面向新农科的烟草育种学实践教学模式改革与探索

张小全 武兆云 徐世晓 孙聚涛 张智强

［摘           要］  针对传统烟草育种学课程实践教学环节存在的问题，为适应新农科背景下农林高校人才培养需求，通过信息技术与教育教学高度融合，实现基于“学习通”软件平台的线上线下混合式烟草育种学实践教学模式改革。从系统更新整合烟草育种学实践教学内容、改革课程实践教学方法、改进实践教学考核方式、加强实践环节课程思政教学设计等方面进行了探索，提高了学生的学习主动性和专业实践能力，提升了实践教学质量，可为高等农业院校同类课程的实践教学提供一定的参考。

［关    键   词］  新农科；烟草育种学；线上线下混合式；实践教学；教学模式；教学改革

［中图分类号］  G642                    ［文献标志码］  A                  ［文章编号］  2096-0603（2023）35-0045-04

一、引言

2019年，新农科建设安吉研讨会、北大仓行动工作研讨会和北京指南工作研讨会先后召开，对新农科建设进行了系统研究和整体部署，提出要实施新型人才培养行动[1-3]、课程改革創新行动等推动高等农林教育改革的措施[4-7]。针对涉农专业课程的实践教学环节普遍存在农作物生长季节性强，理论教学与实践教学部分脱节；实验和实习以验证式、观摩式为主，综合性和设计性内容少；相关理论和技术发展较快、学科交叉不断深入，教学内容更新较慢；教学方法和考核方式单一，实践教学环节信息化程度低的问题[8-11]，为适应新农科背景下农林高校人才培养需求，响应国家政策方针，提高学生的学习主动性和实践能力，笔者对烟草育种学课程的实践教学模式现状进行分析，并对课程实践教学内容、教学方式和考核方式进行了改革与探索，以期为全国同类课程实践教学模式改革提供借鉴。

二、烟草育种学课程实践教学存在的问题

烟草育种学是一门以遗传学、分子生物学为主要基础，涉及植物学、植物生理学、植物病理学、生物化学、生物统计、栽培与耕作学等学科的理论与研究方法的综合性应用课程，具有很强的实践性[12]。该课程是培养学生创业意识、创新精神和创造能力的重要载体。烟草育种学是一门理论性、实践性和技术性都很强的课程[8，9]。尤其是近年来，遗传学、基因组学、分子生物学等学科发展十分迅猛，育种选择方法从传统的表型选择逐步发展到分子标记辅助选择、全基因组选择等微观水平[13-14]，迫切需要对课程实践教学的内容、教学手段、学习方式进行改革。烟草育种学课程包括教学实习和实验教学两个实践环节，传统的烟草育种学课程实践教学环节仍存在如下几个方面的问题。

（一）育种周期长，实践教学时间偏短

一个烟草品种的选育通常需要杂交、系选、鉴定等环节，一年种一季需要8～10年的时间。目前实践教学实习通常在三年级秋季学期开学前，烟草开花授粉时节集中一周时间进行，只能进行品种特性识别、杂交授粉、品种比较筛选、育种程序参观几个有限的环节。选种、收种等几个环节受时间限制不能现场进行。实验教学主要包括烟草叶片表面腺毛密度观察、烟草性状遗传规律的分析、烟草种子质量检测、育种方案综合设计等内容，种子质量检测涉及发芽率鉴定等内容需要2～10周的时间集中进行。

（二）单一性实验多，综合性实验少

现有的烟草育种学实验教学内容主要有九个验证性实验和一个综合设计性实验，由于教学条件的变化，花粉培养等内容已经不能开展，只能进行展示。田间实践也主要以参观、观摩为主，受物候期和实践时间的影响，杂交后代的选择、烟草蒴果的成熟过程等内容只能进行部分内容。验证性实验多数是单独的实验，实验之间缺乏有机联系，影响学生对育种过程的整体理解和专业创新素养的提升。

（三）相关理论与技术发展迅速，教材内容相对滞后

随着烟草基因组计划的实施，烟草基因组学和分子育种技术研究日新月异，烟草育种的新理念、新方法和最新进展不断涌现，迫切需要把最新的烟草生物技术育种、种子生产加工标准化等内容系统化地融入课程中。特别是烟草重要基因的定位、分子标记开发、标记辅助选择、基因编辑等生物育种新技术在烟草育种中已经普及和应用，实践教学内容缺乏学生亲自动手利用生物育种新技术进行种质资源创新和育种后代精准选择的体验。

（四）实践内容教学方法和考核方式单一

多采用现场示范、分组实操的教学方式，采用互动讨论、实验报告和实习报告的课程评价方式，实践教学缺乏信息技术与教育教学深度融合，缺乏非标准化、综合性评价等过程性和结果性考核有机结合方式。学生提交的实践教学报告和实验报告重复率较高，不能实时评价每个学生的理解和掌握情况，不利于准确了解每个学生的动手实践能力。

（五）实践教学课程思政内容挖掘和融入不够

专业课的实践教学不但是培养学生专业能力和创新素养的重要环节，也是将大国“三农”情怀、“爱农知农为农”责任担当、科学精神、创新精神、工匠精神等思政教育与专业教育有效融合的良好载体。而目前的实践教学过程由于时间有限，学生普遍感觉田间和实验室工作比较辛苦、育种过程繁杂，对学习烟草育种学和将来从事烟草育种工作产生一定的畏惧心理。

三、烟草育种学课程实践教学的改革与探索

为解决烟草育种学课程实践教学长期存在的问题，教学团队在近几年的教学工作中不断摸索和尝试进行改革和创新。针对新农科发展的需要，积极构建线上线下混合式课程实践教学内容体系，保持教学内容的前沿性、时代性、研究性和创新性；对教学模式、教学方法、学习方式进行变革，推进信息技术与烟草育种学课程实践教学深度融合；加强实践教学环节的课程思政内容挖掘和融入。充分应用“互联网+”技术，增强学生学习的主动性与积极性，提高实践教学质量和烟草专业人才培养素质。

（一）实践教学内容优化和教学平台更新

坚持与时俱进和立德树人教学理念，对烟草育种学九个验证性实验和一个综合设计性实验的教学内容和一周的实习教学内容加以更新优化。将验证性实验减少，多渠道开展综合性和设计性实验，保持教学内容的前沿性和时代性，增加学生实际操作、自行设计的内容，研究性、创新性、综合性内容所占的比重增加到50%。例如在许昌校区试验农场增加种植不同类型的种质资源，允许学生破坏性地采集标本分析，在实验室利用PEG模拟干旱对烟草品种进行抗旱性鉴定、分子标记抗病性鉴定分析等。通过与育种科研项目相结合开设设计性实验项目，让学生通过参与课题，增强对科研工作的兴趣和潜力，提高对较难理论知识的理解度。把最新的烟草生物技术育种、种子生产加工标准化等内容融入线上内容，让学生掌握烟草育种的新理念、新方法和最新进展，促进知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的能力。

在理论教学内容顺利实现基于“学习通”软件平台的线上线下混合式课程教学的基础上，充分利用“学习通”软件，将烟草种质资源、育种技术流程电子挂图、三大基础育种方法各个阶段的育种过程视频、各种常规育种和分子育种方法案例、田间实习视频等数字化资料整合到“学习通”软件平台。教学实习和实验教学前，学生通过线上育种学方法和技术的自学，带着问题和感官认识再去实践教学现场，通过关键现场操作和容易理解出现偏差的问题的解答，将不同育种方法程序间的联系和区别展示出来，将育种过程的田间不同阶段进行实地体验，加深学生对不同育种方法的认识。实践结束后通过在线上平台进行关键知识点测试和问题解答，掌握学生的學习认识情况，及时反馈部分学生对相关问题的认识偏差。实现学生可在实践课前、课中、课后随时进行相关内容的学习和复习，克服育种周期长、实践教学内容多、实践教学时间短、田间展示不足的缺点。

通过教学内容优化和教学平台更新，激发了学生学习烟草育种学的兴趣和积极性，参与烟草育种相关的本科毕业实习学生越来越多，本科选择烟草育种方向的创新创业计划实践课题也逐年增加。例如，2019级本科主持的省级大学生创新创业计划项目“激素在细胞质遗传烟草柱头外露性状形成中的作用研究”获得2020年河南省本科高校大学生创新创业训练计划项目优秀成果二等奖。报考育种方向从事育种科研的研究生比例逐年增加，特别是课程学习结束后，咨询报考重点大学分子育种方向的学生越来越多。

（二）教师教学模式和方法改革

对烟草育种学传统的现场示范教学、分组实操的实践教学模式进行改革，充分利用线上教学的优势，实践教学线上学习内容不少于30%。使用多媒体进行烟草育种学实践教学，将图、文、声、画等技术融为一体，为学生营造生动形象的教学氛围，教学内容由静态变动态、由抽象变具体，生动直观，并且增加了趣味性和动感性，有效吸引学生的注意力，提高学习效率。教学方法上，充分利用线上信息量大、交流及时的特点，在案例式教学方法的基础上，针对不同的内容，开展探究式、讨论式、启发式、参与式实践教学，让学生带着问题去实习。在实习前提前谋划，将学生分成不同的小组，设计不同的实习内容，在现场统一讲解示范后，分头行动，外出结束后分组总结讨论汇报。

将受烟草生长季节限制的烟草杂交授粉、杂交后代的选择、三大基础育种方法等实践教学内容制作成教学视频；收集整理不同育种方法育成烟草品种的案例以及烟草基因组学、现代生物育种技术的研究进展和案例，立足于烟草育种的基本理论和技术框架，将案例内容分为经典内容、进展内容、展望内容三个层次，加强实践教学内容的联系，利用“学习通”软件平台进行展示，分层次指导学生实践教学前和实践教学后及时进行自学和复习，以弥补先有实践教学后有理论教学、理论教学与实践教学部分脱节的问题。激发学生学习的兴趣，线上线下结合，让学生掌握烟草育种的新理念、新方法和最新进展。

课程教学改革内容“烟草专业课程的‘线上—线下’混合式教学模式探索研究”，2021年获得河南农业大学教学成果奖二等奖，发表的教改论文获得河南省教育信息化优秀成果奖一等奖。课程负责人2018年获得“全国生态文明信息化教学成果”奖，在校学生评教满意率保持在97%以上，获得河南农业大学第一届本科课堂教学质量奖二等奖。课程改革的经验在同种农业类课程如烟草栽培学、烟草调制学等专业课程的教学中进行示范推广。

（三）学生学习方式和考核方式改革

坚持信息技术与教育教学高度融合，实现基于“学习通”软件平台的线上线下混合式教学和学习。围绕育种学实践教学的核心问题提供参考文献分小组进行探究式、合作式学习，提升课程学习的深度，发挥学生的主体作用，调动学生学习的积极性，培养学生的创新意识和创新能力，培养学生解决烟草品种改良复杂问题的综合能力。

为充分调动学生的积极性和主观能动性，保证实习和实验的效果，在教学实习和实验教学进行前，以宿舍为单位，成立6～8人为一组的学习小组，鼓励学生自主参与试验设计，全过程参与实践的各个环节。如在教学实习的过程中，要求各个学习小组配合做不同类型的杂交，统计各自的杂交结果率；分组拍照描述一种烟草种质资源的特征特性；采集不同品种、不同成熟特征的烟草蒴果，带回宿舍晾干后对每个蒴果中的种子数进行计数，感受烟草繁殖系数高的特性。实验课过程中，每个小组将各自的种子进行称量，计算千粒重，将种子进行发芽率实验，对比品种间和种子成熟间种子质量的差异，以小组为单位提取各自种子材料的DNA，用不同的抗病性标记引物进行PCR扩增，找到材料对应的抗病性标记效果，感受分子标记选择育种的过程。整个学期教学过程中，通过逐渐深入的实践教学，小组间和小组内通过对比实验效果，探讨学习，既掌握了育种学知识点，也锻炼了能力。

充分利用线上线下混合式教学和学习的优势，改革过去单纯以实验报告和实习报告为主的结果性考核方式，在“学习通”软件平台采用小测验、学习报告等方式进行过程性评价。更注重学生从基本概念、基本理论、基本技能三个方面理解和掌握相关知识点，减少名词解释等死记硬背的内容，通过模拟现实生产问题，让学生根据掌握的育种知识进行相关育种程序设计，并说明每个世代怎样“种”“选”“收”“记载”，考核学生的掌握情况，重点要求育种路线和方法正确。通过综合育种程序设计考试等方式进行实习结果性考核，通过实践环节实时解答疑问，讨论问题，及时掌握共性问题，并在线上线下课堂进行反馈，实现诊断性考核，从而利用信息技术手段建立烟草育种学实践教学多元化考核体系。

（四）加强实践环节课程思政教学设计，让学生爱上育种技术

按照烟草专业培养的要求，分别在2018年和2022年进行了专业培养方案的修订工作，落实立德树人根本任务，加强课程思政建设。烟草育种学课程按照新农科课程改革创新行动要求，围绕价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的人才培养目标，开展课程思政元素挖掘和实施工作。将我国在烟草基因组计划和品种选育与推广上的成就、育种界的知名人物和实例等融入烟草育种实践教学环节，引导学生对相关内容展开讨论和总结，进行实践教学课堂思政。理顺理论教学、实践教学与思政元素对应关系，构建课程案例和思政案例有机融合的课程思政案例体系，设计了64个课程思政案例，把课程思政贯穿于学生每节课的课前、课中、课后教学全过程。

通过分析展示我国烤烟品种的种植面积自育品种比例从2000年的20%逐步上升到2010年后的80%以上、2010年后我国烟草基因计划的实施对烟草传统育种和分子育种技术的影响、我校烟草品种选育的历程和对烟叶生产的贡献、杰出校友在烟草品种领域的工作等，让学生感受烟草种子怎样一步步做到“种业科技自立自强、种源自主可控，解决种业种源卡脖子技术问题”，支撑中式卷烟的发展，培养学生的爱国情操，增强道路自信，厚植学生不畏艰难、团结协作、勇于创新的科研精神。

在学习杂种优势利用育种方法时，让学生在“学习通”软件平台线上先行学习我国水稻杂种优势利用育种的历程，观看纪录片《袁隆平》，让学生对杂种优势利用的方式方法有一定的认识。在教学实习的过程中，通过亲自观察测量不同烟草杂交种以及对应亲本的农业性状表现，加深对烟草杂种优势的认识。再让学生对烟草和水稻杂种优势利用途径进行比较讨论，对烟草杂种优势育种的优势和不足自己进行总结分析。结合袁隆平先生不迷信学术权威，根据观察到的水稻杂种优势现象，提出自花授粉作物水稻也可利用杂种优势，寻找不育系并实现了水稻“三系”配套，并对水稻杂种优势利用的途径进行了大胆构想，顺利实现了“两系”法水稻杂种优势利用等一系列事迹的学习，增强学生的民族自豪感并切实感受袁隆平先生严谨的科研态度和勇往直前的科研精神。

四、结束语

烟草育种学是烟草专业的一门核心课程和专业必修课，在创新型烟草高层次人才培养中具有重要地位。落实新农科背景下农林高校人才培养需求，通过系统整合烟草育种学实践教学内容，更新和改革烟草育种学课程实践教学内容和教学方式，教学内容上保持前沿性和时代性，教学方法上实现先进性和互动性，实现信息技术与烟草育种学课程实践教学环节的深度融合[15]，提高了学生的学习主动性和专业实践能力，提升了实践教学质量。面向新农科的烟草育种学实践教学模式改革与探索，对全国同类课程实践教学模式改革具有一定的参考价值。

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