土壤肥料学实验课操作视频开发探索与实践

韩春丽 赵瑞海 茹思博 谢海霞 王娟

基金项目：2022年度石河子大学教育教学改革项目（JGY-2022-092、JGY-2022-093）；2021年兵团线上线下一流课程（无编号）

第一作者简介：韩春丽（1977-），女，博士，高级实验师。研究方向为农业资源与环境专业实验课程的过程管理和实验室日常维护。

DOI：10.20028/j.zhnydk.2024.03.031

摘  要：土壤肥料学实验是农科类核心专业基础课。本着让学生准确规范地掌握实验操作技能的同时，丰富和完善实验教学资源从而提高实验课的教学效果，为该专业今后的教学、科研和农业技术服务提供高品质的资源保障。作者根据多年课堂实践，总结学生在实验课中常见的错误操作，深入了解学生和实验教师需求，录制开发土壤肥料学实验基本操作视频。视频录制既考虑实验流程的完整性和时效性，又强化实验中关键环节的独立性、规范性和广适性。视频资源的开发和网络推广有效弥补传统课堂模式的不足，以其演示的直观化和内容可再现等特点，既方便学生课前预习，提高学生实验操作技能，又便于学生课后随时复习，巩固实验相关知识，对提高实验教学效果有明显的推动作用。

关键词：土壤肥料学实验；实验操作技能；视频资源；视频开发；实验教学

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

土壤肥料學实验作为本院农科类专业的核心专业基础课之一，受众人数多。该课所开设的实验项目以土壤测试分析为主，涉及药品种类多，且多具有腐蚀性，实验过程中常需要进行高温消煮等操作，具有操作难度大、内容复杂、实验过程危险性高等特点。在本课程长期的实验教学过程中，作者发现学生在进行实验时，存在对教材和课堂讲授理解不透彻、实验中多环节操作不规范、对仪器设备使用不熟悉等问题，导致实验结果参差不齐、器皿耗损严重、仪器设备故障频发，课堂安全隐患随之增加。

为强化学生实验操作技能，培养其实践动手能力，提高操作的正确性和规范性，使学生在实验过程中形成良好的习惯和严谨的科学态度，为以后的学习、科研及农业技术服务夯实基础。势必要通过课前、课中、课后对学生正确和规范的操作进行引导，建立和强化他们良好的实验习惯[1]。目前石河子大学农学院涉农专业土壤肥料学实验教学采用传统的课堂授课模式。在此模式下，教师作为教学的主导者，课前向授课班级预留实验预习材料，安排学生对实验原理和方法进行预习；上课时使用打印好的纸质挂图（包含实验目的、原理、步骤、结果计算及注意事项等内容）挂在黑板上进行讲述；然后安排学生按2～3人为一组，分组进行实验。学生作为接收者和参与者，只需使用实验员提前准备好的器皿和试剂，依照黑板上的过程，逐步完成实验获得数据并带入给定公式获得实验结果并完成实验报告。此模式存在的主要问题：①教材和预习材料为传统文字材料，直观性不好，对于教材讲述模棱两可的地方，不容易掌握；②对一些关键过程，需要教师演示操作的时候，学生围观学习，此时受实验室空间的限制，只有老师身边个别同学能从正面近距离地观看，外围和侧面的大部分学生则无法看清，这种演示不能使全体学生有效观察到实验的关键过程，使教学效果大打折扣；③个别课前未能及时预习的小组成员，如果课堂上又未看清老师演示内容，则自己不动手，而完全依赖小组其他成员进行操作，不能达到实验教学的目的；④部分学生前期实验技能没有很好掌握，带着固有的错误操作进入专业课程，而任课教师受空间限制，不能时刻关注每位学生的操作过程，操作是否正确无法判断；⑤受实验学时限制，试验结束后没机会重复，不能再现实验过程。

一流的实验课程建设需要优质教学资源的支撑。视频资源是教育信息化的产物，是推动混合式教学、翻转课堂、慕课等教学改革的基础[2-3]。视频资源具有演示效果直观化、网络搭载处理技术数字化、信息传输网络化等特点。操作视频应用于实验教学，可使全体学生都能看清操作细节，且在预习和复习过程中可反复观看，突破了时间和空间的限制，更适合学生自主学习并有效解决传统课堂短板[4]。在信息技术与教育教学深度融合的大背景下，随着线上学习的常态化，对视频资源需求不断增加，内容要求日趋多样。石河子大学农业资源与环境系（以下简称“我系”）土壤肥料学在兵团线上线下一流课程项目资助下，经过多次探索和改革，在教学理论、考核体系、教学手段等方面均取得了良好的效果[5-7]，并获得兵团一流课程认定。但在实验方面，尚缺乏一套操作规范，流程完整，内容与我系教学实际相符的视频资源。因此，有必要开发和整合适应我系教学实际情况的实验操作视频作为教学资源，合理利用微课程和搭载网络教学平台等数字化教学资源，以期为学生提供优质学习资料，丰富和完善实验教学内容，采用多种教学模式，为建设优质的土壤肥料学实验课程提供高品质的资源保障。

1  土壤肥料学实验课操作视频的开发

为使开发出的视频既能作为学生学习资源，帮助学生准确地掌握规范的实验操作技能，又能作为教学资源，助力教师提高实验课教学效果，还能作为参考资料，方便研究生和农化测试人员参考实验方法。视频制作时坚持视频内容明确、流程完整、形式简明、操作规范、重点突出和长短适度等原则。首先将每一个实验项目的全过程作为一个知识点制作成完整的视频，其内容着眼于基本操作和实验流程的完整性的讲解和演示；其次选择每个实验项目中一些技术性强，操作复杂的环节录制独立清晰的视频，其内容着眼于规范操作与常见错误操作对比的讲解和演示；最后将实验中配套的仪器设备使用方法和注意事项录制独立清晰的视频，其内容着眼于仪器的规范操作、安全使用和维护的讲解和演示。

1.1  视频录制的实验项目

根据土壤肥料学实验课程体系，项目组教师利用实验室现有资源，在充分准备实验器材基础上，由资深实验教师操作，首先录制了本课程所开出的5个实验项目的规范操作视频，用于学生课前课后预习和复习资料。其内容为：①土壤容重与含水量测定，录制内容包含环刀法测定土壤容重的全过程，同时配套录制烘箱的使用方法和安全注意事项，百分之一电子天平的使用方法和注意要点；②土壤机械组成分析，錄制土壤机械组成分析过程中从称样到实验结束的完整实验环节，配套内容为比重计的使用方法及注意事项；③土壤碱解氮含量测定，录制内容包含土壤碱解氮测定全过程，配套录制扩散皿的使用方法及注意事项，电热恒温培养箱的使用和安全注意事项，半微量滴定管的使用方法及细节；④土壤速效磷含量测定，录制土壤速效磷含量测定全过程，配套磷标准曲线的制作方法细节及可见分光光度计的使用方法及比色皿的校准；⑤土壤速效钾含量测定，录制土壤速效钾含量测定过程，配套录制钾标准曲线的制作方法及注意事项，火焰光度计的使用方法和安全使用注意事项。在完成课内实验的基础上，课程组随后又录制了本课程由于受学时限制，被删减的4个实验项目，用于完善我系实验课程资源。其内容包括①土壤样品的采集与处理，先分别录制出耕作层和剖面土壤样品的采集的全过程，同时配套录制土壤样品风干及样品碾磨过筛等前处理方法以及注意事项；②土壤有机质含量测定，录制土壤有机质测定全过程，配套录制万分之一天平进行土样称重的称量细节，油浴锅的使用和安全注意以及隐患点和事故应急预案，滴定操作的规范演示；③土壤酸碱度和盐分测定，录制土壤酸碱度和盐分测定方法，pH计和电导率仪的使用方法；④土壤微量元素含量测定，录制土壤微量元素含量测定过程，锌标准曲线的制作，原子吸收分光光度计的规范使用及安全注意事项。

1.2  视频内容的拍摄

为真实反映教学情况，室内操作环节如称样、滴定、定容和仪器操作等内容，拍摄场地固定在日常上课的实验室内。实验全过程的操作在学生实验台进行，取自然背景；实验过程中需要突出细节的环节，在讲台进行拍摄，以白色墙面作为背景。拍摄和操作人员均为本专业资深实验教师和实验技术人员。拍摄过程中着重强化实验操作的规范性，再根据实验操作的连贯步骤，和不同的重点内容，分别采取不同景别如器材准备过程采取全景、常识性操作采取中景、观察现象，称样过程等细致操作采取近景、读取数据、滴定终点等细节采取特写；不同形态如动态和静态切换等；不同镜头角度如移液、加样品等过程取正面、读数、反应现象观察等采取侧面、室外采集、室内装袋等过程采取上方拍摄等综合手法进行切换。室外采集环节如：土样的采集过程、环刀取原状土等内容，拍摄场地在学院教学试验田，选择地面植被低矮或裸露的地块进行拍摄。拍摄过程中，由远景逐步逼近，最终定焦于地面采集动作，突出采集细节。如在土壤换刀取土的过程中，画面开始展示为人物向下按换刀，自敲击环刀柄开设画面逐渐拉进，最后定格于从刀柄上方小口观察出土情况，此后再讲镜头逐步拉远，直到整个流程结束。

1.3  视频内容剪辑

录制完成的视频剪辑过程中，为避免个别环节操作时间过长，使观看者产生厌烦情绪，对部分相同操作采用了快进处理。快进处理时力求视频画面自然、操作过程顺畅。如：土壤有机质测定实验中的滴定过程，视频除了在几个关键颜色变化节点略有停顿外，对其余相似过程进行了整体快进。从滴定开始到显色，原视频时长约50 s左右，而快进后缩短到十几秒。又如在标准曲线的制作过程中，6个不同浓度的标准系列，每个浓度从取标液到定容中，针对耗时过长的加水定容过程，在保证实验完整性的前提下，只保留开始加水及达到刻度的2个过程的正常帧数，其余过程则进行了大幅度快进，从而将整体流程的视频时长控制在5 min内。对于一些重要的操作细节，为增强观众对细节的把控，则以采用慢镜头，如有机质测定中观察溶液煮沸、移液和滴定操作时的液面平稳连续下降到刻度及读取凸液面等画面，在慢进的同时给与细节放大。而对于教材上描述不具体，需要使用者特别注意的关键现象，则采取大小窗口同时展示的方式，如火焰光度计使用中，从观察窗观察火焰形状的镜头，主镜头呈现为操作人员一边调节旋钮一边从观察窗观看的画面，而小镜头则呈现为一个调节好的莲花状火焰，以此使教材上的描述更加形象具体，便于学生理解。对于一些课堂上经常出现的错误操作和不规范动作，采用在视频播放进程中，从不同角度，用不同动作切入错误操作图片的方式，并结合特别的音响效果，使学生加深印象，从而固化正确操作方法，进而提高操作的规范性。视频剪辑完成后，添加片头、片尾、文字脚本以及配音，最终形成内容完整，长度适宜，流程简洁，操作规范的视频文件。

2  操作视频在土壤肥料学实验课教学中的应用

2023年春季学期，石河子大学农学院2021级园艺、林学和设施3个专业4个班级的土壤肥料学实验课在本实验室进行。作者以这几个专业学生作为受试群体，进行了初步尝试。课前。主讲教师根据实验项目内容，选取配套的视频进行组合，由教师端通过在线教学平台或班级QQ群及微信群上传，布置预习任务，引导学生利用移动终端，随时随地在线观看实验操作视频进行课前预习。通过对关键环节出题进行网上测试以及网络学时时长来检验学生是否观看，同时了解学生对基本操作掌握的情况。老师对在线学习人数，时长以及学生易出现的问题进行汇总，用于课堂上针对性讲解。实验课中，任课教师针对学生易出现问题进行重点讲解和演示，并有针对性地选择播放视频片段，强调错误操作对实验结果的影响以及带来的安全隐患。课后学生根据课堂掌握情况，有针对性选择观看视频进行复习巩固。

经过一学期，对石河子大学农学院3个本科专业113名同学进行了实验课前-课中-课后应用操作视频于教学过程的尝试。通过课堂观察发现：同往届学生相比，本届学生在实验基本操作过程中错误明显减少，常规操作的规范性有了很大提高，在仪器设备的使用中以往经常出现的随意按键操作的现象明显减少，本届学生在仪器操作过程中，明显表现得从容且熟练，很少再出现因设备反应不及时而未出现数据时慌乱按键或者随意操作现象。通过对期末成绩分析发现：学生对实验现象分析和操作技能的掌握程度明显提高，尤其实验部分成绩大幅度提高。通过问卷调查并与学生座谈，结果显示，90%以上同学认为采用视频作为预习材料更利于同学们看清操作细节，全面了解实验过程。100%同学都认为实验操作视频对自己理解实验有帮助。

3  视频开发在土壤肥料学实验课教学中的作用

3.1  提升学生实验操作技能

土壤肥料学实验教学是课堂教学的重要组成部分，在学生专业知识、操作能力和实验素养培养方面发挥着重要的作用。实验课主要培养学生的操作技能，提高学生实践能力，通过实验强化和巩固理论课专业知识。特别是农资实验教学过程中所开设的实验项目，既是对理论课的重要知识概念的运用，又与农业生产实践密切相关，因此更加强调学生的实验操作和对实验过程的掌握。而传统实验课教学，学生仅凭借书本上的文字材料进行学习，往往对一些关键的细节理解会出现偏差，而教师在课堂上的讲授和演示过程，由于受到空间和时间的局限，并不能完全满足全体同学的观察需求。通过本项目实施，学生在单纯课本预习的基础上，结合观看操作视频，可以对实验的操作过程有一个更加直观的认识和了解，并能及时了解实验常见错误和自身不足，在实际操作过程中，不仅可以更好地掌握实验操作技能，还能加深对专业课知识的认知，大大提高实验教学效果。

3.2  扩充实验教学的参考资源

目前农资实验教学资源较为单一，仅限于纸质实验指导书，课堂黑板讲述，实验挂图和实习指导书等文字类材料。在信息技术与教育教学深度融合的大背景下，随着网络教学的推进，对视频资源需求不断增加，目前我系土壤肥料学实验尚缺乏一套操作规范，流程完整，内容与我系教学实际相符的视频资源。通过本项目实施，既可以进一步丰富本科教学实验阶段教学手段，为本课程课前课后提供更全面的教学资源，又可以为我系将来开展慕课、翻转课堂等提供资料支撑，还可以为我系学生将来从事科研和农业技术服务活动提供技术参考。

3.3  突破时空局限，提高线上学习效果

随着信息技术不断融入教学过程，线下课堂面授与线上教学相结合的混合式教学逐步成为目前石河子大学倡导的主要授课模式。伴随各类混合教学的开展，线上学习普遍推广，学生在线学习机会越来越多。目前我系开展的各科混合式教学内容也仅注重课本文字材料的学习，在实验方面尚缺乏有效的视频资源。通过本项目实施，一方面，将实验内容以表达方式更直观，操作细节更明确的视频方式进行呈现，便于学生准确理解教材内容；另一方面，引导学生将手机从通讯娱乐工具转变为学习工具，随时随地开展线上预习和复习，既利于學生初步掌握实验操作步骤、牢记实验过程中常出现的错误，又利于学生随时复习，反复巩固所学知识，强化知识的掌握。

3.4  消除实验安全隐患

近年来高校实验室安全事故频发，从中央到地方，各级管理机构对实验室安全管理要求不断提高。我系土壤肥料学实验课常涉及到危险化学品如浓硫酸、盐酸、氢氧化钠（钾）和重铬酸钾等，药品种类多，且大多具有腐蚀性和强氧化性。实操过程中还需要使用油浴锅、消煮炉、烘箱等高温易燃设备，这些设备一旦操作不当，或疏忽大意，极易引发火灾、爆炸等安全隐患，造成人身伤害或者造成不可挽回的财产损失。通过本项目实施，对于安全隐患较多的药品和设备，在视频中详细讲解其使用方法和注意事项以及事故解决预案，使学生在课前提前掌握实验操作过程、步骤，详细了解实验中常出现的错误操作以及特殊危险设备的注意事项，通过课堂老师的进一步讲解，从而极大地避免实际操作中出现药品使用不当、仪器操作错误等安全隐患。

4  结束语

为进一步加大一流课程建设力度，发挥兵团一流课程示范引领作用，本项目通过开发土壤肥料学实验课操作视频用于实验教学，一方面，通过引导学生自主学习，将手机从娱乐工具转化为学习工具，帮助学生看清楚实验的关键操作和现象，有助于学生养成规范的操作行为，从而形成良好的科学态度，提高科学研究素养；另一方面，通过网络教学平台推广，突破时空限制，解决课堂演示的空间局限性，最终达到课前预习更直观，课后复习可再现，课中操作更规范的目的。其结果既可有效提高学生实验操作技能，消除安全隐患，提高实验课的教学效果，又可作为石河子大学涉农专业土壤肥料学课程的课外补充资源，为涉农专业学生将来从事科研、生产、推广等工作夯实基础。

参考文献：

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[4] 林梅，张学礼，张丽娜.实验操作视频引入生化实验课的教学效果[J].中医药管理杂志，2021，29（13）：42-43.

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