新質生產力背景下土壤農化分析實驗課程教學改革探索與實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-9902（2025）14-0169-0

Abstract：Withtheincreasingnationalemphasisonhigh-qualityagriculturaldevelopment，theconceptofnew-quality productiveforcesproposedbyGeneralSecretaryXiJinpinghasprovidedacleardirectionforthedevelopmentoftheagricultural sector.Againstthisbackdrop，theimplementationoftheThirdNationalSoilCensushascreatedanopportunityfortheteaching reformofthecourseSoilAgricultural ChemistryAnalysisExperiment.Byanalyzingtheexistingproblemsinthecurrntcourse， thisstudyexplorestheteachingreformmeasuresimplementedbyYangzhou Universityinthecontextofnew-qualityproductive forces，takingtheThirdNational SoilCensusasanoportunity.Theaimistoimprovetheteachingqualityofthecourse， enhancestudents‘practicalabiliesandinovativespirit，andprovidestrongsupportforcultivatinghighlyqualifiedtalents capable of meeting the demands of modern agricultural development.

Keywords：new-qualityproductiveforces；SoilAgrochemical AnalysisExperiment；teachingreform;thethirdnationalsoil census;practical innovation

土壤作為農業生產的根基和生態循環的載體，其質量狀況直接關聯著糧食安全、生態安全與可持續發展戰略的實施。土壤農化分析作為揭示土壤肥力特征、診斷養分失衡、評估環境承載力的核心技術手段，在農業生產布局優化、新型肥料研發、耕地質量保護及污染修復等領域發揮著不可替代的支撐作用。然而，當前高校土壤農化分析實驗課程普遍存在教學內容與現代農業技術脫節、實驗項目標準化不足、跨學科融合欠缺等突出問題[I。這種教學滯后性已嚴重制約課程服務國家重大戰略需求的能力，亟待通過系統性改革實現教學體系的迭代升級。

習近平總書記提出的“新質生產力”是由技術革命性突破、生產要素創新性配置、產業深度轉型升級而催生的當代先進生產力[2。在農業領域，新質生產力的提升離不開對土壤資源的精準管理和高效利用，這為土壤農化分析實驗課程的教學改革提供了新的思路[3]。該理論強調技術-產業-制度的協同創新，要求實驗教學體系從“知識傳授”轉向“能力建構”。同時，第三次全國土壤普查作為一項重大的國情國力調查，對于摸清我國土壤類型、數量、質量及利用狀況等具有重要意義[4，具有農業資源與環境專業背景的專業技術人才是開展該項目的中堅力量。在此背景下，土壤農化分析實驗作為農業資源與環境專業的核心課程，其教學改革顯得尤為迫切[5]。

本文通過對土壤農化分析實驗課程的教學改革研究，旨在提高課程的教學質量，增強學生的實踐能力和創新精神，為培養適應現代農業發展需求的高素質人才提供有力支持。同時，結合新質生產力背景和第三次全國土壤普查工作，探索新的教學模式和方法，為同類課程的教學改革提供參考和借鑒，

1當前土壤農化分析實驗課程存在的問題

1.1理論教學內容陳舊，與現代農業發展脫節

現行土壤農化分析實驗課程體系普遍存在“三重三輕\"現象。在內容深度上，重基礎驗證實驗而輕前沿拓展，常規養分測定實驗占據 80% 課時，新型污染物分析、土壤健康綜合評估等模塊缺失。在技術融合上，重傳統化學分析方法而輕智能技術，多數高校仍采用分光光度法，未引入光譜傳感、大數據建模等現代技術。隨著農業科技的不斷進步，許多新的分析技術和方法已經應用于土壤農化分析中，但教材中卻未能及時更新，導致學生在學習過程中難以接觸到最新的科技成果和應用案例。在產業對接上，重實驗室指標分析而輕田間實際應用，缺乏土壤質量空間變異分析、農田精準管理等產業需求導向內容。

以揚州大學改革前的實驗項目為例，土壤有機質測定實驗僅涉及重鉻酸鉀容量法，未引入近紅外光譜快速檢測技術；土壤硝態氮、銨態氮分析僅使用紫外分光光度計測定，缺乏連續流動分析儀這類更加高效、精確的儀器。這種滯后性導致學生在面對土壤普查、環境監測等產業需求時，存在“知識斷層\"和“技術代差”。

1.2實踐內容和方式單一，缺乏互動性和啟發性

當前土壤農化分析實驗課程實踐環節的滯后性，本質上是農業技術革新與傳統教學慣性矛盾的集中體現。在設備層面，部分高校本科實驗室仍使用20世紀90年代的原子吸收光譜儀、紫外分光光度計、手動凱氏定氮儀等傳統儀器，設備老化、精度不足，難以滿足現代土壤分析需求。以原子吸收光譜儀為例，其檢測靈敏度已無法滿足現代土壤微量元素分析需求，火焰法檢測限通常在ppm級，而現代農業研究要求達到ppb級精度，設備代際差導致實驗結果與真實值存在系統性偏差。手動凱氏定氮儀操作復雜、耗時長，與全自動凱氏定氮儀相比，測定效率相差5～8倍，嚴重制約實驗教學的時效性。

實驗場景設計方面，過度依賴標準土壤樣品（如中國標準土壤GSS系列）構建的“理想化\"實驗環境，剝離了真實農田土壤的復雜性。以土壤 pH 測定實驗為例，傳統本科教學實驗一般采用玻璃電極法測定標準土壤樣品的 pH 。但是實際耕作土壤中有機質含量差異可達 10～50g/kg ，鹽分含量跨度從 0.1%～3% ，這些干擾因素在標準樣品中被嚴格控制在 ±5% 范圍內。當學生面對真實土壤樣本時，因缺乏多變量協同分析訓練，往往出現pH測定值偏離實際、酸化機理闡釋片面等問題。

考核評價體系的局限性進一步加劇了實踐能力培養的困境。現行考核以實驗報告為核心指標，側重數據記錄完整性而忽視操作規范性評價。以稱量操作為例，電子天平使用應遵循“歸零一校準一稱量\"標準流程，但根據對揚州大學資源環境科學系2023級和2024級本科生土壤農化分析實驗操作調查的反饋結果顯示， 57.17% 的學生存在未校準直接稱量、稱量樣品溫度未平衡等違規操作行為。這種“重結果輕過程的導向，直接削弱了學生嚴謹科研態度的養成。

1.3師資結構矛盾，學科交叉知識儲備不足

師資結構矛盾體現在知識更新、產業經驗和跨領域協作3個層面。在技能更新維度，土壤大數據處理技術（如Python-Pandas數據分析、ArcGIS空間插值）在土壤農化分析實驗課程中的普及率不足 30% ，部分教師不能熟練掌握智能裝備操作（如便攜式XRF土壤分析儀、無人機多光譜傳感器）。這種技術代差導致實驗教學停留在“儀器操作-數據記錄\"的淺層，難以觸及“數據挖掘-機理闡釋\"的深層。

產業經驗斷層現象尤為突出。青年教師群體普遍存在“從校門到校門\"的履歷特征，缺乏土壤調查一線經驗。以土壤采樣實踐指導為例，具有農田調查經驗的教師，能精準示范\"S型布點法\"在不同地形條件下的調整策略，而缺乏實踐者往往照本宣科，導致學生采樣代表性誤差增大。

跨領域協作機制的缺失，則阻礙了實驗課程向多學科交叉方向進化。土壤制圖技術實驗需要土壤學與GIS的深度耦合，但現行教研體系中，土壤學教師缺乏空間分析技能，GIS教師不懂土壤發生學原理，導致實驗停留在“屬性賦值-符號化表達\"的表面層次。這種學科壁壘不僅限制實驗項目創新，更導致學生系統思維能力的缺失。

2新質生產力導向的土壤農化分析實驗教學改革框架構建

2.1課程體系重構：從“知識傳授\"到\"能力建構”

突破傳統實驗課程“驗證性實驗為主體\"的窠白，創新構建“基礎認知一技術實踐一系統創新”三階能力培養體系，實現能力培養的螺旋上升。基礎層實驗保留比色法測氮、電位法測pH等經典實驗指標檢測，但引入便攜式檢測儀進行方法比對，強化學生對傳統方法與現代技術的融合理解。進階層實驗開設光譜分析技術模塊，要求學生完成土壤樣品的光譜數據采集、基線校正、定量分析全流程，重點培養儀器操作規范性與數據處理能力。創新層實驗設計“土壤健康診斷\"項目，融合土壤物理、化學、生物指標構建評價體系，引入GIS空間分析模塊，培養學生解決復雜農業問題的能力。

揚州大學土壤農化分析實驗改革案例顯示，通過上述三階實驗體系構建，該專業學生土壤養分指標測定的準確度整體提升 16.11% ，實驗報告撰寫的完整度從 68% 提高至 92% 。由揚州大學“土壤醫院\"項目而延伸擴展到本課程的“土壤健康診斷\"綜合項目中，學生能相對系統分析土壤-作物-環境相互作用，并能夠對障礙土壤初步提出相應的改良方案，有效地提升了學生的專業技能和實踐認知能力。

2.2技術賦能路徑：從“傳統實驗\"到\"數智實驗”

構建“設備升級-數字孿生-數據驅動\"三位一體的技術賦能體系。設備升級方面，引入便攜式XRF土壤分析儀、全自動凱氏定氮儀等新型設備，提升實驗精度與效率。數字孿生方面，構建虛擬仿真實驗平臺，實現土壤采樣一制樣一分析全流程模擬，降低實驗成本與安全風險。數據驅動方面，建立課程大數據中心，整合第三次全國土壤普查真實案例與教師科研項目數據，開展數據挖掘與建模實驗。數據驅動創新方面，目前正在建立課程大數據中心，待國家公布江蘇省第三次全國土壤普查非涉密數據后，整合江蘇省耕地質量監測網絡非涉密數據，開發數據挖掘與建模實驗項目，與“設備升級\"和“數字孿生\"形成三位一體的閉環技術賦能體系。

揚州大學環境科學與工程學院在承接第三次全國土壤普查項目之前，對揚州大學測試中心測試四室進行更新和擴建，新建土壤光譜分析實驗室和大數據處理中心，更新或新配電感耦合等離子體質譜儀、電感耦合等離子體光譜儀、X射線衍射儀、傅里葉變換紅外光譜儀和全自動凱氏定氮儀等大型儀器設備，極大程度豐富了土壤農化分析實驗課程的需求。同時，環境科學與工程學院支持該專業相關教師開發虛擬仿真實驗平臺，以最新、最嚴格的第三次全國土壤普查標準模擬土壤采樣點布設、樣品制備等場景，學生可反復操作直至掌握規范流程。

2.3產教融合機制：從“封閉教學\"到\"開放創新”

建立“產業導師進課堂-學生進企業\"雙向循環機制、項目驅動與職業資格認證對接的產教融合機制。

聘請江蘇省第三次全國土壤普查技術指導專家與本專業教師組建聯合教學團隊，產業導師負責實戰技術指導，高校導師側重理論深化，形成“ 1+1gt;2^′ 的協同效應，實現知識傳授與產業經驗的融合。實施“項目驅動式\"實踐教學模式，專業教師選取同第三次全國土壤普查要求的土壤樣品作為“教學模擬第三次全國土壤普查”樣品庫，將“教學模擬第三次全國土壤普查\"樣點分析設為課程綜合實踐項目，讓學生參與“教學模擬第三次全國土壤普查\"樣品的采集、制備、檢測、數據分析、質量控制全流程，培養學生的操作技能和規范性。建立職業資格認證對接機制，即通過課程考核和江蘇省第三次全國土壤普查專家面試（3名及以上）的學生可獲揚州大學土壤檢測員職業資格證書，以提升就業競爭力。

揚州大學在土壤農化分析實驗課程改革中，聘請第三次全國土壤普查技術指導專家（王小治、柏彥超、趙海濤、錢曉晴、盛海君和王小兵等）參與實驗教學，按照國家第三次全國土壤普查的要求對學生講解土壤農化分析實驗中涉及的各項內容，并將設定的“教學模擬第三次全國土壤普查\"項目轉化為課程實踐任務。學生通過參與樣點布設、樣品采集、數據分析等環節，不僅掌握了技術規程，還獲得了學校頒發的內部職業認證，實現了學習與實踐的“無縫對接”。

該改革框架通過課程體系重構實現知識傳授向能力培養的轉型，技術賦能路徑推動實驗手段現代化，產教融合機制打破教學與產業的壁壘，形成“理論一技術一實踐”的閉環培養體系。這種改革不僅提升了學生的實踐創新能力，更為現代農業發展提供高素質技術人才支撐，實現了教育鏈與產業鏈的深度融合。

3揚州大學土壤農化分析實驗課程改革實踐案例分析

在第三次全國土壤普查的戰略機遇期，揚州大學環境科學與工程學院緊扣行業技術迭代脈搏，以產教融合為核心驅動力，構建了“設備-師資-課程\"三位一體的實驗教學改革體系，形成具有示范意義的創新型人才培養模式。

3.1技術設備更新：打造產教融合實驗平臺

揚州大學環境科學與工程學院緊密圍繞第三次全國土壤普查的戰略需求，以“設備迭代驅動教學創新\"為核心理念，系統性推進實驗平臺的智能化升級，通過專項建設資金與校企合作雙重支持，累計投入逾500萬元完成設備更新，包括電感耦合等離子體質譜儀、電感耦合等離子體光譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀、X射線衍射儀和便攜式XRF土壤分析儀等，構建起涵蓋“野外調查一實驗室分析一數據處理”全鏈條的現代化儀器集群。這些設備不僅服務于第三次全國王壤普查任務，更轉化為實驗教學資源。此外，學院以第三次全國土壤普查為契機建成土壤光譜分析實驗室和大數據處理中心，也將為土壤農化分析實驗課程的數字化教學提供技術支撐。

以便攜式XRF土壤分析儀為例，該設備可快速測定土壤中的重金屬元素含量，與傳統化學分析方法相比，具有前處理簡單、分析速度快等優勢。在“土壤重金屬污染評價\"實驗中，學生使用便攜式XRF分析儀完成樣品測定，結合GIS技術繪制污染分布圖，實現了從數據采集到空間分析的完整流程。

3.2師資培訓體系：構建“三維一體\"提升模式

學院創新實施理論培訓、技能認證與產業實踐“三維一體\"師資提升計劃。理論培訓方面，學院派遣本專業教師參加國家和江蘇省第三次全國土壤普查外業調查采樣、內業檢測、剖面調查與采樣、成果匯總等方面的專業知識培訓和進修，極大程度提升了教師的前沿視野和專業技能，更新和提升了本專業教師的業務水平；技能認證階段，學院聯合揚州地恒科技有限公司、爬山虎科技有限公司等專業制圖公司對相關教師開展土壤屬性圖編制、光譜數據解析等專項培訓，考核通過的教師獲得內部技能認證；產業實踐環節，學院組織專業教師深度參與吳江區、高郵市、姜堰區和阜寧縣等區縣以及江蘇省部分剖面的第三次全國土壤普查內業檢測項目，累計完成4000余份樣品檢測任務，增強教師的實戰能力。

此外，在技能認證培訓環節，本專業教師系統學習了土壤屬性圖編制技術規范，掌握了ArcGIS、ENVI等GIS軟件的操作技能。通過考核的教師不僅具備理論教學能力，更可完成后續承接的與土壤制圖相關項目，實現了“雙師型\"教師隊伍建設。

3.3課程改革成效：實現\"三提升一突破”

改革成效體現在教學內容更新、教學模式創新與教學質量提升3個維度，同時實現產教融合機制的突破。教學內容更新方面，將第三次全國土壤普查技術規程轉化為實驗教學模塊，如土壤樣品采集規范、數據分析方法等；教學模式創新上，構建“田間采樣（20%）+ 實驗室分析（ 40% ）） ∣+∣ 綜合報告（ 40% ）”全流程考核體系，增強學生的系統思維能力；質量提升體現在通過對土壤農化分析實驗課程全方位的改革，學生對完成課程實驗的積極性大大提升，實驗過程中積極發揮主觀能動性，實驗方案設計創新性顯著提高，實驗完成質量和報告撰寫質量得到顯著提高。

在產教融合機制突破上，學院與江蘇省第三次全國土壤普查辦公室建立長期合作關系，將第三次全國土壤普查項目持續轉化為課程資源。學生借助學院建立的“教學模擬第三次全國土壤普查\"平臺，模擬參與第三次全國土壤普查的外業調查采樣與土壤分類、內業檢測、成果匯總、數據庫建設和質量檢驗等任務，不僅鞏固了學生的專業知識，還提升了學生的職業素養，實現了學校與產業的“雙贏”。

4結束語

揚州大學環境科學與工程學院構建的“創新驅動、產教融合、數智賦能\"三維改革框架，實現了王壤農化分析實驗課程與新質生產力發展的同頻共振。該模式的課程教學改革既能緊密對接國家重大需求，服務糧食安全與生態安全戰略，又能提升學生的實踐能力，形成“高校 + 企業\"協同育人模式，為農業高校實驗課程改革提供可復制方案。此外，隨著人工智能技術的飛速發展，探索AI輔助的土壤診斷系統開發，將機器學習算法引入土壤性質預測與分類實驗也將是本課程改革的重點方向。同時，各涉農高校也應嘗試構建土壤檢測技術繼續教育體系，為農業技術人員提供技能更新平臺，形成“產教融合一終身學習\"的閉環生態。未來，隨著土壤科學技術的持續進步，實驗課程改革仍需不斷創新，為培養新時代農業創新人才作出更大貢獻。

參考文獻：

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[5]李孟嬋，張春紅，路永莉.土壤農化分析實驗教學改革探索[J]安徽農學通報，2023，29（20）：157-160.