面向农业绿色发展的植物营养学课程建设

张俊伶 黄成东 程凌云 李晓林

摘  要：现代农业正在实现从数量型向质量型发展的转变，协同实现粮食安全、资源高效和环境保护是农业可持续发展的目标。如何满足新农科建设对人才培养目标多元化及高水平创新人才的需求，是农业资源与环境一级学科面临的重大挑战。植物营养学课程在植物营养、土壤和肥料等行业人才培养方面起着积极的推动作用，为进一步适应新时期人才培养模式，急需深化植物营养课程教学改革。文章以植物营养学教学为例，围绕知识创新性和综合应用专业知识的能力培养目标，从教学内容和教学方式上，提出案例式教学、理论结合实践、前沿结合经典和国内国外结合教学等，从纵向和横向上打通各个知识环节，形成有机的整体，同时加强课程思政的教学设计。在教学环节中通过引入翻转课堂，以学生为中心，充分调动学生积极性，激发学生自主学习的兴趣，培养主动探索创新的精神。在课程考核上，实现多样化、多层次和多途径灵活的考核方式，教学相长，为农业绿色发展培养高水平高素质人才夯实基础。

关键词：创新型人才;农业绿色发展;培养模式优化;植物营养;课程建设

中图分类号：G640       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）20-0001-05

Abstract： Modern agriculture is transforming from a quantity-based development to a quality-based development. The goal of sustainable agricultural development is the synergistic realization of food security， high resource efficiency， and environmental protection. One of the major challenges in the first-level discipline of agricultural resources and the environment is meeting the need for new agricultural sciences to train highly-creative and diversely talented people. The course of Plant Nutritioncourse plays an active role in promoting talents training in plant nutrition， soil， and fertilizer industries. To further adapt to the new era of the professional talent training program， it is vital to deepen the education reform of plant nutrition courses. This article takes the education of Plant Nutrition as an example and encompasses the aim of training the ability of knowledge innovation and integrative application， proposes a case-based teaching approach， the teaching approach of combining theory-practice，advances and classics， and both abroad and domestic progresses in terms of teaching content and teaching methods. Mainly， through applying the flipped classroom approach， the students are the center of the course， and they are motivated and inspired. By doing so， we aim to foster the capacity of creativity and exploration of the students. We aim to integrate all knowledge linkages both vertically and horizontally. Finally the course assessment is a combination of flexible approaches by means of diversified， multiple layers and multiple approaches， and the professors and students learn from each other. The ultimate goal is to build a solid foundation for cultivating highly-competent talents for agricultural green development.

Keywords： innovation talents; agricultural green development; training mode optimization; plant nutrition; course construction

高等農林教育人才培养体系要实现多层次、多类型、多样化[1];培养懂农业、爱农村、爱农民的一流农林人才，为乡村振兴发展和生态文明建设提供强有力的人才支撑[2]，由此掀起了高等农林教育的质量革命。在新形势下如何满足“双一流”建设对人才培养目标多元化及高水平创新人才的需求，构建新型的课程教学体系成为农林院校人才培养的重大挑战。

植物营养学课程作为高等农业院校农业资源与环境一级学科下设的主干课程，在培养植物营养、土壤和肥料等行业领域人才方面起着重要作用。当前我国农业发展面临重大转型，从过去资源高耗、单纯追求产量转向资源高效、环境友好和高品质。如何在乡村振兴和生态文明中发挥力量，推动农业绿色发展，于是便对新时期植物营养学课程内容和教学方式提出了新要求。因此，调整和优化植物营养课程教学内容，丰富教学方法和教学手段，聚焦能“顶天立地”的高水平人才培养，是植物营养学课程教学团队的任务和目标。

近年来，我们在植物营养学课程教学中进行了一系列改革尝试，围绕教学内容和教学方式，实现“以学生为中心”的新范式[3]，提出案例式教学、理论+实践教学等，尤其是在教学环节中引入翻转课堂，形成教学相长的互补模式;同时通过教学方式的多元化，从纵向和横向上打通各个知识环节。另外，通过课程考核的多样化，打破“一锤定音”的考试模式。这些创新举措的目的是实现人才培养多元化，使学生在兼顾学习课堂知识的同时，全面提升学生思维能力和创新能力，即提升提出问题、发现问题与解决问题的能力，增强学生求知欲，培养学生自主学习的兴趣，提高学生的综合素质，为创新能力的培养夯实基础。

一、植物营养学课程的特点及内容

植物营养学是生命科学领域农业资源与环境一级学科资源与环境科学相关专业的一门重要的核心专业基础课程。植物营养学包括植物营养基础理论与肥料的知识[4]。课程以高等植物矿质养分为核心，由植物营养原理和肥料两大部分组成。植物营养原理部分的主要內容包括： 植物营养元素的营养功能;植物对养分的吸收以及养分在体内的运输和分配;矿质营养与植物生长、产量和品质的关系和植物营养性状的遗传学特性等。土壤养分部分主要讨论土壤中养分的含量、形态以及养分在土壤中的转化、养分生物有效性、植物对逆境的适应性机理等。肥料与施肥部分的主要内容包括： 有机肥和化肥、新型肥料、生物肥料的种类和性质，肥料进入土壤后的行为与去向，以及科学合理施肥的原则和技术。课程目标包括两个方面：一方面，学生需要在矿质营养学说的基础上，掌握各种矿质营养元素的生理功能及作用机制，以及其与植物生长、产量和品质的关系;掌握养分吸收和运输的生理和分子过程;理解作物与土壤的相互作用，以及植物对逆境的适应性等;另一方面，在理解植物营养基础理论的基础上，了解各种化肥和有机肥的种类和性质，以及其进入土壤后的行为和去向，同时需要理解新型肥料的种类和性质，掌握科学合理施肥的基本原则和技术。

由上可以看出，植物营养学课程具有两大主要特点：一方面，在课程内容上，植物营养的理论知识与生产实践和生态环境紧密相关。例如，在农业生产中由于管理不善，大田作物经常出现典型缺素或者中毒症状。相应的矫正缺素和减少毒害的措施和途径等，均与作物健康和农产品品质紧密相关。在农田生态系统中，化肥在提供作物所需养分时，如果不能被植物吸收利用，则会进入环境中引发系列的环境问题，例如过量施用磷肥导致水体富营养化;氮肥过量施用导致土壤酸化、氮沉降等。因此，要考虑如何提高农田养分利用效率，认识到守护青山绿水，保护生态环境与植物营养息息相关。在自然生态系统中，一些适应胁迫环境的植物通常出现一些特有的生理生态的适应性特征等，例如白羽扇豆排根、沙漠禾本科植物的根鞘等，这些与植物营养相关的形态、生理和生态学特征对理解作物对逆境的适应性非常重要。另一方面，肥料学的知识内容与产业发展紧密相关。学生在掌握肥料基本性质的同时，还需了解肥料生产过程及产业动态，才能真正做到和生产实践紧密结合。基于植物营养学课程内容的两大特点，要求学生在学习的过程中，在掌握基础理论的基础上，还需了解国内和国际最新进展和动态，掌握前沿理论，了解行业的动态变化。同时，这门课程具有很强的应用性，能培养学生发现问题、思考问题、解决复杂问题并进行科学思维的能力，这些能力的培养还需和其他学科包括生态学、环境科学和土壤学等学科进行交叉。因此，基于该课程特点，发展多样化、多维度以及多层次的教学体系和教学方式变得尤为迫切。

二、植物营养学教学创新理念和思路

在多年的教学过程，我们形成了植物营养学教学创新思路和理念，即授人以鱼不如授人以渔，把打开知识宝库的钥匙交给学生，启迪智慧;培养学生自主学习、自我探索和自我创新的能力。具体表现在以下几个方面： （1）坚持课程价值观引领，在课程内容上引导学生瞄准我国农业发展的需求和目标，启迪学生对科学知识的探索精神。（2）丰富知识内涵，与产业发展紧密结合。多学科交叉融合，实现理论和实践的紧密结合。本课程的最大特点是营养理论与生产实践紧密结合，从“营养理论-肥料-健康食物-健康人类”全链条，打通各个环节，多学科交叉创新。（3）实现“以学生为中心”的新范式，多途径教学相长，培养具备全球视野和行业创新能力的人才。提出案例式教学、翻转课堂等，提高学生自主学习的兴趣，培养学生解决问题的综合能力。（4）实现人才培养多元化，全面提升学生思维能力和创新能力，增强学生求知欲，提高综合素质，为创新和创业能力培养夯实基础。（5）学以致用，加强“三农”情怀培养。通过具体分析生产中植物营养的问题，鼓励学生学以致用，服务“三农”。

三、植物营养学课程改革的优化方案

在农业绿色发展时期，为构建多层次、多类型、多样化的培养体系，培养高水平人才，植物营养学需要从以下四个方面加强课程体系建设：（1）拓宽和丰富知识内涵和内容;（2）与产业发展紧密结合;（3）多学科知识的交叉融合;（4）多途径教学相长。针对以上的建设目标，我们依据多年的实际教学经验，提出以下四种具体的优化方案。

（一）课程教学体系的优化和更新

以往的植物营养注重营养元素的生理功能，偏重营养元素对植物生长的影响，对营养元素的分子机制、营养品质关注不够。随着分子生物学的快速发展，营养元素代谢过程的分子机理不断更新，元素间的相互作用以及复杂的分子网络调控机制等不断被揭示，这部分内容亟待更新。在内容更新的同时，还需适当考虑和把握每个知识点的深度和广度，因为植物营养需要分子生物学和植物生理学等课程内容作为储备知识，所以在讲授植物对矿质元素的吸收、同化和调控等的知识点时需要深入浅出。此外，一些与课程内容相关的新问题、新现象和新理论也需及时补充，体现知识的前沿性，让学生了解学科新动态，适应学科发展新动向，拓宽学生个性发展空间，完善其知识体系，培养学生求知创新探索的精神和能力。与此同时，新兴的研究方法和手段也促进了植物营养学的发展。以根际微生物为例，由于研究方法的限制，之前的根际微生物仅关注根际微生物的数量，对其组成和功能的讲解不多。随着研究手段和技术的不断突破，根际微生物多样性、群落结构和功能成为当前生物学领域研究的热点和前沿。在课堂上，除了在理论上重新认识根际微生物组对植物营养和植物健康的作用外，还需结合实际生产中存在的误区，引导学生正确理解当前市场热销的新型生物肥料，探讨其在实际生产中应用的可行性和局限性。再例如，由于大量元素的过度使用，其他元素尤其是中微量元素的重要性日益凸显，有益元素如硅和硒，均与作物产量和品质形成密切相关，且已在生产实践中得到大量应用，但有益元素的施用也有一定的条件性，和土壤类型、施用量等有关。由上可知，全方位深化和完善课程内容，成为新时期植物营养教学的重要内容。

（二）多学科知识交叉融合

植物营养学课程内容充分体现了多学科交叉，这是因为营养元素的地球生物化学循环不仅发生在土壤-植物界面，还在不同系统如种植业和养殖业，土壤和大气、水等之间发生转化和循环，同时作物生产和绿色食品以及人体健康密切相关。因此，课程需要整合多种教学资源，从多维度多个学科知识点视角，丰富课程内涵，拓展思路，形成新的教学知识体系。以肥料为例，当前市场上肥料种类繁多，包括有机和无机肥料、植物源和非植物源肥、复合和单质肥料等，肥料成分复杂，包含多种附加成分，而肥料产品与肥料加工过程紧密相关，如何将这些知识系统贯穿起来，需要多学科知識的融合，并且要与行业发展紧密结合。

（三）注重案例和实践教学

植物营养学是一门理论和实践紧密结合的课程。课堂上的理论只有运用到生产实践中，才能充分发挥其作用，并且进一步加深对理论的理解和在实践中的应用。发现问题、提出问题、解决问题的探究式教学更有利于激发学生的创新意识和探索精神，能够培养学生独立解决问题的能力。植物营养学非常适合案例和实践教学。以来源于生产实践中的缺素症状为例，其内容涵盖植物营养基础理论和肥料等各个部分内容，包括元素的营养功能、元素缺乏症的正确诊断、矫正的方法、合理肥料的选择和施肥技术等。例如，在讲磷的营养功能时，结合饮食结构中粗粮比例的变化，引出磷与微量元素的互作引发大家关注食品品质的问题，进一步引导学生思考基于哪些植物营养和肥料理论知识可以解决这样的问题，使课程的讲授内容与“问题来源于生产，理论技术服务于生产中的问题”有机契合。而肥料作为产品，对其的讲解涉及植物营养吸收和调控过程，国内和国际市场肥料产业发展、肥料生产工艺与技术等。如何将这些交叉的元素融入课程内容中，让学生能学以致用，将所学的基础理论和生产实际结合起来，是对教师的极大挑战。同时，为进一步配合理论教学，还需同步开设试验课程，让学生们不仅在课堂上获取知识，同时通过实际的操作、分析等，从直观上观察到课堂上讲到的营养缺乏和过量症状，可以巩固学生对课堂知识内容的理解，实现知识的融会贯通。

（四）利用翻转课堂，拓宽学生知识面，提高学生自主学习的兴趣

之前的教学内容多以“教师教、学生听”的方式进行，课堂气氛相对沉闷，学生们活跃度不高。转动/翻转课堂[5]，则以学生自主学习为主，教师适当引导和指导，加强师生互动，教学不再是单向的模式，而是双向互动开放的过程，课堂上气氛活跃，思想不断碰撞。在课程学习的过程中，先列出相应的知识点，引导学生查找资料、整合分析知识，然后以PPT结合读书报告的形式进行内容展示和研讨，目的是增加知识点的广度和深度。教师则帮助学生甄选、分析讲解内容。在此过程中，学生通过课后自主学习，锻炼系统归纳知识的能力;同时，加强师生之间的互动，以及学生之间的合作与交流，提升学生解决问题的能力。另外，学生在讲解的过程中，口头表达能力得到锻炼。这种换位的方式极大地增强了师生之间的同理心，发挥了学生的主观能动性，也深化了学生对知识点的理解。例如，在设置微量元素营养功能专题后，学生们不再仅仅从单个元素进行讲解，而是打破课程的顺序，从微量元素与功能，包括光合作用、呼吸作用和生殖生长功能作用等方面进行穿插讲解，这样从横向、纵向轴上对微量元素的功能进行了系统梳理，深化了知识内容。

（五）构建信息交流平台

当前信息化高度发达，新的教学模式和资源不断涌现。在书本教材之外，学生们还可以通过相关视频和网站等互联网获取信息。“互联网+ ”时代的特点是信息的开放性、内容的包容性、过程的交互性等，它突破了教师作为知识唯一来源的模式[6]。与之相应的，教师的功能是帮助学生甄别信息的可靠性、前沿性，满足不同层次学生的学习要求，因此信息交流平台的构建就非常重要。教师可以通过和学生一起学习知识内容，并进行深入分析，提高学生对前沿知识和经典内容的认知。这种互联网信息交流的即时性和便捷性，极大地提高了老师和学生的交流效率和学生的学习效率，扩大了书本知识的外延。

（六）加强课程思政的教学设计

植物营养课程的特点是理论和实践的紧密结合，因此思政建设基本贯穿于整个教学过程。一方面，学生可了解科技创新的力量，掌握科技在植物营养经典理论发展过程中的作用，了解当前国际前沿理论和技术创新;另一方面，理论还需和生产实践紧密结合，通过解决我国农业发展的问题，培养学生发现问题、分析问题和解决实际生产问题的能力。课程思政教育内容包括以下四个维度：以历史为主线，结合植物营养学发展史，说明植物营养在农业发展和人类社会发展中的贡献、存在问题及解决方案;以国家需求为目标，结合国家粮食安全、绿色发展的目标，讲解植物营养在过去几十年解决温饱问题中的重要性，在当代农业变革中的作用，以及未来现代农业发展中的贡献;以全球植物营养科技发展创新为标杆，追踪国际前沿，站在科技创新制高点，鼓励学生了解植物营养领域前沿科技创新，培养学生探索精神和创新能力;以科学家的情怀和奋斗史为榜样，结合几代植物营养人解决我国粮食安全和全球农业问题的情怀和奋斗精神，讲述全球农业的中国榜样故事，开展红色基因传承教育，培养学生“三农”情怀，为国家农业绿色发展和乡村振兴贡献力量。

四、植物营养学考核方法实现时空多元化

以往的植物营养教学中考试模式单一，通常采用期中和期末笔试的方式，容易导致学生平时应付和放松学习，考前死记硬背，考时基本临时发挥，考试后烟消云散。这种方式已无法满足新时期高水平人才培养的需求，因此多样化考核应运而生。多元化考试旨在打破传统的期中期末考试一次性定终身的方法，注重平时的考核（时间维度），即教学过程的实时反馈，便于授课老师随时发现和解决问题;考试内容不再仅仅考察学生对知识的记忆，而且注重学生综合分析问题的能力（空间维度）。这种灵活多样化的考核方式，建立了一个多维度、立体化、综合性考察学生学习的模式，可全面了解学生对课程内容的掌握度。在之前的考核的基础上，还可采用以下的方式：（1）一课一结，反馈加强知识点梳理。植物营养学的一个特点是知识点碎片化，某个章节一个知识点通常贯穿土壤学、植物生理学等多学科的内容。传统的“一考定终身”，学生们容易突击背诵，知其然不知其所以然，导致对课程内容不能融会贯通。实施一课一结，即在一次课程讲解结束后，即对本节课的知识点及时进行总结，并让学生针对课程内容进行小测，从而发现问题。在下次课程开始时，依据学生对之前课堂内容的掌握程度，及时反馈。（2）小课题专题报告评价。学生在组织准备小课题报告的过程中，需要大量阅读相关的知识，以小组形式能培养学生的合作和创新意识，同时培养学生的科研精神和科学认知等内在品质，极大提升培养合作精神、批判和综合分析问题的能力。

五、结束语

如何从教学目标、教学方法、教学结构、师生角色、价值观和基本模式等各个方面提升原有的教学模式[3]，培养学生自主学习能力对本科教育教学提出新的挑战。植物营养学是一门不断发展的学科，在现代农业高质量发展的时期，急需在课程内容上将深度和广度、理论和实践，将前沿和经典，将国内和国外相关知识进行紧密结合，加强课程思政的教学设计， 同时结合多样化的考核方式，在教学方式上加强师生互动，实现以学生为中心，充分调动学生学习积极性和主动性，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。这些举措将有利于新时期高素质高水平人才的培养。

参考文献：

[1]教育部，农业部，国家林业局.关于实施卓越农林人才教育培养计划的意见[EB/OL].[2013-12-03].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_

740/s7949/201312/t20131203_166946.html.

[2]教育部，农业农村部，国家林业和草原局.关于加强农科教结合实施卓越农林人才教育培养计划2.0的意见[EB/OL].[2018-10-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_740/s7949/201810/t20181017_351891.html.

[3]崔乃文，李梦云.困境与出路：“以学生为中心”的本科教学改革何以可能[J].现代大学教育，2017（4）：97-103.

[4]陆景陵.植物营养学[M].北京：中国农业大学出版社，2003.

[5]黄元春.转动课堂教学模式在实践教学中的应用[J].高等农业教育，2016（5）：62-65.

[6]唐铁军，林丽蓉，丁树文，等.基于“互联网+”的混合式学习教学模式改革与实践[J].高等农业教育，2018（3）：68-70.