新农科视角下《植物病原学》课程“五维一体”教学模式的构建和实践

薛应钰，杨成德，陶 飞，徐秉良

(甘肃农业大学 植物保护学院，甘肃 兰州 730070)

自然界中，农作物、果树、蔬菜、牧草和林木等植物经常受到菌物、细菌、病毒和线虫等各种病原微生物的危害，严重影响了农、牧、林业的可持续健康发展和生态安全。据统计中国农作物常年发生的病、虫、草、鼠等有害生物达1665种，发生面积4-5.3亿hm2，若不用农药平均每年可造成粮食损失15%-25%，其中病害占46.5%，达775种[1-2]。“植物病原学”是研究植物病害发生原因的学科，该课程是甘肃农业大学植保、森保、园艺、农学、草业和林学等本科专业的专业基础课，通过该课程的学习，让学生更加系统深入地掌握各类病原生物的基本特性、分类鉴定和常见属的特征等知识，为以后学习“农业植物病理学”“园艺植物病理学”“牧草病理学”和“林木病理学”等课程打下坚实的理论基础。

2019年，教育部通过“安吉共识”“北大仓行动”和“北京指南”新农科建设三部曲明确指出，新农科建设就是要为农业科技进步、经济社会发展、农业产业体系变革提供新型人才[3-4]。课程作为大学教育的基本单元，是人才培养的重要途径，更是解决“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题的具体抓手[5]。中国是个农业大国，“三农”工作具有特殊的重要性[6]。目前，随着乡村振兴战略的实施和以科技为支撑的现代化农牧业的发展，急需大量优秀的新型农业人才，特别是高素质的应用型农科高校毕业生[7]。因此，从我国农业高等教育的本质和现阶段的农业发展国情来说，通过课程教学改革，培养“学农、懂农、爱农、为农”的高素质创新型应用人才势在必行！

课程教学改革是教育改革进程中永恒的话题。一门课程的教学改革对于促进该课程内容持续生成与转化、课程意义不断构建与提升具有重要的作用[8]。“植物病原学”课程具有内容多、涉及面广，疑难点多，实践性强，与农、牧、林业生产联系紧密的特点，但是，在实际教学过程中存在内容陈旧、方法传统、资源匮乏和实践创新薄弱等问题，已经不能很好地支撑新农科背景下对人才培养的内在要求，成为限制该课程积极发展的重要制约因素。因此，结合“植物病原学”课程特点、存在问题以及教育部“取消水课，打造金课”的要求，进行课程教学改革，着力解决教师“教什么”“怎么教”和学生“学什么”“怎么学”等问题，进一步提升课程生命力迫在眉睫。

鉴于此，本论文以甘肃农业大学植物保护专业本科生为对象，以新农科为背景，围绕“植物病原学”课程的教学现状，通过教学资源、教学内容、教学方法、实践体系和考核方式“五维一体”教学改革模式的构建和实践，以期为培养具有扎实专业功底和“三农”情怀的高素质的应用型人才提供参考。

一、植物病原学课程知识体系和培养目标

该课程知识体系由理论教学和实验教学两部分构成，其中理论教学24学时，实验教学8学时，具体内容见表1；通过此课程的学习，以达到相应的价值、知识、能力和素质目标(表2)。

表1 “植物病原学”课程知识体系

表2 植物病原学课程教学目标

二、模式构建

图1 新农科视域下《植物病原学》课程教学改革模式的建立

三、教学模式的实施

(一)合理利用教学资源，拓宽学生的知识视野

教材是课程的主要承载体，是教师和学生进行教学活动的材料和主要媒体[9]。目前植物病原学课程使用的教材是张国珍主编的《植物病原微生物学》，该教材对于病原生物的分类阐述相对比较简单，另外病原生物的分类系统不断发展变化，因此，推荐学生课外学习《菌物进化系统学》《Plant Pathology》(the fifth edition)、《Plant Virology》《Microbiology:An Introduction》《Dictionary of theFungi》《Berger’s Manual of Determinative Bacteriology》等教材和工具书以及《植物病理学报》《Plant disease》《Phytopathology》等期刊，以拓宽学生的知识视野。

(二)优化教学内容，增强系统性、鲜明性和新颖性

1.实行模块化设计，增强教学内容系统性，提高学生的学习效率。传统教学内容严格按照教材中的编排体系执行，也就是按照菌物、原核生物、病毒和线虫分门别类逐一介绍各自的概念、形态、结构生长繁殖、遗传变异、分类和利用，这样的教学内容体系从教师授课的角度来看，条理清晰，便于讲授；但是，从学生的角度考虑，这样的课程内容编排模式缺乏系统性、针对性和目的性，很容易混淆。因此，在教学过程中对教学内容进行模块化处理，将以前相对比较零散的课程内容划分为4个模块(表3)，在模块2中可以对菌物、原核生物、病毒和线虫的概念、形态、结构、生长繁殖和遗传变异等进行相互比较介绍，便于学生理解和接受；模块3在“三域”分类系统下对植物病原微生物的分类进行讲解，一脉相承，可以达到对分类知识的系统性，方便学生的学习。通过对教学内容的调整，可以培养学生的知识总结能力和主动学习能力，使学生真正做到了“乐学、善学、会学、活学”。

2.列举典型事例，增强教学内容鲜明性，激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师[10]。然而，目前很大一部分学生对于课程的学习缺乏浓厚的兴趣，主要是由于他们认为农学类专业又脏又累，即使参加工作，也是工作薪酬较低、远离城市、工作艰辛等，导致他们出现专业学习“无用论”的思想。针对这一问题，在教学内容的设计中，重视绪论部分对整个课程的教学起到重要的引导作用，列举了近代国内外植物病害流行的主要事例(表4)，让学生认识到由病原生物引起的植物病害对农牧业生产、粮食安全和生态建设具有重要的影响，而这些病害的流行最终都需要大量的科研工作者去解决。通过这些病害流行事件的介绍，让学生重塑专业价值观，认识到自己所学专业的重要性，体会到自己所学专业的高尚性，进一步激发学生对“植物病原学”课程乃至专业学习的热情和激情。

表3 植物病原学课程内容模块化专题设置

表4 近代国内外植物病害流行的主要事例

3.跟踪研究前沿，增强教学内容新颖性，开阔学生的学术视野。教学内容应该紧跟学科前言动态，反映学科的最新发展趋势。目前采用的教材，现有的部分教学内容相对陈旧，尤其是微生物的分类系统不断地发生变化，因此，在模块3植物病原微生物分类及代表属教学过程中，及时更新各类微生物的分类系统。如植物病毒的分类系统以前采用传统的5级分类阶元目、科、亚科、属和种，截至2014年，国际植物病毒分类委员会(ICTV)将植物病毒分属于3个目23个科3个亚科104个属1204种。但是，2019病毒分类系统全面采用了域、亚域、界、亚界、门、亚门、纲、亚纲、目、亚目、科、亚科、属、亚属、种的十五级分类阶元，其中植物病毒主要归属在单链DNA病毒域和RNA病毒域2个域中，包括3个界、7个门、2个亚门、13个纲、16个目、31个科、8个亚科、132个属、3个亚属、共有1608种。在以往教学内容中细菌采用《伯杰氏系统细菌学手册》第一版的分类系统，涉及植物病害的细菌包括薄壁菌门(有细胞壁的G-细菌)、厚壁菌门(有细胞壁的G+细菌)和软壁菌门(无细胞壁的细菌)；但2012年出版的《伯杰氏系统细菌学手册》第二版把原核生物分成古细菌域(Archaea)和细菌域(Bacteria)两个域(domains)，细菌域包括23个5007个种，而涉及植物病害的病原细菌包括薄壁菌门、厚壁菌门和放线菌门，在这个系统中，支原体属(Mycoplasma)、螺原体属(Spiroplasma)和芽孢杆菌属(Bacillus)归属厚壁菌门；棒性杆菌属(Clavibacter)、短小杆菌属(Curtobacterium)和链霉菌属(Streptomyces)归属放线菌门，与第一版的系统比较有较大差别。通过这些内容的更新，有助于开阔学生学术眼界和思路，养成自主学习的习惯，为以后学术能力发展奠定良好的专业理论基础。

(三)改进教学方法，提高学生综合素养

1.运用案例教学，培养学生的科研素养。在模块1中，介绍病毒的发现时，以烟草花叶病为材料，麦尔(A.E.Mayer)发现病毒的传染性、伊万诺夫斯基(D.Ivanowski)发现病毒的滤过性，他们的实验方法完全正确，富有创新，且有很好的实验结果，但在当时细菌占统治学的时代，他们都认为引起烟草花叶病的致病因子是细菌或细菌毒素。然而，贝杰林克(M.W.Beijerinck)不但重复了他们的实验也得到了同样的结果，而且设计了琼脂扩散试验，得出了烟草花叶病的致病因子是一种传染活液，与细菌有本质的区别，最终发现了病毒而成为“病毒学之父”。通过病毒发现过程这个案例的介绍，让学生认识到科学研究中严谨的科学态度和严格的科学方法是非常重要的，但是面对自己的实验结果能不能通过严密的科学思维做出客观的科学判断，得出合理的科学结论，进一步阐述“科学家永远要敢于或勇于向传统挑战”的道理。

2.坚持问题导向教学，培养学生思维能力。在模块3中介绍各个属的病原生物时，改变以往的教学模式，都是按部就班地逐个属给出名称、形态图、介绍形态特征和引致的代表性病害特点等，这种流水线的模式对于学生来说感觉古板、无味，学生只是被动的学习；因此，在现在的教学过程中，针对每个属的讲解，首先展示其引致的病害症状图片或播放预先录制的该病害田间发生情况视频，然后反问学生“这个植物到底怎么了”，形成悬念；接着，展示病原图片或视频，描述该属的典型特征，并讲解其侵染致病的过程。通过此种教学方式，以实际生产为出发点，让学生充当“侦探”，突出了课程的实用性，增加了课程的趣味性，培养了学生的思维能力。

3.实施翻转课堂，培养学生的学习能力。在模块4“4大类微生物在农业、食品、医药和生态保护中的利用”的教学中，预先将该部分内容分解为10个知识点，在上课前一周予以发布，让学生自由组成5-6人的小组，每个小组1名同学担任组长，共10组随机抽取知识点任务，课后每个小组的同学查阅文献并收集整理资料，制作高质量的PPT或制作小视频；课堂上，每个小组讲解10分钟，集体讨论10分钟，点评5分钟，要求课后查缺补漏。在这种模式下，学生始终处于主导地位，他们自行查阅资料、准备课件和集体备课等环节的实施，有助于知识的消化,查漏补缺,互相影响带动，对所学的知识掌握比较牢固，培养了学生合作学习能力，锻炼了学生的独立思考能力，也提高了学生的理解和表达能力。

(四)加强实践教学，培养学生“实战”技能

1.打破传统实验的观念，提高研究创新性、综合设计性实验项目的比例。传统教学模式中，课程教学大纲所列的4个实验均为验证性实验，一般内容相对简单，用时短、容易完成。特别是菌物、细菌和线虫病原形态的观察实验中，大部分都是利用永久玻片，学生按照玻片的名称在显微镜下直接观察，“照葫芦画瓢”完成实验报告。为了提高学生的动手能力和实践操作能力，安排学生根据自己的兴趣选择某一种植物，采集其病害标本，在室内进行症状描述、临时玻片制作、在显微镜下观察病原形态并绘图。这种开放性实验的设计，让学生改变传统被动接受式学习为主动发现式的学习，有利于培养学生们发现问题和解决问题的能力。

2.以赛促学，培养学生的创新实践能力。结合课程的教学内容，鼓励有兴趣的同学积极参与老师的科研项目，申报国家级大学生科研训练项目和学校大学生科研训练计划(SRTP)，进行一系列探究式的研究，形成的科研成果参加“互联网+”大学生创新创业大赛，近4年来，植物保护专业学生荣获国家级二等奖2项，省级一等奖4项；同时，依托学校社团“绿盾协会”，自2015年开始每年举行“明察秋毫-植物病原标本镜检大赛”，先后300余名学生参与，荣获一等奖35人，二等奖70人。通过这种以赛促学的方式，提高了学生的实践能力，培养了学生的创新意识，激发了学生的创造力，对促进学生的创新创业动力起到了积极作用。

(五)实行多元化考核方式，重视过程性学习效果

一门课程的考核方式在一定程度上是学生学习该门课程的旗帜和驱动力。传统的考核方式相对比较简单和片面，基本是“一考定成败”，仅以上课出勤、实验课成绩和期末考试成绩按一定比例构成，这种考核方式下的期末卷面成绩占比较高，学生只是按部就班上课，期末考试前突击复习，卷面成绩过关基本就保证了该门课程的顺利通过，课堂学习效果却无法体现。采用多元化的综合考核方式，细化考核指标，在传统模式的基础上，增加了课堂笔记、提问、讨论和开放性实验等过程性考核环节，降低期末考试成绩的比例(表5)，充分重视学生的过程性学习效果，改变了学生长期以来形成的“重理论、轻能力；重知识、轻实践”的认识，发挥学生的主观学习能动性，极大地激发了学生学习植物保护相关课程的兴趣，提高了学生的思辨思维、创新能力和实践能力，培养了学生的科研综合素质。

表5 植物病原课程教学改革前后考核方式差异比较

表6 植物保护专业近4年学生考研和工作签约情况

四、教学改革效果

(一)提高了学生专业学习兴趣，促进了学生学习态度的转变

通过对植物保护专业本科生4年的教学实践，由表6可以看出：学生的课堂出勤率连续4年均在95%以上，这说明通过一系列教学改革措施，学生的学习态度发生了较大的转变，由被动学习转向了主动学习，由“厌学”转向了“乐学”；同时，在课程的教学过程中，通过案例教学、综合性实验的实施，极大地提高了学生的专业学习兴趣，近4年来本科毕业生攻读研究生的积极性持续增加，尤其2017级学生中60%考取了研究生，表明学生对所学专业的自信心和认可度得到了增强，进一步树立了学生“学有所为，学有所用”的专业学习价值观。

(二)改变了教师的教学行为，促进了教师的专业成长

常言道“欲给学生一滴水,老师需备一桶水”[11]。教师作为课程教学改革的实施者和践行者，直接影响着教学改革效果。通过教学改革的实施，教师及时掌握学科研究前沿动态，广泛涉猎专业知识，精心设计教学环节，极大地促进了教师的专业成长；同时，教师的教学行为发生了“质”的改变，由主演转成了主导，从台上走到了台下，达到了教学相长的效果。

五、结语

通过对“植物病原学”课程教学的改革，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的主动学习能力，培养了学生的创新意识和科学精神，达到了应用型人才的培养目标。但是，教学改革是一个长期的过程，在今后的教学中，应建立高素质的教师队伍，集思广益，不断优化和完善教学改革模式，充分发挥课程的育人阵地和“主渠道作用”，从而为培养“用得上、干得好”的创新性应用人才奠定基础。