周文兵 趙建偉 唐鐵軍 萬小瓊 朱端衛(wèi)

摘要：根據(jù)新興環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，本論文討論了參考“生態(tài)工程”相關(guān)教材建設(shè)《環(huán)境生態(tài)工程》時(shí)出現(xiàn)的問題，結(jié)合該專業(yè)特點(diǎn)及筆者多年的教材編寫和課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，論述了以突出本教材的理工特色而采取的具體措施，希望對(duì)環(huán)境生態(tài)工程的教師有所借鑒。

關(guān)鍵詞：教材建設(shè)；環(huán)境生態(tài)工程；問題；措施

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）31-0210-03

人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的環(huán)境工程技術(shù)已不能滿足解決社會(huì)發(fā)展中日益嚴(yán)峻的資源短缺、生態(tài)破壞、環(huán)境污染等綜合性問題。因此，新興起環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)。在2011年的教育部本科專業(yè)目錄調(diào)整中，工學(xué)門類中的環(huán)境科學(xué)與工程類保留環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程專業(yè)，新增環(huán)境生態(tài)工程，專業(yè)代碼082504。環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)本著可持續(xù)發(fā)展理念，旨在培養(yǎng)具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生命科學(xué)、地學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，系統(tǒng)掌握環(huán)境科學(xué)與工程、生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，具有良好的創(chuàng)新能力，能綜合運(yùn)用所掌握的知識(shí)和理論，分析和解決環(huán)境生態(tài)問題，揭示人類活動(dòng)、社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境相互作用規(guī)律的復(fù)合型人才。該專業(yè)是介于生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程專業(yè)之間的一個(gè)邊緣專業(yè)。2013年，大連理工大學(xué)和重慶大學(xué)率先開始環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)招生。值得注意的是，環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)目前還處于課程建設(shè)時(shí)期，其課程設(shè)置既不能照搬生態(tài)專業(yè)，也不能是環(huán)境工程專業(yè)的簡單延伸。根據(jù)專業(yè)特色和要求[1-2]，作為主干課程之一的環(huán)境生態(tài)工程應(yīng)具有其自身的特點(diǎn)。我們編寫的《環(huán)境生態(tài)工程》于2018年9月由化工出版社正式出版，在11月18日的第十二屆大學(xué)環(huán)境類課程報(bào)告論壇的大會(huì)報(bào)告上，教育部環(huán)境類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任、東北師范大學(xué)盛連喜教授專門指出，這本教材是自環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)建設(shè)以來本專業(yè)出版的第一本環(huán)境生態(tài)工程方面的教材，該教材的建設(shè)為探討環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)的課程建設(shè)做出了突出貢獻(xiàn)[3]。結(jié)合在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)“環(huán)境生態(tài)工程”課程組六年多的教材編寫和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在此簡述參考“生態(tài)工程”相關(guān)教材建設(shè)《環(huán)境生態(tài)工程》時(shí)出現(xiàn)的問題，并利用農(nóng)業(yè)院校的優(yōu)勢談?wù)勎覀兯扇〉南鄳?yīng)措施，旨在得到同行的重視[4-8]。

一、問題

（一）缺乏工程系統(tǒng)性

生態(tài)工程涉及生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)工程設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)都會(huì)強(qiáng)調(diào)整體性和系統(tǒng)性原理。然而，相關(guān)教材基本忽略了如何系統(tǒng)地處理生態(tài)工程運(yùn)行后可能出現(xiàn)的生物類廢棄物問題，而處理這些廢棄物很大程度上取決于機(jī)械性工程技術(shù)。能否成功處理生物類廢棄物直接影響到所涉及生態(tài)工程的可持續(xù)發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生態(tài)工程里，如果秸稈焚燒問題沒有解決，相應(yīng)的措施就不是被認(rèn)可的農(nóng)業(yè)生態(tài)工程。著名的納污之王——“鳳眼蓮”，常被作為先鋒植物或理想的天然浮島治理水體污染，而其易泛濫成災(zāi)或治污后的處理措施不明確使其應(yīng)用受到很大限制，抑或使涉及鳳眼蓮的生態(tài)工程可能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱钊藫?dān)憂的工程。以前，不能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生態(tài)工程對(duì)于工程中出現(xiàn)的生物類廢棄物的處理問題并不能徹底解決，因此，在建設(shè)《環(huán)境生態(tài)工程》教材時(shí)，應(yīng)重視生態(tài)工程運(yùn)行后的后續(xù)處理工程性措施，使環(huán)境生態(tài)工程無后顧之憂。

（二）物種多樣性基本定于工程初期

生物設(shè)計(jì)是生態(tài)工程設(shè)計(jì)的核心。自然生態(tài)系統(tǒng)是由生物與生物之間、生物與非生物之間、非生物之間等錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系組成的。目前，人類還無法成功模擬出第二個(gè)地球甚至一個(gè)小尺度的生態(tài)系統(tǒng)，只能借助食物鏈的關(guān)系將所設(shè)定的生態(tài)系統(tǒng)盡可能友好地融入周邊的自然環(huán)境，因此，在過去和將來，物種配置都將是生態(tài)工程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)過近60年的探討，在國內(nèi)外的生態(tài)工程項(xiàng)目中，其物種配置仍然比較簡單，這在以去除特定污染物為目的的項(xiàng)目中尤為突出。治理砷污染的土壤時(shí)，盡管蜈蚣草是首選物種，但除了該植物外，關(guān)于其后續(xù)可以跟上的物種還鮮見提及。又如在礦區(qū)土壤治理中，除了種植植物和由此引進(jìn)鳥類棲息，我們很難捕捉到其他動(dòng)物物種配置的信息。在水體污染治理中，水生動(dòng)物物種豐富，但在這種環(huán)境中生長的水生動(dòng)物一旦入場，我們的餐桌就會(huì)直接影響自身身心健康。合理且有效的生物物種配置和物種多樣性的增加也必然是環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)長期研究課題。

（三）缺乏工程定量分析

生態(tài)工程相關(guān)教材提及的工程措施基本上只限于對(duì)其定性描述，因其工程項(xiàng)目涉及區(qū)域一般比較廣，致使對(duì)其定量描述比較困難。盡管如此，對(duì)工科和理科的環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)的學(xué)生來說，相關(guān)工程的基本工藝參數(shù)設(shè)置還是必不可少的。近年來，濕地系統(tǒng)在污水處理方面的應(yīng)用越來越多，其應(yīng)用范圍在國內(nèi)外已涉及城市暴雨徑流污染、工業(yè)廢水處理、農(nóng)業(yè)面源污染控制、河流湖泊治理等諸多領(lǐng)域，雖然對(duì)濕地的研究也更加突出和不斷深入，在生態(tài)工程的相關(guān)教材中關(guān)于濕地的功能、組成及作用機(jī)理等的闡述比較系統(tǒng)而詳細(xì)，但關(guān)于濕地工程的基本工藝參數(shù)及其設(shè)置方面的信息很少，而這些信息對(duì)環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)非常重要，不容忽視。

（四）對(duì)學(xué)生可實(shí)踐性不突出

正如前面所述，生態(tài)工程的相關(guān)教材提及的工程措施缺乏定量描述，且涉及區(qū)域大，因此，學(xué)生在生態(tài)工程這門課程的學(xué)習(xí)過程中只能通過參觀實(shí)習(xí)認(rèn)知或參加講座來加深理解，而供學(xué)生實(shí)際操作的機(jī)會(huì)嚴(yán)重不足。本著環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)特色，《環(huán)境生態(tài)工程》教材內(nèi)容應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的可實(shí)踐性和可操作性。

針對(duì)這些問題，同時(shí)按照教育部高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的專家對(duì)我們編寫的《環(huán)境生態(tài)工程》的建議，我們?cè)诰帉懕窘滩臅r(shí)還參考了“環(huán)境工程”相關(guān)教材及最新文獻(xiàn)報(bào)道，并采取了下列措施，以突出本教材有別于“生態(tài)工程”相關(guān)教材的獨(dú)特之處。

二、措施

（一）認(rèn)識(shí)生物的修復(fù)能力也是有限的

當(dāng)某種污染物的濃度超出生態(tài)閾值時(shí)，任何生態(tài)工程措施都無能為力，認(rèn)識(shí)到生物修復(fù)能力的有限性并不是強(qiáng)調(diào)環(huán)境生態(tài)工程的不足之處，而正是為了突出環(huán)境生態(tài)工程的特色。環(huán)境生態(tài)工程涉及環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、工程學(xué)，其綜合性顯著。當(dāng)污染物超出生物的修復(fù)能力范圍時(shí)，必須先采取傳統(tǒng)的環(huán)境工程措施進(jìn)行初步處理，之后采納相應(yīng)的生態(tài)工程措施，直至整個(gè)治理末端不會(huì)出現(xiàn)新問題，而治理后的環(huán)境能夠友好地進(jìn)入大自然循環(huán)。這整個(gè)過程都應(yīng)該是環(huán)境生態(tài)工程應(yīng)包括的內(nèi)容，其中各個(gè)環(huán)節(jié)相互制約，缺一不可。在濕地環(huán)境生態(tài)工程中，若有機(jī)負(fù)荷過高，就必須借助傳統(tǒng)的環(huán)境工程技術(shù)加以預(yù)處理，只有這樣才能保障濕地的可持續(xù)發(fā)展。濕地并不是可以用來處理任何污水的，其功能也是有限的。只有認(rèn)識(shí)到生物修復(fù)能力的有限性，才能充分理解《環(huán)境生態(tài)工程》應(yīng)包括的內(nèi)容。

（二）注重整體觀，避免爛尾工程

《環(huán)境生態(tài)工程》應(yīng)既強(qiáng)調(diào)必要的預(yù)處理，也強(qiáng)調(diào)環(huán)境生態(tài)工程措施運(yùn)行后的后續(xù)處理，注重這是一個(gè)整體，對(duì)任何環(huán)境生態(tài)工程措施進(jìn)行全程控制，以避免走向爛尾工程。我們編寫的《環(huán)境生態(tài)工程》強(qiáng)調(diào)了環(huán)境生態(tài)工程的整體性，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)、林、牧、漁優(yōu)勢，注重工程的全程控制，其中有專門的章節(jié)講解環(huán)境生態(tài)工程可能出現(xiàn)的廢棄物的處理，尤其是生物質(zhì)的能源化利用途徑和技術(shù)，保證了環(huán)境生態(tài)工程解決環(huán)境問題的本質(zhì)特征。

（三）豐富物種的引進(jìn)途徑

任何生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性越豐富，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定，抗逆性就越強(qiáng)。如何增加物種多樣性一直是生態(tài)工程的一大課題，也必然是環(huán)境生態(tài)工程的一大課題。在環(huán)境生態(tài)工程中存在物種的更替，此種情況下物種的多樣性尤其重要，這也是豐富物種的好時(shí)期。在環(huán)境生態(tài)工程運(yùn)行初期，由于治理污染物的特殊要求，會(huì)選擇耐受性強(qiáng)或去污能力強(qiáng)的物種作為先鋒物種而定植。但是，在用于治理污染環(huán)境的先鋒植物并不利于治理后的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展或者主要服務(wù)功能時(shí)，必然要借助物種的更替適時(shí)自然地引進(jìn)其他各物種。物種越豐富，物種更替速度越快。值得一提的是，環(huán)境生態(tài)工程中的物種配置包括植物，也包括動(dòng)物和微生物，三者在生態(tài)系統(tǒng)中同等重要。

（四）定性論述與工程定量相結(jié)合，體現(xiàn)工程特色

為了方便學(xué)生的操作和實(shí)踐，突出其工程特性，我們編寫《環(huán)境生態(tài)工程》時(shí)特意強(qiáng)調(diào)定性論述與工程定量相結(jié)合。例如，在濕地環(huán)境生態(tài)工程中，除了對(duì)濕地的相關(guān)定性論述外，還介紹了濕地的填料滲透系數(shù)、水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、水力停留時(shí)間等重要參數(shù)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，并在思考題中設(shè)置計(jì)算題以鞏固學(xué)生對(duì)各參數(shù)與所需濕地面積之間關(guān)系的理解。又如在廢棄物生物質(zhì)的資源化利用方面，也詳細(xì)介紹了重要工藝參數(shù)的設(shè)置及計(jì)算。定性論述與工程定量相結(jié)合基本保障了環(huán)境生態(tài)工程方案的可行性。

（五）點(diǎn)面結(jié)合

《環(huán)境生態(tài)工程》涉及學(xué)科范圍廣，其工程項(xiàng)目涉及區(qū)域面積也較大。我們編寫此教材時(shí)，將點(diǎn)與面相結(jié)合，非常有利于學(xué)生尋找切入點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控。點(diǎn)可以小到如占地面積以平方米為單位的濕地，面可以為流域尺度。點(diǎn)與面的結(jié)合在環(huán)境生態(tài)工程的物種配置中的作用也非常顯著，既便于先鋒物種的選擇，也有利于后期物種的引進(jìn)，從而逐漸形成復(fù)雜的種群結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

（六）建立環(huán)境生態(tài)工程綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系

環(huán)境生態(tài)工程是一門建立在實(shí)踐基礎(chǔ)上的工程學(xué)科，環(huán)境生態(tài)工程綜合設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)也是我們所編教材的重要組成部分，是科研和工程技術(shù)人員利用生態(tài)學(xué)原理和工程學(xué)原理解決環(huán)境污染治理中各種問題的重要手段。在生態(tài)環(huán)境中，許多污染現(xiàn)象的解釋，污染處理設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作運(yùn)行方式的確定，都需要通過實(shí)驗(yàn)解決。通過實(shí)驗(yàn)確定了工藝參數(shù)以后，還需結(jié)合實(shí)際才能較為合理地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，最終在確保生態(tài)安全的前提下完成污染環(huán)境的修復(fù)。

（七）啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思想

生物設(shè)計(jì)是環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)的核心，系統(tǒng)的生命活性和因地、因類制宜的優(yōu)化組合賦予環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)具有不斷的創(chuàng)新性，使得任何一個(gè)成熟的環(huán)境生態(tài)工程設(shè)計(jì)無法完全被照搬到另一個(gè)環(huán)境系統(tǒng)中。因此，必須堅(jiān)持創(chuàng)新研究，這也是我們?cè)诰帉懕窘滩臅r(shí)特別強(qiáng)調(diào)的一條重要原則，如何啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思想也就成了本教材內(nèi)容設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。在教材內(nèi)容和課堂設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要采用“問題驅(qū)動(dòng)”法啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思想。針對(duì)如何啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思想，我們結(jié)合上述措施還特意精心設(shè)計(jì)了創(chuàng)新工作室。學(xué)生對(duì)此的高度熱忱說明了學(xué)生對(duì)本課程的濃厚學(xué)習(xí)興趣和認(rèn)知。為了更好地服務(wù)于社會(huì)，學(xué)生的優(yōu)秀作品被推薦參加各種環(huán)保比賽或發(fā)表于適宜的期刊。實(shí)踐證明，上述措施非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及合作能力。學(xué)生手工設(shè)計(jì)的模型被相關(guān)展覽會(huì)收藏，這也顯示學(xué)生的實(shí)踐能力得到了一定程度的發(fā)揮。值得一提的是，“教學(xué)相長”和“教研結(jié)合”也在上述這些措施的實(shí)施過程中得到了很好的體現(xiàn)。

科技發(fā)展日新月異。我們編寫的《環(huán)境生態(tài)工程》盡管已出版，但也需要不斷完善內(nèi)容，特別是新型污染物、新觀點(diǎn)、新技術(shù)等。綜上所述，我們編寫的《環(huán)境生態(tài)工程》按照我國高等教育對(duì)環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，既有著工程和農(nóng)業(yè)特色，又突出了該專業(yè)本科生工程設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用創(chuàng)新型能力的培養(yǎng)導(dǎo)向。

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