硕士研究生作物分子生物学课程创新与实践

2021-10-22康国章李鸽子王鹏飞郑旭库丽霞

科技信息·学术版 2021年12期

康国章李鸽子王鹏飞郑旭库丽霞

摘要：随着生命科学的飞速发展，分子生物学已渗透到作物学所有领域，“作物分子生物学”已成为高等农业院校作物学学科硕士研究生的专业基础课程，在提升研究生的科研水平和创新能力等方面发挥了重要作用。本课程教学团队紧紧围绕我国开展研究生教育的目标，针对目前硕士作物分子生物学教学中存在的主要问题，开展了精选基础知识、激发学习兴趣、更新教学内容、加强实践教学和改革考核方法等课程创新与实践方式，取得了良好的教学效果，对当前新形势下作物学高层次人才培养具有重要意义。

关键词：硕士生;作物分子生物学;教学改革;创新与实践

Abstract：With quick development of life science，molecular biology has gradually entered all areas of crop science，and “Crop Molecular Biology Course” has become the technological core course of crop subject in agricultural universities. It has played important roles in improving the research levels and innovation capacity for postgraduates. Based on the aim of the post graduate education for our country，our teaching team have analyzed main problems in postgraduate crop molecular biology course，and taken effective steps including carefully choosing basal elementary knowledge，promoting learning interest，innovating teaching contents，strengthening the practical teaching method，and reforming examination method. These steps have obtained the good teaching effects，effectively promoting the development of high-level talents for crop science under the present new situation.

Keywords：Postgraduate;Crop molecular biology;Teaching reform;Innovation and practice

硕士研究生教育担负着为国家和社会培养高层次人才的重任，是国家创新体系的重要组成部分。近年来我国硕士研究生招生报名人数和录取人数呈现快速增长状态，2017年我国硕士研究生报名人数为201万，录取人数为72万;2021 年我国硕士研究生报名人数达377 万人，录取人数130万左右;随着高校毕业生规模的不断增长，加上新冠肺炎对就业与出国

产生的影响，预计2022年考研人数将超过300万，录取人数将进一步攀升，我国已成为世界硕士研究生教育大国。随着科学技术的飞速发展和国际竞争的日趋激烈，国家和社会对硕士研究生科研能力的要求越来越高。

教学质量来源于课程建设，提高研究生课程建设质量可为提高研究生培养质量、培养创新型人才提供强有力的支撑，2014年教育部专门出臺了《教育部关于改进和加强研究生课程建设的意见》（教研〔2014〕5号），以加强高校研究生课程建设。与我国教育发达省份相比，河南省在校研究生数量偏少，但河南省高度重视研究生培养质量，在教育部出台上述文件后，河南省迅速出台了《关于深化河南省研究生教育改革的实施意见》（豫教研〔2014〕81号），以强化河南研究生教育课程体系建设，促进河南研究生教育质量提升和内涵发展。

二十一世纪是生命科学迅猛发展的世纪，分子生物学以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息传递中的作用和功能为主要研究内容，是当前生命科学中发展最快并成为与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域，是现代生命科学中最具活力的带头学科之一。目前，分子生物学的理论与技术已渗透到作物学所有领域，它极大带动了作物学一级学科下面的作物遗传育种、作物栽培学与耕作学、作物生理学等二级学科的全面进步。在分子生物应用日益普遍的当今，掌握与应用分子生物学理论及技术，已成为当代农业科研工作者特别是作物学学科研究生的紧迫任务，也是评价该学科研究生科研创新能力的重要指标。河南农业大学研究生院和农学院非常重视作物分子生物学教学，自2009年以来一直将作物分子生物学设置为作物学学科硕士研究生专业基础课程，该课程于2018年入选了第四批河南省研究生教育优质课程。本课程团队自2012年以来一直承担硕士研究生作物分子生物学课程的教学任务，本文对该课程教学存在的问题进行了分析，对构建课程教学体系进行了探索，达到了提高教学效果和研究生科研创新能力的目标。

1 存在的主要问题

河南农业大学作物学学科硕士研究生专业背景来源较广，虽然以农学专业最多，但还涉及了植保、园林、园艺、植物学等相关专业，加上本科院校间授课的差异，一些研究生缺乏本科作物分子生物学的学习背景，研究生之间作物分子生物学基础水平相差较大，课堂内容讲授难度很大。如何让作物分子生物学背景不同的一年级研究生通过这门课程的学习，不仅掌握作物分子生物学基础理论，同时又避免和本科教学重复，拓宽研究生视野，提高创新能力，是本课程面临的一大难题;目前缺乏适合农业高等院校研究生使用的作物分子生物学教材，综合院校的研究生分子生物学教材涉及动物与医学方面的研究内容较多，而涉及作物学领域的最新研究进展涵盖不全面，如何精选教学内容，在有限时间内让作物学领域研究生迅速掌握分子生物学领域基础知识，也是本课程的一大难题;自20世纪80年代分子生物学创建以来，特别是近些年作物分子生物学研究领域的新理论与新技术蓬勃发展，学科分支越来越广，知识浩如烟海，且更新非常快，在目前教学改革要求压缩课时大背景下，河南农业大学研究生作物分子生物学课程设置为32学时，这要求授课团队优化出适合作物学研究生的教学内容，在较短时间内，让研究生掌握作物分子生物学领域基础知识与前沿研究进展。

结合河南农业大学作物学学科硕士研究生的实际特点，本课程授课团队从教学内容、教学方法、教学方式和考核方法等方面对“作物分子生物学”课程进行了创新与实践，加强了课程建设，充分发挥了课程教学改革在研究生创新人才培养模式中的作用。

2 课程教学的主要改革内容

2.1 精选基础知识

授课团队从分子生物学教材中选取核心内容，达到奠定基础知识的目的。从朱玉贤教授等编著的《现代分子生物学》（第五版）和吴乃虎教授编著的《基因工程原理》中，选取分子生物学的三大原则、核酸的生物合成与调控、蛋白质的生物合成与调控、基因克隆的主要技术、载体的选择及准备、目的DNA与载体的连接、基因表达调控等内容，讲授分子生物学核心基础知识。从张桦教授等编著的《分子生物学原理与应用》中选取作物表达载体的构建、作物转基因的过程、转基因植株的鉴定、作物转基因安全性评价等作物分子生物学应用最广泛知识与方法，讲授作物分子生物学的主要技术。这些对分子生物学基础知识和主要技术的有侧重选择，有利于作物学研究生在有限的授课时间内，迅速掌握作物分子生物学领域的核心知识，并应用到他们即将开展的科学研究中。

2.2 激发学习兴趣

分子生物学每一步前进历程的重大突破与前进历程，都有一块诺贝尔生理学/医学奖和化学奖的丰碑。在传统教学基础上，本课程引入案例教学法，利用研究生对“诺贝尔奖”的高度兴趣，将诺贝尔生理学/医学奖与化学奖的分子生物学重大成果引入到本课程中，通过回顾和总结分子生物学每一次辉煌而又好艰辛的科学历程，从而激发研究生坚忍不拔攀登科学高峰的毅力。讲授了1933年的“基因存在于染色体上”、1946年的“酶和病毒蛋白质纯结晶”、1958年的“胰岛素的化学结构和细菌的基因组和遗传物质结构”、1959年的“人工合成核酸并发现其生理作用”、1962年的“脱氧核糖核酸DNA的双螺旋结构”、1965年的“遗传信息的逆转录”、1969年的“DNA是遗传物质”、1978年的“限制性内切酶的发现及其在分子遗传学中的应用”、1993年的“PCR技术”、2002年的“利用质谱测定生物大分子的三维结构”、2017年的“生物钟”等诺贝尔生理学/医学奖与化学奖的重大发现。突出讲授了我国科学家首次获得诺贝尔科学奖的屠呦呦研究员，详细叙述了她在发现青蒿素治疗疟疾病的艰苦历程，总结了她的三方面科学精神：脚踏实地，经受失败;严谨专注，精益求精;团结协作，攻坚克难。这些案例式教学，深化了研究生对分子生物学主要内容的记忆，极大程度激发了研究生对科学研究的兴趣和共鸣，效果非常明显。

2.3 更新授课内容

自20世纪80年代分子生物学创建以来，特别是近些年，分子生物学研究领域的新理论与新技术蓬勃发展，知识更新非常快，这要求授课教师必须紧跟技术前沿，从浩如烟海的新知识、新方法、新成果中优化出适合研究生的教学内容。授课团队每年精练出作物分子生物学领域的最新发展动态，同时邀请有关专家，讲述了小麦、玉米、水稻等河南省主要农作物的CRISPR/Cas9基因编辑技术、单细胞测序技术、多基因表达、高效基因瞬时表达技术、分子设计育种等研究进展，极大程度上开阔了作物学学科研究生的学术视野，激发了他们的学习兴趣。另外，河南农业大学网络资源丰富，购买了SCI-科学引文索引、Elsevier、Wiley、Proquest、Springer、Nature电子期刊、Science电子期刊、CNKI全文、万方期刊、维普中文期刊、超星电子书等作物生物学相关的中外文数据库，本课程要求研究生积极参加图书馆定期举办文献检索方法讲座，并作为课程考核的部分内容，以帮助研究生尽快了解和掌握作物分子生物学领域最新研究進展。

2.4 加强实践教学

作物分子生物学教学内容多且抽象，因此，研究生很难熟练掌握与理解。河南农业大学农学院的专家和教授在小麦、玉米、花生和水稻是河南主要农作物方面的分子方面研究成果在全国有较大影响力。因此，本学科绝大多数研究生将围绕这些作物从事作物分子生物学研究。本课程团队邀请本学科专家教授围绕这几个作物的转录组学与蛋白质组学、关联分析、群体构建、基因图位克隆、基因组测序、分子设计育种等研究进展，讲授自身从事作物分子生物学研究的经验和体会，将他们最新的科研成果融入到教学中，把教学内容和实际研究紧密相结合，对科研思路、试验设计、研究方法等方面进行重点介绍，以尽可能贴近研究生即将从事的研究内容，解决基础理论和实践教学的融合问题，帮助研究生掌握分子生物学试验策略与设计，培养其运用所学知识解决作物生产中重大科学问题的实践能力。将教学内容和生产生活实际及教师自己的科研工作相结合，加深研究生对所学知识的认识，培养其运用所学知识解决实际问题的能力。

2.5 改革考核方法

考试是高校课程教学的基本环节，它是体现教学质量和效果、检查学生掌握知识程度的一种必要手段。但若考试形式单一，会对研究生掌握知识程度的考察具有一定主观随意性、片面性和不规范性，因此，本授课团队改革了作物分子生物学课程考核方法，依据多项指标评价研究生进行成绩考核，以达到强化作物分子生物基本知识和提高创新能力的目标。课程成绩=平时成绩（出勤率+答疑提问）15%+基础知识成绩40%+分子生物学试验设计45%三部分组成，增加了每位研究生围绕自己研究的作物物种设计一个作物分子生物学试验设计，这是基础知识的拓展、深入与应用，且占据最大的分数比例，从而较全面地评价了每位研究生对作物分子生物基础理论知识和创新能力的掌握程度，同时也调动了研究生学习本课程的积极性和主动性。

3 课程改革的实施效果

授课团队自2012年开始对《作物分子生物学》课程进行改革已完成9届，当年86名研究生，到去年的136名研究生，总计已超过1000余人完成该课程的学习。本课程团队改革的课程体系、教学内容、教学方法和教学模式的实施，显著增强了研究生对分子生物学理论和研究技术的运用能力，激发了研究生的创新思维。2012年河南农业大学作物学学科硕士研究生学位论文中有61.2%的研究课题利用了作物分子生物学理论与研究技术，10年后（2021年）该学科硕士学位论文中涉及到作物分子生物学方面的研究课题增加到82.6%%，其中有13篇论文入选了河南省优秀硕士学位论文，10人次在国家级学术会议获得研究生学术报告奖，一定程度表明了该课程不仅提高了作物学研究生科研选题的起点，而且还提升了该学科研究生的科技创新能力和培养质量。

尽管本课程取得了较好的教学效果，但分子生物学在飞速发展，研究生在不断变化，时代要求不断在提高，课程建设是一项系统与长期的工作，因此，本课程的质量提升将持续在路上。研究生是未来的科研工作者，我国开展研究生教育的目标是把研究生培养成具有较强的科研和创新精神的专业人才。围绕这一目标，授课团队下一步将加强与重点院校之间研讨交流，进一步将持续更新授课内容，增加多媒体动画课件，授课方式更加多样化，让研究生在掌握分子生物学核心理论的基础上，提升其科研水平和创新能力，使本课程在作物学学科高素质人才培养上发挥更大作用。

参考文献

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基金项目河南省研究生教育优质课程项目（2019-22）和河南农业大学研究生课程建设项目（209101901）

作者简介：

康国章（1971.01—），男，汉，河南伊川人，博士，研究员，研究方向为作物分子生物学的教学和科研工作。

李鸽子（1987.06—），女，汉，河南郏县人，博士，副研究员，研究方向为作物分子生物学的教学和科研工作。

王鹏飞（1987.07—），男，汉，河南登封人，博士，助研，研究方向为作物分子生物学的教学和科研工作。