水分析化學教學討論與改進

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[摘要]水分析化學教學過程中，在水體污染和受污染水樣的“思政式”引導下，學生直觀地感受到水污染狀況，進而引發學習興趣及討論。將學生分為不同的項目監測小組，通過小組討論與集體學習，進行水質監測分析所需預備知識的獲得及分析測試的實驗前準備。各小組自行取得感興趣的水樣，而后結合水分析化學理論教學和課內實驗，依據綜合性、探究性、實用性等實驗要求設計實驗大綱、制定實驗步驟，并按照水質分析和評價的一般程序組織實驗過程，最后完成水質評價報告。通過模擬水質監測工程項目培養學生解決實際工程問題的能力和創新意識，同時也實現了水分析化學課程工程教育認證的要求。

[關鍵詞]水質監測；水分析化學教學；工程教育；給排水科學與工程專業；水處理

水分析化學是給排水科學與工程專業開設的一門專業基礎課程，是給排水專業的必修課。本課程的主要目的是培養學生綜合運用理論知識進行水的各項指標的測定，培養學生的技術應用能力。傳統的水分析化學教學分為理論教學與實驗教學兩個部分，通常學完一個模塊的理論知識，而后進行本模塊內容的實驗驗證，實驗內容偏重于理論知識的驗證或獨立水質指標的測定，課內實驗與工程實際之間缺乏有機的相互聯系，學生畢業后拿到一個水質監測工程任務時依然茫然不知從何開始。水質監測項目是一個綜合性、系統性的工程，涉及分析測試前的準備、測試過程及數據處理等多個環節，但是通觀國內給排水科學與工程專業的培養大綱及水分析化學課程的教學大綱，很少有涉及實際水質監測工程項目的規范化培養和訓練，導致本專業學生在畢業后難以完成實際水質監測任務。因此，在水分析化學課程的教學過程中進行水質監測工程項目的培養和訓練是新時期工程教育認證的關鍵[1]。但是，在教學改革的現狀下，授課學時越來越短，而水分析化學基礎教學內容不減的條件下，如何實現對學生的工程化訓練是水分析化學教學改革必須要解決的緊迫問題。

1水質監測工程項目的“思政式”引出

短學時條件下，傳統的教學方式已經難以完成新時代的教學任務，與此同時，工程教育認證環節還要加入水質監測知識的工程性訓練，因此，探索以學生為主體的水化學課堂教學是完成本教學任務的關鍵[2]。我們在教學實踐中，一改傳統的學生被動接受的教學模式，采用“專業思政式”教學方式，在第一堂課播放水體污染的視頻資料(如滇池水華發生時的綠色水體現象)，取一個身邊的污染水樣，對學生進行“洗腦式”引導，讓學生切身地感受到水體污染現狀，并引發討論與思考。進而提出水體污染程度如何？可以采用哪些指標進行恒量？這些指標如何測定？等問題，引導學生集體進行討論，從而形成學生對水質監測工程問題的概念，并引起學習興趣。

2水質監測工程項目所需知識的“引導式”學習

水質監測項目屬于應用性較強的系統性知識的應用，傳統的水分析化學的教學內容主要是基本的分析理論與實驗，顯然這些教學內容無法涵蓋水質監測項目的全部知識，需要補充從代表性水樣的采集與預處理、水樣的運輸與保藏到分析化驗器皿的準備、試劑的配制與儲存等多個環節的知識。受限于教學改革條件下的短學時教學問題，授課時間內無法完成如此大量的知識學習，因此這些知識需要通過自學的方式獲得。而“引導”學生的學習興趣，形成自主學習的興趣與習慣是獲得水質監測系統性知識的關鍵。教學實踐中，我們在第一堂課上除調動學習興趣外，第二個主要任務是對開展水質監測項目應掌握知識進行系統性的自主學習引導，布置學習任務及學習計劃，制定不同階段應掌握的理論與實踐知識，下達考核任務及目標，并在隨后的授課與實驗時間點督促學生完成階段性學習目標[3]。

3理論教學與水質監測分析工程項目相結合

水分析化學理論教學內容偏重于分析方法原理知識的教授，課內實驗內容偏重于理論知識的重現與驗證，對于綜合性水質監測項目的教學內容則較少涉及。水質監測工程項目偏重于分析化學知識的綜合運用，因此，傳統水分析化學教學與實驗無法滿足水質監測工程項目的開展，需要對授課方法與模式進行相應的改革。實踐中，我們采用“任務式”教學法，將課程學習內容分為不同的教學模塊。每個模塊設定不同的任務點，完成任務后方能進入下模塊的學習內容。如學習水分析測量的質量保證模塊之前，需要先學會分析化驗器材的準備與處理、分析天平的使用與注意事項、藥品的稱量等知識并考核過關。又例如在進入酸堿滴定法的教學模塊前應先學習采樣點的布置與設計、水樣的采集、預處理、水樣的保藏等理論與實驗知識，并學會純水的制備及特殊要求用水的制備及標準溶液的配制等實踐內容。通過這些理論性、實踐性知識的課外補充，使學生在進入新模塊理論或實踐前掌握了先學知識，為新模塊學習與實踐操作打好了良好的基礎。

4水質監測工程項目與水分析化學實驗相結合

水質監測工程項目的應用性很強，是水分析化學理論與實驗知識系統性、綜合性的應用，完成一個水質監測項目的工作量較大，而水分析化學實驗時間顯然不能夠滿足水質監測項目的開展。教學實踐中，我們將所有水分析化學實驗均按照水質監測項目的要求來完成。將水分析化學實驗依據綜合性、探究性、實用性等要求，結合實際工程中水質監測項目的要求和步驟，按照水質分析和評價的一般程序組織實驗教學，從而培養學生解決實際工程問題的能力和創新意識[4-5]。教學實踐中，按照興趣與任務相結合的模式實施實驗，在第一次實驗前兩周下達任務指導書，指導書詳細列出實驗前應掌握的理論和實踐知識，實踐中第一次實驗為綜合性操作實驗，包括實驗器材的準備及清洗、分析天平的準備及使用、藥劑的烘干、稱取及溶解配制、實驗用純水或特殊用水的制備、水樣的獲取及保藏等實踐性較強的內容。學生自行組成不同的興趣小組，每組選擇感興趣的受污染水體，進行水樣點的布設，并按照標準方法獲取代表性水樣。同時還應對水樣進行預處理，并保藏以備后續實驗。之后的水分析化學實驗均與水質監測項目相結合，以第一次實驗所保藏的水樣為實驗對象，開展課堂實驗。與傳統水分析化學實驗課不同的是，以實際受污染水樣進行測定的過程中會產生較多的異常發生，如實驗觀測效果與理論存在差異、終點不明顯、誤差較大等現象，因此需要學生在實驗時做好實驗過程和現象記錄，教師在學生實驗過程中及時發現問題，并能夠給予學生正確的指導或引發學生的討論與思考。實驗教學結束后要求學生能夠對所取的水樣進行水質評價，提交一份水質監測報告。學生通過小組討論，自主查閱資料，獨立進行綜合性、實踐性實驗方案的設計等全過程的水質監測工程訓練，能深刻地理解水分析化學課程的教學和水質指標監測原理，掌握常用水質指標測定方法，能較熟練、準確地進行水質化學分析和操作儀器分析設備，規范記錄和處理實驗數據，最終能夠較規范地編寫水質監測報告，以達到給排水科學與工程專業的工程教育的目的。

5水質監測實驗過程中的師生討論與改進

在實驗前的準備階段及后續實驗過程中，學生按照學習興趣分成若干個實驗小組，小組成員共同學習預備知識，共同討論及分工查閱資料，準備實驗方案。教學實踐表明，在前期受教學視頻、受污染水樣以及感同身受的環境污染大背景下，學生對水質監測項目的關注熱情很高，提出的水質監測方案、實驗設計方案非常豐富，針對性地提出了多樣化的水質監測方案，信息點較多。在后續小組討論、教師及實驗員指導的共同作用下，每組學生根據實驗室條件和所學知識不斷改進實驗設計方案，其合理性及可操作性均得以不斷完善，最終圓滿完成了水分析化學課的實驗教學，并實現了水質監測實際工程項目的實踐過程，加深了學生對水分析化學專業知識綜合化和系統化的理解，進一步強化了對給排水科學與工程專業的社會化理解[6]。

6結束語

興趣是學習的動力，提高學習興趣是水分析化學學習的關鍵，而興趣與現實結合是成功培養學生在水分析化學學習過程中獲得水質監測項目工程性教育的最終途徑。在水分析化學的教學過程中，通過“思政式”和“引導式”方法使學生從自學水質監測實驗的前期理論知識，器材、藥劑的準備等實踐操作知識，到組成興趣小組進行文獻資料查閱、自主尋找感興趣的監測水樣、設計實驗方案到實踐水質監測方案，最終出具水質評價報告，整個過程完成后，相當于進行了一個完整的水質監測工程項目。這樣進行水分析化學的教學過程，不僅提高了學生理論知識的學習熱情，調動了學生的實踐操作興趣，培養了學生的實踐操作技能，同時也滿足了學生對所學知識用于解決實際工程問題的渴望，實現了給排水科學與工程專業工程教育認證中的培養要求。

參考文獻

[1]邱學青，李正，吳應良．面向新工業革命的工程教育改革[J]．高等工程教育研究，2014(5)：5-14．

[2]吳寶華，張輝，牟宏晶．基于工程教育認證的分析化學實驗教學改革[J]．黑龍江教育(高教研究與評估版)，2019(12)：32-33．

[3]吳淑琰．綜合設計性水分析化學實驗教學實踐[J]，化學教育，2017，38(6)：47-49．

[4]王益林，文輝忠，舒馨，等．基于學生參與的分析化學實驗教學[J]．廣州化工，2017，45(12)：137-138．

[5]張樹永，張劍榮，陳六平．化學類專業實驗教學改革的進展、趨勢與重點[J]．大學化學，2016，31(9)：1-6．

[6]王淑芳，金涌．大工程觀教學理念下工程教育課程體系與教學改革[J]．化工高等教育，2011，28(1)：13-19．

作者：胡曉蓮 王西峰 鄧仁健 單位：湖南科技大學