陳敏娜

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院，廣東 佛山 528216）

大數(shù)據(jù)、云計算、“互聯(lián)網(wǎng)+” 等新興技術(shù)不斷崛起，在與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合后，衍生出多個細(xì)分產(chǎn)業(yè)。環(huán)保行業(yè)中的環(huán)境質(zhì)量與污染排放監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)保部污染物監(jiān)控中心每天接受自動監(jiān)控數(shù)據(jù)，每年總數(shù)據(jù)量達到幾十億條。在海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)技術(shù)的深化應(yīng)用驅(qū)動著環(huán)保大數(shù)據(jù)的發(fā)展。但是，現(xiàn)階段環(huán)保部門工作人員在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面還較為薄弱，根據(jù)人力資源和社會保障部關(guān)于加強技工教育和職業(yè)培訓(xùn)教材建設(shè)工作的通知（ 人社廳函[2017]107 號）， 結(jié)合本地區(qū)環(huán)保工作人員的實際情況，有針對性地開發(fā)環(huán)保行業(yè)關(guān)于數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)計培訓(xùn)教材，更快地提高環(huán)保行業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，成為當(dāng)下最值得研究的問題之一。筆者所在單位作為廣東省唯一一所生態(tài)環(huán)境廳直屬的環(huán)保類高職院校，承擔(dān)省內(nèi)環(huán)保工作人員的繼續(xù)教育培訓(xùn)工作，開發(fā)環(huán)保培訓(xùn)教材理所應(yīng)當(dāng)。

一、教材的開發(fā)思路

環(huán)保行業(yè)培訓(xùn)教材要充分體現(xiàn) “環(huán)保數(shù)據(jù)” 的特點，充分結(jié)合基層環(huán)保人員的知識結(jié)構(gòu)，也要考慮繼續(xù)教育規(guī)定的培養(yǎng)模式等方面，盡可能將知識點細(xì)化，利用場景教學(xué)，結(jié)合實例分析，通過騰訊課堂、釘釘、騰訊會議、超星學(xué)習(xí)通等互聯(lián)網(wǎng)新媒體技術(shù)手段，實現(xiàn)知識碎片化和形象化，多角度地將特定的培訓(xùn)內(nèi)容呈現(xiàn)出來。

首先，采用環(huán)保專家論證、結(jié)合本校大氣、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境評價、水污染治理等專業(yè)學(xué)生的實際水平，并對環(huán)保工作一線人員的問卷調(diào)查，最終確定培訓(xùn)的內(nèi)容。其次，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)軟件的選擇?，F(xiàn)階段，環(huán)境科技工作者用于模擬計算和數(shù)據(jù)分析的計算機語言或軟件大致可分為四類。

第一類是專門為解決某一環(huán)境模擬計算或數(shù)值分析問題發(fā)展起來的專業(yè)計算或繪圖軟件。例如針對QUAL-II 穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型開發(fā)的QUAL2.E 軟件、水質(zhì)動態(tài)和水流動力學(xué)分析計算軟件包WQRRS（Water Quality for River and Reservoir System）、美國環(huán)保局開發(fā)的水質(zhì)分析模擬軟件包WASP(Water Quality Analysis Simulation Program) 等[1]。這一類軟件主要針對環(huán)境技術(shù)管理工作者，是否掌握該類軟件，與環(huán)境工作者的專業(yè)技能有關(guān)，不適合當(dāng)作繼續(xù)教育的應(yīng)用軟件。

第二類是專門為解決某類數(shù)學(xué)問題發(fā)展起來的計算機數(shù)學(xué)軟件包。例如求解線性規(guī)劃的軟件LINDO 和非線性規(guī)劃軟件LINGO、用于數(shù)據(jù)擬合分析和繪圖的Origin 軟件、用于數(shù)理統(tǒng)計的SPSS 和SAS 等。這一類的軟件包一般僅能解決某一個方面的問題，但實際的環(huán)境科學(xué)研究和實踐中可能碰到多方面的模擬計算問題，這就要求環(huán)境工作者掌握多個軟件的操作，導(dǎo)致花費太多的精力。

第三類是一般的高級計算機語言，如Visual C 語言，Python 等。這一類軟件的掌握，依靠繼續(xù)教育課程顯然是不夠的。

第四類是計算機數(shù)學(xué)語言，特點是和數(shù)學(xué)運算緊密結(jié)合，一些典型的算法可以直接通過調(diào)用命令的方式獲得結(jié)果，而不需要自己編寫程序，對于環(huán)保工作者來說，更多的是關(guān)心模型求解的結(jié)果。利用計算機數(shù)學(xué)語言可以避開一些比較專業(yè)的數(shù)學(xué)問題或計算機專業(yè)編程問題，快速地獲得所需結(jié)果。目前比較常見的計算機數(shù)學(xué)語言有MATLAB 語言、R 語言、Mathematica 語言和Maple 語言，而R 語言因其免費且不斷更新的程序包著稱，而且更為針對大數(shù)據(jù)處理方面。基于以上的分析，最終確定R 語言作為培訓(xùn)的軟件。

最后，對于繼續(xù)教育培訓(xùn)方式方面，根據(jù)本校的硬件條件及其師資隊伍，結(jié)合佛山市環(huán)保局基層人員的實際情況，最終確定了以 “微課堂+ 在線答疑” 線上培訓(xùn)模式為主，線下案例實操為輔的培訓(xùn)模式。

二、教材的開發(fā)過程

（一）教材開發(fā)目標(biāo)

自從2011 年5 月全國有名的咨詢公司麥肯錫（Mckensey and Company）首次提出“大數(shù)據(jù)”[2]概念以來，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)滲透到每一個行業(yè)中。而在2016 年初，生態(tài)環(huán)境部頒布了關(guān)于生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案，明確我國將通過大數(shù)據(jù)建設(shè)加強環(huán)境保護。[3]基于這樣的背景，環(huán)保大數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展迅速，初步形成了自有的數(shù)學(xué)模型、算法等研究體系。但如何深入淺出地讓環(huán)保一線工作人員初步了解并且應(yīng)用到實際工作中，提高整個環(huán)保行業(yè)的科研素養(yǎng)，成為所有環(huán)保工作者共同努力的方向。

本教材開發(fā)的目標(biāo)可分為能力目標(biāo)和學(xué)習(xí)目標(biāo)兩個層面。以大數(shù)據(jù)促進精準(zhǔn)化環(huán)境管理為能力目標(biāo)，以環(huán)保數(shù)據(jù)為核心，充分利用監(jiān)測站、環(huán)境政務(wù)、企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)等多種數(shù)據(jù)，利用R 語言數(shù)據(jù)挖掘工作，簡單應(yīng)用于大氣、水、土壤、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面為學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）課程的組織形式

環(huán)保大數(shù)據(jù)處理技術(shù)有其自身的特點。第一，實時性: 環(huán)保大數(shù)據(jù)主要來源于實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，包括企業(yè)、河流、大氣等污染物，因此對數(shù)據(jù)的分析并且依賴分析結(jié)果給出實際性決策對于實時性要求較高；第二，連續(xù)性: 環(huán)保大數(shù)據(jù)從監(jiān)測站采集到的數(shù)據(jù)，可以做到24 小時無間斷的上傳，并在此過程中實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整；第三，復(fù)雜性: 影響環(huán)保數(shù)據(jù)的因子干擾多。如影響河流監(jiān)測的數(shù)據(jù)除了工廠排污的因素，還有天氣、固廢等不直接影響因子，因此，對于數(shù)據(jù)的分析變得非常復(fù)雜。以上三個環(huán)保大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的特點使得學(xué)員需要根據(jù)具體數(shù)據(jù)做具體分析，需要學(xué)員能夠靈活變通，舉一反三，這加大了課程的授課難度系數(shù)，也加大了學(xué)員學(xué)習(xí)的難度，因此本課程既不能按照傳統(tǒng)的文科課程培訓(xùn)模式，也不能純粹按照理科課程培訓(xùn)模式，可以說這是一門交叉性學(xué)科，它的課程培訓(xùn)組織形式也尤為特別。

首先，教材編寫與培訓(xùn)教師的選擇方面。本教材所用知識不僅僅有統(tǒng)計學(xué)知識、還有軟件、環(huán)保等知識，知識面廣，對師資的要求較高，既要熟悉環(huán)保內(nèi)容、統(tǒng)計知識，也要熟悉軟件的應(yīng)用，因此，本教材的編寫集合了學(xué)院各專業(yè)教師之力，師資結(jié)構(gòu)合理（具體見表1）。

其次，采用情景教學(xué)和實操環(huán)節(jié)，提高學(xué)員興趣，并加強學(xué)員知識的鞏固。情景教學(xué)采用“設(shè)置問題—討論問題—解決問題”三個環(huán)節(jié)，設(shè)置的問題中資料均來源于本校學(xué)生實驗或?qū)W員工作中所得，不僅容易引起學(xué)員的興趣，也能增強學(xué)員對問題的熟悉度，使得學(xué)員在討論問題中能夠各抒己見，有利于解決問題環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。從上面可看出，整個授課環(huán)節(jié)的組織形式具有自身的特色。

表1 編寫組團隊統(tǒng)計表

最后，利用拓展項目的研究，使學(xué)員能夠舉一反三，靈活應(yīng)用所學(xué)知識。傳統(tǒng)的課程組織形式以通過考核為最終目標(biāo)，但本課程設(shè)置了非常多課程結(jié)束后的項目供學(xué)員培訓(xùn)后繼續(xù)研究，例如：如何設(shè)置環(huán)境效率評價指標(biāo)體系；環(huán)境普查中所設(shè)置的指標(biāo)是否能夠真實反映實際情況；水污染評價指標(biāo)用哪種分析工具等一系列問題。

因此，本課程的組織形式無論是教師結(jié)構(gòu)，還是教學(xué)環(huán)節(jié)和課后作業(yè)方面，均有自身的特色。

（三）課程實施

本教材主要面向的是在職環(huán)保一線人員，由于他們學(xué)習(xí)時間不定、學(xué)習(xí)時長也不定，因此培訓(xùn)要充分打破傳統(tǒng)培訓(xùn)模式在知識表達方面的單向性，嘗試通過多渠道、多手段、多方位地將知識精細(xì)化、具體化地呈現(xiàn)，實現(xiàn) “無縫插針” 型的學(xué)習(xí)模式。其實現(xiàn)途徑包括：

1. 騰訊課堂

利用非工作時間進行騰訊課堂在線培訓(xùn)，與學(xué)員之間實現(xiàn)虛擬空間的小班在線輔導(dǎo)、在線答疑以及后臺信息統(tǒng)計分析。這種形式的培訓(xùn)不影響學(xué)員的工作，且有回放功能，可反復(fù)觀看，便于學(xué)員的學(xué)習(xí)，相對線下課堂的單一性，這類形式更適合繼續(xù)教育人群。

2. 二維碼

在紙質(zhì)培訓(xùn)資料中每個重要的知識點均匹配相關(guān)的二維碼，使學(xué)習(xí)者可通過手機、IPAD等移動智能終端掃描相應(yīng)二維碼進行學(xué)習(xí)，打通線上線下的教學(xué)資源。學(xué)習(xí)者可迅速獲取關(guān)聯(lián)的視頻、微課、動畫、實際案例來源。

3. 超星學(xué)習(xí)通

利用本校教學(xué)資源庫進行習(xí)題布置、考核、答疑等，達到師生溝通無障礙的目的。在學(xué)習(xí)通平臺制作習(xí)題庫，有利于檢驗學(xué)員在線學(xué)習(xí)的效果。通過反復(fù)練習(xí)，題海戰(zhàn)術(shù)，使得學(xué)員在不經(jīng)意間掌握了環(huán)保數(shù)據(jù)處理的各個知識點；通過過關(guān)的學(xué)習(xí)模式，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性；通過后臺掌握資料的分析比較，優(yōu)化教學(xué)過程。

4. 計算機實驗室

在線學(xué)習(xí)可以對理論知識以及軟件的應(yīng)用做到精細(xì)化培訓(xùn)，但是如何將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中，這需要開展線下的實例演練。因此，利用計算機實驗室進行集中分小組實操，不僅對所學(xué)知識起到鞏固的作用，也培養(yǎng)了學(xué)員的動手能力與小組協(xié)調(diào)能力。

（四）培訓(xùn)教材內(nèi)容

現(xiàn)階段，我國環(huán)保行業(yè)有關(guān)數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計的教材僅有蔡寶森的《環(huán)境統(tǒng)計》（武漢理工大學(xué)出版）以及本校胡振華主編的《環(huán)境信息技術(shù)與統(tǒng)計》等，以上教材主要針對在校大學(xué)生，課時一般是64 學(xué)時，且重理論輕實踐，對于在職人員來說，內(nèi)容太廣，針對性弱，不適合以繼續(xù)教育方式授課。因此，開發(fā)針對基層環(huán)保人員的培訓(xùn)教材，成為當(dāng)前最為迫切的事情之一。

出于認(rèn)識、研究、解決、分析問題的需要，根據(jù)環(huán)保專業(yè)專家的建議，以及作為繼續(xù)教育一線教師的經(jīng)驗，針對佛山市南海區(qū)環(huán)保基層人員設(shè)計出以下培訓(xùn)內(nèi)容（如表2 所示）。

具體培訓(xùn)教材的內(nèi)容分析如下：

第一，現(xiàn)有的環(huán)境影響評價指標(biāo)體系大致可分為大氣環(huán)境現(xiàn)狀評價指標(biāo)體系、地表水環(huán)境現(xiàn)狀評價指標(biāo)體系、地下水環(huán)境現(xiàn)狀評價指標(biāo)體系、聲環(huán)境環(huán)境現(xiàn)狀評價指標(biāo)體系、固體廢物環(huán)境影響評價指標(biāo)體系、清潔生產(chǎn)分析指標(biāo)體系、環(huán)境影響經(jīng)濟評價指標(biāo)體系等七大類。因此在培訓(xùn)資料中，也分為這七個模塊。每一期7 天的培訓(xùn)時間里，選擇一個模塊進行學(xué)習(xí)。例如清潔生產(chǎn)分析指標(biāo)體系的設(shè)計，根據(jù)全國環(huán)境影響評價工程師職業(yè)資格考試系列《環(huán)境影響評價技術(shù)方法》一書中所述，清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)可分為六大類：生產(chǎn)工業(yè)與裝備要求、產(chǎn)品指標(biāo)、資源能源利用指標(biāo)、污染物產(chǎn)生指標(biāo)、廢物回收利用指標(biāo)和環(huán)境管理要求。[4]而每類指標(biāo)用什么變量來衡量，就是學(xué)員所要掌握的內(nèi)容。每個指標(biāo)的變量選擇，將會影響后面的分析，因此選擇的變量既要便于獲取，也要貼近實踐。如表3 所示，此清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)變量體系不具有唯一性，不同的學(xué)員根據(jù)自己的理解可以設(shè)計不同的變量來支撐指標(biāo)的要求。

表2 培訓(xùn)教材內(nèi)容一覽表

表3 清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系

第二，關(guān)于資料整理方面，培訓(xùn)內(nèi)容分為兩部分。一是有關(guān)環(huán)境統(tǒng)計報表填寫部分，這一部分要求資料整理者遵循資料的及時性、準(zhǔn)確性和完整性原則，根據(jù)原始資料及統(tǒng)計臺賬匯總進行資料整理，最終形成規(guī)范的環(huán)境統(tǒng)計綜合報表；二是在環(huán)境統(tǒng)計各類綜合表格中獲取大數(shù)據(jù)處理分析所需的數(shù)據(jù)，以供數(shù)據(jù)處理分析之用，因此需要根據(jù)指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)要求，提取恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。

第三，R 語言數(shù)據(jù)的輸入種類繁多，既可以使用鍵盤輸入，也可以導(dǎo)入帶分隔符的文本文件、Excel 數(shù)據(jù)以及從網(wǎng)頁抓取等，根據(jù)實際工作需要，選取了如何導(dǎo)入Excel 數(shù)據(jù)作為培訓(xùn)的主要內(nèi)容。教材遵從 “R 語言軟件安裝——Java 安裝——xlsxjars 和rRava 包安裝——導(dǎo)入Excel 數(shù)據(jù)的源文件” 講解順序[5]，制作流程圖直觀簡單的向?qū)W員呈現(xiàn)了R 語言數(shù)據(jù)導(dǎo)入的整個過程，非常方便學(xué)員掌握。

第四，聚類分析是一種數(shù)據(jù)規(guī)約技術(shù)，旨在揭露一個數(shù)據(jù)集中觀測值的子集。聚類分析被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)研究、市場經(jīng)濟等方面，對于環(huán)境科學(xué)研究方面，也有其獨特的優(yōu)點。而且現(xiàn)有的聚類分析算法非常多，例如平均聯(lián)動聚類算法、k-means 算法、PAM 算法、DBSCAN 算法等，源文件獲取也非常方便，便于學(xué)員提取學(xué)習(xí)?；诃h(huán)保數(shù)據(jù)的特征，以及R 語言軟件的特點，培訓(xùn)教材選取了聚類分析的平均聯(lián)動聚類算法和K-means 聚類算法進行重點講解[6]。培訓(xùn)教材先給出兩種聚類的源文件，并對源文件進行逐一解析，使得學(xué)員理解源文件中各個命令的意思，方便記憶、應(yīng)用；其次，結(jié)合案例，對應(yīng)用R 語言軟件得出的聚類結(jié)果進行一一解釋。

最后，對于兩天線下課程實例演練的電子教材，均采用環(huán)保一線人員提供的案例。例如資料來源于廣東省佛山市南海區(qū)環(huán)保局資料管理科的某一案例，提供了全佛山市南海區(qū)一千多家企業(yè)的原始資料，里面涉及的企業(yè)有些資料提供不全，有些資料明顯出現(xiàn)錯誤，而每家企業(yè)提供的內(nèi)容填寫單位也不同，例如染布企業(yè)產(chǎn)能填寫的是多少批布，而養(yǎng)殖企業(yè)產(chǎn)能填寫的是多少頭，如何將這兩種企業(yè)的產(chǎn)能轉(zhuǎn)化成同一計量標(biāo)準(zhǔn)，這些內(nèi)容在培訓(xùn)教材中均有涉及。以及再有遇到所需的缺失值，如何操作等等。

三、結(jié)論與啟示

（一）課程評價

在嘗試了將環(huán)保繼續(xù)教育培訓(xùn)教材通過“網(wǎng)絡(luò)直播+ 線下實操” 的教學(xué)模式后，得到以下幾個方面的良好教學(xué)效果：

1. 以 “夠用、實用為主” 的教學(xué)內(nèi)容不僅提升了學(xué)員的興趣，而且有利于快速提升整個環(huán)保從業(yè)人員的水平，在一定程度上強化了環(huán)保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性，為環(huán)保數(shù)據(jù)分析提供了良好的鋪墊，也為環(huán)保事業(yè)的發(fā)展夯實了基礎(chǔ)。

2. 在環(huán)保行業(yè)培訓(xùn)教材中基于網(wǎng)絡(luò)化嵌入大數(shù)據(jù)處理技術(shù)教學(xué)理念，突破了學(xué)科界限，在培訓(xùn)效果上達到了前所未有的高度。

3. 在培訓(xùn)教材中配備了二維碼，方便學(xué)員利用碎片時間，使得學(xué)員在不影響工作的情況下，提高自身的水平，而且案例來源于工作過程，有效激發(fā)了學(xué)員的思維火花，為學(xué)員將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于實際工作提供了有力的載體，同時也為后期數(shù)據(jù)處理的學(xué)習(xí)提供了可以借鑒的有效模式。

4. 培訓(xùn)模式采用了 “5+2” 模式，即5 天利用騰訊課堂等線上培訓(xùn)模式，2 天線下集中培訓(xùn)的模式。線上培訓(xùn)既方便學(xué)員，也可供回放，有利于學(xué)員反復(fù)觀看，加深記憶，而線下集中培訓(xùn)，有利于培養(yǎng)學(xué)員的合作精神。

（二）結(jié)論

本文結(jié)合學(xué)員的實際情況，根據(jù)監(jiān)測站、學(xué)生實驗、生態(tài)環(huán)境廳網(wǎng)站等獲得的數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，撰寫了環(huán)保類大數(shù)據(jù)處理技術(shù)繼續(xù)教育培訓(xùn)教材。本教材從指標(biāo)體系的設(shè)計、數(shù)據(jù)的整理、軟件的應(yīng)用三方面展開闡述，利用流程圖、環(huán)保案例、源文件二維碼等多種方式，加深學(xué)員對內(nèi)容的理解與掌握。內(nèi)容簡單易懂、趣味性強。

同時利用網(wǎng)絡(luò)資源與本校網(wǎng)絡(luò)平臺開展繼續(xù)教育活動。通過 “線上線下結(jié)合” 的模式，既不影響學(xué)員正常上班，也能讓學(xué)員在課余時間有學(xué)習(xí)的途徑，全程培訓(xùn)可操作性強，內(nèi)容充實。不僅對其他科目的繼續(xù)教育培訓(xùn)有著借鑒意義，也提高了本省環(huán)保工作人員的科研素養(yǎng)。