《植病研究方法》课程教学方法和实验的探讨

《植病研究方法》课程教学方法和实验的探讨

植物疾病的研究方法是植物疾病的重要专业课程之一。它是植物病理学的重要组成部分。这也是提高和培养学生对植物病理的实验技能和学习兴趣的重要课程之一。植病研究方法着重于植物病理学研究的原理和方法讲解,偏重于实验教学的教学课程。由于科学发展和技术进步,该课程需要应用现代教学方法和不断补充新的教学内容,以适应学生对新知识的追求和培养真正有创新能力的高级人才的需要。因此,在教学过程中,笔者根据多年教学和科研经验,对《植病研究方法》的教学内容和方法进行了逐步完善,在教学中进行了尝试并获得良好的教学效果。一、调整和丰富教材(一)实验课内容的设置方中达先生编著的《植病研究方法》一书,是植保专业的教材和研究著作。其内容包括:植物病害资料的收集、试验的研究方法、研究结果的整理与报告等,包含了大量植物病理学研究的基本方法,涉及面很广。按照《植病研究方法》教学大纲要求:理论教学18课时,实验教学18课时。为了在有限课时内完成教学任务并保证教学质量,必须精选和组织好教学内容。根据教学大纲和教学目标要求,理论课要充分利用多媒体课件,介绍文献查阅、植物病理学多种研究方法的原理、分子植物病理学研究基本原理等内容;实验课部分则以方中达《植病研究方法》为参考,精选编制了10个经典实验,即植物病原真菌分离培养、植物病原真菌接种、植物病原真菌培养和孢子显微测定、植物真菌侵染的组织学观察、植物病原细菌分离培养和数量测定、植物病原细菌接种、植物病害调查(分级和病情记录)、植物病害的损失估计、植物寄生线虫的采集和分离与形态观察、植物病毒的接种与传染等。在实验教学中,对相关实验进行有机组合,将多个看似孤立的实验贯穿起来,籍以达到整体优化的目的。比如,将植物病原细菌分离培养和数量测定、植物病原细菌接种(白叶枯病菌接种水稻)、植物病原真菌分离与培养、植物病原真菌接种(稻瘟病菌接种水稻)和病害调查等5个实验有机地结合起来进行。由于白叶枯病菌(植物病原细菌)需在剪叶接种2周后调查,稻瘟病菌(植物病原真菌)接种后1周就可以调查,在时间安排上将植物病原细菌分离培养(事先采集一些白叶枯病菌病害标本备用)与接种安排在前一周,植物病原真菌分离培养(事先采集一些稻瘟病菌病害标本备用)与接种安排在后一周,在接下来的1次实验中同时调查病害和病情分析。这样安排既可将零散的实验连接成完整的大实验,又接近于实际生活中多种病害的调查研究,提高了实验课的效率。(二)分子植病研究法分子生物学理论及实践的飞速发展及其不断向植物病理学渗透,已经使原来的植物病理学的诸多研究方法带有分子生物学的特点。比如,病原物的鉴定可以借助于遗传多态性、特定DNA的序列测定或者rRNA序列结构等进行鉴定;分子生物学与经典的植物病理学相结合,可以更快、更准确地鉴定病原物。这些研究方法在原有教学中并未涉及,但在现代植物病理研究中已普遍应用。在植病研究方法的教学中,就要适当增加分子生物学内容,以适应现代植病研究方法发展的需要。我们精选了分子植物病理学研究的相关理论知识,安排在理论课中讲解。比如,在实验教学中同时安排了直接免疫荧光法测抗原、质粒提取与检测、植物基因组DNA提取和检测和植物转基因技术等4个实验。通过这些理论和实验课程的学习,使学生初步了解分子生物学在植物病理学中的广泛应用,学习质粒DNA提取、基因组DNA提取、核酸电泳、蛋白质电泳等分子植物病理学研究基本操作技术。目前,本科生的主要去向是考研或去基层工作。对考研的学生来说,分子操作技术非常重要;而对就业的学生来说,了解分子植病研究法基本操作也是很有必要的。通过增加植病研究方法的内容,学生了解到分子生物学的一些知识,觉得分子生物学不但不那么神秘了,而且还与他们离得很近,增强了学习植物病理学专业的信心和兴趣。(三)hrf1基因在植物细胞中的应用将植物转基因技术增加到教学实验中去,利用转基因创造突变进行抗病品种选育,是近年来育种研究的热点,也是现代植物病害控制的一项热门研究内容,并且已经渗透到植物病理学研究的各个研究方向。比如,南京农业大学分子植物病理学实验室从水稻白叶枯病菌中克隆了编码harpin蛋白的hrf1基因,由于harpin蛋白外源田间施用可以有效地提高植物的抗病性,要验证该基因在植物中表达以后是否同样也能提高植物的抗病性,笔者以hrf1基因构建植物转基因载体,转化水稻,获得对水稻病害抗性显著提高的转基因水稻,证明了harpin编码基因在植物中表达以后同样具有诱导植物产生抗病性的功能。由此可见,在植物病理学领域已经有一些应用研究要借助于转基因技术进行功能分析和验证,转基因技术在现在和未来的植物病理学研究中将是很重要的研究方法。因此,应当在植病研究方法教学中增加植物转基因技术,将植物转基因的主要研究方法、不同研究方法的优缺点、针对不同的植物如何选择合适的转基因方法以及在转基因操作过程中需要注意的问题等内容引入《植病研究方法》教学中,并选择性地进行部分实验,使本科生对转基因技术及其在植物病理学中的应用有所了解。二、教育方法的改革(一)生物.设计类课程设计,把学生打造成研究的基础,扩大了学生的应用在以往的实验课程中,几乎所有的实验都已经设计好,学生按照实验指导进行操作,这种方法很难调动学生学习的主动性和创造力。为了激发学生的学习兴趣,调动学生的学习主动性,我们在本课程中增设了兴趣方案设计。学生可以按照自己感兴趣的领域组成小组,选择感兴趣的问题进行研究方案设计,并预期研究结果。学生将研究方案制成多媒体课件,在课堂讲解并回答问题,最后由教师进行点评。对于设计方案合理可行者,教师推荐他们申请大学生研究训练(StudentResearchTraining,SRT)项目。经过几年的尝试,这种做法已获得较好教学成果。学生在完成了自行设计的研究计划后,大大提高了对科研的兴趣,绝大部分学生都继续从事植病研究或者在植病专业继续深造。比如,2002级有5位学生对植物转基因研究很感兴趣,设计了一项关于“转hrf1基因小麦及对赤霉病抗性鉴定”的研究方案,获得学校SRT立项,通过近1年半的努力,已经获得转基因小麦株系42个,其中一部分通过赤霉病抗性测定,与转基因受体小麦扬麦158相比,对赤霉病的抗性有显著的提高。相关的研究论文“转hrf1基因小麦及对赤霉病抗性鉴定”于2006年获得南京农业大学优秀论文奖。参加该兴趣方案设计及研究的5名学生中,1名“硕博连读”,3名读研,还有1名在烟草行业从事病害防治研究。实践证明,通过兴趣实验设计,不仅拓宽了学生的专业知识面,也提高他们的科研素质和探索科学奥秘的兴趣,为日后的科研工作打下良好的基础。(二)开放实验空间,鼓励学生实践,提高学生自主能力《植病研究方法》的有些实验是综合型和设计型的,整个实验过程中,学生们可以自行安排时间,完成综合型和设计型实验。在保证完成基本教学实验的前提下,教学实验室对本科学生免费开放,鼓励更多的学生进行实践,提高动手能力,发挥创造性和探索精神。开放实验室为学生开放了科研空间,便于他们完成兴趣设计和研究,激发了学习自信心和积极性。充分利用了实验教学空间,不仅提高了学生对实验技能的灵活应用,而且提高了学生的科研综合素质和创新能力。(三)世界的实验是否成功,学生很难发现实验失败原因实验报告一般要求学生将实验目的、内容、步骤和结果进行如实反映,强调获得正确的实验结果。可是,学生在具体实验操作中并不都是一下子就成功的,如果没有得到正确的实验结果,学生会觉得没有必要再去写实验报告。针对这种情况,我们在实验报告中增加了实验问题讨论和原因分析内容:实验成功了,学生觉得实验很有收获;实验不成功,通过分析原因,对于实验中关键性和技巧性的地方也会有更深刻的理解,其收获不亚于一次成功的实验。比如:在学习质粒DNA提取操作时,多名学生用同样数量的大肠杆菌进行试验操作,质粒DNA提取结束后,每人提取质粒DNA进行核酸电泳检测,却出现了不同的结果:有些学生严格按照实验步骤进行,所以在电泳检测时得到清晰的条带;有些学生的电泳道上能看到条带,但数量明显偏少;还有少部分学生没有看到条带。对此,我们要求学生对结果进行分析。通过讨论和分析,实验结果不太理想的学生发现了实验失败的原因:原来他们在加入裂解液后没有充分混合,细胞没有充分裂解,所以质粒DNA没有完全释放或释放不足,导致最后提取的质粒DNA量少或没有。通过实验结果分析,学生认识到科学研究必须非常严谨,任何一个细微的差错都有可能导致实验失败。同时,学生分析问题和解决问题(下转第12页)(上接第41页)的能力也有了明显的提高。三、通过查阅文献进行考核原来,课程学习成绩一般由考试成绩、实验成绩与平时成绩综合评定。这种办法有时会因考题设计、考试临场发挥等原因而不能客观地评价学习成绩。为了能更客观地反映学生的学习结果,我们在给学生评定成绩时,除了计算考试成绩、实验成绩和平时成绩外,还增加了一项兴趣设计成绩。在课程一开始时,就布置一些思考题,或由学生自己选择感兴趣的题目,在平时查阅文献(使理论课中讲解的文献查阅方式及时得到实践),也鼓励与同学和教师切磋,最后写成相关的报告或多媒体课件,根据完成的质量给予一定的成绩。从兴趣设计完成情况看,绝大多数学生是认真的。从学生的报告内容看,学生们查阅文献较多,视野开阔了。根据对学生的了解,发现尽管完成这些设计需要花费一定的时间,所得分数占总分的比例也不高,但绝大多数学生乐于接受这种考核方式。在我们的考核中,由考试成绩(阶段测验和期终考试)、实验成