注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的遺傳學(xué)教學(xué)改革探討

胡軍 王洪預(yù) 溫海嬌 王聚斌 王慶鈺 都興林

摘要：遺傳學(xué)是生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要的、理論與生產(chǎn)實(shí)踐緊密聯(lián)系的專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是一門新知識(shí)、新技術(shù)層出不窮，發(fā)展非常迅速的學(xué)科。為適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)對(duì)創(chuàng)新性人才的需求，本文分析了遺傳學(xué)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用，在遺傳學(xué)教學(xué)過程中注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革舉措。具體就培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望、在科研實(shí)踐中提升創(chuàng)新能力和更加科學(xué)合理的考核方式等多個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：遺傳學(xué);創(chuàng)新思維;創(chuàng)新能力;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815066

收稿日期：2020-06-25

基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019XYB378，2019XYB372）;吉林大學(xué)本科創(chuàng)新示范課程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019XSF055）

作者簡介：胡軍，男，博士。研究方向：遺傳學(xué)和玉米遺傳育種方面的教學(xué)和科研;通信作者都興林，男，博士，教授，院長。研究方向：水稻遺傳育種方面的教學(xué)和科研。

引言

遺傳學(xué)是研究生命的遺傳與變異的科學(xué)，生物體性狀的傳遞和變異，基因的組織與表達(dá)，群體基因的結(jié)構(gòu)與分子進(jìn)化等無數(shù)讓人感興趣的科學(xué)問題的聚合，構(gòu)成了一門生命科學(xué)中的重要學(xué)科——遺傳學(xué)[1]。同時(shí)，遺傳學(xué)還是一門與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)科學(xué)，遺傳學(xué)理論可以指導(dǎo)植物、動(dòng)物和微生物育種工作，加速育種進(jìn)程，提高育種工作的成效。遺傳學(xué)與醫(yī)學(xué)也有著密切的關(guān)系，開展人類遺傳性疾病的調(diào)查研究，探索癌細(xì)胞的遺傳機(jī)理，可為保健工作提出有效的診斷、預(yù)防和治療措施，因此無論是理論研究還是生產(chǎn)實(shí)踐，遺傳學(xué)都具有十分重要的作用[2]。

近20a來，步入“功能基因組時(shí)代”的遺傳學(xué)展現(xiàn)了巨大的新的生命力，利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，系統(tǒng)全面地分析基因的生物學(xué)功能，使人們對(duì)于遺傳與變異的認(rèn)知在深度和廣度上都有了質(zhì)的飛躍。遺傳學(xué)知識(shí)越來越豐富和復(fù)雜，與其它學(xué)科的結(jié)合與滲透，呈現(xiàn)交叉與前沿化的趨勢(shì)，而學(xué)科固有的知識(shí)體系框架亟待發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方式方法、教學(xué)的組織形式與評(píng)價(jià)等方面亟待創(chuàng)新[3]。近年來，隨著高考改革的逐步推進(jìn)，大部分高等院校都采用大類招生的模式，對(duì)于植物生產(chǎn)大類農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)、園藝等專業(yè)而言，生源質(zhì)量和就業(yè)前景有下滑的趨勢(shì)。為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和社會(huì)需求，在遺傳學(xué)的教學(xué)過程中強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，培養(yǎng)具有卓越創(chuàng)新能力和優(yōu)良專業(yè)素質(zhì)的高質(zhì)量人才，是適應(yīng)遺傳學(xué)學(xué)科發(fā)展的需要，也是高等教育改革的必然趨勢(shì)[4]。

1遺傳學(xué)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用

遺傳學(xué)是吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院面向植物生產(chǎn)大類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及面廣，包括經(jīng)典遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、群體和數(shù)量遺傳學(xué)等若干板塊。概念抽象，知識(shí)體系繁雜，通過本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、邏輯思維和創(chuàng)新思維。經(jīng)典遺傳學(xué)的3大基本遺傳規(guī)律是以遺傳傳遞概率為核心的知識(shí)體系，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评磉^程，孟德爾首先提出了遺傳因子的概念，遺傳因子可以獨(dú)立分離和自由組合，彼此之間互不融合與干擾，顆粒遺傳相對(duì)當(dāng)時(shí)達(dá)爾文泛生論所支持的融合遺傳而言，是創(chuàng)造性的思維[5]。另外，孟德爾所獲得的特定遺傳分類比例都需要觀測較大的樣本數(shù)量，而樣本量較小時(shí)，遺傳比例易受隨機(jī)因素的影響產(chǎn)生較大地波動(dòng)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行生物試驗(yàn)研究時(shí)，應(yīng)具備科學(xué)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。生命科學(xué)快速發(fā)展的今天，全基因組的高通量測序所獲得的海量基因信息，沒有適當(dāng)?shù)臄?shù)理統(tǒng)計(jì)方法作為有力的分析工具，將會(huì)寸步難行。

DNA分子結(jié)構(gòu)模型理論提出以后，促使遺傳學(xué)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)入了“快車道”。遺傳學(xué)研究也從揭示個(gè)體性狀遺傳和變異的奧秘，進(jìn)一步深入分子水平研究基因的結(jié)構(gòu)與功能、基因的作用與性狀的表達(dá)之間的分子機(jī)理。進(jìn)入分子時(shí)代以后，DNA重組技術(shù)、高通量測序技術(shù)、PCR技術(shù)、基因編輯技術(shù)、全基因組關(guān)聯(lián)分析等為代表的眾多新技術(shù)和新方法的突破，使得分子遺傳學(xué)成為遺傳學(xué)科最有生命力和創(chuàng)造力的強(qiáng)勁增長點(diǎn)[6]。群體遺傳學(xué)側(cè)重孟德爾群體中等位基因和基因型頻率等遺傳參數(shù)的變化規(guī)律研究，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐關(guān)系密切。如，玉米是一種產(chǎn)量很高的糧食作物，也可為飼料加工和新能源生產(chǎn)提供原料，玉米種質(zhì)資源種類豐富，科研人員對(duì)全球范圍內(nèi)75份野生、地方特有及遺傳改良的玉米品系進(jìn)行分子水平遺傳多樣性研究，揭示各個(gè)品系之間存在廣泛地染色體結(jié)構(gòu)變異，還發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)具有強(qiáng)烈人工馴化和選擇信號(hào)的基因，這對(duì)于玉米新品種培育具有重要的指導(dǎo)意義[7]。

2教學(xué)過程中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革探索2.1培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維是與習(xí)常性思維相對(duì)應(yīng)的，按現(xiàn)有的程序、現(xiàn)有的模式、現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思維不能稱之為創(chuàng)新思維。思維活動(dòng)是由思維結(jié)構(gòu)所決定的，在長期學(xué)習(xí)和生活過程中所學(xué)習(xí)的知識(shí)和方法，所形成的觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成了思維結(jié)構(gòu)的基本要素，這些要素是逐步累積于大腦之中的，這種思維結(jié)構(gòu)有其穩(wěn)固性和延續(xù)性，往往導(dǎo)致因循守舊的思維定勢(shì)[8]。在教學(xué)過程中，應(yīng)注重啟發(fā)學(xué)生思維活動(dòng)的批判性，對(duì)傳統(tǒng)的思維模式或傳統(tǒng)的理論體系不斷地進(jìn)行反思與批判，反思前人設(shè)定的界限，突破舊有的或現(xiàn)有的知識(shí)框架，才能有所創(chuàng)新，創(chuàng)新思維的養(yǎng)成是一個(gè)在肯定中否定，在否定中不斷開拓前進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，即教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用懷疑的、批判的視角去審視前人的研究成果[9]。通過聯(lián)想、想象和類比等發(fā)散性思維方式，找尋事物之間原以為不存在的聯(lián)系，基于現(xiàn)實(shí)又超越現(xiàn)實(shí)，克服事物屬性的差異，讓思維在不同類屬事物間自由跨越。如，基因突變是自然界廣泛存在的一類現(xiàn)象，前蘇聯(lián)的遺傳學(xué)家瓦維洛夫提出了遺傳變異的同源系列法則，該學(xué)說認(rèn)為了解到一個(gè)作物內(nèi)具有的變異類型，可以預(yù)見在近緣的其它作物中也存在相似的變異類型，該學(xué)說現(xiàn)在得到了基因組學(xué)分子層面的證實(shí)，通過這個(gè)案例可以引導(dǎo)學(xué)生在更高的認(rèn)知層次對(duì)基因突變的特征進(jìn)行再認(rèn)識(shí)。

2.2轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念

傳統(tǒng)形式上的教學(xué)是教師傳授知識(shí)，學(xué)生接受知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的深度、廣度、范圍是以教師為中心，以知識(shí)為本位的，而學(xué)生處于被動(dòng)地位。這種傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)不利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，教學(xué)過程應(yīng)該是教與學(xué)雙方的一個(gè)積極互動(dòng)，是一個(gè)相互依存、不可分割的有機(jī)整體[10]。以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為核心目標(biāo)的教學(xué)，不再是教師的“一言堂”，教師應(yīng)該努力營造一個(gè)學(xué)生思維活躍、暢所欲言，充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造精神的課堂氛圍，啟迪學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，教師和學(xué)生一起分析問題、解決問題。鼓勵(lì)學(xué)生積極獨(dú)立地提出問題比解決問題更重要，對(duì)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)造性想象力的訓(xùn)練價(jià)值是巨大的[11]。就遺傳學(xué)課程的教學(xué)而言，不以教授遺傳學(xué)知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量多少為優(yōu)劣，對(duì)遺傳學(xué)的學(xué)習(xí)不再只停留在概念的記憶和原理的理解層面，采用案例式教學(xué)等方法將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)整合成一個(gè)案例，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決遺傳學(xué)問題的能力[12]。還可以給學(xué)生提供一些科學(xué)史或遺傳學(xué)領(lǐng)域的名人傳記等素材，了解前人做出重大科學(xué)貢獻(xiàn)時(shí)所處的時(shí)代背景、科研環(huán)境，在繼承前人的知識(shí)基礎(chǔ)之上，學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟前輩科學(xué)家思考科學(xué)問題、解決科學(xué)問題的方式，進(jìn)而儲(chǔ)備挑戰(zhàn)未知科學(xué)問題的創(chuàng)新能力[13]。

2.3激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望

如果創(chuàng)新活動(dòng)有趣且讓學(xué)生感興趣，那么學(xué)生一定會(huì)積極地參與進(jìn)來，并且能抽出課余時(shí)間來完成各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目。動(dòng)機(jī)和情感是保障學(xué)生持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的必要條件，其可以保證學(xué)生以一種富有意義的方式來獲取創(chuàng)新活動(dòng)所需要的知識(shí)與技能[14]。根據(jù)教育心理學(xué)原理，教師應(yīng)該關(guān)注學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性學(xué)習(xí)或研究的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，動(dòng)機(jī)的重要性在于其涉及學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的自我認(rèn)知，在教師的引導(dǎo)下學(xué)生追求個(gè)人興趣和能力提升時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種尋求并克服創(chuàng)新挑戰(zhàn)的本能傾向，進(jìn)而激勵(lì)學(xué)生去做那些本來不一定要做的事情[15]。教師創(chuàng)設(shè)與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的問題情景，如，在介紹細(xì)胞的遺傳學(xué)基礎(chǔ)章節(jié)時(shí)，正常細(xì)胞的有絲分裂過程是將遺傳物質(zhì)均等地分配到子細(xì)胞中，2個(gè)子細(xì)胞均獲得與親細(xì)胞相同的遺傳信息拷貝。而在一些特殊情況下，細(xì)胞的有絲分裂會(huì)出現(xiàn)異常，如果蠅幼蟲唾腺細(xì)胞中的染色體不分裂導(dǎo)致多線染色體的產(chǎn)生，細(xì)胞有絲分裂檢查點(diǎn)的功能缺陷與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)，就上述問題更深一層次的機(jī)制機(jī)理可讓學(xué)生課后分組查詢相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行延伸閱讀，學(xué)生間、師生間相互討論。每個(gè)人都有自己看待科學(xué)問題的獨(dú)特視角，互相啟發(fā)會(huì)將彼此的思維導(dǎo)向一個(gè)新的領(lǐng)域，在具有創(chuàng)造性的過程中滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程的情感需要，收獲友誼感與成就感。

2.4在科研實(shí)踐中提升創(chuàng)新能力

實(shí)踐出真知，荀子說：“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之。”吉林大學(xué)年度“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)工作一般在6月中下旬完成，與大二年級(jí)學(xué)生遺傳學(xué)課程春季授課時(shí)間相符，在課堂上引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)投入到科研實(shí)踐中去，積極申報(bào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。同時(shí)也會(huì)針對(duì)項(xiàng)目申報(bào)中的一些具體問題在課間或課后與同學(xué)進(jìn)行交流，如研究方向的確定、學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的檢索、方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的開展、數(shù)據(jù)的處理、項(xiàng)目的規(guī)劃與實(shí)施等。筆者從事玉米遺傳育種科研工作，在課堂上也會(huì)介紹課題組的科研進(jìn)展，科研過程中的收獲與經(jīng)驗(yàn)。如，在講述近交與雜交的遺傳效應(yīng)時(shí)，玉米雜交種自交會(huì)使后代基因分離，群體性狀分化，出現(xiàn)自交衰退，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入玉米育種試驗(yàn)地考察玉米自交早代分離群體的性狀表現(xiàn);在交流的過程中，對(duì)玉米遺傳育種感興趣并意愿從事相關(guān)研究的學(xué)生，指導(dǎo)其申報(bào)學(xué)校與玉米遺傳育種相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。如，作為指導(dǎo)教師帶領(lǐng)2014級(jí)農(nóng)學(xué)專業(yè)的5位學(xué)生進(jìn)行玉米數(shù)量性狀的遺傳效應(yīng)分析與配合力測定試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在《中國農(nóng)學(xué)通報(bào)》[16，17]和《黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)》[18]等專業(yè)期刊上。如，在植物雄性不育性的利用及物種的形成方式等具體章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程中，針對(duì)授課學(xué)生的專業(yè)性質(zhì)，以我國雜交水稻之父袁隆平院士和小麥遠(yuǎn)緣雜交育種奠基人李振聲院士為例，介紹其科研成就，勉勵(lì)學(xué)生向本專業(yè)領(lǐng)域的榜樣學(xué)習(xí)，在科研實(shí)踐的廣闊舞臺(tái)上發(fā)揮自身的聰明才智，磨礪品行，增長才干，做出成績。

2.5更加科學(xué)合理的考核方式

鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)及課程的考試也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。不應(yīng)該沿襲以往的卷面成績占總評(píng)成績大部分比例的考核方式，閉卷考試的成績比重應(yīng)在50%左右，提高平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)成績的占比。平時(shí)成績可以參考出勤情況、章節(jié)的作業(yè)考評(píng)、查閱最新外文文獻(xiàn)并綜述形成小論文的成績、教學(xué)過程中提出問題和分析問題等專題討論時(shí)的課堂表現(xiàn)等。當(dāng)然，教師也應(yīng)充分理解學(xué)生憑借已有的知識(shí)和能力水平在創(chuàng)造性的思維過程中出現(xiàn)的不足，乃至錯(cuò)誤，從不足和錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)有時(shí)還能獲得更好的教學(xué)效果。期末的卷面考試中降低選擇、判斷等客觀題的占比，不讓學(xué)生形成應(yīng)付期末考試時(shí)死記硬背標(biāo)準(zhǔn)答案的思維習(xí)慣，而且以為標(biāo)準(zhǔn)答案就是唯一的、最佳的，在教育中充滿必然的結(jié)論是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的扼制[19]。提高無標(biāo)準(zhǔn)答案主觀題的占比，如論述3大遺傳學(xué)規(guī)律的實(shí)質(zhì)，并談?wù)劽系聽柡湍柛l(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)的規(guī)律給予的啟發(fā);再如芭芭拉·邁克林托克發(fā)表玉米“跳躍基因”的研究論文時(shí)，不被當(dāng)時(shí)主流遺傳學(xué)家接受，認(rèn)為簡直是天方夜談，請(qǐng)談淡其所發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)座因子的科研價(jià)值以及其事跡對(duì)從事科學(xué)研究的啟迪等。實(shí)驗(yàn)課的成績考評(píng)除了參考實(shí)驗(yàn)報(bào)告以外，要更加重視實(shí)驗(yàn)操作者的過程性和規(guī)范性，以及在綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的綜合表現(xiàn)。

3結(jié)語

課程教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要渠道，遺傳學(xué)作為一門既古老又嶄新的學(xué)科，與當(dāng)前生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的研究熱點(diǎn)和研究前沿是緊密聯(lián)系的，其課程特點(diǎn)和性質(zhì)決定其對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要的作用。教與學(xué)是有機(jī)統(tǒng)一、相輔相成的，在教學(xué)改革過程中，在教師和學(xué)生2個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)內(nèi)涵的轉(zhuǎn)變，即教師不僅傳授學(xué)科知識(shí)，更要傳授科學(xué)研究的方法，在指導(dǎo)學(xué)生圍繞專題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的訓(xùn)練過程中，讓學(xué)生在主動(dòng)與自覺的狀態(tài)下完成知識(shí)的汲取， 去參與、去感受、去發(fā)現(xiàn)、去研究、去創(chuàng)造。教學(xué)形式和教學(xué)方法上是可以多元并舉的，在信息化時(shí)代，善于利用豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)多媒體資源，關(guān)鍵在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望，教師作為學(xué)生課程學(xué)習(xí)的引領(lǐng)者和促進(jìn)者，致力于實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的主體地位。

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（責(zé)任編輯周康）