“三三制”培养模式下的环境监测本科教学改革探索与思考

鲜啟鸣,王俊杰,张 巍,朱晓平

南京大学环境学院,江苏 南京 210023

环境监测是环境科学的一个重要分支学科[1],是环境科学与工程专业本科生必须学习和掌握的基础理论和技术。由此,环境监测课程已经成为环境科学与工程学科课程体系的重要组成部分。随着我国高校“双一流”建设高潮的到来,各高校对本科生培养质量愈加重视,掀起了本科教学改革的浪潮。南京大学是国内最早提出“三三制”本科人才培养改革的高校。“三三制”人才培养模式是将本科培养过程划分为大类培养、专业培养、多元培养3个阶段和专业学术、交叉复合、就业创业3条发展路径,目的是给予学生个性化和多样化培养[2]。近年来,众多高校为了提高生源质量,在高考录取中实行大类招生,即多个相近学科专业不再单独招生,而是放在一起招生,学生入校后一般先经过1年左右的大类培养(通识课程),再根据兴趣和双向选择结果进行专业分流。南京大学为了顺应国家招生考试制度改革的新形势和“三三制”本科人才培养改革的内在需求,成为较早开展大类招生改革的高校之一。实行大类招生后,南京大学环境专业(环境科学和环境工程)的本科生主要来源于化学与生命科学类和地球科学与资源环境类,少量来源于大理科班。针对不同学科大类一年级学生开设的通识课程相差较大,二年级分流到环境学院各专业后,来自不同学科大类的学生的学科背景和基础往往会差异明显,这就对环境专业课程体系建设和教学计划安排提出了更高的要求。

环境监测理论及实验课程目前在南京大学环境学院本科课程教学体系中被列为“环境科学与工程各专业的平台课程”,安排在第6学期开设,其中理论课程和实验课程均为3学分。环境监测作为一门理论与实践相结合的应用学科,需综合物理、化学和生物等学科的相关原理,并在实践中不断发展,以适应社会发展的需要[3],满足“三三制”本科人才培养目标的要求。因此,对于环境监测本科教学,无论是在教材选用、教学内容安排、教学手段设置,还是在考核评价等方面,都需要结合我国环境监测事业的现状和发展方向,从国家对专业人才的需求角度出发进行改革。本文将从教材建设、教学内容安排、教学手段设置以及学生成绩评价几个方面,阐述近几年所开展的教学改革探索与思考。

1 教材建设

“三三制”培养模式探索首先要解决的是新教材建设问题。新版教材要既能满足专业培养需要,又符合新时代要求。业内针对普通高校环境监测本科课程的教材已有不少[1,4-6],其中尤以高等教育出版社出版的奚旦立老师编著的《环境监测》的影响面为较广。该书多次再版,目前已经更新至第五版。南京大学在20世纪90年代由周玳老师编写过一本名为《环境监测》的教材。该教材的主要特色是强调基础方法学,在教学中受到不少好评,可惜已多年未再版。此外,根据作者多年环境监测教学实践体会,我国现有环境监测教材中大多缺乏环境监测实际案例,缺少针对最新国家环境标准及监测技术方法的相关介绍,教材内容不能满足快速发展的环境监测课程教学需求。2015年夏天,科学出版社立项了“全国高等学校环境科学与工程类专业规划教材”重大项目,由钱易院士任顾问,郝吉明院士任总主编,出版了一批环境类专业的精品教材。其中,南京大学承担了主编环境监测新教材的任务,并于2019年10月完成教材出版[3]。相比原有教材,新教材的改进主要包括：把监测过程中涉及的常用仪器分析方法单独列出一章——“仪器分析方法”,介绍不同仪器分析方法的原理和适用范围,而在不同环境介质污染物监测章节,涉及仪器分析方法时,只讲授具体的使用方法,增强了教材的系统性;在不同环境介质污染物监测章节,增加了实际案例,能够让读者更好地理解实际的环境监测过程,如在教材第3章“水和废水监测”中,介绍了地表水中无机非金属污染物的检测与分析实例、地下水中重金属含量的测定实例以及中国沿海三省饮用水水源有机污染物的监测实例;对教材中涉及的标准及其对应的分析方法进行了更新。图1总体刻画了新教材的主要内容。

图1 新教材的主要内容

2 教学内容

环境监测课程包含一定的基础理论,同时也具有很强的实用性。基础理论主要涉及环境监测技术和方法原理,如分光光度法的测量原理、采用纳氏比色法测定氨氮的原理等。实用性主要体现在教学内容是围绕不同环境介质中污染物的监测来设置的,与现实环境监测过程基本一致。学生通过环境监测课程学习和实验技能训练后,能很快地适应实际的环境监测工作。目前在教学中存在的突出问题是教材内容更新滞后。由于环境监测需求和环境监测技术发展快速,一些新技术、新方法已经在实际环境监测工作中得到应用,但教科书中没有相关的介绍。因此,近几年主要从以下几个方面开展了课程教学内容改革：

1)更新污染物排放标准、环境质量标准、环境监测方法标准。随着我国环境保护工作力度的加大,以及公众的环境质量改善需求的提升,污染物排放标准和环境质量标准的更新步伐不断加快,原有教材中刊载的标准和方法已经不再适应新时期的要求。例如,《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)和《保护农作物的大气污染物最高允许浓度》(GB 9137—1988)已为《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)所代替。同时,老的环境监测方法标准在数量、内容及技术水平等方面也不能满足现实的环境管理需要[7]。因此,在教学中应让学生多了解一些最新的方法标准,如使用《土壤和沉积物 铜、锌、铅、镍、铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491—2019)代替《土壤 总铬的测定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491—2009)、《土壤质量 铜、锌的测定 火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17138—1997)和《土壤质量 镍的测定 火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17139—1997)。同时,在教学中通过对新旧标准进行比较,让学生进一步理解标准的修订过程和我国环境监测工作的发展方向。

2)扩展新监测技术与方法。对教材中常用的监测方法进行了扩展,如空气中有机污染物的被动采样技术、分子印迹聚合物在环境样品前处理中的应用、免疫学方法在水中藻毒素测定中的应用等。

3)补充新污染物监测。近期发布的《国务院办公厅关于印发新污染物治理行动方案的通知》(国办发〔2022〕15号)[8]提出,要完善新污染物环境监测技术体系。因此,在教学中适当补充了新污染物监测内容,向学生介绍新污染物的种类、开展新污染物监测的意义、新污染监测的难点等,并以水中全氟化合物监测为例,讲授全氟化合物监测全过程的关键节点。

4)增加在线监测与自动监测发展介绍。进入21世纪,环境监测已由最初的被动监测阶段、主动监测阶段发展到自动监测和实时在线监测阶段。自动监测技术和方法与实验室监测技术和方法有很大的不同,因此,在教学中介绍在线监测技术与自动监测技术的发展,以及我国在水质、环境空气质量在线监测技术方面的现状,有利于让学生充分了解两类技术的特点,学会在实际工作中如何选择合适的实验室或在线监测方法。

5)加强案例分析。在水、气、土、固废、生物、物理、应急监测的每一章教学内容中,都安排对实际环境监测案例的分析和讨论。通过讲解和讨论,进一步加深学生对环境监测全过程的理解。

3 教学手段

环境监测作为环境科学与工程、环境规划与管理专业的平台课,是一门应用性较强的课程。为了让学生更好地掌握方法原理,采用了多样化的教学手段。一是与理论课同步开设环境监测实验课,安排学生动手操作,完成10个左右有代表性的环境监测实验,从而让学生深入理解监测技术及方法的原理和应用场景;二是在课堂上,每章以安排播放监测实验或者环境污染事故监测短视频的方式,并结合问题讨论,来加深同学们对重点理论知识的理解。基于“三三制”改革强调要加强师生交流以及合作学习能力培养[9-10],采用任务驱动教学法[11]改革课堂教学方式,由授课教师在讲台上“唱独角戏”改为教师主讲+学生参与的课堂教学模式。其中,学生参与的方式主要是问题讨论。授课教师在讲授新课程内容前,先提出几个问题,让学生通过查阅资料的方式寻找答案。在授课过程中遇到这些问题时,邀请学生上台讲解并进行自由讨论。每节课大约四分之一的时间由学生来主导,授课教师参与并引导讨论。此外,结合情景教学法[12],改革课外作业的完成方式。以往在每节课后会布置一些习题或者思考题作为个人课后作业,规定每个学生须在一定时间内提交,由授课教师或助教进行批改,并给出作业的等级分(优、良、中、差)。改革后,适当减少个人作业次数(量),增加1～2次团队作业(大作业)。团队作业题目主要涉及环境介质中某类污染物的监测方案、有毒气体泄漏等污染事故的监测方案等,要求学生自由组队(一般3～4人),自由选择题目,通过学习课程内容和查阅收集相关资料,分工协作完成此项作业。授课教师根据学生选题情况,在课堂上安排时间开展汇报交流,考察作业完成质量,并计入平时成绩。

以往有不少学生对环境监测课程存在一定的疑虑,包括课堂上学习的内容在今后的实际工作中是否有用,今后从事环境监测工作需要哪些方面的知识积累等。针对这些问题,在教学大纲中专门安排2个学时介绍中国环境监测的现状和发展方向,邀请环境监测系统地市级及以上监测中心的站长或室主任作为主讲人,主要围绕我国环境监测体系的发展现状、常规监测任务安排、监测队伍现状以及国家近期和中长期发展目标等内容进行讲授,并与学生现场互动交流,让学生了解和思考今后环境监测领域的发展方向和机遇。近几年的报告题目包括《环境监测站的常规业务与管理》《环境污染事故的应急监测案例分析》《我国空气自动监测网络的构建和发展》等。

通过教学手段和方式改革,极大提高了学生对环境监测课程的学习兴趣,激发了学生们的学习热情。授课教师在教学中充满了传授知识的激情,学生从课程学习中收获了实际的环境监测知识。为了解改革效果,收集了部分毕业生对“三三制”培养模式下环境监测课程学习情况的反馈,其中一位毕业生的反馈意见比较富有代表性,具体如下：“南京大学环境监测课程教学将理论学习与实际操作相结合,使学生在本科期间便能系统地掌握环境监测的原理、主要的检测技术方法、环境监测操作要点。期待环境监测课程能结合国家水、土、气三大环保战役的新需求,培养更多具备扎实环境监测技术功底的优秀毕业生。”

4 评价方法

一门好的教学课程离不开科学合理的考核评价方法[13],尤其是环境监测作为平台课,成绩纳入学分绩点,直接影响出国留学申请和国内保研名额排序。近年来,基于“三三制”培养模式下的多元化评价方法[9-10]和以评促学的理念,重点针对环境监测课程的考核方法和评价方法进行了改革。由于环境监测课程内容量大、知识点多,仅靠一次期末考试来评价学生对课程内容的掌握程度缺乏代表性。难度较低的试卷不易拉开分差,而难度较高的试卷又会降低均分(低于70分),导致学生对课程的评价不高。

在课程成绩评价中,不断探索强化对学习过程的考核,具体评价方法如下：

1)优化形成了平时成绩+期中成绩+期末成绩的总评方法,分值分别占20分、40分、40分。其中,平时成绩由平时作业(13分)、大作业(4分)和课堂讨论(3分)组成。

2)期中和期末考试均采用闭卷形式,分别考察课程第1～4章和第5～10章的内容掌握情况。表1为2015级至2019级环境学院本科生的平时、期中、期末和总评分,以及总评成绩等级分布情况。5个年级的平时均分除了2017级为良外,其余年级均为优,说明学生的平时作业和大作业完成质量较好。期中和期末考试的平均成绩范围分别为66～79、77～85分,期末成绩要好于期中成绩。总评分范围为77～82分,对应等级为良。图2为总评成绩的等级分布,总评成绩等级在良及以上的学生数量占总人数的比例超过70%。

表1 2015—2019级环境监测课程成绩分布

图2 环境监测课程总评成绩等级分布

3)平时成绩由以往单一的以平时作业计分改为多元化计分,提高了学生每次作业的完成质量以及课堂参与的积极性。评价方法改革充分调动了学生对课程的学习兴趣。

5 结语

党的十八大将我国生态文明建设纳入中国特色社会主义事业总体布局,这就对生态环境监测提出了更高的要求。为国家输送高素质的环境监测人才是环境科学与工程专业人才培养的重要目标之一。在学校加快“双一流”学科建设的推动下,以及“三三制”培养模式的引领下,环境监测课程教学改革在满足教学需求的新教材建设、贴近实际环境监测工作的教学内容创新、多样化的教学手段融合以及多元化的评价方法探索等方面取得了初步成效,得到了各方的正面反馈。但面对本科生大类招生改革、不同大类学科学生在基础学科上的差异,对多元化多层次教学手段的应用、对更加科学合理的评价方法的探索、对教学过程中所发现问题的及时反馈和改进仍将是今后课程改革的重点提升方向。建议通过建设大型开放式网络课程(MOOC)、开设翻转课堂、细化学习过程评价、提高平时成绩权重、优化实验操作课程内容等方式,进一步提升教学效果,从而为满足本科生多元化培养、就业与创业需求提供更为坚实的基础保障。