新工科背景下環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革探索

葛林科　張蓬　王家宏　張靜　朱云慶　馬宏瑞

［摘 要］環(huán)境化學(xué)課程是高等學(xué)校環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，既有系統(tǒng)理論，又具較強(qiáng)的實(shí)踐性。文章基于學(xué)情調(diào)研和教改痛點(diǎn)，通過(guò)系列教改措施，建立學(xué)習(xí)共同體，強(qiáng)化科研反哺教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例，開(kāi)展多元化教學(xué)實(shí)踐；擴(kuò)展第二課堂，搭建教學(xué)平臺(tái)，建立本科生導(dǎo)師制，組織學(xué)生全員參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽；融合課程思政，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題。這一創(chuàng)新模式運(yùn)行以來(lái)，增長(zhǎng)了學(xué)生的見(jiàn)識(shí)，提升了教學(xué)質(zhì)量；建立了全員育人、全程育人模式，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力；培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的能力，對(duì)于全面推進(jìn)環(huán)境化學(xué)課程體系改革具有一定的推廣和借鑒意義。

［關(guān)鍵詞］環(huán)境化學(xué)；信息化教學(xué)；第二課堂；科學(xué)思維；全程育人

［中圖分類(lèi)號(hào)］G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2024）03-0034-04

環(huán)境化學(xué)是研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)[1-2]。環(huán)境化學(xué)課程是環(huán)境科學(xué)與工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，適用于本科教學(xué)，主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。環(huán)境化學(xué)課程面臨找準(zhǔn)改革方向，持續(xù)開(kāi)展創(chuàng)新教學(xué)的難題。而新工科是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育的改革方向。因此，亟須在新工科理念的指導(dǎo)下，積極探索環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革。

《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確指出，對(duì)于工學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程，要培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)[3]。環(huán)境化學(xué)課程在環(huán)境類(lèi)人才培養(yǎng)的課程體系中占據(jù)核心地位，如何深入開(kāi)展教學(xué)改革創(chuàng)新，形成適合環(huán)境實(shí)用型復(fù)合人才培養(yǎng)的教學(xué)方法，提高課程教學(xué)的育人質(zhì)量，是滿(mǎn)足新時(shí)代高等教育立德樹(shù)人新要求的重要課題[4-6]。筆者以陜西科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)我校）為例，通過(guò)剖析環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的痛點(diǎn)，針對(duì)線上與線下教學(xué)相結(jié)合、課程理論與課程實(shí)踐相結(jié)合、思維提升與人才培養(yǎng)相結(jié)合，探索了全員育人、全程育人的創(chuàng)新教學(xué)改革模式，全面推進(jìn)了環(huán)境化學(xué)課程改革。

一、環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的痛點(diǎn)剖析

基于學(xué)情分析和課程特點(diǎn)，高校環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革主要面臨三個(gè)痛點(diǎn)：

（一）教學(xué)內(nèi)容需要優(yōu)化

以往的環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)案例較為陳舊，沒(méi)有做到與時(shí)俱進(jìn)。我校環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生大多來(lái)自陜西等內(nèi)陸省份，對(duì)近海、大洋、全球環(huán)境等認(rèn)識(shí)不足。而多數(shù)污染物普遍存在于全球各地，不僅在內(nèi)陸、近海被監(jiān)測(cè)到，而且會(huì)跨界傳輸?shù)酱笱?、南北極、青藏高原等偏遠(yuǎn)地區(qū)。因此，環(huán)境化學(xué)課程應(yīng)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例，根據(jù)學(xué)情開(kāi)展有針對(duì)性的教學(xué)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

（二）第二課堂利用不足

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師上完課，這門(mén)課程就結(jié)束了；而第二課堂是教學(xué)課堂的延續(xù)，能使師生加強(qiáng)聯(lián)系，注重全程育人。環(huán)境化學(xué)課程作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，不僅要使學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，而且要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)擴(kuò)展和應(yīng)用。然而，由于對(duì)第二課堂的利用不足，難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，因此，教師要探索“第二課堂”創(chuàng)新教學(xué)模式。

（三）課程思政的深度和高度不夠

環(huán)境化學(xué)課程注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，但如何將思政元素與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，提升課程思政的高度是環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)面臨的難題。

環(huán)境化學(xué)課程既要培養(yǎng)學(xué)生的微觀思維，理解環(huán)境化學(xué)的基本概念、定律、理論，又要培養(yǎng)學(xué)生的全球環(huán)境宏觀思維，從全球著眼，以國(guó)際視角關(guān)注環(huán)境污染物，探討化學(xué)污染物的濃度水平、污染機(jī)制、行為歸趨、危害效應(yīng)和控制技術(shù)。此外，還要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的綜合思維能力，從而更好地認(rèn)識(shí)和解決中國(guó)當(dāng)前的環(huán)境污染問(wèn)題。

二、環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革思路與實(shí)踐

環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的總體思路如圖2所示。基于教學(xué)改革的痛點(diǎn)分析，建立由教師和學(xué)生構(gòu)成的學(xué)習(xí)共同體，從三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)線上與線下教學(xué)相結(jié)合、課程理論與課程實(shí)踐相結(jié)合、思維提升與人才培養(yǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全員育人、全程育人。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例，開(kāi)展多元化教學(xué)實(shí)踐

第一，通過(guò)系列教改項(xiàng)目和科研項(xiàng)目，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例。環(huán)境化學(xué)是一個(gè)不斷發(fā)展的學(xué)科，隨著新的環(huán)境問(wèn)題的不斷產(chǎn)生，環(huán)境化學(xué)需要不斷補(bǔ)充新的研究成果和發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)學(xué)情分析發(fā)現(xiàn)，我校環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生大多來(lái)自?xún)?nèi)陸省份，對(duì)近海、大洋、全球環(huán)境等認(rèn)識(shí)不足。教師整理了大量的環(huán)境化學(xué)案例，包括污染物在內(nèi)陸、海洋、極地的環(huán)境行為狀況，并將這些案例應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程中。第二，教學(xué)團(tuán)隊(duì)重視科研反哺教學(xué)，不斷將國(guó)家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目的成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，融入教育教學(xué)之中。第三，開(kāi)展多元化教學(xué)實(shí)踐，扎實(shí)推進(jìn)課程教學(xué)水平和質(zhì)量提升。通過(guò)建立學(xué)習(xí)共同體，打破教師與學(xué)生之間的“壁壘”。將環(huán)境化學(xué)課程原來(lái)的以教師課堂教學(xué)為主的模式，變?yōu)閹熒降冉涣鲗W(xué)習(xí)的模式；由原來(lái)的老師問(wèn)、學(xué)生答，變?yōu)閷W(xué)生組隊(duì)給老師找難題。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境歷史事件和當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題，共同尋找整體認(rèn)識(shí)、綜合解決方案，促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極思考。第四，注重線上與線下緊密結(jié)合。課程組連續(xù)兩年開(kāi)展環(huán)境化學(xué)課程信息化建設(shè)，并開(kāi)展了多元化教學(xué)實(shí)踐。以環(huán)境光化學(xué)轉(zhuǎn)化“知識(shí)樹(shù)”框架為例（見(jiàn)圖3），在線上課程中，點(diǎn)擊任一條目就能鏈接到相應(yīng)的內(nèi)容，方便學(xué)生分知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，教師組織學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室參觀光化學(xué)反應(yīng)儀，了解光化學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解和掌握理論知識(shí)。

（二）擴(kuò)展第二課堂，建立教學(xué)平臺(tái)和導(dǎo)師制，組織學(xué)生全員參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽

第二課堂指在第一課堂（課堂教學(xué)）外的時(shí)間進(jìn)行的與第一課堂相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)，注重學(xué)生的素質(zhì)教育和全程育人。環(huán)境化學(xué)課程要求學(xué)生理解基本概念、定律、理論，也注重知識(shí)的擴(kuò)展和應(yīng)用。課程組探索了第二課堂創(chuàng)新教學(xué)，形成了“課堂教學(xué)—實(shí)踐平臺(tái)—導(dǎo)師制—?jiǎng)?chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”為鏈條的全程育人模式。首先，為提升學(xué)生的理論實(shí)踐和創(chuàng)新能力，課程組搭建虛實(shí)結(jié)合、具有環(huán)境化學(xué)特色的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，建成省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、省級(jí)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。其次，為提升學(xué)生的科研參與度和實(shí)踐動(dòng)手能力，課程組基于教研室及環(huán)境學(xué)院，建立本科生導(dǎo)師制，以實(shí)現(xiàn)本科生全員參與科研創(chuàng)新。最后，以本科生全員導(dǎo)師制為支撐點(diǎn)，構(gòu)建各類(lèi)各級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽教師全員參與、全程指導(dǎo)，本科生全員參與的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)體系，建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的過(guò)程化培養(yǎng)機(jī)制。

（三） 融合課程思政，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題

環(huán)境化學(xué)作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，為認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境污染問(wèn)題提供基礎(chǔ)理論支持，為履行國(guó)際環(huán)境公約提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。國(guó)際上，新型POPs、碳排放等全球環(huán)境問(wèn)題層出不窮，我國(guó)也出現(xiàn)了一些新的環(huán)境問(wèn)題。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，打好我國(guó)污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。如圖4所示，在課程教學(xué)中，教師將思政元素和課程內(nèi)容深度融合，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用環(huán)境化學(xué)知識(shí)去思考、理解我國(guó)和全球的環(huán)境問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的能力。

為更好地在課堂教學(xué)中融入思政元素，解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題，教師還利用課外學(xué)時(shí)連續(xù)開(kāi)展環(huán)境化學(xué)課程報(bào)告會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生從環(huán)境化學(xué)角度綜合思考、剖析環(huán)境歷史事件和當(dāng)前與環(huán)境相關(guān)的熱點(diǎn)、政策。

三、環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的效果分析

（一） 增長(zhǎng)了學(xué)生的見(jiàn)識(shí)，提升了教學(xué)質(zhì)量

基于系列教改項(xiàng)目和科研項(xiàng)目，課程組強(qiáng)化科研反哺教學(xué)，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例，做到基礎(chǔ)知識(shí)、案例、熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題相結(jié)合，幫助學(xué)生扎實(shí)掌握基礎(chǔ)知識(shí)，接觸本領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向和最新進(jìn)展。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣普遍提高，反映出學(xué)生對(duì)新案例、新知識(shí)的渴求。同時(shí)，環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)形成了“學(xué)生中心，教、學(xué)聯(lián)動(dòng)，自我評(píng)價(jià)，同行評(píng)價(jià)相結(jié)合”的以學(xué)生為中心的評(píng)教體系，完善學(xué)生跟蹤反饋和課程評(píng)估制度，促進(jìn)了教學(xué)持續(xù)改進(jìn)；實(shí)施校、院、系三級(jí)督導(dǎo)機(jī)制，幫助教師提升教學(xué)水平和質(zhì)量。

（二）建成全員育人、全程育人模式，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

課程組探索了“第二課堂”教學(xué)模式，形成了以“課堂教學(xué)—實(shí)踐平臺(tái)—導(dǎo)師制—?jiǎng)?chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”為鏈條的全員育人、全程育人模式，即開(kāi)發(fā)環(huán)境化學(xué)特色的擴(kuò)展式教學(xué)平臺(tái)，建立本科生全員導(dǎo)師制，構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)體系，充分發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力，提升了學(xué)生的科研參與度、實(shí)踐動(dòng)手能力和理論創(chuàng)新能力，從而促進(jìn)了課程理論和專(zhuān)業(yè)實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽相結(jié)合。近3年，學(xué)生共獲包括“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家級(jí)銀獎(jiǎng)等省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)18項(xiàng)?；诮⒌奶搶?shí)結(jié)合、環(huán)境化學(xué)特色實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和多維度協(xié)同育人模式，我校培養(yǎng)了行業(yè)需求的高素質(zhì)復(fù)合應(yīng)用型人才。依據(jù)麥可思應(yīng)屆畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，用人單位對(duì)我校環(huán)境專(zhuān)業(yè)類(lèi)畢業(yè)生的滿(mǎn)意度超過(guò)90%。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，鍛煉了解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的能力

在課程教學(xué)中，教師融合課程思政，引導(dǎo)學(xué)生利用環(huán)境化學(xué)知識(shí)思考、理解我國(guó)和全球的環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)課程報(bào)告會(huì)，有力提升了學(xué)生的綜合思維能力、解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題的能力，提高了學(xué)生對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)，并促進(jìn)了環(huán)境化學(xué)課程建設(shè)和優(yōu)秀教學(xué)資源的校際共享。學(xué)生專(zhuān)業(yè)興趣和素養(yǎng)的提升，又進(jìn)一步激發(fā)了他們讀研深造的動(dòng)力，2022年和2021年，學(xué)生考研率分別為50%和45%，較2020年的35%有較大提高。

四、結(jié)語(yǔ)

環(huán)境化學(xué)課程是環(huán)境專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課，課程教學(xué)是以學(xué)生發(fā)展為中心，通過(guò)全員育人、全程育人，培養(yǎng)對(duì)國(guó)家有用的創(chuàng)新型人才。本文針對(duì)環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革的痛點(diǎn)，通過(guò)系列教改項(xiàng)目，強(qiáng)化科研反哺教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)案例，開(kāi)展多元化教學(xué)實(shí)踐，扎實(shí)推進(jìn)課程教學(xué)水平和質(zhì)量的提升。通過(guò)擴(kuò)展第二課堂，搭建教學(xué)平臺(tái)，建立本科生導(dǎo)師制，組織學(xué)生全員參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)創(chuàng)造力。融合課程思政，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提升綜合思維能力，解決實(shí)際環(huán)境問(wèn)題。這一模式運(yùn)行以來(lái)，實(shí)現(xiàn)了線上與線下教學(xué)相結(jié)合、課程理論與課程實(shí)踐相結(jié)合、思維提升和人才培養(yǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了全員育人、全程育人，對(duì)于全面推進(jìn)環(huán)境化學(xué)課程體系改革具有一定的推廣和借鑒意義。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 陳景文， 全燮. 環(huán)境化學(xué)[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2009.

[2] 戴樹(shù)桂. 環(huán)境化學(xué)[M].2版.北京：高等教育出版社， 2006.

[3] 中華人民共和國(guó)教育部. 教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知（教高〔2020〕 3號(hào)）[EB/OL]. （2020-06-01） [2023-06-30]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_4?62437.html.

[4] 張武，程紹玲，賈青竹.環(huán)境化學(xué)課程思政內(nèi)涵建設(shè)與實(shí)踐[J].化學(xué)教育（中英文），2021，42（16）： 77-81.

[5] 呂向菲，胡南江，閆蕾，等. 基于CDIO模式的環(huán)境化學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].化學(xué)教育，2016，37（18）：56-59.

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［責(zé)任編輯：黃緊德］