新工科背景下環境監測實驗教學的改革初探

童銀棟，毛國柱，楊 冬，楊永奎，曹全全，郭亞坤，劉憲華，姜曉峰，趙金娟，魯逸人

(1.天津大學 環境科學與工程學院，天津 300072；2.天津大學 建筑工程學院，天津 300072)

新工科提倡重實踐、跨學科，把創新創業教育貫穿人才培養全過程；產學合作，把理論課程帶入實踐課堂；協同育人，持續改進創新人才的培養目標、培養方案、課程體系和教學要求。以工程教育的中國模式，應對新一輪科技革命與產業變革。實驗教學是指實踐性教學的一種組織形式。學生利用儀器設備，在人為控制條件下，引起實驗對象的變化，通過觀察、測定和分析，獲得知識與發展能力[1]。

環境監測實驗課程既能培養監測人才，又可以為學生學習后續專業課如污水，大氣，固廢治理課程打下良好基礎。為了使環境監測實驗課程達到預期的效果，我們必須響應時代的號召，將傳統的實驗課程與新工科的要求進行對比，查找不足，進行改革，以期適應“新工科”對培養創新型卓越工程科技人才的要求[2-3]。

1 目前環境監測實驗教學現狀

環境監測實驗課程專業性強，監測對象涉及水、氣、土壤等各個方面[4]；實驗方法涉及物理方法也涉及化學方法，儀器設備種類繁多，包括復雜高端色譜質譜等大型儀器；在實驗過程中由于樣品來源廣，成分雜，要求學生具有較強的動手能力，歸納分析能力。“新工科”的教育理念嚴格把控環境監測實驗課程特點，要求學生熟練掌握知識技能的基礎上，能夠具有發現問題、解決問題的能力，從而提高創新的基本意識。這不僅僅要求學生能夠準確地進行數據處理，還要求學生能夠根據相應國家標準，結合整個實驗過程對數據進行準確分析與評價。而現在，環境監測實驗課程在教學模式、內容、創新性等方面滿足不了“新工科”的要求。目前，傳統環境監測實驗課程主要存在以下問題及不足。

1.1 環境監測實驗教學模式機械化

“新工科”培養理念中一個重要的目標是培養自主創新。而目前傳統的實驗教學過程一般以老師灌輸為主。多數實驗教學過程由老師課前備好實驗儀器、配制藥品，課上老師手把手教學，使學生喪失了自主能力，只會死記步驟模仿實驗毫無創新可言。實驗物質過于理想化，所用藥品成分簡單、干擾物質較少，這將會導致學生在面對復雜環境中樣品無從下手，難以排除干擾分析進行測定。此外，在整個實驗過程中，學生缺乏獨立的思考與解決問題的探索，不能發揮學生在實驗教學課堂的主體性，不能達到“新工科”下環境監測實驗開設的目的[5]。

1.2 環境監測實驗方法與科研及實際發展缺乏銜接

“新工科”要求學生從實際工程應用出發，具體到環境監測實驗課程上，即應實驗室中的測試方法、儀器、指標應與實際工程接軌。然而，當前許多高校在開展環境監測實驗時，由于儀器精確度不夠，藥劑不齊備，無法及時跟進相應標準，再加上從事實驗教學的教師多為沒有實際從事環境監測工作的老師，因此所授測試方法落后，分析方法更偏向于科研，不便于推廣應用，致使學用脫節，對學生在以后的實際工作中有一些不利影響[6]。

1.3 環境監測實驗內容有待更新

“新工科”不僅僅要求學生準確進行數據處理，還要求學生能夠根據相應國家標準，結合整個實驗過程對數據進行準確分析與評價。這就需要學生參與整個環境監測的過程中，才能對整個實驗內容有綜合、全面、設計性的認識。環境監測的過程一般為現場調查、監測方案制定、優化布點、樣品采集、運送保存、分析測試、數據處理、綜合評價等。而目前學生只參與整個實驗環節的分析測試部分，而對環境監測的其它環節缺乏認識和實際操作，不利于學生在實際工作中獨立完成環境監測任務以及創新意識、全局意識的培養[7]。

1.4 環境監測實驗課時不足

“新工科”要求理論與實踐相結合，充分發揮學生主觀能動性，培養全面型人才。而目前傳統的教學往往把環境監測實驗作為環境監測課程教學內容的一小部分，最終占環境監測這門課成績的比重也比較小。而實驗課程學時少和成績所占比重低，將會導致學生對實驗教學的重視度不夠，無法真正領悟到環境監測實驗的精髓，不利于實踐能力的提高。此外，實驗教學一直附屬于理論教學，也會導致實驗教師在實驗課程上投入精力不足，工作得不到重視，造成實驗教學效果不盡人意[8]。

1.5 環境監測實驗課程考核不夠科學

環境監測課程實驗成績考核主要以平時成績和實驗報告成績按權重計分，平時成績主要以學生課堂出席率、在課上中的表現核定，實驗報告成績以學生提交實驗報告質量計算。實驗課上學生眾多，老師一己之力無法觀察到所有人的實際表現，導致每個學生的平時成績不具參考意義。而實驗報告又是課后完成的，大部分學生簡單抄寫實驗目的、操作步驟及實驗數據，無法真實反映出學生掌握實驗技能情況，也不能夠考察學生對一項相關的環境監測任務的完成度。

2 環境監測教學的新工科改革

2.1 實驗課堂學生主體化

教學是教師和學生雙向互動的關系，要提高教學效果，使學生切實掌握環境監測實驗技能，必須充分發揮學生在課堂上的主體作用，達到翻轉課堂、角色互換的效果[9]。這就要求學生做好實驗前的預習，老師課上對預習情況進行檢查。由傳統的老師一味灌輸，轉變為學生推動課程進展。在教學過程中老師有針對性地解決學生突出實驗問題，實驗關鍵要素進行提問。此外，不斷改進，豐富教學內容，使實驗對象涵蓋水、氣、土壤等各個領域，還可以開展一些學生比較感興趣地課題如頭發中汞的測定，提高學生參與度[10]。為了使學生都能夠參與到課堂以及老師兼顧到每一個學生，在教學中要考慮到人員的配置，可以適當減少每組學生人數，一般2～3人為一組，對于大型實驗，4～6人為一組，使每個學生都能動手操作，減少站、等的時間。最后，我們還可以在老師的監管下進行實驗室開放管理，讓給學生利用課余時間做實驗，鞏固應用所學，提高學生實踐與解決問題的能力，接觸更多的現代分析監測儀器[11]。

2.2 實驗課堂學生創新化

為了更好的適應“新工科”的教育理念，依據環境監測課程的實踐特點，不斷改善教學環節，豐富教學方法。適當增加綜合性和研究性實驗[12]，這樣可以提高學生興趣與參與度。為此，引入了案例教學法，引導學生參與環境監測全過程。以“食堂廢水各組分測定”為例，首先進行分組，每組選定組長、采樣員、運送員、儀器試劑員、數據處理員及綜合評價員，老師推薦相關資料，學生進行小組討論，教師進行解疑；其次小組設計監測方案內容包括人員分工情況、監測指標以及相應指標測定方法與原理、儀器與試劑等；接下來每組展示并講解工作方案，其他小組成員提問、幫助修改，確定實驗方案；最后實施監測方案，課堂答辯總結[13]。

2.3 實驗方法緊跟潮流

用于環境監測的新技術的發展迅速。同時，國家和行業標準的環境監測內容也在更新。因此，考慮到國家標準，行業標準以及環境監測新技術的發展，環境監測實驗的教學大綱應改為實時更新。在新工科大趨勢的條件下，需要合理設置實驗項目，以便學生能夠跟上環境監測技術的發展，并學習最新和最常用的監測技術[9]。環境監測實驗的內容與實際工作中環境指標的監測密切相關，加強校企合作，可以合理地建立實驗項目。在“環境監測實驗課程”正式開始之前，實驗老師可以將學生帶到公司并參觀與環境監測有關的設備、監測方法與注意事項，以確保學生的課堂學習監測技能與實際監測工作相匹配[14]。

2.4 實驗內容、課時趨向科學化

對于環境監測實驗這種理論與實踐緊密結合的課程，要真正做到學以致用。這就要求教師在教學過程中，要注重學生的綜合性發展，使學生充分參與環境監測的全過程，提高學生獨立完成對環境指標監測的能力。為此，可將環境監測實驗作為一門單獨的課程設置學時。課程內容包括課堂實驗與課程設計。將實驗教學內容與生產實踐相結合。課堂內容可以根據國家相應標準安排一些常規的監測項目，如pH、COD、氨氮、濁度、金屬離子等，讓學生掌握相應的檢測方法，為課程設計的開展奠定基礎。課程設計可以安排一些綜合性、實踐性的項目，如食堂廢水的環境質量監測與評價、校園環境噪聲監測與評價、果園土壤環境質量監測與評價等，要求學生根據監測任務制定監測方案，參與樣品采集、樣品保存、樣品前處理、樣品分析測試和數據整理與討論的每個環節，最終提交監測報告。

2.5 科學設置考核方法

改革傳統的以平時成績和實驗報告成績評定環境監測實驗成績的考評體系[15]，參考“新工科”對人才要求，采用多元化的考核方式。分為課前預習成績、實驗報告成績、實驗操作技能考試成績、課程設計實驗成績[16]。此綜合考評體系的四部分相輔相成，可真實反映出學生學習情況，并有利于學生自主能力、創新能力、動手能力、分析問題及解決問題能力的培養，達到“新工科”建設的要求。

3 結語

當前，新工科浪潮席卷全球，傳統的工科人才已不能很好的滿足目前經濟社會的發展需求。我們在此背景下以環境監測實驗教學進行分析，通過對創新教學模式、教學內容等一系列改革和創新，使環境監測實驗教學緊跟潮流，為實現中華民族偉大復興培養出更多實踐能力強、創新能力強，更具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。