沈舒蘇 張干偉 郭永福 劉大朋

【摘要】結(jié)合目前環(huán)境學科發(fā)展的需求，對原有環(huán)境類基礎(chǔ)化學課程進行改革。我校面向環(huán)境類本科生開設(shè)環(huán)境基礎(chǔ)化學課程已有三年，本文主要針對有機化學知識在環(huán)境基礎(chǔ)化學教學中的地位與重要性提出幾點探討。

【關(guān)鍵詞】有機化學? 環(huán)境類? 基礎(chǔ)化學? 教育

【基金項目】蘇州科技大學教學改革與研究專項項目（2019JGZ-07）。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）30-0181-02

習近平總書記強調(diào)要加強生態(tài)文明建設(shè)，共建人類命運共同體。2021年3月份發(fā)布的“十四五”規(guī)劃綱要中又一次指出了生態(tài)環(huán)保的重要性，生態(tài)環(huán)境的重要地位日漸凸顯。作為培養(yǎng)環(huán)境類人才的專業(yè)學校，我校環(huán)境科學與工程學院早在1985年開始首次招收環(huán)境工程類本科生，后陸續(xù)開設(shè)環(huán)境科學、給排水等相關(guān)環(huán)境類專業(yè)。

環(huán)境問題與化學密切相關(guān)，例如：分析環(huán)境參數(shù)時需要借助化學手段和儀器，大部分環(huán)境污染物為化學物質(zhì)，解決環(huán)境污染問題時必需化學知識和技術(shù)等?；瘜W知識在人類認識環(huán)境問題、制定環(huán)境保護政策時提供科學依據(jù)方面發(fā)揮著重要作用。因此，環(huán)境類專業(yè)人才應(yīng)掌握一定的化學基礎(chǔ)知識。目前，大部分環(huán)境類院校均為本科生開設(shè)了如《普通化學》《分析化學》《物理化學》《有機化學》《環(huán)境化學》等相關(guān)化學課程[1]。但是，這些課程也是化學專業(yè)學生的必修課程，其在內(nèi)容設(shè)置上偏重于理科，在一定程度上無法與環(huán)境類人才的培養(yǎng)目標緊密結(jié)合。因此，我校新設(shè)了《環(huán)境基礎(chǔ)化學》課程[2]，教學內(nèi)容涵蓋了與環(huán)境現(xiàn)象和問題緊密聯(lián)系的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、無機化學、有機化學和生物大分子等基礎(chǔ)知識點。課程目標是使學生具有扎實的化學知識，理解環(huán)境現(xiàn)象背后的化學原理，培養(yǎng)學生運用化學思維和科學手段來分析與解決環(huán)境問題;此外，該課程的開設(shè)也為后續(xù)環(huán)境類專業(yè)課程學習打下基礎(chǔ)。

一、有機化學的地位

有機化學又稱為碳化合物的化學，主要研究有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法與應(yīng)用的科學，是化學中極重要的一個分支。其中，有機化合物是由碳、氫、氧等元素組成的化合物，如最簡單的有機物是甲烷（天然氣的主要成分）。大部分有機化合物與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)，為人類進步做出了巨大的貢獻。如維持生命體所必須的維生素、治愈各類疾病的合成藥物、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的有機肥料、為人類生活提供便利的各種新型材料等，均屬于有機化合物范疇。不可否認的是，部分有機化合物是有毒有害的，且易引起環(huán)境污染，環(huán)境中的污染物多為有機物。有些有機物進入環(huán)境中以后，發(fā)生長距離遷移并長期存在于環(huán)境中;它們具有長期殘留性、半揮發(fā)性和高毒性，易通過食物鏈轉(zhuǎn)移并進入生物體內(nèi)，被稱為持久性有機污染物（POP），會對人類健康和環(huán)境造成嚴重的危害[3]。

因此，有機化學知識的學習，對于環(huán)境類學生來說非常重要。學生不僅需要認識有機物的基本結(jié)構(gòu)特征，還應(yīng)該學習有機化合物在環(huán)境中發(fā)生的常見化學反應(yīng)及反應(yīng)機理，尤其是應(yīng)該加強環(huán)境中有機污染物的降解機理的學習。同時，還應(yīng)該配備相應(yīng)的有機化學實驗教學，提升學生的動手實踐能力。

二、環(huán)境類有機化學教學面臨的問題

雖然各大環(huán)境類院校開設(shè)了基礎(chǔ)化學的教學，但是其中涉及有機化學部分的講解較少，而分析化學和無機化學的知識所占比重過大。例如，在我校進行環(huán)境基礎(chǔ)化學課程改革之前，主要由化學系老師教授《普通化學》《物理化學》《分析化學》這三大課程。也有不少學校意識到有機化學的重要性，針對環(huán)境類學生開設(shè)了《有機化學》，但是教學內(nèi)容往往過于深入繁雜，對于環(huán)境類學生來說難度較大。因此，面向環(huán)境類本科生所開設(shè)的基礎(chǔ)化學的教學中，應(yīng)注重分配有機化學教學的學時，重新編排有機化學部分的教學內(nèi)容，使其更易被環(huán)境類學生接受。

有機化學知識與其他類別化學知識相比，學習難度較大。主要體現(xiàn)在：（1）有機化合物的結(jié)構(gòu)較為復雜，分類較多，化合物的名稱難記。如有機物往往存在同分異構(gòu)體現(xiàn)象，且立體結(jié)構(gòu)較多;化合物的命名規(guī)則除了系統(tǒng)命名法，還有IUPAC命名法等。（2）有機化學反應(yīng)較多，反應(yīng)條件多變，產(chǎn)物較難預(yù)測。與無機化學反應(yīng)的最大不同是有機反應(yīng)幾乎無法100%轉(zhuǎn)化，且產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不唯一。（3）有機反應(yīng)的機理眾多，涉及許多熱力學知識和動力學知識等。（4）有機化學實驗多需要使用有危害的化學藥品，實驗裝置復雜，對實驗教學條件要求嚴格，且學生實驗失敗率高，易讓學生產(chǎn)生挫敗感等。因此，在面向環(huán)境類本科生進行有機化學教學過程中，應(yīng)該注意避免教學內(nèi)容的枯燥性，注重調(diào)動學生的積極性，盡量精簡教學內(nèi)容。應(yīng)該結(jié)合實際，分析目前環(huán)境中遇到的有機化學現(xiàn)象和實事問題。應(yīng)該加強實驗教學，這不僅有利于學生加強對化學反應(yīng)和機理的認知，同時還能提高學生的實驗?zāi)芰Α?/p>

三、措施與建議

我校環(huán)境科學與工程學院在2018年新設(shè)《環(huán)境基礎(chǔ)化學》課程，取消了原有的《普通化學》的教學。其主要變動為：在保留原有的部分無機化學和分析化學的基礎(chǔ)之上，增加了有機化學知識內(nèi)容。該課程總學時為64學時，其中理論學時為40學時，實驗學時為24學時。有機化學分配的學時為24學時，由16學時的理論教學和8學時的實驗教學組成，合計占總學時的38%，即有機化學在環(huán)境類基礎(chǔ)化學中的占比大大提高。

（1）優(yōu)化師資隊伍。本課程教學團隊梯度合理，包括教授、副教授、講師和實驗員，團隊主要成員均博士畢業(yè)于國內(nèi)外有機化學或高分子化學等專業(yè)，專業(yè)知識功底扎實。作者系新加坡南洋理工大學有機化學博士畢業(yè)，有超過10年的有機化學研究經(jīng)歷，熟練掌握有機化學知識中的難點和重點。團隊教學成員均任職于我校環(huán)境科學與工程學院，研究領(lǐng)域主要集中在環(huán)境工程和環(huán)境科學方向，能夠?qū)崟r了解環(huán)境專業(yè)前沿動態(tài)，能將化學教學與環(huán)境需求緊密結(jié)合，做到有的放矢。

（2）豐富教學內(nèi)容。結(jié)合環(huán)境類專業(yè)特點，課程簡單地介紹不同有機物的結(jié)構(gòu)特點和其在人類生活中的重要作用，重點講解環(huán)境有機污染物的有機反應(yīng)及其在環(huán)境治理過程中的降解與轉(zhuǎn)化機理。例如，在學習芳香烴化合物時，通過向?qū)W生介紹環(huán)境有機污染物多氯聯(lián)苯（PCB）的結(jié)構(gòu)多樣性，分析其污染來源及在環(huán)境中會產(chǎn)生什么樣的危害，讓學生知道目前PCB的處理難度主要是由其化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定所導致的，加強學生對芳烴化合物結(jié)構(gòu)的認知。適時地讓學生了解相關(guān)污染物的處理技術(shù)。此外，結(jié)合目前市面上無相關(guān)《環(huán)境基礎(chǔ)化學》教材，教學團隊已在積極整理教學資料，為環(huán)境類專業(yè)學生編寫合適的教材。

（3）教學手段多樣性。教師課堂授課注重線上線下相結(jié)合，教學團隊開發(fā)小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）課程，為本校環(huán)境類學生提供多種學習渠道。除了理論教學方式的豐富，本課程為有機化學教學增加了實驗學時。如開設(shè)了“芬頓試劑氧化法處理模擬有機廢水”的自主性實驗教學。讓學生自己探究芬頓法降解有機廢水的實驗條件，如調(diào)節(jié)溶液pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等。通過自主探究實驗，學生可以充分了解芬頓反應(yīng)的原理和影響因素;通過分析廢水中有機物的去除機理，可以加強學生對有機物自由基反應(yīng)的認知。通過“纖維素的水解實驗”，可以強化學生對聚合物分子的認識，了解環(huán)境中有機物或聚合物等的降解過程和轉(zhuǎn)化機理。此外，還可通過文獻調(diào)研、提交調(diào)研報告等形式，讓學生了解環(huán)境中的有機化學學科的發(fā)展前沿問題，讓學生自主討論，提高學生課外自主學習的能力。

（4）加強學生的思想政治教育。如通過有機化合物應(yīng)用實例（新型環(huán)境污染物等）的引入，讓學生知道環(huán)境保護的重要性。例如，在學習鹵代烴化合物時，通過學習二氯二苯三氯乙烷（DDT）的結(jié)構(gòu)，向?qū)W生講解DDT的發(fā)展歷史。它在二戰(zhàn)時期治療瘧疾、痢疾等疾病方面發(fā)揮了重大的作用，同時，由于其優(yōu)異的殺蟲性能被廣泛用作殺蟲劑。但是，隨著時間的推移，DDT對物種的毀滅性危害也逐漸顯現(xiàn)。告訴學生事物都具有兩面性，要學會辯證地看待事物。培養(yǎng)學生樹立正確的科學觀、人生觀和價值觀。例如在學習有機高分子材料時，結(jié)合目前中國在禁塑方面做出的努力，向?qū)W生介紹可降解高分子材料的發(fā)展近況，培養(yǎng)學生人與自然和諧統(tǒng)一的理念;同時，培養(yǎng)文化認同，增強民族自信。

以上僅是目前我院《環(huán)境基礎(chǔ)化學》教學團隊在強化有機化學教學過程中所做的初步試探，但仍存在一定的不足。例如，學時相對較少，在有限的學時內(nèi)增加有機化學的知識，對于學生來說，可能學起來略顯吃力，教學內(nèi)容上無法做到全面覆蓋。因此，我們?nèi)栽诓粩嗯ν晟平虒W內(nèi)容的簡練和提升。

需要指出的是，無論是面向環(huán)境類本科生，還是其他學科的學生，都應(yīng)掌握一定的化學知識。其中，有機化學在化學教學中的地位應(yīng)該引起重視。

參考文獻：

[1]于瑞蓮，胡恭任，劉賢榮. 面向環(huán)境類本科生的環(huán)境化學教學改革探索[J].廣東化工 2017，44：178-179.

[2]張干偉，沈舒蘇，劉大朋，王俊霞，吳友誼. 高校環(huán)境專業(yè)基礎(chǔ)化學課程教學改革思路探索[J].教育教學論壇 2019，37：139-140.

[3]王云海，陳慶云，趙景聯(lián).環(huán)境有機化學[M].西安交通大學出版社， 2015.

作者簡介：

沈舒蘇（1984年-），女，漢族，江蘇連云港人，有機化學博士，副教授，研究方向為環(huán)境工程與材料。

郭永福（1973年-），男，漢族，山西人，環(huán)境工程博士，教授，研究方向為給水及廢水處理技術(shù)。