新農科背景下遺傳學課程教學改革探究*

隋炯明，鄭春花，朱 虹，喬利仙，唐艷艷

（1.青島農業大學 農學院，山東 青島 266109；2.青島農業大學 圖書館，山東 青島 266109）

遺傳學是眾多涉農專業的基礎課，在整個生命科學的教學中有著舉足輕重的作用。目前，生命科學發展迅猛，隨著新技術、新方法不斷出現，遺傳學的研究范疇更是大幅度拓寬，研究內容不斷地深化，培養具有遺傳學基本知識和創新能力的研究人才迫在眉睫。傳統的教學過程、教學方式和方法已面臨著嚴峻挑戰，教學改革和創新成為必然。2018年12月，教育部召開新農科建設研討會，提出要以現代科學技術改造提升現有的涉農專業[1]。新農科建設為涉農專業人才培養提出了新思路、新目標與新挑戰。教育部根據《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》[2]，啟動了國家級虛擬仿真教學中心的建設工作，確立了虛擬仿真技術在教學中的重要地位，為利用虛擬仿真技術創新農學類相關課程提供了機遇[3]。新技術的出現和發展為創新遺傳學課程提供了機遇，也為新農科建設提供了保障。

1 遺傳學課程教學存在的問題

1.1 教學條件不能滿足學生的需求

隨著培養目標的不斷提高，現有的教學條件已不能滿足學生的需要。如講授《孟德爾遺傳》一章的雜交過程時，農學院雖然建設了作物認知園，并種植了各種作物，但有些材料的培養周期比較長，學生無法體驗去雄和雜交過程。講授《基因突變》一章的突變體時，突變體還沒表現出性狀，學生無法親自觀察突變體的表型。《遺傳與發育》一章要求較高的組織培養操作條件，已建的組織培養實驗室空間有限，不能滿足全部同學在課堂上親自動手操作，更不能保證操作的質量。這些條件都限制了遺傳學課程的開展。

在講授實驗課時，現有的教學條件也難以達到實驗的預期效果。如開設的遺傳學實驗——“果蠅唾液腺的解離和觀察”，需要在解剖鏡下操作，由于學生對唾液腺沒有直觀的印象，很多學生在這種微觀環境下難以找到唾液腺。在剝取植物莖尖時，由于莖尖很小，學生需要在超凈工作臺中的解剖鏡下操作，很多學生的操作難以達到理想的效果。這些問題在原有的基礎上很難解決。

教學過程中還存在教學與科研不能融合的問題。學校、學院平臺和各個科研室已購置部分先進實驗儀器，但是學生很難接觸到這些高端的儀器設備。如《基因突變》一章介紹了物理誘變的方法，雖然已從清華大學購置了等離子體誘變育種儀，但由于設備昂貴，試劑開銷大，學生很難接觸到這些先進的儀器，更無法了解這些儀器的操作過程。另外，教師雖然積累了大量的科研成果，但難以直觀地融入教學過程。

1.2 不同專業的培養目標有差異

以農學院為例，設置了農學、植物科學（藥用植物方向）、煙草、種子科學與工程4個專業，從2018年起增設了公費農科生班，2020級增設了農學和煙草的創新班（與中國農科院作物所和煙草所聯合培養）。不同專業對遺傳學的知識需求有差異，很多學生想了解自己專業領域的進展情況，這就需要教師有針對性地開展授課，進行個性化教學。

1.3 教學模式陳舊，學生學習積極性不高

目前，遺傳學課程主要采用多媒體授課，課堂教學仍然是教師講授為主，學生在課堂上學習知識，課下通過一定量的作業、練習、實踐等內化知識。這種情況下師生之間缺乏交流互動，教師不能及時了解學生的學習進度，學生在被動接受知識的情況下逐漸失去學習的興趣和積極性。這種陳舊的教學模式不僅不能發揮學生的學習主體作用，還會阻礙學生的個性化發展，扼殺學生的創新性思維。

1.4 考核方式單一，不能全面考察學生的學習水平

在原有的遺傳學課程教學中，評價方式主要以期末考試成績為主。原有的考核標準是考勤成績占10%，平時成績占20%，期末考試成績占70%。在這種評價模式下，由于期末考試成績占比過高，且考核形式過于單一，學生通過死記硬背可以暫時應付考試，但是考后甚至連基本概念都記不住，對遺傳學基本理論的理解和實踐應用能力的培養更是無從談起。所以傳統的考核模式無法了解學生的真實情況，綜合能力得不到提升，不符合新農科背景下高校人才培養的基本原則。

2 新農科背景下遺傳學課程改革舉措

2.1 創新教學和實踐模式

虛擬仿真技術為創新農學類相關課程提供了機遇。翻轉課堂對學習知識和內化知識的時空進行了翻轉，增加了學生之間、師生之間的互動。

在山東省新舊動能轉換項目和學校教改項目的資助下，我們在遺傳學課程中開展了虛擬仿真技術的應用和翻轉課堂教學。我們利用虛擬仿真技術將植物生長過程中復雜或微觀的場景進行虛擬展示，從而打破時空限制，實現了資源共享。把枯燥的理論變為可視化的場景，使學生可交互式參與，引發了學生濃厚的興趣，從而達到理論聯系實際的目的。如我們制作的果蠅幼蟲培養和唾液腺剝離過程，可幫助學生輕松完成這個實驗。虛擬仿真技術輕松實現了課程知識的交叉融合，讓學生對每種作物的生產過程有詳盡的了解。學院建設了薯遺傳育種虛擬仿真課程，將甘薯雜交、脫毒、快繁、育苗、移栽、收獲等環節融合在一起，將遺傳學、育種學、栽培學、組織培養等課程有機結合，有利于學生深入學習多個流程的相關知識。

同時，通過翻轉課堂進行了遺傳學教學改革。我們利用智慧樹平臺上的中國農業大學線上資源，提前布置每次課的學習任務，由學生自主完成學習。線下教學過程中，為了檢驗學生的自習效果，教師首先對章節內容進行梳理和歸納總結，對于知識難點和盲點進行重點強調和解釋。課程中間，也是翻轉課堂的重要環節，可以按照教學平臺上發布的知識點，教師隨機安排給各小組，各小組按順序匯報，時間 5～10分鐘，其他學生可提出質疑，并進行討論交流。教師對各組匯報進行點評，對疑難點答疑解惑。最后，師生共同總結教學內容，對學生遇到的問題或錯誤操作進行糾正指導；也可進行提問式討論，每位學生都要參與其中，將課前預習總結的問題和自己的體會進行師生、生生之間的交流互動。教師在課堂上不僅要進行相關問題的講解，還要將專業相關領域的知識點進行延伸，理論與實際相結合，以深入淺出的形式進行補充教學，這樣能達到事半功倍的效果。

虛擬仿真技術和翻轉課堂的應用豐富了學生的學習內容，開拓了學生視野，有利于學生科研思維的培養。學生可隨時學習，調動了學生學習的積極性和主動性，激發了學生的學習興趣，促進了學生的自主學習，為大學生實踐和創新能力的培養開辟了新的途徑。我們的課程將多個環節融合后，為農學類學生特別是公費農科生的培養提供了便利條件，他們畢業后在鄉鎮農技推廣部門工作，將來會在鄉村振興中發揮重要作用，他們需要了解每種作物的整個生產過程，為科研成果的推廣搭建橋梁。

2.2 教學與科研相結合，優化教學內容

我們利用虛擬仿真技術打通教學和科研兩大平臺，教會學生在虛擬環境中掌握先進儀器的基本技能和操作，使科研平臺在虛擬環境中得到利用，開拓學生的視野，讓學生愛上所學的專業。虛擬仿真技術還可將我們教師的科研成果直觀地融入教學過程，拓寬學生的知識面，提高學生的創新能力。我們將近紅外光譜儀快速測定樣品的品質性狀，等離子體誘變儀的誘變流程制作成虛擬仿真視頻，讓學生了解常規育種與先進育種技術和輔助手段相結合，可以大大加快育種的進程。

在學習專業基礎知識的同時，我們也注重培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。在學習課程內容的同時，鼓勵同學將課本知識進一步物化，將理論知識和實踐相結合。如介紹發根農桿菌時，學生不明白發根農桿菌和根癌農桿菌的區別，我們提供給學生帶有熒光標記的載體，讓學生通過發根農桿菌轉化甘薯，并建立快速檢測體系，可利用熒光檢測發狀根的生長情況，讓學生有直觀印象。結合教師的科研項目，教育部、山東省教育廳和學校設立的大學生創新創業訓練計劃以及學生的課程論文、畢業論文等內容，設置了差異化的實習內容，讓學生將實習過程中學到的遺傳學知識應用到課外實踐訓練中，培養農學類學生創新創業理念和創新能力，成果凝練后可參加國家、省市或校級的創新創業競賽，增強學生的科研興趣和獲得感。根據國家設置的大學生“挑戰杯”創新創業訓練項目和“互聯網+”，學校開展了相應的競賽，在學校層面評比篩選出優秀成果，可參加省級競賽和國家級挑戰杯競賽。

另一方面，在實習過程中我們建立了“專業認知+科研技能+畢業實習”整合的實踐教學模式。創新性地提出“導師制”，對于不同專業，設置不同的科研訓練模式。針對農學和煙草創新班的學生，我校與中國農科院作物所和煙草所鑒署聯合培養協議，在大學一年級期間開始選擇校內導師進行指導，開展科研訓練，大學四年級時到聯合培養單位進行實習；針對公費農科生的學生，在大學二年級時開始選擇校內導師進行指導，開展科研訓練，大學四年級到山東省農科院和定向培養單位實習一年。這些都將進一步提升學生專業實踐創新能力和本科人才培養質量。

2.3 構建合理的教學考核和質量評價體系

針對之前考核體系及成績評定方式存在的弊端，我們進行了教學評價方式的改革，逐漸在教學過程中建立多元化考察的方式，注重教學過程中學生分析問題和解決問題的考核，同時又能反映學生對知識掌握的情況以及解決問題的能力。我們利用智慧樹平臺強化了學習過程管理，增加了線上課程學習和課外學習環節的考核，降低了卷面成績的比重，加大平時成績的比重。現在考核成績構成調整為期末考試成績占50%，平時成績占40%，考勤占10%（在智慧樹平臺考勤簽到）。平時成績由線上課程學習和課外作業兩部分構成，其中，線上課程學習占20%，由智慧樹平臺自動監控每個學生的學習進度和學習時間，自動完成單元評測的批改；課外學習占20%，包括課外作業、論文撰寫、課外閱讀、項目實操、小組協作等。在布置課外作業時，結合遺傳學知識，依托學院建設的青島市作物認知園，讓學生擔任作物知識宣講員，為師生講解各種作物的特點和基本情況，并布置作業調查認知園作物的拍照、分類、數據整理。通過改革課程考核評價體系，既調動了教師教學的主動性，又調動了學生學習的自主性和協作能力，避免了學生平時不學，考前臨時突擊即可拿到學分的現象。

2.4 思政元素與課程體系相融合，增強學生“學農愛農”的價值觀

在課程內容設計時，注重將思政教育融入課堂，如在課程上嵌入“農耕文明五千年”“中國農業農村發展70年”“偉大的脫貧攻堅”“中國農業的國際貢獻”“大國三農”等主題的視頻短片，讓學生了解當下中國農業農村發展面臨的主要問題和挑戰，以及國家在脫貧攻堅和鄉村振興中取得的一系列成果。另外，還可以把身邊的榜樣作為思政教育的案例。如給學生介紹“種子傳奇-袁隆平”“諾貝爾獎獲得者-屠呦呦”“王晶珊：把論文寫在鹽堿地上”“全國草莓大王-姜卓俊”，培養學生的社會責任感和歷史使命感。

3 結束語

新農科形勢下，對農科類人才的需求已經從單一的知識型轉變為實用型和技能型相結合，對農科人才的培養模式和體系也應進行重構和調整，從而適應新形勢的需要和發展。在“新農科”人才觀的指導下，培養內容應更加注重對農科人才在技術倫理、創新思維和應用實踐技能方面的訓練，在培養方式上，也應加大新技術的運用[4]。

遺傳學是一門需要理論與實踐相結合的課程，將虛擬仿真技術引入該課程的教學，不但可以豐富教學內容和方式，提高學生學習的積極性，還可將這一模式推廣到涉農類相關課程，進行資源共享，實現課程知識的交叉融合。但在建設虛擬仿真課程時，應遵從“虛實結合、相互補充、能實不虛”的指導方針[5]，將虛擬的和現實的項目相結合，不斷完善人才培養體系和先進的教學方法，提升教學水平，提高學生培養效果。

翻轉課堂為遺傳學的教學改革提供了便利條件，但在翻轉課堂的教案設計中，要堅持理論與實踐相結合，針對不同專業設置不同的案例，并將思政元素融入教學過程中。我們應以學生全面成長成才為中心，以培養理想信念堅定，具有社會責任感和“三農”情懷，具有創新精神、實踐能力和國際視野的學術精英和創新創業型人才為目標。