“雙碳”背景下環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程改革與探索

張 利 , 高桂蘭 , 陳思邈 , 關(guān) 杰 , 于 偉

(1. 上海第二工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院 , 上海 201209 ; 2.上海第二工業(yè)大學(xué) 能源與材料工程學(xué)院 , 上海 201209)

0 前言

自19世紀(jì)中葉人類步入工業(yè)文明以來,全球二氧化碳的排放量急劇上升引起了“溫室效應(yīng)”,導(dǎo)致了如氣候極端化、海平面上升、土地荒漠化等諸多自然災(zāi)害。為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn),人類越來越重視生態(tài)修復(fù)與環(huán)境保護(hù)工作,特別是降低全球二氧化碳排放量,保護(hù)地球這個人類賴以生存的家園?！疤歼_(dá)峰”“碳中和”就是在這一背景下產(chǎn)生的。中國政府在2020年對國際社會作出了莊嚴(yán)承諾:“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值,努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。

當(dāng)前,中國社會正處在工業(yè)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級的重要階段,“雙碳”是我國生態(tài)文明建設(shè)中的一個重大課題,它將促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)和社會全面、深入的改革。為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo),國家及地方政府部門已經(jīng)相繼出臺了一系列的政策法規(guī),關(guān)系到國計民生的眾多行業(yè)(如電力、石化、化工、建材、鋼鐵、造紙、航空等)都已經(jīng)或即將被納入碳市場,預(yù)計到“十四五”末,中國將建成規(guī)模超過千億、世界上最大的碳交易市場[1]。如此規(guī)模巨大的市場對雙碳人才的需求量也將非常巨大。然而目前高校中開設(shè)“雙碳”相關(guān)的專業(yè)或者課程量還不夠多,短期內(nèi)將不能滿足市場對專業(yè)人才的期待[2]。由于不同的行業(yè)具有不同的行業(yè)細(xì)分屬性,對雙碳知識的要求不盡相同,因此每個專業(yè)結(jié)合自己的行業(yè)特色,在現(xiàn)有培養(yǎng)方案上拓展學(xué)生的“雙碳”知識。環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)作為環(huán)境工程專業(yè)必修課,與碳的監(jiān)測、計量等息息相關(guān),現(xiàn)有的課程內(nèi)容關(guān)于“雙碳”的知識點(diǎn)涉及較少,因而必須在教學(xué)內(nèi)容、方法、考核方式上做出改革,從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,適應(yīng)國家的“雙碳”戰(zhàn)略需求。

1 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的現(xiàn)狀與問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊,缺少關(guān)于“雙碳”的知識點(diǎn)

以清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程為例,授課內(nèi)容包括:水的感官物理性質(zhì)測定、水中陰陽離子的測定、水中溶解氧的測定、高錳酸鹽指數(shù)的測定、化學(xué)需氧量的測定、生化需氧量的測定、大氣中二氧化氮的測定、固體中有害物質(zhì)的測定,共八個實(shí)驗(yàn)[3]。其他高校也都大同小異,均缺少水環(huán)境或空氣環(huán)境中碳的監(jiān)測、計量等內(nèi)容,這將導(dǎo)致學(xué)生無法與“雙碳”這類當(dāng)前環(huán)境熱點(diǎn)問題產(chǎn)生聯(lián)系,缺少對于“雙碳”知識點(diǎn)的了解和掌握[4-5]。另外,由于環(huán)境中“三廢”污染物大都含有碳元素,因此環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程中缺少碳元素的檢測方法,對于環(huán)境類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)來說需要進(jìn)一步完善的。

1.2 教學(xué)方法與考核方式不合理

目前,環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)仍然是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課授課方式,實(shí)驗(yàn)前由老師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其運(yùn)用,由學(xué)生按照教材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并撰寫實(shí)驗(yàn)報告。這種教學(xué)模式缺乏對學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)授課教師給出的成績一般以課堂實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報告為依據(jù),且實(shí)驗(yàn)報告分?jǐn)?shù)占比更高一些。在實(shí)驗(yàn)課程中,實(shí)驗(yàn)老師要對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo),同時還要對實(shí)驗(yàn)室的安全進(jìn)行監(jiān)控,所以很難對每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的評價。而實(shí)驗(yàn)報告都是在課后進(jìn)行的,可以參考教科書、網(wǎng)絡(luò)及其他學(xué)生的內(nèi)容,即使在課堂上表現(xiàn)不好、實(shí)驗(yàn)技巧較差的學(xué)生也可能得到不錯的分?jǐn)?shù)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)評價方式并不能真正反映出學(xué)生對實(shí)驗(yàn)技巧的掌握,也間接造成了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的不重視,有的學(xué)生覺得只需要交一篇漂亮的報告就可以了,卻忽視了環(huán)境監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)知識和操作技巧,從而影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此,多元化的教學(xué)方式和考核方式勢在必行。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考與措施

2.1 增加課程思政授課內(nèi)容

近年來,課程思政已被較多地融入到理論課程中,而將課程思政融入到實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中并不多。任課教師可以修訂課程大綱,增加課程思政內(nèi)容,通過思政的講授來向?qū)W生宣傳“雙碳”的意義,對相關(guān)的條例和措施進(jìn)行舉例解讀,使學(xué)生理解“雙碳”的內(nèi)涵,做到入腦入心。課程思政所涉及的學(xué)科范圍很廣,與社會現(xiàn)實(shí)和學(xué)生的思想聯(lián)系緊密,教師既要掌握自己的專業(yè)知識,又要具有更高層次的社會科學(xué)認(rèn)識,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的國際視野、職業(yè)精神、合作精神和社會責(zé)任感。

2.2 增加碳元素的監(jiān)測、計量、核算等授課內(nèi)容

以清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程為例,其授課內(nèi)容中的八個實(shí)驗(yàn)均不涉及環(huán)境中碳元素的監(jiān)測[3]。因此授課教師在修訂課程大綱時可以增加水樣中污染物總有機(jī)碳(TOC)的測定、空氣中二氧化碳濃度監(jiān)測、固體廢物中碳元素分析等實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生可以詳細(xì)掌握相關(guān)的碳元素監(jiān)測方法,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性和自主性。環(huán)境類專業(yè)應(yīng)根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)課的要求,結(jié)合“雙碳”大背景,制定具有特色的實(shí)驗(yàn)方案,將色譜、質(zhì)譜、光譜等先進(jìn)監(jiān)測和分析工具應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

碳的計量、核算與碳監(jiān)測有較大關(guān)系。碳計量的計算方法可以分為基于實(shí)時監(jiān)測和基于計算兩種方法[6]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2006年發(fā)布的《IPCC國家溫室氣體清單指南》是目前國際上一直廣泛采納的碳排放量計算標(biāo)準(zhǔn),其中主要介紹了排放因子法、質(zhì)量平衡法、實(shí)時監(jiān)測法三種方法[7]。2020年12月中國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《全國碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》要求重點(diǎn)排放單位必須優(yōu)先開展化石燃料的低位熱值和含碳量實(shí)測。相比排放因子法和質(zhì)量平衡法,實(shí)時在線監(jiān)測顯然更準(zhǔn)確。因而,新修訂大綱需要增加碳計量方面的實(shí)操訓(xùn)練內(nèi)容,讓學(xué)生更能理解和掌握碳元素在環(huán)境污染物中的遷移、轉(zhuǎn)化和測量方法。

2.3 改革課程考核方式

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中授課教師主要依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報告給分的考核方式,急需改變,采用多元化的考核方式?？梢栽谡n程大綱中增加以下環(huán)節(jié)的考核分?jǐn)?shù):①在課程考核中布置創(chuàng)新課題,如怎樣建立校園碳排放的監(jiān)測網(wǎng)格?如何對社會生活不同行為的碳排放量進(jìn)行統(tǒng)一的度量(計量),如何建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?如何建立學(xué)生的個人碳賬戶?學(xué)生通過開展創(chuàng)新課題,提高對環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程的掌握。②分組開展一次課外碳監(jiān)測、碳計量方面的科普宣傳,從而得到相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。③在實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)方面,增加對學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中節(jié)約用水、用電、使用耗材等情況的表現(xiàn)進(jìn)行觀察并打分,發(fā)生浪費(fèi)行為的學(xué)生將扣除一定的分?jǐn)?shù),用實(shí)際行動強(qiáng)化降碳意識。

3 教學(xué)方法改革與創(chuàng)新

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)合真實(shí)工作場景

為了有效地提高教學(xué)效果,讓學(xué)生真正地掌握環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)技術(shù),就必須讓學(xué)生到環(huán)境監(jiān)測站、污水處理廠等場所進(jìn)行實(shí)地考察,讓學(xué)生認(rèn)識到環(huán)境監(jiān)測課程與實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測工作緊密聯(lián)系,而不是單純地將課程看成是修學(xué)分,這樣就會在主觀上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。另外,在教學(xué)設(shè)計與實(shí)施時,應(yīng)以學(xué)生所關(guān)心的事件與情境為出發(fā)點(diǎn),讓學(xué)生對環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)有更多直觀、真切的體驗(yàn),進(jìn)而提高對該課程的熱愛。比如,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計時,可以考慮在學(xué)校內(nèi)部,或在校園周邊尋找取樣地點(diǎn);也可以讓學(xué)生自行設(shè)計實(shí)驗(yàn),以監(jiān)測校園周邊的環(huán)境問題。這樣的實(shí)驗(yàn),不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,還能把理論知識帶到現(xiàn)實(shí)中去實(shí)踐,從而增強(qiáng)學(xué)生的工作自豪感。

3.2 靈活運(yùn)用混合式教學(xué)手段

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,“學(xué)習(xí)通”“雨課堂”“騰訊課堂”“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等線上教學(xué)軟件逐漸成為一種有效的教學(xué)手段[8]。國內(nèi)外許多大學(xué)都建立了自己的精品課程,把資源放到網(wǎng)上,供大家下載、學(xué)習(xí)。教師進(jìn)行線上/線下混合式教學(xué),可以有效地解決教師人員的短缺問題,并且通過互聯(lián)網(wǎng)的方式線上云參觀環(huán)境監(jiān)測站、污水處理廠的環(huán)境監(jiān)測工作,也是在踐行綠色低碳的理念。

3.3 鼓勵學(xué)科交叉,科研反哺教學(xué)

隨著我國碳中和政策的逐步推行,環(huán)境行業(yè)將發(fā)生重大變化,并迅速發(fā)展。同時,各專業(yè)之間的交叉也會日益增多,培養(yǎng)學(xué)生的方式也會更加多元化。在本科生中實(shí)施“學(xué)業(yè)導(dǎo)師”制度,以鼓勵更多的優(yōu)秀學(xué)生在大學(xué)初期就開始從事“雙碳”知識的研究和學(xué)習(xí)。鼓勵老師根據(jù)自身專業(yè)領(lǐng)域,組織和指導(dǎo)學(xué)生參加環(huán)保社會實(shí)踐、“雙碳”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、節(jié)能減排大賽、挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽,組織學(xué)生進(jìn)行課題研究,并將新理論、新方法、新進(jìn)展介紹給學(xué)生。

4 結(jié)語

“雙碳”發(fā)展的方向是引領(lǐng)性和系統(tǒng)性的綠色低碳發(fā)展,能夠?yàn)閲业沫h(huán)境質(zhì)量和工業(yè)發(fā)展提供多種可能性,有助于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的綠色轉(zhuǎn)型,促進(jìn)我國綠色生產(chǎn)模式的形成,促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)和社會的高質(zhì)量發(fā)展。在“雙碳”的背景下,大學(xué)生不僅要具備一定的專業(yè)知識,良好的職業(yè)素質(zhì),還需要具備“雙碳”相關(guān)的知識,才能適應(yīng)時代的發(fā)展。環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)與碳的監(jiān)測、計量等息息相關(guān),為培養(yǎng)學(xué)生基本操作能力、科研素質(zhì),激發(fā)創(chuàng)新思維提供了強(qiáng)大的平臺。本文就“雙碳”背景下環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程大綱、課堂教學(xué)方式、考核方式的改革等進(jìn)行思考和探索,做到以學(xué)生為中心并不斷進(jìn)行改進(jìn)。通過知識體系的調(diào)整和拓展,提高環(huán)境類專業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和在未來職場的競爭力,滿足“雙碳”戰(zhàn)略背景下環(huán)境保護(hù)事業(yè)對環(huán)境類專業(yè)人才的培養(yǎng)需求。