基于FIP模式的“環境土壤學”教改實踐

［摘 要］ 針對新時代環境科學專業本科生專業型、國際化人才培養的需求，對“環境土壤學”課程教學進行改革，并基于“三位一體”課程體系提出FIP教學模式：F為frontier，意為緊追學術前沿，將科研工作與教學融合；I為international，意為國際化教學，拓寬學生學術視野；P為practice，意為課外研習實踐，引導學生自主實施研究性學習項目。以FIP模式為指導，建立了融基礎內容與學科研究前沿知識為一體的“環境土壤學”課程教學體系。上述教改思路提高了學生學習的主動性與科研實踐能力，促進了高素質土壤修復人才的培養，并建立了“環境土壤學”精品課程及卓越的教學團隊，學生對本次教學改革的總體滿意程度為100%，為開設類似課程的高校提供了參考。

［關鍵詞］ 環境土壤學；“三位一體”課程體系；FIP教學模式

［基金項目］ 2018年度廣東省本科高校教學質量與教學改革工程項目“環境土壤學在線開放課程”（粵教高函〔2018〕179號）；2015年度廣東省高等教育教學研究和改革項目“‘環境土壤學’教學改革”（粵教高函〔2015〕173號）；2015年度廣東省高等學校教學團隊建設項目“環境土壤學課程教學團隊”（粵教高函〔2015〕133號）

［作者簡介］ 金 超（1985—），男，黑龍江伊春人，博士，中山大學環境科學與工程學院副教授，主要從事土壤—地下水環境中膠體遷移行為及機理的研究；王詩忠（1980—），男，海南澄邁人，博士，中山大學環境科學與工程學院教授（通信作者），主要從事土壤污染修復研究。

［中圖分類號］ G420 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）40-0005-06 ［收稿日期］ 2023-09-01

環境土壤學是土壤學交叉融合環境科學等學科產生的綜合性學科，明確了環境土壤學是環境科學的關鍵構成部分，也是現代土壤學的主要內容和標志。環境土壤學是以人類與土壤環境這一對特殊矛盾體作為研究對象，探究自然因素和人類活動引起土壤環境質量變化及其調控機制的一門科學。環境土壤學的概念最早提出于20世紀80年代中期，于80年代末期作為農業環境保護專業課程在全國8所重點農業大學開設，2004年被教育部高等學校環境科學類專業教學指導分委員會指定為環境科學專業的專業必修課。

“環境土壤學”是中山大學環境科學專業本科生必修課程之一，總學時為54，3學分。課程自1992年始開設，于1996年被列為中山大學重點建設課程，1999年獲評中山大學優秀重點課程，2006年獲評中山大學精品課程，2010年被列為廣東省高校精品課程培育對象。根據學科的發展特點和院系課程設置，在對國內外相關教材消化吸收的基礎上，課程教學團隊自建了一套課程內容體系和教學體系，除了理論課程（54學時）外，還配套實驗課程（“環境土壤學實驗”36學時）及野外認知實習課程（“土壤環境野外認知實習”28學時）。“環境土壤學”課程在歷年的教學效果問卷調查中均得到學生的極高評價，多次在教學效果調查中名列全校第一，是中山大學環境科學系最受學生歡迎的課程。

隨著環境土壤學內容的更新和學生對該課程要求的提高，以及當前環保行業對土壤修復專業人才需求的快速增長，亟須對“環境土壤學”教學資源、課程內容、教學方式和人才視野培養等方面進行一系列改革，以適應高等院校教育改革和推進素質教育的要求，最終為我國土壤污染修復行業輸送更具有創新性、實踐性的專業人才。

一、當前“環境土壤學”課程教學存在的主要問題

（一）理論學習與應用需求結合不足

當前土壤污染治理已成為我國的重大國家需求。2014年4月發布的《全國土壤污染狀況調查公報》指出，全國土壤總的污染超標率為16.1%，耕地土壤點位超標率為19.4%。近年因土壤重金屬污染而導致的人體健康及食品安全事件頻發，促使國家層面的相關政策陸續出臺，如2013年國務院辦公廳發布《近期土壤環境保護和綜合治理工作安排》，2016年國務院發布《土壤污染防治行動計劃》（“土十條”）。傳統的“環境土壤學”課程主要圍繞土壤發生學及分類系統、土壤環境組成化學、土壤環境過程化學等理論知識進行講授，而對當前備受媒體、公眾關注的土壤污染及修復治理技術相關知識的傳授有限，未能將土壤學的基本理論與土壤污染機理、修復機制有效對接，不利于學生對課堂理論知識的消化并定向應用于解決土壤污染修復的實際工程應用問題［1］。因此，亟須對“環境土壤學”課程知識結構體系進行調整，以滿足未來較長一段時間內土壤修復行業對相關專業人才的需求［2］。

（二）教學資源儲備不足

傳統“環境土壤學”課程教學過程中主要以教材為知識傳輸的載體，依賴于教材中既定的知識框架進行教學。中山大學在“環境土壤學”課程教學過程中，除使用自編講義之外，同時參考胡宏祥等主編的2013年版《環境土壤學》、吳啟堂2011年版《環境土壤學》及陳懷滿2010年版《環境土壤學》（第二版）等主流教材。然而，即便相關教材在不斷更新，在當前土壤學、土壤污染修復領域資訊發展迅猛且相關修復工程技術知識更新日新月異的形勢下，傳統教材知識與現實應用結合難的問題仍舊凸顯［3-4］。在我校教學過程中，已有意識地將土壤學領域最新文獻資料、案例作為自編講義及參考教材的補充，但在系統化方面仍存在不足。因此，亟須通過多種途徑對教學資源進行整合，以應對當前“環境土壤學”的教學新要求及人才培養新需求。

（三）教學方式需進一步改進

傳統的“環境土壤學”課程側重于灌輸式課堂教學，學生接受知識的積極性及有效性不足［5］。我校在該課程的教學中，已初步對教學形式進行調整，在教師通過板書結合PPT講授理論知識的基礎上，增加了學生分組進行專題討論的環節，并補充課程論文作為考核的方式之一，促使學生積極主動消化、總結課程內容，但仍無法完全滿足當前學生應較好掌握特定專業知識的需求。因此，亟須針對教學環節調整環境土壤學相關知識的傳輸方式，以進一步提升學生的專業水準，并具備可與國際接軌的學術視野［6-7］。

綜上所述，針對當前不足，需針對性進行“環境土壤學”教學改革。針對新型人才培養的需要，結合當前國家對土壤環境保護及土壤污染修復的需求，通過教學資源儲備、教學內容及方式調整等環節，進行“環境土壤學”教學改革實踐。先進的教學改革理念有助于我校“環境土壤學”課程的教學改革實踐，也可為環境科學專業其他專業基礎課程的教學改革提供參考。

二、課程體系完善及教學改革思路

我校“環境土壤學”課程自1992年開設至今已有三十多年的歷史。為確保課程歷久彌新，滿足新時代環境人對土壤污染修復知識的需求，在已有的“環境土壤學”理論課（1992年至今）、“環境土壤野外認知實習”認知實習課（1992年至今）的基礎上，開設了“環境土壤學實驗”實驗課（2013年至今），構建了國內高校環境專業唯一的環境土壤學理論—實驗—認知實習“三位一體”課程體系，將理論學習與知識應用緊密聯系。在完善課程體系基礎上，教學團隊教研融合，創新提出獨具特色的FIP教學模式：F為frontier，意為緊追學術前沿，將科研工作與教學融合；I為international，意為國際化教學（外教授課、本科生國際聯合培養等），拓寬學生學術視野；P為practice，意為課外研習實踐，引導學生自主實施研究性學習項目（見圖1）。以FIP教學模式為指導，對“環境土壤學”教學資源、教學內容、教學方法等進行改革實踐，使學生在知識層面上熟知土壤的成分、結構、性質、功能對污染物環境行為的調控作用（科學層面），以及在土壤污染修復工程中的應用（工程層面）；在專業能力方面，拓展學生的自我思考、自我學習能力，開闊學生專業視野，培養其獨立思考能力，使其具備獨立承擔土壤環境污染問題分析、土壤污染修復方案設計任務的能力；在情感態度與價值觀層面上，使學生從微觀、機理層面對土壤功能有深刻感受，讓學生了解土壤、認識土壤、喜愛土壤，引導學生更加關注土壤環境和土壤污染問題。

三、基于FIP模式的“環境土壤學”教學改革措施及實踐

（一）更新教學資源，緊跟學科發展前沿

1.結合環境土壤學領域研究前沿，完善自編講義并出版教材。當前主流《環境土壤學》教材除了土壤學的基本知識外，主要內容還包括土壤環境背景值與容量、土壤環境的污染與凈化、土壤資源利用及保護、土壤生態優化原理與技術、土壤質量調查研究與評價等。但由于現代科學技術迭代速度快，土壤環境問題發展趨勢不斷變化，主流教材中的部分知識點已無法滿足現代環境科學專業的需要，學生也有學習更多前沿知識的迫切要求。因此，課程改革需從教學內容優化開始，圍繞土壤環境污染修復工程技術原理、方法及案例介紹，重新組織自編講義并出版教材，充分體現知識的時代性和內容的新穎性。

2.構建并完善“環境土壤學”課程教學資源庫。當前資訊獲取途徑眾多，信息載體也不盡相同，除了傳統的“環境土壤學”參考書籍之外，更有來自Nature、Science、PNAS、Environmental Science and Technology、Environmental Pollution、Geoderma等優秀期刊的文獻資源，來自Discovery、National Geographic、BBC等媒體的紀錄片資源，以及來自聯合國環境署（UNEP）、美國環保署（USEPA）等機構的統計數據資源等。因此，通過上述資料來源構建“環境土壤學”課程教學資源庫，并在獲得知識產權授權的前提下，以專題網站的形式向學生開放，作為傳統參考書籍的有效補充。本課程還構建了同課程體系慕課配合線下教學的開展。此外，利用課外時間指導學生查閱和使用圖書館和網絡資源的相關中英文專業文獻，也可提高學生的自主學習興趣。

（二）注重因材施教，合理組織教學內容

1.理論教學詳略得當。環境土壤學以土壤與周邊環境之間的物質能量交換為重點，研究人類活動對土壤造成的環境危害及其解決方式。因此，熟練掌握土壤學的基本知識對理解污染物在土壤中的遷移轉化過程尤為重要。傳統“環境土壤學”教材中的土壤學知識偏向環境方面，對傳統土壤學知識講解較少，導致從未接觸過土壤學知識的環境科學專業學生在學習完后對土壤學基礎知識的理解深度仍不夠，而在環境科學專業的課程體系中，又會有專門講述化學、生態學及微生物學方面知識的課程，課程內容存在重復的現象。因此，需將課程教學重點放在土壤學的基礎知識及與土壤密切結合的環境知識上，此部分分配約三分之一的課時，并壓縮土壤有機物和重金屬污染物遷移轉化等“環境化學”或其他課程中重復出現的內容。此外，將傳統“環境土壤學”中未涵蓋的知識點，如土壤環境背景值、土壤中物質循環（碳、氮、硫、磷等）及能量變化（土壤退化）等作為本課程著重講述的內容，并將以上土壤學背景知識與污染土壤修復聯系起來作為重點講解，突出“環境土壤學”在環境科學課程體系中的特色（如圖2）。

2.完善實驗課程設計，增加開放性和研究性實驗及驗證實踐。目前“環境土壤學”配套實驗主要以實驗指導書為主進行驗證性實驗。根據環境科學專業培養目標的要求，對實驗課程內容、教學方式和考核機制進行全面充分整合，豐富實驗課程類型，如可將實驗課程分為課程基礎性實驗（第一類），課程綜合性、設計性實驗（第二類），專業研究性實驗（第三類）。其中第二、三類實驗的開展有利于培養學生綜合能力，應用所學環境土壤學知識發現、分析并解決土壤環境污染問題，充分激發學生學習的主動性，并培養其科學研究能力。具體而言，需結合區域土壤污染情況，針對酸化對土壤理化性質的影響、農田土壤中農藥及殺蟲劑殘留檢測、植物吸收污染物模型模擬及驗證、土壤污染物對植物抗氧化系統的影響、污染土壤修復試驗等，由教師在課程初始階段提供實驗選題，要求學生在課程開展期間查閱文獻資料，獨立思考，自主提出實驗方案并完成課題報告，在此期間教師跟蹤實驗課題情況，保證學習成效。

（三）改革教學方法，發揮學生主觀能動性

1.激發學生的學習興趣，引起學生對課程的重視。首先，重視緒論的講解，對課程進行較好地引入，通過講解土壤中營養元素及污染物質與大氣及水體的關系、土壤污染對生態健康的影響等典型例子，強調本課程在學科領域中的地位，并闡明本課程的發展方向及對社會進步的作用，提高學生對課程的重視和興趣。其次，在講解環境土壤學相關知識點的同時，以其為基礎，串聯起“環境化學”“環境微生物學”“生態學”等環境學科其他課程，既承接前序課程所學知識點，又引導學生繼續深入學習，從而提升教學效果。

2.多教學手段結合，培養學生的創新能力。首先，采用PPT、素材和板書相結合的多元教學方式，在課件制作過程中兼顧信息密度及質量，盡量使文字信息圖像化、表格化和實物化，使學生更容易抓住關鍵知識點，并且對土壤中物質轉化的機理機制有更直觀的感受，大幅提高學生的學習興趣。其次，采取提問和啟發相結合的教學方式。根據每堂課所講知識點事先設計好課前預習問題、課中互動問題及課后延展問題，引導學生在課前帶著問題預習，在課堂上圍繞重點探討，在課后繼續加強對課堂內容的學習，充分發揮學生的主體作用。再次，采取小論文和分組討論相結合的教學方法。通過布置結合學科前沿及現實污染問題的環境土壤學研討題目，鼓勵學生開展課外閱讀和查閱文獻資料，并將其梳理成讀書報告（小論文），以科研會議的形式開展專題討論會，在此過程中培養學生科研創新能力。最后，開展線上線下混合式教學，結合課堂派、騰訊會議等“互聯網+”手段，有機組織課前預習、課中互動、課后拓展等教學環節，拓展“環境土壤學”課堂的時空范圍，通過網絡平臺促進師生間的溝通，拉近距離，保障課程教學的順利進行，并形成及時有效的評價與反饋機制，從而更好地進行個性化教學。

3.改革實踐教學，培養應用型人才。“環境土壤學”課程的野外實習也是課程教學改革的重要內容。目前課程實習主要集中在土壤發生、土壤重金屬污染對環境質量的影響等方面，另需增加土壤碳、氮、磷循環與環境質量、重金屬污染土壤的植物修復等方面的實習實踐。同時需將實驗與實習相結合，在實習過程中指導學生根據不同的實驗要求采集野外土壤樣品，帶回實驗室處理，用作“環境土壤學”實驗課樣品。將室內實驗分析檢測出的土壤中的肥力、污染狀況、礦物類型、微生物組成等結果與采樣點周圍的實際情況進行聯系，使學生從數據上了解土壤污染與周圍環境質量對土壤理化性質、微生物群落組成等的影響，并指導學生以科研論文的形式撰寫實驗報告，著重強調分析及討論。通過這種方式加深學生對理論知識的理解，訓練學生的實際操作技能，培養學生嚴謹的科研思維能力，培養優秀的土壤治理應用型人才。

4.提供科研平臺及思路，培養學生自主科研能力。以教學團隊現有的土壤污染修復、土壤生態方面的科研項目為依托，將科學研究的思路引入課程教學，豐富教學內容，學生在了解科學研究課題的全過程后可進一步激發學習的興趣和熱情。在學生掌握學科和課程基礎知識后，通過近年來主持的研究課題，提前引導部分基礎好、理解能力強、興趣高的學生參與科研工作，并相應開展文獻綜述、數據分析、論文寫作等環節的專業技術培訓，使學生具有進入世界頂級院校在土壤學領域繼續深造的實力和機會。

（四）強化研究實踐，推動教學國際化

1.推動雙語教學實踐。筆者所在單位目前致力于創建世界一流大學，當前各學科的教育教學國際化正不斷地被提上日程，雙語（中英文）教學是大勢所趨。“環境土壤學”作為環境專業基礎課，開設于大學二年級，用雙語講授本門課程可保持本科階段學生的英語學習不斷線。但由于純英語教學模式可能會給學生帶來一定壓力，本課程采用滲透型和穿插型雙語教學交叉使用的模式，并以國際會議形式開展英語專題講座，減輕教師和學生的心理負擔。

2.外籍專家授課。課程教學團隊在多年的土壤學、土壤污染修復領域科研工作中，與美國、法國、英國、澳大利亞、韓國、日本等國家的土壤污染修復、土壤生態領域同行建立了穩固的學術合作關系，同時致力于推進國際土壤環境聯合實驗室等相關科研合作平臺的構建。依托于現有的外籍專家及其團隊研究工作，可獲取的研究案例及講座資源非常豐富。此外，課程教學團隊已有聘請外籍專家作為我校客座教授的成功經驗，在課程教學改革實踐中利用外教資源，結合專家講座，可豐富“環境土壤學”教學內容及形式。

3.國際交流實踐。教學團隊成員具有多次負責、指導校級和院系級本科生在境外交流及野外課程學習的經歷，合作院校包括法國國家農業研究院、英國普利茅斯大學、香港城市大學、日本東京大學等。筆者所在單位目前與英國伯明翰大學、澳大利亞格里菲斯大學建立了本科生交換培養合作關系，同時達成每學年定期開展短期本科生聯合野外實習協議。依托上述合作基礎，針對“環境土壤學”課程需求，鼓勵學生與境外高校學生組成團隊，共同進行土壤環境野外實習的定向課題設計并自主實施，通過實境培養學生的土壤環境國際合作、交流能力。

四、教改效果

（一）樂于傳道授業解惑，善為學生良師益友

基于FIP教學模式的“環境土壤學”教改實踐，完善“環境土壤學”課程建設，推進高素質土壤修復人才的培養，整體上課程知識體系完備、教學過程高效、學生能力提高顯著。近年來，我校持續推動與英國伯明翰大學、澳大利亞格里菲斯大學及昆士蘭大學的本科生聯合培養項目。2018年，3名“2+2”聯合培養項目學生榮獲伯明翰大學一等榮譽學位，并進入英國帝國理工大學等名校攻讀碩士學位。圍繞土壤污染修復主題，指導全國高校環境類專業本科生優秀畢業論文1篇、中山大學優秀本科畢業論文1篇、國家級本科生創新性研究項目1項。

（二）瞄準國家精品課程，積極提升教學質量

教學團隊通過問卷調查對基于FIP模式的“環境土壤學”教學改革效果進行評估，共發放問卷85份，問卷調查結果如表1所示。其中，97%的學生認為本次教學改革有助于了解國內外環境土壤學的研究前沿，96%的學生認為本次教學改革提高了環境土壤學專業英語的詞匯量以及科研創新和實踐動手能力，92%的學生對課程中增設的實驗設計內容滿意，學生對本次教學改革的總體滿意程度為100%。此外，教學團隊的教改思路也受到同行的肯定。“環境土壤學”理論—實驗—認知實習課程體系得到教育部高等學校環境科學與工程類專業教學指導委員會的認可，并于2016年11月邀請本課程教學團隊與全國同行分享經驗。近年來，教學團隊實施中山大學“環境土壤學”慕課建設（2018—2020）、“環境土壤學”精品視頻公開課（2017—2019）、“環境土壤學”教學改革（2017—2018）、“環境土壤學”教材編制（2015—2016）及“環境土壤學”實驗教學改革（2013—2014）等項目群，協助推進“環境土壤學”課程教學改革。總體來看，此次教學改革取得了較好的效果。

（三）鉆研教學業務技巧，提升課堂教學水平

在“環境土壤學”課程教改實踐中，教學團隊以脫口秀形式呈現課堂互動教學，以生活常識包裝枯燥理論知識，以國際會議形式組織全英專題討論，以“互聯網+”手段輔助教學管理，在課堂氣氛活躍、富有吸引力的同時，高標準引導學生獲取理論知識、提升個人能力，真正做到教學相長。教學團隊于2013、2017年分別獲中山大學青年教師授課大賽二等獎、一等獎，于2018年獲廣東省青年教師教學大賽二等獎。

（四）完善教學梯隊建設，爭創教學團隊佳績

充分重視教學團隊能力培養和梯隊建設，創造積極和諧向上的團隊氛圍，從而更好地持續推進“環境土壤學”課程教程改革，保證課程持續推陳出新，并獲廣東省“環境土壤學”教學團隊建設支持（2015—2018），“環境土壤學”教學團隊獲廣東省教學成果獎二等獎（2017）、中山大學教學成果獎一等獎（2017），建設成果顯著。

結語

針對“環境土壤學”課程的教改實踐建設，以FIP模式為指導，建立了融基礎內容與學科研究前沿知識為一體的“環境土壤學”課程教學體系，具有應用性強、研究性強、實踐性強、科普性強及共享性強的特點。在教學資源上緊追學科發展前沿，更新教材并構建教學資源庫；在教學內容上合理調整教學要點；在教學方法上善用現代科技輔助教學，并實現由單向灌輸向多項互動教學方式的轉變；在教學視野上走向國際，培養國際化人才。“環境土壤學”課程教學改革不僅顯著提高了學生學習的積極性和主動性，也提升了學生的實踐及科學研究能力，促進了高素質土壤修復人才的培養，同時構建了“環境土壤學”精品課程及卓越的教學團隊，教改效果顯著。

參考文獻

［1］賈建麗，趙燊煒，于妍.環境土壤學實驗教學方法探索［J］.中國現代教育裝備，2017（1）：35-38.

［2］秦華，姜培坤，徐秋芳，等.環境科學專業環境土壤學課程教學改革與實踐［J］.高等教育研究（成都），2007（4）：40-42.

［3］吳同亮，王玉軍，陳懷滿，等.基于文獻計量學分析2016年環境土壤學研究熱點［J］.農業環境科學學報，2017，36（2）：205-215.

［4］中國大學MOOC（南京農業大學土壤學精品課程）［EB/OL］.［2023-08-11］.https：//www.icourse163.org/spoc/course/NJAU-1003538117.

［5］周瑋，龍明忠，蘇春花，等.新工科背景下“環境土壤學”教學改革與實踐［J］.教育教學論壇，2021（5）：65-68.

［6］文嘉，陳桂秋.雙語教學在環境土壤學課程中的實踐［J］.科教導刊（中旬刊），2015（35）：49-50.

［7］劉廷鳳，李紅藝，丁克強.《環境土壤學》雙語教學模式的探索［J］.高教論壇，2011（2）：56-58.

Teaching Reform Practice of Environmental Soil Science Curriculum Based on FIP Model

JIN Chao， ZHANG Miao-yue， CAO Ying-jie， WANG Shi-zhong

（School of Environmental Science and Engineering， Sun Yat-sen University， Guangzhou， Guangdong 510006， China）

Abstract： Aiming at the needs of cultivating professional and internationalized talents for undergraduates majoring in environmental science in the new period， it is in need to reform the curriculum teaching of Environmental Soil Science （ESS）. Based on the trinity course system， a FIP teaching model is put forward， in which F stands for Frontier， meaning to follow the cutting-edge scientific research progress and integrate scientific research with teaching; I stands for International， meaning internationalized teaching model employed to broaden the students’ academic horizon; P stands for Practice， meaning extracurricular practices guiding students to independently implement research projects. Guided by FIP model， the teaching system of environmental soil science has been established， which integrates basic content and frontier knowledge of subject research. These ideas of teaching reform improved students’ learning initiative and scientific research ability， promoted the cultivation of high-quality soil restoration talents， established high-quality curriculum and excellent teaching team， and reached 100% overall satisfaction of students with this teaching reform， which can provide a reference for improving the curriculum system and enhancing the teaching quality for universities offering similar courses.

Key words： Environmental Soil Science; “trinity”; curriculum system; FIP teaching model