“环境监测”课堂教学改革与实践
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作者:王锋文 王浩琪 卢培利
摘 要：本科生课堂教学是“双一流”高校培养具有创新精神与实践能力的复合型优秀人才的重要基础。文章基于“环境监测”在高校环境科学与工程领域中的重要作用，结合“双一流”建设中课堂教学对学生综合素质培养的要求，在改革课程体系，调整教学内容，优化教学方法，强化实践环节等方面始终贯彻“启发式、研讨式”的教学理念。实践证明，这一改革促进学生对于“环境监测”课程体系的进一步理解，有效解决了学生对知识点吸收不充分的问题，深化了学生对于环境科学与工程学科的认识。
关键词：环境监测;高校;环境科学与工程;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2020）02-0004-03
“环境监测”是高等学校环境科学与工程专业本科生教学计划中的一门专业基础核心课程。该课程的主要教学目的是通过基础知识、监测方法以及监测过程的学习，使学生掌握环境监测的基本概念和基础理论;以不同介质中的污染物为线索，掌握现场调查、监测方案制定、优化布点、样品采集、运输保存、分析测试、数据处理和综合评价的环境监测全过程[1];为学生今后独立分析、设计、解决环境监测问题，进行环境保护工作和环境科学研究打下良好的基础。
“环境监测”具有很强的综合性和学科交叉性。在传统的教学模式中，该课程教学内容多、授课任务重，导致课堂节奏过快，影响了学生对知识点的消化吸收，教学效果不理想[2]。“环境监测”教学核心是监测方法，该部分内容在不同介质污染物中的应用有相似之处，并且部分监测方法在另一门专业基础课程“仪器分析”已进行了详细讲述[3-4]。在有限的课程学时之内，如何激发学生自主学习潜力和团队协作能力，提高学生逻辑思维及创新实践精神，是“环境监测”课程改革面临的一个重要问题。在反复总结往年教学经验，充分借鉴相关课程改革方式，不断吸收教学实践时学生反馈等的基础上，重庆大学环境科学系形成了以“启发式、研讨式”为核心的“环境监测”课程教学模式，并取得了一定成效。
一、创新课程教学体系
重庆大学环境科学系采用奚旦立先生主编的《环境监测》（第四版）为参考教材[5]。由于该课程本身具有较强的实践性，并且考虑到“双一流”建设背景下对学生综合素质和实践创新能力的要求，该课程一般设置54学时的理论授课，20学时的实验教学和2周的环境监测实习。首先，通过理论授课环节，让学生对监测方案的制定、监测方法的选取、监测技术的原理等方面有一个理论层次上的理解和系统层次上的把握;其次，在理论授课进行28学时后，穿插进行课夹实验教学。通过实验课程，夯实理论基础知识，起到温故知新的作用，同时锻炼了学生实验操作能力和团队协作能力。最后，通过2周的环境监测实习，将理论应用于实践，达到学以致用的目的。经过理论基础、实验操作、实践锻炼三个阶段的学习，不仅引导学生深入思考环境科学与工程这门学科的内涵，而且对学生未来科研方向的选择起到了指示性作用。
二、调整理论授课内容
由于“环境监测”涉及的监测指标众多、监测介质复杂、监测手段多样、监测环节繁琐，并且还要保障授课质量，让学生对知识点充分吸收和消化，所以对理论授课内容中教学章节的选取、章节学时的安排、教学内容的更新、基础知识的整合等方面进行了调整。
重庆大学环境科学系选取水和废水监测、空气和废气监测、土壤质量检测和噪声污染监测这四个章节进行重点讲授。考虑到学生理论体系的逐步建立，并且通过对相似监测手段、类似监测仪器、相近环境标准等内容进行系统性整合，所以設置四个章节学时梯度为：16学时、16学时、12学时和8学时。并以翻转课堂模式选取光谱与“3S”技术、环境监测网管理与组成、环境监测管理和质量保证等十项内容进行短时授课，对环境监测的理论体系进行系统完善。由于国家环境保护标准的不断更新与调整，所以在讲授过程中，笔者对课本中涉及到的国家环境保护标准进行数据更新，并对课本中未涉及到的标准进行补充，保障授课时数据的准确性与时效性。
三、优化启发式教学
启发式教学是从学生已掌握的理论知识基础出发，采用多种方式，以启发学生的思维为核心，充分发挥学生学习的主观能动性，促使学生充分思考问题并深刻理解教学要点，将传统教学的“授人以鱼”转化为“授人以渔”的一种教学手段[6]。旨在培养学生学习新知识融会贯通的思维和接受新信息的整合学习能力。
（一）运用启发式案例分析
案例分析是环境监测教学中的重要内容，是将“环境监测”理论课堂与科学研究或实际应用相联系的重要环节。但科学研究与工程应用之间往往存在与课本中模式化理论知识相脱节的现象。经过教学过程中的经验总结与教学后的分析讨论，笔者认为，启发式案例分析能够有效解决本科生理论基础薄弱与科研应用繁琐之间的矛盾。
笔者在“环境监测”课程中，大胆尝试将案例分析放于章节开始前，以学生兴趣为导向，进行具体实例展示与新章节内容的引入，起到启发式教学的目的。例如在环境监测第三章：空气与废气监测教学开始前，进行笔者博士期间大气监测科研内容“基于正定矩阵因子方法的上海PM2.5多环芳烃源解析”的案例展示。通过启发式教学，既能深化学生对环境监测流程的认识，也能激发学生对新章节内容的思考与相关科研的兴趣，为今后深造提供方向性指引。
（二）开展启发式视频教学
由于“环境监测”课程的综合性与交叉性，教学内容往往存在与仪器分析、物理化学等基础学科重复的部分。所以为了教学质量的最优化，结合“互联网+”时代背景，笔者将互联网教学的创新成果与环境监测课程相融合，达到在环境监测中以智能学习辅助启发教学的目的[7]。
笔者通过精选课程视频及相关学习网址，对相关难讲解、难理解、难记忆的重要知识点进行启发式视频教学。例如，选取新加坡国立大学制作的视频 “电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）用于检测痕量金属的多元素分析技术”，辅助讲解ICP-AES的仪器构成及工作原理。第一，双语视频加深了学生对学术英语表达的印象;第二，视频时长仅3分钟，有效避免长视频观看时学生注意力不集中的现象，提高了课堂效率;第三，通过多次观看，逐一分解仪器构成、分析工作原理、讲述标准曲线的绘制和样品测定，生动化地展示出ICP-AES讲解中难点，引导学生对该方法的理解和掌握。 （三）布置启发式课程作业
课程作业是学生消化、理解知识点的最有效环节。但传统的课程作业也存在自身的不足，如：为了覆盖更多知识要点而增大课程作业量;为了硬性考核标准过于强调作业分数或等级等等[8]。笔者打破传统的课程作业模式，以启发式教育为基本理念，使得课程作业变成对课程学时内的授课内容的补充，将理论知识与简单的监测实践相联系，起到培养学生综合应用能力的作用。例如在“环境标准”讲授结束后，选择课后习题：“通过模拟现实生产过程中CS2废弃排放量的变化，计算烟囱设计高度的变化。”不仅通过引导学生在解决问题的过程中自主查询《大气污染物综合排放标准》（GB16297），对课程学习内容进行消化与应用;而且通过计算过程中对相关指标转化关系的把握，以及为解决工程问题而自主学习“内插法”的应用，达到训练学生解决问题能力的目的。
四、实施以研讨式课堂为核心的翻转课堂
（一）注重分配研讨型课堂讨论
由于传统教学手段传授知识的方法比较单一，无法充分调动学生的积极性，不能够迎合高校“双一流”建设和社会对“综合型”人才的需求[9]。答案的开放性、思维的开阔性、极强的实践性成为“环境监测”课程开设研讨式创新课堂的天然优势。首先，采用随机分组、当堂出题的分配模式，一方面，增强了学生的小组协作能力;另一方面，当堂出题又给了学生提前梳理近期知识结构的时间和空间，有效调动了学生学习的自主性。其次，采用小组讨论式教学法的研讨式课堂，在学生对问题进行充分的讨论和思考后，与教师和其他小组分享讨论结果，营造出翻转课堂独有的师生平等的氛围，不仅锻炼了学生在讲台上的表达能力和展示技巧，而且充分活跃了课堂氛围。最后，采取组间互评和教师补充评价相结合的机制，能够对讨论题目进行充分的研讨和补充，达到共同学习、共同进步的目的。
例如，以“家用净水器去除水中有毒有害物质”为题，将生活中的实例带入课堂，激发学生结合“水和废水监测”章节的具体内容，寻找实用性强的方法处理水中悬浮物、金属化合物、非金属无机化合物、有机化合物等对人体有害的污染物，并在短时间内阐述其设计净水器的机理与可行性，提高了学生整体把控章节内容的能力。并且通过评价机制进行及时反馈，对展示中讲解出现的问题进行修正，对未讲解到的知识点进行补充。
（二）强化任务驱动型课堂展示
自主学习能力是学生适应当今信息时代知识变更迅速的关键;演讲与汇报能力是当代大学生在竞争激烈的社会中立足的基础。任务驱动型课堂展示完美解决了“学生如何进行有效的自主学习”“如何将学到的东西讲清楚、讲明白”这两个问题。良好的任务是“任务驱动”教学法取得成功的关键，深刻解读教材、深入了解学生水平是设置良好任务的基础[10]。在课程改革实践中，笔者选取“活性污泥性质的测定”“光谱与3S技术的应用”“环境监测管理和质量保证”等十个课堂展示主题进行翻转课堂教学。第一，翻转课堂对课程主体授课内容的框架结构进行补充，点面结合，为课程注入 “新鲜血液”。第二，根据学生的学习状况与展示水平分配任务，解决了难易不同的题目的分配问题，达到了“因材施教”的目的。第三，课堂展示与课堂讨论起到了异曲同工之效，将课堂环境由“师生平等”完全转化为“师生互换”，更能锻炼学生在台上的抗压能力与演讲水平，让学生获得“环境监测”课程学习的独特收获。
五、监测实习流程
环境监测实习是“环境监测”课堂教学的重要组成部分，它不仅仅是多种监测手段与测定方法的组合叠加，也是具有综合性、创新性和时效性的重要环节[11]。在实习过程中，依托本校及实验室现有的监测条件，通过监测方案的制定、监测方案的落实、监测结果的表述、区域环境的总体评价几个环节，达到训练学生分组完成区域环境监测与评估的目的[12]。具体实践中，三组学生经过组内探讨后，根据不同的功能区划，自主设计实习方案，共设置三个采样点，选取“TSP、氮氧化物、二氧化硫”三种环境空气污染物作为监测对象，参考相关标准及规范，对重庆大学A区进行了连续三天监测。在确保实验数据准确的基础上，通过与《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）等進行比对，科学合理地完成“重庆大学A区校园空气质量评价”实验报告。
六、改革成绩考核方式
考试成绩是学生最关注的内容之一，合理的考核方式对学生的学习态度能起到引导作用。为体现学生在课程改革各个环节中的劳动成果，同时也要达到夯实专业基础知识、构建完整课程理论体系的目的，“环境监测”课程的最终成绩由“40分平时成绩+60分期末成绩”构成，其中，平时成绩主要由出勤率、课后作业、课堂研讨、课堂展示四个部分构成。而期末考试占比较大，也体现出课程对掌握基础知识、熟识方法原理、构建理论体系的高要求。
以上六部分内容是笔者在“环境监测”课程改革中的一些尝试与实践。从改革的效果看，通过“启发式”与“研讨式”教学，学生的思辨能力、协作能力、语言表达能力和专业知识技能都得到了全方位的锻炼，重庆大学环境科学系“环境监测”课程对学生的培养也开始向“双一流”建设下高校人才内涵化、特色化、差异化的方向靠拢[13]。在今后的教学改革与实践中，希望通过在线网络课程（MOOC）的方式，打造网络精品课堂，对目前的改革成果进行推广和深化。
参考文献：
[1]刘广东.本科环境监测课程教学改革探讨[J].广东化工，2018，（10）.
[2]张翅鹏，杨爱江.“环境监测”教学改革探索[J].亚太教育，2015，（30）.
[3]罗婷，严金龙.《环境监测与仪器分析》课程改革探索[J].教育教学论坛，2017，（39）.
[4]孙崇玉，孙立强，刘飞.高校《仪器分析》课程教学改革探索[J].安徽农学通报，2018，（17）.
[5]奚旦立，孙裕生.环境监测[M].北京：高等教育出版社，2010：1-579.
[6]魏金枝，孙晓君，艾恒雨.基于复合应用型人才培养的环境监测课程改革与实践[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2016，（8）.
[7]王媛.浅析“互联网+”背景下《环境监测》课程的教学改革[J].云南化工，2018，（1）.
[8]陈淼.环境监测课程的教学与实践改革初步研究[J].赤峰学院学报：自然科学版，2016，（6）.
[9]张成丽，任少云，程红丹，等.环境监测课程教学改革的研究与实践[J].高师理科学刊，2017，（6）.
[10]许宏飞.任务驱动法在《非参数统计》教学中的应用[J].现代商贸工业，2018，（31）.
[11]张娇，史衍玺.农业院校环境监测课程实习教学改革探索[J].安徽农业科学，2013，（12）.
[12]杨毅，聂麦茜，刘立忠，等.“环境监测实习”实践教学的改革和实践[J].环境科学与管理，2013，（1）.
[13]付海南，毛丽娅.“双一流”建设下高校人才培养的定位、缺位和进位[J].黑龙江高教研究，2018，（10）.
[责任编辑 包玉红]
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