基于科學實驗探索的土壤學教學改革及實踐

胡佳俊 高旻天

摘要：本文從土壤學的學科發(fā)展特征出發(fā)，針對教學過程中存在的問題，提出基于科學實驗探索的土壤學教學改革思路及實踐方法，將理論和實驗實踐相結合，加深學生對理論知識的理解，同時培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和獨立實驗能力。

關鍵詞：土壤學;教學改革;實驗實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0252-02

一、引言

土壤是孕育萬物的搖籃，是人類文明的基石。我們幾乎時時刻刻都與土壤發(fā)生著緊密聯(lián)系。土壤學作為一門獨立的自然科學，最早是在化學與植物礦質營養(yǎng)的基礎上建立起來的。土壤學從開始創(chuàng)建就涉及地學、生物學、生態(tài)學、化學、物理學等多學科領域，是一門與多學科互相滲透、交叉的綜合性很強的學科。土壤學與地質學、水文學、生物學、氣象學等存在密切關系，主要是由土壤在地理環(huán)境中的位置和功能所決定的。土壤作為地球表層系統(tǒng)的重要組成部分，它的形成、發(fā)育與地質、水文、生物和近地表大氣息息相關。土壤學與農(nóng)學、農(nóng)業(yè)生態(tài)學有著不可分割的關系。因為土壤是綠色植物生長的基地，農(nóng)學紅的栽培學、耕作學、肥料學等，都是以土壤學位基礎，土壤學是農(nóng)業(yè)基礎科學的重要部分。此外，土壤學還和環(huán)境科學、生態(tài)學聯(lián)系密切。因為環(huán)境的核心是地球表層系統(tǒng)中的圈層，而土壤是地球上多種生命繁衍、生息的場所。從環(huán)境科學的角度看，土壤不僅是一種資源，還是人類生存環(huán)境的重要組成要素。土壤除具備肥力、能生產(chǎn)綠色植物外，還具有對環(huán)境污染物質緩沖、代謝、凈化客觀屬性。土壤的這些性能在穩(wěn)定和保護人類生存環(huán)境和生態(tài)安全中起著重要的作用。所以，土壤學和環(huán)境科學的交叉結合就形成了一門新的土壤學分支—環(huán)境土壤學。由此可見，要培養(yǎng)出優(yōu)秀的土壤學人才就需要廣泛的知識面和創(chuàng)新實踐能力。而現(xiàn)有傳統(tǒng)的土壤學的教學內(nèi)容和教學方法在知識面方面、創(chuàng)新實踐方面都存在一定的局限性，需對其教學內(nèi)容、教學方式等方面進行改革，以拓寬學生的知識面、強化創(chuàng)新思維及實踐能力。

二、土壤學教學改革思路

現(xiàn)代土壤科學無論從自身的學科基礎理論的創(chuàng)新，還是解決實際應用問題，其復雜性日益增加，應用范圍不斷擴大?；A研究方面，主要和地學、生物學、數(shù)學、化學、物理學等基礎學科結合，在應用研究方面，主要與農(nóng)學、環(huán)境學、生態(tài)學、氣象學、區(qū)域自然地理及社會經(jīng)濟學等多科學之間合作。在教學過程中，學生不僅需要扎實掌握土壤學的基礎知識，還要了解前沿發(fā)展和研究現(xiàn)狀。因此，在課程的教學改革過程中，我們需要基于當今科學研究發(fā)展的客觀事實和學生知識結構構建的主觀需要，在學生掌握理論知識的基礎上，將學生帶入科學研究的前沿，通過野外實地參觀、參與相關科學研究、初步開展小規(guī)模的實驗研究等方式，進一步強化理解理論知識，同時提高創(chuàng)新實踐能力。

三、土壤學教學改革實踐方法

（一）野外實地參觀

土壤學課程的野外實地參觀是課程教學改革的一個重要內(nèi)容之一。學?？膳c多個土壤學相關基地建立專門的學生野外實習參觀基地，如地質學、植物學、土壤微生物學、土壤農(nóng)學、土壤污染修復等相關基地。

通過理論教學，在學生有一定理論知識的基礎上，采取老師現(xiàn)場教學的方式，對學生進行引導性教學和認識體驗。在野外實地教學過程中，可以分為兩個階段實施。第一個階段，以專題的形式開展野外調查和認識實習，如農(nóng)村土壤調查、城市土壤調查、土壤植被類型及其保護、土壤質量調查和改良等。每個專題都配備專業(yè)老師現(xiàn)場講授相關知識、實地參觀或分組深入調查;第二個階段，參觀和調查成果的整理，分為整理野外調查記錄、建立數(shù)據(jù)庫、整理數(shù)據(jù)成圖、撰寫各專題調查報告、實習成果總結匯報等。以土壤質量調查和改良為例，土壤質量包含土壤許多物理、化學和生物性質，具體而言，主要包括土壤肥力質量和土壤環(huán)境質量。土壤肥力質量是指植物生長所需的養(yǎng)分供應能力和環(huán)境條件，也就是土壤的生產(chǎn)能力，對土壤肥力調查主要是土壤性質。土壤性質主要包括土壤化學性質：pH、CEC、植物養(yǎng)分含量及其有效性、鹽分含量和組成;土壤物理性質：土壤顆粒分布、結構、容重、孔隙度、團聚體的體積和穩(wěn)定性、土壤水分、持水性能、入滲速率、入滲容量等;土壤生物學性質：有機質的數(shù)量和類型、土壤微生物數(shù)量、類型和功能、專性呼吸作用強度及各種生物酶活性等。土壤環(huán)境質量則是指在一定的時間和空間范圍內(nèi)，土壤自身性狀對其持續(xù)利用以及對其他環(huán)境要素，特別是人類或者其他生物的生存、繁衍、社會經(jīng)濟發(fā)展的適宜性，是土壤“優(yōu)劣”的一種概念，它與土壤遭受外源物質的侵襲、累積或污染的程度密切相關。土壤環(huán)境質量是環(huán)境科學與土壤環(huán)境保護研究中的熱門課題，也是環(huán)境土壤學的可信內(nèi)容之一，它是土壤質量的重要組成部分。土壤環(huán)境質量依賴于土壤在自然成土過程中所形成的固有的環(huán)境條件、與環(huán)境質量有關的元素或化合物的組成與含量、土壤利用過程及其動態(tài)變化，同時應考慮土壤作為次生污染源對整體環(huán)境質量的影響。

通過上述課程實習，可讓學生了解土壤植物類型、生長特征;土壤微生物的組成及環(huán)境影響因素;農(nóng)作物的生長習性及特征;土壤污染的類型、來源及修復方法等。上述野外實踐參觀的教學方式不僅讓學生親身感受到土壤學與植物學、微生物學、農(nóng)學、環(huán)境學以及地質學等的相關性，同時對課本內(nèi)容有了更直觀的認識。通過理論聯(lián)系實際，結合回憶課堂講授內(nèi)容，加深了學生對知識的理解，很好地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力。

（二）參與相關科學研究實踐

除了野外實習參觀外，讓學生參與到土壤學相關科學研究工作中，也是一個較好的培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的方法。土壤學的相關科學研究基本都是以土壤樣品的采集、保存、預處理、指標分析等為基礎。以土壤修復研究為例，可在開展污染土壤修復研究時，在學生了解研究的目的和方法基礎上，指導學生進行野外污染土壤樣品的采集、保存、預處理以及指標分析等工作。從而引導學生認識到土壤中的污染物主要包括有機物污染、無機物污染、土壤生物污染等。有機物污染分為有機物和人工合成有機物污染，一般指的是有機廢棄物、農(nóng)藥等污染。有機污染物進入土壤后，可危及農(nóng)作物的生長和土壤生物的生存，如稻田因施用含二苯醚的河泥曾造成稻苗大面積死亡。人體接觸污染土壤后，手腳出現(xiàn)紅色皮疹，并有惡心和頭暈現(xiàn)象。農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用盡管受到了良好的效果，但是其中一些農(nóng)藥殘留物卻對土壤和食物鏈有不良的影響。無機污染物主要是隨著人類的生產(chǎn)和消費活動而進入的。采礦、冶煉、機械制造、建筑材料和化工等生產(chǎn)部門，每天都排放大量的無機物質，包括有害的元素氧化物、酸、堿、鹽類等。土壤生物污染是指一個或幾個有害的生物種群，從外界環(huán)境侵入土壤并大量繁衍，破壞原來的動態(tài)平衡，對人類健康和土壤生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。造成土壤生物污染的主要物質來源是未經(jīng)處理的糞便、垃圾、城市生活污水、飼養(yǎng)場和屠宰場的污物等。其中危害最大的是傳染病醫(yī)院未經(jīng)消毒處理的污水和污物。進入土壤的病原體能在其中生存較長時間。土壤生物污染不僅可能危害人體健康，而且有些長期在土壤中存活的植物病原體還能嚴重地危害植物造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。從上述分析的基礎上，可在老師的指導下，通過查閱相關文獻以初步了解土壤污染的一些防止措施和方法等。

根據(jù)課程進展情況，還可以考慮讓學生參與到研究生的相關科研中。一方面，可以進一步強化學生對污染土壤修復相關科學研究的認識;另一方面，還可能會激發(fā)學生對污染土壤修復的興趣，為其在土壤學領域的深造奠定一定的基礎。

完成相關科學研究的檢測分析后，學生得到了土壤理化特征、污染狀況、土壤肥力等數(shù)據(jù)結果，安排學生以小組討論的方式比較土壤檢測分析結果，以探索土壤采樣、保存、預處理及指標分析等方面的注意事項，加強學生相關工作的理解和認識。同時，在分組討論的基礎上，以小組為單位，得到以土壤理化特征、污染狀況等數(shù)據(jù)結果。最后，以學生個人為單位，以實驗數(shù)據(jù)結果為基礎，結合野外采樣周邊情況，撰寫科學研究實踐總結報告。

上述教學方式不僅可以加深學生對書本理論知識的理解，促使學生高度重視實驗過程，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和獨立實驗能力，同時也大大提高了學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為日后的學習和工作打下良好的基礎。

四、展望

土壤學作為應用基礎學科，其服務對象正在日益擴大，除傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，還包括環(huán)境生態(tài)建設、資源合理利用以及農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展等領域。研究方法和手段不斷創(chuàng)新。此外，土壤學在研究方法和研究手段上也不斷創(chuàng)新，包括信息技術、生物工程技術等已經(jīng)在土壤學中具有廣泛應用。為了適應土壤學的發(fā)展，土壤學的教學內(nèi)容和方式必須多樣化。本文將野外實地參觀和參與相關科學研究引入教學內(nèi)容中，通過理論與實驗相結合進行的教學方式，激發(fā)學生主動學習的積極性，培養(yǎng)學生對科學研究的興趣，同時提高了教學的質量。

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