研究生植物病毒学课程教学探索与应用

曹欣然，张剑峰，迟胜起

（青岛农业大学 植物医学学院，山东 青岛 266109）

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》中指出，需要全面提高高等教育质量，提高研究生人才培养质量是高等教育教学研究的重要课题[1]。作者担任研究生植物病毒学课程教学工作，结合自身教学经验提出以下心得与体会。

1 明确研究生教学的目标及要求

研究生教育是我国实施科教兴国战略的重要基石。教育部等部门先后印发了《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》[2]《关于加强学位与研究生教育质量保证和监督体系建设的意见》等一系列文件（教育部文件），文件中明确指出研究生教育是以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻落实全国教育大会和全国研究生教育会议精神，始终坚持把思想政治工作贯穿研究生教学全过程。总体目标是到2025 年基本建成规模结构更加优化的高水平研究生教育体系，到2035 年，初步建成具有中国特色的研究生教育强国。研究生教育肩负高层次人才培养的重要使命[3]，是各行业创新创造人才培养的基础，需要响应全球人才竞争的布局[4]。中国特色社会主义已经步入新时代，各行各业对高层次人才的需要更加紧迫，更凸显了研究生教育教学作用的重要性。

2 植物病毒学的课程定位

病毒是重要的植物病原物，植物病毒学的知识积累与更新量大，是植物病理学及分子生物学领域中发展最快的学科。植物病毒学是运用物理、化学、数学和生物方法等研究植物病毒生命活动规律和揭示植物与病毒互作机理的科学，是现代农业生产的主要理论基础[5]。因而，植物病毒学是生命科学的基础科学之一，也是各高等院校植保、农学、林学、园艺、烟草、草业及花卉等植物生产类专业和生物技术、生物科学等生物类专业的重要专业课程[6]。本课程的教学目标是通过教学活动使研究生拓宽知识面，对现代病毒学的基础理论有比较深入、全面和系统的了解；提高开展相关研究工作中所必需的理论知识水平及综合分析能力。随着分子生物学手段与植物病毒学的结合，本课程已构成现代植物病毒学；立足生命科学的前沿，分别向宏观（生态学、流行学）和微观（分子病毒学）拓展[7-8]。

本门课程需要结合学生的基础情况及未来发展综合定位。通常学生在本科阶段没有进行过植物病毒学的系统性学习，只是在学习普通植物病理学、农业植物病理学的过程中，学习过有关于植物病毒学的一个章节，只是对植物病毒学有个初步的了解。本课程适用于植物病理学、资源利用与植物保护等专业的硕士研究生，是研究生选修课。学习该门课程的学生通常是研究植物病毒学方向的研究生，所以更应该对植物病毒学有系统性的认知。通过本课程的学习，可以帮助学生掌握植物病毒学的基本理论体系，只有有了良好的理论基础，才能在日后的学习过程中有创造性思维的探索，为今后的科研打下良好的基础。同时可以学习相关病毒学实验的最新技术，为将来创造性地学习和运用现代农业和生物科学奠定基础[9]。对于培养学生分析问题、解决问题的能力、发展创造思维和提高综合素质具有重要作用[10]。

3 课程理论价值与实践意义

通过课堂教学和相关实习等教学与实践活动，使学生熟悉病毒学研究历史及发展现状、植物病毒的形态、组成及最新分类进展、植物病毒的复制的分子机理、植物病毒传播的分子机制、亚病毒的种类及分类地位、病毒对植物的致病机理及植物对病毒的抗性等理论[11]。让学生充分掌握和具备诊断鉴定技术原理及最新的诊断技术、病毒的分离纯化和病毒提纯技术，病毒的生物学、血清学和分子生物学鉴定技术、病毒基因克隆及原核表达等。通过对植物病理学相关知识、理论与技术的学习，树立热爱植保工作与科研的精神、责任感和使命感；具备团队共生合作能力、沟通能力与适应能力；具备良好职业道德、基础知识全面系统扎实、基本技能完备的综合素质。同时让学生在开放式的学习方式中获取知识，积极主动动脑思考，培养创新能力[12]。

通过本门课程的学习，学生了解植物病毒学研究历史及发展，掌握以植物病毒为主的病毒学基本概念，熟悉和掌握植物病毒的形态特征、组成及分类、植物病毒的繁殖过程、所致病害特点、植物与病原物互作的机制、植物病毒病害诊断与防治等方面的基本概念、基本理论和基本技能。了解有关植物病原生物的寄生性与致病性、植物抗病性、植物病毒病害鉴定与诊断的最新技术和方法。熟悉病毒的分离、病毒的提纯、病毒血清制备及相关技术。掌握当前全球变化下植物病害发生发展特点与规律，树立大植保与生态综合管理的理念，因地制宜制定植物病害与有害生物的防控策略[13]。通过深入浅出的教学方法和教学资源，可以让教师自身充分理解原理概念的基础上，更注重教学方法的应用。用多种教学手段，增加学生的兴趣与主观能动性，引导学生展现自身特点，提高课堂学习效率。通过本门课程的学习，可以构建与营造积极和谐的师生关系，增强任课教师与学生之间的沟通，为今后的科研提供基础，形成互动教学模式，老师有传授，学生有反馈，教学相长。

4 课程思政融入教学过程

教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》[14]中明确指出，专业教育课程中，要结合专业特色和优势。深度挖掘专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵[15]。例如进行植物病毒学概论讲述时，介绍植物病毒的发现历史。植物病毒最早起源可以追溯15 世纪末期的郁金香热“tulipomania”，当时1 只花色郁金香（实际上是被病毒侵染所导致）可以交换4 t 小麦，4 只肥牛，8 只肥猪等。通过1 个小案例引起学生学习的兴趣，引入物以稀为贵这一概念，同时这些都是建立在对事物价值的判断之上，在人类发展的进程中，凡是能被利用的事物，都会赋予其价值。而具体到植物病毒的发现历史，从开始发现烟草上的1 种病害，从开始认为可能是细菌病害，到后来认为是比细菌还小的粒子；随着研究技术水平的逐渐提升，到1935 年由于蛋白结晶技术的发展，烟草花叶病毒可以结晶形成颗粒，所以科学家认为该病原物是1种蛋白质；直到结构生物学的发展，1951 年詹姆斯·杜威·沃森通过X-ray 射线研究发现烟草花叶病毒的结构，烟草花叶病毒粒子是由1 个核酸和许多相同的蛋白质亚基组成；1978 年研究发现了马铃薯纺锤形块茎类病毒；由于病毒是专性寄生物，无法进行离体培养，直到1984 年保罗·阿尔奎斯特利用反向遗传学发明了侵染性克隆，解决了这一问题，后期的很多科研都是在这一基础上展开。1986 年，利用病毒介导的植物抗病性番茄植株可以表达具有烟草花叶病毒外壳蛋白从而具备了抗病毒的能力。引入科学研究的发展是曲折的，同时也依赖于相关领域的技术的发展，需要有开拓的思维和创新的精神，不断探索，依据科学基础才能不断向成功靠近。

讲到植物病毒病害诊断与鉴定时，进行田间诊断时，基于病毒侵染植物后的无病征特点，容易与非侵染性病害进行混淆，如何进行区分鉴定呢？首先需要有扎实的理论基础，知道和了解侵染性病害与非侵染性病害的典型特点，基于以上特点，再结合具体问题以及侵染性病害的传播特点进行区分。介绍鉴定病毒的基本原理，基于其相对简单的基因组或者相对保守的外壳蛋白进行核酸水平或者蛋白水平的检测与鉴定。潜移默化地引入科学研究遇到问题的时候，如何进行分析，要基于一定的科学基础来解决问题。使同学们认识到作为研究生，需要掌握一定的专业知识基础，在此基础上进行分析和解决，注重自我思考的能力。

讲到具体技术环节时，通常所熟知的都是基本的PCR（聚合酶链式反应）技术，而技术需要专业的设备（PCR 仪器），同时对操作人员技术要求比较高，需要具备一定的生物技术基础。而现在生产实践中很多病毒鉴定过程不具备该条件，为此科研人员研发出一系列升级病毒技术，例如LAMP 技术（环介导等温扩增技术）[16]、免疫胶体金试纸条技术[17]等，解决了传统RT-PCR（反转录PCR）技术方法耗费时间长，需要专业人员操作的缺点。可以简便、快速并高效地完成病毒鉴定，满足了生产实践的要求。引入科学研究的最终目的还是为了服务生产，机理研究是为了推动科学的进步，同时鼓励同学们勇于发现实际问题并积极探索解决方法。

同时涉及实践类教学内容时，注重培养学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力[6]。具体教学过程中增设了实验操作环节，例如进行植物病害RNA提取实验过程中，引入现在的新冠病毒肺炎就是动物病毒，其提取过程就是如此。激发同学们的兴趣，在实验操作过程中，融入技术原理的讲解，加深其对纯理论知识的掌握，为之后走上科研之路奠定一定的基础。

5 采用双语教学模式

双语教学一是可以培养和提高学生运用外语的能力，二是可以提高师资水平。双语教学中非常重要的一点是具备丰富完善的教学资源[18]。结合实际教学需要和信息化时代学生学习形式多样化的特点，以服务课程教与学为重点，需要具备外文原版主教材、助教课件、助学课件、电子教案及资源库等多种教学资源于一体的共享型立体化教学资源。

适当运用讨论式教学方法，该方法分为课堂讨论和网络讨论2 种。结合教学内容，教师精选讨论议题（如“如何进行未知病毒病害的鉴定”“如何确定该种病毒为植物病原菌”等）。教师推荐参考资料，课前积极准备，课上充分交流与讨论，教师评述引导并作出综合评价。网络讨论教师推荐议题或学生发起议题，大家以论坛形式各抒己见、相互交流，教师参与并给予正确引导。实践表明这种讨论中学生表现较主动，气氛热烈。通过连续两年的摸索与实践，已基本上形成了符合研究生学习的教学资源。

课程难点在于要了解学科发展前沿，信息量大且知识变化快，缺少适用的教材。相应的解决办法是需要教师不断提高教学质量，在讲课中不断更新补充讲授内容，介绍最新发展动态。同时各讲授专题突出重点，明确基本概念，使具有不同背景基础的学生均能得到提高。同时介绍与各专题内容相关的中、英文基础参考书及进一步学习所需的文献阅读资料，以满足学生不同层次的要求。通过教学活动使学生能够熟练阅读、正确理解本专业中等难度的外文资料，能够撰写科学论文摘要，有初步听说能力，可进行一般专业交流。教学内容过程中增设阅读练习，提供给学生一些文章，让其阅读后概述文章主要内容；进行英汉对译练习，及时纠正有关错误；模拟学术报告，培养锻炼学生的听说能力。

6 课堂实验与课外创新实践相结合

课堂实验教学采取重点多媒体讲授和难点示范结合。充分利用多媒体演示等教学工具，运用课堂提问、讨论、思考题及经典实验实操的方式，主要由学生独立完成实验或综合性研究。目的是减少不必要的材料和试剂浪费及仪器损坏，着重提高学生动手能力，培养举一反三的思维方式及创新实践能力。

开放式的实验教学是培养创新能力，提高学生动手能力的有效方式。例如安排“鉴定植物样品中是何种病毒”这一实验。首先，学生需要掌握植物RNA（核糖核酸）的提取技术，该技术涉及的原理及技术要点学生需要熟悉，如何保证RNA 不被降解，如何获取高质量高浓度的RNA 以保证后续试验。其次，获得植物样品中RNA 后，采取RT-PCR（逆转录聚合酶式反应）方法进行目的片段的富集，而该病毒种类是未知的，如何进行PCR（聚合酶链式反应）引物的设计，又是学生需要思考的一个难点。可以采用随机引物，或者根据植物样品的寄主种类，搜集文献中已经报道的病毒种类进行引物设计，在这个过程中，培养和锻炼了学生查阅文献的能力，汇总归纳整理获取信息的能力。根据设计引物进行RTPCR 扩增，该环节加深了学生对于PCR 扩增的理解与认知，通过扩增条带的有无结果初步判定是否有某种病毒。最后，将扩增富集到的目的片段进行切胶回收，连接载体，转化入大肠杆菌中，测序进行序列比对分析，获得最终结果。上述几个实验操作涉及很多技术点，都需要学生一一掌握，同时还需要相应的理论基础，以便于从结果中进行分析。

实验的过程中把过去一个个独立分割的知识点和实验变为有机结合，从实验方案的制定、实验材料及方法的选择、植物样品的准备、样品的提取、样品指标的测定、实验结果汇总及数据分析到论文撰写贯穿一体。以3～5 人为一组，由学生根据所准备实验材料根据老师要求，合理安排实验时间及操作。经过2～3 次实验，这样增加了学生做实验的自觉性，克服了过去学生只是依赖老师，为完成课程做实验的思想。学生从发现科学问题，自我解决科学问题的角度进行实验，真正从被动转为主动，从“要我做”变为“我要做”；提高了分析和解决问题的能力，熟练了实验技术。不少学生把实验和研究相结合，极大地培养了学生的创新能力，获得了一批新结果，提出了一些有新见解的观点。由于实验报告采取论文形式，学生又要根据自己的结果查阅大量的参考文献，与同学一起讨论，最后根据讨论结果，进行分析。论文的撰写包含实验的目的与意义，材料方法，结果，讨论及参考文献几个方面。这个过程使同学们不仅掌握了丰富的理论知识点，又锻炼了实验技能，解决问题与分析问题的能力大大提高。

通过课堂实验，可以充分地与课外创新实践结合[19]。田间实践中很多不确定性病毒病的病原鉴定，都可以运用该种方式进行解决，也可以就此立项，作为一个开放性的课题。同学们自己搜集素材，自己进行鉴定，既掌握了知识，又体现了专业能力，从中获得自我成就感。在整个过程中，还可以丰富教学资源，积累教学经验。将课本知识与课外实践充分结合，提高了同学的自主学习的兴趣，培养了科研能力与创新意识，增强了教师与学生之间的沟通，营造了良好的教学环境与氛围。