“新工科”建设背景下环境监测实验教学改革探讨

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　　 摘  要：“新工科”建设是为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，由教育部于2017年提出。“新工科”建设的提出势必引发高校工程教育深入改革与实践，对专业课程教育提出了新的目标和要求。文章即在此背景下，分析了环境监测实验课程教学现状与“新工科”要求之间存在的差距及问题，并提出相应的解决措施，以期在“新工科”建设背景下提高教师教学水平和科研水平，提升学生工程实践能力与创新能力。
　　关键词：“新工科”;环境监测实验;教学改革
　　中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）14-0127-03
　　 Abstract： The construction of "New Engineering" is a series of national strategies to actively respond to a new round of scientific and technological revolution and industrial transformation， support service innovation and drive development， and "Made in China 2025"， which was proposed by the Ministry of Education in 2017. The construction of "new engineering" will inevitably lead to in-depth reform and practice of engineering education in colleges and universities， and put forward new goals and requirements for professional curriculum education. In this context， this paper analyzes the gaps and problems between the teaching status quo of environmental monitoring experiment courses and the requirements of "new engineering"， and proposes corresponding solutions to improve the teaching level of teachers in the context of "new engineering" construction. The level of scientific research enhances students' engineering practice ability and innovation ability.
　　Keywords： "new engineering"; environmental monitoring experiment; teaching reform
　　 一、概述
　　2017年以来，达成的复旦共识、天大行动和北京指南，是新工科建设的“三部曲”，开拓了工程教育改革新路径。由此引发全国高校工程教育新一轮改革热潮，并成为全社会及高等教育领域热点问题。“新工科”更强调学科的实用性、交叉性、综合性和创新性，注重培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。在此要求下，具体专业课程设置及教学也应侧重实用性、交叉性、综合性和创新性。
　　环境监测实验是环境工程专业必修的专业基础课，是环境监测课程的实践内容，其可以加深学生对理论课内容的理解和掌握，又可以培养学生实际动手能力、创新能力、分析问题及解决问题能力。环境监测实验课程既可以为环境领域培养专门的环境监测人才，又可以为学生学习后续专业课如水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废物处理与处置等课程打下良好基础。然而，环境监测实验课程目前与“新工科”建设的要求还存在差距，必须进行教学改革，以期适应“新工科”对培养创新型卓越工程科技人才的要求。
　　二、传统环境监测实验教学现状及存在的问题
　　目前，全国大多数高校环境监测实验课程仍以传统的教学方式为主，而当今，环境监测新技术发展日新月异，导致传统环境监测实验教学方法、实验内容设置等方面都落后于环境监测技术的发展及“新工科”的要求。目前，传统环境监测实验教学主要存在以下问题及不足。
　　（一）实验教学方法单一
　　传统的环境监测实验教学过程为实验教师课前准备实验，包括準备课上所需仪器、设备、药品及其它所需资料，之后在实验课上由教师讲解实验目的、实验原理、仪器设备使用方法、实验操作步骤及相关注意事项，然后指导学生动手完成实验，课后学生提交实验报告。在此种实验教学模式下，存在以下三个主要弊端。一是学生只参与整个实验环节的一部分，即分析测试部分，这就导致学生从主观上认为实际的环境监测实验工作只有分析测试，而对环境监测的其它环节如样品采集、保存、药品配制、仪器设备调试等缺乏认识和实际操作，最终在实际工作中无法独立完成环境监测实验的全过程;二是实验中所用样品大多数为教师人工配置，样品往往成分简单，干扰物质少，例如，用国标方法测定化学需氧量（COD）的样品，通常是用蒸馏水和葡萄糖配置的，样品基本无干扰，这导致学生在实际工作中面临复杂干扰多的环境样品时无法准确分析测定;三是实验标准操作教师往往只示范一次，在实验课上又由于学生人数众多，教师无法及时纠正每个学生实验操作错误，使多数学生实验操作不规范，最终导致实验操作误差过大，测试数据不准确。
　　（二）实验内容、课时安排设置不合理 　　“新工科”要求学生从实际工程应用出发，具体到环境监测实验课程上，即应将课堂上实验测试指标与测试方法与日后学生实际工作中测试指标与测试方法相一致。然而，当前许多高校对环境监测实验测试指标与测试方法的设置往往与实际工作中测试指标与测试方法不一致，致使学和用脱节，没有重点培养学生解决实际环境问题的能力，无法使学生毕业工作后立即投入到实际的环境监测工作中去。
　　环境监测实验课程总学时往往设置过少，在有限的学时内通常以演示性和验证性实验为主，设计性和综合性实验偏少。此实验设置一方面无法充分调动学生学习积极性，另一方面使学生缺乏全面、综合训练的机会，不利于学生解决问题能力和创新能力的培养。
　　（三）学生主体能动性差，缺乏创新精神
　　“新工科”培养理念中一个重要的目标是培养创新型人才，而创新型人才的培养，必须要发挥其主观能动性，使学生主动学习、自主思考、自主解决问题。学生在课程学习过程中，不仅是被动接受现有知识和理论，而且要积极动脑、勤于动手，在熟练掌握知识技能的基础上，能够具有发现问题、解决问题的能力，从而具备创新的基本素质。目前环境监测实验课程的教学，还主要采用传统的教师讲授为主，学生被动接受的方式，即实验课程基本是教师全程设计，然后手把手教授。这种教学方式的优点是教师在设计课程和实验的过程中，可以综合考虑，整体设计，有利于学生对知识的系统学习和把握。但是，这种教学方式的弊端是不能充分调动学生的主体能动性，从而导致其创新能力不足。
　　（四）课程考核方法不够合理
　　环境监测实验成绩考核主要以平时成绩加实验报告成绩评定，平时成绩主要以学生在实验操作过程中的表现核定，实验报告成绩以学生提交实验报告质量核定。而在实际操作中，往往由于实验课上学生众多，实验教师既要指导学生实验操作，又要注意实验室安全，往往没有过多精力去关注所有学生实验操作过程中的表现，导致无法客观的给出每个学生的平时成绩。而实验报告又是课后完成的，存在部分学生实际实验课上表现不佳，实验操作技能差，但却能提交一份优秀的实验报告，致使考核结果不客观，无法真实反映出学生掌握实验技能情况。在此考评体系下，又间接的导致学生对环境监测实验课程不重视，部分学生会认为只要提交一份漂亮的实验报告即可，而忽略了对环境监测实验知识和操作技能的掌握，进而使教学效果不佳，工作后，学生无法独立动手完成环境指标的监测。
　　三、环境监测实验课程改革思考与措施
　　（一）改善教学环节、丰富教学方法
　　教学本就是教与学的双向互动关系，特别是对于环境监测实验这种理论与实践紧密结合的课程，不仅要充分调动学生的大脑，还要让学生勤于动手、多实践，从而在实践中发现问题，解决问题，真正做到学以致用。这就要求教师在教学过程中，要考虑学生的参与程度，改变以往学生只参与环境监测指标分析测试单一环节的情况，使学生充分参与环境监测的全过程，即学生参与样品采集、样品保存、样品前处理、样品分析测试和数据整理与讨论的每个环节，使学生掌握环境监测的全过程，提高学生独立完成对环境指标监测的能力。
　　为了更好的适应“新工科”的教育理念，依据环境监测课程的实践特点，把理论教学与实践应用相结合，不断改善教学环节，丰富教学方法。适当增加综合性和研究性实验，这样不仅可以增强学生的学习兴趣，而且还可以提高学生的解决问题的能力。例如，改变以往指导教师人工合成组分简单样品的做法，在环境监测实验中应选用实际样品进行分析，例如可以选取城市污水处理厂进水作为样品，设计一个综合实验，测定城市污水处理厂进水水质指标，这样一方面可以使学习与实际工作相结合，另一方面使学生掌握复杂环境样品前处理及分析测试方法，培养学生分析问题、解决问题的能力。
　　除此之外，还要充分利用现代化教学手段，改变以往教师讲授、指导的环境监测教学模式，充分利用网络资源，增设微课和在线课堂内容，丰富教学手段和方法。微课部分可以包含教师演示的环境监测实验标准操作方法及注意事项，在线课堂可以包含环境监测教学大纲、课件、典型环境监测案例等内容。每次实验课前，可以要求学生网上预习相应实验课内容，课后学生还可以根据实验课程的实际操作体会上网复习实验课内容，这样可使学生充分掌握环境监测实验的教学内容，切实提高教学效果，增强学生实践能力。
　　（二）实时更新、合理设置实验内容
　　环境监测新技术发展日新月异，同时环境监测的国家标准方法和行业标准方法更新周期也是逐年加快，为了使环境监测实验项目更好的与实际监测工作相结合，应将传统的几年修改一次环境监测实验教学大纲的做法改为实时更新，在充分考虑国标方法、行业标准方法及环境监测新技术发展趋势情况下，合理设置实验项目，使学生紧跟环境监测技术发展潮流，掌握最新及最常用的监测技术，切實做到学以致用，已期满足“新工科”对实用性的要求。
　　增强校企合作，合理设置实验项目。环境监测实验内容与实际工作中环境领域指标监测密切相关，可增强校企合作，合理设置实验项目，使学生课堂学习的监测技能与实际监测工作相吻合。例如，可增强学校与本地环境监测站的合作，尽可能选用环境监测站实际测试的监测指标和监测技术为环境监测实验课程内容，使学生学以致用，切实达到“新工科”对实用性的要求。
　　增加环境监测实验总学时，使学生有充足的时间来掌握环境监测实验的基本操作技能和仪器设备操作技巧。增加开放性、设计性和研究性实验，减少验证性实验。开发性、设计性和研究性实验可由学生结合实际环境问题或教师的科研项目提出实验方案并与实验指导老师讨论修改，最终由实验指导老师审批并指导学生开展实验。例如，可以让学生设计一个校园土壤质量监测实验，此时，可充分调动学生学习积极性，使学生充分参与到实验中来并了解环境监测实验内容与实际环境问题的相关性，培养学生创新能力和实践能力。
　　（三）充分调动学生学习主动性 　　教学是教师和学生双向互动的关系，要提高教学效果，使学生切实掌握环境监测实验技能，必须充分调动学生学习的主动性。首先，在环境监测实验课程正式开课前，实验教师可以带领学生去企业实地参观与环境监测相关的工作，例如可以去环境监测站或污水处理厂的实验室去参观，实地了解实际的环境监测工作，使学生从思想上认识到环境监测实验课程与实际环境监测工作密切相关，而不是把课程简单的理解为修学分，从而在主观上调动学生学习积极性。其次，在环境监测实验课程中可以增加讨论环节，鼓励学生讨论交流实验过程中出现的各种问题，使学生主动去思考、去学习。
　　除此之外，在实验设计和执行过程中，要从学生关注的事件和环境入手，使学生对环境监测课程具有更加直观和切身感受，从而增加对课程的喜爱程度和实践后的成就感。例如，在实验设计的过程中，可以考虑在校园内，或者校园周围寻找采样点;或者让学生自己设计实验，解决周围存在的环境问题。通过这种发生在身边的实验，一方面可以调动学生参与的积极性，同时也使学生把理论知识，内化为实践力量，解决问题，不仅会调动学生的学习主动性和积极性，并在一定程度上增加其职业自豪感。
　　（四）科学设置考核方法
　　改革传统的以平时成绩和实验报告成绩评定环境监测实验成绩的考评体系，将考评体系设置为由课前预习（15%）、课上表现（15%）、实验报告（25%）和实验操作技能考试（45%）四部分组成的综合考评体系。课前预习成绩可由学生提交的课前预习报告及学生课前所设计的开放性、设计性实验的表现评定，增加此部分成绩可激发学生学习兴趣，使学生主动参与到环境监测实验的学习中来，有利于培养学生的创新性及解决问题的能力。课上表现可由学生课上总体表现给定，教师应增强课上的巡视和指导，随时记录学生的具体表现，督促学生动手操作实验，切实培养学生的动手能力。实验报告成绩评定应更侧重于实验结果与讨论部分而给定，鼓励学生对测定的数据进行分析和讨论，总结经验教训，而不是让学生简单抄写实验目的、操作步骤及实验数据，这有利于培养学生发现问题、解决问题的能力。实验操作技能考试可以预先设置多个环境监测指标，由学生采用抽签的方式随机抽取测定指标，并独立完成整个实验，教师可根据学生实验考试过程中操作的规范性及数据测定准确性给出实验操作考试成绩。增加实验操作技能考试环节可使学生更加重视和珍惜平时课上动手机会，提高教学效果并切实培养学生的实际动手能力。此综合考评体系的四部分相辅相成，可真实反映出学生学习情况，并有利于学生创新能力、动手能力、分析问题及解决问题能力的培养，达到“新工科”建设的要求。
　　四、结束语
　　在“新工科”建设背景下，对环境监测实验教学提出了新的要求及挑战。针对“新工科”对学生实践能力、创新能力的要求，合理设置环境监测实验课程教学内容，增加新的教学方法及教学手段，增强校企合作，充分提高教学质量，最终为培养出创新型卓越工程科技人才打下坚实基础。
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