環境監測教學研究進展與趨勢

徐晨燁 沈忱思 黃滿紅 馬春燕

摘? 要：環境監測作為一門兼具理論性、實踐性、綜合性的專業基礎課，在高校環境類專業教學中是許多專業課的前修課程。為更好地開展教學，對傳統的教學模式進行反思和改革，該研究應用VOSviewer軟件，以“環境監測教學”為關鍵詞，檢索1999—2023年在CNKI數據庫發表的相關文獻，探究環境監測課程建設及教學相關研究情況。從年發文量、期刊分類、主題分布等方面進行可視化分析，歸納總結當前我國高校環境監測教學發展趨勢。重點從教育理念、教學重構、課程思政及考核機制四方面對環境監測的教學發展路徑及現狀進行闡述。為進一步總結教學改革路徑、推進環境專業實現德技并修的育人成效并培養“雙碳”背景下的復合型人才提供思路。

關鍵詞：環境監測；課程改革；教學模式；可視化分析；發展趨勢

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）09-0093-05

Abstract： As a professional basic courses integrating with theoretical， practical， and comprehensive characteristics， Environmental Monitoring constitute as a vital pre-course in environmental teaching for higher education. In order to improve the teaching quality and make reflection and reform towards the traditional mode， we applied the VOSviewer software and selected "environmental monitoring teaching" as the theme to search the teaching literature published in CNKI database from 1999 to 2023. We aimed to explore the curriculum construction and related research on the teaching reform. Based on the visual analysis of the annual publications number， journal classification， topic concept and other aspects， the development trend of environmental monitoring teaching in Chinese universities is summarized. From the aspects of education concept， teaching reconstruction， ideological and political education and assessment systems， this study discussed the development path and current situation in-depth. We not only provide new ideas for the teaching reform of promoted the great transformation， but also puts forward effective path for stimulating educational effect of combining technology and virtue， and help to cultivating interdisciplinary talents under the background of "double carbon".

Keywords： Environmental Monitoring; curriculum reform; teaching mode; visual analysis; development trend

環境監測是環境科學與工程專業的核心必修課程，是搭建環境專業課程體系、樹立科學職業形態和思想道德的主要組成。作為一門涵蓋監測點布設、樣品采集、分析測試和監測質量控制與保證的系統性學科，環境監測是培養具備實踐創新能力高層次應用型人才的關鍵途徑，是踐行新工科教學的重要抓手。如何開展環境監測的課程建設是當前環境科學與工程類高等教育面臨的重要任務。本文基于過去20多年來我國環境監測課程的相關教學論文，應用VOSviewer進行可視化分析，從教育理念、教學重構、課程思政和考核機制四方面綜述教學發展路徑及趨勢，為實現立體、開放、多元化的教學環境，提高師生互動，塑造教與學互動新關系提供理論支持及科學思路。

一? 研究現狀

筆者團隊通過搜索主題詞——環境監測教學，范圍為1999—2023年、高等教育，共計導入328條相關文獻，其中9篇北大核心，1篇CSSCI。如圖1所示，1999—2010年年均發文量1～3篇，到2012年以后研究文獻數量呈現指數級增長，2020年達到42篇峰值。在對主要關鍵詞進行分類統計后發現，教學改革、實驗教學、OBE、課程思政、實踐教學、教學模式、教學應用、環境工程專業、新工科和環境監測與評價為主要主題（圖2）。其中教學改革占比最高達到50.44%，通過對教學內容及模式的改革與實踐，關注新工科背景下應用型人才的培養等關鍵詞指示了當前環境監測教學過程的重點發展方向。

將得到的搜索結果納入VOSviewer，得到了節點數為48個的關鍵詞共現網絡圖譜，根據相關性被分為6個集合（圖3）。集合1重點關注在新工科背景下的教學改革及設計，包括開展線上線下混合教學模式、翻轉課堂、工程教育和環境影響評價等。其中教學改革自2012年被提出發展至2021年的12篇，混合式教學自2019年起每年1篇，課程思政自2020年開始出現，近年來以1、5、7和11篇的速度穩步增長。集合2研究在“互聯網+”背景下的實踐教學及實踐策略分析。集合3提出除了專業必修課，環境監測還以公選課等形式存在，多元化教學模式以適應不同階段本科生的要求。集合4通過對理論及實驗教學進行方法改革，達到立德樹人的一流本科期望。集合5探討具體的教學內容及方法重構，提升教學創新能力。集合6突出了評價體系發展，包括成果導向教育OBE、設計全過程教學課程體系的考核機制。總體而言，熱點詞以“環境監測”為核心，聯系緊密的關鍵詞包括“線上線下混合式教學”“課程思政”“環境工程”等。

二? 環境監測的課程體系建設探索

（一）? 教育理念

探討環境監測教學理念的文獻共計28篇，其中涉及成果導向教育（Outcome-based Education， OBE）理念的為15篇，占比53.57%。OBE是當前國際主流教育理念，工程教育專業認證領域也是基于OBE的思想，其核心就是把學生作為教學設計和實施的中心，以產出成果為導向。通過“預期學習產出-教育過程-評估學習產出”持續改進的閉環線路，來達到培養工程人才的目的[1]。因此在對環境監測課程最終學習成果進行評價時，重點是以學生的學習任務和目標為核心，包括“分析、識別和表達環境問題及關鍵污染物”“編制區域及污染源監測方案并完成從采樣到結果計算全流程的分析”及“應用相關法律法規政策標準甄別判斷污染狀況”等。環境監測課程由理論和實驗教學組成。順承理論教學和工程應用的內在銜接，將理論課有序銜接到實驗教學中，并以實驗動手鞏固理論知識[2]。基于OBE教育理念的發現式教學常以問題為導向（Problem-based Learning，PBL）的教學模式，調動學生參與課堂的主觀能動性，旨在提升學生應用基礎理論、針對具體案例解決復雜問題的能力[3]。例如針對某新建工業企業廢水處理設施的竣工驗收監測案例中，培養學生思考如何設置采樣點、確定采樣頻率才能保證監測的時效性和代表性，水樣成分過于復雜的前提下選擇合適的消解及前處理方法，對不同污染物選擇合適的測定方法，以及如何達到質量保證及控制的要求等。在OBE理念驅動下進行的系列教學改革包括“課程大綱的重構”“教學內容的設計”“教學方法的改進”“日常管理模式的創新”和“考核與評價機制的優化”[1，4]，遵循“逆向設計、正向實施”的教學原則。如何將環境監測教學進行合理改革培養出更多適應社會發展的合格的環境監測專業技術人員，是當今高等院校環境監測課程建設的核心問題[5]。

除OBE外，其他文獻提及的理念包括“新工科理念”和“學習范式”等。新工科理念以立德樹人為引領，以專業育人目標為導向，以傳統技術與更新，交叉融合污染治理、環境評價、環境管理等知識，依據專業發展方向和產業特點，開發學生處理監測實踐問題的能力，塑造創新型卓越工程人才[4，6]。學習范式指從傳遞教學到生產學習的教學理念轉變，環境監測課程知識點零散、各項目之間關聯度較小，更需要注重從“教師輸入”向“學生輸出”的轉換。翻轉課堂、任務驅動、師生共講、分組討論和問題式教學等作為實施手段，充分體現“以學生為中心”的理念，注重對基本技能訓練的同時，關注監測全過程方案設計能力及創新性思維的培養[7]。

（二）? 教學重構

“互聯網+”的高速發展推動環境監測教學的巨大變革，新工科建設和“以學生為中心”的成果導向教學理念要求建立更為全面的過程評價體系。在納入分析的環境監測教學論文中涉及“教學改革”的多達95篇，年均發文量從2005年的1篇起增長至2015年及2020年分別達到13篇和15篇。教學重構（Teaching content reconstruction）旨在根據學生需求、技術革新、科研進展和工程經驗沉淀，在教材脈絡基礎上對課堂內容進行再配置、改造、優化，形成源于教材高于教材的講授內容。環境監測對象及方法更新迭代，如微塑料、藥品和個人護理用品（PPCPs）、抗生素抗性基因等新污染物的監測方法，不斷向智能化和自動化發展的分析技術等。例如依據2021年國家生態環境部發布的《碳監測評估試點工作方案》，增加碳監測的新技術和新方法，探索建立碳監測評估技術體系。在理論課中補充大氣溫室氣體CO2、CH4監測、重點行業排放源、碳排放反演等業務遙感監測等，進一步激發學生作為新時代“環保人”的社會責任感[8]。

目前常見的教學重構關鍵詞包括“翻轉課堂”及“線上線下混合式教學”。線上線下混合式教學是一種學生借助網絡教學平臺開展線上自主學習與教師線下課堂教學相結合，從而形成將傳統的課堂教學與網上在線學習深度融合的教學模式。上海交通大學環境監測教學團隊指出，針對環境監測課程，線上教學模式在教學體驗、學生積極性、教學效果等方面，都優于線下教學[9]。當前也存在教學內容缺乏一體化設計、信息量過大、無法持續跟蹤評價學習效果和線上教學能力薄弱等問題[10]。以“監測黃浦江上游水體的代表性水質指標”為例，涉及到實施方案的具體過程包括：學生需要課前學習教材、線上觀看知識點視頻了解針對地表水質的必測及選測指標，通過查閱文獻及其他資料對依據的方法和標準進行歸類。課中線下互動，通過知識講授、頭腦風暴、案例式教學和小組討論等發揮教學引導作用，總結污染物來源及危害、對比不同監測方案、儀器分析的優缺點，有針對性地完成指導和評價考核，訓練學生知識遷移和協同創新。課后在線課堂，將線下課堂內容歸納總結、激發學生反思，污染的監測是符合事物發展規律，儀器、方法、科技的進步帶動了對監測結果質量的提高等。在課外實踐拓展中，將產學研充分結合，定制滿足學生個性化需求的實踐活動，彌補線下課堂和校園的不足，充分調動學生綜合素質和分析創新技能[10]。再邀請監測站或者從事環境監測工作的畢業生或工程師對小組匯報進行點評提出意見建議，并借此機會分享自身從業經驗及體會。最后在課程結束之際組織學生參觀學習當地監測單位，同時實地案場講解，以一種新型的方式幫助學生認知到未來職業發展及產業前景，了解現實生活中環境監測的運轉機制，為日后從事相關工作打下基礎[11]。

（三）? 課程思政

環境監測課程不僅要完成“授人以魚不如授人以漁”的各類監測技術的原理和方法的教學，同時還要引導學生樹立唯物主義世界觀。相對于“課程”這一顯性的教學模式，“思政”更側重于將職業技能和思想道德融入課程的隱性教學[11]。環境監測教學中“課程思政”首次于2020年被提出，之后年度發表論文量分別為1、5、7和11篇。結合一流課程的高階性、創新性、挑戰度的“兩性一度”標準，將生態環境教育內涵的廣度和深度拓展到社會人文層面，引導學生更加關注自然的內在價值、人類社會和自然環境的協調共生，以潤物細無聲的方式完成求知、立德、樹人的任務。堅持理論聯系實際，實事求是的科學作風。培養學生良好的職業道德和高尚的道德情操，成為我國生態文明建設的重要參與者。堅持“知識-能力-價值層次”的有機整合，提升教學目標的高階性[12]。對課程中監測技術及原理、質量管理和環境標準體系等，立足學生根據實際問題和監測項目需求，挖掘“綠水青山”“可持續發展的生態文明觀”“工匠精神”“大國崛起”“求實創新”“環境保護的責任與使命”等，以形成助力國家生態文明建設的責任與使命，踐行遵守與時俱進的求實創新精神。表1總結了當前課程建設教學內容與思政融入要點。

為避免強硬說教，目前課程思政常用的教學方法是“案例教學法”和“課程悟政法”[12-13]。首先用新聞報道、歷史文獻等載體將科學方法論、專業使命、社會主義核心價值觀融入其中，例如在講述大氣污染監測過程中，結合20世紀環境八大公害事件中的“倫敦煙霧”“洛杉磯光化學煙霧”“比利時馬斯河谷”事件，引發學生思考氣態污染物及顆粒物監測在污染防治、生態文明建設中的作用，激發學生的責任感、使命感及探索真理的精神。其次，抓住“綠水青山就是金山銀山”的思政主線，以沉浸式課堂為設計，采用“問題引領、任務驅動”的一體化教學將教學相長結合，關注“課前-課中-課后”三級遞進式過程，將德育認知內化于心、外化于行。例如在空氣質量指數AQI授課中播放當前大氣監測站日常工作視頻，創設場景發布任務讓學生充分積極合作，增強專業知識，培養服務社會的擔當。課后對接分享國內外最新的政策及監測技術，讓學生討論發表對實現控污減碳的途徑看法，培養學生創新思考，持續發展的理念。總體而言，環境監測的課程思政需要充分培養學生的家國情懷、職業使命、科學精神、創新思維和職業倫理的成長。

（四）? 考核機制

傳統的高校考核機制和評分方法相對單一，主要通過平時成績（包括出勤、作業、課堂反應）及期末考試分數來進行打分。但環境監測課程具有實踐性、連續性、綜合性強等特點，單純依靠課堂和卷面不能真正體現學生的學習成果和能力鍛煉設計。“全過程教學課程體系的考核機制”有兩方面的含義，其一，關注從學期初到期中和期末的整體教學情況，對每節知識點進行鞏固和測驗，幫助學生在有限的學時里舉一反三掌握環境監測的基本理論和技術。這里包括對學生平時表現進行綜合評價，其中課堂參與度、簽到率、作業完成度、合作精神和思想政治意識等綜合評價指標。運用客觀定量評價與主觀效度考核相結合的方式達成專業能力和價值觀塑造的共同目標。其二，可針對教學章節相對獨立的情況下，鼓勵學生將水、氣、固廢和土壤章節中共性的檢測方法提取出來，以特定場景下的任務發布，掌握從監測方案規劃到實驗室指標檢測全流程的能力，在傳統評價手段基礎上增加項目匯報、小組互評等多樣化的方法。同時引入實訓平臺崗位雙重評價模塊，考察學生職業素養和實際解決問題能力[14]。

三? 結束語

在“雙碳”和新工科背景的發展下，環境監測的課程教學體系需要緊跟國家發展戰略及形勢。專業認證的OBE理念促進了課程內容的優化與教學方法的改革，在教學重構中應用“翻轉課堂”及“線上線下混合式教學”方式形成穩定的理論-實驗-實習“三位一體”的課程教學體系。將“綠水青山就是金山銀山”“可持續發展的生態文明觀”“工匠精神”等思政元素有機融入前沿知識中，培養學生“環境保護的責任與使命”。最后通過全過程教學課程體系的考核機制等完成培養應用型環境監測人才為目標的教學定位。

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