改革遗传学实验教学

　　21世纪是生命科学的世纪，生命科学已经成为自然科学中的带头科学，而它作为研究自然界生命现象的学科，是一门实验性很强的学科，如何激发学生的学习兴趣，进而激发学生的探索欲望和深入地研究生命中的遗传现象，充分发挥学生的主观创造性，提倡创新思维，是一个值得深入探讨的问题。以前的遗传学实验仅仅是为了配合遗传学的教学而开设的，目的是通过实验课巩固和加深对遗传学知识的理解，并初步掌握遗传学研究所必需的基本实验技术。因此，实验内容主要包括了两个方面：一是验证遗传学基本规律的实验，二是与遗传学有关的实验技能。目前，遗传学实验已独立成为一门课程，随着现代遗传学的发展，作为生命科学所有专业的一门专业基础课程，遗传学实验在生命科学教学中占有越来越重要的地位，近年来，许多高校对于遗传学实验教学改革进行了可贵的探索和实践。为了跟上现代遗传学的发展，优化、更新和提高遗传学实验教学内容的起点，同时也是为了更好地培养学生的创新能力，对遗传学实验教学体系进行了综合性的改革、创新与实践，取得了很好的效果。

　　1遗传学实验体系的建立与实践

　　综合、创新、开放性遗传学实验体系的设计思想是:①配合遗传学的教学，巩固和加深对遗传学知识的理解;②适应现代遗传学的发展，让学生掌握现代遗传学研究所必需的基本实验技术;③开设综合性、设计性和创新性实验，鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验。目前已完成了这一实验体系的设计，形成具有基础性实验、提高性实验和具有综合性、研究创新性、开放性实验的不同层次的遗传学实验教学内容体系，主要内容概括如下。

　　(1)综合性遗传学实验体系。包括遗传定律验证、细胞遗传学、毒理遗传学、现代遗传学等几个综合型实验系列。

　　(2)设计性遗传学实验体系的建立。结合遗传学专业的研究方向，只给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现。如在细胞遗传学方向可以给定某一物种，让学生做出这一物种的染色体组型、G-带型、C一带型，或者对两种不同物种的染色体进行比较等;在群体遗传学方面可以结合遗传学、理论进行编程等。

　　(3)开放性遗传学实验体系的建立。将综合性、设计性实验体系建立起来后，结合课题组的研究，利用研究生作为实验的辅导教师，对部分实验进行全方位的开放，包括开放实验室、开放部分试剂和药品、制订切实可行的指导性研究课题内容，鼓励学生结合自己的兴趣进行遗传学的探索。

　　通过这些实验，使学生运用多学科知识，初步掌握科学思维方式和科学研究方法，提高创新能力。从完善学生遗传学的综合知识结构、提高综合质量、培养创新能力的总目标出发，着重于学生动手能力、创新能力、综合分析能力的培养，于2003年10月~2004年1月间对2001级学生初次开展了遗传学综合性创新性实验工作，并对本次实践进行了问卷调查，学生们普遍认为通过综合性创新性实验工作。

　　(1)大大激发了学生的学习兴趣。从问卷调查来看，对遗传学有着较大兴趣的同学占到了60%左右。在本次遗传学综合性创新性实验中，学生感到自己最缺乏的主要有3项:理论知识、动手验能力、计算机的应用，由此使他们深切感受到学习的重要性，对于他们各方面综合知识的学习具有很好的促进作用。

　　(2)培养了学生各方面的综合素质和能力，从问卷调查来看，学生普遍认为，综合性创新性实验的开设，对于以下几个方面能力的培养具有明显的效果:实验动手能力、创新思维能力、实验设计能力、文献检索能力、论文写作能力、计算机应用能力、科研协作能力的数据分析和处理能力。

　　总之，设计性综合性实验改变了传统实验方式，教师只给出一个任务，让学生自己独立完成实验，整个实验过程包含了硬件的制作和软件的开发。学生可以共同讨论处理调试过程的实际问题。有些问题是课堂教学尚未涉及且有相当难度的实际问题，但经过实地观察、讨论分析、反复试验，问题得到了解决，达到了有机地将理论和实际应用紧密结合起来。正如学生所说，刚接受任务时真不知从何入手，后来在教师的精心指导和自己不断探索中顺利地完成任务。通过这样的实验,原来十分抽象、模糊的概念变得实在、清晰，原来支离破碎的知识在这里变成了有机整体。从不知怎么做到完成任务，实际上是理论-实践-理论反复提升的过程，既能锻炼学生的实践动手能力，又培养了他们的工作态度，有利于开拓思路，发展创新精神。现在结合实验室的现有条件以及教师的科研工作，编写了设计性综合性实验的实验指导。对于进一步培养学生的实践、创新能力具有很好的指导意义。

　　2遗传学实验显微图象演示系统的建立

　　遗传学实验教学中涉及到许多微观内物染色体在有丝分裂和减数分裂过程中的动态变化，环境污染导致遗传物质损伤形成的微核、核碎裂、染色体环、染色体桥等，果蝇多线染色体等微观现象，由于学生在实验前对实验所观察的对象缺乏了解，实验时具有较大的盲目性，加之在实验教学过程中，实验观察的内容较多，学生人数也很多，教师难以一一给学生解答、示范和指导，这就导致学生往往找不到所要观察的对象，即使能找到也可能观察不全或效果不好;而且教师在短时间内也不可能在显微镜下确保给全示范图像，因而影响了教学效果。为了解决这些问题，利用Microsoft?VisualBasic6.0设计开发了“遗传学实验显微图像采集与演示系统”教学软件,该系统主要包括图像采集和编辑、文本输入和编辑，实验指导和图像演示、图像检索和数据库管理、系统维护及帮助等功能，以图像数据库的方式贮存了学生实验所需观察的显微图像，教师、学生可方便、灵活地对实验内容、实验目的、原理、材料、药品、方法和步骤，以及所涉及的图像进行检索、演示，这对于学生实验前的预习和自学，以及教师的遗传学实验教学的示范都起到了良好的辅助作用，提高了实验效果。

　　更为重要的是遗传学实验显微图象演示系统的建立过程，本身也就是多位学生在毕业论文工作中逐步设计并完成的在遗传学实验显微图象演示系统的建立过程中，不光涉及到计算机编程，现代教育技术等，更重要的是涉及到遗传学的多个实验，学生在遗传学实验显微图象演示系统的建立过程中重新复习了遗传学实验的各项内容，综合素质得到进一步的提高。该软件获得我校多媒体课程一等奖，江苏省高校第二届“方正奥思杯”多媒体教学课件竞赛二等奖。

　　3遗传学实验的计算机模拟软件的编制

　　遗传学实验中的果蝇杂交实验是为了验证遗传学的3大基本规律而设计的，由于需要大量的样本数，并且受到交配条件的限制，同时需要经历较多的世代，受到时间的限制，学生由于统计的样本数偏少，有时不能得到正确的结论。由于计算机技术迅猛发展，具有强大的数据处理能力，有可能在短短几分钟内模拟出需要几年甚至几十年才能完成的遗传实验结果。因此，用计算机模拟生物的遗传和进化过程，可作为遗传学实验验证遗传规律的辅助手段，克服环境、时间等条件的限制。遗传学实验的计算机模拟软件18利用VisualBasic语言编程，对遗传学的3大规律（一对基因的自交、测交、不完全显性和致死实验;两对基因的自交、测交、自交连锁、测交连锁实验;伴性遗传实验)，遗传漂变(常染色体的遗传漂变和性染色体的遗传漂变)进行了数字化模拟，通过输入一些实验参数就可以得到模拟的实验结果及科学、系统的统计数据和图表;还能形象化地演示精卵动态结合过程，同时本研究还拓宽思路，运用多种统计检验方法检验实验结果的可靠性。

　　遗传学实验的计算机模拟系统是在Windows系统下利用VisualBasic语言编程，内容全面，系统完整；并且从图形动画、数据处理等多方面去展示模拟过程，界面生动，模拟角度多重，实验结果统计的显示更加多样、清晰、快捷。

　　遗传学实验的计算机模拟程序可辅助遗传学的多媒体课堂教学，使抽象的实验过程变得具体化、形象化，是对计算机技术应用于遗传学实验教学的进一步探索。该软件与北师大，南师大相应的程序相比，增加了连锁遗传的计算机模拟、图形显示和汉字显示、模拟结果的统计分析等内容，通过几届本科班、函授本科班的使用，效果很好。不仅增强了学生对遗传学基本概念和基本原理的理解而且也增加了学生对计算机应用于生物学研究的兴趣。

　　4遗传学实验的网络化建设

　　遗传学实验不仅有宏观方面的性状观察，更多的是微观领域的研究，如细胞分裂染色体各时期的形态等等，这些内容在教学的过程中很难在学生的脑海中留下确切的印象，在学生的实验中往往很难准确地把握;由于实验课时是有限的，在这有限的课时中，如何将大量的遗传学实验相关信息更有效、更快速地传递给学生是遗传学实验教学面临的最大问题。随着科学技术的进步，尤其是计算机网络的发展，提供了一个快速传递信息的途径，这就是网络教学，因此将遗传学实验做成网页，以网页的形式传递信息，为学生提供一个新的学习环境、学习模式，学生可以在这样的条件下自主学习。遗传学实验网页包含大量的图片，如细胞分裂、各时期染色体等微观方面的图片，这一系列图片不仅会给学生留下直观的印象，弥补学生实验观察不全面等方面的不足。

　　目前，遗传学实验网页包括了实验教学大纲、教案、实验目的、原理、实验步骤、操作规范等等。对于学生来说，可以在进行具体实验前通过浏览该网页达到预习的效果，从网页中得知他所要进行的实验的目的、原理，所要使用的实验仪器，实验可能会得出怎样的结果等，对实验有一个大致的了解以至在实验过程中做到有的放矢，也节省了大量的时间。同时也增强了学生学习的自主性，利用网络资源，自己设计实验，培养创新能力。对于教师来说，在实验课上运用遗传学网页，可以辅助教师对学生普遍出现的一些问题进行统一讲解可以减轻老师的压力。

　　5课外科研兴趣小组的创建与实践探索欲望和深入研究的起点，从完善学生遗传学的综合知识结构、提高综合质量、培养创新能力的总目标出发，着重于学生动手能力、创新能力、综合分析能力的培养，积极倡导和支持学生开展遗传学课外科技活动，全面提高学生综合适应能力。多年来，本实验室在这些方面进行了积极的探索和实施。依据教师的科研工作和学生的毕业论文工作，实施实验室开放，让大二、大三的学生提前介入到遗传学研究中，在暑假前向学生公布课题，欢迎他们选择感兴趣的课题，开展了丰富多彩的遗传学科研课题课外兴趣小组活动。如2002~2003年我们公布了“两栖爬行动物染色体标本制备”、“两栖爬行动物基因组DNA提取”等多个课题，在暑假前向学生公布，欢迎他们选择感兴趣的课题，结果在实验中发现爬行类动物丽纹攀蜥染色体的核型国内没有报道过，学生在这个方面做了很好的工作，2003年被评为优秀毕业论文，此论文已发表在《四川动物》(核心期刊)上。

　　近年来，通过遗传学实验教学的改革与创新，教学效果是非常显著的，近两年来，本课程组教师指导的8名学生获校大学生科研课题立项，12人次获校级和徐州市科技论文和科技创新奖励，7名学生获得校级优秀毕业论文奖励，本科生发表研究论文多篇,其中以本科生为第一作者的论文已在《遗传》等刊物上发表。

　                                       　李宗芸，潘沈元，朱必才，高建国，王秀琴，屈艾

                                            (徐州师范大学生命科学学院，江苏徐州221116)