“雙碳”背景下環境監測實驗課程改革與探索

張 利 , 高桂蘭 , 陳思邈 , 關 杰 , 于 偉

(1. 上海第二工業大學 資源與環境工程學院 , 上海 201209 ; 2.上海第二工業大學 能源與材料工程學院 , 上海 201209)

0 前言

自19世紀中葉人類步入工業文明以來,全球二氧化碳的排放量急劇上升引起了“溫室效應”,導致了如氣候極端化、海平面上升、土地荒漠化等諸多自然災害。為了應對這種挑戰,人類越來越重視生態修復與環境保護工作,特別是降低全球二氧化碳排放量,保護地球這個人類賴以生存的家園。“碳達峰”“碳中和”就是在這一背景下產生的。中國政府在2020年對國際社會作出了莊嚴承諾:“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”。

當前,中國社會正處在工業轉型和產業升級的重要階段,“雙碳”是我國生態文明建設中的一個重大課題,它將促進我國經濟和社會全面、深入的改革。為實現“雙碳”戰略目標,國家及地方政府部門已經相繼出臺了一系列的政策法規,關系到國計民生的眾多行業(如電力、石化、化工、建材、鋼鐵、造紙、航空等)都已經或即將被納入碳市場,預計到“十四五”末,中國將建成規模超過千億、世界上最大的碳交易市場[1]。如此規模巨大的市場對雙碳人才的需求量也將非常巨大。然而目前高校中開設“雙碳”相關的專業或者課程量還不夠多,短期內將不能滿足市場對專業人才的期待[2]。由于不同的行業具有不同的行業細分屬性,對雙碳知識的要求不盡相同,因此每個專業結合自己的行業特色,在現有培養方案上拓展學生的“雙碳”知識。環境監測實驗作為環境工程專業必修課,與碳的監測、計量等息息相關,現有的課程內容關于“雙碳”的知識點涉及較少,因而必須在教學內容、方法、考核方式上做出改革,從而提高實驗教學質量,適應國家的“雙碳”戰略需求。

1 環境監測實驗課程教學的現狀與問題

1.1 教學內容陳舊,缺少關于“雙碳”的知識點

以清華大學環境學院環境監測實驗課程為例,授課內容包括:水的感官物理性質測定、水中陰陽離子的測定、水中溶解氧的測定、高錳酸鹽指數的測定、化學需氧量的測定、生化需氧量的測定、大氣中二氧化氮的測定、固體中有害物質的測定,共八個實驗[3]。其他高校也都大同小異,均缺少水環境或空氣環境中碳的監測、計量等內容,這將導致學生無法與“雙碳”這類當前環境熱點問題產生聯系,缺少對于“雙碳”知識點的了解和掌握[4-5]。另外,由于環境中“三廢”污染物大都含有碳元素,因此環境監測實驗課程中缺少碳元素的檢測方法,對于環境類專業學生的培養來說需要進一步完善的。

1.2 教學方法與考核方式不合理

目前,環境監測實驗仍然是傳統的實驗課授課方式,實驗前由老師講解實驗目的、實驗原理、實驗設備及其運用,由學生按照教材進行實驗,并撰寫實驗報告。這種教學模式缺乏對學生發現和解決問題能力的培養。實驗授課教師給出的成績一般以課堂實驗表現和實驗報告為依據,且實驗報告分數占比更高一些。在實驗課程中,實驗老師要對學生進行實驗操作指導,同時還要對實驗室的安全進行監控,所以很難對每個學生的實驗操作表現進行客觀準確的評價。而實驗報告都是在課后進行的,可以參考教科書、網絡及其他學生的內容,即使在課堂上表現不好、實驗技巧較差的學生也可能得到不錯的分數。這種傳統的教學評價方式并不能真正反映出學生對實驗技巧的掌握,也間接造成了學生對實驗課的不重視,有的學生覺得只需要交一篇漂亮的報告就可以了,卻忽視了環境監測的實驗知識和操作技巧,從而影響了學生的學習效果。因此,多元化的教學方式和考核方式勢在必行。

2 實驗教學改革的思考與措施

2.1 增加課程思政授課內容

近年來,課程思政已被較多地融入到理論課程中,而將課程思政融入到實驗課教學中并不多。任課教師可以修訂課程大綱,增加課程思政內容,通過思政的講授來向學生宣傳“雙碳”的意義,對相關的條例和措施進行舉例解讀,使學生理解“雙碳”的內涵,做到入腦入心。課程思政所涉及的學科范圍很廣,與社會現實和學生的思想聯系緊密,教師既要掌握自己的專業知識,又要具有更高層次的社會科學認識,從而激發學生的學習興趣,培養學生的國際視野、職業精神、合作精神和社會責任感。

2.2 增加碳元素的監測、計量、核算等授課內容

以清華大學環境學院環境監測實驗課程為例,其授課內容中的八個實驗均不涉及環境中碳元素的監測[3]。因此授課教師在修訂課程大綱時可以增加水樣中污染物總有機碳(TOC)的測定、空氣中二氧化碳濃度監測、固體廢物中碳元素分析等實驗,讓學生可以詳細掌握相關的碳元素監測方法,激發學生的創新性和自主性。環境類專業應根據專業基礎課的要求,結合“雙碳”大背景,制定具有特色的實驗方案,將色譜、質譜、光譜等先進監測和分析工具應用于環境監測實驗教學中。

碳的計量、核算與碳監測有較大關系。碳計量的計算方法可以分為基于實時監測和基于計算兩種方法[6]。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2006年發布的《IPCC國家溫室氣體清單指南》是目前國際上一直廣泛采納的碳排放量計算標準,其中主要介紹了排放因子法、質量平衡法、實時監測法三種方法[7]。2020年12月中國生態環境部發布的《全國碳排放權交易管理辦法(試行)》要求重點排放單位必須優先開展化石燃料的低位熱值和含碳量實測。相比排放因子法和質量平衡法,實時在線監測顯然更準確。因而,新修訂大綱需要增加碳計量方面的實操訓練內容,讓學生更能理解和掌握碳元素在環境污染物中的遷移、轉化和測量方法。

2.3 改革課程考核方式

傳統實驗教學中授課教師主要依據學生實驗課上的表現和實驗報告給分的考核方式,急需改變,采用多元化的考核方式。可以在課程大綱中增加以下環節的考核分數:①在課程考核中布置創新課題,如怎樣建立校園碳排放的監測網格?如何對社會生活不同行為的碳排放量進行統一的度量(計量),如何建立統一的標準?如何建立學生的個人碳賬戶?學生通過開展創新課題,提高對環境監測實驗課程的掌握。②分組開展一次課外碳監測、碳計量方面的科普宣傳,從而得到相應的分數。③在實驗表現方面,增加對學生在課程實驗中節約用水、用電、使用耗材等情況的表現進行觀察并打分,發生浪費行為的學生將扣除一定的分數,用實際行動強化降碳意識。

3 教學方法改革與創新

3.1 實驗結合真實工作場景

為了有效地提高教學效果,讓學生真正地掌握環境監測實驗技術,就必須讓學生到環境監測站、污水處理廠等場所進行實地考察,讓學生認識到環境監測課程與實際的環境監測工作緊密聯系,而不是單純地將課程看成是修學分,這樣就會在主觀上激發學生的學習熱情。另外,在教學設計與實施時,應以學生所關心的事件與情境為出發點,讓學生對環境監測實驗有更多直觀、真切的體驗,進而提高對該課程的熱愛。比如,在進行實驗設計時,可以考慮在學校內部,或在校園周邊尋找取樣地點;也可以讓學生自行設計實驗,以監測校園周邊的環境問題。這樣的實驗,不僅能夠激發學生的學習積極性,還能把理論知識帶到現實中去實踐,從而增強學生的工作自豪感。

3.2 靈活運用混合式教學手段

隨著科學技術的進步,“學習通”“雨課堂”“騰訊課堂”“虛擬仿真實驗”等線上教學軟件逐漸成為一種有效的教學手段[8]。國內外許多大學都建立了自己的精品課程,把資源放到網上,供大家下載、學習。教師進行線上/線下混合式教學,可以有效地解決教師人員的短缺問題,并且通過互聯網的方式線上云參觀環境監測站、污水處理廠的環境監測工作,也是在踐行綠色低碳的理念。

3.3 鼓勵學科交叉,科研反哺教學

隨著我國碳中和政策的逐步推行,環境行業將發生重大變化,并迅速發展。同時,各專業之間的交叉也會日益增多,培養學生的方式也會更加多元化。在本科生中實施“學業導師”制度,以鼓勵更多的優秀學生在大學初期就開始從事“雙碳”知識的研究和學習。鼓勵老師根據自身專業領域,組織和指導學生參加環保社會實踐、“雙碳”創新創業大賽、節能減排大賽、挑戰杯等學科競賽,組織學生進行課題研究,并將新理論、新方法、新進展介紹給學生。

4 結語

“雙碳”發展的方向是引領性和系統性的綠色低碳發展,能夠為國家的環境質量和工業發展提供多種可能性,有助于促進我國經濟的綠色轉型,促進我國綠色生產模式的形成,促進我國經濟和社會的高質量發展。在“雙碳”的背景下,大學生不僅要具備一定的專業知識,良好的職業素質,還需要具備“雙碳”相關的知識,才能適應時代的發展。環境監測實驗與碳的監測、計量等息息相關,為培養學生基本操作能力、科研素質,激發創新思維提供了強大的平臺。本文就“雙碳”背景下環境監測實驗課程大綱、課堂教學方式、考核方式的改革等進行思考和探索,做到以學生為中心并不斷進行改進。通過知識體系的調整和拓展,提高環境類專業學生的業務素質和在未來職場的競爭力,滿足“雙碳”戰略背景下環境保護事業對環境類專業人才的培養需求。