研究性教學在植物細胞工程課程中的應用

蔣金金++方玉潔++王幼平

摘要 植物細胞工程作為現代生物技術的重要組成部分，是一門實踐性很強的實驗性教學課程，對生命科學研究的發展具有不可忽略的推動作用。本文針對植物細胞工程的教學計劃及培養目標，借鑒研究性教學在其他學科中的應用，從理論教學、實驗教學及科研應用等方面探討了研究性教學方法在該課程教學中的應用以及提高學生實踐應用能力的效果。

關鍵詞 細胞工程；研究性教學；能力培養

中圖分類號 G642 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0327-02

細胞工程是在細胞生物學、遺傳學、生物化學等學科的基礎上發展形成的一門實驗性技術。該技術通過無菌操作，對細胞、組織等研究對象進行細胞和分子水平的遺傳操作，以獲得快速繁殖的生物個體、改良植物品種及重要經濟價值的生物產品和活性物質等[1]。由于該課程內容具備實踐性，以教師講授為主的授課方式很難為學生營造良好的理解氛圍，難以激發學生的學習興趣，且容易抹殺學生動手實踐、自主探索的機會，最終造成教與學的目標難以最大化地實現。因此，如何通過改變教學方法幫助學生突破面對新事物的畏縮心理、激發學生的創新意識、提高其實踐操作能力具有重要的意義。為了便于學生真正理解植物細胞工程這門課的精髓，能熟練將所學知識應用于將來的科研和工作中，嘗試性地將研究性教學模式引入植物細胞工程進行初步的探索。

1 研究性教學的基本特征

研究性教學，即探究性教學，是基于皮亞杰的“認知發展學說”和布魯納的“發現學習模式”而形成的一種教學模式。該教學模式提倡教師在教學過程中指導學生通過“自主、探究、合作”的方式進行自主學習和探討，可以有效地發揮學生學習的主動性，培養學生主動探索、創新的能力，這對于培養創新型人才尤為重要。當然，該教學模式并不能脫離教師的指導作用，要求教師在全面掌握教學內容、了解知識結構及難易點的基礎上，精心組織學生進行相關知識點或問題的研究性學習、探討，真正實現“教與學”“學與研”的結合。研究性學習的內容可根據國內外具體問題的研究進展加以拓展，突破教材的局限性，實現科研思維、方法的共享，真正做到教學相長。鑒于植物細胞工程在現代生命科學研究中的重要作用，通過研究性教學可以便于學生了解該技術當前的應用價值，明確學習目標，激發學習興趣，可以為培養具有創新能力和創新意識的研究性人才奠定基礎[2]。對于大學中研究型的學科而言，教師在教學與科研中投入的精力已近失衡，歐內斯特·博耶所提出的“學術反思”消除了科研與教學的對峙狀態，推動了教學方法的改革[3]；而改變教學方法對教師的壓力更勝于改變教學內容，因而對教師的要求更高[4]。

2 細胞工程研究性教學的基本構思

揚州大學生物科學與技術學院在生物科學、生物技術和生物工程專業設置了16學時的植物細胞工程理論教學和32學時的實驗課程，為開展該課程的研究性教學提供了有利的條件。筆者期望通過研究性教學活動，讓學生充分調用本科學習所獲得的知識及技能，解決學術研究及生物工業生產應用中的實際問題，實現知識點的靈活應用。

2.1 研究性教學主題的選擇

在充分理解教師與學生在研究性教學過程中的地位后，教師首先通過理論教學講授課程的基本內容或某一章節的基本內容。在此基礎上，教師需幫助學生擬定具有一定前沿性和探索性的研究性教學主題，在課堂外組織學生圍繞該主題查閱文獻資料、開展專題討論及設計性實驗等。植物細胞工程的理論教學包括緒論（細胞工程的概念、研究歷史及發展過程）、植物組織和器官培養（組織培養的概念及步驟、脫毒快繁技術、小孢子及花藥培養、植物子房/胚胎/胚珠/胚乳培養）、植物細胞培養（細胞懸浮培養、原生質體融合及應用、次生代謝物質的生產）、種質保存及人工種子等四大部分。在以往的教學過程中，所有的理論教學內容均設置了相應的實驗，但這些實驗均為一些驗證性實驗且缺乏創新[5]。學生在實踐過程中僅能遵循教師的指導進行操作，對培養基本實驗技能是有幫助的，但卻不利于培養學生的研究性思維。因此，選擇合適的教學主題，給學生時間查閱資料，組織學生分組進行實驗設計，擬定方案，最后在教師的協助下進行全班討論。各組學生獨立進行實驗后，分別將實驗記錄、結果及討論情況提交給教師，最后由教師進行集中點評、實驗小組間互評及討論。同樣，就理論教學而言，也可圍繞教學重點和目標擬定專題，如植物愈傷組織的誘導與植株再生等，結合文獻查閱、小組專題討論等進行研究性教學。特別需要強調的是要鼓勵學生運用現有的數據庫查閱相關文獻和教輔資料，突破教材的局限性。

2.2 研究性教學主題的實施與匯報討論

德國教育學家洪堡于19世紀提出了教、學、研相結合的觀點，國外很多高校已經建立較系統的研究性教學模式[6]，我們可以充分借鑒國外高等學校在研究性教學方面的改革。在師生共同討論、擬定相應的研究主題后，給予學生充分的時間進行相關資料的收集、分析。在該過程中，教師要發揮指導作用，必要時幫助學生收集針對性的資料，然后組織學生開展討論，提出學生準備過程中的優缺點，對學生的研究方法和科研設計方案提出指導。在此基礎上，教師組織全部學生分組進行教學主題的探究式學習。研究性教學的形式多種多樣，目前最常見的呈現方式是分組討論的研究性方式，即學生分組選題后，組內備課，定期討論，組員分工，然后在教師組織專題匯報，由各小組推薦人選匯報課程內容或研究進展及成果。最后，教師對研究性教學的主題進行總結和點評，該環節對于維持學生的學習積極性尤為重要。在整個教學過程中，教師要有意識地參與所有討論，進行正確的引導，激發學生的學習興趣。通過這種以學生為主體、師生直接進行知識交流的教學方式，可以使學生更深刻地感受學習和科研的樂趣，為今后的學習和發展創造必要條件[6]。

2.3 研究性教學與科研相結合，培養學生對科研的興趣

采用教師啟發、學生互動式的研究性教學方法，可以充分調動學生的積極性，有助于學生自主學習和發現、探索問題。鑒于植物細胞工程是一門具有較強探索性的課程，且其自身及在生物科學領域的應用處于不斷發展的狀態中。本院從事植物學遺傳育種、植物發育生物學、植物生理生化研究的多個課題組在科研過程中均利用到《植物細胞工程》的基本技術，所涉及的研究對象包括模式植物擬南芥、水稻、小麥、油菜、番茄等。上述研究對象的組織和器官培養、植株再生等技術體系均已成熟，且擬南芥、油菜等的原生質體分離及培養技術體系在科研過程中也得到了廣泛的應用。因此，教師在開設植物細胞工程課程時，可以考慮以上述教研室的研究平臺為基礎，組織學生自主選擇感興趣的研究對象，選擇動手能力、理論知識和邏輯思維較強的研究生指導學生，輔助本科生開展研究性教學和試驗。目前，我院有多個教研室在利用植物組織培養技術實現外源基因的遺傳轉化，因此，可以擬定如“植物遺傳轉化與轉基因植株再生”等主題。通過將教學與科研相結合，便于學生了解學院各教研室所從事的研究，便于學生了解和參加老師的科研工作，培養學生的團隊協作精神和創新能力，為將來從事科研工作奠定基礎。本院為了更好地搭建本科生與科學研究進展間的橋梁，每周均開設了對所有學生開放的百奧周末論壇、博雅大講堂，為每屆大一新生舉行與導師和研究生的結對儀式，鼓勵本科生積極參與申報大學生創新基金項目。這一系列的舉措也便于各個教研室吸納優秀的本科生參與科學研究，達到了雙贏，且學生在此過程中，除了可以學以致用外，還可以更加堅定自己對本專業的熱情，樹立將來努力的方向[7]。endprint

按照教材中的經典實驗，胡蘿卜是植物離體培養實驗中所常用的外植體來源，但新鮮的胡蘿卜具有一定的季節周期性，且其愈傷誘導周期較長（2～3個月），在課程安排上具有一定的難度。在植物細胞工程的授課過程中，選用科研材料油菜替代胡蘿卜，油菜種子接種后僅需4～7 d，便可用于制備新鮮的外植體，且由下胚軸誘導愈傷組織的過程僅需4～8周，從根本上解決了胡蘿卜組織培養實驗周期過長的問題。以科研材料為實驗材料，利用相關教研室的研究經驗，能夠更好的體現我院重視本科生科研能力培養的宗旨，提高學生的學習興趣和科研能力。除了對經典實驗進行驗證外，我們注重鼓勵學生對實驗進行自主設計。例如外植體誘導愈傷組織的過程中，一方面可以選用不同的實驗材料、不同實驗材料的不同組織或器官，以便比較不同實驗材料、不同器官再生能力的區別；另一方面可以在基本培養基中添加不同營養組分、不同濃度梯度的植物生長激素，從而了解不同實驗條件下愈傷誘導的效率，探討不同植物激素的功能和愈傷誘導過程中的最適植物激素條件。通過上述設計性的實驗，可以有效培養學生的科研思維能力和創新意識。需要特別強調的是，學生往往習慣于被動的接受知識，而在研究性教學中，需要鼓勵學生自主的查閱相關研究報道，了解該方面的學術前沿，便于學生能夠更好地理解和總結實驗結果，而學生在實驗結果分析的深度和他們的知識面是息息相關的[1]。此外，教師可以對學生提出提交實驗論文的要求，而非局限于固有的實驗報告模式。通過撰寫實驗論文，一方面有利于教師了解和評價學生研究性學習的收獲，另一方面可以有效地鍛煉學生的論文寫作能力，這對于今后從事生物科學領域工作的學生尤為重要[8]。

3 結語

我們對植物細胞工程教學方法的改革進行了初步的探索，期望通過發揮學生在學習過程中的主觀能動性，鍛煉學生應用科學知識和方法解決科學問題的能力，提高學生對生命科學的學習興趣、拓寬學生的知識面、提高學生的綜合素質和科研能力，從而培養創新型人才，提高我院的人才培養質量。

4 參考文獻

[1] 胡尚連，孫霞，曹穎.植物細胞工程理論與實踐教學體系探索與實踐[J].中國校外教育，2008（2）：136-137.

[2] 潘金林，龔放.美國研究型大學本科教育改革新動向[J].高等教育研究，2008（10）：87-91.

[3] 歐內斯特·博耶.關于美國教育改革的研究[M].北京：教育科學出版社，2002.

[4] 德里克·博克.回歸大學之道：對美國大學本科教育的反思與展望[M].上海：華東師范大學出版社，2008.

[5] 彭菲，魯耀邦，雷思琦.植物細胞工程實驗教學與科研的有機結合[J].實驗室研究與探索，2009（28）：117-119.

[6] 黃云志.美國華盛頓大學研究性教學對創新人才培養的啟示[J].電氣電子教學學報，2009（31）：83-86.

[7] 陳金慧，施秀森.新教師上好植物細胞工程課程的幾點思考[J].生物學雜志，2007（2）：68-69.

[8] 劉進平，莫饒，李彥軍，等.“植物細胞工程”課程教材建設與教改實踐[J].農業與技術，2005（4）：194-195.endprint