第一篇：遺傳學實驗對教師的要求

遺傳學實驗課程要求（教師）

1、教師要認真鉆研遺傳學實驗教學內容，積極探索教學規律，不斷提高教學水平。教學中應嚴格、認真，要貫徹啟發式的教學方法，引導學生獨立思考和實踐。

2、教師要認真執行實驗室安全規定，安排值日生，協助實驗室做好實驗室的清潔衛生工作。

3、上實驗課的教師，必須遵守“黑龍江大學關于本科教學調課的管理規定”；請人代課按調課對待，需辦理相關手續。

4、教師每次上課時，應攜帶下列教學文件：教學日歷，教案，試做報告；學生記分冊，操作評分標準表。

5、每次上課前要求學生上交預習報告和上次課的實驗報告，預習報告和課堂教師提問作為預習成績20分，各占10分；

6、二位教師互相配合，一位講授，另一位收報告，批改預習報告，共同維持課堂秩序。在教學過程中，教師應積極巡視、督查學生實驗，主動發現問題，及時糾正不規范操作。給出實驗操作成績。每堂課都要飽滿，上滿規定的學時數。

7、預習報告要求當堂給分，現場返還給學生；預習成績和操作成績要提交到當次實驗的成績記錄單上，并有二位教師共同簽字，實驗結果要簽字。課后二位教師共同配合完成實驗報告的批改和在成績單上的登錄。

8、對于持有相關負責人簽名的假條（因病、事假在相關負責人處辦理）前來補做實驗的學生，任課教師應安排其補做實驗（可與他人合組）；補做的操作成績按正常評分標準給分；成績要寫在補課單上，不要涂改，并簽上任課教師的姓名。

9、所有補做的操作成績由學生自己找原任課教師補登，原任課教師見到有簽名和操作成績的補課憑據后方可補登操作成績。

10、發現儀器設備有問題，應及時填寫實驗記錄，以便實驗員及時修理。

11、實驗課結束，教師離開實驗室前，務必要檢查門、窗、水、電，關掉總電源。

第二篇：遺傳學實驗讀書筆記

讀《生物學思想的發展史》

從古至今，很多人對生物學進行了闡述，其中也發展起來了一門學科叫做遺傳學，從希波克拉底認為“從身體各個部分產生的‘種子物質’由體液運到生殖器官受精作用就是父母的種子物質互相混合。”亞里士多德認為“雌性總是提供材料，雄性則提供塑造材料成形的工具；就我們看來，這就是雌雄性的特點：雄性之所以是雄性和雌性之所以是雌性。”到現代的遺傳學里“基因”、“染色體”的概念的提出，遺傳學經歷了2000多年的發展，但是在18世紀以前，人們腦海里的關于遺傳學的概念一直都是沿用亞里士多德等人提出的，因此，從發展速度來看，遺傳學在近300年時間里發展的最快。

在現代人看來，古代人所提出的有關遺傳學方面的假設是很可笑的，但是正是有了他們對遺傳學的關注，我們才會慢慢的去發展對遺傳學的研究，最后才有了現在發展起來的遺傳學，而且，由于在古代的時候，設備條件極其有限，人們最多只能通過解剖動物來大致的去推測一些遺傳問題，而且還有人們的信仰等制約了人們去更深更廣泛的探索遺傳學的問題，到了現代，思想更加自由了，人們也會不斷的去追求自己所不知道的卻感興趣的東西。

正當人們躊躇的時候，孟德爾通過他的豌豆實驗，找出了兩個重大的遺傳定律，并且提出了遺傳因子這一概念，當時所稱作的遺傳因子就是現在所說的基因。基因位于染色體上，幾乎所有的生物都有染色體，染色體由DNA和蛋白質共同組成，在真核生物的體細胞中，有些細胞是能夠進行分裂的細胞，這些細胞內的染色體能夠先進行復制，然后平均分配到兩個子細胞中，由于可能出現基因突變，因此每個子細胞中所含的染色體都只能達到和母細胞相似，相同的可能性很小。除了有絲分裂外，能夠進行有性生殖的生物體內還有一種特殊的細胞分裂方式，那就是減數分裂，減數分裂是進行有性生殖的生物產生生殖細胞的基礎，染色體在減數分裂過程當中也是起著主角的角色。減數分裂分為兩個階段，第一階段有部分和有絲分裂相似，那就是染色體要進行復制，但是在復制完之后，同源染色體會排列在赤道板上，到第一階段后期的時候，同源染色體相互分開，非同源染色體自由組合，然后分裂成兩個子細胞，這兩個子細胞內的染色體數只有正常細胞的一半，并且每條染色體都是由姐妹染色單體在著絲粒的作用下組成的，這些細胞在經過一段時間后，姐妹染色單體也分開，每個細胞又產生兩個子細胞，如果這些子細胞經過發育長成成體，那么這個成體就是我們所說的單倍體。而精細胞和卵細胞在形成這種細胞的過程中也是有些差異的，一個初級精母細胞能夠形成四個精子，并且每個精細胞的大小一樣，而一個初級卵母細胞只能形成一個卵細胞，在第一階段的分裂當中產生一個大的次級卵母細胞和一個小的極核，大的次級卵母細胞又會分裂成一個大的卵細胞和一個小的極核，原來的極核則分裂成兩個大小一樣的極核。

在有絲分裂當中，如果用秋水仙素處理分裂的細胞24小時，那么就會導致細胞內的紡錘體不能正常形成，最后導致細胞的染色體數加倍，這就是我們通常所說的多倍體，而多倍體還能夠正常產生配子，只是配子的染色體數有異常，如果與正常配子結合，所產生的后代就是三倍體。

前面說到，很多基因都是存在與染色體上，染色體又分為常染色體和性染色體，這兩種染色體上都有能夠控制生物性狀的基因存在，因此，各基因之間就有

了下面幾種關系：位于同源染色體上、位于同一染色體上、位于非同源染色體上、位于性染色體上等，這些分布關系在生物個體的后代性狀上都有一個的比例分布，而果蠅由于繁殖周期較短，數量大，性狀易于觀察，也經常作為遺傳學上常用研究基因位置關系的實驗材料。用果蠅進行的遺傳學實驗通常有伴性遺傳和連鎖與交換。兩個實驗都是通過對果蠅從親代培養到F2代中，各代果蠅性狀進行統計，然后分析控制被觀察性狀的基因間的位置關系。

基因不僅能夠在自身細胞中復制、轉錄、表達，還有可能在一定情況下連接、轉化、轉導等進入到別的細胞中進行上述過程，這都是源于生物界統一的遺傳密碼。

我們可能會認為DNA只能在細胞內進行復制，但是隨著現代技術的不斷進步，PCR擴增技術的發展，DNA在體外也能夠進行，復制，而且只要條件適宜，復制能夠做到讓其進行指數倍數復制，而且復制周期也短，這樣的話，我們就能夠在很短的時間內得到很多目的DNA了，從而讓其他實驗更高效的進行。

遺傳學的發展非常迅速，特別是在各種各樣的精密設備被創造出來之后，再小的分子也能夠被我們研究的很透徹，遺傳學又與我們的生活密切相關，而現在的各種環境問題也在給遺傳學提出了很大的挑戰，越來越多對遺傳物質產生影響的環境問題被提出，我想這也應該是遺傳學以后可以研究的一個方向。

第三篇：遺傳學實驗教案

《現代遺傳學》實驗

實驗一

植物細胞有絲分裂的制片與觀察

實驗類型：驗證型。學

時： 4。內

容：

一、實驗目的

1.學習和掌握植物細胞有絲分裂制片技術。

2.觀察植物細胞有絲分裂過程中染色體的形態特征及染色體的動態變化行為。

二、實驗原理

有絲分裂是植物體細胞進行的一種主要分裂方式。有絲分裂的目的是增加細胞的數量而使植物有機體不斷生長。在有絲分裂過程中，細胞核內的遺傳物質能準確地進行復制，然后能有規律地均勻地分配到兩個子細胞中去。植物有絲分裂主要在根尖、節間、莖的生長點、芽及其它分生組織里進行。將生長旺盛的植物分生組織經取材，固定、解離、染色、壓片，可以觀察到細胞有絲分裂的全過程。若進行染色體計數，則需進行前處理，即取材之后要用物理的或化學的方法，阻止細胞分裂過程中紡垂體的形成，使細胞分裂停止在中期，這時的染色體不排到赤道板上，而是散在整個細胞核中，便于對染色體的形態、數目進行觀察。

三、試劑與器材

恒溫培養箱、顯微鏡、水浴鍋、載玻片、蓋玻片、單面刀片、鑷子、培養皿、量筒、吸水紙等。

四、實驗材料

蠶豆根尖。

五、實驗內容

生根→取材→前處理→固定→解離→水洗與低滲→染色與壓片→鏡檢→永久制片。

六、關鍵步驟及注意事項

1.取材要找分裂高峰期。

2.前處理、固定、解離、染色等步驟，注意藥品與時間的選擇。

七、思考題

選擇有絲分裂各期的優秀細胞繪圖，在典型的前、中、后、末各期之間選擇一個過渡期細胞以連接染色體的動態行為。

實驗二

植物細胞減數分裂的制片與觀察

實驗類型：驗證型 學

時：4。內

容：

一、實驗目的

1.學習和掌握植物細胞減數分裂制片方法。

2.了解植物生殖細胞的形成過程及減數分裂過程各期的細胞學特征。

二、實驗原理

減數分裂是生物在形成配子時的一種特殊的分裂方式。減數分裂是在性母細胞中進行的。減數分裂的目的是使二倍染色體數減為單倍染色體數，以便兩性配子結合時恢復形成二倍體生物。減數分裂的特點是這些細胞連續進行兩次細胞分裂即減數第一次分裂和減數第二次分裂，而染色體只復制一次。結果一個小孢子母細胞形成四個小孢子，每個細胞只含單倍數染色體，使染色體數目減少一半，所以叫減數分裂。減數分裂的另一個特點是前期特別長，而且變化復雜，包括同源染色體配對、交換與分離等。

三、試劑與器材

酒精燈、鑷子、解剖針、50ml燒杯、10ml燒杯、載玻片、吸水紙、量筒、顯微鏡等。

四、實驗材料

玉米雄穗。

五、實驗內容

取材→固定→保存→花藥剝離→媒染→水洗→染色→壓片→鏡檢。

六、關鍵步驟與注意事項

1.花藥剝離時大、中、小花藥都要有，量要充足。

2.鏡檢時首先要區分花粉母細胞和花藥壁細胞，要注意第一次分裂的前期的不同型態。

七、思考題

試繪制減數分裂過程中各期的典型細胞。要求雙線期、終變期染色體數目清楚。

實驗三 果蠅唾腺染色體的制備和觀察

實驗類型：驗證型 學

時：4。內

容：

一、實驗目的

1.練習分離果蠅幼蟲唾腺的技術，學習唾腺染色體的制片方法。2.觀察了解果蠅唾腺染色體的形態學及遺傳學特征。

二、實驗原理

果蠅是雙翅目昆蟲，其唾腺細胞發育到一定階段后停止在間期，但緊密配對的同源染色體（實為伸展的染色質絲），仍能不斷復制，復制后產生的子染色體彼此不分開。復制可達9次之多，因此一對染色體最終可產生2×2＝1024條染色質絲。它們集結在一起形成了一條多線染色體，寬度可達5?m，長度可達400?m，約為普通中期染色體的，在顯微鏡下清晰可見。染色質絲的不同部位螺旋化程度不同，其中螺旋化程度較高的部位形成染色粒。這些染色粒經由多線染色體的放大，形成染色較深的橫紋，而染色粒間螺旋化程度較低的部分則形成了染色較淺的間紋。研究表明，對一種果蠅來說，帶紋的寬窄、數目、位置等是恒定的，標志著物種的特征。當染色體上有結構畸變，如缺失、重復、倒位、易位等，很容易在唾腺染色體上鑒別，使唾腺染色體成為染色體變異研究的獨特材料。

三、實驗材料

黑腹果蠅三齡幼蟲。

四、實驗步驟

1．剝離唾腺：在一干凈的載玻片上滴一滴生理鹽水，選擇行動遲緩、肥大、爬在瓶壁上即將化蛹的三齡幼蟲，或者選擇經低溫處理的果蠅三齡幼蟲置于載玻片上。每只手各持一個解剖針，在解剖鏡下進行操作。果蠅的唾腺位于幼蟲體前約1/3處，找到具有口器的頭部（有一小黑點），一手用解剖針刺入（或壓住）頭部，將蟲固定，一手用解剖針刺入體前約1/3處，適當用力向兩端迅速拉開。唾腺是一對透明的棒狀腺體，外有白色的脂肪組織（不透明）。去除幼蟲其它組織部分，并把唾腺周圍的白色脂肪剝離干凈。

2．染色：吸去生理鹽水，注意操作時要邊觀察邊吸濕，最好用解剖針輕壓，防止連同唾腺一起吸走；滴加卡寶品紅染色液，染色5-10min。

3．壓片：染色完成后，蓋上干凈的蓋片，并覆一層濾紙。將片子放在實驗臺上，用大拇指均勻用力壓片。（注意不要使蓋片移動。）

4．鏡檢：在低倍鏡選擇唾腺細胞多且染色體分散好的視野，換高倍鏡仔細觀察唾腺染色體的染色中心、染色體臂、橫紋、蓬突（puff）等結構。

五、注意事項

1.一定加生理鹽水，否則唾腺易干。2.將脂肪組織清除干凈

3.水不可太多，否則幼蟲會漂浮而且活躍。4.染色時間不可過長，否則背景也著色 5.壓片時要揉，用力要均勻

6.染色完以后，將舊的染色液吸去，加新的染色液，再壓片。7.吸水時勿將唾腺一起吸走。9

六、實驗作業

1．制做效果較好的唾腺染色體臨時片1～2張。檢查你制作的制片，尋找形態良好、分散適中的圖象仔細觀察各條臂的特點。

2．畫出所制染色體的形態，大小，并標出明顯的橫紋特點。

實驗四 染色體數目變異的觀察

實驗類型：驗證型。學

時：4。內

容：

一、實驗目的

1.觀察和鑒別洋蔥、小麥等植物單倍體、二倍體、三倍體等染色體永久裝片，了解倍性變化在植物育種上的應用。

2.觀察和分析人類染色體數目變異裝片，了解染色體數目變化導致的遺傳疾病。

二、實驗原理

自然界各種生物的染色體數目是相當恒定的，這是物種的重要特征。例如玉米體細胞染色體有20 個，配成10 對。遺傳學上把一個配子的染色體數，稱為染色體組（或稱基因組）用n 表示。如玉米染色體組內包含10 個染色體，它的基數n=10。一個染色體組內每個染色體的形態和功能各不相同，但又互相協調，共同控制生物的生長和發育、遺傳和變異。

由于各種生物的來源不同，細胞核內可能具有一個或一個以上的染色體組，凡是細胞核中含有一套完整染色體組的就叫做單倍體，也用n 表示。具有兩套染色體組的生物體稱為二倍體，以2n 表示。細胞內多于兩套染色體組的生物體稱為多倍體。例如三倍體（3n）、四倍體（4n）、六倍體（6n）等，這類染色體數的變化是以染色體組為單位的增減，所以稱作整倍體。

在整倍體中，又可按染色體組的來源，區分為同源多倍體和異源多倍體。凡增加的染色體組來自同一物種或者是原來的染色體組加倍的結果，稱為同源多倍體。如果增加的染色體組來自不同的物種，則稱為異源多倍體。

多倍體普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中有1/3 或更多的物種是多倍體，如小麥屬（Triticum）染色體基數是7，屬二倍體的有一粒小麥，四倍體的有二粒小麥，六倍體的有普通小麥。除了自然界存在的多倍體物種之外，又可采用高溫、低溫、X 射線照射、嫁接和切斷等物理方法人工誘發多倍體植物。在誘發多倍體方法中，以應用化學藥劑更為有效。如秋水仙素、萘嵌戊烷、異生長素、富民農等，都可誘發多倍體，其中以秋水仙素效果最好，使用最為廣泛。秋水仙素是由百合科植物秋種番紅花——秋水仙（Colchicumautumnale）的種子及器官中提煉出來的一種生物堿。化學分子式為

具有麻醉作用，對植物種子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可產生誘變作用。它的主要作用是抑制細胞分裂時紡錘體的形成，使染色體不走向兩極而被阻止在分裂中期，這樣細胞不能繼續分裂，從而產生染色體數目加倍的核。若染色體加倍的細胞繼續分裂，就形成多倍性的組織，由多倍性組織分化產生的性細胞，所產生的配子是多倍性的，因而也可通過有性繁殖方法把多倍體繁殖下去。

多倍體已成功地應用于植物育種，用人工方法誘導的多倍體，可以得到一般二倍體所沒有的優良經濟性狀，如粒大、穗長、抗病性強等。三倍體西瓜、三倍體甜菜、八倍體小黑麥已在生產上應用。

三、實驗材料

洋蔥、小麥、人等永久裝片。

四、實驗器具

顯微鏡。

五、實驗步驟

用光學顯微鏡觀察各種染色體數目變異永久裝片。

六、實驗作業

繪出至少3種染色體數目變異材料觀察結果。

實驗五 人類染色體核型分析

實驗類型：綜合型。學

時：4。內

容：

一、實驗目的

1.學習染色體組型的分析方法。2.了解人類染色體的特征。

二、實驗原理

各種生物的染色體數目是恒定的。大多數高等動植物是二倍體（diploid）。也就是說，每一個體細胞含有兩組同樣的染色體，用2n 表示。其中與性別直接有關的染色體，即性染色體，可以不成對。每一個配子帶有一組染色體，叫做單倍體（haploid），用n 表示。兩性配子結合后，具有兩組染色體，成為二倍體的體細胞。如蠶豆的體細胞2n=12，它的配子n=6，玉米的體細胞2n=20，配子n=10。水稻2n=24，n=12。有些高等植物還是多倍體。

染色體在復制以后，縱向并列的兩個染色單體（chromatids），往往通過著絲粒（centromere）聯在一起。著絲粒在染色體上的位置是固定的。由于著絲粒位置的不同，可以把染色體分成相等或不等的兩臂（arms），造成中間著絲粒，亞中間著絲粒、亞端部著絲粒和端部著絲粒等形態不同的染色體。此外，有的染色體還含有隨體或次級縊痕。所有這些染色體的特異性構成一個物種的染色體組型。染色體組型分析是細胞遺傳學、現代分類學和進化理論的重要研究手段，也是一種簡便的方法。

三、實驗材料

由實驗室提供的正常男性染色體放大照片。

四、實驗器具和藥品

鑷子、剪刀、繪圖紙。

五、實驗內容

染色體組型分析方法分為兩大類，一類是分析體細胞有絲分裂時期的染色體數目和形態。另一類是分析減數分裂時期的染色體數目和形態，均能得到染色體組型。這里我們要做的是有絲分裂時期的分析。

各染色體的長臂與短臂之比稱為臂率。

臂率為1.0—1.7 的歸為中間著絲粒染色體，用（M）表示。

1.7—3.0 的歸為亞中間著絲粒染色體，用（Sm）表示。3.0—7.0 的歸為亞端部著絲粒染色體，用（St）表示。7.0—更大的歸為端部著絲粒染色體，用（Ot）表示。

用SAT 代表具隨體的染色體，計算染色體長度時，可以包括隨體也可以不包括，但均要注明。

六、實驗步驟

1、測量：根據放大照片測量、記錄染色體形態測量數據如下：（1）臂比＝長臂（q）長度/短臂（p）長度（2）著絲粒指數＝短臂長度/該染色體長度×100（3）總染色體長度=該細胞單倍體全部染色體長度（包括性染色體）之和（4）相對長度＝每條染色體長度/總長度×100

2、填表（表格于實驗結果中）。

3、配對：根據測量數據，即染色體相對長度、臂率、著絲粒指數、次縊痕的有無及位置、隨體的形狀和大小等進行同源染色體的剪貼配對。

4、染色體排列：染色體對從大到小，短臂向上、長臂向下，各染色體的著絲粒排在一條直線上。有特殊標記的染色體（如含有隨體的）以及性染色體等可單獨排列。

5、繪圖：完成上述步驟的染色體剪貼，可以通過翻拍攝影或描圖成為染色體組型圖。

七、實驗作業

填表并說明人類染色體的各種測量值并列出核型公式。K(2n)=2X=46=xm+xSm+xSt+xOt

第四篇：遺傳學實驗教學大綱

《遺傳學實驗》教學大綱

一、課程基本情況

開課單位：生化工程系 總 學 時：48學時 修課方式：必修 考核方式：考查

先修課程：無機化學，有機化學，生物化學，微生物學 教

材：《遺傳學實驗》劉祖洞，高等教育出版社 參 考 書：《普通遺傳學》.張飛雄.高等教育出版社

《遺傳學實驗》盧龍斗，常重杰.科學出版社

《現代遺傳學》趙壽元，喬守怡主編.高等教育出版社

二、課程的性質、目的及任務

通過遺傳學實驗課的多媒體教學片、示范標本片、照片等和實驗材料材印證課堂講授的遺傳學規律和理論；通過實驗室實際操作和觀察，訓練遺傳學的實驗技能，培養學生的動手能力。

通過實驗使學生學會正確使生物顯微鏡的方法，掌握常用的植物染色體制片技術，能獨立進行從取材、樣本處理到制片和觀察的全過程操作，對實驗結果進行記錄、統計、分析和歸納，寫出完整的實驗報告，為學習后續課和以后從事本專業工程技術和科學研究工作打下基礎。

三、課程內容、基本要求與學時分配

實驗一 植物細胞有絲分裂與減數分裂的觀察（3學時）

通過觀看植物有絲分裂和減數分裂多媒體幻燈片、和永久載片，掌握植物有絲分裂和減數分裂各個時期染色體的變化特征；通過觀看多媒體的顯微鏡使用示范和實驗材料處理過程的幻燈片，熟悉掌握光學顯微鏡的使用方法和注意事項，實驗材料制備的過程和方法。

實驗二 植物花粉母細胞減數分裂涂抹制片（3學時）通過用涂抹法制作蠶豆花粉母細胞減數分裂臨時片，并對其進行觀察，學習花粉母細胞減數分裂涂抹制片技術，進一步了花粉母細胞減數分裂全過程及各個時期染色體的變化特征。

實驗三 植物根尖有絲分裂壓片法（3學時）

通過學習根尖壓片技術，用涂抹法制作洋蔥根尖有絲分裂臨時片，并對其進行觀察，進一步觀察有絲分裂染色體的變化特征。

實驗四 果蠅唾液腺染色體標本的制備與觀察（3學時）通過制作果蠅唾液腺染色體臨時片，并對其進行觀察，進一步觀察染色體的變化特征和果蠅巨大染色體的特點。

實驗五 果蠅生活史觀察（3學時）

通過果蠅培養基的配制、生活史觀察，掌握果蠅的培養方法，了解果蠅的生活史特點，為進一步實驗打下基礎。

實驗六 果蠅的性別鑒定（3學時）通過果蠅的特征觀察，掌握果蠅雌雄鑒別的方法，為后續雜交實驗做準備。實驗七 果蠅一對性狀的雜交實驗（6學時）通過果蠅一對性狀的雜交實驗，使學生掌握果蠅雜交實驗的操作方法，進一步理解基因的分離規律。

實驗八 果蠅兩對性狀的雜交實驗（6學時）通過果蠅兩對性狀的雜交實驗，使學生掌握果蠅雜交實驗的操作方法，進一步理解基因的自由組合規律。

實驗九 果蠅伴性遺傳的雜交實驗（6學時）通過果蠅一對性狀的雜交實驗，使學生掌握果蠅雜交實驗的操作方法，進一步理解基因伴性遺傳的規律。

實驗十 植物DNA的提取及純化（3學時）

通過植物DNA的提取及純化，掌握植物體DNA的提取及純化步驟和方法，加深理解分子生物學知識。

實驗十一 多倍體的誘發與鑒定（6學時）通過制作黑麥加倍根尖材料的臨時壓片，掌握染色體加倍和鑒定方法，并進一步熟悉根尖壓片技術。

實驗十二 人體常見性狀的調查

通過調查一定人群的常見性狀并進行統計分析，加深理解基因頻率和基因型頻率和孟德爾遺傳平衡群體。

四、課程的其他教學環節

本課程以實驗操作為主，并輔以實驗報告、課外作業等教學環節作為課程學習的補充。

五、教學手段與教學方法

課堂講授注意采用啟發式教學，激勵學生思考、動手；利用實驗演示、多媒體課件等教學手段，強化教學效果；課后布置一定的思考題，使同學帶著問題學習，培養自學能力。

六、成績評定

平時實驗報告20%、期末閉卷考試80%。

七、其他說明

本課程課外作業不少于十六次。

教學大綱撰寫人：陳耀明 教研室主任：

第五篇：遺傳學實驗探究性教學的嘗試

遺傳學探究性實驗教學的思考及實踐

肖建富*，吳建國，石春海

浙江大學農業與生物技術學院農學系，杭州 310029

摘要：以創新意識和創新能力培養為導向的新一輪實驗教學改革對遺傳學的實驗教學提出了更高的要求。本文提出了將遺傳學實驗改造成具有綜合性、設計性性質的探究性實驗的一些思路，并列舉了開展遺傳學實驗探究性教學的一些方法。

關鍵詞：遺傳學實驗；探究性教學方法；創新意識；創新能力

Approaches on stimulating methods with teaching of experimental genetics XIAO Jian-Fu,WU Jian-Guo, SHI Chun-Hai Agronomy Department, Zhejiang University,Hangzhou 310029, China

Abstract: Aiming for fostering talents with the sense and ability of creation, the teaching of experimental genetics demands significant improvements during the current wave of educational reformation.This paper proposed a practical approach on a stimulating method with teaching of experimental genetics.Key words:;experimental genetics;stimulating methods;the sense of creation;the ability of creation

遺傳學既是一門歷史悠久的學科，又是一門發展迅速、實踐性很強的學科，研究范圍正在不斷拓寬和深化，新技術、新方法不斷涌現。根據這一特點，在世紀之初我們對遺傳學實驗內容、實驗項目和實驗教程進行了及時的調整，取得了一定的效果[1]。目前，著重于培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生創新意識的實驗教學改革正在進一步深化，對遺傳學實驗教學提出了更高的要求。因此，如何在有限的課時中既讓學生掌握遺傳學實驗的基本理論和基本方法，又能了解掌握遺傳學學科發展中產生的新技術、新方法，提高學生的創新能力，是擺在遺傳學實驗教學工作者面前的重要課題。這需要我們加深對新形勢下實驗教學理念的理解，并對實驗教學方法做出新的改革嘗試。遺傳學實驗教學理念的發展

遺傳學實驗教學在我國已有半個多世紀的歷史。不過在上世紀九十年代以前，遺傳學實驗教學的理念基本上是定位在“驗證遺傳學基礎理論，練習遺傳學實驗技術和分析遺傳學實驗結果，從而加深理解和掌握遺傳學的內容”[2]，導致開設的實驗主要以驗證性內容為主。在實驗教材上的反映就是從實驗課題、實驗目的、實驗原理、注意事項，到儀器、器材和操作步驟等，都一一羅列得清清楚楚，連記錄表格以及實驗報告的格式也都準備得非常齊全，實驗目的非常單一。學生做起實驗來只需依樣畫葫蘆，就可以掌握該實驗的基本技術和方法。這樣的驗證性實驗雖能在一定程度上培養學生的有限“動手能力”，但其創新內容少，客觀上壓抑了學生對實驗課程的興趣，束縛了學生的想象力和創造力，無法激發學生的創新潛能，直接影響了學生創新能力的培養[3]。收稿日期：2009-02-13；修回日期：2009-02-15 *基金項目：國家、浙江省和浙江大學精品課程建設項目資助

作者簡介：肖建富（1963－），男，副教授，博士，研究方向：實驗室管理和實驗教學。Tel：0571-86971993，E-mail：jfxiao@zju.edu.cn 當我國提出要進入創新型國家的行列后，高等教育教學理念有了很大的發展，具體表現在對學生的綜合素質和創新能力有了更高的要求。因此必須把提高教學質量放在更加突出的位置，更好更快地培養大批拔尖創新人才。而要培養具有創新意識的高素質人才，就需要改革過去傳統的實驗教學體系和教學方法，使學生在實驗過程中變被動學習為主動學習，逐漸提高發現、分析和解決問題的能力，增強對困難和失敗的承受力和培養團隊精神和協作能力[4]。這種新理念導致的直接結果就是在實驗教學中倡導開設綜合性和設計性實驗，教育部已經將綜合性、設計性實驗設為實踐教學部分的主要觀測點，并且規定實驗教學評估成績達到“優秀”的標準是“有綜合性、設計性實驗的課程占有實驗課程總數的比例≥80%，效果好”，直接推動了各高校把開設綜合性、設計性實驗作為課堂實驗教學改革的重中之重。

但是，由于實驗課時和實驗室條件的限制，開設大量的綜合性、設計性實驗存在著較大的難度[5，6]。為了更好地協調兩者之間的矛盾，我們的選擇是改進實驗教學方法，在實驗中積極引入科學探究的成分，將原來的驗證性實驗改造成微型的綜合性實驗或設計性實驗，或者統一稱為微型探究性實驗（以下簡稱探究性實驗）。探究性實驗的內涵和意義

綜合性實驗和設計性實驗具有良好的相容性，綜合性實驗中可以有設計性的特點，設計性實驗也可以帶有同一類實驗的綜合成分。區別于以“驗證”為主的驗證性實驗，綜合性實驗或設計性實驗的本質是“科學探究”，學生在探究過程中可以培養創新意識和創新能力。因此，將綜合性實驗和設計性實驗合稱為探究性實驗，具有重要的實際意義。

在探究性實驗的實施過程中要以問題為核心，讓學生在實驗過程中思考問題、解決問題，提高創新實踐能力。在實驗的教學方法上，教師不能通過一種線形和單一的教學過程把不容置疑的實驗知識和結論直截了當地灌輸給學生；而是應當先發現和提出問題，通過一定的探究過程讓學生自己得到問題的正確答案[8]。在實驗過程中，所設計的遺傳學實驗不僅要使學生能夠更深入地理解所獲得的知識和結論，而且要有利于激發學生的求知欲、培養他們的創新思維習慣和能力。通過教師的引導和巧妙安排，大多技能訓練型實驗或驗證性實驗都可以轉化為探究型實驗。比如，在遺傳學實驗中，觀察植物細胞的有絲分裂時首先要軟化和分解細胞壁，通常的做法是將細胞材料放入1 mol/L鹽酸在60℃水浴中處理10 min，學生只要照著做就一定能得到較好的實驗結果，似乎整個實驗過程中不存在什么問題；但實際上仍可以提出許多問題：如用0.5 mol/L 鹽酸在60℃水浴中處理20 min是不是可以獲得同樣的實驗結果？用2 mol/L 鹽酸在60℃水浴中處理5 min效果會不會更好？等等。圍繞這些問題，學生可以分組進行對比試驗，最終得出正確的答案。而這些對比試驗完全可以在正常實驗課時內完成。這樣就可以把一個原來純粹的驗證性實驗通過教學方法的改變而轉變成一個微型且具有多重設計的探究性實驗。[7]3 遺傳學實驗探究性教學的實踐

當然，遺傳學實驗的探究性教學不能僅憑某一環節的問題式教學，而要將探究性貫徹到實驗過程的各個環節，包括實驗背景的講解（0.5~1節課）、實驗過程的設計和實施（2~3節課）、實驗結果的總結（0.5~1節課）、實驗理論的考核（期末2h）等，將實驗課轉變成全方位培養學生創新意識和創新能力的舞臺。浙江大學大農類專業的植物類遺傳學實驗教學有著悠久的歷史，通過近年來遺傳學國家精品課程的建設以及多輪實驗教學改革，已經積累了較為豐富的探究性實驗教學經驗并取得了較好的教學效果。3.1 啟發式、問題式的實驗講解

背景知識對學生深入理解與掌握一個實驗是必要的。學生有了較多的相關背景知識，在實驗中才會有深入觀察的要求、判斷推理的基礎、準確解釋結果的可能。因此，我們在每一個實驗開始前都會安排10 min左右的開卷測驗和20 min左右的背景知識講解。這樣做的好處主要是可以為下

[9]面的實驗講解做一個鋪墊，引起學生對講解內容的興趣。測驗時多選用一些書本中沒有、對理解實驗原理很有幫助的簡單題目，學生在做測驗題時多數會有挫折感，因而會產生希望得到真正結果的期望。背景知識的講解就圍繞測驗中的問題采用啟發式講解方式展開，必要時可以以邏輯關系依次對學生進行提問，讓學生的思維跟著解決問題的思路走，以最大限度地啟迪學生的創新思維。下面列舉這方面的兩個例子。

在做“植物細胞有絲分裂觀察”實驗時，會讓學生在測驗中說說為什么根尖要用秋水仙素處理，而且處理的時間一般都定在常溫下4 h。對前一個問題，學生一般能籠統地回答；但對后一個問題，學生就只能用“實驗結果證明這是最佳時間”來回答，而幾乎沒有學生能從細胞周期的角度去分析。因此，教師在實驗背景知識講解中就用多媒體著重講解細胞周期的概念，并收集大量植物的細胞周期資料來給學生分析，引導學生自己總結出多數植物的細胞周期在十幾至幾十小時之間，而G2期和分裂前期維持的時間一般在數小時左右，用秋水仙堿處理4 h，理論上可讓G2期和分裂前期的細胞都進入中期并停留在中期，從而達到增加中期分裂相之目的；并建議學生進一步嘗試在秋水仙堿的處理時間更多的情況下，有絲分裂的中期細胞相數目是否還會有所增加？因為從理論上講，G1和S期的細胞也可能進入中期并停留在中期而使中期細胞數量進一步增加。通過講解，學生對實驗原理有了更深刻的了解，對許多實驗現象都能從本質上進行解釋，達到“知其然知其所以然”之目的。比如，有的學生總是質疑為什么在染色體壓片中中期分裂相總是那么少呢？通過本實驗的操作和進行結果分析，他們就知道了原來多數植物細胞的分裂中期持續時間僅占整個分裂期的1/10左右，而整個分裂期的持續時間僅占整個細胞周期的1/10左右，因而壓片中中期相細胞數目就只占全部細胞數目的1/100左右，要在壓片中找到正中期的、分散良好的細胞相本來就不是一件容易的事，實驗和研究均需要付出辛勤的勞動。

在做“果蠅的伴性遺傳和三點測驗”綜合實驗時，會先給學生們介紹染色體遺傳學說建立過程[10][11]的傳奇故事，以培養學生的科學精神，增強學習遺傳學的興趣，提高學生的智力水平。通常都認為連鎖交換規律是摩爾根(Morgan)發現的，但真正的實驗背景學生了解得并不多。實際上，摩爾根的學生斯特蒂文特（Sturtevant）在連鎖交換規律的發現過程中發揮了重要作用。斯特蒂文特當年還是一名哥倫比亞大學的大學生，接受摩爾根的指導。1911年末在同摩爾根的一次交談中，他突然認識到，已被摩爾根歸因于基因空間間隔差異的連鎖緊密程度的不同，提供了在染色體上確定基因線性順序的可能性。他回家后用了大半夜的時間（不做他的大學生家庭作業）制造出第一張染色體圖。他在1913年的一篇論文中第一次提出了“雙交換”的概念，并用三重雜合子與三隱性突變體回交，證明了“雙交換”的存在，這就是有名的“三點測驗”。把這樣一個本科生創造發明的背景故事放到實驗前的講解中，學生會有耳目一新的感覺，它會使學生認識到只要在實驗中肯動腦筋、盡情發揮自己的主觀能動性，即使是一個處于學習階段的學生，也可以有所發現、有所發明，從而促進學生實驗的自覺性和主動性。3.2 探究性實驗的設計和實施

探究性實驗需以問題為核心。課程實驗設計就是要學生通過一系列的置疑、判斷、比較、選擇以及相應的分析、綜合、概括等多樣化的過程，由發散到收斂，由求異到求同[8]；通過自主設計實驗、自主完成實驗、自主管理實驗，激發學生創新思維和創新意識，讓學生逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創新實踐能力。因此，探究性實驗的目標并不是讓學生在實驗中去攀登科技高峰、產出具有高水平應用價值的實驗成果，而是讓學生通過主動學習去掌握科學研究的方法、培養創新的意識和提高創新能力。這也就決定了課程實驗并不需要設計高深的實驗項目，而只需要在教學設計和實施方法上適當做一些改進和創造。

例如，“植物細胞有絲分裂觀察”是一個典型的驗證性實驗。過去一般用洋蔥根尖為材料，一個球莖放在盛水的燒杯上幾天后就可得到幾十條根尖，操作簡單；固定和解離的方法和時間都是預先設定好的，結果很容易得到。但通常細胞壁沒有解離，學生只能區分有絲分裂各個時期的細胞相，但很難看到正中期染色體的完整結構，做核型分析則更難。近年來我們對該實驗進行了改進，采用不同的材料（田間植株獲取的根尖和種子發芽獲取的根尖等），針對關鍵環節由學生自己設計和試驗得出最佳的處理方法。主要做法是抓住“解離時間”這一關鍵問題，讓學生自行分組使用不同解離處理的時間。如試驗分為6個小組，解離時間可分別設為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min等。實驗結束后小組間比較實驗結果，得出不同材料的最佳處理時間。這樣做的好處是：① 讓學生分組設計，各個組必須協調一致才能得出最佳的結果，有利于培養學生的主動性、積極性和創造性，并增進協調能力和團隊精神；② 學生通過探究可以得出不同材料所需的實驗條件大不相同的結果，有利于促進學生科研素質的提高；③ 所用材料可使學生看到正中期染色體的完整結構，增加學生的實驗興趣。

又如，“植物染色體的加倍技術”是一個經典的遺傳學實驗。過去一般挑選做起來比較方便的材料（如洋蔥根尖），由教師做好所有前期實驗準備，學生只要上課時看一下形態、做一下根尖細胞學鑒定就可以了，實驗一般能在3個學時內完成。而在我們目前的教學中，則以學生感興趣的西瓜為實驗材料，具體做法是：以5人為一個實驗小組，每小組發20粒二倍體西瓜種子，去殼后在適當溫度下生根發芽，2 d后移栽到裝有營養土的一次性紙杯中，經過48 h再用秋水仙堿溶液進行染色體加倍試驗，各小組可嘗試不同的加倍方法；等長出3片以上真葉（約過20 d）時移栽到大田，在開花前（約過40 d）取植株頂端幼嫩葉片用細胞流線儀鑒定植株染色體倍數；各小組比較實驗方法和結果，評選出最佳實驗結果，最后上交完整的實驗報告。

這種實驗設計方法有著許多優點：① 實驗綜合性強：實驗將種子學（發芽技術和播種）、遺傳學（染色體加倍、減數分裂觀察）、育種學（移栽）等有關知識串成了一線，大部分操作需在課外進行，時間跨度大，從3月份開始一直持續到6月底。② 學生自主探究：每個小組的秋水仙堿加倍方法都可以不同，如有的小組直接將西瓜種子放在不同濃度的秋水仙堿溶液中發芽；大多數小組采用在莖尖處滴加秋水仙堿溶液的方法，但采用的處理濃度和處理時間的組合不同，甚至滴加的方法都不同，如有的組嘗試用掛鹽水的方法給莖尖加液，使莖尖始終保持在秋水仙堿溶液的作用之下，取得了很好的加倍效果。③ 鑒定技術性強：除了可用植株外觀、葉片氣孔大小結合染色體壓片技術鑒定西瓜的染色體倍數之外，本試驗主要采用細胞流線儀進行倍性鑒定，結果既快又好，可讓學生體驗尖端儀器和技術的魅力，增進創新意識的培養。④ 知識與產品雙豐收：實驗結束時可收獲不少西瓜，學生參與實驗的積極性很高。3.3 舉一反三的實驗總結和討論

實驗結果存在多重性：有的是符合預期目標的，有的是部分符合預期目標的，有的是與預期相差較遠的。但探究性實驗在形成關于某一問題的結論后，學生還需要與他人進行相互交流、總結和討論，以達到求同之目的。通過交流、討論和總結，學生可以獲得多種可能的解釋，有助于將實驗證據、科學知識和結果解釋這三者更緊密地聯系起來，最終找到實驗結果差異的原因，并獲得同一的科學結論，取得畫龍點睛、舉一反三的效果。

實踐中需要非常重視實驗后的總結和討論，這是訓練學生創新思維的重要一環，學生也很感興趣。如上述提到的“植物細胞有絲分裂觀察”實驗，分組實驗的結果很不一樣，解離時間少于5 min或多于10 min的，細胞染色較淺或不染色，而解離時間在7―10 min的，細胞染色的效果就很好。為什么會出現這種情況呢？我們就引導學生進行深入的分析。首先，解離的目的是什么？是軟化和分解細胞壁。其次，解離時間的長短為什么會產生完全不同的結果？原來是因為時間短了，軟化和分解不徹底，細胞的分散性就不好，染色劑就不能進入細胞核中與染色體結合，染色效果就不好；但如果時間太長，鹽酸就會破壞染色體的結構，使染色體不能與染色劑的基團結合，使染色體不能著色。通過分析和討論，學生既明白了產生所有實驗現象的原因，又掌握了染色劑的染色機理，還對細胞、染色體和染色劑的化學結構有了一定的了解。

更典型的是“果蠅的伴性遺傳和三點測驗”綜合實驗。要測定果蠅上三個連鎖基因間的距離，需要用三隱性母本與野生雄蠅做一次雜交，雜種雌蠅再與三隱性雄蠅做一次測交，然后統計測交后代8種表現型的數量。由于每個小組的測交群體不可能很大，難免有的小組中8種表現型的分布不符合理論分布，或者各個小組的實驗結果出現較大的偏差。因此，這類實驗的總結就顯得尤為重要。我們現在的做法是將每組的實驗結果匯總在黑板上，然后將每組的數據相加后得出一個三點測驗的結果，并把這個結果與歷年的實驗結果相比較。這樣全班學生就可以看到小群體（小組）與大群體（全班）的實驗結果差異，對統計分析的本質有一個直觀的了解。另外，在每次實驗后還需要學生討論一個問題：每本實驗指導書上都寫著要用三隱性母本與野生雄蠅雜交來做三點測驗，如果我們倒一倒，用野生母本與三隱性雄蠅來做組合行不行？對這個問題，開始時課堂上幾乎所有學生都不置可否。這時我們就讓學生到黑板上來演示實驗過程，在教師的引導下漸漸明白原來用野生母本與三隱性雄蠅來做組合也是可以的，但在F1必須取處女蠅用于測交；而用三隱性母本與野生雄蠅雜交來做三點測驗就不用在F1取處女蠅了，可以節省大量的實驗工作量，所以一般的實驗指導書中都提倡用三隱性果蠅做母本。通過這樣的分析、演示和討論，學生經歷了一次較全面的遺傳分析的洗禮，對遺傳學的基本原理有了更深刻的理解，同時學生的創新思維也得到了一次很好的訓練，獲益匪淺。3.4 全面靈活的實驗理論考核

單獨的實驗理論考核是近年來我們在遺傳學實驗教學上的一項重要舉措。因為任何一項實驗技術及其原理都有其產生和發展的過程，學生只有在了解技術及其原理的發展過程的基礎上，才有可能在今后的研究中對技術進行改進和完善。因此，我們在實驗背景講解中一般都要闡述實驗技術及其原理發展的脈絡。但單純的實驗操作和實驗報告并不能完全反映學生掌握實驗技術和原理的全貌及探究能力的好壞，而通過閉卷考試可以有效的探知這方面的教學效果。

閉卷考試主要考核學生已做實驗所涉及的原理、基本概念和技術方法，以及學生分析問題、解決問題的能力，在實驗總成績中占有30%的份額。考試題型主要有是非題、簡答題和分析設計題，其分值比重分別為20%:50%:30%。為了防止學生死記硬背而不求甚解，考題一般都出得比較靈活，主要是要求學生根據自己掌握的實驗原理去分析實驗中遇到的一些現象和得到的實驗結果，在教材或實驗指導書中一般都找不到現成的答案。如在簡答題中，有一題是關于10幅有關減數分裂、有絲分裂和分子電泳的圖片，在沒有任何提示的情況下，要求寫出這些圖片所包含的遺傳學信息，學生如果光死記原理而不注意在實驗課上進行仔細的觀察和思考，寫出正確的答案就有一定難度。這樣的考試無形中增加了學生的學習壓力，學生在實驗課時的提問量明顯增多，對于培養學生分析問題解決問題的能力、提高實驗教學質量起到了較大的推動作用。

3.5 綜合完善的實驗成績評價

一個好的實驗教學評價體系是激勵學生進行探究性學習的重要保證。近年來本著“客觀反映學生的實驗態度、客觀評價學生掌握實驗技能的程度和實驗素質、客觀反映學生的認知能力和創新能力”的指導思想，我們建立了遺傳學實驗成績綜合考評體系[3]，考核內容包括：預習、實驗設計、實驗過程、實驗報告以及平時和期末的每一個環節，形式多樣，面試、筆試和實驗操作等相結合。其最大的亮點是從平時的小測驗、提問、實驗的設計、實驗過程中的動手能力、實驗報告等各種實驗活動中去發現學生的創新意識，并及時記錄，在最終評價中予以體現。如在下列情況下，實驗成績都可以給予不同程度的加分：學生做測驗時，答案正確，而且能夠進行詳細的遺傳分析；實驗設計時能夠別出心裁，提出不同于教材但基本合理的實驗方法；實驗獲得特別好的結果，其結果可以作為教學的標本或素材；討論時能提出獨到見解或對實驗問題能做出精辟分析等。在這些激勵措施引導下，學生做實驗的積極性和主動性有很大提高，許多學生能在課前鉆研實驗原理和方法，通過各種途徑認真查尋資料，做出自己獨樹一幟的實驗設計。我們目前在課堂上采用的許多實驗方法，如永久制片的二步脫水法、西瓜染色體加倍的“吊針”法等，都是前幾屆學生創新的結晶。結 語

當然，探究性實驗的形式是多種多樣的，針對不同實驗，人們所經歷的探究過程、采取的探究方式都有所不同，不會存在一種絕對的、固定化的模式或統一化的模式。探究性實驗的宗旨是讓學生更好地發揮學習自主性，通過探究的過程，掌握科學研究的方法并培養他們創新思維的習慣和能力。隨著實驗教學改革的進一步深入，一定會涌現出更多更新更好的探究性實驗教學方法，進一步促進遺傳學實驗教學效果的提高。

參 考 文 獻（References）: [1] 石春海，吳建國，馬秋蘭，肖建富，洪彩霞.《遺傳學》課程的建設與優化.遺傳，2005，27(6):980-983.[2] 祝水金，洪彩霞，肖建富，徐海明，俞志華.遺傳學實驗指導（第2版）.北京：中國農業出版社，2005.[3] 姒建敏，樓程富主編.整合培養，追求卓越——浙江大學本科教學改革與實踐.杭州：浙江大學出版社，2007，664-669.[4] 肖建富，高瞻，李桂新.綜合性實驗的界定與作用探析.實驗技術與管理，2008，25（12）:143-145，165.[5] 楊毅，楊艷燕.生物學基礎實驗教學改革的實踐與構想.生物學雜志，2004，21（1）:46-48.[6] 汪子棟，劉天佐，路文江，石 圩，王海風.專業教學實驗改革的探討.實驗技術與管理，2004，21（1），112-115.[7] 陳琴，龐麗娟.科學探究：本質、特征與過程的思考.教育科學，2005，（1）:2-6.[8] 扈中平，劉朝暉.多元性教學理念與創新素質的培養.教育研究，2001，（7）:20-24.[9] 楊大翔.遺傳學實驗.北京：科學出版社，2004.[10] 高翼之.摩爾根與染色體遺傳學說的建立.遺傳，2002，24（4）:459-462.[11] 李明輝.遺傳學史在遺傳學教學中的作用.遺傳，2006，28（8）:989-992.