環(huán)境監(jiān)測教學(xué)研究進展與趨勢

徐晨燁 沈忱思 黃滿紅 馬春燕

摘? 要：環(huán)境監(jiān)測作為一門兼具理論性、實踐性、綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課，在高校環(huán)境類專業(yè)教學(xué)中是許多專業(yè)課的前修課程。為更好地開展教學(xué)，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行反思和改革，該研究應(yīng)用VOSviewer軟件，以“環(huán)境監(jiān)測教學(xué)”為關(guān)鍵詞，檢索1999—2023年在CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)表的相關(guān)文獻，探究環(huán)境監(jiān)測課程建設(shè)及教學(xué)相關(guān)研究情況。從年發(fā)文量、期刊分類、主題分布等方面進行可視化分析，歸納總結(jié)當(dāng)前我國高校環(huán)境監(jiān)測教學(xué)發(fā)展趨勢。重點從教育理念、教學(xué)重構(gòu)、課程思政及考核機制四方面對環(huán)境監(jiān)測的教學(xué)發(fā)展路徑及現(xiàn)狀進行闡述。為進一步總結(jié)教學(xué)改革路徑、推進環(huán)境專業(yè)實現(xiàn)德技并修的育人成效并培養(yǎng)“雙碳”背景下的復(fù)合型人才提供思路。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；課程改革；教學(xué)模式；可視化分析；發(fā)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(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的核心必修課程，是搭建環(huán)境專業(yè)課程體系、樹立科學(xué)職業(yè)形態(tài)和思想道德的主要組成。作為一門涵蓋監(jiān)測點布設(shè)、樣品采集、分析測試和監(jiān)測質(zhì)量控制與保證的系統(tǒng)性學(xué)科，環(huán)境監(jiān)測是培養(yǎng)具備實踐創(chuàng)新能力高層次應(yīng)用型人才的關(guān)鍵途徑，是踐行新工科教學(xué)的重要抓手。如何開展環(huán)境監(jiān)測的課程建設(shè)是當(dāng)前環(huán)境科學(xué)與工程類高等教育面臨的重要任務(wù)。本文基于過去20多年來我國環(huán)境監(jiān)測課程的相關(guān)教學(xué)論文，應(yīng)用VOSviewer進行可視化分析，從教育理念、教學(xué)重構(gòu)、課程思政和考核機制四方面綜述教學(xué)發(fā)展路徑及趨勢，為實現(xiàn)立體、開放、多元化的教學(xué)環(huán)境，提高師生互動，塑造教與學(xué)互動新關(guān)系提供理論支持及科學(xué)思路。

一? 研究現(xiàn)狀

筆者團隊通過搜索主題詞——環(huán)境監(jiān)測教學(xué)，范圍為1999—2023年、高等教育，共計導(dǎo)入328條相關(guān)文獻，其中9篇北大核心，1篇CSSCI。如圖1所示，1999—2010年年均發(fā)文量1～3篇，到2012年以后研究文獻數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)級增長，2020年達到42篇峰值。在對主要關(guān)鍵詞進行分類統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，教學(xué)改革、實驗教學(xué)、OBE、課程思政、實踐教學(xué)、教學(xué)模式、教學(xué)應(yīng)用、環(huán)境工程專業(yè)、新工科和環(huán)境監(jiān)測與評價為主要主題（圖2）。其中教學(xué)改革占比最高達到50.44%，通過對教學(xué)內(nèi)容及模式的改革與實踐，關(guān)注新工科背景下應(yīng)用型人才的培養(yǎng)等關(guān)鍵詞指示了當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測教學(xué)過程的重點發(fā)展方向。

將得到的搜索結(jié)果納入VOSviewer，得到了節(jié)點數(shù)為48個的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，根據(jù)相關(guān)性被分為6個集合（圖3）。集合1重點關(guān)注在新工科背景下的教學(xué)改革及設(shè)計，包括開展線上線下混合教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂、工程教育和環(huán)境影響評價等。其中教學(xué)改革自2012年被提出發(fā)展至2021年的12篇，混合式教學(xué)自2019年起每年1篇，課程思政自2020年開始出現(xiàn)，近年來以1、5、7和11篇的速度穩(wěn)步增長。集合2研究在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的實踐教學(xué)及實踐策略分析。集合3提出除了專業(yè)必修課，環(huán)境監(jiān)測還以公選課等形式存在，多元化教學(xué)模式以適應(yīng)不同階段本科生的要求。集合4通過對理論及實驗教學(xué)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(xué)內(nèi)容及方法重構(gòu)，提升教學(xué)創(chuàng)新能力。集合6突出了評價體系發(fā)展，包括成果導(dǎo)向教育OBE、設(shè)計全過程教學(xué)課程體系的考核機制。總體而言，熱點詞以“環(huán)境監(jiān)測”為核心，聯(lián)系緊密的關(guān)鍵詞包括“線上線下混合式教學(xué)”“課程思政”“環(huán)境工程”等。

二? 環(huán)境監(jiān)測的課程體系建設(shè)探索

（一）? 教育理念

探討環(huán)境監(jiān)測教學(xué)理念的文獻共計28篇，其中涉及成果導(dǎo)向教育（Outcome-based Education， OBE）理念的為15篇，占比53.57%。OBE是當(dāng)前國際主流教育理念，工程教育專業(yè)認證領(lǐng)域也是基于OBE的思想，其核心就是把學(xué)生作為教學(xué)設(shè)計和實施的中心，以產(chǎn)出成果為導(dǎo)向。通過“預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出-教育過程-評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出”持續(xù)改進的閉環(huán)線路，來達到培養(yǎng)工程人才的目的[1]。因此在對環(huán)境監(jiān)測課程最終學(xué)習(xí)成果進行評價時，重點是以學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)和目標為核心，包括“分析、識別和表達環(huán)境問題及關(guān)鍵污染物”“編制區(qū)域及污染源監(jiān)測方案并完成從采樣到結(jié)果計算全流程的分析”及“應(yīng)用相關(guān)法律法規(guī)政策標準甄別判斷污染狀況”等。環(huán)境監(jiān)測課程由理論和實驗教學(xué)組成。順承理論教學(xué)和工程應(yīng)用的內(nèi)在銜接，將理論課有序銜接到實驗教學(xué)中，并以實驗動手鞏固理論知識[2]。基于OBE教育理念的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)常以問題為導(dǎo)向（Problem-based Learning，PBL）的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生參與課堂的主觀能動性，旨在提升學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)理論、針對具體案例解決復(fù)雜問題的能力[3]。例如針對某新建工業(yè)企業(yè)廢水處理設(shè)施的竣工驗收監(jiān)測案例中，培養(yǎng)學(xué)生思考如何設(shè)置采樣點、確定采樣頻率才能保證監(jiān)測的時效性和代表性，水樣成分過于復(fù)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(zhì)量保證及控制的要求等。在OBE理念驅(qū)動下進行的系列教學(xué)改革包括“課程大綱的重構(gòu)”“教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計”“教學(xué)方法的改進”“日常管理模式的創(chuàng)新”和“考核與評價機制的優(yōu)化”[1，4]，遵循“逆向設(shè)計、正向?qū)嵤钡慕虒W(xué)原則。如何將環(huán)境監(jiān)測教學(xué)進行合理改革培養(yǎng)出更多適應(yīng)社會發(fā)展的合格的環(huán)境監(jiān)測專業(yè)技術(shù)人員，是當(dāng)今高等院校環(huán)境監(jiān)測課程建設(shè)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(xué)習(xí)范式”等。新工科理念以立德樹人為引領(lǐng)，以專業(yè)育人目標為導(dǎo)向，以傳統(tǒng)技術(shù)與更新，交叉融合污染治理、環(huán)境評價、環(huán)境管理等知識，依據(jù)專業(yè)發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)特點，開發(fā)學(xué)生處理監(jiān)測實踐問題的能力，塑造創(chuàng)新型卓越工程人才[4，6]。學(xué)習(xí)范式指從傳遞教學(xué)到生產(chǎn)學(xué)習(xí)的教學(xué)理念轉(zhuǎn)變，環(huán)境監(jiān)測課程知識點零散、各項目之間關(guān)聯(lián)度較小，更需要注重從“教師輸入”向“學(xué)生輸出”的轉(zhuǎn)換。翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動、師生共講、分組討論和問題式教學(xué)等作為實施手段，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的理念，注重對基本技能訓(xùn)練的同時，關(guān)注監(jiān)測全過程方案設(shè)計能力及創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)[7]。

（二）? 教學(xué)重構(gòu)

“互聯(lián)網(wǎng)+”的高速發(fā)展推動環(huán)境監(jiān)測教學(xué)的巨大變革，新工科建設(shè)和“以學(xué)生為中心”的成果導(dǎo)向教學(xué)理念要求建立更為全面的過程評價體系。在納入分析的環(huán)境監(jiān)測教學(xué)論文中涉及“教學(xué)改革”的多達95篇，年均發(fā)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(xué)重構(gòu)（Teaching content reconstruction）旨在根據(jù)學(xué)生需求、技術(shù)革新、科研進展和工程經(jīng)驗沉淀，在教材脈絡(luò)基礎(chǔ)上對課堂內(nèi)容進行再配置、改造、優(yōu)化，形成源于教材高于教材的講授內(nèi)容。環(huán)境監(jiān)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(jiān)測方法，不斷向智能化和自動化發(fā)展的分析技術(shù)等。例如依據(jù)2021年國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《碳監(jiān)測評估試點工作方案》，增加碳監(jiān)測的新技術(shù)和新方法，探索建立碳監(jiān)測評估技術(shù)體系。在理論課中補充大氣溫室氣體CO2、CH4監(jiān)測、重點行業(yè)排放源、碳排放反演等業(yè)務(wù)遙感監(jiān)測等，進一步激發(fā)學(xué)生作為新時代“環(huán)保人”的社會責(zé)任感[8]。

目前常見的教學(xué)重構(gòu)關(guān)鍵詞包括“翻轉(zhuǎn)課堂”及“線上線下混合式教學(xué)”。線上線下混合式教學(xué)是一種學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開展線上自主學(xué)習(xí)與教師線下課堂教學(xué)相結(jié)合，從而形成將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與網(wǎng)上在線學(xué)習(xí)深度融合的教學(xué)模式。上海交通大學(xué)環(huán)境監(jiān)測教學(xué)團隊指出，針對環(huán)境監(jiān)測課程，線上教學(xué)模式在教學(xué)體驗、學(xué)生積極性、教學(xué)效果等方面，都優(yōu)于線下教學(xué)[9]。當(dāng)前也存在教學(xué)內(nèi)容缺乏一體化設(shè)計、信息量過大、無法持續(xù)跟蹤評價學(xué)習(xí)效果和線上教學(xué)能力薄弱等問題[10]。以“監(jiān)測黃浦江上游水體的代表性水質(zhì)指標”為例，涉及到實施方案的具體過程包括：學(xué)生需要課前學(xué)習(xí)教材、線上觀看知識點視頻了解針對地表水質(zhì)的必測及選測指標，通過查閱文獻及其他資料對依據(jù)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(fēng)暴、案例式教學(xué)和小組討論等發(fā)揮教學(xué)引導(dǎo)作用，總結(jié)污染物來源及危害、對比不同監(jiān)測方案、儀器分析的優(yōu)缺點，有針對性地完成指導(dǎo)和評價考核，訓(xùn)練學(xué)生知識遷移和協(xié)同創(chuàng)新。課后在線課堂，將線下課堂內(nèi)容歸納總結(jié)、激發(fā)學(xué)生反思，污染的監(jiān)測是符合事物發(fā)展規(guī)律，儀器、方法、科技的進步帶動了對監(jiān)測結(jié)果質(zhì)量的提高等。在課外實踐拓展中，將產(chǎn)學(xué)研充分結(jié)合，定制滿足學(xué)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(diào)動學(xué)生綜合素質(zhì)和分析創(chuàng)新技能[10]。再邀請監(jiān)測站或者從事環(huán)境監(jiān)測工作的畢業(yè)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(yè)經(jīng)驗及體會。最后在課程結(jié)束之際組織學(xué)生參觀學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)乇O(jiān)測單位，同時實地案場講解，以一種新型的方式幫助學(xué)生認知到未來職業(yè)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)前景，了解現(xiàn)實生活中環(huán)境監(jiān)測的運轉(zhuǎn)機制，為日后從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)[11]。

（三）? 課程思政

環(huán)境監(jiān)測課程不僅要完成“授人以魚不如授人以漁”的各類監(jiān)測技術(shù)的原理和方法的教學(xué)，同時還要引導(dǎo)學(xué)生樹立唯物主義世界觀。相對于“課程”這一顯性的教學(xué)模式，“思政”更側(cè)重于將職業(yè)技能和思想道德融入課程的隱性教學(xué)[11]。環(huán)境監(jiān)測教學(xué)中“課程思政”首次于2020年被提出，之后年度發(fā)表論文量分別為1、5、7和11篇。結(jié)合一流課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“兩性一度”標準，將生態(tài)環(huán)境教育內(nèi)涵的廣度和深度拓展到社會人文層面，引導(dǎo)學(xué)生更加關(guān)注自然的內(nèi)在價值、人類社會和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)共生，以潤物細無聲的方式完成求知、立德、樹人的任務(wù)。堅持理論聯(lián)系實際，實事求是的科學(xué)作風(fēng)。培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和高尚的道德情操，成為我國生態(tài)文明建設(shè)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(xué)目標的高階性[12]。對課程中監(jiān)測技術(shù)及原理、質(zhì)量管理和環(huán)境標準體系等，立足學(xué)生根據(jù)實際問題和監(jiān)測項目需求，挖掘“綠水青山”“可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明觀”“工匠精神”“大國崛起”“求實創(chuàng)新”“環(huán)境保護的責(zé)任與使命”等，以形成助力國家生態(tài)文明建設(shè)的責(zé)任與使命，踐行遵守與時俱進的求實創(chuàng)新精神。表1總結(jié)了當(dāng)前課程建設(shè)教學(xué)內(nèi)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(xué)方法是“案例教學(xué)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(xué)方法論、專業(yè)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(jiān)測過程中，結(jié)合20世紀環(huán)境八大公害事件中的“倫敦?zé)熿F”“洛杉磯光化學(xué)煙霧”“比利時馬斯河谷”事件，引發(fā)學(xué)生思考氣態(tài)污染物及顆粒物監(jiān)測在污染防治、生態(tài)文明建設(shè)中的作用，激發(fā)學(xué)生的責(zé)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(shè)計，采用“問題引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動”的一體化教學(xué)將教學(xué)相長結(jié)合，關(guān)注“課前-課中-課后”三級遞進式過程，將德育認知內(nèi)化于心、外化于行。例如在空氣質(zhì)量指數(shù)AQI授課中播放當(dāng)前大氣監(jiān)測站日常工作視頻，創(chuàng)設(shè)場景發(fā)布任務(wù)讓學(xué)生充分積極合作，增強專業(yè)知識，培養(yǎng)服務(wù)社會的擔(dān)當(dāng)。課后對接分享國內(nèi)外最新的政策及監(jiān)測技術(shù)，讓學(xué)生討論發(fā)表對實現(xiàn)控污減碳的途徑看法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思考，持續(xù)發(fā)展的理念。總體而言，環(huán)境監(jiān)測的課程思政需要充分培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、職業(yè)使命、科學(xué)精神、創(chuàng)新思維和職業(yè)倫理的成長。

（四）? 考核機制

傳統(tǒng)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(yè)、課堂反應(yīng)）及期末考試分數(shù)來進行打分。但環(huán)境監(jiān)測課程具有實踐性、連續(xù)性、綜合性強等特點，單純依靠課堂和卷面不能真正體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和能力鍛煉設(shè)計。“全過程教學(xué)課程體系的考核機制”有兩方面的含義，其一，關(guān)注從學(xué)期初到期中和期末的整體教學(xué)情況，對每節(jié)知識點進行鞏固和測驗，幫助學(xué)生在有限的學(xué)時里舉一反三掌握環(huán)境監(jiān)測的基本理論和技術(shù)。這里包括對學(xué)生平時表現(xiàn)進行綜合評價，其中課堂參與度、簽到率、作業(yè)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(jié)合的方式達成專業(yè)能力和價值觀塑造的共同目標。其二，可針對教學(xué)章節(jié)相對獨立的情況下，鼓勵學(xué)生將水、氣、固廢和土壤章節(jié)中共性的檢測方法提取出來，以特定場景下的任務(wù)發(fā)布，掌握從監(jiān)測方案規(guī)劃到實驗室指標檢測全流程的能力，在傳統(tǒng)評價手段基礎(chǔ)上增加項目匯報、小組互評等多樣化的方法。同時引入實訓(xùn)平臺崗位雙重評價模塊，考察學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和實際解決問題能力[14]。

三? 結(jié)束語

在“雙碳”和新工科背景的發(fā)展下，環(huán)境監(jiān)測的課程教學(xué)體系需要緊跟國家發(fā)展戰(zhàn)略及形勢。專業(yè)認證的OBE理念促進了課程內(nèi)容的優(yōu)化與教學(xué)方法的改革，在教學(xué)重構(gòu)中應(yīng)用“翻轉(zhuǎn)課堂”及“線上線下混合式教學(xué)”方式形成穩(wěn)定的理論-實驗-實習(xí)“三位一體”的課程教學(xué)體系。將“綠水青山就是金山銀山”“可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明觀”“工匠精神”等思政元素有機融入前沿知識中，培養(yǎng)學(xué)生“環(huán)境保護的責(zé)任與使命”。最后通過全過程教學(xué)課程體系的考核機制等完成培養(yǎng)應(yīng)用型環(huán)境監(jiān)測人才為目標的教學(xué)定位。

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