聶小保 隆院男 萬俊力

（長沙理工大學水利工程學院 湖南·長沙 410114）

《水環(huán)境監(jiān)測與評價》是給排水科學與工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程之一，主要講述水環(huán)境一般性質(zhì)、水環(huán)境監(jiān)測與評價技術方法，包括水環(huán)境污染、水環(huán)境功能、水樣采集與保存、水質(zhì)指標測試及評價分析等知識。該課程的教學目標之一是“掌握水質(zhì)指標的常規(guī)和現(xiàn)代測試分析方法”，教學重點和難點之一便是“現(xiàn)代化測試分析儀器工作原理”。

與水環(huán)境監(jiān)測密切相關的現(xiàn)代化測試分析技術包括光學類、電化學類、色譜類及其它，主要涉及的儀器如熒光分光光度計、紫外—可見分光光度計、傅里葉紅外分光光度計、原子吸收分光光度計、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、離子色譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、X射線衍射儀、電位滴定儀、激光粒度儀、掃描電鏡、透射電鏡等。

我校2018年對給排水科學與工程專業(yè)培養(yǎng)方案進行了修訂，將《水環(huán)境監(jiān)測與評價》課時由32學時壓縮到24課時。以此為契機，給排水系開展了該課程的教學改革探索，嘗試調(diào)整教學內(nèi)容，加強現(xiàn)代化測試分析技術。

1 強化現(xiàn)代測試分析技術教學的必要性

1.1 現(xiàn)代測試分析技術在水環(huán)境監(jiān)測中的廣泛應用

目前，現(xiàn)代測試分析技術在水環(huán)境監(jiān)測領域得到廣泛應用，檢測內(nèi)容涉及物質(zhì)組成成分、結構和在水環(huán)境中的存在形式。對水環(huán)境監(jiān)測而言，了解被監(jiān)測物質(zhì)的微觀形態(tài)至關重要。如掃描探針顯微鏡利用探針尖端到達原子表面，從而觀察到水環(huán)境監(jiān)測物質(zhì)的原子、分子層面的形貌；傅里葉紅外光譜儀可以在紅外光照射到樣品時，通過監(jiān)測樣品表面電荷分布變化，對物質(zhì)表面官能團定性分析?；陔姶泡椛浜土Ｗ舆\動等性質(zhì)建立的現(xiàn)代測試分析技術，也在水環(huán)境監(jiān)測中被廣泛應用。

以長沙市為例，相關企事業(yè)單位、科研院所都建立了現(xiàn)代測試分析中心，如長沙市猴子石水廠水質(zhì)檢測中心、鑫遠環(huán)境集團、湖南省水質(zhì)檢測中心、湖南省水文局、中南大學、湖南大學、長沙理工大學等。大型分析儀器如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、X射線衍射儀、TOC儀、高效液相色譜、離子色譜儀等取代了以四大滴定為核心的傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測方法，在水環(huán)境監(jiān)測與評價、修復與治理方面發(fā)揮了重要作用。

1.2 本科生創(chuàng)新性學習的需求

為了培養(yǎng)高層次理工科人才，許多學校都結合材料表征手段及設備開設了現(xiàn)代測試分析技術的課程，但是許多只采用單一的儀器原理講解或者儀器參觀的教學手段，不能滿足學生在教學實踐相結合并進一步實現(xiàn)自我創(chuàng)新的需求。大學生學習本課程的目的旨在將自己培養(yǎng)扎實的理論基礎，并適應特定領域的應用性人才，在該課程的教學方法、教學內(nèi)容及模式上均不能單一化，要根據(jù)不同教學情況設計具體方案，鍛煉學生創(chuàng)新能力和發(fā)散思維，加強動手和實踐能力的培養(yǎng)。

1.3 水環(huán)境領域畢業(yè)生需求

近年來的水環(huán)境監(jiān)測及保護領域保持了較快發(fā)展，各地環(huán)保企業(yè)都有所增多，因此，對水環(huán)境領域畢業(yè)生需求大增。不同企業(yè)對畢業(yè)生需求有共性也有差異，但總體趨勢上對水環(huán)境檢測領域人才專業(yè)技能要求提高，學科基礎知識牢固，具備扎實的專業(yè)知識和技能，實踐動手能力強。因此，需要針對現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式的優(yōu)點和不足，完善人才培養(yǎng)方案，更新教育理念，探索強化現(xiàn)代測試分析技術教學改革思路，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2 我校加強現(xiàn)代測試分析技術教學的可行性

2.1 大型分析設備齊全

近年來，隨著我校雙一流學科建設以及中央財政對地方高校能力建設工作的推進，以及洞庭湖水環(huán)境保護與生態(tài)修復湖南省重點實驗室，水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室，湖南省環(huán)境保護河湖疏浚污染控制工程技術中心等省部級科研平臺的建設，我校大型分析測試儀器設備所占比重越來越高，種類相對齊備、臺套數(shù)相對充足，能夠同時滿足教學和科研需求。其中洞庭湖研究中心在業(yè)務關系上隸屬于給排水系所在的水利工程學院，擁有熒光分光光度計、傅里葉紅外分光光度計、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、離子色譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、X射線衍射儀、電位滴定儀、激光粒度儀、Zeta電位儀和掃描電鏡等大型儀器，為加強現(xiàn)代測試分析技術教學提供了必要的硬件條件。

2.2 實驗室專職教師隊伍強大

洞庭湖中心現(xiàn)有實驗室編制專職人員5人，其中高級實驗師4人，中級實驗師2人，均為市政工程或環(huán)境工程博士。上述專職教師積累了豐富的實驗室工作經(jīng)驗，并主持完成多項國家級課題，能夠有效引導學生學習規(guī)范使用大型分析測試儀器。

2.3 與設備廠家、供應商擁有良好的長期合作

我校長期與各類大型設備廠家、供應商進行廣泛合作，如湖南中儀公司、長沙上?？萍脊?、安捷倫公司、島津公司、瑞士萬通公司等。上述設備廠家和供應商均具有強大設備研發(fā)實力，有著完善的售后服務能力。其中中儀公司經(jīng)營規(guī)模一直位于全國500家大型外貿(mào)企業(yè)前列，安捷倫科技有限公司是一家多元化的高科技公司，主要致力于通訊和生命科學兩個領域內(nèi)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)銷售和技術服務。島津公司建立于1875年，以光技術、X射線技術、圖像處理技術這三大核心技術不斷推陳出新，使島津公司的產(chǎn)品在全世界都享有很高的評價。

我校與上述優(yōu)秀的設備廠家、供應商建立長期合作，使我校擁有規(guī)范的采購設備流程以及完善的大型分析測試儀器的使用培訓、維護保養(yǎng)能力，能夠更好的滿足教學與科研任務。

3 現(xiàn)代測試分析教學實施過程

3.1 教學大綱和教學內(nèi)容調(diào)整

隨著水環(huán)境法規(guī)和水環(huán)境質(zhì)量標準的完善，更多污染物種類被納入水環(huán)境評價指標，常規(guī)監(jiān)測方法和測試技術無法滿足需求，為培養(yǎng)學生對水質(zhì)指標的現(xiàn)代測試分析方法的能力，須對《水環(huán)境監(jiān)測與評價》實驗課程的教學大綱和教學內(nèi)容進行調(diào)整。

教學內(nèi)容調(diào)整如下：（1）增加2個課時現(xiàn)代測試分析方法操作培訓（課外）；（2）原有12個課時的常規(guī)分析測試方法改為6個課時的現(xiàn)代測試分析方法。具體教學內(nèi)容見表1。

表1：現(xiàn)代測試分析方法教學內(nèi)容與學時分配

3.2 現(xiàn)代測試分析方法操作培訓

現(xiàn)代測試分析方法操作培訓在教學模式上，采用廠家與儀器供應商聯(lián)合對學生進行培訓，其中安捷倫公司與島津公司負責高效液相色譜、FTIR、ICP-MS的操作培訓，中儀公司與上?？萍脊緦eta電位儀、TOC、XRD的操作培訓。

教學思路設計要求根據(jù)實驗儀器的特點，具體細化其教學內(nèi)容，在實際教學培訓過程中可以通過介紹儀器的主要功能、實現(xiàn)方法、操作注意事項、影響因素等，激發(fā)學生學習熱情；通過演示實驗儀器的操作方法視頻介紹實驗儀器對水質(zhì)指標的測試分析過程；通過結合應用實例來闡述現(xiàn)代分析測試方法在水環(huán)境監(jiān)測與評價中的作用，并通過研討來加深對現(xiàn)代測試分析方法的理解。此外，培訓過程中還須將現(xiàn)代測試分析方法與水環(huán)境監(jiān)測與評價發(fā)展趨勢聯(lián)系，提升學生對掌握測試分析方法的積極性。

3.3 大型儀器輪流演示教學方案

大型儀器輪流演示教學采用教師演示教學，學生現(xiàn)場學習以及實驗數(shù)據(jù)整理和課后實驗數(shù)據(jù)分析的教學模式。其教學目標主要是通過演示大型儀器對水環(huán)境指標的測試流程，加深學生對儀器測試分析流程和操作注意事項的掌握。其具體教學方法為：（1）將學生分為6個小組，每組15人。（2）選擇六臺儀器進行實操演示教學。（3）每種儀器的實驗課時為1課時，其中10min為實驗儀器準備時間，20min實驗儀器演示時間，15min實驗數(shù)據(jù)記錄時間，以及實驗數(shù)據(jù)分析時間。

3.4 教學反思

自2019年開始，我校已經(jīng)在《水環(huán)境監(jiān)測與評價》課程中開展現(xiàn)代測試分析方法教學2屆，教學效果顯著。其中有2名本科生畢業(yè)后就職于水質(zhì)監(jiān)測中心，在大型分析儀器的操作方面上手快、儀器功能開發(fā)能力強，收到用人單位的好評；在校學生有4人次采用大型分析儀器開展創(chuàng)新性研究，在全國水利科技競賽上取得一等獎2項、二等獎1項。但實施過程中也暴露了一些問題，主要是需要洞庭湖中心實驗人員的全方位配合，在樣品準備和預處理方面工作量較大。此外，相關耗材的費用也暫時沒有著落，需要在教師的科研經(jīng)費中支出。如果解決上述問題，還需要進一步進行探索。