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

秦 麗，王吉秀，李 博，祖艷群，吳 炯

（云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，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、環(huán)境土壤學備受重視，尤其是考察農(nóng)業(yè)環(huán)境時，環(huán)境生態(tài)學成為了理論基礎(chǔ)，而環(huán)境土壤學成為了重要的研究對象[1]。環(huán)境土壤學與環(huán)境生態(tài)學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，它運用生態(tài)學的原理，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，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)學奠定了理論基礎(chǔ)，環(huán)境土壤學體現(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、環(huán)境土壤學課程的基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗的開展[4]。

在環(huán)境科學、環(huán)境工程、生態(tài)學等環(huán)境類專業(yè)的教學中，實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的意義。綜合實驗是己學知識的綜合運用，是實踐教學的重要基礎(chǔ)和重要內(nèi)容。綜合性實驗要求學生提前查閱文獻、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，既能促使學生將已學知識進行綜合應(yīng)用，又可鍛煉他們發(fā)現(xiàn)和解決復雜問題的能力[5]。因此，綜合性實驗教學是一種在老師的引導下，學生以小組為單位，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)論的新型實驗教學模式。綜合性實驗教學強調(diào)以學生為主體，老師僅起到引導和輔助作用，加強學生對理論知識理解，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)境科學專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和生態(tài)學專業(yè)的綜合性實驗教學體系，提高環(huán)境科學專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和生態(tài)學專業(yè)的實驗教學水平，是環(huán)境科學、環(huán)境工程和生態(tài)學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)境科學與工程省級優(yōu)勢特色重點學科、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護省教學團隊、環(huán)境類專業(yè)的負責人與骨干教師，有省學術(shù)帶頭人2人，省教學名師1人，校百名青年學術(shù)帶頭人1人，可滿足該課程基礎(chǔ)性、綜合性和創(chuàng)新性實驗指導教師的需要。

1.2 實驗教學材料

農(nóng)業(yè)院校環(huán)境土壤學與環(huán)境生態(tài)學具有較強的交叉性、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》和《環(huán)境土壤學》兩門課程的實驗合并到了土壤-生態(tài)綜合實驗教學中，單獨開成一門32 學時的綜合實踐教學課，實驗教學的內(nèi)容緊密聯(lián)系大綱中人才培養(yǎng)目標。調(diào)整了實驗教學的目的和要求，實驗教學的組織形式采用：傳統(tǒng)實驗教學模式+ 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。目前已具備教學大綱、考核辦法、教學日歷、教案、教材等方面的完整教學材料，還根據(jù)農(nóng)科院校學科與專業(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，在環(huán)境科學與工程省級優(yōu)勢特色重點學科建設(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)境土壤類實驗教學改革方面的學術(shù)文獻、理論與實踐，經(jīng)過比較分析，整合環(huán)境生態(tài)學、環(huán)境土壤學等課程的課帶實驗，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)的學習內(nèi)容，提出幾個選題方向，學生結(jié)合所學知識與興趣，以實驗小組為單位，在相關(guān)指導教師的指導下，開展綜合性創(chuàng)新性實驗，即開展“基礎(chǔ)實驗教學+實驗方法多樣化設(shè)計+實驗過程教師指導+創(chuàng)新實驗分組實施”的實驗教學方法與模式改革，改善實踐教學工作質(zhì)量[7]。

3 實驗教學方法創(chuàng)新及途徑

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

3.1 實驗教學組織模式：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，達到相互補充，實現(xiàn)最佳結(jié)合，使學生通過有目的、有計劃地操作和思維完成各層次的訓練，達到鞏固基礎(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)學的實驗，又有環(huán)境土壤學的實驗。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學時，綜合性和設(shè)計性試驗課時可適當增加。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）；驗證性實驗使學生掌握基本操作技能，設(shè)計性實驗鍛煉學生提出問題、分析問題、應(yīng)用綜合理論知識解決問題的能力，綜合性實驗讓學生結(jié)合創(chuàng)新項目訓練，參與教師的科研項目，實現(xiàn)以科研促教學、教學帶動科研的相互激勵機制，培養(yǎng)學生的學習興趣。

3.2 實驗教學模式：“雙主”模式

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

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

3.3 實驗教學方法與手段

生態(tài)-土壤綜合實驗要求學生能直面復雜的土壤問題，注重在實驗過程中培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，使學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精神。學生經(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)實驗的主要目標是鞏固學生的基礎(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，使學生理論與實際相結(jié)合，培養(yǎng)學生的基本實驗?zāi)芰ΑＵn程根據(jù)學科的發(fā)展，緊密結(jié)合科研成果和實踐，以及實驗教學改革成果，研究開發(fā)適合學生實驗的教學實驗項目，使學生在實驗操作能力提高的同時，掌握學科發(fā)展的動態(tài)和學以致用的思維方式。

（2）加強應(yīng)用性實驗。專業(yè)應(yīng)用實驗的主要目標是讓學生面對生態(tài)和土壤環(huán)境問題，要求學生綜合運用所學知識，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)、實驗教學思想與教學方法的討論研究，鼓勵教師從培養(yǎng)學生的實踐能力出發(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)新性實驗以教學科研一線的骨干教師承擔，每個實驗由不超過5名學生組成的創(chuàng)新實驗小組，在教師的指導下，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責人在內(nèi)的教授、副教授擔任創(chuàng)新性實驗指導教師，大學生對參加創(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、科研項目為大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)服務(wù)。

整個創(chuàng)新實驗使學生經(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]。學生在完成創(chuàng)新實驗后由教師指導撰寫科研論文，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，使學生的創(chuàng)新能力有一個質(zhì)的提高。

（4）加強實驗教學的質(zhì)量控制和考核。實驗考核的目的是客觀、準確地評價學生，促進學生以更主動、更積極的態(tài)度，通過各層次的實驗教學過程，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)新實驗指導教師對學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效果。

4 教學創(chuàng)新效果及成果

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

整合環(huán)境生態(tài)學、環(huán)境土壤學等課程的課帶實驗，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、環(huán)境土壤學等課程的實驗，結(jié)合云南農(nóng)業(yè)環(huán)境實際，制定適合我校教學需要的生態(tài)-土壤綜合實驗教學體系，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

加強高等學校環(huán)境類專業(yè)的實驗教學，培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力，提高實驗教學水平，是高校環(huán)境類專業(yè)教學的重要任務(wù)。高等學校環(huán)境類專業(yè)的環(huán)境土壤學和環(huán)境生態(tài)學課程分別開設(shè)實驗課程，容易帶來知識點的重復或缺失，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)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，提高實驗教學水平，推動專業(yè)建設(shè)，具有十分重要的理論與實踐意義。