環境監測實驗的研究與探索

張 嫻 施鼎方 王士芬 唐賢春 徐竟成

同濟大學環境科學與工程國家實驗教學示范中心 上海 200092

環境監測實驗的研究與探索

張 嫻 施鼎方 王士芬 唐賢春 徐竟成

同濟大學環境科學與工程國家實驗教學示范中心 上海 200092

環境監測實驗課以化學需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實驗為基礎，將實驗內容進行組合、穿插，開設了“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案探索”的綜合性實驗，激發了學生的學習熱情，促進了學生創新能力的培養。這個教學案例同時也啟發我們，應積極開展綜合性、設計性實驗的研究與探索，增加“室內空氣監測”綜合性、設計性實驗和水體在線監測實驗，加強環境監測實驗課程的建設，以更好地達到培養創新人才的目的。

環境監測；綜合性、設計性實驗；研究；探索

1.1 環境監測實驗簡介

在目前環境監測實驗的內容中，總共安排了6個驗證性實驗和1個綜合性設計性實驗[4]。在驗證性實驗中，針對水體監測選擇了化學需氧量、氨氮、溶解氧、五日生化需氧量常規指標的檢測，針對土壤選擇了鉛、鎘等重金屬的檢測，針對空氣選擇了空氣中氮氧化物含量的檢測，此外還開設了綜合性實驗—“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案”。

1.2 水體監測驗證性實驗

在上述實驗中，除了氨氮以外，對水體常規指標化學需氧量、溶解氧、五日生化需氧量的檢測中，都使用了容量分析(又稱滴定分析)的定量分析方法。在化學需氧量實驗中，學生通過標準硫酸亞鐵銨溶液對剩余重鉻酸鉀的滴定，計算出水樣的化學需氧量；在溶解氧、五日生化需氧量實驗中，學生通過滴定過程中消耗的硫代硫酸鈉的體積，計算出水中溶液氧的量，進而推算出五日生化需氧量[4]。通過滴定反應的訓練，學生熟練掌握了滴定過程的操作技巧，通過反應完畢后公式的計算與結果的討論，加深了學生對以往學習到的滴定反應原理的理解，鞏固他們的化學理論基礎。

1.3 水體監測綜合性、設計性實驗

經過多年教學經驗的積累和實驗教學的研究與探索，在對水體各項指標檢測的驗證性實驗基礎上，任課教師將上述實驗中的實驗方法、實驗內容進行有序組合、穿插，以校園河水為實驗對象，開設了“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案”的綜合性、設計性實驗[5,6]。

1.3.1 綜合性、設計性實驗激發學生的學習熱情

在以往的驗證性實驗課上，學生每次上課的內容基本是一個或者兩個實驗，他們學習、掌握的也通常是一個或兩個指標的檢測方法。經過長期在固定環境、固定時間的學習過程以后，學生對實驗課通常會形成固定思維，學習熱情有所降低，慢慢產生了學習惰性，缺乏足夠的動力、興趣去探索未知的實驗現象。因此，基于上述考慮，任課教師將以往化學需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實驗中的重要元素進行提煉，加以組合，在這些實驗的基礎上，開設了綜合性實驗“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案”。在這個實驗中，學生在教師的帶領下，到校園河邊親自采集河水水樣，帶回實驗室，用他們學過的方法檢測水體的各項指標，得到數據結果后，對數據進行整體分析，得出河水水質的評價結論，并根據此結論提出凈化方案。在這個實驗中，學生面對的不再是教師已經準備好的實驗樣品，他們需要自己動手到室外采集實驗樣品，帶回實驗室檢測。這種必須自己動手的過程能夠慢慢喚醒學生內心深處的積極性、主動性，讓學生逐漸體會到主動探索的樂趣以及取得成果后的成就感。當學生根據自己的數據得出水質評價結論后，他們才算真正經歷了一次水質監測的過程，這個過程能夠讓學生更深切地體會到監測實驗的目的及實用性，這個過程能夠讓學生產生更深、更長久的記憶，其教育意義也比讓學生在實驗室內學會水體某個指標的檢測方法要深遠得多[7]。

1.3.2 綜合性、設計性實驗促進學生創新能力的培養

綜合性、設計性實驗“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案”以原有的化學需氧量、溶解氧等驗證性實驗為基礎，但是其實驗方法又高于原有實驗。由于配備了便攜式的哈希儀器，檢測化學需氧量的實驗方法由原來的氧化—還原滴定法換成了微回流儀器法，溶解氧的檢測有碘量法和儀器法(使用YSI752型溶氧儀)供學生選擇，五日生化需氧量的測定有常規方法和BOD儀供學生選擇，氨氮和總磷的測定也使用了哈希儀器與試劑。新儀器、新實驗方法的引入極大調動了學生的興趣，很多學生在檢測水樣的同時自發地討論新實驗方法與原有實驗方法的異同點，更多學生對便攜式哈希儀器的操作方法與原理產生了興趣，甚至問到了關于國內外環境監測技術發展趨勢等問題。以化學需氧量的測定為例，哈希儀器的微回流儀器法試劑用量少、操作簡單，在用消解器對樣品進行加熱消解以后，只需用配備的光度計對消解比色管進行比色測定，根據吸光度即可換算成化學需氧量的值。綜合性實驗能夠使學生充分領略到便攜式儀器的優點，讓學生對現代環境監測技術的發展趨勢有更多的了解，激發學生的創新思維，培養學生的創新能力[7,8]。

1.3.3 綜合性、設計性實驗鍛煉學生的實際能力

校園河水綜合性實驗將學生實驗與環境監測相互聯系，對于學生而言，其實質是一次現實生活中“水質監測”的模擬。通過這次模擬，學生根據自己的實驗結果能夠初步了解校園河水的水質狀況。在自己長期生活、學習的校園內，河水的水質是否污染？如果污染，應該提出什么樣的凈化方案？這個過程是一個尋找問題、分析問題、解決問題的過程，對于學生來說是一個考驗，也是一個機會，可以鍛煉學生在遇到實際問題時的判斷能力與解決問題的實際能力[9,10]。

2 水體環境監測實驗的啟示

2.1 增加綜合性、設計性實驗

事實上，這個成功的實驗教學案例不僅適用于水體監測實驗，也同樣可以在其他監測實驗中開展相關研究與探索。在現有環境監測實驗中，就有一個針對空氣中氮氧化物含量檢測的實驗。基于校園河水綜合性實驗的啟發，環境監測實驗課準備以“室內空氣綜合監測”為內容，開設另一個綜合性、設計性實驗。眾所周知，目前很多家庭、公司、單位都存在著室內裝修質量的問題，所以很多人都很關注室內的空氣質量。室內空氣綜合監測實驗以監測室內空氣中的揮發性有機物和甲醛含量為主要內容，將學生實驗與實際生活相互聯系，能夠引起學生的學習興趣與熱情，讓學生在模擬的環境中經歷室內空氣監測的過程，對學生創新能力的培養能起到很好的促進作用[11]。

2.2 增加水體在線監測實驗

在以往的教學過程中，學生已經學習了水體監測的驗證性實驗、校園河水監測的綜合性實驗，如果順著環境監測發展趨勢的邏輯主線，在現有環境監測實驗課的培養框架下，再加入水體在線監測實驗，對于環境專業創新人才的培養，無疑是一個非常好的補充。在線監測能夠對水體大環境進行長期、連續、有效的監測，讓學生看到實時、在線的水質監測數據，清晰地了解當時、當地的水質狀況，實實在在地體驗環境監測的真實過程。在當前人們高度重視環境水體質量的背景下，對環境專業本科生開展水體在線監測實驗，不僅能夠培養學生的專業素質，也能增強他們的環境意識，具有非常重要的意義[12]。

3 結束語

經過多年教學經驗的積累與教學改革的研究與探索，環境監測實驗課在化學需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實驗的基礎上，進行實驗方法的更新、實驗內容的有序組合穿插，開設了“校園河道水體的水質監測、評價及凈化方案探索”的綜合性實驗，讓學生親身體會采集水樣、檢測水質指標、進行水質評價、提出水質凈化方案的過程，促進了學生創新能力的培養。這個實驗教學案例同時也啟發我們實驗教學工作者，應積極開展實驗教學改革的研究與探索，增加綜合性、設計性實驗和水體在線監測實驗，以更好地達到培養創新人才的目的。

[1] 劉敬勇,羅建中.新時期下環境監測實驗教學改革初探[J].實驗室研究與探索,2009,28(12):151-154.

[2] 楊孝容,江滔,韓耀霞,等.環境監測實驗的教學改革探討[J].實驗室科學,2010,13(4):13-16.

[3] 劉瓊玉,劉君俠.環境監測綜合性實驗教學改革的實踐探索[J].實驗室科學,2009,6:18-20.

[4] 陳玲,趙建夫.環境監測[M].北京:化學工業出版社,2008.

[5] 孫純學,高若宇.高校綜合性實驗課程的開發[J].實驗室研究與探索,2010,29(10):128-130,153.

[6] 黎雙飛,王娟.實驗教學改革對學生創新能力培養的實踐與探索[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):199-201,232.

[7] 朱志彪,高山.設置綜合設計性實驗,提高學生綜合素質[J].實驗室研究與探索,2010,29(7):238-240.

[8] 王云創,秦丹,劉俊杰,等.在實驗教學中培養創造性思維能力[J].實驗室研究與探索,2010,29(5):140-142.

[9] 鄭春龍.大學生創新實踐能力培養研究與探索[J].中國大學教學,2007,12:73-75.

[10] 果莉,李文哲,楊方,等.加強實踐教學,培養學生創新精神與實踐能力[J].實驗技術與管理,2009,26(1):14-16.

[11] 孫曉鯤,牛愛芳,楊沛.以應用需求為導向,構建應用型大學實踐教學平臺[J].實驗技術與管理,2011,28(3):334-338.

[12] 皮之軍,李健海,于敏,等.開放式實驗教學模式的研究與探索[J].實驗技術與管理,2010,27(5):27-29.

The research and exploration of environmental monitoring experiments

Zhang Xian, Shi Dingfang, Wang Shifen, Tang Xianchun, Xu Jingcheng
Tongji university, Shanghai, 200092, China

On the basis of the experiments of environmental monitoring experimental course, such as the determination of chemical oxygen demand, dissolved oxygen and BOD5, the comprehensive experiment “ the exploration of water quality monitoring, evaluation and purif cation scheme of the river on campus ” was carried out with the students’ enthusiasm being stimulated and their creative capability being promoted, which inspired us that the comprehensive, designed experiments should be studied and explored more actively and another comprehensive experiment “ the monitoring of the indoor air quality ” as well as the experiment of online monitoring of water quality should be added to the experimental course so as to achieve the purpose of cultivating the innovative talents.

environmental monitoring; comprehensive designed experiment; research; exploration

環境監測實驗課是環境類專業的公共課程，它結合了化學基礎理論知識和環境專業知識，既具有分析化學的專業特點，也具有環境監測專業實際應用的價值與意義。隨著當前社會發展對創新人才需求的增加，環境監測實驗課也應與時俱進，積極探索實驗教學改革，堅持不懈地進行綜合性、設計性實驗項目的研究、開發，努力提高實驗教學水平，充分發揮其創新人才培養的作用[1-3]。

1 水體環境監測實驗的研究與探索

2011-10-26

張嫻，博士，講師。