畜牧学硕士研究生细胞分子生物学实验技术创新能力的培养及改革实践

赵佳福, 段志强, 李世军, 李 辉, 陈 祥*

(1. 高原山地动物遗传育种与繁殖省部共建教育部重点实验室,贵州 贵阳 550025;2. 贵州大学动物科学学院,贵州 贵阳 550025)

硕士研究生培养是高等教育的重要环节,习近平总书记在2020年7月29日召开的全国研究生教育会议中指出:研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用,明确要求推动研究生教育适应党和国家事业发展需要,坚持“四为”方针,瞄准科技前沿和关键领域,深入推进学科专业调整,提升导师队伍水平,完善人才培养体系,加快培养国家急需的高层次人才[1]。畜牧学作为技术含量较高的农业领域学科,在社会发展中有着重要作用。畜牧生产不仅是人类生产活动的发端,也是社会进步的标志[2]。细胞分子生物学作为现代生命科学的重要分支,是畜牧学领域的前沿学科,其研究手段和方法已成为现代畜牧业发展的核心技术[3]。因此,自细胞分子生物学诞生后,就迅速与动物遗传育种学、动物繁殖学、动物营养学、动物行为学等畜牧学科融合,形成了现代畜禽种业创新、良种快繁技术、分子营养调控、遗传与环境互作等一系列的学科交叉领域。在全国硕士研究生扩招的大背景下,传统的血液基因组DNA提取与鉴定,目的基因PCR扩增、目的基因链接转化、感受态细胞制备、表达载体构建等传统的细胞分子生物学实验技术已不能满足学生在硕士研究生阶段的知识储备和实验技术需求,亟须对现有的培养方案进行改革,以适应现代畜牧业发展的需要和国家培养创新型高层次人才的要求[4]。本文以贵州大学畜牧学硕士研究生细胞分子生物学实验技术创新能力的培养及改革实践为例,将畜牧学硕士研究生实验技术创新能力培养的措施及改革实践介绍如下,供同行参考。

1 畜牧学硕士研究生培养存在的问题

1.1 细胞分子生物学实验技术理论储备不够

随着硕士研究生招生规模的扩大,越来越多的本科生选择考研。畜牧学专业对应的本科专业是动物科学专业,通过查阅不同高校动物科学专业培养方案可以看出,许多高校在动物科学本科阶段针对细胞分子生物学技术相关的课程设置较为缺乏。以贵州大学为例,贵州大学动物科学专业2022版培养方案中,与细胞分子生物学技术相关的课程仅有《细胞分子生物学》《分子遗传学》《现代生物技术》3门课程,且属于选修课程,很多学生认为这些课程普遍存在难以理解、考试不容易过关等问题而不选修这类课程。由于缺乏系统的细胞生物学和分子生物学教学环节,导致大部分学生对细胞分子生物学基本原理和方法理解不到位,不透彻,不能很好地对实验中存在的问题和实验获得的结果进行深入分析讨论。然而这些课程所涉及的理论技术是目前畜牧学硕士研究生需要掌握的必备实验技能。

1.2 细胞分子生物学实验技术操作能力不强

本科阶段能否有足够的学时让学生参与细胞分子生物学实验操作,对学生相关技能的培养至关重要。同样以贵州大学为例,2019版培养方案中《细胞分子生物学》为56学时,《分子遗传学》为42学时,《现代生物技术》为36学时,而3门课程的实验学时均只有8学时。此外,细胞分子生物学实验的相关实验耗材价格昂贵,很多实验学生并不能完全参与。因此,即使学生选修了这些课程,也会因为实验课时太少、实验耗材昂贵等原因导致学生对细胞分子生物学实验技术操作陌生。即便是基因组DNA提取、目的基因PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳检测鉴定这些最基本的实验操作也需要花很长的时间去掌握,严重影响了实验工作效率。

1.3 本科阶段实验课内容不能满足研究生阶段的需求

随着细胞分子生物学实验技术的快速发展,生命科学研究在理论与应用上均取得了长足进展。同样,现代畜牧业的不断发展也应运而生了诸如现代畜禽种业创新、良种快繁技术、分子营养调控、遗传与环境互作等交叉学科领域。这些交叉学科领域的研究对当代研究生细胞分子生物学实验技术能力提出了更高的要求。学生在本科阶段所学的血液基因组DNA提取与鉴定,目的基因PCR扩增、目的基因链接转化、感受态细胞制备、表达载体构建等细胞分子生物学实验技术已不能满足畜牧学科的发展和科学研究的需求。因此,亟须在研究生阶段开设细胞分子生物学实验技术指导专业必修课程,以提高学生对现代畜牧业科技创新发展的适应性。

2 教学改革方法与实践

2.1 抓住课外时间设立开放项目,培养学生实验技术创新能力

贵州大学近年来狠抓本科生考研率,畜牧学硕士研究生的生源有70%来自本校。为此,我们将研究生培养与本科生培养相结合,从本科阶段入手,打好本科生细胞分子生物学理论和实践基础。一是针对本科生细胞分子生物学课时不够的问题,联合动物科学专业相关实验指导教师,鼓励教师围绕“动物组织中RNA提取及真核表达载体构建”“荧光定量PCR实验与数据分析”“山羊卵巢颗粒细胞的分离鉴定与冻存”“双荧光素酶报告系统检测MiRNA与目的基因的靶向互作关系”等细胞分子生物学实验,申请贵州大学实验室开放项目,利用课外空闲时间增加学生开展细胞分子生物学相关实验的时间,进一步提高其动手能力。二是改革实验室开放项目评价机制,以学生为中心,采取主动报名方式,3人为1个小组,在本科阶段建立“选题-开题-实验-答辩-评价”的研究生预培养模式,将研究生阶段的文献查找、选题开题、实验研究、论文答辩、效果评价等环节与本科生实验室开放项目相结合,让计划考研的同学提前体验研究生阶段的学习和科研状态。这种方法一来可以让想考研的学生提早对科研工作有个初步认识,二来可以提高学生细胞分子生物学实验技术操作的能力,解决研究生动手能力差等问题。

2.2 改革硕士研究生培养方案,增加相关实验操作技术内容

鉴于细胞分子生物学实验技术在研究生培养中的作用越来越重要,通过对其他同类院校畜牧学硕士研究生培养方案的调研,并经过学院及学科点讨论决定,对2016版畜牧学硕士研究生培养方案进行了修订,以提高畜牧学研究生细胞分子生物学实验技术水平和本专业研究生培养质量。一是在新修订的2019版培养方案中,着重增加了36学时的“细胞分子生物学实验技术”专业选修课,采用实验教学为主,理论教学为辅的教学模式,设置教学内容,其中理论学时6学时,实验学时30学时。二是选择近5年新进的3名青年博士作为任课教师,每人负责2个学时的理论课程和10个学时的实验课程,根据教师个人专业技术优势,以研究生阶段必备的细胞分子生物学实验技术为课程内容,集中开展相关实验。三是提高硕士研究生的毕业条件,将发表2篇中文核心期刊论文的毕业条件改为发表1篇SCI论文或2篇CSCD论文,同时制定研究生论文奖励制度,进一步激发学生从事科学研究的动力。

2.3 优化细胞分子生物学实验教学内容,编写适合本科生和研究生的实验教材

通过本教学团队在细胞分子生物学课程10余年的一线教学经验,发现动物科学本科专业和畜牧学硕士研究生专业均没有切合本专业特点的细胞分子生物学实验教材。因此,为了动物科学本科专业学生和畜牧学硕士研究生更好、更方便地学习细胞分子生物学课程,提高课程的教学质量和学生培养质量,首先对不同高校动物科学专业及畜牧学相关专业培养方案进行调研、分析和评估,综合考虑不同教学单位的教学资源、实验材料来源、教学课时设置等状况,从实验的重要性、实用性、学生创新能力培养等方面综合考量,优化了实验教学内容,分别选择了10个动物科学专业常用的细胞生物学实验和分子生物学实验作为本科生实验,同时又分别选择了6个畜牧学专业常用的细胞生物学实验和分子生物学实验作为硕士研究生实验。其次,为了提高教材的影响力和受益面,组织贵州大学、贵州理工学院、西南大学、贵州医科大学、河南农业大学、四川农业大学、福建农林大学、延安大学、贵州中医药大学9所高校长期从事细胞生物学和分子生物学教学的一线教师编写了实验指导教材,并在西南大学出版社出版。

3 教学改革效果

3.1 学生对细胞分子生物学满意度总体向好

为进一步评价改革后学生对细胞分子生物学的真实看法,选取50名畜牧学专业研究生和100名动物科学专业本科生进行问卷调查,涉及的学生不分年级,均为选修过此门课程的学生。由表1可见:学生对任课教师的教学满意度最高,达到100%;其次为对考核评价方式的满意度,最后为对教学内容设置的满意度,总体满意度均达到93.24%以上;关于教学内容的设置部分,通过与部分学生交流,同学们认为在实验内容的设置上还应该增加蛋白质相互作用部分的研究内容。

3.2 学生的细胞分子生物学实验操作能力逐年提高

经过几年的共同努力,学生的细胞分子生物学实验操作能力逐年提高。主要反映在以下几个方面:一是从事传统畜牧养殖和动物营养饲养科学研究领域的导师认为,学生的细胞分子生物学实验动手能力逐年增强,学生越来越好带。二是在学科点研究生开题过程中,研究生选题面越来越广。很多以前只局限于开展传统畜牧养殖和饲料配方等方面研究的老师也可从分子机制层面进行相关研究。三是学生在研究生期间进入导师科研工作的时间越来越早。以前很多学生进入研究生阶段后,细胞分子生物学实验还需要在学长们的帮助下才能完成,现在大多可以独立完成并提早进入导师的项目工作,且文章见刊的时间比以前提前了很多。

3.3 研究生发表高水平论文的数量逐年上升

通过对畜牧学硕士研究生细胞分子生物学实验技术创新能力不断培养和改革实践,研究生发表高水平论文的数量和质量逐年上升。据统计,2017—2020级本校硕士点研究生以第一作者人均发表SCI论文从0.05篇/人提高至0.46篇/人(见表2),其中二区以上SCI论文从2017级的0篇增加到2020级的8篇。此外,2023届硕士研究生学位论文质量检测过程中,本校硕士点研究生所有学位论文均通过了教育部硕士学位论文的评审,论文良好率达97.5%以上。

3.4 研究生从事细胞分子生物学领域的人数逐年上升

无论是继续读博或在畜牧科研院所、科研企业工作,都需要有扎实的细胞分子生物学理论和实验技术功底。我们将学生继续深造、在畜牧科研院所和科研企业工作均统计在从事细胞分子生物学领域的范围内。按照这种统计方法,通过对畜牧学硕士点近4年毕业生就业情况的跟踪调查发现,2020年(2017级)—2023年(2020级)由于不同高校和科研院所博士招生指标和事业单位指标的限制,畜牧学科点研究生从事这2项工作的人员数量基本恒定不变,但是在试剂公司就业的学生数量随着时间的变化呈逐年上升趋势。总体上看,本专业研究从事细胞分子生物学领域的人数比例从2020年(2017级)的45%上升至2023年(2020级)的74.4%(见表3)。这一指标说明,学生在细胞分子生物学领域及相关领域就业的意愿有所增强,这与其细胞分子生物学理论和实验技术的提升有密切关系。畜牧学硕士研究生细胞分子生物学实验技术创新能力的培养对学生从事细胞分子研究领域的工作奠定了坚实的基础。

4 小结

通过对研究生培养方案、教学内容、考核评价方式的改革与实践,不仅提高了学生对细胞分子生物学课程的选课兴趣,同时在夯实畜牧学硕士研究生细胞分子生物学实验技术原理、提高科研创新能力、培养创新型高层次人才方面均取得了较为理想的教学效果。下一步针对学生关于教学内容部分缺乏蛋白质相互作用研究的问题,我们将围绕畜牧学博士学位授权点和动物科学国家一流专业的建设契机,进一步加大课程建设经费投入,适时调整细胞分子生物学课程实验教学内容,努力培养符合现代畜牧产业和畜禽种业创新发展需要的高素质人才。