“三三制”培養(yǎng)模式下的環(huán)境監(jiān)測本科教學改革探索與思考

鮮啟鳴,王俊杰,張 巍,朱曉平

南京大學環(huán)境學院,江蘇 南京 210023

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學的一個重要分支學科[1],是環(huán)境科學與工程專業(yè)本科生必須學習和掌握的基礎理論和技術。由此,環(huán)境監(jiān)測課程已經(jīng)成為環(huán)境科學與工程學科課程體系的重要組成部分。隨著我國高校“雙一流”建設高潮的到來,各高校對本科生培養(yǎng)質量愈加重視,掀起了本科教學改革的浪潮。南京大學是國內(nèi)最早提出“三三制”本科人才培養(yǎng)改革的高校。“三三制”人才培養(yǎng)模式是將本科培養(yǎng)過程劃分為大類培養(yǎng)、專業(yè)培養(yǎng)、多元培養(yǎng)3個階段和專業(yè)學術、交叉復合、就業(yè)創(chuàng)業(yè)3條發(fā)展路徑,目的是給予學生個性化和多樣化培養(yǎng)[2]。近年來,眾多高校為了提高生源質量,在高考錄取中實行大類招生,即多個相近學科專業(yè)不再單獨招生,而是放在一起招生,學生入校后一般先經(jīng)過1年左右的大類培養(yǎng)(通識課程),再根據(jù)興趣和雙向選擇結果進行專業(yè)分流。南京大學為了順應國家招生考試制度改革的新形勢和“三三制”本科人才培養(yǎng)改革的內(nèi)在需求,成為較早開展大類招生改革的高校之一。實行大類招生后,南京大學環(huán)境專業(yè)(環(huán)境科學和環(huán)境工程)的本科生主要來源于化學與生命科學類和地球科學與資源環(huán)境類,少量來源于大理科班。針對不同學科大類一年級學生開設的通識課程相差較大,二年級分流到環(huán)境學院各專業(yè)后,來自不同學科大類的學生的學科背景和基礎往往會差異明顯,這就對環(huán)境專業(yè)課程體系建設和教學計劃安排提出了更高的要求。

環(huán)境監(jiān)測理論及實驗課程目前在南京大學環(huán)境學院本科課程教學體系中被列為“環(huán)境科學與工程各專業(yè)的平臺課程”,安排在第6學期開設,其中理論課程和實驗課程均為3學分。環(huán)境監(jiān)測作為一門理論與實踐相結合的應用學科,需綜合物理、化學和生物等學科的相關原理,并在實踐中不斷發(fā)展,以適應社會發(fā)展的需要[3],滿足“三三制”本科人才培養(yǎng)目標的要求。因此,對于環(huán)境監(jiān)測本科教學,無論是在教材選用、教學內(nèi)容安排、教學手段設置,還是在考核評價等方面,都需要結合我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向,從國家對專業(yè)人才的需求角度出發(fā)進行改革。本文將從教材建設、教學內(nèi)容安排、教學手段設置以及學生成績評價幾個方面,闡述近幾年所開展的教學改革探索與思考。

1 教材建設

“三三制”培養(yǎng)模式探索首先要解決的是新教材建設問題。新版教材要既能滿足專業(yè)培養(yǎng)需要,又符合新時代要求。業(yè)內(nèi)針對普通高校環(huán)境監(jiān)測本科課程的教材已有不少[1,4-6],其中尤以高等教育出版社出版的奚旦立老師編著的《環(huán)境監(jiān)測》的影響面為較廣。該書多次再版,目前已經(jīng)更新至第五版。南京大學在20世紀90年代由周玳老師編寫過一本名為《環(huán)境監(jiān)測》的教材。該教材的主要特色是強調基礎方法學,在教學中受到不少好評,可惜已多年未再版。此外,根據(jù)作者多年環(huán)境監(jiān)測教學實踐體會,我國現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測教材中大多缺乏環(huán)境監(jiān)測實際案例,缺少針對最新國家環(huán)境標準及監(jiān)測技術方法的相關介紹,教材內(nèi)容不能滿足快速發(fā)展的環(huán)境監(jiān)測課程教學需求。2015年夏天,科學出版社立項了“全國高等學校環(huán)境科學與工程類專業(yè)規(guī)劃教材”重大項目,由錢易院士任顧問,郝吉明院士任總主編,出版了一批環(huán)境類專業(yè)的精品教材。其中,南京大學承擔了主編環(huán)境監(jiān)測新教材的任務,并于2019年10月完成教材出版[3]。相比原有教材,新教材的改進主要包括：把監(jiān)測過程中涉及的常用儀器分析方法單獨列出一章——“儀器分析方法”,介紹不同儀器分析方法的原理和適用范圍,而在不同環(huán)境介質污染物監(jiān)測章節(jié),涉及儀器分析方法時,只講授具體的使用方法,增強了教材的系統(tǒng)性;在不同環(huán)境介質污染物監(jiān)測章節(jié),增加了實際案例,能夠讓讀者更好地理解實際的環(huán)境監(jiān)測過程,如在教材第3章“水和廢水監(jiān)測”中,介紹了地表水中無機非金屬污染物的檢測與分析實例、地下水中重金屬含量的測定實例以及中國沿海三省飲用水水源有機污染物的監(jiān)測實例;對教材中涉及的標準及其對應的分析方法進行了更新。圖1總體刻畫了新教材的主要內(nèi)容。

圖1 新教材的主要內(nèi)容

2 教學內(nèi)容

環(huán)境監(jiān)測課程包含一定的基礎理論,同時也具有很強的實用性。基礎理論主要涉及環(huán)境監(jiān)測技術和方法原理,如分光光度法的測量原理、采用納氏比色法測定氨氮的原理等。實用性主要體現(xiàn)在教學內(nèi)容是圍繞不同環(huán)境介質中污染物的監(jiān)測來設置的,與現(xiàn)實環(huán)境監(jiān)測過程基本一致。學生通過環(huán)境監(jiān)測課程學習和實驗技能訓練后,能很快地適應實際的環(huán)境監(jiān)測工作。目前在教學中存在的突出問題是教材內(nèi)容更新滯后。由于環(huán)境監(jiān)測需求和環(huán)境監(jiān)測技術發(fā)展快速,一些新技術、新方法已經(jīng)在實際環(huán)境監(jiān)測工作中得到應用,但教科書中沒有相關的介紹。因此,近幾年主要從以下幾個方面開展了課程教學內(nèi)容改革：

1)更新污染物排放標準、環(huán)境質量標準、環(huán)境監(jiān)測方法標準。隨著我國環(huán)境保護工作力度的加大,以及公眾的環(huán)境質量改善需求的提升,污染物排放標準和環(huán)境質量標準的更新步伐不斷加快,原有教材中刊載的標準和方法已經(jīng)不再適應新時期的要求。例如,《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—1996)和《保護農(nóng)作物的大氣污染物最高允許濃度》(GB 9137—1988)已為《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012)所代替。同時,老的環(huán)境監(jiān)測方法標準在數(shù)量、內(nèi)容及技術水平等方面也不能滿足現(xiàn)實的環(huán)境管理需要[7]。因此,在教學中應讓學生多了解一些最新的方法標準,如使用《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491—2019)代替《土壤 總鉻的測定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491—2009)、《土壤質量 銅、鋅的測定 火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17138—1997)和《土壤質量 鎳的測定 火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17139—1997)。同時,在教學中通過對新舊標準進行比較,讓學生進一步理解標準的修訂過程和我國環(huán)境監(jiān)測工作的發(fā)展方向。

2)擴展新監(jiān)測技術與方法。對教材中常用的監(jiān)測方法進行了擴展,如空氣中有機污染物的被動采樣技術、分子印跡聚合物在環(huán)境樣品前處理中的應用、免疫學方法在水中藻毒素測定中的應用等。

3)補充新污染物監(jiān)測。近期發(fā)布的《國務院辦公廳關于印發(fā)新污染物治理行動方案的通知》(國辦發(fā)〔2022〕15號)[8]提出,要完善新污染物環(huán)境監(jiān)測技術體系。因此,在教學中適當補充了新污染物監(jiān)測內(nèi)容,向學生介紹新污染物的種類、開展新污染物監(jiān)測的意義、新污染監(jiān)測的難點等,并以水中全氟化合物監(jiān)測為例,講授全氟化合物監(jiān)測全過程的關鍵節(jié)點。

4)增加在線監(jiān)測與自動監(jiān)測發(fā)展介紹。進入21世紀,環(huán)境監(jiān)測已由最初的被動監(jiān)測階段、主動監(jiān)測階段發(fā)展到自動監(jiān)測和實時在線監(jiān)測階段。自動監(jiān)測技術和方法與實驗室監(jiān)測技術和方法有很大的不同,因此,在教學中介紹在線監(jiān)測技術與自動監(jiān)測技術的發(fā)展,以及我國在水質、環(huán)境空氣質量在線監(jiān)測技術方面的現(xiàn)狀,有利于讓學生充分了解兩類技術的特點,學會在實際工作中如何選擇合適的實驗室或在線監(jiān)測方法。

5)加強案例分析。在水、氣、土、固廢、生物、物理、應急監(jiān)測的每一章教學內(nèi)容中,都安排對實際環(huán)境監(jiān)測案例的分析和討論。通過講解和討論,進一步加深學生對環(huán)境監(jiān)測全過程的理解。

3 教學手段

環(huán)境監(jiān)測作為環(huán)境科學與工程、環(huán)境規(guī)劃與管理專業(yè)的平臺課,是一門應用性較強的課程。為了讓學生更好地掌握方法原理,采用了多樣化的教學手段。一是與理論課同步開設環(huán)境監(jiān)測實驗課,安排學生動手操作,完成10個左右有代表性的環(huán)境監(jiān)測實驗,從而讓學生深入理解監(jiān)測技術及方法的原理和應用場景;二是在課堂上,每章以安排播放監(jiān)測實驗或者環(huán)境污染事故監(jiān)測短視頻的方式,并結合問題討論,來加深同學們對重點理論知識的理解。基于“三三制”改革強調要加強師生交流以及合作學習能力培養(yǎng)[9-10],采用任務驅動教學法[11]改革課堂教學方式,由授課教師在講臺上“唱獨角戲”改為教師主講+學生參與的課堂教學模式。其中,學生參與的方式主要是問題討論。授課教師在講授新課程內(nèi)容前,先提出幾個問題,讓學生通過查閱資料的方式尋找答案。在授課過程中遇到這些問題時,邀請學生上臺講解并進行自由討論。每節(jié)課大約四分之一的時間由學生來主導,授課教師參與并引導討論。此外,結合情景教學法[12],改革課外作業(yè)的完成方式。以往在每節(jié)課后會布置一些習題或者思考題作為個人課后作業(yè),規(guī)定每個學生須在一定時間內(nèi)提交,由授課教師或助教進行批改,并給出作業(yè)的等級分(優(yōu)、良、中、差)。改革后,適當減少個人作業(yè)次數(shù)(量),增加1～2次團隊作業(yè)(大作業(yè))。團隊作業(yè)題目主要涉及環(huán)境介質中某類污染物的監(jiān)測方案、有毒氣體泄漏等污染事故的監(jiān)測方案等,要求學生自由組隊(一般3～4人),自由選擇題目,通過學習課程內(nèi)容和查閱收集相關資料,分工協(xié)作完成此項作業(yè)。授課教師根據(jù)學生選題情況,在課堂上安排時間開展匯報交流,考察作業(yè)完成質量,并計入平時成績。

以往有不少學生對環(huán)境監(jiān)測課程存在一定的疑慮,包括課堂上學習的內(nèi)容在今后的實際工作中是否有用,今后從事環(huán)境監(jiān)測工作需要哪些方面的知識積累等。針對這些問題,在教學大綱中專門安排2個學時介紹中國環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀和發(fā)展方向,邀請環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)地市級及以上監(jiān)測中心的站長或室主任作為主講人,主要圍繞我國環(huán)境監(jiān)測體系的發(fā)展現(xiàn)狀、常規(guī)監(jiān)測任務安排、監(jiān)測隊伍現(xiàn)狀以及國家近期和中長期發(fā)展目標等內(nèi)容進行講授,并與學生現(xiàn)場互動交流,讓學生了解和思考今后環(huán)境監(jiān)測領域的發(fā)展方向和機遇。近幾年的報告題目包括《環(huán)境監(jiān)測站的常規(guī)業(yè)務與管理》《環(huán)境污染事故的應急監(jiān)測案例分析》《我國空氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡的構建和發(fā)展》等。

通過教學手段和方式改革,極大提高了學生對環(huán)境監(jiān)測課程的學習興趣,激發(fā)了學生們的學習熱情。授課教師在教學中充滿了傳授知識的激情,學生從課程學習中收獲了實際的環(huán)境監(jiān)測知識。為了解改革效果,收集了部分畢業(yè)生對“三三制”培養(yǎng)模式下環(huán)境監(jiān)測課程學習情況的反饋,其中一位畢業(yè)生的反饋意見比較富有代表性,具體如下：“南京大學環(huán)境監(jiān)測課程教學將理論學習與實際操作相結合,使學生在本科期間便能系統(tǒng)地掌握環(huán)境監(jiān)測的原理、主要的檢測技術方法、環(huán)境監(jiān)測操作要點。期待環(huán)境監(jiān)測課程能結合國家水、土、氣三大環(huán)保戰(zhàn)役的新需求,培養(yǎng)更多具備扎實環(huán)境監(jiān)測技術功底的優(yōu)秀畢業(yè)生。”

4 評價方法

一門好的教學課程離不開科學合理的考核評價方法[13],尤其是環(huán)境監(jiān)測作為平臺課,成績納入學分績點,直接影響出國留學申請和國內(nèi)保研名額排序。近年來,基于“三三制”培養(yǎng)模式下的多元化評價方法[9-10]和以評促學的理念,重點針對環(huán)境監(jiān)測課程的考核方法和評價方法進行了改革。由于環(huán)境監(jiān)測課程內(nèi)容量大、知識點多,僅靠一次期末考試來評價學生對課程內(nèi)容的掌握程度缺乏代表性。難度較低的試卷不易拉開分差,而難度較高的試卷又會降低均分(低于70分),導致學生對課程的評價不高。

在課程成績評價中,不斷探索強化對學習過程的考核,具體評價方法如下：

1)優(yōu)化形成了平時成績+期中成績+期末成績的總評方法,分值分別占20分、40分、40分。其中,平時成績由平時作業(yè)(13分)、大作業(yè)(4分)和課堂討論(3分)組成。

2)期中和期末考試均采用閉卷形式,分別考察課程第1～4章和第5～10章的內(nèi)容掌握情況。表1為2015級至2019級環(huán)境學院本科生的平時、期中、期末和總評分,以及總評成績等級分布情況。5個年級的平時均分除了2017級為良外,其余年級均為優(yōu),說明學生的平時作業(yè)和大作業(yè)完成質量較好。期中和期末考試的平均成績范圍分別為66～79、77～85分,期末成績要好于期中成績。總評分范圍為77～82分,對應等級為良。圖2為總評成績的等級分布,總評成績等級在良及以上的學生數(shù)量占總人數(shù)的比例超過70%。

表1 2015—2019級環(huán)境監(jiān)測課程成績分布

圖2 環(huán)境監(jiān)測課程總評成績等級分布

3)平時成績由以往單一的以平時作業(yè)計分改為多元化計分,提高了學生每次作業(yè)的完成質量以及課堂參與的積極性。評價方法改革充分調動了學生對課程的學習興趣。

5 結語

黨的十八大將我國生態(tài)文明建設納入中國特色社會主義事業(yè)總體布局,這就對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測提出了更高的要求。為國家輸送高素質的環(huán)境監(jiān)測人才是環(huán)境科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要目標之一。在學校加快“雙一流”學科建設的推動下,以及“三三制”培養(yǎng)模式的引領下,環(huán)境監(jiān)測課程教學改革在滿足教學需求的新教材建設、貼近實際環(huán)境監(jiān)測工作的教學內(nèi)容創(chuàng)新、多樣化的教學手段融合以及多元化的評價方法探索等方面取得了初步成效,得到了各方的正面反饋。但面對本科生大類招生改革、不同大類學科學生在基礎學科上的差異,對多元化多層次教學手段的應用、對更加科學合理的評價方法的探索、對教學過程中所發(fā)現(xiàn)問題的及時反饋和改進仍將是今后課程改革的重點提升方向。建議通過建設大型開放式網(wǎng)絡課程(MOOC)、開設翻轉課堂、細化學習過程評價、提高平時成績權重、優(yōu)化實驗操作課程內(nèi)容等方式,進一步提升教學效果,從而為滿足本科生多元化培養(yǎng)、就業(yè)與創(chuàng)業(yè)需求提供更為堅實的基礎保障。