新工科下水分析化學課程實驗教學改革及建設★

唐 建 唐恒軍 司馬衛平 梁 超 萬 珊 廖 熠

(四川輕化工大學土木工程學院，四川 自貢 643000)

0 引言

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

《水分析化學》課程面向給排水科學與工程專業本科二年級的第二學期開設，其中理論教學環節為32學時，實驗教學環節為16學時。其中實驗教學環節主要以學生親自實踐為主，是對學習理論知識的鞏固、復習以及在實踐過程中的應用。在新時代工科背景下，實驗教學環節對培養適應時代發展的創新型人才方面具有很重要的作用[2,3]?！端治龌瘜W》實驗具有很強的應用性和實踐性，不僅使本專業的學生加強對基礎理論知識的理解，同時也培養本專業學生的實踐創新能力起著關鍵的作用。通過實驗課程的學習，該專業的學生能掌握相關的實驗操作技能，對后續專業學位課程的學習及今后可能從事的研究工作具有非常重要的作用[4]。

1 水分析化學實驗教學存在的主要問題

1.1 學生不重視實驗課程

大學本科教育存在的普遍問題是學生對實驗課程重視程度不夠，大部分學生認為只要學好理論知識就能夠適應未來的科研和工作。當然，《水分析化學》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》理論教學課程，所以并未引起該專業學生的重視。這就造成學生對做實驗的興趣不高，學生在實驗之前沒有鞏固和復習理論知識、沒有進行預習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，造成化學試劑浪費嚴重；實驗結束之后，學生對實驗過程中產生的廢液隨意傾倒，造成排水管道腐蝕嚴重，實驗數據隨意記錄和篡改；部分學生在撰寫實驗報告時格式不統一、隨意篡改實驗數據，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有的教學目的和要求。

1.2 教學模式和教學方法單一

實驗教學過程多采用傳統的教學方法“老師講具體的實驗原理學生聽、老師示范實驗操作步驟學生看、學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，造成學生上實驗課時只需要按部就班的跟著實驗指導書的具體步驟和操作進行實驗。在此種教學模式下，很多學生被動接受實驗步驟和過程，沒有理解實驗原理和目的，對實驗得出的數據不會分析原因，實驗過程中遇到的小問題無法及時解決，很難培養出具備獨立從事相關工作的能力。

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%兩方面構成，學生只要按時上課、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，出現部分學生存在懶惰思想，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付老師的考核等情況出現[5]。實驗操作過程中疏忽了培養學生良好的操作技能和操作規范，很大程度上影響了學生在實驗過程中未按照實驗操作規范進行操作，很難培養出具備獨立從事科研工作的能力。在此種考核方式下，學生的實驗成績很難真實反映學生的實際操作技能和操作水平[5]。

1.4 化學試劑浪費嚴重，產生的廢液隨意傾倒

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

例如：有的同學在取標準溶液時，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；有的同學在實驗過程中，由于實驗操作未按照規范進行，造成滴定管玻璃活塞無法旋轉而漏液；還有的同學在稱取少量藥品時，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；還有的同學在配制標準溶液時，對容量瓶的使用規范不熟悉，造成配制溶液過程中漏液。還有部分同學做完實驗后，未按照要求將實驗過程中產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 水分析化學實驗教學改革探索

2.1 認真遴選實驗教學內容

水分析化學實驗教學內容的遴選，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，又要到達學生對所學知識的創新創造能力的培養。實驗項目的選擇應符合給排水科學與工程專業的特色，以實際工作中常用的檢測指標作為培養本專業特色技能人才作為重點，達到實驗內容與基本原理、基本理論和基本實驗操作緊密聯系的目的。

例如本專業開設實驗：水中堿度的測定(酸堿滴定法)、水中硬度的測定(絡合滴定法)、水溶溶解氧的測定、水中化學需氧量的測定、分光光度法測定水中鐵等實驗。在學生開始做實驗之前，老師會將本實驗涉及到的實驗儀器、設備的基本操作規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。使學生對基本的設備、儀器使用做到心中有數，避免學生害怕損壞實驗儀器和設備，不敢進行實驗操作的情況出現。

2.2 改革傳統的實驗教學方法，采用靈活多樣的教學方法

高效率且科學的實驗教學方法是《水分析化學》實驗成功運行的重要保障。在傳統的實驗教學過程中主要是：學生事先預習實驗原理、實驗目的、實驗步驟等知識，老師在課堂上進行講解和實驗示范，學生進行實驗操作，根據實驗過程、步驟、現象、結果進行總結并撰寫實驗報告[6-8]。目前，大部分高校都采用這種實驗教學方式，而這種實驗教學方法中，依舊采用機械式的和填鴨式的教學模式，無法從根本上改善學生的積極性，造成學生實驗學習和操作過程中無法達到教學目的和要求[7-10]。在實驗教學過程中，采用多種教學方法的靈活應用，以培養學生的動手能力、實驗操作能力為主；同時，培養學生對理論知識的鞏固和回顧；積極引導學生進行實驗設計的能力，培養學生具備創新、科研的能力[7,9,10]。

例如：利用水質工程學實驗室大型水箱中模擬水庫、河流水樣采集，讓學生掌握水庫、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；掌握水樣預處理的原則、方法及保存方式；實驗結束后，可以布置關于實驗基本原理的問題，讓學生在實驗后進行回顧和復習；實驗過程中，可以對各小組的每個同學布置實驗任務，每個同學都有具體的任務分工，通過團隊合作的方式共同完成實驗內容。實驗完成后，由各組的小組長將產生的廢液統一回收至廢液桶中，不得隨意倒入下水道。

2.3 規范實驗報告的書寫，積極改革實驗考核方式

為了提高學生對水分析化學實驗的重視，采用統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一標準。實驗報告撰寫嚴格按照實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗結果等內容進行撰寫。同時，例舉出實驗過程中用到的實驗設備、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據及其計算方法、步驟，使學生掌握原始數據的處理能力和分析數據的能力。

例如：采用酸堿滴定法測定水中的堿度、絡合滴定法測定水中的硬度、重鉻酸鉀法測定水中的化學需氧量等水質指標時，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據(標準液濃度、標準液的滴定體積等)逐個進行審查，從而避免學生提交的實驗報告千篇一律。同時，為了引起學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 結語

水分析化學是給排水科學與工程專業的主干課程之一，而實驗教學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實驗教學存在的主要問題，同時從水分析化學實驗教學內容、教學方法和實驗考核方式三個方面完成實驗教學的改革，有利于該專業學生更好的掌握和理解水分析化學實驗，獲得扎實的實驗技能，為以后的學習和工作打下堅實的實驗基礎。通過對水分析化學實驗教學的探索，并在具體的實驗教學過程中逐漸實施，逐步建立具有水分析化學學科素養的給排水科學與工程專業培養規范，為新時期生態文明建設培養合格的拔尖創新人才奠定堅實的基礎。