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隨著大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(duì)多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)方法有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)，科學(xué)合理地設(shè)置大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合筆者多年在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)課程教學(xué)上的經(jīng)驗(yàn)，探討了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及到多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，如氣體監(jiān)測(cè)、顆粒物監(jiān)測(cè)、降水監(jiān)測(cè)等；監(jiān)測(cè)對(duì)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(cè)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(cè)發(fā)展，從對(duì)污染物簡(jiǎn)單的濃度監(jiān)測(cè)逐步發(fā)展到對(duì)污染物微物理和化學(xué)特性的監(jiān)測(cè)；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(cè)提供了最新的監(jiān)測(cè)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(cè)項(xiàng)目，選取具有代表性的監(jiān)測(cè)對(duì)象開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)大氣監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向都有全面認(rèn)識(shí)。

1.重視對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)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(guó)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(cè)最為傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：SO2和NOx，最開始的監(jiān)測(cè)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(cè)濃度。雖然這種方法操作過程復(fù)雜、時(shí)間分辨率低、檢測(cè)精度有限，現(xiàn)在在實(shí)際監(jiān)測(cè)中已被逐步淘汰，但作為傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，曾被廣泛用于各種氣態(tài)污染物的監(jiān)測(cè)；利用污染物的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行濃度監(jiān)測(cè)，也是進(jìn)行污染物監(jiān)測(cè)時(shí)最為直接的一種考慮方法。對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，則有利于學(xué)生理解面對(duì)一種污染物濃度監(jiān)測(cè)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(cè)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(guó)家頒布的環(huán)境監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)的多樣性，涵蓋多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及到氣體、顆粒物、降水等多種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，而每種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目涉及到的監(jiān)測(cè)名目又各不相同，如氣體監(jiān)測(cè)主要著重點(diǎn)在濃度監(jiān)測(cè)；顆粒物的監(jiān)測(cè)除了濃度外，還需要對(duì)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(cè)則主要涉及到pH值、電導(dǎo)率和水溶性離子的監(jiān)測(cè)。由于目前我國(guó)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(guó)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(guó)家對(duì)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(duì)顆粒物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目，并采取分級(jí)采樣的方法，對(duì)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(cè)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(cè)原理與分析儀器是一致的，均為離子色譜儀；對(duì)氣態(tài)揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)與顆粒物中有機(jī)成分的檢測(cè)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(duì)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(cè)定。將顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中所采樣品直接用來測(cè)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(duì)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(duì)應(yīng)不同的分析儀器。對(duì)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(duì)現(xiàn)代自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)儀器的認(rèn)識(shí)和操作隨著大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)儀器所替代。目前環(huán)保部門的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)，對(duì)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(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、連續(xù)的自動(dòng)觀測(cè)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(cè)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并對(duì)儀器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。為了讓學(xué)生對(duì)當(dāng)前的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方法有直觀認(rèn)識(shí)，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(cè)儀器的認(rèn)識(shí)和操作。通過對(duì)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(duì)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(duì)儀器獲得數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)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(cè)手段的理解和認(rèn)識(shí)隨著大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)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(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星和雷達(dá)監(jiān)測(cè)手段，能獲得區(qū)域甚至全球大范圍、不同高度、長(zhǎng)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(cè)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(shí)，在實(shí)驗(yàn)課程中安排了遙感方法監(jiān)測(cè)大氣污染物實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過對(duì)衛(wèi)星、雷達(dá)的監(jiān)測(cè)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(cè)方法這一不足；通過對(duì)南京信息工程大學(xué)大氣探測(cè)基地多臺(tái)不同波段雷達(dá)的實(shí)地參觀和雷達(dá)運(yùn)行的簡(jiǎn)單操作，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)這一先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段的理解和認(rèn)識(shí)。在綜合考慮了大氣環(huán)境傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的多樣性、現(xiàn)代自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)以及前沿性的衛(wèi)星與雷達(dá)遙感觀測(cè)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(cè)的實(shí)驗(yàn)課程。

二、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)過程各個(gè)步驟的學(xué)習(xí)和操作大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(duì)每個(gè)步驟的作用、意義、操作方法進(jìn)行講解，對(duì)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(duì)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(duì)監(jiān)測(cè)流程以及每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟都有深刻的體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

2.重視每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目知識(shí)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(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)對(duì)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(cè)對(duì)象繁多，監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)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(cè)的監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)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(cè)”是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，且監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)所學(xué)知識(shí)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(cè)涉及到大氣中多種污染物以及多種監(jiān)測(cè)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(cè)儀器以及衛(wèi)星、雷達(dá)的遙感觀測(cè)，教師獨(dú)自很難深入掌握所有的分析儀器和觀測(cè)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(shí)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(zhǎng)期、穩(wěn)定的團(tuán)隊(duì)，教研相長(zhǎng)，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(jí)有40人左右，一般根據(jù)學(xué)號(hào)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(shí)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(cè)項(xiàng)目，開展了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)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(zhǎng)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(huì)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(cāng)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