基于“OBE”和“新工科”理念的《环境监测》实验教学改革

贺君 宋来洲 王秀丽 张志辉

摘  要：環境监测实验教学是环境监测课程实践教学的核心，不仅要培养学生的实验分析能力和操作能力，而且要提高学生的知识应用和创新能力，是践行新工科人才培养和OBE教学理念的重要手段。文章以学生实践技能提升为核心，革新环境监测的实验教学内容，改进教学方法，优化考核方法，加强实践教学环节。实践表明：以学生为中心，以学习成果为导向的教学改革，极大地提高了学生的积极性，使学生加深对理论知识的理解和应用，提高从事环境监测工作的综合素养。

关键词：OBE;新工科;环境监测实验教学;教学改革

Abstract： Environmental monitoring experimental teaching is the core of the practical teaching of environmental monitoring courses. It is not only to cultivate students' experimental analysis ability and operation ability， but also to improve students' knowledge application and innovation ability. This article takes the improvement of students' practical skills as the core， reforms the experimental teaching content of environmental monitoring， improves teaching methods， optimizes assessment methods， and strengthens practical teaching links. Practice has shown that： student-centered and learning-oriented teaching reform has greatly improved the enthusiasm of students， deepened their understanding and application of theoretical knowledge， and improved their comprehensive literacy in environmental monitoring.

Keywords： Outcome-Based Education; new engineering; environmental monitoring experiment teaching; teaching reform

近年来，随着雾霾、光化学烟雾、黑臭水体、地下水污染、土壤污染等环境问题的大面积爆发，我国的环境污染问题日趋严峻，环保工作任重道远，这种环境危机对环境从业工作者提出了更高的要求。党的十八大提出“推进生态文明建设，建设美丽中国”目标要求，更加要求环境保护工作者具备高素质的专业技能。作为人才培养摇篮的高等院校，环境工程技术人员的培养质量至关重要。环境监测课程是环境工程专业重要的专业基础课之一，不仅要求学生对理论知识有深入的了解，更强调知识的实际应用环节。该课程主要针对水和废水、空气和废气、固体废物、土壤、环境污染生物和物理性污染等方面，介绍监测过程中的监测方案制订、样品的采集与保存、样品的预处理与测定、数据分析与处理、质量保证等理论知识，而对应的实验教学环节要求培养学生对污染指标进行监测的实际动手能力，使学生具备扎实的理论知识和熟练的操作技能，提高学生从事环境监测相关工作的综合素质，进而为环境工程领域培养高素质的环境监测技术人才[1-2]。

“OBE”教育理念是基于产出的教育模式，强调学习成果为导向[3];“新工科”理念的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[4]。燕山大学环境工程专业的“环境监测”课程已开设十年有余，采用理论教学与实验教学相结合的教学方法，取得了一定的教学效果。但随着OBE教育理念的深入开展，新工科人才培养、工程教育专业认证、建设一流大学和一流学科新的背景，社会和企业对环境监测技术人员应用技能的新要求，环境监测实验教学改革急需进一步优化和调整。国内各个高校主要侧重于课程的整体性改革，对实验教学内容改革还不够深入[5-8]。本文以环境监测技术的实践应用为抓手，革新环境监测实验教学方案，优化调整其实践教学内容，革新其教学方法、细化其教学要求，优化其考核方式，强化学生环境监测实践技能的培养，力求提升学生的工程实践技能和创新能力，使学生具备系统的工程监测的专业技能，继而具备解决环境领域复杂工程问题的能力。

一、方案设计

（一）优化实验项目

课程在环境工程专业属于专业必修课，共计56学时，其中课堂授课26学时、实验30学时。共开设9个实验，分别为：水样化学需氧量的测定，废水中氨氮、硝氮测定，废水中磷酸盐的测定，水体浊度、色度测定，水样生化需氧量（BOD5）的测定，原子吸收法测定铜和锌的含量，化学废液中镍离子的测定，废水中钙镁离子的测定，气相色谱法检测土壤中有机农药含量。这些实验内容过于分散，各个项目之间没有相关联系，缺少工程应用背景，造成学生知识点零散、专业视野狭窄、工程实践技能欠缺等问题。因此，按照OBE理念模式的要求，一切以学生为中心，以学生的需求作为改革的出发点，我们对实验教学内容进行了优化设计，将实验内容分成三级项目实验、认知实验和开放性实验三个模块。结合环境污染治理工程、环境影响与评价、环境工程验收以及环境应急事件处置等工程实践对环境监测工作要求的应用背景，对之前的9个零散的，互不相关的实验项目进行删减与整合为4个三级项目，分别为：地表水和污水的水质检测与分析评价，土壤中重金属和有机农药的检测与分析评价，校园环境空气质量评价、宿舍楼噪声环境质量评价。每个三级项目为一个综合的实验项目，其中又包含着几个独立的检测项目，不仅让学生掌握学会每个检测项目的实际操作，而且让学生了解每个检测项目的相互关系，最终对其检测目标给出综合性的分析评价。具体包含的实验如表1。

（二）改进教学方法

翻转课堂是指重新调整课堂内外的时间，将学习的主动权由教师转移给学生。在这种先进的教学模式下，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究本专业领域内热点问题，从而对专业的前沿和热点问题获得更深层次的理解。借鉴“翻转课堂”的新兴教学模式理念[9]，本改革中的三级项目实验、认知实验和开放性实验涉及的所有实验教学内容的开展都以学生为中心，使学生成为教学活动的主体，这样能够最大限度的激发学生的主观能动性，在完成项目的整个过程中，培养学生初步设计合理的监测方案和完成整个监测工作的实际动手能力和创新能力;教师在整个教学过程中充分发挥引领作用，给予学生帮助与指导，辅助学生完成整个教学活动。

（三）开设认知实习

认识实习是对课本基础知识的巩固加深和拓展，安排学生到实际工作岗位的环境去参观，去了解今后将要工作（实习）的环境，增加对将要从事的职业岗位的初级认识。本改革组织学生到环境监测站或第三方检测公司进行实地参观学习。环境监测站主要负责所在地区环境质量监测工作，学生可以参观监测站各种检测仪器，了解各项规章制度，查阅监测报告，系统的学习样品的采集、保存、测定和数据处理等环节;在第三方检测公司重点学习其编制的“建设项目环境保护竣工验收报告”，了解企业自主验收的各项法律法规、熟悉报告的编写过程，尤其是报告中的各项检测项目的采样、布点、检测和质量保证等内容，为毕业后实际工作提供经验的积累。

（四）开设开放性实验

开放性实验[10]开展以重点实验室为依托，以双创导师制为引导，要求学生至少参与1项开放性实验，学生可依据自己的兴趣和特长，申请开放性实验室的使用，完成从项目的选题到监测方案的设计，再经科学的试验过程，完成课题的整个过程。题目可以由指导老师提供，比如《秦皇岛地区酸雨调查分析》、《某地区地表水氟离子污染情况分析》、《某河流水质现状监测及评价》、《某地区空气环境质量现状监测及评价》和《某企业噪声污染现状监测及评价》等。

（五）优化考核方法

传统的考核方法采用单一的实验报告成绩评定环境监测实验成绩，本次改革将考评体系分为由课前预习（10%）、三级项目报告（40%）、实习报告（25%）和开放性课题报告（25%）四部分组成，课前预习主要是针对4个三级项目报告前的预习，要求学生了解项目背景、熟悉测定方法、设计好监测方案;三级项目报告成绩由4个三级项目考核组成，按照项目报告的完成情况和学生答辩汇报进行考核;认知实习报告要求学生根据参观的环境监测站或第三方监测机构的学习内容，写出心得与收获;开放性课题报告要求学生按照老师指定的题目，设计实验、进行监测、完成数据处理与分析和撰写报告。

二、教学效果

通过上述的教学改革实施，环境监测实验教学效果得到了明显的提升，主要体现在以下几个方面：

（一）调动学生积极性，学生主动学习

原有的实验教学方法实施时，学生只是按部就班的按照试验指导书上的试验进行简单的验证实验，而项目式教学和开放性课题的开设，需要学生通过查阅课本知识和背景知识，针对具体问题进行分析、设计系统的监测方案、进行实验、数据处理、分析和评价，需要把课本理论知识灵活运用到工程监测实践中，这就极大地调动了学生的学习兴趣，这样学生就成为了课堂的主体;认知实习的实施，使学生环境监测在环境领域实际工作中的应用有了直观的认识，认识到监测技能在将来工作中的重要性，感受到了要成为高素质环境监测技术人才的不足，促使学生进一步加强监测技能的提升，提高学生的工程实践能力。

（二）提高学生专业技能和综合素质

通过三级项目实验，学生能深刻体会环境监测工作不仅仅是简单的实验室测定，而是查阅资料、现场调查、拟定方案、布点采样、正确保存、样品测定、数据处理分析、完成报告等一整套工作体系，让学生掌握环境监测的整体流程;通过认知实习环节，学生能够了解监测站和第三方检测公司的基本工作流程，明确环境监测工作的实际应用领域;通过开放性课题的实施，锻炼学生独立开展监测领域工作的能力，形成完整的科研过程;这些改革内容的实施，大大提高了学生的专业技能和综合素质，提高了学生今后从事环境监测工作的市场竞争力。

（三）沟通和团队协作能力地提高

学生在参与所有教学实践环节的过程中，尤其是拟定方案、数据分析与评价和报告编制环节中，都需要和指导老师、实验老师进行沟通与交流，探讨方案的合理性，数据的有效性和报告的规范性，这样师生间的沟通明显加强，有助于教学效果的提高;项目教学和开放课题研究都是以小组为单位，每个小组需推选有责任担当的组负责全面工作，所有小组成员要全程参与，组内同学按照组长的要求，分工协作，收集整理资料、信息共享、开展实验和汇报结果，每个同学间的沟通交流和团队协作也得到有效提升，有助于学生在毕业后更好的融入到新的团队。

三、结束语

环境监测实验教学是环境监测课程基础知识运用的重要践行手段，是学生提高环境监测技能的重要抓手，是培养符合新工科要求的优秀环境监测技术人才的重要环节。课题组按照新工科创新人才培养和OBE教学理念，对原有教学内容进行了优化，对教学方法和考核方式进行了革新，推进了环境监测实验教学的实践改革，建设了一套具有先进的环境监测课程的教学体系，为培养具备创新能力的环境监测技术人才和各高校环境监测实验课程教学改革提供借鉴。

参考文献：

[1]王铁成，屈广周，郭雪涛，等.“双一流”战略下《环境监测》本科教学改革探究[J].教育教学论坛，2018，388（46）：140-142.

[2]孙鹏，张连科，王维达，等.“新工科”建设背景下环境监测实验教学改革的探讨[J].高教学刊，2019（14）：127-129.

[3]王浩宇，任晓耕，陈福祥，等.基于OBE理念的建环专业课程改革与实践——以《空调冷热源技术》课程为例[J].高教学刊，2019，97（01）：91-93+96.

[4]董梅峰.基于“OBE”和“新工科”理念的《大學物理》教学模式探索[J].高教学刊，2018，90（18）：7-11.

[5]刘恩栋，夏世斌.《环境监测》课程教学改革的几点思考[J].教育教学论坛，2016，243（05）：57-58.

[6]袁和忠，陈亮，方昊，等.高校环境监测课程教学改革浅谈[J]大学教育，2018，96（06）：83-85.

[7]赵永军，徐劼，葛志刚.环境工程专业《环境监测》课堂教学改革探讨[J].广州化工，2015（18）：184-187.

[8]汤红妍，时清亮，罗洁.环境监测课程教学改革研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2015（09）：41-42.

[9]任宏洋，王兵，朱天菊，等.基于“翻转”教学思路的环境监测课程实验教学改革与实践[J].西部素质教育，2017（14）：151-152.

[10]聂锦霞，余水静.浅谈环境监测课程实验教学改革[J].高教学刊，2015（23）：136-137.