依托科研试验基地的农业水利工程专业研究性实验教学设计_骆文广.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 41 卷 第 12 期Vol41 No122022 年 12 月Dec 2022DOI:10 19927/j cnki syyt 2022 12 037依托科研试验基地的农业水利工程专业研究性实 验 教 学 设 计骆文广，陈欢(武汉大学 a 水利水电学院;b 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)摘要:为了拓展农田水利工程专业研究性实验教学内容，提升学生的创新意识、创新精神和创新能力，依托武汉大学水利水电学院的屈家岭科研基地开展相关试验内容的教学设计。试验内容为观测水稻生长期间的稻田水量转换过程，主要是从水稻田间灌排水、降水、田间储水和土壤渗漏的水量，以及水稻作物田间蒸腾和植物生长的耗散水量等方面进行观测实验。学生通过在实验教学过程中的参与和实践，既能充分地掌握田间水量转换的理论知识和观测方法，又能增加对气象观测和土壤蒸渗监测仪器设备的接触和认知，还能深刻理解水稻生长水量转换的意义。该实验教学内容设计旨在加强系统性的农田灌溉排水工程实践，丰富灌溉排水工程教学活动中的实践教学环节，培养学生学习专业知识的主观能动性。关键词:农业水利工程;农田灌溉;水稻耗水;田间水量转换;实验教学设计中图分类号:S 279;G 482文献标志码:A文章编号:1006 7167(2022)12 0193 05收稿日期:2021-12-17基金项目:国家自然科学基金青年项目(52109099);武汉大学实验技术项目(WHU-2020-SYJS-13)作者简介:骆文广(1988 )，男，湖北鄂州人，博士，实验师，从事受污河湖病变机体诊断与修复研究。Tel:027-68772215;E-mail:wgluo whu edu cnTeaching Design of esearch Experiments in Agricultural WaterEngineering elying on the esearch BaseLUO Wenguang，CHEN Huan(a School of Water esources and Hydropower Engineering;b State Key Laboratory of Wateresources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China)Abstract:In order to expand the content of research experiments in agricultural water conservancy engineering andenhance studentsinnovation consciousness，innovation spirit and innovation ability，the experimental teaching relies onWuhan University s Qujialing experimental base to develop relevant content design This teaching experiment is basedon the process of water conversion in rice fields during the growth period，and is based on some aspects of observationalexperiments:exogenous water from irrigation and drainage，precipitation and field water storage and soil percolation，and water dissipation from transpiration and plant growth of rice crops in the field Through the experimental teachingprocess，students can fully grasp the theoretical knowledge and observation methods of water conversion in the field Theexperiment also develops their exposure and knowledge of monitoring instruments and equipment for meteorologicalobservation and soil evapotranspiration，and provides them with a deep understanding of the significance of waterconversion for rice growth By designing this experimental teaching content，we aim to systematically carry out thepractice of agricultural irrigation and drainage engineering，enrich the practical teaching links in the teaching activities ofirrigation and drainage engineering，and improve the subjective initiative of students in the learning process ofprofessional knowledge第 41 卷Key words:agricultural water engineering;farm irrigation;rice water consumption;field water conversion;experimental teaching design0引言开展全面素质教育是高校教育改革的重要战略方向1-2。近年来，围绕科研成果与教学结合，课堂学习与实践并重，知识积累能力与创新能力培养训练等目标进行了诸多教学改革探索，但对于实践性教学、特别是创新教学的定位还很不明晰，尤其对于实践性试验教学内容的研究仍然相对缺乏3-4。我国高等院校农业水利工程专业是研究农业水利工程领域的相关学科，其目的是培养卓越的创新精神、实践能力和国际视野的水利类通用型高级人才5。该专业以灌溉排水工程为教学核心，但受教学条件以及科研环境等诸多因素影响，灌溉排水工程教学活动中实践教学环节多以参观实习等形式开展，不能实现系统性农田灌溉排水工程实践的教学，也无法展开较为全面的实践性实验教学。我校为探索我国长江中下游地区农业水循环和水土环境演变规律，研究开发适合于该地区现代农业生产方式的现代农业水利技术与管理模式，在我国粮食主产区、长江中下游江汉平原兴建了中国农谷屈家岭科研试验基地。该基地以“中国农谷”核心区屈家岭管理区(国营五三农场)为依托，通过先进科研仪器辅助开展现代农业水利技术研究工作，其内部基础条件符合农业水利工程专业的实践实验教学。因此，本文通过探讨依托科研试验基地开展研究性实验教学的可行性，阐述研究性教学实验的重大目标，设计合理的研究性实践教学实验内容，以期丰富农业水利工程专业灌溉排水工程实践知识的培养途径。1研究性教学实验的可行性1.1试验基地基础条件武汉大学屈家岭科研试验基地位于湖北省荆门市屈家岭管理区，地理位置东经 112515，北纬 305130，平均海拔 35 m，距离管理区政府所在地约 3 km(见图 1)。基地自主管理区域 7 2 hm2(108 亩，见图2)，扩大监测区域 200 hm2(3 000 亩)。试验基地研究适应长江中下游地区和现代农业生产方式的现代农业水利技术，开展包括农业水循环、作物需耗水、节水灌溉、农田排水、作物水肥管理、农业面源污染控制、土壤环境、设施农业、人工湿地、智慧水利、智慧农业等农业水利学科主要方向的野外观测和科学研究，具有非常典型的学科代表性。图 1武汉大学屈家岭科研试验基地的位置示意图 2武汉大学屈家岭科研试验基地试验基地配备了气象观测、农田小气候、水土作物理化分析、土壤水、地下水、地表水定位监测、植物生理生态、灌溉排水机械、数据管理、农业机具、交通运输、实验办公和信息采集与管理等 12 个类别、数百台总价1 500 余万元的实验设备，可针对现代农业水利问题的复杂性和新要求开展多学科交叉的农业水利基础理论研究，揭示现代农业生产方式下的农田耗水机理及现代农业生产方式下长江中下游地区农业水循环的变化过程。试验基地目前已经可以提供长时间系列、定点的第一手观测实验数据。由此可见，该基地基础设施条件已经满足农业水利工程专业对农田灌溉工程的综合生产实习等实践教学需要，可用于进一步强化学生将理论知识应用于实践的能力，并检验学生对理论知识消化的情况。通过在试验基地开设教学实践实验课程，开展学生的学-用-做相结合体验式的实践教学环节，可以使其充分认知农田灌溉工程的概念，深刻体会理论知识与实践相结合的乐趣，极大提高学生的实践能力。1.2试验基地科研内容试验基地内可综合运用微气象学、作物生理学、农学、水利学、遥感等学科基础理论，针对我国长江中下游地区主要作物水稻在植株、田间、区域等不同空间尺度及不同时间尺度的需水、耗水机理与作物水-产量关系，通过水稻试验田蒸发蒸腾量计算理论与方法和实时监测技术，探求农田高效用水机制，为我国水资源高491第 12 期骆文广，等:依托科研试验基地的农业水利工程专业研究性实验教学设计效利用提供理论技术支持。试验基地内科研仪器可长期观测的内容包括:作物从叶片到区域的多尺度蒸发蒸腾量、灌溉排水量、农田水肥管理、叶面积指数、株高、茎粗、干物质量、籽粒产量、光合特性等生理生态指标以及对氮、磷、钾等养分的吸收量，土壤水、热、盐状况及土壤氮、磷、钾和含量以及农田地下水状态、大田及温室最高气温、最低气温、湿度、风速、太阳辐射、日照时数、气压等气象要素。农田水稻作物生长周期内水循环过程，特别是单个田块见水量转换过程的观测，是农业水利工程专业学生重点学习的内容之一6-7。通过实地观测单个田块的作物根系层土壤中流、田间深层渗漏水量、田间地表积水蒸发和地表径流排水量等流出作物根系层边界的水量的实验观测过程，学生可以更加清晰地了解稻田作物生长过程中的水量交换规律，这一理论知识讲授和实验技能培训的结合能够进一步加强知识“学”与“用”的贯通8-9。在实践中将整个水稻作物生长过程中的耗水概念具象化，及时跟进作物生长各个环节中水量耗散情况，将课堂学习的理论知识用于实践指导学习，以理论联系实践并以实践加深对理论的理解与掌握，这样的教学方式能够激发学生的学习热情和探索欲望，有助于培养学生分析问题、解决问题的能力10。本试验基地建设了 21 块 7 m 8 m 水稻试验田 见图 3(a)，试验田之间以水泥田埂相互分隔，且全部试验田块均设置了灌排水量测量设施。同时，在每一个试验田的进水口安装了一个水表 见图 3(b)，通过分管闸门控制水田进水量;在试验田尾端出口处则安装了地下排水管道，将试验基地东、中、西 3 个单元的 7 块试验田排放水收集到尾水池，通过尾水池中三角堰以及水位监测器，测量每块试验田中平均排水量 见图 3(c)。(a)试验水田(b)进水水表(c)排水测量三角堰图 3试验基地水稻试验田基本情况由此可见，通过试验基地内水稻试验田基本可以实现农田灌排水量的监测，直观认识农田内水量的时空变化。试验基地内还有其他科学仪器，可以辅助监测田间其他因素导致的水量变化，能够较为全面地辅助学生了解水稻生长周期内水量交换过程以及变化规律。这样