基于文献阅读的翻转课堂在植物营养学教学中的应用

摘" 要：植物营养学是高等院校中涉农类专业创新人才培养的基础必修课程，紧密联系农业生产实践，在农学知识体系中扮演基础性角色。传统的教学模式很难适应该课程的发展方向和当今社会对创新型人才培养的需求。该教学团队在智慧农业专业植物营养学教学中采用基于文献阅读的翻转课堂教学模式，通过以学生为中心提高学生参与度，充分发挥学生学习的主观能动性，提升学生的自主学习能力和语言表达能力，培养学生的团队协作精神和科研思维，激发学生对农业科研和生产工作的兴趣，取得良好的教学效果。该文就该教学模式进行总结，以进一步提升教学效果，并为其他生物学或农学相关课程的教学提供参考。

关键词：植物营养学；智慧农业；文献阅读；翻转课堂；教学模式

中图分类号：G640" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

植物营养学是一门研究植物对营养物质的吸收、运输、转化和利用的规律以及植物与外界环境之间营养物质和能量交换的科学，主要介绍植物生长发育所必需的矿质元素及其生理功能、吸收转运利用机制、含量异常症状及诊断方法；土壤中各种养分的来源、形态、转化规律和有效性；常见肥料的种类、性质、成分和施用方法；植物营养与生态环境的相互关系等[1]。植物营养学课程以植物学、生物化学、植物生理学和遗传学等课程为基础，在农学、植物保护、园艺、农业资源与环境保护、种子科学与工程和智慧农业等涉农类本科专业中通常为专业核心课，对学生农学基础知识的学习及拓展非常重要。聊城大学农业与生物学院智慧农业专业于2021年开始招生，在本专业学生第四学期开设这门课程。植物营养学（以下简称“本课程”）概念繁多、内容抽象，涉及多种学科，学生学习难度较大，要求学生既能掌握教学大纲中的经典理论知识，更能活学活用去解决科学研究和生产实践中遇到的问题。近年来，随着分子生物学和各类科学技术方法的快速发展，植物营养研究的方法和内容更多更广，知识更新速度加快，且越来越偏重于分子生物技术和现代化检测技术的应用，这些因素进一步加深了本课程的学习难度。

随着当今社会对创新型专业人才的要求越来越高，本科教学过程中越来越注重学生自主学习能力和实践能力的培养，要求学生善于发现问题并解决问题。然而，传统的以教师为主的“满堂灌”教学模式已难以满足这种需求。翻转课堂教学是对课堂教学结构的一次大变革，把传统课堂进行翻转，把先教后学变为先学后教，把关注学习结果变为关注学习过程，把教师教授变为学生探究，促进了教师与学生、学生与学生的互动，符合创新创业人才培养的要求[2]。作为新知识和新理论的第一手资料，科技文献在植物营养学的科研和教学中一直发挥重要作用，对于本科生来讲也是培养科研思维、锻炼学习能力的重要工具。笔者在多年课程教学实践和改革过程中探索出一种基于文献阅读的翻转课堂教学模式。具体而言，教师通过教学案例进行课程导入后，给学生指定与本章节相关的科技论文，以小组形式进行阅读、合作探究、绘制技术路线图并向全班学生进行讲解，最后通过师生交流来提炼重要概念并进行知识巩固，教师根据学生表现赋分并计入期末综合考评。该教学模式将“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，极大地提高了学生的学习热情，调动了学生的积极性，培养了学生阅读科技文献和整理科研思路的能力，加深了学生对教学重点和难点的理解，帮助学生尽早建立起科研思维，取得了较好的教学效果。本文对该教学模式的过程和特点进行梳理和总结，希望为其他生物学或农学相关课程的教学改革提供参考。

1" 教学内容和课堂设计

植物营养学课程安排在智慧农业专业二年级下学期，这时学生已经完成了植物学、植物生理学、遗传学和生物化学等基础课程的学习，通过智慧农业导论、生物技术导论等课程初步了解了农业基础知识和相关研究方法，对专业学习目标及发展前景具有了清晰的认识。学生在系统掌握植物营养学所需知识的基础上，可以顺利地过渡到植物营养学的学习和探索阶段。但是本课程涉及的概念繁多，包括如矿质营养学说、土壤中矿质营养的有效性及迁移特征、养分进入植物细胞的机理等；14种植物必需矿质营养元素的营养功能各异，同时存在一定交叉，吸收转运同化机制各有特点；肥料类型多种多样、制造储存和施用方式各异。

在以往的“满堂灌式”课程教学中，教师一般以教材为基础，通过课件或板书形式教授知识，以随堂提问、测试和期末考试方式进行考察，学生常常通过死记硬背来应付考试。由于未能对重要概念和知识有充分理解，学生往往考完即忘[3]。在该模式下，教师教学往往枯燥乏味，学生在学习过程中缺乏探索性和趣味性，教学效果和学生识记效率均较低。鉴于上述问题，笔者对本课程的教学内容和顺序进行了简化和优化：首先以相关农谚如“有收无收在于水，收多收少在于肥”或现实案例如“某地农户用错肥料导致作物绝收”引出肥料对于农作物生长发育和产量品质形成的重要性和矿质营养学说；随后带领学生回顾植物学、植物生理学课程中讲述的植物基本结构和营养物质吸收、运输和利用的基本知识；在大量、中量、微量营养元素章节将营养和相关肥料部分进行有机融合，使得课程更具整体性和连贯性；教学重点聚焦于植物对3种大量元素氮、磷、钾的吸收机理、营养功能、缺素症状和主要肥料的特征及施用方法上。这些基本内容由教师讲解涉及的基本概念，进行课程导入后给学生指定与课程相关的科技文献，一般是比较经典的、提出开创性论点的，或近年来最新发表的、发表在影响力较高的期刊上的英文论文。学生课后以小组形式阅读这些文献，通过制作技术路线图和课件对文献内容进行整理，在下一堂课小组以文献汇报的形式将研究背景、结果、结论与意义在课堂上呈现出来。在文献讲解过程中，学生需将与课程知识相关的文献内容突出讲述，鼓励学生结合课堂内容和农业生产进行知识拓展。学生讲解文献后，由师生提出问题进行交流，在教师的引导下提炼出课程概念并思考作者的研究思路。最后，由学生代表和教师对文献讲解团队进行打分，评价他们在文献讲解完整度、准确度、课件制作水平、知识拓展水平方面的综合表现。所得分数以20%的比例计入期末综合测评。

2" 文献阅读和翻转课堂的实施

作为一门重要的自然科学，植物营养学具有很强的前沿性、综合性和应用性，涉及植物学、植物生理学、植物栽培学、植物育种学、现代分子生物技术，以及农作物的营养学研究进展等内容[4]。当前，自然科学研究新结果的发现、新技术的发明和新概念的提出大多是以科技论文，尤其是英文论文的形式呈现。对学习植物营养学课程的学生来讲，要了解并熟悉本学科研究的前沿和热点，阅读科技论文是重要的途径。通过研读科技论文，学生可以迅速了解本领域的研究进展，接触一些常用的研究方法，学习怎样发现、提出并解决科学问题，在梳理研究思路的过程中锻炼科研思维[5]。翻转课堂是信息化时代社会环境下的一种新型教学模式，可以拓宽课堂时空，重建课堂概念，重塑教学形态，突出以学生为中心的教学理念，有效提高学生的自主学习能力和创新能力。将翻转课堂的教学观念引入植物营养学课程教学中，让学生不再做课堂的倾听者，而是真正参与到教学中，提高学习效率。本课程采用的是先以团队形式阅读文献，再在课堂上向师生讲解文献内容，最后进行充分交流探讨的教学模式，学生在课前充分阅读文献和查阅资料，在课堂上通过与教师、同学讨论和解决学习中遇到的困难，最终完成知识内化。

2.1" 文献阅读

学生在初次接触科技论文，尤其是英文论文时，可能会因为对本领域知识和研究方法、实验技术缺乏了解，英文水平有限等因素产生畏难情绪。因此，在文献阅读实施之前，教师应先以一篇文献为例，讲解科技论文的基本结构：题目、摘要、前言、材料与方法、结果、讨论、结论和参考文献，通过与学生共同阅读文献引导学生思考每个部分在整篇论文中的作用，技术路线图包括哪些部分，有什么作用，如何绘制？最后向同学们分享阅读文献的技巧：哪些部分要精读、哪些部分可以拓展、遇到不懂的实验技术该怎么解决，如何准确理解并表述出文章中的图表信息。

2023年在“第四章 养分的运输和分配”教学过程中，为了让学生深入理解植物养分转运新理论产生和发展的过程，在上一堂课临近结束时给学生分配了日本冈山大学马建峰教授课题组发表的系列文章《A silicon transporter in rice》《An efflux transporter of silicon in rice》《A cooperated system of silicon transport in plants》。此前，同学们在植物生理学课程中已经了解过养分短距离的两种基本途径——共质体途径和质外体途径。那么是否存在其他途径？新的运输途径又是如何发现的？这3篇文章就是通过植物学研究方法发现养分运输新机制的经典案例。第1篇文章于2006年发表在《Nature》杂志，作者通过正向遗传学方法鉴定到水稻中控制硅元素从根外皮层和内皮层细胞远轴一侧跨膜转运进入细胞的关键蛋白Lsi1；第2篇文章于次年亦发表在《Nature》杂志，作者以相似的方法鉴定到水稻中硅元素从根外皮层和内皮层细胞近轴一侧跨膜转出细胞的关键蛋白Lsi2，自此提出了植物养分短距离运输的第3种形式——偶联跨细胞途径，即养分从细胞的一侧流入，从另一侧流出，然后再进入相邻的下一个细胞，在多层细胞间重复从共质体进入质外体的过程；第3篇文章于2015年发表在《Trends in Plant Science》杂志，作者综述了植物中偶联跨细胞途径相关基因的研究进展，向读者展示了植物中该途径的保守性和多样性。前2篇文章用到的关键方法为正向遗传学，由于学生此前仅在遗传学课程中接触过正向遗传学的概念，对这种研究方法的具体实施过程还不清楚。因此，在上一堂课临近结束时，教师带领学生简单回顾正向遗传学的概念和研究方法，提示学生在分配的文章中该方法的重要性。第3篇文章为文献综述，教师提醒学生要根据正文充分理解文章中提供的模式图，并以自己的语言表述出来。随后，将每篇文章分配给一个由3～5人组成的小组。

2.2" 翻转课堂

学生以小组为单位，课下充分阅读文献并查阅资料后，绘制技术路线图总结文章实验设计思路，并制作课件在课堂上向师生讲解文献。由于学生此前缺乏这种形式的训练，一般会出现各类问题，如：读文献缺乏技巧，往往难以抓住文献主线，在细枝末节下过多功夫；或者对英文文献通篇翻译后，将文字粘贴进PPT进行朗读；又或者制作的技术路线图和PPT文字繁多，无法突出重点等。因此，在课程之初，教师要以文字的形式向学生介绍文献汇报的具体要求并限定PPT各个部分的篇幅，即：讲清楚这篇论文为什么做，怎么做，得到什么结果和结论，有什么意义？要求学生的PPT应包含以下8个主要部分：文献简介、摘要、研究背景、材料与方法、技术路线图、实验结果、文章结论和研究意义（表1）。

阅读文献的主要目的是让学生更好地掌握课程知识。因此，为了将文献汇报和本课程更好融合，教师要求学生在PPT中适当位置添加与课程相关的概念介绍和知识拓展。比如，文献的研究背景部分涉及哪些课程上的概念？材料和方法部分用到了课程中检测植物和土壤中元素含量的哪些方法？论文得出的结论与教材中的概念有何异同？此外，为了锻炼学生的语言表达能力，教师对学生的汇报方式和时间进行严格要求，如：课件中文字不能太多、不能念稿、每次汇报控制在15 min左右。学生汇报结束后，教师引导班级学生提问问题，与负责汇报的小组进行交流探讨，并提炼出与本章节有关的重要概念。

2.3" 成绩评价体系

将文献阅读和翻转课堂应用于植物营养学课程教学中，需要构建出与之相符的课程评价体系，而且该体系要能够充分激发学生学习积极性，并能对学生的学习过程进行综合考查与评定。基于此，本课程对基于文献阅读的翻转课堂制定如下成绩评价体系。

2.3.1" 汇报小组成员得分

学生汇报前，由教师随机选取5名小组外学生作为代表进行评分。完成汇报和交流环节后，由教师和学生代表根据汇报小组在课件制作、内容讲解、课程概念的关联、知识拓展的程度、交流问答环节表现来打分，评分依据见表2。学生代表打分后取平均分，该分值与教师打分均占比50%，由小组组长将所得分数分配给各个成员，所得分数最终以20%的比例计入期末综合测评。

表2" 文献汇报评分依据

2.3.2" 非汇报小组成员得分

为了提升学生学习和参与的积极性，活跃课堂氛围，非汇报小组的学生如在教师提问和文献交流等环节中表现积极、回答问题准确，教师可根据具体情况进行赋分，得分同样以20%的比例计入期末综合测评。

2.3.3 学生反馈

学生是教学活动的主体，他们的建议和意见对于改进教学质量具有重要意义。在教学过程中，教师应积极倾听学生的建议，并及时采纳和实施。鼓励学生针对文献阅读和翻转课堂教学模式提出意见和建议，及时收集并整理学生的反馈意见，进而调整教学策略和方法，提高教学质量和效果，促进教师和学生之间的互动与合作。

3" 结束语

植物营养学是植物生产类专业本科生的专业核心课程，概念繁多、涉及知识面较广，在传统教学模式下常使学生感觉枯燥乏味，只能通过机械式记忆来应对考试。本教学团队将文献阅读和翻转课堂应用于课程教学，这一举措大大提高了学生的学习热情，增强了自主学习能力，提升了文献阅读和知识提炼能力，初步培养了学生的科研思维。通过小组形式的文献阅读，学生不仅能对以往学习的知识进行综合运用、还通过自主查阅资料理解实验技术的原理和方法，梳理文献要点，通过制作技术路线图和课件将文献信息展示出来，锻炼了学生的团队协作、交流、表达能力，为学生今后的学习、科研和职业发展打下了坚实的基础。这种文献阅读和翻转课堂的教学模式也适用于其他生物类或农学类课程的教学过程。

参考文献：

[1] 张俊伶.植物营养学[M].北京：中国农业大学出版社，2021：4.

[2] 齐军.美国“翻转课堂”的兴起，发展，模块设计及对我国的启示[J].比较教育研究，2015（1）：21-27.

[3] 王志蔚，李秀.高校教师“满堂灌”成因的多维分析[J].江苏高职教育，2022（3）：77-82.

[4] 刘春梅，孙海燕，何淑平，等.新农科背景下植物营养学智慧课堂教学模式的改革与创新[J].安徽农学通报，2023，29（15）：142-145.

[5] 刘远莉，李冀宏，郑天虎，等.基于文献阅读的以学生发展为中心的生物化学教学改革探索与实践[J].生命的化学，2024，44（3）：552-558.