生態(tài)文明理念融入“電化學(xué)與生活”課程中的教學(xué)探索

高海平，郭宇，姚麗君

天津工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387

黨的十九大報(bào)告提出，建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。而垃圾分類則是生態(tài)文明建設(shè)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵領(lǐng)域，是生態(tài)文明的重要抓手，但是目前在垃圾分類試點(diǎn)實(shí)施情況中存在著許多問題，主要是居民垃圾分類回收意識(shí)不足，主動(dòng)且正確進(jìn)行分類的居民不多[1]，因此加強(qiáng)生態(tài)文明教育和垃圾分類宣傳是實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)的重要保證。

生態(tài)文明教育是生態(tài)文明建設(shè)的教育支撐，是高校傳統(tǒng)道德教育的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)型，是大學(xué)生全面自由發(fā)展的主體需要[2]，因此高校作為培養(yǎng)高等人才的教育單位，需要把生態(tài)文明建設(shè)貫穿到人才培養(yǎng)的全過程，把生態(tài)文明理念有機(jī)融入到課程體系當(dāng)中。但是目前傳播生態(tài)文明教育理念的形式比較單一，課程內(nèi)容時(shí)代性不強(qiáng)、教育形式創(chuàng)新性不夠[2]，還僅局限于課堂環(huán)節(jié)部分生態(tài)知識(shí)點(diǎn)的介紹，沒有形成教學(xué)理念與生活實(shí)踐相融合的教學(xué)體系。結(jié)合前期實(shí)際教學(xué)工作，本文以電化學(xué)和垃圾分類知識(shí)為教育內(nèi)容載體，將生態(tài)文明理念貫穿到“電化學(xué)與生活”課程中進(jìn)行了實(shí)際探索，并形成了完整的課程體系。

將生態(tài)文明理念和垃圾分類知識(shí)系統(tǒng)地融入到課程當(dāng)中，對學(xué)生進(jìn)行生活垃圾分類的環(huán)保教育，可以提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，讓他們自覺地認(rèn)識(shí)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(tài)文明建設(shè)具有重要意義。此外，生態(tài)文明理念融入到課程中，不僅可以豐富課程教學(xué)內(nèi)容，讓課程內(nèi)容富有靈魂和內(nèi)涵，而且可以提升青年學(xué)生的生態(tài)文明素養(yǎng)，對促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。

1 課程建設(shè)實(shí)踐

1.1 修訂教學(xué)大綱增加課程內(nèi)容

隨著新能源技術(shù)的興起，電化學(xué)與我們的生活聯(lián)系越來越緊密，在大學(xué)里開設(shè)“電化學(xué)與生活”這門課程不僅可以提高學(xué)生的文化素養(yǎng)，而且可以拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力?！半娀瘜W(xué)與生活”是一門通識(shí)課，30學(xué)時(shí)，主要介紹與日常生活密切聯(lián)系的基本電化學(xué)知識(shí)和電化學(xué)的應(yīng)用[3]。本文在原有教學(xué)理念的基礎(chǔ)上，將生態(tài)文明的理念滲透到相關(guān)章節(jié)，對原有的課程教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了修訂和刪減，并增加了垃圾分類知識(shí)內(nèi)容，如表1所示。教學(xué)內(nèi)容主要包括兩方面的內(nèi)容：電化學(xué)知識(shí)和垃圾分類知識(shí)。在第一章、第二章和第三章引入生態(tài)文明元素，主要以教師課上引導(dǎo)和學(xué)生自學(xué)為主。

表1 課程內(nèi)容安排

1.2 引導(dǎo)探究自學(xué)性教學(xué)模式

在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，一般主要以教師課堂講授的方式開展教學(xué)[4]，這樣不利于學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展和提高，不利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索未知世界的能力，所以本課程采用引導(dǎo)–探究–自學(xué)的教學(xué)模式[5]。首先教師通過課題情景設(shè)計(jì)，引出學(xué)習(xí)話題和電化學(xué)知識(shí)，提出相關(guān)問題，促進(jìn)學(xué)生思考，然后讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過構(gòu)建知識(shí)體系，把理解掌握的知識(shí)匯總成報(bào)告，再通過課下實(shí)踐活動(dòng)參與垃圾分類，達(dá)到理論學(xué)習(xí)與課下勞動(dòng)實(shí)踐相結(jié)合的目的，最后教師負(fù)責(zé)總結(jié)點(diǎn)評。圖1為教師和學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)示意圖。

圖1 教師、學(xué)生活動(dòng)

1.3 課程教學(xué)實(shí)例

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

第一章 導(dǎo)論。在講解課程導(dǎo)論章節(jié)時(shí)，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(chǎn)生的主要來源等話題引出學(xué)習(xí)內(nèi)容[6]。同時(shí)讓學(xué)生討論分析霧霾天氣出現(xiàn)的可能原因，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化石能源的使用是霧霾天氣產(chǎn)生的主要原因；討論提出解決環(huán)境污染問題的辦法，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到新能源技術(shù)的應(yīng)用(生態(tài)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(shù)的發(fā)展過程中，電化學(xué)在能源材料科學(xué)和環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用。通過本小節(jié)課堂討論學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)電化學(xué)的重要性和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)綠色發(fā)展的緊迫性(生態(tài)文明元素的引入)。圖2為第一章課程導(dǎo)論的教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖。

圖2 課程導(dǎo)論章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)

然后介紹電化學(xué)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如介紹電化學(xué)傳感器，可以檢測室內(nèi)甲醛的含量和食品中農(nóng)藥的殘留(引入生態(tài)文明理念)；裝修的時(shí)候要選擇環(huán)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(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，有意識(shí)提高生態(tài)文明素養(yǎng)。

此外介紹了電化學(xué)的發(fā)展史，著重介紹我國老一輩電化學(xué)家在條件相對落后的情況下，開展電化學(xué)研究的艱辛歷程。通過電化學(xué)發(fā)展史的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)老一輩科學(xué)家在困難面前百折不撓的奮斗精神，從而促進(jìn)學(xué)生對自己學(xué)業(yè)的思考，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

(2) 課程實(shí)例2——以手機(jī)的使用為切入點(diǎn)，探討不同電池的回收技術(shù)。

第二章 化學(xué)電源。圖3是化學(xué)電源的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。主要介紹化學(xué)電源的基本知識(shí)，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(shí)指出，由于汞有毒限制了其應(yīng)用，現(xiàn)在一般通用的是無汞堿性電池，在這里提出生態(tài)文明理念的思想。通過案例學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)既要解決當(dāng)前環(huán)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(xué)電源章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)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(shí)，指出鉛會(huì)對環(huán)境造成污染，會(huì)毒害人的神經(jīng)系統(tǒng)，此處引入生態(tài)文明理念，所以科學(xué)家們相繼又研究開發(fā)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(tài)文明理念，科學(xué)家又成功開發(fā)出磷酸鐵鋰材料。磷酸鐵鋰材料不僅對環(huán)境沒有污染，而且價(jià)格便宜。另外，介紹鈉硫電池的組成和結(jié)構(gòu)，由于鈉硫電池獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出和提高電力質(zhì)量等方面。鈉硫電池的使用可以起到節(jié)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(zhì)子交換膜燃料電池等。比如氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，對環(huán)境沒有污染，更加環(huán)保，在此處引入生態(tài)文明理念。通過生態(tài)文明理念與電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的融合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識(shí)的同時(shí)，牢牢樹立良好的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，幫助學(xué)生建立科學(xué)戰(zhàn)略生態(tài)思維。

在講解完化學(xué)電源章節(jié)，教師指出如果電池得不到回收利用，那么將會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染[7]。一次電池和二次電池使用完怎么回收呢，怎么實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，怎么實(shí)現(xiàn)二次電池的梯次利用呢，教師提出相關(guān)問題，讓學(xué)生以“每一節(jié)電池的壽命有始有終”為主題，自學(xué)部分電池回收技術(shù)和垃圾分類知識(shí)，并撰寫主題報(bào)告。

(3) 課程實(shí)例3——以介紹戰(zhàn)略金屬鈦的應(yīng)用為開端，討論金屬回收技術(shù)。

第三章 電解技術(shù)。圖4是第三章節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖。本章主要介紹通過電解技術(shù)制備合成無機(jī)物、有機(jī)物和電解制備金屬等。在講解電解制備金屬時(shí)，以介紹金屬鈦合金在航空航天和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用為開端，指出金屬鈦的密度相比鐵要小，但強(qiáng)度與普通鋼材相當(dāng)，是一種戰(zhàn)略金屬?，F(xiàn)代鈦的工業(yè)生產(chǎn)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(fā)生的反應(yīng)為：

圖4 電解技術(shù)章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

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

該技術(shù)既降低了能耗，節(jié)約了成本，又減少了對環(huán)境的污染。學(xué)生在前面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，帶著問題自學(xué)部分金屬回收技術(shù)和垃圾分類知識(shí)，并整理成學(xué)習(xí)報(bào)告。通過該小節(jié)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，使學(xué)生在潛移默化中不斷提升生態(tài)文明素養(yǎng)。

2 考核方式多元化

中央全面深化改革委員會(huì)第十四次會(huì)議審議通過了《深化新時(shí)代教育評價(jià)改革總體方案》，首次提出：“改進(jìn)結(jié)果評價(jià)、強(qiáng)化過程評價(jià)、探索增值評價(jià)、健全綜合評價(jià)?！敝赋隽艘獜?qiáng)化過程評價(jià)，在傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)習(xí)過程評價(jià)所占比例較小，結(jié)果評價(jià)占比重較大，有些學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)，最后通過突擊考試，零點(diǎn)通宵，也可以獲得較好的成績，這對于描述考核學(xué)生學(xué)習(xí)水平的真實(shí)性不夠準(zhǔn)確，所以提高平時(shí)成績占比，加強(qiáng)過程評價(jià)比值是非常有必要的。平時(shí)成績除了包括作業(yè)成績、出勤成績，還增加了自主學(xué)習(xí)、課外實(shí)踐和學(xué)生自評成績?nèi)绫?所示。自主學(xué)習(xí)成績主要評價(jià)學(xué)生在學(xué)習(xí)電池回收技術(shù)和金屬回收技術(shù)中的自主學(xué)習(xí)情況。課外實(shí)踐主要評價(jià)學(xué)生在實(shí)際進(jìn)行垃圾分類中的勞動(dòng)收獲和思想認(rèn)識(shí)變化，達(dá)到生態(tài)文明教育和勞動(dòng)教育相融合的目的。學(xué)生自評成績主要是學(xué)生對于自己學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)狀況的一個(gè)自我評定，學(xué)生在自評的過程中要學(xué)會(huì)自我反思，反思自己的不足和差距，為未來的學(xué)習(xí)計(jì)劃提供幫助。雖然學(xué)生自評成績評定占比不大，但可以給學(xué)生提供一個(gè)自我認(rèn)識(shí)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在自我認(rèn)識(shí)中不斷成長和進(jìn)步。而且學(xué)生從被動(dòng)的被評價(jià)變成主動(dòng)的自我評價(jià)，更有利于學(xué)生身心健康發(fā)展、有利于教學(xué)中學(xué)生主體性的實(shí)現(xiàn)。

表2 考核比例

3 實(shí)施效果

(1) 以電化學(xué)知識(shí)和垃圾分類知識(shí)為內(nèi)容載體，將生態(tài)文明教育理念貫穿到教學(xué)過程中，提高學(xué)生的生態(tài)文明素養(yǎng)和學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)戰(zhàn)略思維的發(fā)展。學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)和課下自學(xué)，能夠深刻領(lǐng)會(huì)生態(tài)文明理念的思想，為學(xué)生未來從事專業(yè)學(xué)習(xí)和研究提供戰(zhàn)略思想準(zhǔn)備，對生態(tài)文明建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

(2) 采用課上引導(dǎo)、探究和學(xué)生課下自學(xué)教學(xué)模式，不僅有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，而且可以提高學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立實(shí)踐能力。

(3) 考核方式多元化有利于反映出學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)水平?？己朔绞阶⒅剡^程評價(jià)并增加了自主學(xué)習(xí)成績、自評成績和課外實(shí)踐成績。學(xué)生在自學(xué)、自評和實(shí)踐的過程中，能充分實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主體性。

在學(xué)生自學(xué)探究的過程中，學(xué)生還提出了一些有意義的想法：① 一般家庭由于廢舊手機(jī)的更新?lián)Q代，廢舊電池?cái)R置或當(dāng)作一般垃圾丟掉，對保護(hù)環(huán)境不利。學(xué)生認(rèn)為在垃圾分類中的有害物質(zhì)——廢舊電池是可以回收的，應(yīng)該單設(shè)垃圾桶，然后集中回收，不應(yīng)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(yīng)該增加廢舊電池的回收。② 盡管當(dāng)前鋰離子電池的回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來比較困難，建議還應(yīng)該設(shè)置廢舊鋰離子電池回收箱，能讓更多人意識(shí)到鋰離子電池的隨意丟棄，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。③ 學(xué)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(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。表3是學(xué)生查閱的有關(guān)鋰離子電池回收技術(shù)的資料。這些想法看起來簡單，但充分體現(xiàn)了學(xué)生的思考過程和實(shí)踐過程，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)具有積極的促進(jìn)作用。

表3 鋰離子電池的組成及可回收資源

4 結(jié)語

以電化學(xué)知識(shí)和垃圾分類知識(shí)為內(nèi)容載體，將生態(tài)文明的理念通過教師課堂引導(dǎo)、學(xué)生自學(xué)和課后實(shí)踐，貫穿到整個(gè)教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與理念并重、教學(xué)與自學(xué)并重、理論與實(shí)踐并重。通過多元化的考核方式評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，有效體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的不足，為學(xué)生制定進(jìn)一步的學(xué)習(xí)計(jì)劃提供幫助。作為教師，在教學(xué)中不僅是知識(shí)的傳遞者、思想的引導(dǎo)者，而且還要不斷地提升教學(xué)理念、更新教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)教師自身水平的發(fā)展，以更好地培養(yǎng)出具有生態(tài)文明素養(yǎng)的學(xué)生，為促進(jìn)課堂教學(xué)和生態(tài)文明建設(shè)相融合不斷探索而努力。