地質類專業水環境測試分析實驗教學認識

摘?要：水環境測試分析是地質類專業一項重要的實踐教學內容，對專業高素質人才培養具有重要作用。實踐教學中面臨傳統測試方式與現代集成式儀器測試手段并重挑戰，教學過程中需要兼顧傳統水質測試方法教學，與現代全元素測試方法相結合，提升學生的認知和實操能力。同時，還要做好虛擬場景式教學開發與實驗室建設工作，從而進一步提升學生應用層面的實踐能力，激發學生的創新意識。通過深度融合課程思政與實驗教學內容，積極引導學生樹立尊重自然的理念，切身投入水環境保護工作，以期培養適用于社會發展需要的全能型高素質人才。

關鍵詞：水環境測試；實驗教學；虛擬場景；地質類專業

文獻標識碼：A

Understanding?of?Water?Environment?Test

and?Analysis?Experiment?Teaching?in?Geology?Specialty

Yu?Dengmei

School?of?Earth?and?Environment，Anhui?University?of?Science?and?Technology?AnhuiHuainan?232001

Abstract：Water?environment?testing?and?analysis?is?an?important?practical?teaching?content?for?geological?majors，which?plays?an?important?role?in?the?cultivation?of?professional?highquality?talents.In?practice?teaching，we?are?faced?with?the?challenge?of?both?traditional?test?methods?and?modern?integrated?instrument?test?methods.In?the?teaching?process，we?need?to?take?into?account?the?traditional?water?quality?test?method?teaching，and?combine?it?with?the?modern?allelement?test?method?to?improve?students'?cognitive?and?practical?abilities.At?the?same?time，we?should?also?do?a?good?job?in?the?development?of?virtual?scenariobased?teaching?and?laboratory?construction，so?as?to?further?improve?students'?practical?ability?at?the?application?level?and?stimulate?students'?innovative?consciousness.Through?the?deep?integration?of?ideological?and?political?teaching?and?experimental?teaching?content，students?are?actively?guided?to?establish?the?concept?of?respecting?nature?and?personally?invest?in?water?environment?protection，in?order?to?cultivate?allround?highquality?talents?suitable?for?the?needs?of?social?development.

Keywords：water?environment?test；experimental?teaching；virtual?scene；geology

人類的生活和生產活動與水息息相關，水質的優劣對人類生活及生產工藝與質量控制影響重大。水環境測試分析是水文地質、水文地球化學、地質工程及環境工程研究的重要組成部分，其目的在于利用化學和物理方法測定水中各種化學成分的含量，獲取所研究水體的數據，確定水中所含物質和化學成分含量，為水文地質、地質工程及環境質量評價提升等工作開展提供基礎資料［14］。該課程極具實踐性，對鞏固和提高專業基礎課的知識體系具有重要作用。通過該門實驗課程的學習，可以對學生的專業素養、實操能力進行有效提高，從而進一步提高學生的實驗技能，并具備解決生產、生活中水質分析的能力，同時形成規范的實驗操作步驟，為接下來地質工程、環境工程等專業基礎課程學習積淀良好的知識體系。

水環境測試分析工作是水文地質、環境地質工作開展的重要組成部分，是進行水質評價和環境質量評價的主要手段。水環境測試分析方法主要包括兩大類，其一是化學分析法，該方法主要基于化學反應原理開展相關檢測工作，其優點顯著，實驗過程相對簡單且相關檢測費用明顯低于其余手段，在特定的檢測中發揮不可替代的作用。因此，在早期的實驗教學中主要以該方法為主，進行相關的教學和實操演示［5］。然而隨著科學技術的進步，先進制造業逐漸代替傳統的手工業，機械自動化生產規模逐漸擴大，大量的化工原料進入生產車間，相關尾料、廢料等排放至生活環境中。基于此，人類生產活動空間范圍內包含的污染物其種類繁多且數量巨大，同時微生物的繁殖能力異常顯著，導致其變異不可控。針對污染源的穩定性差、變異性強等特點，相關常規的檢測手段將難以滿足精準化測量需求，這就需要第二種檢測方法即儀器分析法進行深度檢測。儀器分析法主要基于先進的精密化設備，對相關污染源進行深度分析和檢測，從而給出定量化檢測結果，為實驗人員的進一步判斷分析提供基礎可靠的技術參數。因此該方法已經成為目前水環境檢測分析法的主要生力軍，在中高等教學實驗中，教學人員及機構應充分考慮兩類方法在教學目標中的權重，合理分配教學時間。一方面需要講授化學分析方法的原理，另一方面更需要注重培養學生對于儀器分析的實操能力，學以致用，提升學生解決復雜環境問題的理論與實踐結合的能力。

同時，隨著水環境中污染物成分的復雜多變，以及相關標準的進一步提高，導致目前現有的相關方法和測試手段難以滿足日常需求。因此，亟須研發一種智能化、精密化的水質分析檢測裝備，逐步實現自動監測、智能分析、主動預警等功能，從而為教學及生產提供科研支撐，發揮課程的創新性和實用性。文章結合水環境測試分析實驗的教學內容及其過程，分析存在的問題，提出認識，可為同類實驗類課程教學提供參考。

1?水環境測試分析實驗教學現狀

水環境測試分析方法的選擇需要考慮許多因素。分析時應按照被研究水樣組分情況，共存物的種類、含量，結合分析目的等選擇適合的方法。其分析過程包括取樣、測試及數據整理等全過程，它不僅依賴于試驗設備、環境條件、操作人員技術水平，更重要的是分析方法的選取。因此，獲得準確、可靠的分析結果與水環境分析方法的正確選擇息息相關，正確、合適的分析方法能夠高效地發揮其在生活、生產中的“眼睛”作用。

1.1?水環境監測實驗教學主要內容

實驗教學中，水分析常用方法主要包括化學分析法和儀器分析法?；瘜W分析法又稱之為經典化學分析法，其起源較為久遠，為人類生活生產提供了堅實的基礎，同時也是分析化學的基礎課程?；瘜W分析法主要是利用現有一種已知其化學成分的物質，將其與待檢測源進行充分融合進行化學反應，從而將形成一種或多種新生物質，通過對新生物質的相關成分進行分析，進一步確定檢測源中存在何種物質，并確定該物質的組分、含量等物理化學參數。同時化學分析法又可以分為以下兩種方法，包含重量和滴定［5］。重量分析法主要用于水中不可濾殘渣或懸浮物、總殘渣、總殘渣灼燒減重、CCE、Ca2+、Mg2+、可溶性SiO2、硫酸鹽等的測定。滴定分析法又稱之為容量分析法，主要是將分析物質與一種已知成分、性質和含量的試劑溶液進行反應，從而產生新的物質，進一步確定分析物質的成分等參數。

儀器分析法主要以物理儀器為手段，基于現有的相關設備對待測水源中的相關物質化學和含量進行精密檢測。目前，相關檢測設備種類繁多，但是相關的檢測原理基本均是以物理化學為基礎開展相關工作。根據檢測原理不同，可將其分為光學、電化學、色譜、質譜及放射化學等不同種類?，F階段，該方法被實驗人員廣泛地用于水環境檢測，主要可對水中K、Ca、Na、Mg等物質含量進行定性、定量分析，同時對于地下水源中的酸堿度、亞硝酸鹽等有害物質含量可進行常規檢測與分析。

上述水化學分析實驗方法是目前開展室內實驗主要的工作內容。在常量分析中由于滴定分析法是一種操作簡單、快速和應用廣泛的定量分析方法，也是實驗室中最常用的定量方法，同時也是便于學生深刻理解與掌握的一種分析方法，因此教學中重在原理過程與實操應用。而儀器分析方法是現代測試基礎，其教學重點是儀器功能與原理，高精度需求等操作應用。本實驗教學需結合每一種方法進行環節教學，讓學生熟悉和操作完成相應的指標測試內容。

1.2?存在問題與不足分析

針對當前地學專業特點，水環境測試分析實驗教學在教學內容、方式、環節及實踐等過程中，還存在相應的不足。主要表現在以下幾個方面：

其一是教學內容上專項設計性教學弱。地學類專業包括資源勘查工程、地質工程、勘查技術與工程、地下水科學與工程等，其方向具有差異，教學時其內容設計與側重點不同，需要把握水環境測試分析的點和面、廣度和深度等關系，達到不同專業需求目標。進一步凝練專業性、針對性教學內容，提高水環境測試分析實驗教學的普適性。

其二是教學方式上時代需求性創新少。由于人們對水環境的認識程度提高，水環境測試到監測涉及諸多內容和環節，提升授課先進手段，做好傳統水化學分析與儀器分析的有機結合，不斷提升學生的實踐教學效果。做好個體和集體合作實驗的內容分配與督促，培養團隊精神等。同時，需結合當下先進的監測、監控設備進行典型案例教學，進一步激發學生的主觀能動性和創新性。

其三是教學環節上全時過程性布置弱。水環境分析內容豐富，過程較多，在教學過程中，需要善于把握實驗過程、報告完成、實驗評價等各個細節，提升學生對實驗內容的運用效果。同時，還需要注重教學過程的直觀性，授課教師需要以示范教學方法為主，引導學生積極主動地感知、理解和鞏固相關內容。從而進一步實現教學結果向教學過程的轉變。

其四是教學實踐中自主開放性教學少。作為地學基礎實驗，水環境分析實驗過程中學生的創新能力培養，可通過開設探索開放實驗，引導學生自主設計實驗內容，團隊協作完成任務，特別是圍繞水環境分析實驗的測試與監測手段，進行創新設計與制作等，提升實驗內容的附加教學效果。

2?水環境測試分析實驗教學認識

隨著實驗教學儀器設備智能化、一體化程度增加，水質分析實驗過程的完整性、可操作性在逐步降低，對學生的實驗教育作用能力有限。針對現有的實驗教學現狀，可從以下三個方面考慮，逐步改善和提高教學質量。

（1）聚焦水化學分析實驗重點內容，提升實驗的溯源性、原生態型，增強學生對理論基礎知識的掌握程度。通過梳理水環境測試分析實驗重點內容，厘清其所需的理論基礎，結合實驗過程與細節，加深學生對水環境參數的了解與掌握，調動學生專業學習積極性，最大限度開發學生的潛能。同時，實驗教學中通過理論與實踐相結合，可更好地提升學生對水環境質量的理解和認識，更好地服務生活及工業生產需求。

（2）健全水分析儀器設備系統建設，做到常規測試與多因素測試同步實驗，提升學生對實驗全過程的掌握力度。水環境分析內容多，隨著環境監測任務和質量的提升，要求測試與監測的指標增強，因此，加強實驗室建設，擴充儀器設備的數量和類型，是做好實驗教學的基礎。同時，對于應急型的水質快速分析裝備也需要不斷加強，目的為了水環境快速分析、水害發生時的源頭判識等，這些要求需要在實驗教學中給予展示，讓學生擴充知識面，擴大視野，做好全過程實踐，為后續實際工作打下堅實基礎。

（3）推進地學實踐類課程水環境測試與監測的虛擬實景式教育場景，提升學生對水環境分析的系統認識和思考。隨著科學技術和手段的不斷進步與更新，地學實踐類課程的授課也需要不斷提升，特別是數字化、智能化環境建設時期的到來，要求實驗教學也能跟上步伐。依托淮河或是水利工程實踐場景，構建水環境野外實際監測系統，建設虛擬實景式教學模式是一個重要的發展趨勢。同時需要做好大數據的實時動態分析算法及軟件處理平臺的建設，提升學生面上的認識和思考升級空間，有利于學生更好地開展高科技工作狀態能力培養。

（4）完善水環境分析實驗教學考核評價機制，師生互動互融，激發學生的創新意識和主觀能動性。傳統的水化學分析實驗教學考核以提交實驗成果表和實驗數據為主，其考核評價指標相對單一，考核機制不夠嚴謹，常常忽略學生實驗過程中的動手實操表現。因此在現行考核機制基礎上，應著重強調學生的實驗室操作與數據分析能力，以及創新能力。其評分可包括：課堂考勤、實驗方案制定、實驗操作能力及報表分析、課后小結作業、實驗報告編制，以及少量自主探索設計實驗等，根據地學專業情況設置其百分比，實現全面考核。

（5）深度融合課程思政與實驗教學，切實加強學生樹立尊重自然的觀念。水環境測試分析與人類生活息息相關，實驗教學過程需要有機結合“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，同時需要深入闡述習近平總書記關于生態文明建設的重要論述。期間，教師可通過實操、視頻講解等生動教學方式教導學生要培養嚴謹求實的科研精神，認真對待每一步實驗過程，鼓勵學生積極投入生態文明建設，從身邊做起，保護飲用水源，切實加強環境保護意識。

結語

水環境測試分析是地質類專業教學中一項重要內容，同時由測試到監測更是技術發展趨勢。實驗教學中必須把溯源與前瞻有機融合，教會學生地學要素相關測試原理與方法，為后續工程問題研究提供手段。

從教師層面，在實驗教學過程中必須把握前沿與實際，扎實做好水環境測試分析實驗過程，創新授課與操作方法，提升學生的認知度、掌握度及熟練度，激發學生的主觀能動性。同時，要積極提升現代化教學水平，做好特殊情況期間的遠程實驗操作教案與教學研究，以備使用，同時還需深度融合課程思政內容，培養學生的環境保護意識。

從教學單位層面，要把現代一體化智能水質分析實驗室建設放在首位，做到常規與全元素測試儲備，擴展學生知識面。構建完備的硬、軟件教學體系，特別是虛擬場景式教學，以及結合學科專業，特別是結合學校所在省地的淮河、巢湖等重點水域環境監測，做好遠程水質測試分析等工作，不斷提升教學實效。

總而言之，地學專業教學重在實踐。水質分析實驗是眾多實踐教學課程中的一門，其經過多年發展，逐漸從測試手段單一性到智能性轉化，教師要緊跟時代步伐，做好全方位技能儲備和應對，提升實踐教育教學質量，為提升學生實踐教學成效做出新貢獻。

參考文獻：

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［3］孔妍，張全偉，曹穎.濟寧市部分地區工業鍋爐水質情況調查分析［J］.清洗世界，2021，37（12）：9293.

［4］吳丹，胡瑩露.EDTA滴定法測水總硬度實驗方法［J］.實驗室研究與探索，2021，40（6）：5963+123.

［5］夏淑梅.水分析化學［M］.北京：北京大學出版社，2012.

資助項目：安徽理工大學校級教學改革項目，編號2021xjjy04

作者簡介：虞登梅（1972—?），女，江蘇徐州人，本科，助理實驗師，主要從事水環境實驗教學和管理工作。