冶金工程專業(yè)《環(huán)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(huán)境學院，湖南 長沙 410083）

冶金工程專業(yè)《環(huán)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(huán)境學院，湖南 長沙 410083）

環(huán)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(yè)特點及《環(huán)境科學概論》的課程特點，教學中提出在簡要講解環(huán)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(guī)等專題進行模塊式備課，根據(jù)專業(yè)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(huán)境問題為導向，以學生為主體，緊密結合學科發(fā)展動態(tài)，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(yōu)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(chuàng)新與發(fā)展空間，最大限度地調動了學生學習的積極性和創(chuàng)造性。實踐表明此教學改革收到了非常好的教學效果。

環(huán)境科學概論；冶金工程專業(yè)；教學改革與實踐

高等教育的根本目標是培養(yǎng)學生自我獲取知識、更新知識與技能的能力，由此實現(xiàn)自身職業(yè)發(fā)展和人類社會發(fā)展的可持續(xù)，而通識教育是實現(xiàn)高等教育根本目標的重要途徑。環(huán)境科學是一門新興的多領域交叉、綜合性很強的學科，其發(fā)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(huán)境科學不能僅僅局限于專業(yè)環(huán)境教育，而應該向通識教育發(fā)展，尤其要向非環(huán)境專業(yè)學生普及環(huán)境科學知識。針對冶金領域的重污染狀況，依據(jù)中南大學的學科特色和環(huán)境工程學科體系的建設規(guī)律，依托冶金工程一級學科，學校建設與發(fā)展了有鮮明特色的冶金環(huán)境工程學科。冶金工程與環(huán)境工程互相促進共同發(fā)展。《環(huán)境科學概論》是冶金工程專業(yè)學生的一門選修課。對于冶金工程專業(yè)的學生，其培養(yǎng)目標的側重點與環(huán)境科學與環(huán)境工程專業(yè)學生應有較大差別，需培養(yǎng)其學習與今后工作過程中的整體性、系統(tǒng)性、綜合性、復雜性的環(huán)境科學思維模式、可持續(xù)發(fā)展的觀念、清潔冶金與循環(huán)經(jīng)濟的意識。本人從2003年開始承擔冶金特色環(huán)境工程專業(yè)《環(huán)境科學概論》課程的教學任務，經(jīng)過多年教學實踐，認識到要開好《環(huán)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(fā)學生的學習興趣，促使學生更好地了解、熟悉、掌握環(huán)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(yè)《環(huán)境科學概論》教學中的經(jīng)驗與體會，談幾點該課程教學改革與創(chuàng)新之處，旨在充分發(fā)揮交叉重點學科群的優(yōu)勢，培養(yǎng)具有環(huán)境保護思想和環(huán)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(yè)特點的結合

相對于傳統(tǒng)的課程，《環(huán)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(huán)境問題為導向，規(guī)范與調整人類的倫理、意識和行為規(guī)范，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展，最終為人類提供舒適、便利和安全的生活環(huán)境。②始終貫徹公平公正的環(huán)境觀，環(huán)境乃至地球整個系統(tǒng)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(fā)展所必須的資源與基礎，故要求人類尊重自然、協(xié)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(tài)學、數(shù)學、毒理學、物理學、法學、經(jīng)濟學、管理學、心理學、倫理學、教育學等多學科知識。④環(huán)境科學仍是一個年輕和發(fā)展迅速的學科，新名詞層出不窮，如生態(tài)足跡、綠色壁壘、綠色消費、循環(huán)經(jīng)濟、清潔生產(chǎn)、生態(tài)旅游、環(huán)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(huán)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(tǒng)論、信息論、控制論等在環(huán)境科學的研究中均有廣泛的應用。⑦知識更新快。環(huán)境科學正處于快速發(fā)展期，新觀點、新技術日新月異，環(huán)境熱點不斷變化，環(huán)境質量動態(tài)變遷。冶金工業(yè)屬于高能耗、高污染行業(yè)，要實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展，必須走低能耗、低污染的環(huán)境保護、清潔生產(chǎn)及循環(huán)經(jīng)濟之路。因此，使他們在今后工作中有能力對冶金行業(yè)的環(huán)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(huán)境科學與環(huán)境工程專業(yè)。

二、教學內容的精選

1.按專業(yè)性質精選內容，詳略得當。本課程內容涉及專業(yè)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(huán)境專業(yè)的學生，在選擇授課內容時除了兼顧全面系統(tǒng)外，更要突出重點，即授課內容要包含環(huán)境保護的基本內容，并在有限的課時內突出環(huán)境科學的重要問題、熱點問題，尤其是與學生專業(yè)相關的環(huán)境知識。根據(jù)冶金工程專業(yè)學生的關注點及培養(yǎng)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(xiàn)有冶金企業(yè)面臨的環(huán)境問題為案例，討論冶金行業(yè)三廢高效治理與資源化，循環(huán)經(jīng)濟與清潔生產(chǎn)的主要途徑，重點在于讓學生建立環(huán)境意識，將環(huán)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(huán)節(jié)，備課質量對教學質量有很大影響。傳統(tǒng)的按節(jié)備課法缺乏靈活性和適應性，難以根據(jù)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(yè)特點，在簡要講解環(huán)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(yè)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(yè)開展企業(yè)博士后研究工作期間積累的工作經(jīng)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(guī)等專題進行模塊式備課，并詳細介紹環(huán)境科學在新技術方法手段的最新進展、發(fā)展趨勢及其在冶金行業(yè)的應用。這種根據(jù)專業(yè)特色精選、補充、調整與重組教學內容的方式充分體現(xiàn)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(huán)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(jīng)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(huán)境問題為導向，以學生為主體的教學理念，緊密結合學科發(fā)展動態(tài)，以案例為核心，融科研成果、工程實踐于教學，并集成優(yōu)化多種教學模式，實現(xiàn)科研促教學、教學促科研的良性循環(huán)，為學生提供了足夠的創(chuàng)新與發(fā)展空間。另外，當前大多數(shù)高校均強調綜合素質的培養(yǎng)，學時數(shù)大幅度壓縮，課堂授課時間很有限。這些新特點對傳統(tǒng)的教學方法與教學模式提出了挑戰(zhàn)。所以教學過程中要精心設計教學的各個環(huán)節(jié)，巧妙表達教學內容，善于調節(jié)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(chǎn)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(jù)冶金工程專業(yè)特點，列出如下專題：試分析歷史上八大環(huán)境事件中有幾起是由重金屬污染引發(fā)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(huán)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(yè)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(fā)揮教師備課的創(chuàng)造性，有效避免照本宣科。教師可以根據(jù)自己的理解，依據(jù)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(fā)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(fā)了學生自覺、主動學習的積極性。（4）更有利于培養(yǎng)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(chuàng)造，并逐步養(yǎng)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)的教學方法對課本中的概念、原理等逐條講解，就會出現(xiàn)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(chuàng)新思路的提出、新工藝的設計、工業(yè)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(huán)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(fā)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(yè)煙氣洗滌含汞污酸這一世界性難題的工業(yè)試驗及生產(chǎn)運行現(xiàn)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(fā)了學生的創(chuàng)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(yǎng)了學生的創(chuàng)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(chǎn)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(lián)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(huán)境問題及水質現(xiàn)狀，各大城市大氣質量現(xiàn)狀及環(huán)境質量公報，歷年來國際環(huán)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(chuàng)新。為了調動學生的積極主動性，以小組為單位，以環(huán)境問題為主線，布置環(huán)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(qū)生活垃圾成分、堆放及處置狀況調研；校園教職工區(qū)生活垃圾成分、堆放及處置狀況調研；學校學生區(qū)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(huán)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(qū)大門口及公交車站大氣污染狀況調研；主校區(qū)荷花池、鐵螺塘及南校區(qū)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(huán)境問題的途徑和最佳方案，掌握并靈活運用了環(huán)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(chuàng)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(yǎng)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(yōu)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(huán)境。在播放環(huán)境污染狀況的圖片時充分體現(xiàn)了其直觀性，激發(fā)了學生的環(huán)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(fā)學生的好奇心，吸引學生的注意力，加深其對學科知識系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(yōu)勢，如多媒體課件呈現(xiàn)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(huán)境科學概論》這門概論性質的課程，教學過程中發(fā)現(xiàn)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(tǒng)教學手段，把兩者有機地結合起來，才能真正實現(xiàn)“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(tài)和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學生的學習興趣；強調學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，結合冶煉行業(yè)的工藝特點，用原理啟發(fā)式分析冶金行業(yè)的環(huán)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(yǎng)學生縝密的邏輯思維能力；讓學生明白環(huán)境問題僅靠采取一些新的治理措施、關閉一些污染源，或發(fā)布一些新法令是解決不了的，環(huán)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(jīng)濟目標、社會結構和民眾意識的根本變革。這樣培養(yǎng)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(huán)保意識和創(chuàng)新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0037-03

冶金工程國家專業(yè)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(huán)境工程的教學與科研工作。