朱云國 康九紅 薛雷 汪貴英 李文哲 楊楊 劉志學(xué)

摘 要 果蠅是遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典材料，100多年來這一經(jīng)典模式生物逐漸被用于發(fā)育生物學(xué)、藥物研發(fā)、基因功能研究等多個(gè)領(lǐng)域。目前多數(shù)高校以果蠅為材料的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)仍以經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生興趣不高，教學(xué)效果不好，不能發(fā)揮果蠅這種模式生物的優(yōu)越性。我們引入科研中廣泛應(yīng)用的Gal4/UAS等果蠅品系，調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，變“驗(yàn)證性”教學(xué)為“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)，大大激發(fā)了學(xué)生的興趣和探索熱情。這一改革對(duì)于提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和科研創(chuàng)新能力起到了良好的作用。

關(guān)鍵詞 遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 黑腹果蠅 發(fā)現(xiàn)式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

From Classic to Modern

——Drosophila Promotes "Discovery" Type Experimental Teaching Reform

ZHU Yunguo, KANG Jiuhong, XUE Lei, WANG Guiying, LI Wenzhe, YANG Yang, LIU Zhixue

(College of Life Science and Technology, Tongji University, Shanghai 200092)

Abstract Drosophila melanogaster is the classic genetics experiment materials, and, 100 years of this classic animal model increasingly being used developmental biology, drug discovery, gene function research and other fields. But most of the current genetics experimental course, in Drosophila melanogaster as material experimental project is still in the classic confirmatory experiment, students' interest is not high, and the teaching effect is bad, can't play to the superiority of this model organisms. We introduce Gal4 / UAS Drosophila melanogaster strains, adjust teaching content, reform teaching method and teaching mode, change "confirmatory" teaching to "discovery" teaching,greatly stimulate students' learning interest and passion for exploration. This reform to improve the effect of teaching, to develop students' independent thinking and innovative ability of scientific research.

Key words genetics experiment; teaching reform; drosophila melanogaster; "discovery" type

1 果蠅作為實(shí)驗(yàn)材料的重要性以及目前實(shí)驗(yàn)課程的基本現(xiàn)狀

自20世紀(jì)初Morgan選擇黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）作為研究材料以來，果蠅已成為一種遺傳學(xué)研究的經(jīng)典模式生物材料，具有不可替代的地位。①100多年來，果蠅已被廣泛應(yīng)用于發(fā)育生物學(xué)、分子生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等研究領(lǐng)域。②目前，幾乎所有高校的生命學(xué)院都開設(shè)了以果蠅為材料的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，③缺乏以果蠅為材料引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多視角研究和發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，缺乏對(duì)新的重要操作手段和探索的介紹，缺乏對(duì)果蠅這一重要模式生物應(yīng)用于科研的廣泛性和重要性的展示，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果大打折扣。

針對(duì)上述問題筆者開展了果蠅綜合實(shí)驗(yàn)改革等項(xiàng)目，在利用經(jīng)典的紅眼/白眼、長(zhǎng)翅/殘翅、黑檀體等品系進(jìn)行形態(tài)、解剖、雜交、子代群體分析和染色體分析等基礎(chǔ)上，引入了科研中廣泛應(yīng)用的Gal4/UAS等果蠅品系，引入了基因表達(dá)分析等層面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生在通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證遺傳學(xué)定律、掌握果蠅遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和統(tǒng)計(jì)分析方法的同時(shí)，體會(huì)到果蠅這一模式生物的優(yōu)越性和重要性。

2 遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)改革舉措

在同濟(jì)大學(xué)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“果蠅遺傳綜合實(shí)驗(yàn)（200010 4036）”和“利用Gal4 / UAS系統(tǒng)進(jìn)行果蠅研究型遺傳實(shí)驗(yàn)（2200101001）”的支持下，我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)、教學(xué)方法和考核方法等方面進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容——與時(shí)俱進(jìn)，引入新進(jìn)展、新內(nèi)容、新方法

跟蹤科學(xué)發(fā)展前沿，不斷改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心。因此，我們首先對(duì)傳統(tǒng)的“果蠅雜交實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，引入新的果蠅品系，將原來單獨(dú)開設(shè)的果蠅單因子雜交實(shí)驗(yàn)、雙因子雜交實(shí)驗(yàn)和伴性遺傳等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合，設(shè)計(jì)成一個(gè)相關(guān)的雜交實(shí)驗(yàn)組合來完成，使之成為一個(gè)綜合的“果蠅雜交實(shí)驗(yàn)”，達(dá)到驗(yàn)證分離規(guī)律、自由組合、基因的連鎖與互換規(guī)律和觀察伴性遺傳現(xiàn)象的教學(xué)目的。④與果蠅唾腺染色體制片與觀察等另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)相配合，利用較少的課時(shí)完成果蠅的雌雄鑒別和雜交操作、突變體性狀觀察、染色體觀察等基本教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握果蠅的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和遺傳學(xué)分析方法。在此基礎(chǔ)上，增設(shè)“果蠅基因表達(dá)模式的檢測(cè)”和“果蠅Gal4/UAS系統(tǒng)”兩個(gè)拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，⑤介紹以果蠅為材料的最新研究進(jìn)展，引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)有余力的同學(xué)在課內(nèi)外時(shí)間進(jìn)行研究性、探索性實(shí)驗(yàn)。

2.2 教學(xué)方法——由“驗(yàn)證式”向“發(fā)現(xiàn)式”轉(zhuǎn)型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“果蠅雜交”是多數(shù)高校遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和主要教學(xué)內(nèi)容之一。以往該實(shí)驗(yàn)都由指導(dǎo)教師事先設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)定出實(shí)驗(yàn)條件，寫出詳盡的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)并在實(shí)驗(yàn)前詳細(xì)講解，并且，由于課內(nèi)學(xué)時(shí)的限制，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)操作也是由指導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)教輔人員代為完成，學(xué)生只需按照教師的要求和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)“照方抓藥”，完成果蠅的選取和捉對(duì)交配等幾步即可。這樣，學(xué)生完全處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性不高。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是決定學(xué)生是被動(dòng)接受者還是主動(dòng)探索者的關(guān)鍵。因此，我們對(duì)果蠅雜交實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革的同時(shí)，對(duì)教學(xué)方法也進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。在實(shí)驗(yàn)開始前，教師只簡(jiǎn)要交待實(shí)驗(yàn)所選擇的相對(duì)性狀和各性狀果蠅的外形特征，以及飼養(yǎng)果蠅需要注意的事項(xiàng)。然后由學(xué)生自行查找相關(guān)資料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果重新“發(fā)現(xiàn)”遺傳定律，最后提交詳細(xì)的、各具特色的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在掌握果蠅的基本實(shí)驗(yàn)操作方法和技能的同時(shí)，“重現(xiàn)”和深刻理解了遺傳學(xué)定律被發(fā)現(xiàn)的過程，理解了其中的科學(xué)方法和科學(xué)思想。

增設(shè)的拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立提出問題、分析問題和解決問題的能力為目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中，教師僅給予一些參考性意見，整個(gè)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生“獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立操作、獨(dú)立創(chuàng)新”。要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，發(fā)現(xiàn)“新”問題、分析“新”問題和解決“新”問題。這樣，學(xué)生由被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變成了“主角”，實(shí)驗(yàn)性質(zhì)由“驗(yàn)證性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯刻剿餍浴?，教學(xué)方法也由老師手把手教，學(xué)生完成部分實(shí)驗(yàn)操作的“驗(yàn)證式”轉(zhuǎn)變成為教師指導(dǎo)下的學(xué)生獨(dú)立完成全部實(shí)驗(yàn)的“發(fā)現(xiàn)式”。這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵，在于實(shí)驗(yàn)過程的“研究性”。這樣的訓(xùn)練，為學(xué)生隨后進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及參與大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 教學(xué)模式——由“封閉式”向“開放式”轉(zhuǎn)型

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，實(shí)驗(yàn)室基本上是封閉的。學(xué)生在教學(xué)計(jì)劃規(guī)定的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)完全被動(dòng)性地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，而平時(shí)的大部分時(shí)間很少進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。其結(jié)果是大量的實(shí)驗(yàn)室資源閑置，而學(xué)生的潛能得不到發(fā)揮，素質(zhì)和創(chuàng)新的能力得不到提高。教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變必然帶來教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。為改變上述弊端，我們變“封閉的”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為“開放的”的教學(xué)模式。采用“課內(nèi)完成→課內(nèi)+課外完成→課外獨(dú)立完成”的逐層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2.4 考核方式——由“結(jié)果考核”向“過程考核”轉(zhuǎn)型，提高學(xué)生的自覺學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)課程通常采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、考試成績(jī)或者二者結(jié)合進(jìn)行學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定。但無論哪種考核都屬于“結(jié)果考核”的模式。其弊端是部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不認(rèn)真操作，基本技能掌握不好，卻能寫出完善的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，或者在書面考試時(shí)得到好的成績(jī)；而有些學(xué)生很善于動(dòng)腦子，設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)技能也很好，但不擅長(zhǎng)于書面表達(dá)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告或考試成績(jī)往往不佳，造成成績(jī)?cè)u(píng)定并不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革之后，學(xué)生的成績(jī)就既包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，也包括課外實(shí)驗(yàn)的成績(jī)，評(píng)價(jià)難度更大。為了探索一套合理、有效的考核方法，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到積極的督促作用，我們采用綜合評(píng)分的方法來評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，包括出勤率（10%）、實(shí)驗(yàn)態(tài)度（15%）、動(dòng)手能力（30%）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（25%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（20%）等評(píng)價(jià)要素。其中，“出勤率”包括課內(nèi)出勤率和課外實(shí)驗(yàn)出勤率。所有評(píng)價(jià)要素分別由任課教師和學(xué)生所在實(shí)驗(yàn)室的教授進(jìn)行評(píng)定，由任課教師進(jìn)行匯總。這樣，盡管加大了任課教師的工作量，但是學(xué)生得到了比較客觀、公正、全面和真實(shí)的評(píng)價(jià)，反過來，又能夠有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

3 教學(xué)效果

如今，已有四屆學(xué)生參與了此實(shí)驗(yàn)改革。通過改革，學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)習(xí)興趣大大提高，每屆學(xué)生對(duì)果蠅實(shí)驗(yàn)都充滿濃厚興趣，學(xué)生的獨(dú)立思考和科研創(chuàng)新能力得到了鍛煉。參加本實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生結(jié)合本課程設(shè)計(jì)的“拓展實(shí)驗(yàn)”，申請(qǐng)并獲得以果蠅為材料的國家大學(xué)生創(chuàng)新研究項(xiàng)目3項(xiàng)，同濟(jì)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新研究項(xiàng)目4項(xiàng)；獲“同濟(jì)大學(xué)-巴斯夫科技論文”一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；獲盛云飛大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐基金資助1項(xiàng)；獲得同濟(jì)大學(xué)韓季忠大學(xué)生創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)金資助3項(xiàng)；發(fā)表論文1篇。實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果有了質(zhì)的飛躍。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新思維以及能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在達(dá)到配合理論課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)目的之外，其更重要的功能應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力，對(duì)學(xué)生之后的畢業(yè)實(shí)習(xí)以及研究生階段的學(xué)習(xí)起到“承上啟下”的橋梁作用。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅僅應(yīng)該注重學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，更應(yīng)該注重學(xué)生對(duì)于學(xué)科前沿的關(guān)注和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

我們?cè)诖舜螌?shí)驗(yàn)改革的過程中認(rèn)識(shí)到：跟蹤科學(xué)發(fā)展前沿，不斷改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是決定學(xué)生是被動(dòng)接受者還是主動(dòng)探索者的關(guān)鍵；教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變必然帶來教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變；而一套合理、有效的考核方法又能夠有效促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。因此，實(shí)驗(yàn)改革過程中，必須從這幾個(gè)方面進(jìn)行改革，才能起到“事半功倍”的效果。

基金項(xiàng)目：同濟(jì)大學(xué)精品實(shí)驗(yàn)——果蠅遺傳綜合實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目編號(hào)：2000104036；利用Gal4 / UAS系統(tǒng)進(jìn)行果蠅研究型遺傳實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目編號(hào)：2200101001

注釋

① Rubin GM, Lewis EB. A brief history of Drosophilas contributions to genome research. Science,2000, 287(5461): 2216-2218.

② 萬永奇,謝維.生命科學(xué)與人類疾病研究的重要模型——果蠅.生命科學(xué),2006.18(5):425-429.

③ 呂愛新.生命科學(xué)的功臣——果蠅.生物學(xué)教學(xué),2007.32(5):65-66.

④ 熊大勝,席在星.果蠅雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與綜合創(chuàng)新能力.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005.24(4):60-63.

⑤ 李春峰,夏慶友,周澤揚(yáng).GAL4/UAS系統(tǒng)在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展.生物技術(shù),2006.116(1):78-81.