新農(nóng)科背景下土壤與植物營養(yǎng)實驗教學(xué)改革與探索

摘 "要：農(nóng)林院校在新農(nóng)科背景下承擔(dān)著人才培養(yǎng)、科技支撐和社會服務(wù)的重要責(zé)任和時代使命。實驗教學(xué)在綜合性人才的培養(yǎng)中具有非常重要的作用，土壤與植物營養(yǎng)是一門涉農(nóng)廣、實踐性強、應(yīng)用面寬的專業(yè)基礎(chǔ)課。為適應(yīng)新形勢下人才培養(yǎng)的要求，文章結(jié)合目前實驗項目存在的若干問題，對實驗內(nèi)容和方法進(jìn)行教學(xué)改革探索，以期激發(fā)學(xué)生的主動參與意識和學(xué)習(xí)興趣，強化基本技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識、實踐能力和創(chuàng)新精神，為培養(yǎng)農(nóng)業(yè)綜合性人才提供更實用的教學(xué)實踐模式。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)科；人才培養(yǎng)；土壤與植物營養(yǎng)；實驗教學(xué)改革

中圖分類號：G642 " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " "文章編號：1673-7164（2024）31-0160-04

黨的十九大提出實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，培養(yǎng)造就一支懂農(nóng)業(yè)、愛農(nóng)村、愛農(nóng)民的“三農(nóng)”工作隊伍，［1］人才是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化最應(yīng)先破解的關(guān)鍵問題和主要抓手。在新農(nóng)科背景下，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量可以有效增強鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施效果，培養(yǎng)一大批有服務(wù)國家和人民的社會責(zé)任感、有獻(xiàn)身國家農(nóng)林事業(yè)的志向、有解決農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)實際問題能力的高水平應(yīng)用型人才，［2］農(nóng)學(xué)類專業(yè)學(xué)生是未來推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一支重要力量，擔(dān)當(dāng)著鄉(xiāng)村振興的時代責(zé)任與使命，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)高校人才培養(yǎng)的改革目標(biāo)。［3］

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要推進(jìn)教育現(xiàn)代化，加強人才培養(yǎng)，提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新能力。西北農(nóng)林科技大學(xué)在“經(jīng)國本、解民生、尚科學(xué)”傳統(tǒng)辦學(xué)理念的基礎(chǔ)上，始終將立德樹人、服務(wù)國家戰(zhàn)略作為人才培養(yǎng)的根本任務(wù)，瞄準(zhǔn)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展需要，建立了“通專結(jié)合、本研貫通、產(chǎn)教融合”的人才培養(yǎng)新體系，建立健全產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的實踐教學(xué)體系，依托學(xué)校創(chuàng)建的政府推動下的“以大學(xué)為依托、以基層農(nóng)技力量為骨干”的新型農(nóng)業(yè)科技推廣服務(wù)體系，在全國22個省市（自治區(qū)）建立了241個合作實踐基地、38個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基地，立足農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新優(yōu)勢和人才培養(yǎng)特色，充分發(fā)揮引領(lǐng)作用。自2018年以來，學(xué)校利用寒暑假組織3000余名師生深入西北五省和內(nèi)蒙古、西藏等地約4.7萬個行政村開展“鄉(xiāng)村類型與特征”調(diào)查，成立了鄉(xiāng)村振興研究院，實現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研一體化，在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)上，注重提高學(xué)生的實踐能力，不斷創(chuàng)新體制機制，吸引更多大學(xué)生在基層一線干事創(chuàng)業(yè)，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。［4］

一、課程任務(wù)和現(xiàn)狀

“土壤與植物營養(yǎng)”是西北農(nóng)林科技大學(xué)針對資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)以外的涉農(nóng)專業(yè)開設(shè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，由“土壤學(xué)”和“植物營養(yǎng)學(xué)”兩門課程有機整合，是西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院對農(nóng)學(xué)院、園藝學(xué)院、植物保護(hù)學(xué)院、林學(xué)院、風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院、草業(yè)與草原學(xué)院和創(chuàng)新學(xué)院等7個學(xué)院12個農(nóng)林專業(yè)28個班次開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，每年約835名學(xué)生選修該門課程。本課程的實驗項目包括土壤學(xué)實驗和植物營養(yǎng)學(xué)實驗，以“土”與“肥”的辯證關(guān)系為中心，設(shè)計考查學(xué)生對土壤、肥料、植物營養(yǎng)等方面基礎(chǔ)理論和專業(yè)分析測試技能的掌握程度，通過重點強化基本操作技能的訓(xùn)練，使學(xué)生充分掌握有關(guān)土壤和肥料樣品的常用分析項目的原理、技術(shù)和方法，為生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究服務(wù)。［5］

“土壤與植物營養(yǎng)”課程實驗為16學(xué)時，共計4次實驗。主要以經(jīng)典實驗為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)要求，適當(dāng)增加綜合性實驗和設(shè)計性實驗的比例。該課程授課內(nèi)容涉及實驗項目9個，分別是土壤樣品采集、土壤容重和孔隙度的測定、土壤水分速測、土壤樣品處理、土壤有機質(zhì)的測定、土壤養(yǎng)分速測、肥料定性鑒定、銨態(tài)氮肥含氮量的測定、土壤酸度的測定，每次實驗開展2—3個實驗項目，且不同專業(yè)開展的實驗項目也不一致。從多年來的教學(xué)準(zhǔn)備經(jīng)驗以及上課的效果來看，“實驗項目多、學(xué)時短”，學(xué)生對實驗環(huán)節(jié)不熟悉，缺少深入思考，驗證性綜合性的實驗為了盡快得到結(jié)果，按部就班、速戰(zhàn)速決，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量普遍不高，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，與社會需求有一定距離。［6］

二、實驗課程存在的問題

實驗項目與現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式脫節(jié)。部分實驗內(nèi)容相對陳舊，實驗方法仍沿用多年來的傳統(tǒng)檢測方法，學(xué)生無法了解和掌握行業(yè)領(lǐng)域檢測手段的新方法新技術(shù)，目前科研上常用的移液槍、分液器、漩渦振蕩器、數(shù)顯滴定器、全自動紫外分光光度計等儀器設(shè)備無法滿足本科教學(xué)使用，難以滿足學(xué)生對現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)相關(guān)知識的理解、掌握和應(yīng)用。比如土壤養(yǎng)分速測，采用過去傳統(tǒng)半定量式的“點滴比色法”，整個環(huán)節(jié)顯得粗糙不精確，測定結(jié)果與目前測土配方施肥常用方法的結(jié)果差異較大。［7］

傳統(tǒng)教學(xué)方法無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生在實驗課前沒有預(yù)習(xí)，實驗項目僅在教師的指導(dǎo)下按部就班做完，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)，［8］尤其是對“土壤與植物營養(yǎng)”有濃厚興趣的學(xué)生而言，傳統(tǒng)驗證性實驗難以拓展學(xué)生的科研素養(yǎng)。對于教師而言，由于實驗課學(xué)時少，實驗教師除了講授操作方法外，就是觀察培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力，容易忽略或輕視實驗室安全操作方面的內(nèi)容，或者講述內(nèi)容不直觀，無法引起學(xué)生的重視。

實驗員包辦實驗準(zhǔn)備，學(xué)生基礎(chǔ)技能得不到鍛煉。實驗員準(zhǔn)備實驗，導(dǎo)致學(xué)生的基礎(chǔ)實驗技能不扎實，操作不規(guī)范，容易導(dǎo)致發(fā)生安全隱患，如電子天平、移液管的使用，玻璃器皿的洗滌，滴定管的清洗與使用，濃酸強堿等危險化學(xué)品的使用方法，廢物廢液的處理等。基礎(chǔ)技能的缺失會導(dǎo)致實驗過程費時費力甚至事倍功半。

長期以來，傳統(tǒng)的實驗課形成了教師講、學(xué)生做，整個實驗最終變成了對實驗指導(dǎo)書的驗證。形式呆板，教師沒有積極性，學(xué)生缺乏主動性，忽視了學(xué)生的個性化培養(yǎng)，獨立操作、團隊協(xié)作、系統(tǒng)解決問題能力的訓(xùn)練，忽略了對實驗現(xiàn)象及結(jié)果的分析，抑制了學(xué)生在實驗中主觀能動性的發(fā)揮。不僅阻礙了學(xué)生實驗技能的進(jìn)一步提高，而且不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研能力。

三、解決方案

（一）實驗課程改革

更新部分實驗項目。設(shè)置難度不等的綜合性實驗項目，學(xué)生可根據(jù)興趣內(nèi)容選擇完成，實驗成績可參考完成效果和難度系數(shù)。具體實驗項目布局詳見圖1，科學(xué)合理設(shè)置實驗課程分值比例，如基礎(chǔ)性實驗項目占平時成績的30%，其中實驗室安全常識占10%，常規(guī)經(jīng)典項目占20%；設(shè)計綜合性實驗項目作為必修占平時成績的50%，其中整合基礎(chǔ)項目占20%，結(jié)合大型儀器開發(fā)新項目，讓學(xué)生了解掌握行業(yè)的新技術(shù)、新設(shè)備、新方法，設(shè)計創(chuàng)新提高類實驗項目占平時成績的20%，主要結(jié)合不同專業(yè)背景探索學(xué)科交叉實驗項目，以此建立教學(xué)實驗案例庫。實驗課結(jié)束后，酌情給表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生頒發(fā)證書，讓學(xué)生在提高實驗技能的基礎(chǔ)上得到鼓勵和認(rèn)可，增強學(xué)生后期開展科學(xué)研究的自信心。

制作多媒體視頻。對實驗室安全的提醒，可通過錄制微視頻課件，以二維碼的形式粘貼在實驗室的白板上。在學(xué)生進(jìn)入實驗室后，先用手機掃描二維碼，在5分鐘內(nèi)預(yù)習(xí)解實驗室的安全小常識，杜絕誤操作對學(xué)生帶來的潛在危害。制作常規(guī)經(jīng)典實驗項目微視頻，尤其是將科研常用的實驗設(shè)備融入其中，讓學(xué)生對現(xiàn)代檢測技術(shù)手段有更多的了解，直觀感受不同實驗項目的重點和難點，“線上預(yù)習(xí)，線下實踐”輕松掌握操作環(huán)節(jié)的知識要點，為綜合性和創(chuàng)新性實驗的順利開展奠定基礎(chǔ)。

讓學(xué)生自主動手準(zhǔn)備實驗。每個班提前讓學(xué)生分成8組，每次由2組學(xué)生負(fù)責(zé)準(zhǔn)備實驗。在教師的指導(dǎo)下，第1組學(xué)生負(fù)責(zé)配制試劑，從試劑濃度的計算、稱量、配制、分裝到標(biāo)簽制作和存放方式等；第2組學(xué)生負(fù)責(zé)準(zhǔn)備調(diào)試儀器和清洗實驗用具，如三角瓶、容量瓶、滴定管等。準(zhǔn)備完畢后，兩組學(xué)生可以自由選擇預(yù)實驗，檢驗是否準(zhǔn)備到位，這不僅能提高學(xué)生的動手能力，還能使學(xué)生了解掌握更多的技能。［9］準(zhǔn)備工作看似簡單，也包含著不少實驗技巧和方法，讓學(xué)生主動參與并發(fā)現(xiàn)問題，與同學(xué)分享自己的成功經(jīng)驗或失敗教訓(xùn)；在正式的實驗報告中撰寫實驗總結(jié)，對實驗過程中遇到的問題進(jìn)行合理分析，調(diào)可動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的獨立思考能力。［10］

（二）課外拓展改革

積極營造實驗室開放環(huán)境。鼓勵有大學(xué)生科創(chuàng)項目的學(xué)生進(jìn)入實驗室開展工作，尤其是曾修過“土壤與植物營養(yǎng)”的學(xué)生，通過不同學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究，建立教學(xué)案例庫，豐富教師的課程內(nèi)容，拓展學(xué)生的視野，調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性。

招募三下鄉(xiāng)背景的學(xué)生。利用寒暑假參加三下鄉(xiāng)的學(xué)生，可深入農(nóng)村基層，實地開展社會調(diào)查與服務(wù)工作，他們對農(nóng)村的生活環(huán)境、農(nóng)業(yè)種植方式及存在問題有最深切的感受，可以招募這些學(xué)生在三下鄉(xiāng)活動中，采集3—5份種植出現(xiàn)問題的土壤或植物樣品。行前進(jìn)行樣品采集專題培訓(xùn)，活動結(jié)束后申請實驗室進(jìn)行樣品檢測，分析結(jié)果并及時反饋給農(nóng)民，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，有效形成幫扶機制，貢獻(xiàn)“西農(nóng)”智慧，讓學(xué)生對三下鄉(xiāng)活動產(chǎn)生濃厚的存在感、獲得感和成就感，最后收集典型土壤和植物樣品，建立實驗案例庫。

開展實驗技能大賽。通過對實驗方法和儀器的掌握，鍛煉學(xué)生觀察、記錄、分析、判斷、預(yù)測能力和實驗設(shè)計能力，考查學(xué)生的基本功，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力和“樹理想，練本領(lǐng)，鑄擔(dān)當(dāng)”的專業(yè)情懷，這是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的重要手段。［6］

積極發(fā)揮場站育人功能。農(nóng)學(xué)類專業(yè)結(jié)合學(xué)校試驗場站設(shè)計有關(guān)“土壤與植物營養(yǎng)”綜合實驗項目，安排學(xué)生利用實習(xí)到生產(chǎn)一線鍛煉2—4周，全面實施場站教學(xué)提升工程，大力加強試驗示范站和示范推廣基地的條件建設(shè)和教學(xué)能力建設(shè)，推進(jìn)課程進(jìn)場站、教師進(jìn)場站、學(xué)生進(jìn)場站，使場站成為我校大學(xué)生實踐鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和提升專業(yè)能力的重要平臺。不斷豐富和創(chuàng)新實踐內(nèi)容與創(chuàng)新實踐載體，樹立實踐育人新標(biāo)桿。

四、改革效果

通過對近三年學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)生對實驗項目改革方案、實驗室安全教育方式和主動參與實驗教學(xué)準(zhǔn)備模式的滿意度分別達(dá)到了93.7%、98.6%和100%，其中學(xué)生對實驗項目改革方案的滿意度相對較低，主要是因為實驗方案與對口專業(yè)結(jié)合不緊密，希望能貼合生產(chǎn)實際，設(shè)計專業(yè)化更強的實驗項目；增加公共實驗室對外開放日，讓學(xué)生自由申請開展專業(yè)化更強的科創(chuàng)項目，研究探索農(nóng)業(yè)科研與實踐問題。［11］在課外拓展改革方面，有97.8%的學(xué)生表示愿意參與探索，這有待與教務(wù)處以及相關(guān)學(xué)院教學(xué)管理部門商討具體的執(zhí)行方案。

五、結(jié)語

西北農(nóng)林科技大學(xué)堅持產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)校特色和優(yōu)勢，立足陜西、面向西北、服務(wù)全國，是培養(yǎng)鄉(xiāng)村人才的主戰(zhàn)場，［12］在新農(nóng)科背景下承擔(dān)著人才培養(yǎng)、科技支撐和社會服務(wù)的重要責(zé)任和時代使命，推進(jìn)教育現(xiàn)代化，提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新能力，加強人才培養(yǎng)質(zhì)量，直接影響鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施效果。［13］“土壤與植物營養(yǎng)”是一門應(yīng)用性強、覆蓋面廣和靈活性較強的課程，實驗課程正是基于新農(nóng)科背景下的人才培養(yǎng)要求的積極改革探索。通過課內(nèi)改革，已經(jīng)取得了良好的教學(xué)效果，接下來要通過課外拓展的改革方式，結(jié)合大學(xué)生的科創(chuàng)項目、教師的科研項目、鄉(xiāng)村調(diào)研的實地走訪調(diào)查以及現(xiàn)代大型儀器檢測等手段，讓學(xué)生主動參與實驗，強化基本技能訓(xùn)練，學(xué)習(xí)掌握科學(xué)的研究方法，結(jié)合專業(yè)知識，分析實驗結(jié)果，形成科研報告指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。培養(yǎng)學(xué)生的科研意識、實踐能力和創(chuàng)新精神，增強學(xué)生的主人翁意識和社會責(zé)任感，造就一支“懂農(nóng)業(yè)、愛農(nóng)村、愛農(nóng)民”的“三農(nóng)”工作隊伍，為國家實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略貢獻(xiàn)“西農(nóng)智慧”。

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（責(zé)任編輯：敖利）

基金項目：西北農(nóng)林科技大學(xué)2021年實驗技術(shù)研究與實驗室管理創(chuàng)新項目“智慧實驗室環(huán)境安全管理與資源共享效能提升”（項目編號：SY20210102）；西北農(nóng)林科技大學(xué)2019年教學(xué)改革項目“鄉(xiāng)村振興人才培養(yǎng)模式下“土壤與植物營養(yǎng)”實驗教學(xué)改革與探索”（項目編號：JY1903086）。

作者簡介：張紅（1981—），女，博士，西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院高級實驗師，研究方向為土壤化學(xué)與環(huán)境化學(xué)；孫本華（1972—），男，博士，西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授，研究方向為土壤化學(xué)與土壤生態(tài)；呂家瓏（1962—），男，博士，西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授，研究方向為土壤化學(xué)與環(huán)境化學(xué)。