以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法在“森保生物技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

張盛培，李 河

（中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院 湖南 長沙 410004）

森林保護專業(yè)最早由北京林業(yè)大學(xué)（原北京林學(xué)院）于1958 年創(chuàng)辦，現(xiàn)已成為我國絕大多數(shù)農(nóng)林類高等院校普遍開設(shè)的專業(yè)。中南林業(yè)科技大學(xué)在1958 年設(shè)立了森林保護教研室，并于1960 年開始招收本科生。經(jīng)過幾代人幾十年的努力，中南林業(yè)科技大學(xué)（以下簡稱“我?！保┥直Ｗo專業(yè)于2021 年獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，為社會培養(yǎng)了大量的優(yōu)秀人才，為我國林業(yè)的恢復(fù)與發(fā)展做出了重要貢獻。新時代生態(tài)文明建設(shè)賦予了森林保護專業(yè)新的責(zé)任與使命。因此，我校積極進行該專業(yè)的課程改革，2018 年新設(shè)立了“森保生物技術(shù)”“林木化學(xué)保護”等新興課程。筆者有幸于2018 年開始，承擔(dān)“森保生物技術(shù)”課程的教學(xué)工作。

“森保生物技術(shù)”課程是森林保護和生物技術(shù)學(xué)科的交叉，是分子生物學(xué)的先進技術(shù)在森林保護領(lǐng)域的具體應(yīng)用，該課程體現(xiàn)了微觀（細胞、蛋白、核酸）和宏觀（林木有害生物）的有機結(jié)合。由于分子生物學(xué)的內(nèi)容本身很多而且比較抽象、復(fù)雜、難懂，課程又僅有32 個學(xué)時，這就要求教師必須在有限的時間內(nèi)引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)應(yīng)用分子生物學(xué)的理論與技術(shù)解決森林保護中的實際問題。

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法（Problem-based learning method）是20 世紀(jì)美國神經(jīng)病學(xué)的教授們在麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)。當(dāng)前，以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)教育、高等教育、成人教育及職業(yè)教育等各種類型的教育領(lǐng)域，并且在醫(yī)學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、文學(xué)、史學(xué)、哲學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科中大放異彩。特別是在高等教育的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，學(xué)生們通過真實的病例問題可以身臨其境地學(xué)習(xí)臨床上的技能。森林保護從某種意義上說屬于植物醫(yī)學(xué)的范疇，然而以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法在該專業(yè)的應(yīng)用卻比較少。因此，筆者在“森保生物技術(shù)”課程的教學(xué)過程中引入了以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強了教學(xué)效果。

1 以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法在“森保生物技術(shù)”課程教學(xué)中的實踐案例

1.1 PCR 技術(shù)與森林保護

確定植物感染有害生物之后，下一步就要采取治療措施。目前主要采用化學(xué)藥劑防治的方法，然而化學(xué)藥劑容易污染環(huán)境，并且許多地區(qū)的有害生物對特定的藥劑已經(jīng)產(chǎn)生了耐藥性。教師可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考，如果繼續(xù)對該地區(qū)進行同類型的化學(xué)藥劑防治會產(chǎn)生什么后果？①污染環(huán)境；②有害生物抗藥性繼續(xù)增加；③浪費時間與金錢，且錯失最佳防治時期。是否能夠提前預(yù)判有害生物是否產(chǎn)生了抗藥性，從而為科學(xué)合理地施用化學(xué)農(nóng)藥提供參考意見。結(jié)合“林木化學(xué)保護”學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，有些學(xué)生可能會回答可以采用實驗室鑒定的方法。室內(nèi)鑒定確實是一種方法，在“森保生物技術(shù)”的課程里我們還會學(xué)習(xí)另外一種方法：DNA 測序。結(jié)合前人關(guān)于抗藥性位點的變異及DNA 測序的結(jié)果，我們可以準(zhǔn)確地判斷出有害生物抗藥性的有無。同時DNA 測序還被廣泛地用于親子鑒定、法醫(yī)追兇、物種鑒定等等方面。從應(yīng)用的廣泛性激發(fā)了學(xué)生對DNA 測序課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)欲望。該部分內(nèi)容主要包括以下方面：①測序的原理；②測序的規(guī)律；③測序的方法；④測序的應(yīng)用。

防治有害生物最經(jīng)濟的方法就是種植抗病品種，然而抗病基因與優(yōu)良性狀的基因很難同時出現(xiàn)在同一個品種內(nèi)。這里可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何將抗病基因整合到具有優(yōu)良性狀的當(dāng)家品種。將這個問題以課后作業(yè)的形式布置給學(xué)生，學(xué)生們會通過預(yù)習(xí)課本及查找相關(guān)資料對這個過程產(chǎn)生初步的了解。上課時，學(xué)生們通過預(yù)習(xí)可能已經(jīng)知道我們通過DNA 重組技術(shù)可以把抗病基因整合到具有優(yōu)良性狀的當(dāng)家品種中。那么這個過程的理論基礎(chǔ)是什么？為什么可以把抗病基因整合到其他個體里，還能表達出同樣功能的蛋白質(zhì)？結(jié)合課堂提問以及研討式教學(xué)的方式，我們可以得出一些潛在的答案：①細胞生物都是以DNA 作為遺傳物質(zhì)；②大多數(shù)生物都通用一套遺傳密碼子。然后，課堂即可順理成章地過渡到課程內(nèi)容：①DNA重組技術(shù)的工具；②DNA 重組技術(shù)的步驟；③DNA 重組技術(shù)的方法；④DNA 重組技術(shù)的應(yīng)用。

圖1 基因工程與森林保護章節(jié)以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法示意圖

1.2 DNA 測序技術(shù)與森林保護

我國是一個林業(yè)有害生物高發(fā)的國家，近年來我國林業(yè)有害生物發(fā)生面積年均超過1151.5 hm，造成超過1101.1 億元的經(jīng)濟損失。2021 年全國林業(yè)有害生物發(fā)生面積更是高達1255.37 萬hm，預(yù)計2022 年將保持偏重發(fā)生、局部暴發(fā)的特點，全年發(fā)生面積可達1267 萬hm。在林業(yè)生物災(zāi)害頻發(fā)的大背景下，更加凸顯了森林保護事業(yè)的重要性。

1.3 基因重組技術(shù)與森林保護

減少林業(yè)生物災(zāi)害的損失，教師可以聯(lián)系我國防治森林病蟲害的“治早、治小、治了”的原則，在災(zāi)害發(fā)生苗頭時就加以制止，并且徹底根除，見圖1。如何提前預(yù)判森林病蟲害的發(fā)生？傳統(tǒng)森林病蟲害的監(jiān)測往往是出現(xiàn)癥狀之后，我們能否開發(fā)類似對新冠病毒無癥狀感染者進行核酸檢測的方法呢？答案是肯定的，通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR（Polymerase Chain Reaction，PCR）及實時熒光定量PCR 技術(shù)（Quantitative Real time PCR，qRT-PCR）就可以實現(xiàn)上述目標(biāo)。隨后，教師再與學(xué)生一起探討PCR 的具體內(nèi)容：①PCR 技術(shù)的簡史；②PCR 技術(shù)的基本原理；③PCR技術(shù)的反應(yīng)體系和方法。④PCR 技術(shù)的類型。隨后埋下伏筆：PCR僅限于對DNA的檢測，而冠狀病毒遺傳物質(zhì)是RNA。教師因此進一步提出問題，對于RNA 病毒病我們該如何檢測？由此導(dǎo)入qRT-PCR 技術(shù)的內(nèi)容：①對于RNA 病毒病的檢測我們首先需要將RNA 在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下將其逆轉(zhuǎn)錄為DNA；②以上述DNA為模板進行實時熒光定量PCR，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線及Ct值的有無，從而確定感染情況。

PCR 技術(shù)、DNA 測序技術(shù)和DNA 重組技術(shù)是“森保生物技術(shù)”課程的三個重要內(nèi)容。教師通過引導(dǎo)性的提問誘發(fā)學(xué)生探究PCR技術(shù)的興趣，從與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合的有害生物防治的問題入手，引導(dǎo)學(xué)生對DNA 測序技術(shù)的興趣。教師以課后作業(yè)的形式提出DNA 重組技術(shù)所需要解決的問題，引導(dǎo)學(xué)生課后思考問題、分析問題、解決問題，充分發(fā)揮學(xué)生們的主觀能動性。

2 結(jié)語

經(jīng)過三年的實踐應(yīng)用，以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法在“森保生物技術(shù)”課程教學(xué)中已初見效果。運用該教學(xué)方法時教師一定要做好頂層設(shè)計，教師首先提出問題或者引導(dǎo)學(xué)生提出問題，然后圍繞問題、分析問題、查找資料、進而解決問題，隨后又提出新的問題，解決新的問題，問題之間環(huán)環(huán)相扣，如此循環(huán)最終消化吸收整個章節(jié)或者整個課程的知識內(nèi)容，具體模式見圖2。

圖2 以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法模式圖