以培养创新能力为目标的生态-土壤综合实验教学改革

秦 丽，王吉秀，李 博，祖艳群，吴 炯

（云南农业大学资源与环境学院，云南昆明 650021）

随着人们对环境保护、可持续发展、生态文明建设的日益关注，环境生态学、环境土壤学备受重视，尤其是考察农业环境时，环境生态学成为了理论基础，而环境土壤学成为了重要的研究对象[1]。环境土壤学与环境生态学之间具有较强的交叉性、综合性和互补性[2]。一方面，必须掌握环境生态学，它运用生态学的原理，阐明人类对环境影响及解决环境问题的生态途径，同时培养学生的生态文明思想和环境保护理念[3]。另一方面，必须重视环境土壤学，它研究人类活动引起的土壤环境质量变化以及这种变化对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索调节、控制和改善土壤环境质量。如果说环境生态学奠定了理论基础，环境土壤学体现了实践能力，那么在人才培养时，就需要系统综合的实验体系，覆盖环境生态学、环境土壤学课程的基础性实验和综合性实验的开展[4]。

在环境科学、环境工程、生态学等环境类专业的教学中，实践能力和创新能力的培养具有重要的意义。综合实验是己学知识的综合运用，是实践教学的重要基础和重要内容。综合性实验要求学生提前查阅文献、设计试验方案，论证方案的可行性，培养学生分析问题和解决问题的能力；在方案实施过程中，培养学生动手能力和创新能力；实验报告的撰写和汇报，注重培养学生试验数据的收集、处理和分析等方面的能力，既能促使学生将已学知识进行综合应用，又可锻炼他们发现和解决复杂问题的能力[5]。因此，综合性实验教学是一种在老师的引导下，学生以小组为单位，自主设计实验方案，独立完成实验，并对实验数据进行处理和分析，进而得出实验结论的新型实验教学模式。综合性实验教学强调以学生为主体，老师仅起到引导和辅助作用，加强学生对理论知识理解，通过在实验过程中发现问题和解决问题，使学生逐渐具有一定的自主性和创新性。如何构建环境科学专业、环境工程专业和生态学专业的综合性实验教学体系，提高环境科学专业、环境工程专业和生态学专业的实验教学水平，是环境科学、环境工程和生态学教育工作者面临的重要问题[6]。

1 课程现状

1.1 课程组及师资

课程组成员为环境科学与工程省级优势特色重点学科、农业环境保护省教学团队、环境类专业的负责人与骨干教师，有省学术带头人2人，省教学名师1人，校百名青年学术带头人1人，可满足该课程基础性、综合性和创新性实验指导教师的需要。

1.2 实验教学材料

农业院校环境土壤学与环境生态学具有较强的交叉性、综合性和实践性。2016环境类人才培养方案确定把《环境生态学》和《环境土壤学》两门课程的实验合并到了土壤-生态综合实验教学中，单独开成一门32 学时的综合实践教学课，实验教学的内容紧密联系大纲中人才培养目标。调整了实验教学的目的和要求，实验教学的组织形式采用：传统实验教学模式+ 实验方法多样化设计+实验过程小组讨论+实验结论分析。目前已具备教学大纲、考核办法、教学日历、教案、教材等方面的完整教学材料，还根据农科院校学科与专业特色，编写具有特色的《生态-土壤综合实验》实验教材，可满足该课程配套教材的需要。

1.3 实验平台条件

该实验课程依托云南省农业环境污染控制与生态修复工程实验室、云南省高校农业面源污染控制工程研究中心、校生态环境实验室等平台开展教学，在环境科学与工程省级优势特色重点学科建设经费支持下，已购置高效液相色谱、气相色谱、离子色谱、石墨炉原子吸收分光光度计、火焰原子吸收分光光度计、冻干机、傅里叶红外光谱仪等大型仪器设备，可满足课程综合性、创新性实验开展的需要。

2 课程创新理念及思路

采用文献分析法，搜集有关省属院校环境生态、环境土壤类实验教学改革方面的学术文献、理论与实践，经过比较分析，整合环境生态学、环境土壤学等课程的课带实验，制定适合我校实际情况的生态-土壤综合实验教学体系，分为基础性、应用性和创新性实验3类。

在完善基础实验的基础上，增加应用性和创新性实验，教师根据相关的学习内容，提出几个选题方向，学生结合所学知识与兴趣，以实验小组为单位，在相关指导教师的指导下，开展综合性创新性实验，即开展“基础实验教学+实验方法多样化设计+实验过程教师指导+创新实验分组实施”的实验教学方法与模式改革，改善实践教学工作质量[7]。

3 实验教学方法创新及途径

以学生实践能力和创新能力的提高为核心，以实验教学改革和实验教学队伍建设为抓手，以搭建学科优势、科研资源为实验教学服务的平台为举措，以完善的实验教学管理机制为保障，全面提升实验教学质量和资源使用效益，形成适合环境科学与工程专业特点的实验教学体系、内容、方法和特色。具体实施方案如下。

3.1 实验教学组织模式：多层次有机结合

将传统的实验手段与综合性、设计性实验有机地融为一体，达到相互补充，实现最佳结合，使学生通过有目的、有计划地操作和思维完成各层次的训练，达到巩固基础，提高实践能力和创新能力的目的。内容上既包含环境生态学的实验，又有环境土壤学的实验。实验开设验证性、设计性和综合性三类，验证性实验一般3学时，综合性和设计性试验课时可适当增加。设置十个实验，采取验证性实验（5）+设计性实验（3）+综合性/创新性实验（2）；验证性实验使学生掌握基本操作技能，设计性实验锻炼学生提出问题、分析问题、应用综合理论知识解决问题的能力，综合性实验让学生结合创新项目训练，参与教师的科研项目，实现以科研促教学、教学带动科研的相互激励机制，培养学生的学习兴趣。

3.2 实验教学模式：“双主”模式

“主导-主体”教学模式（简称“双主”模式），是何克抗教授在奥苏贝尔“有意义学习理论”“动机理论”“先行组织者”教学策略及建构主义学习理论指导下提出的以学生为主体、教师为主导相结合的教学模式。此模式将以教为主和以学为主的教学设计模式有机结合，避免了在教学过程中单纯使用一种教学设计模式而产生的教学时单方面（教师或学生）主宰教学而出现的“满堂灌”或“盲目学”的现象，使学生能够采用更合理的学习策略掌握学习内容和提高自学能力，优化了教学过程。

根据教学内容与目标，生态-土壤综合实验创造一个既能起到教师指导作用，又能实现个别化交互与协作学习的教学环境。教师与学生合作的双主“模式”，既可发挥教师的主导作用，又充分体现了学生的认知主体作用，调动学生的主动性和创造性。

3.3 实验教学方法与手段

生态-土壤综合实验要求学生能直面复杂的土壤问题，注重在实验过程中培养学生解决实际问题的能力，使学生始终处于主动探索的状态，养成独立思考和积极进取的科学精神。学生经过查阅资料、提出实验方案、方案的讨论与确定、实验、实验总结等过程，使学生经历一次全面地分析研究问题的过程。

（1）巩固基础性实验。专业基础实验的主要目标是巩固学生的基础理论知识和实验技能、数据处理知识、常规实验仪器与装置的使用，使学生理论与实际相结合，培养学生的基本实验能力。课程根据学科的发展，紧密结合科研成果和实践，以及实验教学改革成果，研究开发适合学生实验的教学实验项目，使学生在实验操作能力提高的同时，掌握学科发展的动态和学以致用的思维方式。

（2）加强应用性实验。专业应用实验的主要目标是让学生面对生态和土壤环境问题，要求学生综合运用所学知识，通过实验过程培养分析问题、解决问题的能力。课程根据学科的发展和课程组教师的科研项目，注重实验项目的实际应用意义。课程组经常组织教师进行实验技术、实验教学思想与教学方法的讨论研究，鼓励教师从培养学生的实践能力出发，开发新的实验项目，改进原有的实验方案设计，提升综合性实验所占比例，培养专业应用型人才。

（3）发展创新性实验。创新性实验以教学科研一线的骨干教师承担，每个实验由不超过5名学生组成的创新实验小组，在教师的指导下，开展由科研项目衍生、适合本科生的子课题实验研究工作，着重培养学生在解决实际环境问题的创新能力。目前，多位国家基金项目课题负责人在内的教授、副教授担任创新性实验指导教师，大学生对参加创新性项目表现出很高的热情，积极申请和参加大学生创新研究项目申请，实现了师资、设备、科研项目为大学生创新能力培养服务。

整个创新实验使学生经历“三个全面”的过程，即：经历一次全面分析研究问题的过程，实验技能得到全面的锻炼、综合能力得到全面的提升[9]。学生在完成创新实验后由教师指导撰写科研论文，成果可以发表和参加科技创新竞赛。创新实验充分利用科研资源，使学生的创新能力有一个质的提高。

（4）加强实验教学的质量控制和考核。实验考核的目的是客观、准确地评价学生，促进学生以更主动、更积极的态度，通过各层次的实验教学过程，提高应用能力和创新能力。由于实验过程的重要性、实验形式的多样性，须采用多种考核方法来考核学生的实验过程和实验质量。专业基础实验和专业应用实验的考核方法主要有：①实验过程的平时实验成绩；②实验报告的审阅评审成绩；③对实验的讨论与答辩成绩；④各种比赛、论文撰写及发表的成绩。创新性实验的考核主要由创新实验指导教师对学生整个实验过程进行综合评价，根据研究项目取得成果的贡献程度，结合论文发表、大学生创新基金申请和结题、科技创新竞赛获奖情况，设立多元化的实验水平综合评价制度及操作方法。

（5）实践教学质量评估，采用现场考核和会议讨论法，组织校内外环境类专业师资队伍，开展生态-土壤综合实验实践课程设置、基本实验技能掌握等方面的考察，评估生态-土壤综合实验的教学效果。

4 教学创新效果及成果

4.1 完成实验教学内容建设，实施教学改革创新

整合环境生态学、环境土壤学等课程的课带实验，结合我校以农为主的特色，制定适合我校实际情况的生态-土壤综合实验教学体系，包含基础性、应用性和创新性实验，包含具有农科院校特色的生态-土壤综合实验教学体系。

4.2 编写完成《生态-土壤综合实验》教材

依托我校环境类专业教师资源，整合环境生态学、环境土壤学等课程的实验，结合云南农业环境实际，制定适合我校教学需要的生态-土壤综合实验教学体系，包括基础性、综合性和创新性实验，形成具有地方农科院校特色的《生态-土壤综合实验》配套教材。

5 结语

加强高等学校环境类专业的实验教学，培养学生实践能力和创新能力，提高实验教学水平，是高校环境类专业教学的重要任务。高等学校环境类专业的环境土壤学和环境生态学课程分别开设实验课程，容易带来知识点的重复或缺失，特别是不能满足综合性和创新性实验的开展[10]。生态-土壤综合实验课程就是在这种情况下应运而生的，弥补了该方面的不足，吸纳了最新的研究技术、方法和成果研究，对于培养学生的实践能力和创新能力，提高实验教学水平，推动专业建设，具有十分重要的理论与实践意义。