基于FIP模式的“环境土壤学”教改实践

［摘 要］ 针对新时代环境科学专业本科生专业型、国际化人才培养的需求，对“环境土壤学”课程教学进行改革，并基于“三位一体”课程体系提出FIP教学模式：F为frontier，意为紧追学术前沿，将科研工作与教学融合；I为international，意为国际化教学，拓宽学生学术视野；P为practice，意为课外研习实践，引导学生自主实施研究性学习项目。以FIP模式为指导，建立了融基础内容与学科研究前沿知识为一体的“环境土壤学”课程教学体系。上述教改思路提高了学生学习的主动性与科研实践能力，促进了高素质土壤修复人才的培养，并建立了“环境土壤学”精品课程及卓越的教学团队，学生对本次教学改革的总体满意程度为100%，为开设类似课程的高校提供了参考。

［关键词］ 环境土壤学；“三位一体”课程体系；FIP教学模式

［基金项目］ 2018年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程项目“环境土壤学在线开放课程”（粤教高函〔2018〕179号）；2015年度广东省高等教育教学研究和改革项目“‘环境土壤学’教学改革”（粤教高函〔2015〕173号）；2015年度广东省高等学校教学团队建设项目“环境土壤学课程教学团队”（粤教高函〔2015〕133号）

［作者简介］ 金 超（1985—），男，黑龙江伊春人，博士，中山大学环境科学与工程学院副教授，主要从事土壤—地下水环境中胶体迁移行为及机理的研究；王诗忠（1980—），男，海南澄迈人，博士，中山大学环境科学与工程学院教授（通信作者），主要从事土壤污染修复研究。

［中图分类号］ G420 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）40-0005-06 ［收稿日期］ 2023-09-01

环境土壤学是土壤学交叉融合环境科学等学科产生的综合性学科，明确了环境土壤学是环境科学的关键构成部分，也是现代土壤学的主要内容和标志。环境土壤学是以人类与土壤环境这一对特殊矛盾体作为研究对象，探究自然因素和人类活动引起土壤环境质量变化及其调控机制的一门科学。环境土壤学的概念最早提出于20世纪80年代中期，于80年代末期作为农业环境保护专业课程在全国8所重点农业大学开设，2004年被教育部高等学校环境科学类专业教学指导分委员会指定为环境科学专业的专业必修课。

“环境土壤学”是中山大学环境科学专业本科生必修课程之一，总学时为54，3学分。课程自1992年始开设，于1996年被列为中山大学重点建设课程，1999年获评中山大学优秀重点课程，2006年获评中山大学精品课程，2010年被列为广东省高校精品课程培育对象。根据学科的发展特点和院系课程设置，在对国内外相关教材消化吸收的基础上，课程教学团队自建了一套课程内容体系和教学体系，除了理论课程（54学时）外，还配套实验课程（“环境土壤学实验”36学时）及野外认知实习课程（“土壤环境野外认知实习”28学时）。“环境土壤学”课程在历年的教学效果问卷调查中均得到学生的极高评价，多次在教学效果调查中名列全校第一，是中山大学环境科学系最受学生欢迎的课程。

随着环境土壤学内容的更新和学生对该课程要求的提高，以及当前环保行业对土壤修复专业人才需求的快速增长，亟须对“环境土壤学”教学资源、课程内容、教学方式和人才视野培养等方面进行一系列改革，以适应高等院校教育改革和推进素质教育的要求，最终为我国土壤污染修复行业输送更具有创新性、实践性的专业人才。

一、当前“环境土壤学”课程教学存在的主要问题

（一）理论学习与应用需求结合不足

当前土壤污染治理已成为我国的重大国家需求。2014年4月发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，全国土壤总的污染超标率为16.1%，耕地土壤点位超标率为19.4%。近年因土壤重金属污染而导致的人体健康及食品安全事件频发，促使国家层面的相关政策陆续出台，如2013年国务院办公厅发布《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》，2016年国务院发布《土壤污染防治行动计划》（“土十条”）。传统的“环境土壤学”课程主要围绕土壤发生学及分类系统、土壤环境组成化学、土壤环境过程化学等理论知识进行讲授，而对当前备受媒体、公众关注的土壤污染及修复治理技术相关知识的传授有限，未能将土壤学的基本理论与土壤污染机理、修复机制有效对接，不利于学生对课堂理论知识的消化并定向应用于解决土壤污染修复的实际工程应用问题［1］。因此，亟须对“环境土壤学”课程知识结构体系进行调整，以满足未来较长一段时间内土壤修复行业对相关专业人才的需求［2］。

（二）教学资源储备不足

传统“环境土壤学”课程教学过程中主要以教材为知识传输的载体，依赖于教材中既定的知识框架进行教学。中山大学在“环境土壤学”课程教学过程中，除使用自编讲义之外，同时参考胡宏祥等主编的2013年版《环境土壤学》、吴启堂2011年版《环境土壤学》及陈怀满2010年版《环境土壤学》（第二版）等主流教材。然而，即便相关教材在不断更新，在当前土壤学、土壤污染修复领域资讯发展迅猛且相关修复工程技术知识更新日新月异的形势下，传统教材知识与现实应用结合难的问题仍旧凸显［3-4］。在我校教学过程中，已有意识地将土壤学领域最新文献资料、案例作为自编讲义及参考教材的补充，但在系统化方面仍存在不足。因此，亟须通过多种途径对教学资源进行整合，以应对当前“环境土壤学”的教学新要求及人才培养新需求。

（三）教学方式需进一步改进

传统的“环境土壤学”课程侧重于灌输式课堂教学，学生接受知识的积极性及有效性不足［5］。我校在该课程的教学中，已初步对教学形式进行调整，在教师通过板书结合PPT讲授理论知识的基础上，增加了学生分组进行专题讨论的环节，并补充课程论文作为考核的方式之一，促使学生积极主动消化、总结课程内容，但仍无法完全满足当前学生应较好掌握特定专业知识的需求。因此，亟须针对教学环节调整环境土壤学相关知识的传输方式，以进一步提升学生的专业水准，并具备可与国际接轨的学术视野［6-7］。

综上所述，针对当前不足，需针对性进行“环境土壤学”教学改革。针对新型人才培养的需要，结合当前国家对土壤环境保护及土壤污染修复的需求，通过教学资源储备、教学内容及方式调整等环节，进行“环境土壤学”教学改革实践。先进的教学改革理念有助于我校“环境土壤学”课程的教学改革实践，也可为环境科学专业其他专业基础课程的教学改革提供参考。

二、课程体系完善及教学改革思路

我校“环境土壤学”课程自1992年开设至今已有三十多年的历史。为确保课程历久弥新，满足新时代环境人对土壤污染修复知识的需求，在已有的“环境土壤学”理论课（1992年至今）、“环境土壤野外认知实习”认知实习课（1992年至今）的基础上，开设了“环境土壤学实验”实验课（2013年至今），构建了国内高校环境专业唯一的环境土壤学理论—实验—认知实习“三位一体”课程体系，将理论学习与知识应用紧密联系。在完善课程体系基础上，教学团队教研融合，创新提出独具特色的FIP教学模式：F为frontier，意为紧追学术前沿，将科研工作与教学融合；I为international，意为国际化教学（外教授课、本科生国际联合培养等），拓宽学生学术视野；P为practice，意为课外研习实践，引导学生自主实施研究性学习项目（见图1）。以FIP教学模式为指导，对“环境土壤学”教学资源、教学内容、教学方法等进行改革实践，使学生在知识层面上熟知土壤的成分、结构、性质、功能对污染物环境行为的调控作用（科学层面），以及在土壤污染修复工程中的应用（工程层面）；在专业能力方面，拓展学生的自我思考、自我学习能力，开阔学生专业视野，培养其独立思考能力，使其具备独立承担土壤环境污染问题分析、土壤污染修复方案设计任务的能力；在情感态度与价值观层面上，使学生从微观、机理层面对土壤功能有深刻感受，让学生了解土壤、认识土壤、喜爱土壤，引导学生更加关注土壤环境和土壤污染问题。

三、基于FIP模式的“环境土壤学”教学改革措施及实践

（一）更新教学资源，紧跟学科发展前沿

1.结合环境土壤学领域研究前沿，完善自编讲义并出版教材。当前主流《环境土壤学》教材除了土壤学的基本知识外，主要内容还包括土壤环境背景值与容量、土壤环境的污染与净化、土壤资源利用及保护、土壤生态优化原理与技术、土壤质量调查研究与评价等。但由于现代科学技术迭代速度快，土壤环境问题发展趋势不断变化，主流教材中的部分知识点已无法满足现代环境科学专业的需要，学生也有学习更多前沿知识的迫切要求。因此，课程改革需从教学内容优化开始，围绕土壤环境污染修复工程技术原理、方法及案例介绍，重新组织自编讲义并出版教材，充分体现知识的时代性和内容的新颖性。

2.构建并完善“环境土壤学”课程教学资源库。当前资讯获取途径众多，信息载体也不尽相同，除了传统的“环境土壤学”参考书籍之外，更有来自Nature、Science、PNAS、Environmental Science and Technology、Environmental Pollution、Geoderma等优秀期刊的文献资源，来自Discovery、National Geographic、BBC等媒体的纪录片资源，以及来自联合国环境署（UNEP）、美国环保署（USEPA）等机构的统计数据资源等。因此，通过上述资料来源构建“环境土壤学”课程教学资源库，并在获得知识产权授权的前提下，以专题网站的形式向学生开放，作为传统参考书籍的有效补充。本课程还构建了同课程体系慕课配合线下教学的开展。此外，利用课外时间指导学生查阅和使用图书馆和网络资源的相关中英文专业文献，也可提高学生的自主学习兴趣。

（二）注重因材施教，合理组织教学内容

1.理论教学详略得当。环境土壤学以土壤与周边环境之间的物质能量交换为重点，研究人类活动对土壤造成的环境危害及其解决方式。因此，熟练掌握土壤学的基本知识对理解污染物在土壤中的迁移转化过程尤为重要。传统“环境土壤学”教材中的土壤学知识偏向环境方面，对传统土壤学知识讲解较少，导致从未接触过土壤学知识的环境科学专业学生在学习完后对土壤学基础知识的理解深度仍不够，而在环境科学专业的课程体系中，又会有专门讲述化学、生态学及微生物学方面知识的课程，课程内容存在重复的现象。因此，需将课程教学重点放在土壤学的基础知识及与土壤密切结合的环境知识上，此部分分配约三分之一的课时，并压缩土壤有机物和重金属污染物迁移转化等“环境化学”或其他课程中重复出现的内容。此外，将传统“环境土壤学”中未涵盖的知识点，如土壤环境背景值、土壤中物质循环（碳、氮、硫、磷等）及能量变化（土壤退化）等作为本课程着重讲述的内容，并将以上土壤学背景知识与污染土壤修复联系起来作为重点讲解，突出“环境土壤学”在环境科学课程体系中的特色（如图2）。

2.完善实验课程设计，增加开放性和研究性实验及验证实践。目前“环境土壤学”配套实验主要以实验指导书为主进行验证性实验。根据环境科学专业培养目标的要求，对实验课程内容、教学方式和考核机制进行全面充分整合，丰富实验课程类型，如可将实验课程分为课程基础性实验（第一类），课程综合性、设计性实验（第二类），专业研究性实验（第三类）。其中第二、三类实验的开展有利于培养学生综合能力，应用所学环境土壤学知识发现、分析并解决土壤环境污染问题，充分激发学生学习的主动性，并培养其科学研究能力。具体而言，需结合区域土壤污染情况，针对酸化对土壤理化性质的影响、农田土壤中农药及杀虫剂残留检测、植物吸收污染物模型模拟及验证、土壤污染物对植物抗氧化系统的影响、污染土壤修复试验等，由教师在课程初始阶段提供实验选题，要求学生在课程开展期间查阅文献资料，独立思考，自主提出实验方案并完成课题报告，在此期间教师跟踪实验课题情况，保证学习成效。

（三）改革教学方法，发挥学生主观能动性

1.激发学生的学习兴趣，引起学生对课程的重视。首先，重视绪论的讲解，对课程进行较好地引入，通过讲解土壤中营养元素及污染物质与大气及水体的关系、土壤污染对生态健康的影响等典型例子，强调本课程在学科领域中的地位，并阐明本课程的发展方向及对社会进步的作用，提高学生对课程的重视和兴趣。其次，在讲解环境土壤学相关知识点的同时，以其为基础，串联起“环境化学”“环境微生物学”“生态学”等环境学科其他课程，既承接前序课程所学知识点，又引导学生继续深入学习，从而提升教学效果。