環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)改革的探索

王亞林

摘要：鑒于國民環(huán)保意識的提高和國家對環(huán)境質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格，改革現(xiàn)行高校實驗教學(xué)方法、完善及更新實驗內(nèi)容以及培養(yǎng)滿足社會發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才日顯迫切。本文從環(huán)境監(jiān)測實驗課程的職能及當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的問題出發(fā)，提出完善環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)的建議及措施，期望為高校實驗教學(xué)改革，提升畢業(yè)生水平提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；教學(xué)改革；環(huán)境實驗

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）33-0259-03

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，主要涉及水和廢水監(jiān)測、空氣和廢氣監(jiān)測、固體廢物監(jiān)測、土壤污染監(jiān)測、生物污染監(jiān)測、突發(fā)事件監(jiān)測及處置等內(nèi)容。為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和滿足社會對環(huán)境監(jiān)測人員的要求，與環(huán)境監(jiān)測同時開設(shè)了環(huán)境監(jiān)測實驗，使學(xué)生除了熟練掌握環(huán)境監(jiān)測的基本理論，還要學(xué)以致用，通過實驗課訓(xùn)練學(xué)生能夠以污染物作為研究對象，合理布點(diǎn)和采樣，樣品保存及處理，選擇合適的分析儀器及方法，數(shù)據(jù)處理，形成環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測報告，最終為污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

改革開放40年來，中國環(huán)境監(jiān)測工作發(fā)展迅速，高校教學(xué)改革亦日新月異，至今取得了可喜的成績，但環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)工作仍存在一些較明顯的不足。本文通過分析現(xiàn)象，究其根源，提出相應(yīng)的應(yīng)對措施，旨在提高實驗教學(xué)質(zhì)量并培養(yǎng)具有較高素質(zhì)的應(yīng)用型環(huán)境科學(xué)專業(yè)人才。

一、環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)中存在的問題

（一）實驗教學(xué)模式老化、內(nèi)容單一

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)模式是教師在課堂上講述一遍實驗?zāi)康摹⒃怼嶒灢襟E、使用到的藥品以及注意事項。實驗藥品都是老師提前配制準(zhǔn)備好。學(xué)生按照實驗指導(dǎo)設(shè)計的方法進(jìn)行操作。整個實驗過程比較機(jī)械，照著葫蘆畫瓢，學(xué)生很少思考為什么這樣做，進(jìn)而導(dǎo)致思維呆滯，產(chǎn)生厭煩情緒，影響實驗積極性。

實驗內(nèi)容也存在不完善的問題。目前，環(huán)境監(jiān)測在學(xué)時分布上，理論課時多，實驗課時少，并且實驗課基本上是驗證性實驗。雖然訓(xùn)練了學(xué)生對分析儀器及常規(guī)監(jiān)測手段的基本操作，但對于復(fù)雜基質(zhì)的環(huán)境樣品，如何進(jìn)行實驗設(shè)計、消除干擾因素、選擇合適的預(yù)處理方法和分析方法，從多角度分析問題和解決問題的綜合實驗?zāi)芰Σ]有提高。

如今，我們進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)+時代，網(wǎng)絡(luò)無處不在，但多媒體輔助教學(xué)還未引入環(huán)境監(jiān)測課程及實驗教學(xué)中。比如，分析儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作流程等難以言表的內(nèi)容，通過多媒體演示則一目了然、豁然開朗。

（二）實驗考評制度不能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性

環(huán)境監(jiān)測實驗課對學(xué)生成績評定比較注重實驗結(jié)果，實驗課成績主要體現(xiàn)在實驗報告上，以往的學(xué)生為了得到好的結(jié)果，甚至篡改實驗數(shù)據(jù)，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。

（三）監(jiān)測實驗室安全及環(huán)境污染

在實驗室，安全問題不容忽視。類似東華大學(xué)實驗室事故教訓(xùn)慘痛。另外，實驗操作會產(chǎn)生一定量的廢水、廢氣和固體廢物。廢水的主要來源包括沖洗樣品、處理樣品的分析殘夜、洗滌液等。廢水中的污染物有有機(jī)物（揮發(fā)酚、石油類、陰離子洗滌劑等）、重金屬離子（As、Hg、Cd、Cr等）[1]，以及一些有毒有害的微生物。廢氣來源是廢氣樣品、分析過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物、藥品揮發(fā)物、載氣等。另外，檢測過程中還會產(chǎn)生一些固體廢棄物，比如分析產(chǎn)物、過濾紙、紗布、殘留化學(xué)試劑等。上述廢水、廢氣以及固體廢物會污染地下水、土壤和空氣，進(jìn)而影響人體健康[2，3]。

二、提高實驗教學(xué)質(zhì)量的措施

為了改進(jìn)以上存在的問題，我們從抓預(yù)習(xí)報告、提問、規(guī)范操作和完整的實驗報告等多方面加強(qiáng)教學(xué)過程管理；通過讓學(xué)生參與準(zhǔn)備實驗提高學(xué)生的興趣；把最新科研成果變?yōu)閷嶒灧床副究平虒W(xué)，同時結(jié)合視頻內(nèi)容擴(kuò)大學(xué)生的視野、通過微信溝通隨時解決存在的問題；在實驗教學(xué)過程中防范危險，從原理上熟知污染物的危害；通過考核機(jī)制的引領(lǐng)確保整個實驗環(huán)節(jié)學(xué)生們的積極主動參與，以期達(dá)到希望的教學(xué)效果。具體實施如下所述。

（一）調(diào)整教學(xué)模式，抓住過程管理

1.預(yù)習(xí)報告：在實驗教學(xué)過程中首先要求學(xué)生預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，提出無預(yù)習(xí)報告不能進(jìn)實驗室的要求[4]。通過預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)了學(xué)生的興趣，提高了對實驗課程學(xué)習(xí)的積極性和安全性；另一方面可以提高學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中可以利用數(shù)據(jù)庫資源，認(rèn)真查閱資料，探討實驗內(nèi)容、方法及步驟，加深理解，開闊視野。比如，水中溶解氧的測定，可以使用碘量法，也可以使用電化學(xué)探頭法。學(xué)生在開始實驗前，通過查閱資料，對碘量法和電化學(xué)探頭法的適用條件以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)展開討論，如此一來，學(xué)生的興趣得到了提高，思維能力也能得到提升。

2.提問：加強(qiáng)實驗講解過程中的提問環(huán)節(jié)。通過提問，一方面可以檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，也可以把實驗中的難點(diǎn)、重點(diǎn)、危險步驟特別強(qiáng)調(diào)，進(jìn)一步理清實驗思路和注意事項。有利于實驗效果的提高。同時，也可以總結(jié)上次實驗存在的問題，對操作、思考題和實驗報告中圖、表、有效數(shù)字的表達(dá)等進(jìn)行總結(jié)。這樣非常有利于學(xué)生進(jìn)步。

3.學(xué)生參與準(zhǔn)備實驗：把部分準(zhǔn)備實驗放在周末或晚上。讓學(xué)有余力的學(xué)生參與部分實驗準(zhǔn)備工作，提高興趣和動手能力。例如配制指示劑時需要少量助溶劑、配制FeCl3時需要加少量鹽酸、滴定管的準(zhǔn)備、光度計的校正。同時，讓學(xué)生自己動手做出小視頻片段，發(fā)到班級微信群里分享。帶動大家做實驗的積極性。

（二）用科研成果反哺教學(xué)，充實提高實驗內(nèi)容

把最新研究成果變成綜合性、設(shè)計性實驗：綜合性、設(shè)計性實驗要求學(xué)生能綜合所學(xué)知識及多種實驗技能，解決具有一定難度的實驗問題，是提高學(xué)生綜合、創(chuàng)新能力的重要途徑。因此，在多個驗證性試驗的基礎(chǔ)上，增加綜合性實驗，提前布置，保證學(xué)生有足夠的時間進(jìn)行預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容、設(shè)計性實驗[5，6]。例如，環(huán)境樣品的前處理過程復(fù)雜、耗時。我們在承擔(dān)國家863課題時，研發(fā)了基于活性炭纖維的固相微萃取技術(shù)用于部分易揮發(fā)或半揮發(fā)有機(jī)物環(huán)境樣品的預(yù)處理，此技術(shù)已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)用于EPA中。在我們科研技術(shù)的支持下，把此項研究成果開設(shè)成本科實驗，大大提高了學(xué)生的興趣。此外，我們還把難降解廢水用電化學(xué)方法處理作為設(shè)計實驗，以科研方式進(jìn)行實驗。提出科學(xué)問題，學(xué)生圍繞這一問題自己設(shè)計實驗方案、選擇和準(zhǔn)備儀器設(shè)備、配制試劑、樣品測試、數(shù)據(jù)分析、進(jìn)行評價、寫出報告。經(jīng)過訓(xùn)練后學(xué)生的動手能力、設(shè)計實驗、操作能力和解決問題能力得到了較大提高。另外，在綜合性或設(shè)計性環(huán)境監(jiān)測實驗中，數(shù)據(jù)量往往比較大，此時使用計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理尤為重要。今后的教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生通過統(tǒng)計軟件如SPSS等處理數(shù)據(jù)的能力，以及運(yùn)用Origin進(jìn)行科學(xué)繪圖的能力[7，8]。

（三）多媒體和微信的應(yīng)用補(bǔ)充教學(xué)時間的不足并加強(qiáng)溝通

1.多媒體進(jìn)課堂：在一些實驗條件不具備的情況下，完全可以通過多媒體演示基本實驗過程，開拓學(xué)生的視野。由于課時所限，類似河流流速測定、煙囪污染物采樣、金魚毒性實驗和檢測項目、分析儀器復(fù)雜等對學(xué)時需求長，不能在有限教學(xué)時間內(nèi)完成的實驗，我們就借助多媒體將沒有涉及的實驗項目和儀器講授給學(xué)生，以擴(kuò)大學(xué)生視野，提高學(xué)習(xí)效率。

2.以班級為單位建立微信群，老師和助教可以在群里及時把實驗過程、實驗報告等發(fā)現(xiàn)的問題及時告訴學(xué)生。學(xué)生也可以在群里提出問題。通過幾年的嘗試，表明對教學(xué)效果的提高很有幫助。

（四）完善考評機(jī)制

實驗考核除了要體現(xiàn)對實驗原理的掌握外，更重要的是要反映出學(xué)生在實驗方案設(shè)計、操作等方面的實際能力，以及把握實驗過程主要事項和對現(xiàn)象結(jié)果分析等環(huán)節(jié)上的綜合能力。我們把實驗成績分為三大部分，平時成績占30%（包括：出勤、預(yù)習(xí)報告、提問、操作等），實驗報告占50%（報告書寫、實驗記錄、數(shù)據(jù)處理、思考題等），實驗考試占20%（以最后的設(shè)計實驗為考題）。

學(xué)生通過實驗指導(dǎo)書及查閱相關(guān)資料書寫預(yù)習(xí)報告，教師在學(xué)生實驗開始前檢查預(yù)習(xí)報告，看對實驗項目內(nèi)容是否熟悉，并給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。通過提問，回顧上一次實驗并總結(jié)存在的問題，了解學(xué)生預(yù)習(xí)本次實驗的情況，對實驗中的難點(diǎn)、危險環(huán)節(jié)、使用新儀器的原理等進(jìn)行講述，被提問或積極主動回答問題的同學(xué)加分；實驗操作過程中，觀察每個學(xué)生的操作是否規(guī)范，實驗現(xiàn)象是否準(zhǔn)確記錄，客觀給出操作技能成績。實驗報告根據(jù)學(xué)生的數(shù)據(jù)、對實驗結(jié)果的分析和討論以及實驗心得體會進(jìn)行打分。實驗中允許學(xué)生有拓展的空間，對于實驗結(jié)果，即使是錯誤的，只要能認(rèn)真分析，找出原因，仍然認(rèn)為實驗有收獲，應(yīng)給予肯定。如果發(fā)現(xiàn)有抄襲現(xiàn)象，相似的同學(xué)都被扣分。實驗結(jié)束后，統(tǒng)一登記實驗數(shù)據(jù)。這樣確保數(shù)據(jù)的原始性。總之，整個分?jǐn)?shù)的形成強(qiáng)調(diào)過程考核，而不是只依據(jù)最終實驗報告。

（五）制定安全預(yù)防策略，改善實驗環(huán)境

當(dāng)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)測實驗時，類似于測定CODcr、BOD5等實驗，都是在強(qiáng)酸強(qiáng)氧化劑或高溫的條件下進(jìn)行的。確保學(xué)生安全，是實驗課的關(guān)鍵。所以，我們第一節(jié)課就是安全培訓(xùn)及安全協(xié)議簽訂。同時實驗服、防護(hù)眼鏡、實驗用手套等的嚴(yán)格戴用是基本保證之一。噴淋裝置、洗眼裝置、消防器材和醫(yī)藥箱等的使用，也是要求學(xué)生人人熟練。更重要的是在上課時，把每次課可能涉及的危險環(huán)節(jié)講清楚，尤其是有留學(xué)生的時候，要確保每個學(xué)生真正理解。這樣才能避免危險的發(fā)生。

對環(huán)境監(jiān)測實驗室操作中產(chǎn)生的廢棄物必須加強(qiáng)管理，對于“三廢”的處理進(jìn)行科學(xué)、合理的分類收集或排放，千萬不能直接排放，造成人為的二次污染。環(huán)境監(jiān)測的操作過程是一種十分典型的個人操作過程，它是操作者在指定的控制條件下，獨(dú)立完成的一種操作活動，需要對學(xué)生實際操作方法進(jìn)行監(jiān)督。嚴(yán)格要求學(xué)生自己臺面整潔和最終衛(wèi)生值日。合理處理處置實驗過程產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)。同時，對于一些需要消毒的區(qū)域，還應(yīng)該及時進(jìn)行消毒。在國家標(biāo)準(zhǔn)中，絕大多數(shù)環(huán)境監(jiān)測的分析方法不是只有一種。因此，我們在選擇實驗內(nèi)容時就盡可能選擇對環(huán)境污染少的分析方法，將污染程度降到最小。對廢液的處理，引導(dǎo)學(xué)生主動從污染物的性質(zhì)方面去思考，例如氯化鋇和硫酸鋇同樣是含有重金屬鋇，但氯化鋇可溶，就必須集中回收，不可任意傾倒。

三、結(jié)論

教學(xué)改革是一項艱巨而重大的系統(tǒng)工程，涉及方方面面。期望以上從教學(xué)過程、教學(xué)內(nèi)容和考核多方面著手，能調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)教學(xué)效果提高質(zhì)量。總之，教無止境，在教學(xué)的實踐中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，不斷總結(jié)和完善實驗教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，同時，亦為高校環(huán)境監(jiān)測實驗課程的教學(xué)改革積累經(jīng)驗。

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