多学科融合的土壤污染修复教学模式探索

［摘要］土壤污染问题日益严峻，相关修复技术人才需求迫切。土壤污染修复课程作为培养环境工程类专业学生的重要专业课程，其教学效果直接关系到人才培养质量。针对当前该课程教学中存在的理论与实践相脱节、教学方式单一等问题，基于多学科融合理念，构建了“理论—实践—创新”三位一体的教学模式。通过整合土壤学、环境化学、微生物学、生态学等多学科知识，设计跨学科教学内容；采用案例教学、课程设计与课堂教学融合、仿真模拟等多元化教学方法；建立过程性评价与终结性评价相结合的考核体系。实践表明，多学科融合的教学模式显著提升了学生的专业能力和创新思维，为培养高素质应用型人才提供了有效路径。

［关键词］土壤污染修复；多学科融合；教学模式；课程设计；应用型人才

［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2025）06-0149-04

随着工业化进程加快和人类对环境的不合理利用，土壤污染问题日趋严重。面对严峻的土壤污染形势，国家相继出台《土壤污染防治行动计划》《土壤污染防治法》等政策法规，加快推进土壤污染防治工作。然而，相较于发达国家，我国在土壤污染修复领域起步较晚，因此迫切需要培养大量具备专业技能的人才。土壤污染修复课程作为环境工程类专业的核心课程，其教学质量直接影响人才培养效果。因此，探索创新教学模式对提高教学效果具有重要意义。

一、土壤污染修复课程教学现状及问题分析

（一）课程教学内容涉及知识面广

土壤污染修复是一门新兴的综合性专业课程，其知识体系涉及土壤学、环境化学、微生物学、生态学等多个学科领域。当前，该课程教材体系尚不成熟，教材种类繁多但内容较为零散，缺乏系统性和连贯性。学生需要掌握土壤母质形成、风化作用、土壤黏土矿物结构、土壤有机质组成、土壤生物多样性、土壤三相组成等基础知识，还要学习土壤污染物检测、污染评估、修复技术原理等专业内容[1]。此外，鉴于土壤环境形成过程的复杂性及研究的高难度，许多研究结论和成果往往需随着最新研究成果的出现而被更新或替代。传统教学过程中，以教材、教学大纲和固定知识点为立足点的教学方式难以跟上知识更新步伐，不能满足培养要求。特别是在非农业院校开设该课程时，由于缺乏土壤学基础知识，导致学生在学习过程中面临较大困难，进而影响了教学效果。

（二）理论与实践脱节

传统教学模式存在严重的理论与实践脱节问题。在教学过程中，教师往往通过课堂授课的方式单向地给学生传授知识，导致教师的主导地位过于突出，而学生作为学习主体的地位则相对不足。这种教学方式导致“教”与“学”之间存在严重的信息不对称，学生对教师教学意图缺乏清晰认识。虽然设置了与设计相关的课程，但多以验证性实验为主，缺乏创新性、综合性实验内容。学生难以将所学理论知识应用到实际工程问题中，无法培养解决复杂土壤污染问题的能力[2]。以本人的教学经验为例，该课程32学时中，土壤学基础知识仅占4～5个学时，导致学生很难在有限课时内掌握必要的土壤学知识，更难以将这些知识应用于土壤污染物毒性作用、迁移转化过程以及污染防治措施的学习中。设计课程的单一性更导致学生无法系统地运用专业知识解决工程实际问题。

（三）教学方式单一

教师的教学活动严格按照教学大纲进行，需要提前做好教学设计并以此备课，每节课的内容和进程都按照时间顺序分解在教案里，却忽视了学生的接受程度和知识掌握情况。虽然也采用了案例教学方法，但案例主要以课程资料的方式存放在线上资源库，需要学生自主学习，实际课堂展示的案例有限，且以教师讲解为主，学生参与度不高。考核方式也较为单一，主要依赖期末考试成绩，虽然也包含平时成绩，但难以全面评价学生的知识应用能力和工程实践能力，无法体现学生在专业领域的创新思维和解决问题的能力。

二、多学科融合教学模式的构建

（一）教学内容的多学科整合

以笔者调研后所了解的某高校实际情况为例，基于工程教育认证的具体要求以及土壤污染修复学科的独特性，某教学团队成功构建了多学科融合的教学内容体系。首先，任课教师应按照“基础理论—污染机理—修复技术—工程应用”的逻辑主线重构课程内容。在土壤基础知识单元，教师需整合土壤学、矿物学知识，系统地讲解土壤成因、结构特征以及理化性质等内容，从而为后续污染机理分析奠定坚实的基础；在污染机理单元，授课教师需要融入环境化学、物理化学的基本原理，重点阐述污染物在土壤中的吸附—解吸、氧化还原、络合沉淀等关键过程；在修复技术单元，教师需引入微生物学、生态学、植物学知识，详细讲解生物降解途径、植物—微生物互作机制、生态修复原理等内容[3]；在工程应用单元，任课教师可整合工程设计、项目管理等专业知识，着重突出修复方案编制、工程施工、效果评估等实践内容。其次，授课教师应开发多学科交叉的案例库，每个案例都应包含污染特征分析、迁移转化模拟、修复技术筛选、工程方案设计等多个维度的内容，引导学生建立系统思维。最后，任课教师需编制重点、难点知识图谱，将各学科知识点之间的联系可视化呈现，帮助学生理解知识间的内在关联。

（二）教学方法的创新

基于教学实践经验，本人提出授课教师应采用“线上+线下”混合式教学模式，并充分利用现代教育技术手段。在线上教学方面，任课教师应依托雨课堂等智慧教学平台，构建包含课程视频、案例资源、仿真动画等多种形式的数字化教学资源库。教师需重点开发污染物迁移转化、修复工艺过程等虚拟仿真课件，让抽象的原理具象化。在线下教学中，授课教师应采用“翻转课堂+项目驱动”的教学模式。课前，学生需通过线上平台完成基础知识学习；课堂上，教师以实际工程项目为载体，组织学生分组讨论解决方案[4]。同时，任课教师应设计并开发微型实验装置，如土壤淋洗器、化学氧化反应器、植物培养箱等，以便学生能直观地观察和体验修复过程。针对重难点内容，教师可采用“案例教学+情景模拟”方法，如设计某重金属污染场地的修复方案，指导学生完成现场调查、风险评估、技术筛选等任务。此外，授课教师应邀请企业工程师走进课堂，分享实际项目经验，增强教学内容的实践性。

（三）考核方式的改革

考核内容上，教师可将总评成绩分为四个模块：理论考试（30%）、案例分析（20%）、实验操作（20%）和工程设计（30%）。其中，理论考试由任课教师重点考查学生对多学科基础知识的掌握程度；案例分析由教师主要评价学生运用多学科知识解决实际问题的能力；实验操作由实验指导教师着重考核学生的动手能力和创新思维；工程设计则由教师和企业专家共同考查学生的工程实践能力。在考核方式上，教师团队应当采用多元化的评价方法。理论考试可由任课教师采用开卷与闭卷相结合的方式，注重考查知识的理解和应用；案例分析可由指导教师采用小组讨论和个人报告相结合的形式；实验操作可由实验教师通过实验记录、操作规范、数据处理等多个维度进行评价；工程设计则由教师团队邀请企业专家参与评审，从方案可行性、经济合理性、创新性等方面进行综合评定。在评价主体上，教师团队应构建“教师评价+学生互评+企业评价”的多元评价机制，充分发挥各方评价主体的作用。同时，课程负责人需建立评价反馈机制，定期收集学生和企业对课程教学的意见建议，持续优化教学内容和方法。

三、多学科融合教学模式的实施路径

（一）理论教学环节

1.设计跨学科教学模块

教学团队以土壤污染修复工作为主线，将相关学科知识按照“基础科学—应用原理—工程实践”的逻辑链条进行重组。以“重金属污染土壤修复”教学为例，首先引入化学分析原理，详细讲解重金属在土壤胶体表面的吸附机理、离子交换作用、氧化还原过程，以及不同价态重金属的分布特征和环境效应。接着结合微生物学知识，系统阐述根际微生物群落结构、耐重金属菌株筛选原理、微生物—植物互作机制，重点分析植物分泌物诱导微生物降解、微生物促进植物生长等协同作用机理。最后通过生态工程学原理，设计植物—微生物联合修复工艺流程，包括菌剂配制、植物种植、灌溉施肥等工程参数。课程组通过知识联系图谱，将重金属形态转化、微生物降解途径、植物富集机制等知识点可视化呈现，帮助学生系统掌握多学科融合的修复原理[5]。

2.强化知识关联性

授课教师运用了层层递进的教学策略，通过设计一系列递进式问题，引导学生发现不同学科知识间的内在联系。例如，在“土壤酸化修复”单元，首先分析土壤理化性质变化（土壤学），继而探讨酸化对污染物迁移转化的影响（环境化学），再分析酸化对土壤微生物群落的作用（微生物学），最后评估生态系统响应（生态学）。教师团队还开发了多学科知识融合的习题集，每个习题都需要学生综合运用多门学科的知识才能解决。

3.融入工程实践案例

课程组精心遴选了不同类型的工程实践案例，并按照“问题分析—原理阐述—方案设计—效果评价”的思路进行教学设计。例如，在讲授“农田土壤修复”时，教师先介绍某重金属污染农田的实际案例，分析污染成因和环境风险，然后讲解钝化—植物修复联合技术原理，继而让学生设计修复方案，最后通过实际项目的实施效果引导学生思考方案的优化完善。同时，教师邀请工程一线专家进课堂，分享实际工程中的难点、重点和创新点，帮助学生将理论知识与工程实践紧密结合。

通过这三个环节的有机衔接，课程组实现了理论教学的多学科融合，既保持了知识的系统性，又突出了实践应用导向，有效提升了教学效果。教学实践表明，这种教学模式能够显著提高学生的知识迁移能力和工程思维能力，为后续的实践教学环节奠定良好的基础。

（二）实践教学环节

1.开发微缩型实验教具

课程组基于土壤修复工程实际需求，开发了五大类微缩型实验教具系统。第一类是物理修复工程模拟装置，包括土壤淋洗、土壤气相抽提、热脱附等工艺设备，其中土壤淋洗装置配备了进料系统、水力分选器、螺旋分级器、浮选设备等核心部件，每个部件均设计了可调节参数接口。第二类是化学修复模拟系统，设置了pH在线监测仪、氧化还原电位测定仪、药剂精准投加装置、多级搅拌装置等，学生可以实时监控并调节氧化还原过程[6]。第三类是生物修复模拟装置，包含微生物培养器、曝气系统、温度控制器、营养物质添加装置等，可以模拟不同环境条件下的生物修复过程。第四类是植物修复模拟系统，设计了可调节光照、水分、养分的智能培养箱。第五类是联合修复工艺系统，将多种修复方法集成在同一平台上。所有教具均采用透明材质制作关键部件，便于学生观察工艺过程，并配备了数据采集系统，实现实时监测和过程控制。

2.构建仿真模拟平台

课程组利用VisualStudio2022环境，基于C#语言开发了土壤修复工艺仿真系统。系统采用B/S架构，前端利用ASP.NET框架搭建了交互界面，后端数据库采用SQLServer2019。数据库模块分别建立了污染物、工艺参数、工程案例和设备参数四个主表。污染物数据表收录了291种有机污染物（包括多环芳烃、挥发性有机物等）和23种重金属的溶解度、分配系数等物化参数；工艺参数表存储了68种修复药剂的使用条件和成本数据；工程案例表包含127个已完成项目的基础信息和处理效果。系统核心计算模块采用模块化设计，植入了HYDRUS-1D模型模拟污染物迁移，采用Michaelis-Menten方程描述生物降解动力学，使用PHREEQC程序计算重金属的地球化学过程。可视化界面基于Unity3D引擎开发，构建了设备三维模型库，可实时展示土壤开挖、设备安装、管线敷设等施工过程。造价模块依据2022版《土壤修复工程计价定额》，内置了分部分项工程费用计算程序，可自动生成标准格式的预算书，便于工程造价控制。

3.实施现场模拟训练

课程组按照土壤修复工程技术规范（HJ25.4—2019），将32学时的实践教学划分为五个阶段。场地调查阶段（4学时）采用XRF快速检测仪（NitonXL3t980型）进行初步筛查，按照等间距布点法在50m2场地内布设25个采样点，使用直推式土壤采样器（TC5-T型）采集0-50cm深度的土壤样品。样品分析阶段（4学时）采用原子吸收分光光度计（PEAA800型）测定铜、铅、锌等重金属含量，使用气相色谱—质谱联用仪（Agilent7890B/5977A）分析挥发性有机物。方案设计阶段（8学时）将学生分为5个修复工程分队，分别负责物理修复、化学修复、生物修复、植物修复和联合修复方案的编制，每个方案必须包含污染源分析、修复目标、工艺路线、设备选型、施工进度等内容[7]。现场施工阶段（8学时）在模拟场地进行设备安装调试，重点完成修复药剂配制、投加系统安装、监测点布设等工作。效果评估阶段（8学时）对修复后土壤进行取样检测，编写验收报告。三名企业专家全程参与指导，并按照工程验收标准对各环节进行考核。