面向農業綠色發展的植物營養學課程建設

張俊伶 黃成東 程凌云 李曉林

摘? 要：現代農業正在實現從數量型向質量型發展的轉變，協同實現糧食安全、資源高效和環境保護是農業可持續發展的目標。如何滿足新農科建設對人才培養目標多元化及高水平創新人才的需求，是農業資源與環境一級學科面臨的重大挑戰。植物營養學課程在植物營養、土壤和肥料等行業人才培養方面起著積極的推動作用，為進一步適應新時期人才培養模式，急需深化植物營養課程教學改革。文章以植物營養學教學為例，圍繞知識創新性和綜合應用專業知識的能力培養目標，從教學內容和教學方式上，提出案例式教學、理論結合實踐、前沿結合經典和國內國外結合教學等，從縱向和橫向上打通各個知識環節，形成有機的整體，同時加強課程思政的教學設計。在教學環節中通過引入翻轉課堂，以學生為中心，充分調動學生積極性，激發學生自主學習的興趣，培養主動探索創新的精神。在課程考核上，實現多樣化、多層次和多途徑靈活的考核方式，教學相長，為農業綠色發展培養高水平高素質人才夯實基礎。

關鍵詞：創新型人才;農業綠色發展;培養模式優化;植物營養;課程建設

中圖分類號：G640? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）20-0001-05

Abstract： Modern agriculture is transforming from a quantity-based development to a quality-based development. The goal of sustainable agricultural development is the synergistic realization of food security， high resource efficiency， and environmental protection. One of the major challenges in the first-level discipline of agricultural resources and the environment is meeting the need for new agricultural sciences to train highly-creative and diversely talented people. The course of Plant Nutritioncourse plays an active role in promoting talents training in plant nutrition， soil， and fertilizer industries. To further adapt to the new era of the professional talent training program， it is vital to deepen the education reform of plant nutrition courses. This article takes the education of Plant Nutrition as an example and encompasses the aim of training the ability of knowledge innovation and integrative application， proposes a case-based teaching approach， the teaching approach of combining theory-practice，advances and classics， and both abroad and domestic progresses in terms of teaching content and teaching methods. Mainly， through applying the flipped classroom approach， the students are the center of the course， and they are motivated and inspired. By doing so， we aim to foster the capacity of creativity and exploration of the students. We aim to integrate all knowledge linkages both vertically and horizontally. Finally the course assessment is a combination of flexible approaches by means of diversified， multiple layers and multiple approaches， and the professors and students learn from each other. The ultimate goal is to build a solid foundation for cultivating highly-competent talents for agricultural green development.

Keywords： innovation talents; agricultural green development; training mode optimization; plant nutrition; course construction

高等農林教育人才培養體系要實現多層次、多類型、多樣化[1];培養懂農業、愛農村、愛農民的一流農林人才，為鄉村振興發展和生態文明建設提供強有力的人才支撐[2]，由此掀起了高等農林教育的質量革命。在新形勢下如何滿足“雙一流”建設對人才培養目標多元化及高水平創新人才的需求，構建新型的課程教學體系成為農林院校人才培養的重大挑戰。

植物營養學課程作為高等農業院校農業資源與環境一級學科下設的主干課程，在培養植物營養、土壤和肥料等行業領域人才方面起著重要作用。當前我國農業發展面臨重大轉型，從過去資源高耗、單純追求產量轉向資源高效、環境友好和高品質。如何在鄉村振興和生態文明中發揮力量，推動農業綠色發展，于是便對新時期植物營養學課程內容和教學方式提出了新要求。因此，調整和優化植物營養課程教學內容，豐富教學方法和教學手段，聚焦能“頂天立地”的高水平人才培養，是植物營養學課程教學團隊的任務和目標。

近年來，我們在植物營養學課程教學中進行了一系列改革嘗試，圍繞教學內容和教學方式，實現“以學生為中心”的新范式[3]，提出案例式教學、理論+實踐教學等，尤其是在教學環節中引入翻轉課堂，形成教學相長的互補模式;同時通過教學方式的多元化，從縱向和橫向上打通各個知識環節。另外，通過課程考核的多樣化，打破“一錘定音”的考試模式。這些創新舉措的目的是實現人才培養多元化，使學生在兼顧學習課堂知識的同時，全面提升學生思維能力和創新能力，即提升提出問題、發現問題與解決問題的能力，增強學生求知欲，培養學生自主學習的興趣，提高學生的綜合素質，為創新能力的培養夯實基礎。

一、植物營養學課程的特點及內容

植物營養學是生命科學領域農業資源與環境一級學科資源與環境科學相關專業的一門重要的核心專業基礎課程。植物營養學包括植物營養基礎理論與肥料的知識[4]。課程以高等植物礦質養分為核心，由植物營養原理和肥料兩大部分組成。植物營養原理部分的主要內容包括： 植物營養元素的營養功能;植物對養分的吸收以及養分在體內的運輸和分配;礦質營養與植物生長、產量和品質的關系和植物營養性狀的遺傳學特性等。土壤養分部分主要討論土壤中養分的含量、形態以及養分在土壤中的轉化、養分生物有效性、植物對逆境的適應性機理等。肥料與施肥部分的主要內容包括： 有機肥和化肥、新型肥料、生物肥料的種類和性質，肥料進入土壤后的行為與去向，以及科學合理施肥的原則和技術。課程目標包括兩個方面：一方面，學生需要在礦質營養學說的基礎上，掌握各種礦質營養元素的生理功能及作用機制，以及其與植物生長、產量和品質的關系;掌握養分吸收和運輸的生理和分子過程;理解作物與土壤的相互作用，以及植物對逆境的適應性等;另一方面，在理解植物營養基礎理論的基礎上，了解各種化肥和有機肥的種類和性質，以及其進入土壤后的行為和去向，同時需要理解新型肥料的種類和性質，掌握科學合理施肥的基本原則和技術。

由上可以看出，植物營養學課程具有兩大主要特點：一方面，在課程內容上，植物營養的理論知識與生產實踐和生態環境緊密相關。例如，在農業生產中由于管理不善，大田作物經常出現典型缺素或者中毒癥狀。相應的矯正缺素和減少毒害的措施和途徑等，均與作物健康和農產品品質緊密相關。在農田生態系統中，化肥在提供作物所需養分時，如果不能被植物吸收利用，則會進入環境中引發系列的環境問題，例如過量施用磷肥導致水體富營養化;氮肥過量施用導致土壤酸化、氮沉降等。因此，要考慮如何提高農田養分利用效率，認識到守護青山綠水，保護生態環境與植物營養息息相關。在自然生態系統中，一些適應脅迫環境的植物通常出現一些特有的生理生態的適應性特征等，例如白羽扇豆排根、沙漠禾本科植物的根鞘等，這些與植物營養相關的形態、生理和生態學特征對理解作物對逆境的適應性非常重要。另一方面，肥料學的知識內容與產業發展緊密相關。學生在掌握肥料基本性質的同時，還需了解肥料生產過程及產業動態，才能真正做到和生產實踐緊密結合。基于植物營養學課程內容的兩大特點，要求學生在學習的過程中，在掌握基礎理論的基礎上，還需了解國內和國際最新進展和動態，掌握前沿理論，了解行業的動態變化。同時，這門課程具有很強的應用性，能培養學生發現問題、思考問題、解決復雜問題并進行科學思維的能力，這些能力的培養還需和其他學科包括生態學、環境科學和土壤學等學科進行交叉。因此，基于該課程特點，發展多樣化、多維度以及多層次的教學體系和教學方式變得尤為迫切。

二、植物營養學教學創新理念和思路

在多年的教學過程，我們形成了植物營養學教學創新思路和理念，即授人以魚不如授人以漁，把打開知識寶庫的鑰匙交給學生，啟迪智慧;培養學生自主學習、自我探索和自我創新的能力。具體表現在以下幾個方面： （1）堅持課程價值觀引領，在課程內容上引導學生瞄準我國農業發展的需求和目標，啟迪學生對科學知識的探索精神。（2）豐富知識內涵，與產業發展緊密結合。多學科交叉融合，實現理論和實踐的緊密結合。本課程的最大特點是營養理論與生產實踐緊密結合，從“營養理論-肥料-健康食物-健康人類”全鏈條，打通各個環節，多學科交叉創新。（3）實現“以學生為中心”的新范式，多途徑教學相長，培養具備全球視野和行業創新能力的人才。提出案例式教學、翻轉課堂等，提高學生自主學習的興趣，培養學生解決問題的綜合能力。（4）實現人才培養多元化，全面提升學生思維能力和創新能力，增強學生求知欲，提高綜合素質，為創新和創業能力培養夯實基礎。（5）學以致用，加強“三農”情懷培養。通過具體分析生產中植物營養的問題，鼓勵學生學以致用，服務“三農”。

三、植物營養學課程改革的優化方案

在農業綠色發展時期，為構建多層次、多類型、多樣化的培養體系，培養高水平人才，植物營養學需要從以下四個方面加強課程體系建設：（1）拓寬和豐富知識內涵和內容;（2）與產業發展緊密結合;（3）多學科知識的交叉融合;（4）多途徑教學相長。針對以上的建設目標，我們依據多年的實際教學經驗，提出以下四種具體的優化方案。

（一）課程教學體系的優化和更新

以往的植物營養注重營養元素的生理功能，偏重營養元素對植物生長的影響，對營養元素的分子機制、營養品質關注不夠。隨著分子生物學的快速發展，營養元素代謝過程的分子機理不斷更新，元素間的相互作用以及復雜的分子網絡調控機制等不斷被揭示，這部分內容亟待更新。在內容更新的同時，還需適當考慮和把握每個知識點的深度和廣度，因為植物營養需要分子生物學和植物生理學等課程內容作為儲備知識，所以在講授植物對礦質元素的吸收、同化和調控等的知識點時需要深入淺出。此外，一些與課程內容相關的新問題、新現象和新理論也需及時補充，體現知識的前沿性，讓學生了解學科新動態，適應學科發展新動向，拓寬學生個性發展空間，完善其知識體系，培養學生求知創新探索的精神和能力。與此同時，新興的研究方法和手段也促進了植物營養學的發展。以根際微生物為例，由于研究方法的限制，之前的根際微生物僅關注根際微生物的數量，對其組成和功能的講解不多。隨著研究手段和技術的不斷突破，根際微生物多樣性、群落結構和功能成為當前生物學領域研究的熱點和前沿。在課堂上，除了在理論上重新認識根際微生物組對植物營養和植物健康的作用外，還需結合實際生產中存在的誤區，引導學生正確理解當前市場熱銷的新型生物肥料，探討其在實際生產中應用的可行性和局限性。再例如，由于大量元素的過度使用，其他元素尤其是中微量元素的重要性日益凸顯，有益元素如硅和硒，均與作物產量和品質形成密切相關，且已在生產實踐中得到大量應用，但有益元素的施用也有一定的條件性，和土壤類型、施用量等有關。由上可知，全方位深化和完善課程內容，成為新時期植物營養教學的重要內容。

（二）多學科知識交叉融合

植物營養學課程內容充分體現了多學科交叉，這是因為營養元素的地球生物化學循環不僅發生在土壤-植物界面，還在不同系統如種植業和養殖業，土壤和大氣、水等之間發生轉化和循環，同時作物生產和綠色食品以及人體健康密切相關。因此，課程需要整合多種教學資源，從多維度多個學科知識點視角，豐富課程內涵，拓展思路，形成新的教學知識體系。以肥料為例，當前市場上肥料種類繁多，包括有機和無機肥料、植物源和非植物源肥、復合和單質肥料等，肥料成分復雜，包含多種附加成分，而肥料產品與肥料加工過程緊密相關，如何將這些知識系統貫穿起來，需要多學科知識的融合，并且要與行業發展緊密結合。

（三）注重案例和實踐教學

植物營養學是一門理論和實踐緊密結合的課程。課堂上的理論只有運用到生產實踐中，才能充分發揮其作用，并且進一步加深對理論的理解和在實踐中的應用。發現問題、提出問題、解決問題的探究式教學更有利于激發學生的創新意識和探索精神，能夠培養學生獨立解決問題的能力。植物營養學非常適合案例和實踐教學。以來源于生產實踐中的缺素癥狀為例，其內容涵蓋植物營養基礎理論和肥料等各個部分內容，包括元素的營養功能、元素缺乏癥的正確診斷、矯正的方法、合理肥料的選擇和施肥技術等。例如，在講磷的營養功能時，結合飲食結構中粗糧比例的變化，引出磷與微量元素的互作引發大家關注食品品質的問題，進一步引導學生思考基于哪些植物營養和肥料理論知識可以解決這樣的問題，使課程的講授內容與“問題來源于生產，理論技術服務于生產中的問題”有機契合。而肥料作為產品，對其的講解涉及植物營養吸收和調控過程，國內和國際市場肥料產業發展、肥料生產工藝與技術等。如何將這些交叉的元素融入課程內容中，讓學生能學以致用，將所學的基礎理論和生產實際結合起來，是對教師的極大挑戰。同時，為進一步配合理論教學，還需同步開設試驗課程，讓學生們不僅在課堂上獲取知識，同時通過實際的操作、分析等，從直觀上觀察到課堂上講到的營養缺乏和過量癥狀，可以鞏固學生對課堂知識內容的理解，實現知識的融會貫通。

（四）利用翻轉課堂，拓寬學生知識面，提高學生自主學習的興趣

之前的教學內容多以“教師教、學生聽”的方式進行，課堂氣氛相對沉悶，學生們活躍度不高。轉動/翻轉課堂[5]，則以學生自主學習為主，教師適當引導和指導，加強師生互動，教學不再是單向的模式，而是雙向互動開放的過程，課堂上氣氛活躍，思想不斷碰撞。在課程學習的過程中，先列出相應的知識點，引導學生查找資料、整合分析知識，然后以PPT結合讀書報告的形式進行內容展示和研討，目的是增加知識點的廣度和深度。教師則幫助學生甄選、分析講解內容。在此過程中，學生通過課后自主學習，鍛煉系統歸納知識的能力;同時，加強師生之間的互動，以及學生之間的合作與交流，提升學生解決問題的能力。另外，學生在講解的過程中，口頭表達能力得到鍛煉。這種換位的方式極大地增強了師生之間的同理心，發揮了學生的主觀能動性，也深化了學生對知識點的理解。例如，在設置微量元素營養功能專題后，學生們不再僅僅從單個元素進行講解，而是打破課程的順序，從微量元素與功能，包括光合作用、呼吸作用和生殖生長功能作用等方面進行穿插講解，這樣從橫向、縱向軸上對微量元素的功能進行了系統梳理，深化了知識內容。

（五）構建信息交流平臺

當前信息化高度發達，新的教學模式和資源不斷涌現。在書本教材之外，學生們還可以通過相關視頻和網站等互聯網獲取信息。“互聯網+ ”時代的特點是信息的開放性、內容的包容性、過程的交互性等，它突破了教師作為知識唯一來源的模式[6]。與之相應的，教師的功能是幫助學生甄別信息的可靠性、前沿性，滿足不同層次學生的學習要求，因此信息交流平臺的構建就非常重要。教師可以通過和學生一起學習知識內容，并進行深入分析，提高學生對前沿知識和經典內容的認知。這種互聯網信息交流的即時性和便捷性，極大地提高了老師和學生的交流效率和學生的學習效率，擴大了書本知識的外延。

（六）加強課程思政的教學設計

植物營養課程的特點是理論和實踐的緊密結合，因此思政建設基本貫穿于整個教學過程。一方面，學生可了解科技創新的力量，掌握科技在植物營養經典理論發展過程中的作用，了解當前國際前沿理論和技術創新;另一方面，理論還需和生產實踐緊密結合，通過解決我國農業發展的問題，培養學生發現問題、分析問題和解決實際生產問題的能力。課程思政教育內容包括以下四個維度：以歷史為主線，結合植物營養學發展史，說明植物營養在農業發展和人類社會發展中的貢獻、存在問題及解決方案;以國家需求為目標，結合國家糧食安全、綠色發展的目標，講解植物營養在過去幾十年解決溫飽問題中的重要性，在當代農業變革中的作用，以及未來現代農業發展中的貢獻;以全球植物營養科技發展創新為標桿，追蹤國際前沿，站在科技創新制高點，鼓勵學生了解植物營養領域前沿科技創新，培養學生探索精神和創新能力;以科學家的情懷和奮斗史為榜樣，結合幾代植物營養人解決我國糧食安全和全球農業問題的情懷和奮斗精神，講述全球農業的中國榜樣故事，開展紅色基因傳承教育，培養學生“三農”情懷，為國家農業綠色發展和鄉村振興貢獻力量。

四、植物營養學考核方法實現時空多元化

以往的植物營養教學中考試模式單一，通常采用期中和期末筆試的方式，容易導致學生平時應付和放松學習，考前死記硬背，考時基本臨時發揮，考試后煙消云散。這種方式已無法滿足新時期高水平人才培養的需求，因此多樣化考核應運而生。多元化考試旨在打破傳統的期中期末考試一次性定終身的方法，注重平時的考核（時間維度），即教學過程的實時反饋，便于授課老師隨時發現和解決問題;考試內容不再僅僅考察學生對知識的記憶，而且注重學生綜合分析問題的能力（空間維度）。這種靈活多樣化的考核方式，建立了一個多維度、立體化、綜合性考察學生學習的模式，可全面了解學生對課程內容的掌握度。在之前的考核的基礎上，還可采用以下的方式：（1）一課一結，反饋加強知識點梳理。植物營養學的一個特點是知識點碎片化，某個章節一個知識點通常貫穿土壤學、植物生理學等多學科的內容。傳統的“一考定終身”，學生們容易突擊背誦，知其然不知其所以然，導致對課程內容不能融會貫通。實施一課一結，即在一次課程講解結束后，即對本節課的知識點及時進行總結，并讓學生針對課程內容進行小測，從而發現問題。在下次課程開始時，依據學生對之前課堂內容的掌握程度，及時反饋。（2）小課題專題報告評價。學生在組織準備小課題報告的過程中，需要大量閱讀相關的知識，以小組形式能培養學生的合作和創新意識，同時培養學生的科研精神和科學認知等內在品質，極大提升培養合作精神、批判和綜合分析問題的能力。

五、結束語

如何從教學目標、教學方法、教學結構、師生角色、價值觀和基本模式等各個方面提升原有的教學模式[3]，培養學生自主學習能力對本科教育教學提出新的挑戰。植物營養學是一門不斷發展的學科，在現代農業高質量發展的時期，急需在課程內容上將深度和廣度、理論和實踐，將前沿和經典，將國內和國外相關知識進行緊密結合，加強課程思政的教學設計， 同時結合多樣化的考核方式，在教學方式上加強師生互動，實現以學生為中心，充分調動學生學習積極性和主動性，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。這些舉措將有利于新時期高素質高水平人才的培養。

參考文獻：

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