“環(huán)境地球化學(xué)”跨學(xué)科課程建設(shè)思考

摘 要 環(huán)境地球化學(xué)是環(huán)境科學(xué)與地球化學(xué)的交叉學(xué)科。近年來(lái)，該學(xué)科發(fā)展迅速，社會(huì)對(duì)相關(guān)人才的需求也日漸迫切，這就要求我們不斷加強(qiáng)課程建設(shè)力度，更新教育理念與教學(xué)方法，努力提高教學(xué)質(zhì)量。文章基于環(huán)境地球化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，分析了本學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)及課程建設(shè)中所面臨的挑戰(zhàn)，總結(jié)了對(duì)課程建設(shè)及人才培養(yǎng)的一些思考。在此基礎(chǔ)上，文章提出了適應(yīng)學(xué)科特點(diǎn)的課程建設(shè)思路和與之相適應(yīng)的教學(xué)改革措施。

關(guān)鍵詞 跨學(xué)科課程建設(shè)；環(huán)境地球化學(xué)；人才培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 " """""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A """ DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.24.032

Thoughts on the Interdisciplinary Course Construction of

\"Environmental Geochemistry\"

Abstract Environmental Geochemistry is an interdisciplinary field that combines environmental science and geochemistry. In recent years， due to the rapid development of this discipline， there has been an increasing demand for professionals in society. This necessitates a continuous strengthening of curriculum construction， updating educational ideas and teaching methods， and striving to improve teaching quality. Based on practical experience in teaching Environmental Geochemistry， this paper analyzes the subject's development trends and challenges faced in course construction. It also summarizes the author's thoughts on curriculum construction and personnel training. Building upon this analysis， the author proposes a curriculum construction approach that aligns with the subject's characteristics as well as teaching reform measures that are adaptable.

Keywords interdisciplinary curriculum construction; environmental geochemistry; personnel training

隨著工業(yè)化、城市化的不斷發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益引起人們的關(guān)注。氣候變暖、極端天氣、霧霾、重金屬污染、廢棄礦山等無(wú)一不與大眾的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。為了更好地理解有關(guān)地球環(huán)境問(wèn)題的形成、演化及機(jī)理并提出相應(yīng)的對(duì)策，必須應(yīng)用多學(xué)科、多方法相結(jié)合的手段開(kāi)展研究。環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)學(xué)和化學(xué)的有機(jī)結(jié)合正是解決這一問(wèn)題的有效途徑。由此，環(huán)境地球化學(xué)這門(mén)特色鮮明、與時(shí)俱進(jìn)的跨學(xué)科課程便應(yīng)運(yùn)而生[1]。

環(huán)境地球化學(xué)是環(huán)境科學(xué)與地球化學(xué)的交叉學(xué)科，也是環(huán)境地學(xué)的分支學(xué)科。課程內(nèi)容基本不涉及地球深部過(guò)程，而主要研究地球的表生條件；不僅研究有害物質(zhì)，還研究有益物質(zhì)；不僅研究現(xiàn)狀，還從全球尺度研究過(guò)去與未來(lái)的變化。其主要任務(wù)是通過(guò)研究地球表層水體、大氣、土壤、巖石、動(dòng)植物等各種介質(zhì)中元素及有關(guān)化合物的來(lái)源、存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、變化趨勢(shì)等，揭示區(qū)域或全球性的環(huán)境變化規(guī)律，解決人類(lèi)社會(huì)發(fā)展所面臨的環(huán)境問(wèn)題，更好地為人類(lèi)健康、生存和發(fā)展服務(wù)[2]。

1" 課程概況

國(guó)內(nèi)外眾多大學(xué)的環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、自然地理等專(zhuān)業(yè)在本科教育和研究生教育階段都開(kāi)設(shè)了環(huán)境地球化學(xué)課程。課程植根于地球科學(xué)，以地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)為基礎(chǔ)，化學(xué)與數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)為主要研究工具，同時(shí)還與土壤學(xué)、生物學(xué)、毒理學(xué)、生態(tài)學(xué)等相互滲透，是一門(mén)特色鮮明的應(yīng)用型跨學(xué)科課程[3]。這門(mén)課程開(kāi)設(shè)在大三上學(xué)期，授課內(nèi)容包括7個(gè)章節(jié)，分別為環(huán)境地球化學(xué)的基本理論、元素及有機(jī)化合物環(huán)境地球化學(xué)、大氣環(huán)境地球化學(xué)、水體環(huán)境地球化學(xué)、土壤環(huán)境地球化學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)的應(yīng)用，以及全球變化[4]。課程旨在培養(yǎng)能發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題，具有敏銳的科學(xué)思維和扎實(shí)的實(shí)操能力的新世紀(jì)跨學(xué)科貫通型人才。

2" 課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，在環(huán)境地球化學(xué)課程的教學(xué)中還存在一些亟須解決的問(wèn)題，跨學(xué)科教育與課程教學(xué)還未有機(jī)結(jié)合起來(lái)，學(xué)生的知識(shí)體系也未達(dá)到融會(huì)貫通。主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1" 理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)不足

環(huán)境地球化學(xué)是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的跨學(xué)科課程。但從章節(jié)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配來(lái)看，理論課時(shí)偏多，實(shí)踐課時(shí)較少。而實(shí)際上，該課程更側(cè)重于應(yīng)用，涉及大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，這就要求學(xué)生具備扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)室操作能力和一定的統(tǒng)計(jì)分析能力。由于缺乏相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及與課程相關(guān)的科研訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)課程的理解只能停留在空洞的課本知識(shí)上，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)很難做到對(duì)課程內(nèi)容與自身專(zhuān)業(yè)的融會(huì)貫通，也就更難啟發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的深入探索與研究。

2.2" 知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜、繁多，課堂教學(xué)方法單一

環(huán)境地球化學(xué)的研究對(duì)象多樣，研究范圍廣泛。課程內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)與基本理論，知識(shí)點(diǎn)涵蓋廣、抽象理論概念多，如“整體相關(guān)”“循環(huán)與再生”“原生與次生”及“時(shí)空分異”等。且在教學(xué)過(guò)程中，往往是以教師為主體的“填鴨式”教學(xué)，課堂互動(dòng)少，學(xué)生體驗(yàn)感不強(qiáng)，對(duì)基本概念與基礎(chǔ)內(nèi)容會(huì)存在一定的認(rèn)識(shí)模糊。這也必然導(dǎo)致學(xué)生興趣不足，學(xué)起來(lái)很吃力，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的掌握比較困難，對(duì)學(xué)科的發(fā)展方向和前景也一知半解。

2.3" 知識(shí)迭代速度快，教學(xué)內(nèi)容更新較慢

環(huán)境地球化學(xué)有很強(qiáng)的時(shí)效性和針對(duì)性。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，工業(yè)化不斷加快，環(huán)境與發(fā)展之間的矛盾日益尖銳，新的環(huán)境、生態(tài)問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題也在不斷發(fā)生變化。比如20世紀(jì)六七十年代人們主要關(guān)注一些由化石燃料普遍使用引起的大氣污染問(wèn)題，有毒有害化合物引起的區(qū)域性環(huán)境問(wèn)題等。20世紀(jì)八九十年代開(kāi)始人們逐漸重視由持久性有機(jī)污染物造成的環(huán)境污染問(wèn)題以及由人類(lèi)活動(dòng)引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題等。進(jìn)入21世紀(jì)后，儀器分析技術(shù)及模擬實(shí)驗(yàn)手段不斷進(jìn)步，人們逐漸關(guān)注環(huán)境污染與生態(tài)效應(yīng)、宏觀過(guò)程與微觀過(guò)程、環(huán)境信息載體與全球變化等問(wèn)題[5]。由于學(xué)科發(fā)展迅速，知識(shí)迭代速度快，課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)手段在許多方面已經(jīng)跟不上學(xué)科的發(fā)展速度，也就不能體現(xiàn)該課程的時(shí)效性和針對(duì)性。

3" 跨學(xué)科課程建設(shè)的策略

跨學(xué)科課程建設(shè)是高校教育教學(xué)改革的一項(xiàng)重要舉措，是以跨學(xué)科的貫通教育為抓手，通過(guò)不同學(xué)科專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的共融與聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)的整合與貫通，完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提升學(xué)生解決綜合問(wèn)題、復(fù)雜問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培育富有創(chuàng)新精神的綜合性應(yīng)用人才[6]。因此，在高校“雙一流”建設(shè)的大時(shí)代背景下，環(huán)境地球化學(xué)課程需要積極進(jìn)行課程教學(xué)改革。通過(guò)環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)等學(xué)科內(nèi)容的融合、聯(lián)動(dòng)和互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)地學(xué)―化學(xué)―環(huán)境學(xué)多學(xué)科體系的貫通整合。以下是筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，就環(huán)境地球化學(xué)課程建設(shè)提出的幾點(diǎn)思考。

3.1" 跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

在保證教學(xué)效果的前提下穩(wěn)步提高教學(xué)質(zhì)量一直是高校教育改革的重要內(nèi)容之一。環(huán)境地球化學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的跨學(xué)科課程，同時(shí)因其突出的綜合性和實(shí)踐性，也對(duì)教師教學(xué)能力和水平提出了極大考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。環(huán)境地球化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)可由環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、化學(xué)專(zhuān)業(yè)的任課教師構(gòu)成，科研方向交叉互補(bǔ)，理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備扎實(shí)。圍繞本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展課程建設(shè)研究。充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行學(xué)科間的交流研討，探索學(xué)科間的結(jié)合點(diǎn)，達(dá)到各學(xué)科知識(shí)的有機(jī)融合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，確保課程教學(xué)的高質(zhì)量開(kāi)展，最終為人才培養(yǎng)和課程建設(shè)服務(wù)。

3.2" 教學(xué)方法和教學(xué)手段的更新

近些年來(lái)，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的教學(xué)方法，如翻轉(zhuǎn)課堂、異步教學(xué)法、5E教學(xué)法等[7]。本課程可以借鑒這些教學(xué)方法，豐富課堂教學(xué)形式，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。比如在“大氣環(huán)境地球化學(xué)”章節(jié)“霧霾的形成機(jī)制與對(duì)人體的危害”小節(jié)中，通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)，可以形象生動(dòng)地讓學(xué)生理解霧霾的組成、形成機(jī)理，在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化，以及對(duì)生物體尤其是人體的危害等知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生去探索控制和解決霧霾問(wèn)題的對(duì)策與方法。再比如，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，在一些重點(diǎn)章節(jié)或應(yīng)用型實(shí)例的講解環(huán)節(jié)，可以采用“小組研討—代表發(fā)言—學(xué)生提問(wèn)—教師點(diǎn)評(píng)”的模式進(jìn)行。這種師生互換角色的形式，不僅有利于提升學(xué)生的課堂參與感，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，也有利于教師掌握學(xué)生的知識(shí)薄弱點(diǎn)和理解程度，以便更好地開(kāi)展教學(xué)。

3.3" 有針對(duì)性設(shè)置實(shí)踐性教學(xué)

環(huán)境地球化學(xué)知識(shí)體系龐雜，課程內(nèi)容繁多，怎樣在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握課程內(nèi)容并培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力顯得尤為重要。有針對(duì)性地設(shè)置實(shí)踐教學(xué)是解決這一問(wèn)題的有效途徑[8]。實(shí)踐教學(xué)具有理論教學(xué)不可替代的作用。實(shí)踐環(huán)節(jié)不僅能讓學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，也能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和自主創(chuàng)新意識(shí)[9]。如在講解水圈、大氣圈和土壤圈環(huán)境地球化學(xué)章節(jié)時(shí)，涉及很多實(shí)踐內(nèi)容，教師可以根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，如大氣顆粒物的收集與粒度測(cè)定；沉積物、水樣、土壤樣品的采樣方法；天然水色度、pH、Eh值的測(cè)定等。再如，“大氣環(huán)境地球化學(xué)”章節(jié)的實(shí)踐教學(xué)，教師可以通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生參觀大氣觀測(cè)站，加深對(duì)課本知識(shí)的理解。此外，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)研究課題，參加科研創(chuàng)新實(shí)踐，使學(xué)生在進(jìn)行課題研究的過(guò)程中深入學(xué)習(xí)。如筆者的一位學(xué)生所做的“高崖水庫(kù)水質(zhì)污染對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響”課題就很好地貼合了“水環(huán)境地球化學(xué)”的實(shí)踐內(nèi)容。

3.4" 課程考核方式的改革

大學(xué)需要培養(yǎng)的是創(chuàng)新型和思維型人才[10]，而傳統(tǒng)的考核方式只能讓學(xué)生處于死記硬背的應(yīng)試狀態(tài)，學(xué)生為了考試而考試，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力。因此，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本課程團(tuán)隊(duì)對(duì)考核方式進(jìn)行了改革。由教師提供大的課題調(diào)研方向，學(xué)生自由組合，選擇感興趣的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)自主檢索資料文獻(xiàn)、小組分工協(xié)作、實(shí)地調(diào)查研究、數(shù)據(jù)總結(jié)分析等完成小論文，最后以多媒體匯報(bào)的方式展示課程收獲。2016年筆者給出的課題調(diào)研方向是“探討一個(gè)身邊發(fā)生的環(huán)境污染事件或當(dāng)下突出的環(huán)境問(wèn)題，并提出解決方案”，學(xué)生通過(guò)小組匯報(bào)和小論文的形式完成了考核。匯報(bào)環(huán)節(jié)緊張激烈，小論文也可圈可點(diǎn)，如“蘭州自來(lái)水苯超標(biāo)事件”和“蘭州藍(lán)天工程前后大氣污染物成分對(duì)比”等。

4" 對(duì)跨學(xué)科人才培養(yǎng)方式的思考

4.1" 加強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)科前沿的了解

教師應(yīng)及時(shí)關(guān)注本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，不斷充實(shí)自我，將新方法、新成果帶到課堂中。這樣既能激發(fā)學(xué)生的求知欲，又能幫助學(xué)生快速建立起理論與實(shí)踐的聯(lián)系，達(dá)到拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)綜合能力的效果。同時(shí)，有助于教師更加深刻透徹地思考教學(xué)方案，更加準(zhǔn)確地把握課程的教學(xué)體系。

4.2" 培養(yǎng)學(xué)生的綜合科研能力

想要培養(yǎng)出好的學(xué)生，任課教師不應(yīng)該只停留于教好課程內(nèi)容，也應(yīng)該思考如何引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)科進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和研究。面對(duì)現(xiàn)今激烈的就業(yè)形勢(shì)，多數(shù)本科生會(huì)選擇進(jìn)一步深造。因此，本科階段對(duì)學(xué)生科研能力的培養(yǎng)也十分必要。在日常的教學(xué)過(guò)程中，教師可有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究進(jìn)展，盡可能地鼓勵(lì)學(xué)生參與課題研究，提前讓學(xué)生感受良好的科研氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高科研硬技能。

4.3" 注重對(duì)學(xué)生的科研誠(chéng)信教育

面對(duì)國(guó)內(nèi)外高校不斷發(fā)生的學(xué)術(shù)不端和科研造假問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科研道德的培養(yǎng)變得刻不容緩。教師要時(shí)刻教導(dǎo)學(xué)生，做科研需要腳踏實(shí)地，不弄虛作假，保持科研情懷，用真真切切的成果去踐行科研人的信仰。成果可以不突出，但科研品格一定要高尚。同時(shí)，教師也應(yīng)以身作則，加強(qiáng)自身道德素養(yǎng)，堅(jiān)守科研誠(chéng)信，對(duì)學(xué)生形成潛移默化、潤(rùn)物無(wú)聲的影響。教師的任務(wù)不僅在于解學(xué)生的求知之渴，還應(yīng)在于教學(xué)生求真。

5" 結(jié)語(yǔ)

在高校不斷進(jìn)行教育改革的背景下，環(huán)境地球化學(xué)課程通過(guò)跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)的組建與培養(yǎng)，教學(xué)方法的改革與優(yōu)化，有針對(duì)性地設(shè)置實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，改革課程考核體系等手段，持續(xù)完善知識(shí)結(jié)構(gòu)與課程體系，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和綜合實(shí)踐能力。在教學(xué)過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科前沿的了解，激發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新潛能。同時(shí)，注重對(duì)學(xué)生的科研誠(chéng)信教育，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，培育復(fù)合型應(yīng)用人才。

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