本科生與研究生環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和模式的差異*

汪群慧 宋娜 陳月芳 常雁紅 吳川福

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境工程系 北京 100083)

本科生與研究生環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和模式的差異*

汪群慧**宋娜 陳月芳 常雁紅 吳川福

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境工程系 北京 100083)

探討本科生與研究生環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和模式上的差異，提出本科生教學(xué)以傳授基礎(chǔ)理論為主，以污染事件為切入點，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、趣味性和特色性，采用問題教學(xué)法、案例教學(xué)法和視頻教學(xué)法等方法；而研究生教學(xué)以歸納總結(jié)知識點為主，關(guān)注研究熱點和前沿問題，強(qiáng)調(diào)銜接性、主動性和應(yīng)用性，采用互動教學(xué)法、體驗教學(xué)法、文獻(xiàn)歸納法等方法。

本科生與研究生 差異 環(huán)境化學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)模式

化學(xué)類、生物學(xué)類和力學(xué)類基礎(chǔ)課程是環(huán)境科學(xué)的三大支柱課程，環(huán)境化學(xué)作為環(huán)境學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)及研究應(yīng)用素質(zhì)具有舉足輕重的作用。針對不同專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)需求的教學(xué)對象采用相適應(yīng)的教學(xué)策略和方法，是促進(jìn)學(xué)科發(fā)展以及健全專業(yè)人才培養(yǎng)機(jī)制的當(dāng)務(wù)之急[1-2]。

本教學(xué)組承擔(dān)了環(huán)境工程專業(yè)本科生限選課環(huán)境化學(xué)以及環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)碩士研究生必修課環(huán)境化學(xué)及應(yīng)用的教學(xué)工作。傳統(tǒng)的環(huán)境化學(xué)課程在本科生與研究生的教學(xué)理念以及教學(xué)思維上并沒有清晰的界定，由此造成了本科生與研究生課程內(nèi)容重復(fù)。本科教學(xué)時描述性內(nèi)容多，比較單調(diào)和枯燥；研究生教學(xué)時難以兼顧學(xué)過或未學(xué)過環(huán)境化學(xué)課程學(xué)生的理解程度和需求。

為提高環(huán)境化學(xué)課程的教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量，本文通過課堂調(diào)查、學(xué)生反饋、教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)等途徑，深入了解不同階段學(xué)生在環(huán)境化學(xué)學(xué)習(xí)中的感受，并結(jié)合作者在環(huán)境化學(xué)課堂教學(xué)的體會，對環(huán)境化學(xué)課程在本科生與研究生教學(xué)實踐中的差異性和側(cè)重點進(jìn)行了分析，針對目前教學(xué)中存在的突出問題，提出解決方法和改革建議，以期達(dá)到環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的理想效果，并為同類學(xué)科的課程建設(shè)提供參考性意見。

1 本科生與研究生教育教學(xué)的差異性

本科生和研究生在基礎(chǔ)能力及研究深度上的差異決定了環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)方法及內(nèi)容的不同。

在知識基礎(chǔ)方面，本科生處于課程學(xué)習(xí)的初級階段，對于基本概念與基本內(nèi)容的認(rèn)識模糊，且對專業(yè)歷史成果及未來發(fā)展方向也所知甚少，缺乏實際操作和現(xiàn)場經(jīng)驗，因此在有限的本科學(xué)習(xí)時間內(nèi)很難做到專業(yè)知識的融會貫通和深入探索；對于研究生而言，本科階段的基礎(chǔ)培養(yǎng)以及知識儲備，使他們具備了一定程度的專業(yè)基礎(chǔ)和科研條件，有能力接觸、理解并從事較高水平的前沿課題，能夠深入地學(xué)習(xí)，獨立地思考并大膽創(chuàng)新。

在培養(yǎng)目標(biāo)方面，本科期間的專業(yè)教育旨在幫助學(xué)生建立起特定專業(yè)的基礎(chǔ)體系，滲透該專業(yè)的基本理論與研究思想，更強(qiáng)調(diào)基本知識的積累和初級技能的掌握；而研究生期間的專業(yè)教育是為了培養(yǎng)研究生在該領(lǐng)域的研究素養(yǎng)、創(chuàng)新思維與創(chuàng)造激情[3]，其內(nèi)在的學(xué)術(shù)創(chuàng)造性及實踐突破性決定了研究生的專業(yè)性、高水平、深層次的發(fā)展方向。

在教育氛圍方面，本科期間公共基礎(chǔ)課占用學(xué)時較多，導(dǎo)致專業(yè)教育受限于整體的課程安排，專業(yè)教學(xué)工作缺乏深入的理論指導(dǎo)和實踐機(jī)會；而研究生的專業(yè)程度與學(xué)術(shù)環(huán)境更有利于開展專業(yè)性的教育工作，以導(dǎo)師指導(dǎo)和項目課題為支撐的科研條件也更容易促進(jìn)研究生對基礎(chǔ)知識的升華和未知領(lǐng)域的探索[4]。

根據(jù)以上分析，針對本科生和研究生的不同特點，應(yīng)分別采用合理的教學(xué)模式，使課堂難度符合不同階段學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，滿足人才培養(yǎng)的需求。

2 本科生與研究生環(huán)境化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的差異

環(huán)境化學(xué)教學(xué)工作的基本任務(wù)和要求是：通過有效的教學(xué)途徑讓學(xué)生牢固掌握本課程基礎(chǔ)知識和理論，譬如各種不同介質(zhì)中污染物種類、存在形態(tài)、遷移規(guī)律、環(huán)境效應(yīng)，以及污染問題的發(fā)生機(jī)制和防御、控制措施等[2,5]。本科生與研究生在接受教育過程中主客觀條件均存在很大不同，由此決定了課程設(shè)置側(cè)重點存在較大差異。

2.1 在本科生教學(xué)中強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、趣味性和特色性

本科生環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)以傳授基礎(chǔ)知識和理論為重點，使學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容和基本概念，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)一定的分析問題解決問題的能力。因此在32學(xué)時的環(huán)境化學(xué)課程中，系統(tǒng)安排了2學(xué)時緒論，6學(xué)時水環(huán)境化學(xué)(包括天然水環(huán)境概述,水環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化、相間行為和界面過程等)，6學(xué)時大氣環(huán)境化學(xué)(包括大氣污染物的光化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，化學(xué)轉(zhuǎn)化、大氣氣溶膠污染等)，6學(xué)時土壤環(huán)境化學(xué)(包括土壤組成與性質(zhì)，重金屬和農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化，污染土壤的修復(fù)原理)，4學(xué)時污染生態(tài)化學(xué)(包括污染物的生物富集、生物轉(zhuǎn)化類型及微生物降解途徑等)，2學(xué)時專家講學(xué)或?qū)W生演講，4學(xué)時環(huán)境化學(xué)實驗，2學(xué)時考試。

對本科生而言，應(yīng)以媒體報道的污染事件以及日常熟悉關(guān)心的事情為切入點，引發(fā)學(xué)生對環(huán)境化學(xué)問題的思考，引領(lǐng)學(xué)生從環(huán)境化學(xué)角度分析事物發(fā)生的機(jī)理機(jī)制，理解并掌握其中涉及的污染物質(zhì)及其遷移轉(zhuǎn)化過程。如在講到毒奶粉事件中的三聚氰胺時，首先提出問題：為什么三聚氰胺對人體有毒害作用？然后從三聚氰胺的分子結(jié)構(gòu)及其在人體中參與產(chǎn)生的一系列化學(xué)反應(yīng)入手，逐步揭開毒奶粉毒害人體的機(jī)理：三聚氰酸與三聚氰胺結(jié)構(gòu)比較類似，并且二者在化工生產(chǎn)過程中常常同時存在。在奶粉中直接加入三聚氰胺，也就同時摻入了混在三聚氰胺當(dāng)中的三聚氰酸。這兩者同時存在時，能夠依靠分子結(jié)構(gòu)上的氫氧基與氨基之間形成水合鍵，從而將二者連接起來形成一個很難溶于水的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。當(dāng)它被攝入人體后，三聚氰胺和三聚氰酸分別被吸收入血液，最終會被血液運(yùn)送到腎臟，在腎臟細(xì)胞中，兩種物質(zhì)形成不溶于水的大分子復(fù)合物，并沉積下來，形成結(jié)石，從而可能造成腎小管阻塞，導(dǎo)致尿液無法順利排除，使腎臟積水，最終導(dǎo)致腎臟衰竭。通過上述事例分析，可使學(xué)生“既知其然，也知其所以然”，使枯燥的內(nèi)容變生動，使抽象的東西具體化，讓學(xué)生感受到環(huán)境化學(xué)與自己的生活息息相關(guān)。這些對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、夯實專業(yè)理論基礎(chǔ)很有意義。類似的例子還有地溝油、瘦肉精、蘇丹紅、毒膠囊、雙酚A奶瓶、皮革老酸奶等。

北京科技大學(xué)(原北京鋼鐵學(xué)院)素有“鋼鐵搖籃”之稱，采礦、選礦、冶金、材料等優(yōu)勢學(xué)科齊全。而冶金、礦業(yè)等重工業(yè)行業(yè)是污染大戶，需解決的問題多且具有特殊性，故培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)特點的環(huán)境工程應(yīng)用型人才，是行業(yè)發(fā)展的需求，也是北京科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。因此，在講課中需融入冶金、礦業(yè)污染治理的內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生對學(xué)校、對行業(yè)和專業(yè)的熱愛。如在緒論中安排介紹鋼鐵冶金工業(yè)流程中焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等主要產(chǎn)污環(huán)節(jié)；在水污染化學(xué)中介紹焦化廢水、高爐廢水、煉鋼廢水、連鑄廢水、軋鋼廢水中的主要污染物(如酚及其化合物、氰化物、重金屬離子、酸和堿、固體懸浮物等)及特性；在大氣環(huán)境化學(xué)中介紹煉鐵和燒結(jié)過程的粉塵以及燒結(jié)機(jī)煙氣、焦化煙氣、煉鋼煙氣(轉(zhuǎn)爐、電爐)中的主要污染物(如SO2、氰化物、煙塵、CO、NOx等)及特性；在土壤環(huán)境化學(xué)中講述因廢石、尾礦、煉鋼渣(轉(zhuǎn)爐、電爐)、鐵合金渣、含鐵塵泥等的堆積造成的土壤污染等。

2.2 在研究生教學(xué)中強(qiáng)調(diào)銜接性、主動性和應(yīng)用性

研究生經(jīng)過本科階段的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的專業(yè)理論基礎(chǔ)，其認(rèn)知理解能力也相對較強(qiáng)，若還是以講授理論基礎(chǔ)知識為主，有些會與本科階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容重復(fù)。由于接受起來太過簡單，有可能造成課堂效率低下、學(xué)習(xí)熱情下降等問題。因此，在碩士研究生教學(xué)中，只歸納總結(jié)本科階段所學(xué)的環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識重點和難點內(nèi)容。

為提高研究生創(chuàng)新實踐能力，教師以碩士畢業(yè)論文中出現(xiàn)的環(huán)境化學(xué)問題為切入點，或從最新的相關(guān)期刊論文、學(xué)術(shù)會議論文及國家自然科學(xué)基金等資助的課題中尋找新素材，探討本領(lǐng)域的熱點和前沿問題(如城市與區(qū)域大氣復(fù)合污染、VOC與PM2.5的相關(guān)性等)，并讓研究生利用環(huán)境化學(xué)的知識進(jìn)行深入分析與解釋，使研究生在夯實理論基礎(chǔ)的同時，提升理論分析和應(yīng)用的能力。如針對碩士論文“低C/N污水生物脫氮與污泥減量聯(lián)合工藝的研究”中出現(xiàn)的外加有機(jī)酸碳源引起堿度不足，從而導(dǎo)致氨氮去除率下降的問題，引導(dǎo)研究生通過硝化反應(yīng)式計算所需添加的堿度，從而折算成需添加的CaCO3量，以提高他們解決實際問題的能力。

3 本科生與研究生環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)模式的差異

3.1 本科生教學(xué)多采用問題教學(xué)法、案例教學(xué)法、視頻教學(xué)法

環(huán)境化學(xué)涉及多學(xué)科多領(lǐng)域，內(nèi)容多且理論性較強(qiáng)。如果采取傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式，教師講學(xué)生聽，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，課堂效率也會受到影響。因此，如何吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，是環(huán)境化學(xué)教學(xué)改革的關(guān)鍵。

對于本科生，主要采用問題教學(xué)法、案例教學(xué)法[6]、視頻教學(xué)法，以使課堂生動、活躍。問題教學(xué)法[7]中的“問題”是調(diào)動學(xué)生積極思維的“催化劑”，學(xué)習(xí)者通過解決真實性問題，可以提高自主學(xué)習(xí)的能力。如在講到氧化還原時，首先提出問題：水體為什么會產(chǎn)生富營養(yǎng)化、富營養(yǎng)化現(xiàn)象中主要涉及到的化學(xué)反應(yīng)有哪些？在講到沉淀溶解時，提問：桂林的溶洞和石鐘乳是如何形成的？在講到酸雨時，首先提出問題：為什么人們把pH小于5.6的降水定義為酸雨？這些問題可以通過預(yù)先布置思考題和習(xí)題的方式發(fā)給學(xué)生。但問題教學(xué)法要注意的是：① 根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容對問題進(jìn)行設(shè)計，然后提出問題；② 提問方式應(yīng)該是多樣的、變化的；③ 設(shè)計的問題應(yīng)該明確、具體，有較強(qiáng)的針對性、聯(lián)系性、概括性和可討論性，問題圍繞特定的教學(xué)目的，問題越明確、越具體，越能啟發(fā)學(xué)生的思維。

案例式教學(xué)，就是將涉及環(huán)境化學(xué)的很多案例作為素材滲透到環(huán)境化學(xué)的課堂中，借用大量的幻燈片與影像資料，給學(xué)生直觀、形象的感受。如吸煙的危害機(jī)理、腎臟肝臟的解毒作用、PM2.5的污染特征新房裝修帶來的室內(nèi)空氣污染、茶葉蔬果中農(nóng)藥殘留等；又如以最近大家比較關(guān)注的霧霾問題為素材，從環(huán)境化學(xué)的角度來分析霧霾天氣產(chǎn)生的原因，空氣中的主要污染物及其形成過程、遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理等。學(xué)生自然而然會對這些問題進(jìn)行思考，求知欲被激發(fā)，課堂氛圍就會生動活潑，學(xué)生對理論知識的理解和掌握就會輕松些。

視頻教學(xué)法是根據(jù)知識點選擇視頻，并加以編輯剪接，在播放前提出問題，讓學(xué)生帶著問題邊思考邊看，以生動形象的視覺刺激給學(xué)生以感性認(rèn)識，看完視頻后組織討論，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率，取得較好的教學(xué)效果。

3.2 研究生教學(xué)多采用互動教學(xué)法、體驗教學(xué)法、文獻(xiàn)歸納法

由于研究生已具備一定專業(yè)基礎(chǔ)，對環(huán)境領(lǐng)域的熱點問題已有一定了解與認(rèn)識，所以研究生課堂授課可采用教師與研究生共同授課的方式，并采取互動教學(xué)法、體驗式教學(xué)法?；咏虒W(xué)法是教師針對環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域的某一熱點問題組織研究生展開討論，讓他們利用課堂所學(xué)知識進(jìn)行解答，充分發(fā)揮其主觀能動性，更大程度上是自己去學(xué)習(xí)研究，而不僅僅是聽教師講。體驗教學(xué)法是設(shè)置“研究生講臺”，研究生自由分組，每組3～5人，選取感興趣的題目查閱資料、總結(jié)歸納，每組派1人為全班同學(xué)演講10分鐘，由教師和同學(xué)進(jìn)行提問，組員回答并討論10分鐘，強(qiáng)調(diào)以化學(xué)反應(yīng)式說明污染物遷移、轉(zhuǎn)化、去除的過程。對于在課堂上解釋不了的問題，可以在課后重新查閱資料進(jìn)行解答，教師在期末將所有問題及答案整理成文再反饋給研究生。這種 “研究生講臺”教學(xué)模式占環(huán)境化學(xué)及應(yīng)用總學(xué)時數(shù)的50%左右，讓所有研究生參與其中，暢所欲言，課堂氣氛活躍，受到了研究生的好評(學(xué)生教學(xué)評價年年優(yōu)秀)。大家普遍反映，對于這些專業(yè)熱點問題的討論，豐富了專業(yè)知識，培養(yǎng)了理論結(jié)合實際的思維方式，對其自身研究能力、實踐創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作意識等的提高都有重要作用；此外，站在講臺上展示自己的學(xué)習(xí)和研究成果，對研究生自信心及綜合素質(zhì)的提高也有積極促進(jìn)作用，同時還能促進(jìn)學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間的溝通和交流。

文獻(xiàn)歸納法是指研究生在課程結(jié)束后，就環(huán)境化學(xué)某方面的問題，自己查資料、定題目，寫一篇綜述性文章?？梢允谴髿狻⑺?、土壤等環(huán)境介質(zhì)中的污染問題，也可以是某類典型污染物的環(huán)境行為和效應(yīng)研究，還可以就當(dāng)前出現(xiàn)的典型環(huán)境事故發(fā)表看法。比如礦山和冶金工業(yè)污染物的產(chǎn)生、遷移轉(zhuǎn)化、礦區(qū)周圍的環(huán)境污染綜合治理問題等等。課程論文內(nèi)容3000字左右，除了文章格式要符合一般研究論文的要求之外，還應(yīng)綜合考查文章是否有創(chuàng)新，要求學(xué)生在總結(jié)他人研究成果的基礎(chǔ)上，通過自己的思考提出新見解，且論文要求必須涉及化學(xué)反應(yīng)式并至少閱讀5篇英文文獻(xiàn)，以鍛煉學(xué)生歸納總結(jié)文獻(xiàn)與撰寫學(xué)術(shù)論文的能力。

4 結(jié)論

(1) 針對本科生和研究生知識基礎(chǔ)和培養(yǎng)目標(biāo)的不同，采取不同的教學(xué)內(nèi)容和模式。

(2) 本科生教學(xué)以傳授基礎(chǔ)知識和理論為重點，以污染事件和日常生活中的環(huán)境化學(xué)問題為切入點，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、趣味性和特色性；研究生教學(xué)以歸納總結(jié)知識點和重點為主，以本學(xué)科碩士畢業(yè)論文中出現(xiàn)的環(huán)境化學(xué)問題為切入點，探討本領(lǐng)域的熱點和前沿問題，強(qiáng)調(diào)銜接性、主動性(自學(xué)教材)和應(yīng)用性。

(3) 本科生教學(xué)以教師授課方式為主，采用問題教學(xué)法、案例教學(xué)法、視頻教學(xué)法；研究生教學(xué)采用教師和學(xué)生共同授課方式，采用互動教學(xué)法、體驗教學(xué)法、文獻(xiàn)歸納法。

(4) 課程教學(xué)改革是一項長期的工作，是一項良心工程，需要甘于付出和不斷創(chuàng)新，才能提高教學(xué)質(zhì)量。

[1] 吳耀國.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2002(1):89

[2] 周健.江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2005(4):71

[3] 付穎,葉非.大學(xué)化學(xué),2014,29(2):20

[4] 包水梅,高潔.現(xiàn)代教育科學(xué),2006(1):139

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[7] 蔡蘋,胡鍇,程功臻.大學(xué)化學(xué),2014,29(3):25

TheDifferencesbetweenUndergraduateandPostgraduateinTeachingContentandModeofEnvironmentalChemistryCourse*

Wang Qunhui* *Song Na Chen Yuefang Chang Yanhong Wu Chuanfu

(DepartmentofEnvironmentalEngineering,BeijingUniversityofScienceandTechnology,Beijing100083,China)

This paper probes into the differences between undergraduate and postgraduate in teaching content and mode of environmental chemistry. It puts forward that undergraduate teaching is based on teaching the basic theory, with pollution incident as the breakthrough point. Undergraduate teaching emphasizes systematicness, interestingness and characteristic, adopting methods of problem teaching, case teaching and video teaching. However, postgraduate teaching mainly sums up knowledge points, focus on the research hotspot and frontier problems and emphasizes bridging, initiative and applicability. It adopts methods of interactive teaching, experience teaching and literature induction, etc.

Undergraduate and postgraduate; Differences; Environmental chemistry; Teaching content; Teaching mode

10.3866/pku.DXHX20150411

北京市支持中央在京高校人才培養(yǎng)共建項目(No.GJ-201205) ；北京科技大學(xué)教育教學(xué)改革與研究重點項目(No.JG2012Z03)；2012年度校級“十二五”規(guī)劃教材(No.JCYB2012009)

**通訊聯(lián)系人，E-mail：wangqh59@sina.com

O6；G64