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隨著大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，大氣采樣和實(shí)驗(yàn)室分析手段、儀器日新月異，如何在有限的實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間里，讓學(xué)生對多種監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測對象和監(jiān)測方法有一個(gè)全面認(rèn)識，科學(xué)合理地設(shè)置大氣環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法顯得至關(guān)重要。本文根據(jù)大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合筆者多年在大氣環(huán)境監(jiān)測課程教學(xué)上的經(jīng)驗(yàn)，探討了大氣環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置和教學(xué)方法的改進(jìn)。

一、大氣環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置

大氣環(huán)境監(jiān)測涉及到多種監(jiān)測項(xiàng)目，如氣體監(jiān)測、顆粒物監(jiān)測、降水監(jiān)測等；監(jiān)測對象更是紛繁復(fù)雜，如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、可吸入顆粒物、細(xì)粒子、黑碳?xì)馊苣z、揮發(fā)性有機(jī)物、持久性有機(jī)物等；大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，大氣采樣和實(shí)驗(yàn)室分析手段、儀器日新月異，從傳統(tǒng)的手工采樣、化學(xué)分析方法逐步向自動(dòng)在線監(jiān)測發(fā)展，從對污染物簡單的濃度監(jiān)測逐步發(fā)展到對污染物微物理和化學(xué)特性的監(jiān)測；雷達(dá)、衛(wèi)星等遙感方法的出現(xiàn)，更是為大氣環(huán)境監(jiān)測提供了最新的監(jiān)測手段。在制定實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、選取實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，要根據(jù)實(shí)際就業(yè)和科研需求，在有限的實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間里充分考慮到各種監(jiān)測項(xiàng)目，選取具有代表性的監(jiān)測對象開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對大氣監(jiān)測的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向都有全面認(rèn)識。

1.重視對傳統(tǒng)監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測方法的理解與實(shí)際操作大氣環(huán)境問題是從工業(yè)革命以來由于大量的能源消耗而出現(xiàn)的，燃煤產(chǎn)生的二氧化硫污染首先在發(fā)達(dá)國家出現(xiàn)，之后隨著汽車總量的增加，氮氧化物排放不斷增加，與大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物一起形成了光化學(xué)煙霧污染。作為大氣環(huán)境監(jiān)測最為傳統(tǒng)的監(jiān)測項(xiàng)目：SO2和NOx，最開始的監(jiān)測手段也是使用的最為傳統(tǒng)的化學(xué)方法：濕化學(xué)采樣，顯色后使用分光光度計(jì)檢測濃度。雖然這種方法操作過程復(fù)雜、時(shí)間分辨率低、檢測精度有限，現(xiàn)在在實(shí)際監(jiān)測中已被逐步淘汰，但作為傳統(tǒng)監(jiān)測方法，曾被廣泛用于各種氣態(tài)污染物的監(jiān)測；利用污染物的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行濃度監(jiān)測，也是進(jìn)行污染物監(jiān)測時(shí)最為直接的一種考慮方法。對傳統(tǒng)監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)，有助于理解大氣環(huán)境污染問題的發(fā)展歷程；對傳統(tǒng)監(jiān)測方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，則有利于學(xué)生理解面對一種污染物濃度監(jiān)測問題時(shí)，可以從哪些方面去考慮。因此，雖然目前大部分環(huán)境監(jiān)測站已不再使用這種方法，但是筆者仍安排了一次使用濕化學(xué)法，按照國家頒布的環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)[5,6]來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對SO2或者NOx進(jìn)行采樣、分析和濃度計(jì)算。

2.考慮大氣環(huán)境監(jiān)測的多樣性，涵蓋多種監(jiān)測項(xiàng)目大氣環(huán)境監(jiān)測涉及到氣體、顆粒物、降水等多種監(jiān)測項(xiàng)目，而每種監(jiān)測項(xiàng)目涉及到的監(jiān)測名目又各不相同，如氣體監(jiān)測主要著重點(diǎn)在濃度監(jiān)測；顆粒物的監(jiān)測除了濃度外，還需要對其中的化學(xué)組成，如水溶性離子、重金屬元素、有機(jī)物成分等進(jìn)行分析；而降水監(jiān)測則主要涉及到pH值、電導(dǎo)率和水溶性離子的監(jiān)測。由于目前我國的大氣污染問題主要表現(xiàn)在顆粒物污染，如沙塵暴、可吸入顆粒物和灰霾等，2012年2月國家公布了最新的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，[7]在總懸浮顆粒物TSP和可吸入顆粒物PM10的基礎(chǔ)上，增加了細(xì)粒子PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)。為了響應(yīng)國家對顆粒物特別是細(xì)顆粒物污染的重視，在實(shí)驗(yàn)課程中安排了對顆粒物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測的項(xiàng)目，并采取分級采樣的方法，對從細(xì)到粗不同粒徑的顆粒物同時(shí)進(jìn)行了采樣、稱重、濃度計(jì)算。在不同的監(jiān)測項(xiàng)目中，化學(xué)成分的分析名目往往相同，例如顆粒物中水溶性離子和降水中水溶性離子的檢測原理與分析儀器是一致的，均為離子色譜儀；對氣態(tài)揮發(fā)性有機(jī)物的檢測與顆粒物中有機(jī)成分的檢測在采樣方法和前處理方面存在差異，但分析時(shí)都可以使用氣質(zhì)聯(lián)用儀。因此，在對污染物化學(xué)成分的分析中，根據(jù)目前大氣污染研究的熱點(diǎn)，選取了顆粒物中水溶性離子和有機(jī)成分的分析作為代表，分別安排了大氣顆粒物中水溶性無機(jī)鹽和大氣顆粒物中有機(jī)成分的測定。將顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測實(shí)驗(yàn)中所采樣品直接用來測定其化學(xué)組分，教學(xué)側(cè)重點(diǎn)放在樣品的前處理和分析儀器的原理與操作過程上。通過對比，讓學(xué)生深刻理解不同化學(xué)組分需要采取不同的前處理方法，并對應(yīng)不同的分析儀器。對分析儀器原理和使用步驟的詳細(xì)講解與操作，讓學(xué)生了解貴重、精密儀器的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行需遵循的規(guī)范。

3.重視對現(xiàn)代自動(dòng)連續(xù)觀測儀器的認(rèn)識和操作隨著大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)人工采樣與實(shí)驗(yàn)室分析的方法由于采樣頻率低、時(shí)間代表性差、精度不夠且耗費(fèi)人力，目前已逐漸被自動(dòng)監(jiān)測儀器所替代。目前環(huán)保部門的大氣環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測，對大氣中的主要污染氣體（SO2、NOx和O3）以及顆粒物（PM10，PM2.5）質(zhì)量濃度進(jìn)行長期、實(shí)時(shí)、連續(xù)的自動(dòng)觀測。自動(dòng)化監(jiān)測儀器借助采樣管和采樣泵進(jìn)行連續(xù)采樣，采用光學(xué)、化學(xué)或物理方法進(jìn)行污染物濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過計(jì)算機(jī)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并對儀器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。為了讓學(xué)生對當(dāng)前的大氣環(huán)境監(jiān)測方法有直觀認(rèn)識，畢業(yè)工作時(shí)能夠快速適應(yīng)工作崗位要求，筆者在實(shí)驗(yàn)課程中安排了自動(dòng)連續(xù)觀測儀器的認(rèn)識和操作。通過對儀器內(nèi)部構(gòu)造的觀察讓學(xué)生深刻理解儀器的工作原理；通過教師指導(dǎo)、學(xué)生實(shí)際動(dòng)手對儀器運(yùn)行的常規(guī)操作和標(biāo)定過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，掌握儀器的操作方法；通過對儀器獲得數(shù)據(jù)的簡單分析，掌握自動(dòng)儀器的數(shù)據(jù)獲取途徑及數(shù)據(jù)初步處理方法。

4.加強(qiáng)衛(wèi)星、雷達(dá)等先進(jìn)監(jiān)測手段的理解和認(rèn)識隨著大氣環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展，傳統(tǒng)手工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析方法以及現(xiàn)代自動(dòng)監(jiān)測儀器由于其地面定點(diǎn)采樣的時(shí)空限制，已表現(xiàn)出一定的局限性。采取光學(xué)遙感方法進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大范圍、長時(shí)間實(shí)時(shí)觀測的衛(wèi)星和雷達(dá)監(jiān)測手段，能獲得區(qū)域甚至全球大范圍、不同高度、長時(shí)間序列的污染物分布特征，目前已在大氣環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用。為了讓學(xué)生及時(shí)掌握學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解最新、最前沿的學(xué)科知識，在實(shí)驗(yàn)課程中安排了遙感方法監(jiān)測大氣污染物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過對衛(wèi)星、雷達(dá)的監(jiān)測原理、學(xué)科應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行課件展示和講解，彌補(bǔ)使用教材中沒有涉及到的遙感監(jiān)測方法這一不足；通過對南京信息工程大學(xué)大氣探測基地多臺不同波段雷達(dá)的實(shí)地參觀和雷達(dá)運(yùn)行的簡單操作，加強(qiáng)了學(xué)生對這一先進(jìn)監(jiān)測手段的理解和認(rèn)識。在綜合考慮了大氣環(huán)境傳統(tǒng)監(jiān)測方法、大氣環(huán)境監(jiān)測的多樣性、現(xiàn)代自動(dòng)連續(xù)觀測以及前沿性的衛(wèi)星與雷達(dá)遙感觀測等上述幾個(gè)方面后，最終選定了6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一共18個(gè)學(xué)時(shí)，開展了大氣環(huán)境監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)課程。

二、大氣環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法探討

在綜合考慮了多種因素，有目的性的選擇了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后，根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法需注意的幾個(gè)方面：

1.重視監(jiān)測過程各個(gè)步驟的學(xué)習(xí)和操作大氣環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程涉及到多個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，包括采樣點(diǎn)的選擇、布點(diǎn)采樣、樣品保存、樣品前處理、樣品分析、數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測報(bào)告等，[8,9]每個(gè)步驟都有一定的要求和規(guī)范，只有切實(shí)認(rèn)真做好每一步，才能得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于污染物在大氣中一般濃度較低，需要較長采樣時(shí)間才能滿足實(shí)驗(yàn)室分析的要求，因此在某些項(xiàng)目的監(jiān)測中，需要讓學(xué)生提前做好采樣工作；而在實(shí)驗(yàn)室分析過程中，涉及到多種實(shí)驗(yàn)儀器的使用和藥品試劑的配置，需要學(xué)生提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備，將實(shí)驗(yàn)操作步驟理順。教師在實(shí)驗(yàn)操作之前，要對每個(gè)步驟的作用、意義、操作方法進(jìn)行講解，對需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)；在實(shí)驗(yàn)過程中，更要對學(xué)生的每一步操作進(jìn)行監(jiān)督、引導(dǎo)和規(guī)范，通過講解和學(xué)生的實(shí)際操作讓學(xué)生對監(jiān)測流程以及每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟都有深刻的體會和認(rèn)識。

2.重視每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目知識點(diǎn)的延伸和拓展由于教學(xué)時(shí)間的限制，在眾多的監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測對象中只選取了6個(gè)實(shí)驗(yàn)作為代表進(jìn)行學(xué)習(xí)。雖然大氣環(huán)境監(jiān)測對象繁多，監(jiān)測步驟復(fù)雜，但在不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間，某些操作步驟的原理和要求是具有一致性的。在進(jìn)行被選定的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)時(shí)，都要注重實(shí)驗(yàn)步驟所涉及知識點(diǎn)的延伸性，在學(xué)生熟練掌握該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，盡量拓展到其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的監(jiān)測原理和操作過程的講解上，使學(xué)生全面了解大氣環(huán)境監(jiān)測的監(jiān)測對象和監(jiān)測方法。

3.重視培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力“大氣環(huán)境監(jiān)測”是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，且監(jiān)測技術(shù)在不斷發(fā)展和更新。實(shí)驗(yàn)技能、操作規(guī)范的掌握固然重要，但更重要的是通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，因此，筆者在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)行中，非常重視讓學(xué)生自己思考、自己動(dòng)手。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行前都要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，[10]通過自己回顧課本、查找資料，了解實(shí)驗(yàn)的原理、步驟和注意事項(xiàng)，制定初步的實(shí)驗(yàn)方案；對需要提前采樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生提前進(jìn)行樣品采集，記錄采樣時(shí)間和氣象條件；在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析前，讓學(xué)生自己動(dòng)手準(zhǔn)備所需要的各種實(shí)驗(yàn)器皿，配置所需要的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)溶液；在進(jìn)行儀器操作時(shí)，盡量讓每個(gè)小組的學(xué)生都能接觸儀器進(jìn)行操作；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并布置相應(yīng)的思考題，如在進(jìn)行大氣顆粒物中水溶性無機(jī)鹽的測定項(xiàng)目時(shí)，讓學(xué)生思考擬定進(jìn)行降水中水溶性無機(jī)鹽的實(shí)驗(yàn)方案，通過類似的思考題，讓學(xué)生對所學(xué)知識能夠做到舉一反三、觸類旁通。通過這些有目的性的實(shí)驗(yàn)安排，切實(shí)提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

4.重視教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)大氣環(huán)境監(jiān)測涉及到大氣中多種污染物以及多種監(jiān)測手段，雖然只選定了6個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但已涉及到濕化學(xué)分析方法、離子色譜、氣相色譜、自動(dòng)連續(xù)觀測儀器以及衛(wèi)星、雷達(dá)的遙感觀測，教師獨(dú)自很難深入掌握所有的分析儀器和觀測方法。因此在教學(xué)中，建立了一個(gè)初步的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)幾位教師的科研方向，分別負(fù)責(zé)與科研內(nèi)容密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而熟練、深入的為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)操作方法以及相關(guān)的知識應(yīng)用。在今后的教學(xué)中，一方面，要不斷深化教學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作，建立長期、穩(wěn)定的團(tuán)隊(duì)，教研相長，不斷提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)和科研水平。另一方面，由于一個(gè)班級有40人左右，一般根據(jù)學(xué)號將學(xué)生分為6～7個(gè)小組，小組成員之間也需要分工協(xié)作，比如：有的人進(jìn)行采樣，有的人負(fù)責(zé)溶液的配置，有的人負(fù)責(zé)樣品的前處理等。在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生意識到一個(gè)項(xiàng)目的完成離不開每一位成員的努力，從而在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。

三、結(jié)束語

根據(jù)實(shí)際就業(yè)和科研需求，在有限的實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間里，我們選取了6個(gè)具有代表性的監(jiān)測項(xiàng)目，開展了大氣環(huán)境監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過精心設(shè)置課程和改進(jìn)教學(xué)方法，對學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)已取得了良好的教學(xué)效果。大氣環(huán)境監(jiān)測是一門不斷發(fā)展的學(xué)科，教師要在教學(xué)和實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以學(xué)生的成長為目的，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置與教學(xué)方法，培養(yǎng)能夠面向社會實(shí)際需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

作者：吳丹劉剛周宏倉夏俊榮徐建強(qiáng)單位：南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院