土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)課虛擬仿真教學(xué)改革研究

摘" 要：鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展對農(nóng)科人才的培養(yǎng)質(zhì)量提出更高的要求。該文以土壤肥料學(xué)實(shí)驗(yàn)課為研究對象，分析土壤肥料學(xué)核心課程——土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)課存在的問題與教學(xué)難點(diǎn)，并探究基于虛擬仿真的課程教學(xué)改革路徑。改革立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和前沿發(fā)展的需要，圍繞課程思政融合、土壤診斷與精準(zhǔn)施肥全流程線上實(shí)操與應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及討論，以及考核評價(jià)指標(biāo)體系設(shè)定，構(gòu)建“知識與技能”和“過程與方法”相融合的課程目標(biāo)，并通過虛擬仿真，使學(xué)生完整體驗(yàn)土壤診斷與精準(zhǔn)施肥過程，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐以及綜合應(yīng)用能力，為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：土壤肥料學(xué)；土壤診斷與精準(zhǔn)施肥；虛擬仿真；教學(xué)改革；考核評價(jià)指標(biāo)體系

中圖分類號：G642" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）24-0135-04

Abstract： The rural revitalization and high-quality agriculture development have put forward higher requirements for the quality of the agricultural talent training. This paper takes the experimental course of soil and fertilizer science as the research object， analyzes the existing problems and teaching difficulties in the experimental course of soil diagnosis and precision fertilization， which is the core course of soil and fertilizer science， and explores the course reform path of the experimental course of soil diagnosis and precision fertilization based on \"virtual simulation\". The reform is based on the need for students to adapt to modern agriculture and frontier development， and focuses on the integration of course ideology and policy， online practice and application of the whole process of soil diagnosis and precision fertilization， experimental report and discussion， and the establishment of evaluation and assessment index system， so as to construct curriculum objectives that integrate \"knowledge and skills\" and \"process and method\". Through virtual simulation， students can experience the process of soil diagnosis and precision fertilization， promote the change of learning mode， strengthen the awareness of scientific investigation， cultivate students' practical and comprehensive application ability， and cultivate high-quality composite talents for the development of modern agriculture in China.

Keywords： soil and fertilizer science; soil diagnosis and precise fertilization; virtual simulation; teaching reform; assessment and evaluation index system

土壤肥料學(xué)作為農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)學(xué)科，相關(guān)課程涉及土壤的基本物質(zhì)組成與性質(zhì)、我國主要土壤類型及分布、農(nóng)田土壤生態(tài)與保護(hù)、植物營養(yǎng)與施肥的基本原理、土壤與植物礦質(zhì)營養(yǎng)，以及有機(jī)無機(jī)肥料的特性和施用等方面的知識[1]。該課程綜合性強(qiáng)，涉及土壤學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)和農(nóng)學(xué)等多學(xué)科的知識和理論，同時(shí)具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性[2]。土壤肥料學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為該學(xué)科的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在通過實(shí)操和觀測，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加深學(xué)生對土壤肥料學(xué)相關(guān)理論知識的理解，熟練掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作技能以及分析、解決實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題的綜合應(yīng)用能力。

作為土壤肥料學(xué)課程的核心實(shí)驗(yàn)課，土壤診斷與精準(zhǔn)施肥是以土壤診斷以及肥料田間實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)作物需肥規(guī)律[3]、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，合理提出肥料的施用量、施用時(shí)期和方法的技術(shù)；是農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、資源環(huán)境科學(xué)、農(nóng)學(xué)、種子和園藝等涉農(nóng)專業(yè)土壤肥料學(xué)課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容，更是教學(xué)難點(diǎn)[4]，具體表現(xiàn)為：①土壤肥料學(xué)教學(xué)內(nèi)容涵蓋多學(xué)科如土壤學(xué)、肥料科學(xué)的基礎(chǔ)理論和知識，涉及面廣且知識點(diǎn)多，導(dǎo)致土壤肥料學(xué)課時(shí)安排主要以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)相對較少[5]。然而，土壤診斷與精準(zhǔn)施肥流程多，包括田間土壤樣品的采集與實(shí)驗(yàn)室制備、土壤制備樣品的實(shí)驗(yàn)室測定、氮磷鉀等施肥配方的設(shè)計(jì)及肥料施用推薦等環(huán)節(jié)，橫跨作物完整生育期，往往需要4～6個(gè)月時(shí)間、跨越2個(gè)學(xué)期，短期、集中的實(shí)驗(yàn)課無法實(shí)現(xiàn)土壤診斷與精準(zhǔn)施肥全流程的學(xué)習(xí)。②土壤診斷樣品的采集、制備和實(shí)驗(yàn)室檢測耗時(shí)耗力，對實(shí)驗(yàn)條件要求嚴(yán)格。一是需要田間采集土壤樣品，并根據(jù)樣品制備規(guī)范對土壤樣品進(jìn)行前處理，導(dǎo)致大量時(shí)間花費(fèi)在田間與實(shí)驗(yàn)過程中；二是土壤樣品部分指標(biāo)測定方法有難度，需要多次操作才能順利完成；三是對實(shí)驗(yàn)室空間、室內(nèi)環(huán)境、測定儀器等有較高要求，往往很難做到一人一機(jī)；四是樣品測定指標(biāo)多、成本高、試劑耗材消耗大，同時(shí)部分測定指標(biāo)涉及危化品如濃硫酸、鹽酸，危險(xiǎn)系數(shù)高[6]。③精準(zhǔn)施肥過程需要綜合考慮土壤供肥能力、作物種類、作物產(chǎn)量水平和作物肥料利用率等因素，施肥參數(shù)設(shè)置與模型構(gòu)建數(shù)據(jù)需求量大，數(shù)據(jù)收集難度大。④精準(zhǔn)施肥推薦用量計(jì)算涉及的籽粒吸肥量、土壤當(dāng)季供肥量、肥料利用率等基本數(shù)據(jù)資料，必須依據(jù)地區(qū)、土壤、作物品種和栽培管理?xiàng)l件的不同，通過大量實(shí)驗(yàn)獲取，導(dǎo)致學(xué)生短期內(nèi)無法獲取。⑤施肥效應(yīng)具有長期性，學(xué)生無法直觀了解土壤診斷與精準(zhǔn)施肥效果。

綜上所述，針對土壤肥料學(xué)課程中土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)課存在的問題和教學(xué)難點(diǎn)，亟需對其教學(xué)方法進(jìn)行研究和改革。

1 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

虛擬仿真是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的新型模擬技術(shù)，它通過創(chuàng)建虛擬的環(huán)境和對象，讓用戶能夠在其中進(jìn)行交互操作和體驗(yàn)[7]。在教學(xué)領(lǐng)域其特點(diǎn)和優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①能夠提供高度逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。借助先進(jìn)的圖形處理技術(shù)和物理模擬算法，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以逼真地再現(xiàn)土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、養(yǎng)分分布等特征，以及施肥過程中的化學(xué)反應(yīng)、養(yǎng)分遷移和作物生長等過程，讓學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場景中。②虛擬仿真技術(shù)具有強(qiáng)大的交互性。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中自由地操作實(shí)驗(yàn)儀器、改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。③虛擬仿真技術(shù)具有可重復(fù)性和安全性。學(xué)生可以多次重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，加深對實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解，同時(shí)避免了在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)和錯(cuò)誤。④虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍奖愕丶勺钚碌目蒲谐晒蛯?shí)際應(yīng)用案例，及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生能夠接觸到最前沿的知識和技術(shù)。⑤完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)體系。除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和考試成績，增加對學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中的操作過程、問題解決能力、創(chuàng)新思維等方面的評價(jià)指標(biāo)，全面、客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力水平。

2" 土壤診斷與精準(zhǔn)施肥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法改革

2.1" 改革的目標(biāo)

通過土壤診斷與精準(zhǔn)施肥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在大幅提升教學(xué)效果并節(jié)約大量教學(xué)時(shí)間和成本的前提下，使學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握土壤診斷與精準(zhǔn)施肥的原理與技術(shù)要點(diǎn)。根據(jù)作物需肥規(guī)律（最小養(yǎng)分律、養(yǎng)分歸還律、同等重要性和報(bào)酬遞減律）、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，在合理施用肥料的基礎(chǔ)上，提出化學(xué)肥料（氮、磷、鉀）及中、微量元素肥料的施用數(shù)量、施用時(shí)期和施肥方法。掌握調(diào)節(jié)和解決作物需肥與土壤供肥之間的矛盾，有針對性地補(bǔ)充作物所需的營養(yǎng)元素。做到作物缺什么元素補(bǔ)什么元素，需要多少補(bǔ)多少，實(shí)現(xiàn)各種養(yǎng)分的平衡供應(yīng)滿足作物的需求。達(dá)到減少肥料施用量、提高肥料利用率、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)和節(jié)支增收的效果，起到保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、助力鄉(xiāng)村振興的目的。

2.2" 改革的內(nèi)容

第一階段為課程思政融合。當(dāng)今多元化的社會環(huán)境中，培養(yǎng)具有正確的價(jià)值觀、道德觀和社會責(zé)任感的人才是時(shí)代的迫切需求。因此，在土壤診斷與精準(zhǔn)施肥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的第一階段，設(shè)置課程思政學(xué)習(xí)內(nèi)容，結(jié)合國家重要發(fā)展戰(zhàn)略和政策如鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設(shè)，通過線上學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握理論知識的同時(shí)，提升學(xué)生民族自豪感、社會責(zé)任感和投身農(nóng)業(yè)事業(yè)的認(rèn)同感和使命感。學(xué)習(xí)案例包括第三次全國土壤普查（以下簡稱“三普”）、全國測土配方施肥、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部化肥減量增效行動等，具體如通過對“三普”總體背景的介紹，讓學(xué)生深入了解“中國人的飯碗任何時(shí)候都要牢牢端在自己手中”的時(shí)代內(nèi)涵，認(rèn)識到土壤肥料在保障我國糧食安全中不可替代的支撐作用，并進(jìn)一步思考在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“肥藥雙減”前提下，如何確保我國糧食安全，從而理解我國開展“三普”的必要性和緊迫性，并樹立“守護(hù)土壤，人人有責(zé)”的義務(wù)意識。

第二階段為土壤診斷與精準(zhǔn)施肥全流程線上實(shí)操與應(yīng)用。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課如土壤有機(jī)質(zhì)、土壤堿解氮、土壤有效磷等指標(biāo)測定的同時(shí)，通過線上實(shí)操，即分別基于觀察法、控制變量法和對比法分別進(jìn)行基礎(chǔ)認(rèn)知、單因素探究和實(shí)例應(yīng)用的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。其中，基礎(chǔ)認(rèn)知旨在課堂理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深學(xué)生對土壤診斷基礎(chǔ)知識的認(rèn)知，并通過全流程方式重點(diǎn)學(xué)習(xí)土壤精準(zhǔn)施肥步驟，具體包括土壤樣品采集與制備、施肥情況調(diào)查、土壤樣品指標(biāo)測定等詳細(xì)步驟。單因素探究即基于控制變量法，通過調(diào)整土壤供肥能力、作物種類、目標(biāo)產(chǎn)量和肥料利用率等，探究其與精準(zhǔn)施肥間的關(guān)系。實(shí)例應(yīng)用旨在通過給定隨機(jī)農(nóng)田和隨機(jī)生產(chǎn)參數(shù)，學(xué)生基于基礎(chǔ)認(rèn)知和單因素探究的學(xué)習(xí)，進(jìn)行土壤診斷與精準(zhǔn)施肥的應(yīng)用，具體包括6個(gè)步驟：①進(jìn)行土壤診斷樣品采集操作，要求遵循均勻性、代表性和連續(xù)性3個(gè)原則，進(jìn)行土樣采集點(diǎn)的確定并采集土樣，同時(shí)調(diào)查采樣點(diǎn)施肥情況、土壤立地條件和其他相關(guān)情況，掌握農(nóng)田土壤立地條件與施肥管理水平；②進(jìn)行土壤樣品化驗(yàn)操作，要求按照統(tǒng)一規(guī)定的檢測方法對土壤碳、氮、磷和微量元素等指標(biāo)進(jìn)行測定，了解土壤樣品各指標(biāo)測定流程；③進(jìn)行精準(zhǔn)施肥配方的設(shè)計(jì)，匯總分析土壤測試和田間肥效實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)作物種類、產(chǎn)量水平、作物肥料利用率及土壤供肥能力等差異，合理劃分施肥類型區(qū)，建立施肥模型，分區(qū)域、分作物進(jìn)行區(qū)域施肥配方設(shè)計(jì)與地塊施肥配方設(shè)計(jì)；④采用地力差減法、相對產(chǎn)量法、特爾菲法分別進(jìn)行推薦施氮量、土壤磷鉀含量豐缺指標(biāo)、推薦磷鉀肥用量的確定，并進(jìn)行配方肥的組織與采購；⑤科學(xué)用肥，要求在確定氮素總量的基礎(chǔ)上，根據(jù)作物主要生育期與需肥規(guī)律、土壤肥力水平，科學(xué)進(jìn)行不同生育期的氮素運(yùn)籌分配，同時(shí)基于土壤性狀、作物品種及對磷鉀素需求特點(diǎn)，明確磷鉀素運(yùn)籌分配，根據(jù)土壤檢測結(jié)果和作物表現(xiàn)出的缺微癥狀，科學(xué)推薦微量元素施用，了解氮磷鉀肥料運(yùn)籌技術(shù)；⑥田間監(jiān)測，依據(jù)施肥后田間作物氮肥利用率、作物產(chǎn)量、作物品質(zhì)等指標(biāo)的判斷，進(jìn)行施肥配方的修訂與優(yōu)化。

第三階段為實(shí)驗(yàn)報(bào)告及討論。良好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫習(xí)慣和討論能力是進(jìn)行科學(xué)研究和學(xué)術(shù)工作的基礎(chǔ)。因此，本階段要求學(xué)生通過對第一和第二階段的學(xué)習(xí)和實(shí)操，最終提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告并以小組形式進(jìn)行討論交流。本階段的目的和要求主要包括：①知識的鞏固和深化。通過撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告促使學(xué)生系統(tǒng)地回顧土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)過程。要求學(xué)生準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒ā⒉襟E等，進(jìn)一步強(qiáng)化對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的記憶；同時(shí)，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的科學(xué)知識對所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析解釋，加深對理論知識的理解和掌握。②培養(yǎng)科學(xué)思維。土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生以清晰的邏輯結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從提出問題到得出結(jié)論，各環(huán)節(jié)需要有嚴(yán)密的邏輯推理，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力；同時(shí)，在撰寫土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估和反思，思考實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的誤差和問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，不盲目接受結(jié)果，而是能夠?qū)ζ溥M(jìn)行深入分析和質(zhì)疑。③提高表達(dá)能力。要求學(xué)生在撰寫土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)報(bào)告過程中以準(zhǔn)確、簡潔的語言表達(dá)科學(xué)內(nèi)容，將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果轉(zhuǎn)化為文字，能夠清晰地傳達(dá)給讀者，進(jìn)而提高文字表達(dá)能力；同時(shí)要求學(xué)生以小組形式分享土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)心得、觀點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)，與同學(xué)和老師進(jìn)行交流和辯論，進(jìn)而提高口頭表達(dá)能力和溝通能力，并培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。

2.3 考核評價(jià)指標(biāo)體系設(shè)定

考核評價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)定以實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所涉及的相關(guān)步驟要求為考點(diǎn)，按照各自在實(shí)驗(yàn)中的權(quán)重，形成“虛實(shí)結(jié)合”的考核評價(jià)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程的全覆蓋。考核分為結(jié)果評價(jià)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告2部分。其中，結(jié)果評價(jià)基于“扣分法”的思想建立結(jié)果評價(jià)模型，即用滿分減去操作不當(dāng)產(chǎn)生的失誤分?jǐn)?shù)，得到的就是反映學(xué)生操作水平的分?jǐn)?shù)。失誤分?jǐn)?shù)來源于儀器操作不當(dāng)、實(shí)驗(yàn)步驟的缺失或順序不對、土壤精準(zhǔn)施肥步驟錯(cuò)誤和土壤診斷錯(cuò)誤等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告依據(jù)實(shí)驗(yàn)操作過程，針對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

因此，考核評價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)定具體圍繞土壤診斷與精準(zhǔn)施肥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課3個(gè)階段的交互性步驟進(jìn)行賦分模型的構(gòu)建，其中第一階段（課程思政融合）共計(jì)1個(gè)交互性步驟；第二階段（土壤診斷與精準(zhǔn)施肥全流程線上實(shí)操與應(yīng)用）共計(jì)14個(gè)交互性步驟；第三階段（實(shí)驗(yàn)報(bào)告及討論）共計(jì)1個(gè)交互性步驟。各步驟詳細(xì)目標(biāo)要求及目標(biāo)達(dá)成度賦分模型如下：①實(shí)驗(yàn)背景及基礎(chǔ)介紹。結(jié)合國家測土配方施肥、化肥零增長、化肥減量增效等相關(guān)政策，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹W(xué)生完成該部分學(xué)習(xí)計(jì)5分。②土壤診斷基礎(chǔ)知識認(rèn)知。查看相關(guān)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、圖文、微課資料，了解土壤診斷與精準(zhǔn)施肥基礎(chǔ)知識以及相關(guān)采樣測定設(shè)備。學(xué)生完成學(xué)習(xí)計(jì)5分。③土壤樣品采集。查看土壤診斷樣品采集流程，培養(yǎng)學(xué)生正確進(jìn)行土樣采集點(diǎn)的確定及采集能力。學(xué)生完成學(xué)習(xí)計(jì)5分。④土壤樣品化驗(yàn)。查看土壤樣品各指標(biāo)測定化驗(yàn)過程，讓學(xué)生準(zhǔn)確了解各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測定目的、原理、流程及實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)。學(xué)生完成學(xué)習(xí)計(jì)5分。⑤精準(zhǔn)施肥配方設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生通過匯總分析土壤測試和田間肥效實(shí)驗(yàn)結(jié)果，準(zhǔn)確進(jìn)行施肥配方設(shè)計(jì)的能力，并培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力。學(xué)生完成系統(tǒng)給定的選擇題并答對，計(jì)5分，未完成實(shí)驗(yàn)或提交結(jié)論錯(cuò)誤，計(jì)0分。⑥配方肥的組織與采購。通過圖文、微課資料等學(xué)習(xí)地力差減法、相對產(chǎn)量法、特爾菲法相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行磷鉀配方肥的組織與采購能力。學(xué)生完成選擇題并答對，計(jì)5分，未完成實(shí)驗(yàn)或提交結(jié)論錯(cuò)誤，計(jì)0分。⑦氮磷鉀肥料運(yùn)籌技術(shù)。通過圖文、微課資料等對作物生育期與需肥規(guī)律、作物的缺微癥狀等的學(xué)習(xí)，掌握氮磷鉀肥料運(yùn)籌技術(shù)及其相關(guān)原理。學(xué)生初次完成實(shí)驗(yàn)并答對問題，計(jì)5分，若初次實(shí)驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤，通過系統(tǒng)的引導(dǎo)，第二次得到正確結(jié)果，得3分，未完成實(shí)驗(yàn)或最終提交的結(jié)論錯(cuò)誤，計(jì)0分。⑧施肥配方的修訂與優(yōu)化。對施肥后田間各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行施肥配方的修訂與優(yōu)化能力。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并答對問題，計(jì)5分，未完成實(shí)驗(yàn)或最終提交的結(jié)論錯(cuò)誤，計(jì)0分。⑨基礎(chǔ)知識考核。考察學(xué)生對實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡恼J(rèn)知度，并通過考核題對學(xué)生下一步的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行啟發(fā)。系統(tǒng)隨機(jī)抽取5道選擇題，學(xué)生完成選擇題并答對，計(jì)5分，若學(xué)生重新答題并得到正確結(jié)果，得3分，否則計(jì)0分。⑩精準(zhǔn)施肥操作步驟考核。考察學(xué)生對精準(zhǔn)施肥步驟的認(rèn)知程度，并對學(xué)生下一步的探究操作進(jìn)行啟發(fā)。系統(tǒng)隨機(jī)抽取5道選擇題，學(xué)生完成選擇題并答對，計(jì)5分，若學(xué)生重新答題并得到正確結(jié)果，得3分，否則計(jì)0分。" 至" 分別為土壤供肥能力、作物種類、產(chǎn)量水平和氮肥利用率單因素探究。通過調(diào)整上述因素，培養(yǎng)學(xué)生探究其與精準(zhǔn)施肥間的關(guān)系。完成各步驟的探究操作并答對問題，每步驟計(jì)5分，未完成操作或最終提交結(jié)論錯(cuò)誤，計(jì)0分。" 土壤診斷與精準(zhǔn)施肥應(yīng)用。系統(tǒng)給定農(nóng)田、土壤隨機(jī)生產(chǎn)參數(shù)、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)等，培養(yǎng)學(xué)生基于多參數(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)行土壤診斷與精準(zhǔn)施肥的綜合應(yīng)用能力。針對系統(tǒng)給定的題目，進(jìn)行正確的土壤診斷與施肥參數(shù)組合，初次提交正確計(jì)20分，經(jīng)過2次提交正確計(jì)15分，3次和多次提交正確計(jì)10分，最終提交錯(cuò)誤計(jì)0分。" 生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行討論。培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析獲得實(shí)驗(yàn)規(guī)律的能力。提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果并生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，計(jì)10分，否則計(jì)0分。

2.4 特色與創(chuàng)新之處

2.4.1" 先進(jìn)性

土壤診斷與精準(zhǔn)施肥技術(shù)要求高、流程多、數(shù)據(jù)需求量大，采用虛擬仿真技術(shù)教學(xué)改革能夠?qū)崿F(xiàn)土壤診斷與精準(zhǔn)施肥技術(shù)的全流程展現(xiàn)，有助于學(xué)生直觀、高效、全面的觀察，大幅提升教學(xué)效果，大量節(jié)約教學(xué)時(shí)間和成本。

2.4.2" 示范性

土壤診斷過程是土壤學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)等學(xué)科研究的基礎(chǔ)，質(zhì)量要求高、操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，通過本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革研究，能夠?yàn)槠渌鷳B(tài)系統(tǒng)指標(biāo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革提供思路和技術(shù)借鑒。

2.4.3" 創(chuàng)新性

土壤診斷與精準(zhǔn)施肥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在操作過程中詳細(xì)學(xué)習(xí)土壤采樣測試技術(shù)、配方設(shè)計(jì)技術(shù)、肥料施用推薦技術(shù)，了解作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，能夠鞏固理論知識點(diǎn)甚至代替理論教學(xué)；學(xué)習(xí)評價(jià)單元實(shí)現(xiàn)了學(xué)生通過分析田間地塊圖信息，能夠進(jìn)行土壤采樣點(diǎn)的確認(rèn)，并通過對土壤樣品測定和田間肥效實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，進(jìn)行精準(zhǔn)施肥的設(shè)計(jì)以及肥料的科學(xué)施用，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，提升了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實(shí)踐能力。

3" 結(jié)束語

土壤肥料學(xué)科對于保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有至關(guān)重要的意義。本文針對新時(shí)代背景下土壤肥料學(xué)核心課程——土壤診斷與精準(zhǔn)施肥實(shí)驗(yàn)課存在的問題，提出了基于虛擬仿真的3階段課程改革思路，即第一階段課程思政融合，第二階段土壤診斷與精準(zhǔn)施肥全流程線上實(shí)操與應(yīng)用，第三階段實(shí)驗(yàn)報(bào)告及討論，并進(jìn)一步探究了考核評價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)定。相應(yīng)改革立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和前沿發(fā)展的需要，構(gòu)建“知識與技能”和“過程與方法”相融合的課程目標(biāo)。通過虛擬仿真，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐以及綜合應(yīng)用能力，為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈其榮.土壤肥料學(xué)通論[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2] 徐喬，王小治.適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的土壤肥料學(xué)教學(xué)方法改革研究[J].教師，2021（32）：97-98.

[3] 雷恩春，肖彥春.作物營養(yǎng)與施肥[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[4] 陳龍.土壤肥料學(xué)理論和實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問題及改革措施[J].科技視界，2021（6）：27-29.

[5] 馮慧敏，李梓珊，李海渤，等.新農(nóng)科建設(shè)背景下“土壤肥料學(xué)”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革建議[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，44（6）：104-108.

[6] 韓春麗，趙瑞海，茹思博，等.土壤肥料學(xué)實(shí)驗(yàn)課操作視頻開發(fā)探索與實(shí)踐[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2024，4（3）：126-129.

[7] 吳金棟，任光輝，黃東鍵，等.基于虛擬仿真技術(shù)開展實(shí)踐教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（5）：240-244.

基金項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（BK20210793）

第一作者簡介：左文剛（1989-），男，博士，講師。研究方向?yàn)辂}堿地增碳培肥機(jī)制。

*通信作者：柏彥超（1981-），男，博士，教授。研究方向?yàn)檗r(nóng)田土壤固碳特征及機(jī)制。