(北京林業(yè)大學林學院，北京 100083)

2014年12月5日是聯(lián)合國確定的首個“世界土壤日”，同時將2015年定為“國際土壤年”，口號是“健康土壤帶來健康生活”。國際土壤科學聯(lián)合會宣布2015—2024年為“國際土壤的十年”。2015年9月，世界各國領導人在紐約聯(lián)合國峰會上通過了《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》，該議程涵蓋17項全球可持續(xù)發(fā)展的宏偉目標，其中13項目標直接或間接與土壤有關，土壤生態(tài)系統(tǒng)為實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標提供著關鍵保障[1]。

土壤作為陸地表層系統(tǒng)的核心，孕育世間萬物，沒有土壤的生態(tài)健康就沒有植物的生態(tài)平衡。在我國，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展以及對土壤資源缺乏科學的使用和管理，造成土壤質(zhì)量下降、土壤污染問題日益嚴重，因此，被稱為“土十條”的《土壤環(huán)境保護和污染治理行動計劃》應運而生，社會對掌握相關土壤測試及治理技術的專業(yè)人員的需求也日益增加。

實驗教學是高等學校人才培養(yǎng)體系的重要組成部分，在引導學生理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力方面有著不可替代的作用?！巴寥缹W實驗”是“土壤學”課程重要的組成部分，是高等院校農(nóng)學、林學、園林、園藝、草業(yè)、資源與環(huán)境等專業(yè)的重要的專業(yè)基礎課程?！巴寥缹W實驗”課程具有應用性強、涉及面廣、綜合性強的特點，其目的是讓學生在完成系列實驗的過程中，鞏固和擴充土壤學的理論知識，學習實驗方法和實驗技術，培養(yǎng)學生具備從事土壤學及相關科學研究的基本技能?！巴寥缹W實驗”課程知識可以廣泛應用和服務于農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境生態(tài)建設、土壤區(qū)域治理、資源利用與環(huán)境保護等領域[2-4]。但是，傳統(tǒng)的“土壤學實驗”課程教學存在著一定的問題，影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。以北京林業(yè)大學為例，針對當前本科“土壤學實驗”課程中存在的問題，從實驗教學內(nèi)容、實驗教學模式、實驗教學手段等方面探討了改革措施，旨在提高實驗教學的質(zhì)量，提升實驗教學效果，從而滿足新時代背景下社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設對專業(yè)人才的需求。

一、“土壤學實驗”課程教學存在的問題

(一)教學內(nèi)容陳舊

北京林業(yè)大學“土壤學實驗”課程根據(jù)不同專業(yè)設置了固定性的教學安排，如學期固定、學時固定、教學大綱固定。多年來，學生要完全按照學校安排的時間及教學大綱內(nèi)容做實驗，缺少創(chuàng)新和變化。例如，“土壤學實驗”是園林專業(yè)的必修課程，是風景園林專業(yè)的選修課程，均在大一上半學期進行，共有24個學時；而在水土保持專業(yè)，“土壤學實驗”屬于必修課程，在大二上半學期進行，共有12學時；在草業(yè)、生物、園藝專業(yè)，“土壤學實驗”屬于選修課程，在大二下半學期進行，共有24個學時；在林學類專業(yè)，“土壤學實驗”屬于必修課程，大二上半學期進行，共有32個學時。雖然各專業(yè)的學時數(shù)、課程性質(zhì)、授課時間及授課教師有所不同，但是“土壤學實驗”教學大綱均是圍繞以下幾個方面進行教學安排的：一是礦物與巖石的鑒別；二是土壤分析樣品的采集、處理和保存；三是土壤容重的測定、土壤自然含水量的測定、土壤孔隙度的測定；四是土壤質(zhì)地的測定；五是土壤pH值的測定；六是土壤有機質(zhì)含量的測定；七是土壤全氮量的測定；八是土壤速效磷及速效鉀的測定等。在實際實驗過程中，教師只能根據(jù)各專業(yè)情況進行微調(diào)，總體實驗內(nèi)容不能改變。

近年來，在“厚基礎，寬專業(yè)”本科教學思想指導下，各專業(yè)對“土壤學實驗”課程的學時數(shù)進行了壓縮，在有限的學時里，“土壤學實驗”課程只能做一些土壤學中較為經(jīng)典的基礎型或應用型實驗，側重于學生對單個實驗方法或單臺儀器設備操作方法的掌握，能利用實驗結果分析土壤性質(zhì)優(yōu)劣[5]即可，而這些僅僅是土壤學實驗最基本的技能，已不能適應社會的需求。

(二)教學方法單一

目前“土壤學實驗”課程教學主要采取的是傳統(tǒng)教學法，即以教師為主導，由教師統(tǒng)一講解實驗的目的、方法、步驟和結果等，學生根據(jù)統(tǒng)一的實驗步驟進行操作，然后得出實驗結果，撰寫實驗報告，教師按照報告質(zhì)量進行成績評定。由于實驗前期的準備和預處理都是教師或實驗員做好，學生只要機械地照搬實驗指導書上或教師講解的步驟就可以完成實驗，導致多數(shù)學生只注重實驗的結果，而忽視實驗過程，大多數(shù)學生做完實驗后仍然一知半解，缺少對實驗過程和結果的反思，影響了學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也制約了學生個性的發(fā)展。實驗不僅是對理論的驗證，更是要培養(yǎng)學生的動手能力以及在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，而傳統(tǒng)教學模式在這方面是有所欠缺的[6]。

(三)課程考核不全面

目前，“土壤學實驗”課程考核主要以學生提交的實驗報告為主，筆者在批改實驗報告時發(fā)現(xiàn)，同一小組內(nèi)的實驗報告具有雷同現(xiàn)象，這導致有的學生雖然實驗報告寫得認真，但可能并沒有認真參與實驗，也得到了一個不錯的成績。究其原因是因為學生人數(shù)眾多，教師不可能記住每一個學生在實驗中的表現(xiàn)，所以只能依據(jù)學生提交的實驗報告進行評分，這樣的考核具有片面性，無法對學生的整體實驗情況進行評價，這也是多年困擾實驗課教師的一個重要問題。

二、“土壤學實驗”課程教學改革的措施

(一)更新實驗項目，充實教學內(nèi)容

國外許多大學在實驗內(nèi)容上始終與學科技術發(fā)展同步，實驗教學內(nèi)容包含了學科前沿技術，這樣可以使學生盡快熟悉本學科新的發(fā)展領域和科技生長點。例如，美國高校十分重視把最新的實驗方法和研究成果融入到實驗教學中，讓學生及時了解當前科技前沿知識，體會科技的進步。同時國外高校還會實時更新實驗教材，吸納新的實驗教學內(nèi)容，教師也會主動將科研成果轉化為教學內(nèi)容[7]。

因此，我國各高校也應隨著科學技術的發(fā)展及時代需求而不斷更新、拓展實驗課教學內(nèi)容，增加創(chuàng)新性實驗類型，將學科的新知識、新技術、新發(fā)展及社會熱點需求[8]融入其中。例如重金屬污染是土壤污染的主要類型，而土壤污染問題又與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P，所以，可以增加土壤污染中重金屬含量測定的實驗[9]，不僅可以讓學生了解先進的測定方法，而且可以激發(fā)學生的學習興趣。學生只有對實驗產(chǎn)生興趣，才會有與之相伴的學習動力。

所以教師應針對專業(yè)特點，設置創(chuàng)新性實驗項目，例如生物專業(yè)可以增加土壤微生物培養(yǎng)及土壤微生物各組分含量測定等相關實驗。

同時，針對學時有限的現(xiàn)狀，教師可以把一些常規(guī)性、安全系數(shù)高的實驗，如土壤基本物理性質(zhì)的測定等作為課下實驗讓學生獨立完成。因為這些實驗不涉及危險的化學藥品，儀器操作相對簡單，學生按照實驗指導書的步驟即可自行完成。

(二)改革教學方法，提升教學效果

為提升教學效果，筆者探索了多種教學方法。Problem-Based Learning(以下簡稱PBL)是以問題為基礎的教學模式，強調(diào)以學生自主探究學習為主。PBL最早起源于20世紀50年代的醫(yī)學教育，現(xiàn)已廣泛應用于眾多學科領域。PBL將學習與實際的任務或問題掛鉤，以問題為學習的起點；學生的一切學習內(nèi)容是以問題為主軸進行架構的，學生通過自主探究和合作來解決問題，從而了解和掌握隱藏在問題背后的科學知識，培養(yǎng)學生具備解決問題的技能和自主學習的能力。與傳統(tǒng)的教學模式相比，PBL教學法更注重對學生自學能力、創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)[10]。

Team-Based Learning(以下簡稱TBL)是以團隊為基礎的教學模式。TBL是一種全新的以學生自主學習為基礎的教學方式，它是由美國教育學家Michaelsen L K在2002年正式提出的。TBL采取小組團隊討論合作的形式開展教學，以提高學生自主探究、合作學習、語言表達和溝通能力的一種學習模式，注重學生在教學中的參與度。課程教學不僅要教授學生基礎知識，更要注重引導其如何運用基礎知識[11]。TBL教學方式具有課堂氣氛活躍，師生互動性好的優(yōu)點，可以提高學生的學習效率，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。

在教學實踐中，筆者根據(jù)講授內(nèi)容，對這兩種教學方法進行了綜合運用。例如，將土壤樣品的采集、處理和保存設置為一個綜合性實驗，就可以綜合運用這兩種教學方法。筆者將學生分成4～6人的小組，將研究任務和問題布置給學生，學生通過自主學習、查閱資料，設計切實可行的實驗方案，方案內(nèi)容包括采樣時間、地點、人員、準備的工具、采樣步驟等，整個實驗由研究小組共同討論合作完成，教師只對實驗方案進行審核指正。學生在資料查找、小組討論、方案設計以及實驗過程中，鍛煉了自己的綜合能力。

(三)要求學生參與實驗準備工作，提交實驗預習報告，激發(fā)學生學習積極性

傳統(tǒng)的“土壤學實驗”課程教學的實驗準備工作都是由教師和實驗員完成的。而改革后的“土壤學實驗”課程教學在土壤分析樣品的采集、處理和保存的實驗中，打破了以往由實驗員準備好工具包發(fā)給每組學生的模式，變?yōu)樽寣W生通過課前預習，羅列出取樣所需的工具，再由學生自行去實驗室準備工具包。同時，每個學生在實驗之前，還要提交實驗預習報告，教師對預習報告進行審核評分，實驗預習報告的分值占最終考核成績的20%。

學生參與實驗準備工作可以對實驗的整個過程有一個完整的了解，提交實驗預習報告可以促使學生對實驗進行深入研究和思考，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

(四)要求學生參與實驗教學，做課堂的主導者

為了提高學生對實驗預習的重視度，鞏固預習成果，教師可以讓學生參與課堂教學，對實驗預習報告內(nèi)容進行講解，如實驗的目的、實驗方法和原理、儀器的使用方法、藥品的配置、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗結果的計算及注意事項等。教師可以指定學生當臨時教師，當學生講解完成后，大家再一起討論實驗預習報告是否存有紕漏，持有不同意見的學生可以進行補充講解，教師做最后的點評、總結及注意事項的提醒[2]。課堂講解也可以作為課程考核評價的一部分，因為過程性評價對學生知識和能力的評價更科學、更全面，考核成績更能客觀反映學生學習的真實情況。

(五)設置開放式實驗室，增強學生的動手操作能力

隨著各高校的擴招，學生數(shù)量急劇增加，大部分高校都面臨著實驗資源不足的問題。擴招前，“土壤學實驗”課程由2～3名學生組成一組進行實驗，每個人都有動手的機會。而現(xiàn)在5～6名學生組成一組，而實驗資源有限，部分學生只能在一旁觀看，無法參與其中。為了解決這一問題，北京林業(yè)大學積極擴大本科教學實驗室面積，設置了開放式實驗室，增加實驗時間，讓每個學生都有機會參與到實驗中，以增強學生的動手操作能力。

(六)完善課程考核體系

科學、公正、合理的實驗課程考核評價體系可以增強學生實驗的主觀能動性。實驗課程的考核評價要結合學生在實驗全過程的表現(xiàn)，包括實驗態(tài)度、實驗操作能力和實驗效果等。筆者以培養(yǎng)學生自主學習能力和科學素養(yǎng)為主線，在考核評價體系中增加了實驗預習報告成績及參與課堂講解的成績，并要求學生針對每一次實驗報告撰寫實驗總結，對實驗過程中遇到的問題進行分析，筆者也將此項作為考核部分，以考察學生的獨立思考能力[12]。

(七)充分利用研究生資源

在國外一些著名高校中，研究生承擔著開放實驗室的大量工作。研究生不僅是培養(yǎng)對象，也是主要的科研力量，可以說是高校實驗室的支柱[13]。因此，在本科實驗教學中，也可以選擇1～2名具有較高責任心的研究生擔任實驗助教，協(xié)助教師開展實驗教學，以解決學生過多，教師無法關注到每一位學生的問題。

三、“土壤學實驗”課程教學改革成效

(一)培養(yǎng)了學生學習的自主性

筆者在“土壤學實驗”課程中引入PBL和TBL教學方法，改變了以往“教師講學生聽，教師講學生做”的實驗教學模式，突出了“以學生為主體，以教師為主導，以能力培養(yǎng)為目標”的教學理念。改革后的實驗教學更注重對學生自學能力、創(chuàng)新能力及發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題能力的培養(yǎng)。對于部分實驗內(nèi)容，筆者提倡讓學生通過自學、研究、討論和合作的方式來完成，以培養(yǎng)學生的自主學習精神及團隊協(xié)作精神。

(二)培養(yǎng)了學生開展科學實驗的興趣

在教學實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)，在“礦物與巖石的鑒別”實驗中加入對日常生活中常見的礦物或巖石的鑒別內(nèi)容可以明顯激起學生的興趣。因此，筆者以此為契機，在實驗課上舉出很多生活中的實例，以激發(fā)學生開展實驗的興趣，如學校路面鋪設的花崗巖及主樓右側路面用的板巖、學校里的硅化木、日常佩戴的水晶和鉆石等，將其融入到“礦物與巖石的鑒別”實驗中，讓枯燥的鑒別知識變得生動、實用起來，激發(fā)了學生內(nèi)在的求知欲望，甚至課下學生也會與筆者探討如何鑒別他們見過的礦物或巖石。

(三)促進了學生學習方式的轉變

筆者在每次實驗課上都會給學生提供小組討論和當“教師”的機會。學生為了在課堂上講解得更加精彩，他們會在實驗課前主動查閱大量相關資料，充實自己的專業(yè)知識。有的學生在某些實驗知識點上的講解非常精彩，甚至不亞于教師。小組討論和當“教師”的機會改變了學生傳統(tǒng)的學習方式，他們不再是知識的被動接受者，而是實驗的主導者。學習方式的改變，使學生從追求實驗結果轉向更注重實驗的過程。學生的實驗報告體現(xiàn)了學生在實驗過程中對問題的分析和思考。

(四)實現(xiàn)了對學生課程學習的全面考核

在實驗教學中，筆者積極嘗試多維度的考核評價，不再單純依據(jù)實驗報告對學生進行評價，而是將實驗預習報告、學生在課堂上對實驗問題的講解以及實驗報告中對問題的分析和思考也納入考核內(nèi)容，分別占最終考核成績的20%、10%、10%，這樣可以對學生進行更加全面合理的評價。

資助項目：北京林業(yè)大學2016年教學改革項目“林業(yè)綜合認知實習——土壤學部分指導書建設”，項目編號BJFU2016JG003。