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[摘要]為培養既懂生態學又懂環境學,并能夠利用專業知識從事保護環境、恢復生態平衡的環境生態工程專業人才,通過從《土壤學》在環境生態工程課程體系中的位置著手,分析了當前《土壤學》課程教學中存在的問題,并從教材選擇、教學內容調整、教學方法優化、實踐能力培訓等方面提出土壤學課程教學改革的方向。
[關鍵詞]土壤學;環境生態工程;教學改革
環境生態工程專業是2012年教育部在環境科學與工程、生態學兩個一級學科基礎上建立起來的多學科交叉的新工科專業。該專業的建立體現了當前國家和社會對既掌握有環境工程的污染防控技術,又具備生態環境質量監測、生態評價與規劃、受損系統的生態修復、生態工程設計等生態學應用領域技能這類專業人才的需求,以解決生態系統整體層面的國家和區域環境質量理論與實踐難題。武夷學院于2017年設立環境生態工程專業,設立的課程體系以普通生態學、景觀生態學、植物學、土壤學和環境微生物為生態學理論基礎,以生態監測與評價、環境影響評價、景觀規劃與設計為課程主線,以水污染控制工程、污染控制生態學、環境生態工程學為學習的目標,以3s技術及在環境資源中的應用、工程測量、CAD、工程制圖等為基本工具,結合以環境植物修復技術、水土流失綜合治理技術、生態安全與管理、環境數據分析與數學建模、生態工程概預算、生態學研究方法等選修課程。然而目前環境生態工程專業還需要不斷完善課程體系、整合課程內容,改革教學手段和方法等多方面多角度的教學改革,以實現既有理論知識也具有專業技能和工程能力的人才培養目標。在地球生態系統中,土壤處于地殼的表層,是植物生長、動物和人類生存和活動的場所,密切聯系著大氣污染和水污染的遷移過程。因此土壤學可廣泛應用于農業可持續發展、環境保護、生態建設、區域治理、資源利用與保護、土地規劃等各項事業,是一門既重視實踐又重視理論的學科。《土壤學》是武夷學院環境生態工程專業本科學生的一門專業必修課,總學時32課時,在第二學期開設,與后續的植物學、普通生態學、污染物控制生態學和景觀生態學有著重要的聯系。當前,土壤學正在從傳統土壤學向現代土壤學過渡,關于土壤學的新知識、新理論和新技術快速的發展。因此如何在環境生態工程專業人才培養目標的指導下,認真分析土壤學課程教學中存在的主要問題,開展教學改革,完善課程教學體系,促進學科間的融合,促進理論與實踐的結合,提高教學效果,是擺在任課教師面前的一項緊迫工作。以下筆者分析了當前武夷學院環境生態工程專業《土壤學》課程在教材選擇、教學內容設置、教學方法和實踐教學中存在的問題,并提出相應的教學改革方向。
1教材選擇
適合專業培養目標的教材可以為學生提供較為完備的知識體系。環境生態工程主要是為了培養既懂生態學又懂環境學,并能夠利用專業知識從事保護環境、恢復生態平衡的專業復合型人才。適應環境生態工程培養目標的土壤學教材需要學生既能夠具有土壤學的基本知識,還能夠具有土壤與人類健康、植物生長、大氣污染、水體污染、生態健康的關系的認知,然后具有土壤退化、污染土壤的修復、土壤環境工程、環境土壤學的研究方法等相應的知識。當前采用的教材是謝德體主編的《土壤學》第三版,該教材內容主要包括土壤的物質組成及其基本性質和土壤的生理性、生產性能和土壤肥力。該書注明適合南方地區高等院校本科生使用,也可供農業科技人員、農業管理干部參考使用,說明其側重點主要偏重于農業土地資源管理和土壤肥力,而關于土壤退化、污染土壤的修復、土壤環境工程、環境土壤學的研究方法的內容相對較少,內容主要偏于土壤學基本理論。因此此教材與環境生態工程專業人才培養目標不匹配,缺少土壤學基礎知識與環境工程、生態學、生產實際、科研的相結合。2018年出版的由陳懷滿主編的《環境土壤學》為現在最新教材。該教材內容廣泛深入地介紹了基礎知識和基本理論,也介紹了土壤元素和污染物與環境質量、生態環境健康和人類健康,并側重土壤污染與修復、土壤元素的環境行為、土壤退化等內容,體現了從“基本理論到實踐應用,再到最新研究”的寬闊的知識背景和完善的知識結構。該書注明“可以作為環境科學與環境工程、土壤學、生態學、農業科學、地理與資源科學等專業本科生與研究生教材”。與國內同類著作和教材比較,該教材是與環境生態工程培養目標匹配的土壤學教材。
2教學內容調整
為了改變過去偏向于以抽象的土壤基礎理論教學為主而導致的學習內容枯燥乏味和學生學習積極性不高的現狀,同時又要兼顧“厚基礎、重技能、強實踐的應用型新工科人才的培養目標”,在教學內容上進行如下安排:第一部分土壤的基本組成、性質和分類是土壤物理化學性質的理論基礎,其教學時間不多于全部授課時間的1/4。第二部分當今世界中的一系列土壤環境問題,包括土壤元素和污染物與環境質量、生態環境健康和人類健康的關系,還包括土壤退化過程與環境質量,是在生態環境的背景下講述土壤問題,內容涉及生態學原理、土壤學研究方法和土壤學基礎理論的應用,其教學時間用全部授課時間的1/2。第三部分包括“農用地污染土壤的修復”和“土壤環境工程”以及“環境土壤學研究法”,占用全部授課時間的1/4。此外教學內容不能只是簡單的照本宣科,要深入研究整個知識體系框架邏輯,使整個教學內容成為一個具有故事性、科學性和啟發性的素材組合。
3優化教學方法
當前,土壤學教學方式還是教師為中心的灌輸式傳統教學模式,不符合當前學生主動學習知識的心理規律,學習效果差。根據筆者多年的教學經歷和思考發現,學習興趣是最好的導師,能引導學生自主學習與專研。因此土壤學的教學要從土壤學基礎理論到生態健康,回歸到個人健康,從而貼近學生生活的教學內容的主線下激發學生的學習興趣。同時優化教學方法,根據章節和教學內容的不同,采用不同的授課方式。緒論是促進對土壤學一無所知的學生對該課程的整體認識,培養學習的興趣,因此緒論以教師講授為主。土壤基本組成、性質和分類是較抽象的理論知識,往往會讓學生覺得單調乏味,因此此部分的教學也以教師講授為主。但要精簡不必要的理論贅述,同時努力穿插實例教學,減輕學生單調乏味的感覺。隨后在土壤環境問題部分的教學過程中,逐漸從教師講授轉向學生自主學習——即組織學生講課,突出學生的參與性。具體的做法就是根據美國教育學家MichaelsenLK在2002年正式提出的“團隊為基礎的教學模式”,讓學生分成小組收集資料,進行討論,制作課件,并派出代表上臺講課。最后教師和學生一起對講課內容提出問題進行討論,一起完善知識體系。這樣既能調動學生的學習積極性,又能培養學生的自學專研能力。而在土壤環境工程部分,可以通過“問題為基礎的教學模式”——即將學習與實際的任務或問題掛鉤,以問題為學習的主軸,架構隱藏在問題背后的科學知識體系,從而培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。
4增強實踐能力培訓
當前武夷學院環境生態工程專業的土壤學實踐教學是包含在普通生態學實習的“土壤取樣與養分分析實踐”部分,主要涉及土壤剖面觀測、土壤樣品的采集與制備、土壤水分含量的測定、土壤質地分析、土壤有機質的測定、土壤堿解氮、土壤速效磷、土壤速效鉀測定。實踐培訓主要是教師做好實驗前期準備,學生根據教師的統一講解的實驗步驟進行操作,然后撰寫實驗報告。此過程導致多數學生缺少對實驗過程的反思。然而最重要的是,土壤學實際應用過程中的一個關鍵的能力是根據研究目的進行樣點的設置,確定測定的理化參數,然后根據實驗數據提出對研究問題的分析。土壤學實踐缺乏這部分的內容,影響了學生將土壤學理論與實際應用和實踐相聯系。因此完善土壤實踐培訓的做法是,以“不同土壤理化性質對環境植被的影響”為問題,引導學生將“土壤取樣與養分分析實踐”與普通生態學實習中的“植被樣地調查”相結合,讓學生從查閱資料、設計實驗、寫實驗方案、羅列出取樣所需的工具開始。當然,為實驗方法和使用藥品儀器的統一,同時又達到學生在這些方法選擇上的培訓,教師在學生實驗設計前提供一份儀器和藥品清單供學生選擇,隨后教師與學生對實驗方案進行討論,確定實驗方案,然后學生分組在研究區開始進行土壤采樣、理化性質測定,最后根據實驗數據解析土壤理化性質和肥力與植被生長的關系,從而培養學生主動學習、自主實踐和自主創新的積極性。
在當前科技快速進步,知識快速更新的背景下,為實現具有多學科交叉特征的環境生態工程專業人才的培養,土壤學的教學一方面要使學生具有土壤學基礎理論、土壤與生態健康及人類健康關系的廣博的知識體系和相關的專業技能,另一方面還需要根據人的認知規律,提高學生的專業興趣,培養學生自我專研、自我學習的主動性和能力。但是,任何一門課程的教學改革都是一項長期而艱巨的任務,需要在實踐中檢驗,不斷地充實和完善。
作者:鄭茂鐘 華偉平 王涵 葉宏萌 單位:武夷學院生態與資源工程學院 福建省生態產業綠色技術重點實驗室