“十四五”規(guī)劃背景下農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學教學改革初探

劉 博 彭卓越 汪 靚 孫一迪 李 敏

揚州大學水利科學與工程學院 江蘇揚州 225009

1 概述

水環(huán)境化學是環(huán)境化學的分支學科之一,主要研究化學物質在水環(huán)境中的存在(包括濃度、形態(tài)和分布)、行為(包括遷移、轉化和歸宿)與效應(環(huán)境效應和生態(tài)效應),在農(nóng)業(yè)水利工程建設各個方面都發(fā)揮著重要作用。2021年國務院提出“十四五”規(guī)劃綱要,其中“全面推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展”和“扎實推進黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展”章節(jié)中明確提出實施城鎮(zhèn)污水垃圾處理、工業(yè)污染治理、農(nóng)業(yè)面源污染治理,開展汾渭平原、河套灌區(qū)等農(nóng)業(yè)面源污染治理等。因此,在“十四五”規(guī)劃背景下,國家對高等院校農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)復合型人才的需求將不斷增加,也對農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學課程教學方法提出了新要求。

水環(huán)境化學是農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)必修的學科基礎課,課程主要內容包括天然水的組成與性質、天然水的污染及其主要污染物、天然水中的化學平衡、水環(huán)境中的界面過程、微生物化學過程、光化學過程以及水環(huán)境化學的主要研究方法等。本課程兼具理論性和較強的實踐性,要求通過本課程的學習,學生可以掌握水環(huán)境化學基本原理,具備農(nóng)業(yè)水利工程實驗設計和實施的能力,具備合理分析和解釋實驗數(shù)據(jù)的能力,能夠正確評價農(nóng)業(yè)水利工程規(guī)劃、設計、施工與管理,為應用技術手段降低其負面影響或局限性提供依據(jù)。同時,通過實驗教學,培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)钠焚|、團結協(xié)作精神和分析解決問題的能力。與環(huán)境專業(yè)相比,農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學教學知識較為淺顯,實踐技能操作方面精度要求也較低。但在“十四五”規(guī)劃背景下,該門課程對于農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)仍然十分重要,如何開展水環(huán)境化學課程教學改革工作,培養(yǎng)適應“十四五”規(guī)劃農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)特點和培養(yǎng)目標的人才,對于發(fā)展“十四五”規(guī)劃農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)至關重要。

2 課程教學現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

隨著“十四五”規(guī)劃背景下教學發(fā)展理念和改革的不斷推進,現(xiàn)有學科教學難以適應“十四五”規(guī)劃要求,目前農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學課程仍然存在與專業(yè)結合不緊密、教學模式單一、課程思政融合不足等問題。以下以水利類高校——揚州大學現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學課程為例進行詳細闡述。

2.1 授課內容重點不突出,與農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)結合不緊密

水環(huán)境化學是一門兼顧理論和實踐的課程,具有綜合性強、覆蓋面廣等特點。目前對農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學課程課時安排為理論課24學時,實驗課16學時,共計40個學時,其教學內容和學時分配見下表。傳統(tǒng)教學將以上教學內容進行濃縮,在教學過程中大多采用灌輸方式,使學生難以掌握水環(huán)境化學基礎知識。由于水環(huán)境化學屬于進階化學課程,而一般農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)學生沒有接受系統(tǒng)的先修化學課程,如無機化學、有機化學、分析化學等課程,導致學生對課程接受能力不足。許多學生反映化學過程較難理解,計算題過程煩瑣,無法及時掌握知識點。對于農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè),課程目標要求通過水環(huán)境化學的學習,能夠正確評價農(nóng)業(yè)水利工程建設方案對水環(huán)境的影響,并能充分認識工程的負面效應。然而,目前的教學中沒有充分與農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)特點進行結合,通常只講解一般情況下的水環(huán)境化學反應,這導致學生往往對教學內容、計算公式進行死記硬背,而不考慮實際工程實踐,無法深入理解該課程在農(nóng)業(yè)水利工程中的應用。

揚州大學農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學教學內容與學時分配表

2.2 教學模式較為單一,對工程實踐重視不足

目前水環(huán)境化學課程教學模式較為單一,以黑板板書和多媒體教學為主,實驗部分以室內實驗為主。課程成績分為考試成績(60%)、平時成績(20%)和實驗成績(20%),平時成績主要包括課堂考勤、書面作業(yè)和討論匯報三部分,實驗成績則包括實驗現(xiàn)場操作和實驗報告兩部分。課堂教學大多將書本內容照搬到PPT上,缺乏工程實踐結合,導致學生聽課積極性不高,在課堂教學過程中,學生難以跟上老師的節(jié)奏。實驗課程課時較少,實驗內容較為固定,且與農(nóng)業(yè)水利工程實際存在脫節(jié)。比如食用白醋中醋酸濃度的測定和化學耗氧量(COD)的測定兩個實驗,由于課時不足,往往都是老師準備好水樣和各種試劑,學生只負責測定操作,導致學生對實驗本身興趣不高,僅僅進行機械的操作,缺乏對實驗設計和實驗過程的思考。此外,由于樣品完全一樣,存在部分學生投機取巧、借鑒實驗結果的現(xiàn)象,不利于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2.3 學生學習積極性不高,課程思政融入不深

由于農(nóng)業(yè)水利工程涉及水環(huán)境化學的工作主要集中在灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染、黑臭水體治理、河湖污染修復、農(nóng)業(yè)水利工程評價等,野外采樣工作比較艱苦,工作環(huán)境遠離大城市,大部分農(nóng)業(yè)水利工程學生對相關工作興趣不大,更希望參與公務員和事業(yè)單位考試。因此,學生對水環(huán)境化學理論知識學習興趣不足,聽課時注意力渙散,考試時則普遍存在臨陣磨槍的心理。此外,由于教學過程中以基礎知識灌輸為主,課程思政融入不深,無法激起學生對該門課程的認同感和歸屬感,以及專業(yè)的自豪感和使命感,自然無法吸引學生對課程學習的興趣,進而參與相關的工作。

3 課程教學內容和教學方法探討

為滿足給農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)對水環(huán)境化學知識的需求,基于水環(huán)境化學課程基本內容,結合現(xiàn)代教學手段,采用多樣化教學方法,結合理論教學和工程實踐,積極融入課程思政內容,樹立學生的責任意識,培養(yǎng)學生專注、細致、追求卓越、團隊協(xié)作的精神。

3.1 突出教學重點,結合專業(yè)特點

“十四五”規(guī)劃背景下,課程教學需要結合專業(yè)培養(yǎng)目標,針對性地突出教學重點[1]。在實際教學過程中,應將重點放在與農(nóng)業(yè)水利工程相關的基礎知識和實踐知識,對于不涉及工程實際、理論性過強的化學反應過程,可適當減弱其機理分析,如方程式、計算方面的講解,著重探討其機理過程是如何影響工程實際的。例如,在天然水的污染和主要污染物這一章節(jié)中,有較多污染物主要存在于工業(yè)污染中,可以適當減少相關的講解,而農(nóng)業(yè)水利工程中的水污染基本屬于面源污染,應著重介紹面源污染相關內容。此外,課程大多只介紹污染物性質、特征、危害等,但缺乏相應的治理手段的介紹[2],特別是針對農(nóng)業(yè)面源污染的治理技術,例如生態(tài)溝渠、多級厭氧處理、人工濕地等。在理論教學方面,也可以結合專業(yè)實際案例進行講解,例如在講解天然水中主要氧化還原物質與氧化還原反應時,可以將農(nóng)田面源污染過程中常見的硝化反應、反硝化反應帶入教學中,從采樣點選取、水樣采取、水樣分析化驗的全過程對學生進行介紹,并對化驗結果進行初步分析,從而使學生對天然水中的氧化還原物質和氧化還原反應具有更深入的了解。

3.2 豐富教學形式,創(chuàng)新教學手段

目前教學方法大多比較傳統(tǒng),以知識灌輸為主,通過多種教學方法的融合,可以促進學生學習的積極性和主觀能動性。例如在課堂理論講解時,可以選擇討論式、互動式、讀書指導式等多種教學方法,結合傳統(tǒng)黑板板書、多媒體放映同步進行;充分發(fā)揮目前豐富的網(wǎng)絡資源提高課堂的趣味性和專業(yè)性,如利用慕課網(wǎng)、網(wǎng)易公開課等學習,完善現(xiàn)有教學內容與形式[3-4];對于一些理論上晦澀難懂的內容,可以使用虛擬仿真課堂、視頻動畫等方式幫助同學們理解,例如酸堿質子理論、開放和閉合碳酸體系等;也可以向學生推薦水環(huán)境化學相關的微信公眾號等,學生可以通過以上形式獲取國內外最新的水環(huán)境化學發(fā)展狀況,可以開闊學生視野,培養(yǎng)學生學習興趣。通過布置課外作業(yè),促使同學們主動關注相關資源,課堂上可以請一組學生介紹最新的學科進展。此外,由于不同學生基礎不同,可以選擇適宜的教學方法,采取多種不同的教學方式幫助學生理解基礎知識,充分發(fā)揮當前信息技術的優(yōu)勢,同時可以提高學生的學習興趣。

3.3 融入課程思政,激發(fā)學生興趣

教育的根本目的在于立德樹人,要明確為誰培養(yǎng)人的問題。在水環(huán)境化學課程思政建設中,應緊扣課程思政內涵,根據(jù)本課程內容和專業(yè)特點,挖掘課程中的思政元素,引導學生樹立正確的政治取向和價值觀,激發(fā)學生對本課程的興趣和使命感,從而助力學生全面發(fā)展[5]。例如,在介紹我國水資源狀況時,可以引入習近平新時代關于治水的重要論述,使學生深刻理解“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時代治水方針,以及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念,不斷增加社會主義核心價值觀對學生的吸引力,培養(yǎng)學生重視水生態(tài)文明建設的思維;再例如,在講解天然水的污染和主要污染物時,可以回顧世界歷史上大規(guī)模水污染事件,使同學們認識到水環(huán)境污染的危害和治理的必要性,進而提出我國絕不能走“先污染后治理”或“邊污染邊治理”老路的發(fā)展思想,最后梳理我國在水環(huán)境污染預防和治理取得的成就,如大理洱海治理案例、陜西渭河治理工程、河長制制度等,從而增強學生對我國水環(huán)境治理工作的自豪感和歸屬感。在課程思政形式上,可以適當播放水環(huán)境治理的紀錄片,介紹當前先進的水環(huán)境治理措施和技術;也可以通過課后小組作業(yè)的方式,引導同學尋找水環(huán)境治理案例的相關資料,并在課堂上進行介紹,從而激發(fā)學生對水環(huán)境化學的學習興趣,促進學生對于水環(huán)境化學基礎知識、應用場景和工程實踐的理解。

結語

為適應“十四五”規(guī)劃背景下水利類高校農(nóng)業(yè)水利工程學科發(fā)展需要,水環(huán)境化學教學改革尤為重要。本文以揚州大學農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)水環(huán)境化學課程為對象,從教學內容、教學形式和課程思政三個方面提出了進一步的改進工作。通過結合農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)特點,改進教學重點,融合多維教學方式和課程思政建設可以提高教學效果,進一步激發(fā)學生學習的積極性和主動性,培養(yǎng)適合“十四五”規(guī)劃的農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)新時代水利人才。