环境监测教学研究进展与趋势

2024-04-12徐晨烨沈忱思黄满红马春燕

高教学刊 2024年9期

徐晨烨沈忱思黄满红马春燕

摘要：环境监测作为一门兼具理论性、实践性、综合性的专业基础课，在高校环境类专业教学中是许多专业课的前修课程。为更好地开展教学，对传统的教学模式进行反思和改革，该研究应用VOSviewer软件，以“环境监测教学”为关键词，检索1999—2023年在CNKI数据库发表的相关文献，探究环境监测课程建设及教学相关研究情况。从年发文量、期刊分类、主题分布等方面进行可视化分析，归纳总结当前我国高校环境监测教学发展趋势。重点从教育理念、教学重构、课程思政及考核机制四方面对环境监测的教学发展路径及现状进行阐述。为进一步总结教学改革路径、推进环境专业实现德技并修的育人成效并培养“双碳”背景下的复合型人才提供思路。

关键词：环境监测；课程改革；教学模式；可视化分析；发展趋势

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）09-0093-05

Abstract： As a professional basic courses integrating with theoretical， practical， and comprehensive characteristics， Environmental Monitoring constitute as a vital pre-course in environmental teaching for higher education. In order to improve the teaching quality and make reflection and reform towards the traditional mode， we applied the VOSviewer software and selected "environmental monitoring teaching" as the theme to search the teaching literature published in CNKI database from 1999 to 2023. We aimed to explore the curriculum construction and related research on the teaching reform. Based on the visual analysis of the annual publications number， journal classification， topic concept and other aspects， the development trend of environmental monitoring teaching in Chinese universities is summarized. From the aspects of education concept， teaching reconstruction， ideological and political education and assessment systems， this study discussed the development path and current situation in-depth. We not only provide new ideas for the teaching reform of promoted the great transformation， but also puts forward effective path for stimulating educational effect of combining technology and virtue， and help to cultivating interdisciplinary talents under the background of "double carbon".

Keywords： Environmental Monitoring; curriculum reform; teaching mode; visual analysis; development trend

环境监测是环境科学与工程专业的核心必修课程，是搭建环境专业课程体系、树立科学职业形态和思想道德的主要组成。作为一门涵盖监测点布设、样品采集、分析测试和监测质量控制与保证的系统性学科，环境监测是培养具备实践创新能力高层次应用型人才的关键途径，是践行新工科教学的重要抓手。如何开展环境监测的课程建设是当前环境科学与工程类高等教育面临的重要任务。本文基于过去20多年来我国环境监测课程的相关教学论文，应用VOSviewer进行可视化分析，从教育理念、教学重构、课程思政和考核机制四方面综述教学发展路径及趋势，为实现立体、开放、多元化的教学环境，提高师生互动，塑造教與学互动新关系提供理论支持及科学思路。

一研究现状

笔者团队通过搜索主题词——环境监测教学，范围为1999—2023年、高等教育，共计导入328条相关文献，其中9篇北大核心，1篇CSSCI。如图1所示，1999—2010年年均发文量1～3篇，到2012年以后研究文献数量呈现指数级增长，2020年达到42篇峰值。在对主要关键词进行分类统计后发现，教学改革、实验教学、OBE、课程思政、实践教学、教学模式、教学应用、环境工程专业、新工科和环境监测与评价为主要主题（图2）。其中教学改革占比最高达到50.44%，通过对教学内容及模式的改革与实践，关注新工科背景下应用型人才的培养等关键词指示了当前环境监测教学过程的重点发展方向。

将得到的搜索结果纳入VOSviewer，得到了节点数为48个的关键词共现网络图谱，根据相关性被分为6个集合（图3）。集合1重点关注在新工科背景下的教学改革及设计，包括开展线上线下混合教学模式、翻转课堂、工程教育和环境影响评价等。其中教学改革自2012年被提出发展至2021年的12篇，混合式教学自2019年起每年1篇，课程思政自2020年开始出现，近年来以1、5、7和11篇的速度稳步增长。集合2研究在“互联网+”背景下的实践教学及实践策略分析。集合3提出除了专业必修课，环境监测还以公选课等形式存在，多元化教学模式以适应不同阶段本科生的要求。集合4通过对理论及实验教学进行方法改革，达到立德树人的一流本科期望。集合5探讨具体的教学内容及方法重构，提升教学创新能力。集合6突出了评价体系发展，包括成果导向教育OBE、设计全过程教学课程体系的考核机制。总体而言，热点词以“环境监测”为核心，联系紧密的关键词包括“线上线下混合式教学”“课程思政”“环境工程”等。

二环境监测的课程体系建设探索

（一）教育理念

探讨环境监测教学理念的文献共计28篇，其中涉及成果导向教育（Outcome-based Education， OBE）理念的为15篇，占比53.57%。OBE是当前国际主流教育理念，工程教育专业认证领域也是基于OBE的思想，其核心就是把学生作为教学设计和实施的中心，以产出成果为导向。通过“预期学习产出-教育过程-评估学习产出”持续改进的闭环线路，来达到培养工程人才的目的[1]。因此在对环境监测课程最终学习成果进行评价时，重点是以学生的学习任务和目标为核心，包括“分析、识别和表达环境问题及关键污染物”“编制区域及污染源监测方案并完成从采样到结果计算全流程的分析”及“应用相关法律法规政策标准甄别判断污染状况”等。环境监测课程由理论和实验教学组成。顺承理论教学和工程应用的内在衔接，将理论课有序衔接到实验教学中，并以实验动手巩固理论知识[2]。基于OBE教育理念的发现式教学常以问题为导向（Problem-based Learning，PBL）的教学模式，调动学生参与课堂的主观能动性，旨在提升学生应用基础理论、针对具体案例解决复杂问题的能力[3]。例如针对某新建工业企业废水处理设施的竣工验收监测案例中，培养学生思考如何设置采样点、确定采样频率才能保证监测的时效性和代表性，水样成分过于复杂的前提下选择合适的消解及前处理方法，对不同污染物选择合适的测定方法，以及如何达到质量保证及控制的要求等。在OBE理念驱动下进行的系列教学改革包括“课程大纲的重构”“教学内容的设计”“教学方法的改进”“日常管理模式的创新”和“考核与评价机制的优化”[1，4]，遵循“逆向设计、正向实施”的教学原则。如何将环境监测教学进行合理改革培养出更多适应社会发展的合格的环境监测专业技术人员，是当今高等院校环境监测课程建设的核心问题[5]。

除OBE外，其他文献提及的理念包括“新工科理念”和“学习范式”等。新工科理念以立德树人为引领，以专业育人目标为导向，以传统技术与更新，交叉融合污染治理、环境评价、环境管理等知识，依据专业发展方向和产业特点，开发学生处理监测实践问题的能力，塑造创新型卓越工程人才[4，6]。学习范式指从传递教学到生产学习的教学理念转变，环境监测课程知识点零散、各项目之间关联度较小，更需要注重从“教师输入”向“学生输出”的转换。翻转课堂、任务驱动、师生共讲、分组讨论和问题式教学等作为实施手段，充分体现“以学生为中心”的理念，注重对基本技能训练的同时，关注监测全过程方案设计能力及创新性思维的培养[7]。

（二）教学重构

“互联网+”的高速发展推动环境监测教学的巨大变革，新工科建设和“以学生为中心”的成果导向教学理念要求建立更为全面的过程评价体系。在纳入分析的环境监测教学论文中涉及“教学改革”的多达95篇，年均发文量从2005年的1篇起增长至2015年及2020年分别达到13篇和15篇。教学重构（Teaching content reconstruction）旨在根据学生需求、技术革新、科研进展和工程经验沉淀，在教材脉络基础上对课堂内容进行再配置、改造、优化，形成源于教材高于教材的讲授内容。环境监测对象及方法更新迭代，如微塑料、药品和个人护理用品（PPCPs）、抗生素抗性基因等新污染物的监测方法，不断向智能化和自动化发展的分析技术等。例如依据2021年国家生态环境部发布的《碳监测评估试点工作方案》，增加碳监测的新技术和新方法，探索建立碳监测评估技术体系。在理论课中补充大气温室气体CO2、CH4监测、重点行业排放源、碳排放反演等业务遥感监测等，进一步激发学生作为新时代“环保人”的社会责任感[8]。

目前常见的教学重构关键词包括“翻转课堂”及“线上线下混合式教学”。线上线下混合式教学是一种学生借助网络教学平台开展线上自主学习与教师线下课堂教学相结合，从而形成将传统的课堂教学与网上在线学习深度融合的教学模式。上海交通大学环境监测教学团队指出，针对环境监测课程，线上教学模式在教学体验、学生积极性、教学效果等方面，都优于线下教学[9]。当前也存在教学内容缺乏一体化设计、信息量过大、无法持续跟踪评价学习效果和线上教学能力薄弱等问题[10]。以“监测黄浦江上游水体的代表性水质指标”为例，涉及到实施方案的具体过程包括：学生需要课前学习教材、线上观看知识点视频了解针对地表水质的必测及选测指标，通过查阅文献及其他资料对依据的方法和标准进行归类。课中线下互动，通过知识讲授、头脑风暴、案例式教學和小组讨论等发挥教学引导作用，总结污染物来源及危害、对比不同监测方案、仪器分析的优缺点，有针对性地完成指导和评价考核，训练学生知识迁移和协同创新。课后在线课堂，将线下课堂内容归纳总结、激发学生反思，污染的监测是符合事物发展规律，仪器、方法、科技的进步带动了对监测结果质量的提高等。在课外实践拓展中，将产学研充分结合，定制满足学生个性化需求的实践活动，弥补线下课堂和校园的不足，充分调动学生综合素质和分析创新技能[10]。再邀请监测站或者从事环境监测工作的毕业生或工程师对小组汇报进行点评提出意见建议，并借此机会分享自身从业经验及体会。最后在课程结束之际组织学生参观学习当地监测单位，同时实地案场讲解，以一种新型的方式帮助学生认知到未来职业发展及产业前景，了解现实生活中环境监测的运转机制，为日后从事相关工作打下基础[11]。

（三）课程思政

环境监测课程不仅要完成“授人以鱼不如授人以渔”的各类监测技术的原理和方法的教学，同时还要引导学生树立唯物主义世界观。相对于“课程”这一显性的教学模式，“思政”更侧重于将职业技能和思想道德融入课程的隐性教学[11]。环境监测教学中“课程思政”首次于2020年被提出，之后年度发表论文量分别为1、5、7和11篇。结合一流课程的高阶性、创新性、挑战度的“两性一度”标准，将生态环境教育内涵的广度和深度拓展到社会人文层面，引导学生更加关注自然的内在价值、人类社会和自然环境的协调共生，以润物细无声的方式完成求知、立德、树人的任务。坚持理论联系实际，实事求是的科学作风。培养学生良好的职业道德和高尚的道德情操，成为我国生态文明建设的重要参与者。坚持“知识-能力-价值层次”的有机整合，提升教学目标的高阶性[12]。对课程中监测技术及原理、质量管理和环境标准体系等，立足学生根据实际问题和监测项目需求，挖掘“绿水青山”“可持续发展的生态文明观”“工匠精神”“大国崛起”“求实创新”“环境保护的责任与使命”等，以形成助力国家生态文明建设的责任与使命，践行遵守与时俱进的求实创新精神。表1总结了当前课程建设教学内容与思政融入要点。

为避免强硬说教，目前课程思政常用的教学方法是“案例教学法”和“课程悟政法”[12-13]。首先用新闻报道、历史文献等载体将科学方法论、专业使命、社会主义核心价值观融入其中，例如在讲述大气污染监测过程中，结合20世纪环境八大公害事件中的“伦敦烟雾”“洛杉矶光化学烟雾”“比利时马斯河谷”事件，引发学生思考气态污染物及颗粒物监测在污染防治、生态文明建设中的作用，激发学生的责任感、使命感及探索真理的精神。其次，抓住“绿水青山就是金山银山”的思政主线，以沉浸式课堂为设计，采用“问题引领、任务驱动”的一体化教学将教学相长结合，关注“课前-课中-课后”三级递进式过程，将德育认知内化于心、外化于行。例如在空气质量指数AQI授课中播放当前大气监测站日常工作视频，创设场景发布任务让学生充分积极合作，增强专业知识，培养服务社会的担当。课后对接分享国内外最新的政策及监测技术，让学生讨论发表对实现控污减碳的途径看法，培养学生创新思考，持续发展的理念。总体而言，环境监测的课程思政需要充分培养学生的家国情怀、职业使命、科学精神、创新思维和职业伦理的成长。

（四）考核机制

传统的高校考核机制和评分方法相对单一，主要通过平时成绩（包括出勤、作业、课堂反应）及期末考试分数来进行打分。但环境监测课程具有实践性、连续性、综合性强等特点，单纯依靠课堂和卷面不能真正体现学生的学习成果和能力锻炼设计。“全过程教学课程体系的考核机制”有两方面的含义，其一，关注从学期初到期中和期末的整体教学情况，对每节知识点进行巩固和测验，帮助学生在有限的学时里举一反三掌握环境监测的基本理论和技术。这里包括对学生平时表现进行综合评价，其中课堂参与度、签到率、作业完成度、合作精神和思想政治意识等综合评价指标。运用客观定量评价与主观效度考核相结合的方式达成专业能力和价值观塑造的共同目标。其二，可针对教学章节相对独立的情况下，鼓励学生将水、气、固废和土壤章节中共性的检测方法提取出来，以特定场景下的任务发布，掌握从监测方案规划到实验室指标检测全流程的能力，在传统评价手段基础上增加项目汇报、小组互评等多样化的方法。同时引入实训平台岗位双重评价模块，考察学生职业素养和实际解决问题能力[14]。

三结束语

在“双碳”和新工科背景的发展下，环境监测的课程教学体系需要紧跟国家发展战略及形势。专业认证的OBE理念促进了课程内容的优化与教学方法的改革，在教学重构中应用“翻转课堂”及“线上线下混合式教学”方式形成稳定的理论-实验-实习“三位一体”的课程教学体系。将“绿水青山就是金山银山”“可持续发展的生态文明观”“工匠精神”等思政元素有机融入前沿知识中，培养学生“环境保护的责任与使命”。最后通过全过程教学课程体系的考核机制等完成培养应用型环境监测人才为目标的教学定位。

参考文献：

[1] 梅金凤，李忠玉，欧红香.基于OBE的“环境监测”课程教学改革探索[J].绿色科技，2021，23（13）：243-244，247.

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[3] 芦晨阳，黄玉蒙，范思情，等.基于OBE教学理念和PBL教学模式的“海洋环境监测与评價”课程教学改革[J].农产品加工，2022（3）：110-112.

[4] 胡磊，纪靓靓，袁旭音，等.OBE理念驱动的环境监测实验教学改革尝试[J].教育现代化，2016，3（25）：44-45.

[5] 邹美玲.基于工程教育认证理念的环境监测课程教学探索[J].绿色科技，2019（9）：280-281.

[6] 姜沛汶，邓天天，刘帅霞，等.新工科背景下《环境监测》课程思政教学改革研究[J].广州化工，2023，51（4）：199-200，226.

[7] 何立平，林俊杰，兰波.基于“学习范式”理念的《环境监测实验》教学模式[J].山东化工，2020，49（5）：193-194，196.

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[9] 王亚林，贾金平.“环境监测”课线上线下教学对比教学研究初探[J].高等工程教育研究，2021（S1）：97-98，136.

[10] 董怡华，杨杰，高丹，等.基于翻转课堂的环境监测课程线上线下混合教学模式探索[J].高教学刊，2023，9（3）：102-105，110.

[11] 邓琳，陈晓亮.思想政治教育融入专业课程的教学改革探索——以“环境监测与评价”课程为例[J].教育教学论坛，2023（16）：44-47.