韓 梅，蘇 濤

（南京林業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037）

引言

課程學(xué)習(xí)是我國(guó)學(xué)位和研究生教育制度的重要特征，也是保障研究生培養(yǎng)質(zhì)量的必備環(huán)節(jié)，在研究生成長(zhǎng)成才中具有全面、綜合和基礎(chǔ)性作用［1］。然而，隨著我國(guó)研究生培養(yǎng)人數(shù)的增加，研究生人才培養(yǎng)出現(xiàn)了“寬進(jìn)寬出”的現(xiàn)象。加之當(dāng)前研究生教育偏重科研學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng)，造成在讀研究生的課程學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，課程教育的質(zhì)量有所下滑。因此，進(jìn)一步改革研究生課程教學(xué)方法，重視研究生課程學(xué)習(xí)，加強(qiáng)課程建設(shè)，提高課程質(zhì)量，是當(dāng)前深化研究生教育改革的重要和緊迫任務(wù)。

細(xì)胞工程是一門現(xiàn)代生物科學(xué)理論與工程技術(shù)相結(jié)合的綜合性學(xué)科，是生物技術(shù)和生物工程等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一［2］。植物細(xì)胞工程是細(xì)胞工程的一個(gè)研究分支，主要研究植物的離體生活細(xì)胞怎樣在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為地使植物細(xì)胞的某些生物學(xué)特性按照人們的意愿發(fā)生改變，從而改良植物品種或創(chuàng)造新品種，加速繁育植物個(gè)體或獲得某種有用物質(zhì)的過程。在綜合知識(shí)體系建立的大背景下，“植物細(xì)胞工程”課程在植物領(lǐng)域的重要性越來越多地凸顯出來，尤其是在農(nóng)林類高等院校生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置中具有不可替代的地位。植物學(xué)、植物分子生物學(xué)、林木遺傳育種、植物生理學(xué)等專業(yè)的研究生，都有必要掌握一定的植物細(xì)胞工程知識(shí)。

植物細(xì)胞工程具有知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容龐雜、知識(shí)更新周期短、技術(shù)創(chuàng)新速度快、實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。單一的理論教學(xué)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)效果有限，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，課后不會(huì)運(yùn)用。針對(duì)上述問題，筆者結(jié)合多年的研究生教學(xué)和科研工作經(jīng)驗(yàn)以及南京林業(yè)大學(xué)研究生“植物細(xì)胞工程”課程的開設(shè)情況，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核機(jī)制上進(jìn)行改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，從而提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以滿足雙一流大學(xué)建設(shè)對(duì)研究生多元化發(fā)展、探索精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

一、教材的選用和教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

研究生課程是否需要固定教材是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的問題。通常來說研究生課程教學(xué)最好同時(shí)選用多本教材或參考書，這樣比固定一本教材的效果要好，畢竟不同的編者由于專業(yè)背景不同，對(duì)學(xué)科的不同領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)的理解程度也不同。國(guó)內(nèi)外有不少版本的細(xì)胞工程教材，但這些教材普遍偏重動(dòng)物細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，專門針對(duì)植物細(xì)胞工程的教材很少。胡尚連主編的《植物細(xì)胞工程》（2019）和白江平主編的《植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》（2019）都系統(tǒng)地介紹了消毒滅菌技術(shù)、細(xì)胞分化與器官培養(yǎng)、植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生與調(diào)控、人工種子、植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)與次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、植物原生質(zhì)體培養(yǎng)與體細(xì)胞雜交、植物離體快速繁殖和脫毒技術(shù)、植物病毒檢測(cè)技術(shù)、植物種質(zhì)離體保存等理論和實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，可以作為本課程的教學(xué)參考書。但是，植物細(xì)胞工程發(fā)展速度快，研究成果日新月異，一些新的研究進(jìn)展在教材中并沒有體現(xiàn)出來。針對(duì)上述情況，要求教師緊跟國(guó)內(nèi)外一些最新的研究進(jìn)展，在掌握教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，把前沿成果應(yīng)用到教學(xué)中去，更新授課內(nèi)容。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，線上豐富的教學(xué)資源也是“植物細(xì)胞工程”課程補(bǔ)充知識(shí)、拓展交叉學(xué)科內(nèi)容的好渠道。

隨著生物技術(shù)和基因工程的發(fā)展，植物細(xì)胞工程涉及的領(lǐng)域越來越廣，包含的理論知識(shí)和技術(shù)方法也越來越豐富。但是由于課時(shí)的限制，教學(xué)過程中不可能做到面面俱到，只能有選擇性地講解重點(diǎn)內(nèi)容。筆者在教學(xué)過程中，對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一定的篩選，淘汰了一些比較陳舊的知識(shí)，刪減了部分與其他學(xué)科（如植物細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)等）重疊的知識(shí)點(diǎn)。另外，要兼顧課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性和前沿性。在理順教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，大量查閱各類中外文期刊，根據(jù)近年來植物細(xì)胞工程領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，把最新科研成果和亟待解決的關(guān)鍵問題滲透到教學(xué)內(nèi)容中。在授課過程中增加了植物細(xì)胞工程研究的一些新知識(shí)和新熱點(diǎn)，例如，針對(duì)COVID-19病毒的防御問題，講解利用植物細(xì)胞工程將被修飾的COVID-19全長(zhǎng)刺突蛋白在植物細(xì)胞中表達(dá)，讓其自發(fā)組裝為病毒樣顆粒（VLP），生產(chǎn)新型COVID-19冠狀病毒疫苗的相關(guān)理論和技術(shù)：Medicago植物疫苗CoVLP的技術(shù)方法和應(yīng)用前景［3］；針對(duì)CRISPR/Cas基因編輯技術(shù)應(yīng)用在植物基因功能研究和育種改良領(lǐng)域這一熱點(diǎn)技術(shù)，講解CRISPR作為精確育種的“分子剪刀”用于切割DNA，去除、替換或編輯某種農(nóng)藝性狀的原理和應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來發(fā)展方向［4］。像這樣及時(shí)調(diào)整和更新課程內(nèi)容，能夠幫助學(xué)生加深對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解，掌握植物細(xì)胞工程前沿的科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)模式的改革

（一）啟發(fā)式教學(xué)

由于有跨專業(yè)和考研調(diào)劑等情況，本校選修“植物細(xì)胞工程”的研究生的專業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)意愿差異較大，若開門見山地講授植物細(xì)胞工程的相關(guān)理論和技術(shù)，對(duì)于一些非植物學(xué)相關(guān)背景的學(xué)生來說，很難理解和體會(huì)本課程的重要性。為此，筆者在講授過程中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，增加課堂討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在緒論部分除了介紹“植物細(xì)胞工程”課程的研究?jī)?nèi)容和重要地位，還增加了“Why Study Plants？”的相關(guān)討論和交流，使學(xué)生充分了解植物尤其是木本植物在實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要地位，提高學(xué)生學(xué)習(xí)植物細(xì)胞工程的積極性。在講解培養(yǎng)基成分和配制時(shí)，指出目前植物培養(yǎng)基使用方面存在的問題：即由于植物組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)于無(wú)菌環(huán)境的要求極為嚴(yán)格，需要無(wú)菌操作臺(tái)、生物安全柜、高壓滅菌鍋等配套設(shè)施來避免微生物污染，這種無(wú)菌環(huán)境的營(yíng)造和維護(hù)的成本巨大；加上植物的種類、取材時(shí)間、處理方法、消毒方式及超凈工作臺(tái)的質(zhì)量等因素導(dǎo)致污染無(wú)法完全避免，這些問題極大地限制了植物組培技術(shù)在農(nóng)林業(yè)常規(guī)生產(chǎn)中的推廣與普及。啟發(fā)學(xué)生思考：能否開發(fā)一種對(duì)無(wú)菌環(huán)境要求不那么苛刻、操作程序簡(jiǎn)化、成本低廉的植物組織培養(yǎng)技術(shù)？實(shí)現(xiàn)植物在自然、開放的有菌環(huán)境中的組織培養(yǎng)操作。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生探索和思考相應(yīng)的改進(jìn)方式，借此向?qū)W生介紹最新的植物開放式組培技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)抑菌劑、組培器皿、自然生長(zhǎng)條件等方面提出改進(jìn)的建議和自己的想法，討論植物開放式組培技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。這種方式既激勵(lì)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，又鍛煉了學(xué)生的邏輯思維和信息捕獲等多種能力。學(xué)生反映，他們自己的科研實(shí)驗(yàn)都或多或少地涉及植物組織培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常會(huì)遇到染菌的問題，開放式植物組培養(yǎng)為今后的課題實(shí)施提供了新的應(yīng)對(duì)策略。

（二）案例式教學(xué)

植物細(xì)胞工程是以植物組織和細(xì)胞的離體操作為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，其實(shí)踐性、操作性和技術(shù)性很強(qiáng)，要求學(xué)生能運(yùn)用已掌握的基本理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，完成較為復(fù)雜的專業(yè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。然而由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地和課時(shí)限制，本課程實(shí)踐條件薄弱，實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以開展。學(xué)生缺乏實(shí)踐體驗(yàn)，無(wú)法對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。為解決這一問題，筆者采用靈活多樣的教學(xué)手段，通過引入具體案例，最大限度地幫助學(xué)生增加實(shí)踐體驗(yàn)。并且，教學(xué)中將相關(guān)內(nèi)容制成圖片和視頻進(jìn)行展示，簡(jiǎn)單明了、形象直觀，學(xué)生較容易掌握。具體來說，筆者為南京林業(yè)大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)方向的研究生導(dǎo)師，研究課題涉及基因的克隆表達(dá)、遺傳轉(zhuǎn)化、基因編輯和組織培養(yǎng)等方面。為了幫助學(xué)生獲得更親近的實(shí)踐體驗(yàn)，筆者把自己多年來的研究?jī)?nèi)容、研究成果、研究方法穿插進(jìn)教學(xué)內(nèi)容中，通過圖片和視頻，讓學(xué)生有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。例如，在講解原生質(zhì)體章節(jié)時(shí)，把前期進(jìn)行的長(zhǎng)春花DXS基因啟動(dòng)子活性檢測(cè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法詳細(xì)介紹給學(xué)生，包括原生質(zhì)體提取分離、PEG介導(dǎo)外源基因轉(zhuǎn)化、用雙熒光素酶檢測(cè)法測(cè)定轉(zhuǎn)錄因子ORCA3調(diào)控DXS啟動(dòng)子活性的實(shí)驗(yàn)原理、方法、操作過程及注意事項(xiàng)等［5］。另外，考慮到我校選修本課程的研究生大都從事林木相關(guān)研究，筆者還特地增加了木本植物原生質(zhì)體的提取分離和轉(zhuǎn)化方法的相關(guān)內(nèi)容，把權(quán)威雜志Nature Protocol上的經(jīng)典方法介紹給學(xué)生［6］。為保證教學(xué)效果，這部分實(shí)驗(yàn)筆者在課前一步步親自或指導(dǎo)自己的研究生進(jìn)行實(shí)踐操作，確保實(shí)驗(yàn)的可操作性和可重復(fù)性，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，課堂上以演示的方法教授給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)項(xiàng)目開展過程中可能遇到的實(shí)際困難進(jìn)行積極思考并開展討論。

隨著科研工作的不斷推進(jìn)，筆者還將課題組新的研究成果引入課程教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。楊樹作為木本植物模式樹種，其轉(zhuǎn)基因技術(shù)已開發(fā)多年，目前根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因方法在楊樹中被普遍使用，但實(shí)際應(yīng)用中由于不同實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件、植物材料、操作人員的技術(shù)水平等方面的差異，其轉(zhuǎn)化效率往往達(dá)不到期望水平。筆者在楊樹遺傳轉(zhuǎn)化研究中不斷進(jìn)行改革和創(chuàng)新，收到了很好的效果。具體來說，我校建立了一種簡(jiǎn)單快速高效的發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的楊樹轉(zhuǎn)基因體系，并獲得了國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。講課過程中，筆者把這一研究成果引入課堂。在教學(xué)過程中增加了這些與學(xué)生相關(guān)的實(shí)例，幫助學(xué)生打開思路，鼓勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新，科研中不斷摸索和建立適合自身的方法。這些內(nèi)容與學(xué)生的科研緊密相關(guān)，然而在課本上沒有解釋更沒有答案。通過以上引入具體案例的方式，能夠真正幫助學(xué)生解決實(shí)際問題，將理論與實(shí)踐結(jié)合到一起。

（三）雙語(yǔ)教學(xué)

植物細(xì)胞工程是當(dāng)前植物學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快并正在與其他學(xué)科廣泛交叉與滲透的重要前沿學(xué)科，采用英漢雙語(yǔ)進(jìn)行教學(xué)，對(duì)跟蹤植物細(xì)胞工程發(fā)展前沿、教學(xué)內(nèi)容與水平同國(guó)際接軌等方面具有重要意義。教學(xué)過程中PPT課件主要內(nèi)容幾乎全部采用英文展示，以幫助學(xué)生熟悉和了解植物細(xì)胞工程的專業(yè)術(shù)語(yǔ)及相關(guān)內(nèi)容的規(guī)范表述。同時(shí)，還有針對(duì)性地節(jié)選web of science、Science Direct和Springer Link等數(shù)據(jù)庫(kù)中英文原版論文用于教學(xué)。將這些文獻(xiàn)推送給學(xué)生，要求學(xué)生認(rèn)真閱讀并思考和理解作者為什么要研究、如何研究和研究出了哪些成果。教會(huì)學(xué)生閱讀技巧，提高學(xué)生研讀文獻(xiàn)的能力。

三、課程考核方式改革

課程考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果的有效手段和保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。課程考核方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有導(dǎo)向性。研究生教育重點(diǎn)培養(yǎng)的是研究生的科研創(chuàng)新能力，僅參考筆試成績(jī)難以對(duì)學(xué)生的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，需根據(jù)平時(shí)和期末的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，考查學(xué)生對(duì)基本理論的掌握和理解應(yīng)用能力。為了更好地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)植物細(xì)胞工程的理解和綜合運(yùn)用能力，我校從三個(gè)方面開展綜合評(píng)價(jià)，分別是課堂表現(xiàn)、專題報(bào)告的表現(xiàn)和研討報(bào)告。其中課堂表現(xiàn)占總成績(jī)的10%，考查學(xué)生的出勤率和課堂討論；專題報(bào)告的表現(xiàn)占總成績(jī)的30%，考查學(xué)生的報(bào)告內(nèi)容、語(yǔ)言表達(dá)、問題解答；研討報(bào)告占總成績(jī)的60%，考查學(xué)生的文獻(xiàn)查閱、歸納總結(jié)、科技寫作。

結(jié)語(yǔ)

筆者近年來在“植物細(xì)胞工程”教學(xué)中不斷探索和實(shí)踐，及時(shí)更新理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容，學(xué)生反映在課堂上所學(xué)理論和技能在科研實(shí)踐中能得到很好的應(yīng)用，教學(xué)效果很好。但植物細(xì)胞工程是一門快速發(fā)展的技術(shù)，因此對(duì)教學(xué)工作提出了更高的要求，要緊隨科技發(fā)展的步伐，不斷更新和優(yōu)化現(xiàn)有課程體系和內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)方法上的研究和完善，在提高教學(xué)質(zhì)量上下功夫，努力使“植物細(xì)胞工程”課程的教學(xué)在我校研究生專業(yè)能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)中發(fā)揮更大的作用。