研究生細胞遺傳實驗技術與創新能力的培養

牛 娜, 張改生, 馬守才, 王軍衛

(西北農林科技大學 農學院， 陜西 楊凌 712100)

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研究生細胞遺傳實驗技術與創新能力的培養

牛 娜, 張改生, 馬守才, 王軍衛

(西北農林科技大學 農學院， 陜西 楊凌 712100)

細胞遺傳學是農林高等院校農學類相關專業研究生專業基礎課的重要組成部分。為適應生命科學的發展，實施創新教育，培養創新人才與卓越人才，分析了新形勢下農林類植物遺傳育種專業碩士研究生《細胞遺傳學》實驗教學的現狀和存在的問題，嘗試從整合實驗教學資源, 優化實驗內容、教學方法與模式，以及考核方式三方面進行實驗教學改革，旨在對提高研究生實驗教學質量和研究生的創新能力能有裨益。

遺傳育種專業； 細胞遺傳學； 實驗技能； 創新能力

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的理論基礎，提高科研能力，特別是創新能力的培養，以擁有良好的綜合素質和實踐技能，已成為高等院校研究生培養的一個重要目標[1]。然而要實現這一目標，最重要的途徑之一就是通過教學實驗手段，鍛煉研究生的獨立分析問題，運用綜合知識解決問題的能力[2]。

遺傳學作為生命科學領域的基礎學科之一，發展速度非常快。隨著其不斷發展及與其他學科的交叉和滲透，遺傳學已經發展到現代分子水平[3-4]。細胞遺傳學就是遺傳學和細胞學相結合，利用現代分子遺傳學手段，從細胞學的角度,特別是從染色體的結構和功能,以及染色體和其它細胞器的關系來研究遺傳現象,闡明遺傳和變異的機制。細胞遺傳學已逐漸成為生物科學中最活躍和最有生命力的學科之一,是農林高等院校農學類相關專業研究生專業基礎課的重要組成部分，其實驗內容設置水平和建設規模是農林高等院校研究生能力培養的重要標志和條件支撐,是農林院校研究生教學和學科建設重要的、不可替代的部分[5-8]。但是,在研究生細胞遺傳實驗教學過程中仍存在一些不容忽視的問題,這就要求細胞遺傳學的實驗教學體系必須跟上農林類相關專業教學與科研發展的步伐。因此，現階段需認真分析細胞遺傳學實驗教學的現狀和特點，并進行有益的探索和嘗試，對原有的實驗教學體系進行改革與改進，建立新的實驗教學體系。我們正是基于這一點，結合多年來在農林類相關專業研究生細胞遺傳學實驗教學過程中總結的經驗以及發現的一些新問題,就新形勢下對農林類研究生實驗教學理念的理解和實驗教學體系中具體問題的解決、改進提出了建議,以期對提高研究生實驗教學質量和研究生的創新能力能有所幫助。

1 細胞遺傳學實驗教學體系現狀與存在問題

目前，細胞遺傳學面向全校農科類各專業如農學、林學、植保、園藝、生命科學與技術、葡萄酒、動物科學(草業)7個學院的研究生開設，隨著研究生招生規模不斷擴大，細胞遺傳學研究的不斷深化，細胞遺傳學實驗教學也出現不少亟需解決的問題，主要表現在以下幾個方面：

(1) 研究生招生多源化。為細胞遺傳學實驗教學帶來一定困難。隨著招生規模的不斷擴大，所招的研究生來源較廣，如有農林院校，綜合類院校，還有一定比例的職業技術類學校，這就造成研究生基本的實驗技能差異較大，農業類相關基礎知識相差較大，基本的遺傳學實驗技能差異較大，這都給細胞遺傳學的實驗教學帶來一定難度，如何面向這些不同生源的、實驗技能差異較大的研究生開設好細胞遺傳學實驗是目前亟待解決的問題。

(2) 研究生人數遞增化。為實驗教學體系帶來一定難度。目前隨著研究生擴招，研究生數目日益增多，為細胞遺傳實驗教學帶來一定問題。研究生細胞遺傳學一般院系均沒有專門實驗室，實驗教學主要依托本科生的實驗室，實驗室儀器設備、實驗室條件相對較差，原有的實驗教學手段和方法急需改革。

(3) 實驗內容陳舊急需改革。一方面研究生和本科生實驗的教學內容相互重疊，僅實驗材料不同；另一方面,實驗教學方法僵化,手段落后, 很難激發研究生對實驗課程的興趣。此外，分子遺傳學促使細胞遺傳學飛速發展，傳統細胞遺傳學實驗教學體系已不能滿足研究生科學研究的要求，如何改革實驗內容，使之與前沿科研相結合，提高研究生的學習興趣，真正達到對研究生科研能力，創新能力的培養已成為當務之急。

2 實驗教學改革措施

2.1 整合實驗教學資源, 優化實驗內容

(1) 有選擇的保持傳統基礎實驗教學內容。針對研究生來源較廣，基本的實驗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驗內容有所重疊，我們將有絲分裂及減數分裂制片與觀察兩項實驗內容刪減，將其穿插到其它細胞遺傳實驗中，如利用減數分裂及有絲分裂制片進行染色體結構和數目變異的鑒定，一方面可以幫助專業基礎薄弱的研究生盡快掌握細胞遺傳學所需的基本技能, 另一方面對基礎較好的學生來說又增加了新的實驗性內容。

(2) 緊密聯系實踐。在實驗內容安排上，我們緊密聯系實際，針對實踐上存在的問題，有目得的利用細胞遺傳實驗方法來進行解決，這樣能最大程度的調動研究生學習和實踐的積極性，并對細胞遺傳這門課程產生濃厚的興趣。染色體結構變異和染色體數目變異是細胞遺傳學研究的兩個非常重要的分支內容，同時為了更好地在生產實踐中加以利用，對其準確的鑒定顯得格外重要，所以我們安排染色體數目變異的鑒定(如單體，缺體，缺四體及重雙端體等的鑒定)和染色體結構變異的鑒定(小麥1BL/1RS易位系的鑒定等)兩項實驗內容。對每一個實驗項目，均準備根尖和幼穗兩個材料，研究生可同時使用兩種方法(有絲分裂和減數分裂)進行數目和中期構型鑒定與相互印證，這樣對研究生科研能力的培養很有幫助。

(3) 進一步優化細胞遺傳學核心實驗技術。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深淺不同的帶紋，用來鑒別個別染色體或染色體組，深入研究染色體的成分、結構和功能。染色體分帶已經成為研究細胞遺傳學、植物染色體工程育種的重要技術手段。但是，由于實驗過程較長, 程序較復雜, 實驗條件要求嚴格, 因而對于研究生實驗教學來說成功率較低(<10%)。為了提高實驗質量, 使研究生不僅掌握試驗流程，更重要的是真正掌握這項核心技術，我們不僅對實驗程序進行了優化，并做到實驗前進行預實驗，通過實踐表明成功率超過80%，獲得了顯著的良好效果。

(4) 跟蹤學科發展前沿，增加分子細胞遺傳實驗內容。隨著遺傳學和分子生物學的飛速發展，許多新的技術手段被廣泛應用于細胞遺傳學，促使細胞遺傳學也產生飛躍發展，例如分子標記技術，生物化學技術等應用于細胞遺傳學，能直接在DNA水平上快速準確的鑒定外源遺傳物質[9-10]。為了跟蹤學科發展前沿，把最新的實驗技術和科研成果應用到細胞遺傳學實驗內容體系中，我們設置了新的細胞遺傳實驗內容，如植物染色體原位雜交技術和利用APAGE技術鑒定1BL/1RS易位染色體。染色體原位雜交技術是在研究內容和研究方法上將傳統的細胞遺傳學和分子遺傳學互相結合的新型技術，該技術為外源物質的檢測，進行某一特定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染色體組間的部分同源關系，研究物種起源進化及物種間的親緣關系以及分析導入不同核背景中的染色質的定位、行為、表達及結構等方面發揮了重要作用，該實驗的開設為研究生的科研工作打下了良好的基礎。

2.2 改進和創新教學方法與模式

(1) 教學方法改進。教學方法的改進必須以學生為主體，改革的目的是培養研究生的實驗技能、實踐能力，培養研究生學習的主動性和獨立性，引導研究生在學習的過程中善于提出問題、思考問題和分析問題[11]。在實驗教學過程中，我們發現啟發式、討論式的教學方法應用于實驗教學同樣很有效果，通過在實驗中先設置疑問來激發研究生探尋知識與實驗技術的熱情，引導學生去分析和思考觀察到的實驗現象，充分調動了學生在實驗教學中的積極性，激發他們獨立解決問題的愿望，使他們的實踐能力得到培養。

另一方面在實驗教學過程中充分利用現代實驗教學手段。將多媒體課件和網絡教學手段像遺傳學理論課程教學一樣廣泛應用于遺傳學實驗教學中, 努力加大信息量, 積極拓展課堂實驗教學的有限空間，改變傳統的黑板 + 粉筆 + 嘴巴的實驗課理論教學模式[12-14]。通過現代化的教學手段將實驗原理、方法、步驟和過程生動形象地、直觀地展現給學生, 使學生的聽覺、視覺和觸覺全面參與感知活動, 最大限度地調動學生的學習熱情、積極性, 從而提高學習效率。

(2) 加強研究性實驗操作的教學設計。在實驗內容和實驗材料的準備上，我們放棄了原來給研究生統一的實驗材料，取而代之的是根據實驗內容，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，需要研究生通過實驗進行準確鑒定。比如染色體數目變異的鑒定，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，學生任務明確，實驗又具有挑戰性，研究生進行實驗的積極性大大提高，通過研究性實驗操作的教學設計，帶有任務性的進行實驗的改革舉措，不僅明顯提高了實驗教學效果，還為實驗材料的鑒定和保存真正起到了由實驗主體來完成的作用。

(3) 引入實驗助理。 隨著選課人數的增多，研究生實驗課已超過原來15人一組的小班授課，為了不降低研究生實驗質量，我們嘗試引入實驗助理，實驗助理從高年級的研究生中遴選，輔助實驗教師準備實驗，在研究生進行細胞遺傳實驗的過程中，巡回指導。由于實驗助理僅比實時參與細胞遺傳的研究生高一個或二個年級，彼此認識，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增多，實驗教師一人無法在有限的實驗時間內為每個研究生解決實驗中存在的具體問題。通過這一方式的改革，細胞遺傳實驗獲得很好的效果。

2.3 改革考核方法

實驗考核是保證實驗教學質量的一個重要手段, 實驗考核不僅能督促學生認真進行實驗、檢查學生對知識和技能的掌握程度, 了解學生的動手能力及理論知識的不足之處, 同時還可以檢查教師的教學效果[15-18]。原來細胞遺傳只是單一根據實驗報告來進行考核。現在，我們在引入實驗助理的情況下，就可以多方面的技能來進行考核，比如考核可以分成三部分，即實驗操作考核成績、實驗報告成績以及平時成績(主要指平時上課的學習態度), 各成績所占比例依據具體專業、具體情況制定, 使最終的實驗考核成績客觀、公平、公正, 真正體現了高分、高能, 保障學生的學習積極性和熱情。

3 結 語

細胞遺傳學實驗教學是農林院校細胞遺傳學教學的重要組成部分, 是鍛煉學生操作能力、觀察能力、思維能力以及運用能力的一個重要途徑, 也是培養學生創新能力和創新精神的一個重要手段。更新實驗內容, 是培養學生創新能力的關鍵 , 我們在細胞遺傳學實驗內容上做了一些初步的改革嘗試, 提升了學生對細胞遺傳學實驗的興趣和認識。隨著分子遺傳學和細胞生物學研究手段不斷深入發展, 實驗內容也作出相應的改善和調整, 使實驗內容更能體現學科的基礎和學科發展的水平。另外，在實驗教學方法和手段上及考核制度上都隨著細胞遺傳實驗教學內容也進行了不斷地改革和嘗試，從而均強化了適應培養現代生命科學人才的需要，同時收到了很好的教學效果。

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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

高等學校博士學科點專項科研基金(20090204II0024)；西北農林科技大學教改項目(JY1301001)

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

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

G 643.2; Q 343

A

1006-7167(2015)08-0166-03