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

摘  要：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。该文首先总结该课程目前在教学设计和教学过程中存在的问题及挑战，然后介绍课程教学内容模块化设计和教学团队多学科背景化思路，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，优化教学过程和教学方法，通过多次迭代完善教学素材和体系，切实提升课程教学质量;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，同时提升学生的环境保护意识和可持续发展思想。

关键词：案例教学;多学科交叉;教学设计;教学实践;土木工程环境学

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）04-0110-05

Abstract： In response to the national strategy and graduation requirements of civil engineering majors， Civil Engineering Environmental Science is a typical interdisciplinary integration course. This paper first summarizes the current problems and challenges in the teaching design and teaching process of the course， and then introduces the modular design of the course teaching content and the multi-disciplinary background of the teaching team， and builds a case system of environmental pollution and ecological environmental protection closely related to civil construction. Finally， the teaching process and teaching method are comprehensively optimized by case teaching design， the teaching materials and system are optimized through multiple iterations， the teaching quality is improved， and the ability of civil engineering undergraduates to solve environmental problems in the field of civil construction is strengthened by applying interdisciplinary integration methods and concepts. At the same time， this course can enhance students' awareness of environmental protection and sustainable development.

Keywords： case teaching; interdisciplinary; teaching design; teaching practice; Civil Engineering Environmental Science

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）。

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。