科研項目驅(qū)動下的土壤肥料學(xué)課程教學(xué)改革探索

關(guān)天霞　張有富　張芬琴

摘? 要：土壤肥料學(xué)課程是農(nóng)學(xué)類專業(yè)的一門實踐性比較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為培養(yǎng)具備專業(yè)知識和實踐能力的大學(xué)生，根據(jù)土壤肥料學(xué)課程教學(xué)中主要存在的問題，提出將科研項目植入到課堂教學(xué)過程中，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方式，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，加強課程融合，建立合理的考核評價體系，從而提高學(xué)生解決田間實際問題的能力，達到提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：科研項目;土壤肥料學(xué)課程;教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）10-0113-04

Abstract： The course of Soil Fertilizer Science is a professional basic course with strong practicality for agriculture specialty. In order to cultivate college students with professional knowledge and practical ability， based on the main problems in the teaching of the course of Soil Fertilizer Science， it is proposed to implant scientific research projects into the classroom teaching process， optimize the teaching content of the course， improve teaching methods， combine theoretical teaching with practical teaching， strengthen curriculum integration， and establish a reasonable assessment and evaluation system， so as to improve the ability of students to solve practical problems in the field， and achieve the purpose of improving the quality of personnel training.

Keywords： scientific research project; the course of Soil Fertilizer Science; teaching reform

科研與教學(xué)相結(jié)合是我國政府一直以來努力推廣的一項基本教育政策[1]，教學(xué)和科研是高等學(xué)校的兩大職能，將教學(xué)與科研相結(jié)合， 是保證教學(xué)質(zhì)量的有效手段，教學(xué)質(zhì)量及科研水平是衡量一個高等學(xué)校的重要指標[2]，錢偉長院士曾經(jīng)說過：教學(xué)沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育[3]。不搞科研，忙著捧書本上講臺是上不好課的?！吨腥A人民共和國高等教育法》第四章第三十一條明確規(guī)定“高等學(xué)校應(yīng)當以人才培養(yǎng)為中心，開展教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)，保證教育教學(xué)質(zhì)量達到國家規(guī)定的標準”。因此，高校教育不只是傳授學(xué)生知識，更注重培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習和理解知識并能將知識轉(zhuǎn)化為服務(wù)社會的能力[4]。這就需要高校教師對教學(xué)內(nèi)容做到深刻的理解，教師只有不斷做科研，努力查閱文獻，邊研究邊學(xué)習，拓寬自己的視野和知識面，增長自己的學(xué)問，將科研經(jīng)歷和研究成果帶到課堂上，并盡可能地讓學(xué)生參與到科研項目中，讓學(xué)生能夠在參加項目的過程中加深對知識的理解和認知，通過這種方式增強學(xué)生學(xué)習的興趣，激發(fā)學(xué)生認真學(xué)習的熱情，提高學(xué)生的學(xué)習能力與效果。

土壤肥料學(xué)課程是農(nóng)學(xué)、園藝、種子科學(xué)與工程等農(nóng)學(xué)類專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程[5]，是研究土壤、肥料和植物營養(yǎng)及其相互關(guān)系的一門科學(xué)[6]。這門課程不僅涉及較多的理論知識，而且是一門實踐性較強的課程，學(xué)生通過本課程的學(xué)習，可以熟悉土壤與肥料的理論知識，掌握植物對不同養(yǎng)分元素的需求規(guī)律以及相應(yīng)肥料施用的特點，使學(xué)生能夠正確地認識土壤，并根據(jù)所學(xué)理論知識去分析與解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的合理施肥問題。

一、土壤肥料學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)內(nèi)容單調(diào)

筆者所在學(xué)院所有農(nóng)學(xué)類專業(yè)選用統(tǒng)一教材，采用的教材是由陸欣和謝英荷主編的《土壤肥料學(xué)》（第2版）。這套教材的特點是注重基礎(chǔ)知識，內(nèi)容豐富，眾多專業(yè)都可以適用，在有限的學(xué)時內(nèi)，教師往往按照課本內(nèi)容單一的教授，沒有知識的拓展和延伸，所講內(nèi)容又比較抽象、枯燥，學(xué)生難免聽得昏昏欲睡。實驗課的學(xué)習中，學(xué)生們按照實驗指導(dǎo)進行土壤樣品的采集，測定土壤容重、土壤pH、有機質(zhì)含量、堿解氮、速效磷、速效鉀以及可溶性鹽含量的測定，學(xué)生們?nèi)缤魉€工人，絲毫沒有自己的思考，僅僅熟悉了操作過程，卻不知道測定這些實驗指標到底有什么樣的意義。

（二）教學(xué)方法單一

土壤肥料學(xué)課程主要包括了土壤學(xué)和肥料學(xué)兩部分內(nèi)容。其中，土壤學(xué)部分理論推導(dǎo)性的內(nèi)容較少，而敘述性的需要記憶的內(nèi)容偏多，但基本概念較為抽象，不容易理解，肥料學(xué)部分則需要將土壤學(xué)、化學(xué)、植物學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容融會貫通，但該課程理論課時僅有40學(xué)時，為了能夠完成教學(xué)任務(wù)，采用傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法，缺乏課堂互動，學(xué)生主動參與和積極學(xué)習的欲望降低，造成教學(xué)效果的下降。實驗課程中，教師提前寫好板書，可能會出現(xiàn)的問題做出重點強調(diào)，學(xué)生們只需要按部就班地完成實驗步驟，寫完實驗報告。

（三）課程融合度不夠

土壤肥料學(xué)課程與化學(xué)、植物學(xué)、植物生理學(xué)、栽培學(xué)以及統(tǒng)計學(xué)等課程關(guān)系密切，但目前土壤肥料學(xué)課程的授課僅僅針對本課程內(nèi)容進行講解，沒有與其他課程有效的結(jié)合，使學(xué)生無法真正綜合掌握農(nóng)學(xué)類相關(guān)專業(yè)課知識，綜合實踐能力以及解決問題的能力難以提高。

（四）考核方式單一

土壤肥料學(xué)課程考核形式單一，主要以期末考試成績?yōu)橹?，采用的方式為閉卷考試，受考試時間（2 h）限制，考試內(nèi)容局限于基本概念和基本理論知識，內(nèi)容比較單一，無法進行實際應(yīng)用的考核，考試結(jié)果難以真正地區(qū)分學(xué)生的學(xué)習效果和掌握知識的程度，而且造成了學(xué)生“重理論輕實踐”的情況，有些學(xué)生在平時的學(xué)習中，慵懶懈怠，在期末考試前突擊復(fù)習也能取得不錯的成績，這種單一的考核方式無法真正地反映出學(xué)生對知識的理解程度以及解決問題的能力。

二、科研項目驅(qū)動下的土壤肥料學(xué)課程改革探索

土壤是重要的自然資源，肥料是基本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料[7]，俗話說：“民以食為天，食以土為本”“莊稼一枝花，全靠肥當家”。這充分說明了土壤培肥和合理施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要性，所以這門課程強調(diào)的是實訓(xùn)性和實用性，將科研項目引入到課程教學(xué)中，讓學(xué)生參與科研項目，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和實踐能力，讓學(xué)生自己體會到這門課程是真正的“學(xué)有所需，學(xué)有所用”，才會真正提高學(xué)生的學(xué)習興趣和對課程的認可度。因此，筆者大量查閱文獻資料，結(jié)合自己博士期間研究內(nèi)容和園藝專業(yè)的專業(yè)特點和課程特點，在2015年申請到一項國家自然科學(xué)基金項目“畜禽糞便中重金屬在河西走廊綠洲農(nóng)業(yè)土壤-蔬菜系統(tǒng)傳遞與積累過程研究”，該項目研究中包含了2種土壤（灌漠土和潮土），2種畜禽糞便有機肥（豬糞和雞糞來源），5個有機肥施用量（0、15 t/hm2、30 t/hm2、45 t/hm2和60 t/hm2），4種蔬菜（葉菜類蔬菜：白菜;根莖類蔬菜：蘿卜;茄果類蔬菜：辣椒;瓜果類蔬菜：黃瓜），研究內(nèi)容中有一部分是施用不同類型有機肥及不同用量對土壤性質(zhì)的影響，涵蓋了土壤肥料學(xué)課程的大多數(shù)內(nèi)容（土壤礦物質(zhì)組分，土壤容重、孔隙度、有機質(zhì)含量，NPK等大量元素含量、微量元素含量、土壤健康與施肥安全），本項目屬當前土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全研究的前沿熱點，可以解決畜禽糞便資源化利用問題，具有明確的研究目標和要解決的關(guān)鍵性問題，但科研項目難度并不大，這為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力提供了平臺。筆者結(jié)合自己的科研工作及課堂教學(xué)，就如何將此科研項目引進到教學(xué)中進行探討。

（一）結(jié)合科研項目，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是知識的承載體，是達到教學(xué)目的的基本因素。土壤肥料學(xué)課程內(nèi)容主要包括土壤的基本物質(zhì)組成、土壤的基本性質(zhì)、土壤形成、土壤類型、植物營養(yǎng)與施肥的基本原理、肥料中養(yǎng)分在土壤中的轉(zhuǎn)化及有效性、肥料的特性以及合理施肥與人類健康等基本知識。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，不同類型的土壤就具有不同的肥力[8]，但是土壤進行命名和分類是土壤肥料學(xué)課程中的一個難點，這部分內(nèi)容即便是結(jié)合多媒體教學(xué)展示很多圖片，同學(xué)們?nèi)匀粫牭没杌栌?，沒有直觀認識。為了使學(xué)生們更清晰地認識到“土”，在教學(xué)內(nèi)容中減少了土壤分類學(xué)的理論部分，結(jié)合科研項目中所涉及的兩種當?shù)刂饕r(nóng)作物土壤類型（灌漠土和潮土），以及實驗課的內(nèi)容土壤樣品的采集。在進行實驗課時，由學(xué)生們在科研項目試驗地（土壤類型為灌漠土）確定土壤取樣點，選擇土壤剖面位置，采樣后將土壤進行土壤形態(tài)特征描述等，另外由我項目組的學(xué)生在黑河流域附近采集另外一種土壤（潮土）并進行視頻拍攝。通過視頻資料和學(xué)生們現(xiàn)場采樣相結(jié)合，充分掌握采樣要點，并讓學(xué)生們認真觀察采集到的灌漠土和潮土到底有什么不同，從外觀上直觀感受“土”的不同。之后在后面的實驗課中分別測定相關(guān)指標，讓學(xué)生們更清楚地認識到土壤本質(zhì)的不同氮磷鉀是“植物營養(yǎng)三要素”，所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會施用氮磷鉀肥，但氮、磷、鉀化學(xué)肥料種類繁多，物理性狀各有不同，容易混淆，結(jié)合科研需要，為學(xué)生們準備了不同。類型的化學(xué)肥料，讓學(xué)生們直觀觀察顏色、形狀、聞聞氣味等，增強學(xué)生對化肥的認知。Fe、Mn、Cu和Zn雖然屬于重金屬元素，但它們也屬于植物必需營養(yǎng)元素，與N、P和K等大量營養(yǎng)元素具有同等重要性和不可替代性，若土壤微量元素供給不足或過多，同樣會影響植物生長和產(chǎn)量。為了加深學(xué)生理解，在實驗課程中，結(jié)合科研項目中蔬菜種植時間，選擇白菜地種植的土壤，讓學(xué)生們分別采集不同處理土壤，之后進行土壤容重、pH、有機質(zhì)含量、堿解氮、速效磷和速效鉀含量的測定。不要求學(xué)生們像以往一樣，每測定一個指標就寫一篇實驗報告，而是讓學(xué)生們將所有指標都測定完之后，結(jié)合項目組學(xué)生測定的白菜產(chǎn)量的數(shù)據(jù)，要求學(xué)生們查閱文獻，撰寫關(guān)于有機肥施用對土壤性質(zhì)和白菜產(chǎn)量的影響的研究報告。通過這樣系統(tǒng)的學(xué)習，學(xué)生們更好地了解所學(xué)知識的意義，同時鍛煉學(xué)生總結(jié)概括能力和分析問題的能力。另外，科研項目中Fe、Mn、Cu和Zn等元素測定過程中選擇原子吸收分光光度計進行測定，因此在學(xué)生實驗中土壤速效鉀含量的測定也使用了原子吸收分光光度法測定，改進了傳統(tǒng)的火焰光度計測定方法。

（二）改進教學(xué)方式，促進知識理解

填鴨式滿堂灌的教學(xué)方式顯然已經(jīng)不能適應(yīng)課堂教學(xué)，當代高等教育已經(jīng)從傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，所有的教學(xué)目的，教學(xué)質(zhì)量的好壞都是以學(xué)生學(xué)習成果作為評價標準。為了更好地提升學(xué)習效果，在教學(xué)過程中采取了分組教學(xué)法，每組人數(shù)控制在4～5人，根據(jù)座位隨機劃分，要求學(xué)生們能夠互相促進，而且不同的學(xué)生具有不同的思考方式，更容易產(chǎn)生思想的碰撞，更有利于學(xué)生共同進步，如土壤有機質(zhì)對土壤肥力有多方面的影響，土壤有機質(zhì)是課程中非常重要的部分，在講授完土壤有機質(zhì)的含義、組成、類型和性質(zhì)后，需要學(xué)生們自己掌握土壤有機質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用及其調(diào)節(jié)方式，可以讓學(xué)生分組討論5 min左右，然后由學(xué)生們概括總結(jié)要點，各組相互補充，最后由老師總結(jié)完善。通過這種學(xué)習方式，學(xué)生們基本能把握知識要點，但理解的深度不夠，通過讓學(xué)生們自己查閱文獻，拓寬專業(yè)視野和知識面，將科研項目研究結(jié)果進行深入分析，最終撰寫成研究報告的形式，更有助于學(xué)生對于所學(xué)知識的掌握和應(yīng)用。

（三）加強課程融合，提升實踐技能

土壤肥料學(xué)課程設(shè)置在學(xué)生大二第二學(xué)期，本學(xué)期同時開設(shè)的課程還有試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程和蔬菜栽培學(xué)課程，由于科研項目采用的是田間隨機區(qū)組試驗設(shè)計，學(xué)生們單靠土壤肥料學(xué)課程的學(xué)習并不太明白隨機區(qū)組試驗設(shè)計的特點，結(jié)合試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程的第一個試驗，讓學(xué)生真正掌握了項目中小區(qū)的概念，每個小區(qū)怎么設(shè)置，每個小區(qū)如何去施用化肥和有機肥，讓每個小組的學(xué)生在不同有機肥施用量的小區(qū)進行土壤樣品的采集、處理，測定各試驗指標。充分利用蔬菜栽培學(xué)課程所學(xué)知識，讓學(xué)生們學(xué)會不同類型蔬菜的種植以及蔬菜的管理。在全部的課程結(jié)束后，學(xué)生們也獲得了一系列土壤理化性質(zhì)相關(guān)指標以及蔬菜生長指標的數(shù)據(jù)，學(xué)生們會發(fā)現(xiàn)，每一個小區(qū)之間同一個試驗指標的結(jié)果都會有一些差異，這時需引導(dǎo)學(xué)生考慮為什么這些數(shù)據(jù)之間會有差異，引起這些差異的原因是什么，得到的這些數(shù)據(jù)說明了什么。這就需要應(yīng)用試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析課程中有關(guān)數(shù)據(jù)的整理與分析、方差分析以及回歸與相關(guān)分析的知識內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生用折線圖、柱狀圖以及散點圖等直觀表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變化趨勢，明確有機肥類型及施用量與土壤性質(zhì)的關(guān)系，以及有機肥施用量與產(chǎn)量的關(guān)系等，引導(dǎo)學(xué)生們發(fā)現(xiàn)不同類型蔬菜（根菜類、葉菜類、茄果類、瓜果類）選用哪種土壤類型種植更好，在不同土壤類型（灌漠土和潮土）選用雞糞還是豬糞有機肥更好，最終確定土壤如何施用糞肥，更適宜種植哪種類型蔬菜以及糞肥施用量多少。通過這種課程之間的融合交叉學(xué)習，讓學(xué)生可以更進一步培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，提高研究和解決問題的能力。

（四）改進考核體系，注重解決問題

改變傳統(tǒng)的以期末考試成績作為單一考核評價體系，采取過程性評價與考試評價相結(jié)合的方式，將該門課程成績設(shè)置為平時成績和期末考試成績兩部分，其中平時成績比例設(shè)置為70%，期末考試成績設(shè)置為30%，重視學(xué)生在整個課程學(xué)習過程中的表現(xiàn)，將撰寫研究報告融入課程評價體系，使得最終該門課程的綜合成績構(gòu)成為期末成績（30%）、課程研究報告（30%）、課堂表現(xiàn)（35%）和課堂考勤（5%），既考察了學(xué)生對于基本知識點的掌握，又考察了學(xué)生解決實際問題的能力，還能讓學(xué)生主動參與到教學(xué)過程中，真正改變以往學(xué)生“重成績、輕過程”和“重知識、輕能力”的現(xiàn)象，提高了課程教學(xué)效果。

三、科研項目驅(qū)動下的課程改革成效

通過一系列課程改革和課程融合，大大增加了學(xué)生對土壤肥料方向研究的興趣，參與本項目研究的學(xué)生達到了109人，其中100人已經(jīng)順利畢業(yè)，28人順利進入研究生階段的學(xué)習，6人獲得校級優(yōu)秀畢業(yè)論文，還有9人仍在進行后續(xù)的研究。同時學(xué)生申請各類項目的比例也大大增加，其中，有1人獲得全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，有5位同學(xué)獲得校級大學(xué)生科技創(chuàng)新項目，有10位同學(xué)3個項目的研究獲得省級或校級“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎或二等獎，有5位同學(xué)參加的1個項目的研究榮獲全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽全國一等獎，與學(xué)院其他學(xué)生，以及參與其他學(xué)科方向的學(xué)生相比，人數(shù)上大大增加，而且參加各類項目和競賽的能力大大提高。

四、結(jié)束語

土壤肥料學(xué)課程是涉農(nóng)專業(yè)實踐育人的課程之一，將科研項目引入到課程中來，覆蓋了主要教學(xué)內(nèi)容和知識點，并結(jié)合學(xué)科前沿發(fā)展方向，解決了目前教學(xué)內(nèi)容單調(diào)、教學(xué)方法單一、學(xué)生專業(yè)認知度較低以及創(chuàng)新實踐能力不足的問題。高校教師只有不斷在科學(xué)研究中才能及時掌握學(xué)科發(fā)展的前沿、動態(tài)及與其他學(xué)科之間的關(guān)系，高效地完善知識結(jié)構(gòu)，提高自己的學(xué)科知識面和教學(xué)水平，學(xué)生只有較早地參與教師科研項目，才能有助于學(xué)生形成主動學(xué)習的習慣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和獨立思考能力，將撰寫研究報告融入課程評價體系，加強學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，為培養(yǎng)高質(zhì)量農(nóng)林專業(yè)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金項目“畜禽糞便中重金屬在河西走廊綠洲農(nóng)業(yè)土壤-蔬菜系統(tǒng)傳遞與積累過程研究”（41461075）;甘肅省高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革項目“‘1制2型3階段、1師3導(dǎo)走全程’創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)育人模式的構(gòu)建與實踐”（2020-18）

作者簡介：關(guān)天霞（1984-），女，漢族，甘肅白銀人，博士，副教授，研究方向為土壤環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、土壤肥料學(xué)和生物統(tǒng)計學(xué)。