环境监测综合实验教学模式的探索与实践

谢朝阳，詹 燕，王 刚

（武汉生物工程学院化学与环境工程学院，湖北 武汉 430415）

环境监测是环境工程专业的一门专业主干课，而配套的环境监测实验是环境监测教学中相当重要的组成部分。传统的环境监测实验模式单一，以单个的实验项目和验证性实验为主，学生只需要熟悉每个监测项目的实验目的、实验原理、然后根据国标的实验内容、实验步骤逐步完成实验即可，这种按部就班、以教师为主导的教学模式不利于学生思维主动性和创造性的培养，也很难适应今后毕业岗位环境监测实际工作的需求，因此，改变单一的、以验证为主的传统教学模式，开设综合性设计性实验是环境监测实验教学发展的趋势。我校作为一所应用型本科院校，十分注重学生实际操作能力的培养，我们结合本课程的实际，以未来就业岗位需求为导向，进行了环境监测综合实验教学改革与探索。目前我校环境工程专业人才培养方案已加入环境监测综合实验这门课程，40学时，2个学分，在环境监测实验结束后独立设课，独立学分。该课程主要学习环境监测方案的设计、环境调查、数据分析与处理、环境监测及评价等知识。通过该课程的实验教学，加强学生设计实验的能力，开拓学生的思路，培养学生的自主创新意识，巩固和加深学生的理论知识，提高大气、水、土壤、声环境质量监测技能，培养学生严谨的科学作风、团队合作能力以及分析问题、解决问题的能力。

1 环境监测综合实验设计思想

本课程教学采取学生为主，老师为辅的教学方法，学生从查阅资料、确定方案、配置试剂、拟定步骤，到进行实验，分析结果、撰写报告等均是自主完成，老师只是起到检查、提醒和监督的作用。学生从中学到科学研究的工作方法，养成以科学的眼光观察事物和进行学习的习惯，学生的创新精神和创造能力就是在这种教学方法中逐步形成的。课程要求学生掌握水质、空气、土壤、噪声的现场调查方法，学习典型监测任务的监测项目的确定，学习监测站点的布设方法以及监测方法的比较确定；完成校园大气、水质、土壤、噪声的监测方案的制定、完成校园大气环境、水质环境、土壤环境、声环境的评价报告。本实验课共40学时，在理论课程及配套的环境监测实验结束后安排2周的时间开展，这种集中教学、单独授课的模式突出了环境监测实验的重要性，也提升了学生在实验教学过程中对环境监测全过程的综合技能训练能力。

2 环境监测综合实验教学过程

2.1 实验方案的设计阶段

环境监测综合实验由于涉及内容多，每个监测方向分析的项目和指标都比较多，学生需要分工协作才能更好地完成。所以学生分组人数一般为4-6人，共设定4组学生，分别负责我校校园天然水体质量监测、校园土壤环境质量监测、校园大气环境质量监测和校园噪声环境质量监测。学生现场抽签，决定监测方向。根据所抽取题目到现场进行调查，了解监测对象—校园水体、土壤、空气、噪声等环境的基本情况。在充分调研的基础上再从监测目的、采样布点、监测项目选择、监测方法确定、数据分析方法等方面制定出合理的监测方案。以地表水水环境监测为例，要求学生对学校晨光湖、问天湖等景观水体进行水质监测，了解学校景观水体水环境质量状况，为学校景观湖的治理与保护提供必要的数据。学生运用环境监测课程理论知识首先对景观水体进行现场调查，通过查阅有关文献或资料，了解学校景观水体基本情况，如地形、气象、污染源布局等背景资料，然后制订水体监测方案，确定采样点、监测频次、监测项目、分析方法等。最后每组汇报自己的监测方案，指导教师对每组的方案进行审核，审核方案的科学性和可行性，对方案中不恰当处给予提示，尤其对监测项目中必测项目和选测项目进行把关，根据实验室已有的条件最大限度地完成实验项目的检测。教师在指导综合设计性实验，参与学生实验方案的讨论和制定的过程中，协助学生解决各种问题，通过学生和指导教师进行实验方案讨论，一方面可对实验方案进行修改；另一方面讨论的过程也能锻炼学生发现问题、分析问题的能力。

2.2 实验过程的实施阶段

方案确定以后，小组在老师指导下进入实验过程的正式实施阶段，校园水质监测和土壤监测小组由于实验内容比较多，实验采取了开放实验的方式，除规定教学计划外，学生可以自己安排时间，在课余时间来实施实验方案，实验指导老师随时进行辅导。实验在进行过程中指导老师有针对性地召集各组学生开实验讨论会，讲述各组在实验过程中出现的一些状况，并相互交流经验。指导老师通过了解情况，及时掌握学生实验动态，对出现的问题启发诱导，共同商量解决方案。最后在对实验进行总结，这样既提高了实验效率，学生又能在指导老师帮助下提高分析问题、解决问题的能力。以校园土壤环境监测为例，从采样布点，土壤样品的制备，土壤理化性质指标、肥力指标和污染指标的监测、实验数据处理与分析、实验结论与建议等方面逐步开展。第一次课学生进行实况调查，了解农田土壤的类型、土壤环境背景值、地表水和地下水情况、地质条件、水土流失、污染源分布、土地利用类型、使用农药、化肥的累积情况等资料；第二次课学生要制定监测方案，确定监测内容和实验项目，然后根据《土壤环境监测技术规范》对农田土壤进行布点、采集及土壤样品的风干；第三次课学生根据土壤检测标准正确选择土壤指标监测方法，根据选择的监测方法学习实验试剂的配制、计算试剂的用量；第四、五次课进行土壤样品的制备及土壤理化指标如土壤质地、孔隙度、pH的测定，第六到第八次课进行土壤肥力指标如土壤有机质、土壤速效氮、速效磷和速效钾的测定以及污染指标如土壤中重金属含量的测定，第九次课对实验结果进行处理并分析，实验数据分析主要考查学生对监测数据的处理能力和对结果的分析能力，以及对数据处理软件如Excel、Origin等的运用能力。第十次课是课程PPT汇报并答辩，由指导老师主持，以小组为单位进行汇报，针对各小组的实验结果全班同学进行课堂讨论。整个实验过程以学生实际实施为主，专业教师指导为辅，最大程度激发学生科学研究的兴趣和主人翁的精神，提高学生运用所学专业理论知识解决实际问题的能力。

2.3 环境监测综合实验的主要内容

环境监测综合实验共分校园景观水体环境质量监测、校园农田土壤环境质量监测、校园大气环境质量监测、校园噪声环境质量监测四个模块。每个实验模块主要监测项目如表1所示。各实验模块均以环境介质中基础项目和必测项目的监测为核心内容，侧重学生监测方案设计能力的训练以及数据处理与分析方面的能力训练。

表1 环境监测综合实验监测的主要内容

2.4 环境监测综合实验考核办法

环境监测综合实验期末考试成绩由平时成绩、综合实验报告和课程答辩三部分组成，三者所占比例为分别60%、30%、10%。其中平时成绩主要包括出勤、平时操作技能表现和实验结果等。每一个环节都有相对应的评分标准，以综合实验报告为例，其评分标准主要从数据处理与评价、报告阐述和报告格式三个方面来评价。其中数据处理与评价主要考查学生监测数据是否真实，数据处理过程是否详细，是否对监测结果准确评价等方面来评分；报告阐述主要考查综合实验报告是否完整，框架是否合理，结构层次是否清晰，表述是否准确几方面来评分；格式主要考查行文、图文图例、表格、行间距、字体是否规范。课程答辩由每组成员做PPT进行汇报，然后老师根据小组汇报的主要内容进行提问，学生作答，根据回答问题的准确情况进行评分。

2.5 环境监测综合实验教学效果

2012年我校环境工程专业获批为我校第一批湖北省一流本科专业，根据一流专业要求，我们加大实践教学环节，注重学生动手能力的培养，增设了环境监测综合实验，这门课自开设以来，广受学生及督导老师好评，极大地锻炼了学生自主学习能力、动手能力、写作和表达能力以及解决实际问题的能力。综合设计性实验在实施过程中，学生遇到很多以前验证性实验过程不曾遇到的问题。通过学生积极主动地独立查阅文献、上网找资料等，掌握整个实验的全过程，掌握实验内容的每一个细节。通过讨论和教师指导后，问题得到有效的解决。环境监测综合实验不仅使学生灵活掌握各个实验的方法，也巩固了以前所学到的基本实验操作技术，更重要的是提高了学生的主动性、自觉性和设计创新能力，把所学的基本操作技术系统地贯穿起来用于实际工作中。学生都深有感触地认为，这个实验是他们在整个大学期间最有实用价值的一门课程。以校园空气监测为例，通过对校园空气质量进行监测，巩固了学生大气污染控制工程及环境监测的专业理论知识，熟悉大气环境监测从布点、采样、样品处理、分析测试、数据处理到分析评价等一系列整套工作程序，为学生以后毕业论文及毕业后尽快适应实际工作打下良好基础。另外其监测结果对全面反映校园空气环境质量现状及其发展趋势，提出对策和建议来保护校园及其周边的空气环境提供了数据支持，对学校污染源的控制及环境规划提供了科学依据，有较强的现实指导意义。环境监测综合实验让学生掌握了方案制定、监测项目的确定、采样点的设置、采样方法、样品的分析测试、监测数据处理及环境质量评价等有关环境监测的全过程，极大地启发学生自觉地将课本知识进行转化。

3 环境监测综合实验实施过程中存在问题及建议

由于学时和实验室有限，学生只能选择水、气、土、声一个方向来开展综合实验，不能全方面参与；实验室的仪器设备陈旧，高端的仪器设备如气相和液相缺乏，导致有些实验项目如空气中挥发性有机物的测定，土壤中农药含量的测定在实验室不能完成。传统的实验室运行管理模式在时间上不够灵活机动，而环境监测综合实验是一个连续监测的过程，完成的时间较长、难度较大，对实验室的开放管理和教辅人员管理的要求更高，因此，作为实践人才培养主阵地之一的实验室，我们应与时俱进，改革创新，加大实验室开放力度，为实践人才和创新人才培养提供良好的平台。另外在实验过程中少部分同学参与度不高，有打酱油的嫌疑，如何提高这部分同学的积极性值得探讨；学生的实验动手能力较强，但对实验的原理、数据处理、结果分析以及报告撰写等方面掌握较差。在今后的教学模式中我们要加强学生过程管理与考核，多花些学时给学生讲解实验原理、计算公式的来由、数据处理和分析方法，报告的撰写规范以及实验过程中注意事项和关键环节等内容，对学生薄弱环节进行有针对性的指导，让学生全方位掌握该门课程的精髓。

4 结语

环境监测综合实验有效地把环境监测理论知识与模块化实验有机结合起来，极大地锻炼了学生的各种能力。通过教学实践，真正实现以学生为主体，教师为主导的新型教学形式，体现出以知识和基本技能为基础性内容、创新能力培养为中心的思想。对环境监测综合实验教学模式进行探讨，改革课程教学方式，更新教学内容，对提高学生的综合能力，使学生的知识体系更符合社会需求，有着重要作用。环境监测综合实验课程的改革仍在摸索和推进中，我们将在实践中不断总结、完善。在如何提高教学质量，提高实验教学效率，培养学生的创新能力方面，没有固定模式可走，只有通过探索、研究和总结，在实践中进一步提高与深化。