環境化學教學內容的優化整合與教學方法多樣化

蔣成愛 余光偉 朱夕珍

(華南農業大學資源環境學院，廣州510640)

環境化學教學內容的優化整合與教學方法多樣化

蔣成愛*余光偉 朱夕珍

(華南農業大學資源環境學院，廣州510640)

結合我校相關專業的實際情況和多年來教學實踐中的經驗與體會，為提高環境化學的教學效果，增強環境科學相關專業學生的職業勝任能力，對環境化學理論與實踐課程內容進行優化整合，在教學過程中因材施教，實施多樣化的教學方法，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用。

環境化學；優化整合；因材施教；互動式教學；主導與主體作用

環境化學主要研究化學污染物在環境中的存在、來源、遷移轉歸、生態效應及其化學防治，是環境科學與工程及相關專業的專業基礎課[1]。環境污染中80%—90%是化學污染物[1]，而化學防治又是污染處理的重要方法之一，所以這門課對于分析研究和防治環境問題，以及學生對其他專業課的學習都非常重要。但是其作為基礎課，理論性內容較多，學生學習的興趣較低，遠不及一些與未來職業直接相關的專業課，如“環境影響評價”和“污染控制工程”等。華南農業大學資源環境學院現有3個本科專業開設“環境化學”課程，其中環境科學專業是必修課，環境工程專業和資源環境科學專業是選修課，都只有32個理論學時的教學計劃，環境科學專業還有8個實驗學時和1個星期的實習；這3個專業的培養目標和培養計劃也各不相同。為了讓學生在有限的學時內掌握適應各自專業培養方案及培養目標需要的相關內容、形成環境保護意識，并培養學生分析環境問題和解決環境問題的能力，筆者在多年來的教學實踐中對教學內容進行優化整合和多種教學方法應用的嘗試，與同行們一起交流。

1 精選與整合教學內容

環境化學的教學內容非常廣泛。環境單元包括水體、大氣、土壤三大部分，又最終通過生物體內的吸收轉化產生危害，不同環境中污染物及遷移轉運的途徑又各有其特點，也涉及到與化學、物理、生物化學、毒理、數學模型、監測技術等多學科知識的交叉。而且隨著新的環境問題不斷出現和相關研究的不斷發展，環境化學的學科內容也在不斷地拓展和豐富[1—5]。已出版的環境化學教材也很多[1,6—15]，各教材的章節順序及內容的側重有所不同，我們主要選用的是戴樹桂老師主編的《環境化學》第2版(2006年出版)，但也參考選用其他教材的部分內容[6—15]。為了在有限的學時里向學生傳授課程的主要研究內容，并培養學生環境保護和節約資源的意識以及分析環境問題和解決環境問題的能力，我們對教學內容進行了一些精選與整合，原則是盡可能地避免與培養計劃的其他課程內容重復及本課程不同章節之間的重復，并突出本課程的特點。例如第七章中“微生物修復和植物修復技術”的內容與“土壤污染與防治”等課程內容重復，所以重點只講解“化學污染防治技術”，并與“綠色化學”內容整合到一起；又如學生在基礎化學課中已學過教材第3章中“無機和有機污染物遷移轉化的過程”的基本原理和方法，所以本課程著重于這些原理在開放的環境體系中分析和處理環境問題中的應用；而重金屬和有機污染物在土壤和水環境中共同存在及遷移轉化有共性和聯系，所以在教學內容和順序上做了一些大的調整，即把第3章“水體環境化學”、第4章“土壤環境化學”和第6章“典型污染物在環境各圈層中的轉歸與效應”合到一起，作為第4章，教材的第5章“生物體內污染物質的運動過程及毒性”則作為第3章先講；優化調整后的主要授課內容如表1所示。

另一方面，根據3個專業的培養目標和課程結構體系的不同，相應的教學內容和學時分配又有些微調和側重，如“天然水的酸堿度和無機污染物的遷移轉化過程”中涉及到很多計算的內容，我們只要求環境科學專業掌握，并安排了相對較多的學時，而對于環境工程專業和資源環境科學專業，只用較少的學時概括總結相關的理論原理部分；又如環境科學專業和資源環境科學專業“4.3土壤的組成和性質”不講，因這兩個專業分別開設了“土壤污染與防治”和“土壤學”的課程，但環境工程專業這部分的內容要增加學時詳細講解，因為這個專業的培養計劃中沒有“土壤學”方面的課程。另外，環境工程專業的其他課程中“污染防治”內容比較多，而化學基礎則相對薄弱；資源環境科學專業的課程體系中“農業栽培”相關的內容比較多，而“污染防治”相關的內容比較少，所以資源環境科學專業詳細講解“5污染物的化學防治與綠色化學”，而環境工程專業則對污染物的化學性質和污染現象的化學機制講解比較詳細。

針對選定的教學內容，教師在備課時不但要熟悉教材相關內容，還要查閱相關內容的最新研究成果和國內外發生的相關事件，然后條理清楚、邏輯性強、系統而簡練地準備PPT，并下載一些相關的視頻，上課時充分利用多媒體技術來節約教學時間和傳送大量的課程相關信息。

2 采用靈活多樣的教學方法

在教學過程中，遵循我國高校教育改革的原則和趨勢[16]，因材施教，采取靈活多樣的教學方法，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，使教學相長。教師的主導作用通過對整個課程教學內容及相應的教學方法進行組織和實施來實現，教師對基本原理、研究進展、重點、難點和疑問進行詳細講解和剖析，而學生的主體作用則通過啟發式、問題和案例教學法，引導、吸引學生主動參與到教學中，發揮他們的積極性和創造性，活躍課堂氣氛，提高教學效果；如表1.1所列的內容中，2.3.4、4.2.1.2、4.2.1.3、4.2.1.4、4.4、4.5和4.6的內容就是以案例分析的形式讓學生分組準備PPT演講和討論來完成。

2.1 啟發式教學法

在講授教學內容之前，經常設置一些問題，如第1章的教學中，會提問學生“在你的生活經歷或者所關注的新聞報道中有哪些環境污染和環境問題？”、“環境問題與環境污染兩者有何不同？”、“你所知道的環境污染物有哪些？這些環境污染物可能造成哪些危害？”等，然后根據學生們的回答，教師再結合國內外所發生的一些典型案例和自己的經歷，引申歸納出相關的內容。在講“2.3.1光化學反應”之前會啟發式提問“塑料用品放在陽臺上久了，為什么會破碎成小塊？”、“塑料制品中為什么要加穩定劑？”；在講授生長代謝和共代謝時，提問“生長代謝與共代謝污染物哪個毒性更大，哪個更易降解？”。通過這些問題的設置，促使學生去思考，更積極關注教師將要講述的內容，主動參與到教學過程中。

表1 優化整合后環境化學主要教學內容計劃表(環境科學專業)

講授過程中，邏輯性強、條理清晰，如“2.3大氣污染物的轉化”的講解，以光化學反應過程為主線講述有哪些重要的吸光物質及其對光的要求、中間激發態如何得到自由基、有哪些常見的自由基、自由基又如何進行反應和消除等。為了給學生案例分析留出足夠的學時，教師授課時以重點和難點內容為主，其他內容布置給學生課后自學教材和PPT。如“2.1大氣中的污染物”，教師在講授幾個主要污染物NOx、SO2和CH4的相關內容后，補充相關標準和API(空氣污染指數)的計算，其他污染物則讓學生課后完成“元素及化合物、來源，存在時間，轉化去除途徑、危害”表格內容來自學。在講授時經常結合教師的項目課題研究和國內外考察見聞。

多媒體應用和黑板板書相結合。多媒體可以承載很多教學內容，大量圖表、動畫和視頻等，刺激學生的視覺，也可減少教學時間，但存在停留時間短、學生印象不深刻等問題；而傳統的黑板教學依然有它的優勢，可以看到板書過程中的思路、存在時間長、學生記憶深刻。黑板教學主要應用在大氣穩定度的判別、山谷風等局地環流的形成過程、水環境化學中相關計算公式的推導和例題的計算、一些內容的小結(如氮氧化物轉化的相關反應式)、臭氧破壞的反應機制等內容。另外，授課時對于一些概念的解釋經常采用比擬幽默形式來活躍課堂氣氛，如將自由基的生成、配合物的形成比擬成男女朋友之間的不同關系狀況等。

在一個知識點講完之后，教師用幾分鐘時間進行小結概括，多采用圖表進行；如酸雨的成分、形成機制、形成過程和影響因素用一張圖進行概括，光化學煙霧的形成機制用一張圖或表進行概括。筆者在多年的教學中為這門課建立了一個較豐富的習題庫，在小結后會精選一些題目在課堂上讓學生練習，鞏固所學的內容。

2.2 案例分析教學與學生的主體作用

在教師講授的內容中也會引入一些小的案例，但案例分析教學主要是通過學生分組演講PPT來完成的，通過對一些污染現象和污染事件案例的分析比較，讓學生主動思考掌握相關的教學內容。根據學生人數分組進行，每個專題至少有兩個組，進行比較競爭。學生準備PPT之前，教師要進行引導，案例的選擇要有明確的教學目的，要有時效性、典型性，將污染物相關的案例串在一起，將世界上發生的著名污染事件和我國近年來發生的污染事件串在一起；引導學生在講清楚污染事件的發生過程和機制及危害基礎上探討可能的應對和防治措施。如“大氣顆粒物”相關的內容中，要求學生把沙塵暴、灰霾、矽肺/硅肺/煤肺和PM2.5標準的修訂等內容串在一起；而“苯類污染物”則要求把2005年吉林石化雙酚車間爆炸導致的硝基苯污染、2006年二甲基苯胺污染松花江事件、2012年山西天脊集團苯胺泄漏和2013年4月蘭州飲用水苯污染事件串在一起，并從苯、二甲基苯胺、苯胺和硝基苯的分子結構、物理化學性質探討比較它們在環境中的遷移轉化、降解難易程度和去除方法。在學生講解PPT時，要求必須進行演講組員和其他組成員的雙向提問，鼓勵學生之間進行討論爭辯；各組選出的代表團對演講進行記分評價。對于學生的課堂表現教師要多給予積極鼓勵，并將學生PPT的制作、演講和提問/回答等都計入平時成績當中。因為這一部分相關的案例有很多相關的報道[3,17]，學生的積極性很高，PPT的制作圖文并茂，大部分有動漫和視頻鏈接；但是對于有些具體機制的內容常會講解不夠清晰，或者避重就輕，所以學生演講完后，教師須進行小結和完善補充；如在學生介紹完幾個重金屬的遷移轉化行為之后，教師對于環境中重金屬來源、遷移轉化的一般規律進行總結。通過案例分析，學生在查閱資料、團隊協作、PPT的制作、口才的鍛煉及知識的整理歸納方面都有較大的提高，更重要的是主動參與所學的內容印象最深刻。

3 充分利用實踐教學環節

21世紀世界高等教育正在由精英化走向大眾化和普及化，在目前我國高校持續擴招的形式下，我國“高等教育職業化”也已成為高等教育改革與發展的一個趨勢[16]。華南農業大學環境科學專業的培養目標是從事環境保護方面科研、教學、技術開發和管理等工作的學術型兼應用型人才，而學術型人才的創新科研能力和應用型人才的職業技能的培養都需要實踐教學的訓練。根據麥肯斯的數據分析報告，我校已畢業的學生認為教學最需要改進的地方是“實踐和實習環節不夠”。

我校環境科學專業環境化學實踐教學環節，除了前文提到的實驗和實習學時外，在該專業綜合實驗課程中還有16個學時。實驗內容以綜合性實驗、探討性和自主設計性實驗為主，包括“土壤對銅的吸附”、“苯酚的降解”、“污染土壤中重金屬的化學提取”和“植物與土壤中重金屬含量相關性”等[18]，實驗時間安排在培養基本技能和常規指標測定方法的環境監測之后；實驗分組進行，各組的內容可能不相同，如“苯酚的降解”實驗要探討不同降解時間、不同pH、不同氧化劑和催化劑用量及有無光照等各種條件下的降解效果，最后教師要對不同組的實驗結果進行評價和分析。對于綜合性實驗，教師沒有給出具體的實驗步驟，只告知學生實驗目的和主要內容，讓學生自己去查資料制定實驗方案，樣品的采集、試劑的配制和實驗內容的完成都由學生自主進行，教師進行指導和監管，鼓勵學生開展探索性試驗。實習內容包括兩部分：一是現場參觀陶瓷/石化/印染/漂洗/資源再生等生產工廠的生產過程及其污染處理設施/工藝流程；二是對某個地方的大氣/水體和土壤環境狀況及污染源進行調研分析。實驗和實習過程的參與及實驗報告和實習總結的完成都有明確的考核要求，強制要求學生全程參與。

4 繼續努力的方向

(1)組建更合理的教學團隊，充分發揮各位教師的科研成果在教學中的作用和嘗試雙語教學；

(2)適應社會信息化的發展需要，結合教學質量工程項目的申報進行微課、慕課的建設，方便學生隨時學習，縮短教師課堂講授的時間，線下的課時主要用于學生的案例分析、課堂討論和檢查學生學習效果；

(3)建立穩定的實習基地，并豐富實驗課的內容。

[1]戴樹桂.環境化學.第2版.北京:高等教育出版社,2005.

[2]景麗潔,王建剛,魏 薇,翦英紅,李萬海.大學化學,2009,24(3),31.

[3]汪群慧,宋 娜,陳月芳,常雁紅,吳川福.大學化學,2015,30(4),11.

[4]江桂斌,蔡亞岐,張愛茜.化學通報,2012,75(4),295.

[5]張愛茜,劉景富,景傳勇,郭良宏,鄭明輝.化學通報,2014,77(7),654.

[6]王曉蓉.環境化學.第2版.南京:南京大學出版社,1997.

[7]俞譽福,葉明啟,鄭志堅.環境化學導論.上海:復旦大學出版社,1997.

[8]何燧源,金云云,何 方.環境化學.上海:華東理工大學出版社,1997.

[9]劉 綺.環境化學.北京:化學工業出版社,2004.

[10]趙美萍,邵 敏.環境化學.北京:北京大學出版社,2005.

[11]鄧南圣,吳 峰.環境化學教程.第2版.武漢:武漢大學出版社,2006.

[12]Manahan,S.E.環境化學.孫紅文,譯.第9版.北京:高等教育出版社,2013.

[13]汪群慧.環境化學.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2007.

[14]朱利中.環境化學.北京:高等教育出版社,2011.

[15]劉兆榮,謝曙光,王雪松.環境化學教程.北京:化學工業出版社,2010.

[16]楊德廣.大學教育科學,2007,No.5,19.

[17]李娟英,張金標,江 敏,彭自然.實驗科學與技術,2013,11(2),97.

[18]董德明,朱利中.環境化學實驗.北京:高等教育出版社,2009.

Practice of Environmental Chemistry Optimization Conformity for Contents and Various Teaching Methods

JIANG Cheng-Ai*YU Guang-Wei ZHU Xi-Zhen
(College of Natural Resource and Environment,South China Agricultural University,Guangzhou 510640,P.R.China)

According to the actual situation of related specialties in our university,based on our teaching practice and experience for years,in order to improve the teaching efficiency of environmental chemistry, as well as enhance the vocational competency of environmental science and related majors,we optimized and integrated the curriculum contents of environmental chemistry,explored various teaching methods, and put into great play of the teacher′s leading role and the students′main role.

Environmental chemistry;Optimization and integration;Teaching students in accordance with their aptitude;Interactive teaching;Leading and main role

G64；O6

10.3866/PKU.DXHX201604036

*通訊作者，Email:chaijiang@scau.edu.cn

華南農業大學教改項目(2014—2015)(JG13108)

www.dxhx.pku.edu.cn