旨在培养科研素养的理工科研究生课程教学改革

王棚涛 王伟 郭思义

摘  要：培养科研创新能力是研究生教育的核心任务之一，也是研究生培养质量的集中体现。以植物逆境生物学为特色的河南大学生物学科入选国家“双一流”建设行列，对研究生科研创新能力培养提出新的更高要求。高级植物生理学是植物逆境生物学的核心课程，该课程围绕研究生科研素养提升的核心目标采取一系列教学改革举措，通过科研反哺教学、打造精良的教学团队、更新和拓展教学内容、改革教学手段和教学方式、融入课程思政，以及双语教学和考核方式等方面的改革实践，使科研素养培养始终贯穿于课程教学的全过程中，为提升研究生创新意识和创新能力筑牢基础。此课程的教学改革实践为“双一流”大学理工科研究生课程建设提供新的借鉴。

关键词：科研素养；研究生课程；教学改革；高级植物生理学；双一流建设

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）15-0023-06

Abstract： The essence of postgraduate education is to cultivate first-class innovative talents and abilities， which fully reflects the quality of postgraduate education. The stress biology subject was selected as the "Double-First Class" construction at Henan University， which puts forward new and higher requirements for the cultivation of scientific research innovative ability of postgraduates. "Advanced Plant Physiology" is a core course of plant stress biology. A series of teaching reform measures， including scientific research back feeding teaching， building an excellent educator team， renewing and expanding what we teach， ideological and political education in the course， bilingual teaching and methods of examinations， has been taken around the core goal of improving graduate students' scientific research literacy. Practice has proved that innovative talents were remarkably improved by the whole course teaching of Advanced Plant Physiology. The course teaching reform of Advanced Plant Physiology provides reference for educational innovation of science and engineering postgraduate course at "Double-First Class" university construction.

Keywords： scientific research literacy; postgraduate course; teaching reform; Advanced Plant Physiology; "Double-First Class" construction

2015年10月，國务院印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，明确提出要加快建成一批世界一流大学和一流学科（简称“双一流”），提升我国教育发展水平、增强国家核心竞争力，实现我国从高等教育大国向高等教育强国跨越[1]。高校要实现“双一流”建设目标，研究生教育质量的提升是重要保障和基础。而课程学习又是研究生培养的基础，对打牢研究生的基础知识、培育学生创新思维能力至关重要，因而课程学习效果直接影响着研究生教育质量[2]。因此，重视和加强研究生课程体系建设，推进研究生课程教学改革是提高研究生培养质量的重要基础，也是建设世界一流大学、培养高层次创新人才的迫切需求[3]。

一  课程教学对培养研究生科研素养的重要作用

研究生教育是培养创新型人才的重要保障，是产出高水平科研成果的重要途径，是实施创新型国家建设战略的重要渠道，也是建设世界一流大学和一流学科的重要基础[4]。研究生科研素养是研究生教育质量的重要体现，是培养科研后备力量的主要途径，也是创新型国家建设的内在需求。研究生科研素养体现在创新素质和创新能力，主要是指具有创新意识、创新精神和创新思维，善于发现问题，并能综合运用知识创造性地解决问题的能力[5]。研究生课程是学生获取本学科基础理论和系统专业知识的基本途径，筑牢用于研究生创新需求的知识体系，是研究生开展“研究”的基础，是保障研究生培养质量的基础环节，在研究生成长成才中具有基础性作用[6]。研究生课程教学重点不仅要建立完整的理论知识体系，更应当注重本学科研究方法的掌握，注重研究生独立思考能力和创造性思维的培养训练，掌握解决问题的方法论[6]。

综上，课程教学在研究生培养过程中起重要基础性作用，科学合理前瞻的教学内容、教学资源和教学方式为研究生开展科研奠定理论基础，帮助研究生构建符合创新需求的知识体系，对于研究生科研和创新能力的培养发挥重要作用[7]。

二  “双一流”建设对课程教学提出新的更高要求

研究生教育质量的提升是高校实现“双一流”建设目标的重要前体和基础。课程学习作为研究生培养的基础环节，对夯实基础知识、培养创新思维能力和实践能力起关键作用。在“双一流”建设背景下，课程教学质量对研究生培养的桥梁作用显得尤为重要，其在很大程度上影响着研究生培养的最终成效。因此，研究生课程建设需要长远和系统规划，在顶层谋划研究生课程的系统性和前沿性，将创新能力培养作为课程建设的核心目标，从课程资源、课程师资、授课方式等方面进行改革，不断增强课程建设对研究生培养的支撑作用[2]。

（一）  课程教学存在的不足之处

1  通过课程思政增强专业自信有待加强

课程思政是将思想政治教育元素，包括思想政治教育的理论知识、价值理念及精神追求等融入到课程教学的各环节各方面，对学生的思想意识、行为举止产生潜移默化的影响[8]。为进一步明确和强化课程思政的重要作用，2020年教育部发布《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量[9]。

目前，我国理工科研究生中部分学生存在对自己所学专业的信心不足，尤其是生物学和农学相关专业的研究生对专业兴趣不浓厚，认可度不高；专业课程学习较吃力，成绩不理想；对专业现状及趋势了解不深入不全面；甚至毕业后从事与专业相关度低的工作等原因，表现出专业自信不足，这在很大程度上挫败了学习积极性，严重影响研究生创新能力培养。

兴趣是最好的老师，也是学生求知的内在动力。以兴趣作为研究生学习和科研创新的内在驱动力，是完成教学目标培养科研素养的有效途径，因而需要教师在保证研究生课程的学科价值体系、专业教学体系和完整知识体系基础上，挖掘课程内容所蕴含的专业自信相关元素，以融合性和潜隐性教学方式使其与课程知识体系中固有的科学观、价值观等有机融合，构建集学科专业知识、能力、价值与专业自信教育于一体的课程教学目标，夯实研究生专业兴趣的根基[10]。

2  课程教学内容须注重研究性和学科前沿性

河南大学研究生高级植物生理学课程以前的教学内容主要偏重植物生理学的基础知识，某些方面和本科生开设植物生理学课程内容有部分内容重复，各章节内容中关于主要研究热点、前沿知识和发展趋势的讲授有限。为适应新形势下“双一流”建设的需求，并及时跟进学科发展，课程内容在讲授基础知识的同时应补充更新最新研究热点和前沿知识，使学生在较短时间内了解学科发展动态，全面系统掌握课程知识体系[11]。

3  教学方法和教学手段不符合创新人才培养要求

研究生教育的目的是培养高层次和创新型科研人才，因而其课程教学也应该注重教授与科研创新能力培养的有机结合，强化学生的独立思考能力、勇于讨论和自主学习能力应成为课程教学改革的新要求。在多媒体授课基础上，改进教学方法，以教师的讲授和引导学生独立思考、积极讨论和自主学习为重点，培养学生的综合学习能力[11]。

4  将科研资源转化为教学资源的意识需进一步强化

河南大学生物学科拥有两个国家重点实验室、国家野外科学观测研究站、生物学和生态学两个一级学科博士点及相应的博士后流动站等一流的科研平台。拥有包含双聘院士、教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年基金和国家优秀青年基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）项目，以及国家重点研发计划项目首席科学家等一大批优秀人才在内的师资队伍。产出了一批具有突出科学价值的原创成果。建设有大豆、棉花、玉米和小麦等作物遗传转化平台、作物表型综合研究平台、液相和气相色谱及质谱、电子显微镜和激光共聚焦显微镜等先进的仪器设备和研究技术体系。将这些一流的科研资源转化为教学资源，让大科学家走进课堂，将创新成果带入课堂，对学生进行仪器操作培训，从前沿系统的知识教学和技术方法的实操训练，深度优化提质研究生课程体系，将极大提升研究生科研素养的培养和研究生课程的教学效果。

（二）  课程教学改革是新的时代要求

河南大学生物学科于2017年和2022年两次入选国家“双一流”建设学科。在“双一流”建设背景下，提升拔尖创新人才培养质量已成为高校发展的一项重大任务，也是“双一流”建设成果的重要体现[12]。在“雙一流”建设新时代下，对研究生课程教学提出了新的更高要求。研究生课程教学不能局限于传统的知识讲授，课程教学内容须突出研究性和学科前沿性，教学方法和手段也需要与时俱进，优势的科研资源必须转化为教学资源，通过课程教学为研究生科研素养的培养奠定良好的基础[11]。

河南大学生物学一级学科（植物学与作物学方向）学术型硕士研究生招收有植物学、细胞生物学、遗传学、生物化学与分子生物学、发育生物学、生物物理学、作物种质创新与生物育种、智慧栽培与生理学和作物基因组学等专业方向。高级植物生理学是上述专业方向学术型研究生的必修课，在这些专业的研究生课程体系中占有重要地位。这些研究生来自不同的学校，有的在本科主修过这门科程，有的则从未学过，对植物生理学知识的了解程度参差不齐。围绕培养研究生科研素养这一核心任务，在高级植物生理学课程中，需要从传统的教材内容到最新研究进展，从教学模式与教学方法到教学手段与教学资源，从经典的试验方法到新技术和方法的介绍，从科学态度到课程思政等方面改进和加强，达到知识传授、科学创新能力培养和价值引领相统一的教学目标。

三  旨在提升研究生科研素养的课程教学改革举措

研究生培养成效好坏的主要标志是研究生独立从事科学研究的能力，表现为运用专业知识创造性解决实际问题的能力，主要包括科技文献查阅及综合研判能力、创新思维能力、实验动手能力、学术论文写作能力、学术报告和交流能力等。河南大学生物学科是“双一流”建设学科，为切实提升该学科研究生培养质量，选择高级植物生理学课程作为课程教学改革的排头兵，从以下几方面加强和改进教学方法模式和教学内容，筑牢研究生课程教学的根基，显著提升研究生科研素养，高质量完成研究生培养任务。

（一）  知识讲授与课程思政并重利于立德树人

立德树人是我国新时代高等教育的立身之本。高校的一切工作都应该紧密围绕“立德为先、树人为本”而展开[10]。习近平总书记多次强调思政工作的重要性，为课程思政建设指明了方向。开展课程思政建设工作，将课程思政融入课堂教学过程，落实立德树人根本任务，全面提高人才培养质量，构建全员、全程、全方位育人格局，是高校研究生教育义不容辞的责任。

植物生理学课程内容的专业知识蕴含丰富的课程思政元素和案例。在高级植物生理学理论知识讲授过程中，充分挖掘课程中的思政要素，适时、自然地向学生渗透科学家的故事和科学精神，使德育与智育实现无缝连接。例如，国家最高科学技术奖获得者袁隆平院士自青年起就立志用农业科学技术击败饥饿威胁，是一位真正的耕耘者，90岁高龄仍专注于田畴，将毕生精力奉献于水稻事业[13]。屠呦呦研究团队发现青蒿素可以有效降低疟疾患者的死亡率，获得诺贝尔奖，是第一位获得诺贝尔生理学或医学奖项的中国本土科学家，也是中国医学界获得的最高奖项[13]。我们身边的科学家宋纯鹏教授带领河南大学生物学科艰难起步和发展壮大的历程也很具有启发学生奋发图强的励志作用。生物学科在河南大学百年办学历程中曾两次完全中断，1987年，新的生物学科从零基础开始重建。“一个课题，两个老师，三间房子”成为宋纯鹏在河南大学创业的开端。他从学校借来几间房子和经费，购置了膜片器和共聚焦显微镜，从气孔运动入手探讨植物应答干旱胁迫的生理机制，在国际上率先提出活性氧可能作为第二信使参与脱落酸诱导气孔关闭这一假设。以先进的学术思想为引领，选择实验消耗比较少但依赖巧妙技术的科研途径，用技术优势克服设备和资金的劣势。埋头苦干，全年无休，短短20年时间，系列研究成果获得国家自然科学二等奖，获批建设两个国家重点实验室，带领生物学科迈进国家“双一流”学科建设行列，创造了在不发达地区和非中心城市的地方大学建设一流科研平台取得一流成果的鲜见范例[14]。我们在诸如植物水分生理、信号转导、气孔运动和脱落酸作用等章节讲授过程中，将宋纯鹏等多位专家学者谦逊和蔼、勤奋敬业的学者风范，潜心研究背后的心酸故事穿插其中，拉近学生和科学家的距离，不仅使课堂讲授更加生动和引人入胜，同时也起到了很好的课程思政和励志效果。

总之，通过思政元素的挖掘，使学生了解我国科学家在世界植物生理学发展中所作的贡献，学习他们一丝不苟的科学精神、踏实进取有责任有担当的优秀品格。可有效激发学生学习热情，培养学生的家国情怀，使其献身植物学研究，为国家农业科技进步做出积极贡献。

（二）  科研反哺教学利于实现研究生培养目标

“反哺”原意是鸟雏长大了，衔食反哺其母[15]。将“反哺”的概念引入科研与教学关系中，主要是指将科研成果融入到教学内容当中，将科研平台资源作为教学资源，充分发挥各类科研资源在人才培养中的作用，构建科研反哺教学的人才培养机制。这也是高等学校贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，践行大学立德树人根本任务，培养卓越创新人才的必然选择。

教而不研则浅，研而不教则空。教师将科研成果反哺教学，可及时弥补课程知识与最新科学研究进展之间的断层，支撑高水平研究生教学，利于培養研究生科研创新能力[16]。科教融合发展培养研究生科研素养是“双一流”高校建设的共同价值追求。高水平的科研体系是一流大学的重要支撑和标志，科研体系支撑教学的发展，以良好的科研成果提高教学质量，这是“双一流”建设发展的应有之意，也是建设“双一流”高校的现实需要[13]。河南大学生物学科作为国家“双一流”建设学科，已经拥有省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室、棉花生物育种与综合利用全国重点实验室、生物学一级学科博士点和博士后科研流动站等完备的高水平科学研究平台。国家重点实验室拥有大量的先进仪器设备和基础设施，掌握了先进的实验技术手段，聚集了一批高水平的专家教授，产出了Nature、Science、Cell等高水平的科研成果，具备了为课堂教学充实综合性前沿性知识和先进实验技术方法的能力，为科研反哺教学奠定了优势条件和厚重基础。因此，在河南大学生物学科研究生教育中开展反哺式教学，能够使研究生在接受知识的同时，对科学研究有全方位的了解，理解科研的真谛，掌握科研的精髓在于创新性思维、严谨的实验设计、科学的数据分析和客观准确的结果表述等，为后续高水平课题研究奠定基础。

（三）  精良的教学团队为研究生创新思维提供智力资源

研究生课程教学不仅要讲授基础知识、更需要拓展和加深前沿领域，同时重视学科交叉。河南大学高级植物生理学研究生课程以宋纯鹏等翻译的《植物生理学》（第5版），以及原版教材第6版和第7版为蓝本。该书由国际上享有盛名的植物生理学家Lincoln Taiz和Eduardo Zeiger共同撰写，全书分为3个单元共计26章，是植物生理学领域的经典教材。为充分体现科研反哺教学和利用国家重点实验室的优秀专家资源，本课程的教学并未采用单人授课模式，而是根据章节内容，从实验室遴选该领域研究密切相关的专家教授共计近20人，每人讲授1章或2章内容。由于每位教授所讲内容为本人的相关研究领域，可减轻教师的备课负担，避免过多挤占教师的科研时间；更重要的是能充分发挥专家的特长，每位授课者都对本章内容极为熟悉，了解该领域的研究历史、发展动态和前沿成果，容易将自身研究经历和切身体会融入课堂，从研究方案到具体实验，从结果总结到论文写作，从报告展示到学术交流等过程都能与学生分享自己的经验教训和心得体会。将“教材-文献-实验”融合为一体进行教学，并重点讲解相关研究领域的发展历程，围绕“是什么、为什么、做什么”的科研思维进行引导式教学，充分激发学生的科研兴趣、培养学生的科研创新能力[17]。学生不仅能学到最新、最权威的知识，还能面对面获得科学家的第一手研究经验，为进入课题组开展研究打下坚实的基础。

（四）  教学内容的更新与拓展是研究生培养目标的内在需求

扎实的基础理论知识和开阔的学术视野是创新意识萌长的基石，因而，提高研究生科研创新能力应从课程教学入手，讲授内容不仅要让学生了解本学科的基本知识以及形成和发展的历史沿革，更要掌握学术发展的最新研究成果及先进的实验技术方法等，为开展课题研究打下坚实的基础。因此，在有限的课时内，不再对学生重复讲授本科生教材的知识，而是拓宽教授内容，让学生能在课堂上获得前沿领域的相关知识和技术方法，为后面进入实验室开展科研打下基础。例如，在讲授脱落酸一章时，每一部分内容都将最新研究进展涵盖其中，比如在ABA合成途径这部分内容中，除了讲解经典的ABA合成步骤、合成酶、关键基因和重要突变体表型等内容外，还加入国家重点实验室关于ABA合成途径的重要新发现，补充讲解了ABA合成的新支路等。同时还结合国家重点实验室关于ABA研究的多个实验结果来介绍ABA合成或信号转导突变体的表型。这种更新和拓展授课内容的做法，在深度和广度上能迅速把研究生引领到学科知识前沿。从最初的研究缘起到令人印象深刻的实验图片，从新颖的研究思路到创新意义的结果。从点到面，从纵向到横向全面介绍河南大学国家重点实验室对领域的重要贡献和国际最新研究进展。使学生了解基本知识的同时，领会研究思路创新的意义、研究结果的分析推理、甚至研究过程的曲折与艰辛。为进入课题研究提供坚实的知识储备、掌握新技术新方法、甚至提前做好了应对实验挫折的负面心理准备。

（五）  改进教学方法和教学手段以提升教学效果

作为研究生，不仅要会做实验、会写文章，还要有较强的口头表达能力，用科学的语言准确表述学术问题和学术思想等。这也是研究生培养中平时课题汇报、毕业答辩、参加学术会议等与人交流的必备技能。为锻炼研究生的表达能力，在教学方法方面改变了传统的教师单一灌输式教学模式，把分组讨论探究式教学、翻转课堂教学等多种教学方法应用在高级植物生理学课堂教学中[11]。分组讨论模式是针对某一知识点，将学生分为若干小组，在阅读教材内容的同时，可借助手机、电脑等媒体手段查阅最新研究文献，在给定时间内进行小组内讨论，然后派代表汇报小组内学习和心得体会。翻转教学则是在课堂上安排下次课所要讲授的内容，让学生选派1到2名代表，在课前自己制作课件，上课时教师以学生的身份听讲，学生讲完后教师对学生教学的知识内容进行补充和点评，甚至对学生的教学仪态仪表进行指导。学术论文写作也是研究生必须跨越的障碍，为有效锻炼学生的写作能力，除了课堂教学外，以课后撰写文献综述的形式充分调动学生的文献阅读自主性，将被动文献阅读改为主动文献调研，在阅读基础上撰写文献进展综述，因为撰写综述不是把研究进展简单翻译和堆砌，而是在大量的文献调研基础上形成自己的判断和观点，这样不仅培养了学生的文献阅读能力，更重要的是锻炼了学生对文献分类、汇总、思考甚至甄别判断能力。从而强化了学生的自主文献阅读和学术写作能力。

教学手段改革方面，利用黑板和多媒体相结合的方式，将抽象、难懂的知识用图片、动画、视频等形式展现，帮助学生理解相关概念及生物学过程，激发学习兴趣，提高教学效果。另外，还可通过微博、微信公众号等公共资源，引导学生了解自己感兴趣领域的研究进展推送，追踪研究的前沿知识。

（六）  双语授课利于培养学生国际交流能力

英语为国际交流的首选语言，研究成果以英语形式写作和发表便于科学家之间的学术交流。很多硕士生在本科阶段没有系统学习过专业英语，对科技文章的构成、写作方式、句型结构及语法等不熟悉，专业词汇不足，而研究生阶段需要阅读大量的英文文献甚至用英文写作，因此提高英文读写能力是研究生阶段必须跨越的障碍。同时，为了拓宽学生的學术视野，提高追踪国际学术前沿的能力，本课程选择植物生理学英文原版教材（Plant Physiology and Development， Sixth edition and Seventh edition， by Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger）作为主要教学用书，无论是内容的博大精深还是文字的纯熟优美，该书都堪称专业教科书的经典之作。词汇运用绝不生僻难懂又不失丰富生动，句式结构富于层次，语法规范，便于读者理解。同时，授课教师都是国家重点实验室的知名专家学者，始终工作在科研工作的前沿，他们的日常工作和交流离不开英语，因而，其授课课件大多以英语形成展现，课堂上也以双语形式授课，从而使研究生在学习植物生理学知识体系的同时，无形中提高了英文专业词汇的听、说、读、写能力，利于他们进行国际学术交流。

（七）  建立多样性开放性课程评价体系

在课程学习结束后，需要对研究生的知识体系、能力素质等进行综合考核。传统的期末考试主要反映学生对该课程知识体系的掌握和记忆情况，对于理解能力和运用能力的考察有限，不能全面反映学生接受情况和课程教学效果。因此，本课程采取过程评价和终末成绩相结合的考核方式。过程评价占60%，期末成绩占40%。过程评价包括出勤率10%、课堂讨论10%、作业完成情况10%和创新设计报告30%。期末考试采用闭卷方式，包括识记、理解、综合运用和创新设计等多种题型。课程思政效果评价主要考察学生的专业使命感、献身精神、家国情怀和社会责任等观念和意识。总之，本课程考核除了考察学生对专业知识的理解和掌握程度及实验操作的基本技能和规范外，将学生的科研诚信和价值观、专业使命感和社会责任、安全意识和团队协作等内容也纳入考核范畴，形成了多样性和开放性的综合课程评价方式。

四  课程教学改革成效小结

从研究生课程教学入手，培养学生的科研创新能力，产出高水平研究成果和创新型人才，是新时代我国高校“双一流”建设的重要任务和成果体现。在“双一流”建设背景下的研究生课程教学改革，以河南大学高级植物生理学为例，通过不断探索，从教学资源挖掘、授课教师的遴选、教学内容、教学模式和考核方式等方面进行了多层次多方面教学改革，将研究生科研素养的培养贯穿于整个教学过程。几年的教学实践表明，改革后的教学过程极大激发了学生的学习兴趣，充分调动了学生学习和思考的自主性，为研究生开展科研奠定扎实的理论知识基础、方法技能储备、科研思维培育，甚至课题研究的心理素质预铺等。近年来，国家重点实验室的研究生在科研素养方面有了显著提升，每年都有多人次获得国家级和省级各类奖学金，省级和校级优秀毕业论文。研究生发表大量研究论文并获得各类优秀论文奖。在每年一届的研究生学术文化节中涌现出大量优秀海报，优秀Oral Presentation等。这些成果反映出研究生不仅掌握了扎实的基础知识，更具备了敏锐的科研思维和综合分析能力，展现出刻苦钻研、勇于创新、勤于实践和锐意进取的学术精神。

除高级植物生理学课程外，河南大学国家重点实验室还为研究生另开设生物学文献阅读、生物学研究方法与学术规范、生物学学术论文英文写作等课程。引导研究生阅读经典文献、锻炼实验设计、规范实验操作和科学准确描述结果，全过程理解和体会科学研究中提出假说、实验求证、尊重事实、归纳总结的学术过程。

教学改革是一个不断创新教学方式和教学内容、改变教学理念的过程，今后仍需要随着国家大政方针和研究生教育形式的发展变化而加以完善更新，不断提高研究生培养质量。希望该课程教学改革能对河南大学的理工科研究生课程建设起到引领和示范作用，同时也希望为国内其他兄弟院校研究生课程建设提供借鉴作用。

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