基于“兩性一度”理念的土壤侵蝕原理實驗課程建設探索與實踐

陳麗娜，董姝楠

（河海大學 農業科學與工程學院，江蘇 南京）

2018年11月24日，教育部高等教育司司長吳巖在“中國大學教學論壇”上提出“兩性一度”的金課標準[1-2]。國家全面實施本科一流學科建設，在“兩性一度”要求、“雙萬計劃”背景下，為培養學生綜合能力、解決復雜問題的高階思維[2-3]，吳巖司長對“兩性一度”做出了解釋：即創新性、高階性及挑戰度[4-5]。高階性具體表現為知識、能力、素質的有機融合；創新性要求以時代前沿為標準來設計教學內容，有真正的實踐價值，剔除以往過時且空泛的內容，另外，教學形式的呈現需要更具先進性、探究性，例如以互動的形式增添師生、生生間的互動，教學效果展現出每個學生的個性，進行探究性學習。挑戰度要求課程內容適當增加廣度和深度，考核機制具有綜合性，需要學生投入更多精力，對老師備課和學生課下有較高要求。新冠疫情之后，線上學習大為推廣，廣大學生習慣線上學習方式，充分利用現代信息技術實施線上線下交替進行混合式教學，研究開展教學方式的多樣化合理利用相關網絡資料。

基于上述背景，為了建設土壤侵蝕原理實驗課程金課，以土壤侵蝕原理實驗課程為研究對象，以傳統實驗課程教學方法為基礎，以“兩性一度”教學目標為標準，本文將探索該課程新的教學內容、方法以及成績考核方式，研究如何打造土壤侵蝕原理實驗課程金課。

一 實驗課程的學情分析

隨著教育部對課程教學設計理念和專業技能上有更高要求，各大高校在課程教學設計上推陳出新，嘗試不再局限于對課堂教學內容與形式的優化上，更在教師角色的轉換、學習體驗的增強、學生學習的主動性等方面讓整個課程教學更為豐富，從而創新思維培養的教學環境、豐富教學資源、創新教學形態、優化管理手段，全面提升課堂教學質量，為“兩性一度”標準下的金課教學設計創新提供強大的推動力和有效示范。

實驗類課程旨在通過實驗教學強化理論知識理解的同時，增強學生實操技能與處理實際問題的能力，因此，實驗教學要把握深度與廣度。在教學過程中，實驗課程存在的教學問題，主要分為以下幾點：

1.師生之間不能有效溝通和反饋。現有機制下，師生之間的溝通往往都限制于課堂之內，學生的困難和疑惑得不到及時的解答，授課教師也無法根據學生上課感受對課程進行適當合理的調整。因此，加強師生溝通，建立合理的交流和反饋方式環節十分必要，能夠更好地培養學生的綜合能力。

2.不能夠充分調動學生的學習積極性。如果都依據教師的布置或者實驗指導書上的步驟，按部就班地完成實驗操作，難以調動學生學習的積極性，因此，實驗教學環節應相應提高挑戰度，以讓學生自行設計實驗方案的方式引導學生積極主動參與到學習過程，主動探索，才能真正向“兩性一度”的教學標準邁出一步[6]。

3.學生不能完全理解掌握相關理論知識。教學過程中，實驗課很大的意義在于驗證相關理論知識和原理，且只有完全掌握了實驗的原理，才能更好地開展實驗、加強學習效果。但實際動手實驗過程中，學生往往更關心實際實驗操作得到的結果，而忽略了實驗理論上的原因。因此，在實驗開展前后，加強學生的理論知識學習能夠得到更好地教學效果。

4.未能融入更多的實戰機會。本科實驗課程可以為學生提供更多的鍛煉機會，但教學儀器是一種較為理想的實驗設備，與實際工程項目的被控對象存在明顯差異。因此需要更多的實戰條件來培養學生解決實際問題的能力[6]。

5.學生成績評價體系不夠綜合。在成績評價體系中，能夠全面考查學生的學習效果是目標，而全面考核在于過程。因此，當前評價標準與考核形式需要創新。

二 土壤侵蝕原理實驗課程現存問題

土壤侵蝕基本原理實踐教學是水土保持和荒漠化防治科學研究的重要基礎，它是一個專業交叉研究和應用創新型學科領域，在生態環境保持科學研究中有著非常關鍵的意義，課程要求學生將理論知識綜合分析、應用、評價，甚至發揮創造能力，符合新時代土壤侵蝕原理實驗課程的新特點，其目標是培養從事土壤侵蝕的創新應用型人才。本課程的教學內容包括土壤侵蝕相關的基礎知識、基本規律，學生學習完課程之后，能夠為之后的學習打下牢固的技術基礎和理論基礎，并切實提高自己的實操能力[7]。但是，以“兩性一度”為標準作為對照，土壤侵蝕原理實驗教學過程中仍然存在很多不足：

1.實驗項目多年不更新。多數是傳統的驗證性實驗，雖然驗證性實驗能夠鞏固已學的理論知識，培養學生的實操能力，但實驗項目較為單一簡單，沒有考慮到學生之間的差異性，挑戰性與前沿性不明顯，學生的主觀能動性難以激發，那些融入新技術、新實驗方法的實驗項目應及時加入進來。學生根據教師講解，機械地按照流程操作實驗，實驗報告照著實驗指導書直接抄寫，缺少主動思考過程，不能開拓思維，無法提高學生的創新能力，不能達到“兩性一度”的金課標準。

2.學生課前預習效果不佳。大部分學生預習實驗時只是簡單地關注實驗步驟，刻板地抄寫實驗目的、實驗原理、實驗步驟等，很少預估產生的實驗現象以及深入思考實驗現象背后的原理和影響因素等。因此，教師在課堂提問時，總是沒有回應或極少數學生回應，師生互動效果差。學生在實驗操作過程中一旦遇到問題，直接詢問教師，不主動思考討論，不能很好地利用所學理論知識分析產生原因。主要原因是預習資料不足，預習資料只有實驗指導書，而書中主要針對實驗操作步驟做詳細闡述，難以讓學生對該實驗原理有更直觀更深層的理解，近年來也未能充分利用各電子資源和信息平臺。

3.教學方法墨守成規。一直采用教師講-學生聽-動手做的方式，沒有新意，教師講解過程中也難以做到使學生全身心投入聽講，在實驗過程中，教師強調的更多的是實驗過程是否正確、實驗操作是否規范，學生實驗過程中往往被要求“按照黑板上的實驗過程來做”等等，留給學生的創新空間不大。分班人數多、實驗教室小、實驗儀器少，多人一組實驗導致學生不能全部動手實操。且師生互動少，無法激發學生的學習興趣，現成完善的實驗方案，也導致學生難以開拓思維，結果學生探究性不強，個性特征表現不足。

4.成績評定體系方法守舊。課程評定幾乎完全根據實驗報告的內容做評定，忽略實驗過程，評定方法單一且缺乏公平性，所有學生實驗過程操作相同，實驗結果雷同，難以避免實驗報告書抄襲的可能，課程挑戰度不夠，學生的分析能力和解決實際問題的能力也沒得到相應提升。

5.教師個人業務能力不扎實。傳統課堂授課模式下，課堂教學效果在很大程度上被授課教師的個人業務能力和經驗所制約，特別對于新任教師，往往需要多個教學周期的鍛煉才能有高水平、扎實的課堂教學能力。

三 土壤侵蝕原理實驗課程新模式的探索實踐

本項目結合河海大學農業科學與工程學院的專業設置和學科特點，開展河海大學土壤侵蝕原理實驗課程建設的探索與實踐，引導學生深入思考。本項目具體的教學目標為：①使學生理解、鞏固土壤侵蝕理論知識，掌握實驗的原理、操作步驟、儀器使用方法和數據分析方法，能夠解決該學科領域的實際復雜問題，能夠使用現代信息技術進行資料檢索、文獻查詢、信息獲取及處理、問題預測分析的基本能力；②能夠自主設計、操作實驗，對實驗數據進行處理和分析，并通過整合信息得到合理有效的結論；③能夠將專業所學理論知識應用于解決實際工作問題。

為更好地實現教學目標，將“兩性一度”理念切實融入土壤侵蝕原理實驗課堂，對實驗課程進行了針對性的探索實踐，具體建設辦法如下：

（一） 設置不同層次的實驗項目，體現高階性

實驗教學方面，在具體的實驗課程設計上，以經典實驗項目為基礎，開拓創新，進一步建設設計性、綜合性的實踐項目，打造高階性實驗課程。

一方面，對于一些很有價值的傳統驗證性實驗，如“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”、“不同粒徑砂礫休止角測定實驗”等，予以保留。“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”：通過讓學生全程觀測雨滴到土壤中的水力侵蝕現象，模擬測定不同降雨強度的濺蝕量大小，使其有效的掌握濺蝕杯法測定土壤侵蝕量的技術，理解驗證濺蝕測定的理論原理；“不同粒徑砂礫休止角測定實驗”：學生可實際測定砂礫的休止角，進而觀測理解斜坡穩定性和碎屑物質特性的休止角間的關系，掌握休止角測定儀等儀器的使用。在此基礎上，進一步把現階段進行的一些驗證性實驗優化成具有一定自主設計創新性的項目。如，在“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”中，讓學生自行設計實驗考察雨量、坡度、降雨歷時對濺蝕量的影響。

另一方面，將土壤侵蝕專業的新知識、學科中時代前沿的、有真正實踐價值的科學問題添加進當前實驗課程中，開發綜合科學性實驗項目。如開設“人工模擬降雨水土流失實驗”，通過人工模擬降雨系統模擬不同降水條件：降雨強度、降雨均勻性的分布、雨滴的分布和直徑大小、雨滴的降落速度、降雨的時間長短等，通過變坡土槽等措施設置不同地面條件：地面厚度、土壤層次的構成、地面的坡度調節與開槽等，分析影響水土流失量、土壤侵蝕的主要因素，探討相關因素對水土流失、土壤侵蝕的影響機制。

通過將實驗項目設置成具有一定難度梯度的實驗項目，凸顯實驗課程內容的綜合性和高階性。培養學生開拓思維、運用基本理論自主設計實驗，構建知識與實踐之間的橋梁，讓學生能夠主動分析問題、解決復雜的實際問題。

（二） 采用“線上”和“線下”相結合的教學方法，突出創新性

隨著信息技術不斷發展，數字學習環境、信息化教育技術對教育教學組織的影響不斷加深，授課教師開始跳出傳統課堂教學模式，以讓學生得到更加豐富、先進、個性化的教學體驗為目的，對現有教學內容形式進行重新構建和優化。然而在數字學習環境下，學生學習的適應性和主動性會因為師生對數字教學手段的熟練程度、課堂教學信息化程度以及師生之間與數字化媒介交互程度產生很大的影響，進而阻礙“兩性一度”課程實現教學目標。因此，采取“線上”和“線下”結合的多元化教學方式，分階段實施線上、線下教學，第一階段:線上實驗教學模式，第二階段:以學生為主體、教師為主導的實驗操作方式，凸顯學生的主體性與教學方法的創新性。

1.利用網絡教學平臺，助力學生自主學習，提高預習質量，加強課后總結。運用線上教學方式，加強學生的學習自主性，提升預習效果。學生在實驗課開始前，依據教師要求，自主有針對地學習相應實驗內容，并在規定時間內完成，師生、生生之間可以相互交流在預習過程中產生的疑問點，以此使學生更好地理解相關知識點，提升學習興趣，在實操過程中能夠緊抓重點，正確開展實驗。實驗課程結束后，學生可以通過線上的知識查閱、相關習題練習和教師溝通等來回顧實際動手實驗時的具體操作以及結果，進一步加強對實驗操作步驟的熟悉運用及對實驗相關理論知識原理的驗證和掌握，提升成就感的同時得到更好地教學效果，有效提升學生將理論運用于實踐的綜合能力。

2.實施以學生為主體的實驗操作模式。實驗教學以小組為單位進行，學生通過自由組隊，3-5人/組，每節課開始前，學生提前選定感興趣的實驗任務書，經過查閱文獻，組內討論等擬定滿足實驗任務的可行方案，教師提前審核各小組的實驗設計，并輔助各小組修改完善方案。在實踐教學環節，各小組首先指出預習過程中尚未解決的問題與疑惑，教師組織大家展開實驗探究，引導性地向學生提出問題，找到解決疑問的理論依據。隨后，各小組按照制定的實驗方案將實驗任務進行組內分工，協作配合來完成實驗，要求每位成員每節課都要進行實驗操作，教師主要任務為對學生操作安全進行監控及提供專業指導[8]。具體考核時，將實驗方案也作為實驗成績考核的一部分，確保學生對實驗理論知識的理解研究，同時每個小組需明確說明組內成員任務分工合作情況。

以學生為主體的實驗課程方式，能夠在激發學生學習興趣的同時鼓勵學生自我創新，自主設計試驗方案，在學習、實驗的過程中進一步培養興趣，在興趣驅使下鍛煉能力，最終提升自己的工程素養。通過這種方式活躍課堂教學氛圍，使課堂脫離枯燥乏味的狀態，實現高效互動教學，激發學生的主觀能動性，提高學習效率，同時使學生的個性特長得到充分發揮，促進學生個性化學習，提高綜合的實踐能力[8]。

（三） 創新成績評定體系與方法,加大挑戰度

傳統課程成績考核和評定方法一直重視結果、知識，輕視過程和能力，忽略了學生的工程素質教育和能力提升，缺乏挑戰度，不利于創新型人才的培養。

本實驗課程采用全方位多維度的成績評定考核體系，依據信息化手段來評定線上學習任務完成情況、記錄線下實驗操作的成果，教師可以方便地追蹤回溯每個學生的課前、課中、課后具體情況。另外，為合理提升該實踐課程的難度，拓展課程的廣度和深度，切實提高課程教學質量[9]。開課前明確本學期該門實驗課程的教學要求，詳細說明課程的教學方法、實驗內容、考勤形式、互動形式、成績占比等，改變以往偏重實驗報告是否完整、實驗結果是否準確，而忽略實驗操作過程的考核方式，建立新的綜合考核標準，涵蓋了實驗預習、實驗方案設計、實驗操作過程、實驗報告等各個實驗環節[10]，考核中重視學生在設計實驗方案的創新思維能力、靈活運用所學理論處理實驗過程突發問題的能力，以及正確處理、分析實驗數據的能力。

基此，新的成績評定體系和考核方法是以提升課程挑戰度為方法，以培養學生個性發展與解決復雜工程問題能力為目的制定時實施的，能夠全方位公平公正地評定一個學生在課程上的表現和能力，促進學生學習更高難度的實驗知識和提升自己的綜合能力。

四 結語

“兩性一度”作為一流課程建設的重要標準，已成為各大高校開展課程建設的首要研究內容。本項目結合河海大學農業科學與工程學院的專業設置和學科特點，將“兩性一度”理念融入土壤侵蝕原理實驗課堂，通過設置具有基礎性、綜合設計性、研究性不同梯度難度的實驗項目，呈現課程內容的高階性；通過采用學生“線上”預習和“線下”主導操作相結合的思路，突出多元化教學方法的創新性；通過建立全過程的成績考核評價體系，將實驗預習效果、實驗方案設計、實驗操作過程、實驗報告撰寫等環節分別進行考核評估，增加學科挑戰度，以土壤侵蝕原理實驗課為載體，激發學生的主觀能動性，培養學生解決復雜工程問題的綜合能力和高階思維[11]。