環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)銜接的探究

汪群慧，宋娜，高明，吳川福，梁寶瑞

1北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

2北京科技大學(xué)天津?qū)W院，天津 301830

環(huán)境學(xué)科的三大支柱是化學(xué)、生物和力學(xué)[1]，故環(huán)境類專業(yè)一般都將四大基礎(chǔ)化學(xué)(無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué))和環(huán)境化學(xué)分別作為學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)必修課開(kāi)設(shè)。環(huán)境化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與四大基礎(chǔ)化學(xué)之間不可避免地出現(xiàn)了一些相似或重復(fù)內(nèi)容，浪費(fèi)較為緊張的授課時(shí)間，影響教學(xué)效率和效果。因此，合理安排環(huán)境化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，有效實(shí)現(xiàn)其與四大基礎(chǔ)化學(xué)的高效銜接，巧妙處理好知識(shí)的階段性、延續(xù)性和整體性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)，對(duì)環(huán)境化學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)同時(shí)承擔(dān)了北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院、北京科技大學(xué)天津?qū)W院環(huán)境工程專業(yè)的環(huán)境化學(xué)課程(32學(xué)時(shí)理論課+8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課)，主要選用的是汪群慧等[2]主編的《環(huán)境化學(xué)》第2版(2008年)教材，同時(shí)參考選用戴樹(shù)桂[3]主編的《環(huán)境化學(xué)》第2版及其他教材的部分內(nèi)容。本文通過(guò)總結(jié)和歸納四大基礎(chǔ)化學(xué)與環(huán)境化學(xué)的相似及重復(fù)內(nèi)容，探討其產(chǎn)生的原因和由此引起的不良影響，研究教學(xué)內(nèi)容的有效銜接方式，提出相應(yīng)的教學(xué)改革措施，為環(huán)境化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和模式改革提供有意義的參考。

1 環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)之間的相似內(nèi)容與分析

環(huán)境化學(xué)主要研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)(大氣、水體、土壤、生物)中的存在形態(tài)、化學(xué)特性、行為效應(yīng)及控制的化學(xué)原理和方法，兼具環(huán)境與化學(xué)兩大學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)。環(huán)境化學(xué)是后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，良好的環(huán)境化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備能夠?yàn)榉治鼋鉀Q一般環(huán)境問(wèn)題提供理論支持。北京科技大學(xué)采用的四大基礎(chǔ)化學(xué)和環(huán)境化學(xué)教材如表1所示，其課程內(nèi)容存在的相似或重復(fù)內(nèi)容如表2所示。

表1 北京科技大學(xué)采用的四大基礎(chǔ)化學(xué)和環(huán)境化學(xué)教材

表2 環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)教材中部分相似或重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)

2 教學(xué)內(nèi)容相似或重復(fù)產(chǎn)生的不良影響

環(huán)境化學(xué)授課學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，授課時(shí)間少、任務(wù)重。為保證課程知識(shí)體系的完整性，教師可能會(huì)對(duì)重復(fù)內(nèi)容再一次進(jìn)行詳細(xì)講解，而課程重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)的授課學(xué)時(shí)反而被壓縮，造成授課學(xué)時(shí)的浪費(fèi)；將學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)再次重復(fù)講解，很容易引起學(xué)生的厭煩心理，打消學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而引發(fā)上課睡覺(jué)、看小說(shuō)、玩手機(jī)等不良現(xiàn)象；而消極的課堂氛圍又會(huì)降低授課教師的授課熱情，影響課堂教學(xué)效率和效果。因此，合理安排環(huán)境化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)與四大基礎(chǔ)化學(xué)的有效銜接，巧妙處理好知識(shí)的階段性、延續(xù)性和整體性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)，對(duì)環(huán)境化學(xué)的教學(xué)來(lái)說(shuō)具有重要意義。

3 環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)有效銜接的措施

3.1 更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，找好銜接切入點(diǎn)

3.1.1 精煉基礎(chǔ)知識(shí)，刪減重復(fù)內(nèi)容

由于教學(xué)學(xué)時(shí)的壓縮，環(huán)境化學(xué)教材涵蓋的所有內(nèi)容通常無(wú)法在課堂上進(jìn)行全部講解，應(yīng)對(duì)一些基礎(chǔ)的化學(xué)理論進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)，避免重復(fù)。例如在水環(huán)境化學(xué)一章中，污染物的溶解沉淀、氧化還原、配位等重點(diǎn)反應(yīng)，由于在無(wú)機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)中已重點(diǎn)講解過(guò)，所以在環(huán)境化學(xué)學(xué)習(xí)中會(huì)以提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)這些基礎(chǔ)知識(shí)，然后結(jié)合環(huán)境要素與各反應(yīng)的聯(lián)系引入新知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)放在如何使學(xué)生把基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)理論和化學(xué)思維應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)與環(huán)境治理中，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

3.1.2 優(yōu)化內(nèi)容層次，做好內(nèi)外銜接

鑒于環(huán)境化學(xué)與各基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)存在多源融合和多層交叉關(guān)系，以環(huán)境化學(xué)課程內(nèi)容為主體，對(duì)外應(yīng)強(qiáng)化學(xué)科交叉關(guān)系分析和整理，對(duì)內(nèi)應(yīng)優(yōu)化內(nèi)容層次和章節(jié)排布，做到精準(zhǔn)教學(xué)、有的放矢，具體方法如下。一是總結(jié)分類交叉內(nèi)容。按照章節(jié)內(nèi)容與各基礎(chǔ)化學(xué)的交叉關(guān)系和融合程度進(jìn)行整理分類，明確內(nèi)容對(duì)應(yīng)關(guān)系。二是優(yōu)化章節(jié)內(nèi)容排序。在倡導(dǎo)相同交叉學(xué)科集中課時(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，綜合考慮章節(jié)重要度及學(xué)習(xí)難度，合理調(diào)整各章節(jié)的設(shè)置順序。如講到天然水組成和性質(zhì)時(shí)，可以將其中O2和CO2的溶解度計(jì)算歸到水環(huán)境中污染物在大氣-水間亨利系數(shù)去講，進(jìn)而用分配系數(shù)的概念歸納液(氣)相與固相之間的吸附與脫附平衡、氣相與液相之間的吸收與揮發(fā)平衡、水相與辛醇相之間的萃取與反萃取平衡等，從而使學(xué)生能較系統(tǒng)全面地掌握污染物的相間遷移行為和規(guī)律。

3.1.3 拓展課堂內(nèi)容，提升學(xué)生趣味

化學(xué)史和環(huán)境化學(xué)家的介紹對(duì)于提升環(huán)境化學(xué)的教學(xué)效果具有促進(jìn)作用，其不僅可以幫助學(xué)生了解所學(xué)理論的提出過(guò)程，同時(shí)也可以提升學(xué)科趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[8]。如在講到臭氧層破壞時(shí)，先給學(xué)生放一段小視頻——“臭氧的前世今生”，使學(xué)生了解大氣臭氧層的主要特征，然后講授平流層臭氧的生成與破壞機(jī)理，中間穿插三位科學(xué)家(羅蘭、莫利納、克魯陳)如何發(fā)現(xiàn)該機(jī)理，從而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的故事，提升課堂的趣味性，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)激勵(lì)學(xué)生的科研興趣。

3.2 多種教學(xué)方法并舉，促進(jìn)教學(xué)銜接

3.2.1 開(kāi)展提問(wèn)式教學(xué)

教師應(yīng)明確環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)的銜接內(nèi)容，對(duì)于涉及基礎(chǔ)化學(xué)相關(guān)知識(shí)的授課內(nèi)容，教師可通過(guò)提出一系列綜合性問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生思維、促使學(xué)生主動(dòng)將相關(guān)知識(shí)銜接起來(lái)。如在講到硫酸型煙霧或酸雨形成機(jī)理時(shí)，首先提出物理化學(xué)中已講過(guò)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)問(wèn)題：SO2和 NO的空間構(gòu)型(雜化軌道)是怎樣的？從而解釋前者溶于水后者不溶于水的道理，進(jìn)而延伸到 SO2·H2O在水中以幾種形態(tài)存在？(主要是三種：)，接下來(lái)講解附著在大氣或霧滴中的S(IV)，在O2、O3、H2O2、各種自由基的氧化作用和霧滴中錳、鐵及氨的催化作用下被加速氧化為S(VI)，形成硫酸或硫酸鹽，再與大氣中的顆粒物等形成硫酸型煙霧；而NO首先需要?dú)庀嘌趸D(zhuǎn)化為NO2后，遇水生成硝酸和亞硝酸，成為硫酸煙霧或酸雨的組分之一。再進(jìn)一步拓展到煙氣處理過(guò)程中常采用液相中濕法脫硫和氣相中催化脫硝的原理，從而使學(xué)生的認(rèn)知水平呈螺旋式上升。

3.2.2 實(shí)施對(duì)比式教學(xué)

對(duì)于教學(xué)過(guò)程中不可避免的重復(fù)內(nèi)容，可采用對(duì)比教學(xué)法，授課教師將不同課程間重復(fù)內(nèi)容的不同側(cè)重點(diǎn)清晰有效地區(qū)分出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。如四大基礎(chǔ)化學(xué)側(cè)重于介紹化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)原理，而環(huán)境化學(xué)則應(yīng)側(cè)重講解環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理及其在環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用。授課教師采用“對(duì)比、類比”的方法減少知識(shí)認(rèn)知梯度，使學(xué)生的理解和記憶變得更加清晰、牢固，達(dá)到事半功倍的效果。

如講到污染物的水解反應(yīng)時(shí)，可將它與水中酸堿平衡的電離反應(yīng)作對(duì)比，說(shuō)明鹽類的水解，就是鹽電離出的弱離子與水電離出來(lái)的H+或OH?反應(yīng)，從而促進(jìn)了水的電離。進(jìn)一步引申到金屬離子的水解反應(yīng)與鹽的水解反應(yīng)實(shí)質(zhì)是一樣的，其過(guò)程是水合金屬離子([Me(H2O)n]2+)中的水分子離開(kāi)金屬離子，與水電離出來(lái)的 H+結(jié)合形成 H3O+，而水合金屬離子與水電離出來(lái)的 OH?結(jié)合形成[Me(H2O)n?1(OH)]+。因此，從反應(yīng)形式上看，也可認(rèn)為是 OH?置換了金屬離子水合分子的反應(yīng)[Me(H2O)n]2++ H2O ? [Me(H2O)n?1(OH)]++ H3O+)。有機(jī)物的水解反應(yīng)也是其電離的兩部分，分別與水電離出來(lái)的H+或OH?反應(yīng)，其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，也可認(rèn)為是OH?置換了有機(jī)物的官能團(tuán)X?的反應(yīng)(R―X + H2O → R―OH + HX)。

類似例子很多，只要授課教師重視和熟悉知識(shí)的銜接，善于聯(lián)系以前學(xué)生已有知識(shí)，通過(guò)類比引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生由“已知”探“新知”，使知識(shí)循序漸進(jìn)、層層深化。

3.2.3 設(shè)置討論式學(xué)生講堂

在教學(xué)過(guò)程中也可改變傳統(tǒng)的以教師為中心的“灌輸式”教學(xué)方式，設(shè)置學(xué)生講堂，讓學(xué)生自己查找資料，準(zhǔn)備PPT上臺(tái)講解知識(shí)點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。教師可以出一些供學(xué)生討論的專題，如光化學(xué)反應(yīng)與無(wú)機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)中學(xué)過(guò)的熱化學(xué)反應(yīng)在分子活化、電子分布及構(gòu)型、產(chǎn)物能量等方面有何不同？大氣氣溶膠的性質(zhì)與物理化學(xué)中學(xué)過(guò)的溶液膠體性質(zhì)有何異同？如何利用表面化學(xué)的原理解釋揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)形成PM 2.5的機(jī)制？四大化學(xué)中學(xué)過(guò)的氧化還原反應(yīng)在污染物處理方面的應(yīng)用有哪些？光化學(xué)煙霧和硫酸型煙霧的異同點(diǎn)有哪些？在研究環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律時(shí)如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等等。學(xué)生也可以自己選題，對(duì)于一些重復(fù)知識(shí)點(diǎn)劃分幾個(gè)小組，每組選定一個(gè)課題，通過(guò)查閱文獻(xiàn)，經(jīng)討論、歸納、整理、分析和寫(xiě)作等多個(gè)環(huán)節(jié)，做成PPT向大家展示，這樣不僅保持了教學(xué)內(nèi)容的連貫性，又能促進(jìn)學(xué)生自主復(fù)習(xí)，加深印象。匯報(bào)采取臺(tái)上學(xué)生講解、臺(tái)下同學(xué)提問(wèn)、授課教師點(diǎn)評(píng)的方式，加強(qiáng)學(xué)生與教師之間的交流，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效碰撞與傳遞，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而有效促進(jìn)學(xué)生自主參與環(huán)境化學(xué)與四大化學(xué)的教學(xué)銜接。

3.3 采用“雨課堂”線上線下混合教學(xué)，助力教學(xué)銜接

“雨課堂”是以手機(jī)為載體進(jìn)行的一項(xiàng)線上線下一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)，為課前-課上-課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都提供了完整立體的數(shù)據(jù)支持，實(shí)質(zhì)性解決“三率”即到課率、抬頭率、入腦率問(wèn)題。

課前，對(duì)學(xué)生之前已有基礎(chǔ)的、四大化學(xué)中講到過(guò)的一些易理解的知識(shí)，可以將教學(xué)內(nèi)容做成“預(yù)習(xí)教案”(包括慕課、PPT、相關(guān)視頻等)，通過(guò)“雨課堂”的預(yù)習(xí)功能推送給學(xué)生，教師可以通過(guò)平臺(tái)了解學(xué)生預(yù)習(xí)進(jìn)展情況。如：可將金屬離子的水解反應(yīng)、溶解沉淀反應(yīng)、配位反應(yīng)發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，讓學(xué)生找到他們之間的相似點(diǎn)和關(guān)聯(lián)性。

課堂上，幻燈片同步到學(xué)生手機(jī)進(jìn)行授課并隨時(shí)測(cè)試。對(duì)于學(xué)生難理解的知識(shí)，以啟發(fā)式教學(xué)法和練習(xí)法等多種方法相結(jié)合來(lái)進(jìn)行知識(shí)的鞏固和提高?？梢钥偨Y(jié)歸納學(xué)生預(yù)習(xí)中的問(wèn)題，如：可設(shè)個(gè)兩個(gè)投票題(即是非題)：金屬離子的水解反應(yīng)是否可看作水中的羥基配體取代水分子配體的反應(yīng)：(A) 是；(B) 否；金屬離子的沉淀反應(yīng)是否看作是與金屬離子形成溶度積較小沉淀物的配體取代了溶度積較大沉淀物配體的反應(yīng)：(A) 是；(B) 否?？梢哉掖饘?duì)的學(xué)生解釋理由，教師也可以進(jìn)行講解，從而幫助學(xué)生理解金屬離子水解反應(yīng)、溶解沉淀反應(yīng)也可看作是配位反應(yīng)的特例，它們?nèi)咧g有關(guān)聯(lián)，在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。大氣光化學(xué)涉及的反應(yīng)較多，難以記憶，可設(shè)置選擇題將反應(yīng)進(jìn)行歸類并指出異同點(diǎn)。如烷烴與自由基發(fā)生鏈反應(yīng)的以下四個(gè)步驟中，哪幾個(gè)步驟也是大多數(shù)烯烴發(fā)生的反應(yīng)？(A) RH + HO· → R· + H2O；(B) R· + O2→ RO2；(C) RO2· + NO → RO· +NO2；(D) RO + O2→ R’CHO + HO2。從而幫助學(xué)生理解烷烴、烯烴、環(huán)烴和芳香烴與自由基反應(yīng)的異同點(diǎn)，把擁有相同規(guī)律的污染物特征及反應(yīng)，放在一起思考和記憶，易構(gòu)建成網(wǎng)狀的知識(shí)體系，從而能夠根據(jù)所需及時(shí)提取，促進(jìn)前后學(xué)習(xí)的有效銜接。

隨堂測(cè)驗(yàn)就是借助“雨課堂”設(shè)置選擇題、填空題等，讓學(xué)生限時(shí)回答；通過(guò)隨機(jī)點(diǎn)名讓學(xué)生回答主觀題，從而可以檢測(cè)學(xué)生對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握程度，有助于教師進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)。在“雨課堂”中，由于有答題的壓力刺激，學(xué)生為了避免“答不上來(lái)”的尷尬，也會(huì)花更多注意力在聽(tīng)課上；不理解的地方學(xué)生可以按“不懂”按鈕，教師可對(duì)學(xué)生普遍不懂的問(wèn)題進(jìn)行反復(fù)講解；彈幕功能可以激發(fā)不愛(ài)說(shuō)話的學(xué)生用手機(jī)發(fā)言，活躍課堂氣氛，促進(jìn)全班同學(xué)主動(dòng)思考；課堂紅包可以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與課堂，提高學(xué)習(xí)興趣；

課后，教師還能通過(guò)平臺(tái)向?qū)W生推送作業(yè)、視頻、微課等資料，拓展教學(xué)信息量，可以幫助學(xué)生進(jìn)行總結(jié)歸納，也可以推送環(huán)境化學(xué)前沿科研成果，這對(duì)于擴(kuò)展學(xué)生對(duì)課程知識(shí)認(rèn)識(shí)的深度和廣度亦非常重要。引導(dǎo)學(xué)生了解相關(guān)理論知識(shí)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)科研和專業(yè)的熱愛(ài)。

“雨課堂”也可以幫助教師利用其大數(shù)據(jù)功能，輕易獲得出勤、課堂答題結(jié)果，擺脫課堂上與學(xué)生難互動(dòng)、課后作業(yè)批改繁重的難題。“雨課堂”可讓學(xué)生手中的手機(jī)變成學(xué)習(xí)的教具，使學(xué)習(xí)從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，使學(xué)生從“低頭族”變?yōu)椤疤ь^族”，使教師從“教書(shū)匠”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖逃O(shè)計(jì)者”，使教學(xué)資源從封閉到開(kāi)放，使教學(xué)從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的粗放管理到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精益管理，是一種非常有效的教學(xué)模式。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)課程的教學(xué)銜接為研究?jī)?nèi)容，重點(diǎn)解決了在環(huán)境化學(xué)教學(xué)過(guò)程中由于與四大基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容重復(fù)引起的教學(xué)效率降低、教學(xué)效果下降問(wèn)題，通過(guò)更新優(yōu)化課程內(nèi)容，實(shí)施多種教學(xué)方法，采用雨課堂線上線下混合教學(xué)等多項(xiàng)舉措有意識(shí)地帶領(lǐng)學(xué)生尋找新、舊知識(shí)之間的聯(lián)系，從學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有觀念出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)，提高學(xué)生對(duì)新知識(shí)的吸收與掌握程度，實(shí)現(xiàn)環(huán)境化學(xué)與四大基礎(chǔ)化學(xué)的有效銜接。