复合式教学法在“遗传学”教学中的应用与实践

［摘 要］ “遗传学”是现代生命科学的核心课程，由于学科发展迅速、技术不断进步、知识更新快，传统的授课模式在教学内容、教学方法等方面均存在诸多不足。总结了遗传学教学过程中存在的问题，积极优化教学内容，采用复合式教学法，即启发式、问题式、案例式、科研融入等多种形式针对不同内容选用适合的教学方法，以及科研与教学的有机结合，围绕教材的重点、难点和关键问题，引导学生独立思考。此教学模式充分调动了学生学习遗传学的自主能动性，激发学生的学习兴趣，培养了学生自学、实践和创新能力，提升了学生农业振兴的使命感，取得了良好的教学效果。

［关键词］ 遗传学；复合式教学法；教学改革；模式创新；开放性实验

［基金项目］ 2021年度西北农林科技大学教学改革研究项目“复合式教学法在遗传学教学中的应用与实践”（JY2103010）

［作者简介］ 郭 媛（1984—），女，陕西子长人，博士，西北农林科技大学农学院讲师，主要从事油菜遗传育种研究；史 雪（1981—），女，甘肃临洮人，博士，西北农林科技大学农学院讲师，主要从事小麦遗传育种研究；奚亚军（1969—），男，陕西白水人，博士，西北农林科技大学农学院教授（通信作者），主要从事小麦遗传育种研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）33-0055-04 ［收稿日期］ 2023-06-05

“遗传学”是现代生命科学的核心课程，与其他多个学科（自然科学、技术科学等）交叉和融合，是联系生物科学相关领域的中心枢纽，涉及的知识面广、内容丰富。自1900年孟德尔定律被重新发现之后，遗传学的发展日新月异，其内容在广度和深度上不断增加，是生命科学领域发展最快最活跃的学科。遗传学与人类经济和健康有着密不可分的关系。在农业生产方面，遗传学技术可以用于改良农作物的产量和品质性状等；在医学领域，遗传学技术可用于遗传疾病的检测筛查和生物制药等；在科学研究方面，遗传学技术能帮助人们探究人类的起源，揭开生命的奥秘。

面向高校生物相关专业本科生开设“遗传学”课程，应积极探索改进教学方法，提升“遗传学”课程的教学效果，为培养具有创新意识和实践能力的高素质生物专业人才，遗传学教育工作者在各个高校开展了广泛的教学改革和探索，并取得了一定的成效［1-3］。目前，“遗传学”课程是西北农林科技大学植物生产类、园艺、植保等一级学科各专业的学科基础课，也是生物技术、生物工程、动植物育种等相关专业学生的必修专业基础课。该课程内容包括遗传的细胞学基础、孟德尔遗传定律、连锁遗传定律、数量性状遗传、染色体变异、基因突变、细胞质遗传，微生物遗传、基因的表达与调控等内容。课程教学总学时为64学时，其中理论讲授48学时，实验教学16学时。如何在有限的课时安排中圆满地完成教学任务，使学生能够掌握遗传学的基本内容和最新进展，培养其分析解决实际问题的能力和创新思维能力，一直是笔者在“遗传学”课程教学中不断思考的问题。为此，笔者对本校农学类2020级、2021级及园艺2021级部分班级进行了“遗传学”教学改革，采用复合式教学法，即启发式、问题式、案例式、科研融入等多种教学方法，针对不同的教学内容选择恰当的教学方式，围绕教材的重点、难点和关键问题，引导学生独立思考，收到了较好的教学效果。同时，将思政元素融入教学过程中，润物无声地提升学生农业振兴的使命感，培养学生的科学精神及文化自信。

一、“遗传学”课程教学过程中存在的问题

（一）课程理论性较强、重点难点多

“遗传学”课程跨度大、发展快，内容抽象、复杂，本科生在学习过程中往往觉得难度大、缺乏主观能动性。部分学生没有课前预习和课后复习的习惯，导致在教学中难以迅速进入课堂情景、紧跟教师的思路，教师需要花费较长时间回顾和复习之前课堂上讲授过的内容，影响课程进度。此外，多媒体已经成为一种重要教学辅助手段，但是部分章节的授课课件文字过多，无法形象地帮助学生分析抽象、复杂的知识点，多媒体授课速度过快或信息量过大，教师采取“满堂灌”的方式，忽略了学生的知识结构与接受程度，让学生难以在短时间内接受和理解知识点，教学效果大打折扣。

（二）教学模式单一，学生积极性不高

传统教学模式中，教师在课程教学中处于主导地位，学生处于被动地位，师生间互动较少，课堂上经常出现教师在上面滔滔不绝地讲课、学生在下面昏昏欲睡的情形；另一种常见现象是学生似乎认真听课了，基本做到课堂能听懂、教材能看懂，但是遇到综合分析题目就感觉无从下手。这说明传统教学模式单一，学生对教师依赖性较强，缺乏独立思考精神，对知识点只会死记硬背，对课堂上讲授的内容无法做到融会贯通，不能灵活运用所学知识举一反三地解决实际问题。

（三）实验教学内容简单，科研思维培养欠缺

实验教学在“遗传学”课程学习中占有非常重要的地位，实验教学是理论与实践相结合的教学，是理论教学的补充和深化。目前，本校“遗传学”的实验教学有四次，包括有丝分裂和减数分裂的制片与观察、果蝇唾腺染色体的观察、多倍体细胞学鉴定、果蝇一二对因子分析。在实验教学开展过程中，相关试剂、试验材料等均由教师提前准备，学生参与程度有限，减少了学生实践的机会；且前三次实验教学均以简单的细胞学观察为主，而第四次果蝇的杂交实验是对教材中的自由组合定律进行了简单的验证，缺乏挑战性，对学生的动手和综合分析能力的提高及科研思维能力的培养还有所欠缺。

二、教学方法的改革措施

本教学改革在2022年春、秋季学期及2023年春季学期对农学类2020级、2021级和园艺2021级部分班级实施，每次将班级学生划分为I、II、III、IV组，每名学生根据自己的情况选择入组。第I组学生主要是参与开放性实验，有考研意愿的学生可优先进入I组，该部分对学生科研兴趣的培养、科研技能的提高及科研思维的能力有很大的帮助；第II组学生主要是参与辩论赛；第III组学生主要是参与翻转课堂；第IV组学生主要是参与遗传学素材库的收集。后面三组的设置对学生自主学习的能力有很大的帮助。同时，在教学过程中，还应注重劳动教育、合理增加名师名家、时代楷模等案例，将“三农”“粮食安全”等思政元素通过教学过程设计、讨论等融入课堂教学的立体空间，使学生了解国家实施“藏粮于地、藏粮于技”战略的意义，培养学生学农、爱农的情怀。

（一）优化教学内容和授课课件

1.补充和拓展教学内容，引导学生主动思考。“遗传学”作为多学科交叉的典型，随着相关领域研究的深入和拓展，本课程的教学内容也需要紧跟前沿动态不断进行更新。在教学中及时补充新知识和新进展，将教材内容与科学前沿动态进行合理整合，同时以主体和核心内容为主，最新动态和研究以合理比例、合适形式穿插融入教学。一方面，从学生的专业特点实际出发取舍教学内容，重点讲授遗传学三大定律、染色体变异、细菌和病毒遗传、细胞质遗传等方面内容。另一方面，在教学中及时补充最新进展，比如在植物双受精的讲解过程中，教师可以在课上拓展花粉管导向问题，以“花粉管为什么不会迷路？”进行讨论，这一过程其实需要雌雄双方之间大量的信号交流，从而引出助细胞及花粉管引诱剂LUREs蛋白在花粉管伸长过程中的重要作用，同时给学生布置一些有趣的科学问题，通过文献查阅“为什么一个花粉管进入胚囊后，第二个花粉管进不去？”“中央细胞能否引导花粉管生长？”等，让学生在主动寻找答案的过程中获取知识，培养学生查阅文献的能力，不仅拓宽了学生视野，而且可以进一步激发学生的思考，增强其创新意识。

2.优化授课课件，建立高质量的教学效果。信息时代的教学方式需要迎合学生的学习方式，努力改善教学多媒体课件的形式和内容，使其不再是文本教材的翻版。多媒体课件要充分体现授课内容的逻辑关系，并适当结合动画、视频等形式，最大限度地凸显直观教学的优点，便于学生对知识点的理解和掌握，从而获得良好的教学效果，第IV组学生的主要任务就是辅助教师进行遗传学素材库的收集工作。在微课、慕课、在线教学盛行的当下，我们的教学方式需要使知识内容通过文本、图形、图像、动画、声音、视频等各种单一形式或者几种形式的组合来呈现，比如在DNA的复制过程、细胞分裂、基因的转录和表达过程、CRISPR/Cas9基因编辑等内容的讲授中，结合动画视频进行教学指导，刺激学生的多种感官，提高学生学习兴趣，有利于学生的记忆，从而获得良好的教学效果。

（二）优化教学方法，提升课堂效果

1.问题或案例导入式教学，激发学生学习兴趣。在“遗传学”的教学过程中，针对具体的教学内容提出具有吸引力的问题或将名人案例引入教学内容，增强该课程的趣味性及应用性，激发学生学习的好奇心和主动性。比如讲解遗传的细胞学基础时，抛出“寿命可以被预测吗？”的问题，并表明已有西班牙Life Length公司提供寿命预测收费服务，增加课程的趣味性。其实，该公司的寿命预测就是端粒结构的测定来完成的，端粒确实与衰老相关，但用来预测寿命有些牵强。比如讲解遗传学三大规律和伴性遗传时，将人类的一些单基因和多基因疾病及其遗传方式进行分析，如侏儒症（常染色体显性）、红绿色盲（X连锁）等；讲解伴性遗传时，将日常生活中的血友病与之联系起来进行分析；讲解从性遗传时，以秃顶为例，秃顶的表型不仅受基因影响，而且跟雄性激素水平明显相关。再比如在母体影响的讲授中，可以先抛出一个常见的学术“难题”给学生，“很多人都有沙滩拾贝或雨后抓蜗牛的经历，那么请同学们回忆一下螺壳的旋转方向是不是都一样？”等待学生回答后继续发问：“如果不一样，那么左旋多还是右旋多？”最后引出“螺壳旋转方向由谁来控制”的主题。同时还可以展示几个螺壳，配合一系列的问题和教具激发及培养学生对遗传学知识的好奇心。

2.增设辩论赛和翻转课堂，培养学生自主学习能力。打破传统的教学模式，教学过程应从“以教师为中心的教学”转变到“以学生为主体的教学”。为激发学生的探知欲，在课程中加强教师的教与学生的学的互动。比如转基因食品安全问题是公众关注的焦点之一，在基因工程这部分内容的讲解过程中可以阐述转基因的原理、流程等，设置“转基因利与弊辩论赛”环节，将第II组学生分为正反方，引导学生在课后利用图书馆、网络等资源查找相关资料，主动思考科学问题。同时，选择《表观遗传》章节，组织第III组学生熟悉内容、准备课件，进行课堂教学。在辩论赛和翻转课堂实施过程中，通过启发、引导学生查找相关文献资料，最大限度地激发学生学习的积极性，使学生学会学习、思考和研究科学问题，培养学生自学的能力。

（三）开放性实验与教学的有机结合，提升学生科研思维

遗传学与实践联系紧密，因而教师可在“遗传学”课程教学过程中尝试做到教学过程科研化、科研活动教学化。笔者将国家自然科学基金青年项目的部分科研成果转化为开放性实验引入教学之中。组织第I组学生参与“甘蓝型油菜闭花授粉基因的遗传定位”的科研工作，主要包括遗传分析和基因定位两部分的工作。在第一部分遗传分析工作中，以甘蓝型油菜开花授粉和闭花授粉突变体为材料，利用杂交和自交技术构建群体（BC1和F2）、田间表型观察（两亲本、F1、F2、BC1），统计各世代开花授粉和闭花授粉植株数目，通过卡方分析确定表型分离比和遗传模式，加深学生对孟德尔遗传定律的理解；在第二部分基因定位工作中，利用已有的分子标记和BC1/F2分离群体，学生参与“田间取样”“DNA提取”“PCR扩增”“聚丙烯酰胺凝胶电泳”“条带分析和数据处理”“绘制遗传和物理图谱”等一系列试验。开放实验的设计培养了学生的动手能力和科研思维能力，让对科研感兴趣以及有读研意愿的学生提前参与到科研工作中，同时要注意培养学生严谨的科学态度，教育学生严守学术道德底线。此外，开放实验的过程中学生还参与了油菜花期花器官性状统计；收获期株高、全株角果数、千粒重和单株产量等农艺相关性状调查以及田间收获、脱粒等繁重辛苦的工作，潜移默化地培养了学生吃苦耐劳的精神。更为重要的是，教师要有意识地通过实践教育引导学生了解并掌握油菜种子生产的技术和原理，深刻理解新理论、新技术和种子生产在国民经济和社会稳定中的战略意义，培养学生立志农业行业的理想信念，使其成为学生素质的一部分。

结语

“遗传学”是一门逻辑性极强，发展迅速的生物学基础课程，不仅是生命科学的主干学科，也是衔接基础生物学和分子生物学的桥梁学科。本教改项目打破了传统的以教为主的教学方法，针对不同的教学内容，采用复合式教学方法，即启发式、问题式、案例式、科研融入等多种形式开展教学活动。针对教材内容与科学前沿动态进行整合，将生产实践中的应用及社会关注热点引入课程教学，并将科研与理论课程合理结合。在实施过程中充分发挥教师的引导作用，让学生主动参与到教学活动中，使课堂教学发挥最佳功效，不断提高教学质量。同时，教学过程中有意识地引导学生树立正确的人生观和价值观，弘扬劳模精神，融入劳动教育、推进耕读相伴、传承工匠精神，厚植“知农爱农”情怀，培养“强农兴农”担当，为培养新时代“三农”建设人才添砖加瓦。