“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法研究

陳秋紅，周仲華，王 悅

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

引言

現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域［1］。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生物技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，科技含量高，發(fā)展速度快，未來將會(huì)是我國改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、提升農(nóng)民生活品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)功能多樣化，以及在世界農(nóng)業(yè)競爭中獲得有利地位的核心戰(zhàn)略武器。社會(huì)對(duì)該領(lǐng)域創(chuàng)新型人才的需求也在不斷增加［2-3］。農(nóng)業(yè)院校在培養(yǎng)該類人才的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用?！稗r(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程是農(nóng)業(yè)院校的必修課程，是農(nóng)業(yè)院校培養(yǎng)生物技術(shù)人才的啟蒙環(huán)節(jié)，其開設(shè)質(zhì)量對(duì)相關(guān)專業(yè)學(xué)生適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和后繼學(xué)業(yè)深造尤為重要，亦直接影響我國農(nóng)業(yè)生物技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)種類繁多，如何從眾多的生物技術(shù)中選擇合適的內(nèi)容，作為農(nóng)業(yè)院?，F(xiàn)代“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、適應(yīng)性強(qiáng)，并且具有自身特色的專業(yè)學(xué)生至關(guān)重要。另外，教學(xué)內(nèi)容以何種教學(xué)方式講授給學(xué)生，對(duì)保證教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。以農(nóng)業(yè)院校作物學(xué)科相關(guān)專業(yè)為例，探討了現(xiàn)代“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程應(yīng)該如何設(shè)置教學(xué)內(nèi)容、選擇什么樣的教學(xué)方式，才能讓學(xué)生更加科學(xué)、扎實(shí)、專業(yè)、有效和愉悅地學(xué)習(xí)，才能為培養(yǎng)出高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)專業(yè)技術(shù)人才提供助力。

一、教學(xué)內(nèi)容的選擇

（一）以課程的基本知識(shí)體系架構(gòu)為前提

任何一門課程都具有基本的知識(shí)體系架構(gòu)，如缺少了某些基本部分，那么課程的知識(shí)體系將不夠完整。作物學(xué)科農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的基本知識(shí)體系構(gòu)架包括基因工程相關(guān)技術(shù)、細(xì)胞工程相關(guān)技術(shù)、蛋白質(zhì)工程相關(guān)技術(shù)及與作物相關(guān)的分子育種技術(shù)等［2］?；蚬こ滔嚓P(guān)技術(shù)是基本的生物技術(shù)，其內(nèi)容包括核酸的提取、純化和檢測技術(shù)，以及測序技術(shù)、PCR技術(shù)和基因重組技術(shù)等。細(xì)胞工程相關(guān)技術(shù)應(yīng)該包括植物組織培養(yǎng)技術(shù)、體細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化技術(shù)等。蛋白質(zhì)工程相關(guān)技術(shù)包括蛋白的提取、純化和檢測技術(shù)，以及蛋白質(zhì)免疫印跡雜交技術(shù)等。與作物相關(guān)的分子育種技術(shù)包括分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)和轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)等。而一些傳統(tǒng)的育種、栽培和其他作物學(xué)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)該由育種和栽培課程或是其他的作物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程來完成講授。

（二）與行業(yè)發(fā)展前沿和社會(huì)需求相符合

農(nóng)業(yè)生物技術(shù)作為一門高新技術(shù)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的革新作用。2016年，習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會(huì)兩院院士大會(huì)中國科協(xié)第九次全國代表大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“實(shí)現(xiàn)‘兩個(gè)一百年’奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢，必須堅(jiān)持走中國特色自主創(chuàng)新道路，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，加快各領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競爭先機(jī)?！保?］現(xiàn)代“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)該面向行業(yè)發(fā)展前沿和社會(huì)發(fā)展需求。學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生大部分將進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域就業(yè)或者考研成為相關(guān)專業(yè)的研究生。作物學(xué)科相關(guān)專業(yè)的“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程應(yīng)該與作物行業(yè)領(lǐng)域緊密相連，如授課時(shí)的各種舉例，應(yīng)以作物類物種為依托進(jìn)行講授，同時(shí)要緊跟發(fā)展前沿，如在基因工程相關(guān)技術(shù)中增加基因編輯技術(shù)，在與細(xì)胞工程相關(guān)的技術(shù)中增加植物生物反應(yīng)器相關(guān)技術(shù)，在與作物相關(guān)的分子育種技術(shù)中增加全基因組設(shè)計(jì)育種技術(shù)，等等新興的或有較大應(yīng)用潛力的技術(shù)。任何行業(yè)只有緊跟行業(yè)發(fā)展前沿，才能夠在競爭中掌握先機(jī)，發(fā)揮出更好的創(chuàng)新能力。

（三）與學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知水平相匹配

農(nóng)業(yè)生物技術(shù)數(shù)不勝數(shù)，而課程學(xué)時(shí)有限，課堂上不可能對(duì)所有的相關(guān)技術(shù)都進(jìn)行講授，也不可能對(duì)講授的每一個(gè)技術(shù)都剖析徹底，因此教學(xué)內(nèi)容需要選擇和凝練［5］。學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知水平是教學(xué)內(nèi)容選擇應(yīng)參考的一個(gè)重要依據(jù)。作物學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在開設(shè)“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程前，應(yīng)該有“遺傳學(xué)”“植物學(xué)”“生物化學(xué)”和“作物育種學(xué)”等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，但學(xué)生的分子生物學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，認(rèn)知水平參差不齊，同時(shí)，并非所有的學(xué)生未來都會(huì)從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)相關(guān)的行業(yè)，因此本課程的內(nèi)容不宜過于深?yuàn)W，不宜發(fā)散過廣。如測序技術(shù)，自第一代測序技術(shù)誕生以來，出現(xiàn)了第二代、第三代、第四代測序技術(shù)，同時(shí)還有一些衍生技術(shù)，如果要將每一個(gè)測序技術(shù)都講授清楚，需要專門的課程才能完成，并且有些測序技術(shù)的過程較復(fù)雜，學(xué)生不一定能夠完全理解，因此測序技術(shù)的講授應(yīng)詳略得當(dāng)，可以對(duì)基礎(chǔ)和相對(duì)簡單的第一代測序技術(shù)——Sanger法測序技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)講解，對(duì)前沿的第四代測序技術(shù)——納米孔單分子測序技術(shù)進(jìn)行次重點(diǎn)講解，而其他的測序技術(shù)則簡單介紹即可。另外，在基本的知識(shí)體系架構(gòu)中，對(duì)一些原理相對(duì)復(fù)雜但實(shí)用的技術(shù)，如圖位克隆技術(shù)、全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)及一些其他的蛋白相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行簡單介紹即可，讓學(xué)生對(duì)這些技術(shù)有一個(gè)初步了解，未來如果學(xué)生從事與該技術(shù)相關(guān)的行業(yè)或進(jìn)入研究生階段需要使用該技術(shù)時(shí)不至于毫無頭緒，屆時(shí)學(xué)生再深入學(xué)習(xí)未嘗不可。

二、教學(xué)方式的選擇

（一）多采用圖畫、視頻的方式進(jìn)行講授

抽象性是生物技術(shù)的一大特點(diǎn)。生物大分子和細(xì)胞看不見、摸不著，如何讓分子生物學(xué)基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生在學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的過程中真正學(xué)懂，學(xué)得有效而扎實(shí)，教學(xué)方式的選擇顯得尤為重要。多媒體教室是現(xiàn)代教學(xué)的基本場所，目前農(nóng)業(yè)生物技術(shù)理論課的講授依然以PPT演示文稿為基本手段，理論文字是文稿的基本組成部分，除文字部分外，授課教師可以在文稿中通過自制圖畫或動(dòng)畫的方式輔助學(xué)生理解文字部分的內(nèi)容，這樣學(xué)生學(xué)起來不會(huì)太枯燥［5-6］。如果授課教師自制圖畫的技能有限，還可以通過下載或觀看網(wǎng)絡(luò)視頻和圖畫的方式來完成?；ヂ?lián)網(wǎng)上有越來越多的公眾號(hào)專門制作解釋生物現(xiàn)象和技術(shù)原理的視頻與動(dòng)畫，授課教師可以根據(jù)講授內(nèi)容的難易程度及需要，選擇合適的視頻或動(dòng)畫，穿插在PPT演示文稿中，這樣可以達(dá)到輔助理解的目的，還可以達(dá)到活躍課堂氛圍的目的。如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)作為基礎(chǔ)的生物技術(shù)之一，在高中生物課程中就有所涉及，很多學(xué)生認(rèn)為該技術(shù)簡單易懂，看字面意思就很好理解，經(jīng)常在教師還未講授完畢時(shí)認(rèn)為自己已經(jīng)完全了解了該技術(shù)，但是課后讓其畫出PCR每個(gè)循環(huán)（cycle）的產(chǎn)物時(shí)總會(huì)出錯(cuò)，學(xué)生才發(fā)現(xiàn)自己想得太簡單。如果授課教師在講解完文字部分后能夠加入PCR技術(shù)的視頻或動(dòng)畫，則可以幫助學(xué)生厘清該技術(shù)的整個(gè)流程。

（二）多采用與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的方式進(jìn)行講授

1978年，鄧小平同志在全國科學(xué)大會(huì)上指出“科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力，這是馬克思主義歷來的觀點(diǎn)”［7］。對(duì)于“生產(chǎn)力水平取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平”這一觀點(diǎn)的堅(jiān)持為我國解放思想、加速現(xiàn)代化建設(shè)創(chuàng)造了有利條件［8］。簡而言之，我們的科學(xué)技術(shù)應(yīng)該為社會(huì)和產(chǎn)業(yè)服務(wù)，作物學(xué)相關(guān)的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)該為作物相關(guān)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。因此，在講解“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程的技術(shù)理論知識(shí)時(shí)，應(yīng)該多列舉一些該類技術(shù)如何應(yīng)用于解決產(chǎn)業(yè)實(shí)際問題的實(shí)例，這樣培養(yǎng)出的學(xué)生才不會(huì)是只懂技術(shù)原理而社會(huì)適應(yīng)性弱的“理想主義者”，學(xué)生學(xué)習(xí)起來也更具成就感和愉悅感。如講解基因編輯技術(shù)時(shí)，可以列舉我國科學(xué)家如何利用此技術(shù)從頭馴化異源四倍體野生稻，發(fā)揮多倍體的優(yōu)勢，找回當(dāng)下栽培稻已經(jīng)丟失的部分優(yōu)秀基因，從而培育出產(chǎn)量更高、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)的新型水稻［9］；在講解作物生物反應(yīng)器技術(shù)時(shí)，可以列舉我國科學(xué)家如何利用水稻胚乳細(xì)胞生物反應(yīng)器生產(chǎn)出植物源重組人血清白蛋白［10］；在講解轉(zhuǎn)基因技術(shù)時(shí)，可以列舉我國種植轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉時(shí)如何實(shí)現(xiàn)不打或少打農(nóng)藥，與非轉(zhuǎn)基因棉花種植形成鮮明對(duì)比［11］。

（三）采用理論課程與實(shí)驗(yàn)課程、參觀實(shí)習(xí)相結(jié)合的方式進(jìn)行講授

對(duì)于微觀抽象的技術(shù)類理論課程，教師講授得再清楚，學(xué)生學(xué)過之后依然容易忘記，有些復(fù)雜的技術(shù)對(duì)學(xué)生來說還難以理解和掌握，這時(shí)開設(shè)相匹配的實(shí)驗(yàn)課程非常有必要。實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)一方面可以幫助學(xué)生理解理論知識(shí)，另一方面可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和分析解決問題的能力。理論課與實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合的方式能夠真正培養(yǎng)出既掌握一定專業(yè)基礎(chǔ)理論，又具備較強(qiáng)專業(yè)技能的能夠快速適應(yīng)行業(yè)企業(yè)需求的復(fù)合型創(chuàng)新型高素質(zhì)技術(shù)技能人才。對(duì)教師講授的所有農(nóng)業(yè)生物技術(shù)都開展相匹配的實(shí)驗(yàn)課程不太現(xiàn)實(shí)，可以選擇一些操作簡單、基礎(chǔ)且有代表性的技術(shù)來開展實(shí)驗(yàn)課程，如作物核酸、蛋白的抽提和檢測技術(shù)，PCR及其產(chǎn)物檢測技術(shù)，植物組織培養(yǎng)技術(shù)，蛋白表達(dá)技術(shù)等。技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)時(shí)間應(yīng)該與該技術(shù)的理論課程開設(shè)時(shí)間相匹配，通常應(yīng)在理論課程結(jié)束后不久開設(shè)，起到鞏固、強(qiáng)化理論知識(shí)，并將理論知識(shí)應(yīng)用于指導(dǎo)實(shí)踐的作用。另外，可以通過帶領(lǐng)學(xué)生參觀合作公司或基地的方式，讓學(xué)生更為直觀地了解生物技術(shù)相關(guān)課程在生產(chǎn)實(shí)踐及社會(huì)發(fā)展中的應(yīng)用，拓展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)用于解決實(shí)際問題的能力［6］。

（四）采用學(xué)生課堂討論的方式

以上教學(xué)方式皆以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為被動(dòng)接受者，這樣培養(yǎng)出的學(xué)生往往缺乏主觀能動(dòng)性和獨(dú)立思考的能力。通過課堂討論的方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍學(xué)生的思想，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力，這些能力不管是對(duì)學(xué)生的就業(yè)還是繼續(xù)深造都非常寶貴。課堂討論可以以專題的形式進(jìn)行，結(jié)合行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際情況、院校特點(diǎn)和學(xué)生已有的能力水平，以提煉、活化、深化教學(xué)內(nèi)容為切入點(diǎn)，授課教師可以挑選少數(shù)技術(shù)以專題案例式的方式進(jìn)行課堂討論［6］。限于課程學(xué)時(shí)和學(xué)生的認(rèn)知水平，課堂討論不宜過多，有3～4個(gè)專題即可，這樣既可以達(dá)到引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考的目的，也可以讓學(xué)生產(chǎn)生興趣。如可對(duì)目前湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種領(lǐng)域及各類種子公司使用得較多的分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)設(shè)置專題進(jìn)行課堂討論，一個(gè)班級(jí)分為4～5個(gè)討論小組，每組5～6位學(xué)生，設(shè)置固定的討論時(shí)長。在進(jìn)行課堂討論之前，授課教師僅需復(fù)習(xí)分子標(biāo)記的基本知識(shí)，然后提出專題題目即可。如專題題目可以設(shè)為“如何利用分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)改良本校育種專家培育的優(yōu)良不育系C815S的稻瘟病抗性”。進(jìn)行課堂討論時(shí)，學(xué)生可以向教師進(jìn)行相關(guān)咨詢，也可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行相關(guān)查詢，討論完畢后，每組派一位代表進(jìn)行小組討論方案的陳述，其他小組成員可以進(jìn)行補(bǔ)充，最后授課教師根據(jù)每組的討論方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣的討論過程可以讓學(xué)生主動(dòng)思考，發(fā)揮團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，活躍課堂氛圍，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象更加深刻，也加強(qiáng)了學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題的能力。

結(jié)語

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的速度整體落后于工業(yè)與服務(wù)業(yè)，隨著新時(shí)代科技的快速發(fā)展，要提升我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的競爭優(yōu)勢，則需加速推動(dòng)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的滲透，同時(shí)，相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才要在這一過程中發(fā)揮核心作用。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)屬于知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)，對(duì)人才的要求比其他產(chǎn)業(yè)更加嚴(yán)苛［3］。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)專業(yè)人員的培養(yǎng)成本高、周期長，不僅要系統(tǒng)學(xué)習(xí)專業(yè)理論課程，還需積累實(shí)驗(yàn)室研究經(jīng)驗(yàn)［3］。農(nóng)業(yè)高等院校作為農(nóng)業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地，肩負(fù)著培養(yǎng)各類農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新人才的責(zé)任和使命，是相關(guān)人才培養(yǎng)的起源地。而高校中“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程的開設(shè)質(zhì)量對(duì)培養(yǎng)優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新人才發(fā)揮著舉足輕重的作用，應(yīng)當(dāng)高度重視。本研究對(duì)農(nóng)業(yè)院校作物學(xué)科相關(guān)專業(yè)“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方式選擇進(jìn)行了探索，二者對(duì)保證教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。除此之外，教師隊(duì)伍質(zhì)量和教學(xué)平臺(tái)配套設(shè)施的優(yōu)劣等也對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量和相關(guān)人才的培養(yǎng)具有重要影響。