細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗研究型教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

摘 要：細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)是生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗是細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教學(xué)過程中不可或缺的一部分。然而，由于教學(xué)環(huán)境和教材的原因，目前細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的教學(xué)過程中存在諸多問題。本研究結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)模式，完善考核方式，對細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗課程進(jìn)行教學(xué)改革，構(gòu)建模塊化、自主化、開放式的細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的研究型教學(xué)模式，以期激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗;模塊化教學(xué);研究型教學(xué)模式;考核評價體系

Reform and Innovation of Research-based Teaching Mode for Celland Genetics Experiment

Shao Yutao Pei Haixia Chen Minjie Liu Jiwei Li Jun

（School of Life Science and Technology，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou ，Inner Mongolia 014010）

Abstract：Cell Biology and Genetics are important foundational courses for biotechnology specialty.And cell and genetics experiment is an indispensable part in the teaching process of Cell Biology and Genetics.However，due to the teaching environment and textbooks，there are many problems in the teaching process of cell and genetics experiment.Based on teaching practice，this paper has optimized the teaching content，teaching methods，and teaching mode，and improved the assessment methods.By reforming the teaching of cell and genetics experiment，a modular，autonomous，and open research-oriented teaching model for cell and genetics experiment has been constructed.The goal of the reform is to stimulate students’ learning enthusiasm and initiative，improve their practical ability and innovative thinking，and assist in cultivating innovative talents.

Key words： cell and genetics experiment;modular teaching;research-based teaching mode;assessment and evaluation system

細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)是生物技術(shù)專業(yè)兩門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，所涉及的課程理論內(nèi)容寬泛，并具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，而細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗在細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)課程教學(xué)中更是占有重要的地位。［1］實(shí)驗教學(xué)是高等院校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在加強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面有著不可替代的作用，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要手段。［2-3］然而，由于教學(xué)環(huán)境和教材的原因，目前細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的教學(xué)過程中存在諸多問題，如驗證性實(shí)驗較多，開放性和拓展性實(shí)驗較少；傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗項目較多，經(jīng)典孟德爾遺傳定律和分子遺傳學(xué)實(shí)驗項目缺乏；教師前期準(zhǔn)備工作較多，學(xué)生自己動手操作的時間較少；學(xué)生被動做實(shí)驗的較多，主動思考的較少等。［4-5］這些情況極不利于人才培養(yǎng)目標(biāo)中所要實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新能力人才培養(yǎng)。

近年來，隨著內(nèi)蒙古科技大學(xué)多個專業(yè)通過工程教育認(rèn)證，推動了學(xué)校和專業(yè)層面牢固樹立和踐行“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教育理念，促進(jìn)了專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的持續(xù)提升和學(xué)校質(zhì)量文化的內(nèi)涵建設(shè)。研究型教學(xué)模式是以探究為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，堅持以學(xué)生為中心的原則，在一定的教學(xué)情境中教師加以引導(dǎo)，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣，通過自主學(xué)習(xí)、探究和小組交流合作的方式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并獲取知識的能力。［6-7］生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)2022版培養(yǎng)方案中細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗由原來的24學(xué)時增加至32學(xué)時，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以專業(yè)認(rèn)證和培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)，踐行以學(xué)生為中心的教育理念，利用研究型教學(xué)模式，構(gòu)建開放性、學(xué)生主動參與的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗的全過程，最終提升學(xué)生的科研素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、推行模塊化教學(xué)，提升教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性

根據(jù)現(xiàn)有教學(xué)大綱安排，生物技術(shù)專業(yè)細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗共計24學(xué)時，包括8個實(shí)驗，即人類X染色質(zhì)觀察（巴氏小體觀測），有絲分裂制片技術(shù)和顯微觀察，細(xì)胞凝集反應(yīng)，細(xì)胞膜的通透性觀察，果蠅唾腺染色體的觀察，染色體核型分析，人類常見遺傳性狀的調(diào)查分析，以及果蠅生活史的觀察、雌雄鑒定及突變體的篩查。以往的實(shí)驗教學(xué)通常按照教學(xué)大綱中所列實(shí)驗項目的順序來安排實(shí)驗內(nèi)容，缺乏課程的系統(tǒng)性。因此，首先對現(xiàn)有實(shí)驗項目進(jìn)行梳理、整合，并根據(jù)2020版培養(yǎng)方案學(xué)時數(shù)的變化，新增洋蔥多倍體根尖的人工誘導(dǎo)及細(xì)胞學(xué)觀察及分子遺傳學(xué)大實(shí)驗，涵蓋經(jīng)典遺傳學(xué)，細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)三類實(shí)驗內(nèi)容，并將這些實(shí)驗內(nèi)容歸類到生物性狀的遺傳分析，細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)，遺傳信息的載體，遺傳信息的改變，表型與基因型分析6個實(shí)驗?zāi)K（圖1），按照模塊化教學(xué)，提升教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性。

二、以學(xué)生為中心，推行自主型教學(xué)方法

（一）布局線上教學(xué)資源建設(shè)，探索實(shí)驗課程混合式教學(xué)方法

利用線上線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式開展實(shí)驗教學(xué)，可有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和科研興趣。［8］利用雨課堂、學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等線上平臺布局線上實(shí)驗教學(xué)資源建設(shè)，包括與實(shí)驗課程內(nèi)容相匹配的多媒體課件，對應(yīng)的慕課課程，或教師自己錄制的教學(xué)微視頻。課前教師在線上平臺發(fā)布預(yù)習(xí)要求，學(xué)生利用線上教學(xué)資源進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，并撰寫提交預(yù)習(xí)報告，教師整理預(yù)習(xí)報告，對存在的問題在課堂上進(jìn)行針對性反饋；課堂上教師進(jìn)行實(shí)驗原理，實(shí)驗操作的重點(diǎn)難點(diǎn)講解，學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，師生間進(jìn)行討論溝通；課后學(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，提交實(shí)驗報告，教師批改實(shí)驗報告，組織學(xué)生對實(shí)驗過程和結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和研討，并對其中存在的問題進(jìn)行總結(jié)，在線上平臺提交總結(jié)要點(diǎn)，方便學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。具體流程如圖2所示。

（二）以學(xué)生為中心，探索主動式學(xué)習(xí)方法，增加綜合設(shè)計型實(shí)驗

1.建立以學(xué)生為中心，學(xué)生參與實(shí)驗全過程的機(jī)制

以往的教學(xué)過程中，實(shí)驗的前期準(zhǔn)備工作，包括試劑的配制，實(shí)驗儀器設(shè)備的準(zhǔn)備均由上課教師進(jìn)行準(zhǔn)備，而學(xué)生只利用上課時間完成相應(yīng)的實(shí)驗項目即可，難以激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗的熱情，也不利于啟發(fā)學(xué)生的思維和創(chuàng)新意識。［9］所以，在整個實(shí)驗過程中都要以學(xué)生為中心，從試劑配制、實(shí)驗材料準(zhǔn)備到整個實(shí)驗操作過程，全部由學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成，充分調(diào)動學(xué)生參與實(shí)驗的主動性和積極性。此外，在具體實(shí)驗過程中，驗證性實(shí)驗采用2人一小組的分組方案，確保每個學(xué)生都能夠親自動手操作；而周期較長的綜合設(shè)計性實(shí)驗，則采用4人一小組，每個成員在小組中承擔(dān)特定的職責(zé)，最后通過組內(nèi)同學(xué)的通力合作完成既定目標(biāo)。

2.增加綜合設(shè)計型實(shí)驗，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性

目前，大多數(shù)實(shí)驗都是驗證性實(shí)驗，綜合設(shè)計性實(shí)驗少，且設(shè)計性不強(qiáng)，難以調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。［10｝因此，首先對現(xiàn)有實(shí)驗項目進(jìn)行調(diào)整，將有絲分裂制片技術(shù)和顯微觀察、細(xì)胞凝集反應(yīng)、細(xì)胞膜的通透性觀察3個驗證性實(shí)驗，增加設(shè)計環(huán)節(jié)，改為2個綜合設(shè)計性實(shí)驗。其次，在遺傳信息的改變模塊下新增洋蔥多倍體根尖的人工誘導(dǎo)及細(xì)胞學(xué)觀察實(shí)驗。最后，針對已有綜合設(shè)計型實(shí)驗設(shè)計性不強(qiáng)的問題，進(jìn)一步增加設(shè)計性環(huán)節(jié)，使其成為真正意義上的綜合設(shè)計型實(shí)驗。具體實(shí)驗過程中，鼓勵學(xué)生自行設(shè)計實(shí)驗，嘗試設(shè)計不同的實(shí)驗方案，選擇不同的研究材料，進(jìn)行不同的實(shí)驗處理。學(xué)生通過自己摸索并思考實(shí)驗中遇到的問題，并進(jìn)一步去設(shè)計方案解決問題，大大促進(jìn)了學(xué)生對該部分內(nèi)容的理解和掌握，進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提升學(xué)生在實(shí)驗中的主體地位。通過改革，學(xué)生的實(shí)驗效果明顯提升。以果蠅唾腺染色體標(biāo)本的制作與觀察為例，教學(xué)改革前只有50%的學(xué)生可以成功剝離唾腺，30%的學(xué)生可以通過制片觀察到唾腺染色體，只有5%的學(xué)生制片的水平較高，可以清晰地觀察到染色體上面的橫紋；而教學(xué)改革后，95%的學(xué)生都可以剝離出唾腺，80%的學(xué)生都可以觀察到唾腺染色體，30%的學(xué)生的片子質(zhì)量都非常高，可以清晰地觀察到染色體上面的橫紋（表1，圖3）。

3.采用開放式的實(shí)驗教學(xué)模式，進(jìn)一步滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求

采用開放式的實(shí)驗教學(xué)模式，可以有效擴(kuò)展實(shí)驗課時，滿足綜合設(shè)計性實(shí)驗要求。［11］開放式的實(shí)驗教學(xué)模式包括實(shí)驗內(nèi)容的開放，實(shí)驗時間的開放以及實(shí)驗指導(dǎo)的開放。在實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容中，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論和實(shí)驗基礎(chǔ)知識，自行設(shè)計實(shí)驗方案，自由選擇實(shí)驗材料，安排實(shí)驗操作流程；實(shí)驗時間上實(shí)行開放式管理，實(shí)驗室全天候開放，實(shí)驗儀器設(shè)備全面對學(xué)生開放，方便學(xué)生自己合理安排時間，有條不紊地開展自己設(shè)計的實(shí)驗；開放的實(shí)驗離不開教師的指導(dǎo)，開放實(shí)驗室模式雖然給了學(xué)生很大的選擇空間，但這樣的實(shí)驗與傳統(tǒng)實(shí)驗相比，從內(nèi)容到方法對教師的指導(dǎo)要求更高，教師除了對學(xué)生進(jìn)行不定時性當(dāng)面指導(dǎo)以外，還要建立微信或QQ群，及時解決學(xué)生實(shí)驗中遇到的困難。

三、科研反哺教學(xué)，增加創(chuàng)新型實(shí)驗內(nèi)容，提升課程的學(xué)術(shù)水平

目前，高校的遺傳學(xué)教學(xué)體系中，主要包含經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)三部分。［12］經(jīng)典遺傳學(xué)中的孟德爾遺傳定律為現(xiàn)代遺傳學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)，對常規(guī)的雜交育種工作有著重要的指導(dǎo)意義。而分子遺傳學(xué)的實(shí)驗手段作為一種常規(guī)實(shí)驗手段已經(jīng)深入到生物學(xué)的各個研究領(lǐng)域。然而，目前生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)的細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗課程中，既缺乏經(jīng)典的孟德爾遺傳定律方面的內(nèi)容，也不涉及分子遺傳學(xué)實(shí)驗相關(guān)內(nèi)容。

因此，結(jié)合教師科研項目，增設(shè)高粱抗蚜性狀的遺傳分析實(shí)驗，綜合設(shè)計實(shí)驗內(nèi)容，通過對高粱抗蚜、感蚜親本及雜交的F1、F2代種子萌發(fā)，對幼苗進(jìn)行高粱抗蚜性狀的表型觀察與分析，深入理解孟德爾的分離規(guī)律；進(jìn)一步通過DNA分離、電泳檢測及應(yīng)用分子標(biāo)記技術(shù)，理解抗蚜性狀的基因型與表型的對應(yīng)關(guān)系，從分子水平上闡述遺傳學(xué)規(guī)律（圖4）。這樣，通過多種實(shí)驗手段相互結(jié)合，多種實(shí)驗結(jié)果相互對比，使學(xué)生從本質(zhì)上更清晰、更深入地理解遺傳行為和規(guī)律。

四、建立注重過程、培養(yǎng)科學(xué)精神、提升科研素養(yǎng)的考核評價體系

目前，細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的考核方式已經(jīng)較為合理，包括實(shí)驗預(yù)習(xí)（10%），實(shí)驗操作（20%），實(shí)驗報告（40%）和實(shí)驗考試（30%）四個部分。但在具體考核過程中更多注重對實(shí)驗原理和操作技能的考核，而對創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)的考核明顯不足。因此，要建立注重過程，培養(yǎng)科學(xué)精神的評價體系，通過考核不僅要讓學(xué)生看到成績，更要在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、客觀、堅韌的科學(xué)態(tài)度，助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

實(shí)驗預(yù)習(xí)主要考察學(xué)生利用線上教學(xué)平臺對即將開展實(shí)驗的預(yù)習(xí)情況，不僅要考核學(xué)生是否觀看教學(xué)視頻/材料，是否提交預(yù)習(xí)報告，還要對學(xué)生查閱相關(guān)資料，主動學(xué)習(xí)的能力進(jìn)行考核；實(shí)驗操作既要考核實(shí)驗的基本技能，還要加入實(shí)驗態(tài)度、責(zé)任感、團(tuán)結(jié)合作精神、主動學(xué)習(xí)的能力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯窈蛣?chuàng)新的思維能力等方面的綜合考量；實(shí)驗報告是對學(xué)生實(shí)驗?zāi)芰Φ木C合體現(xiàn)，考核過程中不但要考核學(xué)生對實(shí)驗原理、操作的掌握程度，也要對其寫作的基本格式及撰寫規(guī)范進(jìn)行考核；綜合性設(shè)計性實(shí)驗的最終實(shí)驗報告需要以研究論文的形式提交，這個過程中需要學(xué)生掌握科技論文寫作的基本格式及撰寫規(guī)范，并且能對所獲得的結(jié)果通過列表、作圖的方式進(jìn)行展示、分析，并最終得出可靠的結(jié)論；實(shí)驗考試主要考察學(xué)生經(jīng)過一個周期的實(shí)驗訓(xùn)練，是否具備了基本的科研素質(zhì)，在考察基本理論的掌握程度的同時，加大設(shè)計性題目比例。

五、結(jié)語

細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗是細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教學(xué)過程中不可或缺的一部分。然而，由于種種原因目前在細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的教學(xué)過程中仍然存在著各種問題。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以專業(yè)認(rèn)證和培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)，踐行以學(xué)生為中心的教育理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式及考核方式等方面對細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗課程進(jìn)行改革。通過教學(xué)改革，構(gòu)建模塊化、自主化、開放式的細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗的研究型教學(xué)模式，堅持以學(xué)生

為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向的原則，把學(xué)習(xí)、探究、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，助力創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］賈桂康.細(xì)胞與遺傳學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革研究［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報，2020，26（23）：161-163.

［2］易樂飛，王萍，程漢良，等.遺傳學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2011（3）：93-94．

［3］何麗明，蔣群，閆曉梅，等.實(shí)驗教學(xué)對提高本科生科研素質(zhì)的探索［J］．實(shí)驗室研究與探索，2016，35（8） ：197-199、216．

［4］方心葵，葛海燕，陳魯勇.驗證性實(shí)驗教學(xué)改革的實(shí)踐與探索［J］.實(shí)驗室研究與探索，2022，41（3）：212-216、248.

［5］董麗君，張道川，李新江，等.遺傳學(xué)實(shí)驗層次化教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗室科學(xué)，2023，26（6）：93-96.

［6］王玉，徐倩倩.研究性教學(xué)模式在遺傳學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的改革探析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（10）：268-269、272.

［7］鄧可眾，熊英.研究性教學(xué)在醫(yī)藥高等教育中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2019，35（24）：3864-3866.

［8］姚舒寧，喬守怡，皮妍.混合式教學(xué)在遺傳學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的探索與實(shí)踐［J］.高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2019，9（4）：8-12.

［9］何世斌，王翔伍，吉逢逢，等.遺傳學(xué)實(shí)驗教學(xué)的改進(jìn)與實(shí)踐［J］.實(shí)驗室研究與探索，2019，38（2）：156-159.

［10］曾新，何瓦特.驗證性實(shí)驗教學(xué)方法探討［J］.實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2018，16（2）：134-137.

［11］趙耀東，孟令君.遺傳學(xué)綜合性實(shí)驗開放式教學(xué)模式對本科生綜合能力的培養(yǎng)［J］.中國教育技術(shù)裝備，2021，（16）：122-124，133.

［12］馮雪，賈永紅，李文靜，等.本科生遺傳學(xué)實(shí)驗課程教學(xué)改革的探索與研究［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，18（4）：101-103.

（責(zé)任編輯 陳潤梅）