張 嫻 施鼎方 王士芬 唐賢春 徐竟成

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程國家實(shí)驗教學(xué)示范中心 上海 200092

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗的研究與探索

張 嫻 施鼎方 王士芬 唐賢春 徐竟成

同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程國家實(shí)驗教學(xué)示范中心 上海 200092

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課以化學(xué)需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實(shí)驗為基礎(chǔ)，將實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行組合、穿插，開設(shè)了“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案探索”的綜合性實(shí)驗，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這個教學(xué)案例同時也啟發(fā)我們，應(yīng)積極開展綜合性、設(shè)計性實(shí)驗的研究與探索，增加“室內(nèi)空氣監(jiān)測”綜合性、設(shè)計性實(shí)驗和水體在線監(jiān)測實(shí)驗，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課程的建設(shè)，以更好地達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

環(huán)境監(jiān)測；綜合性、設(shè)計性實(shí)驗；研究；探索

1.1 環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗簡介

在目前環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗的內(nèi)容中，總共安排了6個驗證性實(shí)驗和1個綜合性設(shè)計性實(shí)驗[4]。在驗證性實(shí)驗中，針對水體監(jiān)測選擇了化學(xué)需氧量、氨氮、溶解氧、五日生化需氧量常規(guī)指標(biāo)的檢測，針對土壤選擇了鉛、鎘等重金屬的檢測，針對空氣選擇了空氣中氮氧化物含量的檢測，此外還開設(shè)了綜合性實(shí)驗—“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案”。

1.2 水體監(jiān)測驗證性實(shí)驗

在上述實(shí)驗中，除了氨氮以外，對水體常規(guī)指標(biāo)化學(xué)需氧量、溶解氧、五日生化需氧量的檢測中，都使用了容量分析(又稱滴定分析)的定量分析方法。在化學(xué)需氧量實(shí)驗中，學(xué)生通過標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵銨溶液對剩余重鉻酸鉀的滴定，計算出水樣的化學(xué)需氧量；在溶解氧、五日生化需氧量實(shí)驗中，學(xué)生通過滴定過程中消耗的硫代硫酸鈉的體積，計算出水中溶液氧的量，進(jìn)而推算出五日生化需氧量[4]。通過滴定反應(yīng)的訓(xùn)練，學(xué)生熟練掌握了滴定過程的操作技巧，通過反應(yīng)完畢后公式的計算與結(jié)果的討論，加深了學(xué)生對以往學(xué)習(xí)到的滴定反應(yīng)原理的理解，鞏固他們的化學(xué)理論基礎(chǔ)。

1.3 水體監(jiān)測綜合性、設(shè)計性實(shí)驗

經(jīng)過多年教學(xué)經(jīng)驗的積累和實(shí)驗教學(xué)的研究與探索，在對水體各項指標(biāo)檢測的驗證性實(shí)驗基礎(chǔ)上，任課教師將上述實(shí)驗中的實(shí)驗方法、實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行有序組合、穿插，以校園河水為實(shí)驗對象，開設(shè)了“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案”的綜合性、設(shè)計性實(shí)驗[5,6]。

1.3.1 綜合性、設(shè)計性實(shí)驗激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

在以往的驗證性實(shí)驗課上，學(xué)生每次上課的內(nèi)容基本是一個或者兩個實(shí)驗，他們學(xué)習(xí)、掌握的也通常是一個或兩個指標(biāo)的檢測方法。經(jīng)過長期在固定環(huán)境、固定時間的學(xué)習(xí)過程以后，學(xué)生對實(shí)驗課通常會形成固定思維，學(xué)習(xí)熱情有所降低，慢慢產(chǎn)生了學(xué)習(xí)惰性，缺乏足夠的動力、興趣去探索未知的實(shí)驗現(xiàn)象。因此，基于上述考慮，任課教師將以往化學(xué)需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實(shí)驗中的重要元素進(jìn)行提煉，加以組合，在這些實(shí)驗的基礎(chǔ)上，開設(shè)了綜合性實(shí)驗“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案”。在這個實(shí)驗中，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下，到校園河邊親自采集河水水樣，帶回實(shí)驗室，用他們學(xué)過的方法檢測水體的各項指標(biāo)，得到數(shù)據(jù)結(jié)果后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，得出河水水質(zhì)的評價結(jié)論，并根據(jù)此結(jié)論提出凈化方案。在這個實(shí)驗中，學(xué)生面對的不再是教師已經(jīng)準(zhǔn)備好的實(shí)驗樣品，他們需要自己動手到室外采集實(shí)驗樣品，帶回實(shí)驗室檢測。這種必須自己動手的過程能夠慢慢喚醒學(xué)生內(nèi)心深處的積極性、主動性，讓學(xué)生逐漸體會到主動探索的樂趣以及取得成果后的成就感。當(dāng)學(xué)生根據(jù)自己的數(shù)據(jù)得出水質(zhì)評價結(jié)論后，他們才算真正經(jīng)歷了一次水質(zhì)監(jiān)測的過程，這個過程能夠讓學(xué)生更深切地體會到監(jiān)測實(shí)驗的目的及實(shí)用性，這個過程能夠讓學(xué)生產(chǎn)生更深、更長久的記憶，其教育意義也比讓學(xué)生在實(shí)驗室內(nèi)學(xué)會水體某個指標(biāo)的檢測方法要深遠(yuǎn)得多[7]。

1.3.2 綜合性、設(shè)計性實(shí)驗促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

綜合性、設(shè)計性實(shí)驗“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案”以原有的化學(xué)需氧量、溶解氧等驗證性實(shí)驗為基礎(chǔ)，但是其實(shí)驗方法又高于原有實(shí)驗。由于配備了便攜式的哈希儀器，檢測化學(xué)需氧量的實(shí)驗方法由原來的氧化—還原滴定法換成了微回流儀器法，溶解氧的檢測有碘量法和儀器法(使用YSI752型溶氧儀)供學(xué)生選擇，五日生化需氧量的測定有常規(guī)方法和BOD儀供學(xué)生選擇，氨氮和總磷的測定也使用了哈希儀器與試劑。新儀器、新實(shí)驗方法的引入極大調(diào)動了學(xué)生的興趣，很多學(xué)生在檢測水樣的同時自發(fā)地討論新實(shí)驗方法與原有實(shí)驗方法的異同點(diǎn)，更多學(xué)生對便攜式哈希儀器的操作方法與原理產(chǎn)生了興趣，甚至問到了關(guān)于國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢等問題。以化學(xué)需氧量的測定為例，哈希儀器的微回流儀器法試劑用量少、操作簡單，在用消解器對樣品進(jìn)行加熱消解以后，只需用配備的光度計對消解比色管進(jìn)行比色測定，根據(jù)吸光度即可換算成化學(xué)需氧量的值。綜合性實(shí)驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生充分領(lǐng)略到便攜式儀器的優(yōu)點(diǎn)，讓學(xué)生對現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢有更多的了解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7,8]。

1.3.3 綜合性、設(shè)計性實(shí)驗鍛煉學(xué)生的實(shí)際能力

校園河水綜合性實(shí)驗將學(xué)生實(shí)驗與環(huán)境監(jiān)測相互聯(lián)系，對于學(xué)生而言，其實(shí)質(zhì)是一次現(xiàn)實(shí)生活中“水質(zhì)監(jiān)測”的模擬。通過這次模擬，學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗結(jié)果能夠初步了解校園河水的水質(zhì)狀況。在自己長期生活、學(xué)習(xí)的校園內(nèi)，河水的水質(zhì)是否污染？如果污染，應(yīng)該提出什么樣的凈化方案？這個過程是一個尋找問題、分析問題、解決問題的過程，對于學(xué)生來說是一個考驗，也是一個機(jī)會，可以鍛煉學(xué)生在遇到實(shí)際問題時的判斷能力與解決問題的實(shí)際能力[9,10]。

2 水體環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗的啟示

2.1 增加綜合性、設(shè)計性實(shí)驗

事實(shí)上，這個成功的實(shí)驗教學(xué)案例不僅適用于水體監(jiān)測實(shí)驗，也同樣可以在其他監(jiān)測實(shí)驗中開展相關(guān)研究與探索。在現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗中，就有一個針對空氣中氮氧化物含量檢測的實(shí)驗?；谛@河水綜合性實(shí)驗的啟發(fā)，環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課準(zhǔn)備以“室內(nèi)空氣綜合監(jiān)測”為內(nèi)容，開設(shè)另一個綜合性、設(shè)計性實(shí)驗。眾所周知，目前很多家庭、公司、單位都存在著室內(nèi)裝修質(zhì)量的問題，所以很多人都很關(guān)注室內(nèi)的空氣質(zhì)量。室內(nèi)空氣綜合監(jiān)測實(shí)驗以監(jiān)測室內(nèi)空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物和甲醛含量為主要內(nèi)容，將學(xué)生實(shí)驗與實(shí)際生活相互聯(lián)系，能夠引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，讓學(xué)生在模擬的環(huán)境中經(jīng)歷室內(nèi)空氣監(jiān)測的過程，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)能起到很好的促進(jìn)作用[11]。

2.2 增加水體在線監(jiān)測實(shí)驗

在以往的教學(xué)過程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了水體監(jiān)測的驗證性實(shí)驗、校園河水監(jiān)測的綜合性實(shí)驗，如果順著環(huán)境監(jiān)測發(fā)展趨勢的邏輯主線，在現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課的培養(yǎng)框架下，再加入水體在線監(jiān)測實(shí)驗，對于環(huán)境專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，無疑是一個非常好的補(bǔ)充。在線監(jiān)測能夠?qū)λw大環(huán)境進(jìn)行長期、連續(xù)、有效的監(jiān)測，讓學(xué)生看到實(shí)時、在線的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，清晰地了解當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)狀況，實(shí)實(shí)在在地體驗環(huán)境監(jiān)測的真實(shí)過程。在當(dāng)前人們高度重視環(huán)境水體質(zhì)量的背景下，對環(huán)境專業(yè)本科生開展水體在線監(jiān)測實(shí)驗，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，也能增強(qiáng)他們的環(huán)境意識，具有非常重要的意義[12]。

3 結(jié)束語

經(jīng)過多年教學(xué)經(jīng)驗的積累與教學(xué)改革的研究與探索，環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課在化學(xué)需氧量、溶解氧、五日生化需氧量等驗證性實(shí)驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗方法的更新、實(shí)驗內(nèi)容的有序組合穿插，開設(shè)了“校園河道水體的水質(zhì)監(jiān)測、評價及凈化方案探索”的綜合性實(shí)驗，讓學(xué)生親身體會采集水樣、檢測水質(zhì)指標(biāo)、進(jìn)行水質(zhì)評價、提出水質(zhì)凈化方案的過程，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這個實(shí)驗教學(xué)案例同時也啟發(fā)我們實(shí)驗教學(xué)工作者，應(yīng)積極開展實(shí)驗教學(xué)改革的研究與探索，增加綜合性、設(shè)計性實(shí)驗和水體在線監(jiān)測實(shí)驗，以更好地達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

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The research and exploration of environmental monitoring experiments

Zhang Xian, Shi Dingfang, Wang Shifen, Tang Xianchun, Xu Jingcheng
Tongji university, Shanghai, 200092, China

On the basis of the experiments of environmental monitoring experimental course, such as the determination of chemical oxygen demand, dissolved oxygen and BOD5, the comprehensive experiment “ the exploration of water quality monitoring, evaluation and purif cation scheme of the river on campus ” was carried out with the students’ enthusiasm being stimulated and their creative capability being promoted, which inspired us that the comprehensive, designed experiments should be studied and explored more actively and another comprehensive experiment “ the monitoring of the indoor air quality ” as well as the experiment of online monitoring of water quality should be added to the experimental course so as to achieve the purpose of cultivating the innovative talents.

environmental monitoring; comprehensive designed experiment; research; exploration

環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課是環(huán)境類專業(yè)的公共課程，它結(jié)合了化學(xué)基礎(chǔ)理論知識和環(huán)境專業(yè)知識，既具有分析化學(xué)的專業(yè)特點(diǎn)，也具有環(huán)境監(jiān)測專業(yè)實(shí)際應(yīng)用的價值與意義。隨著當(dāng)前社會發(fā)展對創(chuàng)新人才需求的增加，環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗課也應(yīng)與時俱進(jìn)，積極探索實(shí)驗教學(xué)改革，堅持不懈地進(jìn)行綜合性、設(shè)計性實(shí)驗項目的研究、開發(fā)，努力提高實(shí)驗教學(xué)水平，充分發(fā)揮其創(chuàng)新人才培養(yǎng)的作用[1-3]。

1 水體環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗的研究與探索

2011-10-26

張嫻，博士，講師。