“双碳”视域下的“环境土壤学”教学改革

［摘 要］ “双碳”目标自提出以来，就受到党和国家的高度重视，是加快我国生态文明建设和实现高质量发展的重要抓手。土壤是自然环境中碳捕集和封存的理想场所，然而目前环境专业的实践教学偏重土壤污染物的环境行为及其修复去除，对土壤固碳相关内容涉及较少。环境土壤学是涉及地学、化学、微生物学、环境工程的一门交叉学科，知识点零散，一些学生难以在知识点之间建立逻辑联系，并形成对课程的连贯理解。此外，“双碳”政策的出台意味着环境土壤学的前沿方向变化跨度大，对学生的自主学习和创新探索能力提出了更高的要求。基于以上问题，重塑教学内容，利用知识网络构建法和项目式学习法（project-based learning， PBL）改革教学过程，以期提高学生的自主探索和创新能力，培养顺应“双碳”时代的创新型人才。

［关键词］ 环境土壤学；教学改革；“双碳”；知识网络法；PBL

［基金项目］ 2021年度重庆大学教学改革研究项目“‘新工科’和‘十四五’背景下，基于PBL理念的‘环境土壤学’课程体系重构”（2021Y39）

［作者简介］ 李芸邑（1990—），女，四川广安人，博士，重庆大学环境与生态学院副教授，博士生导师，主要从事环境土壤学研究；梁嘉良（1990—），男，黑龙江鹤岗人，博士，重庆大学环境与生态学院副教授（通信作者），博士生导师，主要从事环境化学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）43-0009-04 ［收稿日期］ 2023-09-06

一、“双碳”政策解读

2020年，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，指出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”［1］。2021年10月，国务院发布了《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，提出“碳达峰十大行动”［2］，分阶段、分步骤地降低我国二氧化碳排放量，力争在2060年前实现全国二氧化碳净零排放。在国家战略层面，党的十八大将“五位一体”总体布局中的生态文明建设作为重中之重，提出节约资源和保护环境的基本国策，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，强调绿色是永续发展的必要条件。党的十九届五中全会进一步提出，要“尊重自然、顺应自然、保护自然”，坚定不移地把生态保护放在首位，大力实施绿色低碳发展，积极倡导节能减排的生活方式。党的二十大报告提出，必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念［3］。综上，“双碳”政策受到党和国家的高度重视，必然会对社会经济的各个层面产生深远影响。高校是人才培育的重要基地，如何在“双碳”背景下做好教学改革工作是摆在每一位高校教师面前的必答题。

二、“双碳”政策对“环境土壤学”教学提出了新要求

为了实现“双碳”目标，碳排放的降低和碳汇能力的提高是关键。土壤是全球最大的碳汇，根据估算［4］，土壤有机碳含量约为1 450 Pg C，占全球陆地总碳库的三分之二以上；土壤生态系统的碳循环作用在全球碳平衡体系中处于决定性地位。土壤是碳捕集和封存的理想场所之一，我国土壤固碳潜力超400亿吨［5］。环境土壤学是一门新兴学科，以环境科学与工程类的土壤学课程为基础，以关注人类活动导致的环境质量变化为主线，深入探索这种变化对人民生命健康、社会经济发展、生态系统稳定的影响。传统的“环境土壤学”教学逻辑以传统土壤学为学科依归，同时偏重土壤污染物行为及修复去除。在“双碳”目标发展背景之下，一方面，减排压力导致工业企业场地污染减少，土壤修复市场逐渐萎缩；另一方面，碳增蓄的需求致使土壤碳汇市场亟待开发，“环境土壤学”教学重心的偏移成为必然。

此外，由于其地学渊源，“环境土壤学”教学内容常以链接地学基础知识的形式出现，导致一些以建筑工程、化学、微生物学为基础的环境工程专业学生在理解部分课程内容时较为困难，很容易掌握单个知识点，但难以建立知识点之间的逻辑联系，导致形成知识体系的断点，无法构建有效的知识网络。同时，传统工科的思维方式和解决问题的方式不利于探索与创新未知问题。遇事翻指南、查规范、不究原理，固然能快速处理已知问题，但对于培养主动适应社会、行业发展的创新型人才并无益处。另外，“双碳”政策的出台意味着环境土壤学前沿方向变化跨度较大，对学生的自主探索和创新能力提出了更高的需求。

三、“双碳”视域下的教学改革方向

基于目前“环境土壤学”教学存在的问题，为了提升“环境土壤学”教学对于“双碳”目标的支撑，本研究提出如下课程改革方向：重塑教学内容，在增加土壤固碳相关内容的同时，引入前沿固碳技术；利用知识网络构建法和项目式学习法（project-based learning， PBL）改革教学过程（见图1）。

（一）重塑教学内容

2022年4月，教育部印发的《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》明确提出，高等教育须服务国家碳达峰碳中和目标和专业人才培养的需求［6］，这为环境土壤学专业课程教学改革指明了方向。土壤碳汇本就是“碳达峰十大行动”中“碳汇能力巩固提升行动”的重要环节，教学重心须向土壤碳汇迁移，培养能够进行土壤碳捕集、利用与封存的相关人才。此外，由于政策导向，“双碳”相关技术日新月异。因此，在“环境土壤学”“双碳”内容教学中可充分考虑行业前沿技术。例如，在讲授土壤碳减排时，可引入机器学习对全国土壤碳储量的分析以及大数据和AI技术助力水稻田碳减排的实践，鼓励学生加入科技强国建设。在讲授土壤结构与生态功能时，也可引入新的研究成果——大团聚体的形成有助于土壤固碳［7］，将“双碳”贯穿课程始终。

（二）知识网络构建

根据完善后的教学内容，确定课程知识点中的重点和难点，在讲解知识框架的基础上，设计案例库以及与案例相关的问题集，通过“剥洋葱”式的提问，引导学生自主提取相关知识，链接化学/微生物学基础［8］。例如，在对土壤重金属形态的教学过程中，必然涉及顺序提取法区分土壤重金属形态，此时可设计相关问题鉴别Cd-胡敏素、Cd-柠檬酸、CdS和CdSO4四种重金属结合物质是否属于有机结合态，既能链接化学基础知识，又能有效区分重金属操作形态和理论形态的概念，加强学生对工程应用与理论研究区别的认知。此外，在进行与地学相关知识点的教学时，须要在教学过程中补充建立地学背景知识与化学微生物学的联系，通过“地学—化学/微生物学—环境土壤学”二次链接的方式进行理解。同时，可引导学生绘制链接环境土壤学与化学/微生物学基础知识的思维导图，形成环境土壤学知识网络，加强学生对核心概念的理解，提升学生分析问题和综合运用知识的能力。

（三）PBL项目库的构建

从土壤资源的重要性和国家政策导向出发，确定国家在土壤环境方面的需求，遵循重大科学问题导向，基于PBL教学理念，建设与“双碳”主题相关的项目库，包括与农业碳减排相关的“一粒米的碳足迹”“农膜在农业生活中的作用及其减排”“土壤改良技术对化肥和农药的减排作用”等，与碳汇能力巩固提升行动相关的“全球气候变暖对土壤性能的影响”“东北三江平原黑土地保护”“土壤表层有机碳储量提升”“土壤微生物与固氮”“喀斯特地区土壤改良”等，与传统环境土壤学相关的案例库，包括“土壤抗生素种类来源及危害”“土壤微塑料污染及防治”“土壤盐碱化/酸化的防与治”“镉污染农田土壤改善及修复”“新兴污染物在土壤环境中的行为”等。通过提出问题、规划方案、解决问题、评价反思等环节，引导学生利用大数据获取环境土壤学热点，调查行业发展前沿和重大科学问题研究进展，结合国家重大需求，真正地将知识学以致用，锻炼学生的自主探索与创新能力，培养基础扎实、思维缜密、探索创新的面向未来的工程人才［9］。

结语

“双碳”目标是我国的重大战略决策，必然会对社会经济的各个层面产生深远影响，而降低碳排放和提高碳汇能力是实现这一目标的关键。土壤是全球最大的碳汇，其碳捕集和封存具有巨大潜力。在“双碳”目标发展背景之下，减排压力导致土壤修复市场逐渐萎缩，同时，碳封存的需求致使土壤碳汇市场亟待开发，“环境土壤学”教学重心的偏移成为必然。与此同时，日新月异的技术进步对环境工程专业学生提出了更高的挑战。因此，本研究提出通过将教学重点向土壤碳汇转移的方式重塑教学内容，补充建立地学、化学、微生物学基础知识与环境土壤学知识的联系，以帮助学生构建知识网络；通过PBL项目库构建法，即提出问题、规划方案、解决问题、评价反思等，培养学生的自主探索和创新能力，为国家和社会输送主动适应环境及社会的专业人才。

参考文献

［1］习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话［N］.人民日报，2020-09-23（1）.

［2］国务院.关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知：国发〔2021〕23号［A/OL］.（2021-10-24）［2023-08-12］.https：//www.gov.cn/gongbao/content/2021/content_5649731.htm.

［3］高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗：在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告［EB/OL］.（2022-10-25）［2023-08-12］.https：//www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm.

［4］SCHARLEMANN J P， TANNER E V， HIEDERER R， et al. Global soil carbon understanding and managing the largest terrestrial carbon pool［J］. Carbon Management， 2014，5（1）：81-91.

［5］郑聚锋，程琨，潘根兴，等.关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题［J］.科学通报，2011，56（26）：2162-2173.

［6］教育部.关于印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》的通知：教高函〔2022〕3号［A/OL］.（2022-04-24）［2023-08-12］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202205/t20220506_625229.html.

［7］WANG Y， WU P， QIAO Y， et al. The potential for soil C sequestration and N fixation under different planting patterns depends on the carbon and nitrogen content and stability of soil aggregates［J］. Science of the Total Environment， 2023（897）：165430.

［8］王慧，朱健，李科林.新工科背景下浅析PBL教学法在《土壤污染与防治》课程中的应用［J］.冶金管理，2021（13）：187-188.

［9］曹晶潇，陆素芬，齐国翠.应用型人才培养模式下浅析PBL教学法在环境生态学课程中的应用［J］.科技视界，2022（2）：17-19.

Teaching Reform of Environmental Pedology from the Perspective of “Double Carbon”