基于文獻閱讀的翻轉課堂在植物營養學教學中的應用

摘" 要：植物營養學是高等院校中涉農類專業創新人才培養的基礎必修課程，緊密聯系農業生產實踐，在農學知識體系中扮演基礎性角色。傳統的教學模式很難適應該課程的發展方向和當今社會對創新型人才培養的需求。該教學團隊在智慧農業專業植物營養學教學中采用基于文獻閱讀的翻轉課堂教學模式，通過以學生為中心提高學生參與度，充分發揮學生學習的主觀能動性，提升學生的自主學習能力和語言表達能力，培養學生的團隊協作精神和科研思維，激發學生對農業科研和生產工作的興趣，取得良好的教學效果。該文就該教學模式進行總結，以進一步提升教學效果，并為其他生物學或農學相關課程的教學提供參考。

關鍵詞：植物營養學；智慧農業；文獻閱讀；翻轉課堂；教學模式

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：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

植物營養學是一門研究植物對營養物質的吸收、運輸、轉化和利用的規律以及植物與外界環境之間營養物質和能量交換的科學，主要介紹植物生長發育所必需的礦質元素及其生理功能、吸收轉運利用機制、含量異常癥狀及診斷方法；土壤中各種養分的來源、形態、轉化規律和有效性；常見肥料的種類、性質、成分和施用方法；植物營養與生態環境的相互關系等[1]。植物營養學課程以植物學、生物化學、植物生理學和遺傳學等課程為基礎，在農學、植物保護、園藝、農業資源與環境保護、種子科學與工程和智慧農業等涉農類本科專業中通常為專業核心課，對學生農學基礎知識的學習及拓展非常重要。聊城大學農業與生物學院智慧農業專業于2021年開始招生，在本專業學生第四學期開設這門課程。植物營養學（以下簡稱“本課程”）概念繁多、內容抽象，涉及多種學科，學生學習難度較大，要求學生既能掌握教學大綱中的經典理論知識，更能活學活用去解決科學研究和生產實踐中遇到的問題。近年來，隨著分子生物學和各類科學技術方法的快速發展，植物營養研究的方法和內容更多更廣，知識更新速度加快，且越來越偏重于分子生物技術和現代化檢測技術的應用，這些因素進一步加深了本課程的學習難度。

隨著當今社會對創新型專業人才的要求越來越高，本科教學過程中越來越注重學生自主學習能力和實踐能力的培養，要求學生善于發現問題并解決問題。然而，傳統的以教師為主的“滿堂灌”教學模式已難以滿足這種需求。翻轉課堂教學是對課堂教學結構的一次大變革，把傳統課堂進行翻轉，把先教后學變為先學后教，把關注學習結果變為關注學習過程，把教師教授變為學生探究，促進了教師與學生、學生與學生的互動，符合創新創業人才培養的要求[2]。作為新知識和新理論的第一手資料，科技文獻在植物營養學的科研和教學中一直發揮重要作用，對于本科生來講也是培養科研思維、鍛煉學習能力的重要工具。筆者在多年課程教學實踐和改革過程中探索出一種基于文獻閱讀的翻轉課堂教學模式。具體而言，教師通過教學案例進行課程導入后，給學生指定與本章節相關的科技論文，以小組形式進行閱讀、合作探究、繪制技術路線圖并向全班學生進行講解，最后通過師生交流來提煉重要概念并進行知識鞏固，教師根據學生表現賦分并計入期末綜合考評。該教學模式將“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”，極大地提高了學生的學習熱情，調動了學生的積極性，培養了學生閱讀科技文獻和整理科研思路的能力，加深了學生對教學重點和難點的理解，幫助學生盡早建立起科研思維，取得了較好的教學效果。本文對該教學模式的過程和特點進行梳理和總結，希望為其他生物學或農學相關課程的教學改革提供參考。

1" 教學內容和課堂設計

植物營養學課程安排在智慧農業專業二年級下學期，這時學生已經完成了植物學、植物生理學、遺傳學和生物化學等基礎課程的學習，通過智慧農業導論、生物技術導論等課程初步了解了農業基礎知識和相關研究方法，對專業學習目標及發展前景具有了清晰的認識。學生在系統掌握植物營養學所需知識的基礎上，可以順利地過渡到植物營養學的學習和探索階段。但是本課程涉及的概念繁多，包括如礦質營養學說、土壤中礦質營養的有效性及遷移特征、養分進入植物細胞的機理等；14種植物必需礦質營養元素的營養功能各異，同時存在一定交叉，吸收轉運同化機制各有特點；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”課程教學中，教師一般以教材為基礎，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行考察，學生常常通過死記硬背來應付考試。由于未能對重要概念和知識有充分理解，學生往往考完即忘[3]。在該模式下，教師教學往往枯燥乏味，學生在學習過程中缺乏探索性和趣味性，教學效果和學生識記效率均較低。鑒于上述問題，筆者對本課程的教學內容和順序進行了簡化和優化：首先以相關農諺如“有收無收在于水，收多收少在于肥”或現實案例如“某地農戶用錯肥料導致作物絕收”引出肥料對于農作物生長發育和產量品質形成的重要性和礦質營養學說；隨后帶領學生回顧植物學、植物生理學課程中講述的植物基本結構和營養物質吸收、運輸和利用的基本知識；在大量、中量、微量營養元素章節將營養和相關肥料部分進行有機融合，使得課程更具整體性和連貫性；教學重點聚焦于植物對3種大量元素氮、磷、鉀的吸收機理、營養功能、缺素癥狀和主要肥料的特征及施用方法上。這些基本內容由教師講解涉及的基本概念，進行課程導入后給學生指定與課程相關的科技文獻，一般是比較經典的、提出開創性論點的，或近年來最新發表的、發表在影響力較高的期刊上的英文論文。學生課后以小組形式閱讀這些文獻，通過制作技術路線圖和課件對文獻內容進行整理，在下一堂課小組以文獻匯報的形式將研究背景、結果、結論與意義在課堂上呈現出來。在文獻講解過程中，學生需將與課程知識相關的文獻內容突出講述，鼓勵學生結合課堂內容和農業生產進行知識拓展。學生講解文獻后，由師生提出問題進行交流，在教師的引導下提煉出課程概念并思考作者的研究思路。最后，由學生代表和教師對文獻講解團隊進行打分，評價他們在文獻講解完整度、準確度、課件制作水平、知識拓展水平方面的綜合表現。所得分數以20%的比例計入期末綜合測評。

2" 文獻閱讀和翻轉課堂的實施

作為一門重要的自然科學，植物營養學具有很強的前沿性、綜合性和應用性，涉及植物學、植物生理學、植物栽培學、植物育種學、現代分子生物技術，以及農作物的營養學研究進展等內容[4]。當前，自然科學研究新結果的發現、新技術的發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。對學習植物營養學課程的學生來講，要了解并熟悉本學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，學生可以迅速了解本領域的研究進展，接觸一些常用的研究方法，學習怎樣發現、提出并解決科學問題，在梳理研究思路的過程中鍛煉科研思維[5]。翻轉課堂是信息化時代社會環境下的一種新型教學模式，可以拓寬課堂時空，重建課堂概念，重塑教學形態，突出以學生為中心的教學理念，有效提高學生的自主學習能力和創新能力。將翻轉課堂的教學觀念引入植物營養學課程教學中，讓學生不再做課堂的傾聽者，而是真正參與到教學中，提高學習效率。本課程采用的是先以團隊形式閱讀文獻，再在課堂上向師生講解文獻內容，最后進行充分交流探討的教學模式，學生在課前充分閱讀文獻和查閱資料，在課堂上通過與教師、同學討論和解決學習中遇到的困難，最終完成知識內化。

2.1" 文獻閱讀

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

2023年在“第四章 養分的運輸和分配”教學過程中，為了讓學生深入理解植物養分轉運新理論產生和發展的過程，在上一堂課臨近結束時給學生分配了日本岡山大學馬建峰教授課題組發表的系列文章《A silicon transporter in rice》《An efflux transporter of silicon in rice》《A cooperated system of silicon transport in plants》。此前，同學們在植物生理學課程中已經了解過養分短距離的兩種基本途徑——共質體途徑和質外體途徑。那么是否存在其他途徑？新的運輸途徑又是如何發現的？這3篇文章就是通過植物學研究方法發現養分運輸新機制的經典案例。第1篇文章于2006年發表在《Nature》雜志，作者通過正向遺傳學方法鑒定到水稻中控制硅元素從根外皮層和內皮層細胞遠軸一側跨膜轉運進入細胞的關鍵蛋白Lsi1；第2篇文章于次年亦發表在《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皮層細胞近軸一側跨膜轉出細胞的關鍵蛋白Lsi2，自此提出了植物養分短距離運輸的第3種形式——偶聯跨細胞途徑，即養分從細胞的一側流入，從另一側流出，然后再進入相鄰的下一個細胞，在多層細胞間重復從共質體進入質外體的過程；第3篇文章于2015年發表在《Trends in Plant Science》雜志，作者綜述了植物中偶聯跨細胞途徑相關基因的研究進展，向讀者展示了植物中該途徑的保守性和多樣性。前2篇文章用到的關鍵方法為正向遺傳學，由于學生此前僅在遺傳學課程中接觸過正向遺傳學的概念，對這種研究方法的具體實施過程還不清楚。因此，在上一堂課臨近結束時，教師帶領學生簡單回顧正向遺傳學的概念和研究方法，提示學生在分配的文章中該方法的重要性。第3篇文章為文獻綜述，教師提醒學生要根據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" 翻轉課堂

學生以小組為單位，課下充分閱讀文獻并查閱資料后，繪制技術路線圖總結文章實驗設計思路，并制作課件在課堂上向師生講解文獻。由于學生此前缺乏這種形式的訓練，一般會出現各類問題，如：讀文獻缺乏技巧，往往難以抓住文獻主線，在細枝末節下過多功夫；或者對英文文獻通篇翻譯后，將文字粘貼進PPT進行朗讀；又或者制作的技術路線圖和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學生介紹文獻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，得到什么結果和結論，有什么意義？要求學生的PPT應包含以下8個主要部分：文獻簡介、摘要、研究背景、材料與方法、技術路線圖、實驗結果、文章結論和研究意義（表1）。

閱讀文獻的主要目的是讓學生更好地掌握課程知識。因此，為了將文獻匯報和本課程更好融合，教師要求學生在PPT中適當位置添加與課程相關的概念介紹和知識拓展。比如，文獻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？論文得出的結論與教材中的概念有何異同？此外，為了鍛煉學生的語言表達能力，教師對學生的匯報方式和時間進行嚴格要求，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。學生匯報結束后，教師引導班級學生提問問題，與負責匯報的小組進行交流探討，并提煉出與本章節有關的重要概念。

2.3" 成績評價體系

將文獻閱讀和翻轉課堂應用于植物營養學課程教學中，需要構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學生學習積極性，并能對學生的學習過程進行綜合考查與評定。基于此，本課程對基于文獻閱讀的翻轉課堂制定如下成績評價體系。

2.3.1" 匯報小組成員得分

學生匯報前，由教師隨機選取5名小組外學生作為代表進行評分。完成匯報和交流環節后，由教師和學生代表根據匯報小組在課件制作、內容講解、課程概念的關聯、知識拓展的程度、交流問答環節表現來打分，評分依據見表2。學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數分配給各個成員，所得分數最終以20%的比例計入期末綜合測評。

表2" 文獻匯報評分依據

2.3.2" 非匯報小組成員得分

為了提升學生學習和參與的積極性，活躍課堂氛圍，非匯報小組的學生如在教師提問和文獻交流等環節中表現積極、回答問題準確，教師可根據具體情況進行賦分，得分同樣以20%的比例計入期末綜合測評。

2.3.3 學生反饋

學生是教學活動的主體，他們的建議和意見對于改進教學質量具有重要意義。在教學過程中，教師應積極傾聽學生的建議，并及時采納和實施。鼓勵學生針對文獻閱讀和翻轉課堂教學模式提出意見和建議，及時收集并整理學生的反饋意見，進而調整教學策略和方法，提高教學質量和效果，促進教師和學生之間的互動與合作。

3" 結束語

植物營養學是植物生產類專業本科生的專業核心課程，概念繁多、涉及知識面較廣，在傳統教學模式下常使學生感覺枯燥乏味，只能通過機械式記憶來應對考試。本教學團隊將文獻閱讀和翻轉課堂應用于課程教學，這一舉措大大提高了學生的學習熱情，增強了自主學習能力，提升了文獻閱讀和知識提煉能力，初步培養了學生的科研思維。通過小組形式的文獻閱讀，學生不僅能對以往學習的知識進行綜合運用、還通過自主查閱資料理解實驗技術的原理和方法，梳理文獻要點，通過制作技術路線圖和課件將文獻信息展示出來，鍛煉了學生的團隊協作、交流、表達能力，為學生今后的學習、科研和職業發展打下了堅實的基礎。這種文獻閱讀和翻轉課堂的教學模式也適用于其他生物類或農學類課程的教學過程。

參考文獻：

[1] 張俊伶.植物營養學[M].北京：中國農業大學出版社，2021：4.

[2] 齊軍.美國“翻轉課堂”的興起，發展，模塊設計及對我國的啟示[J].比較教育研究，2015（1）：21-27.

[3] 王志蔚，李秀.高校教師“滿堂灌”成因的多維分析[J].江蘇高職教育，2022（3）：77-82.

[4] 劉春梅，孫海燕，何淑平，等.新農科背景下植物營養學智慧課堂教學模式的改革與創新[J].安徽農學通報，2023，29（15）：142-145.

[5] 劉遠莉，李冀宏，鄭天虎，等.基于文獻閱讀的以學生發展為中心的生物化學教學改革探索與實踐[J].生命的化學，2024，44（3）：552-558.