孙静 印红玲 肖斐芮 任红 张辉
［摘 要］环境监测课程是环境科学与环境工程专业人才培养的核心课程。受新冠肺炎疫情的影响，环境监测理论课程的讲授由线下改为线上线下混合模式。文章首先阐述了目前环境监测理论教学过程中存在的主要问题，介绍了线上线下理论和实验教学的相关经验，同时针对线下实验课程，探索了实验教学的改进措施。教学效果表明，线上理论课程和线下实验课程成绩存在高度相关性，教学成果符合构思—设计—实现—运作（CDIO）教学理念下的应用型高级专门人才的要求。
［关键词］环境监测；混合式教学；理论教学；实验教学
［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）11-0031-04
环境监测是给各项环保工作提供数据的基础环节。国家非常重视环境监测工作的内涵式发展，生态环境部在2020年发布的《生态环境监测规划纲要（2020—2035年）》中指出，生态环境监测将在全面深化环境质量和污染源监测的基础上，逐步向生态状况监测和环境风险预警拓展，构建生态环境状况综合评估体系。因此，笔者认为针对生态环境质量监测与评价是未来环境监测的方向。生物监测在环境监测中有其独有的优势。生物监测反映的是综合的污染状况，能够进行连续监测，不需要昂贵的仪器设备，而且可以作为早期污染的报警器。另外，“3S”技术在环境监测领域发展前景广阔。“3S”技术在环境监测领域的应用范围十分广泛，包括对大气臭氧层、颗粒物及有害气体的大尺度监测、水体富营养化、水体悬浮颗粒物、石油污染、水体热污染、森林生态环境、植被演化等方面的监测。
环境监测课程是环境科学与环境工程专业人才培养的核心课程，同时是环境工程和环境科学专业的基础课程，与课程相配套的课程为环境监测实验。环境监测课程也是后续水污染控制工程、大气污染控制工程、环境影响评价、环境样品前处理技术、环境风险与损害鉴定评估等高阶课程的基础性课程。该课程在环境科学与工程学科课程体系中处于中枢地位，在环境科学和环境工程人才的知识积累、能力构建和素质培养全过程中处于关键地位，发挥着不可替代的作用。环境监测理论课程和实验课程是环境科学、环境工程专业本科学生学习的必修专业课。二年级学生在学习本课程前一般需要掌握无机化学、有机化学、分析化学及物理化学等四大化学专业基础课。后续学习的课程主要有环境化学、环境影响评价、环境工程学、环境规划与管理、环境评价综合实践、大气污染控制工程和水污染控制工程等课程。
根据成都信息工程大学《环境监测教学大纲》的要求，环境监测课程的教学目标是介绍水、大气、固体废物、土壤、噪声和放射性污染物监测，并以污染物为主线较详细地说明环境监测的基本原理、技术方法和监测过程中的质量保证措施，以及简易监测方法和现代监测技术等内容，让学生了解、评价环境质量及其变化趋势。在专业知识方面，目的是让学生掌握制订环境监测计划的方法、采集并保存具有代表性的环境监测样品的方法、各类环境样品监测方法的选择、重点污染指标的监测方法及技术、环境监测过程实施质量控制的方法等。从能力方面看，课程着重培养并引导学生从物理、化学及环境学等学科全方位、多角度思考分析各类环境介质中的问题，突出交叉学科的优势，为学生将来进一步深造及在实际工作中的应用奠定基础。环境监测课程的理论教学内容共40学时，实验课时32学时。课程的体系结构以针对不同的环境介质的环境监测为主线，把环境监测项目的基本原理、技术方法及监测过程中的质量保证措施串联起来。理论教学课程分为8个专题：水、大气、固体废物、土壤、噪声、放射性污染物、自动监测技术和质量控制。实验教学分别从大气、水和土壤环境介质中抽选5～8个实验项目开展实验。
一、面临的主要问题
（一）课程内容需要优化
1.课程内容的滞后性。近几年，新的标准体系、法律法规、技术导则等不断完善，课程教材在一定程度上有明显的滞后性。例如，针对大气环境，《环境空气质量标准》（GB3095—2012）代替了《环境空气质量标准》（GB 3095—1996）和《保护农作物的大气污染物最高允许浓度》（GB 9137—88）；针对土壤环境，按照用途将土壤分为两类，即农业用地和建设用地，分别颁布了《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB15618—2018）和《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（GB36600—2018）；最新的生活饮用水卫生标准GB5749—2022也即将在2023年开始实施。针对生活饮用水，上海市、深圳市等部分城市分别在2018年和2020年出台了更为严格的地方标准[1-2]。因此，课程内容亟须在现有的教材内容基础上不断更新和完善。
2.新污染物需引起重视。新污染物是指尚未纳入环境监测项目指标体系内，但已知或潜在的对生态和健康有危害的化学物质或微生物。目前，受关注的新污染物有药物和个人护理品、微塑料、持久性有机污染物、工业添加剂及环境内分泌干扰物等物质。这些物质虽然在环境介质中的存在浓度较低，但是随着分析科学新技术的不断发展，越来越多的新污染物被检测出来，其可能引起的生态风险不容忽视。越来越多的新污染物将被纳入到环境监测指标体系内。
3.对应急监测不够重视。近年来的突发事件，如2014年松花江重大水污染、2015年天津市滨海新区危险品仓库爆炸及2019年末的新冠肺炎疫情等，对环境保护人员提出了越来越高的要求。而常规的监测技术手段已经难以满足应急监测及时性的要求，教师有必要通过增加案例教学的方式向学生介绍现场简易监测技术手段。
（二）教学模式落后
传统的课堂模式以教师的讲授为主，学生被动接受知识，这种培养模式不利于发挥学生的主观能动性，会使得学生逐渐丧失思考问题、质疑的能力，不利于培养学生的创新意识。若采用线上线下混合式教学，可适当提高学生自主学习的能力。
二、理论课程教学探索与实践
结合CDIO的教学理念[3]，本课程力求在教学中进一步体现CDIO的教学内涵，提升学生独立思考、分析问题及工程应用的能力，使学生成为具有系统理论知识和实践能力的高素质应用型高级专门人才。
根据预设的教学重点及授课实践中面临的教学难点，本课程综合运用多种教学方法、灵活采用各种教学手段，以达到既定的教学目标。如实施案例教学，通过学习、分析经典的环境监测案例，提升对环境监测重要性的认识。如在讲到环境应急监测案例时，引入汶川大地震后针对成都市的地表水水源地的应急监测案例，提高学生对环境应急监测的认知。通过布置水污染监测方案设计和大气污染监测方案设计题目，让学生自主给出监测方案。此外，课程微视频、国家精品在线课程资源[4]及仪器信息网的网络讲堂都在具体授课过程中有所运用。
除图书资料、网络课程等丰富的传统教学资源外，本课程最为珍贵的教学资源是强有力的学科支撑及实力雄厚的教学团队。成都信息工程大学（以下简称“我校”）环境工程专业在2020年顺利通过工程教育专业认证。2021年，我校环境科学专业获批国家级一流本科专业建设点。21世纪以来，环境监测课程已经形成了一支高学历、高职称的教学队伍。该课程的教学特色主要体现在三个方面：一是完备的教材建设体系。古语有云：“国立根本，在乎教育，教育根本，实在教科书。”教材建设是教学的重要环节，课程团队采用《环境监测》（第五版）“十二五”国家级规划课程教材。而且自编了与本课程相配套的《环境监测实验》课程教材，为我校环境科学与工程专业环境监测教学的开展提供了重要依托。二是突出工程实践特色。本课程特别注重培养学生的实践能力，通过多种教学形式，打破课堂讲授的单一模式，如做环境监测预实验、工程实践三实践训练、邀请环境监测专家为学生举办相关学术讲座等，提升学生的主观能动性，扩展了学生的知识面。三是多维度考核方式。在考核方式和内容上，根据培养目标，以多种形式考核学生的综合能力。如注意在每次线上课开始后用5分钟的时间给学生进行知识点的串讲，提出问题，启发学生思考，并记录学生回答问题的情况，布置作业5次以上。此外，还有课堂讨论、方案设计、卷面答题等不同形式，以此来综合衡量学生对知识的接受、掌握及运用程度。
受新冠肺炎疫情影响，本课程已在2019—2020学年第二学期开展线上教学，取得了良好的教学效果。线上教学开始前，针对两个教学班分别新建课程QQ群，并在群里分享了环境监测课程的最新电子版教材（第五版）。在第五版的教材中，分享了与此教材相配套的国家精品在线开放课程——东华大学环境监测在线开放课程，鼓励学生在课余时间线上观看视频学习。课程在线授课时，采用“QQ语音聊天+屏幕共享”的方式授课，注意每次上课前用10分钟时间给学生进行复习，提出问题，学生利用文字回答问题。此部分作为平时成绩的一部分。每次上课前，教师都在QQ群里共享课件，并利用QQ群的作业功能，加强网络学习监督管理，便于教师掌握学生的学习动向及学生对相关知识点的掌握情况。加强案例教学，结合学生因疫情在家的情况，把劣势变为优势，给出方案设计题目，例如“以你所在家乡的地表水为例，说明如何对家乡的地表水开展监测方案的制定”。学生反馈回来的方案设计内容翔实，部分学生还详细地走访了家乡地区的地表水环境状况，学生的学习积极性得到有效提升。
在教学过程中，积极加强与学生的线上交流，积极倾听并采纳学生的反馈意见，教学方式得到优化改善。例如，建立班级班委群，详细询问学生对哪些知识点掌握、理解不够，下次课在进行课前复习的时候，再详细讲一遍。利用“雨课堂”平台的推送功能和QQ群的群公告功能，及时向学生传达跟课程有关的通知信息和期末考试信息。学生通过扫描教材上的二维码、网络平台各种资料进行在线预习或学习，教师在网络平台上进行考勤、布置和批改作业、答疑等。
期末考试采用“线上在线考试”模式，利用“雨课堂”平台的在线监考模式进行考试。同时，要求学生在“雨课堂”平台（电脑端）、腾讯会议（手机端）、双机位考试、手机端要求从侧面稍远距离照到上半身、电脑、双手和部分桌面。电脑屏幕从侧面能看得到。答题时两只手必须一直在桌面上摄像头范围内。“雨课堂”在线监考和腾讯会议双机位的在线监考模式，能够有效地远程监控到考试过程中的答题情况。教学团队对期末考试的试题类型进行了改革，加大了主观题的分值比例，主观题目分值比例占比70%，有效杜绝了学生百度标准答案的情况，更能有效地考查学生掌握知识的程度。
三、实验教学的改革与实践
（一）录制实验教学视频
为了更有效地传达实验课程精髓，可以在每次课程开始前预先录制实验教学视频，学生可以利用课余时间提前熟悉实验课程的操作流程，实际实验时做到有的放矢。如测定污水中的COD实验教学视频、测定污水中的氨态氮实验教学视频、气相色谱法测定气样中的非甲烷烃等实验项目。
（二）加强对实验全过程的引导，做好对环境监测数据的质量控制
受条件限制，现有的实验教学学时不足，这导致学生缺乏全面、综合训练的机会。针对此问题，我们选择了积极性较高的学生做实验材料的准备、试剂配制、实验仪器校正及进行预实验等工作，使学生能够更全面认识环境监测实验的整个过程。例如，在氨氮实验时，显色所用的关键试剂次氯酸钠使用液的有效氯含量需要标定，COD实验所需试剂硫酸亚铁铵溶液的浓度也需要进行标定。因此，在正式实验开始前，预实验的学生进行了标定过程，这进一步巩固了他们所学的基础化学知识，加深了学生对基础理论知识的理解，提高了其动手实践能力。需要用到采样仪器和测定仪器时，组织预实验的学生预先进行采样仪器调试工作。在正式实验时，我们提出一些思考题，引导学生对自己所做的实验进行思考，不仅要求学生“知其然”，更要求学生“知其所以然”。例如，在开始实验前提出课堂思考题：对比氨氮蒸馏所用的直形冷凝管和测定COD加热时的球形冷凝管，探讨为什幺使用不同的冷凝管？氨氮实验在蒸馏的时候为什幺先小火加热？以此培养学生探索实验的能力和发现并解决问题的能力。实验完成后，强调课下的实验数据处理和结果讨论部分的重要性。例如，进行校园空气中二氧化氮的测定实验时，在正式实验时强调在实验过程中应记录当前大气压、采样温度等，以方便在实验数据处理时将采样空气的工况体积转换为标况体积。COD实验时，硫酸亚铁铵滴定重铬酸钾溶液时，部分学生达不到滴定终点，这时可以引导其将可能的原因和改进措施写入实验结果与讨论部分。
（三）实验教学从单纯分析测试到环境监测全过程实验体系的改进
传统的实验教学主要从污染指标的测定开展经典的监测项目，涵盖了大气、水、土壤和噪声污染等四种环境污染介质，主要为“校园环境空气质量监测”“室内空气质量监测”“重铬酸钾氧化法测定校园地表水中化学需氧量（COD）”“校园地表水中氨氮的测定”“ICP-OES测定土壤中的多种金属元素”及“污水中理化性质的测定”等传统测定项目。然而，环境监测过程包含了现场调查、监测方案制订、布点、样品采集、运输保存、分析测试、数据处理和综合讨论等多个环节。单纯训练化学分析或仪器分析部分不足以全方面培养学生的组织能力和设计能力。为此，我们积极创造条件，在测定土壤中重金属的实验时结合课题研究，由教师带领学生到野外采样。采样完成后，学生提前完成土壤样品的前处理等工作，以加深学生对环境监测内容的理解。根据学校CDIO教学理念，学校设置“工程实践”课程。“工程实践三”课程为环境监测专项训练，主要对废水中化学需氧量（COD）、氨氮和空气中氮氧化物的测定进行专门培训，促使学生掌握常规的环境监测方法和技能，并在学生训练结束时组织进行考核。环境监测实验课程项目和任务见表1。
（四）实时更新实验教学内容
随着环境监测新环境标准规范的不断出台、新技术的不断发展，环境监测课程的教学内容也与时俱进。例如，针对空气中甲醛的测定，传统的方法可采用酚试剂分光光度法、气相色谱法和离子色谱法测定，也可介绍新的电化学仪器。又如，进行污水中的化学需氧量（COD）实验时，传统的COD检测方法为重铬酸钾法测定水中COD，重铬酸钾法指在强酸并且加热的实验条件下，用重铬酸钾作为氧化剂在处理水样时所消耗的氧化剂的剂量来计算出水中还原性物质的量。该方法存在一些缺点：第一，耗时长，重铬酸钾法加热回流过程长达2个小时，测定一批水样需要3～4个小时，而且在滴定的过程中需要一滴一滴地滴定，这样的操作费时间，对实验的效率有很大的影响；第二，试剂用量大，实验所需要的硫酸银溶液、重铬酸钾溶液和硫酸亚铁铵溶液等试剂用量较多，实验产生的废液含有大量金属盐，会对环境产生二次的严重污染；第三，成本过高，各种试剂、加热耗电、回流冷凝水消耗等产生的成本过高。因此，在开展COD测定实验时，可适当将实验进行合理简化，若改用新的仪器手段或者观看实验视频，可适当节约实验成本，减少试剂消耗。
（五）健全课程考核评分机制
环境监测实验课程成绩强调平时成绩的重要性，平时成绩占比70%，考试成绩占比30%。平时成绩由出勤情况、实验操作、实验报告及课堂表现组成。全过程评分机制有利于学生端正实验态度，重视实验操作过程，有利于培养学生思考科学问题的能力。
四、线上理论课程和线下实验课程的教学效果比较分析
对2018级环境工程及环境科学专业184名学生的环境监测理论课程成绩和实验课程成绩进行皮尔逊相关性分析，可以得到线上理论课程和线下实验课程的成绩存在中度相关性（相关系数r=0.530，p=0.000），见表2。
五、结语
环境监测课程是一门实践性较强的学科。随着我国监测技术的发展、政策法规的出台，其课程内容不断更新，线上线下混合教学模式有利于培养学生的自主学习能力。随着在线课程的不断改进和完善，知识载体不局限于书本，还包括教学视频、实际案例等内容，这些内容极大地丰富了知识的呈现形式，激发了学生对环境监测课程学习的兴趣。
［ 参 考 文 献 ］
[1] 深圳市市场监督管理局.生活饮用水水质标准：DB4403/T60—2020[S/OL]. （2020-04-21）[2021-02-23].http：//amr.sz.gov.cn/attachment/0/697/697807/9772236.pdf.
[2] 上海市质量技术监督局.生活饮用水水质标准：DB31/T 1091—2018[S/OL].北京：中国标准出版社（2018-06-22）[2021-01-23].http：//down.foodmate.net/standard/yulan.php？itemid=53241.
[3] 张杭君.基于CDIO模式的环境工程专业人才培养的研究[J].教育教学论坛，2018（24）： 94-96.
[4] 马春燕，奚旦立，余阳，等.东华大学环境监测MOOC课程[Z/OL]. http：//www.icourse163.org/course/DHU-100208
0025.
［责任编辑：陈 明］
