水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

宋 剛，李錦文，王筱虹，孫 慧，曹小安　(廣州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510006)

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水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

宋 剛，李錦文，王筱虹，孫 慧，曹小安(廣州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510006)

大學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要基地，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的平臺(tái)，綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的重要手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在整個(gè)本科教學(xué)過(guò)程中具有課堂教學(xué)無(wú)法替代的作用[1-2]，在教學(xué)工作中必須重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并根據(jù)學(xué)生具體情況及時(shí)改革現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法和新思路。

廣州大學(xué)城位于番禺區(qū)小谷圍島，目前有10所大學(xué)及部分原居民約20萬(wàn)人口，大量生活污水排放對(duì)水環(huán)境帶來(lái)潛在不良影響。廣州大學(xué)位于小谷圍島東面珠江邊，校園內(nèi)有一主要連通珠江的支流與校園圖書(shū)館中心湖相通[3]，主要流經(jīng)校園實(shí)驗(yàn)教學(xué)樓、生活區(qū)、商業(yè)中心和中心湖約2 km后通過(guò)水位差和漲潮落潮完成水體交換，經(jīng)調(diào)查污染源主要有：生活區(qū)、學(xué)生食堂、商業(yè)中心食街和實(shí)驗(yàn)樓排水[4]。一旦截?cái)嗯c珠江的水體交換，校園內(nèi)水質(zhì)會(huì)很快惡化，獨(dú)特的地理位置為水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供了良好的實(shí)踐場(chǎng)所。

校園水質(zhì)監(jiān)測(cè)占環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)總課時(shí)的60%以上，水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)更強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)、采樣、樣品前處理、分析測(cè)試、數(shù)據(jù)處理和綜合評(píng)價(jià)等一系列過(guò)程的綜合訓(xùn)練。與單獨(dú)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同，水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作，處理、分析和解決問(wèn)題的能力。課程組成員根據(jù)多年的教學(xué)改革和優(yōu)化，總結(jié)水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，編制了《環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)》教材[5]。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

(1)在已學(xué)習(xí)并掌握單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，了解區(qū)域環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)的全過(guò)程，包括：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、監(jiān)測(cè)計(jì)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化布點(diǎn)、樣品采集、運(yùn)送保存、分析測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、綜合評(píng)價(jià)等[5-7]。掌握水質(zhì)監(jiān)測(cè)的基本方法，養(yǎng)成良好的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

(2)要求學(xué)生分小組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，掌握水環(huán)境中各污染因子的具體采樣方法、分析方法、誤差分析及數(shù)據(jù)處理方法等。熟悉紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、離子色譜、原子吸收分光光度計(jì)等大型儀器的使用，提高使用大型儀器的能力和素質(zhì)。

(3)學(xué)會(huì)用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量，并根據(jù)污染物的分布情況或其他影響環(huán)境質(zhì)量的因素，追蹤污染路線(xiàn)、尋找污染源，為區(qū)域水環(huán)境污染治理提供依據(jù)。為研究區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量變化及制訂區(qū)域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(4)訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的能力、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作精神及綜合分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的科研能力，擴(kuò)大專(zhuān)業(yè)知識(shí)面，提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2基本教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)以小組形式獨(dú)立完成，每小組成員不超過(guò)4人。實(shí)驗(yàn)任務(wù)包括：選定監(jiān)測(cè)區(qū)域，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)方案的制訂、監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施、撰寫(xiě)監(jiān)測(cè)報(bào)告。

2.1監(jiān)測(cè)方案的制訂[5]監(jiān)測(cè)方案以報(bào)告形式提交，內(nèi)容包括：

2.1.1基礎(chǔ)資料的收集。①監(jiān)測(cè)區(qū)域水體的水文、氣候、地質(zhì)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(lèi)型。②水體周邊或沿岸校園功能區(qū)分布及其排污情況等。對(duì)水污染源(實(shí)驗(yàn)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(shù)量及位置等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。③水體周邊的資源現(xiàn)狀和水資源的用途、飲用水源分布和重點(diǎn)水源保護(hù)區(qū)、水體流域土地功能及近期使用計(jì)劃等。④歷年水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料。

2.1.2監(jiān)測(cè)斷面和采樣點(diǎn)的設(shè)置。根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面和采樣點(diǎn)位的設(shè)置原則，在對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的情況進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)水體尺度范圍，功能區(qū)域的劃分，考慮代表性、可控性及經(jīng)濟(jì)性等因素，確定斷面類(lèi)型和采樣點(diǎn)數(shù)量。如河流監(jiān)測(cè)斷面的布設(shè)，湖泊、水庫(kù)的監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)、海洋監(jiān)測(cè)區(qū)域斷面的布設(shè)，及其采樣點(diǎn)位置的確定。

對(duì)水污染源，不需設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，可直接確定采樣點(diǎn)位置。因水污染源一般經(jīng)管道或渠、溝排放，截面積比較小，但是必須弄清楚排污口數(shù)量及位置、處理后出水口位置。

2.1.3采樣時(shí)間和采樣頻率的確定。根據(jù)我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)規(guī)范要求，使采集的水樣能夠反映水質(zhì)在時(shí)間空間上的變化規(guī)律，必需合理地安排采樣時(shí)間和采樣頻率。對(duì)校園水域，采樣時(shí)間和采樣頻率應(yīng)根據(jù)珠江水漲潮落潮等實(shí)際情況確定。

2.1.4確定測(cè)定項(xiàng)目。通過(guò)水樣實(shí)際情況和收集資料進(jìn)行綜合分析，確定主要污染源和污染物，選定所要監(jiān)測(cè)的具體項(xiàng)目(可以開(kāi)展的項(xiàng)目：水溫、pH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總硬度、化學(xué)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(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇。根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的性質(zhì)、含量范圍及測(cè)定要求等因素選擇適宜的采樣方法和技術(shù)。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法，對(duì)所選監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行分析測(cè)定。

2.1.6結(jié)果表達(dá)、質(zhì)量保證。①水質(zhì)監(jiān)測(cè)所測(cè)得的化學(xué)、物理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是描述和評(píng)價(jià)水體環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)行環(huán)境管理的基本依據(jù)，必須進(jìn)行科學(xué)地計(jì)算和處理，要求采用圖表的形式表達(dá)出來(lái)。②質(zhì)量保證貫穿于監(jiān)測(cè)工作的全過(guò)程。水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確可靠、質(zhì)量控制，包含在監(jiān)測(cè)過(guò)程的全部活動(dòng)和措施中。

2.1.7評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定。根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和任務(wù)選擇相應(yīng)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施根據(jù)已確定的設(shè)計(jì)方案，準(zhǔn)備試劑、采集樣品、分析測(cè)定的全過(guò)程由實(shí)驗(yàn)小組分工合作，使各個(gè)環(huán)節(jié)工作有序協(xié)調(diào)進(jìn)行，獨(dú)立完成。實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)條件，指導(dǎo)教師給予指導(dǎo)和配合。

2.3撰寫(xiě)監(jiān)測(cè)報(bào)告內(nèi)容涵蓋：監(jiān)測(cè)目的、監(jiān)測(cè)區(qū)域地圖、區(qū)域概況、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果討論、測(cè)定結(jié)果匯總成表，監(jiān)測(cè)區(qū)域水質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)、建議。

3教學(xué)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)具體操作過(guò)程如下：針對(duì)該實(shí)驗(yàn)涉及內(nèi)容多，分析項(xiàng)目多的特點(diǎn)，學(xué)生分組人數(shù)一般為4人，按全班人數(shù)大致分為若干個(gè)小組，將該校校園周邊劃分為不同的功能區(qū)域(生活區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、教學(xué)區(qū)、商業(yè)區(qū)等)。每個(gè)小組選擇一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，分工合作，利用課余時(shí)間查閱資料，在監(jiān)測(cè)區(qū)域各水源進(jìn)出口勘查現(xiàn)場(chǎng)(照相)。根據(jù)布點(diǎn)采樣原則，確定水樣采集布點(diǎn)位置(畫(huà)出布點(diǎn)圖)。確定采樣頻率及采樣時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)污染物種類(lèi)初步擬定分析項(xiàng)目；寫(xiě)出各項(xiàng)目采用的分析測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)所需儀器；分析影響測(cè)定準(zhǔn)確度的因素及控制方法。綜合寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

初步實(shí)驗(yàn)方案寫(xiě)出后首先交給實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師審核，指導(dǎo)教師審核方案的科學(xué)性、合理性，對(duì)方案中不恰當(dāng)處給予提示并由學(xué)生修改完善，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備條件確定可行的分析測(cè)試項(xiàng)目。在此基礎(chǔ)上學(xué)生準(zhǔn)備每一個(gè)測(cè)定項(xiàng)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(yù)處理等前期工作。對(duì)一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容特別多、實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)的小組，采取了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的措施，除按教學(xué)計(jì)劃安排10學(xué)時(shí)課時(shí)外，各小組可以自行安排時(shí)間，在課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師隨時(shí)進(jìn)行輔導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)完成后，登記原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和匯總成表格，檢查數(shù)據(jù)的可靠性，根據(jù)國(guó)家制訂的地表水分類(lèi)指標(biāo)，判斷水質(zhì)污染程度，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行合理解釋和推測(cè)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)期間可靈活利用空余時(shí)間，召集各組學(xué)生進(jìn)行討論，講述各自在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些情況，并互相交流經(jīng)驗(yàn)。指導(dǎo)教師通過(guò)了解情況，及時(shí)掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題啟發(fā)引導(dǎo)，共同商量解決方案，最后再對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。這樣既能提高實(shí)驗(yàn)效率，又能使學(xué)生在指導(dǎo)教師的幫助下提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

4教學(xué)手段

學(xué)院提供實(shí)驗(yàn)所需的場(chǎng)地、所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器、實(shí)驗(yàn)試劑和藥品等基本條件。學(xué)生根據(jù)每個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇合適的試劑、藥品和儀器設(shè)備。如果有些小組項(xiàng)目出現(xiàn)相同內(nèi)容的情況，可以讓每個(gè)小組準(zhǔn)備其中一部分實(shí)驗(yàn)材料供所有組用，分工合作，資源共享。既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和合作能力，又減少了實(shí)驗(yàn)藥品等材料的浪費(fèi)[6]。指導(dǎo)教師提供現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

5實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范

已有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，按照如下格式：①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目的；②實(shí)驗(yàn)原理；③監(jiān)測(cè)區(qū)域概況(地圖、水污染源等)；④主要儀器和試劑；⑤實(shí)驗(yàn)步驟；⑥注意事項(xiàng)；⑦數(shù)據(jù)處理；⑧結(jié)果分析和討論；⑨結(jié)論和建議。

6評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)成績(jī)(40%)，實(shí)驗(yàn)完成成績(jī)(30%)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(30%)三部分。

綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是：設(shè)計(jì)方案全面可行的為優(yōu)(90～100分)；設(shè)計(jì)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(píng)分等級(jí)下同。

實(shí)驗(yàn)完成成績(jī)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是：能獨(dú)立完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無(wú)明顯操作錯(cuò)誤的為優(yōu)；能獨(dú)立完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有部分操作錯(cuò)誤的為良；能完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但實(shí)驗(yàn)技能較差，操作有誤的為中；不能獨(dú)立完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有明顯操作錯(cuò)誤的為及格；不能獨(dú)立完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，存在明顯操作錯(cuò)誤，造成儀器損壞或事故的為不及格。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等表述簡(jiǎn)明清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述和計(jì)算正確的為優(yōu)；實(shí)驗(yàn)原理等表述清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述和計(jì)算正確，但有少量錯(cuò)誤的為良；實(shí)驗(yàn)原理等表述基本清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述和計(jì)算有一些錯(cuò)誤的為中；實(shí)驗(yàn)原理等表述不夠清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述和計(jì)算有較多錯(cuò)誤的為及格；實(shí)驗(yàn)原理等表述不完全或錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

述和計(jì)算錯(cuò)誤的為不及格。

不單純以考核分?jǐn)?shù)來(lái)衡量學(xué)生，而要科學(xué)全面地評(píng)價(jià)一個(gè)學(xué)生的綜合素質(zhì)，對(duì)在實(shí)驗(yàn)中能夠獨(dú)立提出新問(wèn)題、新思路、新方法、新見(jiàn)解、新結(jié)論的創(chuàng)新行為，要給予積極的評(píng)價(jià)，并將其作為考核指標(biāo)。

7結(jié)語(yǔ)

不斷改革和完善水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐表明，環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程體系改革對(duì)促進(jìn)學(xué)生正確對(duì)待實(shí)驗(yàn)教學(xué)的態(tài)度，提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，以及培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)作風(fēng)等方面有顯著的成效，有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握環(huán)境監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐綜合素質(zhì)。教學(xué)有法，教無(wú)定法，教無(wú)止境，環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)課程體系改革仍需繼續(xù)摸索和推進(jìn)，筆者將繼續(xù)在實(shí)踐中不斷總結(jié)完善，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，以期尋求一條適合社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

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摘要結(jié)合廣州大學(xué)所處廣州大學(xué)城獨(dú)特的地理位置，在校園水質(zhì)監(jiān)測(cè)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，充分發(fā)揮學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)能力，以期達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞水質(zhì)監(jiān)測(cè)；綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)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(jiǎn)介宋剛(1974-),男,湖南桃源人,教授,博士,從事環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境放射性污染與防治研究。

基金項(xiàng)目廣州大學(xué)示范性實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目(203702)；廣州大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)培育項(xiàng)目；廣東省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)項(xiàng)目。

中圖分類(lèi)號(hào)S-01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)18-388-02