研究性教学在植物细胞工程课程中的应用

蒋金金++方玉洁++王幼平

摘要 植物细胞工程作为现代生物技术的重要组成部分，是一门实践性很强的实验性教学课程，对生命科学研究的发展具有不可忽略的推动作用。本文针对植物细胞工程的教学计划及培养目标，借鉴研究性教学在其他学科中的应用，从理论教学、实验教学及科研应用等方面探讨了研究性教学方法在该课程教学中的应用以及提高学生实践应用能力的效果。

关键词 细胞工程；研究性教学；能力培养

中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）12-0327-02

细胞工程是在细胞生物学、遗传学、生物化学等学科的基础上发展形成的一门实验性技术。该技术通过无菌操作，对细胞、组织等研究对象进行细胞和分子水平的遗传操作，以获得快速繁殖的生物个体、改良植物品种及重要经济价值的生物产品和活性物质等[1]。由于该课程内容具备实践性，以教师讲授为主的授课方式很难为学生营造良好的理解氛围，难以激发学生的学习兴趣，且容易抹杀学生动手实践、自主探索的机会，最终造成教与学的目标难以最大化地实现。因此，如何通过改变教学方法帮助学生突破面对新事物的畏缩心理、激发学生的创新意识、提高其实践操作能力具有重要的意义。为了便于学生真正理解植物细胞工程这门课的精髓，能熟练将所学知识应用于将来的科研和工作中，尝试性地将研究性教学模式引入植物细胞工程进行初步的探索。

1 研究性教学的基本特征

研究性教学，即探究性教学，是基于皮亚杰的“认知发展学说”和布鲁纳的“发现学习模式”而形成的一种教学模式。该教学模式提倡教师在教学过程中指导学生通过“自主、探究、合作”的方式进行自主学习和探讨，可以有效地发挥学生学习的主动性，培养学生主动探索、创新的能力，这对于培养创新型人才尤为重要。当然，该教学模式并不能脱离教师的指导作用，要求教师在全面掌握教学内容、了解知识结构及难易点的基础上，精心组织学生进行相关知识点或问题的研究性学习、探讨，真正实现“教与学”“学与研”的结合。研究性学习的内容可根据国内外具体问题的研究进展加以拓展，突破教材的局限性，实现科研思维、方法的共享，真正做到教学相长。鉴于植物细胞工程在现代生命科学研究中的重要作用，通过研究性教学可以便于学生了解该技术当前的应用价值，明确学习目标，激发学习兴趣，可以为培养具有创新能力和创新意识的研究性人才奠定基础[2]。对于大学中研究型的学科而言，教师在教学与科研中投入的精力已近失衡，欧内斯特·博耶所提出的“学术反思”消除了科研与教学的对峙状态，推动了教学方法的改革[3]；而改变教学方法对教师的压力更胜于改变教学内容，因而对教师的要求更高[4]。

2 细胞工程研究性教学的基本构思

扬州大学生物科学与技术学院在生物科学、生物技术和生物工程专业设置了16学时的植物细胞工程理论教学和32学时的实验课程，为开展该课程的研究性教学提供了有利的条件。笔者期望通过研究性教学活动，让学生充分调用本科学习所获得的知识及技能，解决学术研究及生物工业生产应用中的实际问题，实现知识点的灵活应用。

2.1 研究性教学主题的选择

在充分理解教师与学生在研究性教学过程中的地位后，教师首先通过理论教学讲授课程的基本内容或某一章节的基本内容。在此基础上，教师需帮助学生拟定具有一定前沿性和探索性的研究性教学主题，在课堂外组织学生围绕该主题查阅文献资料、开展专题讨论及设计性实验等。植物细胞工程的理论教学包括绪论（细胞工程的概念、研究历史及发展过程）、植物组织和器官培养（组织培养的概念及步骤、脱毒快繁技术、小孢子及花药培养、植物子房/胚胎/胚珠/胚乳培养）、植物细胞培养（细胞悬浮培养、原生质体融合及应用、次生代谢物质的生产）、种质保存及人工种子等四大部分。在以往的教学过程中，所有的理论教学内容均设置了相应的实验，但这些实验均为一些验证性实验且缺乏创新[5]。学生在实践过程中仅能遵循教师的指导进行操作，对培养基本实验技能是有帮助的，但却不利于培养学生的研究性思维。因此，选择合适的教学主题，给学生时间查阅资料，组织学生分组进行实验设计，拟定方案，最后在教师的协助下进行全班讨论。各组学生独立进行实验后，分别将实验记录、结果及讨论情况提交给教师，最后由教师进行集中点评、实验小组间互评及讨论。同样，就理论教学而言，也可围绕教学重点和目标拟定专题，如植物愈伤组织的诱导与植株再生等，结合文献查阅、小组专题讨论等进行研究性教学。特别需要强调的是要鼓励学生运用现有的数据库查阅相关文献和教辅资料，突破教材的局限性。

2.2 研究性教学主题的实施与汇报讨论

德国教育学家洪堡于19世纪提出了教、学、研相结合的观点，国外很多高校已经建立较系统的研究性教学模式[6]，我们可以充分借鉴国外高等学校在研究性教学方面的改革。在师生共同讨论、拟定相应的研究主题后，给予学生充分的时间进行相关资料的收集、分析。在该过程中，教师要发挥指导作用，必要时帮助学生收集针对性的资料，然后组织学生开展讨论，提出学生准备过程中的优缺点，对学生的研究方法和科研设计方案提出指导。在此基础上，教师组织全部学生分组进行教学主题的探究式学习。研究性教学的形式多种多样，目前最常见的呈现方式是分组讨论的研究性方式，即学生分组选题后，组内备课，定期讨论，组员分工，然后在教师组织专题汇报，由各小组推荐人选汇报课程内容或研究进展及成果。最后，教师对研究性教学的主题进行总结和点评，该环节对于维持学生的学习积极性尤为重要。在整个教学过程中，教师要有意识地参与所有讨论，进行正确的引导，激发学生的学习兴趣。通过这种以学生为主体、师生直接进行知识交流的教学方式，可以使学生更深刻地感受学习和科研的乐趣，为今后的学习和发展创造必要条件[6]。

2.3 研究性教学与科研相结合，培养学生对科研的兴趣

采用教师启发、学生互动式的研究性教学方法，可以充分调动学生的积极性，有助于学生自主学习和发现、探索问题。鉴于植物细胞工程是一门具有较强探索性的课程，且其自身及在生物科学领域的应用处于不断发展的状态中。本院从事植物学遗传育种、植物发育生物学、植物生理生化研究的多个课题组在科研过程中均利用到《植物细胞工程》的基本技术，所涉及的研究对象包括模式植物拟南芥、水稻、小麦、油菜、番茄等。上述研究对象的组织和器官培养、植株再生等技术体系均已成熟，且拟南芥、油菜等的原生质体分离及培养技术体系在科研过程中也得到了广泛的应用。因此，教师在开设植物细胞工程课程时，可以考虑以上述教研室的研究平台为基础，组织学生自主选择感兴趣的研究对象，选择动手能力、理论知识和逻辑思维较强的研究生指导学生，辅助本科生开展研究性教学和试验。目前，我院有多个教研室在利用植物组织培养技术实现外源基因的遗传转化，因此，可以拟定如“植物遗传转化与转基因植株再生”等主题。通过将教学与科研相结合，便于学生了解学院各教研室所从事的研究，便于学生了解和参加老师的科研工作，培养学生的团队协作精神和创新能力，为将来从事科研工作奠定基础。本院为了更好地搭建本科生与科学研究进展间的桥梁，每周均开设了对所有学生开放的百奥周末论坛、博雅大讲堂，为每届大一新生举行与导师和研究生的结对仪式，鼓励本科生积极参与申报大学生创新基金项目。这一系列的举措也便于各个教研室吸纳优秀的本科生参与科学研究，达到了双赢，且学生在此过程中，除了可以学以致用外，还可以更加坚定自己对本专业的热情，树立将来努力的方向[7]。endprint

按照教材中的经典实验，胡萝卜是植物离体培养实验中所常用的外植体来源，但新鲜的胡萝卜具有一定的季节周期性，且其愈伤诱导周期较长（2～3个月），在课程安排上具有一定的难度。在植物细胞工程的授课过程中，选用科研材料油菜替代胡萝卜，油菜种子接种后仅需4～7 d，便可用于制备新鲜的外植体，且由下胚轴诱导愈伤组织的过程仅需4～8周，从根本上解决了胡萝卜组织培养实验周期过长的问题。以科研材料为实验材料，利用相关教研室的研究经验，能够更好的体现我院重视本科生科研能力培养的宗旨，提高学生的学习兴趣和科研能力。除了对经典实验进行验证外，我们注重鼓励学生对实验进行自主设计。例如外植体诱导愈伤组织的过程中，一方面可以选用不同的实验材料、不同实验材料的不同组织或器官，以便比较不同实验材料、不同器官再生能力的区别；另一方面可以在基本培养基中添加不同营养组分、不同浓度梯度的植物生长激素，从而了解不同实验条件下愈伤诱导的效率，探讨不同植物激素的功能和愈伤诱导过程中的最适植物激素条件。通过上述设计性的实验，可以有效培养学生的科研思维能力和创新意识。需要特别强调的是，学生往往习惯于被动的接受知识，而在研究性教学中，需要鼓励学生自主的查阅相关研究报道，了解该方面的学术前沿，便于学生能够更好地理解和总结实验结果，而学生在实验结果分析的深度和他们的知识面是息息相关的[1]。此外，教师可以对学生提出提交实验论文的要求，而非局限于固有的实验报告模式。通过撰写实验论文，一方面有利于教师了解和评价学生研究性学习的收获，另一方面可以有效地锻炼学生的论文写作能力，这对于今后从事生物科学领域工作的学生尤为重要[8]。

3 结语

我们对植物细胞工程教学方法的改革进行了初步的探索，期望通过发挥学生在学习过程中的主观能动性，锻炼学生应用科学知识和方法解决科学问题的能力，提高学生对生命科学的学习兴趣、拓宽学生的知识面、提高学生的综合素质和科研能力，从而培养创新型人才，提高我院的人才培养质量。

4 参考文献

[1] 胡尚连，孙霞，曹颖.植物细胞工程理论与实践教学体系探索与实践[J].中国校外教育，2008（2）：136-137.

[2] 潘金林，龚放.美国研究型大学本科教育改革新动向[J].高等教育研究，2008（10）：87-91.

[3] 欧内斯特·博耶.关于美国教育改革的研究[M].北京：教育科学出版社，2002.

[4] 德里克·博克.回归大学之道：对美国大学本科教育的反思与展望[M].上海：华东师范大学出版社，2008.

[5] 彭菲，鲁耀邦，雷思琦.植物细胞工程实验教学与科研的有机结合[J].实验室研究与探索，2009（28）：117-119.

[6] 黄云志.美国华盛顿大学研究性教学对创新人才培养的启示[J].电气电子教学学报，2009（31）：83-86.

[7] 陈金慧，施秀森.新教师上好植物细胞工程课程的几点思考[J].生物学杂志，2007（2）：68-69.

[8] 刘进平，莫饶，李彦军，等.“植物细胞工程”课程教材建设与教改实践[J].农业与技术，2005（4）：194-195.endprint