郭 燕， 王乃寧， 朱東麗， 楊鐵林

(西安交通大學 生命科學與技術學院 陜西省生命科學實驗教學中心， 西安 710049)

遺傳學是生命科學重要的基礎學科，其實驗的開展是課程的重要組成。分子遺傳學實驗作為遺傳學實驗三大模塊之一，其中較為基礎的基因型驗證實驗，在帶領學生理解基因型與表型關系中的作用不可忽視。隨著國家發(fā)展壯大，對基礎學科拔尖人才的需求也越來越大，“強基計劃”的提出為學校培養(yǎng)基礎學科拔尖人才起到強大支撐作用[1]?；A學科的建設也需重視，基礎實驗是培養(yǎng)人才的基礎。限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)作為第一代DNA分子標記技術，其簡單易學、好操作的特性，成為分子遺傳學實驗課程中基因分型常用的實驗技術。為提高學生對基礎實驗的興趣，加深學生對基礎實驗的掌握，并在其中增加培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的元素，我們以RFLP在基因型驗證實驗中的應用為例對遺傳學實驗中驗證型實驗課程進行改革，以期為其他院校基礎實驗課程體系的建設及改革提供思路。

1 基礎驗證型實驗改革的必要性

為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，高校在對學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)方面進行了一系列改革。而這些改革往往通過增加與現(xiàn)代技術相關的創(chuàng)新型實驗[2-3]來提高教學效果和進行人才培養(yǎng)，但這也導致基礎類實驗陷入兩大問題：(1)在培養(yǎng)方案實踐教學課時不變的情況下，新型實驗的加入會削弱基礎實驗占比。課時減少會導致教師教學內容得不到空間施展，探索性和設計性因素融入不到教學過程中，自然驗證型實驗也就不會作為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和意識的教學環(huán)節(jié)。學生和教師都不夠重視，對教學環(huán)境的實施和教學效果也會產生不良影響。分子遺傳學實驗中較為基礎的RFLP基因驗證實驗，是帶領學生理解基因型與表型關系的重要步驟，為后續(xù)實驗或者科研奠定基礎的作用不容小覷。因此，改變師生對驗證型實驗的態(tài)度是改革的一大方向。(2)目前遺傳學實驗中的驗證型實驗都有相同詬病，例如教學方式單一，實驗內容一成不變，實驗結果已知或者學生應付實驗等問題[4]。經典實驗固然重要，但是缺少新元素的加入只會顯得老套死板。學生機械地按照實驗講義操作得到已知的實驗結果，至于學到了多少，這就因人而異。我校雖然在RFLP基因驗證型實驗上有了一定的改革[5]，但是驗證型實驗在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力上的作用還沒有得到實現(xiàn)。因此，轉變教師和學生對驗證型實驗的態(tài)度，更新實驗內容，拓寬課程寬度等方面的改革不可忽視。

2 以RFLP基因型驗證實驗為例的教學改革措施

為加強基礎學科建設，抓好基礎實驗教學質量，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做準備，我們以RFLP基因型驗證實驗為例，結合最近實驗課教改思路和方法[6-7]，對基礎驗證型實驗進行改革，改革方案主要內容如圖1所示。

圖1 RFLP基因型驗證實驗改革主要內容Figure 1 Main contents of RFLP genotype validation experiment reform

2.1 整合優(yōu)化實驗教學重心，授之以漁

以往RFLP基因驗證型實驗，教學重心強調實驗原理和操作步驟，整個實驗過程缺乏激情。因此我們調整了教學重心，將實驗設計原理加入課堂教學。以葉酸代謝基因檢測實驗為例，教師講述RFLP實驗原理之后，將葉酸代謝基因亞甲基四氫葉酸還原酶基因(MTHFR)檢測實驗的設計流程和實驗方案優(yōu)化過程進行詳細講解，例如講解如何使用NCBI等平臺查詢MTHFR基因及其序列，如何設計PCR擴增使用的引物，如何使用SnapGene等軟件查看酶切位點等。“授人以魚，不如授之以漁”，這種教學重心的調整改革，系統(tǒng)地將遺傳學、分子生物學和生物信息學理論課程內容進行整合，讓學生充分理解理論知識及其應用，從基礎實驗設計學習開始，為后面綜合型和創(chuàng)新型實驗的開展打下基礎。

2.2 課程實驗內容更新，并引入設計性實驗環(huán)節(jié)

RFLP基因驗證實驗還需要增加更多學生感興趣的多種表型和基因型。教師通過酒精代謝、脂肪代謝、葉酸代謝以及乳糖耐受等代謝表型為例，拋磚引玉，打開學生思路，讓學生大膽探索。而具體的實驗方案設計則交給學生。這不僅考察了學生對理論課堂上的知識掌握程度，也給學生提供了獨立設計實驗方案的機會，將理論應用到實踐中，學以致用。同時培養(yǎng)了學生的科學意識和素質，為之后學生進行其他科研實驗打下基礎。

2.3 科學設計和改進教學環(huán)節(jié)，細化實驗課時，拓展實驗課程指導

翻轉課堂的形式已經被大多數(shù)高校采納，問題導向教學法(PBL)也經常被借鑒[8]。高效的課堂在于師生之間良好的雙向交流[9]。在驗證型實驗的理論教學方法上，也要采用以學生為主的討論式教學方法，讓學生成為課堂的主人，加強學生的課堂責任感。

我們將有限的實驗課時細化為3部分，首次上課教師講述實驗原理和實驗方案設計，引導學生課后進行表型選擇和分組。學生根據自己喜歡的表型，3～5人分組，同組內同學分工合作，各自選取擅長和適合的部分，互相取長補短，共同完成實驗方案的設計。第二次課程教師和學生一起討論方案可行性并進行優(yōu)化，最后統(tǒng)計所需試劑耗材，為實驗操作課做準備。第三次課程則讓學生動手將實驗方案進行落實。與傳統(tǒng)課堂不同，現(xiàn)在強調以學生主動學習為主，其核心是小組分工合作，以及問題的提出與解決，并在過程中培養(yǎng)學生溝通能力以及獨立思考并解決問題的能力。

課堂時間畢竟是有限的，我校已經搭建了例如思源學堂等網絡教學平臺，教師可以充分利用網絡平臺，拓展實驗指導的時間和空間，將一些實驗原理、實驗設計方案和常用實驗技術等制作成微課。這種形式知識點針對性強，講解時間不長，方便學生隨時對不明白的知識點進行回顧，將實驗指導拓展到課堂外，擴展教學空間。

2.4 課程融入思政元素，傳遞思政思想，幫助學生樹立正確的三觀

思政環(huán)節(jié)可以穿插在實驗教學環(huán)節(jié)的方方面面。在RFLP基因驗證實驗中，開篇介紹PCR可以以核酸檢測方法為切入點，講述我國在全球新冠肺炎疫情發(fā)生時的重要舉措和疫情期間的感人事跡，激發(fā)學生愛國意識和社會責任感，引導學生思考個人和社會、國家的關系，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀[10]。通過展示科研人員在破解變異病毒的特殊結構的無私奉獻和在研發(fā)疫苗時不畏艱難等的新聞報道，增強學生學科自信，培養(yǎng)學生不怕困難、勇往直前和尊重并相信科學等精神。實驗課程思政還有一個重要的部分便是實驗室安全。通過講述實驗室安全案例，講解實驗中大型儀器的規(guī)范操作和有毒試劑的使用，引導學生樹立起進實驗室規(guī)范操作，用化學試劑防護使用等實驗室安全意識，養(yǎng)成規(guī)范的實驗習慣。

2.5 優(yōu)化實驗考核方式，多角度評估實驗成績

考核方法是否嚴格與學生對待課程的態(tài)度息息相關。合理的考核方法會對學生的課程學習起到積極的督促作用。之前課程采用了課前預習、實驗操作和實驗報告3部分作為評分標準，但是最后往往還是淪為唯實驗報告結果論的局面。我們根據授課方法改革情況，將成績評定劃分成實驗方案創(chuàng)新性、課堂表現(xiàn)和“個性化”實驗報告三大方面，評價標準如表1所示。

表1 考核方式以及評分標準

方案創(chuàng)新性和課堂表現(xiàn)要求教師和學生在課堂上共同打分，避免唯報告論。“個性化”實驗報告則需要學生匯總自己在實驗方案中的主要工作，每個人工作都不一樣，避免報告抄襲的漏洞。這種體系的建立，引起學生對實驗課程的重視，也能培養(yǎng)對科研的正確嚴謹態(tài)度。

3 改革成效和學生反饋分析

新的實驗教學內容和教學方法已在西安交通大學生物工程2019級遺傳學實驗教學中試運行，目前已經取得良好的預期：(1)實驗重心改革后將理論課堂上的零散知識綜合起來，加深學生對教材中的一些概念的理解，并將書本上的知識、概念應用于制定基因型檢測方案設計中。(2)能夠親身參與實驗方案設計顯著提高了學生的學習興趣，進一步提高實踐動手能力。學生經過整個實驗流程后既掌握了RFLP原理，又學會了實驗設計的基本方法，做到了理論聯(lián)系實踐。(3)每個人簡短的課堂匯報，極大地提高了學生對實驗課程要學習內容的理解和掌握，課前預習情況從零提升到90%。因為實驗結果關乎自身基因型，學生實驗專注程度都有提高，改革前50%的學生不想做實驗，改革后95%的學生都可以積極參與其中。(4)根據學校提供的教務評價系統(tǒng)中學生的評價內容來看，學生非常喜歡這種興趣導向性的實驗，評價內容豐富，例如，微課形式得到了學生的認同，類似真實科研實踐的形式讓學生有了科研的體驗，通過這種從實驗設計到落實再到收獲結果的完整過程，學生成就感油然而生。當然也有同學反映課后時間占用較多，后續(xù)將根據學生提出的反饋不斷改進。

4 結語

基礎驗證型實驗作為分子遺傳學實驗重要的環(huán)節(jié)，在鞏固課堂理論知識，培養(yǎng)學生基本實驗操作能力方面有不可缺少的作用。隨著新型實驗加入，基礎驗證型實驗往往得不到重視。因此我們以RFLP基因型驗證實驗為例，對這一類型實驗教學的教學重心、實驗內容、課堂設計和考核方式等方面進行改革和創(chuàng)新，并引入思政元素。從基礎實驗就開始培養(yǎng)學生獨立設計實驗的能力，提高學生學習積極性和主動性，并培養(yǎng)學生學科自信。不僅保證了良好的教學效果，也積極響應了“強基計劃”人才培養(yǎng)理念，潛移默化地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)，為培養(yǎng)拔尖生物學人才奠定基礎。