新工科背景下环境监测实验教学的改革初探

童银栋，毛国柱，杨 冬，杨永奎，曹全全，郭亚坤，刘宪华，姜晓峰，赵金娟，鲁逸人

(1.天津大学 环境科学与工程学院，天津 300072；2.天津大学 建筑工程学院，天津 300072)

新工科提倡重实践、跨学科，把创新创业教育贯穿人才培养全过程；产学合作，把理论课程带入实践课堂；协同育人，持续改进创新人才的培养目标、培养方案、课程体系和教学要求。以工程教育的中国模式，应对新一轮科技革命与产业变革。实验教学是指实践性教学的一种组织形式。学生利用仪器设备，在人为控制条件下，引起实验对象的变化，通过观察、测定和分析，获得知识与发展能力[1]。

环境监测实验课程既能培养监测人才，又可以为学生学习后续专业课如污水，大气，固废治理课程打下良好基础。为了使环境监测实验课程达到预期的效果，我们必须响应时代的号召，将传统的实验课程与新工科的要求进行对比，查找不足，进行改革，以期适应“新工科”对培养创新型卓越工程科技人才的要求[2-3]。

1 目前环境监测实验教学现状

环境监测实验课程专业性强，监测对象涉及水、气、土壤等各个方面[4]；实验方法涉及物理方法也涉及化学方法，仪器设备种类繁多，包括复杂高端色谱质谱等大型仪器；在实验过程中由于样品来源广，成分杂，要求学生具有较强的动手能力，归纳分析能力。“新工科”的教育理念严格把控环境监测实验课程特点，要求学生熟练掌握知识技能的基础上，能够具有发现问题、解决问题的能力，从而提高创新的基本意识。这不仅仅要求学生能够准确地进行数据处理，还要求学生能够根据相应国家标准，结合整个实验过程对数据进行准确分析与评价。而现在，环境监测实验课程在教学模式、内容、创新性等方面满足不了“新工科”的要求。目前，传统环境监测实验课程主要存在以下问题及不足。

1.1 环境监测实验教学模式机械化

“新工科”培养理念中一个重要的目标是培养自主创新。而目前传统的实验教学过程一般以老师灌输为主。多数实验教学过程由老师课前备好实验仪器、配制药品，课上老师手把手教学，使学生丧失了自主能力，只会死记步骤模仿实验毫无创新可言。实验物质过于理想化，所用药品成分简单、干扰物质较少，这将会导致学生在面对复杂环境中样品无从下手，难以排除干扰分析进行测定。此外，在整个实验过程中，学生缺乏独立的思考与解决问题的探索，不能发挥学生在实验教学课堂的主体性，不能达到“新工科”下环境监测实验开设的目的[5]。

1.2 环境监测实验方法与科研及实际发展缺乏衔接

“新工科”要求学生从实际工程应用出发，具体到环境监测实验课程上，即应实验室中的测试方法、仪器、指标应与实际工程接轨。然而，当前许多高校在开展环境监测实验时，由于仪器精确度不够，药剂不齐备，无法及时跟进相应标准，再加上从事实验教学的教师多为没有实际从事环境监测工作的老师，因此所授测试方法落后，分析方法更偏向于科研，不便于推广应用，致使学用脱节，对学生在以后的实际工作中有一些不利影响[6]。

1.3 环境监测实验内容有待更新

“新工科”不仅仅要求学生准确进行数据处理，还要求学生能够根据相应国家标准，结合整个实验过程对数据进行准确分析与评价。这就需要学生参与整个环境监测的过程中，才能对整个实验内容有综合、全面、设计性的认识。环境监测的过程一般为现场调查、监测方案制定、优化布点、样品采集、运送保存、分析测试、数据处理、综合评价等。而目前学生只参与整个实验环节的分析测试部分，而对环境监测的其它环节缺乏认识和实际操作，不利于学生在实际工作中独立完成环境监测任务以及创新意识、全局意识的培养[7]。

1.4 环境监测实验课时不足

“新工科”要求理论与实践相结合，充分发挥学生主观能动性，培养全面型人才。而目前传统的教学往往把环境监测实验作为环境监测课程教学内容的一小部分，最终占环境监测这门课成绩的比重也比较小。而实验课程学时少和成绩所占比重低，将会导致学生对实验教学的重视度不够，无法真正领悟到环境监测实验的精髓，不利于实践能力的提高。此外，实验教学一直附属于理论教学，也会导致实验教师在实验课程上投入精力不足，工作得不到重视，造成实验教学效果不尽人意[8]。

1.5 环境监测实验课程考核不够科学

环境监测课程实验成绩考核主要以平时成绩和实验报告成绩按权重计分，平时成绩主要以学生课堂出席率、在课上中的表现核定，实验报告成绩以学生提交实验报告质量计算。实验课上学生众多，老师一己之力无法观察到所有人的实际表现，导致每个学生的平时成绩不具参考意义。而实验报告又是课后完成的，大部分学生简单抄写实验目的、操作步骤及实验数据，无法真实反映出学生掌握实验技能情况，也不能够考察学生对一项相关的环境监测任务的完成度。

2 环境监测教学的新工科改革

2.1 实验课堂学生主体化

教学是教师和学生双向互动的关系，要提高教学效果，使学生切实掌握环境监测实验技能，必须充分发挥学生在课堂上的主体作用，达到翻转课堂、角色互换的效果[9]。这就要求学生做好实验前的预习，老师课上对预习情况进行检查。由传统的老师一味灌输，转变为学生推动课程进展。在教学过程中老师有针对性地解决学生突出实验问题，实验关键要素进行提问。此外，不断改进，丰富教学内容，使实验对象涵盖水、气、土壤等各个领域，还可以开展一些学生比较感兴趣地课题如头发中汞的测定，提高学生参与度[10]。为了使学生都能够参与到课堂以及老师兼顾到每一个学生，在教学中要考虑到人员的配置，可以适当减少每组学生人数，一般2～3人为一组，对于大型实验，4～6人为一组，使每个学生都能动手操作，减少站、等的时间。最后，我们还可以在老师的监管下进行实验室开放管理，让给学生利用课余时间做实验，巩固应用所学，提高学生实践与解决问题的能力，接触更多的现代分析监测仪器[11]。

2.2 实验课堂学生创新化

为了更好的适应“新工科”的教育理念，依据环境监测课程的实践特点，不断改善教学环节，丰富教学方法。适当增加综合性和研究性实验[12]，这样可以提高学生兴趣与参与度。为此，引入了案例教学法，引导学生参与环境监测全过程。以“食堂废水各组分测定”为例，首先进行分组，每组选定组长、采样员、运送员、仪器试剂员、数据处理员及综合评价员，老师推荐相关资料，学生进行小组讨论，教师进行解疑；其次小组设计监测方案内容包括人员分工情况、监测指标以及相应指标测定方法与原理、仪器与试剂等；接下来每组展示并讲解工作方案，其他小组成员提问、帮助修改，确定实验方案；最后实施监测方案，课堂答辩总结[13]。

2.3 实验方法紧跟潮流

用于环境监测的新技术的发展迅速。同时，国家和行业标准的环境监测内容也在更新。因此，考虑到国家标准，行业标准以及环境监测新技术的发展，环境监测实验的教学大纲应改为实时更新。在新工科大趋势的条件下，需要合理设置实验项目，以便学生能够跟上环境监测技术的发展，并学习最新和最常用的监测技术[9]。环境监测实验的内容与实际工作中环境指标的监测密切相关，加强校企合作，可以合理地建立实验项目。在“环境监测实验课程”正式开始之前，实验老师可以将学生带到公司并参观与环境监测有关的设备、监测方法与注意事项，以确保学生的课堂学习监测技能与实际监测工作相匹配[14]。

2.4 实验内容、课时趋向科学化

对于环境监测实验这种理论与实践紧密结合的课程，要真正做到学以致用。这就要求教师在教学过程中，要注重学生的综合性发展，使学生充分参与环境监测的全过程，提高学生独立完成对环境指标监测的能力。为此，可将环境监测实验作为一门单独的课程设置学时。课程内容包括课堂实验与课程设计。将实验教学内容与生产实践相结合。课堂内容可以根据国家相应标准安排一些常规的监测项目，如pH、COD、氨氮、浊度、金属离子等，让学生掌握相应的检测方法，为课程设计的开展奠定基础。课程设计可以安排一些综合性、实践性的项目，如食堂废水的环境质量监测与评价、校园环境噪声监测与评价、果园土壤环境质量监测与评价等，要求学生根据监测任务制定监测方案，参与样品采集、样品保存、样品前处理、样品分析测试和数据整理与讨论的每个环节，最终提交监测报告。

2.5 科学设置考核方法

改革传统的以平时成绩和实验报告成绩评定环境监测实验成绩的考评体系[15]，参考“新工科”对人才要求，采用多元化的考核方式。分为课前预习成绩、实验报告成绩、实验操作技能考试成绩、课程设计实验成绩[16]。此综合考评体系的四部分相辅相成，可真实反映出学生学习情况，并有利于学生自主能力、创新能力、动手能力、分析问题及解决问题能力的培养，达到“新工科”建设的要求。

3 结语

当前，新工科浪潮席卷全球，传统的工科人才已不能很好的满足目前经济社会的发展需求。我们在此背景下以环境监测实验教学进行分析，通过对创新教学模式、教学内容等一系列改革和创新，使环境监测实验教学紧跟潮流，为实现中华民族伟大复兴培养出更多实践能力强、创新能力强，更具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。