如講授完植物有絲分裂和細胞周期后，安排植物根尖有絲分裂觀察實驗；而孚爾根實驗則安排在細胞質遺傳之后。學生通過對實驗現象進行觀察，將實驗結果與理論知識進行聯系，鍛煉學生的邏輯思考能力，從而達到鞏固理論教學內容的目的。同時，在筆者的實際授課過程中發現，很多的學生由于性格的原因，在理論課堂上與教師的互動較少，理論教學課堂氣氛不活躍，但是在實驗課堂上卻截然相反，大部分同學相對較為活潑。因此，教師應重視實驗課程的教學過程，通過教學過程拉近師生之間的距離，從而反哺理論課堂教學，提升教學效果。在授課過程中，首先教師通過講解實驗目的、實驗原理、操作步驟和注意事項，再由學生進行具體操作，在顯微鏡觀察時，由教師進行一一點評，最終完成實驗報告的撰寫。教師的指導貫穿整個的實驗課教學環節，這種授課方式能夠保證每位同學都能親自動手進行操作，有利于培養學生對于實驗的興趣，保障實驗的順利完成。就筆者的教學經驗，良好的實驗課教學氛圍能夠有效加強師生之間的交流，活躍課堂氣氛，從而提高理論課堂的教學效果。

2利用現代教學手段，優化教學方式

隨著現代科學技術手段的不斷發展和中國高等教育的不斷改革，現代化教學手段在遺傳學實驗課程中得到廣泛的應用[7]。在傳統的遺傳學實驗教學中，教師往往通過板書的方式，講解實驗指導教材中的相關內容。這種授課過程與理論教學相類似，無法良好的展示實驗的全過程，細節和現象描述不生動，學生理解程度較差。在本校農學專業遺傳學實驗課程中采取“翻轉課堂”的方式進行課程的改革，取得了良好的教學效果。在課前，教師錄制實驗操作微視頻，在實際操作過程中講解實驗細節和注意事項，并展示實驗結果。讓學生在課前進行預習，并完成預設的對于實驗失敗現象的思考題，供學生進行分析和思考。通過“翻轉課堂”方式，節省了實驗課堂的授課時間，將更多的時間分配給實驗操作，提高教學效率。同時，由于學生已經對實驗過程和需要觀察的實驗結果有了生動的認識，操作過程更加清晰，能夠及時的糾正和解決問題，得到良好的實驗效果。同時，我們還利用數碼互動顯微鏡教學系統，對學生的實驗結果進行拍照、保存和分享。通過該方式，指導學生的實驗過程，并對學生的優秀結果進行大屏幕展示，提升學生對于科學實驗的興趣和自信心。利用該系統，學生可對自己的實驗結果進行保存和分享，使學生增加成就感，提高對實驗課程的參與積極性。

3合理利用課余時間，提高學生參與度

本校農學專業遺傳學實驗課程所使用的實驗材料均為植物樣品。在以往的實驗過程中，為保障實驗的順利進行，實驗材料的種植、收集和處理均由實驗準備員完成，學生參與度極低。這導致學生對于實驗材料收集和取樣過程不清晰，甚至導致部分學生不會取樣、配制試劑等，既增加了學生的懶惰情緒，也不利于以后獨立開展相關實驗和工作。例如，花粉減數分裂過程觀察實驗中所需要的玉米和小麥的花序，取樣時期分別為喇叭口期前一周和挑旗期，若沒有親身參與，很難理解和把握正確取樣時期，導致實驗失敗。因此，在實驗課程開始前，我們安排學生進行分組，利用課余時間，參與整個實驗材料的準備過程。利用本校的溫室基地，進行玉米、小麥的種植和水稻、大豆的種子萌發。通過教師指導材料收集、配制試劑、預處理樣品等過程，使學生全面的了解整個實驗過程，鍛煉學生的吃苦耐勞精神，提高學生對實驗藥品、試劑使用的規范與安全意識，提高學生的動手能力和實驗參與感，有效的提升教學效果。對于取樣和預處理問題導致的實驗失敗現象進行歸納和總結，引導學生進行反思，加深其對實驗嚴謹性的重視，培養其科學素養。

4改革考核評價機制，提升教學效果

受到授課教師人數、課時和平臺條件的限制，本校農學專業遺傳學實驗課程未單獨成課，為遺傳學課程的一部分，占總成績的20%。為避免某些學生在實驗課程中“渾水摸魚”和“投機取巧”，我們將實驗成績的考核內容分為4部分，分別為出勤率、課堂表現和報告冊撰寫，占比分別為10%、45%和45%。在實驗課程中，對學生的操作座位和顯微鏡座位進行固定，教師在授課過程中可隨時觀察學生的操作步驟、實驗結果、試劑和設備使用情況，甚至監督課后衛生情況。通過該方式，有利于教師全面掌握和評價學生的課堂表現，同時培養學生的責任感和良好的科研素養。利用數碼互動顯微鏡教學系統隨時觀察學生的實驗過程，對學生上傳的實驗結果圖片采取星級標注法，即時評價學生課堂表現。對于報告冊的撰寫，杜絕千篇一律，注重考察學生對實驗報告冊撰寫的規范性、準確性和對實驗結果的思考。教師及時批改報告冊，發現問題，在下一次上課時與學生一起對存在的問題進行分析和討論。在實際教學過程中，筆者發現改進后的考核制度能夠充分的培養學生的各種科學素養，提升學生的學習積極性。

5開放本科基礎實驗室，鼓勵研究性實驗

研究性（或設計性）實驗是一種將遺傳學理論教學內容或其他學科知識相結合的探索性實驗[8-10]。研究性實驗必須由學生單獨操作，學生獨立完成實驗的設計、操作和創新，不需要任何導師的幫助。在遺傳學課程的基礎實驗中，學生學會了基礎實驗設備的使用方法，掌握了基礎實驗方法和操作技術，其中包括：（1）種子的種植、取樣時期的選擇和材料的選取等；（2）玻璃器皿的洗滌、藥品的稱量、試劑的配制等基本操作；（3）顯微鏡的使用和維護等。在教學過程中，通過設立自主實驗項目，鼓勵學生利用已掌握的理論知識和實驗技能進行研究性實驗。我們將學生進行分組，通過小組討論的方式選擇研究性實驗內容，自主查閱文獻，按照論文的格式書寫實驗目的、實驗原理、實驗材料培養、實驗處理和實驗步驟等。與教師討論實驗的可行性后，由教師提供種子、藥品和耗材，由學生獨立完成實驗，并撰寫實驗結果分析和討論。通過該方式鍛煉學生的自主科研能力和團隊協作精神。實驗的地點選擇在本科基礎實驗室內進行，實驗時間由學生自主設定，有利于一些耗時較長的實驗的開展。同時，本校基礎實驗室內包含各種儀器設備，能夠支撐學生開展生理學實驗、微生物實驗和分子生物學相關實驗。對于學習興趣強、精力豐富的學生，鼓勵其開展創新性研究實驗，或者輔助研究生進行科學研究工作，鍛煉和培養學生的科研能力。最終使遺傳學實驗課程不僅僅成為一門簡單的課程，而是延伸到學生的學習和科研工作中。通過對于本科基礎實驗室的開放，筆者已經指導20余位學生完成了小組創新性研究實驗，并參與“大學生創新創業”和“互聯網+”比賽，5位同學成功保研。

6結語

遺傳學是農學專業的主干課程，也是一門發展十分迅速的學科，是一門理論與實踐相結合的課程，而遺傳學實驗是遺傳學課程的重要組成部分。通過對本校農學專業遺傳學課程教學的改革，提高了學生對于遺傳學課程的接受能力，鍛煉了學生的動手能力，培養了學生的科學素養，最終提高了教學效果。隨著科學技術、實驗設備、辦學需求、教師資源等的不斷發展和完善，遺傳學實驗課程的教學工作也要與時俱進的進行改革，使其使其更具實用性、專業性、系統性和開放性，為“新農科”背景下特色應用型農學人才的培養奠定基礎。

參考文獻

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作者：趙強 杜艷麗 張文慧 陸旺 于崧 張翼飛 杜吉到 單位：黑龍江八一農墾大學農學院