科研项目驱动下的土壤肥料学课程教学改革探索

关天霞　张有富　张芬琴

摘  要：土壤肥料学课程是农学类专业的一门实践性比较强的专业基础课程，为培养具备专业知识和实践能力的大学生，根据土壤肥料学课程教学中主要存在的问题，提出将科研项目植入到课堂教学过程中，优化课程教学内容，改进教学方式，将理论教学与实践教学相结合，加强课程融合，建立合理的考核评价体系，从而提高学生解决田间实际问题的能力，达到提升人才培养质量的目的。

关键词：科研项目;土壤肥料学课程;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：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

科研与教学相结合是我国政府一直以来努力推广的一项基本教育政策[1]，教学和科研是高等学校的两大职能，将教学与科研相结合， 是保证教学质量的有效手段，教学质量及科研水平是衡量一个高等学校的重要指标[2]，钱伟长院士曾经说过：教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育，没有灵魂的教育[3]。不搞科研，忙着捧书本上讲台是上不好课的。《中华人民共和国高等教育法》第四章第三十一条明确规定“高等学校应当以人才培养为中心，开展教学、科学研究和社会服务，保证教育教学质量达到国家规定的标准”。因此，高校教育不只是传授学生知识，更注重培养学生主动学习和理解知识并能将知识转化为服务社会的能力[4]。这就需要高校教师对教学内容做到深刻的理解，教师只有不断做科研，努力查阅文献，边研究边学习，拓宽自己的视野和知识面，增长自己的学问，将科研经历和研究成果带到课堂上，并尽可能地让学生参与到科研项目中，让学生能够在参加项目的过程中加深对知识的理解和认知，通过这种方式增强学生学习的兴趣，激发学生认真学习的热情，提高学生的学习能力与效果。

土壤肥料學课程是农学、园艺、种子科学与工程等农学类专业的一门重要的基础课程[5]，是研究土壤、肥料和植物营养及其相互关系的一门科学[6]。这门课程不仅涉及较多的理论知识，而且是一门实践性较强的课程，学生通过本课程的学习，可以熟悉土壤与肥料的理论知识，掌握植物对不同养分元素的需求规律以及相应肥料施用的特点，使学生能够正确地认识土壤，并根据所学理论知识去分析与解决农业生产中的合理施肥问题。

一、土壤肥料学课程教学现状

（一）教学内容单调

笔者所在学院所有农学类专业选用统一教材，采用的教材是由陆欣和谢英荷主编的《土壤肥料学》（第2版）。这套教材的特点是注重基础知识，内容丰富，众多专业都可以适用，在有限的学时内，教师往往按照课本内容单一的教授，没有知识的拓展和延伸，所讲内容又比较抽象、枯燥，学生难免听得昏昏欲睡。实验课的学习中，学生们按照实验指导进行土壤样品的采集，测定土壤容重、土壤pH、有机质含量、碱解氮、速效磷、速效钾以及可溶性盐含量的测定，学生们如同流水线工人，丝毫没有自己的思考，仅仅熟悉了操作过程，却不知道测定这些实验指标到底有什么样的意义。

（二）教学方法单一

土壤肥料学课程主要包括了土壤学和肥料学两部分内容。其中，土壤学部分理论推导性的内容较少，而叙述性的需要记忆的内容偏多，但基本概念较为抽象，不容易理解，肥料学部分则需要将土壤学、化学、植物学以及环境科学等学科的内容融会贯通，但该课程理论课时仅有40学时，为了能够完成教学任务，采用传统的以教师为主导的教学方法，缺乏课堂互动，学生主动参与和积极学习的欲望降低，造成教学效果的下降。实验课程中，教师提前写好板书，可能会出现的问题做出重点强调，学生们只需要按部就班地完成实验步骤，写完实验报告。

（三）课程融合度不够

土壤肥料学课程与化学、植物学、植物生理学、栽培学以及统计学等课程关系密切，但目前土壤肥料学课程的授课仅仅针对本课程内容进行讲解，没有与其他课程有效的结合，使学生无法真正综合掌握农学类相关专业课知识，综合实践能力以及解决问题的能力难以提高。

（四）考核方式单一

土壤肥料学课程考核形式单一，主要以期末考试成绩为主，采用的方式为闭卷考试，受考试时间（2 h）限制，考试内容局限于基本概念和基本理论知识，内容比较单一，无法进行实际应用的考核，考试结果难以真正地区分学生的学习效果和掌握知识的程度，而且造成了学生“重理论轻实践”的情况，有些学生在平时的学习中，慵懒懈怠，在期末考试前突击复习也能取得不错的成绩，这种单一的考核方式无法真正地反映出学生对知识的理解程度以及解决问题的能力。

二、科研项目驱动下的土壤肥料学课程改革探索

土壤是重要的自然资源，肥料是基本的农业生产资料[7]，俗话说：“民以食为天，食以土为本”“庄稼一枝花，全靠肥当家”。这充分说明了土壤培肥和合理施肥在农业生产中的重要性，所以这门课程强调的是实训性和实用性，将科研项目引入到课程教学中，让学生参与科研项目，培养学生的探索能力和实践能力，让学生自己体会到这门课程是真正的“学有所需，学有所用”，才会真正提高学生的学习兴趣和对课程的认可度。因此，笔者大量查阅文献资料，结合自己博士期间研究内容和园艺专业的专业特点和课程特点，在2015年申请到一项国家自然科学基金项目“畜禽粪便中重金属在河西走廊绿洲农业土壤-蔬菜系统传递与积累过程研究”，该项目研究中包含了2种土壤（灌漠土和潮土），2种畜禽粪便有机肥（猪粪和鸡粪来源），5个有机肥施用量（0、15 t/hm2、30 t/hm2、45 t/hm2和60 t/hm2），4种蔬菜（叶菜类蔬菜：白菜;根茎类蔬菜：萝卜;茄果类蔬菜：辣椒;瓜果类蔬菜：黄瓜），研究内容中有一部分是施用不同类型有机肥及不同用量对土壤性质的影响，涵盖了土壤肥料学课程的大多数内容（土壤矿物质组分，土壤容重、孔隙度、有机质含量，NPK等大量元素含量、微量元素含量、土壤健康与施肥安全），本项目属当前土壤环境及农产品安全研究的前沿热点，可以解决畜禽粪便资源化利用问题，具有明确的研究目标和要解决的关键性问题，但科研项目难度并不大，这为培养学生的创新能力和实践能力提供了平台。笔者结合自己的科研工作及课堂教学，就如何将此科研项目引进到教学中进行探讨。

（一）结合科研项目，优化教学内容

教学内容是知识的承载体，是达到教学目的的基本因素。土壤肥料学课程内容主要包括土壤的基本物质组成、土壤的基本性质、土壤形成、土壤类型、植物营养与施肥的基本原理、肥料中养分在土壤中的转化及有效性、肥料的特性以及合理施肥与人类健康等基本知识。在农业生产实践中，不同类型的土壤就具有不同的肥力[8]，但是土壤进行命名和分类是土壤肥料学课程中的一个难点，这部分内容即便是结合多媒体教学展示很多图片，同学们仍然会听得昏昏欲睡，没有直观认识。为了使学生们更清晰地认识到“土”，在教学内容中减少了土壤分类学的理论部分，结合科研项目中所涉及的两种当地主要农作物土壤类型（灌漠土和潮土），以及实验课的内容土壤样品的采集。在进行实验课时，由学生们在科研项目试验地（土壤类型为灌漠土）确定土壤取样点，选择土壤剖面位置，采样后将土壤进行土壤形态特征描述等，另外由我项目组的学生在黑河流域附近采集另外一种土壤（潮土）并进行视频拍摄。通过视频资料和学生们现场采样相结合，充分掌握采样要点，并让学生们认真观察采集到的灌漠土和潮土到底有什么不同，从外观上直观感受“土”的不同。之后在后面的实验课中分别测定相关指标，让学生们更清楚地认识到土壤本质的不同氮磷钾是“植物营养三要素”，所以在农业生产中经常会施用氮磷钾肥，但氮、磷、钾化学肥料种类繁多，物理性状各有不同，容易混淆，结合科研需要，为学生们准备了不同。类型的化学肥料，让学生们直观观察颜色、形状、闻闻气味等，增强学生对化肥的认知。Fe、Mn、Cu和Zn虽然属于重金属元素，但它们也属于植物必需营养元素，与N、P和K等大量营养元素具有同等重要性和不可替代性，若土壤微量元素供给不足或过多，同样会影响植物生长和产量。为了加深学生理解，在实验课程中，结合科研项目中蔬菜种植时间，选择白菜地种植的土壤，让学生们分别采集不同处理土壤，之后进行土壤容重、pH、有机质含量、碱解氮、速效磷和速效钾含量的测定。不要求学生们像以往一样，每测定一个指标就写一篇实验报告，而是让学生们将所有指标都测定完之后，结合项目组学生测定的白菜产量的数据，要求学生们查阅文献，撰写关于有机肥施用对土壤性质和白菜产量的影响的研究报告。通过这样系统的学习，学生们更好地了解所学知识的意义，同时锻炼学生总结概括能力和分析问题的能力。另外，科研项目中Fe、Mn、Cu和Zn等元素测定过程中选择原子吸收分光光度计进行测定，因此在学生实验中土壤速效钾含量的测定也使用了原子吸收分光光度法测定，改进了传统的火焰光度计测定方法。

（二）改進教学方式，促进知识理解

填鸭式满堂灌的教学方式显然已经不能适应课堂教学，当代高等教育已经从传统的以教师为中心转变为以学生为中心，所有的教学目的，教学质量的好坏都是以学生学习成果作为评价标准。为了更好地提升学习效果，在教学过程中采取了分组教学法，每组人数控制在4～5人，根据座位随机划分，要求学生们能够互相促进，而且不同的学生具有不同的思考方式，更容易产生思想的碰撞，更有利于学生共同进步，如土壤有机质对土壤肥力有多方面的影响，土壤有机质是课程中非常重要的部分，在讲授完土壤有机质的含义、组成、类型和性质后，需要学生们自己掌握土壤有机质在农业生产中的作用及其调节方式，可以让学生分组讨论5 min左右，然后由学生们概括总结要点，各组相互补充，最后由老师总结完善。通过这种学习方式，学生们基本能把握知识要点，但理解的深度不够，通过让学生们自己查阅文献，拓宽专业视野和知识面，将科研项目研究结果进行深入分析，最终撰写成研究报告的形式，更有助于学生对于所学知识的掌握和应用。

（三）加强课程融合，提升实践技能

土壤肥料学课程设置在学生大二第二学期，本学期同时开设的课程还有试验设计与统计分析课程和蔬菜栽培学课程，由于科研项目采用的是田间随机区组试验设计，学生们单靠土壤肥料学课程的学习并不太明白随机区组试验设计的特点，结合试验设计与统计分析课程的第一个试验，让学生真正掌握了项目中小区的概念，每个小区怎么设置，每个小区如何去施用化肥和有机肥，让每个小组的学生在不同有机肥施用量的小区进行土壤样品的采集、处理，测定各试验指标。充分利用蔬菜栽培学课程所学知识，让学生们学会不同类型蔬菜的种植以及蔬菜的管理。在全部的课程结束后，学生们也获得了一系列土壤理化性质相关指标以及蔬菜生长指标的数据，学生们会发现，每一个小区之间同一个试验指标的结果都会有一些差异，这时需引导学生考虑为什么这些数据之间会有差异，引起这些差异的原因是什么，得到的这些数据说明了什么。这就需要应用试验设计与统计分析课程中有关数据的整理与分析、方差分析以及回归与相关分析的知识内容，引导学生用折线图、柱状图以及散点图等直观表现出数据的变化趋势，明确有机肥类型及施用量与土壤性质的关系，以及有机肥施用量与产量的关系等，引导学生们发现不同类型蔬菜（根菜类、叶菜类、茄果类、瓜果类）选用哪种土壤类型种植更好，在不同土壤类型（灌漠土和潮土）选用鸡粪还是猪粪有机肥更好，最终确定土壤如何施用粪肥，更适宜种植哪种类型蔬菜以及粪肥施用量多少。通过这种课程之间的融合交叉学习，让学生可以更进一步培养创新思维能力，提高研究和解决问题的能力。

（四）改進考核体系，注重解决问题

改变传统的以期末考试成绩作为单一考核评价体系，采取过程性评价与考试评价相结合的方式，将该门课程成绩设置为平时成绩和期末考试成绩两部分，其中平时成绩比例设置为70%，期末考试成绩设置为30%，重视学生在整个课程学习过程中的表现，将撰写研究报告融入课程评价体系，使得最终该门课程的综合成绩构成为期末成绩（30%）、课程研究报告（30%）、课堂表现（35%）和课堂考勤（5%），既考察了学生对于基本知识点的掌握，又考察了学生解决实际问题的能力，还能让学生主动参与到教学过程中，真正改变以往学生“重成绩、轻过程”和“重知识、轻能力”的现象，提高了课程教学效果。

三、科研项目驱动下的课程改革成效

通过一系列课程改革和课程融合，大大增加了学生对土壤肥料方向研究的兴趣，参与本项目研究的学生达到了109人，其中100人已经顺利毕业，28人顺利进入研究生阶段的学习，6人获得校级优秀毕业论文，还有9人仍在进行后续的研究。同时学生申请各类项目的比例也大大增加，其中，有1人获得全国大学生创新创业项目，有5位同学获得校级大学生科技创新项目，有10位同学3个项目的研究获得省级或校级“挑战杯”大学生学术科技作品竞赛一等奖或二等奖，有5位同学参加的1个项目的研究荣获全国大学生生命科学竞赛全国一等奖，与学院其他学生，以及参与其他学科方向的学生相比，人数上大大增加，而且参加各类项目和竞赛的能力大大提高。

四、结束语

土壤肥料学课程是涉农专业实践育人的课程之一，将科研项目引入到课程中来，覆盖了主要教学内容和知识点，并结合学科前沿发展方向，解决了目前教学内容单调、教学方法单一、学生专业认知度较低以及创新实践能力不足的问题。高校教师只有不断在科学研究中才能及时掌握学科发展的前沿、动态及与其他学科之间的关系，高效地完善知识结构，提高自己的学科知识面和教学水平，学生只有较早地参与教师科研项目，才能有助于学生形成主动学习的习惯，激发学生创新思维和独立思考能力，将撰写研究报告融入课程评价体系，加强学生综合能力的培养，为培养高质量农林专业应用型人才奠定基础。

参考文献：

[1]韦雨忻，赵士博，黄锁义.高校教学和科研有机结合探究[J].科技风，2021（8）：154-155.

[2]王慧琴.坚持科研与教学相结合，努力提高本科生教学质量[J].西安建筑科技大学学报（社会科学版），2006（2）：79-82.

[3]钱伟长.钱伟长院士论教学与科研关系[J].山西师大学报（社会科学版），2005（2）：117.

[4]陈佰满，林有胜，何清，等.高校科研反哺教学的路径探索与分析[J].

创新创业理论研究与实践，2021，4（3）：114-117.

[5]徐会娟，张玉龙，任宗玲，等.《土壤肥料学》理论和实践教学中存在的主要问题及改革思考[J].农村实用技术，2020（6）：24-26.

[6]柏彦超，赵海涛，汪晓丽，等.研究性教学在土壤肥料学课程教学中的应用初探[J].教育现代化，2018，5（46）：306-307.

[7]杨劲峰，李娜，罗培宇，等.土壤肥料学课程引“研”于“教”体会[J].安徽农业科学，2018，46（13）：232-234.

[8]陆欣，谢英荷.土壤肥料学（第2版）[M].北京：中国农业出版社，2011.

基金项目：国家自然科学基金项目“畜禽粪便中重金属在河西走廊绿洲农业土壤-蔬菜系统传递与积累过程研究”（41461075）;甘肃省高等学校创新创业教育改革项目“‘1制2型3阶段、1师3导走全程’创新创业育人模式的构建与实践”（2020-18）

作者简介：关天霞（1984-），女，汉族，甘肃白银人，博士，副教授，研究方向为土壤环境质量与农产品质量安全、土壤肥料学和生物统计学。