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环境科学工程专业环境化学课程教学研究

作者:2018-03-01 16:02:49阅读:文章来源:

摘要:本文依据环境化学课程特点,分析环境化学教学现状,结合绵阳师范学院环境科学与工程专业课程体系和培养目标,从课程体系的优化设置、教学内容更新与方法的改进、实验实践教学以及考核方式多样化等方面进行改革探索。通过教学改革措施的实施,学生对环境化学学习的积极性、创造性以及实践操作能力得以提高,实现高素质应用型环境专业人才的培养。

关键词:环境化学;教学改革;课程建设

环境化学是环境科学与工程专业的重要基础课,主要研究有害污染物在环境中的迁移、转化和效应[1]。在污染源分析和确定、污染消除和控制、环保策略和措施的制定等方面起着重要的作用[2]。目前环境恶化、矿产资源短缺、土壤退化、生物多样性减少等全球环境问题日益突出,新的污染物不断出现,环境化学的研究也在发展[3]。高校环境类专业开设环境化学课程,能够提高学生对环境问题的认识能力,增强环保意识和对环境污染的防治能力。环境化学课程教学质量的提高能够为后续专业课程的教学打下基础,在教学过程中进行改革和创新,培养学生的学习和专业兴趣,使学生既能掌握基本理论,又能够应用所学知识解决环境问题的能力,为培养综合素质型人才打下基础。笔者从事环境化学教学工作10余年,文中从课程设置、教学内容更新与方法的改进、实验实践教学以及考核等方面(图1),对环境化学课程进行教学改革探讨,望能为高校环境类专业课程的建设和教学的发展提供参考。

1教学现状

让学生牢固掌握环境化学课程基础知识和理论,是环境化学教学的主要教学内容和学生学习的重点[4]。在之前的教学中,环境化学开设在大一上学期,学生的基础化学知识来源于高中的学习,这是远远不够的,在学习环境化学时感到吃力。因此,在环境化学的学习之前,需开设无机、有机以及分析化学等课程,让学生掌握牢固的基础知识。教学时数安排不合理,环境化学教学选用教材为戴树桂主编的《环境化学》(第2版),共8章内容。原有的48学时太少,应该安排足够的学时才能够把理论讲完。教学过程中应注重知识的更新和发展,弥补教材内容的不足,使教学内容能够反映环境化学的理论、方法、技术等的更新。除了理论课,需安排实验实践环节,对理论知识进一步巩固。教学理念和教学模式陈旧,仍然是教师讲,学生学,教师的思维占据了主导地位,教学内容局限于教材,学生的创新思维和学习能力得不到培养[1]。课程考核体系面过窄,不应单以期末考试试卷的成绩来评定,而应当增加平时(如课堂讨论、课程论文和专题报告等)的成绩比例,才能对学生掌握知识的程度进行全面考核。实验教学需让学生参与实验前的准备,认真观察实验现象和总结,实验结果应独立分析。增加综合设计性实验项目的比例,让学生拟定实验项目和实验方案,独立完成。实验课的考核方式应对动手操作能力、创新能力等方面进行综合考查。根据上述现状,针对专业和课程特点,依据培养目标,完善教学大纲,对环境化学进行教学改革,培养综合素质型的应用人才。

2教学改革

2.1课程设置改革

环境化学课程具有承上启下的作用,在学习环境化学之前,先开设“环境学导论”进行专业引入,让学生对环境问题和所学专业有初步的认识。在课程学习之前,增设“无机化学”“有机化学”“分析化学”等相关基础课程,为环境化学知识的掌握打下基础。在培养方案的设置中,在大一上学期开设“环境学导论”“无机及分析化学”“有机化学”等基础课,环境化学安排在大一年级第二学期。环境化学共8章内容,应根据培养目标以及专业要求,对各章节内容进行选择和侧重,选取第二、三、四、五、六章节作为重点教学内容,理论学时增加到64学时。实验环节设置28学时,包括基础验证性实验和综合性设计性实验,基础性实验锻炼学生的动手操作能力,综合性实验锻炼学生独立实验以及分析问题的能力。

2.2理论教学改革

环境化学课程理论基础较强,涉及的反应机理及过程较多、较难且枯燥乏味,改变传统的教学模式,探索有效的教学方法和手段成为必要。教学内容也应与时俱进,补充新的研究成果和发展趋势。2.2.1内容的更新和补充环境化学教材的更新滞后于其新理论、方法和技术的发展,应及时对教材以及教学内容进行补充,添加最新科研成果、案例及相关的环境保政策等,提高学生的学习兴趣,扩展知识面。(1)前沿知识的补充和介绍。补充反映环境化学发展的前沿信息,使学生能够及时了解环境化学的发展趋势。在大气环境化学一章中,补充的主要内容有:臭氧与PM2.5一样,成为夏天空气中的首要污染物,成为环保研究的新课题;气溶胶污染了空气,但是却能抵消温室效应;在无氟空调和冰箱的生产中,新型制冷剂的使用减少了对臭氧层的破坏;冬季的雾霾天气给人类健康带来的危害,垃圾焚烧产生的二恶英对环境的危害。在水环境化学一章中,以太湖、滇池蓝藻的爆发,青岛浒苔的大量生长来讲述水体富营养化,并探索氮磷等污染物在水环境中的空间分布和转化过程;典型持久性有机污染物(POPs)如有机氯农药等的来源、分布特征、输入途径等的研究成果;西昌邛海人工湿地生态修复原理等研究成果;成都市活水公园人工湿地净化水的典型例子等,并把笔者在科研中对水生植物吸收氮磷的研究成果进行补充,让学生了解前沿知识。在土壤环境化学中,补充超积累植物东南景天、蜈蚣草等对土壤重金属的修复情况等。(2)当前环境热点问题探讨。例如“垃圾围城”,城市生活垃圾的不断增长,高速发展中的中国城市,正在遭遇“垃圾围城”之痛。农业生产过程中,化肥及农药的施用、作物秸秆、废弃农膜、畜禽水产养殖产生的废弃物、农村生活污水和生活垃圾等使农村遭遇面源污染。饮用水安全问题是广大民众关注的重大的民生问题,保护好饮用水和水源地,直接关系到民众的健康和利益。“环境激素”以及“持久性有机污染物”的危害是近年来被广泛研究和讨论的内容。冬季在我国多数城市出现的雾霾天气PM2.5等都是环境热点问题,通过在课堂教学中进行讨论,拓展了知识面,并激发学生的研究兴趣。(3)专家进课堂,进行专题报告。邀请学科和行业专家进行专题讲座,使学生了解国内外环境化学学科的发展现状。安排本市环保局工作人员、环境监测站工程师以及环保工程师进行专题讲座,引入前沿内容,并且对以后的就业方向、理论知识的重要性有更深的认识。2.2.2教学方法的改革和创新(1)结合区域特点,开展案例教学。以世界公害事件为例(如水俣病、痛痛病事件),通过多媒体,展示大量的污染图片。补充环境污染视频资料,展现污染情况,增强学生对污染的感性认识。在讲述大气环境化学时,展示伦敦烟雾和洛杉矶烟雾事件等的图片,让污染状况呈现,配上文字说明,让学生记忆深刻。结合本地的污染事件进行讲述,四川沱江特大污染,绵阳市涪江污染事件,草溪河的污染。大气污染以成都雾霾红色预警以及绵阳市越来越严重的雾霾天气为例。通过把身边的环境污染问题与环境化学结合起来,让学生感受环境污染的严重性以及学习知识的重要性。(2)利用网络资源、网络技术,开展多媒体教学。多媒体教学利用图片、视频、声音等先进教学技术,内容更加形象生动。在过程模拟、解决抽象问题、列表比较等方面能够克服传统教学的不足。例如:在讲解影响污染物迁移的天气形势(热岛效应、海陆风、山谷风)的时候,通过制作动画演示气流以及污染物的迁移过程,形象直观。在讲解水环境中颗粒物的吸附作用时,通过图片、动画演示、表格的形式表现表面吸附、离子交换吸附以及专属吸附之间的差别与联系。当前环境问题通过图片展示,例:大气污染图片(工厂污染气体排放、汽车尾气、雾霾天气)、水污染图片(污水排放、富营养化、赤潮)、土壤污染(农药化肥污染、生活垃圾、重金属污染)。通过电视、网络和其他新闻媒体收集相关素材,丰富课堂教学内容,让学生了解当前环境污染的严峻形势。多媒体教学过程中,学生可以把幻灯片拷贝下来,课后再去认真消化,使学生能精力集中地听取难点。通过邮件、QQ聊天工具等及时解决学生学习中遇到的问题,用QQ群分享课件、电子教案和环境视频等资料,及时和学生进行交流沟通,掌握教学状态和效果。(3)互动式和研究性教学。根据环境化学课程的特点,对教学内容进行设计,教师讲授后、师生互动进行讨论。每次讨论课后,提出与下次教学内容相关的讨论题目,进行分组,例如:曾讨论过的议题有“草溪河的水葫芦哪里来”“现在的农村还是小时的农村吗”“垃圾围城”等。让学生主动去查阅相关资料,认真思考,等上课时,根据相关议题进行发言和讨论。在讲解酸雨的形成时,提出议题“贵阳和兰州的降水”,让学生对比两个地方的降水pH值不同的影响因素并进行讨论,总结降水pH值的影响因素。通过分组讨论,最后小组长发言,让学生归纳总结,教师进行补充讲解,锻炼学生分析问题的能力。研究式教学通过分组,给出学生研究议题如“安昌河污染源调查”“草溪河富营养化问题”,分析污染形成原因、特征、危害并提出治理措施。

2.3实验实践教学改革

现阶段的实验教学中,多数是以教师为主体的模式,实验教师准备好实验所用样品、药品试剂、耗材等,实验前教师把实验目的、原理、操作过程、结果计算方法、注意事项等讲得很清楚,之后学生按照实验步骤和规程完成实验。学生没有去思考,无法从实验中获取知识和技能,不能提升学生实践和创新能力。因此,对环境化学的实验教学进行如下改革。以学生为主体,教师进行指导,通过工作任务的分配,让学生参与试剂准备、采样布点、实验用品和仪器准备的整个过程。例如:在地表水溶解氧测定实验中,依据实验要求制定任务分配表,并让学生分小组并相互协作完成。在实验中,引导学生对实验现象以及实验中出现的问题进行分析,培养分析和解决问题的能力,且增强了团队和作的精神。环境化学实验时数为28学时,设计7个实验,分为基础验证性实验和综合设计性实验。基础验证性实验培养学生的基本操作能力,加强理解教学中的理论知识。综合设计性实验系统应用所学基本理论、实验知识和操作技能,在老师的引导下,设计实验去解决实际问题。基础实验包括大气中TSP测定,有机物的正辛醇-水分配系数,水中溶解氧测定等,通过实验记录现象以及结果,并进行分析,形成总结报告,教师根据实验过程和结果予以点评。综合设计性项目如:校内河流草溪河水水质评价等,分小组写出设计方案,在教师论证其可行性后小组开展并完成实验,撰写实验报告或小论文[5]。除了课程实验,还安排课程的见习,包括到绵阳环保局、垃圾填埋场、绵阳永兴污水处理厂等实习基地进行参观学习,使学生扩展了基础理论,开拓了眼界,增强环保的责任感以及学知识的主动性。

2.4考试方式改革

课程考核能够让学生进一步了解、巩固、归纳和总结所学知识。采取教学全过程考核,考核内容包括:期末闭卷考试、平时成绩(作业、讨论和论文)、实验操作、实验报告及其科研小论文等多种形式,既重视结果又重视过程。将理论课成绩分为两部分,平时成绩占20%(作业10%;讨论5%;课程论文5%)和期末笔试成绩50%;实验课成绩占20%,考勤成绩10%。考核内容以应用为主,主要考核学生掌握和应用知识的能力[6-7]。

3成果与展望

通过对环境化学课程教学的改革,取得各方面的进展。通过案例教学、联系当前环境污染以及热点问题,激发了学生对环境化学学习的兴趣,拓宽了知识面。通过互动式和研究性教学,培养了学生探索和创新的能力。实践环节,锻炼了学生独立实验的创新能力以及协作能力。鼓励学生进行学生科研项目的申报,已有两组2015级学生申报两个学生科研项目,关于草溪河水质监测以及污染治理。学生主动参与教师的科研,积极申报学校的学生科研和创新项目,培养了独立科研的能力。环境化学课程教学改革和建设是一项长期的系统工程,需要有步骤、有计划的开展课程建设和改革,将课程建设落在实处,优化学生的知识结构和能力结构,走产、学、研结合之路,才能培养高质量和创新应用型人才,适应社会发展的需要。

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