农学专业分子生物学课程的重要性与教学模式改进

摘" 要：随着生命科学的飞速发展，分子生物学在农学专业教学中越发显示出其至关重要的地位。该文通过查阅资料对高校农学专业分子生物学课程现状进行全面分析与评估，并进一步探讨教学改革的必要性与实施路径。该文强调实验教学是优化分子生物学教学的关键，通过在教学和实验课程中引入与农业生产直接相关的分子生物学技术，如基因的PCR扩增与克隆、蛋白表达与纯化、CRISPR-Cas9基因编辑技术、作物遗传转化和组织培养等技术，能显著提升学生的科研兴趣和动手能力。同时，还应该运用网络信息化手段构建虚拟实验室，以及开设翻转课堂和小组讨论等互动环节，加强理论与实践相结合的教学模式。建议，未来应持续深化教学改革，引进更多前沿科技，为农学专业学生培养出具备国际竞争力的分子生物学科研人才。

关键词：农学专业；分子生物学；教学改革；实验教学；理论与实践相结合

中图分类号：G642" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

分子生物学作为现代生命科学的核心学科之一，随着分子生物学技术的快速发展，其在作物育种、病虫害防治、农产品质量改良等方面的应用日益广泛。高校农学专业学生只有深入学习和掌握分子生物学的基本原理和实验技能，才能更好地适应现代农业发展的需要。分子生物学是从分子层面研究生物体遗传信息的储存、复制、表达和传递的科学，其理论框架主要包括遗传物质的复制与修复、转录与翻译、基因表达调控等内容[1]。这些知识不仅是现代生物学的理论基础，也与农学生产实践密切相关。例如，利用DNA分子标记技术可以加速作物育种进程，提高育种效率[2]；了解植物病原菌的致病机理，可以为防治植物病害提供新思路；掌握转基因技术，可以改良农作物的品质和提高产量。然而，目前高校农学专业分子生物学课程的教学还存在诸多问题亟需进行教学改革与创新。

1" 农学专业教育概述

1.1" 农学专业发展现状与教学中存在的问题

农学是一门研究作物栽培、土壤管理、植物保护和遗传育种等农业生产技术的应用科学。近年来，随着现代生物技术的飞速发展，分子生物学已成为农学研究的重要手段和途径。然而，我国多数农林院校在分子生物学课程开设、教学内容、教学方法以及实践能力培养等方面仍存在一些亟待解决的问题[3-6]。第一，传统的农学专业教学内容偏重于作物栽培、土壤肥料等方面，而忽视了现代生物技术的应用。第二，农学专业课程设置较为传统和单一，理论课程偏重且内容陈旧，缺乏与现代农业生产实际和科技发展相结合的新知识、新技术，导致学生所学知识难以适应现代农业发展需求。第三，农学教学方法和手段较为单一，传统的“填鸭式”教学占主导地位，教师讲授为主，学生被动接受知识，师生互动较少，不利于调动学生学习积极性，培养学生主动学习和独立思考的能力。第四，实践教学环节薄弱，实验课程设置不足，实验内容陈旧，学生动手能力培养不足。部分高校实验室仪器设备老化，配套设施不完善，供学生实践训练的平台不足。第五，农学专业培养与农业生产实践脱节，毕业生农业生产技能掌握不扎实，实习形式化，学生参与度不高。第六，部分高校农学专业尚未将分子生物学纳入必修课程，例如，笔者在参加硕士研究生招生的过程中，来自这些高校本科毕业生都未曾系统学习过分子生物学课程，导致基础理论知识匮乏，严重制约了农学专业硕士研究生的培养进度和质量。

目前，部分高校农学专业已经意识到分子生物学的重要性，也纷纷开始了一系列的教学改革和探索。例如华中农业大学将分子生物学课程列为农学专业的核心基础课，构建了“理论教学—实验教学—科研训练—创新实践”的立体化教学体系[7]。西北农林科技大学推行启发式教学，学生学习兴趣明显提高[8]。南京农业大学建立了开放式分子生物学实验教学平台，强化学生动手能力训练[9]。这些改革实践虽然为农学专业分子生物学课程教学积累了宝贵经验，但是中国广大农业高校或农学专业的课程设置和教学模式仍然亟待改进。

1.2" 分子生物学在农学教学和实践中的重要作用

分子生物学作为现代生命科学的核心学科之一，在农学研究与应用中发挥着日益突出的作用。分子生物学技术如PCR、基因克隆、测序和转基因等已广泛应用于作物育种、病虫害防治、农产品质量改良等领域，成为推动现代农业发展的重要驱动力。例如，笔者及所在的研究团队，利用多种分子生物学技术阐明了OsNAC24基因参与水稻胚乳淀粉合成和品质调控的分子机制，并利用CRISPR基因编辑技术编辑OsNAC24基因，从而创制了直链淀粉含量降低的稻米新种质[10]。水稻白叶枯病的病原物研究表明，其主要效应蛋白AvrXa7与宿主转录因子Os-11N3启动子元件互作诱发感病，由此揭示了该病害的关键致病机制[11]。Wang等[12]应用COI基因和28S序列条形码技术，对软鳞（半翅目：球虫总科：球虫科）类农业害虫不同地理种群进行系统发育分析，揭示其遗传分化格局，据此建立了基于COI和28S的物种分子鉴定方法。

1.3" 农学专业分子生物学课程教学改革的必要性

随着现代生物技术的飞速发展，分子生物学已成为21世纪生命科学发展的重要基础和主要推动力。我国高等农业教育面临着培养高素质创新型人才，促进农业现代化发展的重大挑战。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确提出要优化学科专业结构，加强应用型、复合型人才培养。《教育部 农业部 国家林业局关于推进高等农林教育综合改革的若干意见》（教高〔2013〕9号）指出，要加快发展农科教合作，促进科教资源共享，推动科技成果转化。这为高校农学专业教学改革指明了方向。将分子生物学知识和技能引入农学专业教学，对于拓宽学生视野、提高学生科研创新能力具有重要意义。例如，利用基因工程技术培育抗病虫、抗逆境的转基因作物，利用分子标记辅助选择加速优良品种选育进程，利用基因芯片技术进行功能基因发掘和表达谱分析等，都需要扎实的分子生物学理论基础。因此，如何在有限的教学时间内，合理设置教学内容，采用恰当的教学模式和方法，实现分子生物学与农学专业的有机结合，培养学生分子生物学的理论素养和实践能力，是摆在农学专业教育工作者面前的一项紧迫任务。

1.4" 分子生物学课程与农学专业对接

分子生物学不仅是现代农学研究与教学的重要基础，同时也是一门理论性很强的课程。大多数的理论和概念高度抽象，单一的课堂讲授式教学对学生的专注力和理解能力要求极高，学生课堂学习的知识往往难以转化成持久记忆。因此，农学专业分子生物学课程亟需加强与本专业的对接，增加农学领域前沿进展与应用案例，提高课程的实用性和针对性。一方面，应结合作物优质、高产、抗逆等农艺性状的遗传解析，介绍QTL定位、全基因组关联分析（GWAS）、基因编辑等分子生物学研究策略在作物遗传改良中的应用。另一方面，围绕农作物重大病虫害防控，讲授病原微生物效应蛋白、抗性基因挖掘、生防菌筛选等方面的最新研究进展。

此外，教学中还应重视学科交叉，注重分子生物学与生物信息学、组学等学科的联系。多组学联合分析已成为揭示生物体复杂性状的有力工具，基因组、转录组、蛋白组和代谢组等海量数据也对农学研究产生了深远影响。在此背景下，农学专业分子生物学课程需加强数据分析内容，训练学生利用生物信息学工具分析组学数据的能力。可引导学生访问NCBI、DDBJ等常用数据库，检索特定基因或蛋白的序列信息，并运用BLAST、Clustal等工具进行同源性分析。同时，围绕当前作物功能基因组研究，介绍RNA-seq、ChIP-seq等常用组学技术原理，讲解转录本差异分析、基因共表达网络构建等数据分析流程，提高学生数据整合与挖掘能力。

2" 教学改革实施方案

2.1" 创新教学方法与手段

本文旨在讨论探索创新教学方法与手段，在提升此课程教学质量的同时，促进学生的批判性思维和创新能力培养。根据布鲁姆（Bloom）[13]的认知领域分类，课程内容设计围绕知识记忆、理解、应用、分析、综合与评价6个层次进行。首先，我们认为可以模块化课程单元，采用案例分析、问题驱动和参与式互动教学方法，创新性地引入作物重要性状基因的克隆、基因的外源诱导表达、CRISPR-Cas9基因编辑技术、遗传转化与组织培养等前沿内容，以此作为学科知识的延伸，并在教学中融入多维度评价体系。具体到教学实践，课堂讲授采用反转课堂的模式，将传统的课堂演讲与学生自主学习紧密结合，通过在线课程平台（MOOC）的支持，学生在课前预习，课堂上进行深化讨论。通过设置每单元的实践操作和讨论题，学生能亲身体会科研过程，并在真实情境中提高其分析和解决问题的能力。其次，针对数据分析技能的提升，开设专题讲座，详细讲解生物统计学与生物信息学的基本原理及应用，并通过实际项目操作深入了解数据处理流程。同时，配合课程的科研项目，鼓励学生进行科研论文的撰写与发布，培养科研思维与学术表达能力。

2.2" 加强实验与实践教学

在分子生物学课程改革中，加强实验与实践教学是提高教学质量的关键举措。传统的分子生物学教学偏重理论知识的灌输，实验课程设置较少，学生动手能力得不到有效训练。为了培养学生的实践能力和创新意识，需要在课程中融入更多的实验与实践环节。

具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，增加实验课时数，保证学生有足够的时间进行实践操作。建议将实验课时数提高到总课时的50%以上，每个实验项目至少安排3～4个学时。第二，更新实验内容，紧跟分子生物学前沿技术。可以引入基因克隆、PCR、RNA干扰和基因编辑等最新实验技术，让学生掌握当前分子生物学研究的主流方法。第三，改进实验教学方式，突出学生的主体地位。鼓励学生自主设计实验方案，独立完成实验操作，培养其科研思维和动手能力。教师应加强指导和点拨，及时解决学生在实验中遇到的问题。第四，建立并完善本科生导师责任制，即学生从大一就开始分配实习实验室和导师，让本科生从入学开始就开始进入实验室，全程学习、体验、设计和实操，不仅极大提高了学生们的学习热情，更让学生们充分领悟理论联系实际的概念。例如扬州大学农学专业目前已经进行了教育改革，实行大学生本科生四年一贯导师制。第五，重视课外实践活动的开展，可以组织学生参观农业生物技术企业、育种研究所等机构，了解分子生物学在农业生产中的应用。鼓励学生参与教师的科研项目，在实践中强化所学知识和技能。

为了保障实验与实践教学的效果，学校需要加大资金投入，完善实验室硬件设施。购置先进的仪器设备如高通量测序仪、荧光定量PCR仪等，满足学生实验需求。同时要建立实验耗材供应保障机制，及时更新实验试剂和材料，确保实验教学的连续性和稳定性。

2.3" 教学评估与持续改进

在教学评估方面，可以采用形成性评估与总结性评估相结合的方式。形成性评估贯穿于整个教学过程中，通过课堂提问、小组讨论、课堂测验等方式，及时了解学生的学习状况和教学效果，并根据评估结果及时调整教学策略和方法。例如，可以在每次课后进行5～10 min的在线测验，测验内容围绕本节课的重点和难点，形式可以选择判断题、选择题或简答题。测验结果可以实时反馈给学生，帮助学生及时发现问题和不足。教师也可根据测验结果，对教学内容和方法进行针对性的调整和改进。总结性评估主要在学期末进行，可采用期末考试、研究性论文、实验报告等多元化的评估方式。期末考试应侧重考查学生对分子生物学基本概念、原理和方法的掌握情况，以及运用知识分析和解决问题的能力。研究性论文可以让学生根据自己的兴趣选择与农学相关的分子生物学课题，通过文献综述、实验设计、数据分析等环节，撰写一篇3 000～5 000字的小论文。这种评估方式不仅可以考查学生的知识运用能力，还能培养学生的科研素养和创新意识。实验报告则侧重评估学生动手操作和科学探究的能力，学生需详细记录实验目的、原理、操作步骤、结果与分析等，并就实验中遇到的问题提出改进方案。

此外，教学评估不应局限于对学生学习效果的考查，还应包括对教师教学质量的评估。可以通过学生评教、同行评议、督导评教等方式，多维度评估教师的教学设计、教学方法、教学内容等，并根据评估结果持续改进教学工作。例如，可以每学期组织1～2次学生座谈会，了解学生对教学的意见和建议；定期开展教师教学竞赛活动，鼓励教师相互学习、取长补短；聘请校内外专家开展教学督导，针对性提出改进意见。

3" 结束语

分子生物学作为现代生命科学的核心学科，其理论与技术已广泛应用于农学各个领域，深刻影响着农业生产实践。本文通过系统分析农学专业分子生物学课程教学现状，探讨教学改革的必要性与可行性，并提出具体改革措施，以期为提高分子生物学教学质量，培养高素质农学专业人才提供参考。改革分子生物学课程，更新教学内容是提高教学质量的关键，创新教学方法与手段是提高教学效果的有效途径，建立完善的教学评估与反馈机制是教学改革的重要保障。此外，还应加强教学管理，完善教学质量监控体系，为教学改革营造良好的制度环境。总之，改革的成效还需要一个较长的过程，需要教学管理部门、任课教师、实验教师和学生等多方共同努力，形成教学相长、协同创新的良好局面，推动农学教育事业不断进步。

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[13] 附录①认知领域的学习水平分类（布鲁姆，1956）[J].教育科研情况交流，1984（1）：20-21.

基金项目：2024年江苏省和扬州大学学位与研究生教育教学改革课题（JGKT24_A014）

第一作者简介：金素奎（1987-），男，博士，讲师。研究方向为稻米品质遗传改良。

*通信作者：高继平（1968-），男，博士，教授。研究方向为稻米品质遗传改良。