刘 博 彭卓越 汪 靓 孙一迪 李 敏

扬州大学水利科学与工程学院 江苏扬州 225009

1 概述

水环境化学是环境化学的分支学科之一,主要研究化学物质在水环境中的存在(包括浓度、形态和分布)、行为(包括迁移、转化和归宿)与效应(环境效应和生态效应),在农业水利工程建设各个方面都发挥着重要作用。2021年国务院提出“十四五”规划纲要,其中“全面推动长江经济带发展”和“扎实推进黄河流域生态保护和高质量发展”章节中明确提出实施城镇污水垃圾处理、工业污染治理、农业面源污染治理,开展汾渭平原、河套灌区等农业面源污染治理等。因此,在“十四五”规划背景下,国家对高等院校农业水利工程专业复合型人才的需求将不断增加,也对农业水利工程专业水环境化学课程教学方法提出了新要求。

水环境化学是农业水利工程专业必修的学科基础课,课程主要内容包括天然水的组成与性质、天然水的污染及其主要污染物、天然水中的化学平衡、水环境中的界面过程、微生物化学过程、光化学过程以及水环境化学的主要研究方法等。本课程兼具理论性和较强的实践性,要求通过本课程的学习,学生可以掌握水环境化学基本原理,具备农业水利工程实验设计和实施的能力,具备合理分析和解释实验数据的能力,能够正确评价农业水利工程规划、设计、施工与管理,为应用技术手段降低其负面影响或局限性提供依据。同时,通过实验教学,培养学生科学严谨的品质、团结协作精神和分析解决问题的能力。与环境专业相比,农业水利工程专业水环境化学教学知识较为浅显,实践技能操作方面精度要求也较低。但在“十四五”规划背景下,该门课程对于农业水利工程专业仍然十分重要,如何开展水环境化学课程教学改革工作,培养适应“十四五”规划农业水利工程专业特点和培养目标的人才,对于发展“十四五”规划农业水利工程专业至关重要。

2 课程教学现状及挑战

随着“十四五”规划背景下教学发展理念和改革的不断推进,现有学科教学难以适应“十四五”规划要求,目前农业水利工程专业水环境化学课程仍然存在与专业结合不紧密、教学模式单一、课程思政融合不足等问题。以下以水利类高校——扬州大学现行的农业水利工程专业水环境化学课程为例进行详细阐述。

2.1 授课内容重点不突出,与农业水利工程专业结合不紧密

水环境化学是一门兼顾理论和实践的课程,具有综合性强、覆盖面广等特点。目前对农业水利工程专业水环境化学课程课时安排为理论课24学时,实验课16学时,共计40个学时,其教学内容和学时分配见下表。传统教学将以上教学内容进行浓缩,在教学过程中大多采用灌输方式,使学生难以掌握水环境化学基础知识。由于水环境化学属于进阶化学课程,而一般农业水利工程专业学生没有接受系统的先修化学课程,如无机化学、有机化学、分析化学等课程,导致学生对课程接受能力不足。许多学生反映化学过程较难理解,计算题过程烦琐,无法及时掌握知识点。对于农业水利工程专业,课程目标要求通过水环境化学的学习,能够正确评价农业水利工程建设方案对水环境的影响,并能充分认识工程的负面效应。然而,目前的教学中没有充分与农业水利工程专业特点进行结合,通常只讲解一般情况下的水环境化学反应,这导致学生往往对教学内容、计算公式进行死记硬背,而不考虑实际工程实践,无法深入理解该课程在农业水利工程中的应用。

扬州大学农业水利工程专业水环境化学教学内容与学时分配表

2.2 教学模式较为单一,对工程实践重视不足

目前水环境化学课程教学模式较为单一,以黑板板书和多媒体教学为主,实验部分以室内实验为主。课程成绩分为考试成绩(60%)、平时成绩(20%)和实验成绩(20%),平时成绩主要包括课堂考勤、书面作业和讨论汇报三部分,实验成绩则包括实验现场操作和实验报告两部分。课堂教学大多将书本内容照搬到PPT上,缺乏工程实践结合,导致学生听课积极性不高,在课堂教学过程中,学生难以跟上老师的节奏。实验课程课时较少,实验内容较为固定,且与农业水利工程实际存在脱节。比如食用白醋中醋酸浓度的测定和化学耗氧量(COD)的测定两个实验,由于课时不足,往往都是老师准备好水样和各种试剂,学生只负责测定操作,导致学生对实验本身兴趣不高,仅仅进行机械的操作,缺乏对实验设计和实验过程的思考。此外,由于样品完全一样,存在部分学生投机取巧、借鉴实验结果的现象,不利于学生创新思维的培养。

2.3 学生学习积极性不高,课程思政融入不深

由于农业水利工程涉及水环境化学的工作主要集中在灌区农业面源污染、黑臭水体治理、河湖污染修复、农业水利工程评价等,野外采样工作比较艰苦,工作环境远离大城市,大部分农业水利工程学生对相关工作兴趣不大,更希望参与公务员和事业单位考试。因此,学生对水环境化学理论知识学习兴趣不足,听课时注意力涣散,考试时则普遍存在临阵磨枪的心理。此外,由于教学过程中以基础知识灌输为主,课程思政融入不深,无法激起学生对该门课程的认同感和归属感,以及专业的自豪感和使命感,自然无法吸引学生对课程学习的兴趣,进而参与相关的工作。

3 课程教学内容和教学方法探讨

为满足给农业水利工程专业对水环境化学知识的需求,基于水环境化学课程基本内容,结合现代教学手段,采用多样化教学方法,结合理论教学和工程实践,积极融入课程思政内容,树立学生的责任意识,培养学生专注、细致、追求卓越、团队协作的精神。

3.1 突出教学重点,结合专业特点

“十四五”规划背景下,课程教学需要结合专业培养目标,针对性地突出教学重点[1]。在实际教学过程中,应将重点放在与农业水利工程相关的基础知识和实践知识,对于不涉及工程实际、理论性过强的化学反应过程,可适当减弱其机理分析,如方程式、计算方面的讲解,着重探讨其机理过程是如何影响工程实际的。例如,在天然水的污染和主要污染物这一章节中,有较多污染物主要存在于工业污染中,可以适当减少相关的讲解,而农业水利工程中的水污染基本属于面源污染,应着重介绍面源污染相关内容。此外,课程大多只介绍污染物性质、特征、危害等,但缺乏相应的治理手段的介绍[2],特别是针对农业面源污染的治理技术,例如生态沟渠、多级厌氧处理、人工湿地等。在理论教学方面,也可以结合专业实际案例进行讲解,例如在讲解天然水中主要氧化还原物质与氧化还原反应时,可以将农田面源污染过程中常见的硝化反应、反硝化反应带入教学中,从采样点选取、水样采取、水样分析化验的全过程对学生进行介绍,并对化验结果进行初步分析,从而使学生对天然水中的氧化还原物质和氧化还原反应具有更深入的了解。

3.2 丰富教学形式,创新教学手段

目前教学方法大多比较传统,以知识灌输为主,通过多种教学方法的融合,可以促进学生学习的积极性和主观能动性。例如在课堂理论讲解时,可以选择讨论式、互动式、读书指导式等多种教学方法,结合传统黑板板书、多媒体放映同步进行;充分发挥目前丰富的网络资源提高课堂的趣味性和专业性,如利用慕课网、网易公开课等学习,完善现有教学内容与形式[3-4];对于一些理论上晦涩难懂的内容,可以使用虚拟仿真课堂、视频动画等方式帮助同学们理解,例如酸碱质子理论、开放和闭合碳酸体系等;也可以向学生推荐水环境化学相关的微信公众号等,学生可以通过以上形式获取国内外最新的水环境化学发展状况,可以开阔学生视野,培养学生学习兴趣。通过布置课外作业,促使同学们主动关注相关资源,课堂上可以请一组学生介绍最新的学科进展。此外,由于不同学生基础不同,可以选择适宜的教学方法,采取多种不同的教学方式帮助学生理解基础知识,充分发挥当前信息技术的优势,同时可以提高学生的学习兴趣。

3.3 融入课程思政,激发学生兴趣

教育的根本目的在于立德树人,要明确为谁培养人的问题。在水环境化学课程思政建设中,应紧扣课程思政内涵,根据本课程内容和专业特点,挖掘课程中的思政元素,引导学生树立正确的政治取向和价值观,激发学生对本课程的兴趣和使命感,从而助力学生全面发展[5]。例如,在介绍我国水资源状况时,可以引入习近平新时代关于治水的重要论述,使学生深刻理解“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时代治水方针,以及“绿水青山就是金山银山”的发展理念,不断增加社会主义核心价值观对学生的吸引力,培养学生重视水生态文明建设的思维;再例如,在讲解天然水的污染和主要污染物时,可以回顾世界历史上大规模水污染事件,使同学们认识到水环境污染的危害和治理的必要性,进而提出我国绝不能走“先污染后治理”或“边污染边治理”老路的发展思想,最后梳理我国在水环境污染预防和治理取得的成就,如大理洱海治理案例、陕西渭河治理工程、河长制制度等,从而增强学生对我国水环境治理工作的自豪感和归属感。在课程思政形式上,可以适当播放水环境治理的纪录片,介绍当前先进的水环境治理措施和技术;也可以通过课后小组作业的方式,引导同学寻找水环境治理案例的相关资料,并在课堂上进行介绍,从而激发学生对水环境化学的学习兴趣,促进学生对于水环境化学基础知识、应用场景和工程实践的理解。

结语

为适应“十四五”规划背景下水利类高校农业水利工程学科发展需要,水环境化学教学改革尤为重要。本文以扬州大学农业水利工程专业水环境化学课程为对象,从教学内容、教学形式和课程思政三个方面提出了进一步的改进工作。通过结合农业水利工程专业特点,改进教学重点,融合多维教学方式和课程思政建设可以提高教学效果,进一步激发学生学习的积极性和主动性,培养适合“十四五”规划的农业水利工程专业新时代水利人才。