遗传学实验教学与学生创新能力培养初探

2022-03-12 08:12:20 | 浏览次数：

摘要：为了全方位培养学生的创新能力，从优化实验组合到知识准备、实验准备和开放式实验几个方面，在遗传学实验教学中进行了初步探索。

关键词：遗传学实验；创新能力；培养

中图分类号：Q331 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）09-0274-02

遗传学是一门历史悠久的基础学科和发展迅速的前沿学科，在生命科学领域中占有十分重要的位置。同时，遗传学还是一门实践性很强的学科，学生通过遗传学实验的学习，既能够掌握基本的经典遗传学技术，还能够了解和学习一些新的遗传学实验方法，因此实验教学对学生动手能力、综合分析能力和创新能力的培养是十分必要和有益的。

一、创新能力是遗传学实验教学的基本要求之一

国务院办公厅印发的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕36号）指出，各高校要根据人才培养定位和创新创业教育目标要求促进专业教育与创新创业教育有机融合，调整专业课程设置，挖掘和充实各类专业课程的创新创业教育资源，在传授专业知识的过程中加强创新创业教育[1]。

我校遗传学实验大纲中对学生能力培养提出了四大基本要求，即独立实验的能力、分析与研究的能力、理论联系实际的能力和创新能力。其中，创新能力由创新意识、创新思维、创新方法、创新环境和创新意志五部分组成[2]。而在遗传学实验教学中，要求学生在专业知识学习的基础上，能够学习、吸收前人的思想和方法，尝试做前人没有做过的实验，初步完成具有研究性或创意性内容的实验。

二、精心安排实验内容，设计优化实验组合

综合性、设计性实验是培养和训练学生掌握科学思维方法、实事求是的科学态度与独立的科研动手能力的重要环节和手段，也是提高学生创新能力的重要途径[3-7]。

在遗传学实验中，一项综合性实验可能会涉及多个知识领域或者综合应用多种实验手段与技术[8]。综合性实验要求学生对所学的专业知识及实验方法、技能能够综合运用，并综合分析实验结果。而设计性实验主要是对学生进行科学研究的初步训练，要求学生在基础性和综合性实验的基础上，对所学知识进行拓展性、探究性以及创新性实验研究[9]，并撰写出研究报告。设计性实验的题目和方案由教师拟定，或是教师和学生共同商议后拟定，还可以由学生自拟。题目和方案确定后，学生在教师的指导下独立完成实验的全过程。因此，我校根据课程特点和现行的实验条件，将实验内容分类整合后，分为基础性实验、综合性实验和设计性实验三大类。其中综合性实验又分为三类：（1）细胞遗传综合实验，以染色体的制片技术为核心内容，观察动植物及人类细胞中的染色体，包括有丝分裂、减数分裂、多倍体的人工诱发、蟾蜍骨髓细胞及人体外周血淋巴细胞的培养与观察等。（2）果蝇遗传综合实验，以果蝇为主要研究对象，学习遗传学中的一些经典的实验方法，包括果蝇的生活史及唾腺染色体的观察、果蝇的杂交实验等。（3）人类遗传综合实验以人类自身作为研究对象，包括组型分析、皮肤纹理分析、PTC味盲基因频率的分析以及X染色质的观察等。而设计性实验的内容项目主要包括本地常见动植物染色体的组型分析、两栖动物血细胞培养的染色体观察、环境致突变因子对生物遗传物质的损伤、人类若干遗传性状的调查与分析、核酸的提取及性质鉴定等。

三、全方位、多途径培养学生的创新能力

在遗传学实验教学过程中，为了全方位培养学生的创新能力，我们主要从以下几个方面进行了一些探索性工作。

1.知识准备。实验前，要求学生进行预习，并对相关的知识进行文献检索，将资料收集后可以进行相互交流，在提交的预习报告中每人至少提出2—3个问题并进行解答。例如，在“人类染色体组型分析”实验中，相关的理论知识，如：人类染色体的数目、人类染色体结构的异态性、人类染色体的命名法、性染色质和莱昂假说、染色体病、染色体畸变和肿瘤、产前诊断、人类基因定位、人类基因组计划等，都可以作为问题提出，并自行解答，其目的是为学生今后的科技活动和毕业论文打下基础。

2.实验准备。有了知识储备后，下一步就是进行实验准备。为了培养学生的创新思维和独立实验的能力，使学生逐步掌握科学思想和科学方法，对于设计性实验，准备工作要求包括以下几步：明确目的—确定选题—实验设计—预备实验。以“环境致突变因子对生物遗传物质的损伤”这一实验题目为例，该实验广泛应用于辐射损伤、辐射防护、化学诱变剂、新药试验、染色体遗传疾病、癌症前期诊断及环境监测等方面。“环境致突变因子”可以选择的范围很广，包括：各种理化因素、轻化工产品、食品添加剂以及不同饮食习惯（如吸烟、腌制食品等）、保健品、药品、农用产品、气体、水体等，这些因素广泛存在于人们的生产与生活中，可以激发学生进行探究性学习的兴趣[10]。实验前，使学生在充分理解实验原理的基础上，让其自行发现并选取自己最感兴趣的问题确定选题，要求学生设计出教师认可的实验方案，学习并掌握环境因子遗传毒性检测的一般方法，用检测试剂对动物或植物进行处理，并分析所用检测试剂对动物或植物遗传物质的损伤程度[11]。与此同时，开放实验仪器，对于相关的试验器材、试剂的配制等，要求学生在教师的指导下准备妥当。

3.开放式实验。遗传学实验课是理论联系实践，培养和训练学生科学思维能力和独立动手能力的重要环节和手段，在教学方法上，主要采用开放式、研究性实验教学，特别是在进行设计性实验时，我们全天候开放（包括时间、场地和内容的开放）实验室。例如，“减数分裂”这一实验，其结果与取材的关系密切相关，取材时间不合适或者材料固定不好都无法观察到显著的减数分裂过程。在常规的实验教学中常常选择蚕豆花作为材料，为了培养学生的创新能力，我们要求学生自行确定几种正在花期的校园植物作为实验对象，通过切片或压片观察，探索出不同植物减数分裂的有效取材方法和材料固定处理方法。一般的遗传学要求就是取材、前处理、固定、解离、压片制片观察，而开放性实验的本意是不限制方案，若学生提出观察其中的基因表达谱的差异，似乎也应该允许。总之，步骤取决于学生设定的方案。

四、结语

根据国家对人才培养定位和创新创业教育目标要求的需要，遗传学实验教学使学生掌握了基本的实验技能，更重要的是培养了学生的科学探索精神和创新能力。在教学实践中，开设设计性及创新性實验，改进实验教学方法，有利于大学生科技创新能力的培养。

参考文献：

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[3]杨奕樱，张曼，汪建，等.生物化学设计性实验实践与模式建立探索[J].实验室科学，2014，（6）：196-198.

[4]廖国建，郭欣，何颖，等.PBL（Problem-based learning）教学模式在微生物制药设计性实验教学中的应用[J].微生物学通报，2013，（5）：877-880.

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[7]张文平，刘波兰，马廉兰.结合科研课题开设医学微生物学系列综合设计性实验[J].时珍国医国药，2008，（8）：1861-1863.

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[9]倪雯雯，胡优敏，冯雪梅，等.整合式医学功能学设计性实验课程建设探索[J].中国高等医学教育，2017，（7）：58-59.