董醇波　鄒曉　韓燕峰

［摘 要］ 研究生教育是教育強(qiáng)國建設(shè)和高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要組成部分。隨著近年來研究生數(shù)量和規(guī)模不斷增長和擴(kuò)大，研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提高備受重視。在研究生教學(xué)中培育科研素養(yǎng)和開拓科研視野至關(guān)重要。將與生物學(xué)有關(guān)的諾貝爾獎成果和相關(guān)內(nèi)容引入研究生的科研素養(yǎng)課堂教學(xué)中，通過提前精選內(nèi)容、布置任務(wù)、自主學(xué)習(xí)、課堂討論和總結(jié)等方法的教學(xué)改革，不僅拓寬了研究生的專業(yè)知識，而且深入認(rèn)識了科學(xué)研究的程序，培養(yǎng)了科研能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 研究生教學(xué)；生物學(xué)；諾貝爾獎；課堂設(shè)計(jì)

［基金項(xiàng)目］ 2021年度貴州大學(xué)研究生課程思政示范課程項(xiàng)目“科學(xué)研究的程序和方法課程教育改革”（KCSZ2021032）

［作者簡介］ 董醇波（1995—），男（土家族），貴州務(wù)川人，博士，貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院真菌資源研究所講師，主要從事微生物生態(tài)學(xué)研究；韓燕峰（1978—），女，山西祁縣人，博士，貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院真菌資源研究所教授（通信作者），主要從事微生物生態(tài)學(xué)研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）04-0132-04［收稿日期］ 2022-12-14

近年來，圍繞生物學(xué)及相關(guān)專業(yè)研究生素質(zhì)的培養(yǎng)，高校及相關(guān)科研單位已取得了顯著成效，尤其研究生的創(chuàng)新能力是培養(yǎng)的重點(diǎn)。2017年9月，教育部、財(cái)政部、國家發(fā)展改革委發(fā)布了《關(guān)于公布世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單的通知》，標(biāo)志著國家“雙一流”建設(shè)正式啟動［1］。高?！半p一流”不只在于一流大學(xué)、一流學(xué)科，培養(yǎng)一流的拔尖創(chuàng)新人才更是落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)［2］。生物學(xué)科涉及領(lǐng)域廣，與醫(yī)藥、農(nóng)林、畜牧、工業(yè)等很多實(shí)際問題都密切相關(guān)，生物學(xué)類研究生必須具備探索創(chuàng)新精神，利用生物學(xué)知識，從事上述領(lǐng)域的科技研發(fā)，注重培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生成為具有理論和實(shí)踐的高級人才［3］。如何優(yōu)化教學(xué)，提升生物學(xué)研究生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建研究生創(chuàng)新培養(yǎng)新模式，是推進(jìn)高?！半p一流”建設(shè)肩負(fù)的重要使命。本文以研究生課程“科學(xué)研究程序和方法”為例，基于生物學(xué)相關(guān)的諾貝爾獎案例，加強(qiáng)研究生的思想政治教育，學(xué)習(xí)諾貝爾獎獲得者及其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新思維和方法，引導(dǎo)研究生從案例中學(xué)習(xí)科研的思維、能力和程序，思考優(yōu)秀科學(xué)家如何看待和解決科學(xué)問題，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供借鑒。

相較于本科階段寬口徑厚基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，研究生階段是科研生涯的正式開始，是探索自然和人類社會更多未知領(lǐng)域的起點(diǎn)［4］?！翱茖W(xué)研究程序和方法”是針對貴州大學(xué)（以下簡稱“我?！保┥飳W(xué)一級學(xué)科研究生開設(shè)的必修課，課程內(nèi)容比較抽象，包含內(nèi)容廣，課時(shí)有限，研究生對科研尚未接觸或未入門。因此，通過形象生動的案例結(jié)合大學(xué)所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，引領(lǐng)研究生要在科研中不斷培養(yǎng)和提高自身的綜合能力，積極了解生物學(xué)前沿，尤其是要剖析與本學(xué)科相關(guān)的諾貝生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎成果，帶領(lǐng)研究生了解獲獎?wù)叩目蒲谐晒凸适?，從而使學(xué)生認(rèn)識和深入理解科學(xué)研究，提高科研潛力，促進(jìn)研究生質(zhì)量的發(fā)展［5］。

在諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎中，有許多與生物學(xué)相關(guān)的研究，這些研究成果極大地推動了生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，甚至加深了人類對自身的認(rèn)識。從2000年至今，獲得的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎均與生物學(xué)科密切相關(guān)，例如，2022年“關(guān)于已滅絕人類基因組和人類進(jìn)化的發(fā)現(xiàn)”，2021年“發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器”，2020年“發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒”，2019年“發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞如何感知和適應(yīng)氧氣的可用性”，2017年“發(fā)現(xiàn)控制晝夜節(jié)律的分子機(jī)制”，2016年“發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬機(jī)制”，2015年“發(fā)現(xiàn)治療瘧疾的新療法”等。筆者將精選上述內(nèi)容，通過課前備課、課中討論和課后鞏固的教學(xué)設(shè)計(jì)，使研究生了解并掌握國際重大成果和前沿成果，增強(qiáng)科研興趣，開闊學(xué)術(shù)視野，提高科研思維能力，為今后的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)的思路和目標(biāo)

我校生命科學(xué)學(xué)院為生物學(xué)專業(yè)研究生開設(shè)了“科學(xué)研究程序和方法”課程，共36個(gè)課時(shí)，其中一章為《科學(xué)研究的程序》，共6學(xué)時(shí)，基于PBL（Problem-based Learning）教學(xué)模式，本次設(shè)計(jì)安排3學(xué)時(shí)進(jìn)行討論，課程主要根據(jù)諾貝爾獎內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。具體思路為：課前，將需要討論的內(nèi)容提供給研究生，并布置課堂討論的前沿知識點(diǎn)。研究生以小組為單位，經(jīng)分工合作查閱相關(guān)內(nèi)容的文獻(xiàn)和資料，按照要求制作PPT，在課堂上進(jìn)行匯報(bào)和討論，教師點(diǎn)評。課后，學(xué)生修改完善PPT，最后總結(jié)交流心得。通過此方法，不僅可以加深研究生對科研程序的認(rèn)識和理解，同時(shí)了解國際重要科研成果和優(yōu)秀科學(xué)家。在此過程中，擬提高研究生查閱和閱讀文獻(xiàn)的能力、對知識點(diǎn)的概括總結(jié)能力、語言表達(dá)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，增強(qiáng)研究生的學(xué)術(shù)交流能力，從而提高研究生的綜合素質(zhì)。

二、實(shí)施方案

該課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括“發(fā)現(xiàn)和提出科學(xué)問題、收集和分析文獻(xiàn)資料、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假說、獲得結(jié)果”。授課教師用3個(gè)學(xué)時(shí)從理論和其他案例進(jìn)行講解，然后安排研究生用3個(gè)學(xué)時(shí)從諾貝爾獎案例中學(xué)習(xí)這一科研程序，以期加強(qiáng)和引領(lǐng)研究生的科研素養(yǎng)。

（一）課前布置任務(wù)

1.課堂討論內(nèi)容。根據(jù)本課程特點(diǎn)和生物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀，篩選了2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者美國科學(xué)家大衛(wèi)·朱利葉斯（David Julius）和阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）“發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器”的相關(guān)研究工作和內(nèi)容，作為本課程重點(diǎn)科學(xué)研究案例進(jìn)行剖析。為便于研究生更好地理解這一科研內(nèi)容，同時(shí)提供了一些補(bǔ)充材料，提前讓學(xué)生進(jìn)行查閱資料、分析內(nèi)容，并總結(jié)出科學(xué)問題、科學(xué)假設(shè)、采用的實(shí)驗(yàn)方法，獲得的結(jié)果和具有的意義。

2.分組布置任務(wù)。提前一個(gè)星期進(jìn)行課堂任務(wù)的布置，本課程以5名研究生為一個(gè)小組，每組針對上述一個(gè)內(nèi)容進(jìn)行，分別查閱資料，總結(jié)和歸納，完成PPT制作，并推舉一個(gè)小組代表準(zhǔn)備發(fā)言匯報(bào)，匯報(bào)時(shí)間控制在10分鐘。

（二）課堂教學(xué)實(shí)施

1.總結(jié)匯報(bào)。布置任務(wù)一周后，根據(jù)研究生的獨(dú)立總結(jié)和思考，分組在課堂上進(jìn)行匯報(bào)，本次分為15個(gè)小組，每個(gè)小組代表匯報(bào)完，任課教師和學(xué)生可以進(jìn)行提問和討論，各小組成員進(jìn)行答疑和補(bǔ)充。通過對該環(huán)節(jié)的調(diào)查問卷表明，92%的學(xué)生能積極參與任務(wù)的資料查閱，80%的學(xué)生對資料進(jìn)行了匯總和整理，20%的學(xué)生希望主動發(fā)言匯報(bào)，8%的學(xué)生能在課后繼續(xù)修改完善。該結(jié)果表明只有少部分學(xué)生能認(rèn)真全過程參與任務(wù)，善于抓住機(jī)會鍛煉自己，進(jìn)而全方位培養(yǎng)自己的能力。

2.討論和總結(jié)知識點(diǎn)。討論過程中，為幫助研究生更好地理解所選案例內(nèi)容，授課教師最后要對每個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和講解。例如，提出問題：人類如何感知世界？眼睛如何感知光線？聲波如何傳輸入耳？如何感知?dú)馕逗臀兜溃窟@些問題一直以來都是人類想要解開的謎團(tuán)。本案例的科學(xué)問題就是如何感知溫度和壓力。首先以如何感知溫度為案例進(jìn)行剖析，基于這一科學(xué)問題及前期的工作積累，科學(xué)假設(shè)為機(jī)體內(nèi)存在的感受器是一種溫度受體，并在機(jī)體感受到不同的溫度時(shí)會被激活。隨后采用了進(jìn)行辣椒素和薄荷醇的研究，通過辣椒素確定了TRPV1的存在，它是一種痛熱激活的離子通道［6］；通過薄荷醇確定了TRPM8的存在，它是一種寒冷激活的受體；由此測定了其他的受體可以被一系列不同的溫度激活；隨后很多科學(xué)家開展了這項(xiàng)研究，通過缺乏這些基因的小鼠研究這些通道的作用，從而揭開了不同溫度如何在神經(jīng)系統(tǒng)中誘發(fā)電信號。接著分析壓力的感知，提出的科學(xué)問題是機(jī)械刺激如何轉(zhuǎn)化為觸覺和壓力；基于以往的工作積累，提出了對這一科學(xué)問題的假設(shè)是被機(jī)械力激活的受體是離子通道；隨后開展了一系列研究，采用微量移液管戳單個(gè)細(xì)胞并檢測發(fā)出的電信號；篩選和鑒定了可能是受體的72個(gè)候選基因，這些基因被滅活后，檢測機(jī)械敏感性基因，成功確定了Piezo1和Piezo2兩個(gè)基因，它們是離子通道，通過對細(xì)胞膜施壓會被直接激活［7］。這三個(gè)離子通道的研究是非常重要的突破，使我們了解到冷熱和機(jī)械力是如何啟動神經(jīng)沖動，從而使我們能夠感知和適應(yīng)周圍的環(huán)境，支撐了人類與周圍世界的互動。這項(xiàng)研究還有助于開發(fā)針對包括慢性疼痛在內(nèi)的多種疾病的治療方法。

這項(xiàng)研究引起了研究生的極大興趣，授課教師和所有學(xué)生都積極參與到了所有環(huán)節(jié)，對于涉及的難點(diǎn)內(nèi)容由教師回答、補(bǔ)充和完善，并引導(dǎo)學(xué)生如何做好科研工作。

三、教學(xué)效果和總結(jié)

對于初入學(xué)或未接觸科學(xué)研究的研究生來說，如何進(jìn)行科學(xué)研究往往是迷茫的、忐忑的。通過引入諾貝爾獎案例進(jìn)行分析和總結(jié)，學(xué)生經(jīng)過精心準(zhǔn)備、匯報(bào)和參與討論，15個(gè)小組分別就不同內(nèi)容進(jìn)行了匯報(bào)，按照教師講授的科學(xué)研究程序，提煉出主要知識點(diǎn)，擴(kuò)展了知識體系，均較好地完成了課前布置內(nèi)容，三個(gè)學(xué)時(shí)的課堂學(xué)習(xí)和討論氣氛濃烈，熱情高漲，研究生能積極提問和思考。通過該教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生了解了重要前沿理論知識，而且通過討論和交流，極大地提高了學(xué)生的科研興趣，使學(xué)生了解了科學(xué)研究的程序和步驟，指引了學(xué)生今后的科研之路，堅(jiān)定了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的信心。同時(shí)，對教師的教學(xué)也起到了積極促進(jìn)作用，教師在課程設(shè)計(jì)中要精選相關(guān)案例，從中挖掘和選取能夠引導(dǎo)學(xué)生主動思考的問題，對各組匯報(bào)的內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)，要使學(xué)生明白科學(xué)研究中需要的能力。

研究生課程教學(xué)中遇到的最重要問題就是本科階段的實(shí)踐基本是基于具體的實(shí)際操作為主，缺乏科研思維的培養(yǎng)和科研程序的認(rèn)識，未能充分激發(fā)學(xué)生的科研興趣。因此，有必要對新生進(jìn)行科學(xué)研究程序的介紹，并在課堂教學(xué)中引入經(jīng)典案例，將抽象內(nèi)容形象化，引入優(yōu)秀科學(xué)家事例，系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究工作前的引導(dǎo)，使研究生在今后重視科學(xué)研究能力和思維的提高，加強(qiáng)其對科學(xué)研究的認(rèn)識，樹立牢固的信念和優(yōu)秀的學(xué)習(xí)榜樣，為其成為棟梁之材打好基礎(chǔ)。

本次課堂教學(xué)設(shè)計(jì)將生物學(xué)理論與實(shí)踐進(jìn)行了很好的融合，將最新的諾貝爾獎成果引入教學(xué)課堂中［7］，結(jié)合PBL教學(xué)模式［8］打造問題場景，教學(xué)內(nèi)容新穎，教學(xué)方式多樣，加強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)了學(xué)生對科研的深入認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神，取得了較好的教學(xué)相長的效果［9］。此次教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施為研究生課程的教學(xué)改革和人才培養(yǎng)開辟了新思路［10］，與趙萌萌等［11］提出的“三階段教學(xué)法”相似，研究生首先要掌握好本專業(yè)基礎(chǔ)知識，然后對科學(xué)問題進(jìn)行啟發(fā)思維，進(jìn)而通過總結(jié)開拓研究生的科研視野，從而全面提升研究生的綜合能力。

研究生教育的課堂教學(xué)手段有很多，比如啟發(fā)式教學(xué)、探究性教學(xué)、任務(wù)式教學(xué)、引導(dǎo)式教學(xué)及“PBL+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)［12］等，教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程中若能綜合應(yīng)用多種教學(xué)手段，不僅能夠活躍課堂氛圍，而且對于教學(xué)效果有很好的提升作用。在課堂教學(xué)中進(jìn)行課程思政元素的教育是培養(yǎng)研究生德智體美全面發(fā)展的必然因素，也是培養(yǎng)研究生正確的科學(xué)觀和價(jià)值觀的重要手段。在本次課堂教學(xué)中，通過學(xué)習(xí)總結(jié)諾貝爾獎案例，學(xué)生不僅掌握了相關(guān)的專業(yè)知識，也了解了科學(xué)家在科學(xué)研究中的不懼挑戰(zhàn)、堅(jiān)定不移、勤于鉆研的科學(xué)精神，從而潛移默化地影響研究生今后的科學(xué)研究，并培養(yǎng)其為中華民族偉大復(fù)興而奮斗的偉大志向。

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Teaching and Design of Postgraduate Course Based on Nobel Prize Case： A Case Study of the Course Procedures and Methods of Scientific Research

DONG Chun-bo， ZOU Xiao， HAN Yan-feng

（Institute of Fungus Resources， College of Life and Science， Guizhou University， Guiyang，

Guizhou 550025， China）

Abstract： Postgraduate education is an important part of the construction of powerful education and the cultivation of high-level innovative talents. With the continuous growth and expansion of the number and scale of postgraduate students in recent years， the improvement of the quality of graduate training has attracted much attention. It is very important to cultivate scientific research quality and broaden scientific research horizon in postgraduate teaching. Combining the Nobel Prize achievements related to the biology into the postgraduates scientific teaching has great significance. The teaching designs including the selecting the suitable content， arranging the task ahead of time， autonomous learning， class discussion and summary， not only broadens the postgraduates specialized knowledge， but also helps them deeply understand the program of scientific research， cultivate their scientific research ability and stimulate the interest in learning， which has achieved the good teaching effect on both teachers and postgraduates.

Key words： postgraduate teaching; biology; Nobel Prize; teaching design