生態文明理念融入“電化學與生活”課程中的教學探索

高海平，郭宇，姚麗君

天津工業大學控制科學與工程學院，天津 300387

黨的十九大報告提出，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。而垃圾分類則是生態文明建設的重要環節和關鍵領域，是生態文明的重要抓手，但是目前在垃圾分類試點實施情況中存在著許多問題，主要是居民垃圾分類回收意識不足，主動且正確進行分類的居民不多[1]，因此加強生態文明教育和垃圾分類宣傳是實現生態文明建設的重要保證。

生態文明教育是生態文明建設的教育支撐，是高校傳統道德教育的現實轉型，是大學生全面自由發展的主體需要[2]，因此高校作為培養高等人才的教育單位，需要把生態文明建設貫穿到人才培養的全過程，把生態文明理念有機融入到課程體系當中。但是目前傳播生態文明教育理念的形式比較單一，課程內容時代性不強、教育形式創新性不夠[2]，還僅局限于課堂環節部分生態知識點的介紹，沒有形成教學理念與生活實踐相融合的教學體系。結合前期實際教學工作，本文以電化學和垃圾分類知識為教育內容載體，將生態文明理念貫穿到“電化學與生活”課程中進行了實際探索，并形成了完整的課程體系。

將生態文明理念和垃圾分類知識系統地融入到課程當中，對學生進行生活垃圾分類的環保教育，可以提高學生的環保意識，讓他們自覺地認識到垃圾分類的重要性，成為垃圾分類的踐行者、組織者和宣傳者，對提升生態文明建設具有重要意義。此外，生態文明理念融入到課程中，不僅可以豐富課程教學內容，讓課程內容富有靈魂和內涵，而且可以提升青年學生的生態文明素養，對促進社會可持續發展具有積極作用。

1 課程建設實踐

1.1 修訂教學大綱增加課程內容

隨著新能源技術的興起，電化學與我們的生活聯系越來越緊密，在大學里開設“電化學與生活”這門課程不僅可以提高學生的文化素養，而且可以拓寬學生視野，增強學生獨立獲取知識的能力。“電化學與生活”是一門通識課，30學時，主要介紹與日常生活密切聯系的基本電化學知識和電化學的應用[3]。本文在原有教學理念的基礎上，將生態文明的理念滲透到相關章節，對原有的課程教學大綱和教學內容進行了修訂和刪減，并增加了垃圾分類知識內容，如表1所示。教學內容主要包括兩方面的內容：電化學知識和垃圾分類知識。在第一章、第二章和第三章引入生態文明元素，主要以教師課上引導和學生自學為主。

表1 課程內容安排

1.2 引導探究自學性教學模式

在傳統的教學方式中，一般主要以教師課堂講授的方式開展教學[4]，這樣不利于學生認知水平的發展和提高，不利于培養學生自主學習和探索未知世界的能力，所以本課程采用引導–探究–自學的教學模式[5]。首先教師通過課題情景設計，引出學習話題和電化學知識，提出相關問題，促進學生思考，然后讓學生帶著問題進行自主學習，通過構建知識體系，把理解掌握的知識匯總成報告，再通過課下實踐活動參與垃圾分類，達到理論學習與課下勞動實踐相結合的目的，最后教師負責總結點評。圖1為教師和學生活動設計示意圖。

圖1 教師、學生活動

1.3 課程教學實例

(1) 課程實例1——以霧霾天的危害為話題，討論尋找解決環境污染問題的辦法。

第一章 導論。在講解課程導論章節時，通過介紹霧霾的主要成分、霧霾天氣對人體的危害，以及霧霾產生的主要來源等話題引出學習內容[6]。同時讓學生討論分析霧霾天氣出現的可能原因，使學生認識到化石能源的使用是霧霾天氣產生的主要原因；討論提出解決環境污染問題的辦法，使學生認識到新能源技術的應用(生態文明元素引入)是減少化石能源使用的必然選擇。在新能源技術的發展過程中，電化學在能源材料科學和環境保護等方面發揮著重要作用。通過本小節課堂討論學習，讓學生認識到學習電化學的重要性和實現可持續綠色發展的緊迫性(生態文明元素的引入)。圖2為第一章課程導論的教學設計思路圖。

圖2 課程導論章節教學設計

然后介紹電化學在不同領域中的應用，比如介紹電化學傳感器，可以檢測室內甲醛的含量和食品中農藥的殘留(引入生態文明理念)；裝修的時候要選擇環保材料，裝修完的廢料要合理回收；蔬菜購買回來后要注意清洗等日常生活話題。通過這些話題讓學生在學習知識的同時，有意識提高生態文明素養。

此外介紹了電化學的發展史，著重介紹我國老一輩電化學家在條件相對落后的情況下，開展電化學研究的艱辛歷程。通過電化學發展史的學習，讓學生學習老一輩科學家在困難面前百折不撓的奮斗精神，從而促進學生對自己學業的思考，以提高學生的學習動力。

(2) 課程實例2——以手機的使用為切入點，探討不同電池的回收技術。

第二章 化學電源。圖3是化學電源的教學設計思路。主要介紹化學電源的基本知識，包括一次電池、二次電池和燃料電池。一次電池主要介紹鋅錳電池、鋅銀電池、鋅汞電池等，比如在介紹鋅汞電池時指出，由于汞有毒限制了其應用，現在一般通用的是無汞堿性電池，在這里提出生態文明理念的思想。通過案例學習，使學生認識到科學既要解決當前環境面臨的污染問題，又要防止所制備的新材料可能帶來的新污染問題。

圖3 化學電源章節教學設計思路

二次電池主要介紹鉛酸電池、二次鋰離子電池、鈉硫電池。在介紹鉛酸電池時，指出鉛會對環境造成污染，會毒害人的神經系統，此處引入生態文明理念，所以科學家們相繼又研究開發出了二次鋰離子電池。在鋰離子電池的制備過程中，使用到鈷酸鋰正極材料，但是鈷對生物也具有毒性，此處引入生態文明理念，科學家又成功開發出磷酸鐵鋰材料。磷酸鐵鋰材料不僅對環境沒有污染，而且價格便宜。另外，介紹鈉硫電池的組成和結構，由于鈉硫電池獨特的結構和性能，已經成功用于削峰填谷、應急電源、風力發電等可再生能源的穩定輸出和提高電力質量等方面。鈉硫電池的使用可以起到節約能源，減少能源消耗等作用。

燃料電池主要介紹堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等。比如氫氧燃料電池的產物是水，對環境沒有污染，更加環保，在此處引入生態文明理念。通過生態文明理念與電化學知識點的融合，使學生在學習課程知識的同時，牢牢樹立良好的生態環境保護意識，幫助學生建立科學戰略生態思維。

在講解完化學電源章節，教師指出如果電池得不到回收利用，那么將會對環境造成嚴重污染[7]。一次電池和二次電池使用完怎么回收呢，怎么實現“變廢為寶”，怎么實現二次電池的梯次利用呢，教師提出相關問題，讓學生以“每一節電池的壽命有始有終”為主題，自學部分電池回收技術和垃圾分類知識，并撰寫主題報告。

(3) 課程實例3——以介紹戰略金屬鈦的應用為開端，討論金屬回收技術。

第三章 電解技術。圖4是第三章節的教學設計思路圖。本章主要介紹通過電解技術制備合成無機物、有機物和電解制備金屬等。在講解電解制備金屬時，以介紹金屬鈦合金在航空航天和軍事領域的應用為開端，指出金屬鈦的密度相比鐵要小，但強度與普通鋼材相當，是一種戰略金屬。現代鈦的工業生產方法是采用金屬熱還原的方法[8]：Kroll法[9](鎂還原法)和Hunter法(鈉還原法)，所發生的反應為：

圖4 電解技術章節教學設計思路

但是兩種方法能耗高，且TiCl4容易揮發，在空氣中不容易處理，容易污染空氣。指出傳統制備金屬鈦方法的缺點，然后提出新型電解冶金技術(引入生態文明思想)——將固態TiO2直接電解還原生成金屬Ti[10,11]：

該技術既降低了能耗，節約了成本，又減少了對環境的污染。學生在前面學習的基礎上，帶著問題自學部分金屬回收技術和垃圾分類知識，并整理成學習報告。通過該小節的學習，讓學生認識到環境保護的重要性，使學生在潛移默化中不斷提升生態文明素養。

2 考核方式多元化

中央全面深化改革委員會第十四次會議審議通過了《深化新時代教育評價改革總體方案》，首次提出：“改進結果評價、強化過程評價、探索增值評價、健全綜合評價。”指出了要強化過程評價，在傳統教學中學習過程評價所占比例較小，結果評價占比重較大，有些學生平時不學習，最后通過突擊考試，零點通宵，也可以獲得較好的成績，這對于描述考核學生學習水平的真實性不夠準確，所以提高平時成績占比，加強過程評價比值是非常有必要的。平時成績除了包括作業成績、出勤成績，還增加了自主學習、課外實踐和學生自評成績如表2所示。自主學習成績主要評價學生在學習電池回收技術和金屬回收技術中的自主學習情況。課外實踐主要評價學生在實際進行垃圾分類中的勞動收獲和思想認識變化，達到生態文明教育和勞動教育相融合的目的。學生自評成績主要是學生對于自己學習態度、學習狀況的一個自我評定，學生在自評的過程中要學會自我反思，反思自己的不足和差距，為未來的學習計劃提供幫助。雖然學生自評成績評定占比不大，但可以給學生提供一個自我認識的機會，使學生在自我認識中不斷成長和進步。而且學生從被動的被評價變成主動的自我評價，更有利于學生身心健康發展、有利于教學中學生主體性的實現。

表2 考核比例

3 實施效果

(1) 以電化學知識和垃圾分類知識為內容載體，將生態文明教育理念貫穿到教學過程中，提高學生的生態文明素養和學習興趣，促進學生科學戰略思維的發展。學生通過課堂學習和課下自學，能夠深刻領會生態文明理念的思想，為學生未來從事專業學習和研究提供戰略思想準備，對生態文明建設和社會可持續發展具有積極的促進作用。

(2) 采用課上引導、探究和學生課下自學教學模式，不僅有利于提高學生的學習效率，而且可以提高學生的自學能力和獨立實踐能力。

(3) 考核方式多元化有利于反映出學生學習的真實水平。考核方式注重過程評價并增加了自主學習成績、自評成績和課外實踐成績。學生在自學、自評和實踐的過程中，能充分實現學生的主體性。

在學生自學探究的過程中，學生還提出了一些有意義的想法：① 一般家庭由于廢舊手機的更新換代，廢舊電池擱置或當作一般垃圾丟掉，對保護環境不利。學生認為在垃圾分類中的有害物質——廢舊電池是可以回收的，應該單設垃圾桶，然后集中回收，不應該只放到“有害垃圾”里，除了可回收垃圾、廚余垃圾、有害垃圾、其他垃圾，還應該增加廢舊電池的回收。② 盡管當前鋰離子電池的回收技術實現起來比較困難，建議還應該設置廢舊鋰離子電池回收箱，能讓更多人意識到鋰離子電池的隨意丟棄，會對環境造成嚴重污染。③ 學生還指出在電池回收過程中，鉛酸電池相比鋰離子電池回收更具有利用價值和經濟價值。表3是學生查閱的有關鋰離子電池回收技術的資料。這些想法看起來簡單，但充分體現了學生的思考過程和實踐過程，對學生未來的學習具有積極的促進作用。

表3 鋰離子電池的組成及可回收資源

4 結語

以電化學知識和垃圾分類知識為內容載體，將生態文明的理念通過教師課堂引導、學生自學和課后實踐，貫穿到整個教學過程中，實現了知識與理念并重、教學與自學并重、理論與實踐并重。通過多元化的考核方式評價學生的學習行為，能全面反映學生的學習水平，有效體現學生在學習過程中存在的不足，為學生制定進一步的學習計劃提供幫助。作為教師，在教學中不僅是知識的傳遞者、思想的引導者，而且還要不斷地提升教學理念、更新教學內容，促進教師自身水平的發展，以更好地培養出具有生態文明素養的學生，為促進課堂教學和生態文明建設相融合不斷探索而努力。