董醇波　鄒曉　韓燕峰

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

［關鍵詞］ 研究生教學；生物學；諾貝爾獎；課堂設計

［基金項目］ 2021年度貴州大學研究生課程思政示范課程項目“科學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），貴州務川人，博士，貴州大學生命科學學院真菌資源研究所講師，主要從事微生物生態(tài)學研究；韓燕峰（1978—），女，山西祁縣人，博士，貴州大學生命科學學院真菌資源研究所教授（通信作者），主要從事微生物生態(tài)學研究。

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

近年來，圍繞生物學及相關專業(yè)研究生素質的培養(yǎng)，高校及相關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。2017年9月，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委發(fā)布了《關于公布世界一流大學和一流學科建設高校及建設學科名單的通知》，標志著國家“雙一流”建設正式啟動［1］。高校“雙一流”不只在于一流大學、一流學科，培養(yǎng)一流的拔尖創(chuàng)新人才更是落實立德樹人的根本任務［2］。生物學科涉及領域廣，與醫(yī)藥、農林、畜牧、工業(yè)等很多實際問題都密切相關，生物學類研究生必須具備探索創(chuàng)新精神，利用生物學知識，從事上述領域的科技研發(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)學生成為具有理論和實踐的高級人才［3］。如何優(yōu)化教學，提升生物學研究生的創(chuàng)新能力，構建研究生創(chuàng)新培養(yǎng)新模式，是推進高?！半p一流”建設肩負的重要使命。本文以研究生課程“科學研究程序和方法”為例，基于生物學相關的諾貝爾獎案例，加強研究生的思想政治教育，學習諾貝爾獎獲得者及其團隊的創(chuàng)新思維和方法，引導研究生從案例中學習科研的思維、能力和程序，思考優(yōu)秀科學家如何看待和解決科學問題，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的學習，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域的起點［4］?！翱茖W研究程序和方法”是針對貴州大學（以下簡稱“我?！保┥飳W一級學科研究生開設的必修課，課程內容比較抽象，包含內容廣，課時有限，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合大學所學的基礎理論知識，引領研究生要在科研中不斷培養(yǎng)和提高自身的綜合能力，積極了解生物學前沿，尤其是要剖析與本學科相關的諾貝生理學或醫(yī)學獎成果，帶領研究生了解獲獎者的科研成果和故事，從而使學生認識和深入理解科學研究，提高科研潛力，促進研究生質量的發(fā)展［5］。

在諾貝爾生理學或醫(yī)學獎中，有許多與生物學相關的研究，這些研究成果極大地推動了生物學及相關學科的發(fā)展，甚至加深了人類對自身的認識。從2000年至今，獲得的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎均與生物學科密切相關，例如，2022年“關于已滅絕人類基因組和人類進化的發(fā)現”，2021年“發(fā)現溫度和觸覺感受器”，2020年“發(fā)現丙型肝炎病毒”，2019年“發(fā)現了細胞如何感知和適應氧氣的可用性”，2017年“發(fā)現控制晝夜節(jié)律的分子機制”，2016年“發(fā)現細胞自噬機制”，2015年“發(fā)現治療瘧疾的新療法”等。筆者將精選上述內容，通過課前備課、課中討論和課后鞏固的教學設計，使研究生了解并掌握國際重大成果和前沿成果，增強科研興趣，開闊學術視野，提高科研思維能力，為今后的科學研究奠定基礎。

一、教學設計的思路和目標

我校生命科學學院為生物學專業(yè)研究生開設了“科學研究程序和方法”課程，共36個課時，其中一章為《科學研究的程序》，共6學時，基于PBL（Problem-based Learning）教學模式，本次設計安排3學時進行討論，課程主要根據諾貝爾獎內容進行教學設計。具體思路為：課前，將需要討論的內容提供給研究生，并布置課堂討論的前沿知識點。研究生以小組為單位，經分工合作查閱相關內容的文獻和資料，按照要求制作PPT，在課堂上進行匯報和討論，教師點評。課后，學生修改完善PPT，最后總結交流心得。通過此方法，不僅可以加深研究生對科研程序的認識和理解，同時了解國際重要科研成果和優(yōu)秀科學家。在此過程中，擬提高研究生查閱和閱讀文獻的能力、對知識點的概括總結能力、語言表達能力和團結協作能力，增強研究生的學術交流能力，從而提高研究生的綜合素質。

二、實施方案

該課程的教學內容主要包括“發(fā)現和提出科學問題、收集和分析文獻資料、提出假設、設計實驗、驗證假說、獲得結果”。授課教師用3個學時從理論和其他案例進行講解，然后安排研究生用3個學時從諾貝爾獎案例中學習這一科研程序，以期加強和引領研究生的科研素養(yǎng)。

（一）課前布置任務

1.課堂討論內容。根據本課程特點和生物學發(fā)展現狀，篩選了2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者美國科學家大衛(wèi)·朱利葉斯（David Julius）和阿登·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）“發(fā)現溫度和觸覺感受器”的相關研究工作和內容，作為本課程重點科學研究案例進行剖析。為便于研究生更好地理解這一科研內容，同時提供了一些補充材料，提前讓學生進行查閱資料、分析內容，并總結出科學問題、科學假設、采用的實驗方法，獲得的結果和具有的意義。

2.分組布置任務。提前一個星期進行課堂任務的布置，本課程以5名研究生為一個小組，每組針對上述一個內容進行，分別查閱資料，總結和歸納，完成PPT制作，并推舉一個小組代表準備發(fā)言匯報，匯報時間控制在10分鐘。

（二）課堂教學實施

1.總結匯報。布置任務一周后，根據研究生的獨立總結和思考，分組在課堂上進行匯報，本次分為15個小組，每個小組代表匯報完，任課教師和學生可以進行提問和討論，各小組成員進行答疑和補充。通過對該環(huán)節(jié)的調查問卷表明，92%的學生能積極參與任務的資料查閱，80%的學生對資料進行了匯總和整理，20%的學生希望主動發(fā)言匯報，8%的學生能在課后繼續(xù)修改完善。該結果表明只有少部分學生能認真全過程參與任務，善于抓住機會鍛煉自己，進而全方位培養(yǎng)自己的能力。

2.討論和總結知識點。討論過程中，為幫助研究生更好地理解所選案例內容，授課教師最后要對每個知識點進行梳理和講解。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？如何感知氣味和味道？這些問題一直以來都是人類想要解開的謎團。本案例的科學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行剖析，基于這一科學問題及前期的工作積累，科學假設為機體內存在的感受器是一種溫度受體，并在機體感受到不同的溫度時會被激活。隨后采用了進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；隨后很多科學家開展了這項研究，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系統中誘發(fā)電信號。接著分析壓力的感知，提出的科學問題是機械刺激如何轉化為觸覺和壓力；基于以往的工作積累，提出了對這一科學問題的假設是被機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細胞并檢測發(fā)出的電信號；篩選和鑒定了可能是受體的72個候選基因，這些基因被滅活后，檢測機械敏感性基因，成功確定了Piezo1和Piezo2兩個基因，它們是離子通道，通過對細胞膜施壓會被直接激活［7］。這三個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械力是如何啟動神經沖動，從而使我們能夠感知和適應周圍的環(huán)境，支撐了人類與周圍世界的互動。這項研究還有助于開發(fā)針對包括慢性疼痛在內的多種疾病的治療方法。

這項研究引起了研究生的極大興趣，授課教師和所有學生都積極參與到了所有環(huán)節(jié)，對于涉及的難點內容由教師回答、補充和完善，并引導學生如何做好科研工作。

三、教學效果和總結

對于初入學或未接觸科學研究的研究生來說，如何進行科學研究往往是迷茫的、忐忑的。通過引入諾貝爾獎案例進行分析和總結，學生經過精心準備、匯報和參與討論，15個小組分別就不同內容進行了匯報，按照教師講授的科學研究程序，提煉出主要知識點，擴展了知識體系，均較好地完成了課前布置內容，三個學時的課堂學習和討論氣氛濃烈，熱情高漲，研究生能積極提問和思考。通過該教學設計，不僅使學生了解了重要前沿理論知識，而且通過討論和交流，極大地提高了學生的科研興趣，使學生了解了科學研究的程序和步驟，指引了學生今后的科研之路，堅定了學生進行科學研究的信心。同時，對教師的教學也起到了積極促進作用，教師在課程設計中要精選相關案例，從中挖掘和選取能夠引導學生主動思考的問題，對各組匯報的內容進行點評和總結，要使學生明白科學研究中需要的能力。

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

本次課堂教學設計將生物學理論與實踐進行了很好的融合，將最新的諾貝爾獎成果引入教學課堂中［7］，結合PBL教學模式［8］打造問題場景，教學內容新穎，教學方式多樣，加強了學生的自主學習，促進了學生對科研的深入認識，培養(yǎng)了學生的科學精神，取得了較好的教學相長的效果［9］。此次教學設計和實施為研究生課程的教學改革和人才培養(yǎng)開辟了新思路［10］，與趙萌萌等［11］提出的“三階段教學法”相似，研究生首先要掌握好本專業(yè)基礎知識，然后對科學問題進行啟發(fā)思維，進而通過總結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手段有很多，比如啟發(fā)式教學、探究性教學、任務式教學、引導式教學及“PBL+翻轉課堂”混合式教學［12］等，教學設計和教學過程中若能綜合應用多種教學手段，不僅能夠活躍課堂氛圍，而且對于教學效果有很好的提升作用。在課堂教學中進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)研究生正確的科學觀和價值觀的重要手段。在本次課堂教學中，通過學習總結諾貝爾獎案例，學生不僅掌握了相關的專業(yè)知識，也了解了科學家在科學研究中的不懼挑戰(zhàn)、堅定不移、勤于鉆研的科學精神，從而潛移默化地影響研究生今后的科學研究，并培養(yǎng)其為中華民族偉大復興而奮斗的偉大志向。

參考文獻

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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