環境監測實驗課程教學體系的優化與教學方法改革

摘 要:環境監測實驗是環境工程專業一門重要的實驗課程，對訓練環境工程專業學生的實踐技能具有重要意義。根據環境監測技術的發展和社會對環境監測人才的要求，結合我校環境監測實驗教學存在的問題，對環境監測實驗課程體系和教學方法進行改革。通過合理構建課程體系、編寫具有啟發性的實驗教材、探索新穎的教學方法、改革教學模式、改進考核方法等措施，提高環境監測實驗教學質量，提高學生的實踐技能。

關鍵詞:實驗教學 環境監測 教學方法 教學改革

中圖分類號:G420 文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2011)07(b)-0023-02

環境監測是環境科學的一個重要的分支學科，也是環境工程學的重要基礎，因此，很多高校將環境監測作為環境工程專業的學科基礎課[1]。環境監測也是一門實踐性很強的應用型課程，既需要學生通過大量的實驗來掌握和鞏固所學的理論知識，也需要學生通過環境監測實驗課的系統訓練，扎實掌握污染物的監測分析技術，這對于環境工程專業人才的培養具有重要意義。

為了突出環境監測課程實踐性強的特點，我校在制定環境工程專業教學計劃時，合理地調整了理論教學和實驗教學時數的比例，適當縮減理論教學時數，增加實驗教學時數，并將《環境監測實驗》作為獨立設置的實驗課，總學時為40學時。考慮到近年來環境監測技術的發展和社會對環境監測技術人才的要求，我們認為《環境監測實驗》課程的教學，尚存在教學內容陳舊且不系統、教學方法過于單一、教學過程控制不夠科學等方面的不足，因此，我們對環境監測實驗課程體系和教學方法的改革進行研究和探索。

1 課程體系的優化

隨著科學技術的發展和公眾對環境保護要求的日益提高，我國環境監測技術將呈現以有機污染物監測為主，向痕量乃至超痕量分析、連續自動化和現場快速分析的方向發展的趨勢，電子計算機和網絡將在監測全過程中得到廣泛的應用。這就要求學生除了要掌握傳統的監測分析技術外，還應了解和掌握環境監測新技術，掌握高精密度的大型分析儀器的操作方法，只有這樣，才能適應痕量及超痕量分析的要求，還要掌握連續自動監測儀器的原理和操作方法以及計算機在環境監測中的應用，從而適應連續自動分析的要求。針對這些要求，在實驗內容的設置上重點考慮以下幾個方面。

1.1 完善常規監測項目

目前，常規監測仍然是我國環境監測部門的主要任務。因此，選擇有代表性的常規監測項目作為實驗內容，并使常規監測項目覆蓋大氣、水、土壤環境監測及噪聲監測，我校選定的環境監測實驗項目主要有:化學需氧量的測定、生化需氧量的測定、水中油分的測定、水中揮發酚的測定、水中氨氮的測定、大氣中氮氧化物的測定、大氣中二氧化硫的測定、大氣中TSP的測定;土壤中重金屬含量的測定(原子吸收分光光度法)、環境噪聲測量與評價。

上述的常規監測項目全部采用國家標準分析方法。通過這些實驗項目的實施，使學生掌握常規分析儀器的操作技術、掌握國標法測定常規監測項目的操作規范。

1.2 增加有機污染物分析項目

目前，我國主要采用化學需氧量(COD)或生化需氧量(BOD)來反映有機物污染的程度，而環境中一些難氧化的有毒有機污染物，很難用COD來衡量。因此，監測項目應擴展到人們普遍關注的、包括殘留農藥在內的持久性有機污染物的監測分析。為了適應環境監測技術發展的要求，我們增設了有機污染物的監測項目，如:氣相色譜法測定水中苯系物、高壓液相色譜法測定水中農藥含量等。

1.3 增加使用大型監測儀器的實驗項目

目前，在環境監測中，對污染物的監測分析多采用化學分析和儀器分析兩大類方法。儀器分析具有簡便、快速、靈敏、易于實現自動化和與計算機連用等特點，是環境樣品分析中必不可少的工具[2]。尤其是有毒有害物質在環境中的含量通常是痕量甚至超痕量水平的，要檢測和控制這類污染物，就必須使用高精密度的大型分析儀器，因此，隨著環境監測技術的發展，在常規監測中，大型儀器的作用越來越重要。為此，我們增設了使用原子吸收光譜儀、氣相色譜儀、高壓液相色譜儀和離子色譜儀以及TOC測定儀等大型分析儀器的實驗項目，并且在教學過程中讓學生親自動手操作，使其熟悉儀器的性能和用途，熟練操作儀器，以便畢業后能很快適應環境監測崗位的要求。

1.4 增加綜合性、設計性實驗

綜合性實驗一般是綜合了很多知識點的、相對比較復雜的大型實驗，要求學生綜合運用所學的專業知識和多種實驗技能來完成實驗。設計性實驗要求學生針對某一選題，通過查閱文獻資料自己設計實驗方案，相對獨立地完成實驗。因此，綜合性、設計性實驗有助于培養學生的綜合分析問題、解決問題的能力，有助于強化學生的創新意識和實踐能力[3～5]。為此，我們增設了環境噪聲測量與評價、校園空氣質量監測兩個綜合設計性實驗。在環境噪聲測量與評價實驗中，要求學生自主設計實驗方案，完成監測區域的選擇、監測布點、噪聲級的測量、數據處理各個環節，最后通過繪制噪聲污染圖，綜合評價監測區域的噪聲污染狀況，并分析主要噪聲來源，嘗試提出控制該區域噪聲污染的措施。校園空氣質量監測實驗要求學生首先通過查閱資料了解目前我國計入空氣質量指數的項目有哪些，掌握這些項目的采樣方法和分析方法，并且掌握利用這些項目的監測結果確定空氣質量狀況的方法，然后設計實驗方案，并按實驗方案在校園進行合理的監測布點采樣、對樣品進行分析，最后按照空氣質量指數的計算方法，確定監測區域的空氣質量指數、首要污染物、空氣質量等級和空氣質量狀況。

2 編寫有啟發性的實驗教材

由于環境監測項目繁多，每個監測項目又有多種可供選擇的分析方法，因此，各高校《環境監測實驗》的內容體系差異較大，可供選擇的正式出版的《環境監測實驗》教材不多，多數高校基本上都是采用自編講義。為此，我們結合本校《環境監測實驗》所開設的實驗項目及實驗室儀器設備情況，并參照相關教材及國家環境監測分析方法標準，編制了內容新穎、適于培養學生思維能力和創新能力的《環境監測實驗》教材。在教材編制過程中主要從如下三個方面進行改革。

2.1 將新技術、新方法引入教材

我校使用的環境監測實驗講義，已經使用8年未作修訂，有些實驗內容陳舊、實驗手段落后，涉及的知識面不夠寬。為了使學生的知識視野能跟上學科的發展，我們把環境監測的新技術、新方法和新規范引入教材，豐富教學內容。

2.2 強化實驗目的與意義

現有的實驗教材基本上遵循“實驗原理-儀器與試劑-測定步驟-計算（或數據處理）”的模式，這種教材讓學生只知道怎么做實驗，而不知道為什么要做這個實驗，做了這個實驗對自己有什么收獲？由于學生對實驗意義的認識不足，會導致學生積極性不高，“機械地”做實驗。我們在教材中增加前言部分，在前言明確實驗目的與意義，闡述測定這一污染指標的意義何在，綜述該污染指標的各種測定方法、各方法的優缺點、適用范圍及發展趨勢。讓學生了解為什么要做這個實驗，通過這個實驗會使他們掌握什么實驗技能、學會操作什么儀器設備，以此提高學生做實驗的主動性，并能使其鞏固理論課上所學知識，收到融會貫通、舉一反三的效果。

2.3 合理設置思考題，啟發學生思維

教材中的思考題，圍繞著實驗過程可能出現的異常情況的原因、實驗成敗的關鍵、實驗操作過程中的難點與重點、實驗中用到的各種試劑的作用是什么等內容進行設問。例如，在COD的測定實驗中設置的思考題有:在水樣消解過程中，燒瓶中溶液變為綠色的原因是什么？出現這種情況應如何處理？在水樣中加入濃硫酸-硫酸銀和硫酸汞的目的是什么？加入濃硫酸-硫酸銀時為什么要在開啟冷凝水后并從冷凝管上口緩慢加入？通過合理地設置思考題，啟發學生在實驗前的預習過程中有針對性地思考問題，然后帶著問題和研究問題的興趣來進行實驗，有利于激發學生的實驗興趣、收到良好的實驗效果，提高教學質量。

3 教學方法的改革

3.1 注重全過程技能訓練

環境監測全過程包括監測方案的制定-監測布點-采樣-樣品保存-樣品的前處理-分析測試-數據處理-報告監測結果。任何一個環節的失誤都會影響環境監測結果的準確性。因此，在環境監測實驗教學中不能只讓學生在實驗室利用老師準備好的藥品、環境樣品進行驗證性實驗，而要讓學生參與環境監測全過程，使學生掌握環境監測各個環節的實踐技能。對于COD、BOD、氮氧化物、二氧化硫、TSP的測定實驗以及環境噪聲測量實驗均要求學生按照監測布點、采樣、樣品保存、樣品的前處理、分析測試、數據處理和監測結果分析全過程進行實驗。

3.2 嚴格進行預習檢查

嚴格要求學生在每次實驗之前認真閱讀實驗講義，并寫出預習報告。為避免預習過程流于形式。重點注意以下三個方面:第一，要求學生通過預習了解實驗步驟和實驗中要注意的事項，避免在實驗過程中一邊看講義一邊做實驗，結果因手忙腳亂而導致操作失誤。第二，要求學生通過預習要思考每一步為什么要這樣做，如果不這樣做，結果會怎樣？也要對講義中列出的思考題進行思考。第三，教師要在實驗開始前檢查學生的預習效果。比如，在實驗前就實驗原理、實驗操過程應重點注意的問題以及思考題等內容進行提問，根據學生回答的情況進行講評并記入平時成績。這樣，既講解了知識點，又抽查了學生的預習情況。對學生的預習情況進行抽查，并與平時成績掛鉤，可提高學生預習的主動性和預習效果，從而提高實驗教學質量。

3.3 嚴格規范實驗操作

教師在教學過程中，要特別重視對學生進行操作規范化和標準化訓練。如藥品的稱量、溶液的移取、滴定操作、儀器的調試與操作以及藥品的擺放、實驗臺面的整潔等均要做到規范化和標準化。教師在課堂上不斷巡視，及時糾正學生的不當操作，并要使其認識到錯誤操作可能引起的危害，從而自覺養成按規范操作的良好習慣。

3.4 采用啟發式教學方法

在實驗課堂上，教師在對實驗原理、操作方法等進行精講的同時，積極采用啟發式教學，多提問、多啟迪，鼓勵學生獨立地完成實驗操作。教師在實驗課堂上只是扮演答疑、解惑的角色，而不直接地把做什么、怎樣做告訴學生，通過引導學生思考，讓學生自己找到答案。在課堂上，我們通常組織學生展開討論，通過討論啟發學生思維，提高學生分析問題、解決問題的能力。

3.5 嚴格實驗數據的審核，培養學生實事求是的科學作風

教師在教學過程中反復向學生強調實驗數據的重要性。要求學生在寫預習報告時就設計好實驗數據的原始記錄表，實驗過程中實事求是地將實驗數據記錄在原始記錄表中，實驗結束時由指導教師在原始記錄表上簽字確認后學生方可離開實驗室。教師批改實驗報告時，要審查學生是否改動了實驗紀錄，一經發現有改動實驗記錄的情況要嚴肅處理，以便杜絕學生不認真做實驗、抄襲他人實驗數據或隨意篡改實驗數據的不良現象，培養學生嚴肅認真、實事求是的科學作風。

3.6 及時進行實驗總結與點評

實驗結束后，教師認真評閱實驗報告，并在報告本上詳細記錄每個學生在實驗報告的規范性、實驗數據處理、實驗結果與分析、思考題的回答等方面存在的問題和錯誤，并將這些信息及時反饋給學生。并在下次實驗開始之前，抽出適量時間進行一次集體點評，使學生知道錯在哪里、出錯原因以及正確答案，通過這種反饋性總結使學生真正有所收獲。

3.7 強調計算機在環境監測實驗中的應用

隨著環境監測技術的發展，電子計算機在監測全過程中已得到廣泛應用。因實驗室條件有限，暫時無法讓學生親自實踐由計算機控制的連續自動監測實驗，我們從計算機在環境監測數據處理中的應用入手，使學生了解和重視計算機在環境監測中的應用。例如，以往在環境監測實驗中，學生利用坐標紙作圖繪制標準曲線，通過手工計算進行數據處理。現要求學生一律采用Origin、Excel等軟件進行數據處理、繪制標準曲線。此外，在空氣質量監測實驗中，要求學生利用學過的計算機程序語言編寫簡單的計算程序來計算空氣質量指數。

4 改進考核方法

實驗課與理論課不同，不能僅以閉卷筆試成績對學生的學習做出評價。針對環境監測實驗課程的教學，我們改進了考核方法。即，將學生的預習、課堂操作、實驗報告、期末考試(筆試或口試、實際操作考試)等成績加權評定總成績。預習成績主要根據預習報告與課堂回答問題情況給出，課堂操作成績主要根據操作的規范性給出，實驗報告成績根據實驗報告中原始數據記錄的規范性、實驗結果的準確性、數據處理的正確性、對實驗結果分析的合理性、實驗報告寫作規范性、回答思考題的正確性等方面綜合評分。對綜合設計性實驗還要考查實驗方案是否合理、思路是否清楚以及實驗任務的完成情況。期末實際操作考試是非常重要的一環。在進行期末實際操作考試時，事先不告訴學生考察內容，學生進入考場后方知考核題目，要求學生在限定的時間內完成操作，主考教師視操作情況客觀地給出成績。這樣，平時不認真動手操作的學生不可能考出好成績，這就迫使學生認真對待實驗教學環節。事實證明，改進實驗課程考核方法，是提高環境監測實驗教學質量的有力措施。

5 結語

優化教學內容體系是搞好專業實驗教學、提高教學質量的前提。隨著環境監測技術的不斷發展，《環境監測實驗》教學內容體系的改革需要不斷地探索。特別是要把實驗教學與教師科研緊密結合，堅持實驗選題的更新以教師科研為基礎，真正做到科研反哺教學，采用最新的科研成果不斷優化課程體系。同時，要探索新穎的教學方法，改進實驗教學模式，最大限度地發揮學生的自主學習積極性和創造性，強化學生的主體地位，切實提高環境監測實驗教學水平。

參考文獻

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[4]張東，王明仕.環境監測課程實驗教學改革初探[J].中國現代教育裝備，2008(7):80～81.

[5]郭翠花.環境監測實驗教學改革初探[J].實驗科學與技術，2008，6(2):101～103.

①作者簡介:陳芳艷(1967～):女，湖南衡陽人，工學碩士，教授，主要從事水污染控制技術的教學與科研。