牛 娜, 張改生, 馬守才, 王軍衛(wèi)

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

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研究生細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)技術(shù)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

牛 娜, 張改生, 馬守才, 王軍衛(wèi)

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

細(xì)胞遺傳學(xué)是農(nóng)林高等院校農(nóng)學(xué)類相關(guān)專業(yè)研究生專業(yè)基礎(chǔ)課的重要組成部分。為適應(yīng)生命科學(xué)的發(fā)展，實(shí)施創(chuàng)新教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才與卓越人才，分析了新形勢下農(nóng)林類植物遺傳育種專業(yè)碩士研究生《細(xì)胞遺傳學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，嘗試從整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源, 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法與模式，以及考核方式三方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，旨在對提高研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和研究生的創(chuàng)新能力能有裨益。

遺傳育種專業(yè)； 細(xì)胞遺傳學(xué)； 實(shí)驗(yàn)技能； 創(chuàng)新能力

0 引 言

目前，我國高等教育改革不斷深化，如何促使研究生掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，提高科研能力，特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以擁有良好的綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能，已成為高等院校研究生培養(yǎng)的一個(gè)重要目標(biāo)[1]。然而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，最重要的途徑之一就是通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段，鍛煉研究生的獨(dú)立分析問題，運(yùn)用綜合知識(shí)解決問題的能力[2]。

遺傳學(xué)作為生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科之一，發(fā)展速度非?？臁ｋS著其不斷發(fā)展及與其他學(xué)科的交叉和滲透，遺傳學(xué)已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)代分子水平[3-4]。細(xì)胞遺傳學(xué)就是遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)相結(jié)合，利用現(xiàn)代分子遺傳學(xué)手段，從細(xì)胞學(xué)的角度,特別是從染色體的結(jié)構(gòu)和功能,以及染色體和其它細(xì)胞器的關(guān)系來研究遺傳現(xiàn)象,闡明遺傳和變異的機(jī)制。細(xì)胞遺傳學(xué)已逐漸成為生物科學(xué)中最活躍和最有生命力的學(xué)科之一,是農(nóng)林高等院校農(nóng)學(xué)類相關(guān)專業(yè)研究生專業(yè)基礎(chǔ)課的重要組成部分，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置水平和建設(shè)規(guī)模是農(nóng)林高等院校研究生能力培養(yǎng)的重要標(biāo)志和條件支撐,是農(nóng)林院校研究生教學(xué)和學(xué)科建設(shè)重要的、不可替代的部分[5-8]。但是,在研究生細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中仍存在一些不容忽視的問題,這就要求細(xì)胞遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系必須跟上農(nóng)林類相關(guān)專業(yè)教學(xué)與科研發(fā)展的步伐。因此，現(xiàn)階段需認(rèn)真分析細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，并進(jìn)行有益的探索和嘗試，對原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行改革與改進(jìn)，建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。我們正是基于這一點(diǎn)，結(jié)合多年來在農(nóng)林類相關(guān)專業(yè)研究生細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)現(xiàn)的一些新問題,就新形勢下對農(nóng)林類研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的理解和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中具體問題的解決、改進(jìn)提出了建議,以期對提高研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和研究生的創(chuàng)新能力能有所幫助。

1 細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系現(xiàn)狀與存在問題

目前，細(xì)胞遺傳學(xué)面向全校農(nóng)科類各專業(yè)如農(nóng)學(xué)、林學(xué)、植保、園藝、生命科學(xué)與技術(shù)、葡萄酒、動(dòng)物科學(xué)(草業(yè))7個(gè)學(xué)院的研究生開設(shè)，隨著研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，細(xì)胞遺傳學(xué)研究的不斷深化，細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也出現(xiàn)不少亟需解決的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 研究生招生多源化。為細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來一定困難。隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，所招的研究生來源較廣，如有農(nóng)林院校，綜合類院校，還有一定比例的職業(yè)技術(shù)類學(xué)校，這就造成研究生基本的實(shí)驗(yàn)技能差異較大，農(nóng)業(yè)類相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)相差較大，基本的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技能差異較大，這都給細(xì)胞遺傳學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來一定難度，如何面向這些不同生源的、實(shí)驗(yàn)技能差異較大的研究生開設(shè)好細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)是目前亟待解決的問題。

(2) 研究生人數(shù)遞增化。為實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系帶來一定難度。目前隨著研究生擴(kuò)招，研究生數(shù)目日益增多，為細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來一定問題。研究生細(xì)胞遺傳學(xué)一般院系均沒有專門實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依托本科生的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室條件相對較差，原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法急需改革。

(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊急需改革。一方面研究生和本科生實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容相互重疊，僅實(shí)驗(yàn)材料不同；另一方面,實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法僵化,手段落后, 很難激發(fā)研究生對實(shí)驗(yàn)課程的興趣。此外，分子遺傳學(xué)促使細(xì)胞遺傳學(xué)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已不能滿足研究生科學(xué)研究的要求，如何改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使之與前沿科研相結(jié)合，提高研究生的學(xué)習(xí)興趣，真正達(dá)到對研究生科研能力，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已成為當(dāng)務(wù)之急。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源, 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1) 有選擇的保持傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。針對研究生來源較廣，基本的實(shí)驗(yàn)技能差異較大的缺陷，又由于研究生階段和本科生階段部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所重疊，我們將有絲分裂及減數(shù)分裂制片與觀察兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容刪減，將其穿插到其它細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)中，如利用減數(shù)分裂及有絲分裂制片進(jìn)行染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異的鑒定，一方面可以幫助專業(yè)基礎(chǔ)薄弱的研究生盡快掌握細(xì)胞遺傳學(xué)所需的基本技能, 另一方面對基礎(chǔ)較好的學(xué)生來說又增加了新的實(shí)驗(yàn)性內(nèi)容。

(2) 緊密聯(lián)系實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上，我們緊密聯(lián)系實(shí)際，針對實(shí)踐上存在的問題，有目得的利用細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)方法來進(jìn)行解決，這樣能最大程度的調(diào)動(dòng)研究生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的積極性，并對細(xì)胞遺傳這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣。染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異是細(xì)胞遺傳學(xué)研究的兩個(gè)非常重要的分支內(nèi)容，同時(shí)為了更好地在生產(chǎn)實(shí)踐中加以利用，對其準(zhǔn)確的鑒定顯得格外重要，所以我們安排染色體數(shù)目變異的鑒定(如單體，缺體，缺四體及重雙端體等的鑒定)和染色體結(jié)構(gòu)變異的鑒定(小麥1BL/1RS易位系的鑒定等)兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，均準(zhǔn)備根尖和幼穗兩個(gè)材料，研究生可同時(shí)使用兩種方法(有絲分裂和減數(shù)分裂)進(jìn)行數(shù)目和中期構(gòu)型鑒定與相互印證，這樣對研究生科研能力的培養(yǎng)很有幫助。

(3) 進(jìn)一步優(yōu)化細(xì)胞遺傳學(xué)核心實(shí)驗(yàn)技術(shù)。植物染色體分帶是通過一定的酸、堿、鹽、溫度等因素處理染色體，并借助于特定方法染色，使染色體特定部位呈現(xiàn)深淺不同的帶紋，用來鑒別個(gè)別染色體或染色體組，深入研究染色體的成分、結(jié)構(gòu)和功能。染色體分帶已經(jīng)成為研究細(xì)胞遺傳學(xué)、植物染色體工程育種的重要技術(shù)手段。但是，由于實(shí)驗(yàn)過程較長, 程序較復(fù)雜, 實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格, 因而對于研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說成功率較低(<10%)。為了提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量, 使研究生不僅掌握試驗(yàn)流程，更重要的是真正掌握這項(xiàng)核心技術(shù)，我們不僅對實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行了優(yōu)化，并做到實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)踐表明成功率超過80%，獲得了顯著的良好效果。

(4) 跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿，增加分子細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。隨著遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，許多新的技術(shù)手段被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞遺傳學(xué)，促使細(xì)胞遺傳學(xué)也產(chǎn)生飛躍發(fā)展，例如分子標(biāo)記技術(shù)，生物化學(xué)技術(shù)等應(yīng)用于細(xì)胞遺傳學(xué)，能直接在DNA水平上快速準(zhǔn)確的鑒定外源遺傳物質(zhì)[9-10]。為了跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿，把最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和科研成果應(yīng)用到細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系中，我們設(shè)置了新的細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如植物染色體原位雜交技術(shù)和利用APAGE技術(shù)鑒定1BL/1RS易位染色體。染色體原位雜交技術(shù)是在研究內(nèi)容和研究方法上將傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)互相結(jié)合的新型技術(shù)，該技術(shù)為外源物質(zhì)的檢測，進(jìn)行某一特定DNA序列或基因的染色體物理定位，研究異源多倍體物種各個(gè)染色體組間的部分同源關(guān)系，研究物種起源進(jìn)化及物種間的親緣關(guān)系以及分析導(dǎo)入不同核背景中的染色質(zhì)的定位、行為、表達(dá)及結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮了重要作用，該實(shí)驗(yàn)的開設(shè)為研究生的科研工作打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 改進(jìn)和創(chuàng)新教學(xué)方法與模式

(1) 教學(xué)方法改進(jìn)。教學(xué)方法的改進(jìn)必須以學(xué)生為主體，改革的目的是培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)踐能力，培養(yǎng)研究生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和獨(dú)立性，引導(dǎo)研究生在學(xué)習(xí)的過程中善于提出問題、思考問題和分析問題[11]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣很有效果，通過在實(shí)驗(yàn)中先設(shè)置疑問來激發(fā)研究生探尋知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)的熱情，引導(dǎo)學(xué)生去分析和思考觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的積極性，激發(fā)他們獨(dú)立解決問題的愿望，使他們的實(shí)踐能力得到培養(yǎng)。

另一方面在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中充分利用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。將多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段像遺傳學(xué)理論課程教學(xué)一樣廣泛應(yīng)用于遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中, 努力加大信息量, 積極拓展課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有限空間，改變傳統(tǒng)的黑板 + 粉筆 + 嘴巴的實(shí)驗(yàn)課理論教學(xué)模式[12-14]。通過現(xiàn)代化的教學(xué)手段將實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟和過程生動(dòng)形象地、直觀地展現(xiàn)給學(xué)生, 使學(xué)生的聽覺、視覺和觸覺全面參與感知活動(dòng), 最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、積極性, 從而提高學(xué)習(xí)效率。

(2) 加強(qiáng)研究性實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備上，我們放棄了原來給研究生統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)材料，取而代之的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有選擇的分小組，給不同組不同材料，并且材料的遺傳背景不完全清楚，需要研究生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定。比如染色體數(shù)目變異的鑒定，我們可以將研究生分成不同的小組，每組2或3人，有的小組分配單體的鑒定，有的小組分配缺體的鑒定，有的小組分配缺四體的鑒定，這樣，學(xué)生任務(wù)明確，實(shí)驗(yàn)又具有挑戰(zhàn)性，研究生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性大大提高，通過研究性實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)設(shè)計(jì)，帶有任務(wù)性的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改革舉措，不僅明顯提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還為實(shí)驗(yàn)材料的鑒定和保存真正起到了由實(shí)驗(yàn)主體來完成的作用。

(3) 引入實(shí)驗(yàn)助理。 隨著選課人數(shù)的增多，研究生實(shí)驗(yàn)課已超過原來15人一組的小班授課，為了不降低研究生實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，我們嘗試引入實(shí)驗(yàn)助理，實(shí)驗(yàn)助理從高年級(jí)的研究生中遴選，輔助實(shí)驗(yàn)教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，在研究生進(jìn)行細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)的過程中，巡回指導(dǎo)。由于實(shí)驗(yàn)助理僅比實(shí)時(shí)參與細(xì)胞遺傳的研究生高一個(gè)或二個(gè)年級(jí)，彼此認(rèn)識(shí)，有問題可以更無拘束地提問和討論，而且也解決了研究生人數(shù)增多，實(shí)驗(yàn)教師一人無法在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)為每個(gè)研究生解決實(shí)驗(yàn)中存在的具體問題。通過這一方式的改革，細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)獲得很好的效果。

2.3 改革考核方法

實(shí)驗(yàn)考核是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要手段, 實(shí)驗(yàn)考核不僅能督促學(xué)生認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、檢查學(xué)生對知識(shí)和技能的掌握程度, 了解學(xué)生的動(dòng)手能力及理論知識(shí)的不足之處, 同時(shí)還可以檢查教師的教學(xué)效果[15-18]。原來細(xì)胞遺傳只是單一根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來進(jìn)行考核?，F(xiàn)在，我們在引入實(shí)驗(yàn)助理的情況下，就可以多方面的技能來進(jìn)行考核，比如考核可以分成三部分，即實(shí)驗(yàn)操作考核成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績以及平時(shí)成績(主要指平時(shí)上課的學(xué)習(xí)態(tài)度), 各成績所占比例依據(jù)具體專業(yè)、具體情況制定, 使最終的實(shí)驗(yàn)考核成績客觀、公平、公正, 真正體現(xiàn)了高分、高能, 保障學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情。

3 結(jié) 語

細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是農(nóng)林院校細(xì)胞遺傳學(xué)教學(xué)的重要組成部分, 是鍛煉學(xué)生操作能力、觀察能力、思維能力以及運(yùn)用能力的一個(gè)重要途徑, 也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的一個(gè)重要手段。更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵 , 我們在細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上做了一些初步的改革嘗試, 提升了學(xué)生對細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和認(rèn)識(shí)。隨著分子遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究手段不斷深入發(fā)展, 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也作出相應(yīng)的改善和調(diào)整, 使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更能體現(xiàn)學(xué)科的基礎(chǔ)和學(xué)科發(fā)展的水平。另外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段上及考核制度上都隨著細(xì)胞遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了不斷地改革和嘗試，從而均強(qiáng)化了適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代生命科學(xué)人才的需要，同時(shí)收到了很好的教學(xué)效果。

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[18] 程金林，吳 斌，靳曉枝，等. 高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核模式的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24(4):76-78.

Cultivating Experimental Skill and Innovative Ability of Postgraduates

NIUNa,ZHANGGai-sheng,MAShou-cai,WANGJun-wei

(College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Cytogenetics is an important component of professional basic course of postgraduates whose major is plant breeding and genetics in agricultural and forestry universities. In order to adapt the development of life sciences, carry out innovative education and cultivate the innovative and excellent talents, we analyze the current situation and the major problem of graduate’s experimental teaching on cytogenetics under the new situation. We try to conduct the educational reform in three aspects: integrating the resources of teaching and optimizing the experimental content; teaching approaches; evaluation methods. These measures can improve the quality of teaching and cultivate the graduates’ innovative ability.

breeding and genetics; cytogenetics; experimental skill; innovative ability

2014-08-07

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20090204II0024)；西北農(nóng)林科技大學(xué)教改項(xiàng)目(JY1301001)

牛 娜(1977-)，女，陜西商洛人，博士，講師，現(xiàn)從事作物雜種優(yōu)勢利用與雄性不育機(jī)理研究。

Tel.:15339262511; E-mail:niuna@nwsuaf.edu.cn

G 643.2; Q 343

A

1006-7167(2015)08-0166-03