环境监测实验教学改革的探索

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　　摘要：鉴于国民环保意识的提高和国家对环境质量要求的日益严格，改革现行高校实验教学方法、完善及更新实验内容以及培养满足社会发展的高素质应用型人才日显迫切。本文从环境监测实验课程的职能及当前实验教学中存在的问题出发，提出完善环境监测实验教学的建议及措施，期望为高校实验教学改革，提升毕业生水平提供参考。
　　关键词：环境监测；教学改革；环境实验
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）33-0259-03
　　环境监测是环境类专业的一门基础课程，主要涉及水和废水监测、空气和废气监测、固体废物监测、土壤污染监测、生物污染监测、突发事件监测及处置等内容。为了培养学生的动手能力和满足社会对环境监测人员的要求，与环境监测同时开设了环境监测实验，使学生除了熟练掌握环境监测的基本理论，还要学以致用，通过实验课训练学生能够以污染物作为研究对象，合理布点和采样，样品保存及处理，选择合适的分析仪器及方法，数据处理，形成环境质量监测报告，最终为污染治理提供基础数据。
　　改革开放40年来，中国环境监测工作发展迅速，高校教学改革亦日新月异，至今取得了可喜的成绩，但环境监测实验教学工作仍存在一些较明显的不足。本文通过分析现象，究其根源，提出相应的应对措施，旨在提高实验教学质量并培养具有较高素质的应用型环境科学专业人才。
　　一、环境监测实验教学中存在的问题
　　（一）实验教学模式老化、内容单一
　　传统的环境监测实验教学模式是教师在课堂上讲述一遍实验目的、原理、实验步骤、使用到的药品以及注意事项。实验药品都是老师提前配制准备好。学生按照实验指导设计的方法进行操作。整个实验过程比较机械，照着葫芦画瓢，学生很少思考为什么这样做，进而导致思维呆滞，产生厌烦情绪，影响实验积极性。
　　实验内容也存在不完善的问题。目前，环境监测在学时分布上，理论课时多，实验课时少，并且实验课基本上是验证性实验。虽然训练了学生对分析仪器及常规监测手段的基本操作，但对于复杂基质的环境样品，如何进行实验设计、消除干扰因素、选择合适的预处理方法和分析方法，从多角度分析问题和解决问题的综合实验能力并没有提高。
　　如今，我们进入了互联网+时代，网络无处不在，但多媒体辅助教学还未引入环境监测课程及实验教学中。比如，分析仪器的内部结构及操作流程等难以言表的内容，通过多媒体演示则一目了然、豁然开朗。
　　（二）实验考评制度不能激发学生创造性
　　环境监测实验课对学生成绩评定比较注重实验结果，实验课成绩主要体现在实验报告上，以往的学生为了得到好的结果，甚至篡改实验数据，不利于培养学生严谨的科研态度。
　　（三）监测实验室安全及环境污染
　　在实验室，安全问题不容忽视。类似东华大学实验室事故教训惨痛。另外，实验操作会产生一定量的废水、废气和固体废物。废水的主要来源包括冲洗样品、处理样品的分析殘夜、洗涤液等。废水中的污染物有有机物（挥发酚、石油类、阴离子洗涤剂等）、重金属离子（As、Hg、Cd、Cr等）[1]，以及一些有毒有害的微生物。废气来源是废气样品、分析过程中产生的中间产物、药品挥发物、载气等。另外，检测过程中还会产生一些固体废弃物，比如分析产物、过滤纸、纱布、残留化学试剂等。上述废水、废气以及固体废物会污染地下水、土壤和空气，进而影响人体健康[2，3]。
　　二、提高实验教学质量的措施
　　为了改进以上存在的问题，我们从抓预习报告、提问、规范操作和完整的实验报告等多方面加强教学过程管理；通过让学生参与准备实验提高学生的兴趣；把最新科研成果变为实验反哺本科教学，同时结合视频内容扩大学生的视野、通过微信沟通随时解决存在的问题；在实验教学过程中防范危险，从原理上熟知污染物的危害；通过考核机制的引领确保整个实验环节学生们的积极主动参与，以期达到希望的教学效果。具体实施如下所述。
　　（一）调整教学模式，抓住过程管理
　　1.预习报告：在实验教学过程中首先要求学生预习实验内容，提出无预习报告不能进实验室的要求[4]。通过预习环节，一方面培养了学生的兴趣，提高了对实验课程学习的积极性和安全性；另一方面可以提高学生的自学能力。学生在预习的过程中可以利用数据库资源，认真查阅资料，探讨实验内容、方法及步骤，加深理解，开阔视野。比如，水中溶解氧的测定，可以使用碘量法，也可以使用电化学探头法。学生在开始实验前，通过查阅资料，对碘量法和电化学探头法的适用条件以及各自的优缺点展开讨论，如此一来，学生的兴趣得到了提高，思维能力也能得到提升。
　　2.提问：加强实验讲解过程中的提问环节。通过提问，一方面可以检查学生的预习情况，也可以把实验中的难点、重点、危险步骤特别强调，进一步理清实验思路和注意事项。有利于实验效果的提高。同时，也可以总结上次实验存在的问题，对操作、思考题和实验报告中图、表、有效数字的表达等进行总结。这样非常有利于学生进步。
　　3.学生参与准备实验：把部分准备实验放在周末或晚上。让学有余力的学生参与部分实验准备工作，提高兴趣和动手能力。例如配制指示剂时需要少量助溶剂、配制FeCl3时需要加少量盐酸、滴定管的准备、光度计的校正。同时，让学生自己动手做出小视频片段，发到班级微信群里分享。带动大家做实验的积极性。
　　（二）用科研成果反哺教学，充实提高实验内容
　　把最新研究成果变成综合性、设计性实验：综合性、设计性实验要求学生能综合所学知识及多种实验技能，解决具有一定难度的实验问题，是提高学生综合、创新能力的重要途径。因此，在多个验证性试验的基础上，增加综合性实验，提前布置，保证学生有足够的时间进行预习相关内容、设计性实验[5，6]。例如，环境样品的前处理过程复杂、耗时。我们在承担国家863课题时，研发了基于活性炭纤维的固相微萃取技术用于部分易挥发或半挥发有机物环境样品的预处理，此技术已经作为标准用于EPA中。在我们科研技术的支持下，把此项研究成果开设成本科实验，大大提高了学生的兴趣。此外，我们还把难降解废水用电化学方法处理作为设计实验，以科研方式进行实验。提出科学问题，学生围绕这一问题自己设计实验方案、选择和准备仪器设备、配制试剂、样品测试、数据分析、进行评价、写出报告。经过训练后学生的动手能力、设计实验、操作能力和解决问题能力得到了较大提高。另外，在综合性或设计性环境监测实验中，数据量往往比较大，此时使用计算机对数据进行处理尤为重要。今后的教学中，应加强学生通过统计软件如SPSS等处理数据的能力，以及运用Origin进行科学绘图的能力[7，8]。 　　（三）多媒体和微信的应用补充教学时间的不足并加强沟通
　　1.多媒体进课堂：在一些实验条件不具备的情况下，完全可以通过多媒体演示基本实验过程，开拓学生的视野。由于课时所限，类似河流流速测定、烟囱污染物采样、金鱼毒性实验和检测项目、分析仪器复杂等对学时需求长，不能在有限教学时间内完成的实验，我们就借助多媒体将没有涉及的实验项目和仪器讲授给学生，以扩大学生视野，提高学习效率。
　　2.以班級为单位建立微信群，老师和助教可以在群里及时把实验过程、实验报告等发现的问题及时告诉学生。学生也可以在群里提出问题。通过几年的尝试，表明对教学效果的提高很有帮助。
　　（四）完善考评机制
　　实验考核除了要体现对实验原理的掌握外，更重要的是要反映出学生在实验方案设计、操作等方面的实际能力，以及把握实验过程主要事项和对现象结果分析等环节上的综合能力。我们把实验成绩分为三大部分，平时成绩占30%（包括：出勤、预习报告、提问、操作等），实验报告占50%（报告书写、实验记录、数据处理、思考题等），实验考试占20%（以最后的设计实验为考题）。
　　学生通过实验指导书及查阅相关资料书写预习报告，教师在学生实验开始前检查预习报告，看对实验项目内容是否熟悉，并给出相应的分数。通过提问，回顾上一次实验并总结存在的问题，了解学生预习本次实验的情况，对实验中的难点、危险环节、使用新仪器的原理等进行讲述，被提问或积极主动回答问题的同学加分；实验操作过程中，观察每个学生的操作是否规范，实验现象是否准确记录，客观给出操作技能成绩。实验报告根据学生的数据、对实验结果的分析和讨论以及实验心得体会进行打分。实验中允许学生有拓展的空间，对于实验结果，即使是错误的，只要能认真分析，找出原因，仍然认为实验有收获，应给予肯定。如果发现有抄袭现象，相似的同学都被扣分。实验结束后，统一登记实验数据。这样确保数据的原始性。总之，整个分数的形成强调过程考核，而不是只依据最终实验报告。
　　（五）制定安全预防策略，改善实验环境
　　当学生进行监测实验时，类似于测定CODcr、BOD5等实验，都是在强酸强氧化剂或高温的条件下进行的。确保学生安全，是实验课的关键。所以，我们第一节课就是安全培训及安全协议签订。同时实验服、防护眼镜、实验用手套等的严格戴用是基本保证之一。喷淋装置、洗眼装置、消防器材和医药箱等的使用，也是要求学生人人熟练。更重要的是在上课时，把每次课可能涉及的危险环节讲清楚，尤其是有留学生的时候，要确保每个学生真正理解。这样才能避免危险的发生。
　　对环境监测实验室操作中产生的废弃物必须加强管理，对于“三废”的处理进行科学、合理的分类收集或排放，千万不能直接排放，造成人为的二次污染。环境监测的操作过程是一种十分典型的个人操作过程，它是操作者在指定的控制条件下，独立完成的一种操作活动，需要对学生实际操作方法进行监督。严格要求学生自己台面整洁和最终卫生值日。合理处理处置实验过程产生的有毒有害物质。同时，对于一些需要消毒的区域，还应该及时进行消毒。在国家标准中，绝大多数环境监测的分析方法不是只有一种。因此，我们在选择实验内容时就尽可能选择对环境污染少的分析方法，将污染程度降到最小。对废液的处理，引导学生主动从污染物的性质方面去思考，例如氯化钡和硫酸钡同样是含有重金属钡，但氯化钡可溶，就必须集中回收，不可任意倾倒。
　　三、结论
　　教学改革是一项艰巨而重大的系统工程，涉及方方面面。期望以上从教学过程、教学内容和考核多方面着手，能调动学生主动学习的积极性，促进教学效果提高质量。总之，教无止境，在教学的实践中发现问题，解决问题，不断总结和完善实验教学方法，提高教学质量，为社会培养高素质的应用型人才，同时，亦为高校环境监测实验课程的教学改革积累经验。
　　参考文献：
　　[1]钱淑芳，刘春颖.环境监测类实验室污染及管理对策[J].民营科技，2013，（11）.
　　[2]徐生丰.环境监测实验室废水污染与防治[J].北方环境，2013，（11）.
　　[3]宋涛，魏爱军，杨希.环境监测实验室的环境污染及防治探讨[J].北方环境，2011，（11）.
　　[4]李芸，李科林，陈谦，张平.环境监测实践教学课程改革探索[J].中国科教创新导刊，2012，（35）.
　　[5]汤红妍，徐航，董轶有.环境监测实验独立设课教学改革探索[J].黑龙江教育，2012，（2）.
　　[6]夏静芬，杨国靖，胡长庆.环境监测实验课程体系改革的探索[J].实验室科学与技术，2007，（5）.
　　[7]王桂燕，史济月，王国清，赵翔.环境监测实验课程设置与探索[J].实验室科学，2007，（6）.
　　[8]杨秀敏，潘宇，赵玉华.环境监测实验教学改革的初步探索[J].黑龙江教育，2013，（1）.
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