農學專業(yè)分子生物學課程的重要性與教學模式改進

摘" 要：隨著生命科學的飛速發(fā)展，分子生物學在農學專業(yè)教學中越發(fā)顯示出其至關重要的地位。該文通過查閱資料對高校農學專業(yè)分子生物學課程現(xiàn)狀進行全面分析與評估，并進一步探討教學改革的必要性與實施路徑。該文強調實驗教學是優(yōu)化分子生物學教學的關鍵，通過在教學和實驗課程中引入與農業(yè)生產直接相關的分子生物學技術，如基因的PCR擴增與克隆、蛋白表達與純化、CRISPR-Cas9基因編輯技術、作物遺傳轉化和組織培養(yǎng)等技術，能顯著提升學生的科研興趣和動手能力。同時，還應該運用網(wǎng)絡信息化手段構建虛擬實驗室，以及開設翻轉課堂和小組討論等互動環(huán)節(jié)，加強理論與實踐相結合的教學模式。建議，未來應持續(xù)深化教學改革，引進更多前沿科技，為農學專業(yè)學生培養(yǎng)出具備國際競爭力的分子生物學科研人才。

關鍵詞：農學專業(yè)；分子生物學；教學改革；實驗教學；理論與實踐相結合

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）24-0127-04

Abstract： With the rapid development of life sciences， molecular biology has become increasingly important in the teaching of agronomy majors. This paper comprehensively analyzes and evaluates the current situation of molecular biology courses for agricultural majors in colleges and universities through consulting materials， and further discusses the necessity and implementation paths of teaching reform. This paper emphasizes that experimental teaching is the key to optimizing molecular biology teaching. By introducing molecular biology technologies directly related to agricultural production into teaching and experimental courses， such as PCR amplification and cloning of genes， protein expression and purification， CRISPR-Cas9 gene editing technology， crop genetic transformation and tissue culture and other technologies， students' scientific research interest and hands-on ability can be significantly enhanced. At the same time， we should also use network informatization to build virtual laboratories， and open interactive links such as flipped classes and group discussions to strengthen the teaching model that combines theory and practice. It is suggested that in the future， teaching reform should be continued to be deepened， more cutting-edge technologies should be introduced， and internationally competitive molecular biology research talents for agronomy students.

Keywords： agronomy major; molecular biology; teaching reform; experimental teaching; combining theory and practice

分子生物學作為現(xiàn)代生命科學的核心學科之一，隨著分子生物學技術的快速發(fā)展，其在作物育種、病蟲害防治、農產品質量改良等方面的應用日益廣泛。高校農學專業(yè)學生只有深入學習和掌握分子生物學的基本原理和實驗技能，才能更好地適應現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的需要。分子生物學是從分子層面研究生物體遺傳信息的儲存、復制、表達和傳遞的科學，其理論框架主要包括遺傳物質的復制與修復、轉錄與翻譯、基因表達調控等內容[1]。這些知識不僅是現(xiàn)代生物學的理論基礎，也與農學生產實踐密切相關。例如，利用DNA分子標記技術可以加速作物育種進程，提高育種效率[2]；了解植物病原菌的致病機理，可以為防治植物病害提供新思路；掌握轉基因技術，可以改良農作物的品質和提高產量。然而，目前高校農學專業(yè)分子生物學課程的教學還存在諸多問題亟需進行教學改革與創(chuàng)新。

1" 農學專業(yè)教育概述

1.1" 農學專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與教學中存在的問題

農學是一門研究作物栽培、土壤管理、植物保護和遺傳育種等農業(yè)生產技術的應用科學。近年來，隨著現(xiàn)代生物技術的飛速發(fā)展，分子生物學已成為農學研究的重要手段和途徑。然而，我國多數(shù)農林院校在分子生物學課程開設、教學內容、教學方法以及實踐能力培養(yǎng)等方面仍存在一些亟待解決的問題[3-6]。第一，傳統(tǒng)的農學專業(yè)教學內容偏重于作物栽培、土壤肥料等方面，而忽視了現(xiàn)代生物技術的應用。第二，農學專業(yè)課程設置較為傳統(tǒng)和單一，理論課程偏重且內容陳舊，缺乏與現(xiàn)代農業(yè)生產實際和科技發(fā)展相結合的新知識、新技術，導致學生所學知識難以適應現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展需求。第三，農學教學方法和手段較為單一，傳統(tǒng)的“填鴨式”教學占主導地位，教師講授為主，學生被動接受知識，師生互動較少，不利于調動學生學習積極性，培養(yǎng)學生主動學習和獨立思考的能力。第四，實踐教學環(huán)節(jié)薄弱，實驗課程設置不足，實驗內容陳舊，學生動手能力培養(yǎng)不足。部分高校實驗室儀器設備老化，配套設施不完善，供學生實踐訓練的平臺不足。第五，農學專業(yè)培養(yǎng)與農業(yè)生產實踐脫節(jié)，畢業(yè)生農業(yè)生產技能掌握不扎實，實習形式化，學生參與度不高。第六，部分高校農學專業(yè)尚未將分子生物學納入必修課程，例如，筆者在參加碩士研究生招生的過程中，來自這些高校本科畢業(yè)生都未曾系統(tǒng)學習過分子生物學課程，導致基礎理論知識匱乏，嚴重制約了農學專業(yè)碩士研究生的培養(yǎng)進度和質量。

目前，部分高校農學專業(yè)已經(jīng)意識到分子生物學的重要性，也紛紛開始了一系列的教學改革和探索。例如華中農業(yè)大學將分子生物學課程列為農學專業(yè)的核心基礎課，構建了“理論教學—實驗教學—科研訓練—創(chuàng)新實踐”的立體化教學體系[7]。西北農林科技大學推行啟發(fā)式教學，學生學習興趣明顯提高[8]。南京農業(yè)大學建立了開放式分子生物學實驗教學平臺，強化學生動手能力訓練[9]。這些改革實踐雖然為農學專業(yè)分子生物學課程教學積累了寶貴經(jīng)驗，但是中國廣大農業(yè)高?；蜣r學專業(yè)的課程設置和教學模式仍然亟待改進。

1.2" 分子生物學在農學教學和實踐中的重要作用

分子生物學作為現(xiàn)代生命科學的核心學科之一，在農學研究與應用中發(fā)揮著日益突出的作用。分子生物學技術如PCR、基因克隆、測序和轉基因等已廣泛應用于作物育種、病蟲害防治、農產品質量改良等領域，成為推動現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要驅動力。例如，筆者及所在的研究團隊，利用多種分子生物學技術闡明了OsNAC24基因參與水稻胚乳淀粉合成和品質調控的分子機制，并利用CRISPR基因編輯技術編輯OsNAC24基因，從而創(chuàng)制了直鏈淀粉含量降低的稻米新種質[10]。水稻白葉枯病的病原物研究表明，其主要效應蛋白AvrXa7與宿主轉錄因子Os-11N3啟動子元件互作誘發(fā)感病，由此揭示了該病害的關鍵致病機制[11]。Wang等[12]應用COI基因和28S序列條形碼技術，對軟鱗（半翅目：球蟲總科：球蟲科）類農業(yè)害蟲不同地理種群進行系統(tǒng)發(fā)育分析，揭示其遺傳分化格局，據(jù)此建立了基于COI和28S的物種分子鑒定方法。

1.3" 農學專業(yè)分子生物學課程教學改革的必要性

隨著現(xiàn)代生物技術的飛速發(fā)展，分子生物學已成為21世紀生命科學發(fā)展的重要基礎和主要推動力。我國高等農業(yè)教育面臨著培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才，促進農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確提出要優(yōu)化學科專業(yè)結構，加強應用型、復合型人才培養(yǎng)。《教育部 農業(yè)部 國家林業(yè)局關于推進高等農林教育綜合改革的若干意見》（教高〔2013〕9號）指出，要加快發(fā)展農科教合作，促進科教資源共享，推動科技成果轉化。這為高校農學專業(yè)教學改革指明了方向。將分子生物學知識和技能引入農學專業(yè)教學，對于拓寬學生視野、提高學生科研創(chuàng)新能力具有重要意義。例如，利用基因工程技術培育抗病蟲、抗逆境的轉基因作物，利用分子標記輔助選擇加速優(yōu)良品種選育進程，利用基因芯片技術進行功能基因發(fā)掘和表達譜分析等，都需要扎實的分子生物學理論基礎。因此，如何在有限的教學時間內，合理設置教學內容，采用恰當?shù)慕虒W模式和方法，實現(xiàn)分子生物學與農學專業(yè)的有機結合，培養(yǎng)學生分子生物學的理論素養(yǎng)和實踐能力，是擺在農學專業(yè)教育工作者面前的一項緊迫任務。

1.4" 分子生物學課程與農學專業(yè)對接

分子生物學不僅是現(xiàn)代農學研究與教學的重要基礎，同時也是一門理論性很強的課程。大多數(shù)的理論和概念高度抽象，單一的課堂講授式教學對學生的專注力和理解能力要求極高，學生課堂學習的知識往往難以轉化成持久記憶。因此，農學專業(yè)分子生物學課程亟需加強與本專業(yè)的對接，增加農學領域前沿進展與應用案例，提高課程的實用性和針對性。一方面，應結合作物優(yōu)質、高產、抗逆等農藝性狀的遺傳解析，介紹QTL定位、全基因組關聯(lián)分析（GWAS）、基因編輯等分子生物學研究策略在作物遺傳改良中的應用。另一方面，圍繞農作物重大病蟲害防控，講授病原微生物效應蛋白、抗性基因挖掘、生防菌篩選等方面的最新研究進展。

此外，教學中還應重視學科交叉，注重分子生物學與生物信息學、組學等學科的聯(lián)系。多組學聯(lián)合分析已成為揭示生物體復雜性狀的有力工具，基因組、轉錄組、蛋白組和代謝組等海量數(shù)據(jù)也對農學研究產生了深遠影響。在此背景下，農學專業(yè)分子生物學課程需加強數(shù)據(jù)分析內容，訓練學生利用生物信息學工具分析組學數(shù)據(jù)的能力。可引導學生訪問NCBI、DDBJ等常用數(shù)據(jù)庫，檢索特定基因或蛋白的序列信息，并運用BLAST、Clustal等工具進行同源性分析。同時，圍繞當前作物功能基因組研究，介紹RNA-seq、ChIP-seq等常用組學技術原理，講解轉錄本差異分析、基因共表達網(wǎng)絡構建等數(shù)據(jù)分析流程，提高學生數(shù)據(jù)整合與挖掘能力。

2" 教學改革實施方案

2.1" 創(chuàng)新教學方法與手段

本文旨在討論探索創(chuàng)新教學方法與手段，在提升此課程教學質量的同時，促進學生的批判性思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。根據(jù)布魯姆（Bloom）[13]的認知領域分類，課程內容設計圍繞知識記憶、理解、應用、分析、綜合與評價6個層次進行。首先，我們認為可以模塊化課程單元，采用案例分析、問題驅動和參與式互動教學方法，創(chuàng)新性地引入作物重要性狀基因的克隆、基因的外源誘導表達、CRISPR-Cas9基因編輯技術、遺傳轉化與組織培養(yǎng)等前沿內容，以此作為學科知識的延伸，并在教學中融入多維度評價體系。具體到教學實踐，課堂講授采用反轉課堂的模式，將傳統(tǒng)的課堂演講與學生自主學習緊密結合，通過在線課程平臺（MOOC）的支持，學生在課前預習，課堂上進行深化討論。通過設置每單元的實踐操作和討論題，學生能親身體會科研過程，并在真實情境中提高其分析和解決問題的能力。其次，針對數(shù)據(jù)分析技能的提升，開設專題講座，詳細講解生物統(tǒng)計學與生物信息學的基本原理及應用，并通過實際項目操作深入了解數(shù)據(jù)處理流程。同時，配合課程的科研項目，鼓勵學生進行科研論文的撰寫與發(fā)布，培養(yǎng)科研思維與學術表達能力。

2.2" 加強實驗與實踐教學

在分子生物學課程改革中，加強實驗與實踐教學是提高教學質量的關鍵舉措。傳統(tǒng)的分子生物學教學偏重理論知識的灌輸，實驗課程設置較少，學生動手能力得不到有效訓練。為了培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，需要在課程中融入更多的實驗與實踐環(huán)節(jié)。

具體來說，可以從以下幾個方面入手：第一，增加實驗課時數(shù)，保證學生有足夠的時間進行實踐操作。建議將實驗課時數(shù)提高到總課時的50%以上，每個實驗項目至少安排3～4個學時。第二，更新實驗內容，緊跟分子生物學前沿技術?？梢砸牖蚩寺　CR、RNA干擾和基因編輯等最新實驗技術，讓學生掌握當前分子生物學研究的主流方法。第三，改進實驗教學方式，突出學生的主體地位。鼓勵學生自主設計實驗方案，獨立完成實驗操作，培養(yǎng)其科研思維和動手能力。教師應加強指導和點撥，及時解決學生在實驗中遇到的問題。第四，建立并完善本科生導師責任制，即學生從大一就開始分配實習實驗室和導師，讓本科生從入學開始就開始進入實驗室，全程學習、體驗、設計和實操，不僅極大提高了學生們的學習熱情，更讓學生們充分領悟理論聯(lián)系實際的概念。例如揚州大學農學專業(yè)目前已經(jīng)進行了教育改革，實行大學生本科生四年一貫導師制。第五，重視課外實踐活動的開展，可以組織學生參觀農業(yè)生物技術企業(yè)、育種研究所等機構，了解分子生物學在農業(yè)生產中的應用。鼓勵學生參與教師的科研項目，在實踐中強化所學知識和技能。

為了保障實驗與實踐教學的效果，學校需要加大資金投入，完善實驗室硬件設施。購置先進的儀器設備如高通量測序儀、熒光定量PCR儀等，滿足學生實驗需求。同時要建立實驗耗材供應保障機制，及時更新實驗試劑和材料，確保實驗教學的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2.3" 教學評估與持續(xù)改進

在教學評估方面，可以采用形成性評估與總結性評估相結合的方式。形成性評估貫穿于整個教學過程中，通過課堂提問、小組討論、課堂測驗等方式，及時了解學生的學習狀況和教學效果，并根據(jù)評估結果及時調整教學策略和方法。例如，可以在每次課后進行5～10 min的在線測驗，測驗內容圍繞本節(jié)課的重點和難點，形式可以選擇判斷題、選擇題或簡答題。測驗結果可以實時反饋給學生，幫助學生及時發(fā)現(xiàn)問題和不足。教師也可根據(jù)測驗結果，對教學內容和方法進行針對性的調整和改進。總結性評估主要在學期末進行，可采用期末考試、研究性論文、實驗報告等多元化的評估方式。期末考試應側重考查學生對分子生物學基本概念、原理和方法的掌握情況，以及運用知識分析和解決問題的能力。研究性論文可以讓學生根據(jù)自己的興趣選擇與農學相關的分子生物學課題，通過文獻綜述、實驗設計、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)，撰寫一篇3 000～5 000字的小論文。這種評估方式不僅可以考查學生的知識運用能力，還能培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。實驗報告則側重評估學生動手操作和科學探究的能力，學生需詳細記錄實驗目的、原理、操作步驟、結果與分析等，并就實驗中遇到的問題提出改進方案。

此外，教學評估不應局限于對學生學習效果的考查，還應包括對教師教學質量的評估?？梢酝ㄟ^學生評教、同行評議、督導評教等方式，多維度評估教師的教學設計、教學方法、教學內容等，并根據(jù)評估結果持續(xù)改進教學工作。例如，可以每學期組織1～2次學生座談會，了解學生對教學的意見和建議；定期開展教師教學競賽活動，鼓勵教師相互學習、取長補短；聘請校內外專家開展教學督導，針對性提出改進意見。

3" 結束語

分子生物學作為現(xiàn)代生命科學的核心學科，其理論與技術已廣泛應用于農學各個領域，深刻影響著農業(yè)生產實踐。本文通過系統(tǒng)分析農學專業(yè)分子生物學課程教學現(xiàn)狀，探討教學改革的必要性與可行性，并提出具體改革措施，以期為提高分子生物學教學質量，培養(yǎng)高素質農學專業(yè)人才提供參考。改革分子生物學課程，更新教學內容是提高教學質量的關鍵，創(chuàng)新教學方法與手段是提高教學效果的有效途徑，建立完善的教學評估與反饋機制是教學改革的重要保障。此外，還應加強教學管理，完善教學質量監(jiān)控體系，為教學改革營造良好的制度環(huán)境?？傊?，改革的成效還需要一個較長的過程，需要教學管理部門、任課教師、實驗教師和學生等多方共同努力，形成教學相長、協(xié)同創(chuàng)新的良好局面，推動農學教育事業(yè)不斷進步。

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基金項目：2024年江蘇省和揚州大學學位與研究生教育教學改革課題（JGKT24_A014）

第一作者簡介：金素奎（1987-），男，博士，講師。研究方向為稻米品質遺傳改良。

*通信作者：高繼平（1968-），男，博士，教授。研究方向為稻米品質遺傳改良。