新工科背景下環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革初探

童銀棟，毛國柱，楊 冬，楊永奎，曹全全，郭亞坤，劉憲華，姜曉峰，趙金娟，魯逸人

(1.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

新工科提倡重實(shí)踐、跨學(xué)科，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程；產(chǎn)學(xué)合作，把理論課程帶入實(shí)踐課堂；協(xié)同育人，持續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、課程體系和教學(xué)要求。以工程教育的中國模式，應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指實(shí)踐性教學(xué)的一種組織形式。學(xué)生利用儀器設(shè)備，在人為控制條件下，引起實(shí)驗(yàn)對象的變化，通過觀察、測定和分析，獲得知識與發(fā)展能力[1]。

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程既能培養(yǎng)監(jiān)測人才，又可以為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課如污水，大氣，固廢治理課程打下良好基礎(chǔ)。為了使環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程達(dá)到預(yù)期的效果，我們必須響應(yīng)時代的號召，將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程與新工科的要求進(jìn)行對比，查找不足，進(jìn)行改革，以期適應(yīng)“新工科”對培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才的要求[2-3]。

1 目前環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程專業(yè)性強(qiáng)，監(jiān)測對象涉及水、氣、土壤等各個方面[4]；實(shí)驗(yàn)方法涉及物理方法也涉及化學(xué)方法，儀器設(shè)備種類繁多，包括復(fù)雜高端色譜質(zhì)譜等大型儀器；在實(shí)驗(yàn)過程中由于樣品來源廣，成分雜，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動手能力，歸納分析能力。“新工科”的教育理念嚴(yán)格把控環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，要求學(xué)生熟練掌握知識技能的基礎(chǔ)上，能夠具有發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，從而提高創(chuàng)新的基本意識。這不僅僅要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，還要求學(xué)生能夠根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合整個實(shí)驗(yàn)過程對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析與評價。而現(xiàn)在，環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)模式、內(nèi)容、創(chuàng)新性等方面滿足不了“新工科”的要求。目前，傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程主要存在以下問題及不足。

1.1 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式機(jī)械化

“新工科”培養(yǎng)理念中一個重要的目標(biāo)是培養(yǎng)自主創(chuàng)新。而目前傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程一般以老師灌輸為主。多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程由老師課前備好實(shí)驗(yàn)儀器、配制藥品，課上老師手把手教學(xué)，使學(xué)生喪失了自主能力，只會死記步驟模仿實(shí)驗(yàn)毫無創(chuàng)新可言。實(shí)驗(yàn)物質(zhì)過于理想化，所用藥品成分簡單、干擾物質(zhì)較少，這將會導(dǎo)致學(xué)生在面對復(fù)雜環(huán)境中樣品無從下手，難以排除干擾分析進(jìn)行測定。此外，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生缺乏獨(dú)立的思考與解決問題的探索，不能發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂的主體性，不能達(dá)到“新工科”下環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)開設(shè)的目的[5]。

1.2 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)方法與科研及實(shí)際發(fā)展缺乏銜接

“新工科”要求學(xué)生從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，具體到環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程上，即應(yīng)實(shí)驗(yàn)室中的測試方法、儀器、指標(biāo)應(yīng)與實(shí)際工程接軌。然而，當(dāng)前許多高校在開展環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)時，由于儀器精確度不夠，藥劑不齊備，無法及時跟進(jìn)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，再加上從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師多為沒有實(shí)際從事環(huán)境監(jiān)測工作的老師，因此所授測試方法落后，分析方法更偏向于科研，不便于推廣應(yīng)用，致使學(xué)用脫節(jié)，對學(xué)生在以后的實(shí)際工作中有一些不利影響[6]。

1.3 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有待更新

“新工科”不僅僅要求學(xué)生準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，還要求學(xué)生能夠根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合整個實(shí)驗(yàn)過程對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析與評價。這就需要學(xué)生參與整個環(huán)境監(jiān)測的過程中，才能對整個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有綜合、全面、設(shè)計(jì)性的認(rèn)識。環(huán)境監(jiān)測的過程一般為現(xiàn)場調(diào)查、監(jiān)測方案制定、優(yōu)化布點(diǎn)、樣品采集、運(yùn)送保存、分析測試、數(shù)據(jù)處理、綜合評價等。而目前學(xué)生只參與整個實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的分析測試部分，而對環(huán)境監(jiān)測的其它環(huán)節(jié)缺乏認(rèn)識和實(shí)際操作，不利于學(xué)生在實(shí)際工作中獨(dú)立完成環(huán)境監(jiān)測任務(wù)以及創(chuàng)新意識、全局意識的培養(yǎng)[7]。

1.4 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課時不足

“新工科”要求理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，培養(yǎng)全面型人才。而目前傳統(tǒng)的教學(xué)往往把環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)作為環(huán)境監(jiān)測課程教學(xué)內(nèi)容的一小部分，最終占環(huán)境監(jiān)測這門課成績的比重也比較小。而實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時少和成績所占比重低，將會導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視度不夠，無法真正領(lǐng)悟到環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的精髓，不利于實(shí)踐能力的提高。此外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直附屬于理論教學(xué)，也會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)課程上投入精力不足，工作得不到重視，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不盡人意[8]。

1.5 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程考核不夠科學(xué)

環(huán)境監(jiān)測課程實(shí)驗(yàn)成績考核主要以平時成績和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績按權(quán)重計(jì)分，平時成績主要以學(xué)生課堂出席率、在課上中的表現(xiàn)核定，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績以學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量計(jì)算。實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生眾多，老師一己之力無法觀察到所有人的實(shí)際表現(xiàn)，導(dǎo)致每個學(xué)生的平時成績不具參考意義。而實(shí)驗(yàn)報(bào)告又是課后完成的，大部分學(xué)生簡單抄寫實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、操作步驟及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法真實(shí)反映出學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能情況，也不能夠考察學(xué)生對一項(xiàng)相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測任務(wù)的完成度。

2 環(huán)境監(jiān)測教學(xué)的新工科改革

2.1 實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)生主體化

教學(xué)是教師和學(xué)生雙向互動的關(guān)系，要提高教學(xué)效果，使學(xué)生切實(shí)掌握環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)技能，必須充分發(fā)揮學(xué)生在課堂上的主體作用，達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂、角色互換的效果[9]。這就要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，老師課上對預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查。由傳統(tǒng)的老師一味灌輸，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生推動課程進(jìn)展。在教學(xué)過程中老師有針對性地解決學(xué)生突出實(shí)驗(yàn)問題，實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵要素進(jìn)行提問。此外，不斷改進(jìn)，豐富教學(xué)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)對象涵蓋水、氣、土壤等各個領(lǐng)域，還可以開展一些學(xué)生比較感興趣地課題如頭發(fā)中汞的測定，提高學(xué)生參與度[10]。為了使學(xué)生都能夠參與到課堂以及老師兼顧到每一個學(xué)生，在教學(xué)中要考慮到人員的配置，可以適當(dāng)減少每組學(xué)生人數(shù)，一般2～3人為一組，對于大型實(shí)驗(yàn)，4～6人為一組，使每個學(xué)生都能動手操作，減少站、等的時間。最后，我們還可以在老師的監(jiān)管下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開放管理，讓給學(xué)生利用課余時間做實(shí)驗(yàn)，鞏固應(yīng)用所學(xué)，提高學(xué)生實(shí)踐與解決問題的能力，接觸更多的現(xiàn)代分析監(jiān)測儀器[11]。

2.2 實(shí)驗(yàn)課堂學(xué)生創(chuàng)新化

為了更好的適應(yīng)“新工科”的教育理念，依據(jù)環(huán)境監(jiān)測課程的實(shí)踐特點(diǎn)，不斷改善教學(xué)環(huán)節(jié)，豐富教學(xué)方法。適當(dāng)增加綜合性和研究性實(shí)驗(yàn)[12]，這樣可以提高學(xué)生興趣與參與度。為此，引入了案例教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生參與環(huán)境監(jiān)測全過程。以“食堂廢水各組分測定”為例，首先進(jìn)行分組，每組選定組長、采樣員、運(yùn)送員、儀器試劑員、數(shù)據(jù)處理員及綜合評價員，老師推薦相關(guān)資料，學(xué)生進(jìn)行小組討論，教師進(jìn)行解疑；其次小組設(shè)計(jì)監(jiān)測方案內(nèi)容包括人員分工情況、監(jiān)測指標(biāo)以及相應(yīng)指標(biāo)測定方法與原理、儀器與試劑等；接下來每組展示并講解工作方案，其他小組成員提問、幫助修改，確定實(shí)驗(yàn)方案；最后實(shí)施監(jiān)測方案，課堂答辯總結(jié)[13]。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法緊跟潮流

用于環(huán)境監(jiān)測的新技術(shù)的發(fā)展迅速。同時，國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容也在更新。因此，考慮到國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境監(jiān)測新技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱應(yīng)改為實(shí)時更新。在新工科大趨勢的條件下，需要合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以便學(xué)生能夠跟上環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，并學(xué)習(xí)最新和最常用的監(jiān)測技術(shù)[9]。環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與實(shí)際工作中環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測密切相關(guān)，加強(qiáng)校企合作，可以合理地建立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在“環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程”正式開始之前，實(shí)驗(yàn)老師可以將學(xué)生帶到公司并參觀與環(huán)境監(jiān)測有關(guān)的設(shè)備、監(jiān)測方法與注意事項(xiàng)，以確保學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)監(jiān)測技能與實(shí)際監(jiān)測工作相匹配[14]。

2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課時趨向科學(xué)化

對于環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)這種理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，要真正做到學(xué)以致用。這就要求教師在教學(xué)過程中，要注重學(xué)生的綜合性發(fā)展，使學(xué)生充分參與環(huán)境監(jiān)測的全過程，提高學(xué)生獨(dú)立完成對環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測的能力。為此，可將環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)作為一門單獨(dú)的課程設(shè)置學(xué)時。課程內(nèi)容包括課堂實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。課堂內(nèi)容可以根據(jù)國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)安排一些常規(guī)的監(jiān)測項(xiàng)目，如pH、COD、氨氮、濁度、金屬離子等，讓學(xué)生掌握相應(yīng)的檢測方法，為課程設(shè)計(jì)的開展奠定基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)可以安排一些綜合性、實(shí)踐性的項(xiàng)目，如食堂廢水的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價、校園環(huán)境噪聲監(jiān)測與評價、果園土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價等，要求學(xué)生根據(jù)監(jiān)測任務(wù)制定監(jiān)測方案，參與樣品采集、樣品保存、樣品前處理、樣品分析測試和數(shù)據(jù)整理與討論的每個環(huán)節(jié)，最終提交監(jiān)測報(bào)告。

2.5 科學(xué)設(shè)置考核方法

改革傳統(tǒng)的以平時成績和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績評定環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)成績的考評體系[15]，參考“新工科”對人才要求，采用多元化的考核方式。分為課前預(yù)習(xí)成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績、實(shí)驗(yàn)操作技能考試成績、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績[16]。此綜合考評體系的四部分相輔相成，可真實(shí)反映出學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并有利于學(xué)生自主能力、創(chuàng)新能力、動手能力、分析問題及解決問題能力的培養(yǎng)，達(dá)到“新工科”建設(shè)的要求。

3 結(jié)語

當(dāng)前，新工科浪潮席卷全球，傳統(tǒng)的工科人才已不能很好的滿足目前經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展需求。我們在此背景下以環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行分析，通過對創(chuàng)新教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容等一系列改革和創(chuàng)新，使環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊跟潮流，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興培養(yǎng)出更多實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)，更具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。