基于文獻(xiàn)閱讀的翻轉(zhuǎn)課堂在植物營養(yǎng)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘" 要：植物營養(yǎng)學(xué)是高等院校中涉農(nóng)類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)必修課程，緊密聯(lián)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐，在農(nóng)學(xué)知識體系中扮演基礎(chǔ)性角色。傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難適應(yīng)該課程的發(fā)展方向和當(dāng)今社會對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。該教學(xué)團(tuán)隊在智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)植物營養(yǎng)學(xué)教學(xué)中采用基于文獻(xiàn)閱讀的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過以學(xué)生為中心提高學(xué)生參與度，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和語言表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神和科研思維，激發(fā)學(xué)生對農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)工作的興趣，取得良好的教學(xué)效果。該文就該教學(xué)模式進(jìn)行總結(jié)，以進(jìn)一步提升教學(xué)效果，并為其他生物學(xué)或農(nóng)學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：植物營養(yǎng)學(xué)；智慧農(nóng)業(yè)；文獻(xiàn)閱讀；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)模式

中圖分類號：G640" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）23-0128-04

Abstract： Plant Nutrition is a basic compulsory course for cultivating innovative talents in agriculture-related majors in colleges and universities. It is closely related to agricultural production practice and plays a basic role in the agricultural knowledge system. The traditional teaching model is difficult to adapt to the development direction of this course and the needs of today's society for cultivating innovative talents. Our teaching team adopts a flipped classroom teaching model based on literature reading in the teaching of plant nutrition in smart agriculture. By taking students as the center， students' participation is improved， students' subjective learning initiative is given full play， and students' autonomous learning ability and language expression are improved. Ability， cultivate students' teamwork spirit and scientific research thinking， stimulate students' interest in agricultural scientific research and production， and achieve good teaching results. This paper summarizes this teaching model to further improve the teaching effect and provide reference for the teaching of other biology or agronomy-related courses.

Keywords： Plant Nutrition; smart agriculture; document reading; flipped classroom; teaching model

植物營養(yǎng)學(xué)是一門研究植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、運輸、轉(zhuǎn)化和利用的規(guī)律以及植物與外界環(huán)境之間營養(yǎng)物質(zhì)和能量交換的科學(xué)，主要介紹植物生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素及其生理功能、吸收轉(zhuǎn)運利用機(jī)制、含量異常癥狀及診斷方法；土壤中各種養(yǎng)分的來源、形態(tài)、轉(zhuǎn)化規(guī)律和有效性；常見肥料的種類、性質(zhì)、成分和施用方法；植物營養(yǎng)與生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系等[1]。植物營養(yǎng)學(xué)課程以植物學(xué)、生物化學(xué)、植物生理學(xué)和遺傳學(xué)等課程為基礎(chǔ)，在農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)、園藝、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)、種子科學(xué)與工程和智慧農(nóng)業(yè)等涉農(nóng)類本科專業(yè)中通常為專業(yè)核心課，對學(xué)生農(nóng)學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)及拓展非常重要。聊城大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)于2021年開始招生，在本專業(yè)學(xué)生第四學(xué)期開設(shè)這門課程。植物營養(yǎng)學(xué)（以下簡稱“本課程”）概念繁多、內(nèi)容抽象，涉及多種學(xué)科，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，要求學(xué)生既能掌握教學(xué)大綱中的經(jīng)典理論知識，更能活學(xué)活用去解決科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中遇到的問題。近年來，隨著分子生物學(xué)和各類科學(xué)技術(shù)方法的快速發(fā)展，植物營養(yǎng)研究的方法和內(nèi)容更多更廣，知識更新速度加快，且越來越偏重于分子生物技術(shù)和現(xiàn)代化檢測技術(shù)的應(yīng)用，這些因素進(jìn)一步加深了本課程的學(xué)習(xí)難度。

隨著當(dāng)今社會對創(chuàng)新型專業(yè)人才的要求越來越高，本科教學(xué)過程中越來越注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。然而，傳統(tǒng)的以教師為主的“滿堂灌”教學(xué)模式已難以滿足這種需求。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是對課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的一次大變革，把傳統(tǒng)課堂進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，把先教后學(xué)變?yōu)橄葘W(xué)后教，把關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果變?yōu)殛P(guān)注學(xué)習(xí)過程，把教師教授變?yōu)閷W(xué)生探究，促進(jìn)了教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的互動，符合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的要求[2]。作為新知識和新理論的第一手資料，科技文獻(xiàn)在植物營養(yǎng)學(xué)的科研和教學(xué)中一直發(fā)揮重要作用，對于本科生來講也是培養(yǎng)科研思維、鍛煉學(xué)習(xí)能力的重要工具。筆者在多年課程教學(xué)實踐和改革過程中探索出一種基于文獻(xiàn)閱讀的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。具體而言，教師通過教學(xué)案例進(jìn)行課程導(dǎo)入后，給學(xué)生指定與本章節(jié)相關(guān)的科技論文，以小組形式進(jìn)行閱讀、合作探究、繪制技術(shù)路線圖并向全班學(xué)生進(jìn)行講解，最后通過師生交流來提煉重要概念并進(jìn)行知識鞏固，教師根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)賦分并計入期末綜合考評。該教學(xué)模式將“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生閱讀科技文獻(xiàn)和整理科研思路的能力，加深了學(xué)生對教學(xué)重點和難點的理解，幫助學(xué)生盡早建立起科研思維，取得了較好的教學(xué)效果。本文對該教學(xué)模式的過程和特點進(jìn)行梳理和總結(jié)，希望為其他生物學(xué)或農(nóng)學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)改革提供參考。

1" 教學(xué)內(nèi)容和課堂設(shè)計

植物營養(yǎng)學(xué)課程安排在智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)二年級下學(xué)期，這時學(xué)生已經(jīng)完成了植物學(xué)、植物生理學(xué)、遺傳學(xué)和生物化學(xué)等基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，通過智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)論、生物技術(shù)導(dǎo)論等課程初步了解了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)研究方法，對專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)及發(fā)展前景具有了清晰的認(rèn)識。學(xué)生在系統(tǒng)掌握植物營養(yǎng)學(xué)所需知識的基礎(chǔ)上，可以順利地過渡到植物營養(yǎng)學(xué)的學(xué)習(xí)和探索階段。但是本課程涉及的概念繁多，包括如礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說、土壤中礦質(zhì)營養(yǎng)的有效性及遷移特征、養(yǎng)分進(jìn)入植物細(xì)胞的機(jī)理等；14種植物必需礦質(zhì)營養(yǎng)元素的營養(yǎng)功能各異，同時存在一定交叉，吸收轉(zhuǎn)運同化機(jī)制各有特點；肥料類型多種多樣、制造儲存和施用方式各異。

在以往的“滿堂灌式”課程教學(xué)中，教師一般以教材為基礎(chǔ)，通過課件或板書形式教授知識，以隨堂提問、測試和期末考試方式進(jìn)行考察，學(xué)生常常通過死記硬背來應(yīng)付考試。由于未能對重要概念和知識有充分理解，學(xué)生往往考完即忘[3]。在該模式下，教師教學(xué)往往枯燥乏味，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏探索性和趣味性，教學(xué)效果和學(xué)生識記效率均較低。鑒于上述問題，筆者對本課程的教學(xué)內(nèi)容和順序進(jìn)行了簡化和優(yōu)化：首先以相關(guān)農(nóng)諺如“有收無收在于水，收多收少在于肥”或現(xiàn)實案例如“某地農(nóng)戶用錯肥料導(dǎo)致作物絕收”引出肥料對于農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的重要性和礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說；隨后帶領(lǐng)學(xué)生回顧植物學(xué)、植物生理學(xué)課程中講述的植物基本結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)物質(zhì)吸收、運輸和利用的基本知識；在大量、中量、微量營養(yǎng)元素章節(jié)將營養(yǎng)和相關(guān)肥料部分進(jìn)行有機(jī)融合，使得課程更具整體性和連貫性；教學(xué)重點聚焦于植物對3種大量元素氮、磷、鉀的吸收機(jī)理、營養(yǎng)功能、缺素癥狀和主要肥料的特征及施用方法上。這些基本內(nèi)容由教師講解涉及的基本概念，進(jìn)行課程導(dǎo)入后給學(xué)生指定與課程相關(guān)的科技文獻(xiàn)，一般是比較經(jīng)典的、提出開創(chuàng)性論點的，或近年來最新發(fā)表的、發(fā)表在影響力較高的期刊上的英文論文。學(xué)生課后以小組形式閱讀這些文獻(xiàn)，通過制作技術(shù)路線圖和課件對文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行整理，在下一堂課小組以文獻(xiàn)匯報的形式將研究背景、結(jié)果、結(jié)論與意義在課堂上呈現(xiàn)出來。在文獻(xiàn)講解過程中，學(xué)生需將與課程知識相關(guān)的文獻(xiàn)內(nèi)容突出講述，鼓勵學(xué)生結(jié)合課堂內(nèi)容和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行知識拓展。學(xué)生講解文獻(xiàn)后，由師生提出問題進(jìn)行交流，在教師的引導(dǎo)下提煉出課程概念并思考作者的研究思路。最后，由學(xué)生代表和教師對文獻(xiàn)講解團(tuán)隊進(jìn)行打分，評價他們在文獻(xiàn)講解完整度、準(zhǔn)確度、課件制作水平、知識拓展水平方面的綜合表現(xiàn)。所得分?jǐn)?shù)以20%的比例計入期末綜合測評。

2" 文獻(xiàn)閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂的實施

作為一門重要的自然科學(xué)，植物營養(yǎng)學(xué)具有很強(qiáng)的前沿性、綜合性和應(yīng)用性，涉及植物學(xué)、植物生理學(xué)、植物栽培學(xué)、植物育種學(xué)、現(xiàn)代分子生物技術(shù)，以及農(nóng)作物的營養(yǎng)學(xué)研究進(jìn)展等內(nèi)容[4]。當(dāng)前，自然科學(xué)研究新結(jié)果的發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)的發(fā)明和新概念的提出大多是以科技論文，尤其是英文論文的形式呈現(xiàn)。對學(xué)習(xí)植物營養(yǎng)學(xué)課程的學(xué)生來講，要了解并熟悉本學(xué)科研究的前沿和熱點，閱讀科技論文是重要的途徑。通過研讀科技論文，學(xué)生可以迅速了解本領(lǐng)域的研究進(jìn)展，接觸一些常用的研究方法，學(xué)習(xí)怎樣發(fā)現(xiàn)、提出并解決科學(xué)問題，在梳理研究思路的過程中鍛煉科研思維[5]。翻轉(zhuǎn)課堂是信息化時代社會環(huán)境下的一種新型教學(xué)模式，可以拓寬課堂時空，重建課堂概念，重塑教學(xué)形態(tài)，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，有效提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)觀念引入植物營養(yǎng)學(xué)課程教學(xué)中，讓學(xué)生不再做課堂的傾聽者，而是真正參與到教學(xué)中，提高學(xué)習(xí)效率。本課程采用的是先以團(tuán)隊形式閱讀文獻(xiàn)，再在課堂上向師生講解文獻(xiàn)內(nèi)容，最后進(jìn)行充分交流探討的教學(xué)模式，學(xué)生在課前充分閱讀文獻(xiàn)和查閱資料，在課堂上通過與教師、同學(xué)討論和解決學(xué)習(xí)中遇到的困難，最終完成知識內(nèi)化。

2.1" 文獻(xiàn)閱讀

學(xué)生在初次接觸科技論文，尤其是英文論文時，可能會因為對本領(lǐng)域知識和研究方法、實驗技術(shù)缺乏了解，英文水平有限等因素產(chǎn)生畏難情緒。因此，在文獻(xiàn)閱讀實施之前，教師應(yīng)先以一篇文獻(xiàn)為例，講解科技論文的基本結(jié)構(gòu)：題目、摘要、前言、材料與方法、結(jié)果、討論、結(jié)論和參考文獻(xiàn)，通過與學(xué)生共同閱讀文獻(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生思考每個部分在整篇論文中的作用，技術(shù)路線圖包括哪些部分，有什么作用，如何繪制？最后向同學(xué)們分享閱讀文獻(xiàn)的技巧：哪些部分要精讀、哪些部分可以拓展、遇到不懂的實驗技術(shù)該怎么解決，如何準(zhǔn)確理解并表述出文章中的圖表信息。

2023年在“第四章 養(yǎng)分的運輸和分配”教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生深入理解植物養(yǎng)分轉(zhuǎn)運新理論產(chǎn)生和發(fā)展的過程，在上一堂課臨近結(jié)束時給學(xué)生分配了日本岡山大學(xué)馬建峰教授課題組發(fā)表的系列文章《A silicon transporter in rice》《An efflux transporter of silicon in rice》《A cooperated system of silicon transport in plants》。此前，同學(xué)們在植物生理學(xué)課程中已經(jīng)了解過養(yǎng)分短距離的兩種基本途徑——共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑。那么是否存在其他途徑？新的運輸途徑又是如何發(fā)現(xiàn)的？這3篇文章就是通過植物學(xué)研究方法發(fā)現(xiàn)養(yǎng)分運輸新機(jī)制的經(jīng)典案例。第1篇文章于2006年發(fā)表在《Nature》雜志，作者通過正向遺傳學(xué)方法鑒定到水稻中控制硅元素從根外皮層和內(nèi)皮層細(xì)胞遠(yuǎn)軸一側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運進(jìn)入細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白Lsi1；第2篇文章于次年亦發(fā)表在《Nature》雜志，作者以相似的方法鑒定到水稻中硅元素從根外皮層和內(nèi)皮層細(xì)胞近軸一側(cè)跨膜轉(zhuǎn)出細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白Lsi2，自此提出了植物養(yǎng)分短距離運輸?shù)牡?種形式——偶聯(lián)跨細(xì)胞途徑，即養(yǎng)分從細(xì)胞的一側(cè)流入，從另一側(cè)流出，然后再進(jìn)入相鄰的下一個細(xì)胞，在多層細(xì)胞間重復(fù)從共質(zhì)體進(jìn)入質(zhì)外體的過程；第3篇文章于2015年發(fā)表在《Trends in Plant Science》雜志，作者綜述了植物中偶聯(lián)跨細(xì)胞途徑相關(guān)基因的研究進(jìn)展，向讀者展示了植物中該途徑的保守性和多樣性。前2篇文章用到的關(guān)鍵方法為正向遺傳學(xué)，由于學(xué)生此前僅在遺傳學(xué)課程中接觸過正向遺傳學(xué)的概念，對這種研究方法的具體實施過程還不清楚。因此，在上一堂課臨近結(jié)束時，教師帶領(lǐng)學(xué)生簡單回顧正向遺傳學(xué)的概念和研究方法，提示學(xué)生在分配的文章中該方法的重要性。第3篇文章為文獻(xiàn)綜述，教師提醒學(xué)生要根據(jù)正文充分理解文章中提供的模式圖，并以自己的語言表述出來。隨后，將每篇文章分配給一個由3～5人組成的小組。

2.2" 翻轉(zhuǎn)課堂

學(xué)生以小組為單位，課下充分閱讀文獻(xiàn)并查閱資料后，繪制技術(shù)路線圖總結(jié)文章實驗設(shè)計思路，并制作課件在課堂上向師生講解文獻(xiàn)。由于學(xué)生此前缺乏這種形式的訓(xùn)練，一般會出現(xiàn)各類問題，如：讀文獻(xiàn)缺乏技巧，往往難以抓住文獻(xiàn)主線，在細(xì)枝末節(jié)下過多功夫；或者對英文文獻(xiàn)通篇翻譯后，將文字粘貼進(jìn)PPT進(jìn)行朗讀；又或者制作的技術(shù)路線圖和PPT文字繁多，無法突出重點等。因此，在課程之初，教師要以文字的形式向?qū)W生介紹文獻(xiàn)匯報的具體要求并限定PPT各個部分的篇幅，即：講清楚這篇論文為什么做，怎么做，得到什么結(jié)果和結(jié)論，有什么意義？要求學(xué)生的PPT應(yīng)包含以下8個主要部分：文獻(xiàn)簡介、摘要、研究背景、材料與方法、技術(shù)路線圖、實驗結(jié)果、文章結(jié)論和研究意義（表1）。

閱讀文獻(xiàn)的主要目的是讓學(xué)生更好地掌握課程知識。因此，為了將文獻(xiàn)匯報和本課程更好融合，教師要求學(xué)生在PPT中適當(dāng)位置添加與課程相關(guān)的概念介紹和知識拓展。比如，文獻(xiàn)的研究背景部分涉及哪些課程上的概念？材料和方法部分用到了課程中檢測植物和土壤中元素含量的哪些方法？論文得出的結(jié)論與教材中的概念有何異同？此外，為了鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力，教師對學(xué)生的匯報方式和時間進(jìn)行嚴(yán)格要求，如：課件中文字不能太多、不能念稿、每次匯報控制在15 min左右。學(xué)生匯報結(jié)束后，教師引導(dǎo)班級學(xué)生提問問題，與負(fù)責(zé)匯報的小組進(jìn)行交流探討，并提煉出與本章節(jié)有關(guān)的重要概念。

2.3" 成績評價體系

將文獻(xiàn)閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于植物營養(yǎng)學(xué)課程教學(xué)中，需要構(gòu)建出與之相符的課程評價體系，而且該體系要能夠充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，并能對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行綜合考查與評定?；诖?，本課程對基于文獻(xiàn)閱讀的翻轉(zhuǎn)課堂制定如下成績評價體系。

2.3.1" 匯報小組成員得分

學(xué)生匯報前，由教師隨機(jī)選取5名小組外學(xué)生作為代表進(jìn)行評分。完成匯報和交流環(huán)節(jié)后，由教師和學(xué)生代表根據(jù)匯報小組在課件制作、內(nèi)容講解、課程概念的關(guān)聯(lián)、知識拓展的程度、交流問答環(huán)節(jié)表現(xiàn)來打分，評分依據(jù)見表2。學(xué)生代表打分后取平均分，該分值與教師打分均占比50%，由小組組長將所得分?jǐn)?shù)分配給各個成員，所得分?jǐn)?shù)最終以20%的比例計入期末綜合測評。

表2" 文獻(xiàn)匯報評分依據(jù)

2.3.2" 非匯報小組成員得分

為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)和參與的積極性，活躍課堂氛圍，非匯報小組的學(xué)生如在教師提問和文獻(xiàn)交流等環(huán)節(jié)中表現(xiàn)積極、回答問題準(zhǔn)確，教師可根據(jù)具體情況進(jìn)行賦分，得分同樣以20%的比例計入期末綜合測評。

2.3.3 學(xué)生反饋

學(xué)生是教學(xué)活動的主體，他們的建議和意見對于改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)積極傾聽學(xué)生的建議，并及時采納和實施。鼓勵學(xué)生針對文獻(xiàn)閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提出意見和建議，及時收集并整理學(xué)生的反饋意見，進(jìn)而調(diào)整教學(xué)策略和方法，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，促進(jìn)教師和學(xué)生之間的互動與合作。

3" 結(jié)束語

植物營養(yǎng)學(xué)是植物生產(chǎn)類專業(yè)本科生的專業(yè)核心課程，概念繁多、涉及知識面較廣，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下常使學(xué)生感覺枯燥乏味，只能通過機(jī)械式記憶來應(yīng)對考試。本教學(xué)團(tuán)隊將文獻(xiàn)閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于課程教學(xué)，這一舉措大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)能力，提升了文獻(xiàn)閱讀和知識提煉能力，初步培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維。通過小組形式的文獻(xiàn)閱讀，學(xué)生不僅能對以往學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行綜合運用、還通過自主查閱資料理解實驗技術(shù)的原理和方法，梳理文獻(xiàn)要點，通過制作技術(shù)路線圖和課件將文獻(xiàn)信息展示出來，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作、交流、表達(dá)能力，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、科研和職業(yè)發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。這種文獻(xiàn)閱讀和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式也適用于其他生物類或農(nóng)學(xué)類課程的教學(xué)過程。

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