新工科背景下“环境土壤学”理论教学改革与实践探索

［摘 要］ 培养工程实践能力和创新能力强、国际竞争力高的复合型新工科人才是当前工科院校教学改革的主要方向。“环境土壤学”作为高等院校环境科学与工程类专业主干课程之一，是在“土壤学”和“环境学”基础之上发展起来的一门综合性课程，对环境类本科生的高质量培养起了重要作用。从理论教学和实践教学两大方面阐述新工科背景下“环境土壤学”教学方式、内容及效果评价的改革途径，并从校内实验与校外实践两个角度进一步探讨“环境土壤学”实践教学改革内容与方式，激发学生主动学习的积极性，提升学生工程逻辑思维能力，增强学生解决实际问题的动手能力，为培养新工科背景下环境类专业创新型人才奠定坚实基础。

［关键词］ 新工科；环境土壤学；理论教学；实践教学

［基金项目］ 2024年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目“信息技术背景下环科创新班课程教学改革——以‘环境土壤学’为例”（粤教高函〔2024〕30号）；2023年度广东工业大学校级项目“本科教学工程”（广工大教字〔2023〕51号）；2024年度广东工业大学校级项目“本科教学工程”（广工大教字〔2024〕75号）

［作者简介］ 肖荣波（1978—），男，湖北襄阳人，博士，广东财经大学地理与环境经济学院教授，主要从事环境土壤学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）03-0081-04 ［收稿日期］ 2024-02-15

引言

2014年4月17日，环境保护部和国土资源部公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。2016年国务院发布《土壤污染防治行动计划》（“土十条”），2017年启动6个土壤污染综合防治先行区建设，2018年颁布《中华人民共和国土壤污染防治法》，这些国家举措推动了土壤环境保护，促进了经济社会的可持续发展。环境土壤学作为一门针对土壤环境问题的交叉性学科，既要求学生掌握扎实的理论基础，又要求学生具有较强的实践动手能力及创新能力［1］。目前，我国大多数工科院校将“土壤学”“环境土壤学”设定为专业选修课或限选课，并没有得到足够的重视；即使在高等农业院校，“环境土壤学”和“土壤肥料学”作为专业基础课程（一般32学时），很多也严重缺乏实践教学环节。这些对于“环境土壤学”课程教学与人才培养是非常不利的，对学生解决实际土壤环境问题能力的培养存在很大的缺陷。因此，在强调实用性和综合性的新工科背景下，“环境土壤学”及类似课程非常有必要进行教学改革，从而培养具备扎实理论基础和实践动手能力的新时代大学生，符合新工科对环境类专业创新型人才培养的要求。

一、理论教学改革

（一）丰富教学方式，提高理论与实践的结合度

“环境土壤学”课程的知识点较多，内容繁杂琐碎且抽象，因此需要利用多种手段调动学生学习的积极性、主动性和创造性，通过引导和启发，将以教师“教”为主的教学方式改为以学生“学”为主，使学生的参与度更强。例如，利用智慧树、超星学习通和中国大学MOOC等教学平台资源，在教学过程中适时地开展翻转课堂的教学形式，让学生利用课前空闲时间自主学习相关新知识，带着问题进入课堂［2］。与此同时，教师不再占用课堂的时间来讲授信息，在课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决问题，从而获得更深层次的理解。此外，教师还可以利用雨课堂等平台，在不影响课堂教学的前提下，通过穿插知识竞答等方式，调动学生的课堂积极性和参与度。

在理论与实践相结合的教学中，教师可以先设立问题导向的专题式教学，如“农田土壤重金属污染修复技术及其应用”，然后学生分组完成问题的解决方案，以问题的解决为目标来驱动各项学习活动，学生通过查阅书籍及文献资料进行专题研究，以课程论文或者PPT报告等形式展示。在专题式教育中，教师不再是传统的权威或知识的灌输者，而是要提供思路引导、资源供给、实时解惑等，帮助学生构建自己的知识体系，实现以问题为起点、以学生为主体、以探索学习为重要环节，将知识获得与知识应用相结合的研究型学习模式［3］。此外，教师也可鼓励学生组织或参与课程相关的环保科普、环保公益等活动。学生基于“环境土壤学”课程的课堂学习，构建以土壤环境为核心的大学生自然科学课堂，通过讲解土壤物质组成、质地、功能、污染状况、土壤改良与修复等知识，来引导大学生认识土壤，培养其对环境土壤学及相关专业的兴趣；还可以推动学生凝练专业知识点，升华其对重点和难点知识的理解，提高他们“想说”的兴趣、“敢说”的胆量和“会说”的素质，为更好地适应新工科背景下实践活动能力的培养奠定坚实基础［4］。

（二）强化研究性学习，构建理论与实践协同教学体系

当前大学生喜欢接受具有新颖性、趣味性和动手实践性的课程内容，使得“灌溉式”和“填鸭式”的教学难以达到良好的课堂教学效果。例如，课堂教学过程中教师主要是讲解实验原理、目的、方法步骤及注意事项等，而学生一般不会主动进行文献调研，更没有动手实践的机会，因此学生往往没有自己的想法，教师让怎么做就怎么做，人云亦云［5］。现有的单一教学模式使学生很容易对课本形成依赖，养成接受“固化真理”的学习习惯，限制了学生的扩散性思维和批判性思维的发展，割裂了学科知识与工程实践的内在联系，导致学生缺少好奇心和自主学习的内驱力，这将导致人才培养质量无法满足行业发展的需求［6］。值得注意的是，目前“环境土壤学”课程的主要参考教材是2018年科学出版社出版的陈怀满主编的《环境土壤学》，而环境土壤学实验的参考教材就尤为陈旧，主要是2009年上海交通大学出版社出版的《环境土壤学实验》和2011年中国地质大学出版社出版的《环境土壤学实验与研究方法》，这些教材严重滞后于现行的一些质量标准、检测分析标准以及工程技术的发展，如2023年开始实施的《污染土壤修复工程技术规范 固化/稳定化》（HJ 1282-2023）等。

新工科建设背景下，构建理论教学与实践学习协同体系是实现新型的工程教育模式的最有效方式之一，可增强理论与实践的有机结合，加强对学生实践动手、独立思考、综合分析和解决问题的能力的培养，引导学生养成工程思维逻辑，提高学生解决复杂工程问题的能力。如何实现理论学习和实践应用的有效贯通是课程改革与实践的核心问题。在实践教学过程中，教师可以把科学问题导向、项目课题研究需要、科研兴趣爱好等作为切入点，结合课堂理论知识学习来布置一些实验设计，学生要融会贯通所学的“环境土壤学”课程理论知识，深刻理解试验原理，熟练试验操作技能，并能运用到实践中去尝试解决环境问题（如图1所示）。此外，教师还可以通过引入前沿的知识内容将科研与教学有机融合，如“稻秆生物炭对三种不同程度镉污染土壤钝化效果”等，在一定程度上弥补教学滞后于行业现行技术的问题［7］。学生在获得一定的理论知识学习后，在教师的引导下查阅文献和设计实验等，在这个过程中学生进行自主学习和深度思考，从而在实验过程中产生丰富的联想，激发并调动起更多的创新意识和热情。

二、实践教学改革

（一）完善校内实验设置，提升实践教学效果

在实践教学中，教师引领学生围绕土壤基本分类与理化性质、土壤元素与环境质量、土壤污染与修复等三大知识体系，将校内实验课程内容分为基础型、综合型和创新型三类实验。基础型实验主要是验证已有的土壤原理/事实，侧重于对基本实验技能的掌握；综合型实验着重培养学生发现、分析、解决问题的能力，将所学的环境土壤学知识融会贯通；创新型实验则是在实验内容的设计上，增加了能反映环境土壤学实验真实问题的实践环节，从而回答一些未知的环境问题［8］。例如，将土壤样品的采集与制备、土壤剖面观测及粒径测定与质地分析设置为基础型实验，将土壤含水率、比重、容重、孔隙度、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾测定，土壤pH值、总盐、土壤盐分中阴离子和阳离子的含量测定分别整合成一个综合型实验；针对“土壤重金属超标不一定造成水稻超标”这一问题，让学生根据所学知识来设置实验，尝试回答现实问题并设置为创新型实验。在实验中，可以根据不同土壤类型/层次让学生分组同时进行，分析不同类型/层次土壤的理化性质，并对实验结果进行比较分析，进一步开阔学生的思维，培养了学生的专业意识。此外，受限于教学资源、经费和课时等问题，许多实验的开展可能会受限，达不到良好效果，教师可以借助网络教学的优势，构建虚拟仿真实验平台［9］。

（二）拓展校外实践基地，提高服务社会的实践能力

针对“环境土壤学”课程教学内容滞后于企业人才实际需求，学生掌握的专业技能与企业生产所需脱节等问题，为提高学生在就业竞争中的优势，满足新时代国家建设对新工科背景下专业人才的需求，高校及教师需同相关企业联系、商讨，搭建校企合作平台（见表1），将实训基地部署到企业的实际生产之中，促进对学生环境土壤学领域专业知识的应用培训，提高实践教学的成效［10］。首先，高校与企业加强实践教师队伍的建设，可由高校教师和企业工程师共同组成实践教学“双导师”队伍，并根据实践教学需要和行业发展不断更新教师团队；其次，教师可以依托科研项目联合校外企业，通过建立污染土壤修复基地来拓展实践平台，以科研项目为研究性学习契机，以研究成果为课堂教学素材，以修复基地为土壤环境认知实习平台，将教学延伸至现场，做到科教融合，更有效地达到教学相长的目的；最后，教师还可以鼓励部分基础较好的学生借助学科竞赛、大学生创新创业项目及参与教师科研课题的途径，利用个人资源联合校友企业来开展实践训练［11］。此外，在产教深度融合过程中，课程内容设置方面也可兼顾实践应用的问题，推动课堂教学的改革，实现专业知识学习与实践技能训练并重，极大地激发学生的学习兴趣和自主钻研能力。

考虑到环境土壤基础理论认知和修复工程实践需要，可以考虑建设或与相关机构合建环境土壤实践基地。例如，笔者所在团队依托韶关全国土壤污染综合防治先行区建设，与广东省环境科学研究院等单位在韶关大宝山下游建成土壤修复野外教学实践基地，共占地53亩，承担“环境土壤学”课程中土壤调查、重金属修复、实时环境监测等野外教学实践以及本科生的毕业论文实验，依托实践基地将教学—科研—应用深度融合，有效激发学生的创新精神和工程实践能力。

三、教学效果评价改革

新工科强调培养工程实践能力强、创新能力强和具备国际竞争力的高素质复合型人才，这就需要在课程考核中更加突出综合能力的考核与评价，引导提高学生独立思考、综合分析和解决实际问题能力培养的课程教学改革方向［11］。

在理论教学中，降低课程期末成绩的占比，提高平时成绩的占比，同时注重平时过程考查的多元化，包括课堂讨论、课程作业、PPT汇报及知识竞答加分等多种考查方式。在期末考核中，应突出考查学生对知识的掌握程度、知识的迁移能力、独立获取知识能力、分析问题和解决问题的能力，而不是单纯地考查理论知识的记忆。

在实践教学中，注重考查学生的实验预习情况、独立操作实验的能力、数据结果的分析能力、思考问题的深度和广度以及分析和解决问题的能力等。同时，在校外实践中，考查学生任务的完成度、沟通协调能力、组织管理能力、积极性以及企业导师的评价等方面。通过建立多机制、多方位的评价考核指标，以“评”促“教”，保障教学更加顺利和有效地进行。

结语

基于新工科背景下，在充分了解行业发展的基础上，构建激发学生学习热情、主动性和创新精神的“环境土壤学”课程教学体系，使教学内容更具灵活性和前沿性，教学方式更具多样化和趣味化，切实提升专业实践教学质量，以适应新工科人才工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的培养要求。通过多种教学方式和考核方式，培养学生知识、能力、素质三维发展，使其具备新工科要求的工程素养和创新能力，适应行业发展的实际需求。

参考文献

［1］周玮，龙明忠，苏春花，等.新工科背景下“环境土壤学”教学改革与实践［J］.教育教学论坛，2021（5）：65-68.