新工科下水分析化學(xué)課程實驗教學(xué)改革及建設(shè)★

唐 建 唐恒軍 司馬衛(wèi)平 梁 超 萬 珊 廖 熠

(四川輕化工大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 自貢 643000)

0 引言

給排水科學(xué)與工程專業(yè)對緩解水體環(huán)境污染、水危機和建設(shè)生態(tài)文明肩負重大的社會責(zé)任。在新的時代背景下，該專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，積極順應(yīng)時代發(fā)展，圍繞以影響國家重大需求和國民經(jīng)濟發(fā)展的水環(huán)境問題開展研究[1]。《水分析化學(xué)》作為給排水科學(xué)與工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的十門骨干課程之一，該門課程在本專業(yè)的學(xué)習(xí)過程中具有舉足輕重的地位?！端治龌瘜W(xué)》主要是分析水及其雜質(zhì)、各種污染物的性質(zhì)、組成、含量以及構(gòu)建其分析方法的一門專門學(xué)科。在國民經(jīng)濟發(fā)展各個領(lǐng)域肩負重要的使命；在水體環(huán)境污染治理與監(jiān)測的過程中起著“眼睛”和“哨兵”的作用[2]。給排水設(shè)計、水環(huán)境評價、水處理工藝、廢水資源化利用等等都必須以水質(zhì)分析為依據(jù)，作出正確的判斷和評價。因此，《水分析化學(xué)》是給排水科學(xué)與工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程[2]。

《水分析化學(xué)》課程面向給排水科學(xué)與工程專業(yè)本科二年級的第二學(xué)期開設(shè)，其中理論教學(xué)環(huán)節(jié)為32學(xué)時，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)為16學(xué)時。其中實驗教學(xué)環(huán)節(jié)主要以學(xué)生親自實踐為主，是對學(xué)習(xí)理論知識的鞏固、復(fù)習(xí)以及在實踐過程中的應(yīng)用。在新時代工科背景下，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展的創(chuàng)新型人才方面具有很重要的作用[2,3]?！端治龌瘜W(xué)》實驗具有很強的應(yīng)用性和實踐性，不僅使本專業(yè)的學(xué)生加強對基礎(chǔ)理論知識的理解，同時也培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力起著關(guān)鍵的作用。通過實驗課程的學(xué)習(xí)，該專業(yè)的學(xué)生能掌握相關(guān)的實驗操作技能，對后續(xù)專業(yè)學(xué)位課程的學(xué)習(xí)及今后可能從事的研究工作具有非常重要的作用[4]。

1 水分析化學(xué)實驗教學(xué)存在的主要問題

1.1 學(xué)生不重視實驗課程

大學(xué)本科教育存在的普遍問題是學(xué)生對實驗課程重視程度不夠，大部分學(xué)生認為只要學(xué)好理論知識就能夠適應(yīng)未來的科研和工作。當(dāng)然，《水分析化學(xué)》課程也存在類似的問題。由于實驗課程是從屬于《水分析化學(xué)》理論教學(xué)課程，所以并未引起該專業(yè)學(xué)生的重視。這就造成學(xué)生對做實驗的興趣不高，學(xué)生在實驗之前沒有鞏固和復(fù)習(xí)理論知識、沒有進行預(yù)習(xí)和真正理解每個實驗的基本原理、目的以及實驗的操作步驟；在實驗過程中，做實驗時不夠認真、隨意操作的可能性很大、沒有嚴格按照具體的實驗步驟進行操作，造成化學(xué)試劑浪費嚴重；實驗結(jié)束之后，學(xué)生對實驗過程中產(chǎn)生的廢液隨意傾倒，造成排水管道腐蝕嚴重，實驗數(shù)據(jù)隨意記錄和篡改；部分學(xué)生在撰寫實驗報告時格式不統(tǒng)一、隨意篡改實驗數(shù)據(jù)，甚至于抄襲別人的實驗報告，使得該課程的實驗課程無法達到應(yīng)有的教學(xué)目的和要求。

1.2 教學(xué)模式和教學(xué)方法單一

實驗教學(xué)過程多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法“老師講具體的實驗原理學(xué)生聽、老師示范實驗操作步驟學(xué)生看、學(xué)生分組做實驗老師管理、做完實驗寫實驗報告”[3,5]。實驗前的準備工作，沒有學(xué)生的參與，比如：實驗之前玻璃儀器的校正和洗滌、分光光度計以及pH計的校正、水樣的采集點位的布置、采集儀器使用、預(yù)處理及其保存方式、實驗標準溶液的配制與標定等等工作均是由實驗老師完成[3,5]。學(xué)生沒有掌握實驗前準備過程中的注意事項和具體步驟，造成學(xué)生上實驗課時只需要按部就班的跟著實驗指導(dǎo)書的具體步驟和操作進行實驗。在此種教學(xué)模式下，很多學(xué)生被動接受實驗步驟和過程，沒有理解實驗原理和目的，對實驗得出的數(shù)據(jù)不會分析原因，實驗過程中遇到的小問題無法及時解決，很難培養(yǎng)出具備獨立從事相關(guān)工作的能力。

1.3 實驗考核方式不合理，疏忽過程管理

目前，水分析化學(xué)實驗課程的考核方式主要由考勤占30%、實驗報告占70%兩方面構(gòu)成，學(xué)生只要按時上課、做實驗，并提交按時實驗報告，基本都能順利通過考試。在此種考核方式下，出現(xiàn)部分學(xué)生存在懶惰思想，未進行實驗操作或很少動手做實驗；隨意抄襲別人的實驗報告和拼湊實驗報告以應(yīng)付老師的考核等情況出現(xiàn)[5]。實驗操作過程中疏忽了培養(yǎng)學(xué)生良好的操作技能和操作規(guī)范，很大程度上影響了學(xué)生在實驗過程中未按照實驗操作規(guī)范進行操作，很難培養(yǎng)出具備獨立從事科研工作的能力。在此種考核方式下，學(xué)生的實驗成績很難真實反映學(xué)生的實際操作技能和操作水平[5]。

1.4 化學(xué)試劑浪費嚴重，產(chǎn)生的廢液隨意傾倒

近年來，隨著高校招生人數(shù)的不斷增加，實驗課程過程中玻璃儀器、試劑、藥品等消耗不斷增加。由于學(xué)生對水分析化學(xué)實驗不夠重視、實驗操作未按照規(guī)范進行操作，造成玻璃儀器損壞、化學(xué)試劑浪費嚴重等情況產(chǎn)生。

例如：有的同學(xué)在取標準溶液時，將過量的標準溶液帶到自己的小組，未用完的試劑直接倒入水槽；有的同學(xué)在實驗過程中，由于實驗操作未按照規(guī)范進行，造成滴定管玻璃活塞無法旋轉(zhuǎn)而漏液；還有的同學(xué)在稱取少量藥品時，由于操作電子天平不熟練，將過量的藥品放入天平中，造成藥品浪費；還有的同學(xué)在配制標準溶液時，對容量瓶的使用規(guī)范不熟悉，造成配制溶液過程中漏液。還有部分同學(xué)做完實驗后，未按照要求將實驗過程中產(chǎn)生的廢液收集到制定的容器中，而是將廢液直接倒入下水道中，造成排水管道腐蝕和水體污染。

例如：污水化學(xué)需氧量測定實驗過程中，需要重鉻酸鉀和濃硫酸作為強氧化劑氧化污水中的有機物。該實驗過程中產(chǎn)生大量的含重金屬鉻的強酸性廢水，如果直接傾倒入下水管道中，將對排水管產(chǎn)生嚴重的腐蝕，同時重金屬鉻對水體造成重大污染。

2 水分析化學(xué)實驗教學(xué)改革探索

2.1 認真遴選實驗教學(xué)內(nèi)容

水分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的遴選，既要滿足基本理論知識的鞏固與延伸和基本實驗操作技能的培養(yǎng)，又要到達學(xué)生對所學(xué)知識的創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。實驗項目的選擇應(yīng)符合給排水科學(xué)與工程專業(yè)的特色，以實際工作中常用的檢測指標作為培養(yǎng)本專業(yè)特色技能人才作為重點，達到實驗內(nèi)容與基本原理、基本理論和基本實驗操作緊密聯(lián)系的目的。

例如本專業(yè)開設(shè)實驗：水中堿度的測定(酸堿滴定法)、水中硬度的測定(絡(luò)合滴定法)、水溶溶解氧的測定、水中化學(xué)需氧量的測定、分光光度法測定水中鐵等實驗。在學(xué)生開始做實驗之前，老師會將本實驗涉及到的實驗儀器、設(shè)備的基本操作規(guī)范和注意事項進行講解和演示。

例如：電子天平、容量瓶的使用及注意事項；酸式滴定管和堿式滴定管的區(qū)別、使用及注意事項；標準溶液配制步驟及其注意事項；腐蝕性試劑(硫酸、鹽酸等)使用過程中注意事項；玻璃儀器的使用條件及范圍、洗滌等。使學(xué)生對基本的設(shè)備、儀器使用做到心中有數(shù)，避免學(xué)生害怕?lián)p壞實驗儀器和設(shè)備，不敢進行實驗操作的情況出現(xiàn)。

2.2 改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，采用靈活多樣的教學(xué)方法

高效率且科學(xué)的實驗教學(xué)方法是《水分析化學(xué)》實驗成功運行的重要保障。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中主要是：學(xué)生事先預(yù)習(xí)實驗原理、實驗?zāi)康摹嶒灢襟E等知識，老師在課堂上進行講解和實驗示范，學(xué)生進行實驗操作，根據(jù)實驗過程、步驟、現(xiàn)象、結(jié)果進行總結(jié)并撰寫實驗報告[6-8]。目前，大部分高校都采用這種實驗教學(xué)方式，而這種實驗教學(xué)方法中，依舊采用機械式的和填鴨式的教學(xué)模式，無法從根本上改善學(xué)生的積極性，造成學(xué)生實驗學(xué)習(xí)和操作過程中無法達到教學(xué)目的和要求[7-10]。在實驗教學(xué)過程中，采用多種教學(xué)方法的靈活應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實驗操作能力為主；同時，培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的鞏固和回顧；積極引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計的能力，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新、科研的能力[7,9,10]。

例如：利用水質(zhì)工程學(xué)實驗室大型水箱中模擬水庫、河流水樣采集，讓學(xué)生掌握水庫、河流水樣采集的基本原則及水樣采集器的使用及注意事項；掌握水樣預(yù)處理的原則、方法及保存方式；實驗結(jié)束后，可以布置關(guān)于實驗基本原理的問題，讓學(xué)生在實驗后進行回顧和復(fù)習(xí)；實驗過程中，可以對各小組的每個同學(xué)布置實驗任務(wù)，每個同學(xué)都有具體的任務(wù)分工，通過團隊合作的方式共同完成實驗內(nèi)容。實驗完成后，由各組的小組長將產(chǎn)生的廢液統(tǒng)一回收至廢液桶中，不得隨意倒入下水道。

2.3 規(guī)范實驗報告的書寫，積極改革實驗考核方式

為了提高學(xué)生對水分析化學(xué)實驗的重視，采用統(tǒng)一的實驗報告模板進行撰寫，有利于教師在評判實驗報告時統(tǒng)一標準。實驗報告撰寫嚴格按照實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、實驗結(jié)果等內(nèi)容進行撰寫。同時，例舉出實驗過程中用到的實驗設(shè)備、儀器及試劑；寫出每個實驗步驟的注意事項。實驗報告中要求寫出帶入原始數(shù)據(jù)及其計算方法、步驟，使學(xué)生掌握原始數(shù)據(jù)的處理能力和分析數(shù)據(jù)的能力。

例如：采用酸堿滴定法測定水中的堿度、絡(luò)合滴定法測定水中的硬度、重鉻酸鉀法測定水中的化學(xué)需氧量等水質(zhì)指標時，需要計算出標準液的濃度；采用分光光度法測定水中的鐵，需要建立標準曲線。實驗過程中，由老師對每組實驗的實驗數(shù)據(jù)(標準液濃度、標準液的滴定體積等)逐個進行審查，從而避免學(xué)生提交的實驗報告千篇一律。同時，為了引起學(xué)生對撰寫實驗報告的重視程度，將原來的考勤占30%、實驗報告占70%，改為考勤占20%、實驗報告占80%。

3 結(jié)語

水分析化學(xué)是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程之一，而實驗教學(xué)又是該門課程的重要組成部分。本文初步分析了水分析化學(xué)實驗教學(xué)存在的主要問題，同時從水分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實驗考核方式三個方面完成實驗教學(xué)的改革，有利于該專業(yè)學(xué)生更好的掌握和理解水分析化學(xué)實驗，獲得扎實的實驗技能，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的實驗基礎(chǔ)。通過對水分析化學(xué)實驗教學(xué)的探索，并在具體的實驗教學(xué)過程中逐漸實施，逐步建立具有水分析化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的給排水科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)規(guī)范，為新時期生態(tài)文明建設(shè)培養(yǎng)合格的拔尖創(chuàng)新人才奠定堅實的基礎(chǔ)。