基于“兩性一度”理念的土壤侵蝕原理實驗課程建設(shè)探索與實踐

陳麗娜，董姝楠

（河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京）

2018年11月24日，教育部高等教育司司長吳巖在“中國大學(xué)教學(xué)論壇”上提出“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。國家全面實施本科一流學(xué)科建設(shè)，在“兩性一度”要求、“雙萬計劃”背景下，為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力、解決復(fù)雜問題的高階思維[2-3]，吳巖司長對“兩性一度”做出了解釋：即創(chuàng)新性、高階性及挑戰(zhàn)度[4-5]。高階性具體表現(xiàn)為知識、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合；創(chuàng)新性要求以時代前沿為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，有真正的實踐價值，剔除以往過時且空泛的內(nèi)容，另外，教學(xué)形式的呈現(xiàn)需要更具先進(jìn)性、探究性，例如以互動的形式增添師生、生生間的互動，教學(xué)效果展現(xiàn)出每個學(xué)生的個性，進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。挑戰(zhàn)度要求課程內(nèi)容適當(dāng)增加廣度和深度，考核機(jī)制具有綜合性，需要學(xué)生投入更多精力，對老師備課和學(xué)生課下有較高要求。新冠疫情之后，線上學(xué)習(xí)大為推廣，廣大學(xué)生習(xí)慣線上學(xué)習(xí)方式，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)實施線上線下交替進(jìn)行混合式教學(xué)，研究開展教學(xué)方式的多樣化合理利用相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資料。

基于上述背景，為了建設(shè)土壤侵蝕原理實驗課程金課，以土壤侵蝕原理實驗課程為研究對象，以傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)方法為基礎(chǔ)，以“兩性一度”教學(xué)目標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，本文將探索該課程新的教學(xué)內(nèi)容、方法以及成績考核方式，研究如何打造土壤侵蝕原理實驗課程金課。

一 實驗課程的學(xué)情分析

隨著教育部對課程教學(xué)設(shè)計理念和專業(yè)技能上有更高要求，各大高校在課程教學(xué)設(shè)計上推陳出新，嘗試不再局限于對課堂教學(xué)內(nèi)容與形式的優(yōu)化上，更在教師角色的轉(zhuǎn)換、學(xué)習(xí)體驗的增強(qiáng)、學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性等方面讓整個課程教學(xué)更為豐富，從而創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)境、豐富教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)形態(tài)、優(yōu)化管理手段，全面提升課堂教學(xué)質(zhì)量，為“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)下的金課教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新提供強(qiáng)大的推動力和有效示范。

實驗類課程旨在通過實驗教學(xué)強(qiáng)化理論知識理解的同時，增強(qiáng)學(xué)生實操技能與處理實際問題的能力，因此，實驗教學(xué)要把握深度與廣度。在教學(xué)過程中，實驗課程存在的教學(xué)問題，主要分為以下幾點：

1.師生之間不能有效溝通和反饋?，F(xiàn)有機(jī)制下，師生之間的溝通往往都限制于課堂之內(nèi)，學(xué)生的困難和疑惑得不到及時的解答，授課教師也無法根據(jù)學(xué)生上課感受對課程進(jìn)行適當(dāng)合理的調(diào)整。因此，加強(qiáng)師生溝通，建立合理的交流和反饋方式環(huán)節(jié)十分必要，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

2.不能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如果都依據(jù)教師的布置或者實驗指導(dǎo)書上的步驟，按部就班地完成實驗操作，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因此，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)相應(yīng)提高挑戰(zhàn)度，以讓學(xué)生自行設(shè)計實驗方案的方式引導(dǎo)學(xué)生積極主動參與到學(xué)習(xí)過程，主動探索，才能真正向“兩性一度”的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)邁出一步[6]。

3.學(xué)生不能完全理解掌握相關(guān)理論知識。教學(xué)過程中，實驗課很大的意義在于驗證相關(guān)理論知識和原理，且只有完全掌握了實驗的原理，才能更好地開展實驗、加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。但實際動手實驗過程中，學(xué)生往往更關(guān)心實際實驗操作得到的結(jié)果，而忽略了實驗理論上的原因。因此，在實驗開展前后，加強(qiáng)學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)能夠得到更好地教學(xué)效果。

4.未能融入更多的實戰(zhàn)機(jī)會。本科實驗課程可以為學(xué)生提供更多的鍛煉機(jī)會，但教學(xué)儀器是一種較為理想的實驗設(shè)備，與實際工程項目的被控對象存在明顯差異。因此需要更多的實戰(zhàn)條件來培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力[6]。

5.學(xué)生成績評價體系不夠綜合。在成績評價體系中，能夠全面考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是目標(biāo)，而全面考核在于過程。因此，當(dāng)前評價標(biāo)準(zhǔn)與考核形式需要創(chuàng)新。

二 土壤侵蝕原理實驗課程現(xiàn)存問題

土壤侵蝕基本原理實踐教學(xué)是水土保持和荒漠化防治科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，它是一個專業(yè)交叉研究和應(yīng)用創(chuàng)新型學(xué)科領(lǐng)域，在生態(tài)環(huán)境保持科學(xué)研究中有著非常關(guān)鍵的意義，課程要求學(xué)生將理論知識綜合分析、應(yīng)用、評價，甚至發(fā)揮創(chuàng)造能力，符合新時代土壤侵蝕原理實驗課程的新特點，其目標(biāo)是培養(yǎng)從事土壤侵蝕的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。本課程的教學(xué)內(nèi)容包括土壤侵蝕相關(guān)的基礎(chǔ)知識、基本規(guī)律，學(xué)生學(xué)習(xí)完課程之后，能夠為之后的學(xué)習(xí)打下牢固的技術(shù)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)，并切實提高自己的實操能力[7]。但是，以“兩性一度”為標(biāo)準(zhǔn)作為對照，土壤侵蝕原理實驗教學(xué)過程中仍然存在很多不足：

1.實驗項目多年不更新。多數(shù)是傳統(tǒng)的驗證性實驗，雖然驗證性實驗?zāi)軌蜢柟桃褜W(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的實操能力，但實驗項目較為單一簡單，沒有考慮到學(xué)生之間的差異性，挑戰(zhàn)性與前沿性不明顯，學(xué)生的主觀能動性難以激發(fā)，那些融入新技術(shù)、新實驗方法的實驗項目應(yīng)及時加入進(jìn)來。學(xué)生根據(jù)教師講解，機(jī)械地按照流程操作實驗，實驗報告照著實驗指導(dǎo)書直接抄寫，缺少主動思考過程，不能開拓思維，無法提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，不能達(dá)到“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)。

2.學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果不佳。大部分學(xué)生預(yù)習(xí)實驗時只是簡單地關(guān)注實驗步驟，刻板地抄寫實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗步驟等，很少預(yù)估產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象以及深入思考實驗現(xiàn)象背后的原理和影響因素等。因此，教師在課堂提問時，總是沒有回應(yīng)或極少數(shù)學(xué)生回應(yīng)，師生互動效果差。學(xué)生在實驗操作過程中一旦遇到問題，直接詢問教師，不主動思考討論，不能很好地利用所學(xué)理論知識分析產(chǎn)生原因。主要原因是預(yù)習(xí)資料不足，預(yù)習(xí)資料只有實驗指導(dǎo)書，而書中主要針對實驗操作步驟做詳細(xì)闡述，難以讓學(xué)生對該實驗原理有更直觀更深層的理解，近年來也未能充分利用各電子資源和信息平臺。

3.教學(xué)方法墨守成規(guī)。一直采用教師講-學(xué)生聽-動手做的方式，沒有新意，教師講解過程中也難以做到使學(xué)生全身心投入聽講，在實驗過程中，教師強(qiáng)調(diào)的更多的是實驗過程是否正確、實驗操作是否規(guī)范，學(xué)生實驗過程中往往被要求“按照黑板上的實驗過程來做”等等，留給學(xué)生的創(chuàng)新空間不大。分班人數(shù)多、實驗教室小、實驗儀器少，多人一組實驗導(dǎo)致學(xué)生不能全部動手實操。且?guī)熒由伲瑹o法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，現(xiàn)成完善的實驗方案，也導(dǎo)致學(xué)生難以開拓思維，結(jié)果學(xué)生探究性不強(qiáng)，個性特征表現(xiàn)不足。

4.成績評定體系方法守舊。課程評定幾乎完全根據(jù)實驗報告的內(nèi)容做評定，忽略實驗過程，評定方法單一且缺乏公平性，所有學(xué)生實驗過程操作相同，實驗結(jié)果雷同，難以避免實驗報告書抄襲的可能，課程挑戰(zhàn)度不夠，學(xué)生的分析能力和解決實際問題的能力也沒得到相應(yīng)提升。

5.教師個人業(yè)務(wù)能力不扎實。傳統(tǒng)課堂授課模式下，課堂教學(xué)效果在很大程度上被授課教師的個人業(yè)務(wù)能力和經(jīng)驗所制約，特別對于新任教師，往往需要多個教學(xué)周期的鍛煉才能有高水平、扎實的課堂教學(xué)能力。

三 土壤侵蝕原理實驗課程新模式的探索實踐

本項目結(jié)合河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院的專業(yè)設(shè)置和學(xué)科特點，開展河海大學(xué)土壤侵蝕原理實驗課程建設(shè)的探索與實踐，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。本項目具體的教學(xué)目標(biāo)為：①使學(xué)生理解、鞏固土壤侵蝕理論知識，掌握實驗的原理、操作步驟、儀器使用方法和數(shù)據(jù)分析方法，能夠解決該學(xué)科領(lǐng)域的實際復(fù)雜問題，能夠使用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行資料檢索、文獻(xiàn)查詢、信息獲取及處理、問題預(yù)測分析的基本能力；②能夠自主設(shè)計、操作實驗，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并通過整合信息得到合理有效的結(jié)論；③能夠?qū)I(yè)所學(xué)理論知識應(yīng)用于解決實際工作問題。

為更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，將“兩性一度”理念切實融入土壤侵蝕原理實驗課堂，對實驗課程進(jìn)行了針對性的探索實踐，具體建設(shè)辦法如下：

（一） 設(shè)置不同層次的實驗項目，體現(xiàn)高階性

實驗教學(xué)方面，在具體的實驗課程設(shè)計上，以經(jīng)典實驗項目為基礎(chǔ)，開拓創(chuàng)新，進(jìn)一步建設(shè)設(shè)計性、綜合性的實踐項目，打造高階性實驗課程。

一方面，對于一些很有價值的傳統(tǒng)驗證性實驗，如“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”、“不同粒徑砂礫休止角測定實驗”等，予以保留。“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”：通過讓學(xué)生全程觀測雨滴到土壤中的水力侵蝕現(xiàn)象，模擬測定不同降雨強(qiáng)度的濺蝕量大小，使其有效的掌握濺蝕杯法測定土壤侵蝕量的技術(shù)，理解驗證濺蝕測定的理論原理；“不同粒徑砂礫休止角測定實驗”：學(xué)生可實際測定砂礫的休止角，進(jìn)而觀測理解斜坡穩(wěn)定性和碎屑物質(zhì)特性的休止角間的關(guān)系，掌握休止角測定儀等儀器的使用。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步把現(xiàn)階段進(jìn)行的一些驗證性實驗優(yōu)化成具有一定自主設(shè)計創(chuàng)新性的項目。如，在“雨滴擊濺侵蝕量測定實驗”中，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗考察雨量、坡度、降雨歷時對濺蝕量的影響。

另一方面，將土壤侵蝕專業(yè)的新知識、學(xué)科中時代前沿的、有真正實踐價值的科學(xué)問題添加進(jìn)當(dāng)前實驗課程中，開發(fā)綜合科學(xué)性實驗項目。如開設(shè)“人工模擬降雨水土流失實驗”，通過人工模擬降雨系統(tǒng)模擬不同降水條件：降雨強(qiáng)度、降雨均勻性的分布、雨滴的分布和直徑大小、雨滴的降落速度、降雨的時間長短等，通過變坡土槽等措施設(shè)置不同地面條件：地面厚度、土壤層次的構(gòu)成、地面的坡度調(diào)節(jié)與開槽等，分析影響水土流失量、土壤侵蝕的主要因素，探討相關(guān)因素對水土流失、土壤侵蝕的影響機(jī)制。

通過將實驗項目設(shè)置成具有一定難度梯度的實驗項目，凸顯實驗課程內(nèi)容的綜合性和高階性。培養(yǎng)學(xué)生開拓思維、運用基本理論自主設(shè)計實驗，構(gòu)建知識與實踐之間的橋梁，讓學(xué)生能夠主動分析問題、解決復(fù)雜的實際問題。

（二） 采用“線上”和“線下”相結(jié)合的教學(xué)方法，突出創(chuàng)新性

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境、信息化教育技術(shù)對教育教學(xué)組織的影響不斷加深，授課教師開始跳出傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，以讓學(xué)生得到更加豐富、先進(jìn)、個性化的教學(xué)體驗為目的，對現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容形式進(jìn)行重新構(gòu)建和優(yōu)化。然而在數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)生學(xué)習(xí)的適應(yīng)性和主動性會因為師生對數(shù)字教學(xué)手段的熟練程度、課堂教學(xué)信息化程度以及師生之間與數(shù)字化媒介交互程度產(chǎn)生很大的影響，進(jìn)而阻礙“兩性一度”課程實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，采取“線上”和“線下”結(jié)合的多元化教學(xué)方式，分階段實施線上、線下教學(xué)，第一階段:線上實驗教學(xué)模式，第二階段:以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的實驗操作方式，凸顯學(xué)生的主體性與教學(xué)方法的創(chuàng)新性。

1.利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，助力學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高預(yù)習(xí)質(zhì)量，加強(qiáng)課后總結(jié)。運用線上教學(xué)方式，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，提升預(yù)習(xí)效果。學(xué)生在實驗課開始前，依據(jù)教師要求，自主有針對地學(xué)習(xí)相應(yīng)實驗內(nèi)容，并在規(guī)定時間內(nèi)完成，師生、生生之間可以相互交流在預(yù)習(xí)過程中產(chǎn)生的疑問點，以此使學(xué)生更好地理解相關(guān)知識點，提升學(xué)習(xí)興趣，在實操過程中能夠緊抓重點，正確開展實驗。實驗課程結(jié)束后，學(xué)生可以通過線上的知識查閱、相關(guān)習(xí)題練習(xí)和教師溝通等來回顧實際動手實驗時的具體操作以及結(jié)果，進(jìn)一步加強(qiáng)對實驗操作步驟的熟悉運用及對實驗相關(guān)理論知識原理的驗證和掌握，提升成就感的同時得到更好地教學(xué)效果，有效提升學(xué)生將理論運用于實踐的綜合能力。

2.實施以學(xué)生為主體的實驗操作模式。實驗教學(xué)以小組為單位進(jìn)行，學(xué)生通過自由組隊，3-5人/組，每節(jié)課開始前，學(xué)生提前選定感興趣的實驗任務(wù)書，經(jīng)過查閱文獻(xiàn)，組內(nèi)討論等擬定滿足實驗任務(wù)的可行方案，教師提前審核各小組的實驗設(shè)計，并輔助各小組修改完善方案。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，各小組首先指出預(yù)習(xí)過程中尚未解決的問題與疑惑，教師組織大家展開實驗探究，引導(dǎo)性地向?qū)W生提出問題，找到解決疑問的理論依據(jù)。隨后，各小組按照制定的實驗方案將實驗任務(wù)進(jìn)行組內(nèi)分工，協(xié)作配合來完成實驗，要求每位成員每節(jié)課都要進(jìn)行實驗操作，教師主要任務(wù)為對學(xué)生操作安全進(jìn)行監(jiān)控及提供專業(yè)指導(dǎo)[8]。具體考核時，將實驗方案也作為實驗成績考核的一部分，確保學(xué)生對實驗理論知識的理解研究，同時每個小組需明確說明組內(nèi)成員任務(wù)分工合作情況。

以學(xué)生為主體的實驗課程方式，能夠在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時鼓勵學(xué)生自我創(chuàng)新，自主設(shè)計試驗方案，在學(xué)習(xí)、實驗的過程中進(jìn)一步培養(yǎng)興趣，在興趣驅(qū)使下鍛煉能力，最終提升自己的工程素養(yǎng)。通過這種方式活躍課堂教學(xué)氛圍，使課堂脫離枯燥乏味的狀態(tài)，實現(xiàn)高效互動教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)習(xí)效率，同時使學(xué)生的個性特長得到充分發(fā)揮，促進(jìn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，提高綜合的實踐能力[8]。

（三） 創(chuàng)新成績評定體系與方法,加大挑戰(zhàn)度

傳統(tǒng)課程成績考核和評定方法一直重視結(jié)果、知識，輕視過程和能力，忽略了學(xué)生的工程素質(zhì)教育和能力提升，缺乏挑戰(zhàn)度，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

本實驗課程采用全方位多維度的成績評定考核體系，依據(jù)信息化手段來評定線上學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況、記錄線下實驗操作的成果，教師可以方便地追蹤回溯每個學(xué)生的課前、課中、課后具體情況。另外，為合理提升該實踐課程的難度，拓展課程的廣度和深度，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量[9]。開課前明確本學(xué)期該門實驗課程的教學(xué)要求，詳細(xì)說明課程的教學(xué)方法、實驗內(nèi)容、考勤形式、互動形式、成績占比等，改變以往偏重實驗報告是否完整、實驗結(jié)果是否準(zhǔn)確，而忽略實驗操作過程的考核方式，建立新的綜合考核標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了實驗預(yù)習(xí)、實驗方案設(shè)計、實驗操作過程、實驗報告等各個實驗環(huán)節(jié)[10]，考核中重視學(xué)生在設(shè)計實驗方案的創(chuàng)新思維能力、靈活運用所學(xué)理論處理實驗過程突發(fā)問題的能力，以及正確處理、分析實驗數(shù)據(jù)的能力。

基此，新的成績評定體系和考核方法是以提升課程挑戰(zhàn)度為方法，以培養(yǎng)學(xué)生個性發(fā)展與解決復(fù)雜工程問題能力為目的制定時實施的，能夠全方位公平公正地評定一個學(xué)生在課程上的表現(xiàn)和能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)更高難度的實驗知識和提升自己的綜合能力。

四 結(jié)語

“兩性一度”作為一流課程建設(shè)的重要標(biāo)準(zhǔn)，已成為各大高校開展課程建設(shè)的首要研究內(nèi)容。本項目結(jié)合河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院的專業(yè)設(shè)置和學(xué)科特點，將“兩性一度”理念融入土壤侵蝕原理實驗課堂，通過設(shè)置具有基礎(chǔ)性、綜合設(shè)計性、研究性不同梯度難度的實驗項目，呈現(xiàn)課程內(nèi)容的高階性；通過采用學(xué)生“線上”預(yù)習(xí)和“線下”主導(dǎo)操作相結(jié)合的思路，突出多元化教學(xué)方法的創(chuàng)新性；通過建立全過程的成績考核評價體系，將實驗預(yù)習(xí)效果、實驗方案設(shè)計、實驗操作過程、實驗報告撰寫等環(huán)節(jié)分別進(jìn)行考核評估，增加學(xué)科挑戰(zhàn)度，以土壤侵蝕原理實驗課為載體，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和高階思維[11]。