冶金工程专业《环境科学概论》的教学改革与实践

王云燕，柴立元，王志兴

（中南大学 冶金与环境学院，湖南 长沙 410083）

冶金工程专业《环境科学概论》的教学改革与实践

王云燕，柴立元，王志兴

（中南大学 冶金与环境学院，湖南 长沙 410083）

环境科学是一门由多学科到跨学科的庞大科学体系，本文结合冶金工程的专业特点及《环境科学概论》的课程特点，教学中提出在简要讲解环境科学基本概念、基础理论、技术与方法等学科知识体系的基础上，按冶金过程中有色冶金污染源、冶炼烟气与粉尘污染控制技术、重金属废水深度处理与回用、重金属废渣资源综合利用、冶金过程中物理污染与控制、清洁冶金及有色冶金污染控制相关法律法规等专题进行模块式备课，根据专业特色精选、补充、调整与重组教学内容。在教学方法上以冶金过程中的环境问题为导向，以学生为主体，紧密结合学科发展动态，以案例研究为核心，融科研成果及工程实践于教学，以多媒体教学为手段，高效集成与优化研究性教学、案例式教学、实践式教学、互动式教学、模块式教学等方法，为学生提供了足够的创新与发展空间，最大限度地调动了学生学习的积极性和创造性。实践表明此教学改革收到了非常好的教学效果。

环境科学概论；冶金工程专业；教学改革与实践

高等教育的根本目标是培养学生自我获取知识、更新知识与技能的能力，由此实现自身职业发展和人类社会发展的可持续，而通识教育是实现高等教育根本目标的重要途径。环境科学是一门新兴的多领域交叉、综合性很强的学科，其发展极为迅速，已成为21世纪最活跃的学科之一。作为一门涉及社会科学、技术科学和自然科学的边缘学科，环境科学不能仅仅局限于专业环境教育，而应该向通识教育发展，尤其要向非环境专业学生普及环境科学知识。针对冶金领域的重污染状况，依据中南大学的学科特色和环境工程学科体系的建设规律，依托冶金工程一级学科，学校建设与发展了有鲜明特色的冶金环境工程学科。冶金工程与环境工程互相促进共同发展。《环境科学概论》是冶金工程专业学生的一门选修课。对于冶金工程专业的学生，其培养目标的侧重点与环境科学与环境工程专业学生应有较大差别，需培养其学习与今后工作过程中的整体性、系统性、综合性、复杂性的环境科学思维模式、可持续发展的观念、清洁冶金与循环经济的意识。本人从2003年开始承担冶金特色环境工程专业《环境科学概论》课程的教学任务，经过多年教学实践，认识到要开好《环境科学概论》这门课程，必须重视在课时有限的教学过程中，激发学生的学习兴趣，促使学生更好地了解、熟悉、掌握环境科学的基本理论、基本知识和基本技能。结合近年来在冶金工程专业《环境科学概论》教学中的经验与体会，谈几点该课程教学改革与创新之处，旨在充分发挥交叉重点学科群的优势，培养具有环境保护思想和环境科学思维的冶金工程高级复合型人才。

一、课程性质与专业特点的结合

相对于传统的课程，《环境科学概论》具有明显的特点：①学科任务是以人类面临的环境问题为导向，规范与调整人类的伦理、意识和行为规范，实现经济、社会与环境的协调发展，最终为人类提供舒适、便利和安全的生活环境。②始终贯彻公平公正的环境观，环境乃至地球整个系统都不是全部属于人类，而是地球上全体生命及其后代生存与发展所必须的资源与基础，故要求人类尊重自然、协调人与自然的关系。③学科领域覆盖面广，学科知识交叉性强，其涵盖社会科学、自然科学和工程技术诸多领域，涉及地学、化学、生态学、数学、毒理学、物理学、法学、经济学、管理学、心理学、伦理学、教育学等多学科知识。④环境科学仍是一个年轻和发展迅速的学科，新名词层出不穷，如生态足迹、绿色壁垒、绿色消费、循环经济、清洁生产、生态旅游、环境承载力等。⑤课程内容与实际结合密切，如各种污染物控制技术的原理与工程设计、工程实践紧密相关。⑥研究方法综合性强，环境问题具有综合性、复杂性，因此解决问题的方案具有多样性，各种方法论如系统论、信息论、控制论等在环境科学的研究中均有广泛的应用。⑦知识更新快。环境科学正处于快速发展期，新观点、新技术日新月异，环境热点不断变化，环境质量动态变迁。冶金工业属于高能耗、高污染行业，要实现其可持续发展，必须走低能耗、低污染的环境保护、清洁生产及循环经济之路。因此，使他们在今后工作中有能力对冶金行业的环境问题开展全面分析与提出解决方案，因此在知识广度、深度与侧重点上有别于环境科学与环境工程专业。

二、教学内容的精选

1.按专业性质精选内容，详略得当。本课程内容涉及专业领域广、内容多。在实际教学中，因授课学时所限，不可能面面俱到，理应“因材施教”。对于非环境专业的学生，在选择授课内容时除了兼顾全面系统外，更要突出重点，即授课内容要包含环境保护的基本内容，并在有限的课时内突出环境科学的重要问题、热点问题，尤其是与学生专业相关的环境知识。根据冶金工程专业学生的关注点及培养方向，有针对性地进行了详略选择。在讲解的过程中主要以现有冶金企业面临的环境问题为案例，讨论冶金行业三废高效治理与资源化，循环经济与清洁生产的主要途径，重点在于让学生建立环境意识，将环境科学与冶金科学融为一体。

2.按专题备课，补充与调整教学内容。备课是教学的首要环节，备课质量对教学质量有很大影响。传统的按节备课法缺乏灵活性和适应性，难以根据课本外的大量新信息补充、调整和组织教学内容。本课程结合专业特点，在简要讲解环境科学基本概念、基础理论、技术与方法等学科知识体系的基础上，结合本人长期从事冶金行业三废治理与资源化的科研与工程实践，以及在典型冶炼企业开展企业博士后研究工作期间积累的工作经验，按冶金过程中有色冶金污染源、冶炼烟气与粉尘污染控制技术、重金属废水深度处理与回用、重金属废渣资源综合利用、冶金过程中物理污染与控制、清洁冶金及有色冶金污染控制相关法律法规等专题进行模块式备课，并详细介绍环境科学在新技术方法手段的最新进展、发展趋势及其在冶金行业的应用。这种根据专业特色精选、补充、调整与重组教学内容的方式充分体现了教学的针对性。实践表明按专题进行备课和讲解起到了

非常好的教学效果，从很大程度上提高了学生学习的积极性。

三、教学方法与模式的改革

环境科学概论课程涉及多方面内容，知识点多，结构有一定的复杂性，因而在教学实践中涉及相应的教学手段也应有所不同。经过多年的实践和完善，本课程形成了较为有效的教学组织方式及教学方法。课程教学过程中始终以冶金过程中的环境问题为导向，以学生为主体的教学理念，紧密结合学科发展动态，以案例为核心，融科研成果、工程实践于教学，并集成优化多种教学模式，实现科研促教学、教学促科研的良性循环，为学生提供了足够的创新与发展空间。另外，当前大多数高校均强调综合素质的培养，学时数大幅度压缩，课堂授课时间很有限。这些新特点对传统的教学方法与教学模式提出了挑战。所以教学过程中要精心设计教学的各个环节，巧妙表达教学内容，善于调节课堂气氛，增强课堂教学的艺术性和感染力，使讲课真正成为一门艺术，让学生在获得知识的同时，还能得到美的享受。本人在具体教学过程中采用了如下的教学方法与模式。

1.互动式教学。教学过程本身应是教学相长，课堂上师生之间要通过互动来完成教学任务。师生互动改变了过去老师在上面讲，学生在下面被动听的单向信息流的局面，形成老师引导、学生主动参与其中的信息双向交流的过程。所以，教师要避免授课过程中一味地演示课件，而应不时地走下讲台通过提问、肢体语言等方式与学生进行交流，有必要板书的地方一定要板书，这样才能活跃课堂气氛，让学生对学习产生兴趣。为了增加与学生间的互动，活跃课堂气氛，在教学实践中采取了各种做法：根据冶金工程专业特点，列出如下专题：试分析历史上八大环境事件中有几起是由重金属污染引发的及其内在原因；与重金属有关的湖南湘江镉污染事件、广东北江镉污染事件、湖南岳塘砷污染事件，等等的原因及对环境的影响，开展分析与讨论。采用学生准备、课堂上分组讨论或上台讲解等方式，把教学形式从以教师为中心转变到师生互动，甚至以学生为中心。如讲解物理污染时，将噪声污染、光污染、热污染、电磁辐射污染、放射性污染、冶炼企业物理污染及防治对策等内容提前布置给学生，给以一定的材料，让学生以小组为单位对小专题进行备课，推举一名学生上台讲解。

2.模块式教学。模块式教学具有如下特点：（1）条理清晰，实用性更强，更能引起学生学习的兴趣。（2）更能充分发挥教师备课的创造性，有效避免照本宣科。教师可以根据自己的理解，依据自己的特点，选取不同的模块，同一模块也有不同的侧重。（3）更能激发学生学习的兴趣。模块式教学从内容上满足了学生的要求，选取他们感兴趣的知识；此外多样化的教学方式更加激发了学生自觉、主动学习的积极性。（4）更有利于培养学生独立思考问题的能力。这种方式是一种鼓励学生积极参与、反应和创造，并逐步养成独立思考习惯的教学方法。实践表明模块式教学中围绕主题将最新颖、最前沿的内容形成条理清楚、逻辑性强的系统化知识教授给学生，起到了很好的教学效果。

3.案例式教学。环境科学概论这门课程理论性比较强，内容以概述性为主。如果采用传统的教学方法对课本中的概念、原理等逐条讲解，就会出现授课内容枯燥无味、学生不耐烦的局面，从而导致学生失去学习的兴趣。案例教学法是由西德教育家瓦·根舍因提出的，强调从日常生活中选取蕴含科学本质的范例进行教学。在教学实践中运用案例教学，让学生有身临其境之感，使学生在听“故事”、看“故事”中轻松愉快地学习到应该掌握的知识点。案例的引入包括以案例引出本次课要讲解的知识点、讲授中形象生动的多个实例、穿插案例，等等。结合承担的科研课题及工程实践（重金属废水生物制剂处理新技术、重金属重污染土壤的原位修复、重金属废渣硫固定与资源化等）开展深入的分析，讲解创新思路的提出、新工艺的设计、工业试验中碰到问题的解决思路、工程实践的运行，等等，并开展相应的环境评价分析。尤其是在讲授重金属废水治理技术时，将本人作为主要技术负责人开发的生物制剂法直接深度处理重金属废水、生物制剂法处理冶炼企业烟气洗涤含汞污酸这一世界性难题的工业试验及生产运行现场的录像资料播放给学生，此种科技知识转化为工程应用的实例激发了学生的创新性，引起了学生的极大兴趣。实践表明通过案例教学，用案例引路有效增加了教学过程的生动性，提高了学生的记忆效果，培养了学生的创新思维、独立思考及综合分析问题的能力，效果非常显著，真正达到了学以致用。

4.实践式教学。课堂讲授对学生来说缺乏直观认识，空泛的灌输也会影响学生听课的积极性，在活动课中插入一些调查研究性的任务，让学生们深入社会生产生活实践中，一方面调动了学生的积极性，另一方面通过理论与实际相联系，可以使课堂更加生动活泼。鼓励学生在课外亲自动手搜集相关资料，比如我国的三河三湖七大水系存在的环境问题及水质现状，各大城市大气质量现状及环境质量公报，历年来国际环境日主题等，就某个问题展开讨论，阐述自己的思想，力求大胆创新。为了调动学生的积极主动性，以小组为单位，以环境问题为主线，布置环境状况相关调研任务，并要求提出相应的对策，题目包括校园学生区生活垃圾成分、堆放及处置状况调研；校园教职工区生活垃圾成分、堆放及处置状况调研；学校学生区用水状况及废水性质调研；学校各马路汽车尾气排放状况调研；校园及周边环境噪声污染状况调研；桔子洲头沿线湘江水污染源调研；桔子洲尾沿线湘江水污染源调研；主校区大门口及公交车站大气污染状况调研；主校区荷花池、铁螺塘及南校区半月湖的水质状况调研等。多年的实践表明，学生通过以上简单的小课题的调研与实践主动去探求解决环境问题的途径和最佳方案，掌握并灵活运用了环境科学基础知识、基本理论和研究方法，学生非常喜欢这种主动参与的方式，通过调研他们的实践调研能力、创新思维能力和团队合作能力等方面均得到了全面的提升，学生在牢固掌握基础知识的同时，具备了一定的科学素养和个人能力。

5.多媒体教学。课件是多媒体教学的主要形式，课件的优劣直接影响教学质量的高低。备课时，以课程内容为基础，精心制作多媒体课件，注重色彩、图案和文字的选择与排版，为学生提供一个图文并茂的学习环境。在播放环境污染状况的图片时充分体现了其直观性，激发了学生的环保意识。概论性质的课程本身具有内容多、信息量大的特点，多媒体教学恰好可以增加课堂容量及信息传授量，这样更能引发学生的好奇心，吸引学生的注意力，加深其对学科知识系统的记忆和领悟能力，促进教学效率的提高。在教学过程中以使用PPT电子教案为主，课堂教学充分应用了动画等多媒体技术，发现学生对动画图片和视频材料感兴趣，比教师单纯讲课更有吸引力，所以在教学中精心筛选了与教材内容相关性高的图片和视频材料。多媒体教学有诸多优势，如多媒体课件呈现信息的速度快，某些课程存在教师要

很好地控制教学进度的问题，但对于《环境科学概论》这门概论性质的课程，教学过程中发现不存在学生跟不上进度的问题。当然，在多媒体教学过程中，适当辅之以黑板板书等传统教学手段，把两者有机地结合起来，才能真正实现“高效、高质、高量”的教学目标。

在教学的过程中理顺教师和学生的“双主体”关系，充分采用模块式教学、互动式教学、案例式教学、实践式教学等教学手段，并让学生上台参与课程内容的讲解；在讲授基本方法与知识的同时穿插最新研究动态和发展趋势，培养学生的学习兴趣；强调学生创新能力的培养，结合冶炼行业的工艺特点，用原理启发式分析冶金行业的环境污染及“三废”处理工程实例；强调科研促教学模式，将本人及课题组的科研工作思路与成果传输给学生，以培养学生缜密的逻辑思维能力；让学生明白环境问题仅靠采取一些新的治理措施、关闭一些污染源，或发布一些新法令是解决不了的，环境问题的解决植根于更深层次的人类社会改革中，它包括对经济目标、社会结构和民众意识的根本变革。这样培养出来的学生更能满足市场需要，在以后的实际工作中更具有环保意识和创新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0037-03

冶金工程国家专业综合改革试点项目（教高函[2012]2号）。

王云燕（1975-），女，中南大学教授，从事冶金环境工程的教学与科研工作。