山地專題營：防災減災，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“走進山地，放飛夢想”為主題的高校科學營山地專題營。山地專題營旨在使青少年了解山地科學的研究進展、前沿動態和山地科學研究的基本方法，激發青少年科學興趣，引導青少年崇尚科學，鼓勵他們勵志從事山地科學研究事業。營員們走進中科院成都山地所，參觀重點實驗室、山地科技博覽館，聆聽大師講座，體驗科技互動、創新展示，參加科學實驗等實踐活動。營員們還參觀了都江堰水利工程、四川省博物院，領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使得營員們學習科技知識，感悟名家智慧，領略科學魅力，體驗科研文化。

活動簡介

山地專題營的100名營員分成4組走進中科院成都山地所科研實驗室，零距離接觸各實驗室的科研環境和學術氛圍，動手參與科學小實驗，與成都山地所的科研人員一起探尋山地科學的奧秘。科學小實驗包括認識土壤、土壤酸堿度測定、成災水土研究、工程防治設計4個板塊。指導教師豐富的活動設計讓營員們在科學實踐中感受快樂，通過實驗室教師們的詳細介紹，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。

實驗內容

課題一：認識土壤

土壤的組成和土壤結構描述

通過野外觀察記錄，采用傳統土壤學研究方法，從土壤結構特性等方面認識土壤。通過觀察土壤組成、土壤結構、土壤團聚體、根系分布和土壤顏色，以及土壤動物等，使營員對土壤本身有更進一步的了解和認識，能夠從專業角度分析和判斷土壤質地和土壤結構，培養營員的觀察能力、描述能力。實驗方法采用土壤學描述記錄法。

土壤團聚體穩定性實驗

該實驗通過營員的觀察和親自動手，更好地認識土壤團聚體，理解什么是土壤團聚體穩定性。利用實驗提供的不同土地利用方式下采集到的土壤團聚體，營員自行設計實驗，嘗試研究有機質和土壤質地與土壤團聚體穩定性的關系，并在動手實驗中發現問題，得到解決問題的方法，學習與其他營員的合作與交流。

土體三相組成百分比測試

利用實驗室提供的工具，測量取自野外山坡上的土樣密度，測量土體中土粒、水、氣的相對百分含量，計算出土體中土粒、水、氣的相對體積百分含量。由營員自行寫出設計實驗的測試步驟，并完成參數測試。

貢嘎山區土壤類型和特征研究

認識土壤分布的垂直地帶性；指導營員思考土壤形成的地形、氣候、母質和植被等影響因素；學習土壤樣品的采集制備方法，學習樣品編號和記錄。

課題二：不同類型土壤酸堿度對比實驗課題

土壤pH值是土壤溶液中氫離子活度的負對數，是土壤重要的基本性質，也是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤養分的存在形態和有效性。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。本實驗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，但準確度低，而電位法多用于實驗室，具有準確、快速、方便等優點。

課題三：山地災害成災土水課題

成災土體中氣、液、固三相體積組成測定

通過對土體的仔細觀察，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；學生自己設計實驗思路，編寫實驗方案，測試出土體中固、液、氣三相組成的相對質量百分含量；學生自己設計轉化公式，計算出土體中固、液、氣的相對體積百分含量。

含水率對土體自身形態的影響

根據含水率概念，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。

不同含水率土體強度的直剪實驗介紹試樣直剪強度概念，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；使用四聯直剪儀，采用l00kPa法向壓力，測得各自含水率土樣的抗剪強度；根據測得的抗剪強度，繪制“含水率——抗剪強度關系”圖；分析數據結果。

水對土體承載力的影響

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。對氣球進行吹氣使氣球變大，與積木產生接觸力，代表孔隙壓力。隨著氣球進氣量的增加，氣球對積木壓力變大，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固，進而理解孔隙水壓和有效壓力的概念，以及孔隙水壓對土體承載力的影響。根據實驗，學生寫出對孔隙水壓的理解，以及土體失穩發生的條件。

課題四：工程防治課題

讓學生能夠對巖土工程加固技術有一個直觀的認識，了解巖土工程加固技術，并啟發其思考巖土工程加固技術的原理。同時培養學生的團隊合作精神，通過團隊內的討論、實驗，取得實驗的成功。實驗內容為在倒立的狀態下，如何讓裝滿沙土的紙杯內的沙土不掉落。

活動總結

重視理論與實踐的結合

在活動中，不僅要注重對營員科學理論的教育和引導，還積極引導營員將所學理論與實踐相結合。通過動手科學小實驗活動，讓營員們更加深刻地體驗到理論與實踐的差異、聯系和相互應用關系，不僅收獲科學理論知識、學習方法，還提高了他們的動手實踐能力、獨立思考能力，激發了學習的興趣和欲望。

方案設計科學，合理調配時間

在設計活動時，采取靈活多樣的活動方式，既考慮營員的學習興趣，又充分調配各個實驗環節的時間，在原有理論學習的基礎上，通過動手實驗、交流討論、團隊合作等，積極調動營員的學習興趣和求知欲望。在有限的時間內，確保每個營員都能參與到每一個實驗環節中去，既充足有效，又避免浪費。

富有山地科學特色的實驗設計

將山地災害按照線性因果的原則分解為認識災害、分析成災要素、研判處置方法、實施工程防治等實驗板塊。每個板塊既相互獨立又先后承接，讓營員們在認知山地災害成災原理的基礎上，溯果追因，分小組完成實驗。通過每個板塊的實驗掌握山地災害發生和防治的系統性規律，啟發在今后學習和處置問題時的系統性思考和科學應對能力，使營員們既了解了山地災害相關的基本原理和防治手段，又提高了創新思維方法和自主創新能力。

反響積極的活動效果

通過學習掌握山地災害的主要形式、成因、成災基本要素和原理等理論知識，再結合親手完成防治工程的設計和實施，將學習理論運用于具體的災害處置，學以致用，全面提升了營員們的意見表達、獨立思考和協同創新能力，培養了科學的思維方式，學會了開展系統性研究學習的習慣，增強學習的主動性和獨立性。同時，結交了一大批新朋友，激發了他們對山地科學的濃厚興趣和科技動手能力。

“通過科學知識的學習，我們認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。我們還學習了工程防治山地災害的技術，并且成功運用學到的知識完成了科學實驗。山地專題營使我們親身體驗到科學的魅力和力量，感受到科學帶給我們的無限樂趣，同時也堅定了我們的科學理想。”endprint