彭位華，桂和榮，孫林華，陳 松，林曼利，李致春

(1 宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000；2 宿州學院環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000)

水文與水資源工程專業(yè)為宿州學院資源與土木工程學院2018年新增專業(yè)，是國家煤礦水害防治工程技術研究中心、礦井水資源化利用安徽省教育廳重點實驗室重要的依托專業(yè)。專業(yè)目標是培養(yǎng)具備自然科學和人文科學素養(yǎng)，掌握水文水資源、水環(huán)境和水利工程方面的基礎理論和基本技能，富有創(chuàng)新意識和實踐能力，能夠從事水文統(tǒng)計與計算、水資源開發(fā)利用，水環(huán)境治理與保護等及相關領域的高素質應用研究型人才。

《水環(huán)境化學》是水文與水資源工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎課，其主要教學目標是通過講述天然水體化學組成, 分析方法, 水體中各類物質的來源、存在形式、遷移轉化過程和分布變化規(guī)律等內容，使學生較系統(tǒng)和較深入地掌握水環(huán)境化學的基本原理，并為學生學習后續(xù)專業(yè)核心課程(如水污染控制工程、水環(huán)境保護、水資源規(guī)劃與利用等)的理論教學和專業(yè)實踐奠定基礎。

本文以水文與水資源工程專業(yè)，結合學?！暗胤叫?、應用型”辦學定位、以及所在二級學院“構建服務區(qū)域煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展與土木、交通、水利建設的學科群”特色，對目前《水環(huán)境化學》教學存在的問題進行了分析，并對將來教學改革方向進行了針對性的梳理展望，以期不斷改善教學效果、提高學生的培養(yǎng)質量，亦可為同行相互學習提供參考。

1 課程教學過程中存在的主要問題

1.1 理論教學專業(yè)特色不突出

目前，國內水環(huán)境化學方面的教材主要有: 陳靜生編寫的《水環(huán)境化學》， 湯鴻宵等人根據(jù)《Aquatic Chemistry》第二版翻譯的《水化學》，戴樹桂編寫的《環(huán)境化學》; 錢會主編的《水文地球化學》和吳吉春等編寫的《水環(huán)境化學》[3]。不同學科對水環(huán)境化學的側重點不同[1]，總體來看，現(xiàn)有教材各具特色，但針對本校水文與水資源工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，課程內容在契合度方面或多或少存在偏差。閆志為[4]也認為國內水環(huán)境化學領域相關教材要么注重地表水, 要么注重地下水, 而將地表水與地下水等各種天然水有機而全面結合的教材尚不多見。此外，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，新的水污染問題不斷出現(xiàn)，單純依靠以前的理論體系很難解決新的污染問題，比如，新興納米材料造成的水污染問題[3]在目前的教材中很少涉及?？梢姡绾芜x用一本既全面又前沿，而且能體現(xiàn)專業(yè)特色的教材實屬不易。

鑒于目前還沒有針對水文與水資源工程專業(yè)的《水環(huán)境化學》教材。通過比對，本課程選用的是張倩和李孟主編的《水環(huán)境化學》[5]，該教材是普通高等院校環(huán)境科學與工程類系列規(guī)劃教材，具體章節(jié)分布及主要內容列于表1。該教材邏輯思路清晰、內容全面、重難點突出。內容可分為三個層次：①前三章屬于基礎入門階段，主要是概述水循環(huán)、水污染、水環(huán)境污染物、天然水組成與性質、以及主要污染物的遷移轉化和水處理方法，教學目標歸屬情感目標[6]，目標是激發(fā)學生學習興趣，并對全課程要講授的內容框架有總體了解；②第四～八章是本教材的核心，主要講授污染物(包括無機和有機)的遷移轉化和生物化學過程，重點難點非常集中，尤其強調了重金屬和營養(yǎng)鹽的遷移轉化，教學目標歸屬知識目標[6]，目標是讓學生重點掌握水體典型污染物的遷移轉化特征及其相關理論知識；③第九章，主要是概述水污染修復的技術及技術背后的(生物)化學原理的應用，教學目標歸屬能力目標[6]，將前幾章的理論學習串成線，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和學以致用的思維和能力，能體現(xiàn)應用型高校的培養(yǎng)目標。

表1 《水環(huán)境化學》章節(jié)分布及主要內容[5]

所選《水環(huán)境化學》教材[5]環(huán)境專業(yè)特色鮮明，但對水文與水資源工程專業(yè)來說，地下水相關的內容不多。閆志為[4]在分析國內水環(huán)境化學領域相關教材的特點的基礎上, 為解決已有教材不能兼顧地表水和地下水的問題，將地下水、地表水和大氣降水緊密結合在一起，自編了《水環(huán)境化學基礎》講義，并在桂林工學院的水文與水資源工程等相關專業(yè)教學中使用，取得了較好效果。這為后續(xù)的自編講義提供了很好的思路。但由于本校水文與水資源工程開設時間較短，授課老師對課程體系尚不夠熟悉，授課內容的優(yōu)化程度還不夠完善，目前還沒完成撰寫兼顧自身專業(yè)特色的自編講義。因此，在以后的教學中，應結合學校辦學定位和學院煤炭地質“學科群”特色，注重課程內容的優(yōu)化和自編講義的編制。

1.2 試驗教學學時少，水文特色不足

實驗教學可使對課本理論知識進行深入理解及探索，并在此過程中學會尋找問題、思考問題、分析問題并有效解決問題，激發(fā)獨立思考和創(chuàng)新的意識[7]，這對培養(yǎng)學生的應用能力和綜合素養(yǎng)至關重要。目前，《水環(huán)境化學》課內實驗主要存在以下兩方面的問題：首先，課內實驗所占比例偏低。在2019年水文與水資源工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，本課程共54學時，其中理論教學42學時，課內實驗12學時。由于本課程理論知識較多，要把知識點講解透徹著實需要占用不少學時，比如第四章“水中無機污染物的遷移轉化”理論性強，且重難點尤為密集。即便在疫情期間通過學習通錄播這種高密度的教學方式進行，本章仍占用了10個學時。如何在有限的教學時間內使學生全面深入地掌握養(yǎng)殖水環(huán)境化學的理論知識，是水環(huán)境化學課程教學面臨的一個關鍵問題[1]，也是對教師的一個挑戰(zhàn)[8]。若要把理論知識講全講透，務必會縮減實驗學時。王金葉等[9]和吳坤杰等[2]對水產(chǎn)養(yǎng)殖學專業(yè)開設的《養(yǎng)殖水環(huán)境化學》課程中，將實驗(實踐)教學的學時提高到了50%；陶敏等[6]考慮到由于養(yǎng)殖水化學實踐操作的重要性，甚至將理論與實驗的45+33學時提搞到34+45。可見，實驗教學部分目前的學時安排還不夠合理，實驗學時較少，這不利于學時實驗技能的提高和應用型人才的培養(yǎng)。

其次，實驗內容有待優(yōu)化。在12個學時的實驗教學中，根據(jù)實驗室實際條件，目前安排的3個實驗為：天然水堿度的測定、多參數(shù)水質分析儀測定水中常見水質指標(如COD和氨氮)、原子吸收法測定地下水中重金屬含量與污染評價，其中前兩個實驗屬于驗證性實驗，第三個實驗屬于綜合設計性實驗。從實驗內容看，這三個實驗水化學特色不顯明，易于本專業(yè)所設專業(yè)核心課程《水質監(jiān)測與分析》的課內實驗出現(xiàn)同質化。因此，實驗內容的選題和類型需要進一步優(yōu)化。

1.3 教學方法和手段不夠豐富

目前，水文與水資源工程專業(yè)的《水環(huán)境化學》講授方式還是以傳統(tǒng)的教學模式為主，即在整個教學過程中以教師對于教材知識的剖析講授為主，所用教學方法還不夠豐富，這樣不能充分調動學生的積極性與學習的熱情，這與培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質人才的教學目標嚴重沖突[10]。疫情期間，主要借助超星學習通平臺進行視頻錄播形式為主，通過作業(yè)、課題討論、答疑等方式對線上教學效果進行考察。目前，還未將多種教學方法和手段綜合靈活運用起來。

前人針對不同專業(yè)在水化學教學過程中積累了寶貴的教學方法，比如討論法[8]、以問題為基礎的教學模式(即PBL教學法)[10]、任務驅動教學法[6]和案例教學法[11]等。例如：曹桂榮等[10]認為PBL教學法對《環(huán)境水化學》教學效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學模式；劉俠[8]將討論法運用于環(huán)境化學課程的課堂教學中，實際教學過程中將環(huán)境化學課程內容構建為一系列的子課題，讓學生進行討論交流、分析推理，最終得出結論，這樣既發(fā)展了學生的主體性，也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性；陶敏[6]對水產(chǎn)養(yǎng)殖學專業(yè)的《養(yǎng)殖水環(huán)境化學》過程中，嘗試使用任務驅動教學法，以“個體自主學習+團隊協(xié)作學習”替代個體獨立學習，以“雙向探討式教學”取代填鴨式灌輸教學，可以有效提高學生的學習效率和學習興趣，被廣泛應用于應用型學科的本科教學以及高職教學中，但陶老師也同時強調該法對老師和學生的要求較高，過于頻繁使用可能會造成學生的抵觸和反感，頻率過小又容易造成學生對整個知識體系的誤解。前人的這些教學改革可為后期不斷豐富本課程教學方法提供很好的借鑒。此外，在教學手段方面，白烏云等[12]和許寶紅等[13]分別將計算機輔助教學(即CAI課件)和微課體系在水環(huán)境化學教學中進行應用探索，取得了一定效果，也為教學手段改革的提供了思路。

2 教學改革主要方向

2.1 調整理論教學章節(jié)，突顯水文特色

在現(xiàn)有課程學時下，如何最大限度地提高教學效果，需要對教學內容進行優(yōu)化，不能胡子眉毛一把抓，要注意章節(jié)之間了邏輯關系，強調重難點。首先，合理安排教學順序，針對本課程選用的是張倩和李孟主編的《水環(huán)境化學》[5]，將第三章“水體污染”的內容進行分割，不再單獨深入講授，將有限學時用在刀刃上。調整后的章節(jié)及內容邏輯關系列于表2。表1中原第三章具體內容分割方法是：“天然水的污染”放至調整后的第一章(表2)、“水體主要污染物及遷移轉化”中的有機污染物放和無機污染物分別分解至調整后的第三章和第四章、“水中營養(yǎng)元素和水體富營養(yǎng)化”放至調整后的第六章、“水處理方法概述”放至調整后的第八章。但是務必將課程的內容框架和章節(jié)間邏輯關系在緒論部分給學生講解清楚，講明重難點。其次，在優(yōu)化教學內容方面，應結合學校所在的煤礦地緣優(yōu)勢與學院特色，適度增加地下水化學的相關知識，充分體現(xiàn)水文與水資源工程專業(yè)的綜合性與特色。將地下水污染、地下水水化學類型、采煤礦區(qū)不同含水層地下水中污染物、地下水污染的修復概述等知識點分別適度分解至第一章、第二章、第四～七章、第八章(表2)。

表2 調整后的《水環(huán)境化學》章節(jié)分布與內容

2.2 增加實驗學時，優(yōu)化實驗教學內容

應用型人才的培養(yǎng)質量在較大程度上體現(xiàn)在理論聯(lián)系實際的能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力方面[14]?；谀壳啊端h(huán)境化學》課內實驗存在的問題分析，可通過增加實驗學時，優(yōu)化實驗教學內容來改善實驗教學效果。

首先，增加課內實驗學時。目前實驗教學只有12個學時，在課程內容安排上捉襟見肘?？蓢L試將實驗教學增加至16個學時。實驗數(shù)量有3個增加至4個。其次，優(yōu)化實驗內容，體現(xiàn)水文特色。調整后4個課內實驗為：實驗1 不同水體常規(guī)離子的測定及水化學類型劃分、實驗2 二價鐵離子與鄰菲啰啉配合物的組成及其穩(wěn)定常數(shù)的測定、實驗3 原子吸收法測定地下水中重金屬含量與污染評價、實驗4 采煤礦區(qū)地表水氟含量超標去除方案設計。調整后，實驗內容更加全面，4個實驗知識點分別依次歸屬于第二章、第三章、第五章和第八章。實驗類型不僅包括基于理論知識的驗證性實驗(如實驗2)，還包括綜合性實驗(如實驗1和3)和設計性實驗(如實驗4)。實驗內容也不再是簡單指標的測試，而是強調在基礎指標測試的基礎上來訓練學生分析問題和解決問題的能力，這樣能體現(xiàn)專業(yè)特色和應用型人才培養(yǎng)的目標。最后，注意與其他實踐課程相互配合，將《水環(huán)境化學》課內實驗的部分工作借助實踐教學環(huán)節(jié)來完成。例如，水文與水資源工程專業(yè)同期還開設有為期2周的《水文測驗與水質監(jiān)測綜合實習》專業(yè)實踐課程，調整后的實驗1、3或4中的采樣工作就可借助該實踐課程來完成，但前提條件是要合理安排好兩門課的教學進度，盡量做到無縫對接。這樣不但可以最大限度地利用有限課時，而且可以提高學習效率，一舉兩得。

此外，開放實驗室不僅可以彌補課堂實驗教學的不足，提高實驗教學質量，還可以提高學生實際動手能力和科研能力[15]。王金葉等[9]通過開放實驗室，建設常見水質指標檢測平臺，對水環(huán)境化學探究性實驗教學進行了探索，引導學生改變學習方式，認為該法可以提高應用型高校學生的創(chuàng)新意識和能力培養(yǎng)。目前，學院實驗室正在改造，隨著實驗條件的不斷提升以及實驗資源的不斷優(yōu)化配置，后期可以嘗試建立針對本科生的開放平臺。

2.3 運用多種教學方法和手段，提高教學效果

靈活運用多種教學方法和手段可以給學生以新鮮感，提高其學習積極性和整體教學效果。首先，將疫情期間建立的多章節(jié)錄播視頻課程資源，在后期的教學工作中充分利用起來。可嘗試開展線上和線下相互動的教學方式，其中線上錄播視頻主要供學生預習以及簡單章節(jié)的自學，而線下教學則集中在重點和難點的內容講解，以及學生實驗實踐活動。這樣可以減少理論課任務重課時少的壓力，同時還有望給實驗教學相對多一點的學時。其次，前人在水化學教學過程中探索使用的討論法[8]、以問題為基礎的教學模式(即PBL教學法)[10]、任務驅動教學法[6]和案例教學法[11]等。可針對不同章節(jié)教學內容特點，進行靈活、適度應用。最后，在教學過程中，對理論教學和實驗教學內容的不斷優(yōu)化，建立相對穩(wěn)定的教學方法和手段，逐步形成具有水文與水資源工程專業(yè)特色的自編講義或教材，以培養(yǎng)應用型人才為導向，同時兼顧理論教學和實踐技能，不斷提高《水環(huán)境化學》的教學效果。

3 結 語

水文與水資源工程專業(yè)所開設的《水環(huán)境化學》在教學過程中還存在一些問題，比如理論教學內容專業(yè)特色不突出、實驗教學學時少，水文特色不足、教學方法和手段還不夠豐富等。在今后的教學過程中，可從調整理論教學章節(jié)，突顯水文特色、增加實驗學時，優(yōu)化實驗教學內容、并靈活運用多種教學方法和手段等途徑來進行教學改革，不斷提高教學效果。