摘要：為提高自然保護與生態環境類專業學生的土壤農化分析實驗操作技能，培養優秀的土壤農化分析技術人才，從西南大學實際情況出發，對“土壤農化分析”實驗教學進行了改革和探索.主要包括擴展和補充完善理論課程內容、豐富理論課程教學方法、完善實驗考 核 制 度、更新實驗教學手段、進行探索式實驗教學并讓學生參與科研項目.通過這些探索和改革，提高了學生“土壤農化分析”實驗操作技能，培養了學生的創新思維能力，取得了較好的效果，對其他農林類專業教育具有一定的借鑒意義.

　　關 鍵 詞：土壤農化分析;實驗教學;人才培養

　　“土壤農化分析”這門課程是自然保護與環境生態類專業的一門重要的專業基礎課程[1].相比于其他專業課程，該課程具有極強的實踐性.其目標不僅是讓學生掌握土壤農化分析及其相關學科的理論知識，更要培養學生掌握土壤、植株和肥料分析測試的操作技能，為學生其他專業課程的學習和今后從事分析檢測及相關的科學研究工作打下堅實的基礎[2-3].目前，西南大學(本文簡稱“我校”)在農業資源與環境(本文簡稱“農資”)，水土保持與荒漠化防治(本文簡稱“水保”)兩個本科專業中開設該門課程.在前期的教學工作中發現，盡管學生已經完成了《普通化學》《分析化學》《土壤學》等基礎化學課程和專業課程的理論學習和實驗操作鍛煉，但在“土壤農化分析”實驗課程中卻表現出基礎知識和專業知識較為缺乏，實驗操作能力較差等問題.因此，為提高學生的實驗操作技能，有必要對“土壤農化分析”的實驗教學進行改革.

　　1 理論課程的優化

　　1.1 基礎知識的補充

　　在實驗教學中發現大部分學生缺乏化學實驗的基礎知識.集中表現為：1)基本概念不清楚.雖然很多基本概念在大一、大二，甚至初中、高中就已經學過.但由于在實驗操作中的重視程度不夠，學生現在已忘得差不多了.如精密度和準確度的關系，誤差的來源、分類、表達及消除，有效數的意義、計算、修約等;2)對常用的實驗器皿不熟悉.由于學生在以前學習中所接觸的到實驗器皿種類有限，因此有些在土壤分析中常使用的實驗器皿學生并不熟悉.如學生以前可能知道有陶瓷坩堝，卻不知道其實還有鎳坩堝、鉑金坩堝、石英坩堝、聚四氟乙烯坩堝等，當然更不可能知道它們的用途和差別了;3)以前所學知識的誤導.由于土壤分析實驗過程有自身的特點，學生把以往在化學上所學的知識完全照搬過來是不適用，甚 至 是 錯 誤的.如由于土壤分析中常用到黏稠的濃酸或濃堿，學生采用以前的容量瓶搖勻方式很難將溶液混勻.所以， “土壤農化分析”課程中容量瓶的定容原則不僅有室溫定容，還有稀溶液定容原則.又如土壤分析中常用到固液分離技術，而學生只學過一個包含玻棒、濾紙、漏斗、燒杯和鐵架臺的復雜過濾方法，這種方法在“土壤農化分析”中幾乎用不到.學生更沒聽說過濾有傾瀉法、渾濾法和干過濾等方法，也不知除了濾紙直接過濾外，還有減壓抽濾、增壓過濾、離心分析、冷凍干燥等固液分離技術.鑒于以上存在的問題，在“土壤農化分析”理論課中增加了9個學時的基礎知識講解.增加的這章基礎知識包含以下內容：

　　1)誤差和數據表達.包括準確度與精密度的定義和關系、誤差的種類及減免方法、有效數字的意義和修約.2)器皿的分類與洗滌.包括玻璃、陶瓷、金屬、塑料器皿的種類、特點和用途，洗液的種類和配制，器皿的洗滌和干燥.3)精密量器的使用.包括量器的分類，容量瓶、滴定管、移液管3種精密量器的使用原則和注意細節.4)分析天平的使用.包括天平的種類和使用方法.5)分析用水.包括分析用水的水質要求，分析用水的制備方法.6)試劑的分類及保存.包括試劑的種類和特點、試劑的保存原則.7)溶液的配制.包括普通溶液和標準溶液的配制、直接配制和間接配制、標準酸/堿溶液濃度的標定.8)固液分離技術.介紹濾紙過濾、抽慮、離心等固液分離技術.

　　1.2 土壤農化分析知識的擴展

　　1)補充實驗安全內容

　　“土壤農化分析”實驗操作與其他實驗課程的最大不同在于本門課程的大部分實驗無論是所用的實驗試劑、設備還是實驗操作過程都具有較高的危險性.比如采用重鉻酸鉀-外加熱法測定土壤有機質時會用到K2Cr2O7 和濃 H2SO4 這兩種分別含重金屬和具有強腐蝕性的化學試劑.且需要在170 ℃的石蠟浴中加熱，而石蠟浴又存在極大的火災隱患;測定土壤全氮的前處理需要將土樣放在加了催化劑和增溫劑的濃 H2SO4中，在340℃的高溫下沸騰處理近一個小時;土壤全磷鉀的測定過程也會涉及到強腐蝕性的固體 NaOH 的稱取，710 ℃的高溫電爐熔融和沸水轉移等具有危險性的實驗操作步驟.可以看出，“土壤農化分析”的部分實驗項目極具危險性.由于學生的實驗操作不熟練，又對涉危實驗操作有所顧忌，反而增加了實驗安全隱患.因此，為保證實驗的安全順利開展，有必要在理論課中補充有關實驗安全的內容.主要增加了以下內容：實驗安全意識教育、實驗室行為規范、危險實驗操作步驟的注意細節和實驗事故的應急處理辦法.以使學生在具體的實驗操作過程中做到未雨綢繆和膽大心細.

　　2)增加“儀器分析”知識內容

　　由于現代分析技術的發展，“土壤農化分析”所涉及的實驗內容僅采用傳統的化學分析方法是難以完成的，最終準確結果的獲得往往需要借助儀器分析的技術手段.但目前存在的問題是部分專業(如我校水保專業)并沒有開設“儀器分析”這門課程.因此，學生涉及需借助分析儀器進行測定的實驗項目時，在理論知識和儀器操作方面均表現較差，并往往導致整個實驗的最終失敗.如土壤pH 值和電導率的測定需要采用pH 計和電導率儀進行測定，二者分別屬于儀器分析的電位分析法和電導分析法.若在理論課程中僅向學生簡單講述儀器測定方法而不告訴其儀器分析的原理，那么學生在具體的實驗操作中也僅僅是會動手的技術員，而不是在思考的研究者 [4].因此，在對“土壤農化分析”中pH 值和電導率等測定項目的講解時，需較為系統地補充儀器分析中電化學分析這一部分的知識內容.又 如，測 定 土 壤 中 的 K+ 和 Na+ ，Ca2+ 和Mg2+ 需用到火焰光度計和原子吸收分光光度計，因此需向學生補充“儀器分析”中的原子發射光譜分析和原子吸收光譜分析的知識內容.而火焰光度計和原子吸收分光光度計又涉及到使用燃氣和助燃氣體，所以應進一步向學生講解氣體鋼瓶的相關知識.通過補充“儀器分析”課程的相關內容，使學生在理論知識和實踐操作中對“土壤農化分析”的實驗內容有系統性的了解，才能進一步提高本門課程的教學效果.

　　1.3 教學手段的多元化

　　傳統的黑板板書和充滿文字的 PPT 展示教學方式難以吸引學生的注意力，因此容易造成理論學習和實驗操作的脫節[5].所以，要想提高“土壤農化分析”實驗的教學效果，在理論教學中需采用更為生動的教學手段，以便于學生對實驗過程的理解和掌握.相比而言，采用圖片和視頻展示的教學方式更能便于學生理解.理論課堂上，盡量借助圖片和視頻對知識點進行講解.如采用圖片能更直觀地對實驗器材和實驗細節進行描述(圖1a和1b)，借助一些繪圖和動畫制作軟件可以更直觀地對實驗步驟進行展示(圖1c)，播放錄制的實驗操作視頻更能使學生真實地提前感受實驗操作過程(圖1d).這些多元化的教學手段不僅能使學生更好地掌握實驗操作背后的理論知識，也能使學生提前掌握實驗操作的細節問題.

　　2 實驗教學內容改革

　　2.1 完善實驗考核制度

　　由于“土壤農化分析”是一門強調實驗操作技能的課程，因此增加實驗操作部分的成績比例能使學生對實驗課程更加重視.目前，新的教學大綱中本門課程的成績構成為：理論課程成績占40%+實驗課程成績占40%+平時成績占20%，可見實驗課程成績已占有較大的比例.此外，以前實驗課程成績僅基于學生的實驗報告成績進行計算.現在實驗課程的成績由預習報告、回答問題、實驗操作和實驗報告4個部分構成.在實驗前，要求學生對實驗內容預習并撰寫預習報告，以便提前掌握實驗目的、原理和操作步驟.實驗開始時進行提問，以檢查學生的預習效果和引導學生深入思考.實驗過程中要對學生實驗操作的規范性和嚴謹程度進行考察.實驗結束后，通過實驗報告使學生對實驗進行總結分析，有困惑或疑問的地方可在實驗報告中提出，老師通過批閱實驗報告進行討論和解答，達到互動的效果[6].所以，目前的“土壤農化分析”實驗課考察范圍更為全面，考核方式更為合理.對學生來說，做到了認真預習、仔細思考、嚴謹操作和做好總結.

　　2.2 積極更新實驗教學手段

　　1)增強基本實驗操作技能的鍛煉

　　盡管學生已學習了基礎實驗操作，但從以往學生在“土壤農化分析”實驗中的表現來看，大部分學生的基礎實驗操作很不嚴謹，甚至是錯誤的.如分析天平調平、藥匙握姿、容量瓶定容、移液管使用、滴定操作、溶液配制、器皿洗滌等.為增強學生的基本實驗操作技能，在開展具體的土壤分析項目測定之前增加了“洗液的配制和器皿洗滌”和“標準酸/堿溶液的配制和標定”兩次實驗課.增加的兩次實驗均主要涉及基本實驗操作，且實驗結果的好壞與實驗操作的嚴謹性和規范性密切相關.另外，教學大綱中規定每次實驗課的時長為3學時，而完成這兩個實驗內容所需的時間其實較短.因此，學生可以在一次實驗課進行多次重復實驗，這樣就能顯著地提高學生基本實驗操作的熟練程度.

　　2)實驗準備的改

　　革一個標準的土壤農化分析實驗室通常由主分析實驗室、樣品室、稱樣室、消化室、各類型儀器室構成.在開展具體教學實驗時，必須保證各實驗室均準備就緒.包括土壤樣品的準備、實驗試劑的準備、實驗器皿器材的準備和分析儀器的準備.可以看出，“土壤農化分析”實驗準備的工作內容較多.以往“土壤農化分析”實驗的準備工作均由實驗老師完成，目前改為實驗老師指導學生進行準備.改革方式是將教學班學生分組，各組學生輪流到實驗室完成相應實驗的準備工作.此外，該組學生除需進行實驗準備工作外，還要負責實驗結束后的整理工作.一般一組學生能夠輪流兩次左右.在實驗準備工作中，學生需自己配制公用試劑，甚至進行一些測定實驗和驗證實驗.如：酸性土壤的有效磷采用 HCl-NH4F提取法，中性和堿性土壤的有效磷采用 NaHCO3 提取法，這就要求準備實驗的同學預先要對實驗土樣的pH 值進行測定.這些均能對學生的實驗操作能力有較大的提升作用.目前我校農資和水保兩個專業均有兩個班級.因此，“土壤農化分析”實驗的每個測定項目會連續有4個班級進行實驗.且大部分實驗的測定條件要求極為嚴格，處理時間極長.如土壤堿解氮的測定需嚴格地在40 ℃下的擴散24h.這又要求準備實驗的同學要及時地對不同班級之間、不同實驗階段間的實驗試劑、器皿和器材進行更換和補充，需要較強的工作 協 調 能 力.可 見， “土壤農化分析”實驗的準備工作量較大，參與實驗準備工作的同學常會感嘆每次實驗的有序開展均來之不易，在實驗過程會認真對待每個實驗環節.所以，這樣改革的效果除能大量減輕實驗任課老師的工作量外，更重要的是增加了學生對實驗的重視程度，鍛煉了學生的工作協調能力和實驗操作技能.

　　2.3 開展開放式和探索性的實驗教學

　　為鼓勵學生開展探索性的科學研究和充分利用已掌握的土壤農化分析實驗技能，在學生學習掌握好常規的土壤農化分析分析技能之后，開展開放式和探索性的實驗教學[7].目前已在我校農資專業中進行有關的實驗教學改革.即學生在學習完土壤常規分析項目(土壤全量和有效氮、磷、鉀含量，土壤酸度和陽離子交換性能，土壤有效微量元素含量的測定)之后，將學生分組進行綜合實驗.綜合實驗要求學生結合已學習的“土壤農化分析”實驗知識自主選題、查閱資料、設計方案、開展實驗和論文撰寫.此外還協助指導學生設計有關“土壤農化分析”的課題，申請我校的“光炯”“校創”和“國創”等學生科研項目.這就充分調動了學生應用土壤農化分析實驗技能的積極性.如：近兩年學生的自主選題內容涉及土壤肥力調查、植株養分分析、果蔬品質分析、溪河水體和底泥重金屬含量分析等.這種探索性實驗的開展在鍛煉學生實驗操作能力的同時，培養了學生的專業興趣，加深了學生對專業知識的理解[8].

　　2.4 學生參與實驗室科研項目

　　由于我校土壤農化分析實驗室除開展本科教學實驗外，還對外開展土壤樣品的分析測試服務和土壤農化分析技術人員的培訓工作，實驗室老師也在主持包括國家自然科學基金在內的科研項目.在各種平臺和項目的支持下，實驗室非常歡迎已完成“土壤農化分析”課程學習的同學到實驗室繼續學習，參與到實驗室的科研項目中來.從近兩年的情況來看，我校農資專業和水保專業10%～20%的學生在大三和大四期間會參與到土壤農化分析實驗室的科研項目中來.這些學生主要涉及：

　　1)家庭經濟較困難學生.實驗室會以半天為單位向學生發放科研補助，科研補助足夠學生的生活開支.只要學生有半天以上的空余時間，均可以到實驗室做實驗.這為很多家庭經濟較為困難的學生提供了幫助，不僅能學習專業技能，還能掙生活費.

　　2)有志從事土壤農化分析工作的同學.通過該課程的學習，有部分同學對土壤農化分析工作興趣較大，希望能從事相關的工作.但課堂上的學習遠遠不夠，因此這部分學生希望繼續到實驗室學習，并且在土壤農化分析實驗室進行畢業實習.實驗室也會為學生提供實習證明，并對其實習表現進行評價.通過在實驗室長期的鍛煉，這部分學生已是非常優秀的土壤農化分析工作者，往往受到土壤農技部門的青睞.

　　3)保研和考研的同學.大部分繼續攻讀碩士研究生的同學在讀研期間會涉及到實驗操作.另外，部分高校和研究所的研究生復試會考察學生的實驗操作能力.因此，部分學生在保研或研究生入學考試結束后會到土壤農化分析實驗室鍛煉實驗操作能力，對這部分學生會尤其加強其實驗基本功的鍛煉.由于參與實驗室科研項目的學生均是獨立完成某一小課題或某一測定指標，這使他們能更系統性地學習土壤農化分析 實 驗 技 能，動手能力和思考能力得到顯著提高，所獲得的收獲是課堂上永遠不可能得到的.

　　3 實驗教學改革的效果

　　為明確所采取的教學改革與探索對學生土壤農化分析實驗操作技能的提高效果，采用不記名方式對我校已完成“土壤農化分析”課程學習的2015級農資專業和水保專業進行了問卷調查.共發出問卷表84份，收回84份有效問卷，問卷調查有效率100%.調查問卷的統計結果如表1所示.從統計結果來看，90%以上的同學均同意教學改革的開展，且認為教學改革對提高學生土壤農化分析實驗操作技能效果顯著.在理論教學方面，基礎知識和實驗安全知識的補充對提高土壤農化分析實驗操作技能的效果最佳.98.8%的同學認同了這兩項教學改革內容，且85.7%的同學認為基礎知識補充效果顯著，78.6%的同學認為實驗安全內容補充效果顯著.這兩個教學內容的改革效果優于教學方法的改革效果.有3名同學認為采用多元化的教學手段沒有效果或持無所謂的態度.可見學生可能更強調一些關鍵知識內容的豐富.在實驗教學改革方面，97.6%的同學認為增加基本實驗操作技能的鍛煉是很有必要的.這也反映了學生缺乏一些基礎的理論知識和操作技能，而通過教學改革達到了較好的彌補效果.值得注意的是，9.6%的同學對自主設計實驗這一教學改革持反對和無所謂的態度，可能源于自主設計研究課題開展實驗需花費大量的精力和時間，小部分對“土壤農化分析”課程不感興趣的同學對這項改革持反對意見.因此，在后期的實驗擴展方面的改革中應考慮到學生的興趣問題.總體而言，為提高學生土壤農化分析實驗操作技能所開展的一系列教學改革和探索是十分必要的.根據學生的反饋可以看出取得了較好的效果.

　　4結束語

　　通過一系列的改革和探索，目前我校自然保護與環境生態類學生的土壤農化分析實驗操作技能已有較大的提高.教學改革成果得到絕大部分學生的認可和肯定.“土壤農化分析”實驗已不僅僅是一門單獨的實驗課程.而是基于這門實驗課程，建立起培養土壤農化分析專業人才的一個平臺.在這個平臺上提高學生的土壤農化分析實驗操作技能，培養學生嚴謹認真的科學態度，培養學生的創新思維能力，給予學生展示自我的空間.為此，在后續的“土壤農化分析”實驗教學改革中，還需進一步結合學生個體特點和感興趣的研究方向細化和完善教學改革.本實驗教學改革對其他農林類專業學生的實驗教學具有一定借鑒意義.實驗教學的開展必須與農林類專業所特有的實驗對象和目的相結合.為使學生更好地理解實驗內容，必須采用多元化的理論教學手段和具有完善而系統的理論知識體系.要注重對學生的實驗操作水平進行全面考核，尤其要注重對學生基礎實驗操作技能的鍛煉，且盡可能地在實驗教學中給予學生更多的動手機會.最重要的是要將實驗教學與學生的學業發展進行更緊密的結合，以達到更好地培養人才的目的.

　　參考文獻：

　　[1] 楊劍虹，王成秋，代亨林.土壤農化分析與環境監測 [M].北京：中國大地出版社，2008.

　　[2] 白彥真，謝英荷，程 紅 艷，等.《土 壤 農 化 分 析》課 程 教 學 改 革 與 新 模 式 探 索 [J].安 徽 農 學 通 報，2012，18(7)：208-210.

　　[3] 嚴寧珍，李振輪，高 明，等.高校大類招生模式下實踐教學體系的構建與實施———以西南大學資源環境學院為例 [J].中國地質教育，2012，21(4)：77-80.

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