高校环境监测实验课程的瓶颈与创新性教学探讨

陈源　孟超　任冬梅

摘要：本文根据首都经济贸易大学安全与环境工程学院环境监测实验的开课实践总结了目前实验课程中存在的环境监测环节不完整、缺乏创新实验机会、考核标准单一等问题。同时结合当前我国对环保人才在独立研究能力和仪器分析能力方面的需求，提出了采用抛锚式教学、鼓励创新实验、与实践密切结合等教学法来提高实验课程教学效果的对策，并着重强调了对学生动手能力和创新能力的培养。

关键词：环境监测；实验教学；瓶颈；创新性教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0267-03

当前我国面临着诸多环境问题，如大气污染、水质恶化、气候变暖、环境激素水平增加等，特别是近年来秋冬季频发的雾霾现象，不但使空气质量严重恶化，而且导致人群呼吸系统和心血管系统疾病发病率增加，威胁人类健康[1]。严峻的环境形势和人们日益增强的环保意识要求我国环境学科人才的培养注重综合性，并强调理论基础知识与实践能力的结合。实验教学是巩固理论教学知识、培养科学思维、发掘学生创新潜力的有效过程，是环保人才培养的重要环节。

《环境监测综合实验》是环境工程、环境科学等专业的核心实验课程，是学生在学习了环境监测的理论知识后，通过实验室操作掌握水、大气、土壤等环境要素中代表性环境因子的采样、监测、数据处理的过程[2]。该实验课程将理论教学与实验室教学相结合，对培养学生的严谨研究思维、独立动手能力、分析和解决问题的能力至关重要。环境监测实验课程涉及内容广泛（水和废水、大气和废气、土壤、固体废物、噪声、放射性等监测），对实验室条件要求较高，授课教师既要准备实验，又要尽可能保证每位学生的参与度，开课工作量大，容易形成实验内容僵化、实验过程不严谨等问题。本文总结了在首都经济贸易大学安全与环境工程学院环境监测实验课程存在的问题，并结合当前社会对环保人才的需求，探讨了在环境监测实验课程中可引入的创新性教学方法，以期提高教学质量，适应21世纪我国高校人才培养目标。

一、高校《环境监测综合实验》课程的瓶颈

1.环境监测环节包含不完整。一个完整的环境监测过程包括现场调查、监测项目选择、布点、采样、样品保存和预处理、样品监测分析、数据处理、综合评价等环节。目前安排的实验教学过程多为：实验教师准备好实验条件（实验试剂、样品、仪器设备调试等），学生根据实验指导书要求完成实验，按时提交实验报告。实验所用样品基本为教师提前采集好或实验室配置的纯物质。这样的实验过程存在弊端，一方面，实验过程中，学生未接触到完整的环境监测环节，学生“知其然，而不知其所以然”，学习的主动性和积极性欠佳，实验过后印象不深；另一方面，也不利于学生对真实环境监测过程的认识，不利于其发现、分析和解决问题。

2.缺乏创新实验机会。环境监测综合实验课程教学大纲共附有15个可选实验，但受限于实验室容量和课时，目前只安排了8个实验（见表1）。由于实验准备过程要耗费教师大量精力，目前没有再增加实验项目的可能性。在实验过程中，有些学生对实验环节表现出了浓厚的兴趣，不再满足于验证性实验的操作，在样品采集和实验方法上均提出了新想法与教师交流，但实验课程目前没有给学生提供创新实验的条件，学生的动手能力和创新能力未得到充分发挥。

3.实验考核标准单一。实验课程成绩的考核主要依靠学生出勤和实验报告，部分学生积极性欠缺，在实验过程不严谨、实验报告书照抄书本的现象严重，形成“重结果，轻实践”的现象。很多学生对实验过程不够重视，实验操作不严谨，如对于移液管使用、腐蚀性试剂取用、滴定管操作等基本实验过程都严重违反操作规程，却未反映在实验成绩中；部分学生不能客观地理解实验过程，过分追求“完美”的实验结果，缺乏与理论教学的结合，缺少个人体会和思考。这种实验教学在很大程度上依赖于实验报告而不是学生实践能力的提升，造成了评价结果的片面性，也同时打击了部分学生独立学习和进一步研究的积极性。

二、社会对环境工程专业人才的需求

1.独立研究能力。面对层出不穷的新型环境问题和各种新型污染物，如雾霾污染中PM2.5的有毒组分、持久性有机污染物（POPs）等，环境监测课堂内容的学习已经远不能满足环境前沿发展的实践需求，环境学科发展的新形势对学生的自学能力和独立创新能力都提出了较高的要求[3]。所谓“授之以鱼，不如授之以渔”，环境监测实验教学不仅要学习典型污染指标的监测方法，更要注重在学生腦海中建立污染物监测方法的理论体系，如对于金属类、非金属类、有机类物质应熟知其分别采取哪种提取和监测方法。面对缺乏监测方法的新型污染物，能够通过污染物性质、化学结构等信息初步明确其监测方向，并能通过独立查阅资料、广泛阅读文献、类比法等开发有效的监测方法。

2.仪器分析能力。环境工程专业经过二十几年的实践和发展，传统化学实验教学所运用的滴定法、移液法、手动采样法已越来越多地被自动分析仪器所替代，环境监测领域传统分析技术逐步被仪器分析技术所取代，监测技术逐步自动化、智能化、成熟化。目前在环境监测实验课程中已经用到的仪器包括：COD消解仪、BOD培养仪、pH计、氟离子选择电极、大气气体与颗粒物采样器、分光光度计、原子吸收仪、气相色谱、电热消解仪、声级计等，所用设备以中、小型仪器设备为主，缺乏市场上大型分析仪器的介绍和使用[4]。虽然传统化学实验方法更利于学生严谨思维和动手能力的培养，但也要逐步提高学生的仪器分析能力，特别是对大型、综合性分析仪器的使用和自动监测技术的了解，以响应社会对人才培养的需求。

三、创新性实验教学课程的开发

1.抛锚式教学的引入。抛锚式教学（或“探究式”教学）是美国教育部2000年“教育白皮书”中倡导的教学模式之一，这种教学模式在教师提出问题或创设教育情境的基础上（形象的比喻为“抛锚”），学生在真实情境中通过独立思考，解决实际问题，实现对知识的主动构建，而不是仅仅被动的接受知识的介绍和讲解[5]。抛锚式教学既能发挥教师主导作用，又能体现学生的主体地位，对培养学生自学能力、探究问题的能力和创新思维能力具有重要意义。在环境监测实验课程中引入抛锚式教学能很好地解决实验环节包括不完整、学生被动学习的弊端。

王英刚等[6]在2009年指出，抛锚式教学过程可简化为五个基本环节，即创设情景、确定问题、自主学习、协作学习、效果评价。具体到环境监测实验教学中为：通过模拟环保局或监测站的实际工作，为学生创立与实际工作相似的场景，缩短理论教学与实际的距离；在此基础上，教师根据教学大纲要求，提出面临的问题、具备的工作条件（实验条件），适时抛锚；学生通过结合课堂理论学习、查阅资料、与老师提问互动等方式，完成监测实验开展中需要确定的监测项目、监测方案、监测方法、实验条件准备等过程，采集样品、预处理后完成监测分析，并处理数据，评价监测结果；最后由指导教师评价实验过程，给予总结。在抛锚式教学全程，教师要积极参与，能在学生困惑、解决问题方法出现偏差时及时纠正。

在新的教学实验指导书中，按照抛锚式教学法的要求，将水样中悬浮固体物、氟化物、氨氮、BOD和COD的测定实验（表1，实验1-4）改为校园内湖水、北京市公园河水的水质监测实验，在校园环境空气质量监测实验（表1，实验5）中进一步模拟监测站工作场景，改为空气质量连续监测（一周或更长时间），并每天发布空气质量数据。

2.鼓励学生进行创新实验。目前实验室不断改进陈旧实验装置，更新仪器设备，购买了多种新型仪器设备，如气相色谱-质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪、离子色谱、原子吸收分光光度计、红外分光光度计等，并进一步开发了与之相关的综合性、设计性实验，以改革操作型和验证型实验过程繁琐、内容程序化的弊端。

如根据学院教师的科研创新项目相结合，开发了液相色谱法测定桶装水中环境雌激素的实验，帮助学生认识对未知环境样品检测方法的开发过程；根据毕业班学生毕业设计题目，开发了离子色谱法快速高效测定自来水中无机离子的实验，其检测效率远高于分光光度法。创新性实验的开展不但拓宽了环境监测教学实验的知识覆盖范围，而且可以极大满足学生的好奇心和理论联系实际的强烈愿望，激发学生的学习兴趣。

3.注重实践能力的培养。环境学科人才培养一向重视从事专业相关工作的实践能力，环境监测实验课程作为连接课堂教学和实验学习的中间环节，是提高学生专业实践能力的重要契机。一方面，对于学生实验成绩的评定，需要综合其实验操作水平、参与创新实验的积极性、思考和解决问题的能力；简化实验报告中与实验指导书重复的实验步骤等内容，杜绝实验报告内容的简单复制和粘贴。另一方面，在每年的课程结束后，对实验课程表现出浓厚兴趣的学生，学院都会积极联系和安排学生前往污水处理厂、环境监测站参与顶岗实习，深入环境监测工作的第一线，了解课堂学习与实际应用的差距，培养其实践能力；还有部分学生加入环保检测公司、家乡的环境保护监测站、中科院等研究院所进行不间断实习，像正式员工一样参与野外采样、实验室处理和分析测试、质量控制和质量保证全过程。在此期间，学生看到了环境监测知识的实际应用，了解了环境监测的具体运营情况，初步体会了踏入社会工作的感受，极大地激发起学生的学习积极性，并发现自身短板和存在问题进行弥补，提高了学生的实践能力。

参考文獻：

[1]陈仁杰，阚海东.雾霾污染物与人体健康[J].自然杂志，2013，（5）：342-344.

[2]奚旦立，孙裕生.环境监测（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]李国刚，万本太.中国环境监测科技发展需求分析[J].中国环境监测，2004，20（6）：5-8.

[4]段凤魁，余刚，黄俊，杨阳.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.

[5]全玉莲，吴举，刘军，王颖.探究式教学法在高职环境监测教学中的应用[J].中国环境管理干部学院学报，2008，18（3）：97-99.

[6]王英刚，高丹，董怡华.抛锚式教学模式在环境监测实验教学中的应用[J].沈阳教育学院学报，2009，11（5）：69-71.