仿真實驗技術在環境監測教學中的應用

　　[摘 要]環境監測是一門以實踐為主的高職課程，通過引入仿真實驗，能夠提高學生學習的主動性和積極性，豐富了教學形式和內容，是現代教育技術的重要手段。
　　[關鍵詞]仿真實驗　環境監測 實驗教學　應用
　　
　　教高[2006]16號文提出，要充分利用現代信息技術，開發虛擬工廠、虛擬車間、虛擬工藝、虛擬實驗。仿真技術是一門新興的綜合性信息技術，現已應用于物理、化工、電子等應用性很強的學科的教學。環境監測作為一門以實踐為主的應用性強的高職課程。以動畫的形式展示實驗過程，取得了良好的效果。
　　
　　一、環境監測仿真技術簡介
　　
　　環境監測仿真技術是利用Authorware制作的一系列動畫，展示儀器設備的連接和實驗過程，真實體現實驗項目操作全過程，同時展示不規范操作，糾正學生在操作過程中的錯誤行為。同時實現遠程教育的作用，外出實習學生隨時可學習、提高。具有準確、高效、全面體現操作過程和遠程教育的優點。
　　
　　1　準確
　　仿真實驗以國家環境監測標準為依據進行內容設計，按照操作步驟對內容進行劃分，如溶解氧的測定，劃分為取樣、氧固定、碘析出、滴定和數據處理五步。由于在滴定過程有顏色的變化，并且對加入淀粉指示劑的時機也有嚴格要求，因此根據顏色變化和加入指示劑時機進行細化，對每個步驟和要點分別進行展示，同時強調操作注意事項，引起學生的注意，盡量避免學生在實驗過程中出現不應用的錯誤。
　　
　　2　高效
　　學生在實驗過程中，由于均為新實驗，僅靠教師的講解和圖片、教學錄像展示，學生容易忽略關鍵步驟，通過仿真技術的應用。能夠將重點全部展現出來，加深了學生的印象，減少實驗過程錯誤幾率，提高了實驗成功率。
　　
　　3　體現實驗操作全過程
　　以溶解氧的測定為例，根據操作過程劃分為5個步驟16個關鍵點，通過16個關鍵點將實驗全過程進行展示，使學生在操作之前將關鍵點全部掌握，提高了實驗質量。
　　
　　4　適于開展遠程教育
　　高職學生的學習包括校內學習和校外實習兩個主要階段。對于單個實驗項目而言，在校內進行兩次操作，即新項目學習和校內實習，經過這兩次實踐操作仍然難以達到熟練應用的程度，在實習過程中仍會遺漏個別關鍵環節，造成應用效果不佳。在實施仿真技術以后，在實習之前和實習過程中隨時可以通過網絡學習，提高了學生動手能力，也得到了用人單位的認可。
　　
　　二、環境監測仿真實驗的應用
　　
　　以溶解氧的測定為例介紹仿真實驗的應用。
　　1　仿真實驗的組成
　　本仿真實驗有5個步驟16個關鍵點構成。5個步驟：取樣、氧固定、碘析出、滴定和數據處理。16個關鍵點：取樣3個，虹吸管插入溶解氧底部、水樣溢出半瓶左右、蓋塞子(旋轉蓋上兵防止產生氣泡)；氧固定4個。打開塞子(旋轉打開，以防產生氣泡)、加試劑時移液管深入液面、蓋塞子、搖勻；碘析出4個，打開塞子、加試劑時移液管深入液面以下、蓋塞子、搖勻；滴定4個，快速滴定、顏色呈現淡黃色、加入淀粉變藍色、滴定至藍色剛好褪去；數據處理]個，正確處理數據。
　　2　取樣操作
　　本操作為3個關鍵點，虹吸管插入溶解氧底部、水樣溢出半瓶左右、蓋塞子(旋轉蓋上兵防止產生氣泡)。向溶解氧瓶加水樣時，虹吸管要插入溶解氧瓶底部，防止在加樣過程中空氣中的進入水樣。水樣取樣終點為水樣溢出半瓶左右，目的是先加入的水樣會有氧氣進入，通過溢出半瓶左右能夠將這部分水樣盡可能的排出瓶，減少取樣過程中外部氧氣的影響。在蓋塞子時根據塞子的形狀進行選擇蓋塞方式，一般溶解氧瓶塞子為尖頭塞，可以直接蓋塞，但在蓋塞時要將塞子邊旋轉邊蓋，這樣能防止瓶內產生氣泡，同時密閉效果好。
　　3　氧固定操作
　　氧固定操作分為4個關鍵點，打開塞子、加試劑時移液管深入液面、蓋塞子、搖勻。在打開塞子時要旋轉打開，以防產生氣泡。加試劑(1mL硫酸錳，2mL堿性碘化鉀)時，移液管要插入液面以下，然后松開手，使溶液自行流出，在溶液流出的同時提起移液管，當移液管移出頁面的同時溶液恰好加完。加液完畢后迅速蓋上瓶塞，蓋瓶塞時要求輕輕旋轉蓋上。然后搖勻。在搖勻時，要求一只手托底，另一只手壓住塞子并用手握住瓶口，上下翻轉。
　　4　碘析出操作
　　碘析出分為4個關鍵點，打開塞子、加試劑時移液管深入液面以下、蓋塞子、搖勻。輕輕旋轉打開蓋子，加入1.5mL(1+1)硫酸(將移液管插入液面以下)，然后輕輕旋轉蓋上蓋子，雙手握緊溶解氧瓶翻轉搖勻，使沉淀完全溶解后放人暗處5分鐘，如有沉淀將滴加數滴硫酸至沉淀完全溶解，但不能加入太多，以防溶液酸度過大。
　　5　滴定操作
　　滴定操作包括4個關鍵點，快速滴定、顏色呈現淡黃色、加入淀粉變藍色、滴定至藍色剛好褪去。本實驗要求快速滴定，當顏色變為淡黃色時停止滴定，加入淀粉指示劑。此時溶液變為藍色，繼續滴定，直至溶液藍色剛好褪去。在加入淀粉指示劑時控制好顏色，當顏色太深時含碘較多，加入的淀粉能夠將碘單質包覆起來，致使滴定結果偏小。
　　6　數據處理
　　數據處理采用自動計算的方式，在輸入硫代硫酸鈉溶液濃度(moL／L)、滴定消耗硫代硫酸鈉溶液體積(mL)、滴定時所取溶液體積(mL)后能夠計算出溶解氧濃度(mg／L)。
　　
　　三、仿真實驗教學效果分析
　　
　　本仿真實驗實施以來，在進行環境監測教學中取得了良好的效果。主要體現在以下幾個方面：
　　
　　1　提高了學生的主動性和積極性
　　仿真實驗與傳統的任課教師講授相比較，仿真實驗能夠直觀、形象的將實驗全過程展現出來，改變了傳統講授中雖然講解清楚但學生總掌握不住關鍵操作的不足，學生通過看得見的“實驗操作”將關鍵點掌握、理解。在實驗過程中減少了錯誤，使實驗順利進行。學生提高了學習興趣，在課前即可自己根據仿真實驗學習，在實驗時與任課教師進行討論、互動，課堂氣氛活躍，同時提高了學生的學習主動性和積極性。
　　
　　2　抽象的問題形象化，復雜的問題簡單化，保障實驗教學的順利開展
　　在環境監測實驗中。經常根據顏色變化來判斷關鍵點和終點，關鍵點和終點把握不準會對測定結果造成影響。通過仿真實驗可以將顏色變化過程和需要控制的顏色變化點(范圍)明確的展現出來，給學生以直觀感受，使學生在實驗過程中更容易把握滴定關鍵點和終點，進而保證了實驗教學的順利開展。
　　
　　3　提高學生的綜合應用能力
　　環境監測實驗教學內容組織和企業環境監測工作都是以國家標準為依據，學生在校學習期間只能學習幾個常規監測項目，有大量的監測項目在校學習期間不能涉及。在踏上工作崗位以后邊學習邊應用，效果難以保證，因此，通過仿真實驗的學習和實踐操作，逐步提高閱讀國家標準的能力，提高綜合應用能力，在使用其他監測項目的國家標準時能較好的應用。
　　
　　四、結論
　　
　　通過對仿真實驗的使用看，為學生的學習提供了良好的學習平臺，提高了學生學習的主動性和積極性，是高職教育與實驗技術的一個進步，是現代教育的重要手段，具有良好的應用前