環(huán)境監(jiān)測實驗課程建設(shè)探討

段鳳魁， 余 剛， 黃 俊

(清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京100084)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染所引發(fā)的諸多問題日益復(fù)雜化并引起國際社會的普遍關(guān)注。面對這一現(xiàn)狀，培養(yǎng)研究型、復(fù)合型創(chuàng)新人才成為當(dāng)前高校環(huán)境專業(yè)人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。實驗和實踐教學(xué)則是實現(xiàn)這一人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑和環(huán)節(jié)［1-2］。作為高校環(huán)境專業(yè)學(xué)生的必修課，環(huán)境監(jiān)測及其實驗課程在培養(yǎng)專業(yè)人才方面起到了重要作用［3-4］。該課程具有兩大突出特點:涉及知識面廣、應(yīng)用性強(qiáng)。即:既涉及化學(xué)學(xué)科和生物學(xué)科一些基本知識和技能，又要對水、氣、固等不同環(huán)境介質(zhì)的特點有所了解，從而充分掌握相應(yīng)的各種測定方法并加以應(yīng)用。因此，環(huán)境監(jiān)測課程在環(huán)境學(xué)科人才培養(yǎng)過程中起到了承上啟下的作用:不但使本科生對以往所學(xué)化學(xué)基本操作技能進(jìn)行鞏固和運用，更重要的是，通過該課程，促使學(xué)生養(yǎng)成良好科研習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維及創(chuàng)新意識，培養(yǎng)分析問題、解決問題的綜合能力，為今后本科期間專業(yè)課學(xué)習(xí)以及后續(xù)的科研訓(xùn)練、科學(xué)研究打下堅實基礎(chǔ)。

清華大學(xué)自上世紀(jì)90 年代設(shè)置環(huán)境監(jiān)測課程以來，經(jīng)過多年的建設(shè)與探索，已經(jīng)逐步形成了一套涵蓋理論、實驗與實踐三個重要環(huán)節(jié)的課程體系，并于2008 年被評為北京市精品課程，2009 年被評為國家級精品課。過去由于受實驗場地、經(jīng)費等客觀條件所限，環(huán)境監(jiān)測實驗課程存在很多需要改進(jìn)卻難以實現(xiàn)的環(huán)節(jié)。在985 二期經(jīng)費、校教學(xué)經(jīng)費等的大力支持下，環(huán)境學(xué)院成立了“環(huán)境科學(xué)與工程實驗實踐教學(xué)中心”，并對實驗場地進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)建，對儀器設(shè)備進(jìn)行了大量補充。目前已經(jīng)形成了硬件設(shè)施一流、師資力量雄厚、管理水平先進(jìn)的實驗教學(xué)中心［5-9］，于2009 年被評為“國家級實驗教學(xué)示范中心”。

盡管我校環(huán)境監(jiān)測課程已經(jīng)取得了不少建設(shè)成果，然而，為了更好地適應(yīng)我國環(huán)境問題不斷惡化以及科研高速發(fā)展的現(xiàn)狀，有必要對環(huán)境監(jiān)測實驗課程中的一些重要環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與完善，使其更好地為培養(yǎng)高質(zhì)量環(huán)境專業(yè)人才服務(wù)［10］。目前國內(nèi)高校環(huán)境專業(yè)大多設(shè)置了環(huán)境監(jiān)測課程，課程類型一般為必修課。我們調(diào)研了國內(nèi)十幾所重點高校環(huán)境監(jiān)測實驗實踐教學(xué)情況，并從課時與學(xué)分、課程類型、實驗項目設(shè)置等幾方面進(jìn)行了比較。以期通過比較，取長補短，使我校環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)更上新臺階。

1 高校環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)特點與存在問題

從調(diào)查結(jié)果來看，目前國內(nèi)重點高校在環(huán)境監(jiān)測實驗實踐教學(xué)建設(shè)上存在以下特點:

(1)實驗類型設(shè)置較全面，但實驗項目數(shù)及實驗內(nèi)容差別較大。各高校環(huán)境監(jiān)測實驗項目類型主要包括基礎(chǔ)型、綜合型兩大類，能夠兼顧基礎(chǔ)訓(xùn)練與綜合能力的培養(yǎng)。其中綜合類實驗所占比例一般較大。多數(shù)高校結(jié)合校園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測開展實驗訓(xùn)練，但不同高校對該類實驗的分類不同。如清華大學(xué)將校園環(huán)境監(jiān)測作為環(huán)境監(jiān)測課程體系中的實踐環(huán)節(jié)，結(jié)合真實校園環(huán)境，由學(xué)生自由組合、自主選題，經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研、與教師和助教討論確定實施方案，于夏季學(xué)期一周內(nèi)完成實驗方案，并進(jìn)行匯報展示，以獲得最終成績。通過這種形式，使學(xué)生受到了從選題到成果匯報整個過程的完整訓(xùn)練，為以后順利開展SRT 項目乃至研究生階段打下了良好基礎(chǔ)。

此外，不同高校研究型或創(chuàng)新型實驗的分類方法也不盡相同。如同濟(jì)大學(xué)將SRT 項目作為一類創(chuàng)新型實驗，與基礎(chǔ)型、綜合型實驗并列;清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈工大等實驗教學(xué)中心則將SRT 項目作為課外科技創(chuàng)新或?qū)嵺`活動。

(2)重視教學(xué)管理，硬件水平得以不斷提升。目前很多重點高校都通過獨立的環(huán)境實驗教學(xué)中心這一模式實現(xiàn)實驗教學(xué)的運行與管理，包括承擔(dān)和安排全部(本科、研究生)實驗教學(xué)任務(wù)、由專職實驗教師進(jìn)行實驗課程的建設(shè)及實驗室維護(hù)，等等。多數(shù)實驗教學(xué)中心在硬件設(shè)施上投入很大，很多過去主要用于科研的大中型分析儀器如氣相色譜、液相色譜、離子色譜、TOC 分析儀、原子吸收光譜儀、分光光度計等，目前也能專用于實驗教學(xué)。這些分析儀器的配置，極大促進(jìn)了研究型、創(chuàng)新型環(huán)境監(jiān)測實驗項目的開設(shè)。但由于課時限制，這些先進(jìn)設(shè)備在環(huán)境監(jiān)測實驗上的應(yīng)用還比較有限。

(3)正式出版實驗教材嚴(yán)重不足。這是各高校環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)中普遍存在的問題。目前絕大多數(shù)高校都是根據(jù)自己的實際情況，結(jié)合《環(huán)境監(jiān)測》(奚旦立等著)和《水和廢水監(jiān)測分析方法》、《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》等經(jīng)典教材或標(biāo)準(zhǔn)指南而自編形成實驗講義，僅有少數(shù)大學(xué)如南京大學(xué)正式出版了環(huán)境監(jiān)測實驗教材。因此，如何結(jié)合我國環(huán)境監(jiān)測學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，編著出優(yōu)秀的實驗教材是當(dāng)前亟需解決的問題。

2 環(huán)境監(jiān)測實驗課程建設(shè)探討

2.1 大力促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化，增加綜合型實驗

隨著環(huán)境污染形勢日益嚴(yán)峻，許多環(huán)境科學(xué)問題暴露出來。這些問題的存在在一定程度上促進(jìn)了環(huán)境學(xué)科的發(fā)展。把成熟或具有創(chuàng)新性的科研成果與內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)項目，是提高學(xué)生科研興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑［11-15］。

目前我校環(huán)境監(jiān)測課程共3 學(xué)分、48 學(xué)時，其中實驗課占1 學(xué)分、16 學(xué)時。該課程開設(shè)10 多年以來，實驗課主要以水和廢水的監(jiān)測項目為主。為了與理論課配套并體現(xiàn)科研成果，2007 年對實驗項目進(jìn)行了調(diào)整，去掉了常規(guī)的水的堿度、硬度的測定，保留有特色的水的物理生化指標(biāo)的測定;根據(jù)近10 年在有毒有害污染物監(jiān)測方面的進(jìn)展，并增加了固體中有害物質(zhì)的測定，使得實驗項目覆蓋了水、氣、固等不同領(lǐng)域，即包括:水的物理性質(zhì)、水中陰陽離子的測定-離子色譜法、水中溶解氧的測定-碘量法、高錳酸鹽指數(shù)的測定、化學(xué)需氧量的測定、生化需氧量測定、大氣中二氧化氮的測定、固體中有害物質(zhì)的測定。

在上述實驗項目中，水中溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、化學(xué)需氧量、生化需氧量及總懸浮顆粒物等5 個指標(biāo)的測定，我們要求學(xué)生以實際污水管道廢水為研究對象，在規(guī)定的課時內(nèi)完成“實際污水水質(zhì)的綜合測定”。通過該綜合實驗，使學(xué)生在掌握基本原理與操作的同時，提高了實驗與科研興趣，并對水質(zhì)污染有了全面的認(rèn)識?！肮腆w中有害物質(zhì)的測定”可根據(jù)實驗室條件和課程需求，以土壤、大氣顆粒物或固體廢物為研究對象，選擇其中的有毒組分如重金屬、多環(huán)芳烴、二惡英等進(jìn)行測定。以近10 年來我院在大氣污染領(lǐng)域的研究成果為基礎(chǔ)，我們設(shè)立了“大氣顆粒物中Pb的測定”這一實驗項目，采用微波消解快速提取重金屬Pb，并采用ICP-AES 測定其濃度。該實驗?zāi)康氖?①讓學(xué)生掌握某類固體研究對象的采樣方法;②了解傳統(tǒng)固體物質(zhì)的前處理方法，同時學(xué)會最新的快速提取技術(shù)，并舉一反三;③掌握電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)這一大型分析儀器的使用。

即便如此，不難看出，環(huán)境監(jiān)測實驗仍然是以水質(zhì)監(jiān)測為主，大氣實驗所占比例較少，并缺少噪聲、輻射等物理污染相關(guān)實驗項目。今后我們將結(jié)合當(dāng)前環(huán)境污染現(xiàn)狀，緊跟科研發(fā)展前沿，大力促進(jìn)科研內(nèi)容及成果向教學(xué)的轉(zhuǎn)化，增設(shè)綜合型實驗項目，使其基本覆蓋水、氣、固、噪聲與輻射等重要領(lǐng)域。

2.2 將先進(jìn)監(jiān)測與分析儀器引進(jìn)實驗教學(xué)

近10 年來，在國家的大力支持下，環(huán)境學(xué)科發(fā)展迅猛，科研綜合實力不斷增強(qiáng)。與此同時，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展導(dǎo)致了嚴(yán)峻的環(huán)境污染形勢，從而對環(huán)境學(xué)科的發(fā)展提出了更高的要求。以此為背景，我校環(huán)境學(xué)院加速科研硬件建設(shè)，在985、211、專項經(jīng)費以及外界捐贈、自籌等多方經(jīng)費支持下，逐步建成了由“環(huán)境分析與測試平臺”、“環(huán)境生物技術(shù)平臺”、“環(huán)境材料平臺”、“環(huán)境信息平臺”和“質(zhì)量檢測中心”五部分組成院公共研究平臺。該平臺擁有百萬以上儀器近10 臺，10 萬以上大型儀器40 余臺，固定資產(chǎn)價值超過4 000萬元人民幣。借助于公共研究平臺的微波消解儀和ICP-AES，環(huán)境監(jiān)測實驗項目“固體中有害物質(zhì)的測定”實驗開展順利，取得很好的實驗效果。此外，哈希公司贊助建立的“清華-哈希水質(zhì)監(jiān)測聯(lián)合實驗室”能夠提供多種先進(jìn)的便攜式在線水質(zhì)分析儀，已在開展項目訓(xùn)練課“校園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測”方面發(fā)揮重要作用。為適應(yīng)日益發(fā)展的科研形勢，應(yīng)當(dāng)結(jié)合理論課程內(nèi)容，編制出有特色的實驗項目，將色譜、質(zhì)譜與光譜類典型分析儀器更多更快地引入環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)。

2.3 加快實驗教材編寫與出版

結(jié)合理論課程體系及國家環(huán)境監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，編寫正規(guī)實驗教材是當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測實驗教學(xué)的重要任務(wù)。教材應(yīng)該既能涵蓋經(jīng)典實驗，又能反映最新學(xué)科與社會發(fā)展需求;使學(xué)生既能學(xué)習(xí)到專業(yè)基礎(chǔ)知識，又能掌握最新監(jiān)測技術(shù)與方法。

3 結(jié) 語

環(huán)境監(jiān)測是高校環(huán)境專業(yè)的必修課之一，在課程設(shè)置中起著承上啟下的作用，是一門集理論性和應(yīng)用性于一體的課程。環(huán)境監(jiān)測實驗是培養(yǎng)學(xué)生基本操作能力、培養(yǎng)科研素質(zhì)、啟發(fā)創(chuàng)新思維的有力平臺。目前國內(nèi)各高校在實驗硬件條件建設(shè)上投入很大，但在科研成果轉(zhuǎn)化、正規(guī)實驗教材編寫上存在很大發(fā)展空間，在實驗內(nèi)容與科學(xué)前沿的銜接上存在很大不足。今后應(yīng)以環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢為契機(jī)，加大研究型實驗項目的開發(fā)，探討更科學(xué)的教學(xué)方法，編制能體現(xiàn)學(xué)科前沿的正規(guī)實驗教材，以滿足環(huán)保事業(yè)對環(huán)境專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

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