土壤学互融互补混合式智慧教学模式改革成效

蒲玉琳 袁大刚 余海英 张锡洲 李冰

摘  要：土壤學是理论系统性高和应用实践性强的重要专业基础课。探索基于网络信息技术的土壤学线上线下混合式教学的新型模式，对于全面推进新时代一流专业建设及一流专业人才培养至关重要。综合应用文献查阅法、问卷调查法和经验总结法，以优化教学内容和变革教学策略为途径，构建土壤学“互融互补混合式智慧教学模式”。这一新型教学模式包含“思政元素、专业应用、学科前沿、行业发展”的四元融合知识体系、“课前-课中-课后”三环渐进混合式智慧教学方式、“一、二课堂互补，现实虚拟互补”的二维互补实践创新能力培养体系。模式实施以来有力地提升土壤学“一流课程”“思政示范课”建设质效，以及富有“三农”情怀、能“识土-辨土-用土-改土”的新农科复合型高级人才质量，为其他传统专业课改革提供借鉴。

关键词：混合式智慧教学模式；四元融合知识体系；三环渐进教学方式；一、二课堂互补；现实虚拟互补

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）11-0116-05

Abstract： Soil Science is an important professional basic course with highly systematic theory， and strongly practical application. Exploring new mode of online and offline bended teaching of Soil Science based on network information technology is very important to comprehensively promote first-class specialty construction and professional talent cultivation in scientific utilization and protection of agricultural resources. Take optimizing teaching content and changing teaching strategy as the way， this paper constructed the online and offline blended smart teaching mode of Soil Science by comprehensively applying methods of literature review， questionnaire survey and experience summary. This new teaching mode of Soil Science included a knowledge system by integrating four elements of ideological elements， professional application， academic foreland and industrial development， a blended smart instruction approach with three-ring progressive structure of "pre-class--in-class--after-class"， and a training system of practical innovation ability based on two-dimensional complementarity of second classrooms complementing first classrooms， and the virtual simulation experiment complementing reality practical training. Since the implementation of this model， the quality and effectiveness of "first-class courses" and "ideological and political demonstration courses" in Soil Science have been promoted greatly. Furthermore， the model powerfully improved the quality of new agricultural and compound senior talents who own the feelings of "agriculture， rural areas and farmers" and ability of "recognize soil-identify soil-use soil-improve soil"， and provide reference for the reform of other traditional professional courses.

Keywords： blended smart instruction model; knowledge system of four element integration; teaching method of three-ring progressive structure; second classrooms complementing first classrooms; virtual simulation experiment complementing reality practical training

新时代中国特色社会主义思想要求推进高等教育内涵发展，尤其是加快推进作为人才培养核心要素的课程建设。落实课程建设的总体目标在于全面开展一流本科课程建设，围绕专业人才培养目标，实现课程的“两性一度”（高阶性、创新性、挑战度）。土壤学具有涉及面广、应用性强、发展迅速等特点[1]，对学生的价值塑造、科研素养培养与实践创新能力提升具有极大的促进作用。推进土壤学教学模式改革，对全面推进新时代一流专业建设和“知识深广、能力突出、素质全面和融合成才”的一流人才培养至关重要。

自2000年以来，国内许多院校围绕传统土壤学的课程内容、教学方法、实践训练等环节进行了改革，在课程思政育人、探究式教学法、虚拟仿真实验方面取得了一些成效[2-5]。自2020年新冠感染疫情爆发以来，土壤学基于网络信息技术的线上线下混合式教学已成为常态化教学模式[6-8]。然而，如何以满足新时代国家战略、社会用人和学生成才需求为导向，以课程教学问题为目标，以优化课程教学内容和变革教学策略为途径，完善线上线下混合式教学模式，形成“课程优、学生忙、效果实”的特色线上线下混合式教学模式还有待探索。基于此，四川农业大学土壤学课程组在探索课程教学改革的实践中，形成的集“思政元素、专业应用、学科前沿、行业发展”四元融合知识体系、“课前-课中-课后”三环渐进混合式智慧教学方式、现实虚拟互补及一、二课堂互补创新能力培养体系于一体的互融互补混合式智慧教学模式（图1），在全面筑牢学生价值取向、夯实理论基础、提升专业技能、培养创新能力中发挥了积极作用，为后续土壤改良学等专业课程学习打下坚实基础，也可为其他课程的传统教学改革提供借鉴。

一  新农科背景下传统土壤学教学存在的问题

（一）  思政元素偏少，立德树人要求突显度不高

新时代高等教育的教师不仅是知识、思想与真理的传播者，更肩负着践行“立德树人”的责任担当。在“课程思政”概念被正式提出之前，我国高等教育普遍存在专业教育和思政教育的“两张皮”问题，忽视了专业教育和思政教育的有机融合。随着中国特色社会主义现代化建设对土壤质量与健康提升、生态保护与恢复等领域专业人才的急切需求，如何寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，使掌握专业技能的青年学生怀着“大国三农”的情怀主動投身到我国农业农村现代化和乡村振兴的建设事业中去，将极大地依赖于思政教育在专业课程教学中发挥的协同效应。然而，传统的土壤学教学未充分挖掘并传授土壤组成与性质等知识点蕴含的思想价值和精神内涵，导致学生对专业前景的感知不够，对立足专业谋发展的信心不足。

（二）  课程内涵狭窄，与国家战略及行业发展需求的锲合度不高

新农科背景下，社会对协调土壤资源利用与环境安全的“识土、用土、改土和护土”卓越人才的需求增多。然而，土壤学教学受教材更新不及时与教学课时少的双重限制，加之缺少基于现代信息技术和互联网媒体平台的课程资源如中国大学MOOC（慕课），线下课堂只能注重传授基础理论知识和培养基本实验分析技能，教师无法利用极为有限的课堂时间融入前瞻性较强的国内外热点问题与行业发展动态，如土壤有机碳固存与“双碳”战略等。因此，传统土壤学课程内涵狭窄，前沿性、应用性与国家新战略、行业新发展的锲合度不高。

（三）  教学方式单一，与信息技术支持下智慧教学的融合度不高

传统土壤学的讲授式教学[9]属于替代性教学策略[10]，教学受时空限制，授课方式只能局限于以教师讲授为主的“满堂灌”式教学，讲授式教学无法有效激发学生学习的积极性和主动性。同时，在教学班的学生人数较多，以及没有中国大学MOOC等智慧教学平台的支撑下，教师批改作业的工作量大，难于全面保证学生利用碎片化时间进行课程巩固与知识拓展。基于信息技术的线上线下混合式教学模式应运而生并成为高等院校的常态化教学模式。但是，当前的混合式教学模式还处于完善阶段，笔者所在学校的土壤学基于自建MOOC资源的混合式教学模式，同样面临采用何种形式的生成性教学策略[11]提升课堂教学效果，集中表现为如何将互联网、智能化教学系统和各类教育教学APP有机融入多元互动[12]的智慧教学课堂。故而，传统土壤学教学模式的教学方式及考核方法单一，与智慧教学的融合度不高。

（四）  实训教学形式单调，与多样化实践创新能力培养的匹配度不高

传统实训教学只有课程实验与野外实习两个环节，然而这两个环节的教学时间非常有限，且仅有部分专业开设实习课。2018年以前，第二课堂还未被全国高校普遍推行，大部分专业的土壤学课程实训教学仅以实验课堂为主，这只能保证学生掌握土壤基本理化性质的监测技能，难以提升学生在土壤改良利用与生态环境恢复等方面的实践创新能力。可见，如何立足国家战略和社会需求，从通过实习实训形式和促进加强学生从知识型向能力型转变，也是土壤学传统教学改革面临的重要内容。

二  土壤学互融互补混合式智慧教学模式的实施途径

（一）  拓展课程内涵，重构四元融合知识体系

“四元融合”知识体系是将思政元素与专业应用、学科前沿、行业发展有机融入到土壤学各章节知识点（图2）。

图2  “四元融合”土壤学课程知识体系

课程思政方面，团队教师分工协作，挖掘与主要土壤知识点紧密结合的各类思政主题，按“一例一表”的方式经个人汇编、集体审阅后动态补充至学校教务系统的课程思政元素库。思政案例涵盖胸育情怀、道德法制、科学精神等主题。课程教学中适时借助实训课堂教学、MOOC与慕课堂智慧教学（简称慕课堂）平台等形式进行思政教育。专业应用方面，根据授课专业差异，遵循目标导向教育[13]原则，将土壤学知识与后续专业核心课、专业方向课的知识点有机结合，让学生提前了解土壤学在专业理论与实践创新中的应用情况。学科前沿与行业动态方面，一是由教师采用多元化教学方式介绍土壤固碳与气候变化、土壤管理与元素循环、土壤培肥改良工程与技术等的科学研究前沿和行业企业动态，二是通过开设“资环大讲堂”，邀请国内外专家学者、优秀校友（如企业技术总工、农业部门教授级高级农艺师）等介绍土壤污染生态修复、作物施肥与农业面源污染治理、种养废弃物处理等前沿性新理论、新方法与新技术，引导学生重视土壤学知识在国计民生中的重要地位。

（二）  改革教学方法，创新三环渐进混合式智慧教学方式

为培养学生“发现问题、提出问题、分析问题和解决问题”的能力，依托MOOC和慕课堂平台、智慧教室，将教师讲授PPT为主的传统课堂改造为“课前引导式自主学、课中混合智慧教学、课后考核式驱动学”的三环渐进混合式智慧（大）课堂（图3）。课前线上引导式自主学，以教师引导启发，学生预习、自我总结为主。教师借助“慕课堂”提前发布线上学习任务，保证预习质量。课中无论是线上互动答疑教学还是线下多元互动教学，坚持“以生为本”[14-15]原则，教师重点引导学生自主学、协作学，答疑解惑、纵深拓展，激发学习兴趣和热情，提高课堂学习效率和教学质量。多元互动教学的核心思想是综合应用以问题为导向的启发式教学[16]、以案例为基础的探究式教学[17]、讨论式教学[18]、翻转课堂式教学[19]辅以传统的讲授式教学[9]，教师对课程重点、难点、疑点进行深度分析并理论联系实际对知识点的应用加以阐述与拓展，使学生兴趣提起来、思維活起来，最大限度提升课中教学相长的良性循环。课后考核式驱动学，以完成课程训练、巩固拓展为主。学生通过完成线上慕课单元作业与单元测验、讨论题，以及慕课堂练习题与讨论题，教师利用慕课讨论板块、QQ等平台与学生进行互动交流，达到巩固与提升土壤学知识的目的。“三环渐进混合式智慧教学方式”以学生为中心，使教师与学生构成了一个可实时互动的智能化、信息化、个性化教育教学环境，实现了线上与线下智教（智慧教学）混合、主观与客观考核结合、课内与课外教学融通，不仅使学生能随时随地参与学、练、测、评，牢固掌握课程知识，还能充分锻炼学生通过自主学习和拓展学习提升独立思考与解决问题能力、交流协作能力。

（三）  丰富实训形式，构建二维互补实践创新能力培养体系

在实践创新训练方面，通过建立虚拟仿真实验，依托形式多样的第二课堂构建“一、二课堂互补”“虚拟仿真实验互补现实训练实验（简称“虚实互补”）”的二维互补实践创新能力培养体系，提升土壤专业技能与科研创新能力。

“一、二课堂互补”是在第一课堂开展土壤质量监测与评价等实验技能训练、实践应用训练基础上，鼓励学生积极加入与土壤学结合紧密的多样化第二课堂，弥补第一课堂受学时限制无法训练学生实践应用与科研创新能力的不足。专业技能大赛主要是组织学生参加全国与校级“大学生土壤监测技能竞赛”“土壤调查与科学施肥实践技能大赛”等，巩固专业技能，锻炼解决生产实际问题的能力，实现以赛促学、以赛促教。创新创业训练与科学研究课题主要是引导学生积极申报挑战杯、“互联网+”、创青春等各级各类实践训练项目，以及吸纳学生加入专任教师的科研课题和科技服务项目（如全国第三次土壤普查），激发创新创业潜能，促进科教融合、产教融合。学术科技讲座主要依托“资环大讲堂”，邀请土壤科学界的学术大咖和企业技术专家做科学前沿和新型科技讲座，引导学生关注国计民生、感知专业前景。行业公益活动主要是鼓励学生利用与土壤保护相关的公益宣传日如世界土壤日等开展土壤科普宣讲，促进学生成长为土壤保护的践行者和宣传员。

“虚实互补”是在经过实验基本技能训练的基础上，依托开放式虚拟仿真实验教学管理平台的支撑，让学生完成“紫色土野外调查与类型鉴定虚拟仿真实验”，弥补实训课堂受时空壁垒限制无法保证学生系统完整地训练“识土—辨土—用土—改土”专业技能的遗憾。该虚拟仿真实验能保证每位学生通过参与仿真式野外标准土壤剖面选点与挖掘、剖面修整与层次划分方法，掌握土壤剖面性态观测与土壤类型鉴定要点；训练学生根据成土因素，综合分析成土过程和土壤性质，评价土壤质量，设计科学利用改良方案，综合应用实训教学课堂和虚拟训练课堂的土壤野外调查结果撰写报告，进一步提高学生分析解决问题的能力。

三  土壤学互融互补混合式智慧教学模式实施成效

土壤学课程“互融互补混合式智慧教学模式”主要实践应用于笔者所在学校的农业资源与环境、土地资源管理与地理信息科学三个专业，实施五个学期以来土壤学的“教”与“学”效果良好，“一流课程”“思政示范课”建设成效显著。

（一）  课程教学实绩良好

1  课程思政育人见实效

课程改革实践应用中，遵循“不离专业讲思政，渗透思政讲专业”的原则，紧紧围绕德育目标“培养强农兴农的新时代新农人”，将各类思政教育主题有机融入至基础理论与实践教学的课程知识体系。犹如溶盐于水的思政主题一是加强了学生热爱专业的信心，增强了学生“爱土护土”意识并亲身践行，培养了学生懂农业、爱农村、爱农民的“三农”情怀与“家国”情怀；二是弘扬了老一辈土壤科学家的自然情怀和求真务实的科学精神，普及了“藏粮于地、藏粮于技”等国家方针政策和耕地保护法律法规，宣传了“绿水青山就是金山银山”“人与自然和谐共生”的生态文明与绿色发展理念，强化了“实事求是”“对立统一”的辩证唯物主义观点。

2  课程考核成绩提升显著

改革后的课程知识体系以目标为导向、以学生为中心，教学方法以问题为抓手，考核方式以过程为基础，大大激发了学习积极性与主动性，拓展了自主学习时空维度，强化了实践创新能力培养，学生及时通过第一课堂消化、理解课程知识，利用第二课堂巩固、提升课程知识，因而期末课程考核成绩提升明显，如卷面成绩中分值占比约40%的应用型主观题正确率显著提高。同时，继续攻读硕士学位的学生中，土壤学专业的占比约50%，间接体现了课程考核成绩提升显著。

3  科研素质和创新创业能力培养效果明显

课程改革实施以来，约80%学生参加了土壤学研究与应用方面的各级各类科研课题与创新创业项目，如主持校级科研兴趣项目30余项，发表科研论文近10篇，获批国家级、省级和校级创新创业项目20余项，在“挑战杯”“创青春”“互联网+”竞赛中斩获与土壤学相关的金奖、银奖、铜奖5项。同时，从事土壤调查、监测、评价与改良等理论研究与生产应用的企事业单位、高校或科研院所高度赞扬毕业生思想政治素质高、理论知识扎实、动手实践能力强，充分展示课程改革明显提高了学生科研素质和创新创业能力。

（二）  课程建设成效显著

课程改革的实践应用成果有力助推了土壤学在2023年获批国家线上一流课程，2022年获批省级线上一流课程，2021年获批校级一流线上线下混合式课程与课程思政思政示范课。同时，线上慕课资源自2019年11月共享开放至今，已被沈阳农业大学、南京林业大学、中国地质大学（武汉）等30余所高校学生和其他社会学员广泛使用。目前累计选课人数2万余人，尤其在新冠感染疫情期间，发挥了“准替代、实质等效”的教学功能，为“停课不停教，停课不停学”提供了有力保障。可见土壤学线上慕课的共享范围广、社会影响大、示范引领作用强。

（三）  教师教育教学水平增强

土壤学教学团队教师坚持育人育己，改革创新，不仅对土壤与环境方面的专业知识和实践技能有了更深入的理解和把握，而且提升了网络信息技术与现代化教学手段在课堂教学中的应用，如动画制作和视频剪辑加工技术等，教学能力和教学水平不断提高。同时，课程改革实施期间，团队教师全部入选校级“思政示范”建设团队，参编国家级规划教材1部，获省级教书育人名师1人、校级教学成果奖一等奖1项、本科课堂教学质量奖3人次、社会实践优秀指导教师2人次，指导学生获全国农业资源与环境专业大学生实践技能竞赛（2021年首届）特等奖1项、二等奖2项、优秀奖1项。

四  结束语

在“双一流”建设的背景下，通过拓展课程内涵、创新教学方式、丰富实训形式，构建了“互融互补混合式智慧教学模式”，有力地提升了富有“三农”情怀的“识土—辨土—用土—改土”新农科复合型高级人才质量。

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