(北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)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(xué)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(lǐng)導(dǎo)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(biāo)，其中13項目標(biāo)直接或間接與土壤有關(guān)，土壤生態(tài)系統(tǒng)為實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)提供著關(guān)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(jì)的快速發(fā)展以及對土壤資源缺乏科學(xué)的使用和管理，造成土壤質(zhì)量下降、土壤污染問題日益嚴(yán)重，因此，被稱為“土十條”的《土壤環(huán)境保護(hù)和污染治理行動計劃》應(yīng)運而生，社會對掌握相關(guān)土壤測試及治理技術(shù)的專業(yè)人員的需求也日益增加。

實驗教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)體系的重要組成部分，在引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)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(xué)實驗”是“土壤學(xué)”課程重要的組成部分，是高等院校農(nóng)學(xué)、林學(xué)、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(chǔ)課程?！巴寥缹W(xué)實驗”課程具有應(yīng)用性強(qiáng)、涉及面廣、綜合性強(qiáng)的特點，其目的是讓學(xué)生在完成系列實驗的過程中，鞏固和擴(kuò)充土壤學(xué)的理論知識，學(xué)習(xí)實驗方法和實驗技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生具備從事土壤學(xué)及相關(guān)科學(xué)研究的基本技能?！巴寥缹W(xué)實驗”課程知識可以廣泛應(yīng)用和服務(wù)于農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境生態(tài)建設(shè)、土壤區(qū)域治理、資源利用與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域[2-4]。但是，傳統(tǒng)的“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)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(xué)為例，針對當(dāng)前本科“土壤學(xué)實驗”課程中存在的問題，從實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)模式、實驗教學(xué)手段等方面探討了改革措施，旨在提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，提升實驗教學(xué)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(shè)對專業(yè)人才的需求。

一、“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)存在的問題

(一)教學(xué)內(nèi)容陳舊

北京林業(yè)大學(xué)“土壤學(xué)實驗”課程根據(jù)不同專業(yè)設(shè)置了固定性的教學(xué)安排，如學(xué)期固定、學(xué)時固定、教學(xué)大綱固定。多年來，學(xué)生要完全按照學(xué)校安排的時間及教學(xué)大綱內(nèi)容做實驗，缺少創(chuàng)新和變化。例如，“土壤學(xué)實驗”是園林專業(yè)的必修課程，是風(fēng)景園林專業(yè)的選修課程，均在大一上半學(xué)期進(jìn)行，共有24個學(xué)時；而在水土保持專業(yè)，“土壤學(xué)實驗”屬于必修課程，在大二上半學(xué)期進(jìn)行，共有12學(xué)時；在草業(yè)、生物、園藝專業(yè)，“土壤學(xué)實驗”屬于選修課程，在大二下半學(xué)期進(jìn)行，共有24個學(xué)時；在林學(xué)類專業(yè)，“土壤學(xué)實驗”屬于必修課程，大二上半學(xué)期進(jìn)行，共有32個學(xué)時。雖然各專業(yè)的學(xué)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(xué)實驗”教學(xué)大綱均是圍繞以下幾個方面進(jìn)行教學(xué)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(jī)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(jìn)行微調(diào)，總體實驗內(nèi)容不能改變。

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

(二)教學(xué)方法單一

目前“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)主要采取的是傳統(tǒng)教學(xué)法，即以教師為主導(dǎo)，由教師統(tǒng)一講解實驗的目的、方法、步驟和結(jié)果等，學(xué)生根據(jù)統(tǒng)一的實驗步驟進(jìn)行操作，然后得出實驗結(jié)果，撰寫實驗報告，教師按照報告質(zhì)量進(jìn)行成績評定。由于實驗前期的準(zhǔn)備和預(yù)處理都是教師或?qū)嶒瀱T做好，學(xué)生只要機(jī)械地照搬實驗指導(dǎo)書上或教師講解的步驟就可以完成實驗，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生只注重實驗的結(jié)果，而忽視實驗過程，大多數(shù)學(xué)生做完實驗后仍然一知半解，缺少對實驗過程和結(jié)果的反思，影響了學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也制約了學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)實驗”課程考核主要以學(xué)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(dǎo)致有的學(xué)生雖然實驗報告寫得認(rèn)真，但可能并沒有認(rèn)真參與實驗，也得到了一個不錯的成績。究其原因是因為學(xué)生人數(shù)眾多，教師不可能記住每一個學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)，所以只能依據(jù)學(xué)生提交的實驗報告進(jìn)行評分，這樣的考核具有片面性，無法對學(xué)生的整體實驗情況進(jìn)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(xué)實驗”課程教學(xué)改革的措施

(一)更新實驗項目，充實教學(xué)內(nèi)容

國外許多大學(xué)在實驗內(nèi)容上始終與學(xué)科技術(shù)發(fā)展同步，實驗教學(xué)內(nèi)容包含了學(xué)科前沿技術(shù)，這樣可以使學(xué)生盡快熟悉本學(xué)科新的發(fā)展領(lǐng)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(xué)中，讓學(xué)生及時了解當(dāng)前科技前沿知識，體會科技的進(jìn)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(xué)內(nèi)容，教師也會主動將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容[7]。

因此，我國各高校也應(yīng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及時代需求而不斷更新、拓展實驗課教學(xué)內(nèi)容，增加創(chuàng)新性實驗類型，將學(xué)科的新知識、新技術(shù)、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(guān)，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(xué)生了解先進(jìn)的測定方法，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生只有對實驗產(chǎn)生興趣，才會有與之相伴的學(xué)習(xí)動力。

所以教師應(yīng)針對專業(yè)特點，設(shè)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(guān)實驗。

同時，針對學(xué)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(xué)生獨立完成。因為這些實驗不涉及危險的化學(xué)藥品，儀器操作相對簡單，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的步驟即可自行完成。

(二)改革教學(xué)方法，提升教學(xué)效果

為提升教學(xué)效果，筆者探索了多種教學(xué)方法。Problem-Based Learning(以下簡稱PBL)是以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)為主。PBL最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于眾多學(xué)科領(lǐng)域。PBL將學(xué)習(xí)與實際的任務(wù)或問題掛鉤，以問題為學(xué)習(xí)的起點；學(xué)生的一切學(xué)習(xí)內(nèi)容是以問題為主軸進(jìn)行架構(gòu)的，學(xué)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(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生具備解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，PBL教學(xué)法更注重對學(xué)生自學(xué)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(tuán)隊為基礎(chǔ)的教學(xué)模式。TBL是一種全新的以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的教學(xué)方式，它是由美國教育學(xué)家Michaelsen L K在2002年正式提出的。TBL采取小組團(tuán)隊討論合作的形式開展教學(xué)，以提高學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)、語言表達(dá)和溝通能力的一種學(xué)習(xí)模式，注重學(xué)生在教學(xué)中的參與度。課程教學(xué)不僅要教授學(xué)生基礎(chǔ)知識，更要注重引導(dǎo)其如何運用基礎(chǔ)知識[11]。TBL教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

在教學(xué)實踐中，筆者根據(jù)講授內(nèi)容，對這兩種教學(xué)方法進(jìn)行了綜合運用。例如，將土壤樣品的采集、處理和保存設(shè)置為一個綜合性實驗，就可以綜合運用這兩種教學(xué)方法。筆者將學(xué)生分成4～6人的小組，將研究任務(wù)和問題布置給學(xué)生，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、查閱資料，設(shè)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(zhǔn)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(jìn)行審核指正。學(xué)生在資料查找、小組討論、方案設(shè)計以及實驗過程中，鍛煉了自己的綜合能力。

(三)要求學(xué)生參與實驗準(zhǔn)備工作，提交實驗預(yù)習(xí)報告，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)的“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)的實驗準(zhǔn)備工作都是由教師和實驗員完成的。而改革后的“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)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(zhǔn)備好工具包發(fā)給每組學(xué)生的模式，變?yōu)樽寣W(xué)生通過課前預(yù)習(xí)，羅列出取樣所需的工具，再由學(xué)生自行去實驗室準(zhǔn)備工具包。同時，每個學(xué)生在實驗之前，還要提交實驗預(yù)習(xí)報告，教師對預(yù)習(xí)報告進(jìn)行審核評分，實驗預(yù)習(xí)報告的分值占最終考核成績的20%。

學(xué)生參與實驗準(zhǔn)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(yù)習(xí)報告可以促使學(xué)生對實驗進(jìn)行深入研究和思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

(四)要求學(xué)生參與實驗教學(xué)，做課堂的主導(dǎo)者

為了提高學(xué)生對實驗預(yù)習(xí)的重視度，鞏固預(yù)習(xí)成果，教師可以讓學(xué)生參與課堂教學(xué)，對實驗預(yù)習(xí)報告內(nèi)容進(jìn)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(jié)果的計算及注意事項等。教師可以指定學(xué)生當(dāng)臨時教師，當(dāng)學(xué)生講解完成后，大家再一起討論實驗預(yù)習(xí)報告是否存有紕漏，持有不同意見的學(xué)生可以進(jìn)行補(bǔ)充講解，教師做最后的點評、總結(jié)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(xué)生知識和能力的評價更科學(xué)、更全面，考核成績更能客觀反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況。

(五)設(shè)置開放式實驗室，增強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力

隨著各高校的擴(kuò)招，學(xué)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(kuò)招前，“土壤學(xué)實驗”課程由2～3名學(xué)生組成一組進(jìn)行實驗，每個人都有動手的機(jī)會。而現(xiàn)在5～6名學(xué)生組成一組，而實驗資源有限，部分學(xué)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(xué)積極擴(kuò)大本科教學(xué)實驗室面積，設(shè)置了開放式實驗室，增加實驗時間，讓每個學(xué)生都有機(jī)會參與到實驗中，以增強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力。

(六)完善課程考核體系

科學(xué)、公正、合理的實驗課程考核評價體系可以增強(qiáng)學(xué)生實驗的主觀能動性。實驗課程的考核評價要結(jié)合學(xué)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(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)為主線，在考核評價體系中增加了實驗預(yù)習(xí)報告成績及參與課堂講解的成績，并要求學(xué)生針對每一次實驗報告撰寫實驗總結(jié)，對實驗過程中遇到的問題進(jìn)行分析，筆者也將此項作為考核部分，以考察學(xué)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(dān)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(xué)中，也可以選擇1～2名具有較高責(zé)任心的研究生擔(dān)任實驗助教，協(xié)助教師開展實驗教學(xué)，以解決學(xué)生過多，教師無法關(guān)注到每一位學(xué)生的問題。

三、“土壤學(xué)實驗”課程教學(xué)改革成效

(一)培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性

筆者在“土壤學(xué)實驗”課程中引入PBL和TBL教學(xué)方法，改變了以往“教師講學(xué)生聽，教師講學(xué)生做”的實驗教學(xué)模式，突出了“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的教學(xué)理念。改革后的實驗教學(xué)更注重對學(xué)生自學(xué)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(xué)生通過自學(xué)、研究、討論和合作的方式來完成，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神及團(tuán)隊協(xié)作精神。

(二)培養(yǎng)了學(xué)生開展科學(xué)實驗的興趣

在教學(xué)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(xué)生的興趣。因此，筆者以此為契機(jī)，在實驗課上舉出很多生活中的實例，以激發(fā)學(xué)生開展實驗的興趣，如學(xué)校路面鋪設(shè)的花崗巖及主樓右側(cè)路面用的板巖、學(xué)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(xué)生內(nèi)在的求知欲望，甚至課下學(xué)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(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

筆者在每次實驗課上都會給學(xué)生提供小組討論和當(dāng)“教師”的機(jī)會。學(xué)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(guān)資料，充實自己的專業(yè)知識。有的學(xué)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(dāng)“教師”的機(jī)會改變了學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，他們不再是知識的被動接受者，而是實驗的主導(dǎo)者。學(xué)習(xí)方式的改變，使學(xué)生從追求實驗結(jié)果轉(zhuǎn)向更注重實驗的過程。學(xué)生的實驗報告體現(xiàn)了學(xué)生在實驗過程中對問題的分析和思考。

(四)實現(xiàn)了對學(xué)生課程學(xué)習(xí)的全面考核

在實驗教學(xué)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(xué)生進(jìn)行評價，而是將實驗預(yù)習(xí)報告、學(xué)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(xué)生進(jìn)行更加全面合理的評價。

資助項目：北京林業(yè)大學(xué)2016年教學(xué)改革項目“林業(yè)綜合認(rèn)知實習(xí)——土壤學(xué)部分指導(dǎo)書建設(shè)”，項目編號BJFU2016JG003。