高校環境監測實驗課程的瓶頸與創新性教學探討

陳源　孟超　任冬梅

摘要：本文根據首都經濟貿易大學安全與環境工程學院環境監測實驗的開課實踐總結了目前實驗課程中存在的環境監測環節不完整、缺乏創新實驗機會、考核標準單一等問題。同時結合當前我國對環保人才在獨立研究能力和儀器分析能力方面的需求，提出了采用拋錨式教學、鼓勵創新實驗、與實踐密切結合等教學法來提高實驗課程教學效果的對策，并著重強調了對學生動手能力和創新能力的培養。

關鍵詞：環境監測；實驗教學；瓶頸；創新性教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0267-03

當前我國面臨著諸多環境問題，如大氣污染、水質惡化、氣候變暖、環境激素水平增加等，特別是近年來秋冬季頻發的霧霾現象，不但使空氣質量嚴重惡化，而且導致人群呼吸系統和心血管系統疾病發病率增加，威脅人類健康[1]。嚴峻的環境形勢和人們日益增強的環保意識要求我國環境學科人才的培養注重綜合性，并強調理論基礎知識與實踐能力的結合。實驗教學是鞏固理論教學知識、培養科學思維、發掘學生創新潛力的有效過程，是環保人才培養的重要環節。

《環境監測綜合實驗》是環境工程、環境科學等專業的核心實驗課程，是學生在學習了環境監測的理論知識后，通過實驗室操作掌握水、大氣、土壤等環境要素中代表性環境因子的采樣、監測、數據處理的過程[2]。該實驗課程將理論教學與實驗室教學相結合，對培養學生的嚴謹研究思維、獨立動手能力、分析和解決問題的能力至關重要。環境監測實驗課程涉及內容廣泛（水和廢水、大氣和廢氣、土壤、固體廢物、噪聲、放射性等監測），對實驗室條件要求較高，授課教師既要準備實驗，又要盡可能保證每位學生的參與度，開課工作量大，容易形成實驗內容僵化、實驗過程不嚴謹等問題。本文總結了在首都經濟貿易大學安全與環境工程學院環境監測實驗課程存在的問題，并結合當前社會對環保人才的需求，探討了在環境監測實驗課程中可引入的創新性教學方法，以期提高教學質量，適應21世紀我國高校人才培養目標。

一、高校《環境監測綜合實驗》課程的瓶頸

1.環境監測環節包含不完整。一個完整的環境監測過程包括現場調查、監測項目選擇、布點、采樣、樣品保存和預處理、樣品監測分析、數據處理、綜合評價等環節。目前安排的實驗教學過程多為：實驗教師準備好實驗條件（實驗試劑、樣品、儀器設備調試等），學生根據實驗指導書要求完成實驗，按時提交實驗報告。實驗所用樣品基本為教師提前采集好或實驗室配置的純物質。這樣的實驗過程存在弊端，一方面，實驗過程中，學生未接觸到完整的環境監測環節，學生“知其然，而不知其所以然”，學習的主動性和積極性欠佳，實驗過后印象不深；另一方面，也不利于學生對真實環境監測過程的認識，不利于其發現、分析和解決問題。

2.缺乏創新實驗機會。環境監測綜合實驗課程教學大綱共附有15個可選實驗，但受限于實驗室容量和課時，目前只安排了8個實驗（見表1）。由于實驗準備過程要耗費教師大量精力，目前沒有再增加實驗項目的可能性。在實驗過程中，有些學生對實驗環節表現出了濃厚的興趣，不再滿足于驗證性實驗的操作，在樣品采集和實驗方法上均提出了新想法與教師交流，但實驗課程目前沒有給學生提供創新實驗的條件，學生的動手能力和創新能力未得到充分發揮。

3.實驗考核標準單一。實驗課程成績的考核主要依靠學生出勤和實驗報告，部分學生積極性欠缺，在實驗過程不嚴謹、實驗報告書照抄書本的現象嚴重，形成“重結果，輕實踐”的現象。很多學生對實驗過程不夠重視，實驗操作不嚴謹，如對于移液管使用、腐蝕性試劑取用、滴定管操作等基本實驗過程都嚴重違反操作規程，卻未反映在實驗成績中；部分學生不能客觀地理解實驗過程，過分追求“完美”的實驗結果，缺乏與理論教學的結合，缺少個人體會和思考。這種實驗教學在很大程度上依賴于實驗報告而不是學生實踐能力的提升，造成了評價結果的片面性，也同時打擊了部分學生獨立學習和進一步研究的積極性。

二、社會對環境工程專業人才的需求

1.獨立研究能力。面對層出不窮的新型環境問題和各種新型污染物，如霧霾污染中PM2.5的有毒組分、持久性有機污染物（POPs）等，環境監測課堂內容的學習已經遠不能滿足環境前沿發展的實踐需求，環境學科發展的新形勢對學生的自學能力和獨立創新能力都提出了較高的要求[3]。所謂“授之以魚，不如授之以漁”，環境監測實驗教學不僅要學習典型污染指標的監測方法，更要注重在學生腦海中建立污染物監測方法的理論體系，如對于金屬類、非金屬類、有機類物質應熟知其分別采取哪種提取和監測方法。面對缺乏監測方法的新型污染物，能夠通過污染物性質、化學結構等信息初步明確其監測方向，并能通過獨立查閱資料、廣泛閱讀文獻、類比法等開發有效的監測方法。

2.儀器分析能力。環境工程專業經過二十幾年的實踐和發展，傳統化學實驗教學所運用的滴定法、移液法、手動采樣法已越來越多地被自動分析儀器所替代，環境監測領域傳統分析技術逐步被儀器分析技術所取代，監測技術逐步自動化、智能化、成熟化。目前在環境監測實驗課程中已經用到的儀器包括：COD消解儀、BOD培養儀、pH計、氟離子選擇電極、大氣氣體與顆粒物采樣器、分光光度計、原子吸收儀、氣相色譜、電熱消解儀、聲級計等，所用設備以中、小型儀器設備為主，缺乏市場上大型分析儀器的介紹和使用[4]。雖然傳統化學實驗方法更利于學生嚴謹思維和動手能力的培養，但也要逐步提高學生的儀器分析能力，特別是對大型、綜合性分析儀器的使用和自動監測技術的了解，以響應社會對人才培養的需求。

三、創新性實驗教學課程的開發

1.拋錨式教學的引入。拋錨式教學（或“探究式”教學）是美國教育部2000年“教育白皮書”中倡導的教學模式之一，這種教學模式在教師提出問題或創設教育情境的基礎上（形象的比喻為“拋錨”），學生在真實情境中通過獨立思考，解決實際問題，實現對知識的主動構建，而不是僅僅被動的接受知識的介紹和講解[5]。拋錨式教學既能發揮教師主導作用，又能體現學生的主體地位，對培養學生自學能力、探究問題的能力和創新思維能力具有重要意義。在環境監測實驗課程中引入拋錨式教學能很好地解決實驗環節包括不完整、學生被動學習的弊端。

王英剛等[6]在2009年指出，拋錨式教學過程可簡化為五個基本環節，即創設情景、確定問題、自主學習、協作學習、效果評價。具體到環境監測實驗教學中為：通過模擬環保局或監測站的實際工作，為學生創立與實際工作相似的場景，縮短理論教學與實際的距離；在此基礎上，教師根據教學大綱要求，提出面臨的問題、具備的工作條件（實驗條件），適時拋錨；學生通過結合課堂理論學習、查閱資料、與老師提問互動等方式，完成監測實驗開展中需要確定的監測項目、監測方案、監測方法、實驗條件準備等過程，采集樣品、預處理后完成監測分析，并處理數據，評價監測結果；最后由指導教師評價實驗過程，給予總結。在拋錨式教學全程，教師要積極參與，能在學生困惑、解決問題方法出現偏差時及時糾正。

在新的教學實驗指導書中，按照拋錨式教學法的要求，將水樣中懸浮固體物、氟化物、氨氮、BOD和COD的測定實驗（表1，實驗1-4）改為校園內湖水、北京市公園河水的水質監測實驗，在校園環境空氣質量監測實驗（表1，實驗5）中進一步模擬監測站工作場景，改為空氣質量連續監測（一周或更長時間），并每天發布空氣質量數據。

2.鼓勵學生進行創新實驗。目前實驗室不斷改進陳舊實驗裝置，更新儀器設備，購買了多種新型儀器設備，如氣相色譜-質譜聯用儀、液相色譜-質譜聯用儀、離子色譜、原子吸收分光光度計、紅外分光光度計等，并進一步開發了與之相關的綜合性、設計性實驗，以改革操作型和驗證型實驗過程繁瑣、內容程序化的弊端。

如根據學院教師的科研創新項目相結合，開發了液相色譜法測定桶裝水中環境雌激素的實驗，幫助學生認識對未知環境樣品檢測方法的開發過程；根據畢業班學生畢業設計題目，開發了離子色譜法快速高效測定自來水中無機離子的實驗，其檢測效率遠高于分光光度法。創新性實驗的開展不但拓寬了環境監測教學實驗的知識覆蓋范圍，而且可以極大滿足學生的好奇心和理論聯系實際的強烈愿望，激發學生的學習興趣。

3.注重實踐能力的培養。環境學科人才培養一向重視從事專業相關工作的實踐能力，環境監測實驗課程作為連接課堂教學和實驗學習的中間環節，是提高學生專業實踐能力的重要契機。一方面，對于學生實驗成績的評定，需要綜合其實驗操作水平、參與創新實驗的積極性、思考和解決問題的能力；簡化實驗報告中與實驗指導書重復的實驗步驟等內容，杜絕實驗報告內容的簡單復制和粘貼。另一方面，在每年的課程結束后，對實驗課程表現出濃厚興趣的學生，學院都會積極聯系和安排學生前往污水處理廠、環境監測站參與頂崗實習，深入環境監測工作的第一線，了解課堂學習與實際應用的差距，培養其實踐能力；還有部分學生加入環保檢測公司、家鄉的環境保護監測站、中科院等研究院所進行不間斷實習，像正式員工一樣參與野外采樣、實驗室處理和分析測試、質量控制和質量保證全過程。在此期間，學生看到了環境監測知識的實際應用，了解了環境監測的具體運營情況，初步體會了踏入社會工作的感受，極大地激發起學生的學習積極性，并發現自身短板和存在問題進行彌補，提高了學生的實踐能力。

參考文獻：

[1]陳仁杰，闞海東.霧霾污染物與人體健康[J].自然雜志，2013，（5）：342-344.

[2]奚旦立，孫裕生.環境監測（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]李國剛，萬本太.中國環境監測科技發展需求分析[J].中國環境監測，2004，20（6）：5-8.

[4]段鳳魁，余剛，黃俊，楊陽.環境監測實驗課程教學環節與教學方法[J].實驗室研究與探索，2014，33（1）：173-176.

[5]全玉蓮，吳舉，劉軍，王穎.探究式教學法在高職環境監測教學中的應用[J].中國環境管理干部學院學報，2008，18（3）：97-99.

[6]王英剛，高丹，董怡華.拋錨式教學模式在環境監測實驗教學中的應用[J].沈陽教育學院學報，2009，11（5）：69-71.