謝劍波 張德強

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)改革的探索
——以北京林業(yè)大學(xué)為例

謝劍波 張德強

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)提升了林業(yè)人才的理論與科研水平，也是林業(yè)人才培養(yǎng)的重要課程之一。一直以來，北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”課程本科實驗教學(xué)內(nèi)容單一，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性。為提高“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)質(zhì)量，實施創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標，依托林木育種國家工程實驗室和本科教學(xué)實驗室中心教師隊伍，在“分子遺傳學(xué)”實驗課程學(xué)習的基礎(chǔ)上，開設(shè)了創(chuàng)新性實驗項目。采用理論學(xué)習、開放式實驗、實驗技術(shù)交流平臺等多種方式，開展了“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)改革。從實驗教學(xué)改革效果上看，“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)新模式有助于調(diào)動學(xué)生參與的積極性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習分子遺傳學(xué)知識的熱情，促進了教師的知識更新和教學(xué)水平的提高。

本科教學(xué)；分子遺傳學(xué)；實驗教學(xué)

實驗教學(xué)是鞏固理論知識的重要環(huán)節(jié)，是全面實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)掌握科學(xué)技術(shù)和方法的高素質(zhì)人才的重要途徑，是本科教學(xué)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，也是深化實驗教學(xué)改革和提高實驗教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一[1-2]。林木分子遺傳學(xué)是研究林木遺傳變異和規(guī)律的遺傳學(xué)分支學(xué)科，主要通過分子手段對林木遺傳變異進行研究，加快良種繁育進程，包括基因輔助育種、分子標記輔助育種、種質(zhì)資源收集等內(nèi)容，是一門理論性較強的學(xué)科。分子遺傳學(xué)的迅猛發(fā)展以及生物各學(xué)科之間的交叉滲透，使得分子遺傳學(xué)理論知識和實驗技術(shù)更新速度加快、知識總量大增，學(xué)科前沿知識不斷更新。于此同時，作為生物科學(xué)中重要的一個分支，“分子遺傳學(xué)”課程依舊采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，學(xué)生產(chǎn)生的問題得不到及時解答，進而極大地打消了學(xué)生參與分子實驗的積極性。為了提高“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)的效果，筆者依托林木育種國家工程實驗室、本科教學(xué)實驗室中心實驗教師隊伍以及互聯(lián)網(wǎng)社交媒體，對現(xiàn)有實驗教學(xué)模式進行了改革，并通過實驗技術(shù)交流平臺強化了“分子遺傳學(xué)”理論知識，提升了實驗技術(shù)水平。

一、 “分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)面臨的問題

(一) 實驗教學(xué)形式和考核方式陳舊

傳統(tǒng)教學(xué)方式較為突出：教師先將“分子遺傳學(xué)”涉及到的實驗內(nèi)容、詳細的實驗步驟及預(yù)期的實驗結(jié)果通過多媒體形式展示出來，并在講解過程中進行解惑，之后學(xué)生獨立進行實驗。這種教學(xué)方式是在傳統(tǒng)教學(xué)的框架下形成的，導(dǎo)致許多學(xué)生被動參與實驗，無法調(diào)動學(xué)生做實驗的積極性，使學(xué)生失去了對實驗操作的興趣。而“分子遺傳學(xué)”實驗課程成績僅由教師根據(jù)學(xué)生最終提交的實驗報告來確定，這種考核方式非常主觀，導(dǎo)致部分學(xué)生不重視實驗過程，抄襲實驗報告的現(xiàn)象時有發(fā)生，在學(xué)生中造成了消極的影響，削弱了學(xué)生參與實驗的積極性、主動性和創(chuàng)造性。

(二) 缺乏適宜的實驗室

長期以來，由于缺乏適宜的實驗室，“分子遺傳學(xué)”實驗課程教學(xué)內(nèi)容主要在北京林業(yè)大學(xué)實驗樓進行。由于實驗室實驗設(shè)備及材料有限，比如PCR儀、電泳儀僅有2～3臺，移液槍10把，SSR引物只有20對左右，很難保證每位學(xué)生都有機會直接完成實驗操作任務(wù)。此外，有限的實驗室空間更使許多學(xué)生無法參與到正常的實驗中，實驗效果較差。

(三) 缺乏實驗課專職教師或高水平的實驗課教師

“分子遺傳學(xué)”實驗課程教學(xué)主要是由理論課教師兼任，而且一名教師一次指導(dǎo)20名以上的學(xué)生做實驗。教師在備課的同時，還要準備實驗耗材、熟悉操作步驟，造成理論課教師時間與精力的緊張，直接影響“分子遺傳學(xué)”實驗課程教學(xué)效果。此外，“分子遺傳學(xué)”理論課教師的實驗設(shè)計思路有限，很難提出建設(shè)性的實驗思路，使得實驗步驟單一、難有創(chuàng)新性。

(四) 缺乏完備的實驗教學(xué)指導(dǎo)書

由于缺少正式出版的“分子遺傳學(xué)”實驗教學(xué)指導(dǎo)教材，學(xué)生只能根據(jù)相關(guān)的教材和教師的指導(dǎo)整理實驗手冊，并據(jù)此開展相應(yīng)的實驗活動。由于實驗是一個比較復(fù)雜的過程，當實驗材料發(fā)生改變的時候，相應(yīng)的實驗操作步驟也會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此根據(jù)相關(guān)教材整理出來的實驗指導(dǎo)手冊對林木“分子遺傳學(xué)”實驗沒有針對性，往往達不到預(yù)期的實驗效果。實驗指導(dǎo)手冊也沒有對實驗過程中可能出現(xiàn)的問題進行解答，不利于學(xué)生學(xué)習了解“分子遺傳學(xué)”課程實驗操作的具體過程。

(五) 缺乏有效的實驗技術(shù)交流平臺

構(gòu)建主義理論認為，學(xué)生的學(xué)習過程和科學(xué)家探索過程在本質(zhì)上是一樣的，都是一個發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程[3]。由于缺乏有效的交流手段，這樣一個循序漸進的實驗?zāi)芰μ岣哌^程被阻斷在解決問題的過程中。學(xué)生與教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間沒有一個實時的交流平臺，學(xué)生在實驗操作中遇到的問題很難得到及時的解答，導(dǎo)致學(xué)生的實驗技術(shù)水平難以得到提高，教師實驗技能也難以得到拓展。

二、 “分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)改革的措施

(一) 組建合適的實驗教學(xué)平臺和優(yōu)秀的實驗課教師隊伍

“分子遺傳學(xué)”實驗教學(xué)體系的改革須遵循實驗教學(xué)規(guī)律。北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育全面協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)理念，將理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機融合，使實驗教學(xué)從輔助地位轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從根本上改變了實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，符合以“國家需求”“學(xué)科需要”為目的的林學(xué)高層次人才培養(yǎng)目標。“分子遺傳學(xué)”作為生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院優(yōu)勢課程，完全可以依托現(xiàn)有的國家級平臺，結(jié)合教學(xué)基地建設(shè)，推動實驗教學(xué)的改革。

目前，北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院建有“林木育種國家工程實驗室”“林木花卉遺傳育種教育部重點實驗室”等實驗平臺。林木育種國家工程實驗室下設(shè)樹木分子遺傳與功能基因組、林木分子標記輔助育種、林木基因工程育種、林木細胞遺傳與細胞工程育種、林木良種繁育等專門實驗室，以及與之配套的人工氣候室、溫室、組培室和大型儀器設(shè)備室等，并配有優(yōu)秀的實驗教師。這些為“分子遺傳學(xué)”課程的實驗內(nèi)容設(shè)計提供了較豐富的選擇，為組建優(yōu)秀的實驗教師隊伍提供了良好的平臺。

(二) 引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗

根據(jù)教學(xué)目的及教學(xué)條件，“分子遺傳學(xué)”實驗項目內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性設(shè)計實驗、研究創(chuàng)新性實驗3個層次[4]。北京林業(yè)大學(xué)在“分子遺傳學(xué)”實驗課程內(nèi)容設(shè)計方面，充分考慮重點實驗室的平臺條件及遺傳學(xué)學(xué)科的特點，開展了綜合性設(shè)計實驗。其實驗內(nèi)容如下：毛白楊SSR分子標記引物設(shè)計、毛白楊SSR分子標記的篩選、毛白楊分子標記擴增、種間分子標記穩(wěn)定性評估、分子標記連鎖圖譜構(gòu)建、關(guān)聯(lián)做圖、連鎖不平衡衰退計算等。通過以上實驗內(nèi)容設(shè)置，可以使學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識，真正將所學(xué)知識運用到實踐中，提高學(xué)生分子標記的設(shè)計、分析能力。

另外，北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”實驗課程指導(dǎo)教師結(jié)合楊樹的基因組特點，設(shè)計了合理的SSR分子標記位點，并對重要的與性狀有顯著關(guān)聯(lián)的位點進行了篩選。同時，利用關(guān)聯(lián)分析結(jié)果對連鎖不平衡進行了分析，提取了合理的代表性標記位點，從而提高了學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。其中，依據(jù)楊樹的物種特點設(shè)計的分子標記位點篩選與“分子遺傳學(xué)”中的分子標記輔助育種內(nèi)容有效契合，提高了學(xué)生對抽象理論內(nèi)容的理解能力以及通過實踐理解科學(xué)問題的能力。此外，“分子遺傳學(xué)”實驗課指導(dǎo)教師還鼓勵學(xué)生根據(jù)實驗內(nèi)容選取與自己研究課題相關(guān)的實驗進行開放性實驗設(shè)計，并按照課程要求完成實驗，有效地推動了實驗進度，提高了學(xué)生參與實驗的積極性。

(三) 編寫完整的實驗指導(dǎo)手冊

為增強“分子遺傳學(xué)”實驗課程的可操作性、可控性，實驗指導(dǎo)教師根據(jù)實驗內(nèi)容和實驗平臺實際情況編寫了“分子遺傳學(xué)”實驗指導(dǎo)手冊。“分子遺傳學(xué)”實驗指導(dǎo)手冊內(nèi)容包括實驗進度安排、實驗內(nèi)容及操作步驟、注意事項、實驗報告模板等。通過實驗指導(dǎo)教師課前的講解，學(xué)生可以了解實驗設(shè)計思路、時間總體安排、注意事項、實驗?zāi)康摹⒊煽兛己嗽瓌t，以及實驗指導(dǎo)教師的聯(lián)系方式等信息。同時，“分子遺傳學(xué)”實驗指導(dǎo)手冊中還包含了實驗中必要的軟件下載地址及計算原理，一方面可以保證數(shù)據(jù)能夠準確計算，另一方面也為學(xué)生將來開展科研工作提供借鑒。實驗報告格式模板的目的在于保證最終提交的實驗報告的一致性和規(guī)范性，便于存檔。

(四) 制定科學(xué)合理的實驗課考核標準

“分子遺傳學(xué)”實驗課程考核采用百分制進行評定，成績除由所有實驗課程參與次數(shù)、實驗報告質(zhì)量組成外，還增加了實驗小組多媒體匯報環(huán)節(jié)，用以引導(dǎo)學(xué)生組成科研小團隊，提高學(xué)生團隊協(xié)作解決問題的能力?！胺肿舆z傳學(xué)”實驗課程的成績?yōu)榘俜种疲瑢嶒瀰⑴c次數(shù)占40分，主要考核學(xué)生參與實驗調(diào)查的認真態(tài)度以及是否遵守實驗紀律；實驗報告的質(zhì)量占40分，主要考核實驗數(shù)據(jù)整理是否科學(xué)準確、報告撰寫是否認真規(guī)范、實驗數(shù)據(jù)分析和討論是否深入；多媒體匯報環(huán)節(jié)占20分，由小組代表負責匯報，主要考核幻燈片的制作質(zhì)量和學(xué)生的語言表達能力。

(五) 建立師生溝通交流平臺

當代教學(xué)面臨一個重要的問題就是師生關(guān)系的疏離，師生之間、學(xué)生之間在知識交流方面缺乏必要的溝通交流，致使學(xué)生在實驗課中遇到的問題難以及時解決。北京林業(yè)大學(xué)“分子遺傳學(xué)”實驗課程嘗試使用“騰訊QQ、微信”等社交平臺建立師生實驗技術(shù)交流群，目的是及時解答課程及實驗中出現(xiàn)的問題、分享課程和實驗作業(yè)以及“分子遺傳學(xué)”課程最前沿的實驗技術(shù)。同時，教師還可以實時將科技前沿的資訊、實驗教學(xué)視頻等信息上傳到交流平臺，供所有的選課學(xué)生學(xué)習、分享。

三、 “分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)改革的效果

學(xué)期末，筆者對選課的65名學(xué)生進行了問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容及結(jié)果見表1。從調(diào)查問卷結(jié)果可以看出，93.85%的學(xué)生對“分子遺傳學(xué)”實驗課程的內(nèi)容及形式表示滿意，認為課程內(nèi)容能夠及時傳達遺傳學(xué)學(xué)科前沿的實驗技術(shù)；78.46%的學(xué)生對師生實驗技術(shù)交流平臺的建立持非常積極的態(tài)度，認為師生實驗技術(shù)交流平臺的建立能夠促進師生之間的交流、及時解決學(xué)生遇到的問題；84.62%的學(xué)生認為教師在實驗課程中能夠進行師生互動，對拉近師生關(guān)系起到了積極作用；95.38%的學(xué)生認為“分子遺傳學(xué)”實驗課程的內(nèi)容飽滿，不僅提高了學(xué)生的動手能力，而且很好地鞏固了學(xué)生的理論知識；92.31%的學(xué)生認為“分子遺傳學(xué)”實驗課程期末考核形式合理，利于評價學(xué)生的學(xué)習效果。然而，分別有3.07%、6.15%的學(xué)生對師生互動、教師在交流平臺解答的問題不滿意，這說明，“分子遺傳學(xué)”實驗課程在這些方面還有待提高。

表1 學(xué)生對“分子遺傳學(xué)”課程實驗教學(xué)改革效果的評價 %

總之，“分子遺傳學(xué)”實驗課程教學(xué)改革促進了實驗技術(shù)交流平臺的建設(shè)，充分利用了現(xiàn)有的重點實驗室資源以及所屬的各個學(xué)科的儀器、設(shè)備，完善了教學(xué)體系，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習的興趣，提高了學(xué)生綜合分析、實驗設(shè)計的能力，增強了學(xué)生團隊協(xié)作的意識。

[1] 梁麗.構(gòu)建分層次實驗教學(xué)體系 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實驗室研究與探索，2014，33(1)：217-219.

[2] 易紅.高校實驗教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2008，27(2)：1-4.

[3] 李軍靠.傳統(tǒng)教學(xué)的弊端與矯治[J].延安教育學(xué)院學(xué)報，2003，17(1)：4-6.

[4] 張敬懷.電子技術(shù)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理，2003，20(3)：109-111.

(責任編輯 孫艷玲)

北京林業(yè)大學(xué)2015年研究生課程建設(shè)項目———“分子遺傳學(xué)”全英文研究生核心課程建設(shè)，項目編號YWKC1504。