对《环境生态工程》教材建设的体会和思考

来源:用户上传      作者:

　　摘要：根据新兴环境生态工程专业人才培养的要求，本论文讨论了参考“生态工程”相关教材建设《环境生态工程》时出现的问题，结合该专业特点及笔者多年的教材编写和课程教学经验，论述了以突出本教材的理工特色而采取的具体措施，希望对环境生态工程的教师有所借鉴。
　　关键词：教材建设；环境生态工程；问题；措施
　　中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0210-03
　　人们越来越认识到传统的环境工程技术已不能满足解决社会发展中日益严峻的资源短缺、生态破坏、环境污染等综合性问题。因此，新兴起环境生态工程专业。在2011年的教育部本科专业目录调整中，工学门类中的环境科学与工程类保留环境科学、环境工程专业，新增环境生态工程，专业代码082504。环境生态工程专业本着可持续发展理念，旨在培养具有扎实的数学、物理、化学、生命科学、地学等基础知识，系统掌握环境科学与工程、生态学的基础理论、基本知识和基本技能，具有良好的创新能力，能综合运用所掌握的知识和理论，分析和解决环境生态问题，揭示人类活动、社会发展与生态环境相互作用规律的复合型人才。该专业是介于生态学、环境科学、环境工程专业之间的一个边缘专业。2013年，大连理工大学和重庆大学率先开始环境生态工程专业招生。值得注意的是，环境生态工程专业目前还处于课程建设时期，其课程设置既不能照搬生态专业，也不能是环境工程专业的简单延伸。根据专业特色和要求[1-2]，作为主干课程之一的环境生态工程应具有其自身的特点。我们编写的《环境生态工程》于2018年9月由化工出版社正式出版，在11月18日的第十二届大学环境类课程报告论坛的大会报告上，教育部环境类专业教学指导委员会副主任、东北师范大学盛连喜教授专门指出，这本教材是自环境生态工程专业建设以来本专业出版的第一本环境生态工程方面的教材，该教材的建设为探讨环境生态工程专业的课程建设做出了突出贡献[3]。结合在华中农业大学“环境生态工程”课程组六年多的教材编写和教学经验，在此简述参考“生态工程”相关教材建设《环境生态工程》时出现的问题，并利用农业院校的优势谈谈我们所采取的相应措施，旨在得到同行的重视[4-8]。
　　一、问题
　　（一）缺乏工程系统性
　　生态工程涉及生态系统，生态工程设计和建设时都会强调整体性和系统性原理。然而，相关教材基本忽略了如何系统地处理生态工程运行后可能出现的生物类废弃物问题，而处理这些废弃物很大程度上取决于机械性工程技术。能否成功处理生物类废弃物直接影响到所涉及生态工程的可持续发展。在农业生态工程里，如果秸秆焚烧问题没有解决，相应的措施就不是被认可的农业生态工程。著名的纳污之王——“凤眼莲”，常被作为先锋植物或理想的天然浮岛治理水体污染，而其易泛滥成灾或治污后的处理措施不明确使其应用受到很大限制，抑或使涉及凤眼莲的生态工程可能逐渐转变为令人担忧的工程。以前，不能持续运转的生态工程对于工程中出现的生物类废弃物的处理问题并不能彻底解决，因此，在建设《环境生态工程》教材时，应重视生态工程运行后的后续处理工程性措施，使环境生态工程无后顾之忧。
　　（二）物种多样性基本定于工程初期
　　生物设计是生态工程设计的核心。自然生态系统是由生物与生物之间、生物与非生物之间、非生物之间等错综复杂的关系组成的。目前，人类还无法成功模拟出第二个地球甚至一个小尺度的生态系统，只能借助食物链的关系将所设定的生态系统尽可能友好地融入周边的自然环境，因此，在过去和将来，物种配置都将是生态工程设计中的重点和难点。经过近60年的探讨，在国内外的生态工程项目中，其物种配置仍然比较简单，这在以去除特定污染物为目的的项目中尤为突出。治理砷污染的土壤时，尽管蜈蚣草是首选物种，但除了该植物外，关于其后续可以跟上的物种还鲜见提及。又如在矿区土壤治理中，除了种植植物和由此引进鸟类栖息，我们很难捕捉到其他动物物种配置的信息。在水体污染治理中，水生动物物种丰富，但在这种环境中生长的水生动物一旦入场，我们的餐桌就会直接影响自身身心健康。合理且有效的生物物种配置和物种多样性的增加也必然是环境生态工程设计中的一个长期研究课题。
　　（三）缺乏工程定量分析
　　生态工程相关教材提及的工程措施基本上只限于对其定性描述，因其工程项目涉及区域一般比较广，致使对其定量描述比较困难。尽管如此，对工科和理科的环境生态工程专业的学生来说，相关工程的基本工艺参数设置还是必不可少的。近年来，湿地系统在污水处理方面的应用越来越多，其应用范围在国内外已涉及城市暴雨径流污染、工业废水处理、农业面源污染控制、河流湖泊治理等诸多领域，虽然对湿地的研究也更加突出和不断深入，在生态工程的相关教材中关于湿地的功能、组成及作用机理等的阐述比较系统而详细，但关于湿地工程的基本工艺参数及其设置方面的信息很少，而这些信息对环境生态工程专业的人才培养非常重要，不容忽视。
　　（四）对学生可实践性不突出
　　正如前面所述，生态工程的相关教材提及的工程措施缺乏定量描述，且涉及区域大，因此，学生在生态工程这门课程的学习过程中只能通过参观实习认知或参加讲座来加深理解，而供学生实际操作的机会严重不足。本着环境生态工程专业特色，《环境生态工程》教材内容应加强学生学习的可实践性和可操作性。
　　针对这些问题，同时按照教育部高等学校环境科学与工程类专业教学指导委员会的专家对我们编写的《环境生态工程》的建议，我们在编写本教材时还参考了“环境工程”相关教材及最新文獻报道，并采取了下列措施，以突出本教材有别于“生态工程”相关教材的独特之处。
　　二、措施
　　（一）认识生物的修复能力也是有限的
　　当某种污染物的浓度超出生态阈值时，任何生态工程措施都无能为力，认识到生物修复能力的有限性并不是强调环境生态工程的不足之处，而正是为了突出环境生态工程的特色。环境生态工程涉及环境学、生态学、工程学，其综合性显著。当污染物超出生物的修复能力范围时，必须先采取传统的环境工程措施进行初步处理，之后采纳相应的生态工程措施，直至整个治理末端不会出现新问题，而治理后的环境能够友好地进入大自然循环。这整个过程都应该是环境生态工程应包括的内容，其中各个环节相互制约，缺一不可。在湿地环境生态工程中，若有机负荷过高，就必须借助传统的环境工程技术加以预处理，只有这样才能保障湿地的可持续发展。湿地并不是可以用来处理任何污水的，其功能也是有限的。只有认识到生物修复能力的有限性，才能充分理解《环境生态工程》应包括的内容。 　　（二）注重整体观，避免烂尾工程
　　《环境生态工程》应既强调必要的预处理，也强调环境生态工程措施运行后的后续处理，注重这是一个整体，对任何环境生态工程措施进行全程控制，以避免走向烂尾工程。我们编写的《环境生态工程》强调了环境生态工程的整体性，充分发挥农业院校的农、林、牧、渔优势，注重工程的全程控制，其中有专门的章节讲解环境生态工程可能出现的废弃物的处理，尤其是生物质的能源化利用途径和技术，保证了环境生态工程解决环境问题的本质特征。
　　（三）丰富物种的引进途径
　　任何生态系统的物种多样性越丰富，其系统结构就越稳定，抗逆性就越强。如何增加物种多样性一直是生态工程的一大课题，也必然是环境生态工程的一大课题。在环境生态工程中存在物种的更替，此种情况下物种的多样性尤其重要，这也是丰富物种的好时期。在环境生态工程运行初期，由于治理污染物的特殊要求，会选择耐受性强或去污能力强的物种作为先锋物种而定植。但是，在用于治理污染环境的先锋植物并不利于治理后的环境可持续发展或者主要服務功能时，必然要借助物种的更替适时自然地引进其他各物种。物种越丰富，物种更替速度越快。值得一提的是，环境生态工程中的物种配置包括植物，也包括动物和微生物，三者在生态系统中同等重要。
　　（四）定性论述与工程定量相结合，体现工程特色
　　为了方便学生的操作和实践，突出其工程特性，我们编写《环境生态工程》时特意强调定性论述与工程定量相结合。例如，在湿地环境生态工程中，除了对湿地的相关定性论述外，还介绍了湿地的填料渗透系数、水力负荷、有机负荷、水力停留时间等重要参数的设计及计算，并在思考题中设置计算题以巩固学生对各参数与所需湿地面积之间关系的理解。又如在废弃物生物质的资源化利用方面，也详细介绍了重要工艺参数的设置及计算。定性论述与工程定量相结合基本保障了环境生态工程方案的可行性。
　　（五）点面结合
　　《环境生态工程》涉及学科范围广，其工程项目涉及区域面积也较大。我们编写此教材时，将点与面相结合，非常有利于学生寻找切入点以实现宏观调控。点可以小到如占地面积以平方米为单位的湿地，面可以为流域尺度。点与面的结合在环境生态工程的物种配置中的作用也非常显著，既便于先锋物种的选择，也有利于后期物种的引进，从而逐渐形成复杂的种群结构和稳定的生态系统。
　　（六）建立环境生态工程综合设计与实验技术体系
　　环境生态工程是一门建立在实践基础上的工程学科，环境生态工程综合设计和实验技术也是我们所编教材的重要组成部分，是科研和工程技术人员利用生态学原理和工程学原理解决环境污染治理中各种问题的重要手段。在生态环境中，许多污染现象的解释，污染处理设备的设计参数和操作运行方式的确定，都需要通过实验解决。通过实验确定了工艺参数以后，还需结合实际才能较为合理地进行工程设计，最终在确保生态安全的前提下完成污染环境的修复。
　　（七）启迪学生的创新思想
　　生物设计是环境生态工程设计的核心，系统的生命活性和因地、因类制宜的优化组合赋予环境生态工程设计具有不断的创新性，使得任何一个成熟的环境生态工程设计无法完全被照搬到另一个环境系统中。因此，必须坚持创新研究，这也是我们在编写本教材时特别强调的一条重要原则，如何启迪学生的创新思想也就成了本教材内容设计中必不可少的一个环节。在教材内容和课堂设计时，我们主要采用“问题驱动”法启迪学生的创新思想。针对如何启迪学生的创新思想，我们结合上述措施还特意精心设计了创新工作室。学生对此的高度热忱说明了学生对本课程的浓厚学习兴趣和认知。为了更好地服务于社会，学生的优秀作品被推荐参加各种环保比赛或发表于适宜的期刊。实践证明，上述措施非常有利于培养学生的创新能力及合作能力。学生手工设计的模型被相关展览会收藏，这也显示学生的实践能力得到了一定程度的发挥。值得一提的是，“教学相长”和“教研结合”也在上述这些措施的实施过程中得到了很好的体现。
　　科技发展日新月异。我们编写的《环境生态工程》尽管已出版，但也需要不断完善内容，特别是新型污染物、新观点、新技术等。综上所述，我们编写的《环境生态工程》按照我国高等教育对环境生态工程专业人才培养的要求，既有着工程和农业特色，又突出了该专业本科生工程设计能力和应用创新型能力的培养导向。
　　参考文献：
　　[1]周震峰，史衍玺，王凯荣.高等农业院校环境生态工程专业课程体系的建设[J].高等农业教育，2013，（7）：66-68.
　　[2]王悦.地方高校环境生态工程专业人才培养模式研究——以衡水学院为例[J].高等教育，2016，（11）：21-26.
　　[3]朱端卫.环境生态工程[M].北京：化学工业出版社，2017.
　　[4]杨京平.生态工程学导论[M].北京：化学工业出版社，2005.
　　[5]钦佩，安树青，颜京松.生态工程学[M].第二版.南京大学出版社，2002.
　　[6]李季，许艇.生态工程[M].北京：化学工业出版社，2008.
　　[7]盛连喜，许嘉巍，刘惠清.实用生态工程学[M]，北京：高等教育出版社，2005.
　　[8]杨京平.环境生态工程[M].北京：中国环境科学出版社，2011.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14948534.htm