冶金工程專業《環境科學概論》的教學改革與實踐

王云燕，柴立元，王志興

（中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙 410083）

冶金工程專業《環境科學概論》的教學改革與實踐

王云燕，柴立元，王志興

（中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙 410083）

環境科學是一門由多學科到跨學科的龐大科學體系，本文結合冶金工程的專業特點及《環境科學概論》的課程特點，教學中提出在簡要講解環境科學基本概念、基礎理論、技術與方法等學科知識體系的基礎上，按冶金過程中有色冶金污染源、冶煉煙氣與粉塵污染控制技術、重金屬廢水深度處理與回用、重金屬廢渣資源綜合利用、冶金過程中物理污染與控制、清潔冶金及有色冶金污染控制相關法律法規等專題進行模塊式備課，根據專業特色精選、補充、調整與重組教學內容。在教學方法上以冶金過程中的環境問題為導向，以學生為主體，緊密結合學科發展動態，以案例研究為核心，融科研成果及工程實踐于教學，以多媒體教學為手段，高效集成與優化研究性教學、案例式教學、實踐式教學、互動式教學、模塊式教學等方法，為學生提供了足夠的創新與發展空間，最大限度地調動了學生學習的積極性和創造性。實踐表明此教學改革收到了非常好的教學效果。

環境科學概論；冶金工程專業；教學改革與實踐

高等教育的根本目標是培養學生自我獲取知識、更新知識與技能的能力，由此實現自身職業發展和人類社會發展的可持續，而通識教育是實現高等教育根本目標的重要途徑。環境科學是一門新興的多領域交叉、綜合性很強的學科，其發展極為迅速，已成為21世紀最活躍的學科之一。作為一門涉及社會科學、技術科學和自然科學的邊緣學科，環境科學不能僅僅局限于專業環境教育，而應該向通識教育發展，尤其要向非環境專業學生普及環境科學知識。針對冶金領域的重污染狀況，依據中南大學的學科特色和環境工程學科體系的建設規律，依托冶金工程一級學科，學校建設與發展了有鮮明特色的冶金環境工程學科。冶金工程與環境工程互相促進共同發展。《環境科學概論》是冶金工程專業學生的一門選修課。對于冶金工程專業的學生，其培養目標的側重點與環境科學與環境工程專業學生應有較大差別，需培養其學習與今后工作過程中的整體性、系統性、綜合性、復雜性的環境科學思維模式、可持續發展的觀念、清潔冶金與循環經濟的意識。本人從2003年開始承擔冶金特色環境工程專業《環境科學概論》課程的教學任務，經過多年教學實踐，認識到要開好《環境科學概論》這門課程，必須重視在課時有限的教學過程中，激發學生的學習興趣，促使學生更好地了解、熟悉、掌握環境科學的基本理論、基本知識和基本技能。結合近年來在冶金工程專業《環境科學概論》教學中的經驗與體會，談幾點該課程教學改革與創新之處，旨在充分發揮交叉重點學科群的優勢，培養具有環境保護思想和環境科學思維的冶金工程高級復合型人才。

一、課程性質與專業特點的結合

相對于傳統的課程，《環境科學概論》具有明顯的特點：①學科任務是以人類面臨的環境問題為導向，規范與調整人類的倫理、意識和行為規范，實現經濟、社會與環境的協調發展，最終為人類提供舒適、便利和安全的生活環境。②始終貫徹公平公正的環境觀，環境乃至地球整個系統都不是全部屬于人類，而是地球上全體生命及其后代生存與發展所必須的資源與基礎，故要求人類尊重自然、協調人與自然的關系。③學科領域覆蓋面廣，學科知識交叉性強，其涵蓋社會科學、自然科學和工程技術諸多領域，涉及地學、化學、生態學、數學、毒理學、物理學、法學、經濟學、管理學、心理學、倫理學、教育學等多學科知識。④環境科學仍是一個年輕和發展迅速的學科，新名詞層出不窮，如生態足跡、綠色壁壘、綠色消費、循環經濟、清潔生產、生態旅游、環境承載力等。⑤課程內容與實際結合密切，如各種污染物控制技術的原理與工程設計、工程實踐緊密相關。⑥研究方法綜合性強，環境問題具有綜合性、復雜性，因此解決問題的方案具有多樣性，各種方法論如系統論、信息論、控制論等在環境科學的研究中均有廣泛的應用。⑦知識更新快。環境科學正處于快速發展期，新觀點、新技術日新月異，環境熱點不斷變化，環境質量動態變遷。冶金工業屬于高能耗、高污染行業，要實現其可持續發展，必須走低能耗、低污染的環境保護、清潔生產及循環經濟之路。因此，使他們在今后工作中有能力對冶金行業的環境問題開展全面分析與提出解決方案，因此在知識廣度、深度與側重點上有別于環境科學與環境工程專業。

二、教學內容的精選

1.按專業性質精選內容，詳略得當。本課程內容涉及專業領域廣、內容多。在實際教學中，因授課學時所限，不可能面面俱到，理應“因材施教”。對于非環境專業的學生，在選擇授課內容時除了兼顧全面系統外，更要突出重點，即授課內容要包含環境保護的基本內容，并在有限的課時內突出環境科學的重要問題、熱點問題，尤其是與學生專業相關的環境知識。根據冶金工程專業學生的關注點及培養方向，有針對性地進行了詳略選擇。在講解的過程中主要以現有冶金企業面臨的環境問題為案例，討論冶金行業三廢高效治理與資源化，循環經濟與清潔生產的主要途徑，重點在于讓學生建立環境意識，將環境科學與冶金科學融為一體。

2.按專題備課，補充與調整教學內容。備課是教學的首要環節，備課質量對教學質量有很大影響。傳統的按節備課法缺乏靈活性和適應性，難以根據課本外的大量新信息補充、調整和組織教學內容。本課程結合專業特點，在簡要講解環境科學基本概念、基礎理論、技術與方法等學科知識體系的基礎上，結合本人長期從事冶金行業三廢治理與資源化的科研與工程實踐，以及在典型冶煉企業開展企業博士后研究工作期間積累的工作經驗，按冶金過程中有色冶金污染源、冶煉煙氣與粉塵污染控制技術、重金屬廢水深度處理與回用、重金屬廢渣資源綜合利用、冶金過程中物理污染與控制、清潔冶金及有色冶金污染控制相關法律法規等專題進行模塊式備課，并詳細介紹環境科學在新技術方法手段的最新進展、發展趨勢及其在冶金行業的應用。這種根據專業特色精選、補充、調整與重組教學內容的方式充分體現了教學的針對性。實踐表明按專題進行備課和講解起到了

非常好的教學效果，從很大程度上提高了學生學習的積極性。

三、教學方法與模式的改革

環境科學概論課程涉及多方面內容，知識點多，結構有一定的復雜性，因而在教學實踐中涉及相應的教學手段也應有所不同。經過多年的實踐和完善，本課程形成了較為有效的教學組織方式及教學方法。課程教學過程中始終以冶金過程中的環境問題為導向，以學生為主體的教學理念，緊密結合學科發展動態，以案例為核心，融科研成果、工程實踐于教學，并集成優化多種教學模式，實現科研促教學、教學促科研的良性循環，為學生提供了足夠的創新與發展空間。另外，當前大多數高校均強調綜合素質的培養，學時數大幅度壓縮，課堂授課時間很有限。這些新特點對傳統的教學方法與教學模式提出了挑戰。所以教學過程中要精心設計教學的各個環節，巧妙表達教學內容，善于調節課堂氣氛，增強課堂教學的藝術性和感染力，使講課真正成為一門藝術，讓學生在獲得知識的同時，還能得到美的享受。本人在具體教學過程中采用了如下的教學方法與模式。

1.互動式教學。教學過程本身應是教學相長，課堂上師生之間要通過互動來完成教學任務。師生互動改變了過去老師在上面講，學生在下面被動聽的單向信息流的局面，形成老師引導、學生主動參與其中的信息雙向交流的過程。所以，教師要避免授課過程中一味地演示課件，而應不時地走下講臺通過提問、肢體語言等方式與學生進行交流，有必要板書的地方一定要板書，這樣才能活躍課堂氣氛，讓學生對學習產生興趣。為了增加與學生間的互動，活躍課堂氣氛，在教學實踐中采取了各種做法：根據冶金工程專業特點，列出如下專題：試分析歷史上八大環境事件中有幾起是由重金屬污染引發的及其內在原因；與重金屬有關的湖南湘江鎘污染事件、廣東北江鎘污染事件、湖南岳塘砷污染事件，等等的原因及對環境的影響，開展分析與討論。采用學生準備、課堂上分組討論或上臺講解等方式，把教學形式從以教師為中心轉變到師生互動，甚至以學生為中心。如講解物理污染時，將噪聲污染、光污染、熱污染、電磁輻射污染、放射性污染、冶煉企業物理污染及防治對策等內容提前布置給學生，給以一定的材料，讓學生以小組為單位對小專題進行備課，推舉一名學生上臺講解。

2.模塊式教學。模塊式教學具有如下特點：（1）條理清晰，實用性更強，更能引起學生學習的興趣。（2）更能充分發揮教師備課的創造性，有效避免照本宣科。教師可以根據自己的理解，依據自己的特點，選取不同的模塊，同一模塊也有不同的側重。（3）更能激發學生學習的興趣。模塊式教學從內容上滿足了學生的要求，選取他們感興趣的知識；此外多樣化的教學方式更加激發了學生自覺、主動學習的積極性。（4）更有利于培養學生獨立思考問題的能力。這種方式是一種鼓勵學生積極參與、反應和創造，并逐步養成獨立思考習慣的教學方法。實踐表明模塊式教學中圍繞主題將最新穎、最前沿的內容形成條理清楚、邏輯性強的系統化知識教授給學生，起到了很好的教學效果。

3.案例式教學。環境科學概論這門課程理論性比較強，內容以概述性為主。如果采用傳統的教學方法對課本中的概念、原理等逐條講解，就會出現授課內容枯燥無味、學生不耐煩的局面，從而導致學生失去學習的興趣。案例教學法是由西德教育家瓦·根舍因提出的，強調從日常生活中選取蘊含科學本質的范例進行教學。在教學實踐中運用案例教學，讓學生有身臨其境之感，使學生在聽“故事”、看“故事”中輕松愉快地學習到應該掌握的知識點。案例的引入包括以案例引出本次課要講解的知識點、講授中形象生動的多個實例、穿插案例，等等。結合承擔的科研課題及工程實踐（重金屬廢水生物制劑處理新技術、重金屬重污染土壤的原位修復、重金屬廢渣硫固定與資源化等）開展深入的分析，講解創新思路的提出、新工藝的設計、工業試驗中碰到問題的解決思路、工程實踐的運行，等等，并開展相應的環境評價分析。尤其是在講授重金屬廢水治理技術時，將本人作為主要技術負責人開發的生物制劑法直接深度處理重金屬廢水、生物制劑法處理冶煉企業煙氣洗滌含汞污酸這一世界性難題的工業試驗及生產運行現場的錄像資料播放給學生，此種科技知識轉化為工程應用的實例激發了學生的創新性，引起了學生的極大興趣。實踐表明通過案例教學，用案例引路有效增加了教學過程的生動性，提高了學生的記憶效果，培養了學生的創新思維、獨立思考及綜合分析問題的能力，效果非常顯著，真正達到了學以致用。

4.實踐式教學。課堂講授對學生來說缺乏直觀認識，空泛的灌輸也會影響學生聽課的積極性，在活動課中插入一些調查研究性的任務，讓學生們深入社會生產生活實踐中，一方面調動了學生的積極性，另一方面通過理論與實際相聯系，可以使課堂更加生動活潑。鼓勵學生在課外親自動手搜集相關資料，比如我國的三河三湖七大水系存在的環境問題及水質現狀，各大城市大氣質量現狀及環境質量公報，歷年來國際環境日主題等，就某個問題展開討論，闡述自己的思想，力求大膽創新。為了調動學生的積極主動性，以小組為單位，以環境問題為主線，布置環境狀況相關調研任務，并要求提出相應的對策，題目包括校園學生區生活垃圾成分、堆放及處置狀況調研；校園教職工區生活垃圾成分、堆放及處置狀況調研；學校學生區用水狀況及廢水性質調研；學校各馬路汽車尾氣排放狀況調研；校園及周邊環境噪聲污染狀況調研；桔子洲頭沿線湘江水污染源調研；桔子洲尾沿線湘江水污染源調研；主校區大門口及公交車站大氣污染狀況調研；主校區荷花池、鐵螺塘及南校區半月湖的水質狀況調研等。多年的實踐表明，學生通過以上簡單的小課題的調研與實踐主動去探求解決環境問題的途徑和最佳方案，掌握并靈活運用了環境科學基礎知識、基本理論和研究方法，學生非常喜歡這種主動參與的方式，通過調研他們的實踐調研能力、創新思維能力和團隊合作能力等方面均得到了全面的提升，學生在牢固掌握基礎知識的同時，具備了一定的科學素養和個人能力。

5.多媒體教學。課件是多媒體教學的主要形式，課件的優劣直接影響教學質量的高低。備課時，以課程內容為基礎，精心制作多媒體課件，注重色彩、圖案和文字的選擇與排版，為學生提供一個圖文并茂的學習環境。在播放環境污染狀況的圖片時充分體現了其直觀性，激發了學生的環保意識。概論性質的課程本身具有內容多、信息量大的特點，多媒體教學恰好可以增加課堂容量及信息傳授量，這樣更能引發學生的好奇心，吸引學生的注意力，加深其對學科知識系統的記憶和領悟能力，促進教學效率的提高。在教學過程中以使用PPT電子教案為主，課堂教學充分應用了動畫等多媒體技術，發現學生對動畫圖片和視頻材料感興趣，比教師單純講課更有吸引力，所以在教學中精心篩選了與教材內容相關性高的圖片和視頻材料。多媒體教學有諸多優勢，如多媒體課件呈現信息的速度快，某些課程存在教師要

很好地控制教學進度的問題，但對于《環境科學概論》這門概論性質的課程，教學過程中發現不存在學生跟不上進度的問題。當然，在多媒體教學過程中，適當輔之以黑板板書等傳統教學手段，把兩者有機地結合起來，才能真正實現“高效、高質、高量”的教學目標。

在教學的過程中理順教師和學生的“雙主體”關系，充分采用模塊式教學、互動式教學、案例式教學、實踐式教學等教學手段，并讓學生上臺參與課程內容的講解；在講授基本方法與知識的同時穿插最新研究動態和發展趨勢，培養學生的學習興趣；強調學生創新能力的培養，結合冶煉行業的工藝特點，用原理啟發式分析冶金行業的環境污染及“三廢”處理工程實例；強調科研促教學模式，將本人及課題組的科研工作思路與成果傳輸給學生，以培養學生縝密的邏輯思維能力；讓學生明白環境問題僅靠采取一些新的治理措施、關閉一些污染源，或發布一些新法令是解決不了的，環境問題的解決植根于更深層次的人類社會改革中，它包括對經濟目標、社會結構和民眾意識的根本變革。這樣培養出來的學生更能滿足市場需要，在以后的實際工作中更具有環保意識和創新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0037-03

冶金工程國家專業綜合改革試點項目（教高函[2012]2號）。

王云燕（1975-），女，中南大學教授，從事冶金環境工程的教學與科研工作。