“雙碳”視域下的“環境土壤學”教學改革

［摘 要］ “雙碳”目標自提出以來，就受到黨和國家的高度重視，是加快我國生態文明建設和實現高質量發展的重要抓手。土壤是自然環境中碳捕集和封存的理想場所，然而目前環境專業的實踐教學偏重土壤污染物的環境行為及其修復去除，對土壤固碳相關內容涉及較少。環境土壤學是涉及地學、化學、微生物學、環境工程的一門交叉學科，知識點零散，一些學生難以在知識點之間建立邏輯聯系，并形成對課程的連貫理解。此外，“雙碳”政策的出臺意味著環境土壤學的前沿方向變化跨度大，對學生的自主學習和創新探索能力提出了更高的要求。基于以上問題，重塑教學內容，利用知識網絡構建法和項目式學習法（project-based learning， PBL）改革教學過程，以期提高學生的自主探索和創新能力，培養順應“雙碳”時代的創新型人才。

［關鍵詞］ 環境土壤學；教學改革；“雙碳”；知識網絡法；PBL

［基金項目］ 2021年度重慶大學教學改革研究項目“‘新工科’和‘十四五’背景下，基于PBL理念的‘環境土壤學’課程體系重構”（2021Y39）

［作者簡介］ 李蕓邑（1990—），女，四川廣安人，博士，重慶大學環境與生態學院副教授，博士生導師，主要從事環境土壤學研究；梁嘉良（1990—），男，黑龍江鶴崗人，博士，重慶大學環境與生態學院副教授（通信作者），博士生導師，主要從事環境化學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）43-0009-04 ［收稿日期］ 2023-09-06

一、“雙碳”政策解讀

2020年，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話，指出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”［1］。2021年10月，國務院發布了《關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》，提出“碳達峰十大行動”［2］，分階段、分步驟地降低我國二氧化碳排放量，力爭在2060年前實現全國二氧化碳凈零排放。在國家戰略層面，黨的十八大將“五位一體”總體布局中的生態文明建設作為重中之重，提出節約資源和保護環境的基本國策，推動形成綠色低碳的生產方式和生活方式。黨的十八屆五中全會提出“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念，強調綠色是永續發展的必要條件。黨的十九屆五中全會進一步提出，要“尊重自然、順應自然、保護自然”，堅定不移地把生態保護放在首位，大力實施綠色低碳發展，積極倡導節能減排的生活方式。黨的二十大報告提出，必須牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念［3］。綜上，“雙碳”政策受到黨和國家的高度重視，必然會對社會經濟的各個層面產生深遠影響。高校是人才培育的重要基地，如何在“雙碳”背景下做好教學改革工作是擺在每一位高校教師面前的必答題。

二、“雙碳”政策對“環境土壤學”教學提出了新要求

為了實現“雙碳”目標，碳排放的降低和碳匯能力的提高是關鍵。土壤是全球最大的碳匯，根據估算［4］，土壤有機碳含量約為1 450 Pg C，占全球陸地總碳庫的三分之二以上；土壤生態系統的碳循環作用在全球碳平衡體系中處于決定性地位。土壤是碳捕集和封存的理想場所之一，我國土壤固碳潛力超400億噸［5］。環境土壤學是一門新興學科，以環境科學與工程類的土壤學課程為基礎，以關注人類活動導致的環境質量變化為主線，深入探索這種變化對人民生命健康、社會經濟發展、生態系統穩定的影響。傳統的“環境土壤學”教學邏輯以傳統土壤學為學科依歸，同時偏重土壤污染物行為及修復去除。在“雙碳”目標發展背景之下，一方面，減排壓力導致工業企業場地污染減少，土壤修復市場逐漸萎縮；另一方面，碳增蓄的需求致使土壤碳匯市場亟待開發，“環境土壤學”教學重心的偏移成為必然。

此外，由于其地學淵源，“環境土壤學”教學內容常以鏈接地學基礎知識的形式出現，導致一些以建筑工程、化學、微生物學為基礎的環境工程專業學生在理解部分課程內容時較為困難，很容易掌握單個知識點，但難以建立知識點之間的邏輯聯系，導致形成知識體系的斷點，無法構建有效的知識網絡。同時，傳統工科的思維方式和解決問題的方式不利于探索與創新未知問題。遇事翻指南、查規范、不究原理，固然能快速處理已知問題，但對于培養主動適應社會、行業發展的創新型人才并無益處。另外，“雙碳”政策的出臺意味著環境土壤學前沿方向變化跨度較大，對學生的自主探索和創新能力提出了更高的需求。

三、“雙碳”視域下的教學改革方向

基于目前“環境土壤學”教學存在的問題，為了提升“環境土壤學”教學對于“雙碳”目標的支撐，本研究提出如下課程改革方向：重塑教學內容，在增加土壤固碳相關內容的同時，引入前沿固碳技術；利用知識網絡構建法和項目式學習法（project-based learning， PBL）改革教學過程（見圖1）。

（一）重塑教學內容

2022年4月，教育部印發的《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》明確提出，高等教育須服務國家碳達峰碳中和目標和專業人才培養的需求［6］，這為環境土壤學專業課程教學改革指明了方向。土壤碳匯本就是“碳達峰十大行動”中“碳匯能力鞏固提升行動”的重要環節，教學重心須向土壤碳匯遷移，培養能夠進行土壤碳捕集、利用與封存的相關人才。此外，由于政策導向，“雙碳”相關技術日新月異。因此，在“環境土壤學”“雙碳”內容教學中可充分考慮行業前沿技術。例如，在講授土壤碳減排時，可引入機器學習對全國土壤碳儲量的分析以及大數據和AI技術助力水稻田碳減排的實踐，鼓勵學生加入科技強國建設。在講授土壤結構與生態功能時，也可引入新的研究成果——大團聚體的形成有助于土壤固碳［7］，將“雙碳”貫穿課程始終。

（二）知識網絡構建

根據完善后的教學內容，確定課程知識點中的重點和難點，在講解知識框架的基礎上，設計案例庫以及與案例相關的問題集，通過“剝洋蔥”式的提問，引導學生自主提取相關知識，鏈接化學/微生物學基礎［8］。例如，在對土壤重金屬形態的教學過程中，必然涉及順序提取法區分土壤重金屬形態，此時可設計相關問題鑒別Cd-胡敏素、Cd-檸檬酸、CdS和CdSO4四種重金屬結合物質是否屬于有機結合態，既能鏈接化學基礎知識，又能有效區分重金屬操作形態和理論形態的概念，加強學生對工程應用與理論研究區別的認知。此外，在進行與地學相關知識點的教學時，須要在教學過程中補充建立地學背景知識與化學微生物學的聯系，通過“地學—化學/微生物學—環境土壤學”二次鏈接的方式進行理解。同時，可引導學生繪制鏈接環境土壤學與化學/微生物學基礎知識的思維導圖，形成環境土壤學知識網絡，加強學生對核心概念的理解，提升學生分析問題和綜合運用知識的能力。

（三）PBL項目庫的構建

從土壤資源的重要性和國家政策導向出發，確定國家在土壤環境方面的需求，遵循重大科學問題導向，基于PBL教學理念，建設與“雙碳”主題相關的項目庫，包括與農業碳減排相關的“一粒米的碳足跡”“農膜在農業生活中的作用及其減排”“土壤改良技術對化肥和農藥的減排作用”等，與碳匯能力鞏固提升行動相關的“全球氣候變暖對土壤性能的影響”“東北三江平原黑土地保護”“土壤表層有機碳儲量提升”“土壤微生物與固氮”“喀斯特地區土壤改良”等，與傳統環境土壤學相關的案例庫，包括“土壤抗生素種類來源及危害”“土壤微塑料污染及防治”“土壤鹽堿化/酸化的防與治”“鎘污染農田土壤改善及修復”“新興污染物在土壤環境中的行為”等。通過提出問題、規劃方案、解決問題、評價反思等環節，引導學生利用大數據獲取環境土壤學熱點，調查行業發展前沿和重大科學問題研究進展，結合國家重大需求，真正地將知識學以致用，鍛煉學生的自主探索與創新能力，培養基礎扎實、思維縝密、探索創新的面向未來的工程人才［9］。

結語

“雙碳”目標是我國的重大戰略決策，必然會對社會經濟的各個層面產生深遠影響，而降低碳排放和提高碳匯能力是實現這一目標的關鍵。土壤是全球最大的碳匯，其碳捕集和封存具有巨大潛力。在“雙碳”目標發展背景之下，減排壓力導致土壤修復市場逐漸萎縮，同時，碳封存的需求致使土壤碳匯市場亟待開發，“環境土壤學”教學重心的偏移成為必然。與此同時，日新月異的技術進步對環境工程專業學生提出了更高的挑戰。因此，本研究提出通過將教學重點向土壤碳匯轉移的方式重塑教學內容，補充建立地學、化學、微生物學基礎知識與環境土壤學知識的聯系，以幫助學生構建知識網絡；通過PBL項目庫構建法，即提出問題、規劃方案、解決問題、評價反思等，培養學生的自主探索和創新能力，為國家和社會輸送主動適應環境及社會的專業人才。

參考文獻

［1］習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話［N］.人民日報，2020-09-23（1）.

［2］國務院.關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知：國發〔2021〕23號［A/OL］.（2021-10-24）［2023-08-12］.https：//www.gov.cn/gongbao/content/2021/content_5649731.htm.

［3］高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗：在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告［EB/OL］.（2022-10-25）［2023-08-12］.https：//www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm.

［4］SCHARLEMANN J P， TANNER E V， HIEDERER R， et al. Global soil carbon understanding and managing the largest terrestrial carbon pool［J］. Carbon Management， 2014，5（1）：81-91.

［5］鄭聚鋒，程琨，潘根興，等.關于中國土壤碳庫及固碳潛力研究的若干問題［J］.科學通報，2011，56（26）：2162-2173.

［6］教育部.關于印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》的通知：教高函〔2022〕3號［A/OL］.（2022-04-24）［2023-08-12］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202205/t20220506_625229.html.

［7］WANG Y， WU P， QIAO Y， et al. The potential for soil C sequestration and N fixation under different planting patterns depends on the carbon and nitrogen content and stability of soil aggregates［J］. Science of the Total Environment， 2023（897）：165430.

［8］王慧，朱健，李科林.新工科背景下淺析PBL教學法在《土壤污染與防治》課程中的應用［J］.冶金管理，2021（13）：187-188.

［9］曹晶瀟，陸素芬，齊國翠.應用型人才培養模式下淺析PBL教學法在環境生態學課程中的應用［J］.科技視界，2022（2）：17-19.

Teaching Reform of Environmental Pedology from the Perspective of “Double Carbon”

LI Yun-yi， LIANG Jia-liang

（College of Environment and Ecology， Chongqing University， Chongqing 400044， China）

Abstract： The “double carbon” strategic goal， has been highly valued by the Party and the state since it was put forward. It serves as a crucial catalyst for expediting the construction of ecological civilization in China and achieving high-quality development. The soil provides an optimal environment for carbon capture and storage. However， the current teaching approach in environmental studies primarily focuses on the behavior and remediation of soil pollutants， with comparatively less emphasis on the crucial aspect of soil carbon sequestration. The field of Environmental Pedology falls within the interdisciplinary realm of geosciences， chemistry， microbiology， and environmental engineering. However， due to the scattered nature of its knowledge points， it is difficult for students to establish logical connections between them and form a cohesive understanding of the subject matter. The implementation of the “double carbon” policy also brings about a significant shift in the forefront direction of Environmental Pedology， thereby placing higher demands on students’ capacity for independent learning and innovative exploration. Based on the aforementioned issues， this study proposes to enhance the teaching content and reform the teaching process through the utilization of knowledge network construction methodology and project-based learning （PBL） approach. This aims to foster students’ independent exploration and innovation capabilities， as well as cultivate innovative talents who can adapt to the challenges posed by the “double carbon” era.

Key words： environmental soil science; teaching reform; “double carbon”; knowledge network method; project-based learning