多學科交叉的土木工程環境學課程案例式教學設計與實踐

摘" 要：響應國家戰略和土木工程專業畢業要求指標開設的土木工程環境學是典型的多學科交叉融合課程。該文首先總結該課程目前在教學設計和教學過程中存在的問題及挑戰，然后介紹課程教學內容模塊化設計和教學團隊多學科背景化思路，構建與土木建筑密切相關的環境污染和生態環境保護案例體系;最后通過案例式教學設計在教學過程實踐檢驗并形成反饋，優化教學過程和教學方法，通過多次迭代完善教學素材和體系，切實提升課程教學質量;強化土木工程專業本科生應用多學科交叉融合方法和理念解決土木建筑領域環境問題的能力，同時提升學生的環境保護意識和可持續發展思想。

關鍵詞：案例教學;多學科交叉;教學設計;教學實踐;土木工程環境學

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）04-0110-05

Abstract： In response to the national strategy and graduation requirements of civil engineering majors， Civil Engineering Environmental Science is a typical interdisciplinary integration course. This paper first summarizes the current problems and challenges in the teaching design and teaching process of the course， and then introduces the modular design of the course teaching content and the multi-disciplinary background of the teaching team， and builds a case system of environmental pollution and ecological environmental protection closely related to civil construction. Finally， the teaching process and teaching method are comprehensively optimized by case teaching design， the teaching materials and system are optimized through multiple iterations， the teaching quality is improved， and the ability of civil engineering undergraduates to solve environmental problems in the field of civil construction is strengthened by applying interdisciplinary integration methods and concepts. At the same time， this course can enhance students' awareness of environmental protection and sustainable development.

Keywords： case teaching; interdisciplinary; teaching design; teaching practice; Civil Engineering Environmental Science

營造安全健康的生態環境是民生重大關切問題和增進民生福祉的重大優先領域。黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央把生態文明建設作為統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局的重要內容。同時，“健康中國2030”和“碳達峰碳中和”雙碳目標等國家戰略對環境保護、環境減污降碳及應對全球氣候變化提出更高要求。具備環境保護和生態文明建設意識已成為各行業從業人員的基本要求。環境保護和生態文明建設相關課程已成為高素質人才培養的必修課。在大學期間切實加強學生的環境保護能力和生態文明建設意識，著力培養美麗中國、健康中國和生態文明建設的重要參與者和貢獻者，針對不同專業本科階段的學生開設環境保護與健康類的通識教育課程具有重要意義，也對土木工程等相關的人才培養提出新的要求。在《土木工程專業 2021 版本科培養方案》明確提出“環境和可持續發展”的畢業要求指標，要求土木工程專業的畢業生應能夠理解和評價針對土木工程專業的復雜工程問題的工程實踐對環境、社會可持續發展的影響。

同時，針對人才培養的具體課程建設，《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中明確提出強化教學過程管理、完善教學考核和深化教學改革等方面的具體舉措，以全面提高本科教育教學水平。為此，全國高校的教師針對不同課程進行了翻轉課堂和案例式教學等多種課堂教學改革探索[1-3]。課堂教學改革的核心是課堂教學內容的改革;教學設計和方法是傳授教學內容、達成教學目標的重要保障，教學方法改革是教學改革的關鍵環節;教學實踐反饋是教學改革效果驗證的重要內容[4]。

重慶科技大學（以下簡稱“我校”）土木與水利工程學院土木工程專業從2017年起為本科生開設多學科交叉融合的土木工程環境學課程。此課程已成為我校土木工程專業本科生通識教育的必修課。本課程的主要教學任務是使土木工程專業的學生了解環境問題和環境科學的產生與發展;理解當代人類面臨的主要環境問題和環境與生態學的基本知識;理解土木工程領域大氣、水、固體廢物、土壤和噪聲污染及其防治途徑;理解土木工程領域的環境監測與環境評價。本課程的最終目標是使學生能夠樹立環境保護意識和可持續發展思想，具備優良的環境保護素質。因此，本課程在土木工程專業人才培養過程中起到非常重要的通識教育作用，在課程教學過程中必須不斷與時俱進，加強教學內容與教學方法的改革創新，高度重視該課程在土木工程專業人才培養中的重要作用。案例教學是一種“由果到因”的啟發式教學方法，通過基于典型案例、融入基礎理論知識講解，可明顯提升學生和教師間的互動。案例教學法已廣泛應用于醫學、法學、管理學和教育學等學科類專業的教學，目前逐漸擴展到理工科類專業的教學[1-3，5-7]。對于土木工程專業的課程教學，目前多學科交叉融合的案例教學方法已經在實踐類課程中推廣應用，并取得較好的教學效果[8-9]。而案例教學方法在土木工程環境學相關課程中應用還相對較少。

本文在總結分析前期土木工程環境學課程現存問題的基礎上，采用文獻綜述、現場調研、實踐檢驗等方法，通過匯集土木工程領域的環境污染治理和生態文明建設科技文獻和視頻教學資源，梳理土木工程領域的環境污染治理和生態文明建設典型工程案例，結合現場調研示范性工程項目，構建與土木建筑密切相關的環境污染和生態環境保護案例體系;最后通過案例式教學設計在教學過程實踐檢驗并形成反饋，全面優化教學過程和教學方法，多次迭代優化教學素材和體系，提升土木工程環境學課程教學質量，強化土木工程專業本科生應用多學科交叉融合方法和理念解決土木建筑領域環境問題的能力。本文重點聚焦多學科交叉融合的土木工程環境學案例式教學設計改革和實踐，從土木工程環境學課程的“多學科交叉融合教學設計體系—高度匹配課程的教學案例素材—教學實踐檢驗和反饋迭代優化”三方面開展課程教學設計與實踐改革（圖1）。

一" 課程教學存在問題分析

由于土木工程環境學課程的多學科交叉屬性及生態文明建設領域的高速發展，項目團隊在進行土木工程環境學課程建設和教學工作中，發現現有的課程教學內容體系、教學方法仍存在一定問題，教學成效仍有較大提升空間。以下對這些問題做簡要總結和分析：①土木工程環境學涉及土木工程、環境工程、環境科學、建筑環境學、生物化學、環境健康學和環境毒理學等多學科。現有的教學體系和教學過程主要圍繞環境工程和環境科學開展，與土木工程和環境健康學等的關聯和結合度較弱，難以滿足土木工程專業本科生將課程所學知識真正應用于解決土木建筑領域的環境問題，難以培養土木工程專業本科生的多學科交叉融合應用能力。②在黨中央和國務院的高度重視下，我國生態文明建設和環境保護工作在近年得到快速推進，各類新型環保技術和環境污染處理技術快速形成。大氣、水體、土壤和噪聲污染等重大民生關切的環境問題防治行動計劃深入實施，生態系統保護和修復重大工程進展順利，生態文明建設成效顯著，但同時也出現各類新型生態污染問題。現有的教學體系和關鍵知識點仍主要沿用環境工程和環境科學2010年前的經典教材內容，難以體現現有生態環保和典型污染處理相關的新理論、新技術和新裝備體系，難以滿足土木工程專業本科生與時俱進，將課程所學知識真正應用于解決當前土木建筑領域面臨的環境問題。③當前新型教學方法涌現，翻轉課堂和案例式教學等教學方法得到廣泛應用，其教學效果也得到驗證。但目前土木工程環境學課程教學體系設計仍主要沿用講授法，主要通過教師的敘述、描繪、解釋和推論來傳遞信息、傳授知識、闡明基本概念、論證定律和公式，引導學生分析認識問題，難以發揮學生學習主動性和積極性，容易出現教師滿堂灌和學生被動聽的局面。

二" 課程應用案例式教學設計與實踐

（一）" 課程多學科交叉融合教學設計

本課程的教學團隊采用文獻系統綜述和專家調查等方法，對前期發表的涉及多學科交叉融合教學的教育教學科技論文和教改論文進行全面總結，同時對涉及多學科交叉融合的土木工程領域國家和省部級在線精品課程教學過程設計和教學體系構建方法進行梳理，發現多學科交叉的課程教學設計方法創新點主要體現在兩方面：①課程教學內容以模塊化的形式組成;②課程教學由3位教師以上的教學團隊開展，且教學團隊的教師均具有多學科教育和專業背景[1，8，10-11]。教學內容模塊化是多學科交叉融合課程的知識體系化的體現，有利于學生構建知識體系，也有利于交叉學科教學團隊開展教學工作，最終提升和保證教學質量。教學團隊多學科背景化是此類課程順利且高質量開展的重要保障，可避免學科專業教師對其他相關學科知識盲點，切實消除交叉學科基礎知識點的教學錯誤[12]。

因此，本教學團隊也從教學內容模塊化和教學團隊多學科背景化兩方面開展課程教學設計和實踐改革。結合土木工程環境學課程的知識體系、教學目標和教學課時（32學時）安排，本教學團隊將課程的教學內容主要分為7個模塊：環境監測與環境評價、空氣污染與控制、水體污染與控制、土壤污染與控制、固體廢物污染與控制、噪聲污染與控制和其他理性污染及其防治。每個模塊均建立與土木工程專業領域相關的典型案例庫，基于典型案例開展教學設計和現場教學組織。同時，本課程的教學團隊具有土木工程、環境科學、建筑環境學、生物化學和環境健康學等多學科交叉背景，為課程教學的高質量開展提供了多學科交叉的基礎知識和典型工程案例經驗保障，結合教學內容模塊和教師專業專長背景，由多位教師共同完成本課程的教學案例庫構建和案例教學過程。

（二）" 典型環境監測和污染控制案例體系構建

教學團隊通過對科學文獻和工程資料開展系統綜述，結合現場調研等方法，對土木工程領域涉及的工程環境監測和典型環境污染（水污染、空氣污染、土壤污染、噪聲污染和固體廢棄物污染等）問題解決方案和典型工程案例進行全面梳理，以環境監測和環境污染預防控制問題為導向和主線，從“發現—分析—解決”問題三方面構建上述土木工程領域的典型環境監測和環境污染案例體系。

典型案例的基礎素材主要包括土木工程領域環境監測和污染控制相關的網絡圖片、自制動畫、工程項目視頻、科學實驗錄像、科研成果文獻、工程規范和標準等，表現形式主要包括實際工程案例相關的文字材料、圖片、動畫和視頻等。目前相關的基礎素材較為豐富，在教學過程中根據教學目標、教學內容和學生理解能力等選擇合適案例。針對不同的教學內容模塊，遴選的案例普遍應具有土木工程專業特色、真實性、代表性和典型性等特點，優先選用動畫和視頻等案例素材。因土木工程環境學課程安排在土木工程專業的本科生大二學年，考慮到學生對環境監測和污染控制相關的專業知識相對局限，學生接觸專業課時間仍較短，對土木工程整個專業的知識也未形成完整的體系架構，課程里選用的教學案例（比如各類污染物的凈化原理案例）難度適中，保證大部分學生可理解，以免過于復雜或過于簡單造成學生興趣度偏低。同時不同教學章節和課程內容模塊對案例有不同要求，為達到更好的教學效果，在實際課程教學過程中，應進行案例教學設計，并在不同章節中建立具有代表性的案例體系。在土木工程環境學課程教學案例中，根據教學目標、教學內容、案例內容等，可將案例分為環境監測案例和環境污染案例兩大類。

1" 環境監測案例

本課程環境監測相關教學內容主要包括環境監測的定義、理解環境監測程序與方法;環境管理的概念、內容和基本手段及我國環境監測相關的基本制度;環境影響評價的概念及其作用、內容和基本程序。土木工程領域相關的環境監測主要體現在工程設計階段的環境影響評估和工程施工過程的環境監測，通過對反映水體、土壤、空氣和噪聲等環境質量相關物理指標和化學指標等進行監視和測定，以確定工程實施的可行性、監控實施過程的環境污染狀況，為環境污染防控提供基礎數據支撐。環境監測相關案例主要以典型工程項目的現場環境監測圖片、視頻和文字材料等形式展示。為提高顯示度和學生興趣，課程優先選用學校或周邊實際工程項目的現場環境監測案例作為工程施工過程的環境監測教學案例。工程設計階段的環境影響評估相關的環境監測案例優先選用當地近年新建的地標性建筑、道路和橋梁等工程項目。教學團隊通過梳理項目相關的環境影響評估報告和現場圖片/視頻，形成教學案例視頻，展示環境監測步驟（接受監測任務，監測現場調查，收集基礎資料，監測計劃設計，優化監測布點，環境樣品采集、運輸、保存、預處理和分析測試，數據處理，環境綜合評價）和相關監測儀器設備。

2" 環境污染案例

本課程環境污染相關教學內容主要包括土木工程領域相關的環境污染（空氣污染、水體污染、土壤污染、固體廢物污染、噪聲污染和其他理性污染）的基本特點及其分類，上述污染的健康和環境影響，上述污染的凈化控制原理和方法，我國針對上述污染頒布的防治法規與標準體系。目前土木工程領域相關的環境污染案例極為豐富，上述污染同時體現在新建工程施工過程和老舊建筑拆除過程。環境污染案例體系的構建主要結合課程教學內容模塊，以污染物類型來分類，主要表現形式為環境污染相關的圖片和視頻。以固體廢物污染的控制案例為例，選擇當地近年新建的地標性建筑工程施工項目，通過梳理項目產生的固體廢物污染分類圖片，及整合化學、物理、生物及生化處理方法（分選、破碎、壓實、焚燒、固化和生物處理）相關過程的圖片和文字材料，構建完整的固體廢物污染無害化、減量化、資源化過程案例，通過視頻的方式把項目產生的固體廢物轉化為適于運輸、貯存、利用或處置的過程在教學課堂體現。

（三）" 應用案例式教學實踐與效果分析

教學團隊采用現場教學實踐檢驗和反饋迭代優化的方法，以不同環境監測和環境污染控制主題為導向和主線的案例為著力點，圍繞典型案例開展教學，培養學生“發現問題—分析問題—解決問題”的綜合能力。通過教學過程實踐總結，迭代優化案例式教學過程和教學體系;通過學生課后獨立對典型案例進行問題分析和提出解決方案，考查學生對相關知識點的掌握情況;同時邀請教學專家對教學過程和教學成效進行專業評估。從個人教學實踐總結、專家評價和學生評價三個層面形成本課程案例式教學過程成效評價反饋機制。

教學團隊在建立的案例庫體系的基礎上，參考類似課程的案例式教學方法，針對土木工程環境學的通識課程特點，通過現場圖片、科研成果圖片、自制動畫、現場視頻和科學實驗錄像等形式整理編制與課程教學內容模塊相匹配的案例庫體系，通過演示觀摩法、案例設疑法、案例討論法和案例比較法等將案例引入教學過程。同時將傳統教學法和案例教學法融合，以案例視頻講解為主，傳統理論文字介紹為輔，結合學生的課堂參與度表現，開展課堂案例式教學。以“空氣污染與控制”教學模塊為例，土木工程領域典型的“空氣污染與控制”案例為建筑施工項目過程中“眼見為實”的揚塵問題。課堂教學主要通過典型案例視頻介紹，結合課堂問答，引導學生關注典型工程建設項目的揚塵問題，同時引出空氣污染及其分類、空氣污染物來源和危害、空氣污染防治法規與標準體系、空氣污染凈化機理、除塵器的分類及除塵機理。通過典型代表性項目視頻式案例，很好地引起學生的學習興趣，并通過提問讓學生參與空氣污染分類的識別，可明顯增加教師和學生間的互動，提高學生的課堂參與度，讓學生可在短時間了解土木工程領域相關的環境監測過程及環境污染問題，加深學生對相關環境監測和環境污染控制的知識在工程實際中應用的理解，培養學生的工程應用理念，增強學生對所學知識的綜合應用能力和多學科多專業協作意識和能力，同時讓學生明白所學知識是與現實建筑工程問題緊密結合的，從而培養學生認識—分析—解決土木工程領域相關環境污染問題的綜合能力。

在本課程教學團隊的共同努力下，通過課程案例式教學設計改革和兩輪教學實踐迭代優化，本課程在個人教學實踐、專家評價和學生評價三個層面均取得良好成效。其中，在個人教學實踐方面，參與本課程教學的教師普遍反映：課堂教學過程中學生參與度、積極性、主動性及對課程基礎知識的理解和掌握情況得到明顯提升，學生對課程知識點的融合應用能力得到較好的提高;同時學生在期末綜合考核中對課程知識點的理解與融會運用，認識—分析—解決土木工程領域的典型環境監測和環境污染控制問題的能力，以及表現出的環境保護價值觀等方面均有較好的增進;課程教學目標的達成度也有較明顯的提升。在專家評價方面，參與聽課評教的教學督導對課堂教學效果給予了充分肯定，表示課堂教學氣氛良好，學生參與度和新知識掌握度明顯高于非案例式的傳統式教學課堂。在學生評價方面，學生期末評教分數明顯高于采用非案例式的傳統式教學法開展本課程的教學期間，同時學生普遍表示本課程案例式教學的學習效果良好，對課程涉及的知識點具有直觀的認識和較深的掌握程度，通過該課程的學習，加深了對土木工程領域典型環境監測和環境污染控制問題的理解和認識，進一步體會到環境保護的重要性，增強了多學科專業協作的綜合能力。

三" 結束語

響應國家戰略和土木工程專業畢業要求指標開設的土木工程環境學是典型的多學科交叉融合課程。針對該課程在教學設計和教學過程中存在的問題及挑戰，通過課程教學內容模塊化和教學團隊多學科背景化，基于土木工程領域的環境監測、環境污染治理和生態文明建設典型工程案例開展教學，同時通過案例式教學設計在教學過程實踐檢驗反饋并形成迭代優化，可取得較好的教學成果和良好的教學質量，切實培養學生形成“發現問題—分析問題—解決問題”的綜合能力，同時提升土木工程專業學生的環境保護意識和可持續發展思想。

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基金項目：重慶科技學院2021年度本科教育教學改革研究項目“多學科融合的土木工程環境學應用案例式教學改革與實踐”（2021035）;浙江省交通運輸廳科技計劃項目“低溫等離子體除塵技術在高速公路上的應用研究”（202215）;國家自然科學基金資助項目“誘發兒童鼻炎的住宅室內典型霉菌時空擴散機制研究”（52208096）

第一作者簡介：劉煒（1987-），男，漢族，江西贛州人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為健康建筑環境營造理論與技術。

*通信作者：余曉平（1973-），女，漢族，四川榮縣人，博士，教授。研究方向為建筑環境和節能原理與技術。