《环境化学》是环境科学专业重要的专业基础课。针对学生缺乏基础化学知识的特殊情况,我们在《环境化学》教学模式、相关内容的补充等方面做一些改革尝试。建议制定该专业新的培养计划时,尽可能增加基础化学课程。
环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题。大量的环境问题,尤其是环境污染,不仅仅是与化学物质有关,而是毫不夸张地说,约有80~90%的环境污染问题是由化学物质引起的。
环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的,是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它在掌握污染来源、消除和控制污染,为确定环境保护决策提供科学依据等方面都起着十分重要的作用。因而可以讲,环境化学是环境科学的核心组成部分,一个优秀的环境科学专业人才培养计划,定给予《环境化学》课程高度的重视。
在我校航海工程学院、航海动力与热力工程系以及化学工程系等的环境科学专业培养方案中都将《环境化学》列为重要的专业基础课,并分配了至少80学时,这充分说明我校环境科学专业人才培养过程中对重要环境问题的重视。
学习《环境化学》需要一定的化学基础,要求学习者最好具备无机化学、分析化学和有机化学等的有关知识。
在国家教育部规定的本科四年最大学时的范围内,为突出我校在环境科学专业的办学特色,航海工程学院、航海动力与热力工程系在制定本院(系)环境科学专业教学计划(至少1999级和2000级如此)中,不可能给予环境化学基础知识有太多的学时,希望都能够在120学时的环境化学教学过程中弥补。
在有限的学时内,既要完成对同学必要的环境化学所需的化学基础的补充,又保证同学们能很好掌握环境化学的知识,达到教育部的有关要求,这不仅是对传统的《环境化学》教学方法的挑战,也是对教师综合素质的一种检验。
它要求教师必须在教学方法与模式上进行改革、探索与创新,方能实现上述目标。本文是针对笔者在《环境化学》教学过程中对教学方法与模式的改革、探讨及其实践过程中的痛苦经历、悲惨教训和成功经验的总结,以期为相同背景条件下课程的教学提供借鉴,同时更期望得到同行更多的指点与帮助。
将基础化学知识的补充融入到各有关环境问题形成机理章节的讲述之中向仅有中学化学基础知识的同学直接讲述《环境化学》,不仅对同学们而言,听懂、学好是一件不容易的事,同时让同学听明白、掌握教学大纲所要求的知识,不说是对一位初上讲台的教师,甚至是对经验丰富的教师,可能也是一种挑战。
刚接手此课时,我就心有余悸,害怕误人子弟。为完成好这光荣的使命,便提前一个学期备课,并向学识渊博、教学经验丰富、效果好的教师请教。为保持《环境化学》原章作者简介:吴耀国(1967-),男,河南信阳人,西北工业大学化学工程系副教授、博士。节内容的系统性与连贯性,他(她)们建议可以尝试集中补充有关的基础知识,然后再讲授《环境化学》。
一段时间的尝试,结果证明:同学们的确是很好的掌握了所补充的基础知识,但普遍感觉所学的补充知识与环境化学内容的联系不很紧密,同时(因需补充的内容多与学时相对较少之间的矛盾)讲解速度较快,在讲述基础知识与环境化学联系也存在困难。
基于上述经验,我们采取将基础化学知识的补充融入到各有关环境问题形成机理章节的讲述之中,收到了较好的效果。
稳定产物上述9个反应式中,前三个反应为一般无机反应;中间三个反应为碳氢反应;后三个反应为自由基反应。由于同学没有自由基及自由基反应的知识,在这里补充自由基及其反应的基本知识。
上述3个反应皆为氧化还原反应。为清楚富营养化现象的机理及危害,必须补充有关氧化还原反应的基本知识。为此,在讲述"富营养化"之前,我们首先讲述了氧化还原反应的概念,并结合上述反应的和进行讨论,最后讲述化学反应方程式的配平。
这样讲授,即补充学习了相关的环境化学基础知识,同时又使同学学习并理解了《环境化学》课本中讲述的重要环境问题的形成机理及危害,并真正感受到理论基础、理论及实践之间的密切联系。到《环境化学》课程结束时,得到同学们的一致好评,说明了该种尝试具有一定的可行性。
改变一贯的由老师讲为大家一起讨论,将野外实际问题引入课堂,调动同学们主观能动性与积极性,激发学习《环境化学》的兴趣,共同学好《环境化学》
环境化学是利用化学知识分析、研究环境问题中有关的污染物存在、化学特性、行为和效应及其控制原理的科学,其中多是一些描述性内容。受中学化学的影响,同学普遍认为《环境化学》也应该与高等数学那样,多为一些数学公式的推导,这样,同学们的认识上与客观实际之间就存在一定的偏差;绝大多数同学认为,对于描述性内容,枯燥无味,只需死记硬背即可,因而平时多不认真听讲,更不愿意思考。
为改变这种被动局面,改变一贯的只由老师讲为大家一起讨论,要求就同学们身边的环境问题,分90西北工业大学学报第22卷析形成的原因、污染物可能迁移转化的途径,并寻找其预防与治理的可能方案。
例如,讲述水环境化学的有关章节时,要求同学们分析西安护城河水的既黑又臭等污染现象形成的化学机理。
为便于大家准备,上课之前,事先将问题向同学们进行了交代。同学们的反应是超乎想象的。为对现象有个深入的了解,有些同学到图书馆查阅资料、文献,部分同学自觉分成小组进行专题讨论,甚至有的同学利于课余时间对护城河进行专门调查,将向河流排污的污染源进行分类,观察记录河流水质面貌,并采集一些水样到实验室进行分析化学,收集第一手资料。课堂上,同学们有备而来,争先恐后,畅所欲言,纷纷阐述自己对问题的理解。
最后,老师将大家的见解归纳总结,必要时进行一定程度的补充,这样既达到讲述课本要求的相关知识学习的目的,深化了对有关环境问题的理解,还为其给出一系列防治的措施。再如我们在讲大气环境化学的硫酸烟雾现象时,要求同学们分忻西安大气污染形成的化学机制,并与重庆地区大气污染的化学机制与后果进行比较。
这样将书中许多描述性内容与我们身边的实际环境问题紧紧地结合起来,使枯燥的东西变得多味了,使抽象的东西具体化了,使同学们对《环境化学》的学习主动了。尽管讨论时,有时争论得面红耳赤,但同学们普遍认为,该方式调动起了大家的主观能动性与积极性,增加了理论与实际的联系,激发了学习的兴趣,应多给予鼓励。
精心进行实验设计,用最少的学时,尽可能地补充最多的基础化学知识,为后需课程的学习奠定基础由于学生培养方案中没有涉及基础化学,这就使得《环境化学》这门专业基础课的学习任务更加艰巨,不仅要向同学们补充《环境化学》学习所需的基础化学知识,同时还要培养同学们化学分析操作技能,掌握《环境监测》、《水污染控制工程》等专业课中的一些常规监测项目的分析监测方法。
基础化学知识可以通过课堂讲解来进行补充,而实验技能只有在实验室里通过合理的实验训练来提高。为此,在有限的学时内,我们特别精心设计了5个实验:天平称量练习,水的钙硬度,镁硬度和总硬度的测定,水中铁离子的测定,溶解氧测定。
在实验的预习与讲解时,着重加强与后续专业课(如环境监测、水污染控制工程)及实际环境问题的有机联系,在实验过程中,强调操作的规范化训练;测验时,增加实验成绩在总成绩中的比重,实验报告的完成质量占5%,并在考试中涉及到实验内容的也近5%。
这样将理论与实际相结合,将理论基础课与后续专业课相结合,将学生主观能动性与压力相结合,在培养学生对待实验的认真态度及良好科学作风,提高学生实验动手能力等方面都具有显著的成效。
结论尽管实践证明,以上种种措施的采取,对于激发同学们学习《环境化学》的兴趣有显著的成效,但在有限的学时内要求同学们掌握如此多的知识,的确有不小的难度,希望在制定新的培养计划时,能够尽可能地增加基础化学课程,哪怕是增加《大学普通化学》,可能会更利于《环境化学》的学习,利于后续环境专业课程的学习。
