遗传学实验教材存在的问题及改革实践

　　目前，改革遗传学实验教学的呼声越来越高。在此背景下,很多教师力图改变传统的“照方抓药”的遗传学实验教学模式,改进教学手段,培养学生的学习兴趣、探究精神,并取得了良好的效果。但是实验教材的建设似乎相对滞后。作为指导学生进行实验、探索的遗传学实验教材该如何改革，目78前国内鲜有报道。教材建设是教学改革的重要内容。教材的内容,作者的写作态度，写作的思想方法等都会对学生的成长与发展产生深远的影响。如何写好实验教材，让它成为帮助学生深入理解理论知识、培养动手能力、掌握基本研究方法及激发学习热情的有效蓝本，从而切实提高实验教学质量，这是每一位从事遗传学教学的人都需要认真思索、认真研究的问题。

　　笔者主编的《遗传学实验》自2004年出版以来,承蒙读者厚爱,连续印刷了7次。最近笔者对原教材进行了一次较大规模的修订，修订版教材至今重印了3次。两版教材在本科教学中发挥了一定的作用。本文拟谈谈在该教材编写及修订中，力图激发学生学习兴趣的一些想法及做法，算是在实验教材改革中“凑个热闹”，以期拋出引玉之砖与诸位同仁共同探讨。

　　一、国内遗传学实验教材中存在的一些问题

　　据国家图书馆藏书记录的不完全统计，自1979年以来，国内出版的普通遗传学实验教材约有30多种。近年来,一些作者力图打破传统教材的写作模式,努力写出一些新意，但总的来说，国内现有教材尚存在不少不尽如人意的地方。

　　一是背景知识介绍过于简单，同时又没有提供参考文献或进一步的读物让学生深入阅读。以“果蝇的形态、生活史及饲养方法”这一实验为例。果蝇可以说是世界上研究得最为深入的生物，有关它的文献真可谓丰富。但为数不少的教材写这个实验时，引言部分仅短短的一段，甚至不足300字丨很难想象如此浓缩的文字能让学生充分了解果蝇这种经典模式生物的优点，以及它在遗传学研究中所起的作用。遗传学研究中除果蝇外,还有众多的模式生物。这些模式生物都是些什么？选择模式生物一般都考虑些什么？为什么选择模式生物？这些问题是学生做这个实验时问得最多的。但在这段引言中见不到只言半语。如此惜墨如金或许可以解释为“篇幅限制”，但无论在这个章节最后,还是全书最后，都无法找到相关文献，或引导学生课前或课后深入阅读，或说明作者写作时所引用的信息“典出何处”。学生要看文献，还得自己现找，而作为初学者,学生通常是很难知道哪些是经典文献的。这就失去了作为一本入门教材的引导作用。背景知识简单,大多缘于二手文献多,原始文献少,甚至没有。这是国内实验教材编写的通病,或许这也正是一些教材内容陈旧、缺乏特色、以讹传讹、相互抄袭的重要原因。例如果蝇有多少突变性状？不少教材写的是400或几百种(笔者自己在第一版教材中也传了一次讹),而Lindsley等在文献中记录了4000余种自发或诱发的基因突变,9000余种染色体重排。如果我们在写作时能认真地查一查原始文献,就可以避免这些本不该发生的错误。

　　二是知识陈旧，缺少科学趣味。以经典实验“果蝇睡腺染色体的制备与观察”为例。在背景知识部分，国内教材的写作模式几乎如出一辙，内容大致包括睡腺染色体的形成原理、尺寸、特征、在研究中的意义。这些知识大部分还是二十世纪三四十年代的。像睡腺染色体的原位杂交技术这么重要的技术进展在这段引言中竟只字未提丨读完这段引言,学生记住了几个陈旧的结论。但睡腺染色体在形态上与普通的染色体有很大的差异，学生如何知道它本质上是一种染色体？这种特殊的染色体与普通的有丝分裂的染色体之间的对应关系是如何建立的？用什么材料制备、观察果蝇的有丝分裂中期的染色体？睡腺染色体在分子遗传学及基因组时代究竟起到什么样的作用？诸如此类学生最感兴趣、最希望了解的知识在这段引言中却无法看到。看完这段引言,学生无从知道作者所提到的结论如何得来，感受不到前辈科学家在获得这些结论时曾做的努力，体会不到科学研究中探索发现的乐趣，看不到科学技术“在曲折中前进”的那种脉络,也认识不到新时代赋予这种结构的新应用。学生知道这种结构有“重要意义”但具体有什么样的意义还是一头雾水。

　　三是一些实验的材料与仪器之准备、操作步骤或实验结果辨析写得太笼统,太模糊,无法真正起到指导作用。多数实验指导的材料与仪器这部分，写得非常笼统,无论教师准备实验还是学生做实验都非常不便。还以睡腺染色体的制备为例。很多教材在结果辨析部分，对睡腺染色体几条臂的特征仅仅有几句笼统的文字说明，甚至没有说明。这些说明文字，如果写给有经验的研究人员阅读未尝不可,但写给初入门的学生阅读则嫌过简。多年来的教学经验表明，单凭这些文字，学生最多仅能认出第IV染色体丨再以“减数分裂过程中染色体动态观察”为例。一些教材使用的实验材料是蝗虫。蝗虫是观察减数分裂过程的好材料,但以此观察减数分裂过程也存在着一个非常大的问题，那就是如何仅凭着细胞学的证据将减数分裂I与减数分裂丨丨的一些时期(如中期丨与中期丨）区分开？对这个问题,许多教材并未作说明,尽管部分教材附了实验结果照片。这就造成一个问题:学生会操作,能看到结果,但却不知道如何合理地解释结果。

　　总之，国内_些实验教材给人的感觉：实验课就是操作课,是照着实验指导完成一系列操作，最后交一份报告的课程，因而在启发学生的思路及探索精神方面,则显得比较单薄。实验课的特点决定了老师不可能在课堂上长篇大论地讲解，与实验相关的背景知识主要是靠学生借助教材及相关的文献在课前预习获得。有了丰富的背景知识,才可能正确观察并深入解释观察到的结果，科研如此，实验教学亦如此；而背景知识是否有趣则决定了学生对实验的兴趣，进而影响他对这门课程的兴趣;学生照着实验指导成功做出实验,并真正理解了实验的内容,这是推动学生深入学习的动力。如果实验教材的引言索然寡味，而实验操作又不存在挑战性，学生做出结果又不知道该如何解释,学生学习的热情必然受到影响，从而不利于学生科学精神与创新精神的培养。

　　二、《遗传学实验》编写及修订的一些尝试

　　笔者在编写与修订《遗传学实验》时，除了分析国内外同类教材编排的实验内容、写作方法及其优劣得失，以期吸收其长避免其短外,还做了以下两方面的工作：(1)查阅大量的原始文献(而不是二手文献,目的是弄清一些研究的来龙去脉,并力图使教材跟上最新进展；给读者提供准确的信息,避免以讹传讹。所看的文献时间跨度为1890年代直到最近。（2在每一轮的教学中留意收集反馈信息,诸如学生在课上经常问的问题、普遍犯的错误等,并根据学生的反馈,反复调整自己的写作思路。写完稿子后,请上过这门课的学生读一遍,听听他们的想法。因为这本教材的主要读者群体是与笔者的学生们知识水平大致相当的本科生，因此从笔者的大量的学生中反馈的问题具有一定的代表性。

　　在实验内容上，本教材并没有多少新技术或新材料,所列的20余实验主要集中在经典的孟德尔遗传、微生物遗传、细胞遗传这些方面，但突出了“同样的实验写出不一样的内容”这样的思想。在写作及修订中，针对目前国内教材存在的问题及我国学生的实际,作了如下尝试：

　　一是在篇幅许可的范围内，背景知识尽可能介绍得详细些，让学生在充分了解实验意义的基础上再动手。像“果蝇的形态、生活史及饲养方法”这一实验，引言中详细介绍了果蝇作为遗传学研究模式生物的优点、目前研究的状况及这种生物对遗传学的贡献。而且这一介绍是放在遗传学实验选材的考虑、模式生物的选择等注意事项这种背景中去讲述,这样就使学生能从广阔的视野看一个小的问题。在每个实验后,附录大量原始文献并对一些经典文献做简要点评，以引导学生深入阅读。这就弥补了由于教材篇幅限制或教学学时限制不能详细讲述或没有讲述的不足,使学生对所做的实验有更深入的了解,从而培养起对专业的兴趣。

　　二是很多实验的引言是用研究史来写的，即在篇幅许可的范围内，按一项研究发展的历史,尽量将一个实验的来龙去脉交待清楚，还原认识的过程。像果蝇睡腺染色体制备这个实验,笔者顺着研究历史，介绍了睡腺染色体如何_步_步走进果蝇遗传研究并成为重要的工具，使来龙去脉一清二楚。这比笼统介绍睡腺染色体形成的原理或重要意义更能给学生一个清晰的概念，更富有趣味。而前辈科学家巧妙解决科学问题的研究故事，则是启发学生研究思路、培养学生科学精神的最好教材[7]。听完故事,学生也明白了实验原理，自己动起手来“重走长征路”也更有兴味。学生自己观察到睡腺染色体后,再对照Bridges或Lefevre的图谱,就深深体会到什么是“看似寻常最奇崛，成如容易却艰辛”了。国外一些优秀的遗传学教材,如《Genetics:PrinciplesandAnalysis〉》8],都非常注重相关文献的介绍、研究史的介绍。这也是笔者在修订教材时增加了许多这方面内容的原因。

　　三是对实验材料、器具与试剂，实验步骤，结果辨析作出清晰的说明。“实验材料、器具与试剂”这一部分的内容,参考了《Geneticslaboratory'nves-tigations》9]的写法,尽可能将所需应用之物准确量化以便老师与学生准备实验；同时,尽量采取图文并茂的方式讲解实验步骤、结果辨析,特别是一些要点、难点更是详细说明。如“动植物减数分裂过程中染色体标本的制备与观察”这个实验,在修订本中,对学生难于理解的蝗虫的减数分裂丨与丨丨中几个重要的分裂相特征、识别要点进行详细说明，让学生不仅能操作,同时也能真正读懂实验结果。

　　除了上述三点外,在教材的写作及修订中，笔者还做了如下的努力：

　　一是在第二版中，根据多年教学反馈，特意增加了两个放在全书的最前面的“非遗传学实验”的章节，分别介绍如何系统地记录实验结果及如何撰写实验报告。这么做的目的，是因为做记录、写报告是一个实验完整的一部分,尤其是报告,不仅可反映学生实验结果如何，更反映学生对一个实验是否真正了解，可谓是一个实验中最重要的部分。正如一项研究只有当论文公开发表才算结束一样个实验只有当完成报告时才可谓结束。在长期的教学过程中，笔者发现很多学生这方面的基本知识都没有。但似乎目前国内很少有教材谈及这些内容,在教学实践中这些内容也是“无人管辖区域”。反观国外诸多高校,则在这方面做得比我们好得多，例如，一些高校的网站上，详细介绍记录的方法[1W1],而一些高校则设有专门的写作中心[〜3],对诸如论文、实验报告的写作都有详细的介绍。这种做法值得我们借鉴。

　　二是在每个实验的最后一部分是“进一步的问题”。在这部分内容里，引导学生关注与实验相关的问题，让学生去思考，而不是简单地“交一张片子”或“画出某某结构”，以增加学生学习的兴趣。如“X染色质小体检测”这一实验中，“进一步的问题”就是引导学生思考：染色质小体检测如何用于重大体育赛事的女选手遗传性别的检测,而这种检测存在什么样的问题,最终为何无疾而终？三是注意科学性的同时,还尽量注意人性化。比如：在全书的开始部分，有一张“实验安排”表，以便教师统筹规划海个实验的开始,则有一张或数张与该实验相关的科学家照片及生平、成就的简要介绍，使学生心目中的知识英雄不再是抽象的名字;版式尽可能美观大方,看起来不让人觉得沉闷;使用的语言也尽量平实,而不故作艰深。

　　三、《遗传学实验》在教学实践中使用的效果

　　前文谈到，在每一轮的教学中，笔者比较注重收集学生的反馈信息。这个信息包括学生对教材材；作为学生，他们在课上听过课并亲手做过实验,对教材的优劣得失最有发言权。从学生反馈的信息及教学实践看，笔者在这本教材中所做的改革尝试收到如下的效果：

　　一是引言内容丰富,增加了教材的可读性；而对研究史与研究思路的剖析,学生感觉“比较有意思”,提高了学生学习的趣味性；文后不少经典参考文献,可供学生深入学习时参考，使他们的视野不被一本教材所拘束，加深了他们对一个实验的理解。笔者自己在教学实践中，在每一堂实验课前,都推荐二到三篇的经典文献让学生课前预习，

　　而在课堂讲授引言时，通常也是将一些经典文献串起来。这些做法方面使学生加深了对一个实验的理解，另一方面，使他们也逐渐地学会查文献、看文献的好习惯,而查文献、读文献则是科研最重要的基本功。

　　二是增强了实验的可操作性。由于对实验操作步骤及其重点、难点作了详细的说明，而且这些重点、难点大都是从学生的反馈中总结出的，因而比较有针对性,方便了学生独立操作。学生反映,“不象有些课那样,看着实验指导,想不出那些文字描述的东西是什么”。而在教学中，笔者往往只要稍加点拨,学生的操作就能与实验指导的内容衔接上。

　　三是学生在学习遗传实验基本技术的同时,也掌握了一些基本的研究技能,如查阅文献、规范地记录实验结果、规范地写实验报告。这些技能，无论对学生完成教学实验中的设计性实验，还是在后来主持学生创新项目或进行本科生科研训练时都发挥了较大的作用。像实验报告的写作，由于在实验课上得到较好的训练，而报告的写作方法与技巧同科技论文有不少共通之处，因此，学生后来动笔写论文时就不感觉陌生，正如一些同学所说,“至少我知道论文有几部分,每部分写些什么，图、表、照片该怎么处理了”。这为他们进一步的深造打下了一个较好的基础。