水質檢驗教學探析

劉楠 李澤全 李雪敏 但林陽

摘要：通過對水質檢驗教學項目的針對性調整，將驗證型實驗拓展為綜合性實驗，幫助學生理解水樣電導率、硬度、耗氧量、水的凈化、水中微生物測定的基本原理和操作步驟，促進學生掌握相關的實驗技能，進一步提升學生的綜合能力，調動學生的積極性。通過分專業的教學目標的轉變，提高與專業知識的契合度，發揮化學在各個領域中的基礎和支撐作用。

關鍵詞：水質檢驗；水樣；分專業；綜合能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）23-0097-02

《大學化學實驗》是一門針對非化學化工專業的自然科學學科類的學生開設的一門綜合性化學實驗課程，課程注重學科的系統性和完整性，在實施高等教育層次化學素質教育，完善學生知識結構和能力方面具有重要作用。但是，課程內容固化，驗證型實驗占比較大，采用單一模式進行“填鴨式”教學導致學生積極性削減，忽視了能力的培養和素質的養成[1]。對不同專業的學生采用相同的教學模式，未能體現專業對化學課程的需求[2]。在教學過程中以知識傳播載體，培養學生能力和養成良好素質的意識不強，對教學內容的深入挖掘和精心設計不足。因此，更新教學觀念，促進教學以“教師為中心”向以“學生為中心”轉變，是大學化系列課程建設的一個重要任務。

《大學化學實驗》課程具有代表性的“水質檢驗”實驗項目，作為基礎實驗內容，涉及面廣、知識點多。但是，該項目為驗證型實驗，學生只按書本步驟做實驗，并未領會實驗原理和掌握操作技能。水質檢驗實驗項目作為《大學化學實驗》課程中的一員，包含了水的電導率值、水的硬度、水體化學耗氧量的測定三個板塊，但目前教學方式為直接采用已準備好的水樣驗證其電導率值等各項數據，未能充分發揮學生的參與度，對學生能力及主觀能動性的培養有限。不以學生為主體角色的實驗教學活動，阻礙了學生學習積極性的提高，創造能力的培養。

為更好地服務于學生，讓學生真正地“動起來”，獲取課堂的主動權，針對水質檢驗實驗項目進行相應的改進。通過對水質檢驗實驗項目進行針對性的提升和擴展，對學生的學習產生良好的推動作用，能夠更好地完成實驗教學目的和要求[3]。

一、改進方案

改變傳統的水質檢驗體系，由單一的實驗室水樣演變為學生自主采集多種來源的水樣，根據實驗項目內容的預習自行制訂實驗方案，由教師進行修改及完善，學生自主進行水樣的檢測并完成實驗報告。增添新水樣，拓展水的取樣范圍，需根據不同專業的培養方案，制定不同的取樣范疇，并改變相應的檢測內容及方法，以適應專業培養的要求，使公共化學實驗課程更好地與專業課程相契合。通過學生自擬實驗對象及實驗方案，對學生起到了綜合設計實驗訓練的目的，進一步培養學生獨立思考、獨立工作的科學實驗能力。讓學生作為實驗課堂的主體，主導實驗流程及環節，并將實驗課堂搬出室外，對日常接觸到的水樣進行采集，不僅增加了實驗項目的趣味性，激發了學生的學習興趣，也培養了學生的團隊意識和水環境的保護意識。課程面向的是全校非化學化工專業的學生，實驗類型由驗證型改進為綜合設計型，為學生的個性化培養提供了更好的平臺和空間。

基于以上原因，根據學生的專業特點及培養方向，對實驗內容進行相應修改。例如，機械等專業的學生：取樣日常瓶裝飲用水（包括飲料），測定水樣的電導率、硬度；動力、電氣等專業的學生：取樣鍋爐用水、工業廢水等，測定水樣的電導率、硬度。材料、資環、城環等專業的學生：取樣生活污水、實驗廢水、景觀用水等，測定水樣的電導率、硬度、耗氧量、凈化水的方法。環工、生科等專業的學生：取樣湖水、河水、雨水、家鄉水源等，測定水樣的電導率、硬度、凈化水的方法、觀測水中微生物等。

二、實驗方案

1.水樣電導率的測定。用燒杯取待測水樣50mL，取樣前用待測水樣清洗燒杯2—3次。切換電導率儀模式鍵，調整至電導率模式，將電極常數調整至電導電極出廠時標有的數值。用蒸餾水清洗電導電極和溫度傳感器，用待測水樣清洗一次。然后將電導電極和溫度傳感器浸入待測水樣中。將電導電極和溫度傳感器放入待測水樣的燒杯中，待示數穩定后記錄電導率數值。

2.水樣硬度的測定。量取50.00mL待測水樣于錐形瓶中，加10mLNH3-NHCl4緩沖溶液和少量固體鉻黑T指示劑。在劇烈搖動下，用EDTA標準溶液滴定至溶液有紫紅色變為藍色，即為終點。平行實驗2—3次，取平均值，記錄滴定數據。

3.化學耗氧量的測定。取50mL待測水樣2份，分別加入2只錐形瓶中，用蒸餾水稀釋到100mL，各加入5mL1∶3的H2SO4溶液，再用滴定管加入10mL 0.002mol·L-1的KMnO4溶液，并加入用粗砂紙磨過的玻璃珠5—8粒。將錐形瓶用均勻火加熱，從開始沸騰計時，準確煮沸10min，如加熱過程中紅色明顯減退，說明水樣的耗氧量過高，應減少水樣量另測定。取下錐形瓶，在70℃—80℃時用滴定管加入10mL 0.005mol·L-1的H2C2O4溶液，充分震蕩。此時，剩余的高錳酸鉀紅色應完全消失。趁熱于白色背景上由滴定管滴入0.002mol·L-1的KMnO4溶液，直至出現微紅色即為終點。記錄實驗現象及數據。

4.凈化水的方法。采用離子交換法進行水的凈化實驗，離子交換柱依次為：陽離子交換柱、陰離子交換柱、陰陽離子混合交換柱（1∶1）。交換樹脂盛放在堿式滴定管中，樹脂層高約25cm，底部塞上少量玻璃纖維。水樣通過穩壓瓶流入交換柱中。調節每支交換柱底部的螺絲夾，使流速控制在25—30滴/min。開始流出的約30mL水應棄去，然后重新控制流速為15—20滴/min。用燒杯分別收集水樣。

5.觀測水中微生物。用滴管取少量的采集好的水樣置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用吸水紙從蓋玻片邊緣吸去多余水分，放置在透反射偏光顯微鏡載物臺上。選取合適的物鏡倍數，先進行粗調，后細調，直至圖像清晰。記錄實驗現象。

三、結語

通過實驗項目由驗證型拓展為綜合設計型，可進一步鞏固、擴大和加深學生對化學基本理論的理解，培養學生實踐能力、理論聯系實際的能力。

實驗內容更加飽滿，形式上更加開放和多元化，學生演變為課堂的主體，由教師演示轉變為自行設計實驗方案并獨立完成實驗內容，極大限度地滿足學生的學習需求。學生需要在化學實驗中驗證所學的理論知識，并將理論和實際相結合，對學生綜合素養的培養起到了積極的作用。教學內容和形式的轉變，培養了學生獨立思考、完成科學實驗的能力。

按照不同專業的本科課程教學目標，采用分專業教學模式，把握知識的深度和廣度，促進因材施教和個性化的學習方式，培養學生運用化學觀點理解相關學科的知識遷移能力。以訓練基本技能為載體，培養非化學化工類專業學生的化學素養，使學生不僅能用化學實驗技能解決實際問題，還能運用化學的觀點分析科學技術及社會實際問題，為將來正確而有效地服務于社會奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]于秀蘭，郝登越.大學化學綜合實驗教學的探索[J].實驗室科學，2014，17（02）：73-76.

[2]龍恩艷，羅文強.淺談高校化學實驗項目多元化[J].實驗室科學，2018，21（02）：238-240.

[3]江泓，張志秋，張梅，段吉國.大學化學實驗教學的探討與創新[J].教育教學論壇，2018，（45）：279-280.

[4]余丹梅，李澤全.大學化學實驗（第五版）[M].重慶：重慶大學出版社，2014：4.