汪群慧，宋娜，高明，吳川福，梁寶瑞

1北京科技大學能源與環(huán)境工程學院，北京 100083

2北京科技大學天津?qū)W院，天津 301830

環(huán)境學科的三大支柱是化學、生物和力學[1]，故環(huán)境類專業(yè)一般都將四大基礎化學(無機化學、有機化學、物理化學、分析化學)和環(huán)境化學分別作為學科基礎課和專業(yè)必修課開設。環(huán)境化學的教學內(nèi)容與四大基礎化學之間不可避免地出現(xiàn)了一些相似或重復內(nèi)容，浪費較為緊張的授課時間，影響教學效率和效果。因此，合理安排環(huán)境化學的教學內(nèi)容，有效實現(xiàn)其與四大基礎化學的高效銜接，巧妙處理好知識的階段性、延續(xù)性和整體性，激發(fā)學生的學習興趣和對專業(yè)的熱愛，對環(huán)境化學教學來說是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。本教學團隊同時承擔了北京科技大學能源與環(huán)境工程學院、北京科技大學天津?qū)W院環(huán)境工程專業(yè)的環(huán)境化學課程(32學時理論課+8學時實驗課)，主要選用的是汪群慧等[2]主編的《環(huán)境化學》第2版(2008年)教材，同時參考選用戴樹桂[3]主編的《環(huán)境化學》第2版及其他教材的部分內(nèi)容。本文通過總結(jié)和歸納四大基礎化學與環(huán)境化學的相似及重復內(nèi)容，探討其產(chǎn)生的原因和由此引起的不良影響，研究教學內(nèi)容的有效銜接方式，提出相應的教學改革措施，為環(huán)境化學教學內(nèi)容和模式改革提供有意義的參考。

1 環(huán)境化學與四大基礎化學之間的相似內(nèi)容與分析

環(huán)境化學主要研究有害化學物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)(大氣、水體、土壤、生物)中的存在形態(tài)、化學特性、行為效應及控制的化學原理和方法，兼具環(huán)境與化學兩大學科的知識點。環(huán)境化學是后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的理論基礎，良好的環(huán)境化學知識儲備能夠為分析解決一般環(huán)境問題提供理論支持。北京科技大學采用的四大基礎化學和環(huán)境化學教材如表1所示，其課程內(nèi)容存在的相似或重復內(nèi)容如表2所示。

表1 北京科技大學采用的四大基礎化學和環(huán)境化學教材

表2 環(huán)境化學與四大基礎化學教材中部分相似或重復的知識點

2 教學內(nèi)容相似或重復產(chǎn)生的不良影響

環(huán)境化學授課學時為32學時，授課時間少、任務重。為保證課程知識體系的完整性，教師可能會對重復內(nèi)容再一次進行詳細講解，而課程重點難點知識的授課學時反而被壓縮，造成授課學時的浪費；將學生已經(jīng)掌握的知識再次重復講解，很容易引起學生的厭煩心理，打消學生學習積極性，從而引發(fā)上課睡覺、看小說、玩手機等不良現(xiàn)象；而消極的課堂氛圍又會降低授課教師的授課熱情，影響課堂教學效率和效果。因此，合理安排環(huán)境化學教學內(nèi)容，實現(xiàn)與四大基礎化學的有效銜接，巧妙處理好知識的階段性、延續(xù)性和整體性，激發(fā)學生的學習興趣和對專業(yè)的熱愛，對環(huán)境化學的教學來說具有重要意義。

3 環(huán)境化學與四大基礎化學有效銜接的措施

3.1 更新優(yōu)化教學內(nèi)容，找好銜接切入點

3.1.1 精煉基礎知識，刪減重復內(nèi)容

由于教學學時的壓縮，環(huán)境化學教材涵蓋的所有內(nèi)容通常無法在課堂上進行全部講解，應對一些基礎的化學理論進行適當精簡，避免重復。例如在水環(huán)境化學一章中，污染物的溶解沉淀、氧化還原、配位等重點反應，由于在無機化學和分析化學中已重點講解過，所以在環(huán)境化學學習中會以提問的方式引導學生回顧復習這些基礎知識，然后結(jié)合環(huán)境要素與各反應的聯(lián)系引入新知識點，重點放在如何使學生把基礎化學反應理論和化學思維應用在環(huán)境保護與環(huán)境治理中，拓寬學生的知識面。

3.1.2 優(yōu)化內(nèi)容層次，做好內(nèi)外銜接

鑒于環(huán)境化學與各基礎化學知識存在多源融合和多層交叉關(guān)系，以環(huán)境化學課程內(nèi)容為主體，對外應強化學科交叉關(guān)系分析和整理，對內(nèi)應優(yōu)化內(nèi)容層次和章節(jié)排布，做到精準教學、有的放矢，具體方法如下。一是總結(jié)分類交叉內(nèi)容。按照章節(jié)內(nèi)容與各基礎化學的交叉關(guān)系和融合程度進行整理分類，明確內(nèi)容對應關(guān)系。二是優(yōu)化章節(jié)內(nèi)容排序。在倡導相同交叉學科集中課時教學的基礎上，綜合考慮章節(jié)重要度及學習難度，合理調(diào)整各章節(jié)的設置順序。如講到天然水組成和性質(zhì)時，可以將其中O2和CO2的溶解度計算歸到水環(huán)境中污染物在大氣-水間亨利系數(shù)去講，進而用分配系數(shù)的概念歸納液(氣)相與固相之間的吸附與脫附平衡、氣相與液相之間的吸收與揮發(fā)平衡、水相與辛醇相之間的萃取與反萃取平衡等，從而使學生能較系統(tǒng)全面地掌握污染物的相間遷移行為和規(guī)律。

3.1.3 拓展課堂內(nèi)容，提升學生趣味

化學史和環(huán)境化學家的介紹對于提升環(huán)境化學的教學效果具有促進作用，其不僅可以幫助學生了解所學理論的提出過程，同時也可以提升學科趣味性，激發(fā)學生的學習興趣[8]。如在講到臭氧層破壞時，先給學生放一段小視頻——“臭氧的前世今生”，使學生了解大氣臭氧層的主要特征，然后講授平流層臭氧的生成與破壞機理，中間穿插三位科學家(羅蘭、莫利納、克魯陳)如何發(fā)現(xiàn)該機理，從而獲得諾貝爾化學獎的故事，提升課堂的趣味性，增加學生的學習熱情，同時激勵學生的科研興趣。

3.2 多種教學方法并舉，促進教學銜接

3.2.1 開展提問式教學

教師應明確環(huán)境化學與四大基礎化學的銜接內(nèi)容，對于涉及基礎化學相關(guān)知識的授課內(nèi)容，教師可通過提出一系列綜合性問題，調(diào)動學生思維、促使學生主動將相關(guān)知識銜接起來。如在講到硫酸型煙霧或酸雨形成機理時，首先提出物理化學中已講過的物質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)問題：SO2和 NO的空間構(gòu)型(雜化軌道)是怎樣的？從而解釋前者溶于水后者不溶于水的道理，進而延伸到 SO2·H2O在水中以幾種形態(tài)存在？(主要是三種：)，接下來講解附著在大氣或霧滴中的S(IV)，在O2、O3、H2O2、各種自由基的氧化作用和霧滴中錳、鐵及氨的催化作用下被加速氧化為S(VI)，形成硫酸或硫酸鹽，再與大氣中的顆粒物等形成硫酸型煙霧；而NO首先需要氣相氧化轉(zhuǎn)化為NO2后，遇水生成硝酸和亞硝酸，成為硫酸煙霧或酸雨的組分之一。再進一步拓展到煙氣處理過程中常采用液相中濕法脫硫和氣相中催化脫硝的原理，從而使學生的認知水平呈螺旋式上升。

3.2.2 實施對比式教學

對于教學過程中不可避免的重復內(nèi)容，可采用對比教學法，授課教師將不同課程間重復內(nèi)容的不同側(cè)重點清晰有效地區(qū)分出來，加深學生對知識點的理解。如四大基礎化學側(cè)重于介紹化學物質(zhì)的反應原理，而環(huán)境化學則應側(cè)重講解環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化機理及其在環(huán)境學科領(lǐng)域中的應用。授課教師采用“對比、類比”的方法減少知識認知梯度，使學生的理解和記憶變得更加清晰、牢固，達到事半功倍的效果。

如講到污染物的水解反應時，可將它與水中酸堿平衡的電離反應作對比，說明鹽類的水解，就是鹽電離出的弱離子與水電離出來的H+或OH?反應，從而促進了水的電離。進一步引申到金屬離子的水解反應與鹽的水解反應實質(zhì)是一樣的，其過程是水合金屬離子([Me(H2O)n]2+)中的水分子離開金屬離子，與水電離出來的 H+結(jié)合形成 H3O+，而水合金屬離子與水電離出來的 OH?結(jié)合形成[Me(H2O)n?1(OH)]+。因此，從反應形式上看，也可認為是 OH?置換了金屬離子水合分子的反應[Me(H2O)n]2++ H2O ? [Me(H2O)n?1(OH)]++ H3O+)。有機物的水解反應也是其電離的兩部分，分別與水電離出來的H+或OH?反應，其反應的實質(zhì)，也可認為是OH?置換了有機物的官能團X?的反應(R―X + H2O → R―OH + HX)。

類似例子很多，只要授課教師重視和熟悉知識的銜接，善于聯(lián)系以前學生已有知識，通過類比引導，引導學生由“已知”探“新知”，使知識循序漸進、層層深化。

3.2.3 設置討論式學生講堂

在教學過程中也可改變傳統(tǒng)的以教師為中心的“灌輸式”教學方式，設置學生講堂，讓學生自己查找資料，準備PPT上臺講解知識點，充分發(fā)揮學生的主動性。教師可以出一些供學生討論的專題，如光化學反應與無機化學和物理化學中學過的熱化學反應在分子活化、電子分布及構(gòu)型、產(chǎn)物能量等方面有何不同？大氣氣溶膠的性質(zhì)與物理化學中學過的溶液膠體性質(zhì)有何異同？如何利用表面化學的原理解釋揮發(fā)性有機物(VOC)形成PM 2.5的機制？四大化學中學過的氧化還原反應在污染物處理方面的應用有哪些？光化學煙霧和硫酸型煙霧的異同點有哪些？在研究環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律時如何應用化學反應動力學等等。學生也可以自己選題，對于一些重復知識點劃分幾個小組，每組選定一個課題，通過查閱文獻，經(jīng)討論、歸納、整理、分析和寫作等多個環(huán)節(jié)，做成PPT向大家展示，這樣不僅保持了教學內(nèi)容的連貫性，又能促進學生自主復習，加深印象。匯報采取臺上學生講解、臺下同學提問、授課教師點評的方式，加強學生與教師之間的交流，實現(xiàn)知識的有效碰撞與傳遞，培養(yǎng)學生運用已有知識解決實際問題的能力，從而有效促進學生自主參與環(huán)境化學與四大化學的教學銜接。

3.3 采用“雨課堂”線上線下混合教學，助力教學銜接

“雨課堂”是以手機為載體進行的一項線上線下一體化的教學設計，為課前-課上-課后的每一個教學環(huán)節(jié)都提供了完整立體的數(shù)據(jù)支持，實質(zhì)性解決“三率”即到課率、抬頭率、入腦率問題。

課前，對學生之前已有基礎的、四大化學中講到過的一些易理解的知識，可以將教學內(nèi)容做成“預習教案”(包括慕課、PPT、相關(guān)視頻等)，通過“雨課堂”的預習功能推送給學生，教師可以通過平臺了解學生預習進展情況。如：可將金屬離子的水解反應、溶解沉淀反應、配位反應發(fā)給學生預習，讓學生找到他們之間的相似點和關(guān)聯(lián)性。

課堂上，幻燈片同步到學生手機進行授課并隨時測試。對于學生難理解的知識，以啟發(fā)式教學法和練習法等多種方法相結(jié)合來進行知識的鞏固和提高?？梢钥偨Y(jié)歸納學生預習中的問題，如：可設個兩個投票題(即是非題)：金屬離子的水解反應是否可看作水中的羥基配體取代水分子配體的反應：(A) 是；(B) 否；金屬離子的沉淀反應是否看作是與金屬離子形成溶度積較小沉淀物的配體取代了溶度積較大沉淀物配體的反應：(A) 是；(B) 否?？梢哉掖饘Φ膶W生解釋理由，教師也可以進行講解，從而幫助學生理解金屬離子水解反應、溶解沉淀反應也可看作是配位反應的特例，它們?nèi)咧g有關(guān)聯(lián)，在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。大氣光化學涉及的反應較多，難以記憶，可設置選擇題將反應進行歸類并指出異同點。如烷烴與自由基發(fā)生鏈反應的以下四個步驟中，哪幾個步驟也是大多數(shù)烯烴發(fā)生的反應？(A) RH + HO· → R· + H2O；(B) R· + O2→ RO2；(C) RO2· + NO → RO· +NO2；(D) RO + O2→ R’CHO + HO2。從而幫助學生理解烷烴、烯烴、環(huán)烴和芳香烴與自由基反應的異同點，把擁有相同規(guī)律的污染物特征及反應，放在一起思考和記憶，易構(gòu)建成網(wǎng)狀的知識體系，從而能夠根據(jù)所需及時提取，促進前后學習的有效銜接。

隨堂測驗就是借助“雨課堂”設置選擇題、填空題等，讓學生限時回答；通過隨機點名讓學生回答主觀題，從而可以檢測學生對教學知識點的理解與掌握程度，有助于教師進行針對性的指導。在“雨課堂”中，由于有答題的壓力刺激，學生為了避免“答不上來”的尷尬，也會花更多注意力在聽課上；不理解的地方學生可以按“不懂”按鈕，教師可對學生普遍不懂的問題進行反復講解；彈幕功能可以激發(fā)不愛說話的學生用手機發(fā)言，活躍課堂氣氛，促進全班同學主動思考；課堂紅包可以調(diào)動學生積極參與課堂，提高學習興趣；

課后，教師還能通過平臺向?qū)W生推送作業(yè)、視頻、微課等資料，拓展教學信息量，可以幫助學生進行總結(jié)歸納，也可以推送環(huán)境化學前沿科研成果，這對于擴展學生對課程知識認識的深度和廣度亦非常重要。引導學生了解相關(guān)理論知識在環(huán)境領(lǐng)域中的應用，從而激發(fā)學生對科研和專業(yè)的熱愛。

“雨課堂”也可以幫助教師利用其大數(shù)據(jù)功能，輕易獲得出勤、課堂答題結(jié)果，擺脫課堂上與學生難互動、課后作業(yè)批改繁重的難題?！坝暾n堂”可讓學生手中的手機變成學習的教具，使學習從被動變?yōu)橹鲃樱箤W生從“低頭族”變?yōu)椤疤ь^族”，使教師從“教書匠”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖逃O計者”，使教學資源從封閉到開放，使教學從經(jīng)驗驅(qū)動的粗放管理到數(shù)據(jù)驅(qū)動的精益管理，是一種非常有效的教學模式。

4 結(jié)語

本文以環(huán)境化學與四大基礎化學課程的教學銜接為研究內(nèi)容，重點解決了在環(huán)境化學教學過程中由于與四大基礎化學教學內(nèi)容重復引起的教學效率降低、教學效果下降問題，通過更新優(yōu)化課程內(nèi)容，實施多種教學方法，采用雨課堂線上線下混合教學等多項舉措有意識地帶領(lǐng)學生尋找新、舊知識之間的聯(lián)系，從學生認知結(jié)構(gòu)中已有觀念出發(fā)引導學生進行知識的建構(gòu)，提高學生對新知識的吸收與掌握程度，實現(xiàn)環(huán)境化學與四大基礎化學的有效銜接。