研究生植物病毒學課程教學探索與應用

曹欣然，張劍峰，遲勝起

（青島農業(yè)大學 植物醫(yī)學學院，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量，提高研究生人才培養(yǎng)質量是高等教育教學研究的重要課題[1]。作者擔任研究生植物病毒學課程教學工作，結合自身教學經驗提出以下心得與體會。

1 明確研究生教學的目標及要求

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《關于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》[2]《關于加強學位與研究生教育質量保證和監(jiān)督體系建設的意見》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近平新時代中國特色社會主義思想為指導，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全過程。總體目標是到2025 年基本建成規(guī)模結構更加優(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國。研究生教育肩負高層次人才培養(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，需要響應全球人才競爭的布局[4]。中國特色社會主義已經步入新時代，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作用的重要性。

2 植物病毒學的課程定位

病毒是重要的植物病原物，植物病毒學的知識積累與更新量大，是植物病理學及分子生物學領域中發(fā)展最快的學科。植物病毒學是運用物理、化學、數(shù)學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理的科學，是現(xiàn)代農業(yè)生產的主要理論基礎[5]。因而，植物病毒學是生命科學的基礎科學之一，也是各高等院校植保、農學、林學、園藝、煙草、草業(yè)及花卉等植物生產類專業(yè)和生物技術、生物科學等生物類專業(yè)的重要專業(yè)課程[6]。本課程的教學目標是通過教學活動使研究生拓寬知識面，對現(xiàn)代病毒學的基礎理論有比較深入、全面和系統(tǒng)的了解；提高開展相關研究工作中所必需的理論知識水平及綜合分析能力。隨著分子生物學手段與植物病毒學的結合，本課程已構成現(xiàn)代植物病毒學；立足生命科學的前沿，分別向宏觀（生態(tài)學、流行學）和微觀（分子病毒學）拓展[7-8]。

本門課程需要結合學生的基礎情況及未來發(fā)展綜合定位。通常學生在本科階段沒有進行過植物病毒學的系統(tǒng)性學習，只是在學習普通植物病理學、農業(yè)植物病理學的過程中，學習過有關于植物病毒學的一個章節(jié)，只是對植物病毒學有個初步的了解。本課程適用于植物病理學、資源利用與植物保護等專業(yè)的碩士研究生，是研究生選修課。學習該門課程的學生通常是研究植物病毒學方向的研究生，所以更應該對植物病毒學有系統(tǒng)性的認知。通過本課程的學習，可以幫助學生掌握植物病毒學的基本理論體系，只有有了良好的理論基礎，才能在日后的學習過程中有創(chuàng)造性思維的探索，為今后的科研打下良好的基礎。同時可以學習相關病毒學實驗的最新技術，為將來創(chuàng)造性地學習和運用現(xiàn)代農業(yè)和生物科學奠定基礎[9]。對于培養(yǎng)學生分析問題、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

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

通過本門課程的學習，學生了解植物病毒學研究歷史及發(fā)展，掌握以植物病毒為主的病毒學基本概念，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和方法。熟悉病毒的分離、病毒的提純、病毒血清制備及相關技術。掌握當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方法和教學資源，可以讓教師自身充分理解原理概念的基礎上，更注重教學方法的應用。用多種教學手段，增加學生的興趣與主觀能動性，引導學生展現(xiàn)自身特點，提高課堂學習效率。通過本門課程的學習，可以構建與營造積極和諧的師生關系，增強任課教師與學生之間的溝通，為今后的科研提供基礎，形成互動教學模式，老師有傳授，學生有反饋，教學相長。

4 課程思政融入教學過程

教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》[14]中明確指出，專業(yè)教育課程中，要結合專業(yè)特色和優(yōu)勢。深度挖掘專業(yè)知識體系中所蘊含的思想價值和精神內涵[15]。例如進行植物病毒學概論講述時，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 世紀末期的郁金香熱“tulipomania”，當時1 只花色郁金香（實際上是被病毒侵染所導致）可以交換4 t 小麥，4 只肥牛，8 只肥豬等。通過1 個小案例引起學生學習的興趣，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，從開始認為可能是細菌病害，到后來認為是比細菌還小的粒子；隨著研究技術水平的逐漸提升，到1935 年由于蛋白結晶技術的發(fā)展，煙草花葉病毒可以結晶形成顆粒，所以科學家認為該病原物是1種蛋白質；直到結構生物學的發(fā)展，1951 年詹姆斯·杜威·沃森通過X-ray 射線研究發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的結構，煙草花葉病毒粒子是由1 個核酸和許多相同的蛋白質亞基組成；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，無法進行離體培養(yǎng)，直到1984 年保羅·阿爾奎斯特利用反向遺傳學發(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上展開。1986 年，利用病毒介導的植物抗病性番茄植株可以表達具有煙草花葉病毒外殼蛋白從而具備了抗病毒的能力。引入科學研究的發(fā)展是曲折的，同時也依賴于相關領域的技術的發(fā)展，需要有開拓的思維和創(chuàng)新的精神，不斷探索，依據科學基礎才能不斷向成功靠近。

講到植物病毒病害診斷與鑒定時，進行田間診斷時，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行混淆，如何進行區(qū)分鑒定呢？首先需要有扎實的理論基礎，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，再結合具體問題以及侵染性病害的傳播特點進行區(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研究遇到問題的時候，如何進行分析，要基于一定的科學基礎來解決問題。使同學們認識到作為研究生，需要掌握一定的專業(yè)知識基礎，在此基礎上進行分析和解決，注重自我思考的能力。

講到具體技術環(huán)節(jié)時，通常所熟知的都是基本的PCR（聚合酶鏈式反應）技術，而技術需要專業(yè)的設備（PCR 儀器），同時對操作人員技術要求比較高，需要具備一定的生物技術基礎。而現(xiàn)在生產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，例如LAMP 技術（環(huán)介導等溫擴增技術）[16]、免疫膠體金試紙條技術[17]等，解決了傳統(tǒng)RT-PCR（反轉錄PCR）技術方法耗費時間長，需要專業(yè)人員操作的缺點。可以簡便、快速并高效地完成病毒鑒定，滿足了生產實踐的要求。引入科學研究的最終目的還是為了服務生產，機理研究是為了推動科學的進步，同時鼓勵同學們勇于發(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內容時，注重培養(yǎng)學生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力[6]。具體教學過程中增設了實驗操作環(huán)節(jié)，例如進行植物病害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)同學們的興趣，在實驗操作過程中，融入技術原理的講解，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。

5 采用雙語教學模式

雙語教學一是可以培養(yǎng)和提高學生運用外語的能力，二是可以提高師資水平。雙語教學中非常重要的一點是具備豐富完善的教學資源[18]。結合實際教學需要和信息化時代學生學習形式多樣化的特點，以服務課程教與學為重點，需要具備外文原版主教材、助教課件、助學課件、電子教案及資源庫等多種教學資源于一體的共享型立體化教學資源。

適當運用討論式教學方法，該方法分為課堂討論和網絡討論2 種。結合教學內容，教師精選討論議題（如“如何進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，課前積極準備，課上充分交流與討論，教師評述引導并作出綜合評價。網絡討論教師推薦議題或學生發(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。實踐表明這種討論中學生表現(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習的教學資源。

課程難點在于要了解學科發(fā)展前沿，信息量大且知識變化快，缺少適用的教材。相應的解決辦法是需要教師不斷提高教學質量，在講課中不斷更新補充講授內容，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的學生均能得到提高。同時介紹與各專題內容相關的中、英文基礎參考書及進一步學習所需的文獻閱讀資料，以滿足學生不同層次的要求。通過教學活動使學生能夠熟練閱讀、正確理解本專業(yè)中等難度的外文資料，能夠撰寫科學論文摘要，有初步聽說能力，可進行一般專業(yè)交流。教學內容過程中增設閱讀練習，提供給學生一些文章，讓其閱讀后概述文章主要內容；進行英漢對譯練習，及時糾正有關錯誤；模擬學術報告，培養(yǎng)鍛煉學生的聽說能力。

6 課堂實驗與課外創(chuàng)新實踐相結合

課堂實驗教學采取重點多媒體講授和難點示范結合。充分利用多媒體演示等教學工具，運用課堂提問、討論、思考題及經典實驗實操的方式，主要由學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。

開放式的實驗教學是培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高學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，學生需要掌握植物RNA（核糖核酸）的提取技術，該技術涉及的原理及技術要點學生需要熟悉，如何保證RNA 不被降解，如何獲取高質量高濃度的RNA 以保證后續(xù)試驗。其次，獲得植物樣品中RNA 后，采取RT-PCR（逆轉錄聚合酶式反應）方法進行目的片段的富集，而該病毒種類是未知的，如何進行PCR（聚合酶鏈式反應）引物的設計，又是學生需要思考的一個難點。可以采用隨機引物，或者根據植物樣品的寄主種類，搜集文獻中已經報道的病毒種類進行引物設計，在這個過程中，培養(yǎng)和鍛煉了學生查閱文獻的能力，匯總歸納整理獲取信息的能力。根據設計引物進行RTPCR 擴增，該環(huán)節(jié)加深了學生對于PCR 擴增的理解與認知，通過擴增條帶的有無結果初步判定是否有某種病毒。最后，將擴增富集到的目的片段進行切膠回收，連接載體，轉化入大腸桿菌中，測序進行序列比對分析，獲得最終結果。上述幾個實驗操作涉及很多技術點，都需要學生一一掌握，同時還需要相應的理論基礎，以便于從結果中進行分析。

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結合，從實驗方案的制定、實驗材料及方法的選擇、植物樣品的準備、樣品的提取、樣品指標的測定、實驗結果匯總及數(shù)據分析到論文撰寫貫穿一體。以3～5 人為一組，由學生根據所準備實驗材料根據老師要求，合理安排實驗時間及操作。經過2～3 次實驗，這樣增加了學生做實驗的自覺性，克服了過去學生只是依賴老師，為完成課程做實驗的思想。學生從發(fā)現(xiàn)科學問題，自我解決科學問題的角度進行實驗，真正從被動轉為主動，從“要我做”變?yōu)椤拔乙觥保惶岣吡朔治龊徒鉀Q問題的能力，熟練了實驗技術。不少學生把實驗和研究相結合，極大地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，獲得了一批新結果，提出了一些有新見解的觀點。由于實驗報告采取論文形式，學生又要根據自己的結果查閱大量的參考文獻，與同學一起討論，最后根據討論結果，進行分析。論文的撰寫包含實驗的目的與意義，材料方法，結果，討論及參考文獻幾個方面。這個過程使同學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行解決，也可以就此立項，作為一個開放性的課題。同學們自己搜集素材，自己進行鑒定，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，還可以豐富教學資源，積累教學經驗。將課本知識與課外實踐充分結合，提高了同學的自主學習的興趣，培養(yǎng)了科研能力與創(chuàng)新意識，增強了教師與學生之間的溝通，營造了良好的教學環(huán)境與氛圍。