地质类专业水环境测试分析实验教学认识

摘 要：水環境测试分析是地质类专业一项重要的实践教学内容，对专业高素质人才培养具有重要作用。实践教学中面临传统测试方式与现代集成式仪器测试手段并重挑战，教学过程中需要兼顾传统水质测试方法教学，与现代全元素测试方法相结合，提升学生的认知和实操能力。同时，还要做好虚拟场景式教学开发与实验室建设工作，从而进一步提升学生应用层面的实践能力，激发学生的创新意识。通过深度融合课程思政与实验教学内容，积极引导学生树立尊重自然的理念，切身投入水环境保护工作，以期培养适用于社会发展需要的全能型高素质人才。

关键词：水环境测试；实验教学；虚拟场景；地质类专业

文献标识码：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

人类的生活和生产活动与水息息相关，水质的优劣对人类生活及生产工艺与质量控制影响重大。水环境测试分析是水文地质、水文地球化学、地质工程及环境工程研究的重要组成部分，其目的在于利用化学和物理方法测定水中各种化学成分的含量，获取所研究水体的数据，确定水中所含物质和化学成分含量，为水文地质、地质工程及环境质量评价提升等工作开展提供基础资料［14］。该课程极具实践性，对巩固和提高专业基础课的知识体系具有重要作用。通过该门实验课程的学习，可以对学生的专业素养、实操能力进行有效提高，从而进一步提高学生的实验技能，并具备解决生产、生活中水质分析的能力，同时形成规范的实验操作步骤，为接下来地质工程、环境工程等专业基础课程学习积淀良好的知识体系。

水环境测试分析工作是水文地质、环境地质工作开展的重要组成部分，是进行水质评价和环境质量评价的主要手段。水环境测试分析方法主要包括两大类，其一是化学分析法，该方法主要基于化学反应原理开展相关检测工作，其优点显著，实验过程相对简单且相关检测费用明显低于其余手段，在特定的检测中发挥不可替代的作用。因此，在早期的实验教学中主要以该方法为主，进行相关的教学和实操演示［5］。然而随着科学技术的进步，先进制造业逐渐代替传统的手工业，机械自动化生产规模逐渐扩大，大量的化工原料进入生产车间，相关尾料、废料等排放至生活环境中。基于此，人类生产活动空间范围内包含的污染物其种类繁多且数量巨大，同时微生物的繁殖能力异常显著，导致其变异不可控。针对污染源的稳定性差、变异性强等特点，相关常规的检测手段将难以满足精准化测量需求，这就需要第二种检测方法即仪器分析法进行深度检测。仪器分析法主要基于先进的精密化设备，对相关污染源进行深度分析和检测，从而给出定量化检测结果，为实验人员的进一步判断分析提供基础可靠的技术参数。因此该方法已经成为目前水环境检测分析法的主要生力军，在中高等教学实验中，教学人员及机构应充分考虑两类方法在教学目标中的权重，合理分配教学时间。一方面需要讲授化学分析方法的原理，另一方面更需要注重培养学生对于仪器分析的实操能力，学以致用，提升学生解决复杂环境问题的理论与实践结合的能力。

同时，随着水环境中污染物成分的复杂多变，以及相关标准的进一步提高，导致目前现有的相关方法和测试手段难以满足日常需求。因此，亟须研发一种智能化、精密化的水质分析检测装备，逐步实现自动监测、智能分析、主动预警等功能，从而为教学及生产提供科研支撑，发挥课程的创新性和实用性。文章结合水环境测试分析实验的教学内容及其过程，分析存在的问题，提出认识，可为同类实验类课程教学提供参考。

1 水环境测试分析实验教学现状

水环境测试分析方法的选择需要考虑许多因素。分析时应按照被研究水样組分情况，共存物的种类、含量，结合分析目的等选择适合的方法。其分析过程包括取样、测试及数据整理等全过程，它不仅依赖于试验设备、环境条件、操作人员技术水平，更重要的是分析方法的选取。因此，获得准确、可靠的分析结果与水环境分析方法的正确选择息息相关，正确、合适的分析方法能够高效地发挥其在生活、生产中的“眼睛”作用。

1.1 水环境监测实验教学主要内容

实验教学中，水分析常用方法主要包括化学分析法和仪器分析法。化学分析法又称之为经典化学分析法，其起源较为久远，为人类生活生产提供了坚实的基础，同时也是分析化学的基础课程。化学分析法主要是利用现有一种已知其化学成分的物质，将其与待检测源进行充分融合进行化学反应，从而将形成一种或多种新生物质，通过对新生物质的相关成分进行分析，进一步确定检测源中存在何种物质，并确定该物质的组分、含量等物理化学参数。同时化学分析法又可以分为以下两种方法，包含重量和滴定［5］。重量分析法主要用于水中不可滤残渣或悬浮物、总残渣、总残渣灼烧减重、CCE、Ca2+、Mg2+、可溶性SiO2、硫酸盐等的测定。滴定分析法又称之为容量分析法，主要是将分析物质与一种已知成分、性质和含量的试剂溶液进行反应，从而产生新的物质，进一步确定分析物质的成分等参数。

仪器分析法主要以物理仪器为手段，基于现有的相关设备对待测水源中的相关物质化学和含量进行精密检测。目前，相关检测设备种类繁多，但是相关的检测原理基本均是以物理化学为基础开展相关工作。根据检测原理不同，可将其分为光学、电化学、色谱、质谱及放射化学等不同种类。现阶段，该方法被实验人员广泛地用于水环境检测，主要可对水中K、Ca、Na、Mg等物质含量进行定性、定量分析，同时对于地下水源中的酸碱度、亚硝酸盐等有害物质含量可进行常规检测与分析。

上述水化学分析实验方法是目前开展室内实验主要的工作内容。在常量分析中由于滴定分析法是一种操作简单、快速和应用广泛的定量分析方法，也是实验室中最常用的定量方法，同时也是便于学生深刻理解与掌握的一种分析方法，因此教学中重在原理过程与实操应用。而仪器分析方法是现代测试基础，其教学重点是仪器功能与原理，高精度需求等操作应用。本实验教学需结合每一种方法进行环节教学，让学生熟悉和操作完成相应的指标测试内容。

1.2 存在问题与不足分析

针对当前地学专业特点，水环境测试分析实验教学在教学内容、方式、环节及实践等过程中，还存在相应的不足。主要表现在以下几个方面：

其一是教学内容上专项设计性教学弱。地学类专业包括资源勘查工程、地质工程、勘查技术与工程、地下水科学与工程等，其方向具有差异，教学时其内容设计与侧重点不同，需要把握水环境测试分析的点和面、广度和深度等关系，达到不同专业需求目标。进一步凝练专业性、针对性教学内容，提高水环境测试分析实验教学的普适性。

其二是教学方式上时代需求性创新少。由于人们对水环境的认识程度提高，水环境测试到监测涉及诸多内容和环节，提升授课先进手段，做好传统水化学分析与仪器分析的有机结合，不断提升学生的实践教学效果。做好个体和集体合作实验的内容分配与督促，培养团队精神等。同时，需结合当下先进的监测、监控设备进行典型案例教学，进一步激发学生的主观能动性和创新性。

其三是教学环节上全时过程性布置弱。水环境分析内容丰富，过程较多，在教学过程中，需要善于把握实验过程、报告完成、实验评价等各个细节，提升学生对实验内容的运用效果。同时，还需要注重教学过程的直观性，授课教师需要以示范教学方法为主，引导学生积极主动地感知、理解和巩固相关内容。从而进一步实现教学结果向教学过程的转变。

其四是教学实践中自主开放性教学少。作为地学基础实验，水环境分析实验过程中学生的创新能力培养，可通过开设探索开放实验，引导学生自主设计实验内容，团队协作完成任务，特别是围绕水环境分析实验的测试与监测手段，进行创新设计与制作等，提升实验内容的附加教学效果。

2 水环境测试分析实验教学认识

随着实验教学仪器设备智能化、一体化程度增加，水质分析实验过程的完整性、可操作性在逐步降低，对学生的实验教育作用能力有限。针对现有的实验教学现状，可从以下三个方面考虑，逐步改善和提高教学质量。

（1）聚焦水化学分析实验重点内容，提升实验的溯源性、原生态型，增强学生对理论基础知识的掌握程度。通过梳理水环境测试分析实验重点内容，厘清其所需的理论基础，结合实验过程与细节，加深学生对水环境参数的了解与掌握，调动学生专业学习积极性，最大限度开发学生的潜能。同时，实验教学中通过理论与实践相结合，可更好地提升学生对水环境质量的理解和认识，更好地服务生活及工业生产需求。

（2）健全水分析仪器设备系统建设，做到常规测试与多因素测试同步实验，提升学生对实验全过程的掌握力度。水环境分析内容多，随着环境监测任务和质量的提升，要求测试与监测的指标增强，因此，加强实验室建设，扩充仪器设备的数量和类型，是做好实验教学的基础。同時，对于应急型的水质快速分析装备也需要不断加强，目的为了水环境快速分析、水害发生时的源头判识等，这些要求需要在实验教学中给予展示，让学生扩充知识面，扩大视野，做好全过程实践，为后续实际工作打下坚实基础。

（3）推进地学实践类课程水环境测试与监测的虚拟实景式教育场景，提升学生对水环境分析的系统认识和思考。随着科学技术和手段的不断进步与更新，地学实践类课程的授课也需要不断提升，特别是数字化、智能化环境建设时期的到来，要求实验教学也能跟上步伐。依托淮河或是水利工程实践场景，构建水环境野外实际监测系统，建设虚拟实景式教学模式是一个重要的发展趋势。同时需要做好大数据的实时动态分析算法及软件处理平台的建设，提升学生面上的认识和思考升级空间，有利于学生更好地开展高科技工作状态能力培养。

（4）完善水环境分析实验教学考核评价机制，师生互动互融，激发学生的创新意识和主观能动性。传统的水化学分析实验教学考核以提交实验成果表和实验数据为主，其考核评价指标相对单一，考核机制不够严谨，常常忽略学生实验过程中的动手实操表现。因此在现行考核机制基础上，应着重强调学生的实验室操作与数据分析能力，以及创新能力。其评分可包括：课堂考勤、实验方案制定、实验操作能力及报表分析、课后小结作业、实验报告编制，以及少量自主探索设计实验等，根据地学专业情况设置其百分比，实现全面考核。

（5）深度融合课程思政与实验教学，切实加强学生树立尊重自然的观念。水环境测试分析与人类生活息息相关，实验教学过程需要有机结合“绿水青山就是金山银山”的发展理念，同时需要深入阐述习近平总书记关于生态文明建设的重要论述。期间，教师可通过实操、视频讲解等生动教学方式教导学生要培养严谨求实的科研精神，认真对待每一步实验过程，鼓励学生积极投入生态文明建设，从身边做起，保护饮用水源，切实加强环境保护意识。

结语

水环境测试分析是地质类专业教学中一项重要内容，同时由测试到监测更是技术发展趋势。实验教学中必须把溯源与前瞻有机融合，教会学生地学要素相关测试原理与方法，为后续工程问题研究提供手段。

从教师层面，在实验教学过程中必须把握前沿与实际，扎实做好水环境测试分析实验过程，创新授课与操作方法，提升学生的认知度、掌握度及熟练度，激发学生的主观能动性。同时，要积极提升现代化教学水平，做好特殊情况期间的远程实验操作教案与教学研究，以备使用，同时还需深度融合课程思政内容，培养学生的环境保护意识。

从教学单位层面，要把现代一体化智能水质分析实验室建设放在首位，做到常规与全元素测试储备，扩展学生知识面。构建完备的硬、软件教学体系，特别是虚拟场景式教学，以及结合学科专业，特别是结合学校所在省地的淮河、巢湖等重点水域环境监测，做好远程水质测试分析等工作，不断提升教学实效。

总而言之，地学专业教学重在实践。水质分析实验是众多实践教学课程中的一门，其经过多年发展，逐渐从测试手段单一性到智能性转化，教师要紧跟时代步伐，做好全方位技能储备和应对，提升实践教育教学质量，为提升学生实践教学成效做出新贡献。

参考文献：

［1］张小娟.水质分析对基础勘察工程的重要性探讨［J］.绿色环保建材，2020（7）：181182.

［2］刘琦，陈永贵，杨阳.构建高效高质“地下水水质分析”实验教学模式［J］.教育教学论坛，2022，603（52）：1013.

［3］孔妍，张全伟，曹颖.济宁市部分地区工业锅炉水质情况调查分析［J］.清洗世界，2021，37（12）：9293.

［4］吴丹，胡莹露.EDTA滴定法测水总硬度实验方法［J］.实验室研究与探索，2021，40（6）：5963+123.

［5］夏淑梅.水分析化学［M］.北京：北京大学出版社，2012.

资助项目：安徽理工大学校级教学改革项目，编号2021xjjy04

作者简介：虞登梅（1972— ），女，江苏徐州人，本科，助理实验师，主要从事水环境实验教学和管理工作。