碩士研究生作物分子生物學課程創新與實踐

康國章 李鴿子 王鵬飛 鄭旭 庫麗霞

摘要：隨著生命科學的飛速發展，分子生物學已滲透到作物學所有領域，“作物分子生物學”已成為高等農業院校作物學學科碩士研究生的專業基礎課程，在提升研究生的科研水平和創新能力等方面發揮了重要作用。本課程教學團隊緊緊圍繞我國開展研究生教育的目標，針對目前碩士作物分子生物學教學中存在的主要問題，開展了精選基礎知識、激發學習興趣、更新教學內容、加強實踐教學和改革考核方法等課程創新與實踐方式，取得了良好的教學效果，對當前新形勢下作物學高層次人才培養具有重要意義。

關鍵詞：碩士生;作物分子生物學;教學改革;創新與實踐

Abstract：With quick development of life science，molecular biology has gradually entered all areas of crop science，and “Crop Molecular Biology Course” has become the technological core course of crop subject in agricultural universities. It has played important roles in improving the research levels and innovation capacity for postgraduates. Based on the aim of the post graduate education for our country，our teaching team have analyzed main problems in postgraduate crop molecular biology course，and taken effective steps including carefully choosing basal elementary knowledge，promoting learning interest，innovating teaching contents，strengthening the practical teaching method，and reforming examination method. These steps have obtained the good teaching effects，effectively promoting the development of high-level talents for crop science under the present new situation.

Keywords：Postgraduate;Crop molecular biology;Teaching reform;Innovation and practice

碩士研究生教育擔負著為國家和社會培養高層次人才的重任，是國家創新體系的重要組成部分。近年來我國碩士研究生招生報名人數和錄取人數呈現快速增長狀態，2017年我國碩士研究生報名人數為201萬，錄取人數為72萬;2021 年我國碩士研究生報名人數達377 萬人，錄取人數130萬左右;隨著高校畢業生規模的不斷增長，加上新冠肺炎對就業與出國

產生的影響，預計2022年考研人數將超過300萬，錄取人數將進一步攀升，我國已成為世界碩士研究生教育大國。隨著科學技術的飛速發展和國際競爭的日趨激烈，國家和社會對碩士研究生科研能力的要求越來越高。

教學質量來源于課程建設，提高研究生課程建設質量可為提高研究生培養質量、培養創新型人才提供強有力的支撐，2014年教育部專門出臺了《教育部關于改進和加強研究生課程建設的意見》（教研〔2014〕5號），以加強高校研究生課程建設。與我國教育發達省份相比，河南省在校研究生數量偏少，但河南省高度重視研究生培養質量，在教育部出臺上述文件后，河南省迅速出臺了《關于深化河南省研究生教育改革的實施意見》（豫教研〔2014〕81號），以強化河南研究生教育課程體系建設，促進河南研究生教育質量提升和內涵發展。

二十一世紀是生命科學迅猛發展的世紀，分子生物學以核酸和蛋白質等生物大分子的結構及其在遺傳信息傳遞中的作用和功能為主要研究內容，是當前生命科學中發展最快并成為與其它學科廣泛交叉與滲透的重要前沿領域，是現代生命科學中最具活力的帶頭學科之一。目前，分子生物學的理論與技術已滲透到作物學所有領域，它極大帶動了作物學一級學科下面的作物遺傳育種、作物栽培學與耕作學、作物生理學等二級學科的全面進步。在分子生物應用日益普遍的當今，掌握與應用分子生物學理論及技術，已成為當代農業科研工作者特別是作物學學科研究生的緊迫任務，也是評價該學科研究生科研創新能力的重要指標。河南農業大學研究生院和農學院非常重視作物分子生物學教學，自2009年以來一直將作物分子生物學設置為作物學學科碩士研究生專業基礎課程，該課程于2018年入選了第四批河南省研究生教育優質課程。本課程團隊自2012年以來一直承擔碩士研究生作物分子生物學課程的教學任務，本文對該課程教學存在的問題進行了分析，對構建課程教學體系進行了探索，達到了提高教學效果和研究生科研創新能力的目標。

1 存在的主要問題

河南農業大學作物學學科碩士研究生專業背景來源較廣，雖然以農學專業最多，但還涉及了植保、園林、園藝、植物學等相關專業，加上本科院校間授課的差異，一些研究生缺乏本科作物分子生物學的學習背景，研究生之間作物分子生物學基礎水平相差較大，課堂內容講授難度很大。如何讓作物分子生物學背景不同的一年級研究生通過這門課程的學習，不僅掌握作物分子生物學基礎理論，同時又避免和本科教學重復，拓寬研究生視野，提高創新能力，是本課程面臨的一大難題;目前缺乏適合農業高等院校研究生使用的作物分子生物學教材，綜合院校的研究生分子生物學教材涉及動物與醫學方面的研究內容較多，而涉及作物學領域的最新研究進展涵蓋不全面，如何精選教學內容，在有限時間內讓作物學領域研究生迅速掌握分子生物學領域基礎知識，也是本課程的一大難題;自20世紀80年代分子生物學創建以來，特別是近些年作物分子生物學研究領域的新理論與新技術蓬勃發展，學科分支越來越廣，知識浩如煙海，且更新非常快，在目前教學改革要求壓縮課時大背景下，河南農業大學研究生作物分子生物學課程設置為32學時，這要求授課團隊優化出適合作物學研究生的教學內容，在較短時間內，讓研究生掌握作物分子生物學領域基礎知識與前沿研究進展。

結合河南農業大學作物學學科碩士研究生的實際特點，本課程授課團隊從教學內容、教學方法、教學方式和考核方法等方面對“作物分子生物學”課程進行了創新與實踐，加強了課程建設，充分發揮了課程教學改革在研究生創新人才培養模式中的作用。

2 課程教學的主要改革內容

2.1 精選基礎知識

授課團隊從分子生物學教材中選取核心內容，達到奠定基礎知識的目的。從朱玉賢教授等編著的《現代分子生物學》（第五版）和吳乃虎教授編著的《基因工程原理》中，選取分子生物學的三大原則、核酸的生物合成與調控、蛋白質的生物合成與調控、基因克隆的主要技術、載體的選擇及準備、目的DNA與載體的連接、基因表達調控等內容，講授分子生物學核心基礎知識。從張樺教授等編著的《分子生物學原理與應用》中選取作物表達載體的構建、作物轉基因的過程、轉基因植株的鑒定、作物轉基因安全性評價等作物分子生物學應用最廣泛知識與方法，講授作物分子生物學的主要技術。這些對分子生物學基礎知識和主要技術的有側重選擇，有利于作物學研究生在有限的授課時間內，迅速掌握作物分子生物學領域的核心知識，并應用到他們即將開展的科學研究中。

2.2 激發學習興趣

分子生物學每一步前進歷程的重大突破與前進歷程，都有一塊諾貝爾生理學/醫學獎和化學獎的豐碑。在傳統教學基礎上，本課程引入案例教學法，利用研究生對“諾貝爾獎”的高度興趣，將諾貝爾生理學/醫學獎與化學獎的分子生物學重大成果引入到本課程中，通過回顧和總結分子生物學每一次輝煌而又好艱辛的科學歷程，從而激發研究生堅忍不拔攀登科學高峰的毅力。講授了1933年的“基因存在于染色體上”、1946年的“酶和病毒蛋白質純結晶”、1958年的“胰島素的化學結構和細菌的基因組和遺傳物質結構”、1959年的“人工合成核酸并發現其生理作用”、1962年的“脫氧核糖核酸DNA的雙螺旋結構”、1965年的“遺傳信息的逆轉錄”、1969年的“DNA是遺傳物質”、1978年的“限制性內切酶的發現及其在分子遺傳學中的應用”、1993年的“PCR技術”、2002年的“利用質譜測定生物大分子的三維結構”、2017年的“生物鐘”等諾貝爾生理學/醫學獎與化學獎的重大發現。突出講授了我國科學家首次獲得諾貝爾科學獎的屠呦呦研究員，詳細敘述了她在發現青蒿素治療瘧疾病的艱苦歷程，總結了她的三方面科學精神：腳踏實地，經受失敗;嚴謹專注，精益求精;團結協作，攻堅克難。這些案例式教學，深化了研究生對分子生物學主要內容的記憶，極大程度激發了研究生對科學研究的興趣和共鳴，效果非常明顯。

2.3 更新授課內容

自20世紀80年代分子生物學創建以來，特別是近些年，分子生物學研究領域的新理論與新技術蓬勃發展，知識更新非?？?，這要求授課教師必須緊跟技術前沿，從浩如煙海的新知識、新方法、新成果中優化出適合研究生的教學內容。授課團隊每年精練出作物分子生物學領域的最新發展動態，同時邀請有關專家，講述了小麥、玉米、水稻等河南省主要農作物的CRISPR/Cas9基因編輯技術、單細胞測序技術、多基因表達、高效基因瞬時表達技術、分子設計育種等研究進展，極大程度上開闊了作物學學科研究生的學術視野，激發了他們的學習興趣。另外，河南農業大學網絡資源豐富，購買了SCI-科學引文索引、Elsevier、Wiley、Proquest、Springer、Nature電子期刊、Science電子期刊、CNKI全文、萬方期刊、維普中文期刊、超星電子書等作物生物學相關的中外文數據庫，本課程要求研究生積極參加圖書館定期舉辦文獻檢索方法講座，并作為課程考核的部分內容，以幫助研究生盡快了解和掌握作物分子生物學領域最新研究進展。

2.4 加強實踐教學

作物分子生物學教學內容多且抽象，因此，研究生很難熟練掌握與理解。河南農業大學農學院的專家和教授在小麥、玉米、花生和水稻是河南主要農作物方面的分子方面研究成果在全國有較大影響力。因此，本學科絕大多數研究生將圍繞這些作物從事作物分子生物學研究。本課程團隊邀請本學科專家教授圍繞這幾個作物的轉錄組學與蛋白質組學、關聯分析、群體構建、基因圖位克隆、基因組測序、分子設計育種等研究進展，講授自身從事作物分子生物學研究的經驗和體會，將他們最新的科研成果融入到教學中，把教學內容和實際研究緊密相結合，對科研思路、試驗設計、研究方法等方面進行重點介紹，以盡可能貼近研究生即將從事的研究內容，解決基礎理論和實踐教學的融合問題，幫助研究生掌握分子生物學試驗策略與設計，培養其運用所學知識解決作物生產中重大科學問題的實踐能力。將教學內容和生產生活實際及教師自己的科研工作相結合，加深研究生對所學知識的認識，培養其運用所學知識解決實際問題的能力。

2.5 改革考核方法

考試是高校課程教學的基本環節，它是體現教學質量和效果、檢查學生掌握知識程度的一種必要手段。但若考試形式單一，會對研究生掌握知識程度的考察具有一定主觀隨意性、片面性和不規范性，因此，本授課團隊改革了作物分子生物學課程考核方法，依據多項指標評價研究生進行成績考核，以達到強化作物分子生物基本知識和提高創新能力的目標。課程成績=平時成績（出勤率+答疑提問）15%+基礎知識成績40%+分子生物學試驗設計45%三部分組成，增加了每位研究生圍繞自己研究的作物物種設計一個作物分子生物學試驗設計，這是基礎知識的拓展、深入與應用，且占據最大的分數比例，從而較全面地評價了每位研究生對作物分子生物基礎理論知識和創新能力的掌握程度，同時也調動了研究生學習本課程的積極性和主動性。

3 課程改革的實施效果

授課團隊自2012年開始對《作物分子生物學》課程進行改革已完成9屆，當年86名研究生，到去年的136名研究生，總計已超過1000余人完成該課程的學習。本課程團隊改革的課程體系、教學內容、教學方法和教學模式的實施，顯著增強了研究生對分子生物學理論和研究技術的運用能力，激發了研究生的創新思維。2012年河南農業大學作物學學科碩士研究生學位論文中有61.2%的研究課題利用了作物分子生物學理論與研究技術，10年后（2021年）該學科碩士學位論文中涉及到作物分子生物學方面的研究課題增加到82.6%%，其中有13篇論文入選了河南省優秀碩士學位論文，10人次在國家級學術會議獲得研究生學術報告獎，一定程度表明了該課程不僅提高了作物學研究生科研選題的起點，而且還提升了該學科研究生的科技創新能力和培養質量。

盡管本課程取得了較好的教學效果，但分子生物學在飛速發展，研究生在不斷變化，時代要求不斷在提高，課程建設是一項系統與長期的工作，因此，本課程的質量提升將持續在路上。研究生是未來的科研工作者，我國開展研究生教育的目標是把研究生培養成具有較強的科研和創新精神的專業人才。圍繞這一目標，授課團隊下一步將加強與重點院校之間研討交流，進一步將持續更新授課內容，增加多媒體動畫課件，授課方式更加多樣化，讓研究生在掌握分子生物學核心理論的基礎上，提升其科研水平和創新能力，使本課程在作物學學科高素質人才培養上發揮更大作用。

參考文獻

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基金項目 ?河南省研究生教育優質課程項目（2019-22）和河南農業大學研究生課程建設項目（209101901）

作者簡介：

康國章（1971.01—），男，漢，河南伊川人，博士，研究員，研究方向為作物分子生物學的教學和科研工作。

李鴿子（1987.06—），女，漢，河南郟縣人，博士，副研究員，研究方向為作物分子生物學的教學和科研工作。

王鵬飛（1987.07—），男，漢，河南登封人，博士，助研，研究方向為作物分子生物學的教學和科研工作。

鄭旭（1982.08—），男，漢，四川自貢人，博士，特聘教授，研究方向為作物分子生物學的教學和科研工作。

庫麗霞（1975.01—），女，漢，河南濮陽人，博士，教授，研究方向為作物分子生物學的教學和科研工作。