领域前沿驱动的研究生专业课程教学模式探索——以昆虫分类学为例

黄晓磊,邓 鋆,彭凌飞,刘启飞

(闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室，福建农林大学植物保护学院，福建福州350002)

研究生教育是国家创新能力建设中非常重要的一环,高质量的研究生教育是培养高层次创新人才队伍的必要条件。当前,不单单在中国,乃至美国、英国等科技强国,研究生教育都面临着挑战(McWilliam et al.,2008；Leshner,2015)。一方面,研究生入学数量越来越多,研究生教育质量控制难度越来越大；另一方面,研究生毕业后所能获得的就业岗位(尤其是科研和高教领域的工作机会)却越来越少。这两方面之间的矛盾,使得各国相关部门和高校不得不思考如何改革研究生教育,Nature、Science等权威科技期刊也就研究生教育改革开展了诸多讨论(Gould,2015；Nurse,2015)。

研究生教育的根本目的是为了培养具有独立解决问题能力的创新型人才 (DeHaan,2011),具体表现在不但为国家科研领域培养高层次研究人才储备,而且为产业领域培养高层次技术人才。研究生课程改革对于有效重塑研究生教育模式至关重要,也被认为是影响我国研究生创新能力的重要因素(姚莉等,2010)。目前我国部分高校研究生教学中存在一些普遍性问题,主要包括：1)教学内容陈旧,跟不上最新研究进展,妨碍研究生科研能力培养；2)老师讲、学生听的传统单向灌输式教学不利于培养研究生的创造性思维；3)很多课程仅仅讲授书本或基础研究相关内容,缺少培养产业化人才实践相关能力的环节。因此,我们常常看到的现象是,很多修完一年学位课程的研究生仍不完全具备提出问题、思考问题、解决问题的思维能力,创新意识也不够。

生物分类学是一门历史悠久、理论性和实用性都很强的学科,不但是进化生物学的核心组成部分,也在生命科学具有很强的基础性地位,并在农林生产活动中具有很强的实用性 (谢强等,2012)。在地球上已知的210万左右的生物物种中,昆虫占了一半左右(Roskov et al.,2018),因此昆虫分类学对于很多研究领域来说都至关重要。昆虫分类学是植物保护、昆虫学、植物检疫等领域的研究生专业核心课程,不但与昆虫学、植物保护研究密切相关,也与农林业生产密切相关。前文提到的研究生教学中存在的普遍性问题在昆虫分类学中也普遍存在。尤其对于国内很多农林类院校来说,将科学研究和技术发展的前沿领域引入研究生教学课堂还存在较大的滞后。

基于多年的科研经历和教学体验,我们认为研究生课程教学改革的重点在于：1)教学内容必须要紧跟研究领域的前沿进展,能够充分体现学科交叉,这是培养研究生科研创新能力的需要；2)教学内容也需涉及领域最新技术发展,从而达到培养高层次产业领域技术人才的需求,让研究生教育更符合就业市场的需求趋势；3)研究生教学模式应大大增加学生的主动参与,从而培养研究生的创新思维、批判思维、解决问题能力和团队合作能力。基于这些理解,我们以昆虫分类学为例开展了有关以上三方面的教学改革实践探索。

1 教学改革内容设计

针对所关注的主要问题,为使昆虫分类学课程更加符合创新人才的培养需求,让研究生能够掌握领域前沿进展,及时跟踪新的产业技术应用,锻炼创新和批判思维,增强科研展示能力,我们主要集中在“教学内容优化”和“教学方式改革”两方面开展了实践探索。

教学内容优化主要包括两个方面,一是将昆虫学、分类学等相关领域的前沿进展引入教学过程,二是力求做到每个知识点都配合重要的研究案例和技术应用实例。例如,现代昆虫分类学越来越需要DNA序列等分子数据的应用,因此课程内容重点将涉及DNA条形码领域的历史、进展、技术流程、研究实例等,让研究生理解生物分类学不仅仅是“古老”的学科,也是“时髦”的学科。DNA条形码技术也是海关等检验检疫部门所采用的重要技术手段,该部分内容的掌握对于研究生在相关领域的就业有所帮助。教学内容的优化应是一个动态过程,在教学团队研讨确定重要知识点和经典研究案例的基础上,把领域内最新发表的研究成果和教师本人研究项目进展实时引入教学内容。

教学方式改革方面,尝试增加“研讨式教学”的比重,并在课程实践中优化此互动模式。一方面,基于领域内经典、重要文献的(教师)推荐和(学生)阅读,开展重要内容的研讨,从而让研究生真正理解领域内重要议题,培养研究生的批判思维和创新能力。另一方面,安排研究生分组讨论相关主题,并做团队展示(PPT讲解形式),此过程将很好地实现不同研究生个体的思维碰撞,并培养研究生的团队合作能力。

此研究生教学改革模式探索对教学团队有较高的要求,需要授课教师不但具有较高的理论素养,而且应具有高水准的一线科研工作能力,从而能够对相关领域研究进展有很好的把握。因此我们首先组建了具有以下特点的教学团队：1)教师均具有优秀大学或研究所的博士学位；2)涵盖不同研究方向、不同研究类群；3)均为一线科研人员；4)具有国外留学经历。教学团队成员对课程内容开展集中研讨,按各自研究和教学能力优势确定任务分工,并制作高质量的授课材料。在课程进展过程中,根据需要开展多次研讨。

根据该课程改革的预期目标,每次课程结束以后,采用问卷或访谈形式请研究生对教学内容和教学效果做出评价。针对研究生开展的调查问题主要集中在三个方面：一是对本课程留下最深印象的是哪个部分(教学效果的正面指标)；二是本课程授课内容中,哪些部分对日常工作最有帮助(反映教学内容是否满足需求的指标)；三是研究生认为本课程应该加强哪些方面(进一步教学优化的指标)。在此基础上进一步完善、修订教学内容,形成较为稳定的教学课件体系。

2 教学改革阶段性成果

2.1 教学内容优化

经过教学团队成员认真研讨,结合理论和实践需要,将本课程教学内容集中在以下几个方面：1)昆虫分类学领域介绍和发展史；2)物种概念的演化和研究实例；3)分类学原理和形态分类；4)DNA条形码和分子分类；5)分子系统发育原理和实践；6)重要昆虫类群的分类识别。针对每个部分,我们引入了新的研究案例和技术应用(部分示例见表1)。

表1 昆虫分类学教学内容优化示例Table 1 Optimized examples of teaching content for the graduate course Insect Taxonomy

在偏重理论基础的昆虫分类学原理、物种概念等方面,着重通过对重要科学家、代表理论、重要基础理论的新进展等的讲授,使研究生对相关理论框架有足够的掌握。在偏重应用的DNA条形码技术等方面,除了讲授相关方法和技术的原理,还着重通过应用研究实例使研究生理解相关技术如何使用及其应用范畴,从而增强研究生应对就业行业需求的能力。

2.2 教学方式改革

本课程教学方式的改革主要体现在研讨式教学方式的应用,并重点基于两个问题“物种概念和物种形成实例”和“DNA条形码和物种形成理论”,开展了研讨式教学模式的探索。通过激发研究生对领域内经典问题的思考、对重要文献的阅读和讨论,使他们真正增强了对领域内重要议题的理解,培养了批判思维和创新思维能力。

例如,针对“物种概念和物种形成实例”的研讨,在教师讲授物种概念和物种形成理论的基础上,研究生被要求自主检索更多的昆虫物种形成研究实例,并思考不同物种概念在不同类群和不同情况下的适用性,以及相关研究实例的启示。针对“DNA条形码和物种形成理论”的研讨,在讲授DNA条形码原理、发展史、应用领域的基础上,向研究生推荐经典的阅读文献,让研究生更深入地思考为何一个短的线粒体DNA片段能够用于鉴别大部分动物物种,以及DNA条形码片段的广泛效力是否反映出相关基因片段与物种形成有关。

研讨式教学方式的实践带来一定的思考。我们发现,此类研讨让研究生觉得新颖,在某种程度上调动他们阅读文献和思考科学问题的积极性,部分同学能够基于主要的中英文文献数据库开展文献检索和阅读,在讨论时发挥了积极作用。但有部分同学在讨论时提及的信息来源为百度百科等未经同行评审的网站,说明部分研究生在获取最新研究进展的能力仍需提高。

2.3 研究生对课堂效果的评价

课程结束后,针对研究生开展有关课程教学内容和教学效果的调查,相关结果对本课程的优化起到了正反馈作用。多数被调查研究生认为本课程给其留下最深印象的部分较为集中在物种形成机制、昆虫分类发展历史等,说明本课程理论基础部分内容讲授效果较好,达到了教学内容优化的预期。在授课内容对日常研究工作具有指导意义方面,大多被调查研究生认为本课程目前覆盖的理论和应用技术内容已基本足够,DNA条形码、物种概念等内容对日常科研工作有很大益处。同时,也有部分研究生提到,应该加强分子系统发育原理和方法相关内容的讲解。一方面,该诉求反映出本课程应该对分子系统发育部分的内容做进一步优化；另一方面,也反映出分子系统发育部分内容难度较大,我们需要思考如何在昆虫分类学有限的教学时数中更浅显易懂的将最核心内容传达给研究生。

3 讨论和建议

作为一门传统的学科,分类学在其发展历史过程中更多的使用标本的形态特征开展物种鉴定和演化分析。进入21世纪以来,随着测序技术的流行,DNA条形码和分子系统发育的发展,以及基于显微扫描技术等几何形态学的进一步发展,昆虫分类学越来越需要基于不同类型的数据开展整合性的研究。考虑到昆虫类群所拥有的巨大生物多样性,它们是极好的研究地球物种形成机制的类群。同时,现代农林业发展也越来越需要对害虫有更加细致的了解,并能更加有效的实现害虫监测。这些因素都决定了昆虫分类学这门研究生专业核心课程需要在新的发展背景下做出相应的改革。

总体来说,我们针对昆虫分类学课程开展的教学改革探索取得了一定的成效。与本校该课程之前的教学内容相比,我们着重引入了针对重要理论内容如物种概念和分类理论发展过程的深度讲解,增加了DNA条形码技术等新技术的原理和应用实例的内容,使得教学内容更加紧跟领域研究和技术进展,在深度和广度上都有了较大提高。研讨式教学模式能够刺激研究生的求知欲,并有助于其思维能力的提高。研究生们也对教学内容和教学方式给出了积极的评价。同时,研究生针对本课程提出的一些建议,将作为本课程改革继续优化的参考。

在众多学科领域日新月异发展的大背景下,要求研究生专业课程能够紧跟科学发展动态,并能够适应所培养人才的就业需求。我们认为领域前沿驱动的研究生专业课程授课模式具有重要价值,以昆虫分类学为例开展的教学模式探索也提供了一定的经验参考。针对研究生专业课程教学改革,我们建议：1)组建高质量的教学团队,团队成员应该具有较高的理论素养及丰富的科研经历；2)教学内容设计应充分纳入领域理论和应用技术前沿,并且教学内容优化应是一个动态的过程；3)加大研讨式、互动式教学方式的比重；4)教学过程中应充分吸纳作为课程受众的研究生们的积极意见。