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基于科学实验的土壤学教学改革与实践
胡佳俊,高旻天
（上海大学生命科学学院上海市能源作物育种及应用重点实验室,上海200444）
摘 要：本文从土壤学的学科发展特征出发,针对教学过程中存在的问题,提出基于科学实验探索的土壤学教学改革思路及实践方法,将理论和实验实践相结合,加深学生对理论知识的理解,同时培养严谨的科学态度和独立实验能力.
关键词：土壤学；教学改革；实验实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0252-02
项目名称：农业部公益性行业（农业）科研专项项目（项目号：201503135-14）；上海市科委科技专项经费项目（项目号：14540500600）；上海市教委创新（重点）项目（项目号：14ZZ091）；国家自然科学基金项目（项目号：21307093）
通讯作者：胡佳俊.
一、引言
土壤是孕育万物的摇篮,是人类文明的基石.我们几乎时时刻刻都与土壤发生着紧密联系.土壤学作为一门独立的自然科学,最早是在化学与植物矿质营养的基础上建立起来的.土壤学从开始创建就涉及地学、生物学、生态学、化学、物理学等多学科领域,是一门与多学科互相渗透、交叉的综合性很强的学科.土壤学与地质学、水文学、生物学、气象学等存在密切关系,主要是由土壤在地理环境中的位置和功能所决定的.土壤作为地球表层系统的重要组成部分,它的形成、发育与地质、水文、生物和近地表大气息息相关.
土壤学与农学、农业生态学有着不可分割的关系.因为土壤是绿色植物生长的基地,农学红的栽培学、耕作学、肥料学等,都是以土壤学位基础,土壤学是农业基础科学的重要部分.此外,土壤学还和环境科学、生态学联系密切.因为环境的核心是地球表层系统中的圈层,而土壤是地球上多种生命繁衍、生息的场所.从环境科学的角度看,土壤不仅是一种资源,还是人类生存环境的重要组成要素.土壤除具备肥力、能生产绿色植物外,还具有对环境污染物质缓冲、代谢、净化客观属性.土壤的这些性能在稳定和保护人类生存环境和生态安全中起着重要的作用.所以,土壤学和环境科学的交叉结合就形成了一门新的土壤学分支—环境土壤学.由此可见,要培养出优秀的土壤学人才就需要广泛的知识面和创新实践能力.而现有传统的土壤学的教学内容和教学方法在知识面方面、创新实践方面都存在一定的局限性,需对其教学内容、教学方式等方面进行改革,以拓宽学生的知识面、强化创新思维及实践能力.
二、土壤学教学改革思路
现代土壤科学无论从自身的学科基础理论的创新,还是解决实际应用问题,其复杂性日益增加,应用范围不断扩大.基础研究方面,主要和地学、生物学、数学、化学、物理学等基础学科结合,在应用研究方面,主要与农学、环境学、生态学、气象学、区域自然地理及社会经济学等多科学之间合作.在教学过程中,学生不仅需要扎实掌握土壤学的基础知识,还要了解前沿发展和研究现状.因此,在课程的教学改革过程中,我们需要基于当今科学研究发展的客观事实和学生知识结构构建的主观需要,在学生掌握理论知识的基础上,将学生带入科学研究的前沿,通过野外实地参观、参与相关科学研究、初步开展小规模的实验研究等方式,进一步强化理解理论知识,同时提高创新实践能力.
三、土壤学教学改革实践方法
(一)野外实地参观
土壤学课程的野外实地参观是课程教学改革的一个重要内容之一.学校可与多个土壤学相关基地建立专门的学生野外实习参观基地,如地质学、植物学、土壤微生物学、土壤农学、土壤污染修复等相关基地.
通过理论教学,在学生有一定理论知识的基础上,采取老师现场教学的方式,对学生进行引导性教学和认识体验.在野外实地教学过程中,可以分为两个阶段实施.第一个阶段,以专题的形式开展野外调查和认识实习,如农村土壤调查、城市土壤调查、土壤植被类型及其保护、土壤质量调查和改良等.每个专题都配备专业老师现场讲授相关知识、实地参观或分组深入调查；第二个阶段,参观和调查成果的整理,分为整理野外调查记录、建立数据库、整理数据成图、撰写各专题调查报告、实习成果总结汇报等.以土壤质量调查和改良为例,土壤质量包含土壤许多物理、化学和生物性质,具体而言,主要包括土壤肥力质量和土壤环境质量.土壤肥力质量是指植物生长所需的养分供应能力和环境条件,也就是土壤的生产能力,对土壤肥力调查主要是土壤性质.土壤性质主要包括土壤化学性质：pH、CEC、植物养分含量及其有效性、盐分含量和组成；土壤物理性质：土壤颗粒分布、结构、容重、孔隙度、团聚体的体积和稳定性、土壤水分、持水性能、入渗速率、入渗容量等；土壤生物学性质：有机质的数量和类型、土壤微生物数量、类型和功能、专性呼吸作用强度及各种生物酶活性等.土壤环境质量则是指在一定的时间和空间范围内,土壤自身性状对其持续利用以及对其他环境要素,特别是人类或者其他生物的生存、繁衍、社会经济发展的适宜性,是土壤“优劣”的一种概念,它与土壤遭受外源物质的侵袭、累积或污染的程度密切相关.土壤环境质量是环境科学与土壤环境保护研究中的热门课题,也是环境土壤学的可信内容之一,它是土壤质量的重要组成部分.
土壤环境质量依赖于土壤在自然成土过程中所形成的固有的环境条件、与环境质量有关的元素或化合物的组成与含量、土壤利用过程及其动态变化,同时应考虑土壤作为次生污染源对整体环境质量的影响.
通过上述课程实习,可让学生了解土壤植物类型、生长特征；土壤微生物的组成及环境影响因素；农作物的生长习性及特征；土壤污染的类型、来源及修复方法等.上述野外实践参观的教学方式不仅让学生亲身感受到土壤学与植物学、微生物学、农学、环境学以及地质学等的相关性,同时对课本内容有了更直观的认识.通过理论联系实际,结合回忆课堂讲授内容,加深了学生对知识的理解,很好地培养了学生的创新实践能力.
(二)参与相关科学研究实践
除了野外实习参观外,让学生参与到土壤学相关科学研究工作中,也是一个较好的培养学生创新思维和实践能力的方法.土壤学的相关科学研究基本都是以土壤样品的采集、保存、预处理、指标分析等为基础.以土壤修复研究为例,可在开展污染土壤修复研究时,在学生了解研究的目的和方法基础上,指导学生进行野外污染土壤样品的采集、保存、预处理以及指标分析等工作.从而引导学生认识到土壤中的污染物主要包括有机物污染、无机物污染、土壤生物污染等.有机物污染分为有机物和人工合成有机物污染,一般指的是有机废弃物、农药等污染.有机污染物进入土壤后,可危及农作物的生长和土壤生物的生存,如稻田因施用含二苯醚的河泥曾造成稻苗大面积死亡.人体接触污染土壤后,手脚出现红色皮疹,并有恶心和头晕现象.农药在农业生产上的应用尽管受到了良好的效果,但是其中一些农药残留物却对土壤和食物链有不良的影响.无机污染物主要是随着人类的生产和消费活动而进入的.采矿、冶炼、机械制造、建筑材料和化工等生产部门,每天都排放大量的无机物质,包括有害的元素氧化物、酸、碱、盐类等.土壤生物污染是指一个或几个有害的生物种群,从外界环境侵入土壤并大量繁衍,破坏原来的动态平衡,对人类健康和土壤生态系统造成不良影响.造成土壤生物污染的主要物质来源是未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、饲养场和屠宰场的污物等.其中危害最大的是传染病医院未经消毒处理的污水和污物.进入土壤的病原体能在其中生存较长时间.土壤生物污染不仅可能危害人体健康,而且有些长期在土壤中存活的植物病原体还能严重地危害植物造成农业减产.从上述分析的基础上,可在老师的指导下,通过查阅相关文献以初步了解土壤污染的一些防止措施和方法等.
根据课程进展情况,还可以考虑让学生参与到研究生的相关科研中.一方面,可以进一步强化学生对污染土壤修复相关科学研究的认识；另一方面,还可能会激发学生对污染土壤修复的兴趣,为其在土壤学领域的深造奠定一定的基础.
完成相关科学研究的检测分析后,学生得到了土壤理化特征、污染状况、土壤肥力等数据结果,安排学生以小组讨论的方式比较土壤检测分析结果,以探索土壤采样、保存、预处理及指标分析等方面的注意事项,加强学生相关工作的理解和认识.同时,在分组讨论的基础上,以小组为单位,得到以土壤理化特征、污染状况等数据结果.最后,以学生个人为单位,以实验数据结果为基础,结合野外采样周边情况,撰写科学研究实践总结报告.
上述教学方式不仅可以加深学生对书本理论知识的理解,促使学生高度重视实验过程,培养严谨的科学态度和独立实验能力,同时也大大提高了学生发现问题和解决问题的能力,为日后的学习和工作打下良好的基础.
四、展望
土壤学作为应用基础学科,其服务对象正在日益扩大,除传统的农业生产外,还包括环境生态建设、资源合理利用以及农业持续发展等领域.研究方法和手段不断创新.此外,土壤学在研究方法和研究手段上也不断创新,包括信息技术、生物工程技术等已经在土壤学中具有广泛应用.为了适应土壤学的发展,土壤学的教学内容和方式必须多样化.本文将野外实地参观和参与相关科学研究引入教学内容中,通过理论与实验相结合进行的教学方式,激发学生主动学习的积极性,培养学生对科学研究的兴趣,同时提高了教学的质量.
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教学改革论文范文结:
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