《水環(huán)境化學(xué)》課程教學(xué)現(xiàn)狀與改革方向初探*

彭位華，桂和榮，孫林華，陳 松，林曼利，李致春

(1 宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2 宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

水文與水資源工程專業(yè)為宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院2018年新增專業(yè)，是國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心、礦井水資源化利用安徽省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重要的依托專業(yè)。專業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)具備自然科學(xué)和人文科學(xué)素養(yǎng)，掌握水文水資源、水環(huán)境和水利工程方面的基礎(chǔ)理論和基本技能，富有創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，能夠從事水文統(tǒng)計與計算、水資源開發(fā)利用，水環(huán)境治理與保護(hù)等及相關(guān)領(lǐng)域的高素質(zhì)應(yīng)用研究型人才。

《水環(huán)境化學(xué)》是水文與水資源工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其主要教學(xué)目標(biāo)是通過講述天然水體化學(xué)組成, 分析方法, 水體中各類物質(zhì)的來源、存在形式、遷移轉(zhuǎn)化過程和分布變化規(guī)律等內(nèi)容，使學(xué)生較系統(tǒng)和較深入地掌握水環(huán)境化學(xué)的基本原理，并為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)核心課程(如水污染控制工程、水環(huán)境保護(hù)、水資源規(guī)劃與利用等)的理論教學(xué)和專業(yè)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

本文以水文與水資源工程專業(yè)，結(jié)合學(xué)?！暗胤叫?、應(yīng)用型”辦學(xué)定位、以及所在二級學(xué)院“構(gòu)建服務(wù)區(qū)域煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展與土木、交通、水利建設(shè)的學(xué)科群”特色，對目前《水環(huán)境化學(xué)》教學(xué)存在的問題進(jìn)行了分析，并對將來教學(xué)改革方向進(jìn)行了針對性的梳理展望，以期不斷改善教學(xué)效果、提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，亦可為同行相互學(xué)習(xí)提供參考。

1 課程教學(xué)過程中存在的主要問題

1.1 理論教學(xué)專業(yè)特色不突出

目前，國內(nèi)水環(huán)境化學(xué)方面的教材主要有: 陳靜生編寫的《水環(huán)境化學(xué)》， 湯鴻宵等人根據(jù)《Aquatic Chemistry》第二版翻譯的《水化學(xué)》，戴樹桂編寫的《環(huán)境化學(xué)》; 錢會主編的《水文地球化學(xué)》和吳吉春等編寫的《水環(huán)境化學(xué)》[3]。不同學(xué)科對水環(huán)境化學(xué)的側(cè)重點(diǎn)不同[1]，總體來看，現(xiàn)有教材各具特色，但針對本校水文與水資源工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，課程內(nèi)容在契合度方面或多或少存在偏差。閆志為[4]也認(rèn)為國內(nèi)水環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)教材要么注重地表水, 要么注重地下水, 而將地表水與地下水等各種天然水有機(jī)而全面結(jié)合的教材尚不多見。此外，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的水污染問題不斷出現(xiàn)，單純依靠以前的理論體系很難解決新的污染問題，比如，新興納米材料造成的水污染問題[3]在目前的教材中很少涉及。可見，如何選用一本既全面又前沿，而且能體現(xiàn)專業(yè)特色的教材實(shí)屬不易。

鑒于目前還沒有針對水文與水資源工程專業(yè)的《水環(huán)境化學(xué)》教材。通過比對，本課程選用的是張倩和李孟主編的《水環(huán)境化學(xué)》[5]，該教材是普通高等院校環(huán)境科學(xué)與工程類系列規(guī)劃教材，具體章節(jié)分布及主要內(nèi)容列于表1。該教材邏輯思路清晰、內(nèi)容全面、重難點(diǎn)突出。內(nèi)容可分為三個層次：①前三章屬于基礎(chǔ)入門階段，主要是概述水循環(huán)、水污染、水環(huán)境污染物、天然水組成與性質(zhì)、以及主要污染物的遷移轉(zhuǎn)化和水處理方法，教學(xué)目標(biāo)歸屬情感目標(biāo)[6]，目標(biāo)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并對全課程要講授的內(nèi)容框架有總體了解；②第四～八章是本教材的核心，主要講授污染物(包括無機(jī)和有機(jī))的遷移轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)過程，重點(diǎn)難點(diǎn)非常集中，尤其強(qiáng)調(diào)了重金屬和營養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化，教學(xué)目標(biāo)歸屬知識目標(biāo)[6]，目標(biāo)是讓學(xué)生重點(diǎn)掌握水體典型污染物的遷移轉(zhuǎn)化特征及其相關(guān)理論知識；③第九章，主要是概述水污染修復(fù)的技術(shù)及技術(shù)背后的(生物)化學(xué)原理的應(yīng)用，教學(xué)目標(biāo)歸屬能力目標(biāo)[6]，將前幾章的理論學(xué)習(xí)串成線，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和學(xué)以致用的思維和能力，能體現(xiàn)應(yīng)用型高校的培養(yǎng)目標(biāo)。

表1 《水環(huán)境化學(xué)》章節(jié)分布及主要內(nèi)容[5]

所選《水環(huán)境化學(xué)》教材[5]環(huán)境專業(yè)特色鮮明，但對水文與水資源工程專業(yè)來說，地下水相關(guān)的內(nèi)容不多。閆志為[4]在分析國內(nèi)水環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)教材的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 為解決已有教材不能兼顧地表水和地下水的問題，將地下水、地表水和大氣降水緊密結(jié)合在一起，自編了《水環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)》講義，并在桂林工學(xué)院的水文與水資源工程等相關(guān)專業(yè)教學(xué)中使用，取得了較好效果。這為后續(xù)的自編講義提供了很好的思路。但由于本校水文與水資源工程開設(shè)時間較短，授課老師對課程體系尚不夠熟悉，授課內(nèi)容的優(yōu)化程度還不夠完善，目前還沒完成撰寫兼顧自身專業(yè)特色的自編講義。因此，在以后的教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位和學(xué)院煤炭地質(zhì)“學(xué)科群”特色，注重課程內(nèi)容的優(yōu)化和自編講義的編制。

1.2 試驗(yàn)教學(xué)學(xué)時少，水文特色不足

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可使對課本理論知識進(jìn)行深入理解及探索，并在此過程中學(xué)會尋找問題、思考問題、分析問題并有效解決問題，激發(fā)獨(dú)立思考和創(chuàng)新的意識[7]，這對培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和綜合素養(yǎng)至關(guān)重要。目前，《水環(huán)境化學(xué)》課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要存在以下兩方面的問題：首先，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)所占比例偏低。在2019年水文與水資源工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，本課程共54學(xué)時，其中理論教學(xué)42學(xué)時，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)12學(xué)時。由于本課程理論知識較多，要把知識點(diǎn)講解透徹著實(shí)需要占用不少學(xué)時，比如第四章“水中無機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化”理論性強(qiáng)，且重難點(diǎn)尤為密集。即便在疫情期間通過學(xué)習(xí)通錄播這種高密度的教學(xué)方式進(jìn)行，本章仍占用了10個學(xué)時。如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)使學(xué)生全面深入地掌握養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)的理論知識，是水環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)面臨的一個關(guān)鍵問題[1]，也是對教師的一個挑戰(zhàn)[8]。若要把理論知識講全講透，務(wù)必會縮減實(shí)驗(yàn)學(xué)時。王金葉等[9]和吳坤杰等[2]對水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)開設(shè)的《養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)》課程中，將實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)教學(xué)的學(xué)時提高到了50%；陶敏等[6]考慮到由于養(yǎng)殖水化學(xué)實(shí)踐操作的重要性，甚至將理論與實(shí)驗(yàn)的45+33學(xué)時提搞到34+45?？梢姡瑢?shí)驗(yàn)教學(xué)部分目前的學(xué)時安排還不夠合理，實(shí)驗(yàn)學(xué)時較少，這不利于學(xué)時實(shí)驗(yàn)技能的提高和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

其次，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有待優(yōu)化。在12個學(xué)時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件，目前安排的3個實(shí)驗(yàn)為：天然水堿度的測定、多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定水中常見水質(zhì)指標(biāo)(如COD和氨氮)、原子吸收法測定地下水中重金屬含量與污染評價，其中前兩個實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，第三個實(shí)驗(yàn)屬于綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容看，這三個實(shí)驗(yàn)水化學(xué)特色不顯明，易于本專業(yè)所設(shè)專業(yè)核心課程《水質(zhì)監(jiān)測與分析》的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)同質(zhì)化。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題和類型需要進(jìn)一步優(yōu)化。

1.3 教學(xué)方法和手段不夠豐富

目前，水文與水資源工程專業(yè)的《水環(huán)境化學(xué)》講授方式還是以傳統(tǒng)的教學(xué)模式為主，即在整個教學(xué)過程中以教師對于教材知識的剖析講授為主，所用教學(xué)方法還不夠豐富，這樣不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性與學(xué)習(xí)的熱情，這與培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的教學(xué)目標(biāo)嚴(yán)重沖突[10]。疫情期間，主要借助超星學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行視頻錄播形式為主，通過作業(yè)、課題討論、答疑等方式對線上教學(xué)效果進(jìn)行考察。目前，還未將多種教學(xué)方法和手段綜合靈活運(yùn)用起來。

前人針對不同專業(yè)在水化學(xué)教學(xué)過程中積累了寶貴的教學(xué)方法，比如討論法[8]、以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式(即PBL教學(xué)法)[10]、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[6]和案例教學(xué)法[11]等。例如：曹桂榮等[10]認(rèn)為PBL教學(xué)法對《環(huán)境水化學(xué)》教學(xué)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式；劉俠[8]將討論法運(yùn)用于環(huán)境化學(xué)課程的課堂教學(xué)中，實(shí)際教學(xué)過程中將環(huán)境化學(xué)課程內(nèi)容構(gòu)建為一系列的子課題，讓學(xué)生進(jìn)行討論交流、分析推理，最終得出結(jié)論，這樣既發(fā)展了學(xué)生的主體性，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性；陶敏[6]對水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)專業(yè)的《養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)》過程中，嘗試使用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，以“個體自主學(xué)習(xí)+團(tuán)隊(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)”替代個體獨(dú)立學(xué)習(xí)，以“雙向探討式教學(xué)”取代填鴨式灌輸教學(xué)，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，被廣泛應(yīng)用于應(yīng)用型學(xué)科的本科教學(xué)以及高職教學(xué)中，但陶老師也同時強(qiáng)調(diào)該法對老師和學(xué)生的要求較高，過于頻繁使用可能會造成學(xué)生的抵觸和反感，頻率過小又容易造成學(xué)生對整個知識體系的誤解。前人的這些教學(xué)改革可為后期不斷豐富本課程教學(xué)方法提供很好的借鑒。此外，在教學(xué)手段方面，白烏云等[12]和許寶紅等[13]分別將計算機(jī)輔助教學(xué)(即CAI課件)和微課體系在水環(huán)境化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用探索，取得了一定效果，也為教學(xué)手段改革的提供了思路。

2 教學(xué)改革主要方向

2.1 調(diào)整理論教學(xué)章節(jié)，突顯水文特色

在現(xiàn)有課程學(xué)時下，如何最大限度地提高教學(xué)效果，需要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，不能胡子眉毛一把抓，要注意章節(jié)之間了邏輯關(guān)系，強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)。首先，合理安排教學(xué)順序，針對本課程選用的是張倩和李孟主編的《水環(huán)境化學(xué)》[5]，將第三章“水體污染”的內(nèi)容進(jìn)行分割，不再單獨(dú)深入講授，將有限學(xué)時用在刀刃上。調(diào)整后的章節(jié)及內(nèi)容邏輯關(guān)系列于表2。表1中原第三章具體內(nèi)容分割方法是：“天然水的污染”放至調(diào)整后的第一章(表2)、“水體主要污染物及遷移轉(zhuǎn)化”中的有機(jī)污染物放和無機(jī)污染物分別分解至調(diào)整后的第三章和第四章、“水中營養(yǎng)元素和水體富營養(yǎng)化”放至調(diào)整后的第六章、“水處理方法概述”放至調(diào)整后的第八章。但是務(wù)必將課程的內(nèi)容框架和章節(jié)間邏輯關(guān)系在緒論部分給學(xué)生講解清楚，講明重難點(diǎn)。其次，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容方面，應(yīng)結(jié)合學(xué)校所在的煤礦地緣優(yōu)勢與學(xué)院特色，適度增加地下水化學(xué)的相關(guān)知識，充分體現(xiàn)水文與水資源工程專業(yè)的綜合性與特色。將地下水污染、地下水水化學(xué)類型、采煤礦區(qū)不同含水層地下水中污染物、地下水污染的修復(fù)概述等知識點(diǎn)分別適度分解至第一章、第二章、第四～七章、第八章(表2)。

表2 調(diào)整后的《水環(huán)境化學(xué)》章節(jié)分布與內(nèi)容

2.2 增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量在較大程度上體現(xiàn)在理論聯(lián)系實(shí)際的能力、實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力方面[14]?；谀壳啊端h(huán)境化學(xué)》課內(nèi)實(shí)驗(yàn)存在的問題分析，可通過增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容來改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

首先，增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)只有12個學(xué)時，在課程內(nèi)容安排上捉襟見肘。可嘗試將實(shí)驗(yàn)教學(xué)增加至16個學(xué)時。實(shí)驗(yàn)數(shù)量有3個增加至4個。其次，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，體現(xiàn)水文特色。調(diào)整后4個課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為：實(shí)驗(yàn)1 不同水體常規(guī)離子的測定及水化學(xué)類型劃分、實(shí)驗(yàn)2 二價鐵離子與鄰菲啰啉配合物的組成及其穩(wěn)定常數(shù)的測定、實(shí)驗(yàn)3 原子吸收法測定地下水中重金屬含量與污染評價、實(shí)驗(yàn)4 采煤礦區(qū)地表水氟含量超標(biāo)去除方案設(shè)計。調(diào)整后，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加全面，4個實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)分別依次歸屬于第二章、第三章、第五章和第八章。實(shí)驗(yàn)類型不僅包括基于理論知識的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)(如實(shí)驗(yàn)2)，還包括綜合性實(shí)驗(yàn)(如實(shí)驗(yàn)1和3)和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)(如實(shí)驗(yàn)4)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也不再是簡單指標(biāo)的測試，而是強(qiáng)調(diào)在基礎(chǔ)指標(biāo)測試的基礎(chǔ)上來訓(xùn)練學(xué)生分析問題和解決問題的能力，這樣能體現(xiàn)專業(yè)特色和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。最后，注意與其他實(shí)踐課程相互配合，將《水環(huán)境化學(xué)》課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的部分工作借助實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來完成。例如，水文與水資源工程專業(yè)同期還開設(shè)有為期2周的《水文測驗(yàn)與水質(zhì)監(jiān)測綜合實(shí)習(xí)》專業(yè)實(shí)踐課程，調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)1、3或4中的采樣工作就可借助該實(shí)踐課程來完成，但前提條件是要合理安排好兩門課的教學(xué)進(jìn)度，盡量做到無縫對接。這樣不但可以最大限度地利用有限課時，而且可以提高學(xué)習(xí)效率，一舉兩得。

此外，開放實(shí)驗(yàn)室不僅可以彌補(bǔ)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，還可以提高學(xué)生實(shí)際動手能力和科研能力[15]。王金葉等[9]通過開放實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)常見水質(zhì)指標(biāo)檢測平臺，對水環(huán)境化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探索，引導(dǎo)學(xué)生改變學(xué)習(xí)方式，認(rèn)為該法可以提高應(yīng)用型高校學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力培養(yǎng)。目前，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室正在改造，隨著實(shí)驗(yàn)條件的不斷提升以及實(shí)驗(yàn)資源的不斷優(yōu)化配置，后期可以嘗試建立針對本科生的開放平臺。

2.3 運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效果

靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段可以給學(xué)生以新鮮感，提高其學(xué)習(xí)積極性和整體教學(xué)效果。首先，將疫情期間建立的多章節(jié)錄播視頻課程資源，在后期的教學(xué)工作中充分利用起來。可嘗試開展線上和線下相互動的教學(xué)方式，其中線上錄播視頻主要供學(xué)生預(yù)習(xí)以及簡單章節(jié)的自學(xué)，而線下教學(xué)則集中在重點(diǎn)和難點(diǎn)的內(nèi)容講解，以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐活動。這樣可以減少理論課任務(wù)重課時少的壓力，同時還有望給實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對多一點(diǎn)的學(xué)時。其次，前人在水化學(xué)教學(xué)過程中探索使用的討論法[8]、以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)模式(即PBL教學(xué)法)[10]、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[6]和案例教學(xué)法[11]等?？舍槍Σ煌鹿?jié)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，進(jìn)行靈活、適度應(yīng)用。最后，在教學(xué)過程中，對理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不斷優(yōu)化，建立相對穩(wěn)定的教學(xué)方法和手段，逐步形成具有水文與水資源工程專業(yè)特色的自編講義或教材，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，同時兼顧理論教學(xué)和實(shí)踐技能，不斷提高《水環(huán)境化學(xué)》的教學(xué)效果。

3 結(jié) 語

水文與水資源工程專業(yè)所開設(shè)的《水環(huán)境化學(xué)》在教學(xué)過程中還存在一些問題，比如理論教學(xué)內(nèi)容專業(yè)特色不突出、實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時少，水文特色不足、教學(xué)方法和手段還不夠豐富等。在今后的教學(xué)過程中，可從調(diào)整理論教學(xué)章節(jié)，突顯水文特色、增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、并靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法和手段等途徑來進(jìn)行教學(xué)改革，不斷提高教學(xué)效果。