《水环境化学》课程教学现状与改革方向初探*

彭位华，桂和荣，孙林华，陈 松，林曼利，李致春

(1 宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000；2 宿州学院环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

水文与水资源工程专业为宿州学院资源与土木工程学院2018年新增专业，是国家煤矿水害防治工程技术研究中心、矿井水资源化利用安徽省教育厅重点实验室重要的依托专业。专业目标是培养具备自然科学和人文科学素养，掌握水文水资源、水环境和水利工程方面的基础理论和基本技能，富有创新意识和实践能力，能够从事水文统计与计算、水资源开发利用，水环境治理与保护等及相关领域的高素质应用研究型人才。

《水环境化学》是水文与水资源工程专业非常重要的一门专业基础课，其主要教学目标是通过讲述天然水体化学组成, 分析方法, 水体中各类物质的来源、存在形式、迁移转化过程和分布变化规律等内容，使学生较系统和较深入地掌握水环境化学的基本原理，并为学生学习后续专业核心课程(如水污染控制工程、水环境保护、水资源规划与利用等)的理论教学和专业实践奠定基础。

本文以水文与水资源工程专业，结合学校“地方性、应用型”办学定位、以及所在二级学院“构建服务区域煤炭产业发展与土木、交通、水利建设的学科群”特色，对目前《水环境化学》教学存在的问题进行了分析，并对将来教学改革方向进行了针对性的梳理展望，以期不断改善教学效果、提高学生的培养质量，亦可为同行相互学习提供参考。

1 课程教学过程中存在的主要问题

1.1 理论教学专业特色不突出

目前，国内水环境化学方面的教材主要有: 陈静生编写的《水环境化学》， 汤鸿宵等人根据《Aquatic Chemistry》第二版翻译的《水化学》，戴树桂编写的《环境化学》; 钱会主编的《水文地球化学》和吴吉春等编写的《水环境化学》[3]。不同学科对水环境化学的侧重点不同[1]，总体来看，现有教材各具特色，但针对本校水文与水资源工程专业的培养目标，课程内容在契合度方面或多或少存在偏差。闫志为[4]也认为国内水环境化学领域相关教材要么注重地表水, 要么注重地下水, 而将地表水与地下水等各种天然水有机而全面结合的教材尚不多见。此外，随着社会和经济的发展，新的水污染问题不断出现，单纯依靠以前的理论体系很难解决新的污染问题，比如，新兴纳米材料造成的水污染问题[3]在目前的教材中很少涉及。可见，如何选用一本既全面又前沿，而且能体现专业特色的教材实属不易。

鉴于目前还没有针对水文与水资源工程专业的《水环境化学》教材。通过比对，本课程选用的是张倩和李孟主编的《水环境化学》[5]，该教材是普通高等院校环境科学与工程类系列规划教材，具体章节分布及主要内容列于表1。该教材逻辑思路清晰、内容全面、重难点突出。内容可分为三个层次：①前三章属于基础入门阶段，主要是概述水循环、水污染、水环境污染物、天然水组成与性质、以及主要污染物的迁移转化和水处理方法，教学目标归属情感目标[6]，目标是激发学生学习兴趣，并对全课程要讲授的内容框架有总体了解；②第四～八章是本教材的核心，主要讲授污染物(包括无机和有机)的迁移转化和生物化学过程，重点难点非常集中，尤其强调了重金属和营养盐的迁移转化，教学目标归属知识目标[6]，目标是让学生重点掌握水体典型污染物的迁移转化特征及其相关理论知识；③第九章，主要是概述水污染修复的技术及技术背后的(生物)化学原理的应用，教学目标归属能力目标[6]，将前几章的理论学习串成线，培养学生理论联系实际和学以致用的思维和能力，能体现应用型高校的培养目标。

表1 《水环境化学》章节分布及主要内容[5]

所选《水环境化学》教材[5]环境专业特色鲜明，但对水文与水资源工程专业来说，地下水相关的内容不多。闫志为[4]在分析国内水环境化学领域相关教材的特点的基础上, 为解决已有教材不能兼顾地表水和地下水的问题，将地下水、地表水和大气降水紧密结合在一起，自编了《水环境化学基础》讲义，并在桂林工学院的水文与水资源工程等相关专业教学中使用，取得了较好效果。这为后续的自编讲义提供了很好的思路。但由于本校水文与水资源工程开设时间较短，授课老师对课程体系尚不够熟悉，授课内容的优化程度还不够完善，目前还没完成撰写兼顾自身专业特色的自编讲义。因此，在以后的教学中，应结合学校办学定位和学院煤炭地质“学科群”特色，注重课程内容的优化和自编讲义的编制。

1.2 试验教学学时少，水文特色不足

实验教学可使对课本理论知识进行深入理解及探索，并在此过程中学会寻找问题、思考问题、分析问题并有效解决问题，激发独立思考和创新的意识[7]，这对培养学生的应用能力和综合素养至关重要。目前，《水环境化学》课内实验主要存在以下两方面的问题：首先，课内实验所占比例偏低。在2019年水文与水资源工程专业人才培养方案中，本课程共54学时，其中理论教学42学时，课内实验12学时。由于本课程理论知识较多，要把知识点讲解透彻着实需要占用不少学时，比如第四章“水中无机污染物的迁移转化”理论性强，且重难点尤为密集。即便在疫情期间通过学习通录播这种高密度的教学方式进行，本章仍占用了10个学时。如何在有限的教学时间内使学生全面深入地掌握养殖水环境化学的理论知识，是水环境化学课程教学面临的一个关键问题[1]，也是对教师的一个挑战[8]。若要把理论知识讲全讲透，务必会缩减实验学时。王金叶等[9]和吴坤杰等[2]对水产养殖学专业开设的《养殖水环境化学》课程中，将实验(实践)教学的学时提高到了50%；陶敏等[6]考虑到由于养殖水化学实践操作的重要性，甚至将理论与实验的45+33学时提搞到34+45。可见，实验教学部分目前的学时安排还不够合理，实验学时较少，这不利于学时实验技能的提高和应用型人才的培养。

其次，实验内容有待优化。在12个学时的实验教学中，根据实验室实际条件，目前安排的3个实验为：天然水碱度的测定、多参数水质分析仪测定水中常见水质指标(如COD和氨氮)、原子吸收法测定地下水中重金属含量与污染评价，其中前两个实验属于验证性实验，第三个实验属于综合设计性实验。从实验内容看，这三个实验水化学特色不显明，易于本专业所设专业核心课程《水质监测与分析》的课内实验出现同质化。因此，实验内容的选题和类型需要进一步优化。

1.3 教学方法和手段不够丰富

目前，水文与水资源工程专业的《水环境化学》讲授方式还是以传统的教学模式为主，即在整个教学过程中以教师对于教材知识的剖析讲授为主，所用教学方法还不够丰富，这样不能充分调动学生的积极性与学习的热情，这与培养创新型高素质人才的教学目标严重冲突[10]。疫情期间，主要借助超星学习通平台进行视频录播形式为主，通过作业、课题讨论、答疑等方式对线上教学效果进行考察。目前，还未将多种教学方法和手段综合灵活运用起来。

前人针对不同专业在水化学教学过程中积累了宝贵的教学方法，比如讨论法[8]、以问题为基础的教学模式(即PBL教学法)[10]、任务驱动教学法[6]和案例教学法[11]等。例如：曹桂荣等[10]认为PBL教学法对《环境水化学》教学效果明显优于传统教学模式；刘侠[8]将讨论法运用于环境化学课程的课堂教学中，实际教学过程中将环境化学课程内容构建为一系列的子课题，让学生进行讨论交流、分析推理，最终得出结论，这样既发展了学生的主体性，也培养了学生的创造性；陶敏[6]对水产养殖学专业的《养殖水环境化学》过程中，尝试使用任务驱动教学法，以“个体自主学习+团队协作学习”替代个体独立学习，以“双向探讨式教学”取代填鸭式灌输教学，可以有效提高学生的学习效率和学习兴趣，被广泛应用于应用型学科的本科教学以及高职教学中，但陶老师也同时强调该法对老师和学生的要求较高，过于频繁使用可能会造成学生的抵触和反感，频率过小又容易造成学生对整个知识体系的误解。前人的这些教学改革可为后期不断丰富本课程教学方法提供很好的借鉴。此外，在教学手段方面，白乌云等[12]和许宝红等[13]分别将计算机辅助教学(即CAI课件)和微课体系在水环境化学教学中进行应用探索，取得了一定效果，也为教学手段改革的提供了思路。

2 教学改革主要方向

2.1 调整理论教学章节，突显水文特色

在现有课程学时下，如何最大限度地提高教学效果，需要对教学内容进行优化，不能胡子眉毛一把抓，要注意章节之间了逻辑关系，强调重难点。首先，合理安排教学顺序，针对本课程选用的是张倩和李孟主编的《水环境化学》[5]，将第三章“水体污染”的内容进行分割，不再单独深入讲授，将有限学时用在刀刃上。调整后的章节及内容逻辑关系列于表2。表1中原第三章具体内容分割方法是：“天然水的污染”放至调整后的第一章(表2)、“水体主要污染物及迁移转化”中的有机污染物放和无机污染物分别分解至调整后的第三章和第四章、“水中营养元素和水体富营养化”放至调整后的第六章、“水处理方法概述”放至调整后的第八章。但是务必将课程的内容框架和章节间逻辑关系在绪论部分给学生讲解清楚，讲明重难点。其次，在优化教学内容方面，应结合学校所在的煤矿地缘优势与学院特色，适度增加地下水化学的相关知识，充分体现水文与水资源工程专业的综合性与特色。将地下水污染、地下水水化学类型、采煤矿区不同含水层地下水中污染物、地下水污染的修复概述等知识点分别适度分解至第一章、第二章、第四～七章、第八章(表2)。

表2 调整后的《水环境化学》章节分布与内容

2.2 增加实验学时，优化实验教学内容

应用型人才的培养质量在较大程度上体现在理论联系实际的能力、实践动手能力和创新能力方面[14]。基于目前《水环境化学》课内实验存在的问题分析，可通过增加实验学时，优化实验教学内容来改善实验教学效果。

首先，增加课内实验学时。目前实验教学只有12个学时，在课程内容安排上捉襟见肘。可尝试将实验教学增加至16个学时。实验数量有3个增加至4个。其次，优化实验内容，体现水文特色。调整后4个课内实验为：实验1 不同水体常规离子的测定及水化学类型划分、实验2 二价铁离子与邻菲啰啉配合物的组成及其稳定常数的测定、实验3 原子吸收法测定地下水中重金属含量与污染评价、实验4 采煤矿区地表水氟含量超标去除方案设计。调整后，实验内容更加全面，4个实验知识点分别依次归属于第二章、第三章、第五章和第八章。实验类型不仅包括基于理论知识的验证性实验(如实验2)，还包括综合性实验(如实验1和3)和设计性实验(如实验4)。实验内容也不再是简单指标的测试，而是强调在基础指标测试的基础上来训练学生分析问题和解决问题的能力，这样能体现专业特色和应用型人才培养的目标。最后，注意与其他实践课程相互配合，将《水环境化学》课内实验的部分工作借助实践教学环节来完成。例如，水文与水资源工程专业同期还开设有为期2周的《水文测验与水质监测综合实习》专业实践课程，调整后的实验1、3或4中的采样工作就可借助该实践课程来完成，但前提条件是要合理安排好两门课的教学进度，尽量做到无缝对接。这样不但可以最大限度地利用有限课时，而且可以提高学习效率，一举两得。

此外，开放实验室不仅可以弥补课堂实验教学的不足，提高实验教学质量，还可以提高学生实际动手能力和科研能力[15]。王金叶等[9]通过开放实验室，建设常见水质指标检测平台，对水环境化学探究性实验教学进行了探索，引导学生改变学习方式，认为该法可以提高应用型高校学生的创新意识和能力培养。目前，学院实验室正在改造，随着实验条件的不断提升以及实验资源的不断优化配置，后期可以尝试建立针对本科生的开放平台。

2.3 运用多种教学方法和手段，提高教学效果

灵活运用多种教学方法和手段可以给学生以新鲜感，提高其学习积极性和整体教学效果。首先，将疫情期间建立的多章节录播视频课程资源，在后期的教学工作中充分利用起来。可尝试开展线上和线下相互动的教学方式，其中线上录播视频主要供学生预习以及简单章节的自学，而线下教学则集中在重点和难点的内容讲解，以及学生实验实践活动。这样可以减少理论课任务重课时少的压力，同时还有望给实验教学相对多一点的学时。其次，前人在水化学教学过程中探索使用的讨论法[8]、以问题为基础的教学模式(即PBL教学法)[10]、任务驱动教学法[6]和案例教学法[11]等。可针对不同章节教学内容特点，进行灵活、适度应用。最后，在教学过程中，对理论教学和实验教学内容的不断优化，建立相对稳定的教学方法和手段，逐步形成具有水文与水资源工程专业特色的自编讲义或教材，以培养应用型人才为导向，同时兼顾理论教学和实践技能，不断提高《水环境化学》的教学效果。

3 结 语

水文与水资源工程专业所开设的《水环境化学》在教学过程中还存在一些问题，比如理论教学内容专业特色不突出、实验教学学时少，水文特色不足、教学方法和手段还不够丰富等。在今后的教学过程中，可从调整理论教学章节，突显水文特色、增加实验学时，优化实验教学内容、并灵活运用多种教学方法和手段等途径来进行教学改革，不断提高教学效果。