卓越农林人才培养背景下“风沙物理学”课程实践教学改革——以内蒙古农业大学为例

(内蒙古农业大学沙漠治理学院，呼和浩特 010018)

“风沙物理学”是水土保持与荒漠化防治专业的核心课程，为了满足《教育部农业部国家林业和草原局关于批准第一批卓越农林人才教育培养计划改革试点项目的通知》要求，课程组从实践教学的目标、实践教学内容、实践教学方法等方面进行了改革探索，旨在构建多元化的实践教学体系，提升学生的实践创新能力。

一、“风沙物理学”课程的特点

风沙物理学是近年兴起的一门重要学科。顾名思义，就是利用物理学的相关知识研究风沙地貌、形态、发展过程以及风沙危害形成的原因和防治原理的一门学科[1]。其中，风沙运动是风沙物理学的一个重要研究分支，并作为风沙物理学研究的核心内容备受重视。因为在风沙工程中采取的各种措施，如封闭、固定、阻拦、输导、改向和消散等，都是基于风沙运动的特征和防治目标而设定的[2]。

“风沙物理学”作为水土保持与荒漠化防治专业的一门本科基础核心课程，它以物理力学为理论基础，研究风沙运动的相关过程以及风沙运动的形成原因[3]。“风沙物理学”课程具有较强的实践性，且课程内容与当今的生态问题密切相关，其教学内容都是结合当下专业发展及行业形势灵活设定的。所以“风沙物理学”课程教学内容不仅要有理论深度，还要与工程实际紧密联系。因此“风沙物理学”课程的实践教学至关重要。

二、“风沙物理学”课程实践教学的目标

实践教学是课程教学必不可少的环节，它可以弥补理论课晦涩难懂的不足，锻炼学生的动手能力，培养学生互帮互助的团队精神，从而达到学以致用、理论与实际相结合的目标。因此，通过“风沙物理学”课程实践教学，学生应达到以下教学目标：一是了解实验室规则，掌握相关实验的操作规程；二是熟悉风速仪的结构、操作方法和使用时需要注意的事项；三是了解并熟记常用工具书介绍的相关操作过程及方法；四是熟练进行相关实验操作，培养分析判断能力；五是要熟悉风沙流的结构；六是要具备记录与绘图能力。

三、“风沙物理学”课程实践教学存在的问题

(一)实践教学内容固化，难以满足学生多元化、灵活化的学习需求

传统的“风沙物理学”课程实践教学是学生在本科期间重要的学习环节。但是，多年来“风沙物理学”课程的实践教学内容千篇一律，没有变化。教师都是按照已经成熟的实验教学方案开展教学，学生对同一实验进行反复操作，重复验证。陈旧的实践教学内容已经无法满足专业发展的需求，也无法满足学生多元化、灵活化的学习需求。

(二)实践教学方法单一，不利于学生综合能力的培养对专业知识的掌握

传统的“风沙物理学”课程实践教学采取的是教师讲、学生听的模式，束缚了学生创新思维的发展，只是跟着教师所讲内容按部就班开展实验，导致学生对所学知识的理解只停留在表面，难以进行深入思考，也无法将教师所授的知识吸收内化成自己的东西，这是很多学生一考完试就将所学知识忘记的原因。同时，实践教学设计中缺少开放性实验内容，不能提升学生的学习兴趣，也无法激发学生学习的能动性。

(三)忽视对学生实践能力的培养

在传统的实践教学中，常常为了开展实践教学而教学，学生学到的大多是一些最基础、最常规的实验方法，甚至有些学生照搬别人的实验方案，缺少自己的创新想法，无法真正体现实践教学的意义，甚至对学生实践能力的培养产生了负面的影响。

(四)实践教学评价缺乏科学性

传统的“风沙物理学”课程主要以小组为单位提交的实验报告为考核内容，这种考核形式具有片面性与主观性。首先，虽然小组成员分工明确，但难免有些学生会投机取巧，拿其他学生的实验成果来充当自己的成果，实则自己什么都未做。其次，教师在审核小组实验报告时，具有一定的主观性。所以，以实验报告为考核内容的课程考核方式，无法对学生进行全面的综合评价，而且也不能较好地检验教师的实践教学效果。

四、卓越农林人才培养背景下“风沙物理学”课程实践教学改革的措施

(一)增设综合性实验，开阔学生的专业视野

实践教学的改革是迎合时代发展、满足行业需求的重要举措，是实现卓越人才培养目标的重要方式，同时也是提高学生综合能力与创新能力的重要手段[4]。基于此，课程组在原有实践教学内容的基础上，增加了综合性实验，以培养学生的实践能力。“风沙物理学”课程实践教学内容改革前后的对比见表1。

表1 改革后“风沙物理学”课程实践教学内容的变化情况

不同下垫面的地表存在不同程度的起伏，不同起伏的地表可能改变地表的粗糙度。粗糙度的变化会影响其他地表湍流输送特征参数的变化。因此增加不同下垫面的地表粗糙度的测定实验，可以让学生根据不同下垫面下的地表粗糙度，推测不同土壤质地或不同植被盖度样地类型下地表粗糙度的差异。

摩阻速度主要受下垫面性质的影响，与地表物质组成、粒度分布、空气湿度、植被盖度等密切相关。摩阻速度可以反映地表沙粒起动的难易程度。增加不同粒径组合、不同含水率条件下风沙流摩阻速度的测定实验，可以从微观解释不同下垫面条件下的风沙流结构特征。综合性实验的增设，扩宽了学生的专业眼界，增大学生的知识面，提升了学生对实践教学的兴趣。

(二)丰富实践教学方法，激发学生的学习热情

互联网技术的迅猛发展，给人们的学习、工作与生活带来了极大的便利，同样也给课堂教学带来了冲击，多媒体技术被广泛运用到各种课堂教学中。多媒体技术将专业知识以生动形象的方式展示出来，使生硬、枯燥的专业知识富予了生动或动态的灵魂，学生可以更直观地对知识加以理解，对知识的掌握也变得更加容易，从而激发了学生的学习热情。

例如，笔者在讲解沙粒运动的基本形式时，用传统的PPT教学方式解释风沙流中颗粒的运动方式，如蠕移、跃移和悬移的概念时，学生无法准确无误的理解和掌握，常会导致错误的认知。笔者采用多媒体教学后，将风沙的蠕移、跃移、悬移及沙粒运动用图片或者动画的形式表现出来，再加上文字说明，就会使得这些知识更加直观、形象，加深了学生的记忆，提升了他们对专业学习的兴趣和主动性，提高了教学效率。

(三)创新实验形式，提升学生的实践能力

传统的实验教学方案已不适应当前行业的发展，为此课程组积极对实验教学进行改革，创新实验形式，提升学生的实践技能。

首先，增设室外实验。在室外实验现场，组织学生测定现场土壤的紧实度和风蚀量，采集土壤样本，测定植物不同植被类型、植被盖度和临界摩阻速度的相互关系。同时，开展反向实验教学，即给定具体结果，利用空白实验场地，让学生根据给定的实验参数去设计该实验。通过正向和反向实验既可以检验学生的理论知识，又可以锻炼学生的动手能力和实践能力。

其次，开设室内实验。在原有室内实验的基础上，课程组不断增加或更新实验研究内容，将专业相关的最新研究热点引入实验内容，如结合PLA沙障测不同规格PLA沙障地表粗糙度。融入专业前沿内容的室内实验可以使学生了解到最新的行业动态与专业知识，开阔专业视野，同时学生还可以根据自己的想法设计实验方案，极大地锻炼和提升了学生的实践和创新能力。

最后，在实验中增设开放性课题。学生可自主设计实验方案，通过查阅相关文献资料，提出自己的想法，独立设计实验内容，总结实验操作步骤，研究得出实验结果，最后完成实验报告。开放性实验课题可以培养学生多动手、多思考的自主性，提升学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力，使学生成为满足卓越农林人才教育培养计划所要求的多层次、多类型、多样化的，具有实践性、创新性的综合型人才。

(四)采取多样化考核形式，对学生进行综合评价

公平、合理的考核形式是提高学生实践能力的重要前提[5]。实践教学的考核形式不应当采取单一方向的评价方式，而是应采取综合性的考核形式，应将过程性考核与最终的实验报告的答辩成绩相结合，对学生进行全面的评价。过程性考核是指学生在整个实践教学中的表现，包括出勤情况、实验过程中表现出的综合能力、教学中与教师及同学的配合度等；最终实验报告的答辩考核包括学生对整个实验的理解程度以及回答教师提问的情况。课程组将实践教学的考核成绩划分为5个等级，每个等级都有相应的要求。“风沙物理学”课程实践教学的考核等级及要求见表2。

表2 “风沙物理学”课程实践教学的考核等级及要求

实践教学的考核还应包括对教师的教学评价，评价内容应包括教师对学生的培养计划及培养方向、教师制定的实践教学的具体目标、学生对教师授课情况的评价等。对教师进行评价可以促使师生互相监督，教学相长，形成良好的教学效果。

五、卓越农林人才培养背景下“风沙物理学”课程实践教学改革的效果

为了检验“风沙物理学”课程实践教学改革的效果，2018年5月，笔者对内蒙古农业大学水土保持与荒漠化防治专业大三的学生进行了问卷调查，调查人数总计31人。其中取得优秀课程成绩的学生有17人，取得中等课程成绩的有12人，取得及格课程成绩的为2人。调查要求学生如实作答，且问卷采取不记名的统计方式。学生对“风沙物理学”课程实践教学效果的评价见表3。

表3 “风沙物理学”课程实践教学改革效果调查结果 人

(一)激发了学生的科研兴趣

从表3可以得知，学生对实践教学改革的态度是肯定的，其中对实践教学内容、实验形式、实践能力提升及实践教学改革效果满意度的选择为良好的人数占比都很高。在实践教学中，笔者发现，学生对新增加的实验内容与新颖的教学方法很感兴趣，越来越多的学生表示愿意开展实验活动，愿意与教师和同学一起积极互动，探讨科学问题。可见实践教学的改革，激发了学生的科研兴趣。

(二)提升了学生的实践能力

实践教学改革后，学生的出勤率明显提高，由最初的63%提升到100%，课堂活跃度也明显提高。在实践教学中，学生能独立提出实验的设计思路，再经过学生间的讨论确定实验方案。实验报告也不再是相互的抄袭，而是增加了学生个人的思考，实验报告变得更具有内涵和深度，从中可以看出学生的思考能力、实践能力都有明显的提升，为学生今后的工作奠定了良好的基础。