水產養殖專業遺傳學實驗教學改革

張真，冉照收，沈錫權，明庭紅，呂志猛

水產養殖專業遺傳學實驗教學改革

張真，冉照收，沈錫權，明庭紅，呂志猛

（寧波大學 海洋學院，浙江 寧波 315211）

遺傳學是水產養殖專業的重要基礎課程之一，其實驗教學是幫助學生鞏固理論知識，掌握實驗技術的重要途徑．以寧波大學水產養殖專業遺傳學實驗教學為例，針對目前教學內容安排和考核方式的弊端，提出一系列完善措施，如引入以斑馬魚為載體的實驗教學內容，增加學生參與課前材料準備為依據的評價體系等．以期促進水產類學生學習與操作遺傳學實驗課程的參與度，提高學習效果，為水產類課程建設中的學生培養模式及實踐課環節提供參考．

水產養殖；遺傳學實驗；斑馬魚；考核方式

遺傳學是引領生命科學發展的基礎核心學科，也是實踐性很強的學科，其實驗教學可幫助學生鞏固理論知識．學習和掌握實驗基本技能的主要手段是大部分高等院校水產養殖類學生的必修科目之一[1]．現代生物化學和分子生物學等技術的快速發展，推動遺傳學理論和新技術的出現和進步，同時也對新時期遺傳學和遺傳學實驗的教學以及對學生的培養提出了更高的要求．遺傳學實驗是和遺傳學并行開展的獨立實驗課程，是理論教學指導實踐的重要環節，同時也是理論課程的深化和延伸．實驗課的教學內容和形式直接影響學生對實驗的投入度、主觀能動性以及創新思維[2]．本文以寧波大學水產養殖專業遺傳學實驗教學為例，針對現存實驗教學和考核方式存在的問題，提出具體改革方案，以期為水產養殖專業遺傳學實驗教學提供參考．

1　水產類遺傳學實驗課程基本情況

寧波大學水產類專業遺傳學實驗教學內容主要分成3個部分：第一部分為傳統的遺傳學部分．通過經典的果蠅個體進行單雙因子雜交和三點測交學習經典的遺傳學定律，利用果蠅模型深入學習和掌握遺傳學的基本原理．第二部分為細胞水平的遺傳學實驗部分．利用果蠅幼蟲的唾液腺制備唾液腺染色體，利用顯微鏡觀察巨大染色體，從染色體水平學習遺傳學基本知識．第三部分為分子水平的遺傳學實驗部分．通過遺傳學實驗從個體、細胞和分子水平實驗技能的綜合學習和培養，學生不僅鞏固了遺傳學經典定律和基本知識，掌握了現代常用的科研技能，提高了發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力，還培養了學生良好的科研素質，為今后獨立進行相關科研工作提供保障[3]．

目前，寧波大學針對水產養殖專業開設的實驗課程共有10個實驗內容，且以基礎性和認知性實驗為主．涉及減數分裂的觀察，果蠅的麻醉和主要性狀觀察及培養，果蠅唾液腺染色體的制備與觀察，核型分析等．其中，涉及分子遺傳相關的綜合性實驗部分相對較少，對于學生的創新能力和掌握現代化的分子學實驗技術的培養稍有欠缺．同時，為更好地結合和發揮專業特色，改善遺傳學實驗課程教學效果，使學生加強對遺傳學經典定律和基礎知識的掌握，改變遺傳學晦澀難懂的刻板印象，讓學生更真切地領悟遺傳學的魅力，使學生更好地認識遺傳學實驗與本學科特色的結合，急需引入更多水產相關遺傳學實驗內容．

2　現行水產養殖專業遺傳學課程實驗存在的問題

通過對國內外遺傳學實驗的調查和研究發現，目前大部分遺傳學實驗在實驗設計和實施時用果蠅模型作為實驗教學載體，且遺傳學實驗課程一半以上的教學內容為果蠅的雜交、核型分析、巨大染色體制備及結構觀察等常規經典內容[4-7]．新時代分子遺傳學、表觀遺傳學、基因組學等現代遺傳學的涌現和應用亟需引入現代發展需求所涉及的新的遺傳學實驗教學計劃，以滿足日益發展的實驗技術和遺傳學實驗教學的需求．

2.1　實驗設計缺乏綜合性實驗

遺傳學教學內容雖然包含果蠅等動物實驗，但大部分以果蠅雜交、染色體的觀察等為主，內容和形式相對單一和傳統．有些實驗課程還是延續幾十年前的內容，缺乏與現代分子生物學技術相結合的新技術和新內容．同時，遺傳學作為本科階段的專業必修課程，在實驗教學內容上缺乏與生物化學、水產養殖以及基因工程等課程跨學科進行的綜合性實驗．

2.2　遺傳學實驗缺乏本學科特色

目前，國內外大多數生物類專業開展的遺傳學實驗教學多圍繞果蠅為載體開展．水產養殖學專業在國內外開展的課程內容與大部分的農學和醫學類課程設計近似，缺乏水產養殖的特色，沒有圍繞水產生物遺傳規律和專業特色展開．針對本學科水產養殖專業的特點，缺乏更具有專業特色的遺傳學實驗內容，會給學生造成教學內容與所學專業的脫節感．

2.3　學生參與度和積極性有待進一步提高

在遺傳學實驗教學中都是教師進行前期準備和實驗設計，學生上課接受實驗課程講解并進行實驗，其參與度和積極性相對較低，更多的是為了做實驗而做實驗，缺乏對整個教學內容從實驗設計、實驗實施到實驗結果分析等的完整過程．同時，學生在難度較大、耗時較長的實驗中表現出處理問題和思考問題的能力欠缺．

3　遺傳學實驗教學改革

在更深入認識到實驗教學對綜合人才培養關鍵作用的新時代背景下，需要將遺傳學理論和實驗教學系統融合，把實驗教學擺在和理論教學同樣重要和必須的位置，培養學生的創新意識和綜合素質[8]．同時，貼合水產養殖學專業特色，適當增加綜合性和創新性實驗內容，更好地利用水產動物學習和掌握遺傳學基本知識．對于遺傳學實驗在教學過程中存在著實驗內容單一、缺乏跨學科的綜合性實驗、學生參與程度不高、缺乏專業特色等的問題，急切需要教師提升教學技能，更新教學內容和體系，讓學生更好地投入遺傳學實驗的學習中，以幫助學生理解和再吸收遺傳學理論．

3.1　提高對實驗教學改革的認識

實驗內容改革是提高實驗課質量的重要手段，需要從授課教師的思想認識上重視，根據專業需求，及時更新實驗內容和授課方式，打破依靠教材授課的思維樊籠．理論課程對實驗課程的指導，與實驗課程對理論知識的深化和鞏固同樣重要，要把實驗課程放在與理論課程相同的位置看待．同時，實驗教學對于提高學生的動手能力、創新能力、發現問題和解決問題的能力都必不可少．對于水產養殖專業，充分結合專業特色，適當增加專業相關的遺傳類實驗，結合水產生物（如魚、蝦、貝、藻等）開展理論知識的擴充與強化，增強學生的專業認同感和參與度．

3.2　遺傳學課程實驗教學內容設計

現階段水產養殖學專業本科人才培養正向“厚基礎、強能力、高素質”的應用型綜合人才方向推進．開展的實驗教學課程目的是了解和掌握遺傳學基本的三大規律和現代遺傳育種理論及在現有的實驗教學基礎，根據實驗課程性質、任務、要求及專業特色，遺傳學實驗教學包括認知類實驗、驗證類實驗和綜合類實驗．認知類和驗證類實驗一般是對基本的實驗技能進行學習和掌握，回顧理論課的學習內容；綜合類實驗更注重培養學生的主觀能動性和創新能力，學生通過設計實驗、操作實驗和分析實驗結果，提高發現問題、分析問題和解決問題的能力，促使遺傳學實驗教學向更有利于提高學生綜合素質的方向發展．

（1）基于理論學習，設置實驗課的分層次教學目標和實施要求．借助遺傳學理論課程的內容，導入學習任務和目標，讓學生對實驗教學有初步的了解；再通過講解和演示發布具體的學習任務，同時在講解過程中讓學生結合理論教學的具體知識，起到回顧和復習擴充的作用，使學生了解每次實驗教學要進行的實驗內容和得到怎樣的結果．將原先10個實驗中動手性較弱和與本專業其他課程有實驗內容重復的實驗刪除（如同工酶酶分析實驗）．改革后，在個體水平，通過果蠅雜交實驗和斑馬魚雜交實驗充分掌握孟德爾遺傳定律；在細胞水平，開展果蠅幼蟲唾液腺染色體制備實驗和減數分裂染色體形態觀察實驗；在分子水平，引入熒光蛋白基因在斑馬魚胚胎中的瞬時表達實驗學習分子遺傳學規律．通過個體、細胞、分子水平設置教學目標和要求．在實驗教學進程中，根據具體出現的問題，啟發學生分析問題和解決問題的思維和能力；根據實驗教學的具體內容，結合學生目前的知識儲備和實驗技能，將學生分小組安排具體實驗操作，根據課堂表現和實驗成果等綜合方式進行實驗教學考核評價．

（2）以更貼合本專業特色為指引，設置斑馬魚相關遺傳學實驗內容．為了更貼合水產養殖專業的專業特色，利用斑馬魚模型作為實驗教學的載體，使學生更好地理解遺傳學原理在水產動物中的應用．斑馬魚突變模型在遺傳學實驗中的應用具備更好的生物特性，與其他常規的模式動物比較，斑馬魚模型的篩選周期能節省大量的時間，且獲得突變體的技術很成熟[9]．同時，斑馬魚模式生物目前已實現商業化，可利用中國科學院水生生物研究所國家斑馬魚資源中心（zfish.cn）購買斑馬魚野生型和突變型商業化斑馬魚品系．在實驗課程內容中，將果蠅雜交實驗課上時間比例減少，加入斑馬魚突變型為載體的雜交實驗，進行顯性和隱性、分離定律和自由組合定律等相關遺傳學知識的鞏固，在水產養殖專業遺傳學實驗教學中更具有專業特色[10]．

斑馬魚突變模型可應用于遺傳學在掌握基因的顯隱性關系知識點中作為很好的實驗材料[11]．顯性和隱性基因遺傳是遺傳學中2個最常見的知識點．取野生型斑馬魚和黑色素基因突變的透明體色斑馬魚1∶1雜交，外界環境刺激促使斑馬魚產卵，收集胚胎放在合適的孵化條件下，利用顯微鏡觀察斑馬魚后代的體色，并引導學生結合遺傳學知識分析雜交結果出現的原因和機理．通過切實的遺傳學實驗鞏固了課堂上所學的理論知識，同時動手實驗習得的知識點記憶會更深刻持久．

斑馬魚突變模型還可以在遺傳學分離定律的學習中作為實驗載體．基因的分離定律是指在體細胞中，形成配子時成對的遺傳因子分離，分離后的遺傳因子分別進入不同的配子中，隨配子遺傳給后代．等位基因的分離定律在遺傳學上常用自交和測交2種驗證方式．將野生型斑馬魚和體色突變的透明斑馬魚雜交，獲得F1代，待F1代性成熟后，一半用于自交，一半用于測交．而后對斑馬魚胚胎進行體色觀察，統計不同表型數量，利用孟德爾遺傳分離定律分析實驗結果．隨著商品化斑馬魚突變模型的完善，還可利用雙突變體斑馬魚進行遺傳學自由組合定律的實驗學習．利用魚眼顏色和體色雙突變的商業化斑馬魚突變體Casper與野生型斑馬魚雜交，獲得F1代，等F1代性成熟后自交，對F2代的胚胎進行顯微鏡下觀察，統計不同體色和眼睛顏色的子代數量，根據結果利用孟德爾自由組合定律進行解析，并對實驗結果進行反饋．

由于同工酶實驗與生物化學實驗內容有重復，且技術實用性不高，因此用加入綠色熒光蛋白基因在斑馬魚胚胎中的瞬時表達實驗替代同工酶實驗．通過實驗內容改革，增強了學生對課程的投入度，更愿意動手完成，也更好地貼合水產養殖專業的專業需求．

3.3　設置多樣化全方位考核體系

對于實驗課，現階段多是由專門的實驗員負責實驗準備工作，但是實驗課的課前準備對于學生提前了解和預習實驗教學的內容起到重要作用．因此，激發學生的主動性和積極性，參與實驗前的準備工作，并將其作為期末考核的一部分，不僅豐富了考核體系，更重要的是培養了學生對實驗課的主動意識和投入度，體驗實驗的完整度，并培養其做實驗有始有終的規則意識，而不是單純地為了上實驗課而做實驗．

為了讓學生更好地投入遺傳學實驗課，更全面地測評學生的表現和對知識的掌握，把實驗成績考核展現在3個方面，包括參與實驗課前材料準備（10%）、實驗課上的操作（40%）和報告冊的展現（50%）．對于實驗課程，學生有自己相對固定的實驗臺和顯微鏡，教師在授課時可實時觀察和了解學生的實驗過程、實驗結果、實驗儀器的操作等．

另外，若有條件可開放本科基礎實驗室，引導和支持學生開展研究性實驗．研究性實驗可以更好地將遺傳學理論或其他學科知識相結合進行探索[12]．研究性實驗必須由學生單獨操作，獨立完成實驗設計、操作和創新，作為遺傳學實驗的附加分選項[13]．這種多元化、全面的考核方式，有助于教師更客觀地了解和考評學生的實驗課成果，促進學生的綜合素質和良好的科研素養的養成．

4　結語

形式上，實驗教學內容應該符合實驗教學的實踐性、趣味性、綜合性、實用性和與專業相關的貼合性，引起學生的興趣和提高學生的參與度．內容上，實驗教學內容要圍繞專業特色，不僅學習遺傳學經典理論知識，更要結合專業特點．考核方式上，引入多元化考核模式，給學生更大的發揮空間，充分培養學生的創新能力和綜合素質．通過水產養殖專業遺傳學實驗教學的不斷探索和改革，學生的實驗投入度更高，而且從課堂表現、實驗操作和實驗報告可見，學生通過斑馬魚載體進行遺傳定律的學習效果良好，同時學生熟練掌握斑馬魚的養殖、觀察和孵化技術，改善遺傳學實驗課程教學現狀，使其在提高學生的綜合素質、創新能力和科研能力中發揮推動作用．

[1] 李賀，孫曉東，王莉，等．遺傳學實驗教學多方位改革的探討[J]．高校實驗室工作研究，2015（3）：6-8．

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[3] 劉志強，曾超珍．本科細胞遺傳學核心實驗的模塊化教學探索[J]．現代農業科技，2020（15）：255-258．

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[12] 張家棟，路勇．加強實驗室開放管理促進創新型人才培養[J]．實驗室研究與探索，2009（8）：167-169．

[13] 黃園，李鵬．研究型教學模式在水產養殖學課程中的應用[J]．教育現代化，2021（73）：125-128．

Teaching reform of the genetics experiment in aquiculture specialty

ZHANG Zhen，RAN Zhaoshou，SHEN Xiquan，MING Tinghong，Lü Zhimeng

（School of Marine Sciences，Ningbo University，Ningbo 315211，China）

Genetics is one of the key basic courses for the aquaculture specialty，and the experimental teaching is crucial for helping students master experiment skills and solidify the knowledge of theory．In order to address the defects of the present teaching contents and examining mode，use the genetics experiment in aquaculture specialty of Ningbo University as an example and then put forward a series of improvement strategies，such as introduce zebrafish as experimental material and expand the examining mode based on material preparation prior to class，etc，and encourage aquatic students to enroll in genetic experiment and study，and improve the effect of learning，which provides reference for the student training mode and practical teaching in the construction of aquaculture courses．

aquaculture；genetics experiment；zebrafish；examining mode

1007-9831（2023）09-0095-04

Q3∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.09.020

2023-05-09

寧波大學教研項目（JYXMXZD2023105）——《遺傳學實驗》課程內容體系的改革與探索；“新教改”時代的新農科教學與改革實踐（SXJXGG2023015）——以《水生動物免疫學》為例

張真（1989-），女，山東濱州人，助理研究員，博士，從事水產病原微生物檢測研究．E-mail：zhangzhen@nbu.edu.cn

呂志猛（1990-），男，山東濱州人，副研究員，博士，從事水產動物免疫研究．E-mail：lvzhimeng@nbu.edu.cn