環(huán)境監(jiān)測實驗課程建設探討

段鳳魁， 余 剛， 黃 俊

(清華大學 環(huán)境學院，北京100084)

0 引 言

隨著我國經濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，環(huán)境污染所引發(fā)的諸多問題日益復雜化并引起國際社會的普遍關注。面對這一現(xiàn)狀，培養(yǎng)研究型、復合型創(chuàng)新人才成為當前高校環(huán)境專業(yè)人才培養(yǎng)的重要目標。實驗和實踐教學則是實現(xiàn)這一人才培養(yǎng)目標的重要途徑和環(huán)節(jié)［1-2］。作為高校環(huán)境專業(yè)學生的必修課，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、應用性強。即:既涉及化學學科和生物學科一些基本知識和技能，又要對水、氣、固等不同環(huán)境介質的特點有所了解，從而充分掌握相應的各種測定方法并加以應用。因此，環(huán)境監(jiān)測課程在環(huán)境學科人才培養(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化學基本操作技能進行鞏固和運用，更重要的是，通過該課程，促使學生養(yǎng)成良好科研習慣，培養(yǎng)學生的科研思維及創(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)課學習以及后續(xù)的科研訓練、科學研究打下堅實基礎。

清華大學自上世紀90 年代設置環(huán)境監(jiān)測課程以來，經過多年的建設與探索，已經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卻難以實現(xiàn)的環(huán)節(jié)。在985 二期經費、校教學經費等的大力支持下，環(huán)境學院成立了“環(huán)境科學與工程實驗實踐教學中心”，并對實驗場地進行了大規(guī)模擴建，對儀器設備進行了大量補充。目前已經形成了硬件設施一流、師資力量雄厚、管理水平先進的實驗教學中心［5-9］，于2009 年被評為“國家級實驗教學示范中心”。

盡管我校環(huán)境監(jiān)測課程已經取得了不少建設成果，然而，為了更好地適應我國環(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)進行改革與完善，使其更好地為培養(yǎng)高質量環(huán)境專業(yè)人才服務［10］。目前國內高校環(huán)境專業(yè)大多設置了環(huán)境監(jiān)測課程，課程類型一般為必修課。我們調研了國內十幾所重點高校環(huán)境監(jiān)測實驗實踐教學情況，并從課時與學分、課程類型、實驗項目設置等幾方面進行了比較。以期通過比較，取長補短，使我校環(huán)境監(jiān)測實驗教學更上新臺階。

1 高校環(huán)境監(jiān)測實驗教學特點與存在問題

從調查結果來看，目前國內重點高校在環(huán)境監(jiān)測實驗實踐教學建設上存在以下特點:

(1)實驗類型設置較全面，但實驗項目數(shù)及實驗內容差別較大。各高校環(huán)境監(jiān)測實驗項目類型主要包括基礎型、綜合型兩大類，能夠兼顧基礎訓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)高校結合校園環(huán)境質量監(jiān)測開展實驗訓練，但不同高校對該類實驗的分類不同。如清華大學將校園環(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)，結合真實校園環(huán)境，由學生自由組合、自主選題，經過文獻調研、與教師和助教討論確定實施方案，于夏季學期一周內完成實驗方案，并進行匯報展示，以獲得最終成績。通過這種形式，使學生受到了從選題到成果匯報整個過程的完整訓練，為以后順利開展SRT 項目乃至研究生階段打下了良好基礎。

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。如同濟大學將SRT 項目作為一類創(chuàng)新型實驗，與基礎型、綜合型實驗并列;清華大學、浙江大學、哈工大等實驗教學中心則將SRT 項目作為課外科技創(chuàng)新或實踐活動。

(2)重視教學管理，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)境實驗教學中心這一模式實現(xiàn)實驗教學的運行與管理，包括承擔和安排全部(本科、研究生)實驗教學任務、由專職實驗教師進行實驗課程的建設及實驗室維護，等等。多數(shù)實驗教學中心在硬件設施上投入很大，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。這些分析儀器的配置，極大促進了研究型、創(chuàng)新型環(huán)境監(jiān)測實驗項目的開設。但由于課時限制，這些先進設備在環(huán)境監(jiān)測實驗上的應用還比較有限。

(3)正式出版實驗教材嚴重不足。這是各高校環(huán)境監(jiān)測實驗教學中普遍存在的問題。目前絕大多數(shù)高校都是根據自己的實際情況，結合《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》等經典教材或標準指南而自編形成實驗講義，僅有少數(shù)大學如南京大學正式出版了環(huán)境監(jiān)測實驗教材。因此，如何結合我國環(huán)境監(jiān)測學科發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，編著出優(yōu)秀的實驗教材是當前亟需解決的問題。

2 環(huán)境監(jiān)測實驗課程建設探討

2.1 大力促進科研成果的轉化，增加綜合型實驗

隨著環(huán)境污染形勢日益嚴峻，許多環(huán)境科學問題暴露出來。這些問題的存在在一定程度上促進了環(huán)境學科的發(fā)展。把成熟或具有創(chuàng)新性的科研成果與內容轉化為實驗教學項目，是提高學生科研興趣，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 學分、48 學時，其中實驗課占1 學分、16 學時。該課程開設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 年對實驗項目進行了調整，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的測定;根據近10 年在有毒有害污染物監(jiān)測方面的進展，并增加了固體中有害物質的測定，使得實驗項目覆蓋了水、氣、固等不同領域，即包括:水的物理性質、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)、化學需氧量、生化需氧量及總懸浮顆粒物等5 個指標的測定，我們要求學生以實際污水管道廢水為研究對象，在規(guī)定的課時內完成“實際污水水質的綜合測定”。通過該綜合實驗，使學生在掌握基本原理與操作的同時，提高了實驗與科研興趣，并對水質污染有了全面的認識。“固體中有害物質的測定”可根據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、二惡英等進行測定。以近10 年來我院在大氣污染領域的研究成果為基礎，我們設立了“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。該實驗目的是:①讓學生掌握某類固體研究對象的采樣方法;②了解傳統(tǒng)固體物質的前處理方法，同時學會最新的快速提取技術，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實驗項目。今后我們將結合當前環(huán)境污染現(xiàn)狀，緊跟科研發(fā)展前沿，大力促進科研內容及成果向教學的轉化，增設綜合型實驗項目，使其基本覆蓋水、氣、固、噪聲與輻射等重要領域。

2.2 將先進監(jiān)測與分析儀器引進實驗教學

近10 年來，在國家的大力支持下，環(huán)境學科發(fā)展迅猛，科研綜合實力不斷增強。與此同時，經濟的高速發(fā)展導致了嚴峻的環(huán)境污染形勢，從而對環(huán)境學科的發(fā)展提出了更高的要求。以此為背景，我校環(huán)境學院加速科研硬件建設，在985、211、專項經費以及外界捐贈、自籌等多方經費支持下，逐步建成了由“環(huán)境分析與測試平臺”、“環(huán)境生物技術平臺”、“環(huán)境材料平臺”、“環(huán)境信息平臺”和“質量檢測中心”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-哈希水質監(jiān)測聯(lián)合實驗室”能夠提供多種先進的便攜式在線水質分析儀，已在開展項目訓練課“校園環(huán)境質量監(jiān)測”方面發(fā)揮重要作用。為適應日益發(fā)展的科研形勢，應當結合理論課程內容，編制出有特色的實驗項目，將色譜、質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。

2.3 加快實驗教材編寫與出版

結合理論課程體系及國家環(huán)境監(jiān)測相關標準，編寫正規(guī)實驗教材是當前環(huán)境監(jiān)測實驗教學的重要任務。教材應該既能涵蓋經典實驗，又能反映最新學科與社會發(fā)展需求;使學生既能學習到專業(yè)基礎知識，又能掌握最新監(jiān)測技術與方法。

3 結 語

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