Multi-disciplinary, Integrative Approach in Wetland Delineation Training enhanced with Greenhouse Gas Assessments

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Shows that integrative teaching methods can be effectively implemented for complex environmental topics without harming student ratings.

🏢実務担当者:Educational institutions can use these findings to design curricula that combine field skills and GHG analysis, aligning with sustainability job market demands.

専門家-初心者パラダイムを用いて、2023年に統合的プロジェクトベースのアプローチによりWetland Soilsコースをチームティーチングした。このコースは、2013年、2015年、2017年、2019年には単独の講師により非統合的アプローチで教えられていた。2023年に教えられた原理は、土壌学的、水文学的、植物学的、生物地球化学的、および大気データの評価を通じて、潜在的な湿地帯の完全な評価を学生が作成できるようにすることを目的としていた。各学期の終わりに、コース評価が実施された。順位付けされた回答は、統合的で問題ベースの技術、温室効果ガス評価、および生物地球化学的・大気循環を組み合わせた2023年に教えられたクラスの学生の全体的な理解度が、クラスの拡充なしに教えられた過去4年間の理解度報告と類似しているかどうかを判断するために使用された。コース評価の大部分は、本研究で考慮された5年間の間で差がなく（p > 0.05）、より関与の高いアプローチが、より重い作業負荷の存在下であっても、現実の問題に適用されたコース教材を統合することにより、様々な関連分野から知識を獲得する学生の能力に悪影響を及ぼさなかったという考えを裏付けた。学期末の書面による報告書は、統合的アプローチがさらに、学生にライティング、プレゼンテーション、およびチームワークのスキルを向上させるよう挑戦させ、同時に協働プロセスの知識を拡大したことを示した。学術環境において、科学的主題を教えるための単一分野アプローチは、還元主義の原理に従って知識を組織化するための強力なツールを提供することが多く、そこではより大きなシステムをより小さな要素に分割して、概念の理解と同化を促進する（Stichweh, 2003）。しかしながら、National Science Education Standards (NSES) によって報告された最近の動向は、科学的事項を教える際の多分野的アプローチが、演繹的思考、批判的推論を強化し、より大きな学業成績につながる可能性があることを強調した（You, 2017）。学術環境における研究と教育の学際的アプローチ（IDRE）内では、これはしばしば異なる分野を専門とする講師間の高いレベルの関与を必要とするが、学生と講師に対する不十分なインセンティブと報酬、首尾一貫した枠組みの欠如、および科学分野間の相乗的統合の欠如など、多くの障壁が特定されている（Lin, 2008）。しかしながら、National Science Foundation (NSF) などの資金提供機関は、異なる分野だけでなく、異なるスタッフ、機器、および組織の関与を包含する学際性と多分野的アプローチへの要求を徐々に高めている（Lin, 2008）。教室における多分野的方法論は、テーマベースのアプローチとは対照的に、問題ベースのアプローチが実施されたときに成功すると説明されてきた（Kotter and Balsiger, 1999）。問題ベースの研究では、提起された質問への解決策は、単一の分野から開発・獲得された知識やスキルでは達成できないことが多い（Kotter and Balsiger, 1999）。主に農業問題に対処するために開発された土壌科学、そして今日の土壌科学の教育は、学際的アプローチの明確な例を表している（Sharma and Aulakh, 2009）。土壌科学プログラムに環境問題を含める米国（US）とカナダの大学は、入学者数の増加を経験しており、学生が学際的な教材により多くの関心を示していることを強調している（Sharma and Aulakh, 2009）。しかしながら、米国で実施された土壌科学コースとカリキュラムに関する調査では、方法論的アプローチの50%以上が標準的な講義形式で提供され、問題ベースまたはアクティブラーニングなどの代替方法で提供されたのはわずか20%であった（Jelinski et al., 2019）。学際的アプローチと問題ベースのアプローチの組み合わせは、土壌科学カリキュラムにおける学生のスキルを強化し、学習目標を拡大するための、困難ではあるが効果的な解決策を表すことができる。Soil Science Society of Americaは、雇用主が土壌科学教育を受けた学生によって示された口頭および書面によるコミュニケーションスキルと現場経験の憂慮すべき欠如を表明したことを強調した（Amador, 2019）。アクティブラーニング法は、批判的思考を強化しながら、学生の雇用可能性を高めることを目的としている（Amador, 2019）。科学的証拠の収集と観察に参加する学生からの積極的な協力は、より魅力的な教授法を生み出す（Hasni and Potvin, 2015）。アクティブラーニング方法論内では、問題ベースのアプローチは、標準化された講義をはるかに超えた経験を学生に作り出し、実際の研究活動と現場経験により密接に類似している（Neaman et al., 2021）。湿地科学のトピックは、土壌、水、大気、社会科学、および植物学を統合し、問題ベースのアクティブラーニング方法論を適用して、複雑で学際的な主題の学生の学習を強化する独自の機会を提供する。アーカンソー州の湿地は、自然のバイオームと復元の重要な構成要素を表し、貴重な生態系サービスを提供するための基本的な環境を表している（MEA, 2005）。過去数十年の間に、アーカンソー州東部とルイジアナ州、およびミシシッピ州西部を含むミシシッピ沖積谷（MAV）で、大規模な水文学的改変と農業の湿地帯への拡大が発生し、その結果、湿地帯の大規模な損失が生じた（Jenkins et al., 2010）。その結果、社会的および環境的に重要な生態系サービスも失われた（Jenkins et al., 2010）。現在までに、米国陸軍工兵隊は、洪水被害を防ぐために湿地を復元し利用するために行動している。Clean Water Actのセクション404は、移行帯を画定し、既存の湿地帯（すなわち、沼地、沼沢地、ボグ、および類似の環境）の損失を緩和するための規制プロセスを確立することにより、湿地帯の保存と復元の重要性を認識し、湿地などの移行帯および河岸帯によって提供される生態系サービスを保存、保全、または再確立した（ANRC, 2012）。しかしながら、湿地の画定には、特定の学際的知識と専門的なスキルが必要であり、それは、地域を湿地としてラベル付けすることのその後の潜在的な政治的および経済的影響のためである。湿地の複雑な性質と提供される多数の生態系サービスのために（ANRC, 2012）、湿地の画定と評価は、いくつかの科学分野の組み合わせを通じて獲得された知識とスキルの使用を通じてのみ達成できるタスクである。嫌気性の還元性土壌条件、湿生植物、および特定の水文学的要因は、画定プロセスでしばしば使用される認識された湿地指標である。季節的な水の移動を監視することは、モニタリングおよび/または復元プログラムの有効性を評価するのに役立つ。湿地の生物地球化学的特性は、温室効果ガス（GHG）排出量、特に二酸化炭素（CO2）、メタン（CH4）、および亜酸化窒素（N2O）の評価を通じて評価できる。異なる土壌水分レベルは、微生物群集の代謝率に影響を与え、変動する土壌条件に応じてCO2、CH4、および/またはN2Oの生成と放出を強化および/または制限する（Della Lunga et al., 2021）。さらに、湿地の画定において、ガスクロマトグラフィー分析は、土壌生物地球化学と大気科学の結合を促進することができる。GHGを調節する要因の評価は生物地球化学のレンズを通してアプローチできるが、微生物活動の副産物は大気科学に直接影響を与え、それを包含する。しかしながら、理論と応用はしばしば化学カリキュラムに含まれるが、ガスクロマトグラフィーの原理と技術は、土壌科学または環境科学の専攻ではしばしば扱われない（Giarikos et al., 2013）。様々な産業部門からしばしば要求される知識であるガスクロマトグラフィーは、Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) 専攻における基本的なツールとして認識された（Griffin et al., 2024）。湿地を画定し研究するために必要な知識を伝え、必要な観察スキルを教えるという課題は、湿地科学自体の多分野的性質から生じる。したがって、この研究の目的は、学部生および大学院生の現場スキルと能力を強化することを目的とした、湿地科学のための教育ツールとしての革新的で統合的で問題ベースの多分野的アプローチを評価することであった。学期の初めに、高学年の学部生/大学院生レベルの複合Wetland Soilsコースの学生は、割り当てられた調査地域を評価し、湿地が存在するかどうかを判断することを課された。 GHG排出量の現場評価のための土壌科学カリキュラムの典型的な部分ではないガスクロマトグラフィーなどのツール、および補足的な現場監視機器の組み込みが、学生の学習と能力を強化することが仮説とされた。また、Wetland Soilsクラスへの追加の新しいトピックの組み込みが、新しいトピックが教えられなかった年に得られたコースの学期末の学生評価を低下させないことも仮説とされた。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Using an expert-novice paradigm, an integrativeproject-based approach was used to team-teach a Wetland Soils course during 2023 after having been taught by a sole instructor in a non-integrative approach in 2013, 2015, 2017, and 2019. The principles taught in 2023 were aimed to allow the students to develop a complete assessment of a potential wetland area through the evaluation of pedologic, hydrologic, botanical, biogeochemical and atmospheric data. At the end of each semester, course evaluations were administered. The ranked responses were used to determine if students’ overall comprehension of the class taught during 2023, which combined integrative, problembased techniques, greenhouse gas assessment, and biogeochmical and atmospheric cycles, was similar to the comprehension reports from the four previous years, which were taught without class enhancements. The majority of the course ratings did not differ (p > 0.05) among the five years considered in this study, confirming the idea that a more involved approach, even in presence of a heavier workload, did not negatively impact the students’ ability to acquire knowledge from various related disciplines by synthesizing course material applied to a real-life issue. The end-of-the semester written reports indicated that integrative approach additionally challenged the students to improve writing, presentation, and teamwork skills, while also expanding their knowledge of collaborative processes. In an academic environment, the single-discipline approach to teach scientific subjects often provides a powerful tool to organize knowledge according to the principle of reductionism, where larger systems are divided into smaller elements in order to facilitate concept comprehension and assimilation (Stichweh, 2003). However, recent developments reported by the National Science Education Standards (NSES) highlighted how multi-disciplinary approaches in teaching scientific matters can enhance deductive thinking, critical reasoning, and can lead to greater academic achievements (You, 2017). Within the interdisciplinary approach in research and education (IDRE) in academic environments, which often requires a high level of involvement among instructors specialized in different disciplines, many barriers have been identified, such as insufficient incentives and rewards for students and instructors, lack of cohesive frameworks, and lack of synergistic integration among scientific disciplines (Lin, 2008). However, funding agencies, such as the National Science Foundation (NSF), are progressively increasing demands for interdisciplinarity and multidisciplinary approaches that encompass not just different disciplines, but the involvement of different staff, equipment, and organizations (Lin, 2008). Multi-disciplinary methodologies in classrooms have been described as successful when a problem-based approach was implemented in contrast to theme-based approaches (Kotter and Balsiger, 1999). In problem-based research, the solution to the question being posed often cannot be achieved with the knowledge or skills developed and acquired from a single discipline (Kotter and Balsiger, 1999). Developed to address predominantly agricultural matters, soil science, and the teaching of soil science today, represent a clear example of an interdisciplinary approach (Sharma and Aulakh, 2009). Universities in the United States (US) and Canada that include environmental issues in soil science programs have experienced increased enrollment, highlighting how students are reflecting more interest in interdisciplinary material (Sharma and Aulakh, 2009). However, in a survey conducted among soil science courses and curricula in the US, more than 50% of the methodological approach was delivered in a standard lecture format and only 20% was delivered by alternative methods, such as problem-based or active learning (Jelinski et al., 2019). The combination of interdisciplinary and problem-based approaches can represent a challenging, but effective solution to enhance students’ skills and expand learning objectives in soil science curricula. The Soil Science Society of America highlighted how employers expressed the concerning lack of written and verbal communication skills and field experience shown by students with a soil science education (Amador, 2019). The active-learning method aims to increase the employability of students, while enhancing critical thinking (Amador, 2019). Active collaboration from the students that participate in the collection and observation of scientific evidence creates a more attractive teaching method (Hasni and Potvin, 2015). Within the active-learning methodology, the problem-based approach creates experiences for students that go well beyond a standardized lecture, more closely resembling actual research activity and field experience (Neaman et al., 2021). The topic of wetland science offers the unique opportunity to integrate soil, water, atmospheric, social science and botany and apply a problem-based, activelearning methodology to enhance student learning of a complex, interdisciplinary subject. Wetlands in Arkansas represent an important component of natural biomes and restorations and represent a fundamental environment for providing valuable ecosystem services (MEA, 2005). In the last several decades, major hydrologic alteration and agricultural expansion into wetland areas have occurred in the Mississippi Alluvial Valley (MAV), including eastern Arkansas and Louisiana and western Mississippi, which has resulted in large losses of wetland area (Jenkins et al., 2010). Consequently, socially and environmentally important ecosystem services have also been lost (Jenkins et al., 2010). To date, the US Army Corps of Engineers is acting to restore and utilize wetlands to prevent flood damage. Section 404 of the Clean Water Act recognized the importance of preserving and restoring wetland areas by establishing a regulatory process to delineate transitional zones and to mitigate the loss of existing wetland areas (i.e., swamps, marshes, bogs, and similar environments) to preserve, conserve, or re-establish the ecosystem services provided by transitional and riparian areas, such as wetlands (ANRC, 2012). However, wetland delineation requires specific, interdisciplinary knowledge and specialized skills to properly identify wetlands because of the subsequent potential political and economic ramifications of labeling an area as a wetland. Due to the complex nature of and multitude of ecosystem services provided by wetlands (ANRC, 2012), delineating and assessing wetlands are tasks that can be accomplished only through the use of knowledge and skills attained through the combination of several scientific disciplines. Anaerobic, reducing soil conditions, hydrophytic vegetation and specific hydrologic factors are recognized wetland indicators often used in a delineation process. Monitoring seasonal water movement can help to evaluate the effectiveness of a monitoring and/or restoration program. The biogeochemical characteristics of a wetland can be assessed through the evaluation of greenhouse gas (GHG) emissions, particularly carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O). Differential soil moisture levels affect the metabolic rate of the microbial community, enhancing and/or limiting CO2, CH4, and/or N2O production and release depending on fluctuating soil conditions (Della Lunga et al., 2021). Furthermore, in a wetland delineation, gas chromatographic analyses can facilitate the coupling of soil biogeochemistry with atmospheric science. While the assessment of factors regulating GHG can be approached through the lens of biogeochemistry, the byproducts of microbial activity directly influence and encompass atmospheric science. However, although theory and application are often included in chemistry curricula, gas chromatography principles and techniques are often not addressed in soil science or environmental science majors (Giarikos et al., 2013). Gas chromatography, the knowledge of which is often requested by various industrial sectors, was recognized as a fundamental tool in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) majors (Griffin et al., 2024). The challenge of conveying the necessary knowledge and teaching the required observational skills to delineate and study wetlands arise from the multi-disciplinary nature of wetland science itself. Therefore, the objective of this study was to evaluate an innovative, integrative, problem-based, multi-disciplinary approach as a teaching tool for wetland science aimed to enhance field skills and competences of undergraduate and graduate students. At the beginning of the semester, students in a combined upper-level undergraduate/graduate-level Wetland Soils course were tasked to evaluate an assigned study area and determine if a wetland was present. It was hypothesized that the inclusion of tools, such as gas chromatography, not typically part of soil science curricula for field assessment of GHG emissions, and complimentary field monitoring instrumentation would enhance student learning and competencies. It was also hypothesized the inclusion of additional novelty topics in the Wetland Soils class would not decrease end-of-the-semester student ratings for the course as obtained in the years when novelty topics were not taught.

• crossref https://doi.org/10.56103/nactaj.v70i1.247first seen 2026-05-14 22:55:04