趙金娟,宋春風(fēng),哈 瑩
(天津大學(xué) a.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;b.室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量控制天津市重點實驗室,天津 300350)
新工科是以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)同與共享為主要途徑,培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。面對日益突出的環(huán)境問題,全世界都在積極應(yīng)對。黨的十九屆五中全會擘畫了我國未來發(fā)展的宏偉藍(lán)圖,將“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)列入“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)。這更加要求環(huán)境保護(hù)工作者具備高素質(zhì)的專業(yè)技能。作為人才培養(yǎng)搖籃的高等院校,環(huán)境技術(shù)人員的培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。“環(huán)境監(jiān)測實驗”作為環(huán)境類專業(yè)的必修課程,授課教師必須按照新工科的理念對傳統(tǒng)實驗內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和改革,以達(dá)到新工科創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。
目前,國內(nèi)高校“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程的多數(shù)實驗基本上以演示實驗和驗證實驗為主。授課模式通常為每節(jié)課教師先用十幾分鐘介紹實驗?zāi)康摹⒃怼⒉襟E、藥品和操作注意事項等[2]。實驗所需的樣品通常為教師配置單一成分的分析樣品,實驗所需試劑均由教師提前配制,學(xué)生按照實驗講義規(guī)定方法進(jìn)行操作。整個過程很少主動思考,是機械式、按方抓藥式的,與環(huán)境監(jiān)測的實際情況相差也很大。這種實驗方式既不能調(diào)動學(xué)生的積極性,也不能培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力,更毫無創(chuàng)新性培養(yǎng)可言[3]。
按照目前“環(huán)境監(jiān)測實驗”安排,學(xué)生會誤認(rèn)為環(huán)境監(jiān)測實驗僅僅局限于樣品污染物分析這一單一環(huán)節(jié),容易給學(xué)生造成環(huán)境監(jiān)測僅用化學(xué)分析、儀器分析手段測試環(huán)境樣品這樣的狹隘認(rèn)識,無法讓學(xué)生認(rèn)識到對于環(huán)境監(jiān)測而言,區(qū)域環(huán)境中監(jiān)測點位、監(jiān)測時間、監(jiān)測頻率的確定是獲取環(huán)境中污染物代表性結(jié)果的關(guān)鍵[4]。大多數(shù)環(huán)境監(jiān)測實驗得到的結(jié)果多為某目標(biāo)物的濃度,對于檢測結(jié)果是否能準(zhǔn)確反映環(huán)境對象的質(zhì)量則不得而知。
“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程的評價方式比較單一,一般單純考慮考勤和實驗報告,而忽視對實驗過程的考核[5],造成有些學(xué)生只是簡單地完成實驗報告,甚至存在抄襲實驗報告的現(xiàn)象。這種評價方式導(dǎo)致學(xué)生不重視實驗課,應(yīng)付了事。另外,學(xué)生只是按照課本機械地、照方抓藥式地完成實驗,而忽略了綜合運用知識能力及解決實際問題能力的培養(yǎng),很難調(diào)動學(xué)生的積極性,不能滿足就業(yè)和社會對應(yīng)用型人才的需求。
為適應(yīng)新工科發(fā)展需要,提升學(xué)生對于環(huán)境監(jiān)測全過程的認(rèn)識和實踐能力,讓學(xué)生認(rèn)識到對于環(huán)境監(jiān)測而言,區(qū)域環(huán)境中監(jiān)測點位、監(jiān)測時間、監(jiān)測頻率的確定以及樣品采集也是環(huán)境監(jiān)測工作的一部分,不再片面地認(rèn)為環(huán)境監(jiān)測只是利用分析手段分析單一成分的環(huán)境樣品,讓學(xué)生在實驗過程中加深對知識點的掌握,提升分析問題、解決問題的能力。可以從學(xué)生身邊熟悉的問題著手,選擇既有當(dāng)前熱點環(huán)境問題同時又體現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測實驗內(nèi)涵的實驗項目,比如校園內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、教室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測等實驗項目,依靠綜合設(shè)計性實驗對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測全流程訓(xùn)練。
依據(jù)綜合設(shè)計實驗項目,將環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測方案的制訂納入“環(huán)境監(jiān)測實驗”教學(xué)活動之中(見圖1),讓學(xué)生通過現(xiàn)場調(diào)查和資料收集了解目標(biāo)區(qū)域環(huán)境特點,分析污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程,自主制訂監(jiān)測方案[3]。教師引導(dǎo)學(xué)生運用“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程所學(xué)知識及《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境實際情況,確定監(jiān)測項目與監(jiān)測點位的布設(shè),合理安排采樣時間和頻率,選擇采樣方法和分析檢測方法,制定質(zhì)量控制和保障措施,結(jié)合環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對監(jiān)測環(huán)境進(jìn)行評價[6]。

圖1 環(huán)境監(jiān)測實驗方案
學(xué)生設(shè)計完成實驗方案,教師組織實驗方案的匯報交流答辯會議,各小組匯報本組設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測方案,指導(dǎo)教師和其他學(xué)生一起對匯報的環(huán)境監(jiān)測實驗方案進(jìn)行交流、提問、論證,各小組的環(huán)境監(jiān)測實驗方案經(jīng)過匯報、討論、論證后,組內(nèi)依據(jù)交流討論意見再次完善監(jiān)測方案[4],最終形成比較完善的設(shè)計方案。此環(huán)節(jié)能使學(xué)生從認(rèn)識上整體把握環(huán)境監(jiān)測工作全流程,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合運用能力、解決問題能力、溝通協(xié)作交流能力和匯報表達(dá)能力等。
學(xué)生依據(jù)前期的環(huán)境監(jiān)測實驗方案進(jìn)行采樣、樣品保存、樣品預(yù)處理、樣品分析檢測的實驗環(huán)節(jié)。全流程的環(huán)境監(jiān)測實驗加入了樣品采集、樣品保存環(huán)節(jié),改變了以往局限于樣品中污染物分析檢測的實驗教學(xué)內(nèi)容,改變了學(xué)生對環(huán)境監(jiān)測實驗的認(rèn)識。同時,改變了以往僅分析單一環(huán)境樣品的實驗內(nèi)容,促進(jìn)學(xué)生掌握復(fù)雜環(huán)境樣品中目標(biāo)污染物分析檢測的方法,為日后工作打下了基礎(chǔ),提升了環(huán)境監(jiān)測工作素養(yǎng)。
目前,大多數(shù)環(huán)境監(jiān)測實驗得到的結(jié)果為某目標(biāo)物的濃度,對于檢測結(jié)果能否準(zhǔn)確反映環(huán)境對象的質(zhì)量則不得而知。筆者所采用的綜合設(shè)計實驗前期方案能有效解決這一問題,針對不同的環(huán)境要素,如生活污水、地表水、土壤、空氣等選擇不同的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價,改變以往實驗課程只是對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析的教學(xué)現(xiàn)狀,注重培養(yǎng)學(xué)生基于國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范對環(huán)境監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行正確、客觀表達(dá)的能力[6]。
規(guī)范綜合設(shè)計實驗報告的內(nèi)容應(yīng)包括以下幾點:一是環(huán)境監(jiān)測實驗方案;二是現(xiàn)場監(jiān)測采樣,做好現(xiàn)場監(jiān)測采樣的原始記錄、樣品編號和樣品預(yù)處理、樣品運輸保存等;三是實驗室分析檢測,實驗原理、實驗步驟、實驗結(jié)果(原始數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理);四是環(huán)境質(zhì)量評價,依據(jù)特定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),選擇合適的評價方法對環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行初步評價。
目前,“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程一般采用“考勤+實驗報告”或“考勤+實驗報告+考試”的評價形式,忽視了對實驗過程的考核[7]。新工科背景下,為適應(yīng)社會和行業(yè)需求,必須改革“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程的評價方式,注重對實驗過程的評價,以及對學(xué)生綜合運用知識分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新能力的評價。
為加強實驗過程考核,特在實驗小組中引入PI制。目前實驗課程雖然存在分組,但是沒有設(shè)置組長,實驗過程中有些學(xué)生會渾水摸魚,基本不參與實驗過程,最后只是抄寫實驗報告。通過引入PI機制,可以提高學(xué)生的積極性。在原有分組基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,基于學(xué)生自愿原則,自發(fā)組成實驗小組[8]。每次實驗各小組成員推選出組長,組長統(tǒng)籌負(fù)責(zé)實驗中各組員的分工。實驗結(jié)束后,各組員給組長打分,組長給各組員打分。此部分成績會以一定比例計入學(xué)生的綜合成績中。通過這種PI制的實驗團隊,每個學(xué)生都能主導(dǎo)實驗過程,提高了學(xué)生的實驗積極性,同時培養(yǎng)了學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力及領(lǐng)導(dǎo)能力。
環(huán)境監(jiān)測實驗主要有驗證型、演示型和綜合設(shè)計型三種,依據(jù)不同類型的實驗采取不同的評價方式進(jìn)行分類評價。演示型實驗和驗證型實驗中,學(xué)生成績由以下3部分組成。實驗預(yù)習(xí)部分占比40%,以預(yù)習(xí)報告和提問的形式組成;實驗小組內(nèi)互評占比10%,由組長給組員打分和組員給組長打分組成;實驗報告占比50%,以教師打分為準(zhǔn)。綜合設(shè)計型實驗由環(huán)境監(jiān)測實驗方案匯報、實驗小組內(nèi)互評和實驗報告組成。環(huán)境監(jiān)測實驗方案匯報占比45%,以教師打分和小組間互評打分為準(zhǔn);實驗小組內(nèi)互評占比10%,由組長給組員打分和組員給組長打分組成;實驗報告占比45%,以教師打分為準(zhǔn)(見表1)。通過這種評價方式的改革,注重對實驗過程的評價。

表1 環(huán)境監(jiān)測實驗評價方式
通過“環(huán)境監(jiān)測實驗”課程改革,提高了學(xué)生實驗積極性,促進(jìn)了學(xué)生主動思考,增強了學(xué)生綜合運用知識與解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力。經(jīng)過全過程環(huán)境監(jiān)測實驗?zāi)J降呐嘤?xùn),學(xué)生可以應(yīng)對各類復(fù)雜環(huán)境問題,還可以依據(jù)各類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價。經(jīng)過全過程環(huán)境監(jiān)測實驗的鍛煉,學(xué)生在一定程度上能夠滿足新工科背景下創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)的需求。
為了更好地適應(yīng)新工科需求,培養(yǎng)學(xué)生的交叉融合能力,環(huán)境監(jiān)測實驗還可以打破專業(yè)壁壘,組建交叉融合的團隊或者建設(shè)智慧環(huán)境監(jiān)測實驗。比如,環(huán)境監(jiān)測是個系統(tǒng)工程,除了進(jìn)行監(jiān)測指標(biāo)的測定外,還涉及大量數(shù)據(jù)需要分析處理,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)建立模型,預(yù)測環(huán)境變化,正確評價環(huán)境質(zhì)量,因此需要跨專業(yè)組建團隊或是培養(yǎng)學(xué)生的計算機處理能力[2]。