王鳳茹，客紹英

(河北農業(yè)大學 生命科學學院，河北 保定 071001)

2020年全國教育工作會議和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》為深化教育體制改革，更新教育教學觀念，提高人才培養(yǎng)水平指明了方向[1]。要推進高校的改革創(chuàng)新、科學發(fā)展，首先要改革課程體系和教學方法，培養(yǎng)學生的獨立思考、質疑權威、批判性思維和創(chuàng)新能力。我國的高等教育改革在不斷與國際教育改革接軌。2016年，中國成為《華盛頓協(xié)議》的正式會員，《華盛頓協(xié)議》成員國認證對象是教育機構的培養(yǎng)方案，強調的是教育理念和教學目標?！度A盛頓協(xié)議》的認證標準是“以成果輸出為導向”(OBE，outcome based education)，注重教育的“產出”質量，即大學本科畢業(yè)生離校時“有什么能力”“能做什么”“會做什么”[2]。

為適應國內、外的教育改革形勢，“植物生理學”課程不但要培養(yǎng)學生的獨立思考、質疑權威、批判性思維和創(chuàng)新能力，還要基于OBE教育理念，提高學生“產出”質量?；诖耍参锷韺W進行“模塊化”教授方式改革(圖1)，每個模塊具有不同的培養(yǎng)目標。①“植物生理學基本知識”模塊，利用雨課堂教授方式，教師講解結合學生自主學習，讓學生掌握植物生命活動規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關系，架好基礎理論與專業(yè)課的橋梁，同時培養(yǎng)學生自主學習的能力；②“植物生理學經典理論及諾貝爾獎理論”模塊，利用線上學生自主學習加教師點評教授模式，通過對經典理論發(fā)現歷程及具體實驗支持的展現，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、嚴謹的工作作風和良好的科研意識，提升學生專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質，通過線上學生自學加教師點評模式，拓展學生專業(yè)領域的廣度和深度，培養(yǎng)學生獨立思考問題和創(chuàng)新能力，為高精尖人才提供儲備；③“植物生理學被挑戰(zhàn)的經典理論及替代的新理論”模塊，線上提供具有挑戰(zhàn)經典理論的新發(fā)現的最新文獻，讓學生了解最新科研動態(tài)，培養(yǎng)學生質疑權威、批判性思維和創(chuàng)新能力；④“植物生理學中尚未解決的問題及探索”模塊，讓學生明白大自然的深奧，引導鼓勵學生探索奧秘，培養(yǎng)學生獨立思考和創(chuàng)新能力。

圖1 教學內容“模塊化”

一、植物生理學教學內容“模塊化”改革

(一)“基本知識”模塊

此模塊是植物生理學的基本知識，要求學生必須掌握，學習目標是掌握植物生命活動規(guī)律及其與外界環(huán)境相互關系，并能利用所學知識能動的促控植物生長發(fā)育。為達到此目標，我們將智慧教學工具——“雨課堂”融入“植物生理學”的教學中，實現“以學生為中心”的教學模式，提高教學質量。進行如下教授方式：

1.授課前1周工作，編寫每章學習目標和基本知識PPT，通過“雨課堂”平臺推送給學生。學生通過PPT了解學習目標和基本知識，配合植物生理學在線開放課程及各種網絡教學視頻。學生帶著問題有針對性地聽課，提高授課效果。

2.授課環(huán)節(jié)，教師利用“雨課堂”平臺概述章節(jié)基本知識點及講授重點和難點內容。學生對不懂的知識點可利用“不懂”按鈕進行標記，教師根據“不懂”知識點進行重點講授。然后根據知識點發(fā)布習題檢測學生學習情況，學生答題結果實時反饋，再根據答題結果有針對性地講解相關教學內容。最后，教師開啟雨課堂“彈幕”功能，與學生實時互動，讓學生發(fā)布自己的觀點和疑惑，教師與學生一起討論，達到基本知識人人掌握，完成學習目標。

(二)“經典理論及諾貝爾獎理論”模塊

經典學說相關研究方法及研究過程可培養(yǎng)學生科學的研究方法、嚴謹的治學態(tài)度，為國家提供高素質的科研后備力量和具有科學嚴謹作風的工作人員。

在這個模塊中為學生在線提供經典理論的發(fā)現歷程及研究方法，讓學生不但知道某個經典理論的內容，還要知道這個理論的內涵和精髓，知其“然”及其“所以然”，培養(yǎng)學生的研究和探索能力。

以光合作用為例，光合作用是植物生理學的重要內容，光合作用的機理隨著研究方法和手段的更新不斷的發(fā)展，但科學理論是在日積月累的試驗和大量數據的基礎上凝練而成，只有了解光合作用研究歷程才能對光合作用的機理具有深入的了解，同時也會對光合作用未知領域進行深入探索和研究。因此，通過大量原始文獻的查閱，把這些原始文獻在線提供到光合作用的機理模塊中，加深拓展學生的專業(yè)知識，為以后的專業(yè)方向打好牢固的理論基礎，為學生提供提出問題(科學思維)、解決問題(科學方法)及總結歸納(理論的形成)的典型例證。具體如下：

此模塊下包含“光合作用經典理論”模塊和“光合作用諾貝爾獎理論”2個模塊，每個模塊下又有多個具體理論模塊。如下：

1.“光合作用經典理論”模塊。此模塊包含11個小模塊，不僅展現了光合作用機理的研究歷史，同時通過原始文獻提供了當時的研究方法及手段，供學生批判式接受經典理論：①柳條試驗，包含試驗內容和方法，結論，及點評。實驗內容和方法：2.3千克柳枝種后5年，重量為169千克，土壤只減少0.76千克；實驗結論：柳樹所增加的165.94千克是從水中得來的；點評：他的實驗是正確的，可惜結論是錯誤的。后面模塊均包含詳細試驗方法、結論及點評，不再贅述。②薄荷實驗。③鐘罩實驗。④英根豪實驗。⑤塞尼比化學分析實驗。⑥索修爾定量分析實驗。⑦李比希的礦物質營養(yǎng)說。⑧“氣泡計量法”和“半葉法”。⑨季米里亞捷夫的紅光實驗。⑩好氧性細菌實驗和希爾實驗模塊等[3-8]。

2.“光合作用諾貝爾獎理論”模塊。此模塊把每個與光合作用相關的獲得諾貝爾獎的理論設為小模塊，拓展學生的專業(yè)深度和廣度，培養(yǎng)學生敢于探索和創(chuàng)新能力。諾貝爾獎是科學研究中最杰出成就的象征。迄今為止，與植物生理學內容相關的諾貝爾獎有很多，與光合作用相關的有8個之多[9-11]，每個諾獎模塊都附具體研究過程，并讓學生自己查閱相關文獻，體驗科學最高獎項的發(fā)現歷程。①1915年諾貝爾化學獎：德國化學家Richard M.Willstatter發(fā)現葉綠體的晶體結構、發(fā)明植物色素提取方法，明確了葉綠素a和葉綠素b的存在比例。②1930年諾貝爾化學獎：德國化學家Hans Fischer確定了葉綠素的結構，證實葉綠素和血紅素在化學結構上的相似之處。③1961年諾貝爾化學獎：美國生物學家Melvin Calvin發(fā)現二氧化碳同化途徑“卡爾文循環(huán)”。④1965年諾貝爾化學獎：美國化學家Robert Burns Woodward合成甾醇和葉綠素等復雜有機化合物方面的貢獻。⑤1978年諾貝爾化學獎：英國生物學家Peter Dennis Mitchill提出化學滲透假說解釋光合和氧化磷酸化的作用機制。⑥1988年諾貝爾化學獎：德國3位科學家闡明紫色光合細菌反應中心空間結構，使得人們認識到光合作用中光能的吸收、傳遞和轉化機制。⑦1992年諾貝爾化學獎：美國化學家Rudolph Arthur Marcus闡明光合作用和呼吸作用的電子傳遞機制。⑧1997年諾貝爾化學獎：3位科學家在ATP酶方面的研究，生物產生能量的方法及能量在離子跨膜轉運中的作用機制。

(三)“被挑戰(zhàn)的經典理論及替代的新理論”模塊

從內涵上來講，“植物生理學”課程是一門發(fā)展的課程，隨著人類對植物生命活動的探知而不斷發(fā)展，因此新發(fā)現、新理論不斷涌現，甚至出現否定植物生理學經典理論的新學說，因此該課程還培養(yǎng)學生了解掌握國內外植物科學研究的動態(tài)科學意識、創(chuàng)新意識和敢于挑戰(zhàn)權威的科研精神。

國內外植物生理學教材傳承了幾十年的3種運輸K離子不同載體結構模式圖如圖1，“通道”和“泵”的概念是：根據電化學式梯度，離子通道介導快速和被動“下坡”運輸，離子泵介導緩慢和主動“爬坡”運輸，被認為是完全不同的分離并置實體。然而2017年，美國研究人員在Nature雜志發(fā)表的文章對這個長期存在的理論致命一擊，認為K轉運結構里，通道和泵超家族成員聚集組成一個大復合體，共同行使主動運輸，一個“泵樣”亞單位制造能力輸入，一個“通道樣”亞單位的功能被重新定義為主動運輸執(zhí)行者。新理論是通道樣亞基閘門與泵樣亞基相連互作，控制整個通道的開開合合，而不是獨立存在的兩種形式，重新定義了“泵”和“通道”概念(圖2)[12]。

注：A：傳統(tǒng)的離子“通道”和“泵”是單獨存在的獨立個體的模式圖；B：2017年Nature雜志發(fā)表的“通道”和“泵”是一種復合體的模式圖。

通過這樣的對比，學生具備勇于探索、敢于挑戰(zhàn)經典和權威的務實精神，具備科學研究發(fā)現新理論的潛能。

(四)“尚未解決的問題及探索”模塊

從發(fā)展的眼光看，植物生理學無比深奧，還有很多未知的領域需要我們去探索和發(fā)現，發(fā)現這些未知問題，并鼓勵學生努力去解決，拓展學生專業(yè)領域的廣度和深度、提升專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質。例如光合作用是植物生理學中的重要內容，雖然人類已了解了光合作用的機理，但還有很多問題需要去探索和研究，人類必須通過進食植物或動物等方式獲取能量，但全球糧食危機日益加深。如果人類也可以通過光合作用維持生存，就可以緩解人類的生存危機。那么人類是否可以使我們的身體像植物一樣，從太陽能中獲取食物呢？海兔和海底蝸牛這兩種動物均可以竊取藻類植物的光合作用的“加工廠”-葉綠體，竊取來的葉綠體分布在消化道內，可以在近6個月的時間內不用進食而是靠葉綠體進行光合作用為自己提供能量，因此動物也可以“活得像個植物”(圖3)。但海底蝸牛和海兔如何使用葉綠體進行光合作用仍然是一個謎團[13-14]。以現有的知識還不能破解這個謎團，但學生通過查閱文獻不斷進行探索和思考，既可以培養(yǎng)學生的科研興趣還可以培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

注：A：海兔；B：海底蝸牛。

二、“植物生理學”教授方式“對話式”改革

目前，我國各高校新型在線開放課程和學習平臺(華文慕課、愛課程、Coursera、智慧樹、學堂在線等等)迅速興起，拓展了教學時空，擴大了優(yōu)質教育資源受益面，也給高等教育教學改革發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。學生可接受知識的平臺和手段不斷豐富，再按照傳統(tǒng)的灌輸式教學方法顯然已不能滿足新型人才培養(yǎng)的需要，因此“對話式”教學應是教師教學改革的目標，不僅可培養(yǎng)學生獨立思考能力，更能增強其批判式思維?；诖?，對教師的專業(yè)知識和解決問題的能力要求也更高。

(一)對話式課堂需要教師不斷提高專業(yè)知識水平

“對話式”課堂不是“問答式”教學，“對話式”體現的是平等主體間的對話，學生和教師在各自觀點的基礎上進行平等的對話。學生擁有自己的觀點，教師面對學生各種觀點，若自身專業(yè)知識水平不夠，很難在與學生交流時讓學生感到有所領悟和提高。

(二)對話式課堂需要教師更新教育理念

“對話式”教學的理念具有以下特點：①智識共享，在“對話式”教學中，每位學生具有各自的個性、情感和人生體驗，因此學生從自己對世界的獨特感受和方式表達自己獨特的理解和認知，通過這種對話，形成教師和學生間的智識共享，雙方均能實現知識的增長和拓展。②互相理解，“對話式”課堂的教學目標一定是教學主體間通過闡述各自觀點，促進教師和學生的相互理解，實現教學相長。③平等交流，對話式教學以平等為基本前提，教師通過自己多年知識和人生體驗的積累引導學生利用各種智慧教學平臺學習知識，然后通過對話式交流培養(yǎng)學生的獨立思維能力、鍛煉學生清晰表達能力，同時，教師一方一定要具有虛心包容的基本素質，才能與課程改革理念相符[15]。

三、結束語

“植物生理學”課程教學內容“模塊化”為教學課堂“對話式”提供了基礎：“基本知識”“經典理論及諾貝爾獎理論”“被挑戰(zhàn)的經典理論及替代的新理論”“尚未解決的問題及探索”4個教學模塊層層遞進，讓學生從“最基本的知識”認知開始，通過“經典理論和諾貝爾獎理論”的“對話式”交流，不但培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題能力，還逐漸形成自己的觀點。“被挑戰(zhàn)的經典理論及替代的新理論”和“尚未解決的問題及探索”模塊重點突出學生的主觀參與意識，與教師“平等對話”，體現學生批判式思維和創(chuàng)新意識，在此基礎上，兩個教學主體(教師和學生)查資料、創(chuàng)新知、構建創(chuàng)新性課程改革形式。