農業院校環境化學教學實踐與探索

摘要：環境化學是環境科學與工程類專業的重要專業基礎課，針對農業院校具有土壤學科背景，為有效結合環境化學與土壤學相關理論知識，在師資隊伍、教學內容和實驗實習等方面開展了實踐與探索，試圖建設彰顯有農業院校特色的環境化學課程。

關鍵詞：環境化學；農業院校；土壤學；教學改革；教學建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）24-0224-03

環境化學作為環境科學與工程類專業的重要專業基礎課，主要研究有害化學物質在環境介質中的存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法，重點考察巖石圈、水圈、生物圈、外層大氣圈的化學組成及其發生過程，特別是界面上的化學組成與過程，是環境科學的核心組成部分。作為新興交叉學科，我國高校環境科學最初多立足于本校強勢學科和優勢專業，進一步發展成為綜合學科，這也使環境科學在某一方面的特色和優勢得以體現，環境化學的發展亦如此。土壤學是農業院校發展的重要學科和研究方向，與環境科學的交叉日益增強。目前，土壤學已突破傳統理念，開始關注地球表層系統中土壤與其他各圈層之間的物質能量交換，研究土壤全球變化及土—水—氣—生物界面的環境過程與機理，而環境化學多為關注污染物在此界面反應過程，兩個專業方向具有互促共進的關系。針對農業院校具有土壤學科背景，在環境化學理論教學與實踐過程中，我們在師資隊伍建設、教學內容和實驗實習等方面進行了探索，期望建設具有農業院校特色的環境化學課程。

一、建設師資隊伍

新世紀優秀人才的培養離不開一支理論功底深、學術造詣高、教學能力強的師資隊伍。為充分體現農業院校環境化學課程的教學特色，我們組建了一支有環境科學、土壤學和化學專業背景的教師隊伍。在課程建設過程中，授課經驗豐富的資深教授對年輕教師開展“傳、幫、帶”活動，自覺履行培養青年教師的職責，向青年教師傳授知識、教學經驗和方法，并以高尚的人格魅力和嚴謹的治學精神感染青年教師。在觀摩學習、交流過程中，努力做到環境化學與土壤學專業知識的有效融合，使學生全面掌握污染物在各個圈層之間的遷移轉化規律。如講授含硫化合物在大氣和水體中的遷移轉化過程，除一般教材涉及的大氣硫化物種類、來源及硫酸煙霧形成機理外，還增添土壤學相關知識，進一步闡明土壤中硫的含量、形態及其轉化與循環過程。為貫徹“寓教于研、以研促教、教學相長”的教學理念，課程組教師積極開展環境化學和土壤學方面相關的科研工作，共主持和參加科研項目20余項，公開發表SCI收錄的科研論文百余篇。科研活動探明污染物的遷移轉化機理及其影響因素，并將其作為案例在教學過程中進行講解，更為生動具體，學生更易接受。為了提高教學質量及教研效果，課程組成員承擔了環境化學校級優質課程的建設，參編了環境化學教材一部，努力打造精品課程。逐步形成梯隊合理、思維活躍、勇于進取、團結創新的教學科研團隊。

二、豐富教學內容

教學內容緊密結合土壤學背景，運用土壤學相關理論深化對環境化學知識點的理解。污染物在大氣圈、水圈和土壤圈間遷移、轉化和循環，在講述前兩圈層內污染物的化學行為時，將土壤圈作為環境的關鍵帶聯系在一起。在分析影響酸雨的形成因素時，闡明大氣顆粒物酸度及其緩沖能力，比較不同城市大氣顆粒物對酸雨的影響，考慮到不同區域揚塵的化學組成與相應土壤組成的基本特點，補充說明我國南北土壤組成及性質差異，強化土壤學與環境化學知識的融合。在水環境中，氧化還原反應平衡影響和決定變價元素或污染物的形態、遷移和轉化過程，以土壤錳氧化物、鐵氧化物及層狀硅酸鹽礦物對有毒金屬離子Pb、Cr和As等形態及其轉化過程的影響作具體案例進行說明。這些相關內容，課程組教師已在實驗室開展了大量的研究工作，可娓娓道來，豐富了授課內容，也能激發學生的科研熱情。文獻調研也是擴充教學內容的重要方法。在完成教學大綱規定內容之外，在課堂或課后適當補充土壤學相關知識，擴展學生視野。補充內容涉及環境化學熱點和前沿，也超出一般土壤學教材的深度和廣度，有的需要查閱新近文獻才能完成。環境化學中提及溫室氣體和溫室效應，一般認為礦物燃料燃燒是大氣中CO2的主要來源，而往往忽視了土壤中碳的貢獻，不同農業利用土壤中碳素的微小變化也會對大氣中CO2濃度產生重要影響，可能加劇溫室效應。為讓學生了解實際情況，布置課后文獻調研，了解有關土壤碳形態、分布、遷移轉化規律及其影響因素（如植被、氣候、施肥和土地利用類型等）。這些課程改革使環境化學與土壤學得到有機結合，進一步明確了農業對環境的影響，強化學生的農業環境保護意識。最新科研進展也是我們關注的教學內容，多以專題形式進行講述。為了說明環境化學研究新進展，結合教師專業背景，我們就污染土壤的電化學修復和綠色化學的基本原理與應用作為專題進行授課。雖然教材對相關內容有所介紹[1]，為詳細說明相關進展，任課教師查閱了國內外大量文獻資料，進行全面闡述。如污染土壤電化學修復專題中提及土壤顆粒類型對修復效果的影響，更是加深了對土壤基本特性的認識。專題報告主題不多，所占學時少，卻能讓學生了解環境科學與工程領域最新科研動態，激發他們的學習興趣與動力。另外，專題文獻報告也是重要手段之一，如為了用實例說明并區分微生物對有機污染物的降解是生長代謝還是共代謝，安排學生課后查閱有關土壤微生物降解有機污染物的最新文獻，并適時安排學生報告所閱讀文獻。文獻調研還可有效提高學生的思辨和創新能力，樹立對待科研論文的正確態度。

三、完善實驗實習

實驗課是環境化學重要的實踐教學環節，也是培養學生理論聯系實際、提高動手能力、增強創新能力的重要途徑之一。較環境科學專業其他課程實驗內容，環境化學實驗偏重于污染物在環境中遷移轉化的過程和原理，所以實驗項目應由驗證型向綜合型、設計型和研究型轉變。現有環境化學實驗教材較多關注環境中某些污染物含量測定或者某些工藝過程的模擬，與《環境監測》、《儀器分析》和《污染控制化學》等實驗課有部分重復或雷同之嫌。為了深化對污染物在環境中遷移轉化過程的認識，也結合土壤學相關知識，除常規環境化學實驗外，還新設計并安排了三個實驗，分別為土壤對重金屬離子鉛的等溫吸附實驗、氧化錳對Cr（III）氧化量的測定和鐵（III）—草酸鹽配合物對橙黃II的光降解動力學。在實驗目的上，我們更偏重于探明污染物在環境中的遷移轉化過程。前兩個實驗讓學生深化對土壤吸附氧化重金屬離子機理的認識，明確作為土壤的重要組成部分的錳氧化物影響變價金屬離子的存在形態與遷移轉化過程，了解土壤對有毒金屬離子熱力學吸附氧化研究的原理和一般方法，掌握分光光度法和原子吸收法測定重金屬離子濃度、制作吸附等溫線等方法。后一個實驗可認識光解動力學基本方法及其在環境化學中的應用，熟悉有機污染物的消除方法。上述實驗內容既屬于環境化學教學范疇，又深化了土壤學知識，更體現出農業院校的教學特色。為增強學生科研意識、提高學生創新能力，我們鼓勵學有余力的學生走進實驗室獨立開展科研活動。課程組教師研究課題主要集中在土壤環境化學領域，為學生進入實驗室開展土壤環境化學相關的課題研究提供了便利。學生自愿組團，在老師指導下，課余時間獨立開展科研活動。該活動可得到國家大學生創新性實驗計劃、校級大學生科技創新基金的資助，也可用指導教師科研經費支出。課程組教師已指導3項國家大學生科技創新實驗計劃，10余項校級大學生科技創新基金，且前者結題驗收均被評為優秀。多名本科生以第一作者發表核心期刊論文，并參與部分研究生實驗工作，作為共同作者發表多篇SCI論文。科研活動激發學生學習環境化學的熱情，體會到土壤學的奧妙，也鍛煉了學生的科研思維和創新潛能，還可為高素質研究生儲備有生力量。為讓學生早日走向社會，認識自然環境演化過程和人類活動對環境造成的影響及工廠企業如何從源頭上控制污染物的排放，我們與多家不同規模的企業進行了交流與合作，安排實踐基地。很多污染控制問題的解決都離不開環境化學研究的理論方法與技術，環境化學對于環境科學與工程領域特別是解決環境問題有著十分重要的地位與作用。通過實地參觀學習活動，學生現場認識了生活廢水、工業廢水、固體廢棄物、廢氣的來源及處理過程。如在株洲化工廠學生參觀生產車間，了解單個生產車間及整個化工企業清潔生產過程和污染物排放控制細節，明確環境化學理論與技術在這些方面的應用。在校內還建有人工濕地實習基地，讓學生真實認識到水體自凈化過程及水資源的重要性。這些活動豐富了環境化學教學內容，開闊了學生視野，也增強了學習動力。環境化學教學和實驗內容非常豐富，要在有限學時內對環境化學有一個較為全面的認識，又要盡量少與環境監測、儀器分析、環境生態學和污染控制化學等內容重復，且能夠讓學生綜合運用所學到的知識與實驗技能，提高分析問題和解決問題的能力。在專業教師隊伍、授課內容和實驗實習上合理安排，結合農業院校現有資源配置和相關知識背景及課程體系，建設有農業院校特色的環境化學課程，系統培養學生知識體系、科研創新能力和動手實踐能力；實踐也證明取得了良好的教學效果，以期為促進環境化學教學發展和創新型人才培養作出貢獻，同時還望對其他課程教學改革提供一定借鑒作用。

參考文獻：

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[4]齊云，遲杰，魯逸人.環境化學實驗教學之改革[J].實驗室研究與探索，2008，（27）：104-106.

作者簡介：邱國紅（1977-），男，博士，華中農業大學資源與環境學院副教授，研究方向：礦物納米材料與環境化學。