環境監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境工程學院，湖北 武漢 430415）

環境監測是環境工程專業的一門專業主干課，而配套的環境監測實驗是環境監測教學中相當重要的組成部分。傳統的環境監測實驗模式單一，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測項目的實驗目的、實驗原理、然后根據國標的實驗內容、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造性的培養，也很難適應今后畢業崗位環境監測實際工作的需求，因此，改變單一的、以驗證為主的傳統教學模式，開設綜合性設計性實驗是環境監測實驗教學發展的趨勢。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，我們結合本課程的實際，以未來就業崗位需求為導向，進行了環境監測綜合實驗教學改革與探索。目前我校環境工程專業人才培養方案已加入環境監測綜合實驗這門課程，40學時，2個學分，在環境監測實驗結束后獨立設課，獨立學分。該課程主要學習環境監測方案的設計、環境調查、數據分析與處理、環境監測及評價等知識。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，培養學生的自主創新意識，鞏固和加深學生的理論知識，提高大氣、水、土壤、聲環境質量監測技能，培養學生嚴謹的科學作風、團隊合作能力以及分析問題、解決問題的能力。

1 環境監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、提醒和監督的作用。學生從中學到科學研究的工作方法，養成以科學的眼光觀察事物和進行學習的習慣，學生的創新精神和創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、噪聲的現場調查方法，學習典型監測任務的監測項目的確定，學習監測站點的布設方法以及監測方法的比較確定；完成校園大氣、水質、土壤、噪聲的監測方案的制定、完成校園大氣環境、水質環境、土壤環境、聲環境的評價報告。本實驗課共40學時，在理論課程及配套的環境監測實驗結束后安排2周的時間開展，這種集中教學、單獨授課的模式突出了環境監測實驗的重要性，也提升了學生在實驗教學過程中對環境監測全過程的綜合技能訓練能力。

2 環境監測綜合實驗教學過程

2.1 實驗方案的設計階段

環境監測綜合實驗由于涉及內容多，每個監測方向分析的項目和指標都比較多，學生需要分工協作才能更好地完成。所以學生分組人數一般為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測、校園土壤環境質量監測、校園大氣環境質量監測和校園噪聲環境質量監測。學生現場抽簽，決定監測方向。根據所抽取題目到現場進行調查，了解監測對象—校園水體、土壤、空氣、噪聲等環境的基本情況。在充分調研的基礎上再從監測目的、采樣布點、監測項目選擇、監測方法確定、數據分析方法等方面制定出合理的監測方案。以地表水水環境監測為例，要求學生對學校晨光湖、問天湖等景觀水體進行水質監測，了解學校景觀水體水環境質量狀況，為學校景觀湖的治理與保護提供必要的數據。學生運用環境監測課程理論知識首先對景觀水體進行現場調查，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，然后制訂水體監測方案，確定采樣點、監測頻次、監測項目、分析方法等。最后每組匯報自己的監測方案，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，尤其對監測項目中必測項目和選測項目進行把關，根據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現問題、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，校園水質監測和土壤監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的一些狀況，并相互交流經驗。指導老師通過了解情況，及時掌握學生實驗動態，對出現的問題啟發誘導，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。以校園土壤環境監測為例，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測、實驗數據處理與分析、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，了解農田土壤的類型、土壤環境背景值、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、使用農藥、化肥的累積情況等資料；第二次課學生要制定監測方案，確定監測內容和實驗項目，然后根據《土壤環境監測技術規范》對農田土壤進行布點、采集及土壤樣品的風干；第三次課學生根據土壤檢測標準正確選擇土壤指標監測方法，根據選擇的監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，實驗數據分析主要考查學生對監測數據的處理能力和對結果的分析能力，以及對數據處理軟件如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，專業教師指導為輔，最大程度激發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理論知識解決實際問題的能力。

2.3 環境監測綜合實驗的主要內容

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

表1 環境監測綜合實驗監測的主要內容

2.4 環境監測綜合實驗考核辦法

環境監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、平時操作技能表現和實驗結果等。每一個環節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據處理與評價、報告闡述和報告格式三個方面來評價。其中數據處理與評價主要考查學生監測數據是否真實，數據處理過程是否詳細，是否對監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、字體是否規范。課程答辯由每組成員做PPT進行匯報，然后老師根據小組匯報的主要內容進行提問，學生作答，根據回答問題的準確情況進行評分。

2.5 環境監測綜合實驗教學效果

2012年我校環境工程專業獲批為我校第一批湖北省一流本科專業，根據一流專業要求，我們加大實踐教學環節，注重學生動手能力的培養，增設了環境監測綜合實驗，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。通過討論和教師指導后，問題得到有效的解決。環境監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、自覺性和設計創新能力，把所學的基本操作技術系統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。以校園空氣監測為例，通過對校園空氣質量進行監測，鞏固了學生大氣污染控制工程及環境監測的專業理論知識，熟悉大氣環境監測從布點、采樣、樣品處理、分析測試、數據處理到分析評價等一系列整套工作程序，為學生以后畢業論文及畢業后盡快適應實際工作打下良好基礎。另外其監測結果對全面反映校園空氣環境質量現狀及其發展趨勢，提出對策和建議來保護校園及其周邊的空氣環境提供了數據支持，對學校污染源的控制及環境規劃提供了科學依據，有較強的現實指導意義。環境監測綜合實驗讓學生掌握了方案制定、監測項目的確定、采樣點的設置、采樣方法、樣品的分析測試、監測數據處理及環境質量評價等有關環境監測的全過程，極大地啟發學生自覺地將課本知識進行轉化。

3 環境監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性有機物的測定，土壤中農藥含量的測定在實驗室不能完成。傳統的實驗室運行管理模式在時間上不夠靈活機動，而環境監測綜合實驗是一個連續監測的過程，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，作為實踐人才培養主陣地之一的實驗室，我們應與時俱進，改革創新，加大實驗室開放力度，為實踐人才和創新人才培養提供良好的平臺。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、數據處理、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、數據處理和分析方法，報告的撰寫規范以及實驗過程中注意事項和關鍵環節等內容，對學生薄弱環節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

環境監測綜合實驗有效地把環境監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，真正實現以學生為主體，教師為主導的新型教學形式，體現出以知識和基本技能為基礎性內容、創新能力培養為中心的思想。對環境監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。環境監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，培養學生的創新能力方面，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。