注重學生創新能力培養的遺傳學教學改革探討

胡軍 王洪預 溫海嬌 王聚斌 王慶鈺 都興林

摘要：遺傳學是生命科學相關專業的一門重要的、理論與生產實踐緊密聯系的專業基礎課程，同時也是一門新知識、新技術層出不窮，發展非常迅速的學科。為適應學科的發展和社會對創新性人才的需求，本文分析了遺傳學課程對學生創新能力培養的作用，在遺傳學教學過程中注重學生創新能力培養的改革舉措。具體就培養學生的創新思維、轉變教師的教學理念、激發學生的創新欲望、在科研實踐中提升創新能力和更加科學合理的考核方式等多個方面進行了教學改革的探索和實踐。

關鍵詞：遺傳學;創新思維;創新能力;教學改革

中圖分類號：S-01文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815066

收稿日期：2020-06-25

基金項目：吉林大學本科教學改革研究項目（項目編號：2019XYB378，2019XYB372）;吉林大學本科創新示范課程項目（項目編號：2019XSF055）

作者簡介：胡軍，男，博士。研究方向：遺傳學和玉米遺傳育種方面的教學和科研;通信作者都興林，男，博士，教授，院長。研究方向：水稻遺傳育種方面的教學和科研。

引言

遺傳學是研究生命的遺傳與變異的科學，生物體性狀的傳遞和變異，基因的組織與表達，群體基因的結構與分子進化等無數讓人感興趣的科學問題的聚合，構成了一門生命科學中的重要學科——遺傳學[1]。同時，遺傳學還是一門與生產實際緊密聯系的基礎科學，遺傳學理論可以指導植物、動物和微生物育種工作，加速育種進程，提高育種工作的成效。遺傳學與醫學也有著密切的關系，開展人類遺傳性疾病的調查研究，探索癌細胞的遺傳機理，可為保健工作提出有效的診斷、預防和治療措施，因此無論是理論研究還是生產實踐，遺傳學都具有十分重要的作用[2]。

近20a來，步入“功能基因組時代”的遺傳學展現了巨大的新的生命力，利用結構基因組所提供的信息和產物，系統全面地分析基因的生物學功能，使人們對于遺傳與變異的認知在深度和廣度上都有了質的飛躍。遺傳學知識越來越豐富和復雜，與其它學科的結合與滲透，呈現交叉與前沿化的趨勢，而學科固有的知識體系框架亟待發展，傳統的教學方式方法、教學的組織形式與評價等方面亟待創新[3]。近年來，隨著高考改革的逐步推進，大部分高等院校都采用大類招生的模式，對于植物生產大類農學、植物保護、園藝等專業而言，生源質量和就業前景有下滑的趨勢。為適應學科發展和社會需求，在遺傳學的教學過程中強化學生創新意識和創新能力培養，培養具有卓越創新能力和優良專業素質的高質量人才，是適應遺傳學學科發展的需要，也是高等教育改革的必然趨勢[4]。

1遺傳學課程對學生創新能力培養的作用

遺傳學是吉林大學植物科學學院面向植物生產大類專業開設的一門重要的專業基礎課程，課程內容涉及面廣，包括經典遺傳學、分子遺傳學、群體和數量遺傳學等若干板塊。概念抽象，知識體系繁雜，通過本課程的學習可以培養學生的抽象思維、邏輯思維和創新思維。經典遺傳學的3大基本遺傳規律是以遺傳傳遞概率為核心的知識體系，具有嚴謹的邏輯推理過程，孟德爾首先提出了遺傳因子的概念，遺傳因子可以獨立分離和自由組合，彼此之間互不融合與干擾，顆粒遺傳相對當時達爾文泛生論所支持的融合遺傳而言，是創造性的思維[5]。另外，孟德爾所獲得的特定遺傳分類比例都需要觀測較大的樣本數量，而樣本量較小時，遺傳比例易受隨機因素的影響產生較大地波動，進一步引導學生在進行生物試驗研究時，應具備科學的數理統計方法。生命科學快速發展的今天，全基因組的高通量測序所獲得的海量基因信息，沒有適當的數理統計方法作為有力的分析工具，將會寸步難行。

DNA分子結構模型理論提出以后，促使遺傳學學科的發展進入了“快車道”。遺傳學研究也從揭示個體性狀遺傳和變異的奧秘，進一步深入分子水平研究基因的結構與功能、基因的作用與性狀的表達之間的分子機理。進入分子時代以后，DNA重組技術、高通量測序技術、PCR技術、基因編輯技術、全基因組關聯分析等為代表的眾多新技術和新方法的突破，使得分子遺傳學成為遺傳學科最有生命力和創造力的強勁增長點[6]。群體遺傳學側重孟德爾群體中等位基因和基因型頻率等遺傳參數的變化規律研究，與農業生產實踐關系密切。如，玉米是一種產量很高的糧食作物，也可為飼料加工和新能源生產提供原料，玉米種質資源種類豐富，科研人員對全球范圍內75份野生、地方特有及遺傳改良的玉米品系進行分子水平遺傳多樣性研究，揭示各個品系之間存在廣泛地染色體結構變異，還發現數百個具有強烈人工馴化和選擇信號的基因，這對于玉米新品種培育具有重要的指導意義[7]。

2教學過程中對學生創新能力培養的改革探索2.1培養學生的創新思維

培養學生的創新能力要培養學生的創新思維，創新思維是與習常性思維相對應的，按現有的程序、現有的模式、現有的經驗進行思維不能稱之為創新思維。思維活動是由思維結構所決定的，在長期學習和生活過程中所學習的知識和方法，所形成的觀點和經驗構成了思維結構的基本要素，這些要素是逐步累積于大腦之中的，這種思維結構有其穩固性和延續性，往往導致因循守舊的思維定勢[8]。在教學過程中，應注重啟發學生思維活動的批判性，對傳統的思維模式或傳統的理論體系不斷地進行反思與批判，反思前人設定的界限，突破舊有的或現有的知識框架，才能有所創新，創新思維的養成是一個在肯定中否定，在否定中不斷開拓前進的學習過程，即教導學生學會用懷疑的、批判的視角去審視前人的研究成果[9]。通過聯想、想象和類比等發散性思維方式，找尋事物之間原以為不存在的聯系，基于現實又超越現實，克服事物屬性的差異，讓思維在不同類屬事物間自由跨越。如，基因突變是自然界廣泛存在的一類現象，前蘇聯的遺傳學家瓦維洛夫提出了遺傳變異的同源系列法則，該學說認為了解到一個作物內具有的變異類型，可以預見在近緣的其它作物中也存在相似的變異類型，該學說現在得到了基因組學分子層面的證實，通過這個案例可以引導學生在更高的認知層次對基因突變的特征進行再認識。

2.2轉變教師的教學理念

傳統形式上的教學是教師傳授知識，學生接受知識，學生學習知識的深度、廣度、范圍是以教師為中心，以知識為本位的，而學生處于被動地位。這種傳統的灌輸式教學不利于學生創新能力培養，教學過程應該是教與學雙方的一個積極互動，是一個相互依存、不可分割的有機整體[10]。以培養學生創新能力為核心目標的教學，不再是教師的“一言堂”，教師應該努力營造一個學生思維活躍、暢所欲言，充分發揮學生創造精神的課堂氛圍，啟迪學生發現問題、提出問題，教師和學生一起分析問題、解決問題。鼓勵學生積極獨立地提出問題比解決問題更重要，對學生的獨立思考能力、創造性想象力的訓練價值是巨大的[11]。就遺傳學課程的教學而言，不以教授遺傳學知識點的數量多少為優劣，對遺傳學的學習不再只停留在概念的記憶和原理的理解層面，采用案例式教學等方法將多個知識點整合成一個案例，提高學生綜合運用所學知識分析和解決遺傳學問題的能力[12]。還可以給學生提供一些科學史或遺傳學領域的名人傳記等素材，了解前人做出重大科學貢獻時所處的時代背景、科研環境，在繼承前人的知識基礎之上，學習和領悟前輩科學家思考科學問題、解決科學問題的方式，進而儲備挑戰未知科學問題的創新能力[13]。

2.3激發學生的創新欲望

如果創新活動有趣且讓學生感興趣，那么學生一定會積極地參與進來，并且能抽出課余時間來完成各項試驗項目。動機和情感是保障學生持續進行創新性學習的必要條件，其可以保證學生以一種富有意義的方式來獲取創新活動所需要的知識與技能[14]。根據教育心理學原理，教師應該關注學生進行創新性學習或研究的內在動機，動機的重要性在于其涉及學生在專業領域的自我認知，在教師的引導下學生追求個人興趣和能力提升時會產生一種尋求并克服創新挑戰的本能傾向，進而激勵學生去做那些本來不一定要做的事情[15]。教師創設與課程知識點相關的問題情景，如，在介紹細胞的遺傳學基礎章節時，正常細胞的有絲分裂過程是將遺傳物質均等地分配到子細胞中，2個子細胞均獲得與親細胞相同的遺傳信息拷貝。而在一些特殊情況下，細胞的有絲分裂會出現異常，如果蠅幼蟲唾腺細胞中的染色體不分裂導致多線染色體的產生，細胞有絲分裂檢查點的功能缺陷與癌癥的發生密切相關，就上述問題更深一層次的機制機理可讓學生課后分組查詢相關文獻，進行延伸閱讀，學生間、師生間相互討論。每個人都有自己看待科學問題的獨特視角，互相啟發會將彼此的思維導向一個新的領域，在具有創造性的過程中滿足學生學習過程的情感需要，收獲友誼感與成就感。

2.4在科研實踐中提升創新能力

實踐出真知，荀子說：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。”吉林大學年度“大學生創新創業訓練計劃”項目立項申報工作一般在6月中下旬完成，與大二年級學生遺傳學課程春季授課時間相符，在課堂上引導和鼓勵學生主動投入到科研實踐中去，積極申報創新創業項目。同時也會針對項目申報中的一些具體問題在課間或課后與同學進行交流，如研究方向的確定、學術文獻的檢索、方案的設計、實驗的開展、數據的處理、項目的規劃與實施等。筆者從事玉米遺傳育種科研工作，在課堂上也會介紹課題組的科研進展，科研過程中的收獲與經驗。如，在講述近交與雜交的遺傳效應時，玉米雜交種自交會使后代基因分離，群體性狀分化，出現自交衰退，帶領學生進入玉米育種試驗地考察玉米自交早代分離群體的性狀表現;在交流的過程中，對玉米遺傳育種感興趣并意愿從事相關研究的學生，指導其申報學校與玉米遺傳育種相關的大學生創新項目。如，作為指導教師帶領2014級農學專業的5位學生進行玉米數量性狀的遺傳效應分析與配合力測定試驗，相關試驗結果發表在《中國農學通報》[16，17]和《黑龍江農業科學》[18]等專業期刊上。如，在植物雄性不育性的利用及物種的形成方式等具體章節內容的教學過程中，針對授課學生的專業性質，以我國雜交水稻之父袁隆平院士和小麥遠緣雜交育種奠基人李振聲院士為例，介紹其科研成就，勉勵學生向本專業領域的榜樣學習，在科研實踐的廣闊舞臺上發揮自身的聰明才智，磨礪品行，增長才干，做出成績。

2.5更加科學合理的考核方式

鼓勵學生創新，注重學生創新能力的培養，課程教學效果的評價及課程的考試也應該進行相應調整。不應該沿襲以往的卷面成績占總評成績大部分比例的考核方式，閉卷考試的成績比重應在50%左右，提高平時成績和實驗成績的占比。平時成績可以參考出勤情況、章節的作業考評、查閱最新外文文獻并綜述形成小論文的成績、教學過程中提出問題和分析問題等專題討論時的課堂表現等。當然，教師也應充分理解學生憑借已有的知識和能力水平在創造性的思維過程中出現的不足，乃至錯誤，從不足和錯誤中學習有時還能獲得更好的教學效果。期末的卷面考試中降低選擇、判斷等客觀題的占比，不讓學生形成應付期末考試時死記硬背標準答案的思維習慣，而且以為標準答案就是唯一的、最佳的，在教育中充滿必然的結論是對學生創新能力的扼制[19]。提高無標準答案主觀題的占比，如論述3大遺傳學規律的實質，并談談孟德爾和摩爾根發現遺傳學的規律給予的啟發;再如芭芭拉·邁克林托克發表玉米“跳躍基因”的研究論文時，不被當時主流遺傳學家接受，認為簡直是天方夜談，請談淡其所發現的轉座因子的科研價值以及其事跡對從事科學研究的啟迪等。實驗課的成績考評除了參考實驗報告以外，要更加重視實驗操作者的過程性和規范性，以及在綜合性與設計性實驗中的綜合表現。

3結語

課程教學是培養學生創新能力的主要渠道，遺傳學作為一門既古老又嶄新的學科，與當前生命科學相關專業的研究熱點和研究前沿是緊密聯系的，其課程特點和性質決定其對學生創新能力的培養有著重要的作用。教與學是有機統一、相輔相成的，在教學改革過程中，在教師和學生2個維度上實現內涵的轉變，即教師不僅傳授學科知識，更要傳授科學研究的方法，在指導學生圍繞專題進行發現、分析和解決問題的訓練過程中，讓學生在主動與自覺的狀態下完成知識的汲取， 去參與、去感受、去發現、去研究、去創造。教學形式和教學方法上是可以多元并舉的，在信息化時代，善于利用豐富多彩的網絡多媒體資源，關鍵在于激發學生的學習興趣和創新欲望，教師作為學生課程學習的引領者和促進者，致力于實現學生創新性學習的主體地位。

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（責任編輯周康）