環(huán)境監(jiān)測綜合實驗教學模式的探索與實踐

謝朝陽，詹 燕，王 剛

（武漢生物工程學院化學與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430415）

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境工程專業(yè)的一門專業(yè)主干課，而配套的環(huán)境監(jiān)測實驗是環(huán)境監(jiān)測教學中相當重要的組成部分。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測實驗模式單一，以單個的實驗項目和驗證性實驗為主，學生只需要熟悉每個監(jiān)測項目的實驗目的、實驗原理、然后根據(jù)國標的實驗內容、實驗步驟逐步完成實驗即可，這種按部就班、以教師為主導的教學模式不利于學生思維主動性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，也很難適應今后畢業(yè)崗位環(huán)境監(jiān)測實際工作的需求，因此，改變單一的、以驗證為主的傳統(tǒng)教學模式，開設綜合性設計性實驗是環(huán)境監(jiān)測實驗教學發(fā)展的趨勢。我校作為一所應用型本科院校，十分注重學生實際操作能力的培養(yǎng)，我們結合本課程的實際，以未來就業(yè)崗位需求為導向，進行了環(huán)境監(jiān)測綜合實驗教學改革與探索。目前我校環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案已加入環(huán)境監(jiān)測綜合實驗這門課程，40學時，2個學分，在環(huán)境監(jiān)測實驗結束后獨立設課，獨立學分。該課程主要學習環(huán)境監(jiān)測方案的設計、環(huán)境調查、數(shù)據(jù)分析與處理、環(huán)境監(jiān)測及評價等知識。通過該課程的實驗教學，加強學生設計實驗的能力，開拓學生的思路，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識，鞏固和加深學生的理論知識，提高大氣、水、土壤、聲環(huán)境質量監(jiān)測技能，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W作風、團隊合作能力以及分析問題、解決問題的能力。

1 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗設計思想

本課程教學采取學生為主，老師為輔的教學方法，學生從查閱資料、確定方案、配置試劑、擬定步驟，到進行實驗，分析結果、撰寫報告等均是自主完成，老師只是起到檢查、提醒和監(jiān)督的作用。學生從中學到科學研究的工作方法，養(yǎng)成以科學的眼光觀察事物和進行學習的習慣，學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力就是在這種教學方法中逐步形成的。課程要求學生掌握水質、空氣、土壤、噪聲的現(xiàn)場調查方法，學習典型監(jiān)測任務的監(jiān)測項目的確定，學習監(jiān)測站點的布設方法以及監(jiān)測方法的比較確定；完成校園大氣、水質、土壤、噪聲的監(jiān)測方案的制定、完成校園大氣環(huán)境、水質環(huán)境、土壤環(huán)境、聲環(huán)境的評價報告。本實驗課共40學時，在理論課程及配套的環(huán)境監(jiān)測實驗結束后安排2周的時間開展，這種集中教學、單獨授課的模式突出了環(huán)境監(jiān)測實驗的重要性，也提升了學生在實驗教學過程中對環(huán)境監(jiān)測全過程的綜合技能訓練能力。

2 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗教學過程

2.1 實驗方案的設計階段

環(huán)境監(jiān)測綜合實驗由于涉及內容多，每個監(jiān)測方向分析的項目和指標都比較多，學生需要分工協(xié)作才能更好地完成。所以學生分組人數(shù)一般為4-6人，共設定4組學生，分別負責我校校園天然水體質量監(jiān)測、校園土壤環(huán)境質量監(jiān)測、校園大氣環(huán)境質量監(jiān)測和校園噪聲環(huán)境質量監(jiān)測。學生現(xiàn)場抽簽，決定監(jiān)測方向。根據(jù)所抽取題目到現(xiàn)場進行調查，了解監(jiān)測對象—校園水體、土壤、空氣、噪聲等環(huán)境的基本情況。在充分調研的基礎上再從監(jiān)測目的、采樣布點、監(jiān)測項目選擇、監(jiān)測方法確定、數(shù)據(jù)分析方法等方面制定出合理的監(jiān)測方案。以地表水水環(huán)境監(jiān)測為例，要求學生對學校晨光湖、問天湖等景觀水體進行水質監(jiān)測，了解學校景觀水體水環(huán)境質量狀況，為學校景觀湖的治理與保護提供必要的數(shù)據(jù)。學生運用環(huán)境監(jiān)測課程理論知識首先對景觀水體進行現(xiàn)場調查，通過查閱有關文獻或資料，了解學校景觀水體基本情況，如地形、氣象、污染源布局等背景資料，然后制訂水體監(jiān)測方案，確定采樣點、監(jiān)測頻次、監(jiān)測項目、分析方法等。最后每組匯報自己的監(jiān)測方案，指導教師對每組的方案進行審核，審核方案的科學性和可行性，對方案中不恰當處給予提示，尤其對監(jiān)測項目中必測項目和選測項目進行把關，根據(jù)實驗室已有的條件最大限度地完成實驗項目的檢測。教師在指導綜合設計性實驗，參與學生實驗方案的討論和制定的過程中，協(xié)助學生解決各種問題，通過學生和指導教師進行實驗方案討論，一方面可對實驗方案進行修改；另一方面討論的過程也能鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。

2.2 實驗過程的實施階段

方案確定以后，小組在老師指導下進入實驗過程的正式實施階段，校園水質監(jiān)測和土壤監(jiān)測小組由于實驗內容比較多，實驗采取了開放實驗的方式，除規(guī)定教學計劃外，學生可以自己安排時間，在課余時間來實施實驗方案，實驗指導老師隨時進行輔導。實驗在進行過程中指導老師有針對性地召集各組學生開實驗討論會，講述各組在實驗過程中出現(xiàn)的一些狀況，并相互交流經(jīng)驗。指導老師通過了解情況，及時掌握學生實驗動態(tài)，對出現(xiàn)的問題啟發(fā)誘導，共同商量解決方案。最后在對實驗進行總結，這樣既提高了實驗效率，學生又能在指導老師幫助下提高分析問題、解決問題的能力。以校園土壤環(huán)境監(jiān)測為例，從采樣布點，土壤樣品的制備，土壤理化性質指標、肥力指標和污染指標的監(jiān)測、實驗數(shù)據(jù)處理與分析、實驗結論與建議等方面逐步開展。第一次課學生進行實況調查，了解農(nóng)田土壤的類型、土壤環(huán)境背景值、地表水和地下水情況、地質條件、水土流失、污染源分布、土地利用類型、使用農(nóng)藥、化肥的累積情況等資料；第二次課學生要制定監(jiān)測方案，確定監(jiān)測內容和實驗項目，然后根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》對農(nóng)田土壤進行布點、采集及土壤樣品的風干；第三次課學生根據(jù)土壤檢測標準正確選擇土壤指標監(jiān)測方法，根據(jù)選擇的監(jiān)測方法學習實驗試劑的配制、計算試劑的用量；第四、五次課進行土壤樣品的制備及土壤理化指標如土壤質地、孔隙度、pH的測定，第六到第八次課進行土壤肥力指標如土壤有機質、土壤速效氮、速效磷和速效鉀的測定以及污染指標如土壤中重金屬含量的測定，第九次課對實驗結果進行處理并分析，實驗數(shù)據(jù)分析主要考查學生對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理能力和對結果的分析能力，以及對數(shù)據(jù)處理軟件如Excel、Origin等的運用能力。第十次課是課程PPT匯報并答辯，由指導老師主持，以小組為單位進行匯報，針對各小組的實驗結果全班同學進行課堂討論。整個實驗過程以學生實際實施為主，專業(yè)教師指導為輔，最大程度激發(fā)學生科學研究的興趣和主人翁的精神，提高學生運用所學專業(yè)理論知識解決實際問題的能力。

2.3 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗的主要內容

環(huán)境監(jiān)測綜合實驗共分校園景觀水體環(huán)境質量監(jiān)測、校園農(nóng)田土壤環(huán)境質量監(jiān)測、校園大氣環(huán)境質量監(jiān)測、校園噪聲環(huán)境質量監(jiān)測四個模塊。每個實驗模塊主要監(jiān)測項目如表1所示。各實驗模塊均以環(huán)境介質中基礎項目和必測項目的監(jiān)測為核心內容，側重學生監(jiān)測方案設計能力的訓練以及數(shù)據(jù)處理與分析方面的能力訓練。

表1 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗監(jiān)測的主要內容

2.4 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗考核辦法

環(huán)境監(jiān)測綜合實驗期末考試成績由平時成績、綜合實驗報告和課程答辯三部分組成，三者所占比例為分別60%、30%、10%。其中平時成績主要包括出勤、平時操作技能表現(xiàn)和實驗結果等。每一個環(huán)節(jié)都有相對應的評分標準，以綜合實驗報告為例，其評分標準主要從數(shù)據(jù)處理與評價、報告闡述和報告格式三個方面來評價。其中數(shù)據(jù)處理與評價主要考查學生監(jiān)測數(shù)據(jù)是否真實，數(shù)據(jù)處理過程是否詳細，是否對監(jiān)測結果準確評價等方面來評分；報告闡述主要考查綜合實驗報告是否完整，框架是否合理，結構層次是否清晰，表述是否準確幾方面來評分；格式主要考查行文、圖文圖例、表格、行間距、字體是否規(guī)范。課程答辯由每組成員做PPT進行匯報，然后老師根據(jù)小組匯報的主要內容進行提問，學生作答，根據(jù)回答問題的準確情況進行評分。

2.5 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗教學效果

2012年我校環(huán)境工程專業(yè)獲批為我校第一批湖北省一流本科專業(yè)，根據(jù)一流專業(yè)要求，我們加大實踐教學環(huán)節(jié)，注重學生動手能力的培養(yǎng)，增設了環(huán)境監(jiān)測綜合實驗，這門課自開設以來，廣受學生及督導老師好評，極大地鍛煉了學生自主學習能力、動手能力、寫作和表達能力以及解決實際問題的能力。綜合設計性實驗在實施過程中，學生遇到很多以前驗證性實驗過程不曾遇到的問題。通過學生積極主動地獨立查閱文獻、上網(wǎng)找資料等，掌握整個實驗的全過程，掌握實驗內容的每一個細節(jié)。通過討論和教師指導后，問題得到有效的解決。環(huán)境監(jiān)測綜合實驗不僅使學生靈活掌握各個實驗的方法，也鞏固了以前所學到的基本實驗操作技術，更重要的是提高了學生的主動性、自覺性和設計創(chuàng)新能力，把所學的基本操作技術系統(tǒng)地貫穿起來用于實際工作中。學生都深有感觸地認為，這個實驗是他們在整個大學期間最有實用價值的一門課程。以校園空氣監(jiān)測為例，通過對校園空氣質量進行監(jiān)測，鞏固了學生大氣污染控制工程及環(huán)境監(jiān)測的專業(yè)理論知識，熟悉大氣環(huán)境監(jiān)測從布點、采樣、樣品處理、分析測試、數(shù)據(jù)處理到分析評價等一系列整套工作程序，為學生以后畢業(yè)論文及畢業(yè)后盡快適應實際工作打下良好基礎。另外其監(jiān)測結果對全面反映校園空氣環(huán)境質量現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，提出對策和建議來保護校園及其周邊的空氣環(huán)境提供了數(shù)據(jù)支持，對學校污染源的控制及環(huán)境規(guī)劃提供了科學依據(jù)，有較強的現(xiàn)實指導意義。環(huán)境監(jiān)測綜合實驗讓學生掌握了方案制定、監(jiān)測項目的確定、采樣點的設置、采樣方法、樣品的分析測試、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及環(huán)境質量評價等有關環(huán)境監(jiān)測的全過程，極大地啟發(fā)學生自覺地將課本知識進行轉化。

3 環(huán)境監(jiān)測綜合實驗實施過程中存在問題及建議

由于學時和實驗室有限，學生只能選擇水、氣、土、聲一個方向來開展綜合實驗，不能全方面參與；實驗室的儀器設備陳舊，高端的儀器設備如氣相和液相缺乏，導致有些實驗項目如空氣中揮發(fā)性有機物的測定，土壤中農(nóng)藥含量的測定在實驗室不能完成。傳統(tǒng)的實驗室運行管理模式在時間上不夠靈活機動，而環(huán)境監(jiān)測綜合實驗是一個連續(xù)監(jiān)測的過程，完成的時間較長、難度較大，對實驗室的開放管理和教輔人員管理的要求更高，因此，作為實踐人才培養(yǎng)主陣地之一的實驗室，我們應與時俱進，改革創(chuàng)新，加大實驗室開放力度，為實踐人才和創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供良好的平臺。另外在實驗過程中少部分同學參與度不高，有打醬油的嫌疑，如何提高這部分同學的積極性值得探討；學生的實驗動手能力較強，但對實驗的原理、數(shù)據(jù)處理、結果分析以及報告撰寫等方面掌握較差。在今后的教學模式中我們要加強學生過程管理與考核，多花些學時給學生講解實驗原理、計算公式的來由、數(shù)據(jù)處理和分析方法，報告的撰寫規(guī)范以及實驗過程中注意事項和關鍵環(huán)節(jié)等內容，對學生薄弱環(huán)節(jié)進行有針對性的指導，讓學生全方位掌握該門課程的精髓。

4 結語

環(huán)境監(jiān)測綜合實驗有效地把環(huán)境監(jiān)測理論知識與模塊化實驗有機結合起來，極大地鍛煉了學生的各種能力。通過教學實踐，真正實現(xiàn)以學生為主體，教師為主導的新型教學形式，體現(xiàn)出以知識和基本技能為基礎性內容、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心的思想。對環(huán)境監(jiān)測綜合實驗教學模式進行探討，改革課程教學方式，更新教學內容，對提高學生的綜合能力，使學生的知識體系更符合社會需求，有著重要作用。環(huán)境監(jiān)測綜合實驗課程的改革仍在摸索和推進中，我們將在實踐中不斷總結、完善。在如何提高教學質量，提高實驗教學效率，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力方面，沒有固定模式可走，只有通過探索、研究和總結，在實踐中進一步提高與深化。