宿俊吉，楊德龍，王彩香，陳 濤，栗孟飛

（甘肅農(nóng)業(yè)大學 生命科學技術學院，甘肅 蘭州 730070）

案例教學法是美國哈佛大學法學院首次提出的一種開放式、互動式的新型教學方式。案例教學主要包括兩方面的內(nèi)容：第一，教師課前選擇編寫案例，并使用案例指導學生提前預習；第二，課堂上組織學生討論，形成互動與交流，通過各種知識、信息、觀點的交匯融合，達到啟示理論和思維的目的。案例教學法是以學生為中心的、使學生學習變被動為主動的教學方式，將傳統(tǒng)“灌輸式”方法改變?yōu)椤盎邮健苯虒W，能顯著提高學生的學習功效。案例教學的優(yōu)點在于能將復雜問題簡單化，使抽象的問題淺顯易懂，能夠激發(fā)學生的學習興趣。基于此種優(yōu)點案例教學已經(jīng)被廣泛地應用于法學、理學、工學、醫(yī)學等專業(yè)教學實踐中，并取得了較好的教學效果。隨著植物基因組學、分子生物學和分子遺傳學等學科快速發(fā)展，這些基礎學科研究成果應用推動了植物分子育種的發(fā)展，加快了育種速度，提高了育種效率，成為當今植物育種的重要發(fā)展趨勢，即形成了多學科交叉發(fā)展的“植物分子育種”課程。該課程體系以遺傳學、分子生物學、基因組學、生物信息學為基礎，以基因工程、分子標記輔助育種、分子設計育種原理與技術作為知識體系，來支撐植物遺傳改良理論與技術，是一門涉及多領域多學科知識的綜合性應用課程。“植物分子育種”作為前沿性專業(yè)課程，在甘肅農(nóng)業(yè)大學主要面向生物學、作物學等學科碩士研究生開設，該課程從植物轉(zhuǎn)基因育種、基因編輯技術、分子標記輔助選擇育種和全基因組分子設計育種等四個方面，系統(tǒng)建立“植物分子育種”的知識結(jié)構(gòu)，使碩士研究生能運用所學的基本理論和方法，解決現(xiàn)代植物育種領域研究中的實際問題。

一、“植物分子育種”課程在碩士研究生教學中存在的主要問題

隨著基因組測序技術快速發(fā)展，越來越多農(nóng)作物物種完成了全基因組測序，基因挖掘、基因功能及其調(diào)控機制等相關研究已成為熱點，植物育種已經(jīng)進入分子育種階段。然而當前的“植物分子育種”教學方法研究相對滯后，主要存在以下三個方面的問題：（1）由于植物分子育種是從分子水平探討育種的方法，內(nèi)容較為微觀、抽象，僅采用灌輸式課堂講授上述各章節(jié)的理論知識點，學生理解內(nèi)容的難度較大。（2）“植物分子育種”是一門理論和實踐結(jié)合較強的課程，其課程的教學內(nèi)容主要由理論和實踐兩個部分組成，實踐應用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更為重要。然而目前該課程的教學重點集中在理論知識點的講授上，研究生的實踐應用能力的培養(yǎng)有待提高。（3）傳統(tǒng)的灌輸式課堂教學存在較大的缺陷，缺乏互動式的課堂，難以激發(fā)研究生的學習興趣和創(chuàng)新思維。因此，如何讓全部研究生參與課堂教學與實踐的全過程，是目前“植物分子育種”應該關注的重點。因此，基于“植物分子育種”課程本身的知識新穎性、交叉性、抽象性、實踐性等特點，很有必要改變傳統(tǒng)教學模式，從灌輸式向互動式教學轉(zhuǎn)變，建立以“學生發(fā)展為中心”的教學模式，培養(yǎng)碩士研究生深厚的理論知識和實踐創(chuàng)新能力，更有利于研究生獨立開展本專業(yè)相關科學研究工作。

二、案例教學在“植物分子育種”課程教學中應用的必要性

隨著分子生物學、基因工程、生物信息學等學科的快速發(fā)展，傳統(tǒng)植物育種方法不斷整合新知識、新技術，逐步發(fā)展形成了現(xiàn)代植物分子育種技術體系。如何將現(xiàn)代植物分子育種理論充分應用于實踐創(chuàng)新，是生物學、作物學等學科碩士研究生高質(zhì)量培養(yǎng)亟待解決的問題。因此，開展“植物分子育種”課程教學改革迫在眉睫。近年來興起的案例式教學有助于培養(yǎng)學術性與實踐性的高度統(tǒng)一，其特點是以培養(yǎng)研究生的實踐創(chuàng)新能力為核心，加強實踐應用能力的培養(yǎng)。此外，案例教學的實施前提是理念到位，讓研究生置身于真實的情境中，通過深度參與將已有的知識和案例相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為理論與實踐并舉的學習模式。因此，系統(tǒng)總結(jié)植物分子育種核心技術方面的典型教學案例，對于提高“植物分子育種”研究生課程的教學質(zhì)量，全面培養(yǎng)研究生的動手能力、獨立科研和創(chuàng)新能力等方面至關重要。

三、“植物分子育種”課程教學案例的建設

根據(jù)“植物分子育種”課程要求和教學目標，聚焦本課程的核心內(nèi)容進行案例庫設計與構(gòu)建。在案例內(nèi)容設計中，要求知識背景清晰，教學主題明確，內(nèi)容翔實，過程完整。為此，本課程緊密結(jié)合植物分子育種理論基礎和發(fā)展前沿，針對植物轉(zhuǎn)基因育種、基因編輯技術、分子標記輔助選擇育種和作物全基因組分子設計育種的授課內(nèi)容，從知識目標、能力目標、素質(zhì)目標等方面分別總結(jié)了與其對應的四個案例，其詳細的案例內(nèi)容見表1。

表1 “植物分子育種”課程教學中使用案例的內(nèi)容

在“植物轉(zhuǎn)基因育種”案例模塊中，教學內(nèi)容主要包括植物轉(zhuǎn)基因的研究背景和應用現(xiàn)狀、基因同源克隆、遺傳轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)基因植株鑒定的原理和方法。通過“理論學習+場景設計+實驗操作”案例教學環(huán)節(jié)，讓研究生以植物分子育種工作人員的角色進入教學場景，進行實驗操作，開展外源目的基因克隆及遺傳轉(zhuǎn)化等方面實驗，讓學生提前預測設計獲得轉(zhuǎn)基因植株分子鑒定的圖譜，確定轉(zhuǎn)基因后代的分子鑒定方法。通過本案例教學不僅讓研究生掌握目的基因遺傳轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)基因陽性植株鑒定的原理和方法等知識，而且能夠培養(yǎng)學生自己動手，協(xié)作實驗和預判實驗結(jié)果的能力，增強他們對植物轉(zhuǎn)基因育種的創(chuàng)新意識。在“植物基因編輯育種”案例模塊中，教學內(nèi)容主要包括植物基因編輯的研究背景和種質(zhì)創(chuàng)新應用現(xiàn)狀、CRISPR／Cas9系統(tǒng)的作用原理及優(yōu)化方案、突變體鑒定方法等。通過“理論學習+場景設計+在線模擬與預測”的案例教學環(huán)節(jié)，讓研究生系統(tǒng)掌握植物基因編輯理論，通過在線模擬與預測實訓，系統(tǒng)培養(yǎng)他們的植物基因編輯育種創(chuàng)新能力及能夠與時俱進、接受新事物的發(fā)展理念。在“植物分子標記輔助選擇育種”案例模塊中，教學內(nèi)容主要包括植物分子標記輔助選擇育種的研究背景及其應用現(xiàn)狀、分子標記的原理和應用策略等。通過“理論學習+場景設計+實驗操作”案例教學環(huán)節(jié)，讓學生系統(tǒng)掌握植物分子標記類型、基因定位方法、優(yōu)異等位變異挖掘、分子標記開發(fā)及應用育種等理論與技術，培養(yǎng)他們主動收集資料、閱讀文獻、協(xié)作實干、總結(jié)知識和技術應用的綜合能力。在“植物全基因組分子設計育種”案例模塊中，教學內(nèi)容主要包括植物全基因組分子設計育種研究背景及其應用現(xiàn)狀、基因組學原理與技術、分子模塊設計育種的原理及相關技術。通過“理論學習+場景設計+計算機模擬”的案例教學環(huán)節(jié)，讓研究生利用生物信息學平臺找出現(xiàn)有作物品種的優(yōu)異基因型，利用其優(yōu)異基因設計目標品種基因型，并制定其設計品種的育種方案。該分子設計育種過程就是利用計算機對育種程序中的諸多因素進行模擬、篩選和優(yōu)化，提出最佳符合育種目標的基因型以及實現(xiàn)目標基因型的親本選配和后代選擇策略。通過該案例式教學，使學生深刻掌握農(nóng)作物分子模塊設計育種的原理及實施步驟，培養(yǎng)他們利用生物信息學、設計育種技術等平臺開展創(chuàng)新研究的能力，激發(fā)他們的學習興趣和創(chuàng)新活力。

四、案例教學實踐及其效果

針對內(nèi)容復雜、微觀抽象的課程，實施案例教學法能顯著提升課堂教學質(zhì)量與教學效果。在案例教學中，教師作為“導演”可采取多種教學方法和手段來組織教學活動，充分發(fā)揮案例教學法的優(yōu)勢。在“植物分子育種”課程案例教學實踐中，通過建立QQ或微信群，提前發(fā)布課程相關教學大綱、課程案例、相關教學補充資料和思考題，讓研究生熟悉課程內(nèi)容和課程要求，提前進行案例預習，增強研究生對該課程學習的主動性和求知欲。在課堂教學中，通過理論知識講授、案例展示、分組討論案例內(nèi)容，將研究生快速引入到案例場景，增強案例感性認知。同時，通過模塊案例教學設計，要求研究生查閱資料，分組討論，師生交流，制定個性化案例實踐方案。在實驗和實訓環(huán)節(jié)，鼓勵研究生獨立思考，積極嘗試用所學知識來解決實踐中存在的問題，最終形成統(tǒng)一解決方案并實施，使研究生對案例的理解從感性認識上升到理性認識，達到了課程教學的要求。

通過案例教學在“植物分子育種”課程教學改革中的實踐探索，徹底改變了以講授為主、“填鴨式”教學的傳統(tǒng)模式，建立了“以研究生為中心，注重理論與實踐創(chuàng)新并舉培養(yǎng)”的教學理念。在案例教學過程中，以案例呈現(xiàn)和情景模擬與實操為紐帶，通過師生互動、生生合作，使研究生在理論學習與實踐創(chuàng)新之間架起溝通的橋梁，縮短從理論到實踐的距離，幫助研究生更加容易地理解從基因到種質(zhì)創(chuàng)新及品種選育的轉(zhuǎn)化過程。同時，通過研究生分組討論、合作交互學習、實驗報告和課程論文撰寫等方式的課程學習效果考察，發(fā)現(xiàn)案例教學有利于研究生理解和應用抽象的理論知識來解決實際問題，激發(fā)了研究生學習興趣和主動性，系統(tǒng)鍛煉了研究生對植物分子育種等相關知識文獻資料查閱、實驗方案設計、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、實驗報告和課程論文撰寫、語言表達和團隊協(xié)作等方面的綜合能力。通過案例教學的實施，不僅增強了研究生對理論知識和學科前沿發(fā)展的掌握程度，同時提升了他們發(fā)現(xiàn)問題、分析分體、解決問題的能力以及實踐創(chuàng)新意識。

通過對“植物分子育種”課程核心內(nèi)容案例設計和案例庫建設，以研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，實施師生互動案例教學法，充分調(diào)動了研究生學習“植物分子育種”課程的興趣和求知的欲望，顯著提升了研究生從主動學習到自主鉆研分析和解決植物分子育種問題的能力。案例教學在“植物分子育種”課程教學中的實踐應用有效地彌補傳統(tǒng)教學方法的缺陷，增強了研究生的創(chuàng)新意識與能力，有助于進一步深化高層次人才培養(yǎng)教育教學改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。