教学与科研相长的实践研究
吴田 王青芬
摘 要：文章以植物组织培养课程为例，对高等院校中科研和教学融合进行了讨论，阐述了具体的实施方法。结果发现科研能够促进教学，帮助教师提高教学水平，有利于创新型人才的培养，取得了良好的教学效果，进而提升了高校的办学水平;同时，教学能够为科研提供新的增长点，促进科研成果的产生。总之，科研促教学、教学助科研，二者相辅相成，完全可以协同发展，科研和教学融合是值得践行的。
关键词：科学研究;科教融合;人才培养;教学效果;创新能力
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0068-05
Abstract：
Taking the course of Plant Tissue Culture as an example， this paper discussed the integration of scientific research and teaching in colleges and universities， and expounded the specific implementation methods. The results showed that scientific research could promote teaching， help college teachers to improve their teaching level， facilitate the cultivation of innovative talents， receive good teaching effect， and then improve the level of colleges and universities. At the same time， teaching could provide new growth points for scientific research and promote the production of scientific research results. In a word， scientific research promotes teaching and teaching helps scientific research. Scientific research and teaching complement each other， which can develop in a coordinated way. The integration of scientific research and teaching is worth practicing.
Keywords：
scientific research; integration of scientific research and teaching; talent cultivation; teaching effect; innovation ability
教學与科研是高校的两大重任，也是高校整体实力的反映。高等院校承担为社会培养和输送合格人才的任务，因此要求高校教师要潜心教学，努力提高教学质量。当前，在知识更新速度越来越快的大背景下，简单重复课本内容，已经不能满足教学需要，且学生听课也会味同嚼蜡。此外，由于科研成果可以为高校赢得声望，提高学校排名，因此高校都十分重视科研[1]。如果厚此薄彼，只重视科研，势必会导致教师的大量精力投入科研，无暇顾及教学，教学质量必然下降;而只重视教学，势必会导致高校发展缓慢，成为无源之水。已故中国科学院院士、著名教育家钱伟长教授，就教学和科研关系强调大学须拆除教学与科研之间的高墙，指出如果教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点、没有灵魂的教育[2]。因此，如何做到教学与科研相长，不仅关系到高校的长远发展，还关系到能否高质量地完成人才培养的任务。
教师是教学与科研的执行者，教学与科研既相互矛盾又相互依存[3]。教师具备卓越的教学能力是理所当然的要求，但脱离了科研的教师很难提升自己的学术水平，教学效果也会大打折扣。笔者作为高校教学科研岗位教师，同时承担教学、科研双重任务，在十余年的从业过程中发现教学和科研是可以协同发展、和谐统一的，二者之间不存在相斥关系。现以农林高校中普遍开设的植物组织培养课程为例，阐述教学与科研相长的实践过程，以希抛砖引玉，为高校教学与科研相互融合提供借鉴，提高人才培养质量、推进学科发展。
一、植物组织培养课程概况
西南林业大学是我国西部地区唯一独立设置的林业本科高校，学校办学起源于1938年的云南大学森林系，建校于1958年昆明农林学院。2010年由西南林学院改名为西南林业大学。学校设有园林园艺学院、林学院、生命科学学院、生物多样性保护学院等23个教学单位，设有85个本科专业，具有博士学位授予权，有林学、林业工程、风景园林学等博士后科研流动站及一级学科博士点。植物组织培养课程是园林园艺学院为园林、园艺本科生开设的一门专业必修课，也是我国几乎所有涉及农林、生物学、植物学专业学生的重要课程。植物组织培养课程是一门以细胞全能性理论为基础的具有研究性、技术性的专业技术类课程，是植物生物技术和现代育种技术的重要组成部分，旨在让学生掌握植物组织培养的基本概念、基本理论、基本技术和基本技能，为从事园艺、园林、植物等专业领域的相关研究及产业应用奠定良好的基础。
在开展教学过程中，该课程主要分为理论教学和实验教学。理论教学中，主要涉及植物组织培养脱分化与再分化的基本途径、不同类型的培养基及配制、无菌的概念与无菌操作、不同类型的器官培养、继代培养与生根培养、试管苗的移栽培养、部分细胞工程等方面的内容。实验教学中，主要涉及的实验有MS培养基的配制及灭菌，植物外植体的采集、预处理、消毒、接种等无菌操作的全过程，试管苗移栽等，使学生全面掌握植物组织培养基本操作技术，培养学生独立思考、严谨操作的能力。在植物组培技术和产业飞速发展的今天，传统的植物组织培养课程教学方法已难以适应现实的需求，对课程教学改革势在必行。
二、科研方面的概况
该课程所在课程组不仅承担教学任务，还是承担科研任务的课题组。课题组自2007年依托国家林业与草原局项目支持，从美国夏威夷引进茜草科巴戟天属植物诺丽（Morinda citrifolia）在云南省进行适应性繁殖及推广，并先后在国家林业和草原局及云南省科技厅项目的支持下开展了诺丽组培快繁体系、基于诺丽试管苗不同器官的离体再生体系、细胞悬浮系及遗传转化体系的建立，获得国家发明专利授权5项，实用新型专利2项，发表论文36篇，于2020年1月通过成果认定（[2020]3694号），专家组一致认为诺丽离体再生技术达到了国际先进水平。诺丽在组培方面已积累了一定的科研成果，具备了融入课程教学的素材。
三、教学与科研相长的实践过程
（一）科研案例融入课程教学
诺丽科研工作的组培部分几乎涉及了植物组织培养脱分化与再分化的基本途径、不同类型的培养基及配制、无菌体系的概念与无菌操作、不同类型的器官培养、继代培养与生根培养、试管苗的移栽培养等课程教学的各个环节。高校的教学内容需有知识的深度和前沿性，因为教材相对于学术研究均有不同程度的滞后性，教学内容根据学科专业的国内外研究现状及时调整，可以使学生既学到基础知识，又了解当前专业的热点和前沿问题，利于创新型人才的培养，也是高校教育的创新方向[4-5]。因此，在植物组织培养课程教学过程中，任课教师在相应案例环节通常融入诺丽的科研过程，如讲授诺丽愈伤组织诱导时，因为根、茎、叶等器官不同，所用的植物生长调节剂不同，引导学生思考其中的原因，并提示学生思考诺丽根、茎、叶等不同器官内源激素的情况;讲授无菌操作时，通过照片或短视频展示诺丽课题组研究生操作时一些合规及不合规的操作，加深学生对无菌操作的概念;讲授试管苗的移栽培养时，向学生讲授诺丽试管苗如何获得，并介绍诺丽试管苗的特性和移栽方法。
由于诺丽科研工作的开展都在学生熟悉的实验室和实验基地完成，当学生上专业课时能看到自己熟悉的场景，代入感会增强，对自己将要进行的实践操作跃跃欲试，且需要注意的操作问题更容易避免。置身于知识情境中探究知识，这样的学习属于深度学习[6]。高校教师课堂教学是否成功，关键在于其是否能激起学生学习的积极性，从而激发学生接收知识、投身创新的兴趣[7]。根据任课教师的观察和课后对学生的调查，科研案例融入植物组织培养课程教学的方式，不仅通过引入科研进展，深化了学生对相关知识点的理解，拓展了学生的知识范畴，而且明显激发了学生的思考热情，学生们迫不急待地想进入实验室进行课程实验。
此外，高校教师的使命不仅是传授知识，还是提供知识情境，知识具体化，使学生有更强的获得感，产生更多的感悟和追求。任课教师将研究成果转化为教学内容，以反映最新的科学研究进展，充分体现了教学的学术性质[8]。
实际上，大部分的本科生在进行本科畢业论文之前几乎没有渠道获知教师们的科研方向和科研成果，更无从谈起学生如何对这些科研感兴趣。因此，亟需打通这种隔膜，而把科研中的案例适当地融入到课程教学中是最容易完成的，也是最容易被学生接受的一种方式。
植物组织培养课程融入诺丽科研案例的教学方式也在本科生心中埋下了科研的种子，引导着学生产生进一步提升自己的想法，不少学生因此还定下了考研的目标，对人才培养和人才挖掘产生了积极的作用。
（二）科研中的实验材料为实践教学所用，实践教学又为科研补充材料
该课程共48学时，实践教学只有16学时，通常为了让学生接触到植物组织培养课程的核心操作，按照教学大纲的要求，课程组会安排学生进行外植体消毒及接种、愈伤组织诱导及继代、不定芽及不定根的诱导、试管苗继代及移栽等实验。而外植体诱导及植物生长均需要时间，如果按照植物生长速度完全不可能在16学时完成。因此，实践教学的时间线超长和实验材料难准备是摆在实验员面前的大问题。而实验员通常也只能在上班时间、力所能及地准备实验材料，很难按照任课教师的要求完成。此外，如果准备植物材料仅仅是为课程实验而准备的，几乎是毫无方向的，实验员可能视情况在种苗市场购买，不仅需要花费不菲的经费，而且随着课程结束，学生培养的植物材料没有合适的人继续管理，会造成严重浪费。
此问题由于诺丽科研工作的持续开展得到了很好的解决。因为诺丽相关课题的开展，诺丽试管苗是诺丽课题组的常备实验材料，常年维持上百瓶的量。在本科生即将开展课程实验之前的一两个月，诺丽课题组的研究人员在扩繁实验所需材料的试管苗，同时为本科生课程实验准备实验材料，通常通过扩大诺丽试管苗继代量来实现。这些试管苗在课程实验时可以供本科生做愈伤组织诱导、试管苗继代及移栽田间的实验。诺丽课题组的研究人员在准备诺丽试管苗时，诺丽的根、茎、叶转到相应的愈伤组织诱导培养基，到本科课程实验时即可诱导出愈伤组织，供本科生观察，同时一部分用于继代，另一部分用于不定芽、不定根的诱导。通过这些准备工作，本科生可以在16个学时内把植物组织培养课程的核心操作逐一完成，课程组不仅可以完美地完成教学任务，同时还解决了实验员准备实验材料难的问题。
此外，诺丽课题组在研究初期，根段和茎段的愈伤组织诱导效率较高，但基于叶片愈伤组织诱导迟迟不见进展，其中的关键问题就是未找到合适的植物生长调节剂配比和合适的培养基。诺丽叶片是比较容易获得的外植体，因此在某届本科生课程实验时，课题组设置了36种培养基配方用于诺丽叶片愈伤组织诱导，本科生分组使用这些配方，结果有些配方成功诱导得到了愈伤组织。而这种多梯度的实验如果仅在课题组内完成可能需要耗费大量的时间，且对研究人员而言工作量巨大，而结合课程实验，本科生人数基数较大，完成起来更有效率。由此可见，教学促进了科研进展。
随着本科课程实验的开展，将会得到大量的诺丽组培苗、愈伤组织及田间苗，而这些材料又可以用于诺丽科研工作，可谓本科生课程实验和诺丽科研工作相辅相成、相互成就。
（三）课程教学中发现问题、解决问题
在外植体消毒的实践环节，需要将外植体在2%次氯酸钠溶液、75%乙醇溶液等消毒剂中进行浸泡消毒，由于消毒剂对外植体有一定的损害，因此需要严格控制时间，而学生由于操作熟练程度不够，往往很难在既定时间内将外植体全部从消毒剂中转移出来，导致外植体脱水过多而死亡或后续不分化等问题。此外，后续还需要对外植体进行多次无菌水洗涤以除去残余消毒剂，并需要快速转移外植体。外植体消毒的实验是该课程的必须实验，也是要求学生必须掌握的技能，而学生进行操作时手忙脚乱的现象极为普遍，在教学过程中不仅会造成外植体的浪费，消耗大量时间，还会打击到学生的自信心。因此，任课教师积极地进行改进，在培养皿中巧妙做一个设计，当外植体消毒完成时间要求后，外植体和消毒剂就可以分离。在此基础上，诺丽课题组进行了总结，完成了国家实用新型发明专利一项——“一种培养皿”（ZL201821977022.3）。
灭菌是组织培养重要的工作之一。接种的器械需要使用酒精灯灼烧消毒，待器械冷却后再进行操作。剪刀是最常用到的接种器械，灼烧后等待冷却时必须悬空，防止交叉污染，因此需要学生一直用手保持剪刀的悬空。等待冷却的时间不可避免地降低了接种效率。而且用手保持剪刀的悬空是一种极不舒适的姿势，不少学生会违规操作将剪刀靠在或平放在其他物品上，往往会造成交叉污染，最终导致外植体污染。因此，课题组对剪刀进行了改进，使剪刀灼烧后可以直立在工作台冷却，保证了工作效率，提高了同学们的操作信心。基于上述改进，诺丽课题组对剪刀的改进进行了总结完善，完成了国家实用新型发明专利一项——“一种利于植物组织培养操作的剪刀”（ZL201821992164.7）。
以上两个国家实用新型发明专利的获得均来自于课程教学中，不仅解决了教学中的问题，还为科研项目的完成提供了有力的支撑条件，是教研相长的完美体现。
（四）课程教学的拓展形成了新的课题內容
学生之间具有差异性，部分独立思考能力好、创造性强的学生并不满足于课堂内容，他们的钻研性并不局限于教学内容和教学大纲的规定[5]。根据课程教学大纲，细胞悬浮系培养是该课程的一般了解性内容。任课教师上课之后，有几位本科生对细胞悬浮系培养特别感兴趣，课后还想和教师继续请教，而当时诺丽课题组并没有开展细胞悬浮系相关的研究。任课教师考虑到课堂外是课堂内的延伸，除了重视提升课堂教学质量外，对课外时间的利用也不容忽视，并且课题组有大量愈伤组织，就询问学生是否愿意开展相关实验。几位本科生表示十分愿意，任课教师同时也是诺丽课题组的研究人员，所以在前期课题开展的基础上，和学生们认真讨论、制定了实验方案，同时撰写项目书申请课题经费支持。后续，几位本科生在上课之余按时进实验室进行细胞悬浮系的研究，除了几位骨干学生外，他们的同学也经常结伴而来。经过数月的努力，几位本科生在任课教师的指导下分别基于诺丽根、茎、叶愈伤组织建立了稳定的细胞悬浮系，发表了高质量的学术论文[9-11]。同时，由于本科生较早地进入了科研环境，对科研产生了浓厚的兴趣，加上经常和课题组的研究生交流，了解了研究生阶段可以深入研究未知领域，因此立志考研，其中两位本科生顺利考取了诺丽课题组的研究生。此外，基于诺丽细胞悬浮系，诺丽课题组的研究生申请到一个大学生创新创业计划项目并顺利结题。诺丽细胞悬浮系作为一个稳定的平台自建立后还用于诺丽遗传转化研究[12-13]，以及诺丽次生代谢产物的研究[14]，获得了一系列的研究成果，成为一个重要的科研生长点。
可见，教学和科研的融合不仅培养了学生的创新意识、动手能力、科学素养和团队协作精神，还为课题组的科研方向提供了崭新的视角，为后续研究奠定了坚实的基础。
（五）教学反馈
科研融入到植物组织培养课程教学已经实施了近十年的时间，期末考试卷面成绩几乎无学生不及格，而且优良率能达50%以上，外植体污染率低且实验报告图文并茂，说明该教学方式的实施明显提高了学生的学习主动性和学习兴趣，使学生对植物组织培养原理理解更为深入，对操作更为娴熟，为后续从事组培类工作及深造奠定了坚实的基础。对于创新性能力更强的学生，随着他们更深入的理解，还初步向学生们展示了科学研究的思路，破除了科研活动的神秘感，增加了学生开展科学研究的兴趣和信心。这些都充分表明教研相长，以研促教是完全可行的，尤其在“重科研、轻教学”的误区中，更能体现科教融合的重要性。
从历届反馈来看，学生们对这门课程的喜爱度溢于言表，认为在老师的课程教学中他们不仅掌握了植物组织培养的基本原理和基本操作，也了解了很多实例，尤其是自己任课教师所在课题组的实例更让学生们感受到实验是一步步做出来、成果是一点点累积出来的，并且都非常喜欢实验课的安排，不仅把理论知识从头梳理了一遍，而且这些实例就是教师在课堂上讲授过的实例，更愿意动手操作。一部分有代表性的反馈意见有“这是一门应用性和研究性同在的课程”“能够感受到高科技的力量”“比任何时候都盼望做实验的专业课”“原来自己和高大上的科研那么近”“之前以为只有在电视上才能看到的科研工作者，原来我们的老师、师兄师姐就是科研工作者，让我们感到非常激动”“每天都想着来培养室看看自己的小苗苗、每天都祈祷它们好好活着”。更有不少学生因为该课程发现了自己的科研热情而立志考研，令任课教师及课程组十分欣慰。
四、结束语
创造性的教学活动往往可以取得最佳的教学效果。科研是富有创造性的，科研融入教学活动、作为一种培养人才的途径势必能够有效地促进教学。教学和科研的融合体现了高校教学的特点，教师不仅能传授经典知识，还可以进一步培养学生的思考能力，提高学生的创新思维，激发学生的求知欲和探索精神。目前，我国正大力推进世界一流大学建设，而实施科教融合是取得该战略胜利的必由之路[15]，具有深远意义。教学与科研关系的进一步融合有利于新时期高校推动教学改革、提高教育质量。课程组将继续对该教学方法进行优化，进一步体现科研项目融入课程教学的特色，实现教学和科研双赢的美好愿望，真正地回归大学本质。
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基金项目：2019年度国家级和省级一流本科专业建设（教高厅函[2019]46号）
作者简介：吴田（1980-），女，汉族，山东青岛人，博士，副教授，园艺系系主任，研究方向：植物分子生物学。
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