新工科背景下高校环境通识教育理念与实践

卢桂宁，易筱筠，杨  琛，黄少斌，吴平霄  

（华南理工大学 环境与能源学院/工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室，广东 广州 510006）

[摘  要]发展环境教育、提高环境意识，是解决环境问题和实施可持续发展战略的希望所在，培养新经济急需的以及引领未来技术和产业发展的人才已成为全社会的共识。本研究在开设“环境科学与工程导论”环境通识教育课程中秉承理工结合和科工并重的教学理念，构建了“课堂讲授-见习实验-社会调研”三位一体的混合式教学模式，进行了课程考核机制和缩小教学班规模等改革。在教学过程中穿插一些趣味材料和典型环境问题及案例分析，引入了实物教学和课堂实验并设置专门的专业实验室见习课，要求学生利用周末和节假日时间开展环境污染社会实践调研活动，编写的配套教材出版后在全国推广使用，取得了良好的教学效果和社会反响。

[关键词]新工科;环境通识教育;理工结合;科工并重

[基金项目]2018年教育部长江学者奖励计划“青年学者”（Q2018195）；2020年华南理工大学本科教研教改项目“新工科背景下理工结合与科工并重的环境通识教育改革与实践”（C9203058）。

[作者简介]卢桂宁（1980—），男，广东和平人，博士，华南理工大学环境与能源学院研究员、土壤污染控制与修复教研所所长、博士生导师，主要从事环境污染控制与修复研究及环境通识教育教学研究；易筱筠（1970—），女，湖南醴陵人，博士，华南理工大学环境与能源学院教授、博士生导师，主要从事矿区重金属环境行为研究；杨琛（1976—），女，湖北宜昌人，博士，华南理工大学环境与能源学院教授、博士生导师，主要从事抗生素及重金属复合污染研究。

[中图分类号]G642   [文献标识码]A  

人与环境之间是一个有着相互作用和相互影响的对立统一体。近年来，各种环境事件层出不穷，人与环境的不和谐，使得人类面临着各种环境问题和危机，对人类社会生活造成了严重的影响^[1]。例如：日本决定向海洋中排放福岛核电站核废水，引发了国际社会的担忧和恐慌；我国京津冀地区入冬后常爆发大范围的雾霾事件，给人们的生活带来诸多不便的同时造成了部分民众的恐慌；“毒跑道”事件波及江苏、广东、上海、浙江等多个省市，给大批学生造成了不可挽回的伤害；民间环保组织“两江环保”在河北、天津等地开展工业污染调查发现超大规模的工业污水渗坑对地下水造成严重污染；面对“垃圾围城”困境，垃圾焚烧发电厂选址困难，并在多地引发群体性事件；继“镉大米”事件后，“镉小麦”的出现也备受关注，环境污染引起的食品安全牵动着社会民众的神经。为了提高人们的环境意识，积极监督污染行为，理性对待环境事件，环境通识教育势在必行。

一、新工科背景下环境通识教育的意义

环境教育起源于20世纪以来人们对环境问题的严重性、资源的有限性以及生态环境破坏的难以恢复性的体验与认知。发展环境教育、提高环境意识，是解决环境问题和实施可持续发展战略的希望所在。通过环境通识教育，能够使人们从意识层面上认识到地球上的生命都是相互依赖的，提升公众的政治、经济、社会、文化及科技认识水平，加深人们对环境问题影响社会可持续发展的理解，使得公众能够更加积极有效地参与地方、国家和国际层面上有关环境可持续发展活动，推动整个社会向着更为公正和可持续发展的未来前进^[2]。

跨学科人才培养是提升教育教学质量的重要途径。伴随第三次科技革命的深入发展，多学科交叉且全球影响重大的复杂问题不断涌现，对高层次跨学科复合型人才培养提出了新的挑战^[3]。2017年以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，旨在培养造就一批多样化、创新型卓越人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑。相对于传统的人才培养，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才。由于全球范围环保意识的提升、各国环境标准和环境保护法规的日益严格，世界节能环保市场在保持快速稳健地发展，节能环保产业提供的就业岗位也处于稳定快速的增长趋势。全球生态治理已成为世界各国利益的汇合点和人类生存发展的增长点。培养新经济急需的能够引领未来技术和产业发展的人才，已经成为全社会的共识。

二、新工科背景下的环境通识教育理念

环境科学与工程学科是伴随经济发展过程中出现的各种环境问题以及社会对解决环境问题的迫切需求而产生和发展的，是基于自然科学、技术科学、工程科学与社会科学而发展起来的综合性交叉新兴学科，是一门研究人与环境相互作用及其调控的学科。笔者自2001年开始面向非环境类专业的本科生开设“环境科学与工程导论”环境通识教育课程，该课程于2006年入选校级精品课程。经过十多年的教学实践和发展，该课程知识体系日趋完善，已成为笔者所在学校开设的通识教育课程体系中科学技术领域的核心课程之一。

成功的通识课教育改革不仅要具备国际视野，还要兼顾自身的时代背景^[4]。新工科建设是我国新经济发展对高等工程教育提出的新要求，是中国高等教育发展的趋势之一。笔者所的华南理工大学是一所以工见长、理工医结合、管经文法等多学科协调发展的综合性研究型大学，而环境科学与工程学科则是一个典型的理工结合的多学科交叉学科，可授予理学、工学及农学学位，其专业内涵中就蕴涵着理、工、农学科的结合。而科学和工程完成的是两种完全不同的任务，一个是理论层面，一个是实践层面，但两者是不能割裂开来的，科学和工程相辅相成：科学的进步推动着工程的发展，工程的发展反过来又为科学提出新的问题。环境科学与工程领域成为盛产研究型工程师或者工程型科学家的领域之一。笔者在“理工结合”的理念下，在环境通识教育中构建科学与工程并重（“科工并重”）的教学内容体系（见图1），探索具有校本特色的理工结合型人才培养模式，以期培养适应社会经济发展需求的应用型复合人才。

图1 课程主要教学内容架构

笔者讲授的“环境科学与工程导论”环境通识教育课程教学内容包括人口·资源与环境、环境生态学基础与应用、水体环境及污染控制、大气环境及污染控制、土壤污染控制与修复、固体废物污染控制及资源化、环境物理性污染控制、环境管理及技术支撑、环境保护职业与产业、环境专业教学及科研实验室见习等，旨在通过不同专题的介绍让读者对环境科学与工程所涉及的各个领域有较全面的了解。在内容编排中，注意科学与工程两方面的内容并重，并在教学过程中穿插一些趣味材料和典型环境问题及案例分析，力求突出理工结合的校本特色、强化工程技术知识基础。于非环境专业学生而言，本课程有可能是他们选修的唯一一门环境类高等教育课程，为此在课程教学内容设置中除了环境问题的一般概念外，适当增加了环境问题防治方面的知识，使学生对环境问题的产生及防治有更全面的了解，对他们在今后的工作中能自觉有效地践行保护环境的理念具有重大意义。

三、新工科背景下的环境通识教育实践

高校要从理念、目标、模块、方法和评价等方面对通识教育的建设现状进行完善与调整， 促进通识教育课程育人作用的更好发挥^[5]。高校公共选修课的传统教学模式存在诸多弊端，已有的线上教学模式也未能取得理想的效果；高校公共选修课教师应该积极借鉴混合式教学的理念和方法，基于学生学习的心理基础，开展契合公共选修课课程性质的教学实践探索^[6]。秉承理工结合与科工并重的教学理念，笔者组建了高水平的授课队伍，构建了“课堂讲授-见习实验-社会调研”三位一体的混合式教学模式，在案例教学、实验教学、课外实践、课程考核和缩小教学班等方面进行了一系列的创新设计与实践，编写出版了配套教材，并在全国推广使用。

（一）授课队伍建设

该课程实行专题式讲座，教师由原来“一门课一个人一个学期”从头讲到尾，改革为“一次课一个人一个讲座”专题模式，此种方式在减轻授课教师备课负担的基础上提高了教学效果，各自发挥所长^[7]。本课程的授课团队由8名分别从事水环境污染控制、大气环境污染控制、土壤污染控制与修复、固体废物处理与处置、环境生态学、环境化学、环境实验技术等不同研究方向的教师组成，是经过二级学院教指委讨论和考核选拨出来的，由经验丰富的二级教授担任课程总体顾问，授课教师均为具有高级职称和博士学位的有经验人员，其中有国务院特殊津贴专家、国家重点研发计划项目首席科学家、教育部高层次人才，也有广东省及广州市人才计划获得者、校级优秀教师等不同层次人才，形成了一支稳定的授课队伍。授课内容始终在坚持创新发展上努力进取、坚持与时俱进，充分发挥教师的特长和优势，将学科前沿的精华展现给学生，大力改善通识课教学效果和质量。学生修读一门课程可以同时接触多名教师，每名教师都有自己的讲授风格，可以有效提升学生学习兴趣，促进学生思维和综合素质培养。

（二）环境案例教学

案例教学法是一种基于案例的教学方法，不同于传统的教学方法，它能够较好地解决教学过程中理论知识与实际情况脱离的问题，是培养实用性人才的有效方法。环境通识教育中的基本概念和基本原理的教学仍然需要传统的讲授模式^[8]。但是笔者在“环境科学与工程导论”授课中发现，传统的讲授模式中师生之间缺乏有效的交流与互动，学生听课被动，课堂气氛不佳，无法提高学生的主观能动性。笔者发现通过一个或几个具有代表性的典型环境事件或者环境案例，鼓励学生积极思考，可以有效提高学生的学习主动性。课堂中可通过案例引导学生相互讨论，以学生为主体、教师为主导，教师充当学习的组织者、指导者和促进者，而不是知识的呈现者，实现师生之间交流与互动，培养学生分析实际问题的能力，结合老师的归纳、总结与点评，学生可建立起一套合适的逻辑思维方法，显著提高分析问题和解决问题的能力。

比起单纯地讲述文字案例，通过播放简短的新闻调查视频或展示新闻报道图片，或是查找公开的环保漫画作品作为案例素材来引入国内外的热点环境问题，更能调动学生的学习兴趣和积极性。该课程可使用的环境案例很多，如饮用水水源地污染造成的停水事故、产地水土环境污染造成农产品超标问题、家具和装修带来的室内空气污染问题、生活垃圾收运和处理不当带来的垃圾围城、电子垃圾不当处置带来的区域环境污染、酸性矿山废水带来的流域污染、海上溢油带来的海洋污染、化石能源大量使用带来的城市雾霾等均可作为案例使用，以环境问题和环境案例引入不同的专题，在理论知识的讲授过程中不断回应案例的内涵，可有效加深学生对知识的理解和掌握^[9]。

（三）课内实验教学

实验教学是理工科大学生将所学理论知识与实际操作创造性结合的重要途径^[10]。高校的学生都反映通识选修课选课随意、上课兴趣不高、逃课现象严重。那么如何提高学生的学习兴趣、调动学生的学习积极性是开好通识选修课关键所在。该课程主要面向文科生开设，普遍对工程科学存在一定的刻板印象，认为工程科学相对枯燥乏味，因而丧失学习动力。为了消除这种成见，在课堂学习过程中，引入了实物教学和课堂实验，并设置专门的专业实验室见习课，以增加课程的趣味性。

在教学过程中，笔者引入了3个课时的实验教学环节，包括1个课时的实验室安全教育和2个课时的专业实验室见习活动，要求学生课后完成见习实验报告作为课程作业，见习实验报告中要求至少了解3种实验装置或工艺设备的实际用途。为保证学生在实验中的安全，提高事故发生时的应急处理和自我保护能力，确保实验教学人身安全，实验室安全教育必不可少。实验技能与理论知识相对独立，但又有密切联系，实验教学是培养学生实践能力的重要手段，也是提高学生综合素质的关键环节^[11]。见习实验室包括：水污染控制实验室、给排水实验室、大气污染控制实验室、环境生态实验室、环境分析实验室等。见习过程中现场观摩实验设备和装置，通过实验老师的讲解，详细了解工艺原理及用途，配合必要的演示实验，能最大限度加深对理论知识的理解和运用。

专业实验室见习是该课程的一个特色。在通识教育选修课中设立实验见习课对文科类学生来讲是一种新颖的教学方式，他们对实验的理解停留在高中阶段，有一种新鲜的感觉和探索的欲望。通过实验教学推进多学科的渗透与交叉，可扩大学生知识面、开阔视野，实现“厚基础、宽口径”的培养要求，提高大学生综合素质。在通识教育课结束后，选课学生对专业实验室有了基本了解，有的学生产生了深入学习的兴趣，跨学院、跨专业再次申请进入实验室参加课外科研创新活动；也有的学生在之后参加各类课外竞赛活动和项目的过程中，会想到可以利用实验平台对参赛项目进行提升。因此，通识选修课实验教学成为专业实验室对外开放的重要途径。实践表明，实验教学进入通识选修课，可有效拓展学生知识面和感知，促进学生跨学科思维方式和综合能力的培养。

（四）课外实践教学

社会实践是验证和巩固理论知识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质人才的重要环节^[12]。目前高校环境教育存在诸多现实困境，例如：高校环境教育和科研创新联动不足，重理论传授、轻实践参与，学生环保自觉意识不足。除了引入实验教学外，本课程还要求学生走出课堂、走入社会，利用周末和节假日时间开展内容丰富、形式多样的课外社会实践调研活动，要求拍摄一组能反映身边环境问题的照片，综合运用本课程所学知识对照片中的环境问题进行思考和分析，提出合理建议和治理对策，完成1份课外调研报告作为课程大作业。社会实践调研的题材、内容均不作限制，评价标准主要体现在原创和思考，不得摘抄文献及网上报道文字，通过线上作业系统自动进行文字查重。此外，为推行环保的理念，提交存档的纸质报告限仅用1页A4纸，以节约纸张。

学生带着理论知识和课堂印象走向野外，这是比课堂教学更为复杂、生动直观的学习方式，它是对理论知识的验证和巩固，是理论联系实际的重要途径。从提交的调研报告来看，同学们围绕饮用水水源地保护、农村生活污水随意排放、城市河涌黑臭水体、湖泊富营养化、垃圾分类不规范、生活垃圾收运及处理、城市雾霾、施工扬尘、室内装修污染、汽车尾气排放、烟花炮竹燃放、餐饮摊档油烟、土壤污染治理、广场舞噪音扰民等亲身经历的场景及环境问题展开，也有同学通过设计问卷，对路人以及相关工作人员进行提问，了解他们对该环境问题的看法，充分发挥和综合运用本课程及其所学专业的知识，从而形成更具建设性和可操作的对策建议。学生们通过课外实践活动增长了见识和才干，提高了综合素质和能力。社会实践教学与学校的课堂及实验教学的配合，其效果相互补充、相互促进，能有效提高整体教学质量，培养高素质复合型产业人才。

（五）课程考核改革

课程考核作为教学质量检验手段，是教学管理过程中必不可少的重要环节。考核方法合理与否，直接影响考核的结果、教与学的积极性以及良好学风的建设^[13]。基于课程考核、全面考核、面向实际问题考核等因素的考量，重构环境通识教育考核体系，由以往的卷面考试为主拓展为多种形式并存，对学生总评成绩开展综合评估，使环境通识教育考核方式更加实用化，适应新工科教育的要求。

图2 学生课程总评成绩构成

笔者对教学与考核方式进行了调整，采用“适应多模式考核的教学与评价体系”，逐步加大过程考核比例。该课程考核包括 5 个部分（见图2），各部分比例及评分标准如下：（1）课堂出勤及表现占 10%，采用微信辅助签到和课堂提问进行抽查；（2）平时作业占10%，采用课堂作业与课外作业相结合的方式；（3）实验室见习实验报告占10%，主要评价对见习过程的收获与思考；（4）课外实践调研报告占20%，重点评价报告的原创性及对问题的思考；（5）期末考试占50%，开卷，题目以考察学生的掌握能力为主，题型包括：判断题占30分，该类题以常识为主，目的在于考察学生的环保意识；简答题占30分，该类题以常用技术为主，目的在于让学生了解环境工程技术现状；综合应用题占40分，主要为案例分析题和论述题，考察学生综合运用环境科学与工程知识的能力，要求学生能结合身边实际环境问题和国内外发生的各类环境污染事件，合理运用环境科学与工程知识分析案例所反映的问题并提出解决思路；此外，设置开放性论述题，可充分考察学生的知识综合能力，真实表达自己的内心想法。

（六）课程教材建设

教材是体现教学内容和教学方法的知识载体， 是进行教学的基本工具，是教学改革与教学研究成果的固化。通识教育改革成为近年来高等教育改革的重点和热点，然而支撑我国高等教育人才培养实施通识教育的教材建设体系尚未形成，服务于新工科教育改革的通识教育教材建设更处于起步探索阶段^[14]。教材具有鲜明的时代印记，高校教材建设是践行国家意识形态和服务国家发展战略的客观体现。传统的教材建设已不能适应新工科人才培养的需要，在教材的建设理念、模式和实践路径等方面都亟待进行改革与实践^[15]。

当代高校教材建设应以教材思政、课程思政为核心，以通识教育教材建设体系为抓手，以体现学生为中心的能力培养为重点^[16]。为了更好地开展日常教学工作，方便学生的日常学习，笔者自编完成《环境科学与工程通识教程》一书作为该课程的配套教材使用。该书于2014年首次完成并投入到教学过程中试用，几经修改和完善后于2017年由科学出版社出版发行。该教材的体例设计以明确的教学主线为牵引，编写风格尽量体现生活化、趣味化、通俗化、简约化、案例化的特征，通过系列融合环境案例的“阅读材料”激发学生好奇心和求知欲。该教材出版4年以来，已6次印刷，累计印数超过3000册，在国内大多数高校图书馆均有藏书，并在华南理工大学、温州大学、河南城建学院、中山大学新华学院等近20所高校推广使用，获得师生的一致好评。

（七）小班化教学改革

为了符合现代教育的特点，满足社会对高质量人才的需要，小班化教学是高校教学改革的必然趋势。复旦大学已施行通识教育核心课程小班化讨论模式，在中国处于比较领先水平^[4]。为了提高教学效果和人才培养质量，近年来笔者开展了选课学生上限为50人以下的小班化教学，同时大班选课学生上限也由之前的200人逐步降低到100~120人（表1）。在缩减班级学生规模的基础上，通过对教学内容、教学方法、教学组织形式、教学实践过程、教学策略和教学模式等的改革，课堂重心由教师主体转向学生主体，真正强调了学生在班课堂中的主体地位，这有利于照顾到每个学生的情况，做到因材施教。实践结果表明，实施小班化教学的班级出勤率显著高于普通大班教学，学生期末总评成绩的及格率和优秀率也显著高于普通大班教学。

表1 近年开课班级及选课学生数量

注：（a）括号中数据为试点50人以下小班化教学班级数；（b）数据源自华南理工大学教务管理系统，不含选课后因该班人数限制而被随机强制退出的学生。

四、结语

秉承理工结合和科工并重的教学理念，新工科背景下的环境通识教育应注意科学与工程两方面内容的并重。笔者构建了“课堂讲授-见习实验-社会调研”三位一体的混合式教学模式，在教学过程中穿插一些趣味材料和典型环境问题及案例分析，引入了实物教学和课堂实验并结合设置专门的专业实验室见习课，要求学生利用周末和节假日时间开展环境污染社会实践调研活动。在案例教学、实验教学、课外实践、课程考核、小班化教学等方面进行了一系列的创新设计与实践，力求突出理工结合特色、强化工程技术基础，编写的配套教材出版后在全国推广使用，取得了良好的教学效果和社会反响。

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