以問題為導向的教學方法在“森保生物技術”課程教學中的應用

張盛培，李 河

（中南林業科技大學林學院 湖南 長沙 410004）

森林保護專業最早由北京林業大學（原北京林學院）于1958 年創辦，現已成為我國絕大多數農林類高等院校普遍開設的專業。中南林業科技大學在1958 年設立了森林保護教研室，并于1960 年開始招收本科生。經過幾代人幾十年的努力，中南林業科技大學（以下簡稱“我?！保┥直Ｗo專業于2021 年獲批國家級一流本科專業建設點，為社會培養了大量的優秀人才，為我國林業的恢復與發展做出了重要貢獻。新時代生態文明建設賦予了森林保護專業新的責任與使命。因此，我校積極進行該專業的課程改革，2018 年新設立了“森保生物技術”“林木化學保護”等新興課程。筆者有幸于2018 年開始，承擔“森保生物技術”課程的教學工作。

“森保生物技術”課程是森林保護和生物技術學科的交叉，是分子生物學的先進技術在森林保護領域的具體應用，該課程體現了微觀（細胞、蛋白、核酸）和宏觀（林木有害生物）的有機結合。由于分子生物學的內容本身很多而且比較抽象、復雜、難懂，課程又僅有32 個學時，這就要求教師必須在有限的時間內引導學生系統應用分子生物學的理論與技術解決森林保護中的實際問題。

以問題為導向的教學方法（Problem-based learning method）是20 世紀美國神經病學的教授們在麥克馬斯特大學首創。當前，以問題為導向的教學方法已經廣泛應用于基礎教育、高等教育、成人教育及職業教育等各種類型的教育領域，并且在醫學、理學、工學、文學、史學、哲學、經濟學等學科中大放異彩。特別是在高等教育的醫學領域，學生們通過真實的病例問題可以身臨其境地學習臨床上的技能。森林保護從某種意義上說屬于植物醫學的范疇，然而以問題為導向的教學方法在該專業的應用卻比較少。因此，筆者在“森保生物技術”課程的教學過程中引入了以問題為導向的教學方法，激發了學生的興趣，提高了學生的學習積極性，增強了教學效果。

1 以問題為導向的教學方法在“森保生物技術”課程教學中的實踐案例

1.1 PCR 技術與森林保護

確定植物感染有害生物之后，下一步就要采取治療措施。目前主要采用化學藥劑防治的方法，然而化學藥劑容易污染環境，并且許多地區的有害生物對特定的藥劑已經產生了耐藥性。教師可以繼續引導學生思考，如果繼續對該地區進行同類型的化學藥劑防治會產生什么后果？①污染環境；②有害生物抗藥性繼續增加；③浪費時間與金錢，且錯失最佳防治時期。是否能夠提前預判有害生物是否產生了抗藥性，從而為科學合理地施用化學農藥提供參考意見。結合“林木化學保護”學習過的內容，有些學生可能會回答可以采用實驗室鑒定的方法。室內鑒定確實是一種方法，在“森保生物技術”的課程里我們還會學習另外一種方法：DNA 測序。結合前人關于抗藥性位點的變異及DNA 測序的結果，我們可以準確地判斷出有害生物抗藥性的有無。同時DNA 測序還被廣泛地用于親子鑒定、法醫追兇、物種鑒定等等方面。從應用的廣泛性激發了學生對DNA 測序課程內容的學習欲望。該部分內容主要包括以下方面：①測序的原理；②測序的規律；③測序的方法；④測序的應用。

防治有害生物最經濟的方法就是種植抗病品種，然而抗病基因與優良性狀的基因很難同時出現在同一個品種內。這里可以引導學生思考如何將抗病基因整合到具有優良性狀的當家品種。將這個問題以課后作業的形式布置給學生，學生們會通過預習課本及查找相關資料對這個過程產生初步的了解。上課時，學生們通過預習可能已經知道我們通過DNA 重組技術可以把抗病基因整合到具有優良性狀的當家品種中。那么這個過程的理論基礎是什么？為什么可以把抗病基因整合到其他個體里，還能表達出同樣功能的蛋白質？結合課堂提問以及研討式教學的方式，我們可以得出一些潛在的答案：①細胞生物都是以DNA 作為遺傳物質；②大多數生物都通用一套遺傳密碼子。然后，課堂即可順理成章地過渡到課程內容：①DNA重組技術的工具；②DNA 重組技術的步驟；③DNA 重組技術的方法；④DNA 重組技術的應用。

圖1 基因工程與森林保護章節以問題為導向的教學方法示意圖

1.2 DNA 測序技術與森林保護

我國是一個林業有害生物高發的國家，近年來我國林業有害生物發生面積年均超過1151.5 hm，造成超過1101.1 億元的經濟損失。2021 年全國林業有害生物發生面積更是高達1255.37 萬hm，預計2022 年將保持偏重發生、局部暴發的特點，全年發生面積可達1267 萬hm。在林業生物災害頻發的大背景下，更加凸顯了森林保護事業的重要性。

1.3 基因重組技術與森林保護

減少林業生物災害的損失，教師可以聯系我國防治森林病蟲害的“治早、治小、治了”的原則，在災害發生苗頭時就加以制止，并且徹底根除，見圖1。如何提前預判森林病蟲害的發生？傳統森林病蟲害的監測往往是出現癥狀之后，我們能否開發類似對新冠病毒無癥狀感染者進行核酸檢測的方法呢？答案是肯定的，通過聚合酶鏈式反應PCR（Polymerase Chain Reaction，PCR）及實時熒光定量PCR 技術（Quantitative Real time PCR，qRT-PCR）就可以實現上述目標。隨后，教師再與學生一起探討PCR 的具體內容：①PCR 技術的簡史；②PCR 技術的基本原理；③PCR技術的反應體系和方法。④PCR 技術的類型。隨后埋下伏筆：PCR僅限于對DNA的檢測，而冠狀病毒遺傳物質是RNA。教師因此進一步提出問題，對于RNA 病毒病我們該如何檢測？由此導入qRT-PCR 技術的內容：①對于RNA 病毒病的檢測我們首先需要將RNA 在逆轉錄酶的作用下將其逆轉錄為DNA；②以上述DNA為模板進行實時熒光定量PCR，根據標準曲線及Ct值的有無，從而確定感染情況。

PCR 技術、DNA 測序技術和DNA 重組技術是“森保生物技術”課程的三個重要內容。教師通過引導性的提問誘發學生探究PCR技術的興趣，從與生產實際緊密結合的有害生物防治的問題入手，引導學生對DNA 測序技術的興趣。教師以課后作業的形式提出DNA 重組技術所需要解決的問題，引導學生課后思考問題、分析問題、解決問題，充分發揮學生們的主觀能動性。

2 結語

經過三年的實踐應用，以問題為導向的教學方法在“森保生物技術”課程教學中已初見效果。運用該教學方法時教師一定要做好頂層設計，教師首先提出問題或者引導學生提出問題，然后圍繞問題、分析問題、查找資料、進而解決問題，隨后又提出新的問題，解決新的問題，問題之間環環相扣，如此循環最終消化吸收整個章節或者整個課程的知識內容，具體模式見圖2。

圖2 以問題為導向的教學方法模式圖