卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)背景下“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)改革
——以內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)為例

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，呼和浩特 010018)

“風(fēng)沙物理學(xué)”是水土保持與荒漠化防治專業(yè)的核心課程，為了滿足《教育部農(nóng)業(yè)部國家林業(yè)和草原局關(guān)于批準(zhǔn)第一批卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃改革試點項目的通知》要求，課程組從實踐教學(xué)的目標(biāo)、實踐教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)方法等方面進行了改革探索，旨在構(gòu)建多元化的實踐教學(xué)體系，提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

一、“風(fēng)沙物理學(xué)”課程的特點

風(fēng)沙物理學(xué)是近年興起的一門重要學(xué)科。顧名思義，就是利用物理學(xué)的相關(guān)知識研究風(fēng)沙地貌、形態(tài)、發(fā)展過程以及風(fēng)沙危害形成的原因和防治原理的一門學(xué)科[1]。其中，風(fēng)沙運動是風(fēng)沙物理學(xué)的一個重要研究分支，并作為風(fēng)沙物理學(xué)研究的核心內(nèi)容備受重視。因為在風(fēng)沙工程中采取的各種措施，如封閉、固定、阻攔、輸導(dǎo)、改向和消散等，都是基于風(fēng)沙運動的特征和防治目標(biāo)而設(shè)定的[2]。

“風(fēng)沙物理學(xué)”作為水土保持與荒漠化防治專業(yè)的一門本科基礎(chǔ)核心課程，它以物理力學(xué)為理論基礎(chǔ)，研究風(fēng)沙運動的相關(guān)過程以及風(fēng)沙運動的形成原因[3]?！帮L(fēng)沙物理學(xué)”課程具有較強的實踐性，且課程內(nèi)容與當(dāng)今的生態(tài)問題密切相關(guān)，其教學(xué)內(nèi)容都是結(jié)合當(dāng)下專業(yè)發(fā)展及行業(yè)形勢靈活設(shè)定的。所以“風(fēng)沙物理學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容不僅要有理論深度，還要與工程實際緊密聯(lián)系。因此“風(fēng)沙物理學(xué)”課程的實踐教學(xué)至關(guān)重要。

二、“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)的目標(biāo)

實踐教學(xué)是課程教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)，它可以彌補理論課晦澀難懂的不足，鍛煉學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生互幫互助的團隊精神，從而達到學(xué)以致用、理論與實際相結(jié)合的目標(biāo)。因此，通過“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)，學(xué)生應(yīng)達到以下教學(xué)目標(biāo)：一是了解實驗室規(guī)則，掌握相關(guān)實驗的操作規(guī)程；二是熟悉風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)、操作方法和使用時需要注意的事項；三是了解并熟記常用工具書介紹的相關(guān)操作過程及方法；四是熟練進行相關(guān)實驗操作，培養(yǎng)分析判斷能力；五是要熟悉風(fēng)沙流的結(jié)構(gòu)；六是要具備記錄與繪圖能力。

三、“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)存在的問題

(一)實踐教學(xué)內(nèi)容固化，難以滿足學(xué)生多元化、靈活化的學(xué)習(xí)需求

傳統(tǒng)的“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)是學(xué)生在本科期間重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。但是，多年來“風(fēng)沙物理學(xué)”課程的實踐教學(xué)內(nèi)容千篇一律，沒有變化。教師都是按照已經(jīng)成熟的實驗教學(xué)方案開展教學(xué)，學(xué)生對同一實驗進行反復(fù)操作，重復(fù)驗證。陳舊的實踐教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足專業(yè)發(fā)展的需求，也無法滿足學(xué)生多元化、靈活化的學(xué)習(xí)需求。

(二)實踐教學(xué)方法單一，不利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)對專業(yè)知識的掌握

傳統(tǒng)的“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)采取的是教師講、學(xué)生聽的模式，束縛了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展，只是跟著教師所講內(nèi)容按部就班開展實驗，導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)知識的理解只停留在表面，難以進行深入思考，也無法將教師所授的知識吸收內(nèi)化成自己的東西，這是很多學(xué)生一考完試就將所學(xué)知識忘記的原因。同時，實踐教學(xué)設(shè)計中缺少開放性實驗內(nèi)容，不能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性。

(三)忽視對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的實踐教學(xué)中，常常為了開展實踐教學(xué)而教學(xué)，學(xué)生學(xué)到的大多是一些最基礎(chǔ)、最常規(guī)的實驗方法，甚至有些學(xué)生照搬別人的實驗方案，缺少自己的創(chuàng)新想法，無法真正體現(xiàn)實踐教學(xué)的意義，甚至對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)產(chǎn)生了負(fù)面的影響。

(四)實踐教學(xué)評價缺乏科學(xué)性

傳統(tǒng)的“風(fēng)沙物理學(xué)”課程主要以小組為單位提交的實驗報告為考核內(nèi)容，這種考核形式具有片面性與主觀性。首先，雖然小組成員分工明確，但難免有些學(xué)生會投機取巧，拿其他學(xué)生的實驗成果來充當(dāng)自己的成果，實則自己什么都未做。其次，教師在審核小組實驗報告時，具有一定的主觀性。所以，以實驗報告為考核內(nèi)容的課程考核方式，無法對學(xué)生進行全面的綜合評價，而且也不能較好地檢驗教師的實踐教學(xué)效果。

四、卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)背景下“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的措施

(一)增設(shè)綜合性實驗，開闊學(xué)生的專業(yè)視野

實踐教學(xué)的改革是迎合時代發(fā)展、滿足行業(yè)需求的重要舉措，是實現(xiàn)卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要方式，同時也是提高學(xué)生綜合能力與創(chuàng)新能力的重要手段[4]。基于此，課程組在原有實踐教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加了綜合性實驗，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力?！帮L(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容改革前后的對比見表1。

表1 改革后“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)內(nèi)容的變化情況

不同下墊面的地表存在不同程度的起伏，不同起伏的地表可能改變地表的粗糙度。粗糙度的變化會影響其他地表湍流輸送特征參數(shù)的變化。因此增加不同下墊面的地表粗糙度的測定實驗，可以讓學(xué)生根據(jù)不同下墊面下的地表粗糙度，推測不同土壤質(zhì)地或不同植被蓋度樣地類型下地表粗糙度的差異。

摩阻速度主要受下墊面性質(zhì)的影響，與地表物質(zhì)組成、粒度分布、空氣濕度、植被蓋度等密切相關(guān)。摩阻速度可以反映地表沙粒起動的難易程度。增加不同粒徑組合、不同含水率條件下風(fēng)沙流摩阻速度的測定實驗，可以從微觀解釋不同下墊面條件下的風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征。綜合性實驗的增設(shè)，擴寬了學(xué)生的專業(yè)眼界，增大學(xué)生的知識面，提升了學(xué)生對實踐教學(xué)的興趣。

(二)豐富實踐教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給人們的學(xué)習(xí)、工作與生活帶來了極大的便利，同樣也給課堂教學(xué)帶來了沖擊，多媒體技術(shù)被廣泛運用到各種課堂教學(xué)中。多媒體技術(shù)將專業(yè)知識以生動形象的方式展示出來，使生硬、枯燥的專業(yè)知識富予了生動或動態(tài)的靈魂，學(xué)生可以更直觀地對知識加以理解，對知識的掌握也變得更加容易，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

例如，筆者在講解沙粒運動的基本形式時，用傳統(tǒng)的PPT教學(xué)方式解釋風(fēng)沙流中顆粒的運動方式，如蠕移、躍移和懸移的概念時，學(xué)生無法準(zhǔn)確無誤的理解和掌握，常會導(dǎo)致錯誤的認(rèn)知。筆者采用多媒體教學(xué)后，將風(fēng)沙的蠕移、躍移、懸移及沙粒運動用圖片或者動畫的形式表現(xiàn)出來，再加上文字說明，就會使得這些知識更加直觀、形象，加深了學(xué)生的記憶，提升了他們對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和主動性，提高了教學(xué)效率。

(三)創(chuàng)新實驗形式，提升學(xué)生的實踐能力

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方案已不適應(yīng)當(dāng)前行業(yè)的發(fā)展，為此課程組積極對實驗教學(xué)進行改革，創(chuàng)新實驗形式，提升學(xué)生的實踐技能。

首先，增設(shè)室外實驗。在室外實驗現(xiàn)場，組織學(xué)生測定現(xiàn)場土壤的緊實度和風(fēng)蝕量，采集土壤樣本，測定植物不同植被類型、植被蓋度和臨界摩阻速度的相互關(guān)系。同時，開展反向?qū)嶒灲虒W(xué)，即給定具體結(jié)果，利用空白實驗場地，讓學(xué)生根據(jù)給定的實驗參數(shù)去設(shè)計該實驗。通過正向和反向?qū)嶒灱瓤梢詸z驗學(xué)生的理論知識，又可以鍛煉學(xué)生的動手能力和實踐能力。

其次，開設(shè)室內(nèi)實驗。在原有室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上，課程組不斷增加或更新實驗研究內(nèi)容，將專業(yè)相關(guān)的最新研究熱點引入實驗內(nèi)容，如結(jié)合PLA沙障測不同規(guī)格PLA沙障地表粗糙度。融入專業(yè)前沿內(nèi)容的室內(nèi)實驗可以使學(xué)生了解到最新的行業(yè)動態(tài)與專業(yè)知識，開闊專業(yè)視野，同時學(xué)生還可以根據(jù)自己的想法設(shè)計實驗方案，極大地鍛煉和提升了學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

最后，在實驗中增設(shè)開放性課題。學(xué)生可自主設(shè)計實驗方案，通過查閱相關(guān)文獻資料，提出自己的想法，獨立設(shè)計實驗內(nèi)容，總結(jié)實驗操作步驟，研究得出實驗結(jié)果，最后完成實驗報告。開放性實驗課題可以培養(yǎng)學(xué)生多動手、多思考的自主性，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的能力，使學(xué)生成為滿足卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃所要求的多層次、多類型、多樣化的，具有實踐性、創(chuàng)新性的綜合型人才。

(四)采取多樣化考核形式，對學(xué)生進行綜合評價

公平、合理的考核形式是提高學(xué)生實踐能力的重要前提[5]。實踐教學(xué)的考核形式不應(yīng)當(dāng)采取單一方向的評價方式，而是應(yīng)采取綜合性的考核形式，應(yīng)將過程性考核與最終的實驗報告的答辯成績相結(jié)合，對學(xué)生進行全面的評價。過程性考核是指學(xué)生在整個實踐教學(xué)中的表現(xiàn)，包括出勤情況、實驗過程中表現(xiàn)出的綜合能力、教學(xué)中與教師及同學(xué)的配合度等；最終實驗報告的答辯考核包括學(xué)生對整個實驗的理解程度以及回答教師提問的情況。課程組將實踐教學(xué)的考核成績劃分為5個等級，每個等級都有相應(yīng)的要求?！帮L(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)的考核等級及要求見表2。

表2 “風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)的考核等級及要求

實踐教學(xué)的考核還應(yīng)包括對教師的教學(xué)評價，評價內(nèi)容應(yīng)包括教師對學(xué)生的培養(yǎng)計劃及培養(yǎng)方向、教師制定的實踐教學(xué)的具體目標(biāo)、學(xué)生對教師授課情況的評價等。對教師進行評價可以促使師生互相監(jiān)督，教學(xué)相長，形成良好的教學(xué)效果。

五、卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)背景下“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的效果

為了檢驗“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的效果，2018年5月，筆者對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持與荒漠化防治專業(yè)大三的學(xué)生進行了問卷調(diào)查，調(diào)查人數(shù)總計31人。其中取得優(yōu)秀課程成績的學(xué)生有17人，取得中等課程成績的有12人，取得及格課程成績的為2人。調(diào)查要求學(xué)生如實作答，且問卷采取不記名的統(tǒng)計方式。學(xué)生對“風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)效果的評價見表3。

表3 “風(fēng)沙物理學(xué)”課程實踐教學(xué)改革效果調(diào)查結(jié)果 人

(一)激發(fā)了學(xué)生的科研興趣

從表3可以得知，學(xué)生對實踐教學(xué)改革的態(tài)度是肯定的，其中對實踐教學(xué)內(nèi)容、實驗形式、實踐能力提升及實踐教學(xué)改革效果滿意度的選擇為良好的人數(shù)占比都很高。在實踐教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對新增加的實驗內(nèi)容與新穎的教學(xué)方法很感興趣，越來越多的學(xué)生表示愿意開展實驗活動，愿意與教師和同學(xué)一起積極互動，探討科學(xué)問題?？梢妼嵺`教學(xué)的改革，激發(fā)了學(xué)生的科研興趣。

(二)提升了學(xué)生的實踐能力

實踐教學(xué)改革后，學(xué)生的出勤率明顯提高，由最初的63%提升到100%，課堂活躍度也明顯提高。在實踐教學(xué)中，學(xué)生能獨立提出實驗的設(shè)計思路，再經(jīng)過學(xué)生間的討論確定實驗方案。實驗報告也不再是相互的抄襲，而是增加了學(xué)生個人的思考，實驗報告變得更具有內(nèi)涵和深度，從中可以看出學(xué)生的思考能力、實踐能力都有明顯的提升，為學(xué)生今后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。