基于STEM教育的高校《土壤地理學》課程教學改革探究

任 偉

（西南大學地理科學學院，重慶 400715）

《土壤地理學》是高校地理科學專業基礎核心課程之一，也是一門綜合性、實踐性和實用性很強的課程。該課程以土壤為研究對象，與農業生產聯系密切。隨著我國社會經濟發展，土壤環境和土壤生態問題日益受到關注，該課程不但要培養學生的地理學專業素養，也需要以解決實際問題為導向，提高學生發現和解決實際問題的創新能力。STEM教育理念為高校課程改革、實現創新人才培養提供了重要思路。本文針對《土壤地理學》傳統教學中在提高學生創新能力方面的一些問題，基于STEM教育理念，對教學內容設置、教學模式和考核方式等方面的改革實踐進行了一些探討。

1 《土壤地理學》課程特點和教學內容設置

該課程屬于地理科學專業的基礎核心課，目的是讓學生通過課程學習具備從事土壤地理教學、土壤資源管理和相關研究的能力[1]。本校該課程在地理科學專業大二下學期開設，其先修課程包括《氣象與氣候學》《地質學基礎》和《自然地理學》等，后續課程包括《中國地理》《綜合自然地理》和《自然資源學》等，該課程很多內容尤其涉及《土壤化學》，各課程之間緊密聯系，具有突出的跨學科屬性。教學內容主要包括三個部分：土壤基本性質、土壤發生及分類和土壤空間分布規律。通過課程的學習，學生需要具備合理開發利用土壤資源、保護土壤生態平衡、恢復和重建良好土壤生態系統的意識。本校該課程共52學時，其中理論課40學時，實驗課6學時，野外實習6學時。

2 傳統教學中存在的問題

（1）教學形式較為陳舊。該課程目前更多采用傳統的傳授式教學，即教師在課堂往往偏重土壤學一般性原理的講解。根據教材，課程內容多且細，教學多針對土壤的某一方面，內容設計綜合性不強，忽略了以問題為導向的綜合性學習，導致學生對課程內容的學習意義不夠明確，容易對講課內容感到枯燥乏味。例如，“土壤性質”是“土壤剖析”一章的重點，包括物理性質、膠體性質和土壤溶液，總共安排8個課時講解，知識點很多很散，學生掌握的內容較為孤立，對不同知識點進行融合有一定難度。

（2）教材內容更新不及時。近年來，土壤污染、土壤酸化、土壤肥力提升等土壤環境生態方面的研究進展很快，這些問題很多都可以在課程教學中找到切入點，但目前并沒有在教學內容上得到體現，課程內容不新穎，不能跟上學科的發展。此外，教師將科研項目與課堂教學進行銜接較少，對課程前沿領域的拓展不足，理論聯系實際不緊密，導致學生對學習內容的實用性缺乏深入了解。

（3）實驗內容和步驟程序化。在有限的室內實驗中，學生只能按照實驗教材規定的方案和步驟進行操作，沒有主觀性發揮的空間。本校地理科學專業實驗課只有6個課時，但包括3個獨立的實驗內容：土壤機械組成的測定、土壤有機質含量的測定和土壤離子代換量的測定。課堂只要求學生根據教材按部就班完成實驗步驟，學生難以了解實驗方案設計的前因后果和對實驗拓展和應用性的認識，限制了其對實驗內容的深入掌握。

（4）野外實習內容缺乏創新性。在野外實習中，由于時間和經費限制，往往只選擇在校內或學校附近觀察某一兩種代表性的土壤剖面，而且都是以驗證性觀察為主，作為對課堂教學的強化。實習中，學生聽從老師安排進行觀察記錄，驗證課堂學習的內容，之后撰寫一份實習報告就完成了整個實習，真正需要學生思考設計的內容很少。

（5）缺乏過程性考核。該課程考核方式包括期末考試成績（占60%）和平時成績（占40%），平時成績包括實驗、野外實習成績、課堂出勤和表現。課程期末考核采用閉卷形式，考前的突擊容易使得學生考后即忘；實驗和實習過程中學生的表現沒有被納入成績的評定，學生實驗和實踐報告容易流于表面，體現不出個人的思考；同時由于是小組合作，還容易存在相互抄襲的現象；缺少實驗和實習報告的評價標準，教師打分存在一定的隨意性。綜合來看，缺少過程性數據來驗證學生的創新學習和綜合應用能力的提升。

3 STEM教學理念在課程教學改革中的實踐

STEM（Science、Technology、Engineering、Mathematics）教育理念在國內外從學前到高校不同階段教學中已得到廣泛認同，其核心是將不同學科（包括但不局限于科學、技術、工程和數學四門學科）知識進行有效融合，將解決實際問題置于學習中心，以更好地培養學生的創新精神與實踐能力[2][3]。目前，STEM教育在我國中小學課程教學改革中尤其得到了重視，其內容要求已寫入了中小學課程標準[4]。根據STEM教育的內涵，在高等理科教育教學改革中，其同樣可以發揮重要作用。

STEM 教育注重知識間的內在邏輯和跨學科整合，具有跨學科融合教學、以學生為中心、以興趣為牽引、以解決問題為目標等理念，契合了新時代對高校人才培養的要求[5]。《土壤地理學》具有先天的學科交叉性，可以培養學生的綜合性思維；其次，該課程結合了課堂理論教學、實驗教學和野外實習三方面，在調動學生學習主動性、增強學習興趣方面具有先天優勢；同時，課程內容與農業生產和土壤環境問題緊密聯系，教師易于將理論和實際進行結合；最后，很多高校目前都采用小班教學，學生人數不多，便于采用一些非傳統的教學模式。因此，STEM教育可以有效融入《土壤地理學》教學改革實踐。

4 STEM理念下的《土壤地理學》教學改革探究

4.1 更新課程內容、增強課程內容新穎性

STEM教育理念強調對自然客觀規律的認識，需要對課程內容進行重組和更新。可以靈活設置課程內容，精簡陳舊的教學內容。例如，可減少“土壤分類”這一章的教學課時（由3-4課時壓縮成1課時），弱化“土壤類型”一章多個非地帶性土壤類型的講解。同時增加關于土壤地理學最新學科進展的內容，介紹最新的土壤環境生態學研究成果，增強課程內容的新穎性，以提高學生的興趣，增強其土壤保護意識和對學科發展現狀的認識。

4.2 以解決問題為導向、改進課堂教學模式

STEM教育強調以學生在教學的中心地位，需要充分激發學生學習的主動性。在課堂教學方面，需要改變以往講授灌輸式教學為啟發式教學，在進行某些章節講解時，結合農業生產和土壤環境實際問題，采用問題教學、案例教學、混合教學等多種教學方法，讓學生積極思考，如結合具體案例將“土壤有機質組成”與土壤肥力喪失相聯系，將“土壤溶液性質”與土壤酸化相聯系，將“土壤膠體”與土壤重金屬污染相聯系，將“土壤發生過程”與土壤生態恢復相聯系等。此外，對教學內容進行整理歸納，針對不同類型知識點，采用不同的教學方法。例如，在講解“土壤類型”時，提前布置作業，讓學生課前查閱相關的氣候、植被和土壤資料，在教師課堂引導下，由學生自己分析土壤性質與自然環境之間的關系，總結歸納土壤類型的空間分布規律。

4.3 適當提高實驗實習課時、豐富實驗實習教學內容

實驗實習在STEM創新課程體系中占有重要地位。需要適當增加實驗實習課時，如將某些原本在理論課堂上單獨講授的知識點融入實驗實習中一并講授，可以減少課堂教學時間。例如，可以將土壤機械組成、土壤團聚體、土壤有機質、土壤鹽基離子代換的測定等與相應配合實驗同時進行教學，有助于學生更好地掌握相關知識點，增強學生的記憶和知識獲得感。在野外，除了讓學生觀察外，還可以讓學生進行采樣后帶回進行實驗、分析和歸納總結。條件允許時，對農業生產和土壤環境生態問題的形成過程和解決方案進行探索性學習，讓學生深刻認識該學科的價值，為完成后續科研實踐項目打下扎實的基礎。

4.4 提升教師專業素質，拓展課程知識面

STEM 教育要求在教學中實現不同學科知識的深度整合，這對于專一于某一領域的高校教師來說是一個挑戰。土壤地理學教學內容涉及土壤化學、地質學、氣候學和生態學等多個學科，教師只有自己首先打破專業壁壘，同時將自己的科研項目與教學內容在課堂進行有效銜接，增強對課程前沿領域的拓展，引導和鼓勵學生理論聯系實際，才能充分激發學生學習的主動性，促進學生進行跨學科知識的融合并深化對學科前沿問題的認識。

4.5 鼓勵學生參與申請科研項目，提高創新實踐能力

科研訓練可以有效提高學生的科研創新技能、發現和解決實際問題的能力。一方面，學生可以主動參與到教師相關領域的科研活動中，接受規范的科研訓練，增強動手能力和科學意識。另一方面，在教師指導下，可以鼓勵學生申請校內外的各種相關基礎科研課題，讓學生從生活實際問題出發，通過自主選題和方案制定，進一步激發學習熱情，提高學生發現問題和制定解決方案的能力。

4.6 改進課程考核方式

為提高學生學習的主動性，有效結合實驗實習與理論教學考核。在平時成績中，與學生共同商討，適當增加課堂提問、課后作業等方面在成績中所占的比例。在期末考試內容設置上，增加主觀性試題比例、減少記憶性試題比例。例如，考察對解決土壤肥力降低、土壤酸化、土壤污染等問題的理解，這類問題要求學生對土壤性質和發生過程有較好的掌握，也要求學生能將理論知識進行擴展，進行綜合分析，形成自己的觀點，提高其理論聯系實際和解決實際問題的能力。

5 結語

《土壤地理學》是高校地理科學專業一門綜合性和實踐性很強的基礎課程。本文從課程傳統教學中存在的問題出發，依據STEM教學理念，結合課程自身特點，從課程教學方法和模式等方面進行了教學改革的思考。融合STEM教學理念《土壤地理學》課程教學改革可以增強學生在教學中的主體性，激發學生學習的主動性和創造性，提高其創新能力。