本科生与研究生环境化学课程教学内容和模式的差异*

汪群慧 宋娜 陈月芳 常雁红 吴川福

(北京科技大学土木与环境工程学院环境工程系 北京 100083)

本科生与研究生环境化学课程教学内容和模式的差异*

汪群慧**宋娜 陈月芳 常雁红 吴川福

(北京科技大学土木与环境工程学院环境工程系 北京 100083)

探讨本科生与研究生环境化学课程教学内容和模式上的差异，提出本科生教学以传授基础理论为主，以污染事件为切入点，强调系统性、趣味性和特色性，采用问题教学法、案例教学法和视频教学法等方法；而研究生教学以归纳总结知识点为主，关注研究热点和前沿问题，强调衔接性、主动性和应用性，采用互动教学法、体验教学法、文献归纳法等方法。

本科生与研究生 差异 环境化学 教学内容 教学模式

化学类、生物学类和力学类基础课程是环境科学的三大支柱课程，环境化学作为环境学科专业基础课程之一，对于培养学生的专业基础及研究应用素质具有举足轻重的作用。针对不同专业基础及专业需求的教学对象采用相适应的教学策略和方法，是促进学科发展以及健全专业人才培养机制的当务之急[1-2]。

本教学组承担了环境工程专业本科生限选课环境化学以及环境科学与工程专业硕士研究生必修课环境化学及应用的教学工作。传统的环境化学课程在本科生与研究生的教学理念以及教学思维上并没有清晰的界定，由此造成了本科生与研究生课程内容重复。本科教学时描述性内容多，比较单调和枯燥；研究生教学时难以兼顾学过或未学过环境化学课程学生的理解程度和需求。

为提高环境化学课程的教学效率，优化教学方法，提升教学质量，本文通过课堂调查、学生反馈、教学经验总结等途径，深入了解不同阶段学生在环境化学学习中的感受，并结合作者在环境化学课堂教学的体会，对环境化学课程在本科生与研究生教学实践中的差异性和侧重点进行了分析，针对目前教学中存在的突出问题，提出解决方法和改革建议，以期达到环境化学课程教学改革的理想效果，并为同类学科的课程建设提供参考性意见。

1 本科生与研究生教育教学的差异性

本科生和研究生在基础能力及研究深度上的差异决定了环境化学课程教学方法及内容的不同。

在知识基础方面，本科生处于课程学习的初级阶段，对于基本概念与基本内容的认识模糊，且对专业历史成果及未来发展方向也所知甚少，缺乏实际操作和现场经验，因此在有限的本科学习时间内很难做到专业知识的融会贯通和深入探索；对于研究生而言，本科阶段的基础培养以及知识储备，使他们具备了一定程度的专业基础和科研条件，有能力接触、理解并从事较高水平的前沿课题，能够深入地学习，独立地思考并大胆创新。

在培养目标方面，本科期间的专业教育旨在帮助学生建立起特定专业的基础体系，渗透该专业的基本理论与研究思想，更强调基本知识的积累和初级技能的掌握；而研究生期间的专业教育是为了培养研究生在该领域的研究素养、创新思维与创造激情[3]，其内在的学术创造性及实践突破性决定了研究生的专业性、高水平、深层次的发展方向。

在教育氛围方面，本科期间公共基础课占用学时较多，导致专业教育受限于整体的课程安排，专业教学工作缺乏深入的理论指导和实践机会；而研究生的专业程度与学术环境更有利于开展专业性的教育工作，以导师指导和项目课题为支撑的科研条件也更容易促进研究生对基础知识的升华和未知领域的探索[4]。

根据以上分析，针对本科生和研究生的不同特点，应分别采用合理的教学模式，使课堂难度符合不同阶段学生的专业基础，以激发学生的学习热情，满足人才培养的需求。

2 本科生与研究生环境化学教学内容的差异

环境化学教学工作的基本任务和要求是：通过有效的教学途径让学生牢固掌握本课程基础知识和理论，譬如各种不同介质中污染物种类、存在形态、迁移规律、环境效应，以及污染问题的发生机制和防御、控制措施等[2,5]。本科生与研究生在接受教育过程中主客观条件均存在很大不同，由此决定了课程设置侧重点存在较大差异。

2.1 在本科生教学中强调系统性、趣味性和特色性

本科生环境化学课程教学应当以传授基础知识和理论为重点，使学生能够系统掌握环境化学的研究内容和基本概念，在此基础上培养一定的分析问题解决问题的能力。因此在32学时的环境化学课程中，系统安排了2学时绪论，6学时水环境化学(包括天然水环境概述,水环境中污染物的化学转化、相间行为和界面过程等)，6学时大气环境化学(包括大气污染物的光化学转化过程，化学转化、大气气溶胶污染等)，6学时土壤环境化学(包括土壤组成与性质，重金属和农药在土壤环境中的迁移、转化，污染土壤的修复原理)，4学时污染生态化学(包括污染物的生物富集、生物转化类型及微生物降解途径等)，2学时专家讲学或学生演讲，4学时环境化学实验，2学时考试。

对本科生而言，应以媒体报道的污染事件以及日常熟悉关心的事情为切入点，引发学生对环境化学问题的思考，引领学生从环境化学角度分析事物发生的机理机制，理解并掌握其中涉及的污染物质及其迁移转化过程。如在讲到毒奶粉事件中的三聚氰胺时，首先提出问题：为什么三聚氰胺对人体有毒害作用？然后从三聚氰胺的分子结构及其在人体中参与产生的一系列化学反应入手，逐步揭开毒奶粉毒害人体的机理：三聚氰酸与三聚氰胺结构比较类似，并且二者在化工生产过程中常常同时存在。在奶粉中直接加入三聚氰胺，也就同时掺入了混在三聚氰胺当中的三聚氰酸。这两者同时存在时，能够依靠分子结构上的氢氧基与氨基之间形成水合键，从而将二者连接起来形成一个很难溶于水的网格结构。当它被摄入人体后，三聚氰胺和三聚氰酸分别被吸收入血液，最终会被血液运送到肾脏，在肾脏细胞中，两种物质形成不溶于水的大分子复合物，并沉积下来，形成结石，从而可能造成肾小管阻塞，导致尿液无法顺利排除，使肾脏积水，最终导致肾脏衰竭。通过上述事例分析，可使学生“既知其然，也知其所以然”，使枯燥的内容变生动，使抽象的东西具体化，让学生感受到环境化学与自己的生活息息相关。这些对于提高学生学习兴趣、夯实专业理论基础很有意义。类似的例子还有地沟油、瘦肉精、苏丹红、毒胶囊、双酚A奶瓶、皮革老酸奶等。

北京科技大学(原北京钢铁学院)素有“钢铁摇篮”之称，采矿、选矿、冶金、材料等优势学科齐全。而冶金、矿业等重工业行业是污染大户，需解决的问题多且具有特殊性，故培养适应行业特点的环境工程应用型人才，是行业发展的需求，也是北京科技大学环境工程专业人才培养的目标。因此，在讲课中需融入冶金、矿业污染治理的内容，以激发学生对学校、对行业和专业的热爱。如在绪论中安排介绍钢铁冶金工业流程中焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等主要产污环节；在水污染化学中介绍焦化废水、高炉废水、炼钢废水、连铸废水、轧钢废水中的主要污染物(如酚及其化合物、氰化物、重金属离子、酸和碱、固体悬浮物等)及特性；在大气环境化学中介绍炼铁和烧结过程的粉尘以及烧结机烟气、焦化烟气、炼钢烟气(转炉、电炉)中的主要污染物(如SO2、氰化物、烟尘、CO、NOx等)及特性；在土壤环境化学中讲述因废石、尾矿、炼钢渣(转炉、电炉)、铁合金渣、含铁尘泥等的堆积造成的土壤污染等。

2.2 在研究生教学中强调衔接性、主动性和应用性

研究生经过本科阶段的学习，已经具备了一定的专业理论基础，其认知理解能力也相对较强，若还是以讲授理论基础知识为主，有些会与本科阶段的学习内容重复。由于接受起来太过简单，有可能造成课堂效率低下、学习热情下降等问题。因此，在硕士研究生教学中，只归纳总结本科阶段所学的环境化学基础知识重点和难点内容。

为提高研究生创新实践能力，教师以硕士毕业论文中出现的环境化学问题为切入点，或从最新的相关期刊论文、学术会议论文及国家自然科学基金等资助的课题中寻找新素材，探讨本领域的热点和前沿问题(如城市与区域大气复合污染、VOC与PM2.5的相关性等)，并让研究生利用环境化学的知识进行深入分析与解释，使研究生在夯实理论基础的同时，提升理论分析和应用的能力。如针对硕士论文“低C/N污水生物脱氮与污泥减量联合工艺的研究”中出现的外加有机酸碳源引起碱度不足，从而导致氨氮去除率下降的问题，引导研究生通过硝化反应式计算所需添加的碱度，从而折算成需添加的CaCO3量，以提高他们解决实际问题的能力。

3 本科生与研究生环境化学课程教学模式的差异

3.1 本科生教学多采用问题教学法、案例教学法、视频教学法

环境化学涉及多学科多领域，内容多且理论性较强。如果采取传统的填鸭式教学方式，教师讲学生听，很难激发学生的学习热情，课堂效率也会受到影响。因此，如何吸引学生，激发学生自主学习，是环境化学教学改革的关键。

对于本科生，主要采用问题教学法、案例教学法[6]、视频教学法，以使课堂生动、活跃。问题教学法[7]中的“问题”是调动学生积极思维的“催化剂”，学习者通过解决真实性问题，可以提高自主学习的能力。如在讲到氧化还原时，首先提出问题：水体为什么会产生富营养化、富营养化现象中主要涉及到的化学反应有哪些？在讲到沉淀溶解时，提问：桂林的溶洞和石钟乳是如何形成的？在讲到酸雨时，首先提出问题：为什么人们把pH小于5.6的降水定义为酸雨？这些问题可以通过预先布置思考题和习题的方式发给学生。但问题教学法要注意的是：① 根据教学目的和教学内容对问题进行设计，然后提出问题；② 提问方式应该是多样的、变化的；③ 设计的问题应该明确、具体，有较强的针对性、联系性、概括性和可讨论性，问题围绕特定的教学目的，问题越明确、越具体，越能启发学生的思维。

案例式教学，就是将涉及环境化学的很多案例作为素材渗透到环境化学的课堂中，借用大量的幻灯片与影像资料，给学生直观、形象的感受。如吸烟的危害机理、肾脏肝脏的解毒作用、PM2.5的污染特征新房装修带来的室内空气污染、茶叶蔬果中农药残留等；又如以最近大家比较关注的雾霾问题为素材，从环境化学的角度来分析雾霾天气产生的原因，空气中的主要污染物及其形成过程、迁移转化机理等。学生自然而然会对这些问题进行思考，求知欲被激发，课堂氛围就会生动活泼，学生对理论知识的理解和掌握就会轻松些。

视频教学法是根据知识点选择视频，并加以编辑剪接，在播放前提出问题，让学生带着问题边思考边看，以生动形象的视觉刺激给学生以感性认识，看完视频后组织讨论，可以激发学生的学习热情，提高学习效率，取得较好的教学效果。

3.2 研究生教学多采用互动教学法、体验教学法、文献归纳法

由于研究生已具备一定专业基础，对环境领域的热点问题已有一定了解与认识，所以研究生课堂授课可采用教师与研究生共同授课的方式，并采取互动教学法、体验式教学法。互动教学法是教师针对环境化学领域的某一热点问题组织研究生展开讨论，让他们利用课堂所学知识进行解答，充分发挥其主观能动性，更大程度上是自己去学习研究，而不仅仅是听教师讲。体验教学法是设置“研究生讲台”，研究生自由分组，每组3～5人，选取感兴趣的题目查阅资料、总结归纳，每组派1人为全班同学演讲10分钟，由教师和同学进行提问，组员回答并讨论10分钟，强调以化学反应式说明污染物迁移、转化、去除的过程。对于在课堂上解释不了的问题，可以在课后重新查阅资料进行解答，教师在期末将所有问题及答案整理成文再反馈给研究生。这种 “研究生讲台”教学模式占环境化学及应用总学时数的50%左右，让所有研究生参与其中，畅所欲言，课堂气氛活跃，受到了研究生的好评(学生教学评价年年优秀)。大家普遍反映，对于这些专业热点问题的讨论，丰富了专业知识，培养了理论结合实际的思维方式，对其自身研究能力、实践创新能力、团队合作意识等的提高都有重要作用；此外，站在讲台上展示自己的学习和研究成果，对研究生自信心及综合素质的提高也有积极促进作用，同时还能促进学生与学生之间、学生与教师之间的沟通和交流。

文献归纳法是指研究生在课程结束后，就环境化学某方面的问题，自己查资料、定题目，写一篇综述性文章。可以是大气、水、土壤等环境介质中的污染问题，也可以是某类典型污染物的环境行为和效应研究，还可以就当前出现的典型环境事故发表看法。比如矿山和冶金工业污染物的产生、迁移转化、矿区周围的环境污染综合治理问题等等。课程论文内容3000字左右，除了文章格式要符合一般研究论文的要求之外，还应综合考查文章是否有创新，要求学生在总结他人研究成果的基础上，通过自己的思考提出新见解，且论文要求必须涉及化学反应式并至少阅读5篇英文文献，以锻炼学生归纳总结文献与撰写学术论文的能力。

4 结论

(1) 针对本科生和研究生知识基础和培养目标的不同，采取不同的教学内容和模式。

(2) 本科生教学以传授基础知识和理论为重点，以污染事件和日常生活中的环境化学问题为切入点，强调系统性、趣味性和特色性；研究生教学以归纳总结知识点和重点为主，以本学科硕士毕业论文中出现的环境化学问题为切入点，探讨本领域的热点和前沿问题，强调衔接性、主动性(自学教材)和应用性。

(3) 本科生教学以教师授课方式为主，采用问题教学法、案例教学法、视频教学法；研究生教学采用教师和学生共同授课方式，采用互动教学法、体验教学法、文献归纳法。

(4) 课程教学改革是一项长期的工作，是一项良心工程，需要甘于付出和不断创新，才能提高教学质量。

[1] 吴耀国.西北工业大学学报(社会科学版),2002(1):89

[2] 周健.江苏技术师范学院学报,2005(4):71

[3] 付颖,叶非.大学化学,2014,29(2):20

[4] 包水梅,高洁.现代教育科学,2006(1):139

[5] 熊宇迪,李生才,冯长根.安全与环境学报,2008(2):23

[6] 邓红梅,陈永亨,宋刚,等.广东化工,2009(5):207

[7] 蔡苹,胡锴,程功臻.大学化学,2014,29(3):25

TheDifferencesbetweenUndergraduateandPostgraduateinTeachingContentandModeofEnvironmentalChemistryCourse*

Wang Qunhui* *Song Na Chen Yuefang Chang Yanhong Wu Chuanfu

(DepartmentofEnvironmentalEngineering,BeijingUniversityofScienceandTechnology,Beijing100083,China)

This paper probes into the differences between undergraduate and postgraduate in teaching content and mode of environmental chemistry. It puts forward that undergraduate teaching is based on teaching the basic theory, with pollution incident as the breakthrough point. Undergraduate teaching emphasizes systematicness, interestingness and characteristic, adopting methods of problem teaching, case teaching and video teaching. However, postgraduate teaching mainly sums up knowledge points, focus on the research hotspot and frontier problems and emphasizes bridging, initiative and applicability. It adopts methods of interactive teaching, experience teaching and literature induction, etc.

Undergraduate and postgraduate; Differences; Environmental chemistry; Teaching content; Teaching mode

10.3866/pku.DXHX20150411

北京市支持中央在京高校人才培养共建项目(No.GJ-201205) ；北京科技大学教育教学改革与研究重点项目(No.JG2012Z03)；2012年度校级“十二五”规划教材(No.JCYB2012009)

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O6；G64