劉 暢 劉 丹

遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材出版的創(chuàng)新與實(shí)踐

劉 暢 劉 丹

一本好的教材是教學(xué)思路、教學(xué)方法的高度概況和體現(xiàn)。主要闡述一本本科生教材《遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)》編寫(xiě)與出版過(guò)程中的創(chuàng)新與實(shí)踐：通過(guò)對(duì)教材結(jié)構(gòu)體系的改變，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的細(xì)化，實(shí)驗(yàn)安排的創(chuàng)新來(lái)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的引導(dǎo)、科學(xué)素養(yǎng)的培訓(xùn)等。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，教材出版后，被很多高校選做本科生教材，有著較好的市場(chǎng)表現(xiàn)；多位遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教師反映教學(xué)效果有較大的提升，學(xué)生實(shí)驗(yàn)效率提高、學(xué)生探索發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的興趣與主動(dòng)性增強(qiáng)。

遺傳學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教材

遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)是生命科學(xué)類、農(nóng)林類、醫(yī)學(xué)類本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教材的質(zhì)量直接關(guān)乎教學(xué)質(zhì)量。策劃出版一本高水平的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材既是編輯的責(zé)任，也是作者與編輯的共同目標(biāo)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)楊大祥編寫(xiě)《遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)》[1]自2004年出版以來(lái)，修訂兩次，累計(jì)印刷5萬(wàn)余冊(cè)，得到了授課教師和讀者的一致好評(píng)。2016年2月，第三版問(wèn)世。這本教材既是作者教學(xué)思路、教學(xué)方法的總結(jié)，也是科學(xué)出版社在實(shí)驗(yàn)教材出版上一種新的嘗試。本文從該教材的設(shè)計(jì)構(gòu)思與結(jié)構(gòu)上剖析，力求為實(shí)驗(yàn)類教材的編寫(xiě)與出版提供一個(gè)參考：如何通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與教學(xué)改革，來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

一、新穎且實(shí)用的結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材版本較多，結(jié)構(gòu)體系基本一致，比如一般涵蓋實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料及試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。本書(shū)在策劃與編寫(xiě)之初，根據(jù)本科生的知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)規(guī)律，對(duì)實(shí)驗(yàn)教材的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，增補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材沒(méi)有的知識(shí)模塊。目的是方便教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)，更主要的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使其積極思考，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真科研習(xí)慣。

本書(shū)的第一個(gè)部分是實(shí)驗(yàn)安排。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)期開(kāi)始之前，讀者或授課教師可以根據(jù)學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)室條件等進(jìn)行整體規(guī)劃，安排一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)安排，這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)初期就能了解主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及前后關(guān)系。接下來(lái)本書(shū)安排了預(yù)備知識(shí)，分別是：記錄、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本功、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的寫(xiě)法、光學(xué)顯微鏡的使用及簡(jiǎn)易書(shū)目、顯微攝影、可視化壓片法。這部分內(nèi)容都是與后面實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能，關(guān)乎實(shí)驗(yàn)的完成質(zhì)量與總結(jié)效果。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的撰寫(xiě)上，本書(shū)并沒(méi)有采用傳統(tǒng)的“原理—步驟”這樣的寫(xiě)作模式，而是在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)端先附上一段與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密相關(guān)的科學(xué)史的內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也是直觀地對(duì)科學(xué)發(fā)展史中“關(guān)鍵先生”、科研思路形成過(guò)程一個(gè)很好的呈現(xiàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)背景介紹部分不是傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)原理，而是將實(shí)驗(yàn)材料的選擇緣由、本實(shí)驗(yàn)的思路，甚至是時(shí)間安排進(jìn)行清晰表述，這樣更利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。在實(shí)驗(yàn)材料、器具和試劑環(huán)節(jié)，不是像其他教科書(shū)一樣，籠統(tǒng)地告訴所有需要的器材及試劑，而是具體到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)者、每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組需要具備的詳細(xì)的材料、器材和試劑。這樣，實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生都能更加清晰自己的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況。實(shí)驗(yàn)步驟環(huán)節(jié)，對(duì)一些關(guān)鍵點(diǎn)插入閱讀框或圖片進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。比如“實(shí)驗(yàn)一 果蠅的性別鑒定、性狀觀察及飼養(yǎng)方法”中，對(duì)于本科階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，收集處女蠅是一個(gè)比較考驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作技巧的環(huán)節(jié)，所以在該環(huán)節(jié)插入了閱讀框，詳細(xì)講述果蠅的飼養(yǎng)、收集的技巧等，同時(shí)進(jìn)一步說(shuō)明“雜交親本的數(shù)量確定”這類學(xué)生經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)中會(huì)面臨的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)記錄表格，這樣便于學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)漏掉關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成良好、規(guī)范的記錄習(xí)慣，同時(shí)這些原始數(shù)據(jù)也是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重要組成部分。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)尾，都安排有“進(jìn)一步的問(wèn)題”這個(gè)環(huán)節(jié)，圍繞前面的本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)一步開(kāi)拓思維，引發(fā)思考，引導(dǎo)讀者思考更深層次的科學(xué)問(wèn)題。附錄中，作者詳細(xì)介紹了幾個(gè)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的小制作，比如移蠅塞及移蠅漏斗、冰凍麻醉法麻醉果蠅、自動(dòng)鉛筆式解剖針、電動(dòng)試管刷等，這些都是作者及其學(xué)生在多年的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極思考，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，發(fā)明或設(shè)計(jì)的新的實(shí)驗(yàn)器具，能大大提高實(shí)驗(yàn)效率，啟發(fā)學(xué)生思考。

在以學(xué)生為本的教材設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下，完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的專業(yè)興趣，使其能主動(dòng)投入到實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。對(duì)于授課教師來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得教師的授課更加生動(dòng)、條理清晰。

二、打破常規(guī)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、過(guò)程的安排

傳統(tǒng)的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)基本是按照“實(shí)驗(yàn)原理—意義—實(shí)驗(yàn)步驟”的順序進(jìn)行，著眼于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)。尤其是很多驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多是以這種方式開(kāi)設(shè)，一些高校也采取了教學(xué)改革，在教學(xué)內(nèi)容上增加綜合性、探究性實(shí)驗(yàn)，比如增加群體性遺傳、分子遺傳的內(nèi)容[3]，但總體來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新相對(duì)緩慢。這樣的實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式存在一定局限性：學(xué)生主動(dòng)性差，為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，知其然不知其所以然；實(shí)驗(yàn)時(shí)間較短，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析不夠透徹等。這種教育思路下的教材編寫(xiě)也多是傳統(tǒng)形式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)及基本實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)為主。目前大部分的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材存在的問(wèn)題主要如下：對(duì)實(shí)驗(yàn)的背景介紹很少，實(shí)驗(yàn)原理圍繞技術(shù)層面更多，枯燥，可讀性不強(qiáng)，學(xué)生基本按照教材操作，自主性、能動(dòng)性不足。圍繞這些問(wèn)題，本書(shū)進(jìn)行以下創(chuàng)新。

本書(shū)首先圍繞基礎(chǔ)性、共性的問(wèn)題為學(xué)生設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)，如實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)等，這為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)、科學(xué)的記錄方式、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)方式奠定基礎(chǔ)。

在具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)節(jié)，首先，學(xué)生一定要熟悉實(shí)驗(yàn)的背景知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的來(lái)龍去脈有清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也是為了吸引學(xué)生，本書(shū)非常重視對(duì)科學(xué)史中關(guān)鍵人物及其主要工作的介紹。遺傳學(xué)研究進(jìn)展依賴于一些關(guān)鍵技術(shù)的推進(jìn)和實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新。本書(shū)在內(nèi)容上始終強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)就是將遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與基本的科研思想、方法的傳授結(jié)合起來(lái)。例如，實(shí)驗(yàn)“果蠅的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”，作者詳細(xì)介紹了果蠅作為遺傳學(xué)材料的優(yōu)點(diǎn)，以及遺傳學(xué)材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生了解為何果蠅能成為遺傳學(xué)發(fā)展史上最重要的實(shí)驗(yàn)材料之一，同時(shí)也是后續(xù)多個(gè)實(shí)驗(yàn)的必備材料；果蠅唾腺染色體制備這個(gè)實(shí)驗(yàn)，從研究歷史開(kāi)始，娓娓道來(lái)唾腺染色體如何一步一步走進(jìn)果蠅遺傳研究并成為重要的工具，使來(lái)龍去脈一清二楚。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，由于不少學(xué)校都在嘗試開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間更加充裕，從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)等都有了足夠的時(shí)間保證，所以本書(shū)也安排了一些周期較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，比如實(shí)驗(yàn)“孟德?tīng)柗蛛x定律和自由組合定律的驗(yàn)證”，不僅是對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，也是考驗(yàn)學(xué)生主觀能動(dòng)性很好的機(jī)會(huì)，其中涉及果蠅不同雜交組合的選擇，這需要學(xué)生自己去設(shè)計(jì)。同時(shí)，教材也在部分實(shí)驗(yàn)給出了分組的建議，便于學(xué)生形成團(tuán)隊(duì)，協(xié)調(diào)以便更好地完成實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，拿到一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不是實(shí)驗(yàn)的結(jié)束，如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析本次實(shí)驗(yàn)的效果至關(guān)重要，對(duì)于大部分實(shí)驗(yàn)，本書(shū)都設(shè)計(jì)了參照的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照?qǐng)D，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析方法、分析要點(diǎn)等。比如實(shí)驗(yàn)“植物染色體的Giemsa分帶”，拿到實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，本書(shū)提示了不同分帶結(jié)果的比較以及重要的對(duì)照點(diǎn)等，并提供了大麥染色體C帶和N帶染色的參考圖。

三、融入科學(xué)思維的引導(dǎo)與科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

全書(shū)貫穿前后的一個(gè)思想即是提高學(xué)生的專業(yè)興趣，引導(dǎo)他們形成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，同時(shí)具備較好的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，開(kāi)篇本書(shū)便將學(xué)術(shù)規(guī)范和學(xué)術(shù)道德放在首位，這是科技工作者必備的素質(zhì)。本書(shū)反復(fù)強(qiáng)調(diào)一個(gè)觀點(diǎn)：“一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該包括實(shí)驗(yàn)記錄，實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)記錄是重要檔案，是寫(xiě)論文或報(bào)告的依據(jù)；而報(bào)告則不僅反映學(xué)生操作結(jié)果如何，更反映學(xué)生是否準(zhǔn)確、深入地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。只有當(dāng)論文發(fā)表同行能看到時(shí)，一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)才算結(jié)束?！盵4]由于不少學(xué)校沒(méi)有開(kāi)設(shè)“科技論文的寫(xiě)作與發(fā)表”類似的課程，或者學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前沒(méi)有修，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)流程沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)，本書(shū)開(kāi)篇即把這些簡(jiǎn)明扼要地講出，有利于學(xué)生對(duì)科研實(shí)驗(yàn)流程與規(guī)范有明確的認(rèn)識(shí)。

另外，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的最后一部分設(shè)計(jì)了“進(jìn)一步的問(wèn)題”。在這部分內(nèi)容里，目的是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問(wèn)題，能夠融會(huì)貫通，讓學(xué)生去思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而不是簡(jiǎn)單地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如“人類性染色體檢測(cè)”這一實(shí)驗(yàn)中，“進(jìn)一步的問(wèn)題”就是引導(dǎo)學(xué)生思考：Barr小體檢測(cè)如何用于重大體育賽事的女選手遺傳性別的檢測(cè)，而這種檢測(cè)存在什么樣的問(wèn)題，為什么這項(xiàng)原本受女選手贊成的技術(shù)后來(lái)遭到女選手的反對(duì)？學(xué)生學(xué)習(xí)到本部分內(nèi)容時(shí)可以結(jié)合今年舉辦的奧運(yùn)會(huì)拓展思維，查閱文獻(xiàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生的主觀能動(dòng)性不多，但本書(shū)提供一個(gè)新穎的思路。目前的實(shí)驗(yàn)，在很多環(huán)節(jié)上仍然有可以創(chuàng)新和提高的部分。比如作者在附錄中就展示了一種新的果蠅麻醉方法，它能替代傳統(tǒng)的乙醚麻醉法，并且解決了乙醚不易購(gòu)買、有刺激性味道的問(wèn)題；還呈現(xiàn)了學(xué)生們研究如何切割海綿塞，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)果蠅轉(zhuǎn)移裝置；將數(shù)碼相機(jī)連接到顯微設(shè)備上的支架以實(shí)現(xiàn)用普通數(shù)碼相機(jī)就能進(jìn)行顯微攝影（書(shū)中預(yù)備知識(shí)三）；發(fā)明可換頭解剖針；等等。這些發(fā)生在作者及其學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂的真實(shí)案例給了很好的示范與啟示：實(shí)驗(yàn)不僅僅是一個(gè)照著教科書(shū)驗(yàn)證的過(guò)程，而是一個(gè)能夠積極思考、大有可為的創(chuàng)新之地。借鑒這些創(chuàng)新，學(xué)生可以更好地完成實(shí)驗(yàn)。

本書(shū)將科學(xué)人文關(guān)懷、實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)、科研素質(zhì)培養(yǎng)很好地結(jié)合起來(lái)，這種“活的知識(shí)”不僅展示了如何掌握一種實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)呈現(xiàn)了科學(xué)家在推進(jìn)學(xué)科發(fā)展過(guò)程中所思、所為，引導(dǎo)讀者學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題，尋找解決途徑，在重復(fù)這些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可能會(huì)有失敗，會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)，一如這些實(shí)驗(yàn)當(dāng)初被確立的過(guò)程。學(xué)科在發(fā)展，未來(lái)的學(xué)科推進(jìn)要靠當(dāng)前的讀者們努力去推進(jìn)，這種歷史使命感是閱讀本書(shū)過(guò)程中油然而生的感觸與巨大收獲。

四、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教材的創(chuàng)新離不開(kāi)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深入研究和對(duì)學(xué)生知識(shí)水平結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)規(guī)律的探究。本書(shū)的出版，也給了筆者一個(gè)深入思考如何提高遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材質(zhì)量的機(jī)會(huì)。如何將實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、趣味性、啟發(fā)性較好地統(tǒng)一于一本教材中，既需要良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又需要精心的內(nèi)容設(shè)計(jì)，同時(shí)將教育理論、教育目標(biāo)融入內(nèi)容編寫(xiě)中來(lái)。筆者在與作者規(guī)劃下一版的時(shí)候，不僅要做到實(shí)驗(yàn)思路、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容的優(yōu)化，還要增加和優(yōu)化更多數(shù)字化、立體化等更直觀的素材與展現(xiàn)形式，以便更好地服務(wù)廣大的教師和學(xué)生。

[1]楊大翔.遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2016.

[2]周天宇，干勁，楊大祥.果蠅實(shí)驗(yàn)中海綿塞與移蠅漏斗的制作[J].生物學(xué)通報(bào)，2011，46（6）：49-50.

[3]楊大祥.遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材存在的問(wèn)題及改革實(shí)踐[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)教育，2012，6：78-81.

[4]Day R A，Gastel B.How to write and publish a scientific paper[M].Westport：Greenwood Press，2006.

[作 者]劉暢、劉丹，科學(xué)出版社。