鄭 元 趙 芬 馬煥成
(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,昆明 650224;2.西南林業(yè)大學(xué)人事處,昆明 650224)
“植物生理學(xué)”課程教學(xué)改革的探討
鄭 元1趙 芬2馬煥成1
(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,昆明 650224;2.西南林業(yè)大學(xué)人事處,昆明 650224)
對(duì)新形勢(shì)下農(nóng)林院校“植物生理學(xué)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行了改革創(chuàng)新。在教學(xué)內(nèi)容上,采取下面2種方式對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了更新:①增加學(xué)科前沿內(nèi)容,解讀重要研究成果;②融合專業(yè)知識(shí)體系,滲透學(xué)科交叉思維模式。在教學(xué)方法上,采取下面5種方式對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行了優(yōu)化:①制作生動(dòng)形象的多媒體課件,幫助學(xué)生更好地理解抽象的機(jī)理知識(shí);②介紹科學(xué)家探索科學(xué)的研究思路,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣;③發(fā)揮科學(xué)史實(shí)和學(xué)科發(fā)展的人文教育功能,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)與人文素質(zhì);④采用“假說(shuō)”的教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方式;⑤注重植物生理學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用,提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。通過(guò)對(duì)“植物生理學(xué)”課程的優(yōu)化與改進(jìn),全面提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力,對(duì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要的戰(zhàn)略意義。
學(xué)科前沿;學(xué)科交叉;人文教育;教學(xué)方法;植物生理學(xué)
“把教育資源配置和學(xué)校工作重點(diǎn)集中到強(qiáng)化教學(xué)環(huán)節(jié)、提高教育質(zhì)量上來(lái)”是《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》提出的政策性要求之一,十八大報(bào)告中更明確指出,全面實(shí)施素質(zhì)教育,深化教育領(lǐng)域綜合改革,著力提高教育質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。高校作為以“人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)、文化傳承創(chuàng)新”為主要職能的高等教育機(jī)構(gòu),肩負(fù)著教育強(qiáng)國(guó)的重要責(zé)任和歷史使命。而提升高等教育質(zhì)量的主渠道是有效地提高大學(xué)課堂的教學(xué)質(zhì)量。因此,構(gòu)建科學(xué)合理的學(xué)科知識(shí)體系,激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣,是大學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的根本[1]。教師應(yīng)根據(jù)課程的基本知識(shí)點(diǎn),改變陳舊的教學(xué)理念與教學(xué)方法,不斷更新教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法,將理論知識(shí)的前沿性研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)介紹給學(xué)生,讓學(xué)生在拓寬知識(shí)面的同時(shí),了解課程的知識(shí)源頭并學(xué)習(xí)隱藏在基本理論知識(shí)背后的科學(xué)思維方式,充分發(fā)揮教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的作用[2]。
植物生理學(xué)是生命科學(xué)的重要分支學(xué)科,它廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、國(guó)防等領(lǐng)域,在解決食物、能源、資源、環(huán)境和人口等5大世界性難題方面發(fā)揮著不可替代的作用[3]。而“植物生理學(xué)”課程作為農(nóng)林、師范、綜合院校中農(nóng)學(xué)、林學(xué)、植物保護(hù)、園林、園藝、資源環(huán)境、食品科學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)生物學(xué)等專業(yè)的必修課程,對(duì)提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和實(shí)踐能力起到了十分重要的作用[4-5]。
由于“植物生理學(xué)”課程存在著教學(xué)學(xué)時(shí)嚴(yán)重縮減、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法落后、授課形式單調(diào)等一系列問(wèn)題,致使學(xué)生對(duì)該門課程的認(rèn)知不明確、學(xué)習(xí)興趣和積極性缺乏。同時(shí),許多高校教師對(duì)教學(xué)工作越來(lái)越不重視,過(guò)分專注于申請(qǐng)科研項(xiàng)目和參加科研評(píng)獎(jiǎng)活動(dòng),尤其是當(dāng)教學(xué)工作與科研工作在時(shí)間上發(fā)生沖突時(shí),往往會(huì)犧牲教學(xué)工作,導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量逐年下降。因此,如何通過(guò)“以科研促進(jìn)教學(xué)、以教學(xué)推動(dòng)科研”的思維方式,提高“植物生理學(xué)”課程課堂教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)高等教育新常態(tài)下的創(chuàng)新型人才,是“植物生理學(xué)”課程教學(xué)改革所面臨的新課題。
(一)課程教學(xué)內(nèi)容的更新
為了充分體現(xiàn)“植物生理學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的研究性、前沿性,筆者精心選擇和設(shè)計(jì)了新的教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)在不同章節(jié)中增補(bǔ)學(xué)科最新動(dòng)態(tài)或科研熱點(diǎn)內(nèi)容,以及融入相關(guān)交叉學(xué)科的知識(shí)和技術(shù),不僅豐富了“植物生理學(xué)”課程的教學(xué)信息量,而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力,也為教師的科研工作提供了新思路。
1.增加學(xué)科前沿知識(shí),解讀重要研究成果
在“植物生理學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中,授課教師要始終跟蹤國(guó)內(nèi)外學(xué)科前沿問(wèn)題,及時(shí)向?qū)W生講授最新的研究方向和研究成果,使學(xué)生了解“植物生理學(xué)”課程發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)。例如,在講授植物光合作用的3種碳同化類型時(shí),筆者新增了關(guān)于光合途徑轉(zhuǎn)變的內(nèi)容,說(shuō)明大多數(shù)植物系C3植物、C4植物都是由C3植物進(jìn)化而來(lái),一些C3植物具有某些C4植物光合特征,而某些C4植物在特定發(fā)育階段又具有C3植物的分化特征,這表明C3和C4植物的光合特征具有極大的可塑性[6-8],因此將C4植物(玉米、高粱等)的光合固碳羧化酶(PEPCase)目的基因轉(zhuǎn)入到C3植物(水稻、小麥等)中是培育高光效、高產(chǎn)量作物品種的一種新技術(shù)[9-11]。在講到植物內(nèi)源激素運(yùn)輸機(jī)制時(shí),筆者向?qū)W生重點(diǎn)闡述生長(zhǎng)素具有極性運(yùn)輸特點(diǎn),生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸能夠特異性地調(diào)節(jié)植物胚胎發(fā)育、花分生組織形成、側(cè)根建成、向性運(yùn)動(dòng)等諸多生理進(jìn)程,生長(zhǎng)素輸入載體(AUX1蛋白)與輸出載體(PIN蛋白家族)在細(xì)胞膜上的非對(duì)稱性分布是生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)闹匾{(diào)控機(jī)制[12]。通過(guò)解讀這些最新研究成果,不僅使學(xué)生了解了國(guó)內(nèi)外植物生理學(xué)的前沿研究問(wèn)題,而且還加深了學(xué)生對(duì)光合生理機(jī)制、物質(zhì)運(yùn)輸機(jī)理等內(nèi)容的理解。
2.融合專業(yè)知識(shí),滲透交叉學(xué)科內(nèi)容
在教學(xué)過(guò)程中融入分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、植物學(xué)、生理生態(tài)學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和技術(shù),使不同專業(yè)、不同學(xué)科的內(nèi)容融會(huì)貫通。比如,學(xué)生先通過(guò)“植物學(xué)”課程掌握了植物紛繁有序的根系結(jié)構(gòu)、氣孔分布、輸導(dǎo)組織等理論知識(shí),然后在“植物生理學(xué)”課堂上進(jìn)一步學(xué)習(xí)不同器官、組織、細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)與水分代謝、礦質(zhì)吸收、光合作用、有機(jī)物運(yùn)輸?shù)壬砉δ艿南嚓P(guān)性知識(shí),以及對(duì)不同逆境脅迫的適應(yīng)機(jī)制等內(nèi)容。再比如,學(xué)生在“生物化學(xué)”課堂上所學(xué)的卡爾文循環(huán)、糖酵解-三羧酸循環(huán)等生化知識(shí),有助于其深刻理解“植物生理學(xué)”課程中植物的光合作用和呼吸作用[13]。在講授植物的水分代謝時(shí),筆者將“熱力學(xué)”課程的內(nèi)容引入到“植物生理學(xué)”課程中,從“自由能→化學(xué)勢(shì)→水勢(shì)”等方面闡明水分在植物體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理;在講授植物的光合作用時(shí),將生物學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科的知識(shí)滲透到“植物生理學(xué)”課程中,并講述學(xué)科交叉在光合電子傳遞、光合磷酸化、光合作用高能態(tài)、卡爾文循環(huán)等領(lǐng)域取得的研究成果;在講授植物的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)時(shí),引入物理學(xué)的電信號(hào)概念,說(shuō)明植物為了響應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境變化,既需要專一的化學(xué)信息傳遞,又需要快速的電波傳遞[3]。通過(guò)這些交叉學(xué)科知識(shí)的引入,不僅拓展了學(xué)生的思路,突破了專業(yè)的局限性,而且融合了不同專業(yè)、不同學(xué)科的知識(shí)。
(二)課程教學(xué)方法的優(yōu)化
為了改變傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣,筆者針對(duì)“植物生理學(xué)”課程的特點(diǎn),對(duì)“植物生理學(xué)”課程教學(xué)方法進(jìn)行了5個(gè)方面的優(yōu)化。
1.制作多媒體課件,幫助學(xué)生更好地理解抽象的知識(shí)
“植物生理學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容包含許多植物生命代謝進(jìn)程的內(nèi)容,在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生對(duì)這些微觀領(lǐng)域的知識(shí)很難理解,并經(jīng)常質(zhì)疑其代謝機(jī)理是否合理[14]。為了幫助學(xué)生更好地理解抽象的機(jī)理知識(shí),筆者通過(guò)圖片、動(dòng)畫、視頻等手段,制作了大量生動(dòng)形象的多媒體課件,使授課內(nèi)容直觀清晰,克服了抽象教學(xué)的難題。例如,在講解細(xì)胞信號(hào)的跨膜轉(zhuǎn)換機(jī)理時(shí),通過(guò)精美的圖片和趣味的動(dòng)畫,展示了“胞外信號(hào)-受體-胞內(nèi)信號(hào)”的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)換途徑和級(jí)聯(lián)放大效應(yīng),以及Ca2+、肌醇三磷酸(IP3)、二酰甘油(DG)、環(huán)腺苷一磷酸(cAMP)等第二信使的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理。
2.介紹科學(xué)家的研究思路,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣
“植物生理學(xué)”課程的知識(shí)大多源于前人不斷探索研究得出的結(jié)論,因此筆者在介紹相關(guān)知識(shí)內(nèi)容時(shí),還應(yīng)重點(diǎn)介紹科學(xué)家當(dāng)時(shí)的研究思路與研究方法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如,在講授植物呼吸作用時(shí),筆者介紹了我國(guó)植物生理學(xué)奠基人之一——湯佩松在呼吸代謝方面精辟的研究思路與巧妙的研究方法。湯佩松在哈佛大學(xué)工作期間,國(guó)外學(xué)者利用離體的酵母或動(dòng)物組織勻漿尋找細(xì)胞“呼吸酶”和細(xì)胞色素氧化酶,但對(duì)此二者是否屬于同一種酶一直爭(zhēng)論不休,他巧妙地改用整體的羽扇豆幼苗材料,運(yùn)用一氧化碳在暗中抑制氧的吸收而在光下又能消除這種抑制的特性,首次在高等植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并證明了“呼吸酶”就是細(xì)胞色素氧化酶的事實(shí)?;貒?guó)到武漢大學(xué)任教后,湯佩松進(jìn)一步以完整、正常的生命活動(dòng)系統(tǒng)(分裂中的受精卵、萌發(fā)中的種子、植物幼苗)為對(duì)象,采用生物化學(xué)、生物物理實(shí)驗(yàn)技術(shù),研究物質(zhì)形態(tài)變化和能量變化之間的關(guān)系,開(kāi)創(chuàng)了“細(xì)胞呼吸動(dòng)力學(xué)”新的研究方向。此后他又系統(tǒng)研究了水稻幼苗的呼吸代謝,證明了水稻中存在糖酵解、磷酸戊糖循環(huán)、三羧酸循環(huán)、乙醛酸循環(huán)等途徑,首次發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)即使同一種呼吸代謝都有多條途徑。同時(shí),基于呼吸代謝的一系列研究成果,湯佩松提出了“濕潤(rùn)育秧法”,為水稻生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)[15]。通過(guò)介紹科學(xué)家獨(dú)樹(shù)一幟的研究思路與方法,培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的品德,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。
3.發(fā)揮科學(xué)史和學(xué)科發(fā)展史的人文教育功能,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)和人文素養(yǎng)
在“植物生理學(xué)”課程教學(xué)中,教師傳授科學(xué)知識(shí)的同時(shí),也要注重發(fā)揮科學(xué)史和學(xué)科發(fā)展的人文教育功能,這樣既擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面,又使其人文精神得以熏陶[16]。為此,筆者收集整理了大量植物生理學(xué)史料,引導(dǎo)學(xué)生探究“植物生理學(xué)”課程的歷史淵源和發(fā)展歷程,從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)和人文素質(zhì)。比如,向?qū)W生介紹植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)歷程,在生物科學(xué)史上植物生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)歷程具有典型的代表性,從1880年英國(guó)的達(dá)爾文父子利用燕麥的胚芽鞘進(jìn)行向光性實(shí)驗(yàn)開(kāi)始,到1934年荷蘭的科戈等人從人尿、根霉、麥芽中分離并純化出吲哚乙酸為止,前后歷時(shí)幾十年,由幾代科學(xué)家通過(guò)設(shè)計(jì)一系列巧妙的科學(xué)實(shí)驗(yàn)共同完成。通過(guò)講授這些科學(xué)史和學(xué)科發(fā)展歷程,使學(xué)生了解一個(gè)學(xué)科從孕育之初到發(fā)展壯大的艱難歷程,有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)堅(jiān)韌不拔的探索精神與持久毅力。
4.運(yùn)用“假說(shuō)”開(kāi)展教學(xué)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維
科學(xué)發(fā)展永無(wú)止境,目前人們尚無(wú)法徹底清楚地了解植物生命活動(dòng)的全部本質(zhì),對(duì)很多問(wèn)題的認(rèn)識(shí)水平仍然處于推理或假說(shuō)階段。所謂“假說(shuō)”是人們?cè)谝延醒芯炕A(chǔ)上,對(duì)還未認(rèn)識(shí)的植物生命活動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系做出理性預(yù)測(cè)或邏輯推理,它既可用來(lái)解釋生命現(xiàn)象,又可進(jìn)一步探索生命本質(zhì),并通過(guò)不斷發(fā)展和完善的新實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其真?zhèn)蝃17]。如用K+積累假說(shuō)、淀粉與糖轉(zhuǎn)化假說(shuō)解釋氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)理,用化學(xué)滲透假說(shuō)解釋光合磷酸化及氧化磷酸化機(jī)理,用壓力流動(dòng)假說(shuō)解釋有機(jī)物運(yùn)輸機(jī)理,用酸生長(zhǎng)假說(shuō)解釋生長(zhǎng)素促進(jìn)生長(zhǎng)機(jī)理,用成花素假說(shuō)解釋光周期誘導(dǎo)開(kāi)花機(jī)理,用營(yíng)養(yǎng)虧缺假說(shuō)、激素調(diào)控假說(shuō)、自由基衰老假說(shuō)解釋衰老機(jī)理,用膜傷害假說(shuō)、硫氫基假說(shuō)解釋逆境傷害機(jī)理等。從一定意義上講,植物生理學(xué)就是由一系列“假說(shuō)”串聯(lián)起來(lái)的科學(xué)體系,如果忽視“假說(shuō)”會(huì)導(dǎo)致“植物生理學(xué)”課程教學(xué)的系統(tǒng)性和邏輯性受到嚴(yán)重影響[17]。因此,在“植物生理學(xué)”課堂上教師只有合理運(yùn)用“假說(shuō)”開(kāi)展教學(xué)活動(dòng),講解“假說(shuō)”存在的問(wèn)題和合理性,并對(duì)“假說(shuō)”發(fā)表自己的觀點(diǎn),才能有效地解決教學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。
5.注重植物生理學(xué)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力
植物生理學(xué)是一門理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用型學(xué)科,其研究取得的每一項(xiàng)重要成就都使農(nóng)林生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生重大變革,因此在“植物生理學(xué)”課程教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)介紹植物生理學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用,提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。比如,學(xué)生在了解了硅是水稻健康生長(zhǎng)的必需元素后,就對(duì)水稻進(jìn)行了施硅肥操作,這不僅提高了水稻對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收量,而且也提高了水稻的抗旱和抗倒伏能力。由此可見(jiàn),教師在授課過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)介紹植物生理學(xué)知識(shí)在相關(guān)研究領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用,從而提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。
在2013-2015學(xué)年,筆者對(duì)“植物生理學(xué)”課程進(jìn)行了改革,學(xué)生對(duì)該門課程的滿意度不斷提高,越來(lái)越多的學(xué)生對(duì)“植物生理學(xué)”課程表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)熱情。他們積極參加課程組教師的相關(guān)科研課題,并在教師的指導(dǎo)下,完成畢業(yè)論文,申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金。通過(guò)這一過(guò)程的鍛煉,學(xué)生不僅加深和鞏固了課堂知識(shí),而且還提高了自己獨(dú)立思維、動(dòng)手和創(chuàng)新的能力。另外,教師在授課過(guò)程中,將本學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的最新研究成果引入到教學(xué)中,也提升了自己的教學(xué)科研實(shí)力,為日后的教學(xué)科研工作奠定了基礎(chǔ)。
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(責(zé)任編輯 孫艷玲)
西南林業(yè)大學(xué)教育科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目——基于科研熱點(diǎn)與問(wèn)題導(dǎo)向的“植物生理學(xué)”多元化教學(xué)模式探究,項(xiàng)目編號(hào)zd201301;云南省高??萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“干熱河谷植物恢復(fù)”,項(xiàng)目編號(hào)501352;云南省高校教學(xué)名師項(xiàng)目“云南省云嶺教學(xué)名師培養(yǎng)”,項(xiàng)目編號(hào)515006062。