鄧小娟

在遺傳學(xué)理論教學(xué)中培養(yǎng)大學(xué)生的科研素質(zhì)

鄧小娟

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院廣東廣州510642）

遺傳學(xué)是高等學(xué)校生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的主干課程之一，也是農(nóng)學(xué)類各專業(yè)的核心課程。文章探討了在遺傳學(xué)的教學(xué)中以學(xué)生為中心，采用討論式、分享式和辯論式的學(xué)習(xí)方法，同時(shí)引入原始經(jīng)典文獻(xiàn)的閱讀、實(shí)驗(yàn)論證方法和案例教學(xué)，為教與學(xué)注入新的元素，推動(dòng)《遺傳學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的科研素質(zhì)。

遺傳學(xué)；教學(xué)；改革；科研素質(zhì)；創(chuàng)新能力

遺傳學(xué)不僅是高等學(xué)校生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，也是農(nóng)業(yè)類各專業(yè)的基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)“遺傳育種學(xué)”的先導(dǎo)課程。對(duì)動(dòng)物類專業(yè)的本科生來說，遺傳學(xué)是一門專業(yè)主干課程，也是學(xué)習(xí)動(dòng)物遺傳育種的基礎(chǔ)。

遺傳學(xué)的建立是以1900年CarlCorrens[1]、HugodeVries[2]和 ErichvonTschermark[3]三位植物學(xué)家對(duì)孟德爾規(guī)律的再發(fā)現(xiàn)為標(biāo)志的，至今遺傳學(xué)經(jīng)歷了100 多年的發(fā)展，已由早期的經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展為現(xiàn)在各個(gè)層次的組學(xué)。在這一百多年的發(fā)展歷程中，新的研究方法和研究技術(shù)不斷涌現(xiàn)，研究范疇和研究?jī)?nèi)容不斷擴(kuò)展，表觀遺傳學(xué)、癌癥分子生物學(xué)等新的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域異軍突起，使遺傳學(xué)成了生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的學(xué)科之一。由于遺傳學(xué)的快速發(fā)展，教師既要在群體、個(gè)體、細(xì)胞、和分子等不同層面上介紹遺傳學(xué)知識(shí)，講解生物的遺傳和變異規(guī)律；還要補(bǔ)充介紹遺傳學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)、新進(jìn)展，課時(shí)非常緊張。為利用好有限的課時(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，在傳授遺傳學(xué)基本知識(shí)的同時(shí)，本文試從培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的角度來談?wù)勥z傳學(xué)課程的教學(xué)方法，探討從閱讀拓展經(jīng)典原始文獻(xiàn)、剖析實(shí)驗(yàn)論證方法和采用案例教學(xué)等多個(gè)方面，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和質(zhì)疑、創(chuàng)新能力，提高科研素質(zhì)。

1 以學(xué)生為中心，采用討論式和啟發(fā)式教學(xué)

傳統(tǒng)的“灌輸式”課堂教學(xué)已經(jīng)不適用于現(xiàn)代的大學(xué)生，現(xiàn)代教學(xué)要將“教師為主導(dǎo)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式回歸為 “學(xué)生為中心”。采用討論式教學(xué)、分享式和辯論式等多種靈活多樣的教學(xué)模式，讓學(xué)生參與到課堂中，不僅可以提升他們的學(xué)術(shù)表達(dá)能力，也能培養(yǎng)思辨能力，同時(shí)提高分析問題和解決問題的能力。通過靈活多樣的課堂討論式和啟發(fā)式教學(xué)，同學(xué)們不僅在科學(xué)問題上有了獨(dú)立思考和展示自己觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)，也鍛煉了學(xué)生的語言組織能力和口頭表達(dá)能力。有些學(xué)生第一次上講臺(tái)，在口頭表達(dá)中經(jīng)常有“口頭禪”，在講臺(tái)上的表現(xiàn)也顯得很不自然，經(jīng)過鍛煉后，進(jìn)步非常明顯。另外，同學(xué)們經(jīng)常就PPT的制作和多媒體方面的應(yīng)用互相切磋和學(xué)習(xí)技能，由于學(xué)校提倡“小班教學(xué)”，使討論式、分享式和辯論式教學(xué)在我們的課堂上切實(shí)可行。

1.1 討論式教學(xué)

雖然遺傳學(xué)的發(fā)展迅猛，科研成果碩果累累，但仍有很多問題懸而未決。在授課中教師可以將這些問題提出來，引發(fā)學(xué)生思考，學(xué)生們?cè)诓殚單墨I(xiàn)的基礎(chǔ)上提出自己的觀點(diǎn)。這種以“學(xué)生為主導(dǎo)”的學(xué)習(xí)方式可以提高他們的學(xué)習(xí)興趣。有了學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果自然不同。比如關(guān)于生命的起源和進(jìn)化的探討，地球上最初的生命是如何起源的？人類是如何起源和進(jìn)化的？表觀遺傳在進(jìn)化中起了什么作用？等等，針對(duì)上述問題，同學(xué)們以分組討論的方式進(jìn)行探討式地學(xué)習(xí)，最后派代表總結(jié)各個(gè)學(xué)習(xí)小組的觀點(diǎn)。在同學(xué)們互相交流的過程中，我們能看到同學(xué)們有自己的思考，并且在不同的意見中擦出思想的火花，引發(fā)新的思考和爭(zhēng)論。

1.2 分享式教學(xué)

隨著分子生物學(xué)新技術(shù)和新手段的不斷涌現(xiàn)，遺傳學(xué)的發(fā)展日新月異，新成果接踵而來。在課堂教學(xué)中引入新技術(shù)和新成果，可為同學(xué)們帶來興奮點(diǎn)，提升他們投入科學(xué)研究的熱情。為了讓學(xué)生了解如何進(jìn)行成果分享，教師會(huì)在新學(xué)期開始首先將最新的、令人振奮的新成果分享給同學(xué)們，和同學(xué)們講解如何制作PPT來展示研究成果、如何進(jìn)行提問和參與討論、PPT匯報(bào)中的語言規(guī)范和儀態(tài)儀表等注意事項(xiàng)。比如：在2018 學(xué)年9月開學(xué)的新學(xué)期課堂上，教師示范性地依次向同學(xué)們介紹了最新在國(guó)際頂尖雜志《Nature》上發(fā)表的“人造單染色體的釀酒酵母”[4]和《Science》上發(fā)表的“基因編輯治療修復(fù)犬Duchenne型肌營(yíng)養(yǎng)不良癥”[5]兩項(xiàng)科研成果，學(xué)生在接觸到上述研究新成果后不禁感嘆科學(xué)研究在國(guó)際上的激烈競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也體會(huì)到“21 世紀(jì)是生物學(xué)的時(shí)代”，并相信“改造生物學(xué)”將為人類創(chuàng)造更多的奇跡。在小班教學(xué)中，同學(xué)們也有機(jī)會(huì)在課堂上分享自己了解到的感興趣的研究成果。這種課堂上短暫的分享一般放在每次課的課前進(jìn)行，時(shí)間是五分鐘左右。有意思的是，在這門課程的課堂教學(xué)結(jié)束之后，也會(huì)有同學(xué)主動(dòng)向老師推薦他們了解到的新成果或新論文，說明他們開始真正關(guān)心科學(xué)研究領(lǐng)域的新進(jìn)展。

1.3 辯論式教學(xué)

辯論是持有不同觀點(diǎn)的雙方間進(jìn)行的一種討論，比如：在性別決定這一節(jié)的講授中，教師在講解性別決定的種類和機(jī)制的基礎(chǔ)上，可以對(duì)性染色體的演化歷史和趨勢(shì)進(jìn)行探討。人類的性別決定屬于雄異配型（XY型），性染色體X和Y是由一對(duì)常染色體進(jìn)化來的，因此最初這兩個(gè)染色體含有相同數(shù)量的基因[6]。在歷史上，Y染色體經(jīng)歷了大量的基因丟失，導(dǎo)致Y染色體的長(zhǎng)度縮短。那么，“男性Y染色體會(huì)消失嗎？”這個(gè)問題的爭(zhēng)論一直都沒有停止過。將有爭(zhēng)議的問題布置給同學(xué)們進(jìn)行小組討論式學(xué)習(xí)，通過查找資料和辯論式地探討學(xué)習(xí)。

關(guān)于人類Y染色體的命運(yùn)，有些學(xué)習(xí)小組認(rèn)為在歷史上Y染色體不斷地縮短，總有一天會(huì)消失。已有報(bào)道：在少數(shù)的嚙齒類哺乳動(dòng)物——土黃鼴形田鼠（）[7]和日本刺鼠（Ryukyuspinyrat）[8]中，Y染色體已經(jīng)消失。而有些小組認(rèn)為Y染色體雖然短小，但Y染色體上仍保留著決定睪丸和精子發(fā)育的重要基因，擔(dān)負(fù)著決定性別的功能，并引證了在2012年《Nature》雜志發(fā)表了Y染色體不再縮短的觀點(diǎn)[9]，因此Y染色體將不會(huì)消失。通過持有不同觀點(diǎn)的學(xué)習(xí)小組的辯論，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力具有重要的作用。

2 引入經(jīng)典文獻(xiàn)閱讀，啟發(fā)學(xué)生思維

國(guó)內(nèi)高等院校的大部分《遺傳學(xué)》教材高度凝練了前人的研究成果，總結(jié)出了一套比較完善的定律和規(guī)律。很多時(shí)候，大學(xué)生的學(xué)習(xí)同中學(xué)時(shí)代一樣，局限于書本或習(xí)題冊(cè)，很少在課程之外獨(dú)立地思考科學(xué)問題。為進(jìn)行學(xué)生的思維訓(xùn)練和科研素質(zhì)的培養(yǎng)，大學(xué)生的學(xué)習(xí)不應(yīng)該局限于課本或教材，而應(yīng)該更多地注重經(jīng)典原始文獻(xiàn)材料的閱讀。通過文獻(xiàn)的閱讀和討論，了解遺傳學(xué)學(xué)科發(fā)展史上取得重大進(jìn)展或重要突破所經(jīng)歷的曲折過程，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科技論文和學(xué)術(shù)論文的閱讀能力，拓寬學(xué)生的科研思維能力，更主要的是可以讓學(xué)生了解在科學(xué)發(fā)展的歷史上，這些成果的歷史背景、學(xué)術(shù)爭(zhēng)論等問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思辨思想和質(zhì)疑能力。

由于課堂上的學(xué)時(shí)有限，原始文獻(xiàn)的閱讀需要學(xué)生在課外完成，通常需要教師篩選出經(jīng)典的原始文獻(xiàn)供學(xué)生閱讀。遴選文獻(xiàn)的具體標(biāo)準(zhǔn)可以參考趙祥強(qiáng)等[10]的方法，注重以下幾個(gè)方面：一是文獻(xiàn)的原創(chuàng)性，要盡可能選擇那些奠定基本原理、基本方法的文獻(xiàn)；二是文獻(xiàn)的易讀性，要選擇篇幅適當(dāng)、內(nèi)容簡(jiǎn)明易懂的文獻(xiàn)；三是文獻(xiàn)的代表性，要選擇能夠反映學(xué)科重大突破或體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展方向的文獻(xiàn)；四是文獻(xiàn)的實(shí)踐性，要選擇學(xué)生有一定接觸或了解，學(xué)生易于聯(lián)系具體事物的文獻(xiàn)。以課外文獻(xiàn)的閱讀配合課堂的理論學(xué)習(xí)，可以促進(jìn)學(xué)生了解遺傳學(xué)學(xué)科發(fā)展的來龍去脈。比如：在講解性連鎖和基因理論時(shí)，可以選擇1910年Morgan[11]和1914年Bridges[12]發(fā)表在Science雜志上的論文，論文不僅回答了性染色體與性別決定的關(guān)系，而且對(duì)基因在染色體上的定位也給出了關(guān)鍵的證據(jù)。為了更好地促進(jìn)學(xué)生思考，教師在給出文獻(xiàn)的同時(shí)也可以提出問題，讓學(xué)生在閱讀中思考和尋找答案。

3 剖析實(shí)驗(yàn)論證方法，培養(yǎng)科研思路

從孟德爾開始，遺傳學(xué)不再是簡(jiǎn)單的思辨性的猜測(cè)和推理，從而開啟了遺傳學(xué)的實(shí)證性科學(xué)研究。從提出問題、猜想、推測(cè)到驗(yàn)證無不展示著科學(xué)研究的巨大魅力, 很多經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)論證方法非常值得學(xué)生細(xì)細(xì)體味。如：在孟德爾的豌豆雜交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，遺傳學(xué)中的兩大定律——分離規(guī)律和自由組合規(guī)律被提出來；摩爾根在果蠅雜交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了重要的“基因理論”；美國(guó)科學(xué)家AveryOT研究小組對(duì)肺炎雙球菌的研究，提出DNA是控制肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化物質(zhì)[13]，其研究方法、研究思路非常值得我們現(xiàn)代科研工作者學(xué)習(xí)。一個(gè)個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一個(gè)個(gè)遺傳學(xué)中的論點(diǎn)被提出，在這些研究成果的背后，遺傳學(xué)的先驅(qū)們付出了很多的汗水和努力。教師在教授遺傳學(xué)的時(shí)候，應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生，避免“死記硬背”，通過講解一個(gè)個(gè)定律背后的故事，不僅讓學(xué)生“知其然”，更要“知其所以然”。比如在肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)中，可以讓學(xué)生結(jié)合文獻(xiàn)閱讀講解Avery的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在推薦學(xué)生閱讀經(jīng)典文獻(xiàn)的同時(shí)，可以提出問題，讓學(xué)生帶著問題閱讀文獻(xiàn)。除了教材中介紹的方法，Avery等人的論文中還采用了什么方法來解釋“轉(zhuǎn)化因子”的性質(zhì)？為什么Avery等人的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)表后“DNA是遺傳物質(zhì)”的觀點(diǎn)還存在很大爭(zhēng)議？為何需要在體外（）和活內(nèi)（）同時(shí)證明DNA的“轉(zhuǎn)化”功能？讓學(xué)生了解科學(xué)研究的認(rèn)證方法和思路，培養(yǎng)學(xué)生在試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的嚴(yán)謹(jǐn)性。這些問題的探討式學(xué)習(xí)，可以通過分組討論、各組派代表進(jìn)行PPT總結(jié)匯報(bào)，教師參與點(diǎn)評(píng)和討論的方式進(jìn)行。通過這些方面的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，還能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)表達(dá)能力。

4 采用案例教學(xué)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合

遺傳學(xué)是一門理論科學(xué)，更是一門與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科。在講授理論知識(shí)時(shí)，可以通過經(jīng)典的案例來進(jìn)行講解和分析。案例教學(xué)是啟發(fā)式教學(xué)，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立自主的思考和解決問題。在案例教學(xué)中，學(xué)生是教學(xué)的主體，由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，并增強(qiáng)學(xué)科的實(shí)踐性, 在教師的指導(dǎo)下完成從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)變。如：在“群體遺傳學(xué)”中，學(xué)生可以通過調(diào)查不同個(gè)體對(duì)苯硫脲的苦味感知情況，來調(diào)查苯硫脲味盲基因的頻率[14～16]；在“代謝疾病”的學(xué)習(xí)中，可以通過典型的病例尿黑癥、白化病來理解疾病的發(fā)生原因和遺傳機(jī)制[17]；在學(xué)習(xí)“基因突變”時(shí)，可以通過對(duì)血友病來理解基因突變產(chǎn)生的遺傳疾病及其“伴性”遺傳規(guī)律[18]；在學(xué)習(xí)“性別決定與劑量補(bǔ)償效應(yīng)”時(shí)，巴氏小體的產(chǎn)生機(jī)制和遺傳學(xué)效應(yīng)是非常值得探討的問題[19]。通過組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行調(diào)查，“身入其中”地增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，加深學(xué)生對(duì)基本概念和理論原理的理解；或?qū)?jīng)典案例進(jìn)行閱讀、分析和討論, 增強(qiáng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力。

5 小結(jié)

在“教”與“學(xué)”中引入經(jīng)典文獻(xiàn)和案例，剖析科學(xué)研究的論證方法，同時(shí)也要介紹學(xué)科發(fā)展的前沿，使學(xué)生了解學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，感受到遺傳學(xué)研究的青春活力與巨大魅力。本文介紹的是在遺傳學(xué)教學(xué)中引入這些元素，其實(shí)也同樣適用于生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等課程的教學(xué)，通過在多個(gè)課程潛移默化的影響，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)。除此之外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，除了傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還要開設(shè)開放式的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。對(duì)有想法的學(xué)生，要積極鼓勵(lì)他們申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目課題；對(duì)有志繼續(xù)深造的學(xué)生或有興趣參與科研的學(xué)生，教師可以鼓勵(lì)他們參與自己的科研課題，引領(lǐng)他們走入學(xué)術(shù)的殿堂。

[1]CORRENS C G.Mendel's Regel über das Verhalten der Nachkommenschaft der Rassenbastarde[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:158-168.

[2]DE VRIES H.Das Spaltungsgesetz der Bastarde[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:83-90.

[3]TSCHERMAK E VON.Ueber künstliche Kreuzung bei Pisum sativum[J].Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft,1900,18:232-239.

[4]SHAO Y,LU N,WU Z,et al.Creating a functional single-chromosome yeast[J].Nature,2018,560(7718):331-335.

[5]AMOASII L,HILDYARD JCW,LI H,et al.Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy[J].Science,2018,362(6410):86-91.

[6]GRAVES JAM.The origin and function of the mammalian Y chromosome and Y-borne genes—an evolving understanding[J].Bio Essays,1995,17(4):311?320.

[7]VOGELl W,JAINTA S,RAU W,et al.Sex determination in Ellobius lutescens:the story of an enigma[J].Cytogenet.Cell Genet,1998,80(1?4):214?221.

[8]ARAKAWA Y,NISHIDA-UMEHARA C,MATSUDA Y,et al.X-chromosomal localization of mammalian Y-linked genes in two XO species of the Ryukyu spiny rat[J].Cytogenet Genome Res,2002,99(1?4):303?309.

[9]HUGHES JF,SKALETSKY H,BROWN LG,et al.Strict evolutionary conservation followed rapid gene loss on human and rhesus Y chromosomes[J].Nature,2012,483(7387):82?86.

[10]趙祥強(qiáng),陳曹逸.利用經(jīng)典文獻(xiàn)優(yōu)化《遺傳學(xué)》雙語教學(xué)[J].遺傳,2009,31(4):434-438.

[11]MORGAN TH.Sex-limited inheritance in Drosophila[J].Science,1910,32(812):120?122.

[12]BRIDGES CB.Direct proof through non-disjunction that the sex-linked genes of Drosophila are borne on the X-chromosome[J].Science,1914,40(1020):107?109.

[13]AVERY O T,MACLEOD C M,MCCARTY M.Studies on thechemical nature of the substance inducing transformationof pneumococcal types.Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type Ⅲ[J].J Exp Med,1944,79(2):137?158.

[14]孫曉東,衛(wèi)榮華,王燕,等.湖北漢族的苯硫脲(PTC)味盲基因頻率調(diào)查研究[J].生物學(xué)通報(bào),2009,49(6):15-16.

[15]宋潔,鄧代千,孫凱,等.黑龍江省漢族大學(xué)生遺傳性狀調(diào)查分析[J].生物學(xué)通報(bào),2011,46(11):6-8.

[16]沈海娥,陳晶,趙杰,等.河北省漢族大學(xué)生苯硫脲嘗味能力測(cè)定與分析[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2013,15(03):303-304.

[17]劉祖洞,喬守怡,吳燕華,等.遺傳學(xué)[M].3版.北京:高等教育出版社,2013.

[18]Stevens R F.The history of haemophilia in the royal families of Europe[J].Br J Haematol,1999,105(1):25-32.

[19]陳凡國(guó),侯丙凱.巴氏小體案例在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].遺傳,2012,34(4):503-508.

Improvement of the college students’ quality of scientific research by promotion of genetics teaching reforms

Deng Xiaojuan

(College of Animal Science, South China Agricultural University, Guangdong, Guangzhou 510642)

Genetics is one of the main courses of biology and medicine in universities. And it is also the core course of Agronomy majors. The present paper explores the student-centered Genetic teaching methods by combination of discussion teaching and heuristic teaching, focusing on three aspects of teaching reforms:Firstly, debating on some controversial questions between students; secondly, reading and discussion of classic original literature; thirdly, experimental demonstration and case teaching in classroom. The teaching quality and teaching effect of genetics are carried out by addition of these new elements in order to cultivate students' scientific thinking. All the efforts will finally improve the undergraduate students’ quality of scientific research.

Genetics；teaching；reformation；scientific research quality；creativity

G644

C

2095-1205(2019)09-132-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.78

鄧小娟（1973- ），女，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：昆蟲遺傳與發(fā)育。