基于自主學習能力培養的植物生理學混合式教學改革

胡文海，曾建軍，閆小紅，王呈呈，李曉紅

(井岡山大學生命科學學院，江西吉安，343009)

一、引言

培養一流人才、建設一流本科教育，需要一流課程。2019年，《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》提出：“課程目標堅持知識、能力、素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，培養學生深度分析、大膽質疑、勇于創新的精神和能力。”[1]然而，由于我國基礎教育階段的課程多以教師講授為主，學生習慣于“被動接受式”學習模式，學生一般通過大量練習對知識點加以鞏固，這導致其對知識的理解和運用僅限于考試解題，缺乏在更廣闊的應用場景中對知識進行深度理解與運用的實踐。[2]進入大學后，很多學生仍習慣于這種學習模式，這導致其學習主動性及對知識的理解與應用能力偏弱。[3]隨著知識信息時代的到來，知識更新速度不斷加快，主動接受新知識、培養自主學習能力成為當代大學生適應社會發展的重要能力。[4-5]

隨著網絡課程學習資源和網絡課程平臺的發展，線上線下混合式教學普遍被高校教師接受。學生可利用線上學習平臺，依據個人的學習特點實現個性化學習。這種不受時間和空間限制的學習方式能有效提高學生的自主學習能力。然而，由于一些學生自主學習意識不強、缺乏有效的自主學習策略，加上一些教師對學生自主學習的有效引導不夠、難以有效監督等原因，一些學生的自主學習效果不佳。[2，4，6]本研究立足大學生已具備的基本自主學習能力，以培養學生自主學習能力為主要教學目標，介紹植物生理學課程混合式教學在教學模式與教學方法兩方面的改革探索。

二、明確教學目標，實現課程教學由“知識傳授”向“能力培養”的轉變

植物生理學課程是面向生物科學、生物技術和農學類各專業學生開設的基礎必修課。該課程從植物的生長發育與形態建成、物質與能量轉化、信息傳遞和信號轉導三個方面，闡述了植物生命活動的基本代謝生理、生長發育生理以及對不良環境的反應，為學生正確理解植物在各種環境條件下的生命活動規律和機制，并應用于植物生產提供理論指導。課程設置有德育、認知、能力和發展四大目標。

第一，德育目標，即讓學生明白植物生理學是與自然現象和植物生產密切相關的課程，使學生從思想上認識到植物與環境之間的相互作用和影響關系，深刻理解“兩山理論”，進而樹立正確的自然觀，樹立綠色發展的意識。

第二，認知目標，即讓學生系統掌握植物生理學的基本概念和原理，了解學科發展動態和重要領域，并能夠初步運用植物生理學的基礎理論知識對植物生命活動現象和規律進行觀察、解釋和分析。

第三，能力目標，即讓學生認識到植物生理學與農學、林學、園藝學等其他學科的聯系，并能初步運用所學的植物生理學基本知識和方法說明和解決生活和生產實際中與植物生理學相關的問題，提高發現問題和解決問題的能力。

第四，發展目標，即讓學生了解植物生理學學科發展前沿動態，教師通過自主學習法、專題講座法、合作學習法等教學方法促進學生的自主學習與研究，培養學生的批判性思維、合作精神和終身學習意識。

三、改革教學模式，實現教師由“以教為中心”向“學與教并重”教學模式的轉變

教與學是一個相輔相成的過程，在不同的教學環節中學生有著不同的學習習慣和學習特點。“以教為中心”的傳統教學模式注重知識點的教授，學生以知識點的掌握和淺層理解為主，缺乏對知識體系的深度理解，這導致在這種教學模式下進行學習的學生對知識的應用能力較差，難以通過課程學習實現自主學習能力的提升。“學與教并重”的教學模式注重學生的自主學習，本文將圍繞課前自學、課堂教學和課后學習三個教學環節，基于學生自主學習能力的培養，充分發揮線上線下教學優勢，闡述 “學與教并重”的混合式教學模式的構建。

(一)課前的學與教

該環節以線上學習為主。教師設計好學習提綱，明確課前學習任務，并通過學習通網絡課程平臺提供課前自學所需的各種學習資源，引導學生自學。其目的是讓學生帶著對知識的初步理解和問題進入正式的課堂教學。在這一過程中，教師的教主要體現在章節學習提綱的設計上，即通過學習提綱整理出知識體系的銜接點和邏輯關系，提出學生在自學中可以思考的問題，引導學生進行自主學習。為了保證學生的自學效果，教師可以在每章節課堂教學開始前，通過課前自學測試對學生進行自學效果的測試。

(二)課中的教與學

該環節為線下課堂教學。教師的教學將不再按照教材原有的知識體系對知識點進行逐一的講解，而側重于幫助學生搭建知識體系和邏輯框架，并結合課程重點內容和學生課前自學的反饋對重難點問題進行詳細討論分析，幫助學生從知識體系上對知識點進行理解與掌握，提高學生對知識的理解程度與運用能力。其中，知識邏輯體系的建構與理解是課堂教學重點，主要采用問題引導法設計開展教學活動，即教師將課程知識體系進行解析，針對關鍵知識銜接點設置問題，引導學生通過對一個個問題的解決來理解和建立課程知識邏輯體系。重難點內容的理解是課堂教學的關鍵，教師應針對不同教學內容，分別采用講授法、學科史法、經典實驗解析法、案例分析法、專題講座法等多元化教學方法來設計并開展課堂教學活動。并將課堂討論發展為教學常態，引導學生從知識的產生、發展與運用等全方位的角度來感知知識發展脈絡，以此加強學生對知識的深度理解，提高學生的知識運用和創新能力。

(三)課后的學與教

該環節為線上線下相結合的學習方式。線上學習的目的在于加深學生對課程知識的理解與掌握。學生利用線上課程資源，如課件教案、微課視頻、教學案例庫等對課堂上未能充分掌握的知識進行再學習；利用線上拓展資料庫加深對植物生理學課程內容和學科發展的深度理解；通過線上討論答疑區，以師生互動討論的形式，對一些綜合性的問題及在學習過程中遇到的疑問進行集中學習；利用線上課程自測題庫對課程學習效果進行自我測試，及時掌握與反饋自身的學習情況。線下學習則采取學生專題報告的形式進行。在開學初，教師即給學生布置專題報告學習任務，每5人一組，每組選擇一個選題。要求學生針對專題中涉及的植物生理學知識進行分析，制作成幻燈片進行公開講解，講解時間不超過10分鐘。在學生講解后，教師和其他組學生針對專題報告內容進行提問，并由小組成員進行回答。專題報告需要小組成員相互協作，要求小組成員能夠自主搜查到相關專業文獻資料、確定選題、完成報告內容及準備問題回答，這種方式有利于提高學生收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。教師在這個環節主要對學生進行兩方面指導：一是對學生專題報告進行指導，及時解答學生在準備過程中遇到的各種問題，引導學生理順專題報告邏輯；二是對學生專題報告進行點評分析，指出優缺點，提供改進方案。

上述教學模式有利于實現課程教學目標由“學生對知識的掌握”轉向“學生對知識體系的理解、知識的運用和自主學習能力的培養”。

四、完善教學方法，實現學生由“被動接受式學習”向“自主學習”模式的轉變

理解學習可以劃分為三個層次：第一層次是知識的理解，即通過系統學習，學生可以理解并掌握知識；第二層次是知識的運用，即學生可以將知識運用到各種應用場景中解決問題；第三層次是知識的創新，即學生通過深度學習和思考，在已有知識的基礎上可以創造出新知識。因此，大學教育不能把知識點的傳授當作重要、唯一的責任，應注重培養學生自主學習能力。對于一些基礎性知識，大部分大學生可以通過自學方式完成學習，但他們受限于知識結構和思維方式的不足，難以從整體上對知識體系有完整理解，也缺乏知識的運用和創新能力。基于這種認識，本文將課程學習分解為三方面：一是自主學習，二是知識邏輯體系的建構與理解，三是重點、難點和知識深度理解與運用。教師應針對不同環節采取不同的教學方法。

(一)自主學習

只有建立在學生主動有效的自主學習基礎上的學習，才能真正實現教師由“以教為中心”向“學與教并重”教學模式的轉變，學生由“被動接受式學習”向“自主學習”模式的轉變。在植物生理學課程教學中，教師除了要求學生開展課前各章節的自學，還專門拿出“植物的礦質元素”和“植物同化物的運輸”兩章讓學生以自學方式完成學習。教師在進行課堂教學前，先以課堂小測試的形式檢測學生自主學習效果，再針對學生在測試中出現的錯誤，有針對性地對學生未掌握的知識點進行講解。大多數學生完全能夠通過自主學習掌握課程教學的基本知識點，但在知識的深度理解和運用方面還有欠缺。因此，教師在課堂上更重要的是引導學生理順知識體系和邏輯關系，并深度思考知識的運用與創新。

(二)知識邏輯體系的建構與理解

這一環節是教學設計的重點。教師主要采用問題引導法設計并開展教學活動，即將課程知識體系進行解析，針對關鍵知識銜接點設置問題，引導學生通過一個個問題的解決來理解和建立課程知識邏輯體系。課程每一章的教學設計均采用了問題引導法。

以“光合作用”一章的教學為例。光合作用涉及能量代謝和物質代謝兩方面，即植物吸收、利用光能，將無機物CO2和H2O合成有機物碳水化合物。教師針對學生已有的光合作用知識背景，提出了三大問題：植物如何吸收光能轉化為穩定的化學能？植物如何將無機物CO2和H2O合成有機物碳水化合物？植物光合作用中能量代謝和物質代謝是如何聯系到一起的？在此基礎上，教師又將這三大問題分解為若干小問題，例如：植物如何吸收與傳遞光能？植物對光能的吸收與傳遞的場所、生理過程及其機制是什么？植物如何進行能量轉換？能量轉換場所在哪，有什么特征？轉換如何進行?電子是如何從低能態H2O傳遞到高能態NADPH的？光合作用又是如何將能量從活躍的化學能(ATP和NADPH)轉移到穩定的化學能(碳水化合物)中的？教師通過這些問題將光合作用的整體知識體系和邏輯關系有機串聯起來，并在教學過程中引導學生一步步探尋問題的答案，當問題答案全部揭曉后，學生也就掌握了光合作用的整體知識體系和邏輯關系。

(三)重點、難點和知識深度理解與運用方面的教學

這一環節是教學設計的難點。教師針對不同的教學內容分別采用講授法、學科史講解法、經典實驗解析法、案例分析法、專題講座等多元化教學方法來設計并開展教學活動，引導學生從知識的產生、發展與運用等角度來感知知識運行脈絡，加強學生對知識的深度理解，提高學生對知識的運用和創新能力。在植物生理學教學中，教師共設計有15次學科史講解、14個經典實驗解析、26個案例分析和1次專題講座，舉例說明如下。

1.學科史講解法

以“植物生長素發現史”為例。1880年，達爾文父子發現并研究金絲雀鹝草胚芽鞘向光性，他們的實驗得出兩個推測：“彎曲生長是因為背光側生長快”和“下部生長是因為尖端產生某種影響并傳遞到下部”。Jensen和Paal分別在1910年和1914年用實驗證實了達爾文的兩個推測，初步證明了這種影響的產生可能是由于化學物質所致。1928年，荷蘭大學生Went與同學爭論“這種生長物質是否能被破壞”，為了驗證自己的觀點，Went決定提取這一物質，經過多次失敗后終于提取出來了，并命名為生長素。1934年，Kogl從人尿和玉米油等材料中分離出了這種物質。1946年，科學家從高等植物中分離出了生長素。生長素發現史的講授主要向學生傳達了三方面的知識：一是知識的創造來源于好奇心，學生應該保持對世界的好奇并孜孜不倦地探索；二是只要努力，本科生也能夠創造出載入史冊的新知識；三是科學研究除了要有創新意識，還需要有嚴謹的科學態度和正確的科研思維與方法。

2.經典實驗解析法

例如，對1934年Stout和Hoagland發表于AmericanJournalofBotany上的“Upward and lateral movement of salt in certain plants as indicated by radioactive isotopes of potassium， sodium and phosphorus absorbed by roots”經典實驗的解析。教師在講授過程中采取引導法，先提出一個問題：根系所吸收的礦質元素是通過哪種輸導組織(木質部還是韌皮部)運輸到地上部的？在學生討論后，根據學生的討論情況，提出第二個問題：如何用實驗來證實自己的設想？教師從實驗設計角度引導學生思考：這個實驗需要解決哪幾個問題？一是要能夠將木質部和韌皮部分隔開來；二是要能夠檢測出根系吸收的礦質元素，這樣才能知道根系所吸收的礦質元素是通過什么途徑運輸，并且運輸到哪里的。由此引導學生得出結論：第一，采用易于將木質部和韌皮部分開的植物(柳枝)作為實驗材料； 第二，利用蠟紙將木質部和韌皮部隔開；第三，利用同位素(42K)示蹤法進行實驗。在此基礎上，教師啟發學生進行實驗設計：采用具有放射性的鉀離子同位素42K作為根系吸收的礦質元素，待培養吸收一段時間后，分別測定柳枝不同部位42K的輻射強度，以獲取根系吸收的K+在柳枝各部分的分布濃度。過后，教師將論文關鍵實驗結果展示出來，組織學生展開討論。該教學方法不僅可以加深學生對知識的理解，還可以引導學生站在科學家的角度思考如何運用知識去創造新知識的問題，感受知識創造的美麗。

3.案例分析法

以園林綠化中的大樹移植技術方案為例。影響大樹移植成活的關鍵在于水分管理，即如何保障大樹移植后根系吸水與樹體失水之間的平衡。首先，教師讓學生討論：大樹移植一般會采取哪些措施(如帶土球移植、樹干包裹、截干和修剪枝葉、搭蔭棚、噴霧澆水、施用植物激素、樹干注射營養液等)？其次，針對這些措施，引導學生討論并分析其科學原理。最后，請一兩位學生進行總結回答。這種教學方法可以讓學生感受書本上的理論知識其實就存在于我們的生活中，提高學生對知識的理解與運用能力。

4.專題講座

以最后一章“植物對脅迫的應答與適應”的教學為例。在課前，教師要求學生先進行自學，教師則主要對植物逆境生理中主流的活性氧傷害學說進行專題講座。講座內容結合了文獻與教師的科研成果，從逆境脅迫下植物細胞中活性氧的產生、清除、傷害三個角度系統闡述逆境脅迫對植物的傷害機制以及植物對逆境脅迫的適應機制。這種教學方法可以讓學生對知識進行綜合理解。而運用知識解決科學問題的思維方式與研究方法有利于提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，也為學生今后自主進行專題報告作出示范。

五、結語

植物生理學課程是生物類和植物生產類專業基礎課，是一門理論與實踐相結合的課程。實踐證明，圍繞課前、課中、課后三個教學環節，基于學生自主學習能力的培養，分別對學生的學提出明確的學習任務與目標，對教師的教加以有針對性的設計，能夠使之更符合各教學環節學生的學習習慣和學習特點，有利于加強對學生自主學習的引導，也凸顯了“以學生為本”的教育理念。