新工科背景下全过程环境监测实验模式

赵金娟，宋春风，哈 莹

（天津大学 a.环境科学与工程学院；b.室内空气环境质量控制天津市重点实验室，天津 300350）

新工科是以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工程人才［1］。面对日益突出的环境问题，全世界都在积极应对。党的十九届五中全会擘画了我国未来发展的宏伟蓝图，将“碳达峰、碳中和”目标列入“十四五”规划和2035年远景目标。这更加要求环境保护工作者具备高素质的专业技能。作为人才培养摇篮的高等院校，环境技术人员的培养质量至关重要。“环境监测实验”作为环境类专业的必修课程，授课教师必须按照新工科的理念对传统实验内容进行调整和改革，以达到新工科创新型卓越工程人才培养目标的要求。

一、“环境监测实验”课程现状

目前，国内高校“环境监测实验”课程的多数实验基本上以演示实验和验证实验为主。授课模式通常为每节课教师先用十几分钟介绍实验目的、原理、步骤、药品和操作注意事项等［2］。实验所需的样品通常为教师配置单一成分的分析样品，实验所需试剂均由教师提前配制，学生按照实验讲义规定方法进行操作。整个过程很少主动思考，是机械式、按方抓药式的，与环境监测的实际情况相差也很大。这种实验方式既不能调动学生的积极性，也不能培养学生分析问题、解决复杂环境问题的能力，更毫无创新性培养可言［3］。

按照目前“环境监测实验”安排，学生会误认为环境监测实验仅仅局限于样品污染物分析这一单一环节，容易给学生造成环境监测仅用化学分析、仪器分析手段测试环境样品这样的狭隘认识，无法让学生认识到对于环境监测而言，区域环境中监测点位、监测时间、监测频率的确定是获取环境中污染物代表性结果的关键［4］。大多数环境监测实验得到的结果多为某目标物的浓度，对于检测结果是否能准确反映环境对象的质量则不得而知。

“环境监测实验”课程的评价方式比较单一，一般单纯考虑考勤和实验报告，而忽视对实验过程的考核［5］，造成有些学生只是简单地完成实验报告，甚至存在抄袭实验报告的现象。这种评价方式导致学生不重视实验课，应付了事。另外，学生只是按照课本机械地、照方抓药式地完成实验，而忽略了综合运用知识能力及解决实际问题能力的培养，很难调动学生的积极性，不能满足就业和社会对应用型人才的需求。

二、优化实验内容，进行全过程“环境监测实验”训练模式

为适应新工科发展需要，提升学生对于环境监测全过程的认识和实践能力，让学生认识到对于环境监测而言，区域环境中监测点位、监测时间、监测频率的确定以及样品采集也是环境监测工作的一部分，不再片面地认为环境监测只是利用分析手段分析单一成分的环境样品，让学生在实验过程中加深对知识点的掌握，提升分析问题、解决问题的能力。可以从学生身边熟悉的问题着手，选择既有当前热点环境问题同时又体现环境监测实验内涵的实验项目，比如校园内水环境质量监测、教室内空气质量监测等实验项目，依靠综合设计性实验对学生进行环境监测全流程训练。

（一）制订环境监测实验方案

依据综合设计实验项目，将环境现状调查和环境监测方案的制订纳入“环境监测实验”教学活动之中（见图1），让学生通过现场调查和资料收集了解目标区域环境特点，分析污染物在环境中的迁移转化过程，自主制订监测方案［3］。教师引导学生运用“环境监测实验”课程所学知识及《环境监测技术规范》并结合现场环境实际情况，确定监测项目与监测点位的布设，合理安排采样时间和频率，选择采样方法和分析检测方法，制定质量控制和保障措施，结合环境质量标准对监测环境进行评价［6］。

图1 环境监测实验方案

（二）环境监测实验方案汇报交流答辩

学生设计完成实验方案，教师组织实验方案的汇报交流答辩会议，各小组汇报本组设计的环境监测方案，指导教师和其他学生一起对汇报的环境监测实验方案进行交流、提问、论证，各小组的环境监测实验方案经过汇报、讨论、论证后，组内依据交流讨论意见再次完善监测方案［4］，最终形成比较完善的设计方案。此环节能使学生从认识上整体把握环境监测工作全流程，培养了学生的综合运用能力、解决问题能力、沟通协作交流能力和汇报表达能力等。

（三）采集样品分析检测阶段

学生依据前期的环境监测实验方案进行采样、样品保存、样品预处理、样品分析检测的实验环节。全流程的环境监测实验加入了样品采集、样品保存环节，改变了以往局限于样品中污染物分析检测的实验教学内容，改变了学生对环境监测实验的认识。同时，改变了以往仅分析单一环境样品的实验内容，促进学生掌握复杂环境样品中目标污染物分析检测的方法，为日后工作打下了基础，提升了环境监测工作素养。

（四）实验数据分析评价并编制实验报告

目前，大多数环境监测实验得到的结果为某目标物的浓度，对于检测结果能否准确反映环境对象的质量则不得而知。笔者所采用的综合设计实验前期方案能有效解决这一问题，针对不同的环境要素，如生活污水、地表水、土壤、空气等选择不同的环境标准进行评价，改变以往实验课程只是对数据进行简单分析的教学现状，注重培养学生基于国家标准和技术规范对环境监测结果进行正确、客观表达的能力［6］。

规范综合设计实验报告的内容应包括以下几点：一是环境监测实验方案；二是现场监测采样，做好现场监测采样的原始记录、样品编号和样品预处理、样品运输保存等；三是实验室分析检测，实验原理、实验步骤、实验结果（原始数据记录与数据处理）；四是环境质量评价，依据特定环境质量标准，选择合适的评价方法对环境质量进行初步评价。

三、改革“环境监测实验”评价方式

目前，“环境监测实验”课程一般采用“考勤+实验报告”或“考勤+实验报告+考试”的评价形式，忽视了对实验过程的考核［7］。新工科背景下，为适应社会和行业需求，必须改革“环境监测实验”课程的评价方式，注重对实验过程的评价，以及对学生综合运用知识分析问题、解决问题能力和创新能力的评价。

（一）实验小组采取PI制

为加强实验过程考核，特在实验小组中引入PI制。目前实验课程虽然存在分组，但是没有设置组长，实验过程中有些学生会浑水摸鱼，基本不参与实验过程，最后只是抄写实验报告。通过引入PI机制，可以提高学生的积极性。在原有分组基础上进行优化，基于学生自愿原则，自发组成实验小组［8］。每次实验各小组成员推选出组长，组长统筹负责实验中各组员的分工。实验结束后，各组员给组长打分，组长给各组员打分。此部分成绩会以一定比例计入学生的综合成绩中。通过这种PI制的实验团队，每个学生都能主导实验过程，提高了学生的实验积极性，同时培养了学生的沟通协调能力及领导能力。

（二）不同实验类型采取不同评价方式

环境监测实验主要有验证型、演示型和综合设计型三种，依据不同类型的实验采取不同的评价方式进行分类评价。演示型实验和验证型实验中，学生成绩由以下3部分组成。实验预习部分占比40%，以预习报告和提问的形式组成；实验小组内互评占比10%，由组长给组员打分和组员给组长打分组成；实验报告占比50%，以教师打分为准。综合设计型实验由环境监测实验方案汇报、实验小组内互评和实验报告组成。环境监测实验方案汇报占比45%，以教师打分和小组间互评打分为准；实验小组内互评占比10%，由组长给组员打分和组员给组长打分组成；实验报告占比45%，以教师打分为准（见表1）。通过这种评价方式的改革，注重对实验过程的评价。

表1 环境监测实验评价方式

结语

通过“环境监测实验”课程改革，提高了学生实验积极性，促进了学生主动思考，增强了学生综合运用知识与解决复杂环境问题的能力。经过全过程环境监测实验模式的培训，学生可以应对各类复杂环境问题，还可以依据各类环境标准对环境质量进行评价。经过全过程环境监测实验的锻炼，学生在一定程度上能够满足新工科背景下创新型卓越工程人才培养的需求。

为了更好地适应新工科需求，培养学生的交叉融合能力，环境监测实验还可以打破专业壁垒，组建交叉融合的团队或者建设智慧环境监测实验。比如，环境监测是个系统工程，除了进行监测指标的测定外，还涉及大量数据需要分析处理，根据监测数据建立模型，预测环境变化，正确评价环境质量，因此需要跨专业组建团队或是培养学生的计算机处理能力［2］。