新農科背景下農業資源與環境專業實驗教學內容改革探索與實踐

□卜通達 陳祖擁 劉元生 劉 方

建設發展新農科是高等農業教育服務生態文明和鄉村振興的戰略行動，新時代高校農業教育改革方向要從現代農業產業轉型、實施鄉村振興戰略、生態文明建設等不同層面深入理解新農科建設的產生背景及時代意義[1～3]。如何通過實驗環節教學，對接全國本科農業資源與環境專業教學質量的基本標準，是每名農業資源與環境專業教育工作者都應思考的問題[4～7]。新農科建設是當前我國高等農業教育領域的重要改革方向和措施之一，面對農業全面升級、農村全面進步、農民全面發展的新要求，迫切需要高等農業教育創新發展。農業資源與環境專業是農學、化學、生物學、生態學、環境學等多學科交叉的綜合性、應用性農科類專業[8～10]。目前農業供給側結構性改革、生態農業的持續推進和美麗鄉村建設等對農業資源與環境專業學科理論知識和專業技能提出了更高的要求，農業資源與環境專業應緊跟國家新農科建設大背景和傳統農業向現代農業轉變的大趨勢培養應用型專業人才，要從人才需求、實踐教學模式創新與優化、體制改革等方面完善農業資源與環境專業各個實驗教學環節。如何從新農科專業教育新理念、學科專業新結構、人才培養新模式、教育教學新質量等方面進一步強化實驗教學，促進課堂教學與實驗教學的協調發展，成為傳統農業資源與環境專業建設發展必須解決的問題[11～13]。因此，如何結合新時代的要求來培養農業資源與環境專業學生的專業技能及創新能力，使畢業的學生在美麗鄉村建設中發揮更大的作用，踏上現代農業發展的步伐，在新時代背景下對農業資源與環境專業實驗教學方法與內容改革值得深入探討。

一、新農科背景下農業資源與環境專業實驗教學面臨的問題

在我國高校大合并的背景下，目前農業資源與環境專業吸引力不足，農業資源與環境專業深層次發展面臨嚴峻挑戰，急需從農業資源與環境專業的人才培養方案、課程體系及實踐教學環節等方面進行適當調整，才能適應新農科建設的內在要求，也是適應生態文明建設和鄉村振興規劃發展需要的必然要求。農業資源與環境學科不僅在理論教學上缺乏創新性內容，還在實踐教學體系方面存在較多不足，導致學生在農業資源與環境領域的實際操作能力、實踐應用能力等方面專業技能的欠缺，按照新農科的要求，農業資源與環境專業目前開展的實驗教學方式及教學內容存在以下方面的主要問題。

(一)目前農業資源與環境專業課程實驗以驗證型多，而設計型、綜合型、創新型等少。現有專業課程教學內容注重理論知識解釋，實驗教學內容側重基本實驗技能培訓，重點對課程教學中理論知識的驗證，實驗教學內容也未能及時融入新農科要求的理念，實驗教學缺乏具體項目設計，實驗環節及實驗過程出現脫節，實驗教學內容與學生綜合實踐能力培養未能有機的融合。

(二)實驗環節的設置與學生創新能力培養對應不夠。當前實驗教學主要圍繞課程教學配套建設，由實驗指導老師準備實驗材料及試劑，學生難以完成實驗的全部過程，學生不需要動腦思考，導致學生在實驗學習過程中受教形式單一，學生缺乏對實驗過程產生的問題或實驗數據誤差進行思考判斷分析，對實驗結果未能結合專業理論知識進行合理的解釋及科學評價。

(三)目前實驗教學主要是基于學科理論驗證，學生進行實驗方案設計的創新能力不足，學生在實驗教學過程中的專業技能及綜合能力培訓已無法滿足新時代農業產業發展的需求。新農科人才培養目標的要求主要是綜合專業能力的全面提升，應具備扎實的專業理論知識、全面的專業技能、較強的科技創新能力及生產實踐能力以及使命擔當和社會責任等全方位的綜合能力。

二、新時代背景下農業資源與環境專業技術人才的發展需求

(一)生態文明建設對人才培養的需求。我國生態文明發展戰略和鄉村振興戰略規劃為新農科的發展和專業人才培養指明了新的發展方向，隨著國家鄉村振興戰略的全面啟動，培養高層次農業科技服務人才對于加快農業科研成果轉化與推廣應用而助推鄉村區域經濟快速發展具有重要作用。目前，農業生產主要依賴于化肥、灌溉、機械動力等過量投入而實現高產出，這種模式容易導致環境污染、生態系統退化、生物多樣性減少等問題，使得耕地質量、區域生態承載力出現明顯下降。近年我國土壤污染防治法的施行，強化了土壤污染防治宣傳教育和科學普及，公眾土壤污染防治意識不斷增強，加強土壤污染防治專業技術人才培養，開展土壤污染風險管控和修復、監測等污染防治科學技術研究開發、成果轉化和推廣應用。土壤環境保護作為生態文明建設的重要任務之一，保障農產品質量安全是實施土壤污染防治行動計劃的根本出發點。因此，堅持人與自然和諧共生，樹立綠水青山就是金山銀山的理念，發展綠色可持續的現代農業急需培養大量理論基礎知識過硬、實踐履歷豐富、具有綠色可持續現代農業發展戰略視野的專業人才。

(二)智慧農業發展對人才培養的需求。目前我國傳統耕種多憑經驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環境保護與水土保持構成嚴重威脅，對農業可持續性發展帶來嚴峻挑戰。智慧農業集成應用計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、3S技術、無線通信技術及專家智慧與知識，實現農業可視化遠程診斷、遠程控制、災變預警等智能管理。利用實時、動態的農業物聯網信息采集系統，可以實現快速、多維、多尺度的土地信息實時監測，并在信息與種植專家知識系統基礎上實現農田的智能灌溉、智能施肥與智能噴藥等自動控制。近年來，伴隨著互聯網等新技術的加速涌現，物聯網、云計算、大數據等技術運用到農業生產各環節。因此，對農業資源與環境專業人才培養也提出了新的要求，培養多元化、創新型專業人才需要從專業課程結構、實驗教學質量、實踐教學環節等方面對農業資源與環境專業的實驗教學內容和方法進行全面改革，才能適應智慧農業發展對農業資源與環境專業人才新的要求。

三、新農科背景下農業資源與環境專業實驗教學內容改革與實踐

(一)在實驗教學過程中采用項目教學法，增加設計型、綜合型實驗項目。綜合專業技能的培養是學生就業的基礎，新農科建設要面向國家生態文明發展戰略和鄉村振興發展戰略，積極探索科技創新型、復合應用型、實用技能型的專業人才。針對目前農業資源與環境專業實驗教學內容不完整、實驗方法較單一、實驗教學質量不穩定、學生創新能力較弱等問題，進一步明確農業資源與環境專業人才實踐能力培養內涵和理念基于現代農業產業發展趨勢，開展創新探究式、討論式等以學生發展為中心的教育教學方法，在實驗內容安排、實驗環節設計上注重培養學生新技術、新方法的運用，鍛煉學生的實踐能力和創新能力，提高學生專業學習興趣為引導的培養理念，通過開展不同的實踐模塊訓練，把課堂教學與實踐教學、專業理論學習與實驗技能培訓、個性發展與共性提高有效結合，從而全面提升學生綜合素質和工作能力。例如，《農業化學分析》是農業資源與環境專業重要的一門專業課，涉及土壤、植物及肥料等方面的實驗分析項目[4]，在開課學期開學初將課程實驗以項目形式進行布置，制訂詳細實驗方案。針對實驗過程中遇到的一些不確定問題，比如，凱氏定氮儀、比色儀、火焰光度計等實驗儀器操作順序等，這些問題展開相應的討論，在實驗過程中向學生提出問題，探討實驗過程要注意什么問題，讓學生對實驗結果進行分析，并且在實驗報告中將分析的結果和問題逐一列出。同時，在實驗培訓階段引入案例對學生進行安全教育，主要包括實驗室安全、生產安全等方面的案例；引導學生投身生態文明建設的責任感、使命感，培養擔當意識和工匠精神[14]。最后，對實驗成績評定要側重從學生實驗結果分析以及對有關問題的解答方面進行綜合評定，不僅考查學生是否掌握實驗，還應考察學生分析和解決問題的能力，通過該課程實驗的學習，使學生熟悉化學分析及儀器分析的基本技能，同時能夠綜合運用農化分析專業理論知識解決實際農業生產問題，不斷提升學生綜合實踐能力。

(二)在專業導師指導下參與科研訓練，完成創新型實驗項目的全過程。大學生科研訓練項目在理論設計上是實踐教學的環節之一，新農科背景下大學生創新能力的培養要圍繞脫貧攻堅、鄉村振興、生態文明和美麗幸福中國建設等國家戰略需求進行實驗教學內容改革，引導科研優秀的教師帶頭指導本科生進入各類實驗室，參與科研訓練項目，一方面通過激勵不同年級農業資源與環境專業本科生參與大學生科研訓練項目(SRT項目)申報及實施，全面訓練大學生分析文獻資料、提出科學研究思路、解決設計生產問題等綜合能力，每年保持本專業學生參加校級SRT項目在10項左右。例如，作物施肥及作物營養規律方面的研究項目，需進行盆栽試驗或大田試驗設計，內容涉及土壤理化性質和植物營養變化、作物生理響應、施肥效果評價等，都可以結合土壤學及植物營養學等實驗項目來進行，通過生產性實驗教學讓學生了解作物生長動態、田間管理及施肥技術，結合樣品采集及實驗室分析，并在實驗結束后驗證問題等，最終提高學生對課程基礎知識的了解和掌握，培養基本實驗技能，培養大學生科學探索精神；另一方面，利用老師主持的科研項目，引導學生撰寫本科生畢業論文，學生可根據自己的興趣、就業動向酌情選擇指導老師初步選題，擬定畢業論文的題目，制定試驗或研究方案，學生參與實驗設計、田間管理、數據采集及實驗分析等，完成本科學位論文。例如，利用本學院教師主持的省級研究項目“大型奶牛養殖場廢物資源化技術集成及示范應用”與農業資源與環境專業本科生畢業論文題目有機結合，本研究課題結合貴州高原山區自然資源特點和牛奶養殖過程產生的環境問題，通過對奶牛養殖過程中廢物的資源化利用，針對目前大型奶牛養殖場牛糞堆肥化及沼氣化工程運行存在的主要問題，開展牛糞快速堆肥發酵技術、牛糞高效炭化技術以及沼液肥料化技術等方面的技術研發，形成一套奶牛養殖廢物處理與資源化技術體系，從而提高農業廢物利用率及清潔生產能力，解決奶牛養殖帶來的糞便、污水對人居環境和水環境污染的問題；本創新型實驗項目通過結合完成本科生畢業論文，分別制定3個畢業論文的題目及實驗教學目標：一是牛糞快速好氧堆肥發酵技術研發及肥效評價，學生通過物料優化配比、堆肥最佳溫度控制、堆肥最佳時間優選及堆肥養分含量測定等方面的實驗，掌握了微生物好氧堆肥發酵的基本原理以及肥料中有機質、N、P、K等測定方法；二是牛糞高效炭化工藝條件優選及炭化物性能表征，學生通過物料優化配比、炭化最佳溫度、炭化最佳時間優選及不同炭化方式等方面的實驗，掌握了固體廢物熱解基本原理以及炭化物吸附量、炭化物孔度、炭化物表面積等方面實驗方法；三是沼液肥料化技術研發及其在有機蔬菜栽培中應用，學生通過葉面肥優化配比、微生物菌劑優選、肥料養分含量測定等方面的實驗以及蔬菜盆栽試驗，掌握了微生物接種培養的基本原理和方法以及肥料中有機質、N、P、K等測定方法。通過創新型實驗項目在本科生實驗教學中的推廣應用，研制出蔬菜育苗基質、土壤改良劑及生物有機肥等，實現農業廢棄物的循環利用與農業的可持續發展。此外，充分利用虛擬實驗教學平臺，通過計算機、多媒體、網絡等現代教育技術的聯合應用，突出以學生為中心的實驗教學理念、準確適宜的實驗教學內容、創新多樣的教學方式方法和顯著示范的實驗教學效果，改變傳統的以實驗室演示為主的教學模式，強化以學生自主操作為主的教學模式，使學生能更全面系統地認知實驗過程，有利于提升學生的綜合實踐能力。

四、結語

生態文化的思想精髓已納入我國社會主義生態文明時代核心價值體系，貫穿于國家經濟社會發展戰略、規劃布局、制度建設、宣傳教育、科技創新等生態文明建設全過程。實施鄉村振興戰略是建設現代化經濟體系的重要基礎以及建設美麗中國的關鍵舉措。面對國家生態文明建設和實施鄉村振興戰略以及現代農業產業發展對人才需求的轉變，在新農科教育背景下，從實驗教學理念、實驗教學內容、實驗教學方法、實驗教學平臺等方面對農業資源與環境專業的實驗教學進行改革與實踐，通過學生參與課程實驗項目、大學生科研訓練項目、教師科研創新項目，采用項目應用實驗教學、虛擬仿真輔助實驗教學等方式，全面培養學生實驗操作的基本技能和解決實際生產問題的能力，以及學生的科技創新能力。同時，通過在實驗教學環節、科研能力訓練環節融入課程思政內容，全方位提升學生使命擔當、社會責任、艱苦創業等方面的綜合素質。