新農科背景下土壤與植物營養實驗教學改革與探索

摘 "要：農林院校在新農科背景下承擔著人才培養、科技支撐和社會服務的重要責任和時代使命。實驗教學在綜合性人才的培養中具有非常重要的作用，土壤與植物營養是一門涉農廣、實踐性強、應用面寬的專業基礎課。為適應新形勢下人才培養的要求，文章結合目前實驗項目存在的若干問題，對實驗內容和方法進行教學改革探索，以期激發學生的主動參與意識和學習興趣，強化基本技能訓練，培養學生的科研意識、實踐能力和創新精神，為培養農業綜合性人才提供更實用的教學實踐模式。

關鍵詞：新農科；人才培養；土壤與植物營養；實驗教學改革

中圖分類號：G642 " "文獻標識碼：A " "文章編號：1673-7164（2024）31-0160-04

黨的十九大提出實施鄉村振興戰略，培養造就一支懂農業、愛農村、愛農民的“三農”工作隊伍，［1］人才是實現農業現代化最應先破解的關鍵問題和主要抓手。在新農科背景下，提高人才培養質量可以有效增強鄉村振興戰略的實施效果，培養一大批有服務國家和人民的社會責任感、有獻身國家農林事業的志向、有解決農林業生產實際問題能力的高水平應用型人才，［2］農學類專業學生是未來推動現代農業發展的一支重要力量，擔當著鄉村振興的時代責任與使命，是當前農業高校人才培養的改革目標。［3］

《國家教育事業發展“十三五”規劃》要推進教育現代化，加強人才培養，提高農業科技創新能力。西北農林科技大學在“經國本、解民生、尚科學”傳統辦學理念的基礎上，始終將立德樹人、服務國家戰略作為人才培養的根本任務，瞄準未來農業發展需要，建立了“通專結合、本研貫通、產教融合”的人才培養新體系，建立健全產學研緊密結合的實踐教學體系，依托學校創建的政府推動下的“以大學為依托、以基層農技力量為骨干”的新型農業科技推廣服務體系，在全國22個省市（自治區）建立了241個合作實踐基地、38個創新創業教育基地，立足農業科技創新優勢和人才培養特色，充分發揮引領作用。自2018年以來，學校利用寒暑假組織3000余名師生深入西北五省和內蒙古、西藏等地約4.7萬個行政村開展“鄉村類型與特征”調查，成立了鄉村振興研究院，實現了產學研一體化，在人才培養環節上，注重提高學生的實踐能力，不斷創新體制機制，吸引更多大學生在基層一線干事創業，助力鄉村振興戰略實施。［4］

一、課程任務和現狀

“土壤與植物營養”是西北農林科技大學針對資源環境科學專業以外的涉農專業開設的一門重要專業基礎課，由“土壤學”和“植物營養學”兩門課程有機整合，是西北農林科技大學資源環境學院對農學院、園藝學院、植物保護學院、林學院、風景園林藝術學院、草業與草原學院和創新學院等7個學院12個農林專業28個班次開設的專業基礎課，每年約835名學生選修該門課程。本課程的實驗項目包括土壤學實驗和植物營養學實驗，以“土”與“肥”的辯證關系為中心，設計考查學生對土壤、肥料、植物營養等方面基礎理論和專業分析測試技能的掌握程度，通過重點強化基本操作技能的訓練，使學生充分掌握有關土壤和肥料樣品的常用分析項目的原理、技術和方法，為生產實踐和科學研究服務。［5］

“土壤與植物營養”課程實驗為16學時，共計4次實驗。主要以經典實驗為基礎，根據學科發展和教學要求，適當增加綜合性實驗和設計性實驗的比例。該課程授課內容涉及實驗項目9個，分別是土壤樣品采集、土壤容重和孔隙度的測定、土壤水分速測、土壤樣品處理、土壤有機質的測定、土壤養分速測、肥料定性鑒定、銨態氮肥含氮量的測定、土壤酸度的測定，每次實驗開展2—3個實驗項目，且不同專業開展的實驗項目也不一致。從多年來的教學準備經驗以及上課的效果來看，“實驗項目多、學時短”，學生對實驗環節不熟悉，缺少深入思考，驗證性綜合性的實驗為了盡快得到結果，按部就班、速戰速決，導致教學質量普遍不高，無法調動學生學習的興趣和積極性，與社會需求有一定距離。［6］

二、實驗課程存在的問題

實驗項目與現代人才培養模式脫節。部分實驗內容相對陳舊，實驗方法仍沿用多年來的傳統檢測方法，學生無法了解和掌握行業領域檢測手段的新方法新技術，目前科研上常用的移液槍、分液器、漩渦振蕩器、數顯滴定器、全自動紫外分光光度計等儀器設備無法滿足本科教學使用，難以滿足學生對現代化農業相關知識的理解、掌握和應用。比如土壤養分速測，采用過去傳統半定量式的“點滴比色法”，整個環節顯得粗糙不精確，測定結果與目前測土配方施肥常用方法的結果差異較大。［7］

傳統教學方法無法調動學生的學習熱情。學生在實驗課前沒有預習，實驗項目僅在教師的指導下按部就班做完，缺少對實驗過程和結果的反思，影響了學生動手能力和創新能力的培養，［8］尤其是對“土壤與植物營養”有濃厚興趣的學生而言，傳統驗證性實驗難以拓展學生的科研素養。對于教師而言，由于實驗課學時少，實驗教師除了講授操作方法外，就是觀察培養學生的實驗動手能力，容易忽略或輕視實驗室安全操作方面的內容，或者講述內容不直觀，無法引起學生的重視。

實驗員包辦實驗準備，學生基礎技能得不到鍛煉。實驗員準備實驗，導致學生的基礎實驗技能不扎實，操作不規范，容易導致發生安全隱患，如電子天平、移液管的使用，玻璃器皿的洗滌，滴定管的清洗與使用，濃酸強堿等危險化學品的使用方法，廢物廢液的處理等。基礎技能的缺失會導致實驗過程費時費力甚至事倍功半。

長期以來，傳統的實驗課形成了教師講、學生做，整個實驗最終變成了對實驗指導書的驗證。形式呆板，教師沒有積極性，學生缺乏主動性，忽視了學生的個性化培養，獨立操作、團隊協作、系統解決問題能力的訓練，忽略了對實驗現象及結果的分析，抑制了學生在實驗中主觀能動性的發揮。不僅阻礙了學生實驗技能的進一步提高，而且不利于培養學生的創新意識和科研能力。

三、解決方案

（一）實驗課程改革

更新部分實驗項目。設置難度不等的綜合性實驗項目，學生可根據興趣內容選擇完成，實驗成績可參考完成效果和難度系數。具體實驗項目布局詳見圖1，科學合理設置實驗課程分值比例，如基礎性實驗項目占平時成績的30%，其中實驗室安全常識占10%，常規經典項目占20%；設計綜合性實驗項目作為必修占平時成績的50%，其中整合基礎項目占20%，結合大型儀器開發新項目，讓學生了解掌握行業的新技術、新設備、新方法，設計創新提高類實驗項目占平時成績的20%，主要結合不同專業背景探索學科交叉實驗項目，以此建立教學實驗案例庫。實驗課結束后，酌情給表現優秀的學生頒發證書，讓學生在提高實驗技能的基礎上得到鼓勵和認可，增強學生后期開展科學研究的自信心。

制作多媒體視頻。對實驗室安全的提醒，可通過錄制微視頻課件，以二維碼的形式粘貼在實驗室的白板上。在學生進入實驗室后，先用手機掃描二維碼，在5分鐘內預習解實驗室的安全小常識，杜絕誤操作對學生帶來的潛在危害。制作常規經典實驗項目微視頻，尤其是將科研常用的實驗設備融入其中，讓學生對現代檢測技術手段有更多的了解，直觀感受不同實驗項目的重點和難點，“線上預習，線下實踐”輕松掌握操作環節的知識要點，為綜合性和創新性實驗的順利開展奠定基礎。

讓學生自主動手準備實驗。每個班提前讓學生分成8組，每次由2組學生負責準備實驗。在教師的指導下，第1組學生負責配制試劑，從試劑濃度的計算、稱量、配制、分裝到標簽制作和存放方式等；第2組學生負責準備調試儀器和清洗實驗用具，如三角瓶、容量瓶、滴定管等。準備完畢后，兩組學生可以自由選擇預實驗，檢驗是否準備到位，這不僅能提高學生的動手能力，還能使學生了解掌握更多的技能。［9］準備工作看似簡單，也包含著不少實驗技巧和方法，讓學生主動參與并發現問題，與同學分享自己的成功經驗或失敗教訓；在正式的實驗報告中撰寫實驗總結，對實驗過程中遇到的問題進行合理分析，調可動學生的學習積極性，提高學生的獨立思考能力。［10］

（二）課外拓展改革

積極營造實驗室開放環境。鼓勵有大學生科創項目的學生進入實驗室開展工作，尤其是曾修過“土壤與植物營養”的學生，通過不同學科領域的交叉研究，建立教學案例庫，豐富教師的課程內容，拓展學生的視野，調動學生的興趣和積極性。

招募三下鄉背景的學生。利用寒暑假參加三下鄉的學生，可深入農村基層，實地開展社會調查與服務工作，他們對農村的生活環境、農業種植方式及存在問題有最深切的感受，可以招募這些學生在三下鄉活動中，采集3—5份種植出現問題的土壤或植物樣品。行前進行樣品采集專題培訓，活動結束后申請實驗室進行樣品檢測，分析結果并及時反饋給農民，科學指導農業生產活動，有效形成幫扶機制，貢獻“西農”智慧，讓學生對三下鄉活動產生濃厚的存在感、獲得感和成就感，最后收集典型土壤和植物樣品，建立實驗案例庫。

開展實驗技能大賽。通過對實驗方法和儀器的掌握，鍛煉學生觀察、記錄、分析、判斷、預測能力和實驗設計能力，考查學生的基本功，培養學生的科學創新能力和“樹理想，練本領，鑄擔當”的專業情懷，這是培養大學生創新實踐能力的重要手段。［6］

積極發揮場站育人功能。農學類專業結合學校試驗場站設計有關“土壤與植物營養”綜合實驗項目，安排學生利用實習到生產一線鍛煉2—4周，全面實施場站教學提升工程，大力加強試驗示范站和示范推廣基地的條件建設和教學能力建設，推進課程進場站、教師進場站、學生進場站，使場站成為我校大學生實踐鄉村振興戰略和提升專業能力的重要平臺。不斷豐富和創新實踐內容與創新實踐載體，樹立實踐育人新標桿。

四、改革效果

通過對近三年學生的問卷調查結果來看，學生對實驗項目改革方案、實驗室安全教育方式和主動參與實驗教學準備模式的滿意度分別達到了93.7%、98.6%和100%，其中學生對實驗項目改革方案的滿意度相對較低，主要是因為實驗方案與對口專業結合不緊密，希望能貼合生產實際，設計專業化更強的實驗項目；增加公共實驗室對外開放日，讓學生自由申請開展專業化更強的科創項目，研究探索農業科研與實踐問題。［11］在課外拓展改革方面，有97.8%的學生表示愿意參與探索，這有待與教務處以及相關學院教學管理部門商討具體的執行方案。

五、結語

西北農林科技大學堅持產學研緊密結合，充分發揮學校特色和優勢，立足陜西、面向西北、服務全國，是培養鄉村人才的主戰場，［12］在新農科背景下承擔著人才培養、科技支撐和社會服務的重要責任和時代使命，推進教育現代化，提高農業科技創新能力，加強人才培養質量，直接影響鄉村振興戰略的實施效果。［13］“土壤與植物營養”是一門應用性強、覆蓋面廣和靈活性較強的課程，實驗課程正是基于新農科背景下的人才培養要求的積極改革探索。通過課內改革，已經取得了良好的教學效果，接下來要通過課外拓展的改革方式，結合大學生的科創項目、教師的科研項目、鄉村調研的實地走訪調查以及現代大型儀器檢測等手段，讓學生主動參與實驗，強化基本技能訓練，學習掌握科學的研究方法，結合專業知識，分析實驗結果，形成科研報告指導農業生產。培養學生的科研意識、實踐能力和創新精神，增強學生的主人翁意識和社會責任感，造就一支“懂農業、愛農村、愛農民”的“三農”工作隊伍，為國家實施鄉村振興戰略貢獻“西農智慧”。

參考文獻：

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［9］ 金永昌，劉美英，哈圖. 基于微信的土壤農化分析翻轉課堂教學模式研究［J］. 實驗技術與管理，2018，35（02）：197-199+203.

［10］ 張璐，孫向陽. “土壤學野外實習”課程教學改革與實踐［J］. 中國林業教育，2018，36（02）：49-51.

［11］ 李小涵，張紅，李紫燕，等. 農業高校主動參與式實驗教學模式探索與應用：以資源環境科學專業為例［J］. 高等農業教育，2019（05）：65-68.

［12］ 毛平，鄧良基，張禧. 地方農業高校要為實施鄉村振興戰略提供科技和人才保證［J］. 高等農業教育，2018（02）：20-23.

［13］ 郭彥軍，熊王丹，王波，等. 新農科背景下草業科學專業土壤肥料學雙語教學的探索與實踐：以青島農業大學為例［J］. 草業科學，2023，40（10）：2721-2727.

（責任編輯：敖利）

基金項目：西北農林科技大學2021年實驗技術研究與實驗室管理創新項目“智慧實驗室環境安全管理與資源共享效能提升”（項目編號：SY20210102）；西北農林科技大學2019年教學改革項目“鄉村振興人才培養模式下“土壤與植物營養”實驗教學改革與探索”（項目編號：JY1903086）。

作者簡介：張紅（1981—），女，博士，西北農林科技大學資源環境學院高級實驗師，研究方向為土壤化學與環境化學；孫本華（1972—），男，博士，西北農林科技大學資源環境學院教授，研究方向為土壤化學與土壤生態；呂家瓏（1962—），男，博士，西北農林科技大學資源環境學院教授，研究方向為土壤化學與環境化學。