蔣成愛 余光偉 朱夕珍

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州510640)

環(huán)境化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合與教學(xué)方法多樣化

蔣成愛*余光偉 朱夕珍

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣州510640)

結(jié)合我校相關(guān)專業(yè)的實(shí)際情況和多年來教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，為提高環(huán)境化學(xué)的教學(xué)效果，增強(qiáng)環(huán)境科學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的職業(yè)勝任能力，對(duì)環(huán)境化學(xué)理論與實(shí)踐課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，在教學(xué)過程中因材施教，實(shí)施多樣化的教學(xué)方法，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。

環(huán)境化學(xué)；優(yōu)化整合；因材施教；互動(dòng)式教學(xué)；主導(dǎo)與主體作用

環(huán)境化學(xué)主要研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的存在、來源、遷移轉(zhuǎn)歸、生態(tài)效應(yīng)及其化學(xué)防治，是環(huán)境科學(xué)與工程及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。環(huán)境污染中80%—90%是化學(xué)污染物[1]，而化學(xué)防治又是污染處理的重要方法之一，所以這門課對(duì)于分析研究和防治環(huán)境問題，以及學(xué)生對(duì)其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)都非常重要。但是其作為基礎(chǔ)課，理論性內(nèi)容較多，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣較低，遠(yuǎn)不及一些與未來職業(yè)直接相關(guān)的專業(yè)課，如“環(huán)境影響評(píng)價(jià)”和“污染控制工程”等。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院現(xiàn)有3個(gè)本科專業(yè)開設(shè)“環(huán)境化學(xué)”課程，其中環(huán)境科學(xué)專業(yè)是必修課，環(huán)境工程專業(yè)和資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)是選修課，都只有32個(gè)理論學(xué)時(shí)的教學(xué)計(jì)劃，環(huán)境科學(xué)專業(yè)還有8個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和1個(gè)星期的實(shí)習(xí)；這3個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)計(jì)劃也各不相同。為了讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握適應(yīng)各自專業(yè)培養(yǎng)方案及培養(yǎng)目標(biāo)需要的相關(guān)內(nèi)容、形成環(huán)境保護(hù)意識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生分析環(huán)境問題和解決環(huán)境問題的能力，筆者在多年來的教學(xué)實(shí)踐中對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合和多種教學(xué)方法應(yīng)用的嘗試，與同行們一起交流。

1 精選與整合教學(xué)內(nèi)容

環(huán)境化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容非常廣泛。環(huán)境單元包括水體、大氣、土壤三大部分，又最終通過生物體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)化產(chǎn)生危害，不同環(huán)境中污染物及遷移轉(zhuǎn)運(yùn)的途徑又各有其特點(diǎn)，也涉及到與化學(xué)、物理、生物化學(xué)、毒理、數(shù)學(xué)模型、監(jiān)測(cè)技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)的交叉。而且隨著新的環(huán)境問題不斷出現(xiàn)和相關(guān)研究的不斷發(fā)展，環(huán)境化學(xué)的學(xué)科內(nèi)容也在不斷地拓展和豐富[1—5]。已出版的環(huán)境化學(xué)教材也很多[1,6—15]，各教材的章節(jié)順序及內(nèi)容的側(cè)重有所不同，我們主要選用的是戴樹桂老師主編的《環(huán)境化學(xué)》第2版(2006年出版)，但也參考選用其他教材的部分內(nèi)容[6—15]。為了在有限的學(xué)時(shí)里向?qū)W生傳授課程的主要研究?jī)?nèi)容，并培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源的意識(shí)以及分析環(huán)境問題和解決環(huán)境問題的能力，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一些精選與整合，原則是盡可能地避免與培養(yǎng)計(jì)劃的其他課程內(nèi)容重復(fù)及本課程不同章節(jié)之間的重復(fù)，并突出本課程的特點(diǎn)。例如第七章中“微生物修復(fù)和植物修復(fù)技術(shù)”的內(nèi)容與“土壤污染與防治”等課程內(nèi)容重復(fù)，所以重點(diǎn)只講解“化學(xué)污染防治技術(shù)”，并與“綠色化學(xué)”內(nèi)容整合到一起；又如學(xué)生在基礎(chǔ)化學(xué)課中已學(xué)過教材第3章中“無機(jī)和有機(jī)污染物遷移轉(zhuǎn)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(huán)境體系中分析和處理環(huán)境問題中的應(yīng)用；而重金屬和有機(jī)污染物在土壤和水環(huán)境中共同存在及遷移轉(zhuǎn)化有共性和聯(lián)系，所以在教學(xué)內(nèi)容和順序上做了一些大的調(diào)整，即把第3章“水體環(huán)境化學(xué)”、第4章“土壤環(huán)境化學(xué)”和第6章“典型污染物在環(huán)境各圈層中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)”合到一起，作為第4章，教材的第5章“生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過程及毒性”則作為第3章先講；優(yōu)化調(diào)整后的主要授課內(nèi)容如表1所示。

另一方面，根據(jù)3個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和課程結(jié)構(gòu)體系的不同，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配又有些微調(diào)和側(cè)重，如“天然水的酸堿度和無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程”中涉及到很多計(jì)算的內(nèi)容，我們只要求環(huán)境科學(xué)專業(yè)掌握，并安排了相對(duì)較多的學(xué)時(shí)，而對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)和資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)，只用較少的學(xué)時(shí)概括總結(jié)相關(guān)的理論原理部分；又如環(huán)境科學(xué)專業(yè)和資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)“4.3土壤的組成和性質(zhì)”不講，因這兩個(gè)專業(yè)分別開設(shè)了“土壤污染與防治”和“土壤學(xué)”的課程，但環(huán)境工程專業(yè)這部分的內(nèi)容要增加學(xué)時(shí)詳細(xì)講解，因?yàn)檫@個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中沒有“土壤學(xué)”方面的課程。另外，環(huán)境工程專業(yè)的其他課程中“污染防治”內(nèi)容比較多，而化學(xué)基礎(chǔ)則相對(duì)薄弱；資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)的課程體系中“農(nóng)業(yè)栽培”相關(guān)的內(nèi)容比較多，而“污染防治”相關(guān)的內(nèi)容比較少，所以資源環(huán)境科學(xué)專業(yè)詳細(xì)講解“5污染物的化學(xué)防治與綠色化學(xué)”，而環(huán)境工程專業(yè)則對(duì)污染物的化學(xué)性質(zhì)和污染現(xiàn)象的化學(xué)機(jī)制講解比較詳細(xì)。

針對(duì)選定的教學(xué)內(nèi)容，教師在備課時(shí)不但要熟悉教材相關(guān)內(nèi)容，還要查閱相關(guān)內(nèi)容的最新研究成果和國(guó)內(nèi)外發(fā)生的相關(guān)事件，然后條理清楚、邏輯性強(qiáng)、系統(tǒng)而簡(jiǎn)練地準(zhǔn)備PPT，并下載一些相關(guān)的視頻，上課時(shí)充分利用多媒體技術(shù)來節(jié)約教學(xué)時(shí)間和傳送大量的課程相關(guān)信息。

2 采用靈活多樣的教學(xué)方法

在教學(xué)過程中，遵循我國(guó)高校教育改革的原則和趨勢(shì)[16]，因材施教，采取靈活多樣的教學(xué)方法，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，使教學(xué)相長(zhǎng)。教師的主導(dǎo)作用通過對(duì)整個(gè)課程教學(xué)內(nèi)容及相應(yīng)的教學(xué)方法進(jìn)行組織和實(shí)施來實(shí)現(xiàn)，教師對(duì)基本原理、研究進(jìn)展、重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑問進(jìn)行詳細(xì)講解和剖析，而學(xué)生的主體作用則通過啟發(fā)式、問題和案例教學(xué)法，引導(dǎo)、吸引學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)中，發(fā)揮他們的積極性和創(chuàng)造性，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果；如表1.1所列的內(nèi)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(nèi)容就是以案例分析的形式讓學(xué)生分組準(zhǔn)備PPT演講和討論來完成。

2.1 啟發(fā)式教學(xué)法

在講授教學(xué)內(nèi)容之前，經(jīng)常設(shè)置一些問題，如第1章的教學(xué)中，會(huì)提問學(xué)生“在你的生活經(jīng)歷或者所關(guān)注的新聞報(bào)道中有哪些環(huán)境污染和環(huán)境問題？”、“環(huán)境問題與環(huán)境污染兩者有何不同？”、“你所知道的環(huán)境污染物有哪些？這些環(huán)境污染物可能造成哪些危害？”等，然后根據(jù)學(xué)生們的回答，教師再結(jié)合國(guó)內(nèi)外所發(fā)生的一些典型案例和自己的經(jīng)歷，引申歸納出相關(guān)的內(nèi)容。在講“2.3.1光化學(xué)反應(yīng)”之前會(huì)啟發(fā)式提問“塑料用品放在陽(yáng)臺(tái)上久了，為什么會(huì)破碎成小塊？”、“塑料制品中為什么要加穩(wěn)定劑？”；在講授生長(zhǎng)代謝和共代謝時(shí)，提問“生長(zhǎng)代謝與共代謝污染物哪個(gè)毒性更大，哪個(gè)更易降解？”。通過這些問題的設(shè)置，促使學(xué)生去思考，更積極關(guān)注教師將要講述的內(nèi)容，主動(dòng)參與到教學(xué)過程中。

表1 優(yōu)化整合后環(huán)境化學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容計(jì)劃表(環(huán)境科學(xué)專業(yè))

講授過程中，邏輯性強(qiáng)、條理清晰，如“2.3大氣污染物的轉(zhuǎn)化”的講解，以光化學(xué)反應(yīng)過程為主線講述有哪些重要的吸光物質(zhì)及其對(duì)光的要求、中間激發(fā)態(tài)如何得到自由基、有哪些常見的自由基、自由基又如何進(jìn)行反應(yīng)和消除等。為了給學(xué)生案例分析留出足夠的學(xué)時(shí)，教師授課時(shí)以重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容為主，其他內(nèi)容布置給學(xué)生課后自學(xué)教材和PPT。如“2.1大氣中的污染物”，教師在講授幾個(gè)主要污染物NOx、SO2和CH4的相關(guān)內(nèi)容后，補(bǔ)充相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和API(空氣污染指數(shù))的計(jì)算，其他污染物則讓學(xué)生課后完成“元素及化合物、來源，存在時(shí)間，轉(zhuǎn)化去除途徑、危害”表格內(nèi)容來自學(xué)。在講授時(shí)經(jīng)常結(jié)合教師的項(xiàng)目課題研究和國(guó)內(nèi)外考察見聞。

多媒體應(yīng)用和黑板板書相結(jié)合。多媒體可以承載很多教學(xué)內(nèi)容，大量圖表、動(dòng)畫和視頻等，刺激學(xué)生的視覺，也可減少教學(xué)時(shí)間，但存在停留時(shí)間短、學(xué)生印象不深刻等問題；而傳統(tǒng)的黑板教學(xué)依然有它的優(yōu)勢(shì)，可以看到板書過程中的思路、存在時(shí)間長(zhǎng)、學(xué)生記憶深刻。黑板教學(xué)主要應(yīng)用在大氣穩(wěn)定度的判別、山谷風(fēng)等局地環(huán)流的形成過程、水環(huán)境化學(xué)中相關(guān)計(jì)算公式的推導(dǎo)和例題的計(jì)算、一些內(nèi)容的小結(jié)(如氮氧化物轉(zhuǎn)化的相關(guān)反應(yīng)式)、臭氧破壞的反應(yīng)機(jī)制等內(nèi)容。另外，授課時(shí)對(duì)于一些概念的解釋經(jīng)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(guān)系狀況等。

在一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講完之后，教師用幾分鐘時(shí)間進(jìn)行小結(jié)概括，多采用圖表進(jìn)行；如酸雨的成分、形成機(jī)制、形成過程和影響因素用一張圖進(jìn)行概括，光化學(xué)煙霧的形成機(jī)制用一張圖或表進(jìn)行概括。筆者在多年的教學(xué)中為這門課建立了一個(gè)較豐富的習(xí)題庫(kù)，在小結(jié)后會(huì)精選一些題目在課堂上讓學(xué)生練習(xí)，鞏固所學(xué)的內(nèi)容。

2.2 案例分析教學(xué)與學(xué)生的主體作用

在教師講授的內(nèi)容中也會(huì)引入一些小的案例，但案例分析教學(xué)主要是通過學(xué)生分組演講PPT來完成的，通過對(duì)一些污染現(xiàn)象和污染事件案例的分析比較，讓學(xué)生主動(dòng)思考掌握相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生人數(shù)分組進(jìn)行，每個(gè)專題至少有兩個(gè)組，進(jìn)行比較競(jìng)爭(zhēng)。學(xué)生準(zhǔn)備PPT之前，教師要進(jìn)行引導(dǎo)，案例的選擇要有明確的教學(xué)目的，要有時(shí)效性、典型性，將污染物相關(guān)的案例串在一起，將世界上發(fā)生的著名污染事件和我國(guó)近年來發(fā)生的污染事件串在一起；引導(dǎo)學(xué)生在講清楚污染事件的發(fā)生過程和機(jī)制及危害基礎(chǔ)上探討可能的應(yīng)對(duì)和防治措施。如“大氣顆粒物”相關(guān)的內(nèi)容中，要求學(xué)生把沙塵暴、灰霾、矽肺/硅肺/煤肺和PM2.5標(biāo)準(zhǔn)的修訂等內(nèi)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(dǎo)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(tuán)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(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)探討比較它們?cè)诃h(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、降解難易程度和去除方法。在學(xué)生講解PPT時(shí)，要求必須進(jìn)行演講組員和其他組成員的雙向提問，鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行討論爭(zhēng)辯；各組選出的代表團(tuán)對(duì)演講進(jìn)行記分評(píng)價(jià)。對(duì)于學(xué)生的課堂表現(xiàn)教師要多給予積極鼓勵(lì)，并將學(xué)生PPT的制作、演講和提問/回答等都計(jì)入平時(shí)成績(jī)當(dāng)中。因?yàn)檫@一部分相關(guān)的案例有很多相關(guān)的報(bào)道[3,17]，學(xué)生的積極性很高，PPT的制作圖文并茂，大部分有動(dòng)漫和視頻鏈接；但是對(duì)于有些具體機(jī)制的內(nèi)容常會(huì)講解不夠清晰，或者避重就輕，所以學(xué)生演講完后，教師須進(jìn)行小結(jié)和完善補(bǔ)充；如在學(xué)生介紹完幾個(gè)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化行為之后，教師對(duì)于環(huán)境中重金屬來源、遷移轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。通過案例分析，學(xué)生在查閱資料、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、PPT的制作、口才的鍛煉及知識(shí)的整理歸納方面都有較大的提高，更重要的是主動(dòng)參與所學(xué)的內(nèi)容印象最深刻。

3 充分利用實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

21世紀(jì)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(guó)高校持續(xù)擴(kuò)招的形式下，我國(guó)“高等教育職業(yè)化”也已成為高等教育改革與發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)[16]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是從事環(huán)境保護(hù)方面科研、教學(xué)、技術(shù)開發(fā)和管理等工作的學(xué)術(shù)型兼應(yīng)用型人才，而學(xué)術(shù)型人才的創(chuàng)新科研能力和應(yīng)用型人才的職業(yè)技能的培養(yǎng)都需要實(shí)踐教學(xué)的訓(xùn)練。根據(jù)麥肯斯的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，我校已畢業(yè)的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)最需要改進(jìn)的地方是“實(shí)踐和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)不夠”。

我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)環(huán)境化學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，除了前文提到的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)外，在該專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程中還有16個(gè)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以綜合性實(shí)驗(yàn)、探討性和自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，包括“土壤對(duì)銅的吸附”、“苯酚的降解”、“污染土壤中重金屬的化學(xué)提取”和“植物與土壤中重金屬含量相關(guān)性”等[18]，實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排在培養(yǎng)基本技能和常規(guī)指標(biāo)測(cè)定方法的環(huán)境監(jiān)測(cè)之后；實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，各組的內(nèi)容可能不相同，如“苯酚的降解”實(shí)驗(yàn)要探討不同降解時(shí)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(duì)不同組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，教師沒有給出具體的實(shí)驗(yàn)步驟，只告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮椭饕獌?nèi)容，讓學(xué)生自己去查資料制定實(shí)驗(yàn)方案，樣品的采集、試劑的配制和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成都由學(xué)生自主進(jìn)行，教師進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)管，鼓勵(lì)學(xué)生開展探索性試驗(yàn)。實(shí)習(xí)內(nèi)容包括兩部分：一是現(xiàn)場(chǎng)參觀陶瓷/石化/印染/漂洗/資源再生等生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)過程及其污染處理設(shè)施/工藝流程；二是對(duì)某個(gè)地方的大氣/水體和土壤環(huán)境狀況及污染源進(jìn)行調(diào)研分析。實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)過程的參與及實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)習(xí)總結(jié)的完成都有明確的考核要求，強(qiáng)制要求學(xué)生全程參與。

4 繼續(xù)努力的方向

(1)組建更合理的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮各位教師的科研成果在教學(xué)中的作用和嘗試雙語(yǔ)教學(xué)；

(2)適應(yīng)社會(huì)信息化的發(fā)展需要，結(jié)合教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目的申報(bào)進(jìn)行微課、慕課的建設(shè)，方便學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，縮短教師課堂講授的時(shí)間，線下的課時(shí)主要用于學(xué)生的案例分析、課堂討論和檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果；

(3)建立穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地，并豐富實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容。

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[15]劉兆榮,謝曙光,王雪松.環(huán)境化學(xué)教程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[16]楊德廣.大學(xué)教育科學(xué),2007,No.5,19.

[17]李娟英,張金標(biāo),江 敏,彭自然.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2013,11(2),97.

[18]董德明,朱利中.環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn).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(nóng)業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目(2014—2015)(JG13108)

www.dxhx.pku.edu.cn