“分子遗传学”课程实验教学改革的探索——以北京林业大学为例

谢剑波 张德强

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083)

“分子遗传学”课程实验教学改革的探索
——以北京林业大学为例

谢剑波 张德强

(北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083)

“分子遗传学”课程实验教学提升了林业人才的理论与科研水平，也是林业人才培养的重要课程之一。一直以来，北京林业大学“分子遗传学”课程本科实验教学内容单一，难以调动学生学习的积极性。为提高“分子遗传学”课程实验教学质量，实施创新型人才的培养目标，依托林木育种国家工程实验室和本科教学实验室中心教师队伍，在“分子遗传学”实验课程学习的基础上，开设了创新性实验项目。采用理论学习、开放式实验、实验技术交流平台等多种方式，开展了“分子遗传学”课程实验教学改革。从实验教学改革效果上看，“分子遗传学”课程实验教学新模式有助于调动学生参与的积极性，激发了学生学习分子遗传学知识的热情，促进了教师的知识更新和教学水平的提高。

本科教学；分子遗传学；实验教学

实验教学是巩固理论知识的重要环节，是全面实施素质教育、培养掌握科学技术和方法的高素质人才的重要途径，是本科教学过程中不可或缺的重要环节，也是深化实验教学改革和提高实验教学质量的重要途径之一[1-2]。林木分子遗传学是研究林木遗传变异和规律的遗传学分支学科，主要通过分子手段对林木遗传变异进行研究，加快良种繁育进程，包括基因辅助育种、分子标记辅助育种、种质资源收集等内容，是一门理论性较强的学科。分子遗传学的迅猛发展以及生物各学科之间的交叉渗透，使得分子遗传学理论知识和实验技术更新速度加快、知识总量大增，学科前沿知识不断更新。于此同时，作为生物科学中重要的一个分支，“分子遗传学”课程依旧采用传统的实验教学模式，学生产生的问题得不到及时解答，进而极大地打消了学生参与分子实验的积极性。为了提高“分子遗传学”课程实验教学的效果，笔者依托林木育种国家工程实验室、本科教学实验室中心实验教师队伍以及互联网社交媒体，对现有实验教学模式进行了改革，并通过实验技术交流平台强化了“分子遗传学”理论知识，提升了实验技术水平。

一、 “分子遗传学”课程实验教学面临的问题

(一) 实验教学形式和考核方式陈旧

传统教学方式较为突出：教师先将“分子遗传学”涉及到的实验内容、详细的实验步骤及预期的实验结果通过多媒体形式展示出来，并在讲解过程中进行解惑，之后学生独立进行实验。这种教学方式是在传统教学的框架下形成的，导致许多学生被动参与实验，无法调动学生做实验的积极性，使学生失去了对实验操作的兴趣。而“分子遗传学”实验课程成绩仅由教师根据学生最终提交的实验报告来确定，这种考核方式非常主观，导致部分学生不重视实验过程，抄袭实验报告的现象时有发生，在学生中造成了消极的影响，削弱了学生参与实验的积极性、主动性和创造性。

(二) 缺乏适宜的实验室

长期以来，由于缺乏适宜的实验室，“分子遗传学”实验课程教学内容主要在北京林业大学实验楼进行。由于实验室实验设备及材料有限，比如PCR仪、电泳仪仅有2～3台，移液枪10把，SSR引物只有20对左右，很难保证每位学生都有机会直接完成实验操作任务。此外，有限的实验室空间更使许多学生无法参与到正常的实验中，实验效果较差。

(三) 缺乏实验课专职教师或高水平的实验课教师

“分子遗传学”实验课程教学主要是由理论课教师兼任，而且一名教师一次指导20名以上的学生做实验。教师在备课的同时，还要准备实验耗材、熟悉操作步骤，造成理论课教师时间与精力的紧张，直接影响“分子遗传学”实验课程教学效果。此外，“分子遗传学”理论课教师的实验设计思路有限，很难提出建设性的实验思路，使得实验步骤单一、难有创新性。

(四) 缺乏完备的实验教学指导书

由于缺少正式出版的“分子遗传学”实验教学指导教材，学生只能根据相关的教材和教师的指导整理实验手册，并据此开展相应的实验活动。由于实验是一个比较复杂的过程，当实验材料发生改变的时候，相应的实验操作步骤也会发生相应的变化，因此根据相关教材整理出来的实验指导手册对林木“分子遗传学”实验没有针对性，往往达不到预期的实验效果。实验指导手册也没有对实验过程中可能出现的问题进行解答，不利于学生学习了解“分子遗传学”课程实验操作的具体过程。

(五) 缺乏有效的实验技术交流平台

构建主义理论认为，学生的学习过程和科学家探索过程在本质上是一样的，都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程[3]。由于缺乏有效的交流手段，这样一个循序渐进的实验能力提高过程被阻断在解决问题的过程中。学生与教师之间、学生与学生之间没有一个实时的交流平台，学生在实验操作中遇到的问题很难得到及时的解答，导致学生的实验技术水平难以得到提高，教师实验技能也难以得到拓展。

二、 “分子遗传学”课程实验教学改革的措施

(一) 组建合适的实验教学平台和优秀的实验课教师队伍

“分子遗传学”实验教学体系的改革须遵循实验教学规律。北京林业大学生物科学与技术学院坚持知识传授、能力培养、素质教育全面协调发展的实验教学理念，将理论教学与实验教学有机融合，使实验教学从辅助地位转变为创新素质培养的关键环节，从根本上改变了实验教学依附于理论教学的传统观念，符合以“国家需求”“学科需要”为目的的林学高层次人才培养目标。“分子遗传学”作为生物科学与技术学院优势课程，完全可以依托现有的国家级平台，结合教学基地建设，推动实验教学的改革。

目前，北京林业大学生物科学与技术学院建有“林木育种国家工程实验室”“林木花卉遗传育种教育部重点实验室”等实验平台。林木育种国家工程实验室下设树木分子遗传与功能基因组、林木分子标记辅助育种、林木基因工程育种、林木细胞遗传与细胞工程育种、林木良种繁育等专门实验室，以及与之配套的人工气候室、温室、组培室和大型仪器设备室等，并配有优秀的实验教师。这些为“分子遗传学”课程的实验内容设计提供了较丰富的选择，为组建优秀的实验教师队伍提供了良好的平台。

(二) 引导学生自主设计实验

根据教学目的及教学条件，“分子遗传学”实验项目内容分为基础性实验、综合性设计实验、研究创新性实验3个层次[4]。北京林业大学在“分子遗传学”实验课程内容设计方面，充分考虑重点实验室的平台条件及遗传学学科的特点，开展了综合性设计实验。其实验内容如下：毛白杨SSR分子标记引物设计、毛白杨SSR分子标记的筛选、毛白杨分子标记扩增、种间分子标记稳定性评估、分子标记连锁图谱构建、关联做图、连锁不平衡衰退计算等。通过以上实验内容设置，可以使学生巩固课堂所学知识，真正将所学知识运用到实践中，提高学生分子标记的设计、分析能力。

另外，北京林业大学“分子遗传学”实验课程指导教师结合杨树的基因组特点，设计了合理的SSR分子标记位点，并对重要的与性状有显著关联的位点进行了筛选。同时，利用关联分析结果对连锁不平衡进行了分析，提取了合理的代表性标记位点，从而提高了学生将理论知识转化为解决实际问题的能力。其中，依据杨树的物种特点设计的分子标记位点筛选与“分子遗传学”中的分子标记辅助育种内容有效契合，提高了学生对抽象理论内容的理解能力以及通过实践理解科学问题的能力。此外，“分子遗传学”实验课指导教师还鼓励学生根据实验内容选取与自己研究课题相关的实验进行开放性实验设计，并按照课程要求完成实验，有效地推动了实验进度，提高了学生参与实验的积极性。

(三) 编写完整的实验指导手册

为增强“分子遗传学”实验课程的可操作性、可控性，实验指导教师根据实验内容和实验平台实际情况编写了“分子遗传学”实验指导手册。“分子遗传学”实验指导手册内容包括实验进度安排、实验内容及操作步骤、注意事项、实验报告模板等。通过实验指导教师课前的讲解，学生可以了解实验设计思路、时间总体安排、注意事项、实验目的、成绩考核原则，以及实验指导教师的联系方式等信息。同时，“分子遗传学”实验指导手册中还包含了实验中必要的软件下载地址及计算原理，一方面可以保证数据能够准确计算，另一方面也为学生将来开展科研工作提供借鉴。实验报告格式模板的目的在于保证最终提交的实验报告的一致性和规范性，便于存档。

(四) 制定科学合理的实验课考核标准

“分子遗传学”实验课程考核采用百分制进行评定，成绩除由所有实验课程参与次数、实验报告质量组成外，还增加了实验小组多媒体汇报环节，用以引导学生组成科研小团队，提高学生团队协作解决问题的能力。“分子遗传学”实验课程的成绩为百分制，实验参与次数占40分，主要考核学生参与实验调查的认真态度以及是否遵守实验纪律；实验报告的质量占40分，主要考核实验数据整理是否科学准确、报告撰写是否认真规范、实验数据分析和讨论是否深入；多媒体汇报环节占20分，由小组代表负责汇报，主要考核幻灯片的制作质量和学生的语言表达能力。

(五) 建立师生沟通交流平台

当代教学面临一个重要的问题就是师生关系的疏离，师生之间、学生之间在知识交流方面缺乏必要的沟通交流，致使学生在实验课中遇到的问题难以及时解决。北京林业大学“分子遗传学”实验课程尝试使用“腾讯QQ、微信”等社交平台建立师生实验技术交流群，目的是及时解答课程及实验中出现的问题、分享课程和实验作业以及“分子遗传学”课程最前沿的实验技术。同时，教师还可以实时将科技前沿的资讯、实验教学视频等信息上传到交流平台，供所有的选课学生学习、分享。

三、 “分子遗传学”课程实验教学改革的效果

学期末，笔者对选课的65名学生进行了问卷调查，调查内容及结果见表1。从调查问卷结果可以看出，93.85%的学生对“分子遗传学”实验课程的内容及形式表示满意，认为课程内容能够及时传达遗传学学科前沿的实验技术；78.46%的学生对师生实验技术交流平台的建立持非常积极的态度，认为师生实验技术交流平台的建立能够促进师生之间的交流、及时解决学生遇到的问题；84.62%的学生认为教师在实验课程中能够进行师生互动，对拉近师生关系起到了积极作用；95.38%的学生认为“分子遗传学”实验课程的内容饱满，不仅提高了学生的动手能力，而且很好地巩固了学生的理论知识；92.31%的学生认为“分子遗传学”实验课程期末考核形式合理，利于评价学生的学习效果。然而，分别有3.07%、6.15%的学生对师生互动、教师在交流平台解答的问题不满意，这说明，“分子遗传学”实验课程在这些方面还有待提高。

表1 学生对“分子遗传学”课程实验教学改革效果的评价 %

总之，“分子遗传学”实验课程教学改革促进了实验技术交流平台的建设，充分利用了现有的重点实验室资源以及所属的各个学科的仪器、设备，完善了教学体系，激发了学生学习的兴趣，提高了学生综合分析、实验设计的能力，增强了学生团队协作的意识。

[1] 梁丽.构建分层次实验教学体系 培养创新型人才[J].实验室研究与探索，2014，33(1)：217-219.

[2] 易红.高校实验教学与创新人才培养[J].实验室研究与探索，2008，27(2)：1-4.

[3] 李军靠.传统教学的弊端与矫治[J].延安教育学院学报，2003，17(1)：4-6.

[4] 张敬怀.电子技术实验教学改革与创新人才培养[J].实验技术与管理，2003，20(3)：109-111.

(责任编辑 孙艳玲)

北京林业大学2015年研究生课程建设项目———“分子遗传学”全英文研究生核心课程建设，项目编号YWKC1504。