营造安全健康的生态环境是民生重大关切问题和增进民生福祉的重大优先领域｡党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央把生态文明建设作为统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局的重要内容｡同时,“健康中国2030”和“碳达峰碳中和”双碳目标等国家战略对环境保护､环境减污降碳及应对全球气候变化提出更高要求｡具备环境保护和生态文明建设意识已成为各行业从业人员的基本要求｡环境保护和生态文明建设相关课程已成为高素质人才培养的必修课｡在大学期间切实加强学生的环境保护能力和生态文明建设意识,着力培养美丽中国､健康中国和生态文明建设的重要参与者和贡献者,针对不同专业本科阶段的学生开设环境保护与健康类的通识教育课程具有重要意义,也对土木工程等相关的人才培养提出新的要求｡在《土木工程专业2021版本科培养方案》明确提出“环境和可持续发展”的毕业要求指标,要求土木工程专业的毕业生应能够理解和评价针对土木工程专业的复杂工程问题的工程实践对环境､社会可持续发展的影响｡

同时,针对人才培养的具体课程建设,《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中明确提出强化教学过程管理､完善教学考核和深化教学改革等方面的具体举措,以全面提高本科教育教学水平｡为此,全国高校的教师针对不同课程进行了翻转课堂和案例式教学等多种课堂教学改革探索[1-3]｡课堂教学改革的核心是课堂教学内容的改革;教学设计和方法是传授教学内容､达成教学目标的重要保障,教学方法改革是教学改革的关键环节;教学实践反馈是教学改革效果验证的重要内容[4]｡

重庆科技大学(以下简称“我校”)土木与水利工程学院土木工程专业从2017年起为本科生开设多学科交叉融合的土木工程环境学课程｡此课程已成为我校土木工程专业本科生通识教育的必修课｡本课程的主要教学任务是使土木工程专业的学生了解环境问题和环境科学的产生与发展;理解当代人类面临的主要环境问题和环境与生态学的基本知识;理解土木工程领域大气､水､固体废物､土壤和噪声污染及其防治途径;理解土木工程领域的环境监测与环境评价｡本课程的最终目标是使学生能够树立环境保护意识和可持续发展思想,具备优良的环境保护素质｡因此,本课程在土木工程专业人才培养过程中起到非常重要的通识教育作用,在课程教学过程中必须不断与时俱进,加强教学内容与教学方法的改革创新,高度重视该课程在土木工程专业人才培养中的重要作用｡案例教学是一种“由果到因”的启发式教学方法,通过基于典型案例､融入基础理论知识讲解,可明显提升学生和教师间的互动｡案例教学法已广泛应用于医学､法学､管理学和教育学等学科类专业的教学,目前逐渐扩展到理工科类专业的教学[1-3,5-7]｡对于土木工程专业的课程教学,目前多学科交叉融合的案例教学方法已经在实践类课程中推广应用,并取得较好的教学效果[8-9]｡而案例教学方法在土木工程环境学相关课程中应用还相对较少｡

本文在总结分析前期土木工程环境学课程现存问题的基础上,采用文献综述､现场调研､实践检验等方法,通过汇集土木工程领域的环境污染治理和生态文明建设科技文献和视频教学资源,梳理土木工程领域的环境污染治理和生态文明建设典型工程案例,结合现场调研示范性工程项目,构建与土木建筑密切相关的环境污染和生态环境保护案例体系;最后通过案例式教学设计在教学过程实践检验并形成反馈,全面优化教学过程和教学方法,多次迭代优化教学素材和体系,提升土木工程环境学课程教学质量,强化土木工程专业本科生应用多学科交叉融合方法和理念解决土木建筑领域环境问题的能力｡本文重点聚焦多学科交叉融合的土木工程环境学案例式教学设计改革和实践,从土木工程环境学课程的“多学科交叉融合教学设计体系—高度匹配课程的教学案例素材—教学实践检验和反馈迭代优化”三方面开展课程教学设计与实践改革(图1)｡

图1课程教学设计和实践流程示意图

一、课程教学存在问题分析

由于土木工程环境学课程的多学科交叉属性及生态文明建设领域的高速发展,项目团队在进行土木工程环境学课程建设和教学工作中,发现现有的课程教学内容体系､教学方法仍存在一定问题,教学成效仍有较大提升空间｡以下对这些问题做简要总结和分析:①土木工程环境学涉及土木工程､环境工程､环境科学､建筑环境学､生物化学､环境健康学和环境毒理学等多学科｡现有的教学体系和教学过程主要围绕环境工程和环境科学开展,与土木工程和环境健康学等的关联和结合度较弱,难以满足土木工程专业本科生将课程所学知识真正应用于解决土木建筑领域的环境问题,难以培养土木工程专业本科生的多学科交叉融合应用能力｡②在党中央和国务院的高度重视下,我国生态文明建设和环境保护工作在近年得到快速推进,各类新型环保技术和环境污染处理技术快速形成｡大气､水体､土壤和噪声污染等重大民生关切的环境问题防治行动计划深入实施,生态系统保护和修复重大工程进展顺利,生态文明建设成效显著,但同时也出现各类新型生态污染问题｡现有的教学体系和关键知识点仍主要沿用环境工程和环境科学2010年前的经典教材内容,难以体现现有生态环保和典型污染处理相关的新理论､新技术和新装备体系,难以满足土木工程专业本科生与时俱进,将课程所学知识真正应用于解决当前土木建筑领域面临的环境问题｡③当前新型教学方法涌现,翻转课堂和案例式教学等教学方法得到广泛应用,其教学效果也得到验证｡但目前土木工程环境学课程教学体系设计仍主要沿用讲授法,主要通过教师的叙述､描绘､解释和推论来传递信息､传授知识､阐明基本概念､论证定律和公式,引导学生分析认识问题,难以发挥学生学习主动性和积极性,容易出现教师满堂灌和学生被动听的局面｡

二、课程应用案例式教学设计与实践

(一)课程多学科交叉融合教学设计

本课程的教学团队采用文献系统综述和专家调查等方法,对前期发表的涉及多学科交叉融合教学的教育教学科技论文和教改论文进行全面总结,同时对涉及多学科交叉融合的土木工程领域国家和省部级在线精品课程教学过程设计和教学体系构建方法进行梳理,发现多学科交叉的课程教学设计方法创新点主要体现在两方面:①课程教学内容以模块化的形式组成;②课程教学由3位教师以上的教学团队开展,且教学团队的教师均具有多学科教育和专业背景[1,8,10-11]｡教学内容模块化是多学科交叉融合课程的知识体系化的体现,有利于学生构建知识体系,也有利于交叉学科教学团队开展教学工作,最终提升和保证教学质量｡教学团队多学科背景化是此类课程顺利且高质量开展的重要保障,可避免学科专业教师对其他相关学科知识盲点,切实消除交叉学科基础知识点的教学错误[12]｡

因此,本教学团队也从教学内容模块化和教学团队多学科背景化两方面开展课程教学设计和实践改革｡结合土木工程环境学课程的知识体系､教学目标和教学课时(32学时)安排,本教学团队将课程的教学内容主要分为7个模块:环境监测与环境评价､空气污染与控制､水体污染与控制､土壤污染与控制､固体废物污染与控制､噪声污染与控制和其他理性污染及其防治｡每个模块均建立与土木工程专业领域相关的典型案例库,基于典型案例开展教学设计和现场教学组织｡同时,本课程的教学团队具有土木工程､环境科学､建筑环境学､生物化学和环境健康学等多学科交叉背景,为课程教学的高质量开展提供了多学科交叉的基础知识和典型工程案例经验保障,结合教学内容模块和教师专业专长背景,由多位教师共同完成本课程的教学案例库构建和案例教学过程｡

(二)典型环境监测和污染控制案例体系构建

教学团队通过对科学文献和工程资料开展系统综述,结合现场调研等方法,对土木工程领域涉及的工程环境监测和典型环境污染(水污染､空气污染､土壤污染､噪声污染和固体废弃物污染等)问题解决方案和典型工程案例进行全面梳理,以环境监测和环境污染预防控制问题为导向和主线,从“发现—分析—解决”问题三方面构建上述土木工程领域的典型环境监测和环境污染案例体系｡

典型案例的基础素材主要包括土木工程领域环境监测和污染控制相关的网络图片､自制动画､工程项目视频､科学实验录像､科研成果文献､工程规范和标准等,表现形式主要包括实际工程案例相关的文字材料､图片､动画和视频等｡目前相关的基础素材较为丰富,在教学过程中根据教学目标､教学内容和学生理解能力等选择合适案例｡针对不同的教学内容模块,遴选的案例普遍应具有土木工程专业特色､真实性､代表性和典型性等特点,优先选用动画和视频等案例素材｡因土木工程环境学课程安排在土木工程专业的本科生大二学年,考虑到学生对环境监测和污染控制相关的专业知识相对局限,学生接触专业课时间仍较短,对土木工程整个专业的知识也未形成完整的体系架构,课程里选用的教学案例(比如各类污染物的净化原理案例)难度适中,保证大部分学生可理解,以免过于复杂或过于简单造成学生兴趣度偏低｡同时不同教学章节和课程内容模块对案例有不同要求,为达到更好的教学效果,在实际课程教学过程中,应进行案例教学设计,并在不同章节中建立具有代表性的案例体系｡在土木工程环境学课程教学案例中,根据教学目标､教学内容､案例内容等,可将案例分为环境监测案例和环境污染案例两大类｡

1环境监测案例

本课程环境监测相关教学内容主要包括环境监测的定义､理解环境监测程序与方法;环境管理的概念､内容和基本手段及我国环境监测相关的基本制度;环境影响评价的概念及其作用､内容和基本程序｡土木工程领域相关的环境监测主要体现在工程设计阶段的环境影响评估和工程施工过程的环境监测,通过对反映水体､土壤､空气和噪声等环境质量相关物理指标和化学指标等进行监视和测定,以确定工程实施的可行性､监控实施过程的环境污染状况,为环境污染防控提供基础数据支撑｡环境监测相关案例主要以典型工程项目的现场环境监测图片､视频和文字材料等形式展示｡为提高显示度和学生兴趣,课程优先选用学校或周边实际工程项目的现场环境监测案例作为工程施工过程的环境监测教学案例｡工程设计阶段的环境影响评估相关的环境监测案例优先选用当地近年新建的地标性建筑､道路和桥梁等工程项目｡教学团队通过梳理项目相关的环境影响评估报告和现场图片/视频,形成教学案例视频,展示环境监测步骤(接受监测任务,监测现场调查,收集基础资料,监测计划设计,优化监测布点,环境样品采集､运输､保存､预处理和分析测试,数据处理,环境综合评价)和相关监测仪器设备｡

2环境污染案例

本课程环境污染相关教学内容主要包括土木工程领域相关的环境污染(空气污染､水体污染､土壤污染､固体废物污染､噪声污染和其他理性污染)的基本特点及其分类,上述污染的健康和环境影响,上述污染的净化控制原理和方法,我国针对上述污染颁布的防治法规与标准体系｡目前土木工程领域相关的环境污染案例极为丰富,上述污染同时体现在新建工程施工过程和老旧建筑拆除过程｡环境污染案例体系的构建主要结合课程教学内容模块,以污染物类型来分类,主要表现形式为环境污染相关的图片和视频｡以固体废物污染的控制案例为例,选择当地近年新建的地标性建筑工程施工项目,通过梳理项目产生的固体废物污染分类图片,及整合化学､物理､生物及生化处理方法(分选､破碎､压实､焚烧､固化和生物处理)相关过程的图片和文字材料,构建完整的固体废物污染无害化､减量化､资源化过程案例,通过视频的方式把项目产生的固体废物转化为适于运输､贮存､利用或处置的过程在教学课堂体现｡

(三)应用案例式教学实践与效果分析

教学团队采用现场教学实践检验和反馈迭代优化的方法,以不同环境监测和环境污染控制主题为导向和主线的案例为着力点,围绕典型案例开展教学,培养学生“发现问题—分析问题—解决问题”的综合能力｡通过教学过程实践总结,迭代优化案例式教学过程和教学体系;通过学生课后独立对典型案例进行问题分析和提出解决方案,考查学生对相关知识点的掌握情况;同时邀请教学专家对教学过程和教学成效进行专业评估｡从个人教学实践总结､专家评价和学生评价三个层面形成本课程案例式教学过程成效评价反馈机制｡

教学团队在建立的案例库体系的基础上,参考类似课程的案例式教学方法,针对土木工程环境学的通识课程特点,通过现场图片､科研成果图片､自制动画､现场视频和科学实验录像等形式整理编制与课程教学内容模块相匹配的案例库体系,通过演示观摩法､案例设疑法､案例讨论法和案例比较法等将案例引入教学过程｡同时将传统教学法和案例教学法融合,以案例视频讲解为主,传统理论文字介绍为辅,结合学生的课堂参与度表现,开展课堂案例式教学｡以“空气污染与控制”教学模块为例,土木工程领域典型的“空气污染与控制”案例为建筑施工项目过程中“眼见为实”的扬尘问题｡课堂教学主要通过典型案例视频介绍,结合课堂问答,引导学生关注典型工程建设项目的扬尘问题,同时引出空气污染及其分类､空气污染物来源和危害､空气污染防治法规与标准体系､空气污染净化机理､除尘器的分类及除尘机理｡通过典型代表性项目视频式案例,很好地引起学生的学习兴趣,并通过提问让学生参与空气污染分类的识别,可明显增加教师和学生间的互动,提高学生的课堂参与度,让学生可在短时间了解土木工程领域相关的环境监测过程及环境污染问题,加深学生对相关环境监测和环境污染控制的知识在工程实际中应用的理解,培养学生的工程应用理念,增强学生对所学知识的综合应用能力和多学科多专业协作意识和能力,同时让学生明白所学知识是与现实建筑工程问题紧密结合的,从而培养学生认识—分析—解决土木工程领域相关环境污染问题的综合能力｡

在本课程教学团队的共同努力下,通过课程案例式教学设计改革和两轮教学实践迭代优化,本课程在个人教学实践､专家评价和学生评价三个层面均取得良好成效｡其中,在个人教学实践方面,参与本课程教学的教师普遍反映:课堂教学过程中学生参与度､积极性､主动性及对课程基础知识的理解和掌握情况得到明显提升,学生对课程知识点的融合应用能力得到较好的提高;同时学生在期末综合考核中对课程知识点的理解与融会运用,认识—分析—解决土木工程领域的典型环境监测和环境污染控制问题的能力,以及表现出的环境保护价值观等方面均有较好的增进;课程教学目标的达成度也有较明显的提升｡在专家评价方面,参与听课评教的教学督导对课堂教学效果给予了充分肯定,表示课堂教学气氛良好,学生参与度和新知识掌握度明显高于非案例式的传统式教学课堂｡在学生评价方面,学生期末评教分数明显高于采用非案例式的传统式教学法开展本课程的教学期间,同时学生普遍表示本课程案例式教学的学习效果良好,对课程涉及的知识点具有直观的认识和较深的掌握程度,通过该课程的学习,加深了对土木工程领域典型环境监测和环境污染控制问题的理解和认识,进一步体会到环境保护的重要性,增强了多学科专业协作的综合能力｡

三、结束语

响应国家战略和土木工程专业毕业要求指标开设的土木工程环境学是典型的多学科交叉融合课程｡针对该课程在教学设计和教学过程中存在的问题及挑战,通过课程教学内容模块化和教学团队多学科背景化,基于土木工程领域的环境监测､环境污染治理和生态文明建设典型工程案例开展教学,同时通过案例式教学设计在教学过程实践检验反馈并形成迭代优化,可取得较好的教学成果和良好的教学质量,切实培养学生形成“发现问题—分析问题—解决问题”的综合能力,同时提升土木工程专业学生的环境保护意识和可持续发展思想｡

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基金资助:重庆科技学院2021年度本科教育教学改革研究项目“多学科融合的土木工程环境学应用案例式教学改革与实践”(2021035); 浙江省交通运输厅科技计划项目“低温等离子体除尘技术在高速公路上的应用研究”(202215);国家自然科学基金资助项目“诱发儿童鼻炎的住宅室内典型霉菌时空扩散机制研究”(52208096);

文章来源:刘炜,蔡姣,李文杰,等.多学科交叉的土木工程环境学课程案例式教学设计与实践[J].高教学刊,2025,11(04):110-114.