“双碳”战略背景下“土壤污染与防治”教学改革探索.pdf

“双碳”战略背景下“土壤污染与防治”教学改革探索吕贵芬，丁 园，宋仁杰（南昌航空大学 环境与化学工程学院，南昌330063）摘要 实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，对加强新时代各类人才培养提出了新的要求，对环境工程专业的高等教育来说既是机遇也是挑战。针对“土壤污染与防治”课程教学过程中存在的教材过时、课时有限、教学形式单一和忽视实践等诸多问题，从课程的教学内容、教学方式、实验课程、课程考核与评价方法等方面探索课程的教学改革创新，教学实践表明，将“双碳”目标融入专业知识教学，既能增强学生就业信心，也能提高学生的学习兴趣和动手能力，同时也使教学质量得到明显提升。关键词“双碳”目标；土壤污染与防治；人才培养；教学改革 中图分类号 U642 文献标志码 A doi：10.3969/j.issn.2096-8566.2023.03.016 文章编号 2096-8566(2023)03-0147-06Teaching Reform of“Soil Pollution and Control”Course Under theBackground of“Dual Carbon”StrategyLYU Gui-fen，DING Yuan，SONG Ren-jie（School of Environmental and Chemical Engineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063,China）Abstract:The realization of carbon peak and neutrality goals is a broad and profound social and systematic reform,which putsforward new requirements for strengthening the training of all kinds of talents in the new era,and presents both opportunities andchallenges to the higher education of environmental engineering major.In view of the problems in the course of“Soil Pollution andControl”,such as outdated textbook,limited class hours,monotonous teaching form and neglect of practice,etc.,the teaching reformof the course were explored from the aspects of the course content,teaching method,experimental course,course examination andevaluation method,and so on.The teaching practice of this course show that integrating“dual carbon”target into professionalknowledge teaching can not only enhance students employment confidence,but also improve their learning interest and practicalability,while the teaching quality has also been significantly improved.Key words:“dual carbon”target；soil pollution and control；talent cultivation；teaching reform 引言2020 年 9 月习近平总书记在第 75 届联合国大会上宣布中国 CO2排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和（“双碳”目标）。这是一个非常宏伟的减排目标。2021 年 收稿日期2023-07-18 修回日期2023-08-03基金项目江西省研究生教改项目（JXYJG-2021-160）；江西省教改课题（JXJG-21-8-10）；南昌航空大学校级教改课题（JY2026）通讯作者宋仁杰（1983），男，博士，教授。主要研究方向：环境化学、环境功能材料合成及应用。第 37 卷 第 3 期南昌航空大学学报：自然科学版Vol.37 No.32023 年 9 月Journal of Nanchang Hangkong University:Natural SciencesSept.2023 3 月中央财经委员会第九次会议强调，要把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，如期实现“双碳”目标。2021 年 9 月中共中央、国务院印发关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见，对做好“双碳”目标有关工作进行了全面部署。双碳目标是党中央经过深思熟虑做出的重大战略决策，是一场“广泛而深刻的经济系统性变革”，同时也对新时代的人才培养提出了更高的要求。教育部于 2021 年 7 月印发“高等学校碳中和科技创新行动计划”，明确要求充分发挥高校基础研究深厚和学科交叉融合的优势，加快构建高校碳中和科技创新体系和人才培养体系；于2022 年 5 月印发的加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案，提出将绿色低碳理念纳入教育教学体系，启动“双碳”领域教学改革和人才培养试点项目。环境工程专业与“双碳”目标密切相关，因此，在“双碳”背景下，国家对环境类专业人才培养提出了更高的要求，环境类专业的高等教育面临着更大的挑战1-2。在环境工程众多专业课程中，“土壤污染与防治”是一门重要的专业基础课，其融合了无机化学、有机化学、微生物学、植物学、环境学、土壤学等多种交叉学科的课程，以受污染的土壤以及所引起的环境问题为研究对象，讲授土壤污染的基础知识，土壤环境污染控制措施以及土壤修复等相关内容3。在“双碳”背景下进行的“土壤污染与防治”课程改革势在必行，因为土壤既是二氧化碳的排放源又是非常重要的碳汇，且土壤修复产业是环保产业中最具发展潜力的朝阳产业，碳排放量随土壤修复市场发展逐渐增加4-5。当代环境专业本科生势必是未来土壤修复领域的中坚力量，有必要学习如何严格控制土壤污染物排放和减轻环境负担以及如何利用绿色低碳经济的土壤污染防治技术。党的十八大以来，生态文明建设已被纳入国家“五位一体”总体布局。因此把生态文明思想贯穿于高等教育人才培养体系全过程和各方面，加强绿色低碳教育，培养“双碳”人才是如期实现“双碳”目标的重要保障。1 “土壤污染与防治”课程教学改革背景“土壤污染与防治”课程存在教材过时、课时有限、教学形式单一和忽视实践等诸多问题，不利于新时代对于专业人才培养的需求。第一，目前国内环境工程专业“土壤污染与防治”课程教材选用较多的是陈怀满编著的环境土壤学6，目前该教材的最新版本是 2018 年第3 版。与第 2 版相比，第 3 版在内容上突出了土壤在环境中的作用与地位、污染物在土壤圈的行为与影响因素、污染土壤的防控与修复、土壤环境工程、环境土壤学研究法等；增加了土壤新型污染物（抗生素、纳米颗粒物等）与环境质量，增加了土壤矿质元素与人体健康，将污染土壤的修复划分为农用地和场地 2 个部分，农用地污染土壤修复单独成章。此外，随着土壤污染特点不断变化，相关法律法规不断出台，污染控制技术也与时俱进。例如：2018 年土壤环境质量标准（GB 156181995）被废止，生态环境部按照用地类型细分为土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB156182018）和土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 366002018）2 种，增加了检测污染物的种类，进一步细化了污染物浓度的标准值；2019 年 1 月颁布了土壤污染防治法，这是中国第一部土壤污染治理专项法律；2020 年美丽中国建设评估指标体系及实施方案印发，明确美丽中国建设评估指标体系包括空气清新、水体洁净、土壤安全、生态良好、人居整洁 5 类指标，并要求相关部门细化评估指标和目标值；为早日实现美丽中国目标，2022 年生态环境部各相关部委联合印发“十四五”土壤、地下水和农村生态环境保护规划。这些都要求“土壤污染与防治”课程与时俱进，能够吸纳最新的土壤污染防治标准、政策与技术。当下土壤污染呈现出新老并存、无机有机复合污染的特点7-8。固体废物的倾倒、有害废水的 148 南昌航空大学学报：自然科学版第 37 卷排放、大气中的有害气体及飘尘都会导致土壤污染。因此雾霾和光化学烟雾等为主的大气污染、水体的全氟有机化合物、微塑料等新型污染物引起的土壤新型和复合污染不容忽视。此外，土壤碳库是全球碳库与碳循环的重要组成部分，与温室效应及气候变化有着密切的联系，在农业耕种、施肥、灌溉等活动影响下，土壤碳库的质和量会发生变化，这将对区域及全球环境都产生负面影响。另外，由于交叉学科技术的迅猛发展，土壤污染防治理论和技术也在不断更新，课程也逐渐呈现出学科交叉融合的特色，具有很强的时代性、实践性和综合性。面对前所未有的土壤污染特征与态势，需要发展相应的污染控制理论与技术，因此“土壤污染与防治”课程教学也要与时俱进。第二，传统的教学方法和教学手段无法满足现阶段学科发展的需求和人才培养的目标。从培养能力角度，实现“双碳”目标要求学生具备 3 种能力素质。一是创新能力，针对中国土壤污染出现新污染物、复合污染等特点，传统土壤污染诊断方法及修复技术已不适用，这要求必须在检测方法、修复技术和产品等领域进行绿色低碳转型和创新。传统土壤修复产业以末端污染物治理为主，而绿色低碳技术提倡以防控技术为主，这也对学生创新能力的培养提出了更高的要求。二是实践与应用能力，土壤修复需要丰富的实践经验，面对“双碳”目标学生需具备较高的实践与应用能力才能迎接发展机遇，引领市场。三是具有国际视野。学生要接触最前沿的专业知识，提高英文文献检索、阅读能力，培养国际视野。而多数高校教学形式单一，授课以讲授式为主，且实践课时很少或没有安排实验课，学生缺乏实践操作，学习主观能动性没有得到发挥，不利于培养学生的创新能力。第三，“土壤污染与防治”教学安排课时偏少。本课程是一门多学科交叉且内容多的专业性较强的课程，环境土壤学共 14 章内容，然而多数高校只能安排 2436 学时，学生在较短的时间不能对土壤污染知识进行系统的学习，进而不能有效地掌握土壤污染防治技术和提升处理实际土壤污染问题的能力。因此，在国家全面力争实现“双碳”目标驱动下，如何进行教学改革创新，提升课程重视程度，激发学生的求知欲，锻炼学生实践能力，培养更高水平应用型专业人才，是目前亟需解决的问题。面对诸多问题，如何全面提高教学质量，培养土壤污染防治领域的卓越人才，这对课程改革提出了更高的要求。在“双碳”背景下进行“土壤污染与防治”的课程改革，既要贴合现实背景，又要为社会培养高质量人才，以“课程思政”的方式为学生塑造正确的世界观、人生观、价值观，从而为高质量实现“双碳”目标提供强大的人才支撑。2 课程教学改革目标“土壤污染与防治”课程改革的目标是把握“土壤污染与防治”学科发展的趋势，围绕国家“双碳”战略目标，将“绿色低碳理念”纳入人才培养的要求，构建“双碳”主题的教学，根据学校特色清晰定位人才培养目标，丰富人才培养模式，充分激发学生的实践兴趣和创新思维，达到培养创新人才的目的。本文积极探索“土壤污染与防治”课程教学改革，修改教学大纲，合理设计课程内容，丰富课程教学方法和手段，注重学生创新能力和工程实践能力的提升，旨在培养符合国家需要和区域发展的人才，塑造具备新时代生态文明建设理念、创新意识和宽广国际视野以及能够解决复杂土壤污染问题的技术人才。3 “双碳”背景下教学改革措施 3.1 教学内容改革根据环境工程专业特点和培养方案，制定有针对性的教学资料，包括目标明确的教学大纲、切实可行的教学计划、教学内容优化体系等教学文件，这些材料也是学生自主学习的基础。主要包括：1）及时更新教材。结合环境工程专业特点，充分利用优质课程资源及多媒体资源，补充更新“双碳”目标教学内容，开展专题学习或将其穿插于章 第 3 期吕贵芬，丁 园，宋仁杰：“双碳”战略背景下“土壤污染与防治”教学改革探索 149 节之中。采用多种教学方式如课堂讲授、小组讨论课、课下自主学习等提高学生对“双碳”目标的学习效果。2）更新教学内容。“双碳”目标牵涉“土壤污染与防治”的诸多方面，教材各章节都与“双碳”有着直接或间接的联系，如：将“土壤的组成与基本性质”章节与土壤碳库容量结合，将污染土壤修复技术与“低碳绿色”、减少土壤修复过程中的能源消耗和碳排放等结合。以此实现各篇章和“双碳”目标的有机融合。具体的内容设计如表 1 所示。表 1 课程教学改革内容章节原教学内容修改内容课时教学方式1.绪论1.1土壤与土壤圈1.2土壤污染与环境污染1.3土壤质量及其评估1.4土壤污染与防治增加章节1.5 双碳目标与土壤碳库2讲授讨论2.土壤污染2.1土壤污染概述2.2土壤污染与自净2.3土壤污染物种类与污染源2.4土壤污染类型增加章节2.5 土壤修复技术的可持续性评估和碳足迹分析4讲授讨论3.土壤的无机污染类型与防治3.1土壤重金属污染与防治3.2土壤非重金属污染与防治增加章节3.3 碳减排、碳中和技术6讲授案例4.土壤的有机污染类型与防治4.1土壤中有机污染物的类型与污染行为4.2土壤中有机污染物的防治从各修复技术生命全过程碳排放角度比较优劣6讲授案例5.肥料对土壤的污染5.1肥料概述5.2科学施肥与我国粮食安全5.3肥料利用现状与管控措施从各修复技术生命全过程碳排放角度比较优劣3第二课堂小组辩论6.固体废弃物对土壤环境的污染6.1固体废弃物的类型及其对环境的影响6.2固体废弃物的防治措施从各修复技术生命全过程碳排放角度比较优劣3翻转课堂小组辩论 3）补充“双碳”相关教学案例。“土壤污染与防治”是一门与实践紧密联系的课程，通过案例教学既能提高学生对理论知识的理解，丰富课堂教学内容，使课堂教学变得生动有趣，又能通过案例激发学生思考和理论联系实际的能力。案例教学重点结合我国多年来的土壤修复实践，在教学案例的补充优化过程中，坚持以“双碳”国家战略为主线，以教材的相关知识点为抓手，以区域特色为切入点。例如：在“土壤重金属污染”章节中，介绍湖南省、江西省农田重金属镉污染及修复实践。案例 1，湖南省和江西省同属于重金属矿区，由于矿区长期粗放开采导致农田重金属污染严重，出现了著名的“镉大米”事件，湖南省农科院专家团队研发的农田稻米降镉 VIP+n 技术，采用低镉水稻品种（）、淹水灌溉（）和施用石灰等调节土壤酸度（）再结合土壤调理剂等低碳、绿色综合防治手段达到“边生产边修复”的目的。案例 2，江西省九江遗留丁家山矿山同样属于重金属污染超标地区，我校重金属污染修复团队通过源头管控、原位封存、生态恢复等低碳环保技术，不仅成功使重金属达到了环境监测标准，还使原来寸草不生的废弃矿区披上了绿色（图 1）。该教学模式能够显著提高学生学习的积极性，增强学生的专业认同感，提升学生对未来工作的自信心，受到了学生的高度认可。4）修订教学大纲，增加相关实验内容。对于没有学过土壤学课程的环境专业学生，有必要学习野外土壤样品的采集、制备与保存等知识。土壤消解及土壤水浸提液制备是土壤污染诊断及修复中重要的前处理操作，也属于必要基础操作，这 2 个 150 南昌航空大学学报：自然科学版第 37 卷实验条件简单，在校内即可开展。在原有验证性实验基础上还增加了污染防控综合性实验内容。综合实验主要包括重金属和有机污染土壤的淋洗技术，植物提取修复技术（表 2），通过实验使学生对土壤污染防治技术的原理和方法有更深刻和直观的认识，为后期的进一步深入学习打下良好基础9。另外，课程依托虚拟仿真平台，开展虚拟仿真实验，使学生对修复设备及技术的全过程有更加深刻的认识。表 2 实践教学主要内容设置内容学时土壤样品采集及样品制备3土壤消解及土壤水浸提液制备3化学淋洗修复技术3植物提取修复技术3 3.2 教学方式的改革详略得当，契合热点。鉴于课时有限，采用第一课堂和第二课堂结合的方式，第一课堂主要以“双碳”为挈领，通过师生互动传授专业知识；第二课堂以学生为主，通过调查报告、课堂辩论、小组展示等方式辅助第一课堂，充分调动学生的主观能动性，培养学生的综合素质。第一课堂把土壤无机污染（特别是重金属污染）、有机污染以及有机无机复合污染的治理技术和工程应用作为重点和难点内容。对于工科专业的学生来说，及时把最新的工程修复术和成功应用的案例引入教材中，有助于学生对土壤污染治理技术的合理运用。其他污染类型和治理技术作为第二课堂内容，例如：对于固体废弃物、农业面源污染、放射性污染等内容，引导学生自主查阅文献和资料，了解土壤污染的最新动态和土壤污染修复技术的最新进展；开展基于“双碳”目标的关于城市生活垃圾、农业面源污染等各种防治和修复技术的比较讨论；就“双碳”重点行业碳排放情况及其节能减排措施开展讨论。发挥多媒体优势，在课堂上展示丰富的影音资料的同时，课下分享视频、文章、公开课等中英文补充资料，使学生接触最新的专业知识，引导学生积累专业英语词汇，培养学生国际视野。第一课堂和第二课堂相辅相成，互为补充，有效提升了学生的专业素养和综合素养10。3.3 课程考核方式改进该课程之前的考核方式以终结性评价为主，即平时成绩和期末考试成绩分别占 30%和 70%。针对新的教学方案，通过细化评价节点，设计合理的综合评价标准体系，使考核结果更加完整地反映学生的专业知识掌握程度、创新实践能力等。建立基于学习过程考核的学生成绩评定方案，使学生在整个教学环节中始终关注各学习内容，处于持续不断的良好学习状态中，避免了考前突击应付考试的弊端。考核采取“课堂表现（20%）+课后作业（10%）+第二课堂（10%）+实践成绩（30%）+期末测试（30%）”的多维度考核办法，在有限的教学时间内充分锻炼学生的文献检索、信息获取、口头表达及实践等综合能力，提高学生的综合素质。通过课堂表现考核学生平时的学习态度、学习能力和知识掌握情况，主要包括考勤、课堂纪律、师生互动及课堂测试等；第二课堂阶段的得分 图 1 丁家山矿区治理前后对比 第 3 期吕贵芬，丁 园，宋仁杰：“双碳”战略背景下“土壤污染与防治”教学改革探索 151 主要来自学生小组演讲、撰写小论文的自评和互评成绩；实践成绩包括出勤率、实验操作规范性、团队合作意识及实验报告等。通过全过程、全方位的考核方式，使该课程的考核方式更加符合专业特点和社会需求。该考核方式不仅强调学生对基础理论的掌握，更注重学生综合能力、创新能力、质疑精神和实践能力的培养，能够激发学生学习的热情和兴趣，达到了教学相长的目的，促进教学质量的提升和学生的全面发展。4 改革成效与启示相比于之前，课程改革后学生不仅掌握了基本实践技能，还认识到土壤污染的严峻及土壤修复专业的重要性，学生的就业信心、学习兴趣和动手能力得到提升，而且教学质量也得到了明显提升。学生以“三小”、学科竞赛、毕业设计等形式积极参与到相关科研项目中，并参与发表相关学术论文。师生积极参加土壤类学科竞赛，在 2022 年江西省第二届“红土地”土壤学实验技能大赛中，环境工程专业学生参赛的 8 支队伍全部获奖，其中特等奖1 项，一等奖 2 项；同时任课教师在此次教师技能大赛中讲授“土壤污染与防治”课程获一等奖。当然，课程教学改革还处在起步阶段，还有很多问题需要在以后的教研工作中努力解决。5 结束语培养“双碳”人才是实现碳达峰与碳中和战略目标的重要途径，“土壤污染与防治”课程设置和教学须紧密结合国家“双碳”重大战略。教学实践表明，将“双碳”目标融入专业知识教学，能够使学生更加透彻了解国家这场深刻的技术变革，调动学生的学习积极性，培养学生责任和担当意识，引导学生将个人兴趣、专业学习、职业发展和国家需求有机结合。多元化地开展第二课堂，潜移默化地开展课程思政，在完成专业知识讲授的同时，培养学生解决实际问题的意识和能力，努力为实现碳达峰碳中和目标培养高层次专业人才。【参考文献】王林,李咏梅,谢丽,等.“双碳”背景下环境类专业实践课程模块化教学探索以同济大学环境工程专业为例 J.环境教育,2022(4):32-34.1李书鹏,邢轶兰.行动纲要大家谈之九 聚焦“双碳”目标,助力土壤修复行业发展 J.中国环保产业,2022(8):34.2胡学玉.“土壤污染与防治”课程的教学实践与思考 J.教育教学论坛,2018(46):196-197.3贺克斌.实现碳中和,将给中国带来哪些变化?J.资源再生,2021(11):67-69.4江霞,汪华林.碳中和技术概论 M.北京:高等教育出版社,2022.5陈怀满.环境土壤学(第 3 版)M.北京:科学出版社,2018.6黄萍利,黄海保.“双碳”背景下“大气污染控制工程”课程教学改革研究与实践 J.安徽化工,2023,49(3):211-214.7韩严和,梁存珍,王楠楠,等.基于“以学生为中心”的水污染控制工程课程教学改革与实践 J.大学教育,2023(7):41-43.8张迪.基于雨课堂的翻转课堂+案例教学实践探索以土壤污染与防治课程为例 J.大学教育,2021(4):68-70.9孟凡德,黄秋香,蔡永兵,等.环境污染治理大背景下“土壤污染与防治技术”实验课程改革探究 J.山东化工,2020,49(23):164-165.10 152 南昌航空大学学报：自然科学版第 37 卷