高校環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程的瓶頸與創(chuàng)新性教學(xué)探討

陳源　孟超　任冬梅

摘要：本文根據(jù)首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的開課實(shí)踐總結(jié)了目前實(shí)驗(yàn)課程中存在的環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)不完整、缺乏創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)、考核標(biāo)準(zhǔn)單一等問(wèn)題。同時(shí)結(jié)合當(dāng)前我國(guó)對(duì)環(huán)保人才在獨(dú)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(xué)、鼓勵(lì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、與實(shí)踐密切結(jié)合等教學(xué)法來(lái)提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果的對(duì)策，并著重強(qiáng)調(diào)了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；瓶頸；創(chuàng)新性教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）05-0267-03

當(dāng)前我國(guó)面臨著諸多環(huán)境問(wèn)題，如大氣污染、水質(zhì)惡化、氣候變暖、環(huán)境激素水平增加等，特別是近年來(lái)秋冬季頻發(fā)的霧霾現(xiàn)象，不但使空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，而且導(dǎo)致人群呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病率增加，威脅人類健康[1]。嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)和人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的環(huán)保意識(shí)要求我國(guó)環(huán)境學(xué)科人才的培養(yǎng)注重綜合性，并強(qiáng)調(diào)理論基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐能力的結(jié)合。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固理論教學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)思維、發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新潛力的有效過(guò)程，是環(huán)保人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

《環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》是環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的核心實(shí)驗(yàn)課程，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了環(huán)境監(jiān)測(cè)的理論知識(shí)后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室操作掌握水、大氣、土壤等環(huán)境要素中代表性環(huán)境因子的采樣、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理的過(guò)程[2]。該實(shí)驗(yàn)課程將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)相結(jié)合，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)研究思維、獨(dú)立動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力至關(guān)重要。環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程涉及內(nèi)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(jiān)測(cè)），對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件要求較高，授課教師既要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，又要盡可能保證每位學(xué)生的參與度，開課工作量大，容易形成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僵化、實(shí)驗(yàn)過(guò)程不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐?wèn)題。本文總結(jié)了在首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程存在的問(wèn)題，并結(jié)合當(dāng)前社會(huì)對(duì)環(huán)保人才的需求，探討了在環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程中可引入的創(chuàng)新性教學(xué)方法，以期提高教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)21世紀(jì)我國(guó)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)。

一、高?！董h(huán)境監(jiān)測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程的瓶頸

1.環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)包含不完整。一個(gè)完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選擇、布點(diǎn)、采樣、樣品保存和預(yù)處理、樣品監(jiān)測(cè)分析、數(shù)據(jù)處理、綜合評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)。目前安排的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程多為：實(shí)驗(yàn)教師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)試劑、樣品、儀器設(shè)備調(diào)試等），學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求完成實(shí)驗(yàn)，按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)所用樣品基本為教師提前采集好或?qū)嶒?yàn)室配置的純物質(zhì)。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在弊端，一方面，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生未接觸到完整的環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，學(xué)生“知其然，而不知其所以然”，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性欠佳，實(shí)驗(yàn)過(guò)后印象不深；另一方面，也不利于學(xué)生對(duì)真實(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，不利于其發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題。

2.缺乏創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱共附有15個(gè)可選實(shí)驗(yàn)，但受限于實(shí)驗(yàn)室容量和課時(shí)，目前只安排了8個(gè)實(shí)驗(yàn)（見表1）。由于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程要耗費(fèi)教師大量精力，目前沒(méi)有再增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的可能性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)表現(xiàn)出了濃厚的興趣，不再滿足于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作，在樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法上均提出了新想法與教師交流，但實(shí)驗(yàn)課程目前沒(méi)有給學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的條件，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力未得到充分發(fā)揮。

3.實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)單一。實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)的考核主要依靠學(xué)生出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，部分學(xué)生積極性欠缺，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程不嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書照抄書本的現(xiàn)象嚴(yán)重，形成“重結(jié)果，輕實(shí)踐”的現(xiàn)象。很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不夠重視，實(shí)驗(yàn)操作不嚴(yán)謹(jǐn)，如對(duì)于移液管使用、腐蝕性試劑取用、滴定管操作等基本實(shí)驗(yàn)過(guò)程都嚴(yán)重違反操作規(guī)程，卻未反映在實(shí)驗(yàn)成績(jī)中；部分學(xué)生不能客觀地理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，過(guò)分追求“完美”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，缺乏與理論教學(xué)的結(jié)合，缺少個(gè)人體會(huì)和思考。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)在很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)報(bào)告而不是學(xué)生實(shí)踐能力的提升，造成了評(píng)價(jià)結(jié)果的片面性，也同時(shí)打擊了部分學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和進(jìn)一步研究的積極性。

二、社會(huì)對(duì)環(huán)境工程專業(yè)人才的需求

1.獨(dú)立研究能力。面對(duì)層出不窮的新型環(huán)境問(wèn)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(jī)污染物（POPs）等，環(huán)境監(jiān)測(cè)課堂內(nèi)容的學(xué)習(xí)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足環(huán)境前沿發(fā)展的實(shí)踐需求，環(huán)境學(xué)科發(fā)展的新形勢(shì)對(duì)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立創(chuàng)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(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要學(xué)習(xí)典型污染指標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法，更要注重在學(xué)生腦海中建立污染物監(jiān)測(cè)方法的理論體系，如對(duì)于金屬類、非金屬類、有機(jī)類物質(zhì)應(yīng)熟知其分別采取哪種提取和監(jiān)測(cè)方法。面對(duì)缺乏監(jiān)測(cè)方法的新型污染物，能夠通過(guò)污染物性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息初步明確其監(jiān)測(cè)方向，并能通過(guò)獨(dú)立查閱資料、廣泛閱讀文獻(xiàn)、類比法等開發(fā)有效的監(jiān)測(cè)方法。

2.儀器分析能力。環(huán)境工程專業(yè)經(jīng)過(guò)二十幾年的實(shí)踐和發(fā)展，傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所運(yùn)用的滴定法、移液法、手動(dòng)采樣法已越來(lái)越多地被自動(dòng)分析儀器所替代，環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域傳統(tǒng)分析技術(shù)逐步被儀器分析技術(shù)所取代，監(jiān)測(cè)技術(shù)逐步自動(dòng)化、智能化、成熟化。目前在環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程中已經(jīng)用到的儀器包括：COD消解儀、BOD培養(yǎng)儀、pH計(jì)、氟離子選擇電極、大氣氣體與顆粒物采樣器、分光光度計(jì)、原子吸收儀、氣相色譜、電熱消解儀、聲級(jí)計(jì)等，所用設(shè)備以中、小型儀器設(shè)備為主，缺乏市場(chǎng)上大型分析儀器的介紹和使用[4]。雖然傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法更利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)思維和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，但也要逐步提高學(xué)生的儀器分析能力，特別是對(duì)大型、綜合性分析儀器的使用和自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的了解，以響應(yīng)社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求。

三、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的開發(fā)

1.拋錨式教學(xué)的引入。拋錨式教學(xué)（或“探究式”教學(xué)）是美國(guó)教育部2000年“教育白皮書”中倡導(dǎo)的教學(xué)模式之一，這種教學(xué)模式在教師提出問(wèn)題或創(chuàng)設(shè)教育情境的基礎(chǔ)上（形象的比喻為“拋錨”），學(xué)生在真實(shí)情境中通過(guò)獨(dú)立思考，解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建，而不是僅僅被動(dòng)的接受知識(shí)的介紹和講解[5]。拋錨式教學(xué)既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，又能體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、探究問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力具有重要意義。在環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程中引入拋錨式教學(xué)能很好地解決實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)包括不完整、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的弊端。

王英剛等[6]在2009年指出，拋錨式教學(xué)過(guò)程可簡(jiǎn)化為五個(gè)基本環(huán)節(jié)，即創(chuàng)設(shè)情景、確定問(wèn)題、自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、效果評(píng)價(jià)。具體到環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為：通過(guò)模擬環(huán)保局或監(jiān)測(cè)站的實(shí)際工作，為學(xué)生創(chuàng)立與實(shí)際工作相似的場(chǎng)景，縮短理論教學(xué)與實(shí)際的距離；在此基礎(chǔ)上，教師根據(jù)教學(xué)大綱要求，提出面臨的問(wèn)題、具備的工作條件（實(shí)驗(yàn)條件），適時(shí)拋錨；學(xué)生通過(guò)結(jié)合課堂理論學(xué)習(xí)、查閱資料、與老師提問(wèn)互動(dòng)等方式，完成監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)開展中需要確定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)方案、監(jiān)測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)備等過(guò)程，采集樣品、預(yù)處理后完成監(jiān)測(cè)分析，并處理數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)結(jié)果；最后由指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，給予總結(jié)。在拋錨式教學(xué)全程，教師要積極參與，能在學(xué)生困惑、解決問(wèn)題方法出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)糾正。

在新的教學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中，按照拋錨式教學(xué)法的要求，將水樣中懸浮固體物、氟化物、氨氮、BOD和COD的測(cè)定實(shí)驗(yàn)（表1，實(shí)驗(yàn)1-4）改為校園內(nèi)湖水、北京市公園河水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，在校園環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)（表1，實(shí)驗(yàn)5）中進(jìn)一步模擬監(jiān)測(cè)站工作場(chǎng)景，改為空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測(cè)（一周或更長(zhǎng)時(shí)間），并每天發(fā)布空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。

2.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。目前實(shí)驗(yàn)室不斷改進(jìn)陳舊實(shí)驗(yàn)裝置，更新儀器設(shè)備，購(gòu)買了多種新型儀器設(shè)備，如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、離子色譜、原子吸收分光光度計(jì)、紅外分光光度計(jì)等，并進(jìn)一步開發(fā)了與之相關(guān)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以改革操作型和驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣、內(nèi)容程序化的弊端。

如根據(jù)學(xué)院教師的科研創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合，開發(fā)了液相色譜法測(cè)定桶裝水中環(huán)境雌激素的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)對(duì)未知環(huán)境樣品檢測(cè)方法的開發(fā)過(guò)程；根據(jù)畢業(yè)班學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，開發(fā)了離子色譜法快速高效測(cè)定自來(lái)水中無(wú)機(jī)離子的實(shí)驗(yàn)，其檢測(cè)效率遠(yuǎn)高于分光光度法。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開展不但拓寬了環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)覆蓋范圍，而且可以極大滿足學(xué)生的好奇心和理論聯(lián)系實(shí)際的強(qiáng)烈愿望，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)。環(huán)境學(xué)科人才培養(yǎng)一向重視從事專業(yè)相關(guān)工作的實(shí)踐能力，環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程作為連接課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的中間環(huán)節(jié)，是提高學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力的重要契機(jī)。一方面，對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定，需要綜合其實(shí)驗(yàn)操作水平、參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的積極性、思考和解決問(wèn)題的能力；簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告中與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書重復(fù)的實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容，杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容的簡(jiǎn)單復(fù)制和粘貼。另一方面，在每年的課程結(jié)束后，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程表現(xiàn)出濃厚興趣的學(xué)生，學(xué)院都會(huì)積極聯(lián)系和安排學(xué)生前往污水處理廠、環(huán)境監(jiān)測(cè)站參與頂崗實(shí)習(xí)，深入環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的第一線，了解課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用的差距，培養(yǎng)其實(shí)踐能力；還有部分學(xué)生加入環(huán)保檢測(cè)公司、家鄉(xiāng)的環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站、中科院等研究院所進(jìn)行不間斷實(shí)習(xí)，像正式員工一樣參與野外采樣、實(shí)驗(yàn)室處理和分析測(cè)試、質(zhì)量控制和質(zhì)量保證全過(guò)程。在此期間，學(xué)生看到了環(huán)境監(jiān)測(cè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，了解了環(huán)境監(jiān)測(cè)的具體運(yùn)營(yíng)情況，初步體會(huì)了踏入社會(huì)工作的感受，極大地激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并發(fā)現(xiàn)自身短板和存在問(wèn)題進(jìn)行彌補(bǔ)，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

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