以興趣為主導的《環境監測》公選課教學初探

賴曉君

關鍵詞： 環境監測 公選課 本科生 檢測儀器

《環境監測》課程是針對環境工程、環境科學專業本科生開展的專業基礎課，是一門集化學、分析化學及生態學等多學科交叉的綜合性課程[1]。《環境監測》專業基礎課主要從廢水、廢氣和固體廢物三方向，采集、監測和數據處理三過程，讓環境專業本科生掌握環境監測的基本原理和方法，掌握常規項目的監測技術，使環境專業本科生具有基本環境相關實驗的能力[2]。

環境作為交叉專業，涉及化學、地理、生物、醫學等學科知識[1-3]，這些學科也可能結合環境問題進行學術探究，所以環境相關課程有對非環境專業本科生開展公選課的必要性。對比其他環境專業課程如《水污染控制工程》《空氣污染控制工程》《環境土壤學》《室內空氣污染與防治》等，《環境監測》課程具有基礎性、全面性、豐富性等特點，作為公選課具有吸引非環境專業學生學習的潛力。另外，《環境監測》作為環境專業的一門典型專業課，除了具有環境基本概念如專業名稱、標準、污染物的普及，還具有一定的專業性質，《環境監測》作為公選課程能為非環境專業的學生普及環境監測的采樣過程及監測儀器，為學生后續工作或科研學習中進行學科交叉融合奠定基礎。

1 針對非環境專業本科生課程目標的確定

《環境監測》公選課是針對非環境專業，具有一定化學知識的本科生開展的一門校級公共選修課。將《環境監測》專業基礎課的課程目標與公選課相結合，《環境監測》公選課保持專業基礎課的三方向、三內容，從水體和廢水、大氣和廢氣、土壤和固體廢物三方向講授環境污染情況、環境與人類健康聯系及污染物監測技術等，從污染物的采集方法、監測儀器和數據分析這三方面內容介紹環境監測相關工作和實驗流程。

該公選課程的教學目標是提高非環境專業學生的興趣，擴寬知識面，讓非環境專業的學生了解環境監測的基本原理、常規項目的監測技術，為學生今后工作的選擇、工作和科學研究中的學科交叉融合提供知識儲備。

2 現實環境問題提出激發學生興趣

2. 1 環境話題的選擇

為激發非環境專業本科生的學習興趣，從水、氣、固三方向尋找熱門話題，利用話題引導實現環境相關知識的普及[4]。

水體方向是該課程開展的第一個方向，為了在課程開端吸引非環境專業學生的興趣，設計讓學生觀看紀錄片[5]，利用美妙的自然環境、顏色多變的湖水、神奇的具有療傷及快速恢復體力的神水傳說吸引學生的注意。同時，紀錄片中中國科學院研究員的專業解釋，奠定了紀錄片的專業性質。由此，該課程引出自然水體的環境問題：湖水顏色一天多變的原因；低氘水對人體健康的影響。對問題進行討論并得出初步結論：湖水顏色變化主要與湖水中的鈣離子含量以及一日之內光照的變化有關；具有療傷及快速恢復體力的神水可能是天然的低氘水。另外，針對日常生活，介紹了飲用水余氯和消毒副產物對人體健康影響。根據以上話題，后續進一步探討了水體中陰陽離子、余氯和總有機氯的檢測方法。

大氣和廢氣問題也是大眾最關心的關鍵問題之一，特別是我國承諾在2030 年實現“碳達峰”和2060 年實現“碳中和”的背景下[6]。對于非環境專業的學生，需要先普及大氣和空氣的概論以及空氣污染物質（二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物）的主要來源。結合海洋二氧化碳負排放話題，讓非環境專業的學生對大氣中分子狀污染物有基本的認識。然后，在環境層面上介紹“碳達峰”和“碳中和”的基本概論與意義，并以工業轉型[6]和水稻種植為例，介紹中國在“碳達峰”和“碳中和”上做出的努力。最后，提出貼近日常生活的室內空氣甲醛污染問題，介紹了甲醛的危害，以及植物吸收、活性炭吸附、臭氧降解、光觸媒降解等甲醛去除方法的可行性及機理[7]。從全球、國家、個人三層面介紹了氣相環境問題，并提出了關于分子狀污染物及甲醛測定方法的探討。

在固體方面，利用尾礦作為例子，介紹尾礦的形成、中國尾礦的現存情況、尾礦對周邊環境的危害及尾礦的再利用技術。另外，根據大眾最關心的健康問題，以人體微量元素和廣東貴嶼電子拆解地為背景，介紹了頭發中的微量元素檢測及環境污染對頭發中有機污染物含量的影響。從環境到人體介紹了固相方面的環境問題，并提出了關于固體樣品中金屬元素和有機污染物的提取和檢測方法的探討。

2. 2 學生的興趣回饋分析

對《環境監測》校級公選課的學生進行課程興趣度的問卷調查[8]。調查結果發現，最喜愛自然水體與廢水方向的學生占54.13％，最喜愛大氣和廢氣方向的學生占31.43％，最喜愛土壤與固體廢物方向的學生占17.14％。可能由于非環境專業學生對大氣、廢氣等氣相概念的陌生以及固體污染沒有被廣泛宣傳，學生對氣相和固相的環境問題的興趣度不如水相。由于學生對水相的興趣度較高，所以對湖泊、低氘水和自來水的話題的興趣度明顯高于其他氣相和固相話題（如圖1所示）。需要特別注意的是，學生對“碳中和”“ 碳達峰”及尾礦的危害與利用沒有興趣，在后續的《環境監測》公選課中需要采用其他話題進行替代。每學期課程的結束對學生的調查有利于對學生興趣的掌握和后續課程的調整。

3 環境問題與環境監測技術相結合

3. 1 監測技術介紹

由于該課程是公選課程，針對非環境專業的學生，所以對監測技術的介紹不宜過度深入。儀器介紹的目的主要是讓學生對監測對象和對應的監測技術有基本的認知，有利于學生后續工作和科學研究中進行學科交叉融合。儀器的介紹主要分為基本原理、儀器構造和應用案例這3 個部分。

根據環境話題，水體中離子、余氯和總有機氯的檢測方法需要被探討。在陰陽離子檢測方面，以利用離子色譜同時測定水中6 種陰離子為例，講解離子色譜圖中的關鍵參數、色譜峰分離方法、不同離子色譜峰互相干擾原因及其解決方法等。在余氯、總有機氯檢測方面，利用水加熱去除余氯和總有機氯及水蒸氣中余氯含量對食物影響為例子，講解紫外可見光分光光度計和可吸附有機鹵（AOX）焚燒爐的使用過程。

氣體和固體樣品中的分子狀污染物、甲醛、金屬元素和有機污染物的檢測方法需要被探討。相對水相的檢測方法，氣體樣品的收集及檢測方法更為復雜。在分子狀污染物檢測方面會以工業區對周邊居民區污染為例，介紹空氣樣品的收集方法。以一氧化碳和甲醛檢測為例，介紹氣相色譜的使用過程。另外，相對水相和氣相，固相樣品需要進行前處理，檢測過程更為繁瑣。以鐵尾礦氯化焙燒回收利用為例，介紹X 射線衍射和X 射線熒光光譜的使用和圖譜分析。以頭發樣品為例介紹固體樣品的消解方法以及原子吸收光譜儀的使用。

3. 2 學生的興趣回饋分析

對《環境監測》校級公選課的學生進行檢測儀器興趣度的問卷調查，調查結果如圖2 所示。與《環境監測》校級公選課學生的調查結果一致，非環境專業的學生對水體、廢水的水相檢測方法更感興趣，這可能是因為氣體檢測方法相對水體的更復雜、固相的檢測需要繁瑣的前處理。所以后續的《環境監測》校級公選課課程內容會更偏向于水體和廢水。目前，《環境監測》公選課的課時設計為31.25％的水相、25.00％的氣相、31.25％的固相及12.50％的基本概念。后續課程課時可能改為50.00％的水相、18.75％的氣相、18.75％的固相及12.50％的基本概念。

4 考核內容及課程的持續發展

為了實現公選課程的持續發展，對《環境監測》公選課程的學生進行課程內容興趣調查以外，還通過論文考核的形式對學生進行非課程內容環境話題的興趣調查。學生自選有興趣的環境問題為題目，對環境問題現狀與影響進行調查總結，對環境問題所涉及的監測儀器的基本原理、儀器構造和應用案例進行說明和分析。將學生感興趣的環境話題納入為后續《環境監測》公選課程話題的備選。

另外，對非《環境監測》公選課程的學生進行已有課程話題的興趣調查。公選課潛在學生最喜愛水相話題的占40.91％，最喜愛氣相話題的占36.36％，最喜愛固相話題的占22.73％。與公選課學生的興趣調查類似，公選課潛在學生對自然水體和廢水的興趣較高。

結合圖1 和圖3 的數據，發現學生一致對大氣中分子狀污染物、“碳中和”“碳達峰”以及尾礦的危害與利用興趣度較低。隨著學生興趣及熱點環境話題的變化，對部分已有課程話題進行更改。后續課程可能將興趣度較低的話題替換為自然水體等水相話題。

對非《環境監測》公選課程的學生進行監測儀器的興趣調查，調查結果如圖4 所示。與圖3 的結果不一致，學生對氣相和固相的監測儀器更為感興趣。結合以上結果，認為學生在未接觸儀器時可能對比較復雜和高級的監測儀器非常感興趣，例如：氣相色譜，但是隨著學習的深入，氣相和固相儀器繁瑣的操作以及復雜的樣品前處理過程，降低了學生的興趣度。所以，在后續的課程中，除了降低氣相和固相話題的課時以外，還需要降低氣相和固相監測儀器介紹的難度。

5 結語

《環境監測》作為校級公選課面對非環境專業學生進行教授，需要關注學生的興趣，利用學生感興趣的環境話題來普及環境概論及環境監測技術，提高學生的知識儲備，并最終實現《環境監測》校級公選課的課程目標。