研究生植物病毒學(xué)課程教學(xué)探索與應(yīng)用

曹欣然，張劍峰，遲勝起

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物醫(yī)學(xué)學(xué)院，山東 青島 266109）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》中指出，需要全面提高高等教育質(zhì)量，提高研究生人才培養(yǎng)質(zhì)量是高等教育教學(xué)研究的重要課題[1]。作者擔(dān)任研究生植物病毒學(xué)課程教學(xué)工作，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗提出以下心得與體會。

1 明確研究生教學(xué)的目標(biāo)及要求

研究生教育是我國實施科教興國戰(zhàn)略的重要基石。教育部等部門先后印發(fā)了《關(guān)于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》[2]《關(guān)于加強(qiáng)學(xué)位與研究生教育質(zhì)量保證和監(jiān)督體系建設(shè)的意見》等一系列文件（教育部文件），文件中明確指出研究生教育是以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹落實全國教育大會和全國研究生教育會議精神，始終堅持把思想政治工作貫穿研究生教學(xué)全過程?？傮w目標(biāo)是到2025 年基本建成規(guī)模結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化的高水平研究生教育體系，到2035 年，初步建成具有中國特色的研究生教育強(qiáng)國。研究生教育肩負(fù)高層次人才培養(yǎng)的重要使命[3]，是各行業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)造人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，需要響應(yīng)全球人才競爭的布局[4]。中國特色社會主義已經(jīng)步入新時代，各行各業(yè)對高層次人才的需要更加緊迫，更凸顯了研究生教育教學(xué)作用的重要性。

2 植物病毒學(xué)的課程定位

病毒是重要的植物病原物，植物病毒學(xué)的知識積累與更新量大，是植物病理學(xué)及分子生物學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快的學(xué)科。植物病毒學(xué)是運用物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)和生物方法等研究植物病毒生命活動規(guī)律和揭示植物與病毒互作機(jī)理的科學(xué)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要理論基礎(chǔ)[5]。因而，植物病毒學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)之一，也是各高等院校植保、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、園藝、煙草、草業(yè)及花卉等植物生產(chǎn)類專業(yè)和生物技術(shù)、生物科學(xué)等生物類專業(yè)的重要專業(yè)課程[6]。本課程的教學(xué)目標(biāo)是通過教學(xué)活動使研究生拓寬知識面，對現(xiàn)代病毒學(xué)的基礎(chǔ)理論有比較深入、全面和系統(tǒng)的了解；提高開展相關(guān)研究工作中所必需的理論知識水平及綜合分析能力。隨著分子生物學(xué)手段與植物病毒學(xué)的結(jié)合，本課程已構(gòu)成現(xiàn)代植物病毒學(xué)；立足生命科學(xué)的前沿，分別向宏觀（生態(tài)學(xué)、流行學(xué)）和微觀（分子病毒學(xué)）拓展[7-8]。

本門課程需要結(jié)合學(xué)生的基礎(chǔ)情況及未來發(fā)展綜合定位。通常學(xué)生在本科階段沒有進(jìn)行過植物病毒學(xué)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，只是在學(xué)習(xí)普通植物病理學(xué)、農(nóng)業(yè)植物病理學(xué)的過程中，學(xué)習(xí)過有關(guān)于植物病毒學(xué)的一個章節(jié)，只是對植物病毒學(xué)有個初步的了解。本課程適用于植物病理學(xué)、資源利用與植物保護(hù)等專業(yè)的碩士研究生，是研究生選修課。學(xué)習(xí)該門課程的學(xué)生通常是研究植物病毒學(xué)方向的研究生，所以更應(yīng)該對植物病毒學(xué)有系統(tǒng)性的認(rèn)知。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生掌握植物病毒學(xué)的基本理論體系，只有有了良好的理論基礎(chǔ)，才能在日后的學(xué)習(xí)過程中有創(chuàng)造性思維的探索，為今后的科研打下良好的基礎(chǔ)。同時可以學(xué)習(xí)相關(guān)病毒學(xué)實驗的最新技術(shù)，為將來創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)和運用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)奠定基礎(chǔ)[9]。對于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力、發(fā)展創(chuàng)造思維和提高綜合素質(zhì)具有重要作用[10]。

3 課程理論價值與實踐意義

通過課堂教學(xué)和相關(guān)實習(xí)等教學(xué)與實踐活動，使學(xué)生熟悉病毒學(xué)研究歷史及發(fā)展現(xiàn)狀、植物病毒的形態(tài)、組成及最新分類進(jìn)展、植物病毒的復(fù)制的分子機(jī)理、植物病毒傳播的分子機(jī)制、亞病毒的種類及分類地位、病毒對植物的致病機(jī)理及植物對病毒的抗性等理論[11]。讓學(xué)生充分掌握和具備診斷鑒定技術(shù)原理及最新的診斷技術(shù)、病毒的分離純化和病毒提純技術(shù)，病毒的生物學(xué)、血清學(xué)和分子生物學(xué)鑒定技術(shù)、病毒基因克隆及原核表達(dá)等。通過對植物病理學(xué)相關(guān)知識、理論與技術(shù)的學(xué)習(xí)，樹立熱愛植保工作與科研的精神、責(zé)任感和使命感；具備團(tuán)隊共生合作能力、溝通能力與適應(yīng)能力；具備良好職業(yè)道德、基礎(chǔ)知識全面系統(tǒng)扎實、基本技能完備的綜合素質(zhì)。同時讓學(xué)生在開放式的學(xué)習(xí)方式中獲取知識，積極主動動腦思考，培養(yǎng)創(chuàng)新能力[12]。

通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解植物病毒學(xué)研究歷史及發(fā)展，掌握以植物病毒為主的病毒學(xué)基本概念，熟悉和掌握植物病毒的形態(tài)特征、組成及分類、植物病毒的繁殖過程、所致病害特點、植物與病原物互作的機(jī)制、植物病毒病害診斷與防治等方面的基本概念、基本理論和基本技能。了解有關(guān)植物病原生物的寄生性與致病性、植物抗病性、植物病毒病害鑒定與診斷的最新技術(shù)和方法。熟悉病毒的分離、病毒的提純、病毒血清制備及相關(guān)技術(shù)。掌握當(dāng)前全球變化下植物病害發(fā)生發(fā)展特點與規(guī)律，樹立大植保與生態(tài)綜合管理的理念，因地制宜制定植物病害與有害生物的防控策略[13]。通過深入淺出的教學(xué)方法和教學(xué)資源，可以讓教師自身充分理解原理概念的基礎(chǔ)上，更注重教學(xué)方法的應(yīng)用。用多種教學(xué)手段，增加學(xué)生的興趣與主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生展現(xiàn)自身特點，提高課堂學(xué)習(xí)效率。通過本門課程的學(xué)習(xí)，可以構(gòu)建與營造積極和諧的師生關(guān)系，增強(qiáng)任課教師與學(xué)生之間的溝通，為今后的科研提供基礎(chǔ)，形成互動教學(xué)模式，老師有傳授，學(xué)生有反饋，教學(xué)相長。

4 課程思政融入教學(xué)過程

教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[14]中明確指出，專業(yè)教育課程中，要結(jié)合專業(yè)特色和優(yōu)勢。深度挖掘?qū)I(yè)知識體系中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵[15]。例如進(jìn)行植物病毒學(xué)概論講述時，介紹植物病毒的發(fā)現(xiàn)歷史。植物病毒最早起源可以追溯15 世紀(jì)末期的郁金香熱“tulipomania”，當(dāng)時1 只花色郁金香（實際上是被病毒侵染所導(dǎo)致）可以交換4 t 小麥，4 只肥牛，8 只肥豬等。通過1 個小案例引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引入物以稀為貴這一概念，同時這些都是建立在對事物價值的判斷之上，在人類發(fā)展的進(jìn)程中，凡是能被利用的事物，都會賦予其價值。而具體到植物病毒的發(fā)現(xiàn)歷史，從開始發(fā)現(xiàn)煙草上的1 種病害，從開始認(rèn)為可能是細(xì)菌病害，到后來認(rèn)為是比細(xì)菌還小的粒子；隨著研究技術(shù)水平的逐漸提升，到1935 年由于蛋白結(jié)晶技術(shù)的發(fā)展，煙草花葉病毒可以結(jié)晶形成顆粒，所以科學(xué)家認(rèn)為該病原物是1種蛋白質(zhì)；直到結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，1951 年詹姆斯·杜威·沃森通過X-ray 射線研究發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的結(jié)構(gòu)，煙草花葉病毒粒子是由1 個核酸和許多相同的蛋白質(zhì)亞基組成；1978 年研究發(fā)現(xiàn)了馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒；由于病毒是專性寄生物，無法進(jìn)行離體培養(yǎng)，直到1984 年保羅·阿爾奎斯特利用反向遺傳學(xué)發(fā)明了侵染性克隆，解決了這一問題，后期的很多科研都是在這一基礎(chǔ)上展開。1986 年，利用病毒介導(dǎo)的植物抗病性番茄植株可以表達(dá)具有煙草花葉病毒外殼蛋白從而具備了抗病毒的能力。引入科學(xué)研究的發(fā)展是曲折的，同時也依賴于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)的發(fā)展，需要有開拓的思維和創(chuàng)新的精神，不斷探索，依據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)才能不斷向成功靠近。

講到植物病毒病害診斷與鑒定時，進(jìn)行田間診斷時，基于病毒侵染植物后的無病征特點，容易與非侵染性病害進(jìn)行混淆，如何進(jìn)行區(qū)分鑒定呢？首先需要有扎實的理論基礎(chǔ)，知道和了解侵染性病害與非侵染性病害的典型特點，基于以上特點，再結(jié)合具體問題以及侵染性病害的傳播特點進(jìn)行區(qū)分。介紹鑒定病毒的基本原理，基于其相對簡單的基因組或者相對保守的外殼蛋白進(jìn)行核酸水平或者蛋白水平的檢測與鑒定。潛移默化地引入科學(xué)研究遇到問題的時候，如何進(jìn)行分析，要基于一定的科學(xué)基礎(chǔ)來解決問題。使同學(xué)們認(rèn)識到作為研究生，需要掌握一定的專業(yè)知識基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和解決，注重自我思考的能力。

講到具體技術(shù)環(huán)節(jié)時，通常所熟知的都是基本的PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）技術(shù)，而技術(shù)需要專業(yè)的設(shè)備（PCR 儀器），同時對操作人員技術(shù)要求比較高，需要具備一定的生物技術(shù)基礎(chǔ)。而現(xiàn)在生產(chǎn)實踐中很多病毒鑒定過程不具備該條件，為此科研人員研發(fā)出一系列升級病毒技術(shù)，例如LAMP 技術(shù)（環(huán)介導(dǎo)等溫擴(kuò)增技術(shù)）[16]、免疫膠體金試紙條技術(shù)[17]等，解決了傳統(tǒng)RT-PCR（反轉(zhuǎn)錄PCR）技術(shù)方法耗費時間長，需要專業(yè)人員操作的缺點?？梢院啽恪⒖焖俨⒏咝У赝瓿刹《捐b定，滿足了生產(chǎn)實踐的要求。引入科學(xué)研究的最終目的還是為了服務(wù)生產(chǎn)，機(jī)理研究是為了推動科學(xué)的進(jìn)步，同時鼓勵同學(xué)們勇于發(fā)現(xiàn)實際問題并積極探索解決方法。

同時涉及實踐類教學(xué)內(nèi)容時，注重培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力[6]。具體教學(xué)過程中增設(shè)了實驗操作環(huán)節(jié)，例如進(jìn)行植物病害RNA提取實驗過程中，引入現(xiàn)在的新冠病毒肺炎就是動物病毒，其提取過程就是如此。激發(fā)同學(xué)們的興趣，在實驗操作過程中，融入技術(shù)原理的講解，加深其對純理論知識的掌握，為之后走上科研之路奠定一定的基礎(chǔ)。

5 采用雙語教學(xué)模式

雙語教學(xué)一是可以培養(yǎng)和提高學(xué)生運用外語的能力，二是可以提高師資水平。雙語教學(xué)中非常重要的一點是具備豐富完善的教學(xué)資源[18]。結(jié)合實際教學(xué)需要和信息化時代學(xué)生學(xué)習(xí)形式多樣化的特點，以服務(wù)課程教與學(xué)為重點，需要具備外文原版主教材、助教課件、助學(xué)課件、電子教案及資源庫等多種教學(xué)資源于一體的共享型立體化教學(xué)資源。

適當(dāng)運用討論式教學(xué)方法，該方法分為課堂討論和網(wǎng)絡(luò)討論2 種。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，教師精選討論議題（如“如何進(jìn)行未知病毒病害的鑒定”“如何確定該種病毒為植物病原菌”等）。教師推薦參考資料，課前積極準(zhǔn)備，課上充分交流與討論，教師評述引導(dǎo)并作出綜合評價。網(wǎng)絡(luò)討論教師推薦議題或?qū)W生發(fā)起議題，大家以論壇形式各抒己見、相互交流，教師參與并給予正確引導(dǎo)。實踐表明這種討論中學(xué)生表現(xiàn)較主動，氣氛熱烈。通過連續(xù)兩年的摸索與實踐，已基本上形成了符合研究生學(xué)習(xí)的教學(xué)資源。

課程難點在于要了解學(xué)科發(fā)展前沿，信息量大且知識變化快，缺少適用的教材。相應(yīng)的解決辦法是需要教師不斷提高教學(xué)質(zhì)量，在講課中不斷更新補(bǔ)充講授內(nèi)容，介紹最新發(fā)展動態(tài)。同時各講授專題突出重點，明確基本概念，使具有不同背景基礎(chǔ)的學(xué)生均能得到提高。同時介紹與各專題內(nèi)容相關(guān)的中、英文基礎(chǔ)參考書及進(jìn)一步學(xué)習(xí)所需的文獻(xiàn)閱讀資料，以滿足學(xué)生不同層次的要求。通過教學(xué)活動使學(xué)生能夠熟練閱讀、正確理解本專業(yè)中等難度的外文資料，能夠撰寫科學(xué)論文摘要，有初步聽說能力，可進(jìn)行一般專業(yè)交流。教學(xué)內(nèi)容過程中增設(shè)閱讀練習(xí)，提供給學(xué)生一些文章，讓其閱讀后概述文章主要內(nèi)容；進(jìn)行英漢對譯練習(xí)，及時糾正有關(guān)錯誤；模擬學(xué)術(shù)報告，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的聽說能力。

6 課堂實驗與課外創(chuàng)新實踐相結(jié)合

課堂實驗教學(xué)采取重點多媒體講授和難點示范結(jié)合。充分利用多媒體演示等教學(xué)工具，運用課堂提問、討論、思考題及經(jīng)典實驗實操的方式，主要由學(xué)生獨立完成實驗或綜合性研究。目的是減少不必要的材料和試劑浪費及儀器損壞，著重提高學(xué)生動手能力，培養(yǎng)舉一反三的思維方式及創(chuàng)新實踐能力。

開放式的實驗教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生動手能力的有效方式。例如安排“鑒定植物樣品中是何種病毒”這一實驗。首先，學(xué)生需要掌握植物RNA（核糖核酸）的提取技術(shù)，該技術(shù)涉及的原理及技術(shù)要點學(xué)生需要熟悉，如何保證RNA 不被降解，如何獲取高質(zhì)量高濃度的RNA 以保證后續(xù)試驗。其次，獲得植物樣品中RNA 后，采取RT-PCR（逆轉(zhuǎn)錄聚合酶式反應(yīng)）方法進(jìn)行目的片段的富集，而該病毒種類是未知的，如何進(jìn)行PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）引物的設(shè)計，又是學(xué)生需要思考的一個難點?？梢圆捎秒S機(jī)引物，或者根據(jù)植物樣品的寄主種類，搜集文獻(xiàn)中已經(jīng)報道的病毒種類進(jìn)行引物設(shè)計，在這個過程中，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力，匯總歸納整理獲取信息的能力。根據(jù)設(shè)計引物進(jìn)行RTPCR 擴(kuò)增，該環(huán)節(jié)加深了學(xué)生對于PCR 擴(kuò)增的理解與認(rèn)知，通過擴(kuò)增條帶的有無結(jié)果初步判定是否有某種病毒。最后，將擴(kuò)增富集到的目的片段進(jìn)行切膠回收，連接載體，轉(zhuǎn)化入大腸桿菌中，測序進(jìn)行序列比對分析，獲得最終結(jié)果。上述幾個實驗操作涉及很多技術(shù)點，都需要學(xué)生一一掌握，同時還需要相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，以便于從結(jié)果中進(jìn)行分析。

實驗的過程中把過去一個個獨立分割的知識點和實驗變?yōu)橛袡C(jī)結(jié)合，從實驗方案的制定、實驗材料及方法的選擇、植物樣品的準(zhǔn)備、樣品的提取、樣品指標(biāo)的測定、實驗結(jié)果匯總及數(shù)據(jù)分析到論文撰寫貫穿一體。以3～5 人為一組，由學(xué)生根據(jù)所準(zhǔn)備實驗材料根據(jù)老師要求，合理安排實驗時間及操作。經(jīng)過2～3 次實驗，這樣增加了學(xué)生做實驗的自覺性，克服了過去學(xué)生只是依賴?yán)蠋?，為完成課程做實驗的思想。學(xué)生從發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，自我解決科學(xué)問題的角度進(jìn)行實驗，真正從被動轉(zhuǎn)為主動，從“要我做”變?yōu)椤拔乙觥?；提高了分析和解決問題的能力，熟練了實驗技術(shù)。不少學(xué)生把實驗和研究相結(jié)合，極大地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，獲得了一批新結(jié)果，提出了一些有新見解的觀點。由于實驗報告采取論文形式，學(xué)生又要根據(jù)自己的結(jié)果查閱大量的參考文獻(xiàn)，與同學(xué)一起討論，最后根據(jù)討論結(jié)果，進(jìn)行分析。論文的撰寫包含實驗的目的與意義，材料方法，結(jié)果，討論及參考文獻(xiàn)幾個方面。這個過程使同學(xué)們不僅掌握了豐富的理論知識點，又鍛煉了實驗技能，解決問題與分析問題的能力大大提高。

通過課堂實驗，可以充分地與課外創(chuàng)新實踐結(jié)合[19]。田間實踐中很多不確定性病毒病的病原鑒定，都可以運用該種方式進(jìn)行解決，也可以就此立項，作為一個開放性的課題。同學(xué)們自己搜集素材，自己進(jìn)行鑒定，既掌握了知識，又體現(xiàn)了專業(yè)能力，從中獲得自我成就感。在整個過程中，還可以豐富教學(xué)資源，積累教學(xué)經(jīng)驗。將課本知識與課外實踐充分結(jié)合，提高了同學(xué)的自主學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了科研能力與創(chuàng)新意識，增強(qiáng)了教師與學(xué)生之間的溝通，營造了良好的教學(xué)環(huán)境與氛圍。