基于现代信息技术的课程建设与实践

      —以“遗传学实验”课程为例

张瑞姣，周   伟，白雨婷 

（信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳464000） 

[摘  要]：遗传学是一门研究生物的遗传与变异的科学，研究基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的学科，是一门实践性非常强的学科，分支几乎扩展到生物学的所有领域，是生物科学的核心。而遗传学实验教学在其中有着举足轻重的地位。但长期以来，遗传学实验教学内容以传统验证性实验为主，基于现代化信息技术的快速发展，我们传统的教学方式与现代技术的融合上存在了一些差异，基于现代信息技术的综合性和设计性实验较少。本文针对次问题做出了具体分析，提出了实质性建议，并且探讨了如何进行下一步工作准备。

[关键词]：现代信息技术；遗传学实验；教学模式；教学改革

[基金项目] :2019年度，信阳师范学院，信阳师范学院教育教学改革研究与实践项目“基于现代信息技术以能力培养为导向的“遗传学实验”课程建设与实践”，项目编号：2019074。

[作者简介]：张瑞姣（1987-），女，河南郑州人，硕士，信阳师范学院生命科学学院，助理实验师，主要从事微生物教学与科学研究；周 伟（1987-），男，河南信阳人，博士，信阳师范学院生命科学学院，讲师，主要从事遗传学教学与科学研究；白雨婷（2001-），女，河南商丘人，学士，信阳师范学院国际教育学院2019级生物技术专业，研究方向为生物学科教学。

 [中图分类号]：G642.0    [文献标识码]:A   

遗传学是研究生物遗传和变异的科学，它是生物科学与技术中的一门重要基础理论学科，也是高等院校教学计划中的一门专业基础课程，遗传学作为生物科学与技术的一门基础学科以及大学生命科学中的一门主干课程越来越显示出其重要性。其主要任务是为学生学习有关课程以及今后从事科研、教学、生产和开发工作建立比较牢固的遗传学基础。遗传学实验是开展遗传学研究的重要基础，是生命科学领域基础且重要的实验课程之一，是生命科学、医学、农学等学科相关专业本科生的一门专业必修课程，主要从个体、细胞和分子三个不同水平揭示遗传学的基本现象和规律。

从上世纪开始，遗传学是生物科学领域中发展最快的学科之一，到本世纪初期，其研究领域不仅逐步从个体向细胞、细胞核、染色体和基因层次发展，而且横向地渗透形成了生物学多个分支学科和交叉学科。遗传学的研究内容和研究范畴不断深化拓宽^[1]。因此，培养具有遗传学基本知识和创新能力的研究人才已迫在眉睫。因而遗传学理论及实验课程的授课内容已有明显增加，与相关学科的联系也更为紧密。

遗传学实验课程内容包括三个模块，一是经典遗传学模块，主要利用果蝇野生型和突变型的杂交，来验证经典的遗传学规律，从个体水平上分析和深入理解遗传学基本原理；二是细胞遗传实验模块。通过制备果蝇的唾腺染色体来观察巨大染色体，从染色体水平观察和理解遗传的染色体基础；三是分子遗传实验模块。在通过遗传学实验的全面培养，学生不仅理解遗传学知识，掌握先进的研究技术，还提高了分析问题和解决问题的能力，培养良好的科研素质，为今后独立开展相关科研工作打下坚实的基础。

一、遗传学教学中存在的问题

（一）教学实验与学生实际情况相结合

遗传学实验教学中实验的难易程度、耗时的长短，实验所包含的知识点需要与教学进程紧密结合，通过基础性的实验操作来提升学生的实际动手能力，基于此基础上，再进一步设计较难的实验，例如综合性的实验，包含多个小实验的基础上，提高学生的综合运用能力，让学生对知识点的相互连贯有更加深刻的认知和了解。另外，出于对学生的保护作用，现在大多高校实验教学的手段都比较保守，一般情况下，都是教师准备好一应实验中的各种材料，然后做好教案，设计好对应的实验步骤，而学生只需要按部就班的跟着教师的实验操作，做出实验结果即可，可是面对这样的教学模式，虽然安全性很高，但是学生由于没有参与实验的具体设计，从而导致了学生缺乏思考，创新的能力，当代学生应更加注重现代信息技术运用的能力，做到与时俱进，不仅仅要提高动手与独立思考的能力，还要有运用现代信息技术与传统实验相结合的能力。与此同时随着现代信息技术的发展，教师和学生的讨论越来越少，因为随着电子技术的进步，越来越多现代化的电子教学用具深入到我们的学习生活中，多媒体教学让教师的教学模式发生了翻天覆地的变化，教师开始不用传统的教学模式，边写边教边思考的现象离老师日益远去，多媒体教学虽省去了教师的很多麻烦，但却使教师少了更多的思考，由于没有板书的过程，让教师在构建自己教学的过程中少了很多的潜在问题的发生，在教学过程中由于少了写字的过程使教师的思考变得浅显，没有达到一种讲一遍增进一次的效果。

我们要达到教师和学生“教学相长以致远”的效果才能使教师和学生共同进步，长远的发展。此外，学生的兴趣倾向对于学生而言也有至关重要的影响，一般来讲，教师用生动的讲解比教师照本宣科的教学模式更加吸引学生注意力^[2]。教师在讲解知识点的同时加入自己的见解和体会，深入浅出的教学更能俘获学生的芳心。在教学中，不可一成不变讲解知识，也需要学生的参与，加入相应的动手环节，提问环节，更能使学生激发出兴趣。同理这点在教学实验过程中能够更直观的看到效果，学生直观的感受比凭空的构象来的更加真实，贴切学生的实际感受。所以，教学实验应注重具体情况具体分析。

（二）教学实验应与教学内容的结合

《遗传学实验》作为生命科学领域基础课程，在信阳师范学院生命科学学院和国际教育学院多个专业（生物技术、生物科学、茶学、国教生物技术）中开设。通常情况下，实验的内容大都围绕理论课程上的内容进行设计，开展相对应的实验。也就是说理论课程为主，实验课程为辅，但我们究其本意，两者应该同等重要，理论课程是开展实验，设计实验的基础，而实验的原理一应都包含在理论课程。另外，实验课程应与理论课程同一个老师，间隔的时间也要缩短，因为同一个老师可以全面了解相应实验所涉及的知识点和学生对于此实验的认识程度，同时，学生在面对新的知识记忆的过程中很容易遗忘，所以实验课程需要紧跟理论课程，帮助学生巩固，复习，及时掌握相应的知识点。同时相较于传统实验而言，学生必做的传统遗传学实验与现代科技结合也应该与时俱进，传统实验所用到的材料、工具、方法、理念、注意事项，都应该值得教师和学生思考，是否有更新的技术来替代以前的技术方法，一方面可以让我们的思考方式更加前沿化，另一方面有助于我们对于知识的变迁有更加深刻的见解。

自21世纪以来，遗传学就开始进军到“后基因组时代”，进一步的探究哺乳动物及其他动植物的基因组编码的蛋白质的功能，探索DNA的序列所包含遗传信息的生物学的功能。同时遗传学是一门发展迅速的科学，每间隔几年，就会有一次重大的突破，而若我们的认知仅仅停留在孟德尔、摩尔根时代，那作为当代大学生是否有一些“一叶障目不见泰山”的感觉，迄今为止，现代遗传学已发展出30多个分支，同时用更加广泛的应用近代化学，物理学，数学的演算，进而可以由表及里，由简化难，从宏观向微观，逐步地深入研究。科技在进步，科学在发展，而我们更应该在掌握基础知识的同时，跟上科学发展的脚步^[3]。教学内容上要及时反映和吸收本学科领域的最新研究成果，积极整合优秀教学成果，进一步体现现代教育理念和时代要求，始终保持学科先进性。

（三）学生自身的综合能力有待提高

近几年来，随着信息化技术的发展，生物学科的快速发展和教学理念和教学大纲的改进。创新性人才的培养要求“以学生为中心，能力为导向”，坚持“注重素质、强化能力、面向未来、多元发展”的培养理念。由于学生实验操作全程在教师关注下进行，导致学生缺乏自我处理问题的能力和思考问题有局限性，不能全方面的结合实际情况考虑问题^[7]。与此同时，学生并没有参与到设计实验的过程中，导致学生仅仅“知其然，而不知其所以然”。

同时学生在面对现实生活中所涉及的遗传学实验中，表现也不尽人意，不能很好地运用自身所具备的条件，知识来解决问题。遗传学虽然是一门十分重要的理论科学，但是它却又是一门紧密的联系生活，生产的基础科学。不难看出，科学家利用生物界遗传规律的普遍性，在遗传学理论的指导下开展品种选育和良种繁育工作。特别是在基因重组上，像超级水稻，抗虫棉，抗除草剂的大豆等等^[4]，充分说明了遗传学贴近生活的一面，而学生对于各种由于基因重组的品种的出现并没有我们所想象的敏感，习以为常的认为本该如此，这是错误的认知，我们应该对此现象敏感，并引发我们的深思。随着科学技术的进步，网络信息的快速发展，我们渐渐地不再怀疑自己所获得的信息的准确性，正确性。现在很难听到学生对于新技术，新发展提出质疑，但往往一切新的发现都来源于“为什么”。此外，我们更应该走进自然，生活，让自己所掌握的知识融合到生活中的具体事物中去，而不是生硬的储存在大脑中，仅仅为了面对考试而学习。

二、教学中改革的措施

（一）教学中具体内容的改革

遗传学实验是一门实践性非常强的学科，分支几乎扩展到生物学的所有领域，在遗传学的教学任务中具有举足轻重的地位。但长期以来，遗传学实验教学内容以验证性实验为主，综合性、设计性实验较少。通过建设有效、高质的网络教学平台，引导学生参与教学活动，同时发挥教师的主导作用和满足学生自主学习的需要。旨在推进《遗传学实验》课程理论课程和实践教学的改革的同时，探索发展学生高阶思维能力的研究性学习教学设计的操作框架与实践途径^[5]。通过网络教学平台，可以让学生通过网络教学系统来设计实验，并且可以通过学生设计的实验，利用计算机技术来演算实验的过程，结果，以及操作的可行性。学生通过计算机模拟演算，得到自己所设计实验是否有问题以及它的可操作性。从而提高学生的综合性思考能力，创性能力。还有学生应重视现代科技的应用，有很多我们在现实生活中不能解决的问题，我们可以通过电子技术来设计，演算过程和结果，这在很大程度上解决了学生所涉及的实验材料对于学生不安全的现状。

此外，让学生学会提出问题，提出自己的见解，深入了解知识的本身。纵观遗传学的发展历史，有重大突破的研究成果的科学家，并不仅仅是生物学家，有传教士的孟德尔发现了分离规律和独立分配规律，有物理学家克里克联合生物学家沃森提出的DNA分子结构的双螺旋模型等等。

（二）教学模式及过程的改革

改变传统的教学模式和教学方法。采用学生容易接受和理解的教学方式和方法，结合实际的例子，用生动的形式和丰富的教材资料，激发学生的求知欲和解决问题的兴趣；利用多样化的教学方法，如讲授和讨论相结合，课后习题拓展等，因材施教，因人施教，授课老师与有关专家讲座相结合。

同时要根据课程特点，将现代信息技术（学习通、雨课堂）引入，以促进学生的研究性学习教学模式，给遗传学实验注入勃勃生机^[6]。利用网络资源延伸课堂教学，强调以“学”为本的教学价值取向，培养学生“自主、自动”课外拓展学习习惯，培养创新性应用型人才；从理论和实践的角度，现代信息技术的不断的发展，将“学习通”、“雨课堂”等引入可以极大的提高学生学习的主动性；同时学生也可以通过“学习通”，“雨课堂”来向老师提出问题，老师通过网络教学平台随时随地的解答学生的问题。当然，对于传统教学来说，教师讲授实验课的理论部分，学生按部就班的照搬老师设定好的实验步骤操作就可以进行，然后得出结果，而我们则可以设计出一种开放式的，研究性的教学模式，这种模式是充分的调动学生的思考能力，主观能动性，让学生为主导地位，而教师是起到“传教授业解惑也”的角色，同时兼顾辅助保护作用。通过开展实验的进程，学生不仅仅可以获得独立思考的能力和实际的实验操作，而且还更大程度上让学生有发现问题，解决问题的能力。

（三）教学中考核方式的改革

采用传统手段与现代信息技术相结合的考核方式。实验课程应采用单独考核的方式，主要包括有相应的实验操作、问题的解答能力、实验报告的得分、考勤的次数、课堂的具体表现等等，不能仅仅凭借实验报告来评定，同时平时成绩与期末考核的比例也应做出相应的调整，高分难得的情况可以出激发学生更大的潜能^[8]。同时我们需要具体的考核方式的改变，教师需要改变传统模式中教与学的思维方式，以学生为主体地位，让学生参与到学习的各个环节中，目的是培养学生的自主，独立的思考模式。其次在教师方面，一旦开展学生独立自主的设计实验，教师也会离开自己的舒适圈，面对更多的来自学生提问的疑惑，以及外在因素的影响导致的问题，所以加强教师自身的专业知识和技能也变得十分重要，学校需固定地组织老师进行培训，多听取其他优秀教师的意见，不断的向外界吸取经验，尽量的完善有关遗传学教学中的实际问题。

三、小结

我们以信阳师范学院生命科学学院为例，通过构建基于现代信息技术的“遗传学实验”课程体系，以弥补传统教学方式中的不足。通过雨课堂和网络学习平台，学生对全部的学习过程有了更全面的认识，对相关实验的理解更加深刻，这在一定程度上也提高了学生自主学习的积极性，同时也为教师不断改进教学方式提供了新思路。

[参考文献]

[1] 杨美娟, 邱奉同, 闫丽. 高校遗传学课程教学改革[J]. 黑龙江农业科学, 2020, No.309(03):104-106.

[2]杨宏羽.浅析生物遗传学教学改革的“教”与“学”[J].湖北科技学院学报,2014,34(04):93-94.

[3]刘梅, 王玉海, 盛积贵. 开放式遗传学实验教学改革探析[J]. 现代农业科技, 2020(4):261-261.

[4]张昊, 刘雄伦, 罗红兵,等. 农学类"遗传学实验"课程的改革与实践[J]. 教育教学论坛, 2020, 000(020):334-336.

[5]高小宽.浅析师范专业认证背景下遗传学教学改革研究[J].现代农村科技,2021(03):91-92.

[6]李兴锋,仵允峰,王树芸,韩秀兰,吴佳洁,孔令让.基于翻转课堂教学模式的遗传学实验教改实践[J].高等农业教育,2017(05):65-67.

[7]邢万金,莫日根.在遗传学课堂教学中培养本科生科研素质[J].遗传,2016,38(11):1030-1038.

[8]郭明欣, 刘佳佳, 张笑天,等. 师范院校大学生遗传学实验教学改革与实践[J]. 科技视界, 2020, No.298(04):12-13.

Construction and practice of genetics experiment course based on modern information technology

Zhang Ruijiao, Zhou Wei, Bai Yuting

(College of life sciences, Xinyang Normal University, Xinyang 464000, Henan)

Abstract: genetics is a science that studies the heredity and variation of organisms, the structure, function, variation, transmission and expression of genes! It is a very practical subject, and its branches extend to almost all fields of biology. It is the core of biological science. In the process of teaching, experimental teaching plays an important role. However, for a long time, traditional confirmatory experiments have been the main content of genetics experiment teaching. Based on the rapid development of modern information technology, there are some differences in the integration of our traditional teaching methods and modern technology, while comprehensive and designed experiments based on modern information technology are less. This article makes a specific analysis of this problem, puts forward substantive suggestions, and discusses how to prepare for the next step.

Key words: modern information technology; Genetics experiment; Teaching mode; reform in education