遗传学实验教学改革的实践与探索
遗传学实验教学改革的实践与探索 随着遗传学的迅猛发展，遗传学的实验教学在学生的学习中占有越来 越为重要的位置。在大学的生物教学中，由于课时的限制以及遗传学课程的特点， 往往有些实验课程在半天的实验课中见不到实验结果，尤其是遗传规律的研究， 不仅需要时间长，而且需要有相当大的统计数字，所以，有效整合实验教学内容， 提高教学效果，使学生在有限的时间内尽快提高实验技能越发显得重要。在遗传 学的实验教学中，我们尽可能地创造条件，提高开放式教学在实验教学中的比重， 以提高学生分析问题、设计实验以及解决问题的综合性能力。在这种教学理念下， 我们主要进行了以下几个方面的有益的改革与尝试。1、有效整合实验教学体系，增强学生对知识掌握的系统性 将遗传学实验教学内容进行系统化整合，并进行了实验教学教材的编 写工作。使学生在学习中有系统地进行，并把所学知识进行有序地梳理，使实验 教学能够自成体系，而不是一个个支离破碎的片段。根据实验教学大纲要求和我 校生物学科发展的特点，现将遗传学实验课程分为四个系列：植物细胞遗传学系 列、动物细胞遗传学系列、果蝇遗传学分析系列实验及分子遗传学实验。在这四 个组成部分中，彼此既独立成章，又相互联系，使学生在学习中能够从多方面提 高综合分析问题的能力。
在遗传学实验体系中，以植物细胞遗传学系列实验为例，实验中采取 教师将相关实验内容、题目与学生共同探讨决定的方法，所利用的实验材料尽量 统一，结合实验室条件，以一种实验材料经过不同处理得到多方面、多层次的实 验结果，利用不同的实验方法获得所需要的实验结果。例如：通过蚕豆种子萌发 后的不同实验处理，可以进行以下几方面的研究：
(1)进行细胞周期观察，研究不同因素对于细胞周期的影响作用；
(2)将根尖经过低温或8-羟基喹啉预处理， (3)将根尖经过适当浓度的秋水仙碱溶液处理，可以获得多倍体材料；
(4)将根尖经过氯化钴溶液进行处理，可以获得染色体结构变异细胞；
(5)将根尖利用多因素进行处理，可以进行微核测试，研究各种因素 对生物细胞的影响作用以及进行环境监测。从以上实验的内容来看，各实验之间具有一定的相关性，实验材料的 培养方法一样。但是处理方法不同，通过不同的处理，我们既对正常细胞的生活 周期有所研究，并掌握了细胞核型的分析方法，同时，对异常情况下所引起的染 色体畸变现象有所了解既包括了染色体的结构变异，也包括了染色体的数量变异， 并由此引申，结合实际应用进行拓展，学习关于环境监测和污染指数测定的遗传 学方法，这是一项应用非常广泛且可行性极强的实验方法。
在果蝇的遗传学实验中，实验内容有以下几个组成部分：①野生型果 蝇的采集识别与鉴定；
②实验果蝇的培养泡括培养基的配制)③观察果蝇的生活 史和不同的突变类型；
④观察果蝇唾腺染色体的数目、形态以及结构特征；
⑤果 蝇的杂交实验（验证分离规律，自由组合规律，连锁互换规律和伴性遗传规律） ⑥果蝇同工酶实验（分析研究果蝇群体基因频率和基因型频率，亲子代之间性状 传递的规律等问题)。
虽然同样以果蝇作为实验材料，但是，通过不同的实验操作，可以在 细胞水平、个体水平，以及群体水平进行多层次、多角度的研究，获得了非常好 的实验效果。
2引入开放式教学方法，提高学生学习的积极性和主动性 为了锻炼学生设计实验、解决问题的能力，我们加大了开放式实验教 学的比重。由于开放式实验教学需要学生自己制定实验方案，所以，不但要求学 生掌握实验原理、步骤，还需要通过对比、分析，以获得最好的实验方案，这样， 非常有利于培养学生的自学能力，同时拓宽了学生的知识面；
在开放式实验中，培养了学生的动手能力，教师有更多的时间与机会 有针对性地进行辅导，真正作到因材施教。实验中学生获得了充分的自由度，以 促使学生主观能动性的充分发挥即使在实验操作中有所失败，这也同样会促使学 生积极思考，效成功，否定多于肯定，失败、否定的意义绝不亚于成功与肯定。
正如英国化学家戴维所说：“我的那些最重要的发现是受到失败的启示而做出的” 学生掌握不好的实验过程可以多次进行，这样对于提高动手能力是非常有益的；
同时，在开放式实验教学中，学生在实验中经历了千辛万苦，其必然 会绞尽脑汁分析结果，推理得出合乎逻辑的解释，当然也就会得到一些意想不到 的收获。这样就使得学生分析问题，解决问题的能力得到了提高，而对于意外的收获，又激发了学生进一步探索的创新意识，想方设法去进一步研究，培养了学 生的创新精神。
人们在教学中往往将实验教学从内容及目的上简单地分为“验证性实 验”和“探索式实验”就目前而言，存在着一种否定验证性实验，而过分强调探索 式实验的倾向。但是，无论哪一种教学内容，其成效大小，是否成功，往往与教 学方式、方法具有重要的关系。即使是“探索式实验”如果老师将实验的内容、方 法，设备等准备得一应俱全，学生在做完实验后，其效果也不会很好，学生只是 进行了照方抓药；
而对于验证性实验而言，如果采用开放式教学方法，同样会使 学生从实验设计到结果分析等多方面得到充分的锻炼。
3有效整合实验内容，增强实验的趣味性和实用性 随着分子生物学的迅猛发展，尤其是多种生物基因组计划的实施，利 用分子手段对遗传基础以及遗传性状进行直接分析已经成为可能。为提高学生对 学科发展迅速的适应，学习当今最新科研成果，提高学生在分子研究中的实验设 计能力和动手能力，在经典遗传学的基础上非常有必要增加分子遗传学的相关实 验。将学科发展的最新科研成果和前沿知识有机地整合于实验教学改革中，并将 科研与教学相结合。其内容既包括从蛋白质水平对性状的直接分析，也包括了对 DNA进行直接的操作。在目前条件下，由于实验室条件，实验课时等限制，有 些实验还不能在本科实验中进行，我们就采取利用录像、DVD等资料片的播放， 增强学生的感性认识，使学生能够比较直观地获得实验经验。
遗传学是一门实验性的学科，同时又是一门与人类生活密切相关的学 科，尤其是人类遗传学的研究。学生本身对关于自身的遗传现象非常感兴趣，因 此，根据以往的研究成果，设计了一套关于人类 的传递，人类遗传病的传递。
让学生利用业余时间，在自己的亲戚朋友的家庭中进行调查，进而总结和验证遗 传规律。这样既可以强化所学知识，也对学生正确认识遗传病的发生、遗传病的 防治起到指导作用，同时还有利于提高学生的学习兴趣和锻炼学生分析问题、解 决问题的综合能力。
(1)关于人类正常性状表现规律的研究这个问题是一个非常有意思的 题目。古往今来，人们一直对于自身的表现报以了极大的关注。当一个性状有不 同表现的时候，并非一定有一个是正常的，而其它的表现是不正常的，实际上有 可能这一性状的多种表现都是正常的。例如人类的眼睛，有单眼皮和双眼皮之分， 我们就设计了一个方案，统计学生本人、兄弟姐妹、父母双亲、甚至包括祖父母、姑表亲、姨表亲的表现情况，最后得出了这样一个结论：这一性状表现是由单基 因控制的遗传，并且双眼皮为显性性状，单眼皮为隐性性状。但同时学生们也发 现了另一个有趣的问题：就是有时一个人的两只眼睛，一只眼为双眼皮，另一只 眼为单眼皮，这又是为什么呢通过这一问题的提出，学生们对此展开了充分的讨 论，进一步理解了遗传的复杂性，包括反映规范、外显律等问题。而先天性耳聋 系谱的调研，掌握了遗传的异质性问题。如此等等，不仅强化了学生所学的知识， 同时拓展了知识面，增强了学生分析问题、解决问题的能力。
(2)遗传病的发病情况调查遗传疾病的传递同样具有一定的规律，学 生通过对患者家系的调查，明确了某些疾病的遗传方式、亲子代之间同时发病的 可能性，以及亲代为表现正常但具有一定概率是携带者的可能情况下，子代患病 的可能，为婚姻法中避免近亲婚配提供了实际基础，使学生对这一条文具有更加 清楚的认识。关于遗传病的隔代表现、交叉遗传以及限性遗传和连续表现的遗传 机制进行了系统分析，使学生对遗传病的发病基础具有更加深刻的认识。
4有效整合实验室资源，开放实验室，进行本科生立项研究 在校系两级领导的直接关心下，实验经费得到了大力的支持，使我们 的实验教改得到了物质上的保证。在两年中，先后进行了四项实验教改立项。使 学生在教师的帮助下，通过自己选题，设计实验路线，统筹安排实验经费，进行 必要的研究探索，得出理想、准确的实验成果。
在研究立项的选题上，一方面注意与实验教学密切结合，与科研项目 密切结合，促进科研与项目的结合，为开发新的实验教学内容做好充分的准备工 作。例如，在实验教学中学生进行了动物和植物细胞染色体的观察，已经掌握了 必要的实验技术但是，由于条件和学时的限制，不可能每一个学生都进行实验结 果与电脑分析的对接，因此，我们进行了实验立项，使一部分学生可以通过电脑 分析，记录下全部实验结果。这样，不仅使学生全面、系统地掌握了遗传相关实 验的结果，也为实验教学留下了完整的教学资料。另一方面，与实际应用密切结 合。例如，我们结合所学知识与北京市的环境保护以及绿色奥运等方面进行有机 的结合，设计了北京部分水资源环保状况的调查分析；
结合人体遗传与健康问题， 进行了维生素与一些微量元素对细胞分裂周期以及染色体结构等方面作用效应 的研究。这些题目的确立，深受学生的欢迎。通过实验室开放立项的研究，学生 提高了应用所学知识解决实际问题的能力，其成效显著。并撰写出具有一定水平 的科研在实验教学中从多方面提高学生的综合素质，是我们教学中的宗旨。
通过教学体系的改革，开放式实验教学的探索，为学生进行自主性学习创造了条 件，使学生的实验活动不再是简单的照方抓药，按图索骥，而是在充分调动学生 的思维活动的基础上，锻炼培养学生的动手能力，分析能力，使学生的综合水平 得到了较大的提高。
李雅轩，赵昕，胡英考，张飞雄，晏月明 (首都师范大学生命科学学院，北京100037)