環境科學研究方法混合式教學實踐

摘 "要：現代社會面臨嚴峻環境問題，急需具備創新和綜合分析能力的專業人才。推出環境科學研究方法教改課程，旨在為學生提供全面的環境科學研究工具和方法。課程側重實踐和跨學科培養，致力于培養未來環境科學領域的領袖，讓學生深入理解環境科學原理，并通過實際案例分析培養學生。學生將掌握最新的研究技術，培養批判性思維和創新能力，使學生能夠獨立進行科學研究。采用混合式教學，致力于培養全面發展的環境科學專業人才，使他們能夠有效解決環境挑戰，為環境保護和可持續發展作出貢獻。

關鍵詞：環境科學研究方法；教育改革；學科交叉融合；案例教學；研討式互動

中圖分類號：G640 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）07-0093-05

Abstract： In modern society， environmental issues are becoming increasingly severe， and there is an urgent need for professionals with innovative and comprehensive analytical abilities to address this challenge. To meet the complex environmental challenges of today， we have introduced the Environmental Science Research Methods curriculum， aimed at providing students with comprehensive and in-depth tools and methods for environmental scientific research. The design of this course places a strong emphasis on practicality and interdisciplinary learning， with the goal of nurturing students to become future leaders in the field of environmental science. It guides students in gaining a deep understanding of the fundamental concepts and principles of environmental science， with a special focus on case studies of real ecological systems and environmental issues. Through the use of the latest technologies and tools， students will learn how to conduct environmental research while also cultivating critical thinking and an innovative spirit， enabling them to formulate new research questions and conduct independent scientific research. Using a blended teaching approach， we aim to produce environmental science professionals with a broad knowledge base and practical skills. Our students will be well-equipped to effectively address today's and future environmental challenges， making significant contributions to environmental conservation and sustainable development.

Keywords： Environmental Science Research Methods; teaching reform; interdisciplinary courses; case study; seminar-style interaction

生態文明的建設不僅關系到人民的福祉，也關乎著民族的未來。黨的十八大明確提出要大力推進生態文明建設，致力于建設美麗中國，以實現中華民族的永續發展。在當前社會，全球人類生存和發展面臨前所未有的嚴峻環境挑戰，包括氣候變化、荒漠化的惡化、生態系統的崩潰以及污染等問題[1]。為了應對這些挑戰，迫切需要培養具備創新和綜合分析能力的專業人才，他們能深入理解環境問題，并運用新興的研究工具，如人工智能（AI），為可持續的未來貢獻智慧。

因此，環境科學教育和研究的重要性前所未有地凸顯。在這一背景下，我們引入了環境科學研究方法教改課程，旨在為學生提供全面的環境科學研究工具和方法，以適應復雜多變的環境挑戰。這門課程側重于實踐，通過案例分析和實際操作，學生將能夠應用所學的知識和技能來解決真實世界中的環境問題。我們相信，這種實踐導向的教育方法將使學生能更好地面對未來的挑戰，并激發他們的創新潛力，為全球環境問題的解決作出積極的貢獻。

一 "環境科學課程建設綜述

（一） "環境科學研究方法歷史回顧

環境科學的起源可以追溯到十九世紀五十年代，當環境問題逐漸演變為全球性重大挑戰時，它標志著20世紀科學的重大突破，融合了多領域的自然科學和社會科學。環境科學研究方法是一系列技術和方法，用于探索、分析和理解自然環境、人類與環境互動以及環境問題。這些方法有助于獲取、整理、解釋和應用環境信息，以指導環境保護、可持續發展和資源管理政策和實踐[2]。

古代的環境科學研究方法側重于定性研究，依賴于自然觀察和經驗積累。例如，古代農民根據土壤和氣象條件來決定種植作物，雖然簡單但主觀。18—19世紀的工業化引發了一系列環境問題，推動了定量化分析方法的應用，如采樣和實驗室分析，這相對科學但較單一。20世紀中期，計算機技術的崛起為環境科學研究方法帶來了重大變革。數值模型成為重要工具，用于氣象預測、水文模擬等。模擬與建模有助于更好地理解自然系統、預測自然災害、減輕環境影響和評估資源管理策略。自20世紀90年代以來，遙感技術廣泛應用于環境科學[3]，衛星和無人機提供了廣泛的地表數據，對監測環境變化至關重要[4]。此外，分子生物學和生態學的進步也推動了環境科學研究方法的發展，使我們能夠深入研究生物多樣性、生態系統中的基因交流，以及種群生態學、生態系統生態學和景觀生態學等不同層次的生態學研究方法。總之，環境科學研究方法的演進得益于科學技術進步，為更深入理解和解決環境問題提供了有力工具。

（二） "環境科學研究方法在環境學科教育中的重要性

隨著環境問題的加劇，環境科學研究方法成為解決挑戰的關鍵工具。它為環境科學的發展提供了框架和指導，已成為解決當今環境問題和協調生物環境關系的關鍵工具，受到廣泛關注和重視。環境科學研究方法不僅僅是理論知識的傳授，更是實際問題解決的關鍵。

首先，環境科學研究方法培養了高素質的環境科學人才。學生通過學習和實踐，能夠掌握如何運用科學方法和工具來進行環境研究，能夠設計和執行環境研究項目，有效地收集和分析數據，深入地理解和解決實際環境的問題。此外，這門課程培養了學生的科學思維和創新能力，理解不同學科之間的交叉關系，促進不同學科之間的交叉合作，從而更全面地分析環境問題，為培養高素質的環境科學人才奠定基礎。

其次，環境科學研究方法推動了環境科學的發展。通過開展環境科學研究方法，可以更好地了解環境問題的本質和規律，促進環境保護和可持續發展，推動環境科學的研究不斷深入。例如，利用數值模擬法，可以更好地預測環境發展趨勢，從而采取相應的措施來應對環境問題。

最后，環境科學研究方法的學習和實踐可以提高學生的環境保護意識。通過深入了解環境問題的嚴重性和緊迫性，增強人們對環境保護的認識，激發學生積極參與環境保護行動的熱情。例如，學生可以通過實踐活動，深入了解環境問題的現狀及其對人類和自然界的影響。這種親身經歷可以激發學生的環保意識，使他們更加關注和珍惜環境資源。

（三） "環境科學研究方法的傳統教學模式概述

環境科學研究方法的教學模式一直在不斷更新，傳統的教學方式以老師講授為主，學生的參與較少，具有一定特點，如老師主導、學生被動、內容復制和知識傳承等，對學生的要求較高。然而，環境科學領域的研究日新月異，傳統課堂已無法滿足學生對大量知識的需求，因此需要采用多種途徑增加課程的信息量。一些高校教師已經開始采用“問題教學法”，以問題為核心，鼓勵學生自主探究，進行“再發現”和“再創造”，培養他們發現和解決問題的能力，提高了教學質量并培養了學生的創新思維和綜合素質。隨著多媒體技術的發展，現代網絡技術為師生間的交流提供了理想的平臺[5]。很多高校教師已經開始利用在線平臺，如“雨課堂”。學生可以方便地獲取教學資源，如課程簡介、教師簡介、教學大綱、教材、圖片和視頻材料等。這些豐富的網絡教學資源有利于學生進一步消化課程知識[6]。同時，教師可以在網絡平臺發布作業和調查問卷，通過學生反饋來及時調整教學方式，建立起教師與學生之間的實時交流平臺[7]。

二 "環境科學研究方法教學模式分析

（一） "教學內容和教學現狀分析

高校的環境科學研究方法課程主要涵蓋實驗、調查、模擬、統計、數學、生態遺傳、數值仿真模擬和AI智能分析等內容。其中，實驗方法是環境科學研究的基石，通過精準的設計和執行實驗，揭示環境問題的本質和規律，從而更好地理解環境系統的復雜性；調查方法是了解環境問題的現狀和影響的重要手段，包括野外調查和問卷調查等，幫助科學家獲取關鍵信息，了解問題現狀；模擬方法是通過建立數學模型，預測未來環境變化和評估政策措施影響，為決策制定提供科學依據；統計和數學方法則能夠分析大量數據，揭示隱藏在數據背后的模式，量化環境問題的風險和趨勢；生態遺傳方法涉及生物多樣性和生態系統演化研究，有助于理解生態系統中不同物種之間的相互作用和適應性；數值仿真模擬方法能夠模擬環境系統的動態變化，為模擬氣候變化、水資源管理和生態系統健康等提供支持；AI智能分析方法已成為處理大規模環境數據的關鍵工具，機器學習和人工智能技術能夠自動分析、分類和解釋環境數據，提高問題解決的效率和準確性。

然而，近年來在高校環境科學研究方法課程和學生學習中仍存在許多問題：第一，理論知識與實踐結合不足。這門課程具有廣泛的跨學科性質，涵蓋了數學、化學、生物和物理等多個領域，并注重實際應用。然而，現行課程偏向理論，缺乏實踐教育，導致學生難以將理論知識應用于解決實際環境問題。因此，需強化實驗設計和數據分析的實際操作，以培養學生深刻理解理論知識和應用的能力[8]。第二，教學內容滯后，未能及時反映新興技術和方法的發展。環境科學研究方法不斷演進，新技術和新方法不斷涌現，如AI技術在環境科學中的應用日益重要。為此，課程內容應與時俱進，引入最新研究成果，鼓勵學生參與科研項目，跟蹤前沿領域的最新趨勢。第三，教學內容與現實需求脫節，需更密切地關注社會需求、行業發展和前沿研究。通過與行業人士合作、邀請專業專家授課、參與科研社群等方式可確保課程內容與學生未來的職業發展和社會需求保持一致。因此，改進課程設計、注重實踐教育、及時更新內容，與實際需求保持一致，都是解決這些問題的關鍵步驟。

（二） "課程教學方法

為了提高學生自主學習的積極性，環境科學研究方法課程采用了一系列創新的教學方法（圖1），包括：第一，多媒體教學。課程采用自行研制的多媒體課件，通過文字、圖表、模型、視頻和幻燈片等多種形式呈現教學內容[9]，提高學生學習效率和興趣，效果遠遠超過傳統的授課方式。第二，課程論文研討。鼓勵學生自主獲取信息、撰寫論文和制作PPT，通過展示和研討培養表達和合作能力，同時提高綜合素質和自主學習能力，并通過同學們對內容的討論和作業完成情況來進行教學效果的評估。第三，案例分析與啟發式教學。在環境科學研究方法的教學實踐中，結合前沿研究動態和實際案例進行深度剖析，并提出挑戰性問題，通過邏輯推理、分析、解釋、說明或論證，引導學生進行師生雙向互動，得出最終結論并提出解決方案。

綜合而言，這些創新的教學方法有助于提高學生的自主學習積極性，培養他們的綜合素質和實際應用能力。通過多媒體教學、課程論文研討和案例分析，學生能夠更深入地理解和掌握環境科學研究方法，從而為未來的職業發展和科研工作打下堅實的基礎。

三 "環境科學研究方法教學改革路徑

環境科學研究方法是環境科學教學體系中的核心基礎學科，率先發起對其的教學改革，可為其他環境科學課程的教學方法優化提供有益經驗。以本課程為例，教學改革路徑建議主要包括以下兩個方面。

（一） "融合人工智能的教學內容

1 "基于人工智能（AI）技術的智能化調研

在環境科學研究方法中，常用的傳統方法包括生態遺傳法、野外調查、線上線下問卷以及人工圖片分析等。然而，當研究目標涉及大量樣本時，傳統調研方法表現出效率低和成本高的局限性。為了解決這一難題，我們需要充分利用人工智能技術，例如借助AI識別技術，實現智慧社區的文化服務自動監測，如圖2和圖3所示。智能化調研將有效突破傳統生態調研方法的限制，豐富研究手段，從而提高數據收集的效率。這種基于人工智能技術的智能化調研不僅可以加速數據收集過程，還可以提高數據的準確性和可靠性。通過自動化識別和分析，研究人員可以處理大規模的數據集，更全面地了解環境變化和生物多樣性等方面的情況。這將有助于環境科學家更深入地研究各種環境問題，并為環境保護和管理提供更有效的數據支持。

2 "基于虛擬現實（VR）技術的虛擬仿真實驗

與AI技術相似，虛擬現實（VR）技術可以用來模擬“生態因子對不同生態系統等影響”“森林群落調查”等大尺度、高成本、設計工作量較大的生態學實驗，這有助于彌補該課程缺少實驗型教學的不足。同時，通過趣味性強、操作性高的生態學實驗，可以吸引學生的科研興趣，增強他們的學習動力，進而培育和儲備相應學科方向的科研人才。這種虛擬仿真實驗能夠提供安全且可控的學習環境，學生可以在虛擬世界中進行生態學實驗，觀察和分析生態系統的變化，而無須實際進行野外實地工作。這不僅節省了成本，還降低了風險，尤其對于那些需要接觸敏感環境或難以獲得的地點的研究尤為有益。通過使用虛擬現實技術，學生可以更深入地理解和掌握生態學的實際應用，為未來的環境科學研究和生態保護提供有力的培訓和準備，也為科研領域的發展和創新培養更多的潛在人才。

（二） "引入體驗式互動課堂

1 "研討式互動

傳統的灌輸式教學可能導致學生感到枯燥乏味[10]，容易分散注意力。為改進教學方法，可以采用體驗式互動教學，包括研討式、體驗式、案例式和互動式等多種教學方法的綜合運用[11]。針對研討式教學，開展以下互動方法：①問題導向學習。引導學生提出問題，鼓勵他們在小組內進行深入的討論，激發學生的好奇心，促使他們主動探求知識。②角色扮演和模擬。創造角色扮演或模擬場景，讓學生在不同的角色中思考和互動，更好地理解復雜的概念和關系。③小組合作項目。分配小組項目，鼓勵學生共同合作解決實際問題，培養團隊合作、溝通和解決問題的技能。④反思和總結。鼓勵學生在研討結束后進行反思和總結，以鞏固所學知識，并提供有關課堂討論的反饋。

這些方法可創造更具互動性和參與度的課堂環境，激發學生學習興趣，培養批判性思維和團隊合作能力，更好地滿足學生的學習需求，提高教學質量。另外，教育技術，如在線討論論壇、虛擬教室和在線投票系統，也可以增強研討式互動教學效果，為學生提供更多參與和反饋的機會。

2 "案例式學習

案例式學習是一種強調實際問題解決和情境應用的教育方法，尤其在應對頻繁發生的極端氣候事件背景下，與環境治理有關的問題和需求需要快速響應。教學形式也應跟隨時代發展，鼓勵學生搜索時效性強、有研究價值的生態學案例，案例式學習包括：①時效性和實用性。案例式學習應根據最新的環境問題和科學研究進展進行選擇和更新，使學生直接參與和解決當前的環境挑戰。②跨學科整合。環境科學案例往往涉及多個學科領域，這種跨學科整合有助于培養學生的綜合性思維和解決問題的能力。③情境模擬。案例式學習可以模擬真實世界的情境，讓學生在實際環境中應用所學知識，主動搜集信息、分析數據和提出解決方案，這提高了他們的自主學習和批判性思維能力。④討論和合作。案例研究通常以小組討論和合作的形式進行，這有助于培養學生的團隊合作和溝通技能。

在實施案例式學習時，教師可以提供有關案例的背景信息，引導學生分析問題和制定解決方案，并鼓勵學生在小組中共享思路和觀點，以促進深入討論和多元化的思考。案例式學習不僅使學生能夠應對復雜的環境挑戰，還為他們未來的職業發展提供了寶貴的經驗。因此，它是環境科學教育中的一種重要教學方法。

四 "教學改革難點與反思

（一） "未充分發揮線上線下混合式教學的優勢

盡管本課程已采用線上線下混合式教學，但似乎未充分發揮其潛力。未來可以進一步探索以下方面的改進和發展：第一，在線教學資源拓展方面，搭建可回放式、系統性的教學資源，如慕課（MOOC）等，以提供更多的學習材料和渠道，吸引更廣泛的學生群體；第二，開展實時互動與反饋，利用線上平臺，如雨課堂，實現教師對學生作業的實時在線點評和互動，以促進更緊密的師生互動和學生之間的互動；第三，實施線上資源定制，根據學生的不同需求，定制線上學習資源，以幫助他們更好地理解和掌握課程內容。

（二） "配套野外實踐對本課程教學內容的覆蓋性欠缺

生態環境認知實習是本課程配套的研究性野外實習教學課程，實踐基地為南岳衡山，采用“以學生為主導，教師引導學習”的教學模式[12]。實踐內容主要涉及植物群落調查、優勢種分析、群落結構識別、水質檢驗和土壤檢測等，但未覆蓋熱點生態學研究和先進研究方法的實踐應用。對于課程的配套野外實踐，需更全面地覆蓋課程內容，未來可探索以下方面的改進和發展：第一，開發多元實踐基地，以涵蓋不同環境和生態系統的特點，提供更全面的學習體驗；第二，開展跨學科實踐，與不同學科領域的教師合作，引入跨學科元素，豐富實踐課程的內容和視野；第三，探索實踐課程創新，開發不同主題和方法的實踐創新，激發學生的興趣。綜上所述，不斷審視并根據需求調整實習教學方法和課程設置，以確保最佳的教育體驗和學術效果，是教學改革的難點，也是創新的契機。

五 "結束語

總的來說，環境科學研究方法課程的教學改革旨在優化教學方法，提高教育質量，更好地滿足學生和社會的需求。教學改革路徑包括重視時效性和實用性，引入互動課堂和研討教學，鼓勵學生積極參與和自主學習。最終目標是培養具備解決問題能力的環境科學專業人才，使他們在不斷變化的環境領域中取得成功，并為環境保護和可持續發展作出貢獻。通過反思和改進，這門課程將更好地滿足學生和社會的需求，為環境科學教育提供寶貴經驗。

參考文獻：

[1] 許大純.習近平生態文明建設邏輯和體系的思考——習近平生態文明思想學習體會[J].中國礦業，2023，32（9）：1-21.

[2] 趙發珠，王俊，李書恒，等.鄉村振興背景下環境科學專業教學改革的思考與建議[J].高等理科教育，2022（5）：41-47.

[3] 王旭花，李莉. 遙感技術在環境科學領域的應用及其發展趨勢[J].地下水，2007（3）：69-71.

[4] WU C， WANG Q， ZHANG Y， et al. Remote sensingapplication system for waterenvironments developed forEnvironment Satellite 1[J].Science China Earth Sciences，2010，53：45-50.

[5] 張桂萍，茹文明，金山，等.生態學教學過程中的問題教學模式[J].忻州師范學院學報，2011（2）：100-101.

[6] 秦娟，張震，王育鵬.環境科學專業《環境生態學》課程教學改革探索[J].河北農業科學，2012，16（9）：91-93.

[7] 季玉祥，唐天樂，李娜，等.環境科學專業《環境生態學》課程教學改革探討[J].課程教育研究：學法教法研究，2016（21）：24-28.

[8] 顏世娜，韓慶奎，程超，等.革新化學課程體系，全方位培養師范生就業競爭力[J].廣東化工，2013，40（7）：146-145.

[9] 田俠，鄭慶柱.環境科學研究方法課程教學模式改革探索[J].課程教育研究，2015（34）：18.

[10] 李華.環境與資源經濟學課程教學改革與實踐[J].科教文匯， 2022（18）：87-91.

[11] 崔璐璐，王宏亮.體驗式互動教學在高校思政課堂中的運用——以晉城職業技術學院“學黨史踐初心”課程為例[J].晉城職業技術學院學報，2023，16（4）：33-36.

[12] 管東生，湯葉濤，彭逸生.生態學課程野外實習教學改革和實習基地建設探討——以本科環境科學專業為例[J].高教論壇，2017（12）：18-20.