《环境监测》课程创新性实验教学改革＊

时间：2024-08-31

李荣喜，雷敏，余取民，杨珊，宋勇

(长沙大学生物工程与环境科学系，湖南长沙 410003)

《环境监测》课程创新性实验教学改革＊

李荣喜，雷敏，余取民，杨珊，宋勇

(长沙大学生物工程与环境科学系，湖南长沙 410003)

遵从我校环境工程专业定位，利用学校的天然条件，以培养综合性、创新性大学生为目的，针对《环境监测》实验教学所存在的一些问题，提出了一些具体的教学改革方案和措施，将环境监测实验教学与周边环境相结合起来，服务于地方发展.

实验教学;综合创新性;教学改革;环境监测

我校环境工程专业是立足长沙，面向湖南经济和社会发展需要，培养基础厚实、适应能力强、具有良好科学人文素养的环境工程学科高级工程技术人才.培养学生适应社会主义建设需要，德智体全面发展，具有创新精神和实践能力，要求学生重点掌握环境污染控制原理、污染物治理技术和工程设计等系统的环境工程专业理论知识.而环境监测是一个涵盖监测网设计、采用与分析技术方法、质量控制与质量保证以及信息管理的系统性学科，是环境类专业必修课，也是学习环境类其他课程的基础，环境工程学、环境化学、环境物理学、环境生态学、环境地学、环境经济学和环境管理学等都需要在了解、评价环境质量及其变化趋势的基础上进行［1］.因此，真正掌握这门课程并能加以实际应用对环境科学和环境工程专业的学生极其重要.

由于环境监测在专业培养中具有重要意义，如何进行教学改革，特别是实验教学，使学生掌握扎实的监测技术，更好的服务社会是一个重要的问题.

1 实验教学改革的必要性

《环境监测》是以监测技术为主的课程，涉及到水和废水监测、空气和废气监测、固体废物监测、土壤质量监测、噪声监测、生态学监测、放射性污染监测以及监测质量保证和评价等多方面，可见其涉及范围非常广泛，如何在实验教学中培养学生的动手能力，培养学生综合、创新性设计能力，提高学生解决实际问题、解决环境污染应急监测问题的能力已经成为专业课程共同探讨的问题［2，3］.

综合、创新性实验是学生在掌握理论知识的基础上，通过查阅资料和参考文献，设计出一种相对科学的实验方案，涉及实验目的、实验方法、实验实施、结果与分析，并在指导老师的修订下，使实验方案具有较高的可行性，然后由学生独立完成实验任务，并在实施的过程中主动学习，不断进取［4］.

2 教学存在的问题

目前，我校所开设的实验项目为32个学时，与理论课时48学时的比例为2:3，占总学时40%，所占比例相当大，突出我校培养学生实际动手能力的重要性与关注度.尽管如此，但还是存在如下问题:

2.1 教学手段单一

由于实验条件的限制，实验内容一般是由指导老师采用黑板讲解，从实验目的、原理、操作步骤和注意事项，然后学生按照讲义一步步完成实验，但是一些工艺原理比较复杂、抽象化的东西，学生根本就得不到很好的理解，这种注入式的讲解教学手段虽然让学生完成了实验操作，却不能激发学生在实验过程中的求知欲望与激情，始终处于一种被动的状态.一个实验完成后，实验成功了，学生得到数据，却不会分析;实验失败了，学生不知从何找原因.而环境监测实验是一门专业基础课程，涉及的知识面宽、影响实验因素多.学生在基础课程学习阶段经过了分析化学、仪器分析等实际操作的训练后，使学生产生了一种习惯性的依赖思维，能够利用原有的实验基本技能完成操作，但是缺乏独立思考能力，缺乏解决问题的能动性.许多学生在做毕业论文时都反映，在平时的专业实验中什么都没学到，什么都不记得了，又要重新查找与探讨.

2.2 实验内容简单，综合性不强

环境监测教学内容较多，涉及到水、气、固、土壤、放射性五大区域内的各类样品的采样、处理方法、检测方法、仪器工作原理等多方面.由于课时有限，课时的规范性，老师按本宣科，只能选择一些具有代表性的实验项目，实验内容如表1所示，学生按部就班完成实验，缺少综合、连贯性学习.

表1 环境监测实验内容

从以上的项目可知，实验都是针对一些具体的实验指标进行测定，是对书本的一种直观复述，缺乏设计性实验.学生通过实验掌握了实验技能，但是却不能运用到实际生活中，如要学生对“湖泊水体富营养化评价”、“校园空气质量评价”等，学生则不知从何入手.

3 创新性教学改革

环境监测是一门实践性很强的专业技术课，实验教学不再是过去验证性实验，从实验内容的设计、实验过程的组织实施到实验教学考核的整个过程，应始终以人才培养目标为导向，强化学生的能力培养.

3.1 因材施教，设计教学内容

合理设置该课程的教学内容，提高学生实际应用能力.实验教材是实验课的指南，实验教材应突出技术与方法，在编写上着眼于课程本身和专业定位的特点.因此，我们编写了一本针对我校环境工程专业实验教学特点的《环境监测实验讲义》，实验内容既有基础性的实验，又有综合性、设计性实验，同时，实验内容紧跟环境监测发展方向，引导学生注意把握环境监测技术的发展方向，并能举一反三.该教材经过06、07、08三级本科生使用，取得了良好的效果.

3.2 教学手段多样化

采用传统教学和多媒体教学相结合的方式进行授课.简单明了的以及逻辑性强的知识点，如在反应过程中发生的化学反应方程式，采用黑板讲解;若是涉及到复杂的反应、仪器设备运行抽象的可采用动画演绎;实验优化条件控制以及实验数据处理利用计算机模拟;模拟实验可用于实验设计控制与结果分析.

积极鼓励学生参与到实验准备工作中，玻璃器皿的清洗与准备、标准溶液的配制、实验试剂的配制、仪器设备的运行维护等.如在BOD5的测定实验中，需要准备氧化剂硫酸锰，在标准方法中直接配制，但实际上在配制溶液时需要加入一定量的酸，以防水解，这样就能培养学生解决实验准备过程中碰到的各类问题的能力［5］.

3.3 改革实验模式，以学生为中心

以往的实验教学模式，都是教师要求学生按照实验教科书的规定进行指定的实验，虽然对提高学生实验技能具有一定的价值，但是在能力培养上存在局限性.我们应遵从专业培养的目的，对实验进行改革，由完全的操作性实验上升为综合性实验、设计性实验相结合，培养学生的综合能力.如，提供一些仪器，由学生自由选择，4－5人一组，设计一个实验方案.为了完成这个任务，学生分工合作，查找资料，设计实验，选择实验地点、时间，设计拟解决的问题，并提供实施技术方案.

湖泊水体富营养化评价:

1)实验目的:对湖泊水体进行评价;2)对象:湖泊;

3)采样:监测布点及采样依据;

4)水体富营养化形成及其规律，相关控制指标为TP、TN.各指标分析方法的选择及选择依据，一般选择易于操作、对环境无二次污染的方法、灵敏度较高的分析方法，确定后，还需对实验仪器设备、试剂的配置、样品的前期处理等方面进行准备;

5)水体营养化程度评价，采用国家标准方法和行业标准方法;

6)水体富营养化的特征;

7)水体富营养化的污染来源及其污染控制对策分析;

8)水体富营养化的形成机制及其防治;

9)监测结果报告及相关分析;

10)实验设计综合报告.

3.4 设立综合、创新性实验基地，培养学生创新能力

在专业实验现有条件的基础上，设立综合、创新性实验基地，为学生提供一个理论联系实践、综合运用知识、进行技术创新的平台，发挥学生的积极性和主动性，培养学生的团队意识，并为理论教学提供支撑，最终提高学生的全面综合素质.采用“基础专业”，“实验实践创新清洁生产”的培训方式，涵盖基础实验训练、专业实验训练、结合校外基地的实习、大学生创新项目的申请、清洁产品的研发等内容.如:①湖泊水体富营养研究;②空气质量监测及评价;③水体质量监测及评价;④区域环境质量监测与评价.

通过多种方式的训练，学生的实践和创新能力得到提高，同时学生在此过程中所学习到的又可以嵌入到环境工程专业教学计划中，使人才培养方案不断优化，使理论课程教学与实践运用在不断的调整中优化.

3.5 实验教学与周边环境相结合

实验教学的最终目的是要让学生能够运用到科研和实际工作中，同时还能为地方经济服务.我们根据学校依傍浏阳河和学校环境的实际情况，将周边的水体环境、大气环境等纳入到学生实验中.如，1)对新装修房屋室内污染物监测.常见的监测指标有甲醛、苯等挥发性有机物，发现污染源和确定污染程度后，提供简单的消除污染技术，如采用活性炭吸附这些污染物，活性炭吸附饱和后可加热解析，再次利用.实验的目的既让学生掌握了实际课题的处理方法，学会室内布点、采样、采样器的调节使用、数据处理以及监测评价等内容.2)对浏阳河水体的监测及评价.浏阳河属于地表水，通过pH、浊度、温度、色度等物理性指标，可从表观上观察水质是否有污染现象，通过对 COD、BOD、TP、TN、重金属含量等分析，进一步确定浏阳河是否受污染，以及污染的程度，学校处于浏阳河下游段，有污水排放口，这就涉及到采样点的布设、采样及其保存、样品的前期处理、样品的分析方法、数据处理及评价标准，从而得出结论，提出污染防治的措施.这样既有利于学生既能在实际应用中做出快速反应，又能在实验室内掌握技术与方法.