植物生理學課程案例式教學的設計與應用

摘" 要：作為農科專業(yè)的基礎理論課程，植物生理學是一門理論和實踐性很強的課程。然而該課程教學內容多，并且難度較大，老師單向灌輸、學生被動接受的傳統教學模式不利于培養(yǎng)農業(yè)現代化所需要的高素質創(chuàng)新人才。案例式教學能調動學生的積極性和求知欲，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。該文建設植物生理學課程案例庫，并在該課程中實行案例式教學，借助案例式教學加強學生對該課程的掌握和運用，進一步提高教學質量。

關鍵詞：農業(yè);植物生理學;案例庫;案例式教學;應用

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）15-0140-04

Abstract： As a basic theory course for agricultural majors， plant physiology is a highly theoretical and practical course. However， there are many teaching contents in this course， and it is difficult. The traditional teaching mode of one-way indoctrination by teachers and passive acceptance by students is not conducive to the cultivation of high-quality innovative talents needed for agricultural modernization. Case-based teaching can arouse students' enthusiasm and thirst for knowledge， and help to cultivate students' innovative thinking ability. This paper constructs the case base of plant physiology course， and implements case-based teaching in this course， with the help of case-based teaching to strengthen students' mastery and application of the course， and further improve the teaching quality.

Keywords： agriculture; plant physiology; case base; case-based teaching; application

我國是農業(yè)生產大國，擁有悠久的農耕文明，耕地面積廣，農業(yè)人口眾多，與發(fā)達國家相比從事農業(yè)的人口比重較大，農業(yè)發(fā)展問題一直是我國關注的焦點。隨著人口的增加和土地資源的有限性，農業(yè)面臨著嚴重的資源短缺問題。例如，水資源、耕地資源及肥料等農業(yè)生產要素的短缺，制約了農業(yè)的發(fā)展。同時，過度開發(fā)和不合理利用也加劇了資源短缺的嚴重程度。農業(yè)生產過程中，化肥、農藥的過度使用與不合理的農業(yè)耕作方式，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞。土壤退化、水體污染等問題日益嚴重，給農業(yè)發(fā)展帶來了巨大的壓力。傳統的農業(yè)生產方式已經難以滿足現代社會的需求。農業(yè)生產效率低下，不僅影響了農民的收入水平，也制約了農業(yè)的整體發(fā)展。如何提高農業(yè)生產效率，成為農業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

為了全面落實2024年中央一號文件、全面推進鄉(xiāng)村振興并且適應現代化農業(yè)發(fā)展，以滿足農業(yè)類專業(yè)對植物生理學人才的迫切需求，我國要求高等農業(yè)院校培養(yǎng)人才需注重基礎知識的夯實、實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)、適應農業(yè)現代化發(fā)展的要求。植物生理學是研究植物生命活動基本規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關系的一門科學[1]，是生物、園藝、生態(tài)、農學、草業(yè)和林學類等專業(yè)的基礎理論學科，也是一門實踐性很強的學科。植物生理學課程的誕生和發(fā)展都與農業(yè)生產有著極為密切的關系，也被稱為合理農業(yè)的基礎課程，該課程開設時間為大二下學期，必須先學習植物學、有機化學、無機化學和基礎生物化學等先行課程，同時又為之后學習其他專業(yè)課程奠定基礎[2]。植物生理學涉及前期基礎學科如植物學、無機化學和有機化學等，教學內容深度和廣度較大，學生學習相對較難。并且傳統教學以教師采用講授法、示范法等方法[3]，注重學生對知識的接受與記憶，學生以被動接受的方式獲取知識，忽略了以學生為主體，導致學生課堂參與度不高，學生學習植物生理的主動性和積極性降低，缺乏理論聯系實際能力，不利于農業(yè)現代化人才培養(yǎng)。

1" 植物生理學教學中普遍存在的問題

1.1" 教學內容的前沿性不足

盡管植物生理學課程教材較多，但教學內容大致相同，包括植物細胞的結構與功能、植物的水分生理、植物的礦質與氮素營養(yǎng)、植物的光合作用、植物的呼吸作用、同化物的運輸與分配、植物細胞的信號轉導、植物生長物質、植物的光形態(tài)建成與運動、植物的生長生理、植物的成花生理、植物的生殖與衰老和植物的抗逆生理。然而一些教師仍然沿用上述教材中傳統的教學內容，未能充分結合新的研究成果進行更新和拓展。例如，在講授植物的水分生理中氣孔運動的機理時，以往的教學內容中，腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）來源于光合磷酸化或氧化磷酸化，但2022年Lim等[4]發(fā)現，葉綠體主要是形成并儲存淀粉的，而ATP來源于氧化磷酸化。這導致學生在課堂上接受到的知識較為有限，無法全面了解植物生理學的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢。

1.2" 教學方式單一

植物生理學通常采用傳統的講授式教學，缺乏多樣化和創(chuàng)新性的教學方法。這種教學方式通常以教師為中心，使學生處于被動接受的狀態(tài)，缺乏主動性和參與性，難以激發(fā)其學習興趣和主動性。同時，缺乏多樣化的教學手段和方法，如翻轉課堂、成果導向教學和案例教學等，限制了學生對知識的深入理解和掌握。

1.3" 課程考核方式單一，實驗教學環(huán)節(jié)薄弱

目前，植物生理學主要采用平時成績30%（實驗課20%，考勤5%和平時作業(yè)5%）和期末成績70%的方式進行考核。其中，期末成績主要采取閉卷考試，以選擇題、名詞解釋、判斷題、論述題和簡答題為主，受卷面和時間限制，考查知識點有限，多以記憶題型為主，考試中學生的基礎知識相對較好，但論述題和簡答題得分率較低，作答內容較少，缺乏條理性，歸根結底是學生缺乏理論聯系實際的能力。

另外，實驗教學環(huán)節(jié)薄弱也是植物生理學教學中的一個普遍問題[5]。實驗教學是植物生理學教學的重要組成部分，但實驗教學課時有限，且內容多以觀察性和驗證性實驗為主，缺乏創(chuàng)新性和探索性。這導致學生在實驗過程中往往只是按照既定的步驟進行操作，缺乏對實驗原理和方法的深入理解和思考。

1.4" 生源多樣化

植物生理學課程面向生物技術、植物保護、生態(tài)學和森林保護等專業(yè)開設課程，各個專業(yè)的學生都有不同的學科背景和專業(yè)領域，其中不乏文科專業(yè)的學生，他們在高中時期就沒修過生物和化學，導致了其在基礎知識掌握上的差異。并且不同專業(yè)背景的學生對植物生理學的學習興趣和需求存在較大的差異，例如，植物保護的學生更關注植物與環(huán)境之間的相互作用，生物技術的學生更關注植物的光合作用和植物抗逆。這種差異導致教師在教學過程中很難滿足所有學生的需求，在學習植物生理學課程時缺乏足夠的興趣和動力，在遇到困難時更容易放棄，從而影響學習效果。

1.5" 師資隊伍與教學水平不一

目前，各個高校植物生理學教學的師資力量不同。部分教師為碩士研究生學歷，缺乏實驗經驗和創(chuàng)新精神，難以將前沿研究成果和技術引入教學中。并且為了提高教學質量，教師需要在授課前準備大量教學資料和教學案例用以完成教學設計，在規(guī)定時間內為學生講授章節(jié)的重點內容，同時教學案例和教學資料大部分來自于網絡，需要花很大的精力去梳理，這對于教師來說工作量增多，并且難以全面、透徹地掌握教學案例和教學資料。

2" 案例式教學的內容及優(yōu)勢

2.1" 案例式教學的內容

案例式教學[6]（case-based teaching）就是指以農業(yè)生產中遇到的真實案例為材料，通過運用植物生理學知識進行案例分析、案例討論、案例演練等方式，培養(yǎng)學生綜合運用知識、分析及解決問題的能力。案例式教學是以結果為導向，注重將實際情況引入課堂教學，結合課堂教學內容進行討論與分析，將理論與實踐有機結合起來，讓學生實現同步進步。案例式教學不僅有利于學生的學習，還能夠培養(yǎng)學生的分析問題、主動性、應變能力及創(chuàng)新能力，有效地提高學生的綜合能力。

2.2" 案例式教學的優(yōu)勢

植物生理學作為生物、園藝、生態(tài)、農學、草業(yè)和林學類等專業(yè)的基礎理論學科，對農業(yè)類專業(yè)非常重要。授課通常采用老師以灌輸式的傳統教學法，學生以死記硬背為主，缺乏學習的主動性、獨立思考和解決問題能力。而案例式教學可以通過引入真實、生動的案例，將抽象的理論知識與實際情境相結合，能夠激發(fā)學生的學習興趣和好奇心。學生在分析案例的過程中，需要主動思考、探索解決方案，從而提高學習的主動性和參與度[7]。并且案例式教學注重引導學生從實踐中學習和理解知識，通過案例分析，學生可以更加深入地理解植物生理學的原理和應用。這種教學方式有助于將理論知識轉化為實際操作能力，加深學生對知識的理解和記憶。此外，案例式教學通常涉及復雜、真實的問題情境，需要學生綜合運用所學知識進行分析和解決。在案例分析的過程中，學生需要識別問題、提出假設、制定方案并進行驗證，從而培養(yǎng)其問題解決能力和批判性思維。案例式教學通常涉及多個領域的知識和信息，學生需要通過查閱文獻、搜集資料等方式完善案例分析。這個過程有助于拓展學生的知識來源和視野，使其能夠更全面地了解植物生理學的相關領域和應用。

2.3" 案例式教學在植物生理學課程中應用的意義

植物生理學作為合理農業(yè)的基礎課程，在農業(yè)類專業(yè)中占有重要地位。在植物生理學課程中，案例式教學可以發(fā)揮重要的作用，解決傳統教學中存在的一些問題。例如，案例式教學能夠使學生更加深入地理解植物生理學知識，通過分析和討論真實的案例，學生可以更加直觀地了解植物生理學的理論和實際應用，將理論知識與生產實際相結合，從而更好地掌握和運用知識。并且案例式教學有助于激發(fā)學生學習興趣和主動性。相比于傳統的講授式教學，案例式教學更加生動、有趣，能夠吸引學生的注意力。通過引導學生主動分析案例、提出問題和解決方案，可以培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)新精神，提高其問題解決能力。案例式教學還能夠培養(yǎng)學生的團隊合作和溝通能力。在案例分析過程中，學生通常需要分組進行討論和合作，這有助于培養(yǎng)其團隊合作精神和溝通能力。通過與他人交流、分享觀點和經驗，學生可以拓寬自己的視野，增強自己的綜合素質。

3" 案例式教學在植物生理學課程中的應用

3.1" 制訂課程案例庫建設的總體規(guī)劃

制定植物生理學課程發(fā)展目標，主要包括提升教學質量以及培養(yǎng)學生實踐能力;根據教學內容確定案例主題，同時收集與整理案例，形成具有一定規(guī)模、覆蓋多個知識點的案例庫;建立案例庫的更新機制，確保案例的時效性和前沿性;推動案例庫在本教研室中廣泛應用，促進教學方法的創(chuàng)新和改革。

3.2" 案例收集與撰寫

植物生理學作為一門專業(yè)基礎課，并且實踐性也很強，因此，所選擇的課程案例不僅要符合課程知識點，也要能反映出農業(yè)實際生產中的問題，同時也要能夠聯系其他課程，案例內容要豐富并且具有深度，要求學生能夠聯系課程相關知識和案例。植物生理學教學案例主要來自于以下幾個方面。一是通過文獻檢索，在國內外專業(yè)期刊上，以課程知識點為關鍵詞或主題進行檢索，提高案例的權威性和前沿性。二是通過官方網站、網絡媒體等報道獲取當下熱門新聞及事件作為案例;三是基于野外、田間調查及教師科研項目成果獲取案例素材，增強植物生理學課程案例的真實性和情景性。

在案例撰寫中，需要緊密結合課程內容與實際應用，以多種形式展示案例素材，例如應用圖片、視頻、文字、道具等展示教學案例，同時根據教學內容和教學案例設置1～2個擴展式思考題，例如通過圖片、視頻、自然環(huán)境等觀察到的現象、存在該現象的原因、相關的解決措施，以及生活中你觀察到的其他有關現象。特別是設置與課程思政有關的教學案例，這可以增強教學中的現實感和針對性，例如，在講授植物生理學與農業(yè)生產時引入中央一號文件，讓學生知道國家目前需要夯實農業(yè)基礎，保障重要農產品有效供給。同時，還可以培養(yǎng)學生的綜合素質，實現思政教育和教學“潤物細無聲”的融合。

3.3" 案例教學的實踐與應用

在授課前，授課教師應提前制定好教學計劃，準備好教學教案。同時，按照教學內容和教學計劃，教師通過“學習通”線上平臺提前一周將案例資料發(fā)布給學生，要求學生4～5人每組，分成若干小組，對案例資料和相關理論進行學習，并完成案例中的思考題，并提出更多與課程內容及案例相關的問題，除此之外是否有其他案例與之相似，共同解析教學內容。在課堂中首先由教師對該章節(jié)內容進行知識點串講，讓學生了解本章節(jié)內容、掌握知識點后，通過圖片或視頻引入教學案例，就該案例進行課堂討論。隨機選取小組發(fā)言人進行討論發(fā)言，由該組其他同學進行補充，剩余小組同學進行提問，充分調動學生的參與性和積極性。待每個小組發(fā)言完畢、討論結束后，由教師對教學案例進行總結，點評學生的分析思路和方法是否正確，并指出分析的不足之處，同時對分析深入的小組給予肯定。同時，根據教學內容和教學案例進行知識拓展，進一步拓寬學生的知識來源和視野，使其能夠更全面地了解植物生理學的相關領域和應用。對于學生來說，在收集和整理資料，參加教學案例的討論和發(fā)言，總結該堂課學習到的知識，并將學到的理論知識運用到實際生產中，有助于學生進一步增加理論知識的了解和掌握，提高其總結歸納能力和文字表達能力。

以大二學生為授課對象進行植物保護案例教學。在講授植物的水分生理時，利用PPT展示火星、月球和地球的圖片，提出“水是生命起源的先決條件，沒有水就沒有生命”。2022年我國農作物受干旱面積11 739千公頃，直接經濟損失3 340.2億元，因此，有收無收在于水。根據上述案例，向學生提出問題：既然沒有水就沒有生命，有收無收在于水，那么鹽湖周邊為什么很少有植物，甚至說沒有植物生存？根據上述問題繼續(xù)向學生提出以下問題：①水分在植物——環(huán)境中的移動機制？②水分如何進入植物體內？③水分如何在細胞間移動？④水分如何離開植物體？本案例課堂教學如下。首先，在授課前1周將火星、月球和地球圖片和上述文字通過“學習通”在線平臺下發(fā)至學生，學生完成分組，對上述問題進行思考。其次，在課堂中，講授水在植物生命活動中的作用、植物細胞對水分的吸收、植物根系對水分的吸收和蒸騰作用，并展開案例討論，由每個小組討論“①水分在植物——環(huán)境中的移動機制？②水分如何進入植物體內？③水分如何在細胞間移動？④水分如何離開植物體？”這些問題。討論結束后，由教師對討論結果進行總結和補充。讓學生帶著上述問題進行思考并分析這些問題，從中獲取新知識，培養(yǎng)學生發(fā)現問題、分析問題、解決問題及獨立學習的能力。通過課堂上學生的不同答案，對本節(jié)課內容進行歸納總結。

在“植物體內的必需元素”章節(jié)教學中，以植物吸收礦質元素為例，進行案例式教學。俗話說“有收無收在于水，收多收少在于肥”，所謂必需元素是指植物生長發(fā)育必不可少的元素。那么植物體內的元素是否都是必需元素？判斷的標準是什么？用什么方法判斷？有哪些必需元素？本案例課堂教學如下。首先，在授課前1周將上述文字通過“學習通”在線平臺下發(fā)至學生，學生完成分組，對上述問題進行思考。其次，在課堂中，本教學案例以植物體內的必需元素概念和國際植物營養(yǎng)學會規(guī)定的植物必需元素的3條標準為基礎，分析如何確定植物體內的必需元素。本案例教學的主要目標是引導學生通過實驗設計進行分析與討論。由每個小組討論“用什么方法判斷植物體內的必需元素？”，討論結束后，由教師對每組討論結果進行補充，對討論分析深入的小組給予肯定。一方面，通過老師的講解梳理植物體內的必需元素基本概念和國際植物營養(yǎng)學會規(guī)定的植物必需元素的3條標準，加深學生對基本知識的掌握。另一方面，通過實驗設計將理論知識轉化為實際操作能力，加深學生對知識的理解和記憶。

3.4" 維護開發(fā)案例庫

將制定好的案例庫進行推廣和共享，隨著植物生理學課程的發(fā)展和教學的需要，案例庫需要不斷更新和優(yōu)化。教師可以根據教學效果和學生反饋，對案例庫進行修訂和補充，以保持其時效性和實用性。

通過制定植物生理學課程案例庫，可以為教師和學生提供豐富的教學資源，促進案例式教學的有效實施，提高教學效果和學習效果。同時，案例庫的建設也有助于推動植物生理學課程教學的創(chuàng)新和發(fā)展。

4" 結束語

植物生理學案例教學實踐與應用是提升教學質量、培養(yǎng)學生綜合能力的重要途徑。通過篩選適合的案例、合理的教學設計并引導學生積極參與，可以充分發(fā)揮案例教學在植物生理學教學中的優(yōu)勢，實現理論與實際的相結合。同時，還應不斷探索和完善案例教學實踐與應用的方式方法，以培養(yǎng)學生獨立自主的學習能力，對未來培養(yǎng)具有適應新時代背景下的農業(yè)農村現代化人才作出貢獻。

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基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)“天池英才”引進計劃（2223RSTTCYC）;新疆維吾爾自治區(qū)產學協同育人項目（2023210001）

第一作者簡介：王怡（1993-），女，博士，講師。研究方向為植物分子生物學。