“植物生理学”课程教学改革的探讨

郑 元 赵 芬 马焕成

(1.西南林业大学林学院，昆明 650224；2.西南林业大学人事处，昆明 650224)

“植物生理学”课程教学改革的探讨

郑 元1赵 芬2马焕成1

(1.西南林业大学林学院，昆明 650224；2.西南林业大学人事处，昆明 650224)

对新形势下农林院校“植物生理学”课程的传统教学进行了改革创新。在教学内容上，采取下面2种方式对教学内容进行了更新：①增加学科前沿内容，解读重要研究成果；②融合专业知识体系，渗透学科交叉思维模式。在教学方法上，采取下面5种方式对教学方法进行了优化：①制作生动形象的多媒体课件，帮助学生更好地理解抽象的机理知识；②介绍科学家探索科学的研究思路，激发学生主动学习的兴趣；③发挥科学史实和学科发展的人文教育功能，培养学生的科学素质与人文素质；④采用“假说”的教学方法，培养学生的创新思维方式；⑤注重植物生理学知识在生产实践中的应用，提高学生的实践应用能力。通过对“植物生理学”课程的优化与改进，全面提升了学生的综合素质与实践能力，对应用型创新人才的培养具有重要的战略意义。

学科前沿；学科交叉；人文教育；教学方法；植物生理学

“把教育资源配置和学校工作重点集中到强化教学环节、提高教育质量上来”是《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》提出的政策性要求之一，十八大报告中更明确指出，全面实施素质教育，深化教育领域综合改革，着力提高教育质量，培养学生创新精神。高校作为以“人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新”为主要职能的高等教育机构，肩负着教育强国的重要责任和历史使命。而提升高等教育质量的主渠道是有效地提高大学课堂的教学质量。因此，构建科学合理的学科知识体系，激发学生强烈的学习兴趣，是大学课堂教学质量的根本[1]。教师应根据课程的基本知识点，改变陈旧的教学理念与教学方法，不断更新教学内容、优化教学方法，将理论知识的前沿性研究成果和实践经验介绍给学生，让学生在拓宽知识面的同时，了解课程的知识源头并学习隐藏在基本理论知识背后的科学思维方式，充分发挥教师主导、学生主体的作用[2]。

植物生理学是生命科学的重要分支学科，它广泛应用于农业、林业、工业、医药、国防等领域，在解决食物、能源、资源、环境和人口等5大世界性难题方面发挥着不可替代的作用[3]。而“植物生理学”课程作为农林、师范、综合院校中农学、林学、植物保护、园林、园艺、资源环境、食品科学、生物技术、化学生物学等专业的必修课程，对提高大学生的科学素质和实践能力起到了十分重要的作用[4-5]。

一、“植物生理学”课程教学存在的问题

由于“植物生理学”课程存在着教学学时严重缩减、教学内容陈旧、教学方法落后、授课形式单调等一系列问题，致使学生对该门课程的认知不明确、学习兴趣和积极性缺乏。同时，许多高校教师对教学工作越来越不重视，过分专注于申请科研项目和参加科研评奖活动，尤其是当教学工作与科研工作在时间上发生冲突时，往往会牺牲教学工作，导致教学质量逐年下降。因此，如何通过“以科研促进教学、以教学推动科研”的思维方式，提高“植物生理学”课程课堂教学质量，培养高等教育新常态下的创新型人才，是“植物生理学”课程教学改革所面临的新课题。

二、“植物生理学”课程教学改革的探索

(一)课程教学内容的更新

为了充分体现“植物生理学”课程教学内容的研究性、前沿性，笔者精心选择和设计了新的教学内容。通过在不同章节中增补学科最新动态或科研热点内容，以及融入相关交叉学科的知识和技术，不仅丰富了“植物生理学”课程的教学信息量，而且培养了学生的创新思维能力，也为教师的科研工作提供了新思路。

1.增加学科前沿知识，解读重要研究成果

在“植物生理学”课程教学过程中，授课教师要始终跟踪国内外学科前沿问题，及时向学生讲授最新的研究方向和研究成果，使学生了解“植物生理学”课程发展的前沿动态。例如，在讲授植物光合作用的3种碳同化类型时，笔者新增了关于光合途径转变的内容，说明大多数植物系C3植物、C4植物都是由C3植物进化而来，一些C3植物具有某些C4植物光合特征，而某些C4植物在特定发育阶段又具有C3植物的分化特征，这表明C3和C4植物的光合特征具有极大的可塑性[6-8]，因此将C4植物(玉米、高粱等)的光合固碳羧化酶(PEPCase)目的基因转入到C3植物(水稻、小麦等)中是培育高光效、高产量作物品种的一种新技术[9-11]。在讲到植物内源激素运输机制时，笔者向学生重点阐述生长素具有极性运输特点，生长素的极性运输能够特异性地调节植物胚胎发育、花分生组织形成、侧根建成、向性运动等诸多生理进程，生长素输入载体(AUX1蛋白)与输出载体(PIN蛋白家族)在细胞膜上的非对称性分布是生长素极性运输的重要调控机制[12]。通过解读这些最新研究成果，不仅使学生了解了国内外植物生理学的前沿研究问题，而且还加深了学生对光合生理机制、物质运输机理等内容的理解。

2.融合专业知识，渗透交叉学科内容

在教学过程中融入分子生物学、细胞生物学、植物学、生理生态学等学科的知识和技术，使不同专业、不同学科的内容融会贯通。比如，学生先通过“植物学”课程掌握了植物纷繁有序的根系结构、气孔分布、输导组织等理论知识，然后在“植物生理学”课堂上进一步学习不同器官、组织、细胞的形态结构与水分代谢、矿质吸收、光合作用、有机物运输等生理功能的相关性知识，以及对不同逆境胁迫的适应机制等内容。再比如，学生在“生物化学”课堂上所学的卡尔文循环、糖酵解-三羧酸循环等生化知识，有助于其深刻理解“植物生理学”课程中植物的光合作用和呼吸作用[13]。在讲授植物的水分代谢时，笔者将“热力学”课程的内容引入到“植物生理学”课程中，从“自由能→化学势→水势”等方面阐明水分在植物体内的运动机理；在讲授植物的光合作用时，将生物学、物理化学、分析化学等学科的知识渗透到“植物生理学”课程中，并讲述学科交叉在光合电子传递、光合磷酸化、光合作用高能态、卡尔文循环等领域取得的研究成果；在讲授植物的细胞信号转导时，引入物理学的电信号概念，说明植物为了响应复杂的环境变化，既需要专一的化学信息传递，又需要快速的电波传递[3]。通过这些交叉学科知识的引入，不仅拓展了学生的思路，突破了专业的局限性，而且融合了不同专业、不同学科的知识。

(二)课程教学方法的优化

为了改变传统教学中学生被动学习的习惯，笔者针对“植物生理学”课程的特点，对“植物生理学”课程教学方法进行了5个方面的优化。

1.制作多媒体课件，帮助学生更好地理解抽象的知识

“植物生理学”课程教学内容包含许多植物生命代谢进程的内容，在教学过程中学生对这些微观领域的知识很难理解，并经常质疑其代谢机理是否合理[14]。为了帮助学生更好地理解抽象的机理知识，笔者通过图片、动画、视频等手段，制作了大量生动形象的多媒体课件，使授课内容直观清晰，克服了抽象教学的难题。例如，在讲解细胞信号的跨膜转换机理时，通过精美的图片和趣味的动画，展示了“胞外信号-受体-胞内信号”的跨膜信号转换途径和级联放大效应，以及Ca2+、肌醇三磷酸(IP3)、二酰甘油(DG)、环腺苷一磷酸(cAMP)等第二信使的信号转导机理。

2.介绍科学家的研究思路，激发学生学习的兴趣

“植物生理学”课程的知识大多源于前人不断探索研究得出的结论，因此笔者在介绍相关知识内容时，还应重点介绍科学家当时的研究思路与研究方法，激发学生学习的兴趣。例如，在讲授植物呼吸作用时，笔者介绍了我国植物生理学奠基人之一——汤佩松在呼吸代谢方面精辟的研究思路与巧妙的研究方法。汤佩松在哈佛大学工作期间，国外学者利用离体的酵母或动物组织匀浆寻找细胞“呼吸酶”和细胞色素氧化酶，但对此二者是否属于同一种酶一直争论不休，他巧妙地改用整体的羽扇豆幼苗材料，运用一氧化碳在暗中抑制氧的吸收而在光下又能消除这种抑制的特性，首次在高等植物体内发现并证明了“呼吸酶”就是细胞色素氧化酶的事实。回国到武汉大学任教后，汤佩松进一步以完整、正常的生命活动系统(分裂中的受精卵、萌发中的种子、植物幼苗)为对象，采用生物化学、生物物理实验技术，研究物质形态变化和能量变化之间的关系，开创了“细胞呼吸动力学”新的研究方向。此后他又系统研究了水稻幼苗的呼吸代谢，证明了水稻中存在糖酵解、磷酸戊糖循环、三羧酸循环、乙醛酸循环等途径，首次发现植物体内即使同一种呼吸代谢都有多条途径。同时，基于呼吸代谢的一系列研究成果，汤佩松提出了“湿润育秧法”，为水稻生产做出了重要贡献[15]。通过介绍科学家独树一帜的研究思路与方法，培养学生勤于思考的品德，激发学生主动学习的兴趣。

3.发挥科学史和学科发展史的人文教育功能，培养学生的科学和人文素养

在“植物生理学”课程教学中，教师传授科学知识的同时，也要注重发挥科学史和学科发展的人文教育功能，这样既扩大了学生的知识面，又使其人文精神得以熏陶[16]。为此，笔者收集整理了大量植物生理学史料，引导学生探究“植物生理学”课程的历史渊源和发展历程，从而培养学生的科学和人文素质。比如，向学生介绍植物生长素的发现历程，在生物科学史上植物生长素的发现历程具有典型的代表性，从1880年英国的达尔文父子利用燕麦的胚芽鞘进行向光性实验开始，到1934年荷兰的科戈等人从人尿、根霉、麦芽中分离并纯化出吲哚乙酸为止，前后历时几十年，由几代科学家通过设计一系列巧妙的科学实验共同完成。通过讲授这些科学史和学科发展历程，使学生了解一个学科从孕育之初到发展壮大的艰难历程，有助于培养学生对科学坚韧不拔的探索精神与持久毅力。

4.运用“假说”开展教学活动，培养学生的创新思维

科学发展永无止境，目前人们尚无法彻底清楚地了解植物生命活动的全部本质，对很多问题的认识水平仍然处于推理或假说阶段。所谓“假说”是人们在已有研究基础上，对还未认识的植物生命活动的内在联系做出理性预测或逻辑推理，它既可用来解释生命现象，又可进一步探索生命本质，并通过不断发展和完善的新实验验证其真伪[17]。如用K+积累假说、淀粉与糖转化假说解释气孔运动机理，用化学渗透假说解释光合磷酸化及氧化磷酸化机理，用压力流动假说解释有机物运输机理，用酸生长假说解释生长素促进生长机理，用成花素假说解释光周期诱导开花机理，用营养亏缺假说、激素调控假说、自由基衰老假说解释衰老机理，用膜伤害假说、硫氢基假说解释逆境伤害机理等。从一定意义上讲，植物生理学就是由一系列“假说”串联起来的科学体系，如果忽视“假说”会导致“植物生理学”课程教学的系统性和逻辑性受到严重影响[17]。因此，在“植物生理学”课堂上教师只有合理运用“假说”开展教学活动，讲解“假说”存在的问题和合理性，并对“假说”发表自己的观点，才能有效地解决教学难点问题，培养学生的创新思维能力。

5.注重植物生理学知识的实践应用，培养学生的实践应用能力

植物生理学是一门理论联系实际的应用型学科，其研究取得的每一项重要成就都使农林生产技术发生重大变革，因此在“植物生理学”课程教学中应重点介绍植物生理学知识在生产、生活等领域的实际应用，提高学生的实践应用能力。比如，学生在了解了硅是水稻健康生长的必需元素后，就对水稻进行了施硅肥操作，这不仅提高了水稻对水分和养分的吸收量，而且也提高了水稻的抗旱和抗倒伏能力。由此可见，教师在授课过程中应重点介绍植物生理学知识在相关研究领域的实践应用，从而提高学生的实践应用能力。

三、“植物生理学”课程教学改革的效果

在2013-2015学年，笔者对“植物生理学”课程进行了改革，学生对该门课程的满意度不断提高，越来越多的学生对“植物生理学”课程表现出浓厚的学习热情。他们积极参加课程组教师的相关科研课题，并在教师的指导下，完成毕业论文，申报大学生科技创新基金。通过这一过程的锻炼，学生不仅加深和巩固了课堂知识，而且还提高了自己独立思维、动手和创新的能力。另外，教师在授课过程中，将本学科及相关学科的最新研究成果引入到教学中，也提升了自己的教学科研实力，为日后的教学科研工作奠定了基础。

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[14]贾晓梅.地方高校“植物生理学”课程教学改革探索[J].安徽农业科学，2012，40(11)：6883-6884.

[15]梁峥，许亦农.植物生理学大师汤佩松[J].植物学通报，2000，17(1)：90-91.

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[17]罗通，邓骛远.“植物生理学”课程的“假说”教学探索[J].宜宾学院学报，2012(6)：1-3.

(责任编辑 孙艳玲)

西南林业大学教育科学研究重点项目——基于科研热点与问题导向的“植物生理学”多元化教学模式探究，项目编号zd201301；云南省高校科技创新团队项目“干热河谷植物恢复”，项目编号501352；云南省高校教学名师项目“云南省云岭教学名师培养”，项目编号515006062。