導(dǎo) 讀 “沒有土壤，那里會(huì)有個(gè)大洞”（4-7歲），“狐貍住在土壤的洞穴里?！保?-9歲），“土壤中我可以找到用來(lái)釣魚的蚯蚓！”（9-11歲）.......中小學(xué)生的土壤理解好生動(dòng)有趣！
他山之石，期待本文能幫助您了解發(fā)達(dá)國(guó)家的情況，也給我們國(guó)家的中小學(xué)土壤教育帶來(lái)啟發(fā)和借鑒。
全文近2萬(wàn)字，編譯水平有限，敬請(qǐng)批評(píng)指正。
作者：道格拉斯·?；簦―ouglas Hayhoe）
（原題：關(guān)于土壤，學(xué)生和教師的驚人事實(shí)！教育研究與資源調(diào)查）
英文題目：Surprising Facts About Soils，Students and Teachers! A Survey of Educational Research and Resources
摘要
土壤是維持地球生命的關(guān)鍵資源之一，它不僅是我們幾乎所有食物供應(yīng)的基礎(chǔ)，它在過(guò)濾水、支持生物多樣性，甚至減緩全球氣候的方式也同樣重要。然而，世界上的土壤在許多方面承受著越來(lái)越大的壓力。他們面臨著前所未有的威脅，包括侵蝕、森林砍伐、沙漠化、鹽堿化、封存（鋪路）、污染、生物多樣性喪失和氣候變化。但是，土壤的重要性和免受這些威脅的必要性，不僅對(duì)于科學(xué)家和公眾，而且對(duì)于大多數(shù)國(guó)家的教育系統(tǒng)的也還少有引起關(guān)注。雖然生物多樣性喪失、氣候變化、毀林、淡水供應(yīng)和世界海洋等其他重要環(huán)境議題日益受到重視，但迄今為止，對(duì)土壤的關(guān)注很少。
少數(shù)國(guó)家已經(jīng)提出應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的方法，就是將土壤科學(xué)，例如其概念、關(guān)切和保護(hù)，作為國(guó)家科學(xué)課程的核心主題，以便從小學(xué)生學(xué)習(xí)關(guān)鍵土壤科學(xué)的概念，以及人們?nèi)绾我约盀槭裁磻?yīng)該以可持續(xù)的方式保護(hù)土壤。本文所調(diào)查的研究表明，學(xué)齡前兒童對(duì)土壤的深度及其在支持植物生長(zhǎng)中的用途有初步認(rèn)識(shí)，但對(duì)土壤的組成、形成或起源知之甚少。10-12歲的中學(xué)生在一些領(lǐng)域的話題，如土壤層的厚薄有了更多的了解，但對(duì)它的年齡和起源仍然一無(wú)所知。經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的動(dòng)手活動(dòng)，加上'動(dòng)腦筋'討論，5-6歲的學(xué)生能夠做到'心中有土壤'，研學(xué)前后的圖表表明了這一點(diǎn)，而10-12歲的學(xué)生則能夠了解土壤的三維性質(zhì)，并開始了解土壤的形成過(guò)程和年齡。
小學(xué)教師比他們的學(xué)生對(duì)土壤概念有更多專業(yè)理解。超過(guò)80%的人知道土壤是由巖石的風(fēng)化形成的，蚯蚓能混合土壤，讓更多的空氣和水進(jìn)入，降解過(guò)程為植物的生長(zhǎng)提供土壤養(yǎng)分。然而，他們中很少有人知道在一把土中有多少生命形式，土壤形成需要多少年，土壤空氣和水各占多少空間，土壤的哪個(gè)成分顆粒最，或者腐殖質(zhì)扮演什么角色。經(jīng)過(guò)兩到三課程密集的動(dòng)手活動(dòng)，他們也能在理解上取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，對(duì)土壤概念的理解所缺乏的知識(shí)下降了33％，與其他環(huán)境挑戰(zhàn)相比，還對(duì)土壤需求保護(hù)的這一態(tài)度得到了提高。
對(duì)中學(xué)生（secondary students）所做的少量研究表明，他們對(duì)土壤的最初想法以及通過(guò)課堂活動(dòng)加深對(duì)土壤的理解的能力，與中學(xué)生相似（middle school students）。中學(xué)理科教師對(duì)土壤的了解方面尚無(wú)研究報(bào)道。對(duì)中學(xué)農(nóng)業(yè)教師的兩項(xiàng)研究表明，他們對(duì)土壤科學(xué)教學(xué)的準(zhǔn)備程度參差不齊。本文最后簡(jiǎn)要說(shuō)明可用于土壤教育的資源，包括小學(xué)設(shè)備套件和單元手冊(cè)，以及所有年級(jí)的期刊文章、網(wǎng)站和電子資源。鑒于現(xiàn)有的土壤教育研究和資源，本工作表明，關(guān)注土壤教育的人們可以做的最重要的事情是提倡將土壤科學(xué)作為一個(gè)單獨(dú)的主題納入其國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)課程（如果尚未設(shè)置）。
關(guān)鍵詞：土壤概念；可持續(xù)發(fā)展；教育；動(dòng)手活動(dòng)；初步想法；理解的收獲
1引言
土壤是地球上最重要和必不可少的資源之一。了解土壤是正確維持土壤的關(guān)鍵。鑒于需要養(yǎng)活一個(gè)不斷增長(zhǎng)的世界，因此有大量研究著重于土壤在農(nóng)業(yè)中的作用（Banwart 2011）。然而，健康的土壤不僅對(duì)糧食和森林至關(guān)重要；它們還可以過(guò)濾水，轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)并維持世界生物多樣性。此外，根據(jù)土壤研究人員約翰·扎克（John Zak）的說(shuō)法，他們還可能在氣候變化預(yù)測(cè)中發(fā)揮重要的反饋?zhàn)饔茫▊€(gè)人通訊，2012年4月24日）。然而，在世界上最基本的資源中，土壤仍然是科學(xué)家和公眾中研究最少和了解最少的，盡管最近歐洲土壤科學(xué)家最近對(duì)土壤認(rèn)識(shí)和教育的關(guān)注表明，從幼兒開始，各個(gè)年齡段的人都有能力學(xué)習(xí)有關(guān)土壤科學(xué)的主要概念（圖1）。
圖1. 在“土壤行動(dòng)周”期間（County Steinfurt德國(guó)斯坦富特縣，2010年），年幼的孩子調(diào)查了德國(guó)格雷芬的土壤剖面。歐洲土壤意識(shí)網(wǎng)絡(luò)幫助在不同國(guó)家不同地點(diǎn)組織土壤意識(shí)公共活動(dòng)（Broll，2011 ）?
科學(xué)教育研究——學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的初步理解、最有效的教學(xué)策略等——已經(jīng)蓬勃發(fā)展了三十年，每年有一千多篇會(huì)議論文和同行評(píng)議期刊文章發(fā)表。然而，關(guān)于中小學(xué)土壤科學(xué)教育的研究很少。例如，至少有50篇文章關(guān)注了小學(xué)生或他們的老師對(duì)光的最初理解和誤解，以及在幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光方面最有效的教學(xué)策略。類似的信息也可用于許多其他學(xué)?？茖W(xué)主題，例如力、運(yùn)動(dòng)、電、物質(zhì)（matter）、某些物質(zhì)（substances）、化學(xué)反應(yīng)、動(dòng)植物、生態(tài)系統(tǒng)、細(xì)胞和生殖。即使在科學(xué)課程的“地球與太空”部分中，與土壤科學(xué)相比，地震和火山、巖石和礦物、月相（phases of the moon）、恒星和行星等對(duì)我們的生存來(lái)說(shuō)不那么重要的課題被提及得更頻繁。相比之下，關(guān)于中小學(xué)土壤教育的文章每年只有發(fā)表一兩篇。
土壤科學(xué)在大多數(shù)教育系統(tǒng)中并不突出，至少在美國(guó)是這樣。例如，在佛羅里達(dá)大學(xué)，一個(gè)有近50，000名學(xué)生的校園，農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)學(xué)院有大約4，500名學(xué)生;但其中只有10人就讀于水土保持專業(yè)（Collins，2008）。Collins的這項(xiàng)研究記錄了全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)入土壤科學(xué)專業(yè)的本科生人數(shù)呈下降趨勢(shì)，并指出，根據(jù)與世界各地同事的軼事交流，這一趨勢(shì)似乎是國(guó)際性的。
表1與某些其他地球和空間主題相比，土壤在一些英語(yǔ)國(guó)家和地區(qū)的中小學(xué)科學(xué)課程文件中的作用
中小學(xué)土壤科學(xué)教育的頻率與大學(xué)一級(jí)相似。表1總結(jié)了各英語(yǔ)國(guó)家和地區(qū)課件中對(duì)土壤的引用。在加拿大、南非、美國(guó)及其省和州都明確提到土壤科學(xué)，盡管地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)等其他地球和空間主題出現(xiàn)的頻率更高。相反，土壤科學(xué)在大多數(shù)國(guó)家課件中根本不是一個(gè)獨(dú)特的內(nèi)容主題，盡管如上所述，歐洲的土壤教育工作者在課堂以外的活動(dòng)中積極促進(jìn)對(duì)成人和兒童的土壤教育（例如Blum和Kvarda 2006；Broll 2006、2009；Creamer 2009；Hallett 2009；Houskova 2009；Towers et al。2010）。在非洲，許多家庭居住在靠近土地的地區(qū)，信息有限，現(xiàn)有情況好壞參半。在尼日利亞科學(xué)課程（Oludipe 2011）中土壤科學(xué)似乎并不突出。然而，在埃塞俄比亞的部分地區(qū)，土壤肥力和水土問題是學(xué)校環(huán)境俱樂部工作的重要組成部分，學(xué)生在學(xué)校大院和家庭土地上實(shí)施環(huán)境保護(hù)（Edwards et al，2010年）。
本文回顧了在小學(xué)和中學(xué)教學(xué)中對(duì)土壤科學(xué)的現(xiàn)有研究，并總結(jié)了可用于增強(qiáng)對(duì)土壤的了解以及對(duì)土壤在維持地球生命中所起的重要作用的認(rèn)識(shí)的英語(yǔ)資源。
2 土壤中小學(xué)教學(xué)研究的結(jié)果
在本節(jié)中，將按級(jí)別（小學(xué)或中學(xué)）和科目（學(xué)生或教師）對(duì)學(xué)生和教師對(duì)土壤的初步了解以及有效幫助他們更好地了解土壤的課程進(jìn)行研究。
2.1小學(xué)生對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)
2.1.1樸素認(rèn)識(shí)
本節(jié)討論四項(xiàng)研究，報(bào)告小學(xué)生對(duì)土壤概念的初步理解（表2）。其他幾項(xiàng)研究報(bào)告在研學(xué)前后對(duì)土壤概念的理解后的收獲（表3），但沒有報(bào)告學(xué)生的初步理解，如在研學(xué)前所示。
Geyer等（2003，2004）在德國(guó)的小學(xué)與150名4-11歲的兒童一起工作。研究的目的是確定可以向不同年齡的兒童傳授的土壤和農(nóng)業(yè)生態(tài)方面的知識(shí)，兒童是否可以理解土壤的三維性及其與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用，以及土壤科學(xué)如何學(xué)習(xí)。向孩子們介紹了該計(jì)劃，并提出了以下問題：'為什么土壤會(huì)讓您感興趣？' 最小的孩子把土壤稱為游樂場(chǎng)，而年齡較大的孩子對(duì)土壤的三維性有所了解，并提到種子，植物、樹木和蟲子，它們都生活在土壤中（圖2）。
研究人員還讓150名兒童畫一幅畫，表達(dá)他們對(duì)土壤的看法。這些研學(xué)前的圖片揭示了以下對(duì)土壤的初步理解：
4-7歲：孩子將地平線（地面）放在圖片的最底部。他們?cè)趫D表中或頭腦中沒有'土壤'的任何位置；
7到9歲：有些圖紙留有土壤的空間，但沒有進(jìn)一步畫出來(lái)；
9-11歲：他們已經(jīng)對(duì)土壤的外觀、發(fā)生過(guò)程以及某種程度上的物理特性有點(diǎn)了解
Happs（1981，1984）采訪了新西蘭懷卡托（Waikato）的40名學(xué)生，從7年生到大學(xué)水平。該研究關(guān)注的是學(xué)生對(duì)土壤的性質(zhì)、起源、年齡和深度的看法，以及土壤中可能發(fā)生的變化。
表2 各國(guó)小學(xué)生對(duì)土壤的初步了解
表3各國(guó)小學(xué)生土壤理解的前期進(jìn)展
圖2兒童以前對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)的思維導(dǎo)圖（Geyer et al，2004）
首先向?qū)W生派發(fā)各種與土壤相關(guān)的熟悉材料（表土的松散部分，草皮，帶有根系的草，粘土，鋸末，盆栽混合料，卵石），并要求他們確定所看到的東西，以幫助他們從中得出他們關(guān)于土壤和土壤發(fā)育的概念。卡片上還寫有各種刺激詞，以進(jìn)一步幫助提問：土壤，顏色，淤泥，巖石，砂粒，黏土，稠度，質(zhì)地，結(jié)構(gòu)，剖面，生物，植被，水，母體材料等。在面聊的基礎(chǔ)上進(jìn)行了選擇調(diào)查，并向另外221名中學(xué)生進(jìn)行了多項(xiàng)選擇調(diào)查。
盡管幾乎每個(gè)人都將土壤描述為生命的支撐，但許多人也將其稱為“泥巴”。幾乎一半的人認(rèn)為土壤是與地球同時(shí)形成的，即具有100，000，000年(1億年)的歷史，盡管少數(shù)人認(rèn)為土壤可能只有20年。有些人認(rèn)為土壤是腐爛的植物和動(dòng)物的產(chǎn)物，而有些人則說(shuō)是源自火山灰。一些高中和大學(xué)生認(rèn)識(shí)到土壤發(fā)育是一種“多源機(jī)制”。大多數(shù)人認(rèn)識(shí)到土壤會(huì)隨著時(shí)間而不斷變化，但無(wú)法描述如何變化。只有在他們對(duì)土壤深度的估計(jì)中，學(xué)生的答案比較接近科學(xué)：三分之一的人認(rèn)為土壤的深度小于1 米，另三分之一的人認(rèn)為深度在1至10 米之間。
Russell等（1993年）與58名5至11歲的兒童合作。他們首先讓學(xué)生參與探索活動(dòng)，例如用放大鏡察看土壤，思考哪些土壤最適合植物生長(zhǎng)，然后到室外向下看一個(gè)洞，思考如果您可以按需要挖到最深的土壤，土壤會(huì)走多深。他們遵循這個(gè)探索階段，進(jìn)行了研學(xué)前面聊，以征求學(xué)生對(duì)土壤的看法。面聊側(cè)重于以下主題：
1. 土壤的功能：一半以上的學(xué)生不知道或沒有反應(yīng)。大約三分之一的人認(rèn)為土壤是用于種植植物。
2. 土壤的性質(zhì)：幾乎一半的學(xué)生沒有提到土壤成分； 12名學(xué)生（大多是高年級(jí)）稱土壤為混合物；最年輕的學(xué)生中有8個(gè)將土壤稱為泥土或砂粒。
3. 土壤性質(zhì)的變化：大約三分之一的學(xué)生提到土壤含水量或濕度的變化。
4. 土壤的起源：很少有學(xué)生提出土壤從何而來(lái)。一些人提到數(shù)百萬(wàn)年來(lái)土壤的形成，來(lái)自腐爛的植被，以及沙子或礫石。
還要求學(xué)生對(duì)他們認(rèn)為的地下物體進(jìn)行詳細(xì)繪圖。與上面Geyer等（2003，2004）報(bào)告的附圖相比，它們可能已得到了更多的指導(dǎo)。因?yàn)榻Y(jié)果一致，但也更具體：
1. 年幼的孩子傾向于畫“無(wú)層”圖
2. 其他學(xué)生在地下畫了不同的層次，包括土壤、粘土、沙土、熔巖，或者他們發(fā)現(xiàn)蠕蟲、管道、骨頭、焦油、石頭、老鼠和地球核心的地方。
3. 一些年齡較大的學(xué)生在他們的繪圖中清楚地劃出了一層土壤（圖3）。
這四篇文章所總結(jié)的研究具有廣泛的性質(zhì)，涵蓋5至12年。它包括學(xué)生討論和面聊，以及分析標(biāo)記的圖表和學(xué)生繪制的圖片。學(xué)生對(duì)土壤性質(zhì)和功能的看法、土壤的變化以及土壤的起源和年齡也出現(xiàn)了類似的結(jié)果。在教學(xué)前，所有年齡段的學(xué)生：
1. 不清楚土壤的性質(zhì)和組成
2. 對(duì)地下一層土壤有所了解
3. 傾向于將土壤視為支持植物生長(zhǎng)和其他生活形式的家園
4. 對(duì)土壤的年齡一無(wú)所知，通常認(rèn)為它已經(jīng)有幾百萬(wàn)年的歷史了
5. 幾乎不了解土壤如何因風(fēng)化和侵蝕而形成，而侵蝕和侵蝕是造成土壤中沙，淤泥，粘土和腐殖質(zhì)組成的原因
6. 對(duì)土壤的深度有所了解，比其他屬性更接近實(shí)際。
這項(xiàng)工作應(yīng)注意若干限定條件。首先，參與研究的學(xué)生似乎全部來(lái)自城市學(xué)校。在農(nóng)村社區(qū)長(zhǎng)大的學(xué)生，尤其是生活在農(nóng)場(chǎng)的學(xué)生，可能給出了更明智的答案。其次，這三份報(bào)告中的學(xué)生來(lái)自相似的西歐文化。來(lái)自其他城市學(xué)校的學(xué)生會(huì)有不同的反應(yīng)嗎？第三，如果對(duì)北美各省和州的學(xué)生進(jìn)行了同樣的研究，這些州的土壤已經(jīng)作為小學(xué)的正式主題進(jìn)行了研究，如加利福尼亞、安大略省或得克薩斯州（見表1），那么來(lái)自初中生的數(shù)據(jù)是否為和我們?cè)谶@里看到的完全不同嗎？我不知道關(guān)于這個(gè)問題的任何數(shù)據(jù)，因?yàn)橥寥劳ǔ２皇菄?guó)際科學(xué)評(píng)估中包括的議題之一。第四，這三項(xiàng)研究是在10、20和30年前進(jìn)行的。例如，在20世紀(jì)90年代中期（Sharp 1996）對(duì)英國(guó)6年生的天文觀念進(jìn)行調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生對(duì)天文學(xué)的了解比10年前被調(diào)查的6名英國(guó)學(xué)生要多得多(Baxter，1989 )。這一進(jìn)展歸因于在這十年中，電視上出現(xiàn)的天文學(xué)和空間節(jié)目的數(shù)量和質(zhì)量有了很大的提高。過(guò)去二三十年的土壤科學(xué)情況是否也是如此？2008-2009年，美國(guó)史密森尼土壤展在18個(gè)月的展覽中，有數(shù)百萬(wàn)人參看(Collins 2008; Megonigal et al. 2010 )。在芝加哥的菲爾德博物館舉辦的更加永久性的'地下冒險(xiǎn)'土壤展覽也有許多人參加。在歐洲土壤意識(shí)網(wǎng)絡(luò)（Broll，2011）以及許多國(guó)家的土壤教育網(wǎng)站（見下文）的協(xié)調(diào)下，在歐洲各地開展了越來(lái)越多的高質(zhì)量土壤教育推廣活動(dòng)。然而，一般而言，沒有跡象表明學(xué)生可獲得的土壤科學(xué)信息發(fā)生了廣泛變化，而且最有可能的假設(shè)是，今天大多數(shù)學(xué)生的初步理解沒有改變。
圖3英格蘭一名初中學(xué)生在研學(xué)前的原始圖，顯示了提到了非常多礦物（Russell等，1993）。
2.1.2 研學(xué)活動(dòng)的效果
五項(xiàng)研究試圖量化各種'干預(yù)'或'研學(xué)'計(jì)劃的效果，以提高小學(xué)生對(duì)土壤概念的理解，為不同年齡的教學(xué)策略提供信息（表3）。Gulay等（2010）評(píng)估了土耳其人對(duì)土壤五個(gè)方面的理解：土壤的特征、生活在土壤中或土壤之下的生物、其重要性、土壤保護(hù)以及土壤侵蝕的原因和影響。受試者被分成對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，兩組都接受了研學(xué)前、研學(xué)后和推延的研學(xué)后測(cè)試（2周后），但只有實(shí)驗(yàn)組接觸到了9天的研學(xué)活動(dòng)。兒童是根據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)挑選的：（1） 社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景低，（2） 以前沒有接觸過(guò)任何關(guān)于土壤、侵蝕和環(huán)境的教育。研學(xué)活動(dòng)包括故事、游戲、戲劇、歌曲、實(shí)地考察、實(shí)驗(yàn)、藝術(shù)和在教室的一角使用土壤。節(jié)目聚焦于木偶Tipitop，被稱為'我們與蒂皮托普（Tipitop）和他的朋友一起了解土壤。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在測(cè)試前得分上無(wú)顯著差異。實(shí)驗(yàn)組在研學(xué)后測(cè)試得分和推延的研學(xué)后測(cè)試分?jǐn)?shù)上的表現(xiàn)明顯高于對(duì)照組或他們自己的研學(xué)前分?jǐn)?shù)。不幸的是，沒有提供哪些土壤概念最初最清楚，或在研學(xué)過(guò)程中最有效地學(xué)習(xí)哪些土壤概念的細(xì)節(jié)。
Geyer等（2003，2004）也為4至11歲的兒童工作。教師課程和田野探索涉及學(xué)生檢查土坑、各種土壤層和生活在土壤中的動(dòng)物。在野外作業(yè)前后進(jìn)行面聊，學(xué)生在課前、之后、幾周和一年后提交標(biāo)記的圖表。野外作業(yè)后提交的圖表包括更逼真的顏色和確定已挖掘土壤的層次。幾個(gè)星期和幾個(gè)月后，學(xué)生們記住了土壤層次。圖 4 顯示了一個(gè)9歲學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)工作前的、幾周后、以及一年后的圖表。在課前，只認(rèn)為土壤只是一個(gè)游戲場(chǎng)地。實(shí)地工作后，學(xué)生記錄土壤各個(gè)層次。6周后，土壤成了他生活的一部分，一年后，他仍然記得土壤層?，F(xiàn)在，這是他“正常生活”的一部分。在分析了150名4-11歲學(xué)生在田間探索課程前后繪制的數(shù)百?gòu)垐D表后，作者得出結(jié)論：
1. 4-7歲的學(xué)生可能會(huì)記得土壤層，野外工作，但對(duì)土壤動(dòng)物特別感興趣，他們“經(jīng)常且非常精確地畫出來(lái)”
2. 7-8歲的學(xué)生記得土壤的顏色和發(fā)生過(guò)程
3. 9歲以上的學(xué)生對(duì)土壤的科學(xué)和生態(tài)很感興趣，對(duì)發(fā)生過(guò)程和一些物理特性非常感興趣。動(dòng)物和植物不那么重要。他們了解森林生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)管理生態(tài)系統(tǒng)的差異。他們還能夠?qū)ψ约旱难芯孔鞒鲎约旱慕Y(jié)論。
圖4由9歲的學(xué)生在進(jìn)行土壤田野探索之前（左）、之后、6周后和一年后制作的土壤圖，顯示了在學(xué)習(xí)土壤層方面的進(jìn)步和持久性（Geyer，2004）。注意上圖中繪制的各層中地下土壤特征的數(shù)量驚人。
Russell等（1993）的工作也涉及5-11歲的學(xué)生。在初次面談后，學(xué)生在5周內(nèi)接觸研學(xué)策略（即課堂活動(dòng)）。Russell等人的研學(xué)階段采用了一些策略，包括鼓勵(lì)兒童將他們的想法與'正確'想法并列著來(lái)評(píng)估，為土壤相關(guān)詞匯制定更具體的定義，在概念中進(jìn)行概括，以及使用輔助信息來(lái)源。具體的土壤研學(xué)活動(dòng)包括教導(dǎo)孩子們仔細(xì)觀察土壤，比較不同的土壤以及展開想象土壤地下有什么東西。
幾周后，從學(xué)生那里獲得了一組與研學(xué)前測(cè)試數(shù)據(jù)互補(bǔ)的數(shù)據(jù)（日志，圖畫，討論，研學(xué)后面聊），并進(jìn)行了分析以揭示：
1. 土壤的性質(zhì)：年齡較小的孩子（7-9歲）最初很難理解土壤是由各種材料組成的，例如砂粒、粘土和生物材料。當(dāng)石頭相互摩擦產(chǎn)生灰塵時(shí)，孩子們?nèi)匀徊恢肋@與土壤的起源有關(guān)。但是，當(dāng)他們開始通過(guò)布料拉緊土壤時(shí)，他們開始發(fā)現(xiàn)土壤由幾種不同的成分組成。最終，他們能夠?qū)⑼寥栏拍罨癁橛蓭追N有機(jī)和無(wú)機(jī)成分組成，盡管他們都沒有提到空氣是土壤的一個(gè)組分。
2.土壤比較：盡管有些孩子往往只從外觀上就開始判斷土壤的“好”，但他們很快學(xué)會(huì)了使用更好的標(biāo)準(zhǔn)（即公平測(cè)試），包括土壤對(duì)植物生長(zhǎng)的支持程度。
3. 考慮地下情況：雖然一些動(dòng)手實(shí)踐與此主題相關(guān)的活動(dòng)（例如，在1 米深的花園中挖洞），但幾乎沒有時(shí)間考慮次要資源。但是，許多孩子開始認(rèn)識(shí)到在土壤下面我們會(huì)接觸到巖石。（巖石是這個(gè)研學(xué)階段中在土壤之后的下一個(gè)活動(dòng)。）
研學(xué)后的面聊可以看出研學(xué)與不研學(xué)對(duì)土壤的性質(zhì)和土壤中所含物質(zhì)的理解大相徑庭，包括：
1. 生物：研學(xué)后，將生物作為土壤成分之一的學(xué)生比以前多了（57％對(duì)27％），其中生物可以是植物、根、種子、微生物或小生物。
2. 土壤成分：雖然年輕學(xué)生在研學(xué)后提到土壤成分比以前少，也許是因?yàn)樗麄儧]有學(xué)到一些他們以前認(rèn)為是成分的東西，但年長(zhǎng)的學(xué)生在研學(xué)后提到土壤成更比以前多！
3. 有機(jī)物（死的，不是活的）：研學(xué)后提到有機(jī)物的學(xué)生人數(shù)與以前一樣（61％比60％）。
4. 無(wú)機(jī)物質(zhì)：研學(xué)后所提到的學(xué)生人數(shù)大致相同
5. 顆粒大小：研學(xué)后提到土壤中不同大小的顆粒的學(xué)生比研學(xué)前多（74%對(duì)31%）。
6. 土壤的起源：在研學(xué)之前，有28名學(xué)生提到了土壤從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的易位，而有8名學(xué)生提到了易位和轉(zhuǎn)化。只有8名學(xué)生提到土壤正在轉(zhuǎn)化。經(jīng)過(guò)研學(xué)，有27名學(xué)生提到了土壤的轉(zhuǎn)化，而只有18名學(xué)生提到了土壤的遷移。（通常，學(xué)生認(rèn)為土壤的易地來(lái)自人類帶來(lái)的花園、花園中心等）。
7. 土壤轉(zhuǎn)化的性質(zhì)：研學(xué)之后，更多的學(xué)生認(rèn)為土壤是無(wú)機(jī)來(lái)源（26％比12％），一些學(xué)生提到火山噴發(fā)的熔巖，碎石，海砂，東西碰撞等。。
8. 土壤類型：當(dāng)向?qū)W生展示5個(gè)土壤樣品并要求將其分類為土壤或非土壤時(shí)，關(guān)于三個(gè)樣品的前后結(jié)果混合在一起，表明在各種情況下，了解土壤真正是什么的持續(xù)微妙土壤的視角。（這三個(gè)樣本包括沙質(zhì)表層土，白堊土和潮濕的泥炭。）
Lippert ( 2006 )使用基于網(wǎng)絡(luò)的基本土壤模塊，帶有彈出式測(cè)試和音頻文件，作為南卡羅來(lái)納州97名7年生的研學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在課堂上回答了研學(xué)前測(cè)試的多項(xiàng)選擇題，然后用2-3天在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)了基于Web的模塊，再在課堂上回答了研學(xué)后的試題。一個(gè)月后，他們?cè)俅螌?duì)研學(xué)后的試題進(jìn)行答題。研究的目的是了解基于網(wǎng)絡(luò)的模塊是否能有效地指導(dǎo)學(xué)生了解土壤。結(jié)論是肯定的，其中研學(xué)前測(cè)試的所有問題中的21個(gè)漲幅超過(guò)30%。3個(gè)問題漲幅中等為20-29%，只有2個(gè)問題漲幅微小為10-19%。同樣的模塊對(duì)150名大學(xué)生進(jìn)行測(cè)試時(shí)，結(jié)果只是稍好一些。推延的研后測(cè)試顯示比模塊學(xué)習(xí)之后立即測(cè)試所獲得的知識(shí)衰減了，但仍比研學(xué)前測(cè)試仍有顯著進(jìn)步（表4）。
沒有足夠的資料可以就特定項(xiàng)目的學(xué)習(xí)收獲得出結(jié)論。此外，在26個(gè)問題中，學(xué)生在2-3天期間內(nèi)，就取得了相當(dāng)可觀的成績(jī)。這與Russell等（1993）在幼兒園至6年級(jí)的研究中采用的5周密集研學(xué)策略形成鮮明對(duì)比，其研學(xué)收獲似乎沒有那么顯著。最后，這26個(gè)問題中的大多數(shù)似乎都與事實(shí)性、技術(shù)細(xì)節(jié)有關(guān)，而不是理解土壤科學(xué)的核心概念，這些概念可以通過(guò)動(dòng)手調(diào)查，動(dòng)腦討論和提問，可以深深地扎根于學(xué)生的思維中。研學(xué)后學(xué)習(xí)收獲（一個(gè)月后）遠(yuǎn)低于研學(xué)剛結(jié)束時(shí)的學(xué)習(xí)收獲或這些問題的許多方面似乎都證明了這一點(diǎn)。
在Randler和Hulde（2007）報(bào)道的另一項(xiàng)德國(guó)研究中，某德國(guó)中學(xué)有123名學(xué)生報(bào)名參加了兩個(gè)年級(jí)班，2個(gè)5年級(jí)和2個(gè)6年級(jí)。6個(gè)班級(jí)進(jìn)行了5個(gè)開放式問題的研學(xué)前測(cè)試，其研學(xué)方案包括涉及土壤生態(tài)學(xué)的三個(gè)不同的生態(tài)實(shí)驗(yàn)：（1）研究苔蘚的持水量，（2 ）研究草地對(duì)農(nóng)田的侵蝕，以及（3）確定土壤的水凈化能力。測(cè)試的主要變量是以學(xué)習(xí)者為中心的課堂與以教師為中心的課堂的影響。1個(gè)5年級(jí)和1個(gè)6年級(jí)接受了以學(xué)習(xí)者為中心的研學(xué)，其他兩個(gè)班級(jí)則接受了以老師為中心的研學(xué)。在以教師為中心的課程中，老師進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并與學(xué)生討論了結(jié)果；在以學(xué)習(xí)者為中心的課程中，學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研學(xué)前測(cè)試是在研學(xué)之前完成的，第一次研學(xué)后測(cè)試是在研學(xué)之后進(jìn)行的，而推延的研學(xué)后測(cè)試則在4周后進(jìn)行。
研學(xué)后測(cè)試用了研學(xué)前測(cè)試中使用的同一五個(gè)問題，但又增加了兩個(gè)問題。以下是研學(xué)前后測(cè)試的示例問題：
1. 哪些特定特征與青苔特別相關(guān)？（水保持能力）？日常生活中哪些具體器具具有類似的特征？（海綿）
2. 地上的水經(jīng)常是臟的，地下水幾乎清澈。請(qǐng)解釋。（植物和土壤材料過(guò)濾臟水）。
3. 陡坡上的黑刺李經(jīng)常種上雜草。有什么好處？（防止土壤侵蝕）
4. 如果土壤是裸露的（沒有植物）會(huì)發(fā)生什么（侵蝕會(huì)帶走土壤）
表4. 在26個(gè)有關(guān)土壤的知識(shí)問題上的學(xué)習(xí)收獲（Lippert，2006）。七年生學(xué)習(xí)了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的土壤模塊，為期2-3天，并回答了以下問題。
表5. 推延1個(gè)月后保留下來(lái)的學(xué)習(xí)收獲顯著（Randler和Hulde 2007）。5-6年級(jí)的學(xué)生研究了苔蘚的保水特性，與農(nóng)業(yè)用地相比的草地水土流失以及土壤的水凈化能力，并在以教師為中心與以學(xué)習(xí)者為中心的環(huán)境中測(cè)試了研學(xué)前后的理解。
兩個(gè)研學(xué)組的平均分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上均相同（表5）。但是，對(duì)于研后推延的測(cè)試，以教師為中心的組的平均得分比教學(xué)后立即的研后測(cè)試的得分有所下降，而以學(xué)習(xí)者為中心的組的平均得分卻保持不變，因此兩組之間的差異。由此得出的主要結(jié)論很簡(jiǎn)單：以學(xué)習(xí)者為中心的教室，使學(xué)生可以進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，而不僅僅是看著和聽老師在做和討論實(shí)驗(yàn)，這可以顯著改善長(zhǎng)期學(xué)習(xí)效果。這一結(jié)論與關(guān)于學(xué)生理科學(xué)習(xí)的廣泛研究一致。
2.1.3 總結(jié)
盡管他們通常知道土壤以某種方式支持植物生長(zhǎng)，但最初他們對(duì)土壤的性質(zhì)，組成和功能尚不清楚。他們對(duì)土壤的起源，年齡或形成幾乎一無(wú)所知，盡管他們中的許多人，尤其是中學(xué)生，都知道土壤并不那么深，并且常常位于巖石之上（Happs 1984；Russell et al，1993）。
盡管如此，從學(xué)齡前到中學(xué)的所有年齡段的學(xué)生都可以開展有效的教育計(jì)劃。雖然以教師為中心的短期項(xiàng)目可以使學(xué)生初步了解土壤的一些事實(shí)和細(xì)節(jié)（Lippert 2006），但對(duì)于小學(xué)生而言，要永久改變學(xué)生對(duì)關(guān)鍵土壤概念的理解，需要一個(gè)擴(kuò)展的、4-5周的動(dòng)手實(shí)踐與“動(dòng)腦”討論相結(jié)合的項(xiàng)目（Geyer et al，2003；2004；Russell et al，1993；Randler and Hulde 2007）。
2.2小學(xué)教師對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)
小學(xué)教師對(duì)土壤的理解可能和學(xué)生一樣重要，尤其是在土壤作為課堂學(xué)科教學(xué)的國(guó)家。然而，關(guān)于這個(gè)問題的研究很少。
2.2.1樸素認(rèn)識(shí)
在對(duì)內(nèi)布拉斯加州的108名中小學(xué)教師進(jìn)行的研究中，38個(gè)項(xiàng)目中只有一個(gè)涉及土壤(Gosselin和Macklem-Hurst，2002)，該項(xiàng)目的得分最低。雖然38個(gè)項(xiàng)目的研學(xué)前測(cè)試的平均分?jǐn)?shù)為55％，但只有16％的學(xué)生正確地不同意“土壤堆積為天然巖石層”這一說(shuō)法。
在另外一項(xiàng)針對(duì)紐約州87名職前小學(xué)教師的研究中，進(jìn)行了一項(xiàng)研學(xué)前測(cè)試，包括撰寫粘土的定義、列出由粘土制成的產(chǎn)品以及解釋粘土的起源（Rule，2007）。只有少數(shù)職前教師認(rèn)為粘土是地球上的一種天然物質(zhì)（表6）。最自然地想到的是模擬粘土，而不把粘土和地球的天然物質(zhì)聯(lián)系起來(lái)。就粘土的起源而言，11項(xiàng)建議中只有3項(xiàng)可以被認(rèn)為是科學(xué)的：粘土在地下形成（9個(gè)回答），它形成于化學(xué)風(fēng)化（5個(gè)回答），粘土礦物在土壤中發(fā)現(xiàn)（4個(gè)回答）。
土壤科學(xué)是安大略省三年級(jí)的一個(gè)專題，因此對(duì)職前小學(xué)教師對(duì)一套完整的土壤概念的初步理解進(jìn)行了研究（Hayhoe等，印刷中）。在多倫多附近的一所中等規(guī)模的公立大學(xué)學(xué)習(xí)的125名中小學(xué)教師（K-6）中，有74名教師自愿回答了32個(gè)項(xiàng)目的多項(xiàng)選擇問卷。職前教師代表了大多倫多地區(qū)的文化多樣性，他們都擁有大學(xué)學(xué)位，但理科出身的很少。教師在問卷中的平均得分為55%，而隨機(jī)得分為25%（表7）。
在進(jìn)一步的研究中，在32個(gè)項(xiàng)目中，有25個(gè)被分配給同一機(jī)構(gòu)的第二組98名職前小學(xué)教師，以及當(dāng)?shù)匾凰搅⒒浇檀髮W(xué)的41名職前小學(xué)教師。結(jié)果都非常相似（Hayhoe等，印刷中）。表7中的結(jié)果表明，盡管這些加拿大教師了解很多重要的土壤概念，但他們對(duì)許多其他知識(shí)有誤解或知識(shí)不足，很可能需要一些土壤方面的指導(dǎo)才能勝任教3年級(jí)學(xué)生。（必須指出的是，這些安大略省的大多數(shù)教師在他們自己的3年級(jí)學(xué)校中沒有接受土壤科學(xué)教育；直到1999-2000年才進(jìn)入課程）。
2.2.2 研學(xué)活動(dòng)的效果
當(dāng)土壤等地球科學(xué)主題被包括在職前小學(xué)教師學(xué)習(xí)的科學(xué)方法課程中時(shí)，他們的研學(xué)前成績(jī)是否顯著提高？在Gosselin and Macklem-Hurst ( 2002 )的研究中，學(xué)生們每周見面兩次，總共4.5小時(shí)。課程內(nèi)容'主要通過(guò)使用動(dòng)手和思維方法，包括基于查詢的活動(dòng)來(lái)呈現(xiàn)。該課程由兩個(gè)合作項(xiàng)目完成，一個(gè)與天氣現(xiàn)象有關(guān)，另一個(gè)與溪流數(shù)據(jù)有關(guān)。然后收集研學(xué)后測(cè)試分?jǐn)?shù)。關(guān)于土壤的單一項(xiàng)目的研后測(cè)試升值為16%（16-32%），這與38個(gè)項(xiàng)目的平均值（55-80%）相比沒什么進(jìn)步。經(jīng)過(guò)研學(xué)指導(dǎo)，大多數(shù)學(xué)生仍然認(rèn)為土壤是作為天然巖層沉積的。
表6 紐約州87名教前小學(xué)教師所理解的粘土的性質(zhì)和起源（Rule 2007）。研學(xué)前測(cè)試包括編寫粘土的定義、列出由粘土制成的產(chǎn)品，并解釋粘土的起源
在Hayhoe等（已提交出版）的后續(xù)研究中，一所私立基督教大學(xué)的19位老師參加了一次課堂講習(xí)班，包括兩節(jié)3小時(shí)與土壤相關(guān)的動(dòng)手活動(dòng)和討論，以及一些課后作業(yè)（Hayhoe等，2011）。課堂活動(dòng)涉及多達(dá)十個(gè)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生學(xué)習(xí)三年級(jí)土壤單元通常在幾個(gè)星期內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，以及小組和班級(jí)的討論和閱讀（圖5）。在土壤活動(dòng)5個(gè)月后和課程結(jié)束后4個(gè)月后，向老師們發(fā)放了相同的研學(xué)后測(cè)試調(diào)查問卷，以便可以分析研學(xué)前后對(duì)土壤概念理解上長(zhǎng)時(shí)間的收獲。
還開展了“環(huán)境態(tài)度”調(diào)查，并與土壤概念調(diào)查表同時(shí)進(jìn)行。職前教師回答了20項(xiàng)李克特量表調(diào)查，以測(cè)試他們對(duì)五個(gè)環(huán)境主題的態(tài)度：氣候變化，能源使用，水，核能和土壤。研究人員希望了解對(duì)土壤的關(guān)注是否與對(duì)土壤概念的初步理解有關(guān)，以及參與土壤活動(dòng)的研學(xué)是否增加了對(duì)土壤的關(guān)注（與其他四個(gè)環(huán)境主題對(duì)照）以及對(duì)土壤概念的理解。這份32項(xiàng)土壤調(diào)查問卷和20項(xiàng)環(huán)境調(diào)查問卷分別發(fā)給了私立基督教大學(xué)（Tyndale）的19名學(xué)生進(jìn)行研學(xué)前后測(cè)試以及之前提到的74名中型公立大學(xué)的學(xué)生（UOIT），（僅進(jìn)行研學(xué)前測(cè)試） （來(lái)自中型公立大學(xué)的74名學(xué)生中，只有67名完成了土壤調(diào)查表和環(huán)境調(diào)查。）
表7. 74名職前教師的研學(xué)前測(cè)試土壤選擇題（Hayhoe等，已提交出版）。測(cè)試了加拿大某中型公立大學(xué)的職前小學(xué)教師對(duì)不同土壤概念的初步理解
圖5. 研究土壤的職前小學(xué)教師觀察土壤的不同成分，從巖石侵蝕中注意到土壤的形成，并思考在土壤中蚯蚓蟲的作用（Hayhoe等，2011）。
對(duì)于研學(xué)前測(cè)試的問卷和調(diào)查，兩所大學(xué)的分?jǐn)?shù)均值相同，32項(xiàng)MC測(cè)驗(yàn)土壤概念的平均值為57％，20項(xiàng)指標(biāo)李克特量表環(huán)境調(diào)查的平均值為75-77％，這兩個(gè)指標(biāo)衡量了他們對(duì)土壤態(tài)度（圖6）。對(duì)于研學(xué)后的調(diào)查，規(guī)模較小的大學(xué)的19名教師的土壤概念從57％上升到78％，土壤態(tài)度從75％上升到88％（圖7）。這項(xiàng)研究表明，科學(xué)方法課程中10％的上課時(shí)間可以顯著影響環(huán)境關(guān)注和教師對(duì)土壤的概念理解，盡管其中一個(gè)的增加與另一個(gè)沒有相關(guān)性（即，在對(duì)土壤的環(huán)境關(guān)注增加最多的教師不一定就對(duì)重要的土壤科學(xué)概念的理解程度提高最大）。
在這項(xiàng)研究的第二年，32項(xiàng)的土壤調(diào)查被縮減為25個(gè)項(xiàng)目，刪除了教師在以前的研學(xué)前測(cè)試中最初得分達(dá)到90%左右的項(xiàng)目，以及一些差異指數(shù)較差的項(xiàng)目（Hayhoe等，提交出版）。當(dāng)將這25項(xiàng)的土壤概念調(diào)查應(yīng)用于私立和公立大學(xué)的新一批職前教師，并重新分析前幾年的結(jié)果時(shí)，這兩年的數(shù)據(jù)非常相似（表8）。
這些結(jié)果的一致性表明，任何影響都不是某一群體或大學(xué)所特有的。唯一的顯著效果是職前研學(xué)收獲：教師對(duì)這些土壤概念的理解方面提高了37% [67.1?48.1]/ [100?48.1])。將表9與表7進(jìn)行比較，在一些項(xiàng)目上，職前教師取得了很大的成績(jī)：了解在一小把土壤中有多少生命形式，土壤形成需要多少年，腐爛的有機(jī)物那一部分被稱為（腐殖質(zhì)），以及它的作用，土壤的哪個(gè)成分首先在水（砂）中沉降，以及如何通過(guò)質(zhì)地區(qū)分干土和干粘土。
圖6. 教師對(duì)土壤概念和對(duì)土壤的態(tài)度的理解（Hayhoe等，2011）。加拿大一所小型私立基督教大學(xué)（Tyndale）的職前小學(xué)教師在土壤概念和土壤態(tài)度的研學(xué)前測(cè)試中的表現(xiàn)與中等規(guī)模的公立大學(xué)（UOIT）的教師相同。
圖7. 教師對(duì)土壤的理解和態(tài)度的職前學(xué)習(xí)收獲（Hayhoe等，2011）。加拿大一所小型私立基督教大學(xué)（Tyndale）的職前小學(xué)教師在土壤觀念和土壤態(tài)度上都有所提高，盡管個(gè)別教師的學(xué)習(xí)收獲之間沒有顯著相關(guān)性
在其他一些項(xiàng)目上，他們?nèi)〉昧诉m度但顯著的學(xué)習(xí)收益——好土壤是50%的空間是空氣和水；土壤中最小的顆粒是黏粒；土壤真菌太小，無(wú)法用放大鏡看到；土壤可以濾我們水中的雜質(zhì)——盡管在推遲的研后測(cè)試的成績(jī)中，仍然只有少數(shù)職前教師正確回答了這些問題。
表8. 兩所大學(xué)的職前小學(xué)教師在2年內(nèi)對(duì)25項(xiàng)與特定土壤概念有關(guān)的項(xiàng)目的研學(xué)前測(cè)試成績(jī)和收獲（Hayhoe等人，提交出版稿）。
a四個(gè)研學(xué)前測(cè)（兩個(gè)機(jī)構(gòu)歷時(shí)兩年）之間的差異不顯著
b兩年前的研學(xué)后期測(cè)試之間的差異是很大的（p <.001）
表9. 有41名職前小學(xué)教師的選定土壤項(xiàng)目在2年內(nèi)的研學(xué)前平均項(xiàng)目得分（Hayhoe等人，已提交出版）。此表中的研學(xué)前測(cè)試方式適用于41名Tyndale職前教師，而表7中的研學(xué)前測(cè)試方式適用于74名UOIT職前教師
2.2.3總結(jié)
在關(guān)于小學(xué)教師了解土壤的三項(xiàng)研究中，第一項(xiàng)研究只涉及一個(gè)概念（土壤不像巖石層一樣沉積）。第二個(gè)只涉及與粘土有關(guān)的概念，雖然非常深入。只有第三組研究報(bào)告了各種土壤科學(xué)概念。他們發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)職前小學(xué)教師沒有在中學(xué)后學(xué)習(xí)過(guò)科學(xué)，可能從未學(xué)習(xí)過(guò)土壤科學(xué)，但最初卻了解許多關(guān)于土壤的重要概念。同時(shí)，他們有許多誤解或無(wú)知的領(lǐng)域。在他們的科學(xué)方法課程中雖然只有2-3節(jié)課，卻獲得了長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)收獲 將他們對(duì)土壤科學(xué)概念的知識(shí)和理解上的缺乏減少了三分之一。在一個(gè)涵蓋許多土壤科學(xué)概念的研學(xué)計(jì)劃中，在適度的課時(shí)和閱讀中，這個(gè)效果是可以預(yù)料到的。
2.3 中學(xué)生對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)
只有兩項(xiàng)研究報(bào)告了中學(xué)生對(duì)土壤的初步了解（表10）。Happs（1981，1984）的調(diào)查結(jié)果已經(jīng)報(bào)告（第2.1.1節(jié)）。Drieling（2006，2008）通過(guò)面聊和繪畫的方式研究了德國(guó)15-16歲高中生的想法。一位學(xué)生認(rèn)為，在地下存在著均勻的物質(zhì)，動(dòng)物生活在那里，也許在下面有水。另一名學(xué)生設(shè)想“從不同材料（例如土壤、砂礫、礫石或巖石）劃分的地質(zhì)層的意義上，來(lái)確定的土壤層”。第三位學(xué)生記得在樹林里挖一個(gè)洞，在地下的土壤中看到了許多不同的顏色和成分。Drieling得出結(jié)論，對(duì)土壤層次和剖面的接近科學(xué)理解的程度方面，學(xué)生之間存在很大差異。
三項(xiàng)研究報(bào)告了在中學(xué)階段對(duì)土壤認(rèn)識(shí)的有效研學(xué)活動(dòng)（表11）。Cattle等（1995）介紹了計(jì)算機(jī)的使用，向高中和大學(xué)生教授土壤科學(xué)的詳細(xì)過(guò)程。由于在過(guò)去的幾年中技術(shù)發(fā)展迅猛，因此該程序的詳細(xì)信息現(xiàn)在可能用處不大。Drieling（2008）提議使用一種建構(gòu)主義的活動(dòng)模式，與一群11年級(jí)的學(xué)生合作，以了解德國(guó)土壤科學(xué)的指向。這一周期的活動(dòng)包括引出先入為主的觀念，在活動(dòng)中通過(guò)與原始觀念進(jìn)行比較來(lái)重新構(gòu)造學(xué)生的觀念，進(jìn)行澄清和交流、新思想的構(gòu)建和評(píng)估，最后應(yīng)用和綜述新觀念。在此周期中，她使用了五個(gè)具體步驟（Drieling，個(gè)人交流）：
1. 學(xué)生想象腳下的泥土，并創(chuàng)建一個(gè)貼有標(biāo)簽的草圖。
2.接下來(lái)想象，他們鏟出一些泥土，并記下他們發(fā)現(xiàn)的東西。
3. 然后，使用鏟子或螺旋鉆來(lái)剖開土壤剖面，在每個(gè)土壤層次進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查
4. 從不同土壤層收集樣品并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，例如pH值。
5. 匯總他們的結(jié)果并得出結(jié)論。
6. 將他們的發(fā)現(xiàn)與最初的想法進(jìn)行了比較和對(duì)比。
表10. 三個(gè)國(guó)家的中學(xué)生對(duì)土壤的初步了解
表11. 三個(gè)國(guó)家中學(xué)生土壤研學(xué)活動(dòng)
Moebius和Elsevier（2008）和Moebius-Clune等人的工作（2011）包括48名中學(xué)生，參加了14次有關(guān)水徑流和土壤滲透的動(dòng)手探究課程。學(xué)生們提出了自己的研究問題，其中包括“評(píng)估壓實(shí)度，植被，巖石含量，粒徑，坡度和先前含水量等對(duì)徑流和入滲分配的影響的問題”。學(xué)生們完成了一系列的工作表來(lái)指導(dǎo)他們的探究，寫日記，回答一系列針對(duì)實(shí)驗(yàn)的問題，并與現(xiàn)實(shí)世界的問題相關(guān)聯(lián)。（有關(guān)單位的網(wǎng)站，請(qǐng)參見Moebius和Elsevier 2008）。研學(xué)前測(cè)試由以前州統(tǒng)考的多項(xiàng)選擇題（紐約）中挑選的13個(gè)多項(xiàng)選擇題以及四個(gè)簡(jiǎn)答題組成。由于學(xué)生來(lái)自農(nóng)業(yè)地區(qū)，因此他們中的許多人在研學(xué)前測(cè)試中表現(xiàn)都很好。
除了回答研學(xué)前測(cè)試外，學(xué)生團(tuán)隊(duì)還介紹了與他們自己的徑流和滲透調(diào)查研究相關(guān)的最終項(xiàng)目。最后項(xiàng)目分?jǐn)?shù)的分布是雙峰的。在峰的高端，一群八名學(xué)生投入了額外的努力，超越了大多數(shù)。在低端，一些項(xiàng)目顯然努力很少。有趣的是，測(cè)試分?jǐn)?shù)（13 個(gè)多選和 4 個(gè)簡(jiǎn)答題）與最終項(xiàng)目分?jǐn)?shù)之間沒有相關(guān)性，盡管測(cè)試分?jǐn)?shù)的增益和最終項(xiàng)目分?jǐn)?shù)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明兩種評(píng)價(jià)方法評(píng)估了不同的技能。學(xué)生還完成了11個(gè)項(xiàng)目的調(diào)查，以評(píng)估他們對(duì)該項(xiàng)目的興趣。在大多數(shù)項(xiàng)目上得分很高（表現(xiàn)出他們的熱情和興趣），在兩個(gè)項(xiàng)目上，得分都很高。
絕大多數(shù)學(xué)生說(shuō)，比起平常的中學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)更喜歡這種研究，并且他們學(xué)會(huì)了像研究科學(xué)家一樣在團(tuán)隊(duì)中工作。
Happs（1981，1984）的研究表明，中學(xué)生無(wú)疑比小學(xué)生對(duì)土壤有了更深刻的初步理解。Drieling （ 2008 ） 的工作說(shuō)明了如何將建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模式與實(shí)際土壤剖面調(diào)查成功結(jié)合，使高中生能夠從根本上改變他們的土壤觀念。Moebius-Cline等（2011年）的工作表明，學(xué)生確實(shí)可以從關(guān)于水徑流和滲透等特定土壤主題的深入探究活動(dòng)中受益。除了這兩項(xiàng)研究之外，總得來(lái)說(shuō)，中學(xué)生的（土壤研學(xué)）工作研究得很少。（見下文中學(xué)專業(yè)農(nóng)業(yè)課程的學(xué)生）。
2.4中學(xué)教師對(duì)土壤的了解和舒適度
據(jù)我所知，尚無(wú)有論文發(fā)表研究關(guān)于中學(xué)科學(xué)教師對(duì)土壤科學(xué)的初步理解，一些研究報(bào)告了中學(xué)教師（農(nóng)業(yè)、社會(huì)研究、科學(xué)）對(duì)土壤知識(shí)的準(zhǔn)備程度和舒適度。這里總結(jié)了其中的四個(gè)。
首先，Puk和Behm（2003）研究了中學(xué)科學(xué)教師準(zhǔn)備講授包括土壤在內(nèi)的環(huán)境主題的準(zhǔn)備情況。他們向全省的中學(xué)科學(xué)和地理老師發(fā)送了500份調(diào)查問卷，并收到了226份完整的調(diào)查問卷。結(jié)果表明，教師往往沒有教授已融入主流科學(xué)和地理課程的環(huán)境成分。原因包括教師缺乏時(shí)間和缺乏知識(shí)。多數(shù)教師沒有特別講授土壤概念。
Van Meter和Santucci（1990年）關(guān)注印第安納州（一個(gè)以農(nóng)業(yè)為重點(diǎn)的州）的中學(xué)農(nóng)業(yè)和地理教師對(duì)印第安納州進(jìn)行土壤調(diào)查（用于種植、土地管理和環(huán)保主義者）的頻率。他向所有中學(xué)發(fā)送了184份調(diào)查，并收到了145份已完成的調(diào)查。調(diào)查分析表明，雖然農(nóng)業(yè)中學(xué)教師熟悉土壤調(diào)查，而且大多數(shù)教師在課堂上都使用了這些調(diào)查，但只有少數(shù)地理老師對(duì)此有所了解，而很少有地理老師在課堂上充分利用這些土壤調(diào)查。有趣的是，城市和農(nóng)村地區(qū)的結(jié)果是相同的。研究人員得出結(jié)論，土壤調(diào)查主要與農(nóng)業(yè)和農(nóng)場(chǎng)規(guī)劃需求有關(guān)。
Wingenbach（2007年）研究了德克薩斯州職前農(nóng)業(yè)教師的知識(shí)和舒適度，涉及農(nóng)業(yè)力學(xué)、就業(yè)能力特征、農(nóng)業(yè)與環(huán)境、動(dòng)物科學(xué)、植物和土壤、農(nóng)業(yè)企業(yè)管理，土壤與土壤形成以及食品等內(nèi)容。他們發(fā)現(xiàn)，除了土壤之外，這些水平對(duì)其他主題被是足夠的。雖然在德克薩斯州，土壤的確在課程中有所體現(xiàn)，但鑒于我們對(duì)小學(xué)教育和中等教育中的土壤和土壤教育缺乏興趣的知識(shí)，這不足為奇，（表1）。
最后，Houck and Kitchel（2010）研究了肯塔基州的職前農(nóng)業(yè)教師的內(nèi)容知識(shí)。與Wingenbach（2007）等的先前發(fā)現(xiàn)相反，這項(xiàng)研究表明，與動(dòng)物科學(xué)、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)和其他農(nóng)業(yè)社會(huì)科學(xué)相比，教師在植物和土壤科學(xué)方面的得分最高。但是，他們指出，與其他任何主題相比，這群學(xué)生在植物和土壤科學(xué)方面的課程準(zhǔn)備更多。
總之，一小部分的研究表明，中學(xué)地理和科學(xué)教師很少關(guān)注土壤科學(xué)，盡管它可能與他們的一些課程主題有關(guān)。具體到職前農(nóng)業(yè)教師，在肯塔基州和德克薩斯州進(jìn)行的研究結(jié)果表明，他們?cè)谥袑W(xué)階段教授土壤科學(xué)的準(zhǔn)備程度如何，與課程中的其他主題（如動(dòng)物科學(xué)、食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)管理和工程）給出矛盾的結(jié)果。
3 可用于中小學(xué)土壤教育的資源
在小學(xué)課程中，有許多優(yōu)秀的英語(yǔ)資源可用于土壤教學(xué)。其中包括完整的設(shè)備套件、廣泛的課程手冊(cè)、教師期刊的文章以及帶有活動(dòng)的網(wǎng)站。在中學(xué)和中學(xué)一級(jí)，資源主要有期刊文章和網(wǎng)站。
3.1 用于教授初級(jí)土壤單元的設(shè)備套件和資源手冊(cè)
3.1.1 成套設(shè)備套件
北美許多文教區(qū)都有'科學(xué)資料袋分發(fā)系統(tǒng)'，能夠?yàn)樾W(xué)教師 （K-4） 提供一個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間的完整土壤科學(xué)工具包。工具包用過(guò)之后，技術(shù)人員會(huì)將其翻新并發(fā)送給另一位教師繼續(xù)使用。設(shè)備完整的工具包的成本在 500 到 1，000 美元之間，但每次的個(gè)人使用的價(jià)格相對(duì)較低。它包含研學(xué)所有需要的道具（砂粒、粘土、粉粒、壤土、放大鏡、過(guò)濾器、種子、托盤、紙巾等），可以讓教師帶領(lǐng)研學(xué)班開展一系列引人入勝的動(dòng)手活動(dòng)。大多數(shù)工具包還附帶教師培訓(xùn) CD、詳細(xì)的課堂課程手冊(cè)、活動(dòng)卡或可用于每個(gè)實(shí)驗(yàn)的'優(yōu)質(zhì)專業(yè)教材'以及評(píng)估策略和活動(dòng)。下面依我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)介紹的兩個(gè)工具包（STC、FOSS），并能夠證明其質(zhì)量不差。
STC Soils。國(guó)家科學(xué)資源中心 （NSRC）的 STC 單元套件提供英語(yǔ)、西班牙語(yǔ)和瑞典語(yǔ)版本，費(fèi)用為 480 美元。該套件面向2年級(jí)學(xué)生，它已成功在多倫多的3年生教室中使用。該單元包括 16 個(gè)詳細(xì)的動(dòng)手課程，供學(xué)生使用個(gè)人練習(xí)簿進(jìn)行練習(xí)，并附帶教師指南、教師工具 CD、16 個(gè)可重復(fù)使用的學(xué)生指南和 32 名學(xué)生的班級(jí)的材料。（請(qǐng)參閱http://www.carolinacurriculum.com/STC/Elementary/Soils/index.asp，2012 年 4 月 15 日訪問）。可下載示例課程。NSRC網(wǎng)站上的描述是準(zhǔn)確的：'土壤，一個(gè)為二年級(jí)學(xué)生提供16課的單元，加深了孩子們對(duì)土壤的認(rèn)識(shí)和鑒賞。通過(guò)簡(jiǎn)單的測(cè)試，學(xué)生學(xué)會(huì)識(shí)別土壤中的砂粒、粘土和腐殖質(zhì)。他們還研究水如何影響不同類型的土壤。通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，探索根系和植物在各種土壤中的生長(zhǎng)方式，以及在蠕蟲的幫助下，衰老的植物如何被分解并成為土壤的一部分。然后，運(yùn)用他們所學(xué)到的知識(shí)，調(diào)查他們當(dāng)?shù)赝寥?。?/span>
FOSS Pebbles，Sand and Silt（FOSS礫石，砂粒和粉粒）。FOSS（the Full Option Science System）是勞倫斯科學(xué)館的一部分。與 NSRC 一樣，F(xiàn)OSS 套件涵蓋幼兒園到六年級(jí)的所有年級(jí)的學(xué)習(xí)。售價(jià)為924美元（delta-education.com/fossgallery.aspx?menuID=2http://www，2012年4月15日）。與 STC 土壤一樣，該套件針對(duì)2年級(jí)，但也適用于1-3年級(jí)。除了完整的設(shè)備，該套件還包括學(xué)生視頻和一個(gè)最新的網(wǎng)站，為家長(zhǎng)、教師和學(xué)生提供頁(yè)面（http://fossweb.com/modulesK-2/ Pebbles SandandSilt/index.html，2012 年 4 月 15 日訪問）。與STC土壤不同，F(xiàn)OSS套件讓學(xué)生調(diào)查巖石和礦物，引導(dǎo)他們看到砂粒和黏粒來(lái)自哪里，然后使用它們來(lái)構(gòu)建和建造物體，最后開展土壤探索，學(xué)生可以將土壤進(jìn)行拼湊和分開，將腐殖質(zhì)作為土壤的成分加入土壤，并比較自制土壤和本地土壤的差別。
3.1.2 教師資源手冊(cè)
《環(huán)境中的土壤》（Andrews等人，2009年修訂版）。這份長(zhǎng)達(dá)75頁(yè)的三年生資源手冊(cè)，有25張夾層學(xué)生活動(dòng)表，包括23節(jié)課，幾乎包括適合小學(xué)生的土壤科學(xué)的各個(gè)方面。主題包括土壤、土壤和水的組成、土壤成分的特征、滲透、徑流和水的沉積、土壤剖面、生活在土壤中的生物、土壤中植物根系的生長(zhǎng)以及使用堆肥機(jī)。（可從www.bill-andrew.com聯(lián)系作者獲得，訪問2012年4月15日）。
挖吧！動(dòng)手土壤調(diào)查（NSTA，2001年）（Dig in! Hands-on Soil Investigations (NSTA 2001 )）。國(guó)家資源保護(hù)服務(wù)局（NRCS）和國(guó)家科學(xué)教師協(xié)會(huì)（NSTA）為小學(xué)科學(xué)教師和管理人員創(chuàng)建了這份長(zhǎng)達(dá)129頁(yè)的綜合資源。它的目標(biāo)是幼兒園到4年生。每節(jié)課遵循五步學(xué)習(xí)周期 - 感知（30 分鐘）、探索（30 分鐘）、應(yīng)用（30 分鐘）、評(píng)估（15-30 分鐘）和可選擴(kuò)展（每個(gè) 30 分鐘）-并包括一個(gè)或多個(gè)學(xué)生活動(dòng)表（優(yōu)質(zhì)專業(yè)教材）。12課討論的題目包括土壤成分（砂粒、黏粒和粉粒）、土壤的形成、土壤層次、生活在土壤中的植物和動(dòng)物、地球上的土壤數(shù)量及其在糧食生產(chǎn)中的用途、土壤中生長(zhǎng)植物的需要、生活在土壤中的微生物，食物鏈，蠕蟲，水和風(fēng)侵蝕對(duì)土壤的影響，土壤科學(xué)家，創(chuàng)建一個(gè)學(xué)?；▓@。該書以印刷版（22美元）或電子版本（16美元）形式提供NSTA（http://www.nsta.org/recommends/ViewProduct.aspx?ProductID=12309，2012年4月15日訪問）。
成套設(shè)備套件是能夠?qū)⒁婚T科學(xué)教學(xué)重點(diǎn)放在土壤上的小學(xué)教師的理想選擇。由于它們價(jià)格昂貴且需要不斷翻新，因此必須有一個(gè)中央系統(tǒng)才能在學(xué)校，地區(qū)或區(qū)域級(jí)別維護(hù)科學(xué)工具包。在這里討論的兩個(gè)工具包中，STC Soils更側(cè)重于土壤，并且對(duì)于僅涉及土壤的課程單元非常有效。FOSS Pebbles，Sand and Silt更適合于1-3年級(jí)的集成巖石-土壤課程單元。
完整的教師資源手冊(cè)，包括一系列全面的土壤科學(xué)課程，也可以是寶貴的資源。在這里介紹的兩個(gè)手冊(cè)中，安德魯斯的《環(huán)境中的土壤》包含更多的土壤科學(xué)。雖然針對(duì)3年級(jí)，但它也適合初中（4-6年級(jí)）。NSTA's Dig in! Hands-on Soil Investigations是一份廣泛的資源，但更適合小學(xué)程度較低的學(xué)生。它很好地利用了5-E學(xué)習(xí)周期，并且老師不需要較多的背景知識(shí)。
其他優(yōu)秀的書籍包括《土壤：獲取內(nèi)幕消息》（美國(guó)土壤科學(xué)學(xué)會(huì)，2011年），以及布朗和迪金森的《地球科學(xué)：土壤的多方面研究》。（澤菲爾，1994年）。
3.2 小學(xué)、中學(xué)和中學(xué)教師的土壤短文
在非同行評(píng)審的教師期刊和其他科學(xué)活動(dòng)期刊上發(fā)表了許多出色的文章，其中對(duì)小學(xué)（幼兒園至六年級(jí)），中學(xué)（7-9年級(jí)）或中學(xué)（10-12年級(jí)）學(xué)生的土壤科學(xué)概念的教學(xué)提出了有益的想法或觀點(diǎn)。這些通?？梢詮挠嗛喥诳膱D書館的網(wǎng)站上下載（表12）。這些文章應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)單元資源進(jìn)行土壤教學(xué)的補(bǔ)充，尤其是對(duì)小學(xué)這一水平。對(duì)于中學(xué)和中學(xué)的老師以及土壤教育者（包括推廣人員），文章提供了許多好的想法。
3.3用于土壤教育的網(wǎng)站和其他電子資源
表13列出了歐洲和美國(guó)有關(guān)土壤教育的網(wǎng)站。歐洲的許多鏈接都位于歐洲土壤數(shù)據(jù)中心的教育材料清單中（2012年4月1日訪問http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/Awareness/inventory.cfm）。美國(guó)的許多鏈接都位于美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤教育網(wǎng)站上（2012年4月15日訪問http://soils.usda.gov/education/）。
表12 小學(xué)、中學(xué)（7-9年級(jí)）和中學(xué)（10-12年級(jí)）教師的土壤文章
表13 土壤教育資源網(wǎng)站*
4 結(jié)論
針對(duì)不同年齡段，年份和國(guó)家/地區(qū)的學(xué)生進(jìn)行的研究得出的結(jié)論是，盡管各個(gè)年齡段的學(xué)生都對(duì)生命，特別是植物生命的必要性表示欣賞，但他們往往開始對(duì)土壤的組成，形成和起源知之甚少。但是，通過(guò)使用一系列持續(xù)數(shù)周的有效動(dòng)手活動(dòng)，年齡在5-6歲的兒童能夠?qū)ν寥赖挠^念產(chǎn)生持久的改變，如面聊，圖表，活動(dòng)結(jié)束后幾個(gè)月進(jìn)行客觀測(cè)試。9歲以上的學(xué)生可以對(duì)土壤的三維性質(zhì)有更深入的了解，并開始了解土壤的形成過(guò)程和年齡。中學(xué)生能夠走得更遠(yuǎn)，并且經(jīng)常在中學(xué)生態(tài)系統(tǒng)單元中學(xué)習(xí)一些土壤知識(shí)。像學(xué)生一樣，小學(xué)老師在對(duì)土壤的研究中已經(jīng)有了一定的了解。職前科學(xué)方法課程中的深入課程可以大大提高其概念理解。中學(xué)教師對(duì)土壤的了解很少。僅在這一級(jí)別的特定農(nóng)業(yè)課程中講授。
盡管土壤很重要，而且學(xué)生甚至年輕的學(xué)生都有學(xué)習(xí)土壤的能力，但是大多數(shù)國(guó)家的科學(xué)課程并沒有將一個(gè)常規(guī)單位用于土壤，盡管這個(gè)問題經(jīng)常在課程中的的生態(tài)系統(tǒng)單元中有所涉及。加拿大和美國(guó)的某些地區(qū)除外，在這些地區(qū)，學(xué)生在2年級(jí)或3年級(jí)詳細(xì)研究這個(gè)主題，并且有許多優(yōu)秀的設(shè)備套件，教師資源手冊(cè)和教師文章。關(guān)于土壤教育的網(wǎng)站在整個(gè)歐洲隨處可見。
盡管對(duì)小學(xué)和中學(xué)土壤教育的研究有限，但結(jié)果始終表明，學(xué)生接觸與土壤科學(xué)有關(guān)的信息和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)可以鼓勵(lì)學(xué)生長(zhǎng)期提高對(duì)土壤科學(xué)的認(rèn)識(shí)。在有可用資源的情況下，關(guān)注土壤教育的人們可以做的最有效的事情之一就是確保該主題在其國(guó)家的國(guó)家課程（通常是科學(xué)，但在某些情況下是地理）中找到永久的位置，并確保課堂老師是在各國(guó)土壤科學(xué)學(xué)會(huì)給予必要的培訓(xùn)、資源和支持后，可以有效地進(jìn)行教學(xué)。
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注釋
FOSS(Full Option Science System)是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，旨在推進(jìn)國(guó)家科學(xué)教育的三大科學(xué)教育項(xiàng)目——Insights、STC(Science and Technology for Children)、 FOSS ——之一，由加洲大學(xué)勞倫斯科學(xué)館(Lawrence Hall of Science)開發(fā)。它是一套涵蓋了從幼兒園到八年級(jí)的科學(xué)課程(本文只涉及它的幼兒園到六年級(jí)部分)，提供了總計(jì)36個(gè)(本文所涉及的幼兒園以及小學(xué)部分共有27個(gè))供研究的科學(xué)主題單元(module)，人們可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼n程標(biāo)準(zhǔn)從中選擇使用所需要的內(nèi)容。它吸收了腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)以及人工智能研究等的科學(xué)成果，建立在建構(gòu)主義關(guān)于學(xué)習(xí)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。這種課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)探究、強(qiáng)調(diào)教師與學(xué)生共同參與，注重提供給學(xué)生通過(guò)自主探索以及分析、交流來(lái)建構(gòu)科學(xué)概念的機(jī)會(huì)。
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