土壤肥料學實驗課操作視頻開發探索與實踐

韓春麗 趙瑞海 茹思博 謝海霞 王娟

基金項目：2022年度石河子大學教育教學改革項目（JGY-2022-092、JGY-2022-093）；2021年兵團線上線下一流課程（無編號）

第一作者簡介：韓春麗（1977-），女，博士，高級實驗師。研究方向為農業資源與環境專業實驗課程的過程管理和實驗室日常維護。

DOI：10.20028/j.zhnydk.2024.03.031

摘? 要：土壤肥料學實驗是農科類核心專業基礎課。本著讓學生準確規范地掌握實驗操作技能的同時，豐富和完善實驗教學資源從而提高實驗課的教學效果，為該專業今后的教學、科研和農業技術服務提供高品質的資源保障。作者根據多年課堂實踐，總結學生在實驗課中常見的錯誤操作，深入了解學生和實驗教師需求，錄制開發土壤肥料學實驗基本操作視頻。視頻錄制既考慮實驗流程的完整性和時效性，又強化實驗中關鍵環節的獨立性、規范性和廣適性。視頻資源的開發和網絡推廣有效彌補傳統課堂模式的不足，以其演示的直觀化和內容可再現等特點，既方便學生課前預習，提高學生實驗操作技能，又便于學生課后隨時復習，鞏固實驗相關知識，對提高實驗教學效果有明顯的推動作用。

關鍵詞：土壤肥料學實驗；實驗操作技能；視頻資源；視頻開發；實驗教學

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-9902（2024）03-0126-04

Abstract： Experiment of Soil and Fertilizer Science is the basic course of agricultural core specialty. In order to enable students to accurately and standardize the experimental operation skills at the same time， enrich and improve experimental teaching resources， so as to improve the teaching effect of experimental courses and provide high-quality resource guarantee for future teaching， scientific research and agro-technical services of this major， the author summarizes the common misoperations of students in the experimental class based on years of classroom practice， discovers the needs of students and experimental teachers， and records and develops the basic operation video of Experiment of Soil and Fertilizer Science. Video recording not only considers the integrity and timeliness of the experimental process， but also strengthens the independence， standardization and wide applicability of the key links in the experiment. The development of video resources and network promotion effectively make up for the shortcomings of the traditional classroom mode. With the characteristics of visualization of demonstration and reproducibility of content， it is convenient for students to preview before class and improve their experimental operation skills. It is also convenient for students to review at any time after class and consolidate the relevant experimental knowledge， which plays an obvious role in improving the effect of experimental teaching.

Keywords： Experiment of Soil and Fertilizer Science; experimental operation skills; video resources; video development; experimental teaching

土壤肥料學實驗作為本院農科類專業的核心專業基礎課之一，受眾人數多。該課所開設的實驗項目以土壤測試分析為主，涉及藥品種類多，且多具有腐蝕性，實驗過程中常需要進行高溫消煮等操作，具有操作難度大、內容復雜、實驗過程危險性高等特點。在本課程長期的實驗教學過程中，作者發現學生在進行實驗時，存在對教材和課堂講授理解不透徹、實驗中多環節操作不規范、對儀器設備使用不熟悉等問題，導致實驗結果參差不齊、器皿耗損嚴重、儀器設備故障頻發，課堂安全隱患隨之增加。

為強化學生實驗操作技能，培養其實踐動手能力，提高操作的正確性和規范性，使學生在實驗過程中形成良好的習慣和嚴謹的科學態度，為以后的學習、科研及農業技術服務夯實基礎。勢必要通過課前、課中、課后對學生正確和規范的操作進行引導，建立和強化他們良好的實驗習慣[1]。目前石河子大學農學院涉農專業土壤肥料學實驗教學采用傳統的課堂授課模式。在此模式下，教師作為教學的主導者，課前向授課班級預留實驗預習材料，安排學生對實驗原理和方法進行預習；上課時使用打印好的紙質掛圖（包含實驗目的、原理、步驟、結果計算及注意事項等內容）掛在黑板上進行講述；然后安排學生按2～3人為一組，分組進行實驗。學生作為接收者和參與者，只需使用實驗員提前準備好的器皿和試劑，依照黑板上的過程，逐步完成實驗獲得數據并帶入給定公式獲得實驗結果并完成實驗報告。此模式存在的主要問題：①教材和預習材料為傳統文字材料，直觀性不好，對于教材講述模棱兩可的地方，不容易掌握；②對一些關鍵過程，需要教師演示操作的時候，學生圍觀學習，此時受實驗室空間的限制，只有老師身邊個別同學能從正面近距離地觀看，外圍和側面的大部分學生則無法看清，這種演示不能使全體學生有效觀察到實驗的關鍵過程，使教學效果大打折扣；③個別課前未能及時預習的小組成員，如果課堂上又未看清老師演示內容，則自己不動手，而完全依賴小組其他成員進行操作，不能達到實驗教學的目的；④部分學生前期實驗技能沒有很好掌握，帶著固有的錯誤操作進入專業課程，而任課教師受空間限制，不能時刻關注每位學生的操作過程，操作是否正確無法判斷；⑤受實驗學時限制，試驗結束后沒機會重復，不能再現實驗過程。

一流的實驗課程建設需要優質教學資源的支撐。視頻資源是教育信息化的產物，是推動混合式教學、翻轉課堂、慕課等教學改革的基礎[2-3]。視頻資源具有演示效果直觀化、網絡搭載處理技術數字化、信息傳輸網絡化等特點。操作視頻應用于實驗教學，可使全體學生都能看清操作細節，且在預習和復習過程中可反復觀看，突破了時間和空間的限制，更適合學生自主學習并有效解決傳統課堂短板[4]。在信息技術與教育教學深度融合的大背景下，隨著線上學習的常態化，對視頻資源需求不斷增加，內容要求日趨多樣。石河子大學農業資源與環境系（以下簡稱“我系”）土壤肥料學在兵團線上線下一流課程項目資助下，經過多次探索和改革，在教學理論、考核體系、教學手段等方面均取得了良好的效果[5-7]，并獲得兵團一流課程認定。但在實驗方面，尚缺乏一套操作規范，流程完整，內容與我系教學實際相符的視頻資源。因此，有必要開發和整合適應我系教學實際情況的實驗操作視頻作為教學資源，合理利用微課程和搭載網絡教學平臺等數字化教學資源，以期為學生提供優質學習資料，豐富和完善實驗教學內容，采用多種教學模式，為建設優質的土壤肥料學實驗課程提供高品質的資源保障。

1? 土壤肥料學實驗課操作視頻的開發

為使開發出的視頻既能作為學生學習資源，幫助學生準確地掌握規范的實驗操作技能，又能作為教學資源，助力教師提高實驗課教學效果，還能作為參考資料，方便研究生和農化測試人員參考實驗方法。視頻制作時堅持視頻內容明確、流程完整、形式簡明、操作規范、重點突出和長短適度等原則。首先將每一個實驗項目的全過程作為一個知識點制作成完整的視頻，其內容著眼于基本操作和實驗流程的完整性的講解和演示；其次選擇每個實驗項目中一些技術性強，操作復雜的環節錄制獨立清晰的視頻，其內容著眼于規范操作與常見錯誤操作對比的講解和演示；最后將實驗中配套的儀器設備使用方法和注意事項錄制獨立清晰的視頻，其內容著眼于儀器的規范操作、安全使用和維護的講解和演示。

1.1? 視頻錄制的實驗項目

根據土壤肥料學實驗課程體系，項目組教師利用實驗室現有資源，在充分準備實驗器材基礎上，由資深實驗教師操作，首先錄制了本課程所開出的5個實驗項目的規范操作視頻，用于學生課前課后預習和復習資料。其內容為：①土壤容重與含水量測定，錄制內容包含環刀法測定土壤容重的全過程，同時配套錄制烘箱的使用方法和安全注意事項，百分之一電子天平的使用方法和注意要點；②土壤機械組成分析，錄制土壤機械組成分析過程中從稱樣到實驗結束的完整實驗環節，配套內容為比重計的使用方法及注意事項；③土壤堿解氮含量測定，錄制內容包含土壤堿解氮測定全過程，配套錄制擴散皿的使用方法及注意事項，電熱恒溫培養箱的使用和安全注意事項，半微量滴定管的使用方法及細節；④土壤速效磷含量測定，錄制土壤速效磷含量測定全過程，配套磷標準曲線的制作方法細節及可見分光光度計的使用方法及比色皿的校準；⑤土壤速效鉀含量測定，錄制土壤速效鉀含量測定過程，配套錄制鉀標準曲線的制作方法及注意事項，火焰光度計的使用方法和安全使用注意事項。在完成課內實驗的基礎上，課程組隨后又錄制了本課程由于受學時限制，被刪減的4個實驗項目，用于完善我系實驗課程資源。其內容包括①土壤樣品的采集與處理，先分別錄制出耕作層和剖面土壤樣品的采集的全過程，同時配套錄制土壤樣品風干及樣品碾磨過篩等前處理方法以及注意事項；②土壤有機質含量測定，錄制土壤有機質測定全過程，配套錄制萬分之一天平進行土樣稱重的稱量細節，油浴鍋的使用和安全注意以及隱患點和事故應急預案，滴定操作的規范演示；③土壤酸堿度和鹽分測定，錄制土壤酸堿度和鹽分測定方法，pH計和電導率儀的使用方法；④土壤微量元素含量測定，錄制土壤微量元素含量測定過程，鋅標準曲線的制作，原子吸收分光光度計的規范使用及安全注意事項。

1.2? 視頻內容的拍攝

為真實反映教學情況，室內操作環節如稱樣、滴定、定容和儀器操作等內容，拍攝場地固定在日常上課的實驗室內。實驗全過程的操作在學生實驗臺進行，取自然背景；實驗過程中需要突出細節的環節，在講臺進行拍攝，以白色墻面作為背景。拍攝和操作人員均為本專業資深實驗教師和實驗技術人員。拍攝過程中著重強化實驗操作的規范性，再根據實驗操作的連貫步驟，和不同的重點內容，分別采取不同景別如器材準備過程采取全景、常識性操作采取中景、觀察現象，稱樣過程等細致操作采取近景、讀取數據、滴定終點等細節采取特寫；不同形態如動態和靜態切換等；不同鏡頭角度如移液、加樣品等過程取正面、讀數、反應現象觀察等采取側面、室外采集、室內裝袋等過程采取上方拍攝等綜合手法進行切換。室外采集環節如：土樣的采集過程、環刀取原狀土等內容，拍攝場地在學院教學試驗田，選擇地面植被低矮或裸露的地塊進行拍攝。拍攝過程中，由遠景逐步逼近，最終定焦于地面采集動作，突出采集細節。如在土壤換刀取土的過程中，畫面開始展示為人物向下按換刀，自敲擊環刀柄開設畫面逐漸拉進，最后定格于從刀柄上方小口觀察出土情況，此后再講鏡頭逐步拉遠，直到整個流程結束。

1.3? 視頻內容剪輯

錄制完成的視頻剪輯過程中，為避免個別環節操作時間過長，使觀看者產生厭煩情緒，對部分相同操作采用了快進處理?？爝M處理時力求視頻畫面自然、操作過程順暢。如：土壤有機質測定實驗中的滴定過程，視頻除了在幾個關鍵顏色變化節點略有停頓外，對其余相似過程進行了整體快進。從滴定開始到顯色，原視頻時長約50 s左右，而快進后縮短到十幾秒。又如在標準曲線的制作過程中，6個不同濃度的標準系列，每個濃度從取標液到定容中，針對耗時過長的加水定容過程，在保證實驗完整性的前提下，只保留開始加水及達到刻度的2個過程的正常幀數，其余過程則進行了大幅度快進，從而將整體流程的視頻時長控制在5 min內。對于一些重要的操作細節，為增強觀眾對細節的把控，則以采用慢鏡頭，如有機質測定中觀察溶液煮沸、移液和滴定操作時的液面平穩連續下降到刻度及讀取凸液面等畫面，在慢進的同時給與細節放大。而對于教材上描述不具體，需要使用者特別注意的關鍵現象，則采取大小窗口同時展示的方式，如火焰光度計使用中，從觀察窗觀察火焰形狀的鏡頭，主鏡頭呈現為操作人員一邊調節旋鈕一邊從觀察窗觀看的畫面，而小鏡頭則呈現為一個調節好的蓮花狀火焰，以此使教材上的描述更加形象具體，便于學生理解。對于一些課堂上經常出現的錯誤操作和不規范動作，采用在視頻播放進程中，從不同角度，用不同動作切入錯誤操作圖片的方式，并結合特別的音響效果，使學生加深印象，從而固化正確操作方法，進而提高操作的規范性。視頻剪輯完成后，添加片頭、片尾、文字腳本以及配音，最終形成內容完整，長度適宜，流程簡潔，操作規范的視頻文件。

2? 操作視頻在土壤肥料學實驗課教學中的應用

2023年春季學期，石河子大學農學院2021級園藝、林學和設施3個專業4個班級的土壤肥料學實驗課在本實驗室進行。作者以這幾個專業學生作為受試群體，進行了初步嘗試。課前。主講教師根據實驗項目內容，選取配套的視頻進行組合，由教師端通過在線教學平臺或班級QQ群及微信群上傳，布置預習任務，引導學生利用移動終端，隨時隨地在線觀看實驗操作視頻進行課前預習。通過對關鍵環節出題進行網上測試以及網絡學時時長來檢驗學生是否觀看，同時了解學生對基本操作掌握的情況。老師對在線學習人數，時長以及學生易出現的問題進行匯總，用于課堂上針對性講解。實驗課中，任課教師針對學生易出現問題進行重點講解和演示，并有針對性地選擇播放視頻片段，強調錯誤操作對實驗結果的影響以及帶來的安全隱患。課后學生根據課堂掌握情況，有針對性選擇觀看視頻進行復習鞏固。

經過一學期，對石河子大學農學院3個本科專業113名同學進行了實驗課前-課中-課后應用操作視頻于教學過程的嘗試。通過課堂觀察發現：同往屆學生相比，本屆學生在實驗基本操作過程中錯誤明顯減少，常規操作的規范性有了很大提高，在儀器設備的使用中以往經常出現的隨意按鍵操作的現象明顯減少，本屆學生在儀器操作過程中，明顯表現得從容且熟練，很少再出現因設備反應不及時而未出現數據時慌亂按鍵或者隨意操作現象。通過對期末成績分析發現：學生對實驗現象分析和操作技能的掌握程度明顯提高，尤其實驗部分成績大幅度提高。通過問卷調查并與學生座談，結果顯示，90%以上同學認為采用視頻作為預習材料更利于同學們看清操作細節，全面了解實驗過程。100%同學都認為實驗操作視頻對自己理解實驗有幫助。

3? 視頻開發在土壤肥料學實驗課教學中的作用

3.1? 提升學生實驗操作技能

土壤肥料學實驗教學是課堂教學的重要組成部分，在學生專業知識、操作能力和實驗素養培養方面發揮著重要的作用。實驗課主要培養學生的操作技能，提高學生實踐能力，通過實驗強化和鞏固理論課專業知識。特別是農資實驗教學過程中所開設的實驗項目，既是對理論課的重要知識概念的運用，又與農業生產實踐密切相關，因此更加強調學生的實驗操作和對實驗過程的掌握。而傳統實驗課教學，學生僅憑借書本上的文字材料進行學習，往往對一些關鍵的細節理解會出現偏差，而教師在課堂上的講授和演示過程，由于受到空間和時間的局限，并不能完全滿足全體同學的觀察需求。通過本項目實施，學生在單純課本預習的基礎上，結合觀看操作視頻，可以對實驗的操作過程有一個更加直觀的認識和了解，并能及時了解實驗常見錯誤和自身不足，在實際操作過程中，不僅可以更好地掌握實驗操作技能，還能加深對專業課知識的認知，大大提高實驗教學效果。

3.2? 擴充實驗教學的參考資源

目前農資實驗教學資源較為單一，僅限于紙質實驗指導書，課堂黑板講述，實驗掛圖和實習指導書等文字類材料。在信息技術與教育教學深度融合的大背景下，隨著網絡教學的推進，對視頻資源需求不斷增加，目前我系土壤肥料學實驗尚缺乏一套操作規范，流程完整，內容與我系教學實際相符的視頻資源。通過本項目實施，既可以進一步豐富本科教學實驗階段教學手段，為本課程課前課后提供更全面的教學資源，又可以為我系將來開展慕課、翻轉課堂等提供資料支撐，還可以為我系學生將來從事科研和農業技術服務活動提供技術參考。

3.3? 突破時空局限，提高線上學習效果

隨著信息技術不斷融入教學過程，線下課堂面授與線上教學相結合的混合式教學逐步成為目前石河子大學倡導的主要授課模式。伴隨各類混合教學的開展，線上學習普遍推廣，學生在線學習機會越來越多。目前我系開展的各科混合式教學內容也僅注重課本文字材料的學習，在實驗方面尚缺乏有效的視頻資源。通過本項目實施，一方面，將實驗內容以表達方式更直觀，操作細節更明確的視頻方式進行呈現，便于學生準確理解教材內容；另一方面，引導學生將手機從通訊娛樂工具轉變為學習工具，隨時隨地開展線上預習和復習，既利于學生初步掌握實驗操作步驟、牢記實驗過程中常出現的錯誤，又利于學生隨時復習，反復鞏固所學知識，強化知識的掌握。

3.4? 消除實驗安全隱患

近年來高校實驗室安全事故頻發，從中央到地方，各級管理機構對實驗室安全管理要求不斷提高。我系土壤肥料學實驗課常涉及到危險化學品如濃硫酸、鹽酸、氫氧化鈉（鉀）和重鉻酸鉀等，藥品種類多，且大多具有腐蝕性和強氧化性。實操過程中還需要使用油浴鍋、消煮爐、烘箱等高溫易燃設備，這些設備一旦操作不當，或疏忽大意，極易引發火災、爆炸等安全隱患，造成人身傷害或者造成不可挽回的財產損失。通過本項目實施，對于安全隱患較多的藥品和設備，在視頻中詳細講解其使用方法和注意事項以及事故解決預案，使學生在課前提前掌握實驗操作過程、步驟，詳細了解實驗中常出現的錯誤操作以及特殊危險設備的注意事項，通過課堂老師的進一步講解，從而極大地避免實際操作中出現藥品使用不當、儀器操作錯誤等安全隱患。

4? 結束語

為進一步加大一流課程建設力度，發揮兵團一流課程示范引領作用，本項目通過開發土壤肥料學實驗課操作視頻用于實驗教學，一方面，通過引導學生自主學習，將手機從娛樂工具轉化為學習工具，幫助學生看清楚實驗的關鍵操作和現象，有助于學生養成規范的操作行為，從而形成良好的科學態度，提高科學研究素養；另一方面，通過網絡教學平臺推廣，突破時空限制，解決課堂演示的空間局限性，最終達到課前預習更直觀，課后復習可再現，課中操作更規范的目的。其結果既可有效提高學生實驗操作技能，消除安全隱患，提高實驗課的教學效果，又可作為石河子大學涉農專業土壤肥料學課程的課外補充資源，為涉農專業學生將來從事科研、生產、推廣等工作夯實基礎。

參考文獻：

[1] 謝海霞，侯振安，冶軍，等.土壤肥料學課程混合式教學改革與實踐——以石河子大學農學院為例[J].教育信息化論壇，2021（11）：4-6.

[2] 張海鵬，柏彥超，王娟娟，等.網絡教學及其資源在土壤肥料學課程教學中的應用[J].智慧農業導刊，2023（8）：121-124.

[3] 王建民.國家級線上一流課程教學視頻制作規范探析[J].教育教學論壇，2021（13）：34-37.

[4] 林梅，張學禮，張麗娜.實驗操作視頻引入生化實驗課的教學效果[J].中醫藥管理雜志，2021，29（13）：42-43.

[5] 王娟，危常州，肖春華.《土壤肥料學實驗》課程考核改革與實踐[J].科技風，2015（6）：232.

[6] 國秀麗，危常州，褚貴新，等.系統觀在土壤肥料學授課中的應用[J].科教文匯（上旬刊），2016（22）：49-50.

[7] 閔偉，郭慧娟.從“做完”邁向“做好”實驗課堂教學改革——以《土壤肥料學實驗》課程為例[J].智庫時代，2019（5）：181-183.