以问题为导向的教学方法在“森保生物技术”课程教学中的应用

张盛培，李 河

（中南林业科技大学林学院 湖南 长沙 410004）

森林保护专业最早由北京林业大学（原北京林学院）于1958 年创办，现已成为我国绝大多数农林类高等院校普遍开设的专业。中南林业科技大学在1958 年设立了森林保护教研室，并于1960 年开始招收本科生。经过几代人几十年的努力，中南林业科技大学（以下简称“我校”）森林保护专业于2021 年获批国家级一流本科专业建设点，为社会培养了大量的优秀人才，为我国林业的恢复与发展做出了重要贡献。新时代生态文明建设赋予了森林保护专业新的责任与使命。因此，我校积极进行该专业的课程改革，2018 年新设立了“森保生物技术”“林木化学保护”等新兴课程。笔者有幸于2018 年开始，承担“森保生物技术”课程的教学工作。

“森保生物技术”课程是森林保护和生物技术学科的交叉，是分子生物学的先进技术在森林保护领域的具体应用，该课程体现了微观（细胞、蛋白、核酸）和宏观（林木有害生物）的有机结合。由于分子生物学的内容本身很多而且比较抽象、复杂、难懂，课程又仅有32 个学时，这就要求教师必须在有限的时间内引导学生系统应用分子生物学的理论与技术解决森林保护中的实际问题。

以问题为导向的教学方法（Problem-based learning method）是20 世纪美国神经病学的教授们在麦克马斯特大学首创。当前，以问题为导向的教学方法已经广泛应用于基础教育、高等教育、成人教育及职业教育等各种类型的教育领域，并且在医学、理学、工学、文学、史学、哲学、经济学等学科中大放异彩。特别是在高等教育的医学领域，学生们通过真实的病例问题可以身临其境地学习临床上的技能。森林保护从某种意义上说属于植物医学的范畴，然而以问题为导向的教学方法在该专业的应用却比较少。因此，笔者在“森保生物技术”课程的教学过程中引入了以问题为导向的教学方法，激发了学生的兴趣，提高了学生的学习积极性，增强了教学效果。

1 以问题为导向的教学方法在“森保生物技术”课程教学中的实践案例

1.1 PCR 技术与森林保护

确定植物感染有害生物之后，下一步就要采取治疗措施。目前主要采用化学药剂防治的方法，然而化学药剂容易污染环境，并且许多地区的有害生物对特定的药剂已经产生了耐药性。教师可以继续引导学生思考，如果继续对该地区进行同类型的化学药剂防治会产生什么后果？①污染环境；②有害生物抗药性继续增加；③浪费时间与金钱，且错失最佳防治时期。是否能够提前预判有害生物是否产生了抗药性，从而为科学合理地施用化学农药提供参考意见。结合“林木化学保护”学习过的内容，有些学生可能会回答可以采用实验室鉴定的方法。室内鉴定确实是一种方法，在“森保生物技术”的课程里我们还会学习另外一种方法：DNA 测序。结合前人关于抗药性位点的变异及DNA 测序的结果，我们可以准确地判断出有害生物抗药性的有无。同时DNA 测序还被广泛地用于亲子鉴定、法医追凶、物种鉴定等等方面。从应用的广泛性激发了学生对DNA 测序课程内容的学习欲望。该部分内容主要包括以下方面：①测序的原理；②测序的规律；③测序的方法；④测序的应用。

防治有害生物最经济的方法就是种植抗病品种，然而抗病基因与优良性状的基因很难同时出现在同一个品种内。这里可以引导学生思考如何将抗病基因整合到具有优良性状的当家品种。将这个问题以课后作业的形式布置给学生，学生们会通过预习课本及查找相关资料对这个过程产生初步的了解。上课时，学生们通过预习可能已经知道我们通过DNA 重组技术可以把抗病基因整合到具有优良性状的当家品种中。那么这个过程的理论基础是什么？为什么可以把抗病基因整合到其他个体里，还能表达出同样功能的蛋白质？结合课堂提问以及研讨式教学的方式，我们可以得出一些潜在的答案：①细胞生物都是以DNA 作为遗传物质；②大多数生物都通用一套遗传密码子。然后，课堂即可顺理成章地过渡到课程内容：①DNA重组技术的工具；②DNA 重组技术的步骤；③DNA 重组技术的方法；④DNA 重组技术的应用。

图1 基因工程与森林保护章节以问题为导向的教学方法示意图

1.2 DNA 测序技术与森林保护

我国是一个林业有害生物高发的国家，近年来我国林业有害生物发生面积年均超过1151.5 hm，造成超过1101.1 亿元的经济损失。2021 年全国林业有害生物发生面积更是高达1255.37 万hm，预计2022 年将保持偏重发生、局部暴发的特点，全年发生面积可达1267 万hm。在林业生物灾害频发的大背景下，更加凸显了森林保护事业的重要性。

1.3 基因重组技术与森林保护

减少林业生物灾害的损失，教师可以联系我国防治森林病虫害的“治早、治小、治了”的原则，在灾害发生苗头时就加以制止，并且彻底根除，见图1。如何提前预判森林病虫害的发生？传统森林病虫害的监测往往是出现症状之后，我们能否开发类似对新冠病毒无症状感染者进行核酸检测的方法呢？答案是肯定的，通过聚合酶链式反应PCR（Polymerase Chain Reaction，PCR）及实时荧光定量PCR 技术（Quantitative Real time PCR，qRT-PCR）就可以实现上述目标。随后，教师再与学生一起探讨PCR 的具体内容：①PCR 技术的简史；②PCR 技术的基本原理；③PCR技术的反应体系和方法。④PCR 技术的类型。随后埋下伏笔：PCR仅限于对DNA的检测，而冠状病毒遗传物质是RNA。教师因此进一步提出问题，对于RNA 病毒病我们该如何检测？由此导入qRT-PCR 技术的内容：①对于RNA 病毒病的检测我们首先需要将RNA 在逆转录酶的作用下将其逆转录为DNA；②以上述DNA为模板进行实时荧光定量PCR，根据标准曲线及Ct值的有无，从而确定感染情况。

PCR 技术、DNA 测序技术和DNA 重组技术是“森保生物技术”课程的三个重要内容。教师通过引导性的提问诱发学生探究PCR技术的兴趣，从与生产实际紧密结合的有害生物防治的问题入手，引导学生对DNA 测序技术的兴趣。教师以课后作业的形式提出DNA 重组技术所需要解决的问题，引导学生课后思考问题、分析问题、解决问题，充分发挥学生们的主观能动性。

2 结语

经过三年的实践应用，以问题为导向的教学方法在“森保生物技术”课程教学中已初见效果。运用该教学方法时教师一定要做好顶层设计，教师首先提出问题或者引导学生提出问题，然后围绕问题、分析问题、查找资料、进而解决问题，随后又提出新的问题，解决新的问题，问题之间环环相扣，如此循环最终消化吸收整个章节或者整个课程的知识内容，具体模式见图2。

图2 以问题为导向的教学方法模式图