基于工程教育认证标准的机械类学生的《环境化学》课程理论教学环节探讨

朱海东 张明元 田光梅 刘东静 俞兆喆 赵亮亮

摘 要：《环境化学》是化学学科中的尤为重要的一门课程。如今我国的社会经济发展迅速，城市化进程进一步加快，与此同时也带来了生态污染、环境破坏、资源流失等一系列问题，如果不加以防治，问题会逐渐恶化，机械类学生在完成传统本科教学基础课的同时，也应该注重环境保护和治理，认识到环境问题在当今机械生产中也是重要的一环。在适应工程教育认证毕业指标点的前提下，在众多化学学科课程中选取最适合机械类学生的《环境化学》，能够使得学生进一步理解工程实践对环境、社会可持续发展的影响，更好地完成预定的教学效果。

关键词：环境化学；机械类学生；工程教育认证

一、 引言

环境化学学科是化学学科的重要分支。在地球生态逐渐恶化的今天，环境问题的日益突出，促使了人们环保意识的增强。我国现在高度重视环境污染问题，习总书记曾强调，人和社会持续发展的根本基础是良好的生态环境，环境保护和治理的重点是解决损害群众健康的突出环境问题，坚持预防为主、综合治理，强化土壤、大气、水的污染防治，着重推进重点区域和流域环境污染防治。这促使高校的各个专业更加重视本专业对环境的影响。同时依照工程教育认证标准，专业制定的毕业要求应完全覆盖认证规定的“十二条”要求。其中第七条提出要求能够理解和评价对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。对此要求可以理解为两点，其中一点为理解机械工程的实施和运行对生态环境的影响，能充分考虑机械工程实践与环境保护的突出问题，另一点树立绿色制造的理念，正确评估机械工程领域复杂工程问题的工程实践对环境社会可持续发展的影响。故我校对于机械类学生准备增开《环境化学》课程，使机械类学生在将来投身本学科研究和社会建设时对环境问题有进一步思考。

二、 理论教学过程分析

（一） 教学内容

图1 环境污染物的三个闭环大循环

环境化学课程涉猎的知识包罗万象，但是总体来说，按照图1所示，可归结为污染物在大气圈、水圈、土壤圈三个圈层之间的循环往复。可以以这个循环为一个教学主线进行讲解。这样就可以将环境化学梳理为一条三个圈层之间的遵循三个圈层转换规律的污染物转化迁移的闭环，按照三个圈层来拆分并组织教学内容。

1. 大气圈层中污染物转化迁移

从大气结构分布图引入该内容，针对大气圈层垂直分布的讲解作为整个内容的重点，由于此部分内容在初高中教科书中有系统的体现，因此便于学生理解，也对进一步理解各个污染物分子转迁规律打下良好的基础。

大气污染物的迁移涉及很多化学计算方法，因此不作为重点内容呈现在机械类学生面前，这样可以避免突然间的知识难度提升。学生理解了大气圈层结构就可以达到对于机械类学生的要求。

大气污染物的迁移涉及诸多的迁移模型，在讲授过程中重点应放在双原子分子和三原子分子的相对简单的迁移模型，这样就可以避免多原子分子的复杂迁移模型对学生造成的困惑。

以上设想是基于工程教育认证背景下，并不追求让机械类学生理解到深邃的化学规律，这和化学专业学生所要求的有所区别。不过，对于大气污染物这一章节来说，理解了诸如硝酸生成源、臭氧生成源、盐酸生成源甚至硫酸雨生成源的机理和过程，由此更加理解机械工程的实施和运行对生态环境的影响，已经达到了工程教育认证毕业指标点第七条的要求。

2. 水圈层中污染物转化迁移

水圈层涉及的化学反应规律以及化学反应模型对于机械工程类学生来说，都是难以理解甚至是晦涩难懂的。面对工程教育认证所需要的要求，就必须对水圈层设计一套切实可行的讲授内容。

对于水圈层污染物的转化迁移，所遵循的基本水体自净规律以及基本水体平衡规律，机械工程类的学生还是可以理解的，因为这里涉及水体溶解氧规律是高中化学所提及的，但是面对水体最重要的碳酸平衡，所体现的教学内容又是重点，因此在本环节涉及了实践教学内容，来帮助学生理解碳酸平衡。因为单纯的罗列碳酸平衡模型对于没有相关知识积累的学生来说又是难以接受的部分。

当学生理解了水体平衡规律之后就开始了水体污染物转移的讲授，这一部分所涉猎的水体动力学甚至分子动力学规律，是难点。这一部分诸如亨利定律，能斯特方程，共代谢模型，双模理论等的讲解，如果强调推导过程，就偏离了工程教育认证的标准要求，因此这部分可以把导出结论或者模型本身展示给学生。着重于一些实例的讲解，通过具体水体例证来解释相关模型或者定律，使学生能充分考虑机械工程实践与环境保护的突出问题，达到工程认证要求。

3. 土壤圈层中污染物转化迁移

在土壤圈层的讲解中，重点规律即为离子交换模型，只有遵循了离子交换规律才能揭示土壤圈层中污染物的转化特征。离子交换模型在高中化学中也有所涉及，这部分内容可以作为重点讲解。对于土壤中污染物转化是基于上述离子交换模型的，这部分推荐使用实践教学方法在前，通过实践，可以让学生更加形象地理解土壤圈层中污染物转化迁移，也就为后期关于树立绿色制造的理念，正确评估机械工程领域复杂工程问题的工程实践对环境社会可持续发展的影响理论讲解奠定了基础。

综上所述，本课程的理论教学遵循大气圈层、水圈层、土壤圈層三个闭环来讲解，讲解中要紧扣工程教育认证标准，避免复杂化学定律和模型的讲述，衔接学生所学高中化学知识，深化学生对环境概念的解读。

（二） 教学疑难点的解析方案

在本课程教学中，面临的最大矛盾就是授课教师与听课学生之间的知识差距。授课学生普遍是机械工程类的大三学生，他们并没有接受大学化学知识的传授，而授课教师均具备化学背景，比如本人所在学院开设本门课程的教师多为化学专业出身。

上述背景就必须授课教师明白如何搭建环境化学讲授内容的整体难易矩阵图，讲授课程中，必须基于工程教育认证所提出的标准来完成这些难易程度不同的讲授环节。表1是课题组基于前期研究所做出的相关矩阵图。

对于复杂的化学规律，可以直接给出结论而不是每个公式或模型都要有推导过程。例如大气圈层污染物转移中，紧扣大气酸雨，大气酸雾，伦敦烟雾等环境最相关知识来设计讲授内容；水圈层污染物转移中，也要紧扣赤潮，淮河污染等问题来设计授课方案；而土壤圈层污染物转移中，更是要紧扣沙漠化，盐碱化等关注点来讲授。这样才能最终紧扣工程教育认证要求，避免求难求复杂的讲授方法。

（三） 考核方式

作为整个基于工程教育认证的环境化学教学闭环的最后一环，考核方式也是最重要的一环。作为期末考试题的出题方向，要紧扣国家面临的重大环境问题和迫切需要解决的有关环境的民生问题，以及关于环境方面国家的重大举措。对于实践环节的考核，在实践报告中，必须紧扣工程教育认证所提出的指标点要求，让学生切实理解环境问题是复杂的工程问题。

三、 小结

开展教学改革以顺应时代发展，所以教学改革一直都在探索的路上，2016年，在我国正式加入国际上最具影响力的工程教育学位互认协议《华盛顿协议》后，不仅仅是毕业生学位得到《华盛顿协议》其他组织的认可，提高了我国工程教育的国际影响力，同时也为教学改革提供了思路。绿水青山就是金山银山，把环境课程加入各个专业势在必行，机械类专业作为传统工程技术科学学科，同时也是易产生重污染行业之一，为使学生更加适应学科研究和社会建设，将来加入《环境化学》课程便更显得尤为重要，可以达到学以致用的效果。

参考文献：

[1]马会强，姜虎生，李爽，胡春玲，赵国峥.基于工程教育专业认证的环境工程专业课程体系改革[J].科技信息，2014（8）：12+16.

[2]张秋根，陶友青，陈素华.基于工程教育专业认证的环境工程专业培养目标特色化构建[J].江西化工，2011（1）：49-51.

[3]刘明华，刘以凡，林春香，骆微.新形势下环境工程学科的建设与发展[J].海峡科学，2016（2）：70-72.

[4]蒋宗礼.工程教育专业认证指标解读[J].计算机教育，2008（13）：10-13.

作者简介：

朱海东，张明元，田光梅，刘东静，俞兆喆，赵亮亮，广西壮族自治区桂林市，桂林电子科技大学机电工程学院。