水質監測綜合性設計實驗教學改革實踐

宋 剛，李錦文，王筱虹，孫 慧，曹小安　(廣州大學環境科學與工程學院，廣東廣州 510006)

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水質監測綜合性設計實驗教學改革實踐

宋 剛，李錦文，王筱虹，孫 慧，曹小安(廣州大學環境科學與工程學院，廣東廣州 510006)

大學是培養創新型人才的重要基地，實驗教學是培養學生創新能力的平臺，綜合性設計實驗教學是培養創新型、應用型人才的重要手段。實驗教學環節在整個本科教學過程中具有課堂教學無法替代的作用[1-2]，在教學工作中必須重視實驗教學，并根據學生具體情況及時改革現有的教學內容和教學模式，探索實驗教學新方法和新思路。

廣州大學城位于番禺區小谷圍島，目前有10所大學及部分原居民約20萬人口，大量生活污水排放對水環境帶來潛在不良影響。廣州大學位于小谷圍島東面珠江邊，校園內有一主要連通珠江的支流與校園圖書館中心湖相通[3]，主要流經校園實驗教學樓、生活區、商業中心和中心湖約2 km后通過水位差和漲潮落潮完成水體交換，經調查污染源主要有：生活區、學生食堂、商業中心食街和實驗樓排水[4]。一旦截斷與珠江的水體交換，校園內水質會很快惡化，獨特的地理位置為水質監測綜合性設計實驗提供了良好的實踐場所。

校園水質監測占環境監測實驗總課時的60%以上，水質監測實驗更強調監測方案設計、采樣、樣品前處理、分析測試、數據處理和綜合評價等一系列過程的綜合訓練。與單獨實驗項目不同，水質監測綜合性設計實驗更能調動學生參與實驗的積極性和主觀能動性，同時培養學生團結協作，處理、分析和解決問題的能力。課程組成員根據多年的教學改革和優化，總結水質監測綜合性設計實驗教學改革的實踐經驗，編制了《環境監測實驗》教材[5]。

1實驗教學目標

(1)在已學習并掌握單項實驗的基礎上，了解區域環境水質監測的全過程，包括：現場調查、監測計劃設計、優化布點、樣品采集、運送保存、分析測試、數據處理、綜合評價等[5-7]。掌握水質監測的基本方法，養成良好的監測實驗習慣。

(2)要求學生分小組獨立完成實驗，掌握水環境中各污染因子的具體采樣方法、分析方法、誤差分析及數據處理方法等。熟悉紫外可見分光光度計、離子色譜、原子吸收分光光度計等大型儀器的使用，提高使用大型儀器的能力和素質。

(3)學會用環境標準評價監測區域的水環境質量，并根據污染物的分布情況或其他影響環境質量的因素，追蹤污染路線、尋找污染源，為區域水環境污染治理提供依據。為研究區域水環境質量變化及制訂區域水環境保護規劃提供基礎數據。

(4)訓練學生科學處理監測數據的能力、培養學生團結協作精神及綜合分析問題與解決問題的科研能力，擴大專業知識面，提高實踐能力和創新能力。

2基本教學內容

實驗以小組形式獨立完成，每小組成員不超過4人。實驗任務包括：選定監測區域，對該區域進行監測方案的制訂、監測方案的實施、撰寫監測報告。

2.1監測方案的制訂[5]監測方案以報告形式提交，內容包括：

2.1.1基礎資料的收集。①監測區域水體的水文、氣候、地質和地貌資料。如屬于水污染源，必須查清用水情況，廢水或污水的類型。②水體周邊或沿岸校園功能區分布及其排污情況等。對水污染源(實驗室廢水、生活污水)主要污染物及排污去向和排放量、排污口數量及位置等進行現場調查。③水體周邊的資源現狀和水資源的用途、飲用水源分布和重點水源保護區、水體流域土地功能及近期使用計劃等。④歷年水質監測資料。

2.1.2監測斷面和采樣點的設置。根據監測斷面和采樣點位的設置原則，在對監測區域的情況進行綜合分析的基礎上，根據水體尺度范圍，功能區域的劃分，考慮代表性、可控性及經濟性等因素，確定斷面類型和采樣點數量。如河流監測斷面的布設，湖泊、水庫的監測斷面布設、海洋監測區域斷面的布設，及其采樣點位置的確定。

對水污染源，不需設置監測斷面，可直接確定采樣點位置。因水污染源一般經管道或渠、溝排放，截面積比較小，但是必須弄清楚排污口數量及位置、處理后出水口位置。

2.1.3采樣時間和采樣頻率的確定。根據我國水質監測規范要求，使采集的水樣能夠反映水質在時間空間上的變化規律，必需合理地安排采樣時間和采樣頻率。對校園水域，采樣時間和采樣頻率應根據珠江水漲潮落潮等實際情況確定。

2.1.4確定測定項目。通過水樣實際情況和收集資料進行綜合分析，確定主要污染源和污染物，選定所要監測的具體項目(可以開展的項目：水溫、pH值、濁度、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數、總硬度、化學需氧量、生化需氧量、氨氮、硝酸鹽—亞硝酸鹽氮、重金屬等)。

2.1.5采樣及監測技術的選擇。根據監測對象的性質、含量范圍及測定要求等因素選擇適宜的采樣方法和技術。按國家標準分析方法，對所選監測項目進行分析測定。

2.1.6結果表達、質量保證。①水質監測所測得的化學、物理監測數據，是描述和評價水體環境質量，進行環境管理的基本依據，必須進行科學地計算和處理，要求采用圖表的形式表達出來。②質量保證貫穿于監測工作的全過程。水質監測數據的正確可靠、質量控制，包含在監測過程的全部活動和措施中。

2.1.7評價標準的確定。根據監測內容和任務選擇相應的監測評價標準。

2.2監測方案的實施根據已確定的設計方案，準備試劑、采集樣品、分析測定的全過程由實驗小組分工合作，使各個環節工作有序協調進行，獨立完成。實驗室提供實驗條件，指導教師給予指導和配合。

2.3撰寫監測報告內容涵蓋：監測目的、監測區域地圖、區域概況、監測方法、數據處理、結果討論、測定結果匯總成表，監測區域水質質量評價、建議。

3教學過程

實驗具體操作過程如下：針對該實驗涉及內容多，分析項目多的特點，學生分組人數一般為4人，按全班人數大致分為若干個小組，將該校校園周邊劃分為不同的功能區域(生活區、實驗區、教學區、商業區等)。每個小組選擇一個或多個監測區域，分工合作，利用課余時間查閱資料，在監測區域各水源進出口勘查現場(照相)。根據布點采樣原則，確定水樣采集布點位置(畫出布點圖)。確定采樣頻率及采樣時間，根據現場污染物種類初步擬定分析項目；寫出各項目采用的分析測試方法及實驗所需儀器；分析影響測定準確度的因素及控制方法。綜合寫出實驗設計方案。

初步實驗方案寫出后首先交給實驗指導教師審核，指導教師審核方案的科學性、合理性，對方案中不恰當處給予提示并由學生修改完善，并根據實驗室儀器設備條件確定可行的分析測試項目。在此基礎上學生準備每一個測定項目所用的試劑與儀器，并配制所需溶液，做好采樣后水樣的預處理等前期工作。對一些實驗內容特別多、實驗時間較長的小組，采取了開放實驗室的措施，除按教學計劃安排10學時課時外，各小組可以自行安排時間，在課余時間完成實驗內容，實驗指導教師隨時進行輔導。

實驗完成后，登記原始數據，計算出實驗結果和匯總成表格，檢查數據的可靠性，根據國家制訂的地表水分類指標，判斷水質污染程度，結合實驗過程進行合理解釋和推測，完成實驗報告。指導教師在實驗期間可靈活利用空余時間，召集各組學生進行討論，講述各自在實驗過程中出現的一些情況，并互相交流經驗。指導教師通過了解情況，及時掌握學生實驗動態，對出現的問題啟發引導，共同商量解決方案，最后再對實驗進行總結。這樣既能提高實驗效率，又能使學生在指導教師的幫助下提高分析問題、解決問題的能力。

4教學手段

學院提供實驗所需的場地、所有實驗設備和儀器、實驗試劑和藥品等基本條件。學生根據每個小組的實驗內容選擇合適的試劑、藥品和儀器設備。如果有些小組項目出現相同內容的情況，可以讓每個小組準備其中一部分實驗材料供所有組用，分工合作，資源共享。既鍛煉了學生的動手能力和合作能力，又減少了實驗藥品等材料的浪費[6]。指導教師提供現場指導。

5實驗報告規范

已有標準實驗報告紙，學生完成實驗報告時，按照如下格式：①實驗內容和目的；②實驗原理；③監測區域概況(地圖、水污染源等)；④主要儀器和試劑；⑤實驗步驟；⑥注意事項；⑦數據處理；⑧結果分析和討論；⑨結論和建議。

6評分標準

對學生實驗成績評定包括實驗方案設計成績(40%)，實驗完成成績(30%)，實驗報告成績(30%)三部分。

綜合性設計性實驗方案設計的評分標準是：設計方案全面可行的為優(90～100分)；設計方案全面可行，但需作少量修訂的為良(80～90分)；方案基本可行，但需作一些修訂的為中(70～80分)；方案有一定的可行性，但要作大的修訂的為及格(60～70分)；方案不可行的為不及格(60分以下)。評分等級下同。

實驗完成成績的評分標準是：能獨立完成全部實驗內容，無明顯操作錯誤的為優；能獨立完成全部實驗內容，有部分操作錯誤的為良；能完成全部實驗內容，但實驗技能較差，操作有誤的為中；不能獨立完成全部實驗內容，有明顯操作錯誤的為及格；不能獨立完成全部實驗內容，存在明顯操作錯誤，造成儀器損壞或事故的為不及格。

實驗報告的評分標準是：實驗原理、實驗步驟等表述簡明清晰，實驗結果表述和計算正確的為優；實驗原理等表述清晰，實驗結果表述和計算正確，但有少量錯誤的為良；實驗原理等表述基本清晰，實驗結果表述和計算有一些錯誤的為中；實驗原理等表述不夠清晰，實驗結果表述和計算有較多錯誤的為及格；實驗原理等表述不完全或錯誤，實驗結果表

述和計算錯誤的為不及格。

不單純以考核分數來衡量學生，而要科學全面地評價一個學生的綜合素質，對在實驗中能夠獨立提出新問題、新思路、新方法、新見解、新結論的創新行為，要給予積極的評價，并將其作為考核指標。

7結語

不斷改革和完善水質監測實驗的教學實踐表明，環境監測實驗課程體系改革對促進學生正確對待實驗教學的態度，提高學生參與實驗的積極性和主觀能動性，以及培養學生良好的科學作風等方面有顯著的成效，有利于學生系統地掌握環境監測各個環節，提高實驗和實踐綜合素質。教學有法，教無定法，教無止境，環境監測實驗課程體系改革仍需繼續摸索和推進，筆者將繼續在實踐中不斷總結完善，提高實驗教學效率，以期尋求一條適合社會發展的高素質應用型人才培養的實驗教學模式。

參考文獻

[1] 高雁,王暉.水質監測綜合性設計實驗教學改革探析[J].現代農業科技,2010(7):39-40.

[2] 蔡艷榮.環境綜合實驗教學新模式探索[J].實驗科學與技術,2006,4(6):80-82.

[3] 土木圖紙.廣州大學城校區規劃[EB/OL].http://ziliao.co188.com/d58577.htm.

[4] 陳穗玲,李錦文,崔明超,等.廣州大學城某校園地表水“三氮”濃度的時間變化特征及自凈狀態分析[J].環境化學,2013,32(4):704-705.

[5] 陳穗玲,李錦文,曹小安.環境監測實驗[M].廣東:暨南大學出版社,2010.

[6] 陳穗玲,謝文彪,曹小安,等.環境監測實驗課教學改革的實踐[J].廣東化工,2008,35(5):129-131.

[7] 陳穗玲,曹小安,張紅英,等.綜合型創新型環境專業人才培養探索[J].實驗科學與技術,2012,10(6):135-138.

摘要結合廣州大學所處廣州大學城獨特的地理位置，在校園水質監測綜合性設計實驗教學過程中不斷優化教學內容，創新教學方法和手段，充分發揮學生分析問題、解決問題的綜合應用能力及創新意識和設計能力，以期達到培養高素質創新型應用型人才的目標。

關鍵詞水質監測；綜合性設計實驗；教學設計；教學改革

Practice on Teaching Reform of Comprehensive Design Experiment for Water Quality Monitoring Course

SONG Gang, LI Jin-wen, WANG Xiao-hong et al(School of Environmental Science & Engineering, Guangzhou University, Guangzhou, Guangdong 510006)

AbstractAccording to unique geographical location of Guangzhou University in Guangzhou Higher Education Mega Center, in the teaching process of comprehensive design experiment for water quality monitoring course, the teaching content was optimized and teaching methods were innovated, give full play to the students’ comprehensive ability of analyzing and solving problems, innovation consciousness and design ability, so as to achieve the goal of cultivating high-quality innovative applied talents.

Key wordsWater quality monitoring; Comprehensive design experiment; Teaching design; Teaching reform

收稿日期2015-05-07

作者簡介宋剛(1974-),男,湖南桃源人,教授,博士,從事環境監測、環境放射性污染與防治研究。

基金項目廣州大學示范性實驗建設項目(203702)；廣州大學教學成果獎培育項目；廣東省高等學校大學生實踐教學基地建設項目。

中圖分類號S-01

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)18-388-02