以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的生態(tài)-土壤綜合實驗教學(xué)改革

秦 麗，王吉秀，李 博，祖艷群，吳 炯

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南昆明 650021）

隨著人們對環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)的日益關(guān)注，環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)備受重視，尤其是考察農(nóng)業(yè)環(huán)境時，環(huán)境生態(tài)學(xué)成為了理論基礎(chǔ)，而環(huán)境土壤學(xué)成為了重要的研究對象[1]。環(huán)境土壤學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)之間具有較強的交叉性、綜合性和互補性[2]。一方面，必須掌握環(huán)境生態(tài)學(xué)，它運用生態(tài)學(xué)的原理，闡明人類對環(huán)境影響及解決環(huán)境問題的生態(tài)途徑，同時培養(yǎng)學(xué)生的生態(tài)文明思想和環(huán)境保護理念[3]。另一方面，必須重視環(huán)境土壤學(xué)，它研究人類活動引起的土壤環(huán)境質(zhì)量變化以及這種變化對人體健康、社會經(jīng)濟、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響，探索調(diào)節(jié)、控制和改善土壤環(huán)境質(zhì)量。如果說環(huán)境生態(tài)學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)，環(huán)境土壤學(xué)體現(xiàn)了實踐能力，那么在人才培養(yǎng)時，就需要系統(tǒng)綜合的實驗體系，覆蓋環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)課程的基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗的開展[4]。

在環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、生態(tài)學(xué)等環(huán)境類專業(yè)的教學(xué)中，實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的意義。綜合實驗是己學(xué)知識的綜合運用，是實踐教學(xué)的重要基礎(chǔ)和重要內(nèi)容。綜合性實驗要求學(xué)生提前查閱文獻、設(shè)計試驗方案，論證方案的可行性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力；在方案實施過程中，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力；實驗報告的撰寫和匯報，注重培養(yǎng)學(xué)生試驗數(shù)據(jù)的收集、處理和分析等方面的能力，既能促使學(xué)生將已學(xué)知識進行綜合應(yīng)用，又可鍛煉他們發(fā)現(xiàn)和解決復(fù)雜問題的能力[5]。因此，綜合性實驗教學(xué)是一種在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生以小組為單位，自主設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，進而得出實驗結(jié)論的新型實驗教學(xué)模式。綜合性實驗教學(xué)強調(diào)以學(xué)生為主體，老師僅起到引導(dǎo)和輔助作用，加強學(xué)生對理論知識理解，通過在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使學(xué)生逐漸具有一定的自主性和創(chuàng)新性。如何構(gòu)建環(huán)境科學(xué)專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和生態(tài)學(xué)專業(yè)的綜合性實驗教學(xué)體系，提高環(huán)境科學(xué)專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和生態(tài)學(xué)專業(yè)的實驗教學(xué)水平，是環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程和生態(tài)學(xué)教育工作者面臨的重要問題[6]。

1 課程現(xiàn)狀

1.1 課程組及師資

課程組成員為環(huán)境科學(xué)與工程省級優(yōu)勢特色重點學(xué)科、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護省教學(xué)團隊、環(huán)境類專業(yè)的負(fù)責(zé)人與骨干教師，有省學(xué)術(shù)帶頭人2人，省教學(xué)名師1人，校百名青年學(xué)術(shù)帶頭人1人，可滿足該課程基礎(chǔ)性、綜合性和創(chuàng)新性實驗指導(dǎo)教師的需要。

1.2 實驗教學(xué)材料

農(nóng)業(yè)院校環(huán)境土壤學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)具有較強的交叉性、綜合性和實踐性。2016環(huán)境類人才培養(yǎng)方案確定把《環(huán)境生態(tài)學(xué)》和《環(huán)境土壤學(xué)》兩門課程的實驗合并到了土壤-生態(tài)綜合實驗教學(xué)中，單獨開成一門32 學(xué)時的綜合實踐教學(xué)課，實驗教學(xué)的內(nèi)容緊密聯(lián)系大綱中人才培養(yǎng)目標(biāo)。調(diào)整了實驗教學(xué)的目的和要求，實驗教學(xué)的組織形式采用：傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式+ 實驗方法多樣化設(shè)計+實驗過程小組討論+實驗結(jié)論分析。目前已具備教學(xué)大綱、考核辦法、教學(xué)日歷、教案、教材等方面的完整教學(xué)材料，還根據(jù)農(nóng)科院校學(xué)科與專業(yè)特色，編寫具有特色的《生態(tài)-土壤綜合實驗》實驗教材，可滿足該課程配套教材的需要。

1.3 實驗平臺條件

該實驗課程依托云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境污染控制與生態(tài)修復(fù)工程實驗室、云南省高校農(nóng)業(yè)面源污染控制工程研究中心、校生態(tài)環(huán)境實驗室等平臺開展教學(xué)，在環(huán)境科學(xué)與工程省級優(yōu)勢特色重點學(xué)科建設(shè)經(jīng)費支持下，已購置高效液相色譜、氣相色譜、離子色譜、石墨爐原子吸收分光光度計、火焰原子吸收分光光度計、凍干機、傅里葉紅外光譜儀等大型儀器設(shè)備，可滿足課程綜合性、創(chuàng)新性實驗開展的需要。

2 課程創(chuàng)新理念及思路

采用文獻分析法，搜集有關(guān)省屬院校環(huán)境生態(tài)、環(huán)境土壤類實驗教學(xué)改革方面的學(xué)術(shù)文獻、理論與實踐，經(jīng)過比較分析，整合環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)等課程的課帶實驗，制定適合我校實際情況的生態(tài)-土壤綜合實驗教學(xué)體系，分為基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性實驗3類。

在完善基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，增加應(yīng)用性和創(chuàng)新性實驗，教師根據(jù)相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提出幾個選題方向，學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識與興趣，以實驗小組為單位，在相關(guān)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，開展綜合性創(chuàng)新性實驗，即開展“基礎(chǔ)實驗教學(xué)+實驗方法多樣化設(shè)計+實驗過程教師指導(dǎo)+創(chuàng)新實驗分組實施”的實驗教學(xué)方法與模式改革，改善實踐教學(xué)工作質(zhì)量[7]。

3 實驗教學(xué)方法創(chuàng)新及途徑

以學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的提高為核心，以實驗教學(xué)改革和實驗教學(xué)隊伍建設(shè)為抓手，以搭建學(xué)科優(yōu)勢、科研資源為實驗教學(xué)服務(wù)的平臺為舉措，以完善的實驗教學(xué)管理機制為保障，全面提升實驗教學(xué)質(zhì)量和資源使用效益，形成適合環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)特點的實驗教學(xué)體系、內(nèi)容、方法和特色。具體實施方案如下。

3.1 實驗教學(xué)組織模式：多層次有機結(jié)合

將傳統(tǒng)的實驗手段與綜合性、設(shè)計性實驗有機地融為一體，達(dá)到相互補充，實現(xiàn)最佳結(jié)合，使學(xué)生通過有目的、有計劃地操作和思維完成各層次的訓(xùn)練，達(dá)到鞏固基礎(chǔ)，提高實踐能力和創(chuàng)新能力的目的。內(nèi)容上既包含環(huán)境生態(tài)學(xué)的實驗，又有環(huán)境土壤學(xué)的實驗。實驗開設(shè)驗證性、設(shè)計性和綜合性三類，驗證性實驗一般3學(xué)時，綜合性和設(shè)計性試驗課時可適當(dāng)增加。設(shè)置十個實驗，采取驗證性實驗（5）+設(shè)計性實驗（3）+綜合性/創(chuàng)新性實驗（2）；驗證性實驗使學(xué)生掌握基本操作技能，設(shè)計性實驗鍛煉學(xué)生提出問題、分析問題、應(yīng)用綜合理論知識解決問題的能力，綜合性實驗讓學(xué)生結(jié)合創(chuàng)新項目訓(xùn)練，參與教師的科研項目，實現(xiàn)以科研促教學(xué)、教學(xué)帶動科研的相互激勵機制，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 實驗教學(xué)模式：“雙主”模式

“主導(dǎo)-主體”教學(xué)模式（簡稱“雙主”模式），是何克抗教授在奧蘇貝爾“有意義學(xué)習(xí)理論”“動機理論”“先行組織者”教學(xué)策略及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下提出的以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)模式。此模式將以教為主和以學(xué)為主的教學(xué)設(shè)計模式有機結(jié)合，避免了在教學(xué)過程中單純使用一種教學(xué)設(shè)計模式而產(chǎn)生的教學(xué)時單方面（教師或?qū)W生）主宰教學(xué)而出現(xiàn)的“滿堂灌”或“盲目學(xué)”的現(xiàn)象，使學(xué)生能夠采用更合理的學(xué)習(xí)策略掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容和提高自學(xué)能力，優(yōu)化了教學(xué)過程。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)，生態(tài)-土壤綜合實驗創(chuàng)造一個既能起到教師指導(dǎo)作用，又能實現(xiàn)個別化交互與協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境。教師與學(xué)生合作的雙主“模式”，既可發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)了學(xué)生的認(rèn)知主體作用，調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。

3.3 實驗教學(xué)方法與手段

生態(tài)-土壤綜合實驗要求學(xué)生能直面復(fù)雜的土壤問題，注重在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，使學(xué)生始終處于主動探索的狀態(tài)，養(yǎng)成獨立思考和積極進取的科學(xué)精神。學(xué)生經(jīng)過查閱資料、提出實驗方案、方案的討論與確定、實驗、實驗總結(jié)等過程，使學(xué)生經(jīng)歷一次全面地分析研究問題的過程。

（1）鞏固基礎(chǔ)性實驗。專業(yè)基礎(chǔ)實驗的主要目標(biāo)是鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識和實驗技能、數(shù)據(jù)處理知識、常規(guī)實驗儀器與裝置的使用，使學(xué)生理論與實際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗?zāi)芰?。課程根據(jù)學(xué)科的發(fā)展，緊密結(jié)合科研成果和實踐，以及實驗教學(xué)改革成果，研究開發(fā)適合學(xué)生實驗的教學(xué)實驗項目，使學(xué)生在實驗操作能力提高的同時，掌握學(xué)科發(fā)展的動態(tài)和學(xué)以致用的思維方式。

（2）加強應(yīng)用性實驗。專業(yè)應(yīng)用實驗的主要目標(biāo)是讓學(xué)生面對生態(tài)和土壤環(huán)境問題，要求學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，通過實驗過程培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。課程根據(jù)學(xué)科的發(fā)展和課程組教師的科研項目，注重實驗項目的實際應(yīng)用意義。課程組經(jīng)常組織教師進行實驗技術(shù)、實驗教學(xué)思想與教學(xué)方法的討論研究，鼓勵教師從培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力出發(fā)，開發(fā)新的實驗項目，改進原有的實驗方案設(shè)計，提升綜合性實驗所占比例，培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才。

（3）發(fā)展創(chuàng)新性實驗。創(chuàng)新性實驗以教學(xué)科研一線的骨干教師承擔(dān)，每個實驗由不超過5名學(xué)生組成的創(chuàng)新實驗小組，在教師的指導(dǎo)下，開展由科研項目衍生、適合本科生的子課題實驗研究工作，著重培養(yǎng)學(xué)生在解決實際環(huán)境問題的創(chuàng)新能力。目前，多位國家基金項目課題負(fù)責(zé)人在內(nèi)的教授、副教授擔(dān)任創(chuàng)新性實驗指導(dǎo)教師，大學(xué)生對參加創(chuàng)新性項目表現(xiàn)出很高的熱情，積極申請和參加大學(xué)生創(chuàng)新研究項目申請，實現(xiàn)了師資、設(shè)備、科研項目為大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)服務(wù)。

整個創(chuàng)新實驗使學(xué)生經(jīng)歷“三個全面”的過程，即：經(jīng)歷一次全面分析研究問題的過程，實驗技能得到全面的鍛煉、綜合能力得到全面的提升[9]。學(xué)生在完成創(chuàng)新實驗后由教師指導(dǎo)撰寫科研論文，成果可以發(fā)表和參加科技創(chuàng)新競賽。創(chuàng)新實驗充分利用科研資源，使學(xué)生的創(chuàng)新能力有一個質(zhì)的提高。

（4）加強實驗教學(xué)的質(zhì)量控制和考核。實驗考核的目的是客觀、準(zhǔn)確地評價學(xué)生，促進學(xué)生以更主動、更積極的態(tài)度，通過各層次的實驗教學(xué)過程，提高應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。由于實驗過程的重要性、實驗形式的多樣性，須采用多種考核方法來考核學(xué)生的實驗過程和實驗質(zhì)量。專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)應(yīng)用實驗的考核方法主要有：①實驗過程的平時實驗成績；②實驗報告的審閱評審成績；③對實驗的討論與答辯成績；④各種比賽、論文撰寫及發(fā)表的成績。創(chuàng)新性實驗的考核主要由創(chuàng)新實驗指導(dǎo)教師對學(xué)生整個實驗過程進行綜合評價，根據(jù)研究項目取得成果的貢獻程度，結(jié)合論文發(fā)表、大學(xué)生創(chuàng)新基金申請和結(jié)題、科技創(chuàng)新競賽獲獎情況，設(shè)立多元化的實驗水平綜合評價制度及操作方法。

（5）實踐教學(xué)質(zhì)量評估，采用現(xiàn)場考核和會議討論法，組織校內(nèi)外環(huán)境類專業(yè)師資隊伍，開展生態(tài)-土壤綜合實驗實踐課程設(shè)置、基本實驗技能掌握等方面的考察，評估生態(tài)-土壤綜合實驗的教學(xué)效果。

4 教學(xué)創(chuàng)新效果及成果

4.1 完成實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)，實施教學(xué)改革創(chuàng)新

整合環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)等課程的課帶實驗，結(jié)合我校以農(nóng)為主的特色，制定適合我校實際情況的生態(tài)-土壤綜合實驗教學(xué)體系，包含基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性實驗，包含具有農(nóng)科院校特色的生態(tài)-土壤綜合實驗教學(xué)體系。

4.2 編寫完成《生態(tài)-土壤綜合實驗》教材

依托我校環(huán)境類專業(yè)教師資源，整合環(huán)境生態(tài)學(xué)、環(huán)境土壤學(xué)等課程的實驗，結(jié)合云南農(nóng)業(yè)環(huán)境實際，制定適合我校教學(xué)需要的生態(tài)-土壤綜合實驗教學(xué)體系，包括基礎(chǔ)性、綜合性和創(chuàng)新性實驗，形成具有地方農(nóng)科院校特色的《生態(tài)-土壤綜合實驗》配套教材。

5 結(jié)語

加強高等學(xué)校環(huán)境類專業(yè)的實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力，提高實驗教學(xué)水平，是高校環(huán)境類專業(yè)教學(xué)的重要任務(wù)。高等學(xué)校環(huán)境類專業(yè)的環(huán)境土壤學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)課程分別開設(shè)實驗課程，容易帶來知識點的重復(fù)或缺失，特別是不能滿足綜合性和創(chuàng)新性實驗的開展[10]。生態(tài)-土壤綜合實驗課程就是在這種情況下應(yīng)運而生的，彌補了該方面的不足，吸納了最新的研究技術(shù)、方法和成果研究，對于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，提高實驗教學(xué)水平，推動專業(yè)建設(shè)，具有十分重要的理論與實踐意義。