水質(zhì)檢驗(yàn)教學(xué)探析

劉楠 李澤全 李雪敏 但林陽(yáng)

摘要：通過(guò)對(duì)水質(zhì)檢驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的針對(duì)性調(diào)整，將驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)拓展為綜合性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解水樣電導(dǎo)率、硬度、耗氧量、水的凈化、水中微生物測(cè)定的基本原理和操作步驟，促進(jìn)學(xué)生掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。通過(guò)分專(zhuān)業(yè)的教學(xué)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變，提高與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的契合度，發(fā)揮化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)和支撐作用。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)檢驗(yàn)；水樣；分專(zhuān)業(yè)；綜合能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）23-0097-02

《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是一門(mén)針對(duì)非化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的自然科學(xué)學(xué)科類(lèi)的學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，課程注重學(xué)科的系統(tǒng)性和完整性，在實(shí)施高等教育層次化學(xué)素質(zhì)教育，完善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力方面具有重要作用。但是，課程內(nèi)容固化，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)占比較大，采用單一模式進(jìn)行“填鴨式”教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生積極性削減，忽視了能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的養(yǎng)成[1]。對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生采用相同的教學(xué)模式，未能體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)對(duì)化學(xué)課程的需求[2]。在教學(xué)過(guò)程中以知識(shí)傳播載體，培養(yǎng)學(xué)生能力和養(yǎng)成良好素質(zhì)的意識(shí)不強(qiáng)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入挖掘和精心設(shè)計(jì)不足。因此，更新教學(xué)觀念，促進(jìn)教學(xué)以“教師為中心”向以“學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，是大學(xué)化系列課程建設(shè)的一個(gè)重要任務(wù)。

《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程具有代表性的“水質(zhì)檢驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，涉及面廣、知識(shí)點(diǎn)多。但是，該項(xiàng)目為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只按書(shū)本步驟做實(shí)驗(yàn)，并未領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理和掌握操作技能。水質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程中的一員，包含了水的電導(dǎo)率值、水的硬度、水體化學(xué)耗氧量的測(cè)定三個(gè)板塊，但目前教學(xué)方式為直接采用已準(zhǔn)備好的水樣驗(yàn)證其電導(dǎo)率值等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，未能充分發(fā)揮學(xué)生的參與度，對(duì)學(xué)生能力及主觀能動(dòng)性的培養(yǎng)有限。不以學(xué)生為主體角色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高，創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

為更好地服務(wù)于學(xué)生，讓學(xué)生真正地“動(dòng)起來(lái)”，獲取課堂的主動(dòng)權(quán)，針對(duì)水質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。通過(guò)對(duì)水質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的提升和擴(kuò)展，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生良好的推動(dòng)作用，能夠更好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求[3]。

一、改進(jìn)方案

改變傳統(tǒng)的水質(zhì)檢驗(yàn)體系，由單一的實(shí)驗(yàn)室水樣演變?yōu)閷W(xué)生自主采集多種來(lái)源的水樣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的預(yù)習(xí)自行制訂實(shí)驗(yàn)方案，由教師進(jìn)行修改及完善，學(xué)生自主進(jìn)行水樣的檢測(cè)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。增添新水樣，拓展水的取樣范圍，需根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案，制定不同的取樣范疇，并改變相應(yīng)的檢測(cè)內(nèi)容及方法，以適應(yīng)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的要求，使公共化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程更好地與專(zhuān)業(yè)課程相契合。通過(guò)學(xué)生自擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)學(xué)生起到了綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的目的，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立工作的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。讓學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)課堂的主體，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)流程及環(huán)節(jié)，并將實(shí)驗(yàn)課堂搬出室外，對(duì)日常接觸到的水樣進(jìn)行采集，不僅增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的趣味性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和水環(huán)境的保護(hù)意識(shí)。課程面向的是全校非化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型由驗(yàn)證型改進(jìn)為綜合設(shè)計(jì)型，為學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)提供了更好的平臺(tái)和空間。

基于以上原因，根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及培養(yǎng)方向，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)修改。例如，機(jī)械等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生：取樣日常瓶裝飲用水（包括飲料），測(cè)定水樣的電導(dǎo)率、硬度；動(dòng)力、電氣等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生：取樣鍋爐用水、工業(yè)廢水等，測(cè)定水樣的電導(dǎo)率、硬度。材料、資環(huán)、城環(huán)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生：取樣生活污水、實(shí)驗(yàn)廢水、景觀用水等，測(cè)定水樣的電導(dǎo)率、硬度、耗氧量、凈化水的方法。環(huán)工、生科等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生：取樣湖水、河水、雨水、家鄉(xiāng)水源等，測(cè)定水樣的電導(dǎo)率、硬度、凈化水的方法、觀測(cè)水中微生物等。

二、實(shí)驗(yàn)方案

1.水樣電導(dǎo)率的測(cè)定。用燒杯取待測(cè)水樣50mL，取樣前用待測(cè)水樣清洗燒杯2—3次。切換電導(dǎo)率儀模式鍵，調(diào)整至電導(dǎo)率模式，將電極常數(shù)調(diào)整至電導(dǎo)電極出廠時(shí)標(biāo)有的數(shù)值。用蒸餾水清洗電導(dǎo)電極和溫度傳感器，用待測(cè)水樣清洗一次。然后將電導(dǎo)電極和溫度傳感器浸入待測(cè)水樣中。將電導(dǎo)電極和溫度傳感器放入待測(cè)水樣的燒杯中，待示數(shù)穩(wěn)定后記錄電導(dǎo)率數(shù)值。

2.水樣硬度的測(cè)定。量取50.00mL待測(cè)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(dòng)下，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液有紫紅色變?yōu)樗{(lán)色，即為終點(diǎn)。平行實(shí)驗(yàn)2—3次，取平均值，記錄滴定數(shù)據(jù)。

3.化學(xué)耗氧量的測(cè)定。取50mL待測(cè)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(guò)的玻璃珠5—8粒。將錐形瓶用均勻火加熱，從開(kāi)始沸騰計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確煮沸10min，如加熱過(guò)程中紅色明顯減退，說(shuō)明水樣的耗氧量過(guò)高，應(yīng)減少水樣量另測(cè)定。取下錐形瓶，在70℃—80℃時(shí)用滴定管加入10mL 0.005mol·L-1的H2C2O4溶液，充分震蕩。此時(shí)，剩余的高錳酸鉀紅色應(yīng)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(xiàn)微紅色即為終點(diǎn)。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)。

4.凈化水的方法。采用離子交換法進(jìn)行水的凈化實(shí)驗(yàn)，離子交換柱依次為：陽(yáng)離子交換柱、陰離子交換柱、陰陽(yáng)離子混合交換柱（1∶1）。交換樹(shù)脂盛放在堿式滴定管中，樹(shù)脂層高約25cm，底部塞上少量玻璃纖維。水樣通過(guò)穩(wěn)壓瓶流入交換柱中。調(diào)節(jié)每支交換柱底部的螺絲夾，使流速控制在25—30滴/min。開(kāi)始流出的約30mL水應(yīng)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(cè)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(tái)上。選取合適的物鏡倍數(shù)，先進(jìn)行粗調(diào)，后細(xì)調(diào)，直至圖像清晰。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由驗(yàn)證型拓展為綜合設(shè)計(jì)型，可進(jìn)一步鞏固、擴(kuò)大和加深學(xué)生對(duì)化學(xué)基本理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加飽滿(mǎn)，形式上更加開(kāi)放和多元化，學(xué)生演變?yōu)檎n堂的主體，由教師演示轉(zhuǎn)變?yōu)樽孕性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，極大限度地滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。學(xué)生需要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)，并將理論和實(shí)際相結(jié)合，對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)起到了積極的作用。教學(xué)內(nèi)容和形式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

按照不同專(zhuān)業(yè)的本科課程教學(xué)目標(biāo)，采用分專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式，把握知識(shí)的深度和廣度，促進(jìn)因材施教和個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)觀點(diǎn)理解相關(guān)學(xué)科的知識(shí)遷移能力。以訓(xùn)練基本技能為載體，培養(yǎng)非化學(xué)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生不僅能用化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能解決實(shí)際問(wèn)題，還能運(yùn)用化學(xué)的觀點(diǎn)分析科學(xué)技術(shù)及社會(huì)實(shí)際問(wèn)題，為將來(lái)正確而有效地服務(wù)于社會(huì)奠定良好的基礎(chǔ)。

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