环境监测大型实验教学实践与管理

余 阳，吴小倩，马春燕

（东华大学 环境科学与工程学院，上海 200051）

环境监测大型实验教学实践与管理

余 阳，吴小倩，马春燕

（东华大学 环境科学与工程学院，上海 200051）

环境监测大型实验是环境专业必修的综合性实验课程。该文介绍了实验的特点和教学任务，分别阐述了对“现场采样、分析”和“调研、资料收集”的教学要求。以东华大学实验过程管理为例，介绍了具体实验安排、教学管理手段、实验报告撰写要求和实验成绩的评定依据等；并在提高指导教师素质，改善教学方法和条件方面对实验提出了改进建议。

环境监测；环境监测大型实验；实验过程管理；现场采样分析；实验报告

高校环境专业（包括环境工程专业和环境科学专业）培养具备环保基本知识和技能，并能从事规划、设计、施工、管理、教育和研究开发方面工作的环保人才［1－2］。环境监测是环境专业的一个重要课程，是学生在修完大学化学、环境微生物学、分析化学、仪器分析等基础课后的必修课［3－4］。环境监测课实验教学体系分为“环境监测实验”和“环境监测大型实验”两部分，均独立设课，有各自的独立学分。其中，“环境监测实验”是环境专业的专业基础实验，通过学习，可基本掌握监测指标测定的质量保证方法，了解一般监测技术原理［5－6］。“环境监测大型实验”（以下简称“大型实验”）属于专业综合性实验课，在“环境监测实验”结束后开设。

1 教学任务和要求

“大型实验”课程要求对特定区域内的水、大气、声等环境质量进行调研和监测，并在对区域环境调研资料和监测数据进行分析总结的基础上，对区域环境质量进行评价。“大型实验”教学不但强调学生对基本知识和实验技能的掌握，更重要的是要培养学生在实验方案设计和实施，以及对现象结果进行分析等多方面的能力［7］。

“大型实验”定位为综合性实验，内容包括水体水质现状监测、区域环境空气质量监测和区域声环境质量监测等。学生需在已具备环境监测的基本知识和污染物分析的基本技能的基础上，采用“现场采样、分析”和“调研、资料收集”等手段对区域水体水质、区域环境空气质量和区域声环境质量等进行监测和评价。其中，“现场采样、分析”要求学生要在监测现场调查的基础上，经过小组讨论和交流，确定采样和指标测定方案。实验前的准备工作及如何监测的具体工作步骤在教师的指导、监督下，全部由学生自行安排。“调研、资料收集”由学生到水文站、气象局、环保局、科研院所等相关单位围绕监测目标进行相关工作调研，并通过图书馆、因特网等渠道进行监测统计资料数据的收集。

1.1 “现场采样、分析”教学要求

“现场采样和分析”是大型监测实验的核心部分，监测采样要注意确定好采样断面、监测点位、采样频率、采样时间及采样方法等，并做好采样点周围1 km范围内的现场调查（特别是排污情况现场调查，否则无法知道监测指标数据发生变化的原因）。

进行监测的监测指标根据教学情况和实验条件分为必测指标和选测指标两类。现场监测前，必须首先确定好实验场所，并做好实验药剂的配制和实验仪器设备的调试工作。

区域水体水质监测一般选择高校所在地附近的大中型水体作为监测对象。在无地表水的地区，可对地下水进行监测。水质监测的必测因子一般包括CODMn、CODCr、BOD5、DO、pH值、水温、氨氮、氯化物、浊度、总铬、三价铬、油的含量、细菌含量及SS等；选测因子可包括总氮、硫化物、砷、总汞、总磷及总铅等。

区域环境空气质量监测一般选择所在高校作为监测区域。必测的监测因子包括气温、气压、相对湿度、风向、风速、二氧化氮、总悬浮颗粒物、二氧化硫及降雨量等。选测的监测因子可包括总云量、低云量及大气稳定度等。

区域声环境质量监测一般选择所在高校作为监测区域。必测的监测因子包括道路上大车、中车、小车的车流量，10 min内等效连续A声级LAeq和10 min内统计噪声级L10、L50、L90。选测监测因子可包括噪声频谱分析、噪声中心频率和截止频率等。

1.2 “调研、资料收集”教学要求

“大型实验”要求对监测对象进行分析和环境评价，仅凭现场监测数据指标很难全面和系统地得到监测对象的环境质量状况。因此，学生还需通过“调研、资料收集”方法了解监测对象的历史、现状以及远景规划。所得信息既可同现场实测进行参照比较，又可丰富实验报告内容，激发学生解决实际问题的探索欲望和工作热情。如水质监测信息收集内容可包括监测水体的丰水期、平水期、枯水期的时间，向水体排污情况，水质情况，水体治污措施及水文条件等；对于监测内容的信息收集，学生首先应利用好校图书馆和互联网等，利用信息检索手段进行相关文字、图片等资料的采集；而对于图书馆和网络不能查找到的内容，则可采用外出调研的手段予以解决。外出调研对象可包括环保局、环境监测站、水文站、气象站以及监测区域污染排放企事业单位等。

2 实验过程管理

“大型实验”的主体是学生，教师的作用为监督和辅助指导。这样的角色定位有利于激发学生的学习兴趣和主观能动性，提高学生动手能力、创新能力及实践能力［8］。实验工作程序为：1）资料收集和现场调查；2）监测计划设计；3）优化布点；4）样品采集；5）样品运输和保存；6）样品的预处理；7）分析测试、数据处理；8）综合评价。实验的过程和内容与实际监测工作类似，现以东华大学为例，对“大型监测”教学期间的过程管理进行简要说明，如表1所示。

表1 “大型实验”时间节点和计划安排表

“大型实验”安排在环境监测课和环境监测实验结束后之后进行，历时两周。东华大学环境学院环境专业2013级共有3个班90名本科生。将90名学生随机均分为10组，每组由学生选举组长一名。大型监测实验时间为2014年7月9日至2014年7月20日。实验内容为：1）校园周边张家浜河和校内净月湖水质现状监测及评价，其中张家浜河在上中下游分别设1个采样点，净月湖设1个采样点；2）校园环境空气质量现状监测及评价，大气监测采样点有5个，分别为学校东、南、西、北门和校图文中心；3）校园声环境质量现状监测及评价，噪声采样点也设为5个，分别为学校东、南、西、北门和校图文中心。

“大型实验”时间节点安排和计划安排如表1所示，每组采样时间和地点安排如表2所示。

各组由教师指定不同的外出调研任务，所收获调研资料各组共享。采样监测期间，各组组长需每天组织组员对调研和监测实验结果集体讨论分析，指导教师也召集每组组长进行中期检查，以了解实验中遇到的问题和困难，并进行指导解决。

每一名学生必须在“大型实验”期间每天写科学日记并上交教师，以便教师了解学生的每天分工及实际活动，科学日记作为课程成绩的一部分进行计分。为了确保采样监测期间所测定数据的准确性，指导教师每天检查各小组的监测数据，并指导学生做好数据整理工作，以便及时地发现可能存在的监测方法和数据处理方法不正确等问题。数据检查发现问题后，鼓励学生主动寻找原因，培养学生严谨的实验态度。在实验数据处理上，要求学生学会并使用SPSS、Origin、Excel等数据处理软件，以提高了他们数据分析与处理的能力，方便将来的工作或科学研究。现场监测期间各小组每天的监测数据经过处理后共享，以便进行数据对比，发现监测数据变化规律。

表2 7月12日～16日各小组每天采样时间和地点安排表

我校“大型实验”教学采用上述过程管理和控制，每组学生都能经历大型监测实验的所有工作内容和工作过程，学生的工作能力得到了全面的锻炼和提高；这样安排也避免了各小组同时使用相同监测设备，解决了目前高校中普遍存在的实验设备不足的问题，也避免了实验室内因为各小组同时实验而人满为患。

3 实验报告撰写和实验成绩的评定

大型监测实验报告作为大型监测实验的成果，其质量的优劣直接影响学生实验成绩的评定，因此，报告的撰写必须予以重视。我校“大型实验”教学中对实验报告撰写和实验成绩的评定采取了以下方法。

在撰写书面实验报告前，召集学生在教室集中一次进行“分组实验总结”，每组学生选代表上讲台，根据自己所学的专业知识并结合自己的调研和实验结果，向老师和同学讲解各自的“大型实验”的实验结论并加以分析，并对监测区域的环境现状和趋势进行评价。讲解过程中需回答教师和同学的提问。“分组实验总结”给学生表达自己观点，进行思想交流以及发表自己意见的机会，同时也打开了指导教师了解学生的窗口，使实验教学成为真正的互动式教学。指导老师在认真听取同学发言的基础上，最后作总结性发言，为实验报告的撰写提供指导。

大型监测实验报告要求包括以下内容：1）监测实验目的和要求；2）监测对象的自然环境和社会环境概况；3）采样时间和采样点的选择；4）监测因子、监测手段和原理；5）监测实验数据处理和分析；6）监测对象环境质量评价。要求实验报告以Word电子文档和纸质打印稿的形式上交教师。为提高学生的文档写作能力，实验报告字数要求为不少于4万字，并在文档格式上进行规范标准化要求，以锻炼学生的文档编辑能力；由于大型实验报告内容多，每名学生单独写一份实验报告工作量过大，因此，允许每个实验小组交一份实验报告，但组里的每名学生应各自负责一部分实验报告写作内容，具体写作分工由组长安排。

成绩的评定标准对学生的学习有一定的导向作用［9］。因此，要求指导教师对大型监测实验的成绩特别重视，力求做到公平评分。评分依据包括实验工作量、独立操作能力、分析问题和解决问题能力、创新能力、实验报告的表达能力和实验报告完成效果等。分数由平时成绩（50）、科学日记成绩（10）和实验报告成绩（40）3部分组成。

由于学生多，教师少，教师要了解到每名学生的实验情况非常困难，因此，在过程控制中强化组长的组织和监督作用，以完善教师的管理工作。教师通过对每小组组长的询问了解确定平时成绩，其中组长的意见为评分的主要参考因素。另外，实验过程中也发现，有的学生存在过分依赖教师的现象，有的学生实验马虎，工作不仔细；而有的学生却勤于思考，能够提出自己的看法，实验态度也认真。因此，指导教师还要重点考查学生是否具备解决实验过程中出现的各种问题的能力，发现优秀学生。如果学生能在对实验结果进行分析的基础上，提出实验改进方法，则可作为对学生创新能力的衡量指标，作为加分依据。在集中的讨论分析过程中，如果学生表现积极主动，能主动发表见解，可根据准备的充分程度和口头表达能力作为加分的依据。

科学日记成绩根据科学日记的规范程度、实验态度、工作量大小等作为依据进行给分。实验报告成绩应根据实验报告书写是否规范认真、文字表达是否流畅、实验结果及分析是否正确等，作为实验报告成绩评定的依据。

4 建议

大型环境监测实验教学方法灵活，要做到完善，还需在提高指导教师素质和改善教学方法和条件上下功夫。

4.1 提升教师素质，增进教学指导水平

随着环保要求的提高和科技进步，各类标准监测方法和技术标准会进行修改和升级，这就要求教师能及时全面地了解监测法规和监测标准的变化，了解和掌握国内外分析仪器和分析方法的发展趋势，并及时传授给学生；只有这样，学生才能紧跟当代监测技术发展步伐。另外，“大型实验”不仅仅只是单纯地进行采样检测，而且还要在对监测数据进行总结分析的基础上，对监测区域的环境质量进行评价，并能对监测区域的环境发展趋势进行预测。因此，教师还必须懂得环境影响评价的原理和技术，能指导学生在实验报告中进行初步的环境影响评价工作。

4.2 充分利用网络信息技术，建立信息共享平台

利用多媒体与网络信息技术建立教学信息共享平台，为现代实验教学提供了有力手段，教师可以在平台上提供优质教学课件（如：有关课件及实验教材、仪器的操作方法等资料）供学生下载［10］。信息共享平台可提供师生间和学生间良好的互动途径，学生可在平台中针对实验提出疑问与建议，任课教师则对建议进行整理并及时回答问题。学生间也可依托平台，对各自的实验现象和结果进行综合分析和讨论。

4.3 引入先进监测手段，提高监测水平

目前在实际环境监测工作中，主要的监测方法大都采用仪器分析的方法，气相色谱仪、高效液相色谱仪、离子色谱仪、原子吸收分光光度计等大型实验设备已在监测工作中广泛使用；另外，X荧光光谱仪、质谱仪等先进监测技术也在逐步普及中。因此，为了提升环境监测水平和效率，教学实验室应申请经费建立用于环境监测实验教学的仪器分析实验平台，以便能让学生掌握更多的仪器分析环境监测技术，为将来进入社会工作、快速进入科学研究角色奠定基础。

5 结束语

大型环境监测实验教学，通过学生为主，教师监督的实验教学法的实施，使学生的自主学习动力和能力大大增强，对培养合格的符合时代要求的环境保护人才有着不可或缺的作用。

［1］段凤魁，余刚，黄俊，等.环境监测实验课程教学环节与教学方法［J］.实验室研究与探索，2014，33（1）：173－176.

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［10］李丽萍.环境监测实验课程教学环节与教学改革［J］.西部素质教育，2016，2（8）：73.

表2 教学实验内容调查结果

该实验平台可以独立运行，也可以与电力系统动态模拟实验室相连接［11］，还可以接入到全国高校广泛应用的WDT－III电力系统综合实验教学系统中进行实验［12］。在全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会上，该实验平台受到各高校专家的一致好评。目前已在十多所高等院校（如东南大学、福州大学等）使用；每年有数千名电力专业的学生使用该实验平台进行教学实验或课程设计；另外，国家电网浙江电科院、南方电网广东电科院采用该平台进行可再生能源与微电网试验研究。

6 结束语

风能是一种清洁的可再生的能源，它的开发和利用对解决未来全球能源问题具有深远的意义。本文主要探讨了如何利用电力系统动态模拟技术，设计开发能应用于实验室环境下的风力发电模拟试验系统，使其能准确、方便、灵活地模拟实际风电系统。风力发电系统模拟实验平台的研制为风电系统的研究和教学，尤其是为风力发电机及其相关控制、风电场低电压穿越、风机并网、风能的存储、风电功率波动的抑制等问题的研究和技术开发，提供了一个有力的支撑平台。

参考文献

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［12］杨德先，陆继明.电力系统综合实验——原理与指导［M］.2版.北京：机械工业出版社，2010.

Management and Discussion about Environmental Monitoring Large－Scale Experiment Teaching

YU Yang，WU Xiaoqian，MA Chunyan
（School of Environmental Science＆Engineering，Donghua University，Shanghai201620，China）

Environmental monitoring large－scale experiment is a compulsory comprehensive experiment to environmental course.In this paper，the characteristics and teaching tasks of the experiment are described，the teaching requests about“sampling and chemical analysis”and“surveying and data collection”are explained，respectively.Taking Donghua University for case，the experimental management arrangements，management methods，writing requirements of experiment report and rating method about scores are introduced.Finally，suggestions about how to improve instructors’quality，teaching methods and experimental conditions are presented.

environmental monitoring；environmental monitoring large－scale experiments；experimental process management；sampling and analyzing；laboratory report

X83；G642.4

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.029

2015－05－15；修改日期：2016－07－12

上海高校实验技术队伍建设专项基金；2016年度东华大学中央高校基本科研业务费专项基金（16D111309）。

余阳（1977－），男，博士，高级实验师，主要从事理工科实验教学和实验室管理工作。