(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

遺傳學(xué)(genetics)作為一門研究生物遺傳與變異規(guī)律的科學(xué)，其體系完整、發(fā)展迅速、理論內(nèi)容寬泛且實(shí)踐性強(qiáng)，已成為21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，遺傳學(xué)研究領(lǐng)域由群體、個(gè)體逐漸拓寬至細(xì)胞、亞細(xì)胞(細(xì)胞核、染色體)、基因(轉(zhuǎn)錄調(diào)控、翻譯表達(dá)、轉(zhuǎn)錄后沉默、甲基化修飾)、基因組等多個(gè)層次，形成了眾多的分支學(xué)科和交叉學(xué)科[1]?；谶z傳學(xué)建立起來(lái)的基因工程、基因組學(xué)、表觀遺傳學(xué)等新理論和新技術(shù)已成為生命科學(xué)發(fā)展的前沿，部分研究成果已在生態(tài)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保和醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。因此，開展“遺傳學(xué)”課程教學(xué)活動(dòng)，不僅要保持學(xué)科自身的完整性和系統(tǒng)性，而且還要關(guān)注分支學(xué)科與交叉學(xué)科的知識(shí)構(gòu)成和最新的研究進(jìn)展，逐漸完善、優(yōu)化“遺傳學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握完整的“遺傳學(xué)”課程體系和前沿的理論知識(shí)與技術(shù)。

一、“遺傳學(xué)”課程教學(xué)存在的問(wèn)題

多年來(lái)，教育工作者在“遺傳學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法等的改革與探索[2-4]。然而，相比于遺傳學(xué)前沿理論知識(shí)與技術(shù)的發(fā)展速度，當(dāng)前高等院?！斑z傳學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方案仍存在一定的問(wèn)題。其中，比較突出的問(wèn)題如下。①教學(xué)方法較為單一，“一言堂”和“飯來(lái)張口”的教學(xué)模式貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。教師課堂講授知識(shí)點(diǎn)較多，難以突出講授重點(diǎn)，“費(fèi)力不討好”；學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性不高，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容理解不深刻，影響學(xué)生專業(yè)研究能力的培養(yǎng)。②知識(shí)點(diǎn)繁瑣且學(xué)時(shí)有限，新舊知識(shí)整合效率低，缺乏與遺傳學(xué)研究進(jìn)展同步的參考教材與輔助資料，難以形成較為系統(tǒng)的課程教學(xué)體系。③實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍采用固定的“教師示范+學(xué)生模仿操作”的方式，導(dǎo)致學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手操作的主動(dòng)性差，極大地限制了學(xué)生的科研思維。④“遺傳學(xué)”課程教師隊(duì)伍力量薄弱，信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與公共數(shù)據(jù)庫(kù)等資源沒(méi)有得到有效利用。上述教學(xué)問(wèn)題給高?！斑z傳學(xué)”課程教學(xué)改革提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求。

二、“遺傳學(xué)”課程教學(xué)改革的措施

基于“遺傳學(xué)”課程教學(xué)存在的問(wèn)題，筆者和教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極優(yōu)化“遺傳學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容，改革“遺傳學(xué)”課程教學(xué)方法，及時(shí)、全面地將國(guó)際前沿理論知識(shí)和技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材，具體做法如下。

(一)確定課程教學(xué)核心內(nèi)容

“遺傳學(xué)”作為生命科學(xué)重要的基礎(chǔ)課程，要求教師全面系統(tǒng)地講授遺傳學(xué)的基本原理、研究方法及現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的最新成果。針對(duì)“遺傳學(xué)”課程課時(shí)量減少與新內(nèi)容增加的矛盾，筆者對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)選。以劉慶昌版《遺傳學(xué)(第2版)》為基本教材，以劉祖洞和朱軍版《遺傳學(xué)》為輔助教材，并通過(guò)選取多部中英文教材、國(guó)家精品課程課件、相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)等，系統(tǒng)地編寫了“遺傳學(xué)”課程教學(xué)大綱、教案和習(xí)題，并制作了該課程英文版多媒體課件。

在“遺傳學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中，筆者始終以遺傳和變異為核心，以遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能、傳遞、變異以及遺傳信息的表達(dá)與調(diào)控為主線，從經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、基因組學(xué)和群體遺傳學(xué)等方面，結(jié)合經(jīng)典案例，詳細(xì)講述遺傳學(xué)的三大定律、基因突變、染色體畸變、數(shù)量性狀的遺傳、基因工程、基因組學(xué)及群體遺傳進(jìn)化等內(nèi)容，使學(xué)生在個(gè)體、群體、細(xì)胞和分子等水平上理解和認(rèn)識(shí)生物遺傳變異的原因、物質(zhì)基礎(chǔ)及內(nèi)在規(guī)律，培養(yǎng)具有系統(tǒng)遺傳學(xué)理論體系、創(chuàng)新性思維模式的專業(yè)人才。另外，在制定“遺傳學(xué)”課程教學(xué)計(jì)劃時(shí)，為合理地整合新舊教學(xué)內(nèi)容、突出遺傳學(xué)新理論與新技術(shù)，筆者適當(dāng)調(diào)整了各個(gè)章節(jié)的課時(shí)分配，縮減了DNA結(jié)構(gòu)、孟德爾定律、伴性遺傳定律等與高中生物課程相同的內(nèi)容，以及與“細(xì)胞生物學(xué)”“生物化學(xué)”課程重復(fù)的內(nèi)容，增加了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等新興內(nèi)容。

(二)將前沿理論知識(shí)和技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材

為了提高學(xué)生對(duì)“遺傳學(xué)”課程的興趣，使學(xué)生了解遺傳學(xué)前沿發(fā)展趨勢(shì)，掌握遺傳變異、生物進(jìn)化等概念及遺傳學(xué)的研究對(duì)象與研究方法，筆者對(duì)“遺傳學(xué)”課程的教學(xué)方式進(jìn)行了探索與實(shí)踐，將國(guó)際前沿理論知識(shí)和技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材，取得了較好的教學(xué)效果。

第一，通過(guò)回顧遺傳學(xué)發(fā)展史上重要遺傳學(xué)理論假說(shuō)的提出、驗(yàn)證、發(fā)展與認(rèn)可的漫長(zhǎng)歷程，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律與崇高的科學(xué)探索精神，系統(tǒng)了解遺傳學(xué)發(fā)展的重要脈絡(luò)，并通過(guò)推薦相應(yīng)的科普讀物來(lái)提高學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)發(fā)展史與遺傳學(xué)家事跡的了解。

第二，通過(guò)典型案例講解，讓學(xué)生體會(huì)遺傳學(xué)理論規(guī)律與人類文明發(fā)展的密切關(guān)系，如雜種優(yōu)勢(shì)在作物遺傳育種中的應(yīng)用、近親結(jié)婚易產(chǎn)生遺傳疾病的主要原因、親子鑒定技術(shù)與重要遺傳疾病分子診斷技術(shù)的發(fā)展等。

第三，通過(guò)介紹國(guó)際最新遺傳學(xué)理論研究動(dòng)態(tài)，與學(xué)生探討遺傳學(xué)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，如介紹Spliceosome(RNA剪切體)工作機(jī)理方面的突破性進(jìn)展[5]，讓學(xué)生了解遺傳學(xué)“中心法則”定律中成熟RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程中剪接體對(duì)前體信使RNA執(zhí)行剪接的基本工作機(jī)理。

第四，通過(guò)介紹利用CRISPR技術(shù)(一種用化學(xué)物質(zhì)修改基因片段的技術(shù))開發(fā)的轉(zhuǎn)基因生物“刪除開關(guān)”功能，防止轉(zhuǎn)基因生物破壞人身安全與自然環(huán)境[6]，提高轉(zhuǎn)基因作物的安全性。

第五，通過(guò)介紹國(guó)內(nèi)遺傳學(xué)領(lǐng)域的著名科學(xué)家取得的重要研究成果，如袁隆平院士的“雜交水稻”、張啟發(fā)院士的“綠色超級(jí)水稻”、李家洋院士的水稻重要農(nóng)藝性狀的“圖位克隆”、曹曉風(fēng)院士的植物表觀遺傳學(xué)研究等，讓學(xué)生真切感受到遺傳學(xué)不僅存在于教科書中，而且就在身邊，從而激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣，認(rèn)識(shí)了解遺傳學(xué)知識(shí)的重要應(yīng)用價(jià)值。

(三)引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式

作為“遺傳學(xué)”課程的核心章節(jié)之一，生物遺傳變異在遺傳學(xué)研究中占有重要的地位。筆者在講述該部分內(nèi)容時(shí)，一方面開展了“雙語(yǔ)”教學(xué)活動(dòng)，對(duì)經(jīng)典“遺傳學(xué)”課程中與遺傳變異緊密相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，提高了學(xué)生外文文獻(xiàn)的閱讀能力；另一方面改變以往的灌輸式教學(xué)模式，在該課程教學(xué)過(guò)程中采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，讓學(xué)生擔(dān)當(dāng)教師角色進(jìn)行講授，教師做引導(dǎo)和最后的點(diǎn)評(píng)。例如，在講授“染色體畸變(結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異)”這一生物學(xué)遺傳現(xiàn)象時(shí)，筆者在講授完基本知識(shí)點(diǎn)之后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并以染色體不同畸變類型為選擇方向進(jìn)行最新研究進(jìn)展的檢索與資料收集；隨后，各小組通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的集中學(xué)習(xí)與討論，制作多媒體課件，并以小組為單位匯報(bào)論文主要內(nèi)容和結(jié)論，同時(shí)教師參與討論，對(duì)部分知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行延伸性解釋。通過(guò)這種“翻轉(zhuǎn)課堂”的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生不僅深刻地了解了染色體變異的前沿理論知識(shí)和技術(shù)，而且提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，有利于高素質(zhì)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

(四)依托學(xué)科優(yōu)勢(shì)研究團(tuán)隊(duì)開設(shè)前沿專題講座

針對(duì)較為抽象，且推理過(guò)程涉及到統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)的部分內(nèi)容，筆者與所在學(xué)院的林木分子遺傳學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)、關(guān)聯(lián)遺傳學(xué)、群體遺傳學(xué)等優(yōu)勢(shì)研究平臺(tái)共同制定教學(xué)計(jì)劃，設(shè)置了“三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)”“連鎖與重組”“偏分離與復(fù)合區(qū)間作圖”等熱點(diǎn)專題，具體做法如下。

首先，聘請(qǐng)各個(gè)研究方向的知名教授著重講授主要的理論和技術(shù)(如數(shù)量性狀的多基因假說(shuō)、數(shù)量性狀的遺傳模型、連鎖圖譜構(gòu)建與數(shù)量性狀基因座(quantitative trait loci，QTL)作圖的原理和步驟等)，讓學(xué)生提前熟悉數(shù)量性狀遺傳的核心知識(shí)框架體系[7-11]。

其次，邀請(qǐng)2～3名在林木數(shù)量遺傳研究領(lǐng)域成就斐然的知名科學(xué)家以專題講座的形式講授最新科研進(jìn)展，如：遺傳作圖統(tǒng)計(jì)模型選擇與案例分析、重要農(nóng)藝性狀的圖位克隆研究進(jìn)展、數(shù)量性狀功能作圖(function mapping)與系統(tǒng)作圖(system mapping)等[12-17]。利用高水平講座形式來(lái)輔助該課程本章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，有利于提高學(xué)生理解復(fù)雜抽象遺傳學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題的能力，有利于學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)識(shí)數(shù)量性狀遺傳研究現(xiàn)狀、前沿和發(fā)展方向，為“遺傳學(xué)”課程其他章節(jié)，如基因組學(xué)、群體遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué)的教學(xué)奠定理論基礎(chǔ)。通過(guò)開展這種以學(xué)生為主體的教學(xué)活動(dòng)，可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與思考能力，增進(jìn)學(xué)生對(duì)“遺傳學(xué)”課程學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的提高與遺傳學(xué)教學(xué)體系的發(fā)展創(chuàng)造了必要條件。

(五)優(yōu)化課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式

“遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生動(dòng)手操作能力和科研創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)遺傳學(xué)理論知識(shí)的理解，而且鍛煉了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。

在“遺傳學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，筆者摒棄了傳統(tǒng)的“教師準(zhǔn)備-講解-示范+學(xué)生模仿操作”的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，將國(guó)內(nèi)外前沿科研成果的核心內(nèi)容轉(zhuǎn)化成了學(xué)生簡(jiǎn)單易懂、容易操作的自主性實(shí)驗(yàn)。在“遺傳學(xué)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)時(shí)間上，將原來(lái)只是在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)完成的示范實(shí)驗(yàn)延伸到可以在課外持續(xù)開展的創(chuàng)新大實(shí)驗(yàn)上，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的消化與理解，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

另外，筆者開設(shè)了以“認(rèn)識(shí)和探索基因功能”為目標(biāo)的基因工程實(shí)驗(yàn)，圍繞基因的克隆、重組DNA的構(gòu)建及重組子的驗(yàn)證等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，突出了實(shí)驗(yàn)的連貫性、綜合性和設(shè)計(jì)性。例如，利用多媒體講述電子克隆的過(guò)程，筆者向?qū)W生介紹如何利用美國(guó)國(guó)立、生物技術(shù)信息中心(NCBI)的EST數(shù)據(jù)庫(kù)的基因資源進(jìn)行新基因的電子拼接，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正做到了反哺理論教學(xué)；在重組子的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，除了利用藍(lán)白斑篩選和酶切鑒定外，還要求學(xué)生掌握熒光定量PCR檢測(cè)、熒光顯微鏡觀察活體細(xì)胞檢測(cè)、Western印記檢測(cè)等mRNA水平和蛋白質(zhì)水平驗(yàn)證技術(shù)。在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，筆者除保留基因組綜合大實(shí)驗(yàn)外，還整理編寫了一些前沿新穎的基因工程技術(shù)，讓學(xué)生緊跟時(shí)代和學(xué)科發(fā)展的步伐，熟悉和掌握新的理論和操作技術(shù)。同時(shí)，依托“林木分子育種”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，利用其完善的群體數(shù)據(jù)庫(kù)，筆者還開展了“高密度遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建、QTL與基因定位分析及其數(shù)量性狀全基因組關(guān)聯(lián)作圖”等創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，將多個(gè)遺傳學(xué)前沿研究?jī)?nèi)容引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅使教學(xué)內(nèi)容緊跟時(shí)代的發(fā)展，而且還幫助學(xué)生深刻理解遺傳學(xué)的重要應(yīng)用價(jià)值，提升了專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

三、“遺傳學(xué)”課程教學(xué)改革的效果

通過(guò)對(duì)“遺傳學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革，保證了教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和創(chuàng)新性，拓寬了學(xué)生的專業(yè)視野，有力地促進(jìn)了生物技術(shù)與生物科學(xué)專業(yè)本科生培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

(一)開展遺傳學(xué)科研訓(xùn)練的學(xué)生數(shù)持續(xù)增多，本科生培養(yǎng)質(zhì)量得到提高

學(xué)生對(duì)“遺傳學(xué)”課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，為按照培養(yǎng)計(jì)劃開設(shè)相關(guān)課程提供了基礎(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性得到了顯著提高，學(xué)生與授課教師在專業(yè)知識(shí)、科研疑問(wèn)、畢業(yè)去向等方面的溝通逐漸增多，越來(lái)越多的學(xué)生選擇到筆者所在的遺傳學(xué)教研團(tuán)隊(duì)開展大學(xué)生科研訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，依托“遺傳學(xué)”教研團(tuán)隊(duì)開展大學(xué)生科研訓(xùn)練的學(xué)生人數(shù)從2010年前的每年5人次增加到2015年的每年14人次，有11名學(xué)生在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了SCI論文，獲得校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文的數(shù)量也從2010年前的每年平均0.5篇增加到2015年的每年2篇，遺傳學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量得到了提高。

(二)學(xué)生的科研水平和競(jìng)爭(zhēng)力得到提升，出國(guó)留學(xué)或深造的人數(shù)增加

通過(guò)對(duì)“遺傳學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生逐漸了解到國(guó)際遺傳學(xué)領(lǐng)域最新研究成果，對(duì)該領(lǐng)域知名團(tuán)隊(duì)和科學(xué)家的研究方向有了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和濃厚興趣，專業(yè)學(xué)習(xí)能力得到了增強(qiáng)，視野得到了拓展，主動(dòng)學(xué)習(xí)的愿望得到加強(qiáng)。

“遺傳學(xué)”課程考試平均成績(jī)從2010年之前的79.3分提高到2015年的88.6分，85%的學(xué)生希望通過(guò)出國(guó)留學(xué)或者推免、考試等方式赴更高的科研平臺(tái)進(jìn)行遺傳學(xué)領(lǐng)域的深造。出國(guó)學(xué)生數(shù)量從2010年之前平均6人次/年提升到近5年的13人次/年，其中不乏牛津大學(xué)、耶魯大學(xué)、多倫多大學(xué)與加州大學(xué)等國(guó)際頂尖大學(xué)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)“遺傳學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在研究生復(fù)試過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)力提高，多個(gè)研究生錄取單位反饋，北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的遺傳學(xué)知識(shí)面寬廣、實(shí)驗(yàn)操作與科研素養(yǎng)較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，學(xué)校生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生被中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名研究團(tuán)隊(duì)錄取為研究生的比例從2010年之前的45%提升到近5年的76.6%。越來(lái)越多的學(xué)生從先前主要選擇攻讀農(nóng)林遺傳學(xué)領(lǐng)域的研究生拓寬到醫(yī)學(xué)、基因組學(xué)、微生物學(xué)、生物信息學(xué)與動(dòng)物遺傳學(xué)等領(lǐng)域，極大地提升了生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)的質(zhì)量。

資助項(xiàng)目：北京林業(yè)大學(xué)2015年研究生課程建設(shè)項(xiàng)目——“分子遺傳學(xué)”全英文研究生核心課程建設(shè)，項(xiàng)目編號(hào)YWKC1504。