大学农业专业遗传实验教学改革研究

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【摘要】遗传实验是遗传学课程教学的重要内容，是培养农学专业本科生实践能力、思维能力、创新能力等综合素质最常见、最有效的教学手段。针对农学专业遗传学试验教学中的种种问题，从教学内容、教学方式、评价机制等方面对本课程进行了改革和探索，旨在为应用型高等院校农学专业遗传学实验课程建设和改革提供参考。

【关键词】应用型农学；遗传学实验；教学改革；教学策略；创新性实验

随着科技的进步和中国改革开放进程的不断推进，中国的农业生产结构、区域布局、生产方式和生产力水平发生了翻天覆地的变化[1，2]。“新农科”背景下的应用型农业人才的培养方向应更加注重学科的融合、动手能力的融合、综合素质的融合、知识和道德的融合[3]。遗传学是21世纪生命科学领域中发展快速、多学科交叉融合较好的一门理论科学，其基本原理的发现与发展对于整个生物科学领域都具有重要的推动作用[4]。其中，遗传学实验是遗传学课程的重要组成部分，对于学生巩固和验证课堂理论内容，锻炼实践动手能力具有重要作用[5]。与医学、生物学专业不同，农学专业的遗传学实验课程内容主要是对理论课程中有丝分裂、减数分裂和多倍体诱导等相关内容进行的验证性试验，课程内容较为基础，课时较少，仅12个学时。同时，受学时不足和实验平台条件等的限制，实验课程中大部分的准备工作，包括材料的种植、收集和处理，试剂的准备，仪器的调试，实验条件的选择等均由实验准备员完成，学生只需按照实验指导进行操作即可，上课过程简单，导致部分学生对实验过程缺乏兴趣。同时，现代大学生从小缺乏劳动锻炼，动手意愿和动手能力较差，对于实验课的参与热情低。再者，由于遗传学实验课的考核机制不完善，学生认为实验课不重要，即使实验失败了也没有关系，抄好报告册就能顺利通过，导致部分学生对于实验过程敷衍了事，操作不标准，实验技能没有得到锻炼，使得实验课失去了其本来的意义。因此，针对以上问题，笔者根据本学校的办学条件，结合本校的办学特色和生源情况，从教学内容、教学方式、评价制度等方面对遗传学实验课程教学进行了一系列的改革和探索，也取得了初步的成效。本文旨在为地方农业院校的遗传学实验课程改革提供参考。

1重视实验教学过程，反哺理论课堂

遗传学实验课程的设立初衷是让学生通过实验操作和现象的观察过程加深学生对理论知识的印象和理解能力，锻炼学生的逻辑思考能力，培养动手能力，提高分析、理解和解决问题的能力[6]。由于课时数的限制，目前本校农学专业的遗传学实验课程内容只包含植物根尖有丝分裂和压片技术、花粉母细胞减数分裂及涂抹制片技术、孚尔根核反应染色法、永久片制作和一个学生自主设计实验，实验课程的内容安排顺序由简单到复杂，有利于学生循序渐进的掌握实验技能。在进行实验课程的安排时，我们将其与理论课程的授课进度一致。例如讲授完植物有丝分裂和细胞周期后，安排植物根尖有丝分裂观察实验；而孚尔根实验则安排在细胞质遗传之后。学生通过对实验现象进行观察，将实验结果与理论知识进行联系，锻炼学生的逻辑思考能力，从而达到巩固理论教学内容的目的。同时，在笔者的实际授课过程中发现，很多的学生由于性格的原因，在理论课堂上与教师的互动较少，理论教学课堂气氛不活跃，但是在实验课堂上却截然相反，大部分同学相对较为活泼。因此，教师应重视实验课程的教学过程，通过教学过程拉近师生之间的距离，从而反哺理论课堂教学，提升教学效果。在授课过程中，首先教师通过讲解实验目的、实验原理、操作步骤和注意事项，再由学生进行具体操作，在显微镜观察时，由教师进行一一点评，最终完成实验报告的撰写。教师的指导贯穿整个的实验课教学环节，这种授课方式能够保证每位同学都能亲自动手进行操作，有利于培养学生对于实验的兴趣，保障实验的顺利完成。就笔者的教学经验，良好的实验课教学氛围能够有效加强师生之间的交流，活跃课堂气氛，从而提高理论课堂的教学效果。

2利用现代教学手段，优化教学方式

随着现代科学技术手段的不断发展和中国高等教育的不断改革，现代化教学手段在遗传学实验课程中得到广泛的应用[7]。在传统的遗传学实验教学中，教师往往通过板书的方式，讲解实验指导教材中的相关内容。这种授课过程与理论教学相类似，无法良好的展示实验的全过程，细节和现象描述不生动，学生理解程度较差。在本校农学专业遗传学实验课程中采取“翻转课堂”的方式进行课程的改革，取得了良好的教学效果。在课前，教师录制实验操作微视频，在实际操作过程中讲解实验细节和注意事项，并展示实验结果。让学生在课前进行预习，并完成预设的对于实验失败现象的思考题，供学生进行分析和思考。通过“翻转课堂”方式，节省了实验课堂的授课时间，将更多的时间分配给实验操作，提高教学效率。同时，由于学生已经对实验过程和需要观察的实验结果有了生动的认识，操作过程更加清晰，能够及时的纠正和解决问题，得到良好的实验效果。同时，我们还利用数码互动显微镜教学系统，对学生的实验结果进行拍照、保存和分享。通过该方式，指导学生的实验过程，并对学生的优秀结果进行大屏幕展示，提升学生对于科学实验的兴趣和自信心。利用该系统，学生可对自己的实验结果进行保存和分享，使学生增加成就感，提高对实验课程的参与积极性。

3合理利用课余时间，提高学生参与度

本校农学专业遗传学实验课程所使用的实验材料均为植物样品。在以往的实验过程中，为保障实验的顺利进行，实验材料的种植、收集和处理均由实验准备员完成，学生参与度极低。这导致学生对于实验材料收集和取样过程不清晰，甚至导致部分学生不会取样、配制试剂等，既增加了学生的懒惰情绪，也不利于以后独立开展相关实验和工作。例如，花粉减数分裂过程观察实验中所需要的玉米和小麦的花序，取样时期分别为喇叭口期前一周和挑旗期，若没有亲身参与，很难理解和把握正确取样时期，导致实验失败。因此，在实验课程开始前，我们安排学生进行分组，利用课余时间，参与整个实验材料的准备过程。利用本校的温室基地，进行玉米、小麦的种植和水稻、大豆的种子萌发。通过教师指导材料收集、配制试剂、预处理样品等过程，使学生全面的了解整个实验过程，锻炼学生的吃苦耐劳精神，提高学生对实验药品、试剂使用的规范与安全意识，提高学生的动手能力和实验参与感，有效的提升教学效果。对于取样和预处理问题导致的实验失败现象进行归纳和总结，引导学生进行反思，加深其对实验严谨性的重视，培养其科学素养。

4改革考核评价机制，提升教学效果

受到授课教师人数、课时和平台条件的限制，本校农学专业遗传学实验课程未单独成课，为遗传学课程的一部分，占总成绩的20%。为避免某些学生在实验课程中“浑水摸鱼”和“投机取巧”，我们将实验成绩的考核内容分为4部分，分别为出勤率、课堂表现和报告册撰写，占比分别为10%、45%和45%。在实验课程中，对学生的操作座位和显微镜座位进行固定，教师在授课过程中可随时观察学生的操作步骤、实验结果、试剂和设备使用情况，甚至监督课后卫生情况。通过该方式，有利于教师全面掌握和评价学生的课堂表现，同时培养学生的责任感和良好的科研素养。利用数码互动显微镜教学系统随时观察学生的实验过程，对学生上传的实验结果图片采取星级标注法，即时评价学生课堂表现。对于报告册的撰写，杜绝千篇一律，注重考察学生对实验报告册撰写的规范性、准确性和对实验结果的思考。教师及时批改报告册，发现问题，在下一次上课时与学生一起对存在的问题进行分析和讨论。在实际教学过程中，笔者发现改进后的考核制度能够充分的培养学生的各种科学素养，提升学生的学习积极性。

5开放本科基础实验室，鼓励研究性实验

研究性（或设计性）实验是一种将遗传学理论教学内容或其他学科知识相结合的探索性实验[8-10]。研究性实验必须由学生单独操作，学生独立完成实验的设计、操作和创新，不需要任何导师的帮助。在遗传学课程的基础实验中，学生学会了基础实验设备的使用方法，掌握了基础实验方法和操作技术，其中包括：（1）种子的种植、取样时期的选择和材料的选取等；（2）玻璃器皿的洗涤、药品的称量、试剂的配制等基本操作；（3）显微镜的使用和维护等。在教学过程中，通过设立自主实验项目，鼓励学生利用已掌握的理论知识和实验技能进行研究性实验。我们将学生进行分组，通过小组讨论的方式选择研究性实验内容，自主查阅文献，按照论文的格式书写实验目的、实验原理、实验材料培养、实验处理和实验步骤等。与教师讨论实验的可行性后，由教师提供种子、药品和耗材，由学生独立完成实验，并撰写实验结果分析和讨论。通过该方式锻炼学生的自主科研能力和团队协作精神。实验的地点选择在本科基础实验室内进行，实验时间由学生自主设定，有利于一些耗时较长的实验的开展。同时，本校基础实验室内包含各种仪器设备，能够支撑学生开展生理学实验、微生物实验和分子生物学相关实验。对于学习兴趣强、精力丰富的学生，鼓励其开展创新性研究实验，或者辅助研究生进行科学研究工作，锻炼和培养学生的科研能力。最终使遗传学实验课程不仅仅成为一门简单的课程，而是延伸到学生的学习和科研工作中。通过对于本科基础实验室的开放，笔者已经指导20余位学生完成了小组创新性研究实验，并参与“大学生创新创业”和“互联网+”比赛，5位同学成功保研。

6结语

遗传学是农学专业的主干课程，也是一门发展十分迅速的学科，是一门理论与实践相结合的课程，而遗传学实验是遗传学课程的重要组成部分。通过对本校农学专业遗传学课程教学的改革，提高了学生对于遗传学课程的接受能力，锻炼了学生的动手能力，培养了学生的科学素养，最终提高了教学效果。随着科学技术、实验设备、办学需求、教师资源等的不断发展和完善，遗传学实验课程的教学工作也要与时俱进的进行改革，使其使其更具实用性、专业性、系统性和开放性，为“新农科”背景下特色应用型农学人才的培养奠定基础。

参考文献

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[5]周京晶，万嗣宝，陈沁，陈付学.遗传学实验课教学方法的探讨[J].教育教学论坛，2020，（30）：369-370.

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[7]张远莉，庞延军.遗传学实验教学方法的探讨[J].生物学杂志，2019，36（05）：101-103.

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[10]邹玉兰.果蝇实验对“发现式”实验教学改革的推动作用[J].现代农业研究，2018，（04）：21-23.

作者：赵强 杜艳丽 张文慧 陆旺 于崧 张翼飞 杜吉到 单位：黑龙江八一农垦大学农学院