水分析化学课程实验教学改革及建设

摘要:水分析化学是给排水科学与工程专业的基础课程，其中水分析化学实验具有很强的应用性和实践性，通过对水分析化学实验教学过程中存在的主要问题进行分析，针对现有水分析化学实验教学存在的学生不重视实验课程，教学模式和教学方法单一，实验考核方式不合理，疏忽过程管理等问题，提出从实验教学内容、教学方法、考核方式等方面进行改革，为新时期生态文明建设培养合格的拔尖创新人才奠定坚实的基础。

关键词:新工科，给排水科学与工程，实验教学改革

给排水科学与工程专业对缓解水体环境污染、水危机和建设生态文明肩负重大的社会责任。在新的时代背景下，该专业作为传统的工科专业，积极顺应时展，围绕以影响国家重大需求和国民经济发展的水环境问题开展研究［1］。《水分析化学》作为给排水科学与工程专业指导委员会制定的十门骨干课程之一，该门课程在本专业的学习过程中具有举足轻重的地位。《水分析化学》主要是分析水及其杂质、各种污染物的性质、组成、含量以及构建其分析方法的一门专门学科。在国民经济发展各个领域肩负重要的使命;在水体环境污染治理与监测的过程中起着“眼睛”和“哨兵”的作用［2］。给排水设计、水环境评价、水处理工艺、废水资源化利用等等都必须以水质分析为依据，作出正确的判断和评价。因此，《水分析化学》是给排水科学与工程、环境工程、环境科学等专业的基础课程［2］。《水分析化学》课程面向给排水科学与工程专业本科二年级的第二学期开设，其中理论教学环节为32学时，实验教学环节为16学时。其中实验教学环节主要以学生亲自实践为主，是对学习理论知识的巩固、复习以及在实践过程中的应用。在新时代工科背景下，实验教学环节对培养适应时展的创新型人才方面具有很重要的作用［2，3］。《水分析化学》实验具有很强的应用性和实践性，不仅使本专业的学生加强对基础理论知识的理解，同时也培养本专业学生的实践创新能力起着关键的作用。通过实验课程的学习，该专业的学生能掌握相关的实验操作技能，对后续专业学位课程的学习及今后可能从事的研究工作具有非常重要的作用［4］。

1水分析化学实验教学存在的主要问题

1．1学生不重视实验课程。大学本科教育存在的普遍问题是学生对实验课程重视程度不够，大部分学生认为只要学好理论知识就能够适应未来的科研和工作。当然，《水分析化学》课程也存在类似的问题。由于实验课程是从属于《水分析化学》理论教学课程，所以并未引起该专业学生的重视。这就造成学生对做实验的兴趣不高，学生在实验之前没有巩固和复习理论知识、没有进行预习和真正理解每个实验的基本原理、目的以及实验的操作步骤;在实验过程中，做实验时不够认真、随意操作的可能性很大、没有严格按照具体的实验步骤进行操作，造成化学试剂浪费严重;实验结束之后，学生对实验过程中产生的废液随意倾倒，造成排水管道腐蚀严重，实验数据随意记录和篡改;部分学生在撰写实验报告时格式不统一、随意篡改实验数据，甚至于抄袭别人的实验报告，使得该课程的实验课程无法达到应有的教学目的和要求。1．2教学模式和教学方法单一。实验教学过程多采用传统的教学方法“老师讲具体的实验原理学生听、老师示范实验操作步骤学生看、学生分组做实验老师管理、做完实验写实验报告”［3，5］。实验前的准备工作，没有学生的参与，比如:实验之前玻璃仪器的校正和洗涤、分光光度计以及pH计的校正、水样的采集点位的布置、采集仪器使用、预处理及其保存方式、实验标准溶液的配制与标定等等工作均是由实验老师完成［3，5］。学生没有掌握实验前准备过程中的注意事项和具体步骤，造成学生上实验课时只需要按部就班的跟着实验指导书的具体步骤和操作进行实验。在此种教学模式下，很多学生被动接受实验步骤和过程，没有理解实验原理和目的，对实验得出的数据不会分析原因，实验过程中遇到的小问题无法及时解决，很难培养出具备独立从事相关工作的能力。1．3实验考核方式不合理，疏忽过程管理。目前，水分析化学实验课程的考核方式主要由考勤占30%、实验报告占70%两方面构成，学生只要按时上课、做实验，并提交按时实验报告，基本都能顺利通过考试。在此种考核方式下，出现部分学生存在懒惰思想，未进行实验操作或很少动手做实验;随意抄袭别人的实验报告和拼凑实验报告以应付老师的考核等情况出现［5］。实验操作过程中疏忽了培养学生良好的操作技能和操作规范，很大程度上影响了学生在实验过程中未按照实验操作规范进行操作，很难培养出具备独立从事科研工作的能力。在此种考核方式下，学生的实验成绩很难真实反映学生的实际操作技能和操作水平［5］。1．4化学试剂浪费严重，产生的废液随意倾倒。近年来，随着高校招生人数的不断增加，实验课程过程中玻璃仪器、试剂、药品等消耗不断增加。由于学生对水分析化学实验不够重视、实验操作未按照规范进行操作，造成玻璃仪器损坏、化学试剂浪费严重等情况产生。例如:有的同学在取标准溶液时，将过量的标准溶液带到自己的小组，未用完的试剂直接倒入水槽;有的同学在实验过程中，由于实验操作未按照规范进行，造成滴定管玻璃活塞无法旋转而漏液;还有的同学在称取少量药品时，由于操作电子天平不熟练，将过量的药品放入天平中，造成药品浪费;还有的同学在配制标准溶液时，对容量瓶的使用规范不熟悉，造成配制溶液过程中漏液。还有部分同学做完实验后，未按照要求将实验过程中产生的废液收集到制定的容器中，而是将废液直接倒入下水道中，造成排水管道腐蚀和水体污染。例如:污水化学需氧量测定实验过程中，需要重铬酸钾和浓硫酸作为强氧化剂氧化污水中的有机物。该实验过程中产生大量的含重金属铬的强酸性废水，如果直接倾倒入下水管道中，将对排水管产生严重的腐蚀，同时重金属铬对水体造成重大污染。

2水分析化学实验教学改革探索

2．1认真遴选实验教学内容。水分析化学实验教学内容的遴选，既要满足基本理论知识的巩固与延伸和基本实验操作技能的培养，又要到达学生对所学知识的创新创造能力的培养。实验项目的选择应符合给排水科学与工程专业的特色，以实际工作中常用的检测指标作为培养本专业特色技能人才作为重点，达到实验内容与基本原理、基本理论和基本实验操作紧密联系的目的。例如本专业开设实验:水中碱度的测定(酸碱滴定法)、水中硬度的测定(络合滴定法)、水溶溶解氧的测定、水中化学需氧量的测定、分光光度法测定水中铁等实验。在学生开始做实验之前，老师会将本实验涉及到的实验仪器、设备的基本操作规范和注意事项进行讲解和演示。例如:电子天平、容量瓶的使用及注意事项;酸式滴定管和碱式滴定管的区别、使用及注意事项;标准溶液配制步骤及其注意事项;腐蚀性试剂(硫酸、盐酸等)使用过程中注意事项;玻璃仪器的使用条件及范围、洗涤等。使学生对基本的设备、仪器使用做到心中有数，避免学生害怕损坏实验仪器和设备，不敢进行实验操作的情况出现。2．2改革传统的实验教学方法，采用灵活多样的教学方法。高效率且科学的实验教学方法是《水分析化学》实验成功运行的重要保障。在传统的实验教学过程中主要是:学生事先预习实验原理、实验目的、实验步骤等知识，老师在课堂上进行讲解和实验示范，学生进行实验操作，根据实验过程、步骤、现象、结果进行总结并撰写实验报告［6-8］。目前，大部分高校都采用这种实验教学方式，而这种实验教学方法中，依旧采用机械式的和填鸭式的教学模式，无法从根本上改善学生的积极性，造成学生实验学习和操作过程中无法达到教学目的和要求［7-10］。在实验教学过程中，采用多种教学方法的灵活应用，以培养学生的动手能力、实验操作能力为主;同时，培养学生对理论知识的巩固和回顾;积极引导学生进行实验设计的能力，培养学生具备创新、科研的能力［7，9，10］。例如:利用水质工程学实验室大型水箱中模拟水库、河流水样采集，让学生掌握水库、河流水样采集的基本原则及水样采集器的使用及注意事项;掌握水样预处理的原则、方法及保存方式;实验结束后，可以布置关于实验基本原理的问题，让学生在实验后进行回顾和复习;实验过程中，可以对各小组的每个同学布置实验任务，每个同学都有具体的任务分工，通过团队合作的方式共同完成实验内容。实验完成后，由各组的小组长将产生的废液统一回收至废液桶中，不得随意倒入下水道。2．3规范实验报告的书写，积极改革实验考核方式。为了提高学生对水分析化学实验的重视，采用统一的实验报告模板进行撰写，有利于教师在评判实验报告时统一标准。实验报告撰写严格按照实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果等内容进行撰写。同时，例举出实验过程中用到的实验设备、仪器及试剂;写出每个实验步骤的注意事项。实验报告中要求写出带入原始数据及其计算方法、步骤，使学生掌握原始数据的处理能力和分析数据的能力。例如:采用酸碱滴定法测定水中的碱度、络合滴定法测定水中的硬度、重铬酸钾法测定水中的化学需氧量等水质指标时，需要计算出标准液的浓度;采用分光光度法测定水中的铁，需要建立标准曲线。实验过程中，由老师对每组实验的实验数据(标准液浓度、标准液的滴定体积等)逐个进行审查，从而避免学生提交的实验报告千篇一律。同时，为了引起学生对撰写实验报告的重视程度，将原来的考勤占30%、实验报告占70%，改为考勤占20%、实验报告占80%。

3结语

水分析化学是给排水科学与工程专业的主干课程之一，而实验教学又是该门课程的重要组成部分。本文初步分析了水分析化学实验教学存在的主要问题，同时从水分析化学实验教学内容、教学方法和实验考核方式三个方面完成实验教学的改革，有利于该专业学生更好的掌握和理解水分析化学实验，获得扎实的实验技能，为以后的学习和工作打下坚实的实验基础。通过对水分析化学实验教学的探索，并在具体的实验教学过程中逐渐实施，逐步建立具有水分析化学学科素养的给排水科学与工程专业培养规范，为新时期生态文明建设培养合格的拔尖创新人才奠定坚实的基础。

参考文献:

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［4］周鸿，方茜，赵晴，等．水分析化学实验教学中常见问题剖析及对策［J］．广州化工，2019，47(21):177-178．

［5］方志荣，曹宇．以“学生为主体”的水分析化学实验教学方式改革探索［J］．西昌学院学报(自然科学版)，2020，34(3):121-124．

［6］江泓，张志秋，张梅，等．大学化学实验教学的探讨与创新［J］．教育教学论坛，2018(45):279-280．

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［8］郭亚杰，王广健，张振新，等．大学化学专业实验教学新理念的构建［J］．实验室研究与探索，2006(9):1046-1047

［9］强根荣，曾秀琼，杨振平，等．工科专业化学实验新型教学模式的构建与实践［J］．实验室研究与探索，2018，37(9):236-239．

［10］黄斌，姚金环，杨建文，等．科研项目与大学化学实验相结合的教学改革探索［J］．高校实验室科学技术，2019(4):19-20．

作者:唐 建 唐恒军 司马卫平 梁 超 万 珊 廖 熠 单位:四川轻化工大学土木工程学院