環境監測課程體系的混合式教學模式探索

孫靜 印紅玲 肖斐芮 任紅 張輝

［摘 要］環境監測課程是環境科學與環境工程專業人才培養的核心課程。受新冠肺炎疫情的影響，環境監測理論課程的講授由線下改為線上線下混合模式。文章首先闡述了目前環境監測理論教學過程中存在的主要問題，介紹了線上線下理論和實驗教學的相關經驗，同時針對線下實驗課程，探索了實驗教學的改進措施。教學效果表明，線上理論課程和線下實驗課程成績存在高度相關性，教學成果符合構思—設計—實現—運作（CDIO）教學理念下的應用型高級專門人才的要求。

［關鍵詞］環境監測；混合式教學；理論教學；實驗教學

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）11-0031-04

環境監測是給各項環保工作提供數據的基礎環節。國家非常重視環境監測工作的內涵式發展，生態環境部在2020年發布的《生態環境監測規劃綱要（2020—2035年）》中指出，生態環境監測將在全面深化環境質量和污染源監測的基礎上，逐步向生態狀況監測和環境風險預警拓展，構建生態環境狀況綜合評估體系。因此，筆者認為針對生態環境質量監測與評價是未來環境監測的方向。生物監測在環境監測中有其獨有的優勢。生物監測反映的是綜合的污染狀況，能夠進行連續監測，不需要昂貴的儀器設備，而且可以作為早期污染的報警器。另外，“3S”技術在環境監測領域發展前景廣闊?！?S”技術在環境監測領域的應用范圍十分廣泛，包括對大氣臭氧層、顆粒物及有害氣體的大尺度監測、水體富營養化、水體懸浮顆粒物、石油污染、水體熱污染、森林生態環境、植被演化等方面的監測。

環境監測課程是環境科學與環境工程專業人才培養的核心課程，同時是環境工程和環境科學專業的基礎課程，與課程相配套的課程為環境監測實驗。環境監測課程也是后續水污染控制工程、大氣污染控制工程、環境影響評價、環境樣品前處理技術、環境風險與損害鑒定評估等高階課程的基礎性課程。該課程在環境科學與工程學科課程體系中處于中樞地位，在環境科學和環境工程人才的知識積累、能力構建和素質培養全過程中處于關鍵地位，發揮著不可替代的作用。環境監測理論課程和實驗課程是環境科學、環境工程專業本科學生學習的必修專業課。二年級學生在學習本課程前一般需要掌握無機化學、有機化學、分析化學及物理化學等四大化學專業基礎課。后續學習的課程主要有環境化學、環境影響評價、環境工程學、環境規劃與管理、環境評價綜合實踐、大氣污染控制工程和水污染控制工程等課程。

根據成都信息工程大學《環境監測教學大綱》的要求，環境監測課程的教學目標是介紹水、大氣、固體廢物、土壤、噪聲和放射性污染物監測，并以污染物為主線較詳細地說明環境監測的基本原理、技術方法和監測過程中的質量保證措施，以及簡易監測方法和現代監測技術等內容，讓學生了解、評價環境質量及其變化趨勢。在專業知識方面，目的是讓學生掌握制訂環境監測計劃的方法、采集并保存具有代表性的環境監測樣品的方法、各類環境樣品監測方法的選擇、重點污染指標的監測方法及技術、環境監測過程實施質量控制的方法等。從能力方面看，課程著重培養并引導學生從物理、化學及環境學等學科全方位、多角度思考分析各類環境介質中的問題，突出交叉學科的優勢，為學生將來進一步深造及在實際工作中的應用奠定基礎。環境監測課程的理論教學內容共40學時，實驗課時32學時。課程的體系結構以針對不同的環境介質的環境監測為主線，把環境監測項目的基本原理、技術方法及監測過程中的質量保證措施串聯起來。理論教學課程分為8個專題：水、大氣、固體廢物、土壤、噪聲、放射性污染物、自動監測技術和質量控制。實驗教學分別從大氣、水和土壤環境介質中抽選5～8個實驗項目開展實驗。

一、面臨的主要問題

（一）課程內容需要優化

1.課程內容的滯后性。近幾年，新的標準體系、法律法規、技術導則等不斷完善，課程教材在一定程度上有明顯的滯后性。例如，針對大氣環境，《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）代替了《環境空氣質量標準》（GB 3095—1996）和《保護農作物的大氣污染物最高允許濃度》（GB 9137—88）；針對土壤環境，按照用途將土壤分為兩類，即農業用地和建設用地，分別頒布了《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618—2018）和《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》（GB36600—2018）；最新的生活飲用水衛生標準GB5749—2022也即將在2023年開始實施。針對生活飲用水，上海市、深圳市等部分城市分別在2018年和2020年出臺了更為嚴格的地方標準[1-2]。因此，課程內容亟須在現有的教材內容基礎上不斷更新和完善。

2.新污染物需引起重視。新污染物是指尚未納入環境監測項目指標體系內，但已知或潛在的對生態和健康有危害的化學物質或微生物。目前，受關注的新污染物有藥物和個人護理品、微塑料、持久性有機污染物、工業添加劑及環境內分泌干擾物等物質。這些物質雖然在環境介質中的存在濃度較低，但是隨著分析科學新技術的不斷發展，越來越多的新污染物被檢測出來，其可能引起的生態風險不容忽視。越來越多的新污染物將被納入到環境監測指標體系內。

3.對應急監測不夠重視。近年來的突發事件，如2014年松花江重大水污染、2015年天津市濱海新區危險品倉庫爆炸及2019年末的新冠肺炎疫情等，對環境保護人員提出了越來越高的要求。而常規的監測技術手段已經難以滿足應急監測及時性的要求，教師有必要通過增加案例教學的方式向學生介紹現場簡易監測技術手段。

（二）教學模式落后

傳統的課堂模式以教師的講授為主，學生被動接受知識，這種培養模式不利于發揮學生的主觀能動性，會使得學生逐漸喪失思考問題、質疑的能力，不利于培養學生的創新意識。若采用線上線下混合式教學，可適當提高學生自主學習的能力。

二、理論課程教學探索與實踐

結合CDIO的教學理念[3]，本課程力求在教學中進一步體現CDIO的教學內涵，提升學生獨立思考、分析問題及工程應用的能力，使學生成為具有系統理論知識和實踐能力的高素質應用型高級專門人才。

根據預設的教學重點及授課實踐中面臨的教學難點，本課程綜合運用多種教學方法、靈活采用各種教學手段，以達到既定的教學目標。如實施案例教學，通過學習、分析經典的環境監測案例，提升對環境監測重要性的認識。如在講到環境應急監測案例時，引入汶川大地震后針對成都市的地表水水源地的應急監測案例，提高學生對環境應急監測的認知。通過布置水污染監測方案設計和大氣污染監測方案設計題目，讓學生自主給出監測方案。此外，課程微視頻、國家精品在線課程資源[4]及儀器信息網的網絡講堂都在具體授課過程中有所運用。

除圖書資料、網絡課程等豐富的傳統教學資源外，本課程最為珍貴的教學資源是強有力的學科支撐及實力雄厚的教學團隊。成都信息工程大學（以下簡稱“我?！保┉h境工程專業在2020年順利通過工程教育專業認證。2021年，我校環境科學專業獲批國家級一流本科專業建設點。21世紀以來，環境監測課程已經形成了一支高學歷、高職稱的教學隊伍。該課程的教學特色主要體現在三個方面：一是完備的教材建設體系。古語有云：“國立根本，在乎教育，教育根本，實在教科書?！苯滩慕ㄔO是教學的重要環節，課程團隊采用《環境監測》（第五版）“十二五”國家級規劃課程教材。而且自編了與本課程相配套的《環境監測實驗》課程教材，為我校環境科學與工程專業環境監測教學的開展提供了重要依托。二是突出工程實踐特色。本課程特別注重培養學生的實踐能力，通過多種教學形式，打破課堂講授的單一模式，如做環境監測預實驗、工程實踐三實踐訓練、邀請環境監測專家為學生舉辦相關學術講座等，提升學生的主觀能動性，擴展了學生的知識面。三是多維度考核方式。在考核方式和內容上，根據培養目標，以多種形式考核學生的綜合能力。如注意在每次線上課開始后用5分鐘的時間給學生進行知識點的串講，提出問題，啟發學生思考，并記錄學生回答問題的情況，布置作業5次以上。此外，還有課堂討論、方案設計、卷面答題等不同形式，以此來綜合衡量學生對知識的接受、掌握及運用程度。

受新冠肺炎疫情影響，本課程已在2019—2020學年第二學期開展線上教學，取得了良好的教學效果。線上教學開始前，針對兩個教學班分別新建課程QQ群，并在群里分享了環境監測課程的最新電子版教材（第五版）。在第五版的教材中，分享了與此教材相配套的國家精品在線開放課程——東華大學環境監測在線開放課程，鼓勵學生在課余時間線上觀看視頻學習。課程在線授課時，采用“QQ語音聊天+屏幕共享”的方式授課，注意每次上課前用10分鐘時間給學生進行復習，提出問題，學生利用文字回答問題。此部分作為平時成績的一部分。每次上課前，教師都在QQ群里共享課件，并利用QQ群的作業功能，加強網絡學習監督管理，便于教師掌握學生的學習動向及學生對相關知識點的掌握情況。加強案例教學，結合學生因疫情在家的情況，把劣勢變為優勢，給出方案設計題目，例如“以你所在家鄉的地表水為例，說明如何對家鄉的地表水開展監測方案的制定”。學生反饋回來的方案設計內容翔實，部分學生還詳細地走訪了家鄉地區的地表水環境狀況，學生的學習積極性得到有效提升。

在教學過程中，積極加強與學生的線上交流，積極傾聽并采納學生的反饋意見，教學方式得到優化改善。例如，建立班級班委群，詳細詢問學生對哪些知識點掌握、理解不夠，下次課在進行課前復習的時候，再詳細講一遍。利用“雨課堂”平臺的推送功能和QQ群的群公告功能，及時向學生傳達跟課程有關的通知信息和期末考試信息。學生通過掃描教材上的二維碼、網絡平臺各種資料進行在線預習或學習，教師在網絡平臺上進行考勤、布置和批改作業、答疑等。

期末考試采用“線上在線考試”模式，利用“雨課堂”平臺的在線監考模式進行考試。同時，要求學生在“雨課堂”平臺（電腦端）、騰訊會議（手機端）、雙機位考試、手機端要求從側面稍遠距離照到上半身、電腦、雙手和部分桌面。電腦屏幕從側面能看得到。答題時兩只手必須一直在桌面上攝像頭范圍內?！坝暾n堂”在線監考和騰訊會議雙機位的在線監考模式，能夠有效地遠程監控到考試過程中的答題情況。教學團隊對期末考試的試題類型進行了改革，加大了主觀題的分值比例，主觀題目分值比例占比70%，有效杜絕了學生百度標準答案的情況，更能有效地考查學生掌握知識的程度。

三、實驗教學的改革與實踐

（一）錄制實驗教學視頻

為了更有效地傳達實驗課程精髓，可以在每次課程開始前預先錄制實驗教學視頻，學生可以利用課余時間提前熟悉實驗課程的操作流程，實際實驗時做到有的放矢。如測定污水中的COD實驗教學視頻、測定污水中的氨態氮實驗教學視頻、氣相色譜法測定氣樣中的非甲烷烴等實驗項目。

（二）加強對實驗全過程的引導，做好對環境監測數據的質量控制

受條件限制，現有的實驗教學學時不足，這導致學生缺乏全面、綜合訓練的機會。針對此問題，我們選擇了積極性較高的學生做實驗材料的準備、試劑配制、實驗儀器校正及進行預實驗等工作，使學生能夠更全面認識環境監測實驗的整個過程。例如，在氨氮實驗時，顯色所用的關鍵試劑次氯酸鈉使用液的有效氯含量需要標定，COD實驗所需試劑硫酸亞鐵銨溶液的濃度也需要進行標定。因此，在正式實驗開始前，預實驗的學生進行了標定過程，這進一步鞏固了他們所學的基礎化學知識，加深了學生對基礎理論知識的理解，提高了其動手實踐能力。需要用到采樣儀器和測定儀器時，組織預實驗的學生預先進行采樣儀器調試工作。在正式實驗時，我們提出一些思考題，引導學生對自己所做的實驗進行思考，不僅要求學生“知其然”，更要求學生“知其所以然”。例如，在開始實驗前提出課堂思考題：對比氨氮蒸餾所用的直形冷凝管和測定COD加熱時的球形冷凝管，探討為什么使用不同的冷凝管？氨氮實驗在蒸餾的時候為什么先小火加熱？以此培養學生探索實驗的能力和發現并解決問題的能力。實驗完成后，強調課下的實驗數據處理和結果討論部分的重要性。例如，進行校園空氣中二氧化氮的測定實驗時，在正式實驗時強調在實驗過程中應記錄當前大氣壓、采樣溫度等，以方便在實驗數據處理時將采樣空氣的工況體積轉換為標況體積。COD實驗時，硫酸亞鐵銨滴定重鉻酸鉀溶液時，部分學生達不到滴定終點，這時可以引導其將可能的原因和改進措施寫入實驗結果與討論部分。

（三）實驗教學從單純分析測試到環境監測全過程實驗體系的改進

傳統的實驗教學主要從污染指標的測定開展經典的監測項目，涵蓋了大氣、水、土壤和噪聲污染等四種環境污染介質，主要為“校園環境空氣質量監測”“室內空氣質量監測”“重鉻酸鉀氧化法測定校園地表水中化學需氧量（COD）”“校園地表水中氨氮的測定”“ICP-OES測定土壤中的多種金屬元素”及“污水中理化性質的測定”等傳統測定項目。然而，環境監測過程包含了現場調查、監測方案制訂、布點、樣品采集、運輸保存、分析測試、數據處理和綜合討論等多個環節。單純訓練化學分析或儀器分析部分不足以全方面培養學生的組織能力和設計能力。為此，我們積極創造條件，在測定土壤中重金屬的實驗時結合課題研究，由教師帶領學生到野外采樣。采樣完成后，學生提前完成土壤樣品的前處理等工作，以加深學生對環境監測內容的理解。根據學校CDIO教學理念，學校設置“工程實踐”課程?！肮こ虒嵺`三”課程為環境監測專項訓練，主要對廢水中化學需氧量（COD）、氨氮和空氣中氮氧化物的測定進行專門培訓，促使學生掌握常規的環境監測方法和技能，并在學生訓練結束時組織進行考核。環境監測實驗課程項目和任務見表1。

（四）實時更新實驗教學內容

隨著環境監測新環境標準規范的不斷出臺、新技術的不斷發展，環境監測課程的教學內容也與時俱進。例如，針對空氣中甲醛的測定，傳統的方法可采用酚試劑分光光度法、氣相色譜法和離子色譜法測定，也可介紹新的電化學儀器。又如，進行污水中的化學需氧量（COD）實驗時，傳統的COD檢測方法為重鉻酸鉀法測定水中COD，重鉻酸鉀法指在強酸并且加熱的實驗條件下，用重鉻酸鉀作為氧化劑在處理水樣時所消耗的氧化劑的劑量來計算出水中還原性物質的量。該方法存在一些缺點：第一，耗時長，重鉻酸鉀法加熱回流過程長達2個小時，測定一批水樣需要3～4個小時，而且在滴定的過程中需要一滴一滴地滴定，這樣的操作費時間，對實驗的效率有很大的影響；第二，試劑用量大，實驗所需要的硫酸銀溶液、重鉻酸鉀溶液和硫酸亞鐵銨溶液等試劑用量較多，實驗產生的廢液含有大量金屬鹽，會對環境產生二次的嚴重污染；第三，成本過高，各種試劑、加熱耗電、回流冷凝水消耗等產生的成本過高。因此，在開展COD測定實驗時，可適當將實驗進行合理簡化，若改用新的儀器手段或者觀看實驗視頻，可適當節約實驗成本，減少試劑消耗。

（五）健全課程考核評分機制

環境監測實驗課程成績強調平時成績的重要性，平時成績占比70%，考試成績占比30%。平時成績由出勤情況、實驗操作、實驗報告及課堂表現組成。全過程評分機制有利于學生端正實驗態度，重視實驗操作過程，有利于培養學生思考科學問題的能力。

四、線上理論課程和線下實驗課程的教學效果比較分析

對2018級環境工程及環境科學專業184名學生的環境監測理論課程成績和實驗課程成績進行皮爾遜相關性分析，可以得到線上理論課程和線下實驗課程的成績存在中度相關性（相關系數r=0.530，p=0.000），見表2。

五、結語

環境監測課程是一門實踐性較強的學科。隨著我國監測技術的發展、政策法規的出臺，其課程內容不斷更新，線上線下混合教學模式有利于培養學生的自主學習能力。隨著在線課程的不斷改進和完善，知識載體不局限于書本，還包括教學視頻、實際案例等內容，這些內容極大地豐富了知識的呈現形式，激發了學生對環境監測課程學習的興趣。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 深圳市市場監督管理局.生活飲用水水質標準：DB4403/T60—2020[S/OL]. （2020-04-21）[2021-02-23].http：//amr.sz.gov.cn/attachment/0/697/697807/9772236.pdf.

[2] 上海市質量技術監督局.生活飲用水水質標準：DB31/T 1091—2018[S/OL].北京：中國標準出版社（2018-06-22）[2021-01-23].http：//down.foodmate.net/standard/yulan.php？itemid=53241.

[3] 張杭君.基于CDIO模式的環境工程專業人才培養的研究[J].教育教學論壇，2018（24）： 94-96.

[4] 馬春燕，奚旦立，余陽，等.東華大學環境監測MOOC課程[Z/OL]. http：//www.icourse163.org/course/DHU-100208

0025.

［責任編輯：陳 明］