高等环境化学课程提升探索*

李 薇，王信粉，许 野

(资源环境系统优化教育部重点实验室，华北电力大学环境科学与工程学院，北京 102206)

环境化学课程是环境相关专业的必修课，传统环境化学课程的内容主要是研究污染物存在形态，在环境中的迁移转化机理及基本污染防治技术的应用等，是学生了解防控环境污染给社会、人群及自然环境带来的不良影响和危害的基本理论及技术。

随着社会经济的发展，各种环境问题日益突出，影响范围不断扩大，越来越高的环境保护要求对环境学科提出了新的挑战。环境化学的传统授课内容一般都是以高教出版社的第二版的《环境化学》为教材，围绕该教材的内容进行讲授，已经难以满足日新月异的环境科学技术发展对研究生培养的要求。亟需针对硕士研究生的专业要求和培养特点，开发高等环境化学专业课程，建设协调环境与发展，保护和改善环境质量的新兴的综合性、交叉性课程。对培养适应绿水青山也是金山银山理念需要的高级技术与管理人才具有重要意义。

1 培养目标分析

比起早期针对单一环境问题进行的处理，面向研究生的高等环境化学要求从更为完整的项目角度考虑整个环境工程的解决方案计划。因此课程的培养目标应为熟悉环境中的主要污染物的毒性和运动过程及受污染环境的修复技术；掌握水、大气、土壤、生物体内的环境污染的生物效应以及污染物在环境中的存在形态和迁移转化规律；能开展环境污染防治、监测、自然资源保护相关科研以及环境系统优化分析等工作。

2 课程方案设计

本课程针对以上培养目标进行课程教学创新设计。

2.1 结合实践讲授基础理论并进行多方位延伸

研究生课程在涉及更深的理论知识，高等环境化学的理论基础包括但不限于《无机化学》、《有机化学》、《分析化学》、《环境化学》、《环境工程学》等教材[1-5]。同时，为了培养学生的独立解决问题能力，还应该加入更多的创新研究思维引导内容，从应用实践和拓展研究的双重维度启发学生进行社会民生亟待解决的关键环境问题研究。课程讲授过程中对水、大气、土壤等污染污毒性及运移过程均进行多角度延展，包括但不限于污染物的反应机理，污染物的变化过程、污染控制技术的改进完善、技术的应用适用以及机理及技术之间的联系等[1]。例如，鼓励学生自行思考污染物控制基本化学反应机理；分析企业生产过程中污染发生、转化、控制过程中的复杂性；结合实际环境污染案例中污染物去除机制在基本理论上发现更高效的污染控制方法等。

在具体课程内容设计中，还以某地区雾霾产生机理、发展过程、控制方案为例，首先从微观角度讲授检测大气污染物成分的工具、雾霾污染物的解析构成、污染物的来源的追溯方法及降低雾霾发生的方法等。其次分析造成雾霾的新型大气污染物的产生及转化，启发学生对大气污染控制的具体科学理论和控制技术原理、研究手段、研究进展等进行深入探讨和分析[1]；在掌握大气污染物控制的原理后，拓展研究雾霾是否受其他气象、社会经济等因素影响以及互动机理，提出更全面的解决雾霾、臭氧等大气环境污染问题的技术方案。

2.2 生态环境系统分析内容拓展

在课程规划中增加环境系统分析，包括环境污染问题发现与归类分析、技术研发与可行性分析，决策制定和完善、整体优化等。从工程实践的角度，结合具体物理、化学、生物技术手段，不局限于微观处理方法，而是系统分析环境污染处理工艺技术的优化思路。课程内容中还增加了针对具体问题建立的不同环境影响评价体系，引导学生思考如何选择发现和解决环境问题的切入点、解决方法、软件等工具利用等。基于具体实践形成研究设计优化方案，并通过示例和讨论，分析整个工程的优缺点，延伸至多角度方案规划与建设，并各技术方案开展系统优化分析。课程内容的设计针对不同的环境问题会有侧重点，引导学生发现问题，寻求解决问题的最佳方案，增加对高等环境化学前沿理论及技术的整体认知和掌握，通过主客观结合的方式，更为贴近实践的讲授环境化学。

2.3 环境新技术、模拟软件应用实践

相比于本科学习中简单的了解水污染控制、大气污染控制、噪声污染控制、固体废弃物处置与资源化的基本技术发展及应用简介[5]，研究生学习应更注重实际经济发展和社会建设中，在课程教学过程中，针对社会普遍关切的重大环境问题，研究新出现典型环境污染物、环境污染事件及造成生态环境影响的事故的解决方案，有针对性的计算问题解决的整体效果并进行解决方案的优化。如某处输油气管道泄漏导致的水体及大气环境污染情况下，研究水体本身水文水动力学因素对水体污染问题造成的影响，学习相关污染物迁移扩散模型，通过污染物在水体中扩散的模拟，判断包括土壤、大气、温度、地理、生态链等多因素对整个污染问题解决的影响以及各影响因子的敏感性，基于层次分析或析因分析，对不同环境条件下的影响因素进行排序或者分类，分析各因素之间的关联，给出更高效的整体处理技术方案。

2.4 充分利用信息化技术丰富课程内涵

在环境化学相关理论的基础上，结合当下迅速普及的信息技术，对学生进行知识阐述和理论启发。以环境污染事故分析、动态模拟、反应动图、软件计算等为教学手段。让学生不局限于课堂所接受的内容，学会举一反三。引导学生通过信息网络获取案例和数据，对危害生态环境的典型行业污染问题进行深入分析，了解污染物产生机理，典型污染物的特征及防控难点，通过网络信息资料查找当前主流环境工程理论和技术发展的趋势，研发环境污染物降解新技术和材料、方法[6-7]。针对环境污染事件，引导学生学习和使用相关的环境分析计算、统计建模、模拟分析软件，并通过在课上讲解具体的案例和数据，为学生提供设计、计算演练机会。例如针对重点排污行业特征污染物产生与排放情况，同学们学习和使用分析大气污染物扩散的高斯、Capuff模型，分析地表水污染物迁移扩散的SWAT软件，和分析土壤及地下水的GMS、Fluent、Hydrus软件等。学生通过对相关案例的数据收集、处理、统计分析，再结合具体软件对污染物迁移扩散的模拟，对污染物在自然环境中的迁移转化过程、机理有了深入的了解，也有利于他们对相应环境软件使用的掌握。其次，通过对各软件输出结果比较，来具体分析软件模拟过程中的优缺点，讲解误差的避免方法以及软件的优化应用。课程的讲授过程中，将环境污染问题解决和环境化学理论方法相结合，提高学生对基础理论的掌握以及软件应用能力，培养应用型环境保护人才。

3 课程讲授及考核形式改革

高等环境化学课程考核不局限于单纯基本理论考核，根据学生对环境化学技术方法发展结合紧密的学习内容与掌握程度进行考核方案设计，采用高互动性、紧密结合实践、跨学科式的综合课程考核形式。期末考查成绩和日常出勤率设置占比50%，重视量化学生在课程学习过程中的理论与实践结合情况以及相关领域的学习拓展深度，采用辩论会、研讨会和案例分析等方式组织教学，提高教学效果，辅助对学生解决实际问题的创新能力进行综合测评，课堂表现在最终成绩中占比50%。

(1)课程进行中，针对当前的社会需求，为学生提供多种环境污染问题案例和理论研究方向，允许并建议学生根据兴趣及当前污染现状自由选题。让学生通过分析课题组的科研方向与环境化学授课内容的交叉点，引导其选择其感兴趣的环境污染防控问题案例进行下一步的全面分析工作。在现有解决方法和课堂知识的基础上，鼓励其独立新的解决方案。在这个过程中，导师将对重点环节进行指导。最后，通过多种形式的课堂呈现，为学生提供自由的学习空间和创新环境，学生也有机会在课堂上阐述自己的观点及对环境污染防控方面的新见解。

(2)关注问题解决过程中关键环节。在分析典型环境问题解决方案的同时，对学生为某一环境问题研究得出具体的解决理论和设计方案提供对比、评估，组织学生对研究结论进行讨论，并提出改进建议。对环境污染解决方案中的理论应用、软件使用、参数率定、网格划分等影响因素的考虑全面性、方法分析的创新性、以及对误差和错误产生原因等，综合评价学生对高等环境化学的学习成果评价。

(3)引导学生自己挖掘环境热点、发现环境问题，并和同学开展热点分享和问题辩论。通过拓展学生的知识面，激励个体主动学习能力和增加自我创新能力，培养环境敏锐度较高的复合型人才。鼓励学生自己探索老师讲解内容之外的知识点，并给其他同学们进行详尽的讲解，并和同学们进行讨论，回答老师和同学们提出的问题，以及寻找依据解答观点反对方的质询。针对某个具体问题，不同角度的思维发散也可以补充课程中忽略的一些知识点和重点，学生们对知识的学习和掌握会更加全面。通过将学生自主讲解模式加入考核体系，对学生的主动学习予以激励，增加老师和同学之间以及同学之间的交流互动。

4 课程未来改革探索

社会经济发展对环境化学学科教学的要求越来越高，需分析该领域的理论、方法、技术、材料、软件等研发的前沿热点和未来创新方向。

4.1 宏观环境理论与微观污染控制技术建立联系

实际环境问题的解决，已经不仅局限于单独的水、土壤或者大气分析，而是需要综合考虑多重不确定因素，在影响因素分析中，需要计算一些未知的因素和方案设计疏忽带来的误差。环境污染问题的侧重点分析、技术方法以及工艺可行性分析、基础自然环境信息及处理数据统计等多方面问题，都是影响环境污染控制的重要因素。课程讲授过程应该从微观具体技术和宏观系统分析的双重角度出发，保证各类环境污染问题解决理论和技术工艺设计的全面性。

分析目前典型环境污染问题过程中，引导学生通过目标逆推法和动因促进法，通过目标逆推法针对每个目标制定可以达成该目标的方案。通过全面的目标分析，可以从特定的角度引导学生分析不同环境问题。动因促进法是从环境化学的最新发展角度进行分析，动因促进法可以评估环境污染给自然环境及人类生产生活带来的影响，分析对相应方案的改良，提供更好的工艺方案。两种方法均可对学生在课程上进行较好的实践引导，可以较好的促进高等环境化学课程改革。

4.2 不同学科知识理论融会贯通

环境化学多年的发展过程中，化学、物理学、微生物学、生物学、经济学、管理学等多门学科均与该学科建立了紧密的联系。在授课过程中，根据环境污染问题解决的实际需要，适当增加和其他学科交叉的内容。设计环境化学方案时，不仅局限于单一环境分析，应更注重于提出融合多学科的方案。利用学科交叉理论知识，对方案的项目周期、实践难度、协调难度、方案的费效等进行综合考量，在对环境污染进行模拟和仿真时，考虑人为管理干涉和无干涉等对比问题，提供更全面的解决环境问题的信息。

5 结 语

面向研究生的高等环境化学课程必须顺应社会、经济的发展。课程的讲授需要更深入的探讨污染控制过程的反应机理，还需要系统的引导学生开展实践理论和方法的创新。课程中学生不仅研究环境化学的相关理论和技术，还着重学习如何利用相关信息，如何与其它学科交叉融合，最终获得解决环境污染问题的最优方案。通过深入探讨分析当前环境面临的热点问题，使研究生有能力凭借自身能力提出高效可行的解决方案，进一步提升学生理论及实践水平。