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土壤学实验教学改革探索与实践

2024-10-29 41 上传者：管理员

摘要：土壤学实验具有应用性强、涉及面广、综合性强的特点。在分析内蒙古师范大学生态学专业土壤学实验教学现状的基础上，结合生态学专业培养目标与新时代对生态学专业人才培养的要求。在土壤学实验教学过程中，对优化实验教学内容、激发学生的学习兴趣、革新实验教学手段与方法、完善考核考评方式等方面进行了认真探索与实践，有效地提升了学生的独立思考能力、动手操作能力、分析问题、解决问题能力以及团队协作精神，取得了良好的教学效果。

关键词：
人才培养体系
土壤学实验
实验教学
教学改革
教学质量
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实验教学是高等学校人才培养体系的重要组成部分，在引导学生理论联系实际、培养学生的实践技能和创新意识方面具有关键作用[1]。土壤学是一门随着时代发展的前言学科，也是一门以实验为基础的学科，土壤学课程中的很多原理和结论都来源于土壤实验。土壤学实验课程是土壤学的重要组成部分，也是高等院校生态学、农学、林学、草学、环境科学等专业的基础课程。其目的是巩固和扩充土壤学理论知识，学习土壤的研究方法和实验技能，培养学生具备从事土壤学及生态学相关研究的基本技能，以及分析问题和解决问题的能力[2]。土壤学实验技能不仅能够服务生态环境建设、保护和恢复，还可以被应用于农林牧业、土壤治理等领域。

内蒙古师范大学（以下简称我校）开设的土壤学实验课程是生态学专业的基础核心课程，也是一门应用性和实践性较强的课程，在专业培养方案中有着重要地位。近年来，随着我国高等教育从规模式扩张向内涵式发展转变，现行的土壤学实验课程的教学内容及考核并不能很好地适应学生的发展和高等教育的要求[3]。如何使学生在掌握土壤样品采集、处理以及常规测试方法与实验技能的同时，有效地提升分析问题、解决问题和创新能力，是每位土壤学实验教师面临的课题。我校土壤学教研室在现有教学资源基础上，针对当前本科土壤学实验课程中存在的问题，从教学内容、教学方式、课程考核方面进行改革和探索，旨在提升实验教学效果，优化人才培养质量，满足新时代背景下生态环境建设和保护对专业人才的需求。

1、优化实验教学内容

为培养学生的创新意识，提升学生的独立思考能力和动手操作能力，培养学生的学习兴趣，加深其对生态学专业知识的理解。我校在2020年土壤学实验教学大纲修订中，将土壤学实验的课时由原来的32学时增加到40学时，实验内容由原来的8个基础性实验整合为6个基础性实验、1个综合性实验和1个设计性实验，同时增设了1个8学时的研究性实验。

首先，将土壤容重测定实验优化为土壤容重测定及土壤孔隙度的估算（综合性实验），要求学生在学习土壤容重测定方法的基础上，结合土壤学理论知识，利用土壤密度的常用平均值估算土壤的总孔隙度，同时巩固了土壤容重与土壤孔隙度之间的关系，有助于引导学生思考不同知识点间的关联。其次，将土壤pH值测定实验整合为土壤pH值测定及土壤对酸碱缓冲性能的验证（设计性实验）。本实验要求学生在学习了土壤pH值的比色法和电位法测定基础上，每个小组自行设计实验，验证土壤具有对酸碱缓冲性能的特性。设计性实验的教学和训练，有助于培养学生真正具备独立思考问题、分析问题和解决问题的能力[4]。设计性实验对学生提出了更高的要求，也激发了学生的创造性思维。

我校2020年教学大纲中最大的变化是增设了1个8学时的研究性实验。该实验是在前期实验的基础上，学生根据兴趣分组（每组3～5人），每组自行采集不同类型的土壤（如根际土与非根际土、不同土层的土、不同植物的根际土等），选择土壤的2～3个主要理化性质进行实验测定，每组学生自行完成实验的准备工作和测定工作，然后将数据汇总后写一份研究性实验报告。该实验进行过程中，实验室全天开放，实验员和实验教师随时指导。虽然在实验过程中学生会遇到各种各样的问题，但在不断地解决问题过程中，学生也收获了很多。研究性实验教学改变了传统学生被动实验的局面，真正实现了学生自主独立实验的教学模式。研究性实验的开设极大地提升了学生的动手操作能力、独立思考能力、分析问题和解决问题能力、团队协作精神以及严谨的科研精神。

2、革新实验教学手段与方法

土壤学实验的显著特点是土壤理化性状分析方法与步骤均要严格依照国家标准进行，可选择的实验方法不多，因而在实验的方法上很难创新，这也会限制学生的发散性思维。因此，传统的实验教学多为教师讲授实验原理、方法、操作步骤及注意事项，学生根据教师教授的方法按步骤进行操作，并完成实验报告。学生在整个实验过程很少对实验问题和现象进行主动思考，不利于培养学生独立解决问题的能力。基于以上问题，在近年来的教学过程中，笔者从激发学生学习兴趣、优化教学内容、革新教学方式和手段以及完善考核考评等方面进行了积极探索和实践。

2.1 实验用土壤样品多样化，激发学习兴趣

学习兴趣会直接影响学习的积极性和教学效果，学生对土壤学实验课程的兴趣不足已经成为制约学生创新能力、动手能力提升的瓶颈因素之一[5]。我校土壤学实验的开设对象是本科二年级学生。为提高学生学习的热情和兴趣，笔者每年会让学生在暑假结束返校时，采集各自家乡的自然土壤作为土壤学实验用的土壤样品。由于学生来自不同省份和地区，带来的土壤在性质上有很大的差异，实现了实验用土壤样品的多样化，改变了原来实验用土壤样品均采自校园的单一化问题。在过去的土壤学实验中，相同的土壤实验样品导致了各小组实验结果基本一致，从而出现互抄实验结果或实验报告，以及实验结果讨论简单且千篇一律的现象。

我校生态学专业的学生来自不同的省份或地区，学生带来的家乡土壤样品差异很大（见图1），有东北的黑土、南方的红壤和黄壤土、西部地区的棕色土和栗钙土等。在土壤理化性状分析测定实验中，不同（组）学生的实验结果会有显著的差异，这极大地调动了学生的好奇心和学习热情，每次实验学生都会自发地相互询问和比较结果，都很想知道自己家乡土壤的性状，如有机质含量、氮磷钾含量相比之下是偏低还是偏高。基于这样的心理作用，学生在实验过程中自然会更加认真，也大大提高了实验专注度。

图1 学生自带的实验用土壤样品

例如在土壤pH值测定实验中，笔者会将所有学生的测定结果按土壤样品采集地地理分布由南向北列于表格中，引导学生观察、分析、比较不同土壤的pH值测定结果是否符合土壤学中讲到的“我国土壤的酸碱度具有东南酸、西北碱的规律”。不仅使理论知识与土壤的实际测定结果紧密联系起来，提高学生的学习效果，也极大地促进了学生学习土壤学的兴趣。甚至有个别学生采集并带来了自家不同农田的土壤进行实验，想要了解自家田地的肥力状况，以此指导父母科学施肥、种田。另外，当所有实验结束后，笔者会组织学生把剩余的土壤样品装入广口瓶，贴上标签作为标本保存于实验室，供师生参观了解。多年的教学实践证明，让学生带家乡土壤作为实验用样品，不仅可以实现实验用土壤样品的多样化、差异化，还可以极大地提高学生学习土壤学实验的热情和兴趣。

2.2 优化教学环节，提升教学效果

预习是高效率课堂教学的关键。在土壤学实验教学过程中充分利用网络资源，借助本校的学习通平台，采用“线上+线下”的授课方式。课前，教师在学习通平台创建相应课程，将教学大纲、教学PPT、实验方案以及相关实验操作视频文件等内容上传至学习通的土壤学实验课程中。每次实验教师都会设置预习任务点，要求学生课前在线上完成实验预习，并将是否完成预习任务作为平时成绩的考查项。通过课前的线上预习，一方面，学生对实验的原理、意义及内容有大致的了解；另一方面，预习过程中如有疑问可以在线提问或讨论，也可以在线下实验过程中解惑。利用学习通平台进行课前预习，不仅能够提高学生线下实验过程中的效率和实验效果，也便于教师监督和记录学生预习情况，大大降低了传统教学中教师口头要求预习时学生的偷懒行为。

在实验课程的教学过程中，充分发挥学生的主体地位，激发学生的参与意识和创新意识，加深实验印象。在整个实验过程中，仪器设备的调试和使用、部分化学试剂的配制、同组实验成员的分工以及实验的程序等尽可能由学生自行完成，教师仅充当整个实验过程中的指导者和参与者角色。对于难度相对较大的设计性实验和研究性实验，学生每3～5人分为一个小组，依据教师布置的实验任务自主设计切实可行的实验方案，每个小组成员共同探讨合作完成实验。在实验过程中，教师对实验方案进行审核和实验过程指导。学生能够在小组讨论、方案设计和实验操作过程中，锻炼自己的综合能力。

书写实验报告是实验教学过程中的重要环节。实验报告不仅要反映实验中的现象和实验结果，也是衡量实验教学效果的主要依据，更重要的是，能够使学生的专业知识在实验报告的撰写过程中得到提升[6]。基于土壤学多数实验的方法和步骤均严格依照国家标准，土壤学的实验报告评阅的重点是实验结果是否合理，以及对结果的分析和讨论。以往学生的实验报告因实验样品均为校园土壤，而导致实验结果基本一致，学生对实验结果的讨论和分析也很简单，仅局限于实验过程中某一环节的失误导致结果偏差大小等普遍性的问题，限制了学生对实际中不同地域土壤性状差异的思考。自从要求学生带家乡土壤作为实验样品，每组学生的实验土壤不同，其理化性状也不同，甚至存在显著的差异性。在土壤pH值测定、有机质测定、氮磷钾测定等实验的教学过程中，要求4组（至少4个不同土样）学生书写实验报告时共享实验结果，引导学生在书写实验报告过程中通过对多个不同地区土壤的测定结果进行比较分析和多角度的深入讨论，培养学生的分析问题能力。在研究性实验报告中引导学生尝试运用生物统计学课程中的统计方法（统计软件）比较不同土壤性状差异是否达到了显著性水平。实践表明，有部分学生非常认真，在实验报告的结果讨论过程中逐步学会了从多角度深入探讨，有时甚至超出了教师的预期效果。因此，教师对学生的实验报告书写逐步提出了更高的要求，并将优秀实验报告向全班示范，学生的实验报告书写整体水平有较大提升。总之，实验报告的书写是培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力、文字表达能力以及科研素养的重要途径。

随着我校学习通平台的全面投入使用，土壤实验课程尝试在学习通平台提交实验报告。传统的实验报告提交方式是由学习委员收齐统一送交教师后再由教师进行批改。改革后，教师在学习通发布实验报告提交任务，学生完成报告后就可拍照上传或以电子实验报告（研究性实验）形式上传平台，实现了实验报告即时上交，并随时能够查阅教师对实验报告的批阅结果与反馈。教师也可以随时随地批阅报告，并反馈问题。新的实验报告提交方式有效地解决了过去实验报告收集时间长、问题反馈滞后、统计成绩耗时、保存不方便等缺点，极大地提高了教师的工作效率，也增进了师生之间的交流和互动，显著地提高了实验课的教学效果。

2.3 实验成绩的多维考核

科学的课程考核体系对学生学习和教师教学均能起到良好的促进作用[7-8]。传统的实验课考核主要依据实验报告和实验考试评定，无法全面反映学生的水平和教学效果。我校根据本科教育的要求，结合土壤学实验的课程特点，建立了更加注重过程性考核的土壤学实验考核方法。在土壤学实验课程考核评价中，将学生实验预习、实验技能和课堂表现纳入考核内容，改变了原来的终结性考核，更加重视过程性考核。课程考核评价包括平时考核（40%）和期末考核（60%）两部分。平时考核以实验预习、课堂表现和实验报告为主要考查内容。实验预习包括学习通预习任务是否完成与对实验目的和原理的掌握情况；实验课堂表现以出勤及实验过程中的表现为主要依据；实验报告重点以实验结果是否准确及结果分析讨论是否合理深入为依据。期末考核以实验技能考核和实验理论考试作为考核内容。实验技能考核以是否能规范熟练操作为依据；实验考试重点以学生对所学知识点的理解和应用运用能力为依据。事实表明，科学有效的考核方法能够激发学生的思考、发问和求知本能，促使学生更积极地利用所学理论去研究和解决问题，有利于培养学生的综合能力。

3、结语

高等学校是培养人才的主要基地，实验教学是培养学生实践能力的重要环节。土壤学实验课程对学生土壤实验技能的培养、分析土壤性状与地上植被以及生态系统之间的关联起着重要作用，在生态学专业人才的培养中具有举足轻重的作用。因此，教师应在土壤学实验教学过程中积极探索适应当今经济社会发展的人才培养方法。通过土壤学实验课程教学改革探索与实践，学生学习土壤学实验的热情和兴趣明显增加了，实验的主动性和积极性提高了，理论联系实际和科研创新的意识明显增强了。同时，加深了学生对专业知识的理解，使其提高了对专业相关领域的认知，教学效果得到了显著提升。土壤学实验教学的改革探索任重而道远，今后还应在教学实践中不断学习、总结和积极探索，以进一步提升教学质量。

参考文献:

[1]于鑫,李素艳,戴伟,等.“土壤学实验”课程教学改革:以北京林业大学为例[J].中国林业教育,2019,37(2):65-68.

[2]秦张杰,张嵚,姜冠杰,等.“土壤学”课程教学及考核的思考[J].教师,2021(13):83-84.

[3]文嘉.以问题为导向的环境土壤学实践教学改革研究[J].教育教学论坛,2020(36):173-174.

[4]汤宏,王建伟,李向阳,等.土壤学实验教学改革实践与探索[J].当代教育理论与实践,2016,8(12):40-43.

[5]袁军,吴立潮,张斌.以激发学习兴趣为导向的土壤学实验课程改革与实践[J].科教导刊(中旬刊),2017(11):95-96.

[6]张茜,姚青,李建宁,等.基于混合式教学平台在线提交生物化学实验报告的实践摸索[J].中国教育技术装备,2021(6):116-117.

[7]赵洪洋.多元化实验教学模式研究[J].实验科学与技术,2021,19(2):123-127.

[8]王锐,聂小军,马守臣.“土壤学”理论与实验协同教学模式改革探索与实践[J].教书育人(高教论坛),2022(3):92-95.

基金资助:内蒙古自然科学基金面上项目“内蒙古荒漠草原3种优势种植物根际促生菌的分离筛选及其促生机理研究”(2021MS3062)资助;

文章来源:高雪峰.土壤学实验教学改革探索与实践[J].科教文汇,2024,(20):78-81.