“十四五”規劃背景下農業水利工程專業水環境化學教學改革初探

劉 博 彭卓越 汪 靚 孫一迪 李 敏

揚州大學水利科學與工程學院 江蘇揚州 225009

1 概述

水環境化學是環境化學的分支學科之一,主要研究化學物質在水環境中的存在(包括濃度、形態和分布)、行為(包括遷移、轉化和歸宿)與效應(環境效應和生態效應),在農業水利工程建設各個方面都發揮著重要作用。2021年國務院提出“十四五”規劃綱要,其中“全面推動長江經濟帶發展”和“扎實推進黃河流域生態保護和高質量發展”章節中明確提出實施城鎮污水垃圾處理、工業污染治理、農業面源污染治理,開展汾渭平原、河套灌區等農業面源污染治理等。因此,在“十四五”規劃背景下,國家對高等院校農業水利工程專業復合型人才的需求將不斷增加,也對農業水利工程專業水環境化學課程教學方法提出了新要求。

水環境化學是農業水利工程專業必修的學科基礎課,課程主要內容包括天然水的組成與性質、天然水的污染及其主要污染物、天然水中的化學平衡、水環境中的界面過程、微生物化學過程、光化學過程以及水環境化學的主要研究方法等。本課程兼具理論性和較強的實踐性,要求通過本課程的學習,學生可以掌握水環境化學基本原理,具備農業水利工程實驗設計和實施的能力,具備合理分析和解釋實驗數據的能力,能夠正確評價農業水利工程規劃、設計、施工與管理,為應用技術手段降低其負面影響或局限性提供依據。同時,通過實驗教學,培養學生科學嚴謹的品質、團結協作精神和分析解決問題的能力。與環境專業相比,農業水利工程專業水環境化學教學知識較為淺顯,實踐技能操作方面精度要求也較低。但在“十四五”規劃背景下,該門課程對于農業水利工程專業仍然十分重要,如何開展水環境化學課程教學改革工作,培養適應“十四五”規劃農業水利工程專業特點和培養目標的人才,對于發展“十四五”規劃農業水利工程專業至關重要。

2 課程教學現狀及挑戰

隨著“十四五”規劃背景下教學發展理念和改革的不斷推進,現有學科教學難以適應“十四五”規劃要求,目前農業水利工程專業水環境化學課程仍然存在與專業結合不緊密、教學模式單一、課程思政融合不足等問題。以下以水利類高校——揚州大學現行的農業水利工程專業水環境化學課程為例進行詳細闡述。

2.1 授課內容重點不突出,與農業水利工程專業結合不緊密

水環境化學是一門兼顧理論和實踐的課程,具有綜合性強、覆蓋面廣等特點。目前對農業水利工程專業水環境化學課程課時安排為理論課24學時,實驗課16學時,共計40個學時,其教學內容和學時分配見下表。傳統教學將以上教學內容進行濃縮,在教學過程中大多采用灌輸方式,使學生難以掌握水環境化學基礎知識。由于水環境化學屬于進階化學課程,而一般農業水利工程專業學生沒有接受系統的先修化學課程,如無機化學、有機化學、分析化學等課程,導致學生對課程接受能力不足。許多學生反映化學過程較難理解,計算題過程煩瑣,無法及時掌握知識點。對于農業水利工程專業,課程目標要求通過水環境化學的學習,能夠正確評價農業水利工程建設方案對水環境的影響,并能充分認識工程的負面效應。然而,目前的教學中沒有充分與農業水利工程專業特點進行結合,通常只講解一般情況下的水環境化學反應,這導致學生往往對教學內容、計算公式進行死記硬背,而不考慮實際工程實踐,無法深入理解該課程在農業水利工程中的應用。

揚州大學農業水利工程專業水環境化學教學內容與學時分配表

2.2 教學模式較為單一,對工程實踐重視不足

目前水環境化學課程教學模式較為單一,以黑板板書和多媒體教學為主,實驗部分以室內實驗為主。課程成績分為考試成績(60%)、平時成績(20%)和實驗成績(20%),平時成績主要包括課堂考勤、書面作業和討論匯報三部分,實驗成績則包括實驗現場操作和實驗報告兩部分。課堂教學大多將書本內容照搬到PPT上,缺乏工程實踐結合,導致學生聽課積極性不高,在課堂教學過程中,學生難以跟上老師的節奏。實驗課程課時較少,實驗內容較為固定,且與農業水利工程實際存在脫節。比如食用白醋中醋酸濃度的測定和化學耗氧量(COD)的測定兩個實驗,由于課時不足,往往都是老師準備好水樣和各種試劑,學生只負責測定操作,導致學生對實驗本身興趣不高,僅僅進行機械的操作,缺乏對實驗設計和實驗過程的思考。此外,由于樣品完全一樣,存在部分學生投機取巧、借鑒實驗結果的現象,不利于學生創新思維的培養。

2.3 學生學習積極性不高,課程思政融入不深

由于農業水利工程涉及水環境化學的工作主要集中在灌區農業面源污染、黑臭水體治理、河湖污染修復、農業水利工程評價等,野外采樣工作比較艱苦,工作環境遠離大城市,大部分農業水利工程學生對相關工作興趣不大,更希望參與公務員和事業單位考試。因此,學生對水環境化學理論知識學習興趣不足,聽課時注意力渙散,考試時則普遍存在臨陣磨槍的心理。此外,由于教學過程中以基礎知識灌輸為主,課程思政融入不深,無法激起學生對該門課程的認同感和歸屬感,以及專業的自豪感和使命感,自然無法吸引學生對課程學習的興趣,進而參與相關的工作。

3 課程教學內容和教學方法探討

為滿足給農業水利工程專業對水環境化學知識的需求,基于水環境化學課程基本內容,結合現代教學手段,采用多樣化教學方法,結合理論教學和工程實踐,積極融入課程思政內容,樹立學生的責任意識,培養學生專注、細致、追求卓越、團隊協作的精神。

3.1 突出教學重點,結合專業特點

“十四五”規劃背景下,課程教學需要結合專業培養目標,針對性地突出教學重點[1]。在實際教學過程中,應將重點放在與農業水利工程相關的基礎知識和實踐知識,對于不涉及工程實際、理論性過強的化學反應過程,可適當減弱其機理分析,如方程式、計算方面的講解,著重探討其機理過程是如何影響工程實際的。例如,在天然水的污染和主要污染物這一章節中,有較多污染物主要存在于工業污染中,可以適當減少相關的講解,而農業水利工程中的水污染基本屬于面源污染,應著重介紹面源污染相關內容。此外,課程大多只介紹污染物性質、特征、危害等,但缺乏相應的治理手段的介紹[2],特別是針對農業面源污染的治理技術,例如生態溝渠、多級厭氧處理、人工濕地等。在理論教學方面,也可以結合專業實際案例進行講解,例如在講解天然水中主要氧化還原物質與氧化還原反應時,可以將農田面源污染過程中常見的硝化反應、反硝化反應帶入教學中,從采樣點選取、水樣采取、水樣分析化驗的全過程對學生進行介紹,并對化驗結果進行初步分析,從而使學生對天然水中的氧化還原物質和氧化還原反應具有更深入的了解。

3.2 豐富教學形式,創新教學手段

目前教學方法大多比較傳統,以知識灌輸為主,通過多種教學方法的融合,可以促進學生學習的積極性和主觀能動性。例如在課堂理論講解時,可以選擇討論式、互動式、讀書指導式等多種教學方法,結合傳統黑板板書、多媒體放映同步進行;充分發揮目前豐富的網絡資源提高課堂的趣味性和專業性,如利用慕課網、網易公開課等學習,完善現有教學內容與形式[3-4];對于一些理論上晦澀難懂的內容,可以使用虛擬仿真課堂、視頻動畫等方式幫助同學們理解,例如酸堿質子理論、開放和閉合碳酸體系等;也可以向學生推薦水環境化學相關的微信公眾號等,學生可以通過以上形式獲取國內外最新的水環境化學發展狀況,可以開闊學生視野,培養學生學習興趣。通過布置課外作業,促使同學們主動關注相關資源,課堂上可以請一組學生介紹最新的學科進展。此外,由于不同學生基礎不同,可以選擇適宜的教學方法,采取多種不同的教學方式幫助學生理解基礎知識,充分發揮當前信息技術的優勢,同時可以提高學生的學習興趣。

3.3 融入課程思政,激發學生興趣

教育的根本目的在于立德樹人,要明確為誰培養人的問題。在水環境化學課程思政建設中,應緊扣課程思政內涵,根據本課程內容和專業特點,挖掘課程中的思政元素,引導學生樹立正確的政治取向和價值觀,激發學生對本課程的興趣和使命感,從而助力學生全面發展[5]。例如,在介紹我國水資源狀況時,可以引入習近平新時代關于治水的重要論述,使學生深刻理解“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代治水方針,以及“綠水青山就是金山銀山”的發展理念,不斷增加社會主義核心價值觀對學生的吸引力,培養學生重視水生態文明建設的思維;再例如,在講解天然水的污染和主要污染物時,可以回顧世界歷史上大規模水污染事件,使同學們認識到水環境污染的危害和治理的必要性,進而提出我國絕不能走“先污染后治理”或“邊污染邊治理”老路的發展思想,最后梳理我國在水環境污染預防和治理取得的成就,如大理洱海治理案例、陜西渭河治理工程、河長制制度等,從而增強學生對我國水環境治理工作的自豪感和歸屬感。在課程思政形式上,可以適當播放水環境治理的紀錄片,介紹當前先進的水環境治理措施和技術;也可以通過課后小組作業的方式,引導同學尋找水環境治理案例的相關資料,并在課堂上進行介紹,從而激發學生對水環境化學的學習興趣,促進學生對于水環境化學基礎知識、應用場景和工程實踐的理解。

結語

為適應“十四五”規劃背景下水利類高校農業水利工程學科發展需要,水環境化學教學改革尤為重要。本文以揚州大學農業水利工程專業水環境化學課程為對象,從教學內容、教學形式和課程思政三個方面提出了進一步的改進工作。通過結合農業水利工程專業特點,改進教學重點,融合多維教學方式和課程思政建設可以提高教學效果,進一步激發學生學習的積極性和主動性,培養適合“十四五”規劃的農業水利工程專業新時代水利人才。