李鵬松 黨 巖 孫德智

(北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

近年來，隨著“211”工程“985”工程和“雙一流”建設(shè)的推進，我國的高等教育取得了前所未有的巨大發(fā)展。據(jù)俄羅斯衛(wèi)星通訊社報道，俄羅斯國立研究大學(xué)高等經(jīng)濟學(xué)院統(tǒng)計調(diào)查與知識經(jīng)濟研究所在2018年發(fā)布的研究報告顯示，中國已超越美國成為2015-2017年期間科技論文發(fā)表數(shù)量最多的國家，發(fā)表數(shù)量占全球發(fā)表總數(shù)的26.9%[1]。對于這一成就，我國廣大博士研究生群體功不可沒。然而，在全國政協(xié)十三屆一次會議上，著名科學(xué)家施一公[2]教授指出，有些文章，通俗點叫“垃圾文章”，就是純粹為了發(fā)文而發(fā)文，這種情況太多了?？梢?，我國的科研質(zhì)量還有待提高。

按教育層次劃分，博士研究生是我國人才培養(yǎng)的最高階段。博士研究生是科學(xué)研究的主力軍，其科研能力培養(yǎng)不但關(guān)系到個人發(fā)展，而且關(guān)系到國家整體科研實力的增強。博士研究生不但應(yīng)具有深厚的理論知識，而且還應(yīng)具有提出問題、分析問題、解決問題和做出創(chuàng)新性成果的科研能力。而課程教學(xué)是博士研究生培養(yǎng)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是保證博士研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素之一，因此筆者認(rèn)為博士階段的課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)學(xué)生的科研能力為目的。

近年來，伴隨著基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的發(fā)展，微生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)研究進入了生物組學(xué)時代。生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)博士研究生的學(xué)科背景多為環(huán)境科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)，生物學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識相對薄弱，因此其在從事生物組學(xué)相關(guān)科學(xué)研究中常常會遇到困難。為了擴充生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)博士研究生的知識儲備，“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊為北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程領(lǐng)域博士研究生開設(shè)了該課程。該課程主要講授現(xiàn)代微生物生態(tài)學(xué)研究技術(shù)涉及的數(shù)據(jù)處理與分析方法，尤其是污染物微生物處理系統(tǒng)中的微生態(tài)關(guān)系和功能解析?！碍h(huán)境微生物圖譜解析”課程教研團隊發(fā)現(xiàn)，在該課程教學(xué)中還存在的一些不利于學(xué)生科研能力提高的問題。因此，筆者對“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)進行了改革探索，取得了一定的成效。

一、生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)“環(huán)境微生物圖譜解析”博士研究生課程教學(xué)面臨的問題

(一)忽視課程教學(xué)在博士研究生科研能力培養(yǎng)中的關(guān)鍵作用

“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊在生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)博士研究生課程教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，以往該課程以環(huán)境生物技術(shù)原理與應(yīng)用方法的傳授為目的，旨在擴充生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)博士研究生的知識儲備，導(dǎo)致學(xué)生往往只注重對該課程所學(xué)理論知識的驗證，而不知如何將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于科學(xué)研究。

通過本科和碩士階段的學(xué)習(xí)，博士研究生已經(jīng)掌握了較為扎實的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，具有明確的學(xué)科和專業(yè)發(fā)展目標(biāo)。與本科和碩士階段相比，在博士階段教師更加注重培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，正因為如此，使得教師忽視了在課程教學(xué)中對于博士研究生科研能力的培養(yǎng)。對于博士研究生而言，要不要在其培養(yǎng)階段組織課程教學(xué)、課程教學(xué)環(huán)節(jié)的作用是什么等問題，學(xué)者們的認(rèn)識并不一致，各國的做法也各不相同。作為高等教育強國的美國在博士研究生培養(yǎng)過程中比較注重課堂教學(xué)[3]；我國著名科學(xué)家、教育家、國家自然科學(xué)基金委員會首任主任唐敖慶[4]教授早在上世紀(jì)90年代就指出，我國的博士質(zhì)量相當(dāng)于美國的中等水平，與他們的最大差距在課程教學(xué)上。當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，知識更新極為迅速，高水平科學(xué)研究所需要的日新月異的新理論、新技術(shù)和新方法都可以從課程學(xué)習(xí)中獲取。因此，加強課程建設(shè)是培養(yǎng)博士研究生科研能力的重要途徑之一，課程教學(xué)對于博士研究生科研能力培養(yǎng)的關(guān)鍵作用應(yīng)該得到充分重視。為了充分發(fā)揮課程教學(xué)對博士研究生科研能力培養(yǎng)的重要作用，要將培養(yǎng)學(xué)生科研能力作為課程教學(xué)的首要目的。

(二)課程教學(xué)內(nèi)容與科研脫節(jié)

以往“環(huán)境微生物圖譜解析”課程在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上偏向于對環(huán)境微生物領(lǐng)域基本理論知識、經(jīng)典技術(shù)及其應(yīng)用的介紹，但筆者通過學(xué)生反饋了解到，該課程所涉及的理論知識和技術(shù)大多與學(xué)生的研究方向相關(guān)度較低，導(dǎo)致博士研究生在課堂上所學(xué)的知識無法在科研實踐中得到應(yīng)用。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于，受傳統(tǒng)教育理念的影響，高校教師的教學(xué)和科研工作往往被割裂為兩項相對獨立的工作，一些教師認(rèn)為科研就是成果化的科學(xué)研究，把教學(xué)活動僅局限于教材和課堂上[5]，致使博士研究生的課程在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上僅注重學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本技能的培養(yǎng)，而忽略了科研能力的培養(yǎng)，使課程教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)研究內(nèi)容嚴(yán)重脫節(jié)。因此，筆者基于教師的科研成果和學(xué)生的科研方向?qū)Α碍h(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)內(nèi)容進行了修訂，實現(xiàn)了科研反哺教學(xué)。

(三)傳統(tǒng)教學(xué)方法不利于博士研究生科研能力的培養(yǎng)

“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊過去采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對該課程所要求的知識點進行講解，學(xué)生在整個教學(xué)過程中處于被動接受知識的狀態(tài)。在“環(huán)境微生物圖譜解析”課程中涉及到的各種生物組學(xué)技術(shù)內(nèi)容對環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)學(xué)生來說過于抽象，教師采用傳統(tǒng)教學(xué)方法講授時教學(xué)效果并不理想，學(xué)生普遍反映難以深刻理解、掌握該課程內(nèi)容，在相關(guān)數(shù)據(jù)分析與圖譜解析的過程中會遇到較多困難。可見，傳統(tǒng)的教學(xué)方法不利于博士研究生科研能力的培養(yǎng)。

二、基于博士研究生科研能力培養(yǎng)的“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)改革的舉措

(一)以培養(yǎng)博士研究生的科研能力作為首要教學(xué)目標(biāo)

“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊首先對該課程教學(xué)大綱中的教學(xué)目的進行了修訂，在“使博士研究生深入理解環(huán)境微生物樣品檢測技術(shù)的數(shù)據(jù)信息在生態(tài)環(huán)境工程系統(tǒng)過程機制探索中的特定作用，并掌握環(huán)境微生物樣品經(jīng)檢測所獲圖譜的解析方法”的基礎(chǔ)上，添加了“以培養(yǎng)博士研究生的科研能力作為首要目的，……，培養(yǎng)博士研究生分析復(fù)雜環(huán)境微生態(tài)系統(tǒng)的研究能力，使博士研究生能夠?qū)⑺鶎W(xué)內(nèi)容運用于生態(tài)環(huán)境工程領(lǐng)域中復(fù)雜環(huán)境微生物系統(tǒng)的檢測與數(shù)據(jù)分析工作中”。通過明確該課程以培養(yǎng)博士研究生科研能力作為首要目的，強調(diào)了“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)對于學(xué)生科研能力培養(yǎng)的關(guān)鍵作用。

(二)將科研反哺教學(xué)的理念落實到課程教學(xué)中

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上發(fā)表的重要講話指出：“辦好我國高校，辦出世界一流大學(xué)，必須牢牢抓住全面提高人才培養(yǎng)能力這個核心點，并以此帶動高校的其他工作?！?012年教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》指出，促進科研與教學(xué)互動，及時把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容?？梢?，高校的科研活動應(yīng)以教學(xué)為基礎(chǔ)，以教學(xué)內(nèi)容為起點，服務(wù)于教學(xué)又蘊含于教學(xué)過程之中。科學(xué)研究是促進教學(xué)質(zhì)量提升的重要手段，是教師更新知識、補充教學(xué)內(nèi)容的來源，有利于教師學(xué)術(shù)水平和教學(xué)能力的提高。在課程教學(xué)中，通過科研反哺教學(xué)能夠更有針對性地培養(yǎng)博士研究生的科研能力。

在“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)過程中，教學(xué)團隊始終堅持科研反哺教學(xué)的理念，根據(jù)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院各博士生導(dǎo)師所從事科研的方向和特點，對該課程教學(xué)內(nèi)容進行了修訂。例如，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院多位博士生導(dǎo)師從事污水或土壤中抗生素抗性基因的分布及動態(tài)變化特征相關(guān)的研究，其博士研究生對這一方向所涉及到的技術(shù)原理、數(shù)據(jù)分析流程和圖譜解析方法都有迫切的需求。因此，“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊將自身以及環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士生導(dǎo)師的最新研究成果以案例的形式展示給學(xué)生，并對該案例的“研究目的-技術(shù)選擇-實驗設(shè)計-實驗操作-數(shù)據(jù)分析-圖譜解析”進行全流程的詳細(xì)講解，以期為博士研究生的科研能力提升提供幫助。在此基礎(chǔ)之上，該課程教學(xué)團隊教師還要求博士研究生根據(jù)自身未來的研究方向自主開展實驗方案的設(shè)計和技術(shù)路線的選擇，并讓全體學(xué)生參與討論，最后教師給出點評意見?！碍h(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊通過將教師在科研一線總結(jié)的經(jīng)驗、取得的成果融入課程教學(xué)，實現(xiàn)了科研反哺教學(xué)、教學(xué)服務(wù)科研的良性循環(huán)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的科研能力。

(三)采用“案例+討論”的教學(xué)方法

“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊嘗試將“案例+討論”式教學(xué)方法應(yīng)用于課程的教學(xué)實踐中，以加強學(xué)生對課程所涉及的環(huán)境生物技術(shù)的理解。“案例+討論”式教學(xué)法指圍繞一定的教育目的，把實際教育過程中真實的情形加以典型化處理，形成學(xué)生思考和決斷的案例，并利用獨立研究和小組討論的方式來提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的一種方法[6]。在“案例+討論”式教學(xué)過程中，博士研究生需要對所學(xué)知識進行綜合分析，并通過可能的渠道獲取相關(guān)信息，對信息進行甄別處理，用于解決所討論的問題[7]?？梢姡c傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，“案例+討論”式教學(xué)法更加注重博士研究生素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。

另外，“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊基于微生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及自身科研項目所涉及的研究內(nèi)容，精選出一些典型研究案例應(yīng)用到該課程教學(xué)中。課前，教師將這些典型案例布置給博士研究生進行預(yù)習(xí)并布置相關(guān)思考題。課堂上，學(xué)生針對這些案例進行分組討論，并進行小組匯報；教師對各小組的匯報情況進行點評，并對各研究案例中所用到的各種生物組學(xué)技術(shù)的原理和使用條件進行講解。例如，生態(tài)環(huán)境工程專業(yè)博士研究生的研究課題越來越多地涉及到微生物轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析相關(guān)內(nèi)容，目前的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析工作多委托科研服務(wù)公司開展，這雖然降低了該技術(shù)的應(yīng)用門檻，但博士研究生在解讀公司給出的技術(shù)報告時往往無從下手，導(dǎo)致對研究結(jié)果的分析不夠深入。針對這一問題，“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊首先選取了典型的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析技術(shù)報告，在課前布置給博士研究生進行預(yù)習(xí)；其次在課堂上教師針對轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析的研究目的、技術(shù)原理、實驗設(shè)計、實驗流程和結(jié)果分析進行講解；最后再給博士研究生布置個性化分析任務(wù)，讓學(xué)生通過小組討論與實踐理解與掌握該技術(shù)。

三、基于博士研究生科研能力培養(yǎng)的“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)改革的成效

從整體上看，博士研究生對“環(huán)境微生物圖譜解析”課程的學(xué)習(xí)興趣較為濃厚，尤其是研究方向與微生物生態(tài)學(xué)相關(guān)的學(xué)生上課積極性和參與度都較高。

從教學(xué)評價結(jié)果來看，該課程的綜合評分高達(dá)99.6分(滿分100分)，表明博士研究生對該課程的教學(xué)滿意度高。在課堂討論與展示環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠針對“分子系統(tǒng)及物種組成分析”“熒光標(biāo)記技術(shù)”“功能基因檢測及圖譜分析”和“環(huán)境微生物組學(xué)分析”等研究主題進行文獻調(diào)研，總結(jié)歸納出典型的環(huán)境微生物圖譜案例，并對這些案例做出深入的解析。

從考試成績看，博士研究生對知識點的掌握程度良好，絕大部分學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程提升了環(huán)境微生物圖譜解析能力，與課程設(shè)置期望相符合。通過對教學(xué)改革前后期末考試所涉及知識點的得分率進行對比，筆者發(fā)現(xiàn)本次教學(xué)改革后各知識點的得分率均有所提高，見圖1。圖1表明本次教學(xué)改革對于培養(yǎng)博士研究生的環(huán)境微生物圖譜解析能力具有一定的促進作用。在課程學(xué)習(xí)過程中以及課程結(jié)束以后，一些博士研究生能夠?qū)⒃撜n程所學(xué)的知識與技能應(yīng)用到自身的研究中。例如，有位從事厭氧消化體系中微生物胞外電子傳遞相關(guān)研究的博士研究生通過在實驗設(shè)計、樣本采集、數(shù)據(jù)收集、處理與解析的過程中自身鉆研并與教學(xué)團隊進行討論，完成了深入的數(shù)據(jù)分析與高質(zhì)量的基因圖譜繪制，實現(xiàn)了在基因水平和蛋白質(zhì)水平上對微生物直接種間電子傳遞的深入解析，相關(guān)研究成果已被本領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)期刊接收，得到了同行專家的認(rèn)可?？梢?，博士研究生通過“環(huán)境微生物圖譜解析”課程學(xué)習(xí)及課后的科研實踐，其科研能力得到了實質(zhì)性的鍛煉和提高。

四、“環(huán)境微生物圖譜解析”博士研究生課程教學(xué)改革的展望

在“環(huán)境微生物圖譜解析”課程的教學(xué)過程中，教學(xué)團隊也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，希望在今后的教學(xué)過程中進一步改進。

首先，由于博士生研究生各自的研究領(lǐng)域存在差異，對于環(huán)境微生物學(xué)的掌握程度和水平差異較大，一部分學(xué)生覺得教學(xué)內(nèi)容淺顯易懂，另一部分學(xué)生覺得聽不懂。因此，在今后的“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)過程中需要尋求更合適的案例以使具有不同基礎(chǔ)、不同學(xué)科背景的學(xué)生能夠更好地掌握教學(xué)內(nèi)容。

其次，在“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)的圖譜案例選擇、生物組學(xué)技術(shù)的前沿性、實用性方面還需要加強。

最后，“環(huán)境微生物圖譜解析”課程教學(xué)團隊希望在今后的課程教學(xué)中融入雙語或全英文授課模式，以提高博士研究生的英文能力，開拓學(xué)生的國際化視野，提升國際競爭力。