農林院校遺傳學案例教學體系構建及實施模式初探*

喬利仙，唐艷艷，朱 虹，隋炯明

（青島農業大學 農學院，山東 青島 266109）

遺傳學是生命科學領域中的基礎核心學科，也是農林院校生物及農學相關專業的必修專業課之一。該課程理論性和實踐性兼具，屬于生物類課程中內容抽象復雜難理解的課程之一。要學好這門課程，學生首先需要很好地理解遺傳學的理論體系，如遺傳的細胞學基礎、經典的三大遺傳規律、數量遺傳的分析方法、基因突變以及染色體畸變、細胞質遺傳與雜種優勢利用等理論知識，還需要掌握應用遺傳學知識解決生產及科研中的實際問題。在傳統的教師課堂講授式的教學模式下，學生主要通過被動聽講和做課后作業來進行學習，學習的積極性不高、學習效果不理想，考試不及格比例較大[1]。由于對所學專業知識的領會不夠深入，只停留在表面認識階段，并沒有實現知識的真正內化，更不能用學過的遺傳學知識去分析和解決實際問題。

因此，改變傳統的教學方法，開創有效促進教學的教學觀念、方法、手段以及培養模式的改變勢在必行。教師如何通過改變教學方法提高教學質量，培養出不僅能精深掌握專業知識與技能，而且對所學學科和專業充滿熱愛的專業型人才，才是大學教育的真正目的所在[2]。大學課堂，并不僅局限于簡單地傳授知識，還包括對學生學術認知和學術思想的影響，當課程結束時，學生會因為老師的引導對這門課程乃至這個行業產生興趣，老師真正做到教書又育人。

案例教學法，是指教師依據教學大綱及教學目的編制教學案例，并組織學生學習探討案例，針對案例中出現的現象和問題展開討論和交流，挖掘出案例中所包含的知識體驗，同時培養學生通過所學知識分析解決實際問題的能力，加深對所學知識的理解和應用[3]。在案例教學過程中，教師提供案例、提出問題，學生思考、討論、查閱書本等資料，師生共同完成知識的構建，這種教學形式注重培養了學生的學習能力和應用所學知識解決實際問題的能力，而且培養訓練了學生的創造性思維[4-5]。國內外高校教學實踐證明，案例教學可以激發學生的學習興趣和熱情，培養學生創新思維，提高學生汲取知識、探索知識和應用知識解決實際問題的能力[6-7]。作者根據多年的遺傳學教學和科研經驗，在本校農學專業遺傳學教學中開展案例教學法，旨在提高課堂教學質量和教學效果，提高學生運用遺傳學知識解決實際問題的能力，培養學生對這門課程乃至相關領域的興趣和熱愛。

1 案例的選擇及案例庫的構建

建立豐富適用的教學案例庫是實施案例教學法的前提。教學案例庫的建設應緊密圍繞教學大綱展開，收集相關案例資料，并編寫成為適于教學使用的教學案例，保證案例具有知識性、趣味性和適用性。作者根據本校農學專業教學大綱及教學內容設置的經典案例（圖1）。

圖1 遺傳學教學案例設置框架

所使用的案例包括遺傳學發展中的經典案例，如孟德爾在教堂利用業余時間進行豌豆雜交試驗長達8年（沒有熱愛是無法完成的），根據試驗結果通過抽象思維提出遺傳假說，再用不同的方法進行驗證，然后提出遺傳規律，并撰寫論文發表。但在當時的時代背景下，他提出的遺傳規律遠遠超前于當時科學界的認知水平，很多權威人士都不認可他的工作。孟德爾在闡述遺傳規律中遇到了種種困難及不公正待遇，他在后期研究中因所選取研究材料不當甚至帶來更大的質疑。1884年孟德爾英年早逝，直到去世后16年（1900年）遺傳規律才重新被他人發現[8-9]。因此，分離規律和獨立分配規律的發現本身就是一部很好的遺傳學史學學習材料。通過此案利的剖析，學生猶如回到了過去，見證了歷史，能夠真正領悟到歷史人物的偉大之處以及遺傳學規律對遺傳學的超前引領作用。其實每個偉大的發現都是一個個曲折的、扣人心弦的歷史事件。像講故事一樣給學生講授相關專業知識，學生不僅掌握了專業知識，而且學習到了研究方法和研究思路。既熟知了研究過程，也讓學生明白了科研工作的艱辛和不易，即使是天才有時也難避免悲慘的命運。因此，在選擇專業和工作時首先要心隨我愿，有了興趣和愛好就不會懼怕挫折，在遇到困難的時候就不會停滯不前，妄自頹廢。再如摩爾根被稱為“數果蠅的教授”，視果蠅為掌上明珠，對果蠅的關注程度遠遠超出了對自己孩子的關愛，尤其是那一只經過誘變獲得的白眼雄性果蠅“查理一世”，由于是來源于輻射誘變的突變體，“查理一世”很虛弱，隨時都有死亡的可能，摩爾根對它是百般呵護，“查理一世”最終在與一只紅眼雌果蠅交配后死去；F1代“查理二世”全部為紅眼；F2代“查理三世”中觀察到了紅眼與白眼3∶1的分離，這與孟德爾的分離規律完全符合，從此摩爾根從一個孟德爾定律的反對者變成為一個忠實的支持者和擁護者。而且摩爾根發現“查理三世”中白眼全部為雌蠅，據此提出白眼基因跟隨X染色體遺傳的現象叫做“伴性遺傳”。隨后，摩爾根通過雜交試驗發現了基因的連鎖現象并提出了第3個遺傳學規律——連鎖遺傳規律，完善了孟德爾遺傳規律，與孟德爾并列成為遺傳學的奠基人[8-9]。摩爾根本來出生于1866年，成名后的摩爾根對外宣稱自己誕生于1865年，一是因為從生物學角度來講，一個新生命的誕生起源于受精卵;二是因為1865年孟德爾提出了遺傳學的兩個基本定律，摩爾根后來繼承了孟德爾所開創的遺傳學說，并將其發展成為現代經典遺傳學理論，他好像就是為了繼續孟德爾的研究而來到了這個世界。除此之外，還有發現玉米轉座子的美國女科學家芭芭拉·麥克林托克（Barbara McClintock），以及為DNA雙螺旋結構做出卓越貢獻但并未共同分享諾貝爾獎的美國女科學家羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Elsie Franklin）。通過這些在遺傳學發展上做出突出貢獻的世界偉人及其相關研究工作經典案例的剖析和使用，使枯燥生澀的遺傳學知識變得形象化，放到特定史實背景中去理解每個經典發現的遺傳學及社會學意義，使得相關知識點的學習猶如聽故事，學生不再僅僅局限于去理解教材上羅列的生澀難懂的文字描述，文字描述變成了故事就如增添了生命力變得鮮活起來。這樣的案例教學不僅使學生學到了專業知識，而且知曉了相關研究方法和研究過程，了解了科學發展史，整體上提升了科學素質和科研認知水平。

遺傳學理論與實踐為作物育種提供了理論指導和實踐經驗。2021年5月22日，袁隆平院士辭世，告別了他熱愛和奉獻了一生的水稻事業，全國上下都在緬懷袁先生。此時正值遺傳學課程教學進度到“植物雄性不育系”相關內容。袁隆平院士從最初發現水稻具有雜種優勢、發現水稻雄性不育株、建立三系配套及三系法雜交水稻；到建立二系法雜交水稻、一系法雜交水稻、超高產株型、超級雜交稻“種三產四”豐產工程以及耐鹽堿雜交水稻；最后提出利用遺傳工程技術開展第三代雜交水稻研究的倡議[10]。袁先生一生的水稻事業就是雜交水稻從無到有再到超高產發展的全過程，是遺傳學課程中植物雄性不育、雜種優勢以及數量遺傳學等教學內容的完美體驗與成功應用。通過袁先生與雜交水稻的故事，把這些不同章節的內容串聯起來，不僅有利于學生理解掌握相關專業知識，而且能了解如何將所學知識應用于實踐，切實解決農業生產中的實際問題，并進一步培養學生學農愛農以及投身于科技領域和農業建設的情懷，為我國農業建設和發展儲備科技人才。除此之外，還有為我國農業做出突出貢獻的李振聲院士、戴景瑞院士、喻樹迅院士，他們的研究經歷本身就是一部科學發展史，是遺傳學知識在農業領域成功應用的典范。由于受到課堂教學學時的限制，只能選取個別的經典案例進行教學，其他類似的案例教師只需要引導學生課后自己查閱資料撰寫案例，根據案例挖掘其中所包含的遺傳學內容，因為每個案例都有其獨特的特定點，不一定是使用了同一個遺傳學規律。同一個遺傳學規律的應用也不是只有一個案例，學生通過自己查閱資料發現問題進行學習和歸納總結，不僅鍛煉了總結概括的能力和寫作水平，而且大大提高了認知能力，認識到真正的學習絕不能停留在書本上，書本知識只有應用于實踐才能夠發揮其真正作用，實踐才是檢驗真理的唯一標準。

遺傳學和我們的日常生活密切相關，生活中的案例亦無處不在。比如錯換人生28年所涉及的遺傳學問題，以及整容所帶來的親子鑒定風波，全球對抗新冠肺炎的方法和手段，轉基因技術的核心本質以及其面臨的尷尬境地，克隆及代孕所涉及的遺傳學問題等等。作為一名農林乃至生物學專業的本科生，我們學習過遺傳學，相對于大眾來講就是專家，如何利用所學知識做出科學的分析和引導，而不是憑著感覺盲目信謠傳謠，這是每個學習者的一種社會責任。雖然未來我們不一定從事遺傳學相關的專業，但是經過這門課程的學習，我們要有遺傳學的科學素養，以及利用所學知識分析和解決實際問題的能力，這才是真正意義上的有效的學習[11]。因此，教學案例庫的范圍可以是非常廣泛的，包括歷史經典、研究課題、社會熱點等各個方面。學習無止境，大學課堂絕不僅僅是簡單地傳授書本知識，而是要讓書本知識動起來、活起來從而具有了新的生命力，這些知識的本質內涵是什么？有何實際應用價值？如何影響我們的生活？我們如何利用所學知識來解決生產和生活實際中存在的問題？遇到瓶頸問題時又如何從理論上去突破？基礎研究的目的究竟在哪里？為何科技落后就要被卡脖子或者被動挨打？新時期青年一代的使命是什么？自然科學和人文教育是不應該脫節的，因為教育的使命是育人，所以應培養具有科學及人文素養的新一代接班人。

2 案例教學的組織實施

教學案例可以有多種形式，從簡單實例列舉到復雜的項目研究案例，案例的具體實施要根據教學需求多種形式并用。對于簡單舉例可以由教師在講授時直接引入，學生現場反饋其所承載的知識點，學生反饋不夠的教師及時給予分析補充。對于重要卻不復雜的案例可以采取課堂現場提問和討論的方式，現場提出問題讓學生直接討論后再對學生進行提問，教師根據學生回答情況進行總結點評。對于復雜案例教師可以在課堂講授時引出案例，然后讓學生在課后查閱資料、分析總結，再經小組討論后以論文的形式上交，教師根據論文情況進行總結點評，論文成績可記為平時考核成績。由于教學學時數限制，案例不可能都占用課堂時間，可利用網絡教學平臺或班級課程微信公眾號發布案例，學生可根據自身學習情況選擇自己感興趣或者未完全理解掌握的相關內容案例進行在線作答或反饋，教師根據作答及反潰情況進行線上點評和成績評定。還可以讓學生根據自己的興趣和學習情況主動編制案例，然后交由教師修改和點評，經修改后有代表性的優秀案例可以引入案例庫直接用于教學。

3 案例教學的效果評價

本次遺傳學案例教學是首次針對本校農學專業、在總教學學時數未增加的情況下全面系統地實施案例教學。在學期末進行了問卷調查，學生普遍認為案例教學法激發了自身興趣，學習主動性極大提高，學習的東西記憶深難忘記，有興趣的同學也愿意投入更多的時間進行擴展性學習，和教師進行專業知識交流的時候話題也多了，對經典及現存的遺傳學相關案例甚至于有了自己的理解和見解，真正實現了專業知識的內化升級，學習的過程也不再枯燥難懂，反而變得輕松愉快起來。教師通過對學生學習案例的相關知識進行記錄評分，在期末考試之后將學生的案例學習成績與相關知識點的得分成績進行關聯分析，結果表明凡是在案例學習中能系統總結領會相關學習內容的同學，其相關知識失分點顯著減少，成績顯著提高。課程結束后半年再對這些學生進行追蹤評價，雖然也存在知識淡化和遺忘的現象，但是當讓他們把當時上交的案例論文拿出來讀一遍，大部分的內容都很快就能回憶起來；而當時沒有上交相關案例論文的同學，通過閱讀教材和查閱教學課件，能想起來的相關知識卻是支離破碎難回憶，需要投入更多的復習時間才能重新掌握。這兩組學生對知識掌握程度的差別就在于枯燥的知識的確難理解難記憶，而案例教學把相關知識點都編制到具體的案例中，學案例猶如聽故事，再經過主動學習和思索內化，自然印象深刻記得牢固。因此，案例教學就猶如給枯燥生澀的專業知識披上了色彩斑斕的外衣，適宜在全校其他專業中進行推廣應用。

4 存在的問題與展望

大學教學現在面臨的關鍵問題在于學生學習的積極性不高、缺乏學習的內在驅動力，加之受手機等網絡媒體的影響，網絡短視頻、網絡游戲、網絡文學、社交媒體、熱點報道等，任何一項都比教師的課堂教學要更有吸引力。所以如何將枯燥的專業知識盡可能地包裝成能吸引學生注意力的形式，激發學生的學習興趣和內在驅動力成為新時期教學改革的新目標。目前，新發展的翻轉課堂、混合式教學等均是基于這樣的教學目的和要求，案例教學法也是其中的一種教學形式。案例教學法的實施主體是教師，其實施效果取決于教師的專業素養、授課水平、個人魅力等多方面因素。這對教師提出了更高的要求，要求教師不僅要有深厚的學識基礎，還要與時俱進不斷學習、變更教學模式，更要有認真執著的敬業精神和奉獻精神，以及培養下一代接班人的責任感。

案例教學的目的在于通過給專業知識加載合適的載體來引起學生的學習興趣和學習主動性。因教學學時數限制，案例“宜精不宜多”[6]，簡單案例可涉及一到幾個知識點，復雜案例可以涉及多個知識點。簡單案例僅需要引入，不需要講透，可以留給學生課后學習和思考的空間；復雜案例也可以根據教學內容分為以教師為主的講授式和以學生為主的學習討論式。案例教學的目的不在案例本身，所以一定要針對案例進行分析解剖、挖掘出所包含專業知識的核心內容。所以案例教學切勿停留在簡單地講故事層面，透過案例分析核心知識點才是案例教學的真正目的所在。案例覆蓋的范圍要盡可能地廣泛，學生可以根據自己對相關知識的掌握情況自主選擇學習案例。科學引導督促學生正確使用教學案例，并對案例教學的效果進行科學評價。所以說，教師的作用絕不僅限于傳授專業知識，更應注重于引導學生的學術思想，以及培養學生的科研素質，為學生后期的職業規劃進行引導和提供幫助。農學專業在本科招生中本已遇冷，盡力把學生培養成熱愛農業并能投身農業的高級農業人才，是學校和教師的共同目標和責任。教師要充分利用有限且寶貴的課堂時間，不僅有效地傳授專業知識，更要注重引導學生成才，培養新時期農業科技人才，為我國實現農業現代化輸送合格人才。