“植物生理學(xué)”課程“模塊化”和“對(duì)話式”教授方式改革

王鳳茹，客紹英

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071001)

2020年全國(guó)教育工作會(huì)議和《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》為深化教育體制改革，更新教育教學(xué)觀念，提高人才培養(yǎng)水平指明了方向[1]。要推進(jìn)高校的改革創(chuàng)新、科學(xué)發(fā)展，首先要改革課程體系和教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考、質(zhì)疑權(quán)威、批判性思維和創(chuàng)新能力。我國(guó)的高等教育改革在不斷與國(guó)際教育改革接軌。2016年，中國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員，《華盛頓協(xié)議》成員國(guó)認(rèn)證對(duì)象是教育機(jī)構(gòu)的培養(yǎng)方案，強(qiáng)調(diào)的是教育理念和教學(xué)目標(biāo)?！度A盛頓協(xié)議》的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是“以成果輸出為導(dǎo)向”(OBE，outcome based education)，注重教育的“產(chǎn)出”質(zhì)量，即大學(xué)本科畢業(yè)生離校時(shí)“有什么能力”“能做什么”“會(huì)做什么”[2]。

為適應(yīng)國(guó)內(nèi)、外的教育改革形勢(shì)，“植物生理學(xué)”課程不但要培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考、質(zhì)疑權(quán)威、批判性思維和創(chuàng)新能力，還要基于OBE教育理念，提高學(xué)生“產(chǎn)出”質(zhì)量。基于此，植物生理學(xué)進(jìn)行“模塊化”教授方式改革(圖1)，每個(gè)模塊具有不同的培養(yǎng)目標(biāo)。①“植物生理學(xué)基本知識(shí)”模塊，利用雨課堂教授方式，教師講解結(jié)合學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握植物生命活動(dòng)規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關(guān)系，架好基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)課的橋梁，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；②“植物生理學(xué)經(jīng)典理論及諾貝爾獎(jiǎng)理論”模塊，利用線上學(xué)生自主學(xué)習(xí)加教師點(diǎn)評(píng)教授模式，通過(guò)對(duì)經(jīng)典理論發(fā)現(xiàn)歷程及具體實(shí)驗(yàn)支持的展現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和良好的科研意識(shí)，提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，通過(guò)線上學(xué)生自學(xué)加教師點(diǎn)評(píng)模式，拓展學(xué)生專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的廣度和深度，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題和創(chuàng)新能力，為高精尖人才提供儲(chǔ)備；③“植物生理學(xué)被挑戰(zhàn)的經(jīng)典理論及替代的新理論”模塊，線上提供具有挑戰(zhàn)經(jīng)典理論的新發(fā)現(xiàn)的最新文獻(xiàn)，讓學(xué)生了解最新科研動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑權(quán)威、批判性思維和創(chuàng)新能力；④“植物生理學(xué)中尚未解決的問(wèn)題及探索”模塊，讓學(xué)生明白大自然的深?yuàn)W，引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生探索奧秘，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。

圖1 教學(xué)內(nèi)容“模塊化”

一、植物生理學(xué)教學(xué)內(nèi)容“模塊化”改革

(一)“基本知識(shí)”模塊

此模塊是植物生理學(xué)的基本知識(shí)，要求學(xué)生必須掌握，學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握植物生命活動(dòng)規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關(guān)系，并能利用所學(xué)知識(shí)能動(dòng)的促控植物生長(zhǎng)發(fā)育。為達(dá)到此目標(biāo)，我們將智慧教學(xué)工具——“雨課堂”融入“植物生理學(xué)”的教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量。進(jìn)行如下教授方式：

1.授課前1周工作，編寫(xiě)每章學(xué)習(xí)目標(biāo)和基本知識(shí)PPT，通過(guò)“雨課堂”平臺(tái)推送給學(xué)生。學(xué)生通過(guò)PPT了解學(xué)習(xí)目標(biāo)和基本知識(shí)，配合植物生理學(xué)在線開(kāi)放課程及各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻。學(xué)生帶著問(wèn)題有針對(duì)性地聽(tīng)課，提高授課效果。

2.授課環(huán)節(jié)，教師利用“雨課堂”平臺(tái)概述章節(jié)基本知識(shí)點(diǎn)及講授重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生對(duì)不懂的知識(shí)點(diǎn)可利用“不懂”按鈕進(jìn)行標(biāo)記，教師根據(jù)“不懂”知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授。然后根據(jù)知識(shí)點(diǎn)發(fā)布習(xí)題檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，學(xué)生答題結(jié)果實(shí)時(shí)反饋，再根據(jù)答題結(jié)果有針對(duì)性地講解相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。最后，教師開(kāi)啟雨課堂“彈幕”功能，與學(xué)生實(shí)時(shí)互動(dòng)，讓學(xué)生發(fā)布自己的觀點(diǎn)和疑惑，教師與學(xué)生一起討論，達(dá)到基本知識(shí)人人掌握，完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

(二)“經(jīng)典理論及諾貝爾獎(jiǎng)理論”模塊

經(jīng)典學(xué)說(shuō)相關(guān)研究方法及研究過(guò)程可培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，為國(guó)家提供高素質(zhì)的科研后備力量和具有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的工作人員。

在這個(gè)模塊中為學(xué)生在線提供經(jīng)典理論的發(fā)現(xiàn)歷程及研究方法，讓學(xué)生不但知道某個(gè)經(jīng)典理論的內(nèi)容，還要知道這個(gè)理論的內(nèi)涵和精髓，知其“然”及其“所以然”，培養(yǎng)學(xué)生的研究和探索能力。

以光合作用為例，光合作用是植物生理學(xué)的重要內(nèi)容，光合作用的機(jī)理隨著研究方法和手段的更新不斷的發(fā)展，但科學(xué)理論是在日積月累的試驗(yàn)和大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上凝練而成，只有了解光合作用研究歷程才能對(duì)光合作用的機(jī)理具有深入的了解，同時(shí)也會(huì)對(duì)光合作用未知領(lǐng)域進(jìn)行深入探索和研究。因此，通過(guò)大量原始文獻(xiàn)的查閱，把這些原始文獻(xiàn)在線提供到光合作用的機(jī)理模塊中，加深拓展學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，為以后的專(zhuān)業(yè)方向打好牢固的理論基礎(chǔ)，為學(xué)生提供提出問(wèn)題(科學(xué)思維)、解決問(wèn)題(科學(xué)方法)及總結(jié)歸納(理論的形成)的典型例證。具體如下：

此模塊下包含“光合作用經(jīng)典理論”模塊和“光合作用諾貝爾獎(jiǎng)理論”2個(gè)模塊，每個(gè)模塊下又有多個(gè)具體理論模塊。如下：

1.“光合作用經(jīng)典理論”模塊。此模塊包含11個(gè)小模塊，不僅展現(xiàn)了光合作用機(jī)理的研究歷史，同時(shí)通過(guò)原始文獻(xiàn)提供了當(dāng)時(shí)的研究方法及手段，供學(xué)生批判式接受經(jīng)典理論：①柳條試驗(yàn)，包含試驗(yàn)內(nèi)容和方法，結(jié)論，及點(diǎn)評(píng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法：2.3千克柳枝種后5年，重量為169千克，土壤只減少0.76千克；實(shí)驗(yàn)結(jié)論：柳樹(shù)所增加的165.94千克是從水中得來(lái)的；點(diǎn)評(píng)：他的實(shí)驗(yàn)是正確的，可惜結(jié)論是錯(cuò)誤的。后面模塊均包含詳細(xì)試驗(yàn)方法、結(jié)論及點(diǎn)評(píng)，不再贅述。②薄荷實(shí)驗(yàn)。③鐘罩實(shí)驗(yàn)。④英根豪實(shí)驗(yàn)。⑤塞尼比化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)。⑥索修爾定量分析實(shí)驗(yàn)。⑦李比希的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)說(shuō)。⑧“氣泡計(jì)量法”和“半葉法”。⑨季米里亞捷夫的紅光實(shí)驗(yàn)。⑩好氧性細(xì)菌實(shí)驗(yàn)和希爾實(shí)驗(yàn)?zāi)K等[3-8]。

2.“光合作用諾貝爾獎(jiǎng)理論”模塊。此模塊把每個(gè)與光合作用相關(guān)的獲得諾貝爾獎(jiǎng)的理論設(shè)為小模塊，拓展學(xué)生的專(zhuān)業(yè)深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生敢于探索和創(chuàng)新能力。諾貝爾獎(jiǎng)是科學(xué)研究中最杰出成就的象征。迄今為止，與植物生理學(xué)內(nèi)容相關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)有很多，與光合作用相關(guān)的有8個(gè)之多[9-11]，每個(gè)諾獎(jiǎng)模塊都附具體研究過(guò)程，并讓學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)，體驗(yàn)科學(xué)最高獎(jiǎng)項(xiàng)的發(fā)現(xiàn)歷程。①1915年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：德國(guó)化學(xué)家Richard M.Willstatter發(fā)現(xiàn)葉綠體的晶體結(jié)構(gòu)、發(fā)明植物色素提取方法，明確了葉綠素a和葉綠素b的存在比例。②1930年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：德國(guó)化學(xué)家Hans Fischer確定了葉綠素的結(jié)構(gòu)，證實(shí)葉綠素和血紅素在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似之處。③1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：美國(guó)生物學(xué)家Melvin Calvin發(fā)現(xiàn)二氧化碳同化途徑“卡爾文循環(huán)”。④1965年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：美國(guó)化學(xué)家Robert Burns Woodward合成甾醇和葉綠素等復(fù)雜有機(jī)化合物方面的貢獻(xiàn)。⑤1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：英國(guó)生物學(xué)家Peter Dennis Mitchill提出化學(xué)滲透假說(shuō)解釋光合和氧化磷酸化的作用機(jī)制。⑥1988年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：德國(guó)3位科學(xué)家闡明紫色光合細(xì)菌反應(yīng)中心空間結(jié)構(gòu)，使得人們認(rèn)識(shí)到光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化機(jī)制。⑦1992年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：美國(guó)化學(xué)家Rudolph Arthur Marcus闡明光合作用和呼吸作用的電子傳遞機(jī)制。⑧1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：3位科學(xué)家在ATP酶方面的研究，生物產(chǎn)生能量的方法及能量在離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用機(jī)制。

(三)“被挑戰(zhàn)的經(jīng)典理論及替代的新理論”模塊

從內(nèi)涵上來(lái)講，“植物生理學(xué)”課程是一門(mén)發(fā)展的課程，隨著人類(lèi)對(duì)植物生命活動(dòng)的探知而不斷發(fā)展，因此新發(fā)現(xiàn)、新理論不斷涌現(xiàn)，甚至出現(xiàn)否定植物生理學(xué)經(jīng)典理論的新學(xué)說(shuō)，因此該課程還培養(yǎng)學(xué)生了解掌握國(guó)內(nèi)外植物科學(xué)研究的動(dòng)態(tài)科學(xué)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的科研精神。

國(guó)內(nèi)外植物生理學(xué)教材傳承了幾十年的3種運(yùn)輸K離子不同載體結(jié)構(gòu)模式圖如圖1，“通道”和“泵”的概念是：根據(jù)電化學(xué)式梯度，離子通道介導(dǎo)快速和被動(dòng)“下坡”運(yùn)輸，離子泵介導(dǎo)緩慢和主動(dòng)“爬坡”運(yùn)輸，被認(rèn)為是完全不同的分離并置實(shí)體。然而2017年，美國(guó)研究人員在Nature雜志發(fā)表的文章對(duì)這個(gè)長(zhǎng)期存在的理論致命一擊，認(rèn)為K轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)構(gòu)里，通道和泵超家族成員聚集組成一個(gè)大復(fù)合體，共同行使主動(dòng)運(yùn)輸，一個(gè)“泵樣”亞單位制造能力輸入，一個(gè)“通道樣”亞單位的功能被重新定義為主動(dòng)運(yùn)輸執(zhí)行者。新理論是通道樣亞基閘門(mén)與泵樣亞基相連互作，控制整個(gè)通道的開(kāi)開(kāi)合合，而不是獨(dú)立存在的兩種形式，重新定義了“泵”和“通道”概念(圖2)[12]。

注：A：傳統(tǒng)的離子“通道”和“泵”是單獨(dú)存在的獨(dú)立個(gè)體的模式圖；B：2017年Nature雜志發(fā)表的“通道”和“泵”是一種復(fù)合體的模式圖。

通過(guò)這樣的對(duì)比，學(xué)生具備勇于探索、敢于挑戰(zhàn)經(jīng)典和權(quán)威的務(wù)實(shí)精神，具備科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)新理論的潛能。

(四)“尚未解決的問(wèn)題及探索”模塊

從發(fā)展的眼光看，植物生理學(xué)無(wú)比深?yuàn)W，還有很多未知的領(lǐng)域需要我們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這些未知問(wèn)題，并鼓勵(lì)學(xué)生努力去解決，拓展學(xué)生專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的廣度和深度、提升專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。例如光合作用是植物生理學(xué)中的重要內(nèi)容，雖然人類(lèi)已了解了光合作用的機(jī)理，但還有很多問(wèn)題需要去探索和研究，人類(lèi)必須通過(guò)進(jìn)食植物或動(dòng)物等方式獲取能量，但全球糧食危機(jī)日益加深。如果人類(lèi)也可以通過(guò)光合作用維持生存，就可以緩解人類(lèi)的生存危機(jī)。那么人類(lèi)是否可以使我們的身體像植物一樣，從太陽(yáng)能中獲取食物呢？海兔和海底蝸牛這兩種動(dòng)物均可以竊取藻類(lèi)植物的光合作用的“加工廠”-葉綠體，竊取來(lái)的葉綠體分布在消化道內(nèi)，可以在近6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)不用進(jìn)食而是靠葉綠體進(jìn)行光合作用為自己提供能量，因此動(dòng)物也可以“活得像個(gè)植物”(圖3)。但海底蝸牛和海兔如何使用葉綠體進(jìn)行光合作用仍然是一個(gè)謎團(tuán)[13-14]。以現(xiàn)有的知識(shí)還不能破解這個(gè)謎團(tuán)，但學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)不斷進(jìn)行探索和思考，既可以培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣還可以培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。

注：A：海兔；B：海底蝸牛。

二、“植物生理學(xué)”教授方式“對(duì)話式”改革

目前，我國(guó)各高校新型在線開(kāi)放課程和學(xué)習(xí)平臺(tái)(華文慕課、愛(ài)課程、Coursera、智慧樹(shù)、學(xué)堂在線等等)迅速興起，拓展了教學(xué)時(shí)空，擴(kuò)大了優(yōu)質(zhì)教育資源受益面，也給高等教育教學(xué)改革發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。學(xué)生可接受知識(shí)的平臺(tái)和手段不斷豐富，再按照傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法顯然已不能滿足新型人才培養(yǎng)的需要，因此“對(duì)話式”教學(xué)應(yīng)是教師教學(xué)改革的目標(biāo)，不僅可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，更能增強(qiáng)其批判式思維。基于此，對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和解決問(wèn)題的能力要求也更高。

(一)對(duì)話式課堂需要教師不斷提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平

“對(duì)話式”課堂不是“問(wèn)答式”教學(xué)，“對(duì)話式”體現(xiàn)的是平等主體間的對(duì)話，學(xué)生和教師在各自觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行平等的對(duì)話。學(xué)生擁有自己的觀點(diǎn)，教師面對(duì)學(xué)生各種觀點(diǎn)，若自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平不夠，很難在與學(xué)生交流時(shí)讓學(xué)生感到有所領(lǐng)悟和提高。

(二)對(duì)話式課堂需要教師更新教育理念

“對(duì)話式”教學(xué)的理念具有以下特點(diǎn)：①智識(shí)共享，在“對(duì)話式”教學(xué)中，每位學(xué)生具有各自的個(gè)性、情感和人生體驗(yàn)，因此學(xué)生從自己對(duì)世界的獨(dú)特感受和方式表達(dá)自己獨(dú)特的理解和認(rèn)知，通過(guò)這種對(duì)話，形成教師和學(xué)生間的智識(shí)共享，雙方均能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的增長(zhǎng)和拓展。②互相理解，“對(duì)話式”課堂的教學(xué)目標(biāo)一定是教學(xué)主體間通過(guò)闡述各自觀點(diǎn)，促進(jìn)教師和學(xué)生的相互理解，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。③平等交流，對(duì)話式教學(xué)以平等為基本前提，教師通過(guò)自己多年知識(shí)和人生體驗(yàn)的積累引導(dǎo)學(xué)生利用各種智慧教學(xué)平臺(tái)學(xué)習(xí)知識(shí)，然后通過(guò)對(duì)話式交流培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力、鍛煉學(xué)生清晰表達(dá)能力，同時(shí)，教師一方一定要具有虛心包容的基本素質(zhì)，才能與課程改革理念相符[15]。

三、結(jié)束語(yǔ)

“植物生理學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容“模塊化”為教學(xué)課堂“對(duì)話式”提供了基礎(chǔ)：“基本知識(shí)”“經(jīng)典理論及諾貝爾獎(jiǎng)理論”“被挑戰(zhàn)的經(jīng)典理論及替代的新理論”“尚未解決的問(wèn)題及探索”4個(gè)教學(xué)模塊層層遞進(jìn)，讓學(xué)生從“最基本的知識(shí)”認(rèn)知開(kāi)始，通過(guò)“經(jīng)典理論和諾貝爾獎(jiǎng)理論”的“對(duì)話式”交流，不但培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，還逐漸形成自己的觀點(diǎn)?！氨惶魬?zhàn)的經(jīng)典理論及替代的新理論”和“尚未解決的問(wèn)題及探索”模塊重點(diǎn)突出學(xué)生的主觀參與意識(shí)，與教師“平等對(duì)話”，體現(xiàn)學(xué)生批判式思維和創(chuàng)新意識(shí)，在此基礎(chǔ)上，兩個(gè)教學(xué)主體(教師和學(xué)生)查資料、創(chuàng)新知、構(gòu)建創(chuàng)新性課程改革形式。