研究性教學(xué)在植物細(xì)胞工程課程中的應(yīng)用

蔣金金++方玉潔++王幼平

摘要 植物細(xì)胞工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性教學(xué)課程，對生命科學(xué)研究的發(fā)展具有不可忽略的推動(dòng)作用。本文針對植物細(xì)胞工程的教學(xué)計(jì)劃及培養(yǎng)目標(biāo)，借鑒研究性教學(xué)在其他學(xué)科中的應(yīng)用，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研應(yīng)用等方面探討了研究性教學(xué)方法在該課程教學(xué)中的應(yīng)用以及提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的效果。

關(guān)鍵詞 細(xì)胞工程；研究性教學(xué)；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào) G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）12-0327-02

細(xì)胞工程是在細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一門實(shí)驗(yàn)性技術(shù)。該技術(shù)通過無菌操作，對細(xì)胞、組織等研究對象進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的遺傳操作，以獲得快速繁殖的生物個(gè)體、改良植物品種及重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生物產(chǎn)品和活性物質(zhì)等[1]。由于該課程內(nèi)容具備實(shí)踐性，以教師講授為主的授課方式很難為學(xué)生營造良好的理解氛圍，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且容易抹殺學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、自主探索的機(jī)會(huì)，最終造成教與學(xué)的目標(biāo)難以最大化地實(shí)現(xiàn)。因此，如何通過改變教學(xué)方法幫助學(xué)生突破面對新事物的畏縮心理、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高其實(shí)踐操作能力具有重要的意義。為了便于學(xué)生真正理解植物細(xì)胞工程這門課的精髓，能熟練將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于將來的科研和工作中，嘗試性地將研究性教學(xué)模式引入植物細(xì)胞工程進(jìn)行初步的探索。

1 研究性教學(xué)的基本特征

研究性教學(xué)，即探究性教學(xué)，是基于皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展學(xué)說”和布魯納的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”而形成的一種教學(xué)模式。該教學(xué)模式提倡教師在教學(xué)過程中指導(dǎo)學(xué)生通過“自主、探究、合作”的方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探討，可以有效地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索、創(chuàng)新的能力，這對于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才尤為重要。當(dāng)然，該教學(xué)模式并不能脫離教師的指導(dǎo)作用，要求教師在全面掌握教學(xué)內(nèi)容、了解知識(shí)結(jié)構(gòu)及難易點(diǎn)的基礎(chǔ)上，精心組織學(xué)生進(jìn)行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)或問題的研究性學(xué)習(xí)、探討，真正實(shí)現(xiàn)“教與學(xué)”“學(xué)與研”的結(jié)合。研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容可根據(jù)國內(nèi)外具體問題的研究進(jìn)展加以拓展，突破教材的局限性，實(shí)現(xiàn)科研思維、方法的共享，真正做到教學(xué)相長。鑒于植物細(xì)胞工程在現(xiàn)代生命科學(xué)研究中的重要作用，通過研究性教學(xué)可以便于學(xué)生了解該技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用價(jià)值，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，可以為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)的研究性人才奠定基礎(chǔ)[2]。對于大學(xué)中研究型的學(xué)科而言，教師在教學(xué)與科研中投入的精力已近失衡，歐內(nèi)斯特·博耶所提出的“學(xué)術(shù)反思”消除了科研與教學(xué)的對峙狀態(tài)，推動(dòng)了教學(xué)方法的改革[3]；而改變教學(xué)方法對教師的壓力更勝于改變教學(xué)內(nèi)容，因而對教師的要求更高[4]。

2 細(xì)胞工程研究性教學(xué)的基本構(gòu)思

揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程專業(yè)設(shè)置了16學(xué)時(shí)的植物細(xì)胞工程理論教學(xué)和32學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，為開展該課程的研究性教學(xué)提供了有利的條件。筆者期望通過研究性教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生充分調(diào)用本科學(xué)習(xí)所獲得的知識(shí)及技能，解決學(xué)術(shù)研究及生物工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的靈活應(yīng)用。

2.1 研究性教學(xué)主題的選擇

在充分理解教師與學(xué)生在研究性教學(xué)過程中的地位后，教師首先通過理論教學(xué)講授課程的基本內(nèi)容或某一章節(jié)的基本內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，教師需幫助學(xué)生擬定具有一定前沿性和探索性的研究性教學(xué)主題，在課堂外組織學(xué)生圍繞該主題查閱文獻(xiàn)資料、開展專題討論及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等。植物細(xì)胞工程的理論教學(xué)包括緒論（細(xì)胞工程的概念、研究歷史及發(fā)展過程）、植物組織和器官培養(yǎng)（組織培養(yǎng)的概念及步驟、脫毒快繁技術(shù)、小孢子及花藥培養(yǎng)、植物子房/胚胎/胚珠/胚乳培養(yǎng)）、植物細(xì)胞培養(yǎng)（細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合及應(yīng)用、次生代謝物質(zhì)的生產(chǎn)）、種質(zhì)保存及人工種子等四大部分。在以往的教學(xué)過程中，所有的理論教學(xué)內(nèi)容均設(shè)置了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)均為一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)且缺乏創(chuàng)新[5]。學(xué)生在實(shí)踐過程中僅能遵循教師的指導(dǎo)進(jìn)行操作，對培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)技能是有幫助的，但卻不利于培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維。因此，選擇合適的教學(xué)主題，給學(xué)生時(shí)間查閱資料，組織學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，擬定方案，最后在教師的協(xié)助下進(jìn)行全班討論。各組學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，分別將實(shí)驗(yàn)記錄、結(jié)果及討論情況提交給教師，最后由教師進(jìn)行集中點(diǎn)評(píng)、實(shí)驗(yàn)小組間互評(píng)及討論。同樣，就理論教學(xué)而言，也可圍繞教學(xué)重點(diǎn)和目標(biāo)擬定專題，如植物愈傷組織的誘導(dǎo)與植株再生等，結(jié)合文獻(xiàn)查閱、小組專題討論等進(jìn)行研究性教學(xué)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是要鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫查閱相關(guān)文獻(xiàn)和教輔資料，突破教材的局限性。

2.2 研究性教學(xué)主題的實(shí)施與匯報(bào)討論

德國教育學(xué)家洪堡于19世紀(jì)提出了教、學(xué)、研相結(jié)合的觀點(diǎn)，國外很多高校已經(jīng)建立較系統(tǒng)的研究性教學(xué)模式[6]，我們可以充分借鑒國外高等學(xué)校在研究性教學(xué)方面的改革。在師生共同討論、擬定相應(yīng)的研究主題后，給予學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行相關(guān)資料的收集、分析。在該過程中，教師要發(fā)揮指導(dǎo)作用，必要時(shí)幫助學(xué)生收集針對性的資料，然后組織學(xué)生開展討論，提出學(xué)生準(zhǔn)備過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，對學(xué)生的研究方法和科研設(shè)計(jì)方案提出指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，教師組織全部學(xué)生分組進(jìn)行教學(xué)主題的探究式學(xué)習(xí)。研究性教學(xué)的形式多種多樣，目前最常見的呈現(xiàn)方式是分組討論的研究性方式，即學(xué)生分組選題后，組內(nèi)備課，定期討論，組員分工，然后在教師組織專題匯報(bào)，由各小組推薦人選匯報(bào)課程內(nèi)容或研究進(jìn)展及成果。最后，教師對研究性教學(xué)的主題進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，該環(huán)節(jié)對于維持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性尤為重要。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師要有意識(shí)地參與所有討論，進(jìn)行正確的引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過這種以學(xué)生為主體、師生直接進(jìn)行知識(shí)交流的教學(xué)方式，可以使學(xué)生更深刻地感受學(xué)習(xí)和科研的樂趣，為今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展創(chuàng)造必要條件[6]。

2.3 研究性教學(xué)與科研相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生對科研的興趣

采用教師啟發(fā)、學(xué)生互動(dòng)式的研究性教學(xué)方法，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)、探索問題。鑒于植物細(xì)胞工程是一門具有較強(qiáng)探索性的課程，且其自身及在生物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用處于不斷發(fā)展的狀態(tài)中。本院從事植物學(xué)遺傳育種、植物發(fā)育生物學(xué)、植物生理生化研究的多個(gè)課題組在科研過程中均利用到《植物細(xì)胞工程》的基本技術(shù)，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(yǎng)、植株再生等技術(shù)體系均已成熟，且擬南芥、油菜等的原生質(zhì)體分離及培養(yǎng)技術(shù)體系在科研過程中也得到了廣泛的應(yīng)用。因此，教師在開設(shè)植物細(xì)胞工程課程時(shí)，可以考慮以上述教研室的研究平臺(tái)為基礎(chǔ)，組織學(xué)生自主選擇感興趣的研究對象，選擇動(dòng)手能力、理論知識(shí)和邏輯思維較強(qiáng)的研究生指導(dǎo)學(xué)生，輔助本科生開展研究性教學(xué)和試驗(yàn)。目前，我院有多個(gè)教研室在利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)外源基因的遺傳轉(zhuǎn)化，因此，可以擬定如“植物遺傳轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)基因植株再生”等主題。通過將教學(xué)與科研相結(jié)合，便于學(xué)生了解學(xué)院各教研室所從事的研究，便于學(xué)生了解和參加老師的科研工作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力，為將來從事科研工作奠定基礎(chǔ)。本院為了更好地搭建本科生與科學(xué)研究進(jìn)展間的橋梁，每周均開設(shè)了對所有學(xué)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(dǎo)師和研究生的結(jié)對儀式，鼓勵(lì)本科生積極參與申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目。這一系列的舉措也便于各個(gè)教研室吸納優(yōu)秀的本科生參與科學(xué)研究，達(dá)到了雙贏，且學(xué)生在此過程中，除了可以學(xué)以致用外，還可以更加堅(jiān)定自己對本專業(yè)的熱情，樹立將來努力的方向[7]。endprint

按照教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，胡蘿卜是植物離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中所常用的外植體來源，但新鮮的胡蘿卜具有一定的季節(jié)周期性，且其愈傷誘導(dǎo)周期較長（2～3個(gè)月），在課程安排上具有一定的難度。在植物細(xì)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(dǎo)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(yǎng)實(shí)驗(yàn)周期過長的問題。以科研材料為實(shí)驗(yàn)材料，利用相關(guān)教研室的研究經(jīng)驗(yàn)，能夠更好的體現(xiàn)我院重視本科生科研能力培養(yǎng)的宗旨，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研能力。除了對經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證外，我們注重鼓勵(lì)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。例如外植體誘導(dǎo)愈傷組織的過程中，一方面可以選用不同的實(shí)驗(yàn)材料、不同實(shí)驗(yàn)材料的不同組織或器官，以便比較不同實(shí)驗(yàn)材料、不同器官再生能力的區(qū)別；另一方面可以在基本培養(yǎng)基中添加不同營養(yǎng)組分、不同濃度梯度的植物生長激素，從而了解不同實(shí)驗(yàn)條件下愈傷誘導(dǎo)的效率，探討不同植物激素的功能和愈傷誘導(dǎo)過程中的最適植物激素條件。通過上述設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力和創(chuàng)新意識(shí)。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，學(xué)生往往習(xí)慣于被動(dòng)的接受知識(shí)，而在研究性教學(xué)中，需要鼓勵(lì)學(xué)生自主的查閱相關(guān)研究報(bào)道，了解該方面的學(xué)術(shù)前沿，便于學(xué)生能夠更好地理解和總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的深度和他們的知識(shí)面是息息相關(guān)的[1]。此外，教師可以對學(xué)生提出提交實(shí)驗(yàn)論文的要求，而非局限于固有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式。通過撰寫實(shí)驗(yàn)論文，一方面有利于教師了解和評(píng)價(jià)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的收獲，另一方面可以有效地鍛煉學(xué)生的論文寫作能力，這對于今后從事生物科學(xué)領(lǐng)域工作的學(xué)生尤為重要[8]。

3 結(jié)語

我們對植物細(xì)胞工程教學(xué)方法的改革進(jìn)行了初步的探索，期望通過發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主觀能動(dòng)性，鍛煉學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識(shí)和方法解決科學(xué)問題的能力，提高學(xué)生對生命科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣、拓寬學(xué)生的知識(shí)面、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和科研能力，從而培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，提高我院的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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