面向农业绿色发展的植物营养学课程建设

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

高等农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内容包括： 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。