山地專題營：防災(zāi)減災(zāi)，你我同行

2016年7月，來自貴州、湖北、湖南、江西、四川的營員們參加了以“走進(jìn)山地，放飛夢想”為主題的高?？茖W(xué)營山地專題營。山地專題營旨在使青少年了解山地科學(xué)的研究進(jìn)展、前沿動(dòng)態(tài)和山地科學(xué)研究的基本方法，激發(fā)青少年科學(xué)興趣，引導(dǎo)青少年崇尚科學(xué)，鼓勵(lì)他們勵(lì)志從事山地科學(xué)研究事業(yè)。營員們走進(jìn)中科院成都山地所，參觀重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、山地科技博覽館，聆聽大師講座，體驗(yàn)科技互動(dòng)、創(chuàng)新展示，參加科學(xué)實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐活動(dòng)。營員們還參觀了都江堰水利工程、四川省博物院，領(lǐng)略了古蜀文明的璀燦，感受古人超凡智慧的魅力。豐富多彩而又特色鮮明的活動(dòng)使得營員們學(xué)習(xí)科技知識(shí)，感悟名家智慧，領(lǐng)略科學(xué)魅力，體驗(yàn)科研文化。

活動(dòng)簡介

山地專題營的100名營員分成4組走進(jìn)中科院成都山地所科研實(shí)驗(yàn)室，零距離接觸各實(shí)驗(yàn)室的科研環(huán)境和學(xué)術(shù)氛圍，動(dòng)手參與科學(xué)小實(shí)驗(yàn)，與成都山地所的科研人員一起探尋山地科學(xué)的奧秘。科學(xué)小實(shí)驗(yàn)包括認(rèn)識(shí)土壤、土壤酸堿度測定、成災(zāi)水土研究、工程防治設(shè)計(jì)4個(gè)板塊。指導(dǎo)教師豐富的活動(dòng)設(shè)計(jì)讓營員們?cè)诳茖W(xué)實(shí)踐中感受快樂，通過實(shí)驗(yàn)室教師們的詳細(xì)介紹，科研工作的神秘面紗逐漸掲開，營員們無不被科研的奇妙折服。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

課題一：認(rèn)識(shí)土壤

土壤的組成和土壤結(jié)構(gòu)描述

通過野外觀察記錄，采用傳統(tǒng)土壤學(xué)研究方法，從土壤結(jié)構(gòu)特性等方面認(rèn)識(shí)土壤。通過觀察土壤組成、土壤結(jié)構(gòu)、土壤團(tuán)聚體、根系分布和土壤顏色，以及土壤動(dòng)物等，使?fàn)I員對(duì)土壤本身有更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，能夠從專業(yè)角度分析和判斷土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)營員的觀察能力、描述能力。實(shí)驗(yàn)方法采用土壤學(xué)描述記錄法。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)通過營員的觀察和親自動(dòng)手，更好地認(rèn)識(shí)土壤團(tuán)聚體，理解什么是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性。利用實(shí)驗(yàn)提供的不同土地利用方式下采集到的土壤團(tuán)聚體，營員自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嘗試研究有機(jī)質(zhì)和土壤質(zhì)地與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)系，并在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，得到解決問題的方法，學(xué)習(xí)與其他營員的合作與交流。

土體三相組成百分比測試

利用實(shí)驗(yàn)室提供的工具，測量取自野外山坡上的土樣密度，測量土體中土粒、水、氣的相對(duì)百分含量，計(jì)算出土體中土粒、水、氣的相對(duì)體積百分含量。由營員自行寫出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的測試步驟，并完成參數(shù)測試。

貢嘎山區(qū)土壤類型和特征研究

認(rèn)識(shí)土壤分布的垂直地帶性；指導(dǎo)營員思考土壤形成的地形、氣候、母質(zhì)和植被等影響因素；學(xué)習(xí)土壤樣品的采集制備方法，學(xué)習(xí)樣品編號(hào)和記錄。

課題二：不同類型土壤酸堿度對(duì)比實(shí)驗(yàn)課題

土壤pH值是土壤溶液中氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)，是土壤重要的基本性質(zhì)，也是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤養(yǎng)分的存在形態(tài)和有效性。我國各類土壤pH值變化范圍很大，可用“東南酸，西北堿，南北差異大”這句話來描述。本實(shí)驗(yàn)采用比色法和電位法測定土壤的pH值。比色法便于野外測定，但準(zhǔn)確度低，而電位法多用于實(shí)驗(yàn)室，具有準(zhǔn)確、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)。

課題三：山地災(zāi)害成災(zāi)土水課題

成災(zāi)土體中氣、液、固三相體積組成測定

通過對(duì)土體的仔細(xì)觀察，了解土體的三相（固、液、氣）組成特征，介紹土體固、液、氣三相組成的大致狀態(tài)；學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，編寫實(shí)驗(yàn)方案，測試出土體中固、液、氣三相組成的相對(duì)質(zhì)量百分含量；學(xué)生自己設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化公式，計(jì)算出土體中固、液、氣的相對(duì)體積百分含量。

含水率對(duì)土體自身形態(tài)的影響

根據(jù)含水率概念，配制出10%、15%、25%不同含水率的土樣；觀察、描述不同含水率的土樣各自特性。

不同含水率土體強(qiáng)度的直剪實(shí)驗(yàn)介紹試樣直剪強(qiáng)度概念，介紹土體制樣的基本操作方法；以1.9g/cm3的干密度，制備不同含水率直剪試樣各1個(gè)；使用四聯(lián)直剪儀，采用l00kPa法向壓力，測得各自含水率土樣的抗剪強(qiáng)度；根據(jù)測得的抗剪強(qiáng)度，繪制“含水率——抗剪強(qiáng)度關(guān)系”圖；分析數(shù)據(jù)結(jié)果。

水對(duì)土體承載力的影響

用積木搭建土體顆粒與水體示意裝置。積木代表土體顆粒，中部空隙代表土壤孔隙，空隙中放置氣球代表孔隙水。對(duì)氣球進(jìn)行吹氣使氣球變大，與積木產(chǎn)生接觸力，代表孔隙壓力。隨著氣球進(jìn)氣量的增加，氣球?qū)Ψe木壓力變大，代表孔隙壓力增大的過程。最后觀察積木搭建的骨架是否穩(wěn)固，進(jìn)而理解孔隙水壓和有效壓力的概念，以及孔隙水壓對(duì)土體承載力的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生寫出對(duì)孔隙水壓的理解，以及土體失穩(wěn)發(fā)生的條件。

課題四：工程防治課題

讓學(xué)生能夠?qū)r土工程加固技術(shù)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，了解巖土工程加固技術(shù)，并啟發(fā)其思考巖土工程加固技術(shù)的原理。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，通過團(tuán)隊(duì)內(nèi)的討論、實(shí)驗(yàn)，取得實(shí)驗(yàn)的成功。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為在倒立的狀態(tài)下，如何讓裝滿沙土的紙杯內(nèi)的沙土不掉落。

活動(dòng)總結(jié)

重視理論與實(shí)踐的結(jié)合

在活動(dòng)中，不僅要注重對(duì)營員科學(xué)理論的教育和引導(dǎo)，還積極引導(dǎo)營員將所學(xué)理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過動(dòng)手科學(xué)小實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓營員們更加深刻地體驗(yàn)到理論與實(shí)踐的差異、聯(lián)系和相互應(yīng)用關(guān)系，不僅收獲科學(xué)理論知識(shí)、學(xué)習(xí)方法，還提高了他們的動(dòng)手實(shí)踐能力、獨(dú)立思考能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣和欲望。

方案設(shè)計(jì)科學(xué)，合理調(diào)配時(shí)間

在設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，采取靈活多樣的活動(dòng)方式，既考慮營員的學(xué)習(xí)興趣，又充分調(diào)配各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的時(shí)間，在原有理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、交流討論、團(tuán)隊(duì)合作等，積極調(diào)動(dòng)營員的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。在有限的時(shí)間內(nèi)，確保每個(gè)營員都能參與到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中去，既充足有效，又避免浪費(fèi)。

富有山地科學(xué)特色的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將山地災(zāi)害按照線性因果的原則分解為認(rèn)識(shí)災(zāi)害、分析成災(zāi)要素、研判處置方法、實(shí)施工程防治等實(shí)驗(yàn)板塊。每個(gè)板塊既相互獨(dú)立又先后承接，讓營員們?cè)谡J(rèn)知山地災(zāi)害成災(zāi)原理的基礎(chǔ)上，溯果追因，分小組完成實(shí)驗(yàn)。通過每個(gè)板塊的實(shí)驗(yàn)掌握山地災(zāi)害發(fā)生和防治的系統(tǒng)性規(guī)律，啟發(fā)在今后學(xué)習(xí)和處置問題時(shí)的系統(tǒng)性思考和科學(xué)應(yīng)對(duì)能力，使?fàn)I員們既了解了山地災(zāi)害相關(guān)的基本原理和防治手段，又提高了創(chuàng)新思維方法和自主創(chuàng)新能力。

反響積極的活動(dòng)效果

通過學(xué)習(xí)掌握山地災(zāi)害的主要形式、成因、成災(zāi)基本要素和原理等理論知識(shí)，再結(jié)合親手完成防治工程的設(shè)計(jì)和實(shí)施，將學(xué)習(xí)理論運(yùn)用于具體的災(zāi)害處置，學(xué)以致用，全面提升了營員們的意見表達(dá)、獨(dú)立思考和協(xié)同創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了科學(xué)的思維方式，學(xué)會(huì)了開展系統(tǒng)性研究學(xué)習(xí)的習(xí)慣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和獨(dú)立性。同時(shí)，結(jié)交了一大批新朋友，激發(fā)了他們對(duì)山地科學(xué)的濃厚興趣和科技動(dòng)手能力。

“通過科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們認(rèn)知了中國土壤的類型和特征，了解了各類型土壤的抗侵蝕能力。我們還學(xué)習(xí)了工程防治山地災(zāi)害的技術(shù)，并且成功運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)完成了科學(xué)實(shí)驗(yàn)。山地專題營使我們親身體驗(yàn)到科學(xué)的魅力和力量，感受到科學(xué)帶給我們的無限樂趣，同時(shí)也堅(jiān)定了我們的科學(xué)理想?！眅ndprint