王春秀　李文婷　孫桂榮　王克君　李春麗

摘 要：動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課是加強(qiáng)學(xué)生理解遺傳學(xué)基本理論和掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)的主要途徑，是提高動(dòng)物遺傳學(xué)教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。課程組對(duì)動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中注重生物試驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，旨在提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的主觀能動(dòng)性，增加參與實(shí)驗(yàn)課的積極性，提高他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物遺傳學(xué);生物統(tǒng)計(jì)學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）07-0184-03

動(dòng)物遺傳學(xué)課程是高等農(nóng)業(yè)院校動(dòng)物科學(xué)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，而動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課是該課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物遺傳學(xué)抽象概念的理解，也是理解掌握遺傳學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的主要途徑。但傳統(tǒng)的動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，授課方式為教師先做預(yù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生臨摹，這種實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有動(dòng)物遺傳學(xué)教學(xué)的需求，為此，很多高校動(dòng)物遺傳學(xué)課程組對(duì)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)進(jìn)行研究和探索。例如，劉滿清等[1]提出以學(xué)生為主體的學(xué)研改革模式，苗永旺[2]等圍繞完善課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段及完善考核評(píng)價(jià)制度等方面進(jìn)行改革，官員等[3]探討思維導(dǎo)圖在動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，石建周等[4]對(duì)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式和考核方式進(jìn)行探討，李碧春[5]等對(duì)在線開(kāi)放課程教學(xué)模式進(jìn)行探討，課程組前期在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)進(jìn)行了初步探索[6]。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)采用合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)果的影響都至關(guān)重要，而采用合理的統(tǒng)計(jì)分析方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及對(duì)結(jié)果的解釋均需要統(tǒng)計(jì)學(xué)思想。為提高學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課的成功率，增加學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的積極性，本研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是在課程組前期的研究基礎(chǔ)上，把生物統(tǒng)計(jì)學(xué)思想融入動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，通過(guò)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)，提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1 動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物遺傳學(xué)課程于2006年被評(píng)為河南省精品課程，2018年被評(píng)為河南省精品在線開(kāi)放課程，2021年被評(píng)為河南省線上線下一流本科課程。該課程56學(xué)時(shí)，其中理論36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課20學(xué)時(shí)。為保證實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)系統(tǒng)性和連貫性，實(shí)驗(yàn)課除常規(guī)實(shí)驗(yàn)外，打通4個(gè)綜合大實(shí)驗(yàn)，分別為：染色體制備和細(xì)胞周期觀察，果蠅綜合大實(shí)驗(yàn)、血型遺傳率和群體遺傳結(jié)構(gòu)分析，分子生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)等。為增加學(xué)生上課的主動(dòng)性、參與感，每個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備階段均讓學(xué)生提前參加討論，分組設(shè)計(jì)不同方案，并討論可能出現(xiàn)的結(jié)果以及解決問(wèn)題的方法等。

2 生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理融入遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1 染色體制備和細(xì)胞周期觀察試驗(yàn)采用雙因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 雙因素完全實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，是研究2個(gè)不同的處理因素對(duì)1個(gè)或多個(gè)自變量是否產(chǎn)生影響。在動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課中，細(xì)胞周期觀察、染色體核型分析和果蠅唾液腺染色體觀察均需要對(duì)收集材料進(jìn)行處理，首先使用1N鹽酸在室溫條件下解離3～8min，漂洗后用改良苯酚品紅染色3～7min;由于取材部位和大小存在差異，以及解離和染色時(shí)間的不同，試驗(yàn)結(jié)果差異較大。如果解離時(shí)間短，材料的細(xì)胞不能完全分開(kāi)，后面染色難度加大;但解離時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致取材組織浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法尋找生長(zhǎng)點(diǎn)或者細(xì)胞過(guò)于分散。如果解離時(shí)間合適，但染色時(shí)間太少、無(wú)法著色，效果同樣差，很難看出細(xì)胞內(nèi)部的形態(tài);但染色時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，載玻片中細(xì)胞背景顏色過(guò)深，也很難觀察清楚處于分裂期的細(xì)胞形態(tài)。因此，在該實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展之前，與學(xué)生一起討論要想取得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在操作的過(guò)程中需要注意哪些問(wèn)題，以及如何進(jìn)行合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)解決這些問(wèn)題。通過(guò)因勢(shì)利導(dǎo)，把解離時(shí)間和染色時(shí)間作為雙因素對(duì)樣品進(jìn)行處理。通過(guò)近兩年的實(shí)施，有絲分裂染色體形態(tài)觀察和果蠅唾液腺染色體觀察制片成功率提高40%，同時(shí)增加了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的主動(dòng)性，也增加了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。另外，還可以讓學(xué)生討論與探究是否有其他因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如細(xì)胞分裂最活躍的時(shí)間段是上午10時(shí)，即使是合適的解離和染色時(shí)間，由于根尖的取樣時(shí)間不同，觀察到的細(xì)胞分裂相情況也可能不同。

2.2 在果蠅生活史觀察中引入局部控制的思想 統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三大原理，隨機(jī)、重復(fù)和局部控制。為讓學(xué)生理解局部控制在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的重要性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生顯著影響，在動(dòng)物遺傳實(shí)驗(yàn)課中，通過(guò)對(duì)果蠅生活周期的觀察，讓學(xué)生進(jìn)一步了解什么是局部控制，局部環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生的影響。因此，在果蠅生活史觀察實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展時(shí)，采用任課老師把果蠅接種于50mL的已鋪好培養(yǎng)基的果蠅瓶中，每個(gè)果蠅瓶中雌雄各半的3～5對(duì)果蠅，然后分發(fā)給學(xué)生，每2位學(xué)生1個(gè)果蠅瓶，讓其拿回宿舍自己觀察果蠅生活史，并記錄果蠅每天的形態(tài)特征和溫濕度等天氣情況，14d以后，以班級(jí)為單位總結(jié)果蠅生長(zhǎng)情況。

2021年春季實(shí)驗(yàn)課發(fā)給學(xué)生48支果蠅瓶，學(xué)生隨機(jī)把果蠅瓶分別放在南側(cè)陽(yáng)臺(tái)、宿舍床下、北側(cè)陽(yáng)臺(tái)，樓道等不同環(huán)境中，在不同環(huán)境中果蠅的生長(zhǎng)狀態(tài)相差很大（表1），果蠅瓶放在床下的果蠅正常生長(zhǎng)，繁殖較多，果蠅瓶置窗臺(tái)上爆嗮，培養(yǎng)基出現(xiàn)干裂，果蠅死亡等情況。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生切身體驗(yàn)到局部控制對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，同時(shí)延伸到畜牧生產(chǎn)中，由于環(huán)境的不同，如場(chǎng)季效應(yīng)、籠層效應(yīng)、通風(fēng)口等對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育均可能產(chǎn)生顯著的影響。

2.3 目的基因檢測(cè)引入設(shè)置試驗(yàn)對(duì)照組 開(kāi)展科研試驗(yàn)的目的是研究處理因素對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的影響，也就是研究處理因素是否存在效應(yīng)以及效應(yīng)的大小。因此，在具體試驗(yàn)過(guò)程中，要求除了研究的處理因素是變化的，其他因素盡可能保持一致。但有些因素?zé)o法全部控制。因此，合理設(shè)計(jì)對(duì)照能夠最大限度地減少非處理因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。對(duì)照的形式有多種，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容選用不同的對(duì)照，常用的對(duì)照包括陽(yáng)性對(duì)照、陰性對(duì)照、空白對(duì)照等。

在動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課中，分子生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)包括基因組DNA提取，基因的PCR擴(kuò)增和瓊脂糖凝膠電泳等3個(gè)環(huán)節(jié)?；蚪MDNA提取和瓊脂糖電泳相對(duì)容易掌握，PCR擴(kuò)增主要包括PCR反應(yīng)體系和擴(kuò)增體系，其中PCR擴(kuò)增的反應(yīng)體系成分較多，包含Taq酶、目的基因的引物、基因組DNA、buffer或水;在加樣的過(guò)程中，Taq酶、引物和基因組DNA等任何成分出現(xiàn)問(wèn)題，均有可能導(dǎo)致PCR擴(kuò)增失敗，實(shí)驗(yàn)課時(shí)因大部分同學(xué)是第一次使用基因槍，由于是未來(lái)加入樣品，所以每次開(kāi)展該試驗(yàn)，成功擴(kuò)增出產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)小組不到30%，嚴(yán)重挫傷了學(xué)生開(kāi)展該試驗(yàn)的積極性。

為解決PCR過(guò)程中哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾年的探索，除了按照雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)思想外，通過(guò)課前討論，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中設(shè)置對(duì)照及用標(biāo)準(zhǔn)品DNA和內(nèi)參基因GAPDH分別作為提取DNA和目的基因的對(duì)照。

通過(guò)采用合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，由于使用標(biāo)準(zhǔn)品DNA和內(nèi)參基因，大大提高了成功率，幾乎每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組都可看到PCR擴(kuò)增成功的結(jié)果。對(duì)自己提取DNA和設(shè)計(jì)的引物沒(méi)有擴(kuò)增結(jié)果的，也可以分析是基因組DNA還是引物出問(wèn)題。通過(guò)該試驗(yàn)方案的改革，讓學(xué)生明白做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性，不僅提高了試驗(yàn)成功的幾率，更提升了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增加了科研的主動(dòng)性。

3 教學(xué)改革效果分析

把生物統(tǒng)計(jì)課的思想融入動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，增加了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的主動(dòng)性，提高了上課的積極性。尤其是最近2年疫情的原因，理論課采用線上講授，實(shí)驗(yàn)課線下集中上課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果更彰顯其優(yōu)勢(shì)。

3.1 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)前期工作，提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的主動(dòng)性和主導(dǎo)作用 根據(jù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的，把動(dòng)物遺傳學(xué)原來(lái)10個(gè)試驗(yàn)，整合為4個(gè)綜合大試驗(yàn)。每個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)均為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，參與實(shí)施方案的制定，明確具體的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。改變以往教學(xué)方式，整個(gè)實(shí)驗(yàn)課由教師主導(dǎo)教學(xué)，介紹實(shí)驗(yàn)課目的、原理、內(nèi)容和操作步驟后，接著做示范教學(xué)，學(xué)生觀摩和再做實(shí)驗(yàn)的被動(dòng)狀態(tài)，學(xué)生由被動(dòng)強(qiáng)迫式學(xué)習(xí)變?yōu)樽约褐鲃?dòng)要學(xué)，提高了參與實(shí)驗(yàn)課的主動(dòng)性和主導(dǎo)作用。

3.2 增加了學(xué)生動(dòng)手能力和試驗(yàn)成功的幾率 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課課時(shí)為2個(gè)學(xué)時(shí)，由于受到時(shí)間的限制，教師講授基本實(shí)驗(yàn)原理和操作注意事項(xiàng)等時(shí)間也很短，學(xué)生就是按照流程做一遍實(shí)驗(yàn)，大部分實(shí)驗(yàn)未能達(dá)到有理想結(jié)果，從而挫傷了學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)課的積極性，在理論學(xué)習(xí)和動(dòng)手操作能力均受到限制;改革后的實(shí)驗(yàn)課時(shí)間一般在4h以上，學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行思考和實(shí)驗(yàn)操作，增加他們的動(dòng)手能力。由于學(xué)生理解了實(shí)驗(yàn)操作原理，掌握了實(shí)驗(yàn)操作方法，加上時(shí)間充足，很大程度地增加了實(shí)驗(yàn)成功的幾率。

3.3 增加了學(xué)生科研興趣，培養(yǎng)了學(xué)生科研分析能力 通過(guò)改革后的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，由于學(xué)生自己參與實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)，每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功還是失敗，學(xué)生對(duì)結(jié)果分析更有針對(duì)性，尤其是實(shí)驗(yàn)失敗，他們能主動(dòng)查閱資料，進(jìn)行分析，尋求可采用解決的辦法。也增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，無(wú)論是課前還是課后，積極向老師咨詢問(wèn)題，不僅增加了師生互動(dòng)，也提高了學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生能用遺傳學(xué)的視角深入思考問(wèn)題，用這些原理來(lái)闡釋生命過(guò)程，特別是動(dòng)植物生命過(guò)程中的種種規(guī)律和現(xiàn)象。

4 問(wèn)題與體會(huì)

動(dòng)物遺傳學(xué)試驗(yàn)課的教學(xué)改革，通過(guò)把生物統(tǒng)計(jì)的思想融入實(shí)驗(yàn)課中，增加學(xué)生的主動(dòng)性，真正發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)課輔助教學(xué)的作用，但是也存在一些問(wèn)題。

4.1 實(shí)驗(yàn)課上課時(shí)間協(xié)調(diào)難度增大 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課課時(shí)為2個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)課時(shí)安排也是按照2h一次課。因此，由于時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室等問(wèn)題，改革后的實(shí)驗(yàn)課安排多數(shù)只能在周末，或者理論部分講授結(jié)束后，集中上實(shí)驗(yàn)課。而周末上課，不僅增加了實(shí)驗(yàn)課老師的工作，也出現(xiàn)部分學(xué)生因?yàn)閰⒓又苣┥鐖F(tuán)活動(dòng)而逃課現(xiàn)象;如果理論課結(jié)束，集中上實(shí)驗(yàn)課，不能起到與理論課同步，未能及時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)課理解理論課的內(nèi)容，影響對(duì)知識(shí)的掌握。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果差異大，挫傷部分學(xué)生的積極性 實(shí)驗(yàn)課充分體現(xiàn)學(xué)生自主思考和動(dòng)手能力，盡管每位學(xué)生都認(rèn)真自我操作，但是每位學(xué)生的動(dòng)手操作有差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大，尤其是一些學(xué)生很認(rèn)真準(zhǔn)備，但是結(jié)果是失敗的，挫傷他們上實(shí)驗(yàn)課的積極性。

4.3 實(shí)驗(yàn)課經(jīng)費(fèi)增加 在改革后實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中，由于讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案的實(shí)施，相關(guān)的處理?xiàng)l件，但是處理水平等不同，如在細(xì)胞分裂試驗(yàn)中，解離和染色時(shí)間，有些學(xué)生分別設(shè)計(jì)2個(gè)時(shí)間點(diǎn)，有些學(xué)生設(shè)計(jì)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)等，分子生物學(xué)試驗(yàn)，購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)品DNA等，增加了實(shí)驗(yàn)材料和相關(guān)試劑的費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課是動(dòng)物遺傳學(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，不同學(xué)校都在進(jìn)行教學(xué)改革，但是實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革問(wèn)題仍然存在。本課程組針對(duì)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)，為保證實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)系統(tǒng)性和連貫性，實(shí)驗(yàn)課除常規(guī)實(shí)驗(yàn)外，打通4個(gè)綜合大實(shí)驗(yàn)，把統(tǒng)計(jì)學(xué)思想融入動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革中，盡管存在一些不足，如增加教學(xué)經(jīng)費(fèi)，協(xié)調(diào)上課時(shí)間等問(wèn)題，但實(shí)踐證明，生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理融入動(dòng)物遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革中，更好地促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)課的主觀能動(dòng)性和積極性，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，達(dá)到了教學(xué)改革的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：張宏民）

Exploration and Application of Biostatistics in the Experimental Teaching of Animal Genetics

WANG Chunxiu? ?LI Wenting? ?SUN Guirong? WANG Kejun? ?LI Chunli

（College of Animal Science and Technology， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： Experiment course of animal genetics is the main way for students to understand the basic theory of genetics， further to master the experimental techniques of animal genetics. It plays an important role to improve the teaching effect of theory lessons. We optimized the course contents and introduced the core idea of experimental design they had learned in biostatistics. The aim was to improve the subjective initiative of students and increase the individualize learning activities to participating in experimental course. The ability to analyze and solve problem was finally developed.

Key words： Animal genetics; Biostatistics; Experimental teaching; Teaching reform

基金項(xiàng)目：河南高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2019SJGLX052）;河南省2021年線上線下混合一流本科課程《動(dòng)物遺傳學(xué)》（教高【2021】174號(hào)）。

作者簡(jiǎn)介：王春秀（1973—），女，河南信陽(yáng)人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：動(dòng)物遺傳育種。 通訊作者：孫桂榮（1976—），女，河南沈丘人，博士，教授，研究方向：家禽遺傳育種。? 收稿日期：2021-11-29