宋 宇 楊清海 曲貴偉

（遼東學院，遼寧 丹東 118003）

1 水體COD 檢測實驗項目的建設背景

當前，土木工程課程設置中設置了“環(huán)境保護概論”、“環(huán)境健康”等課程，對學生進行環(huán)境知識教育。因此在實訓課中依然保留水體COD 檢測這一經典實驗，但鑒于土木工程專業(yè)的學生化學基礎薄弱，實驗技能較差，操作該實驗增加諸多危險，因此利用現代高科技手段，對其進行虛擬仿真設計是非常必要的。既能讓學生掌握實驗的基本內容和技能又避免了危險。

2 水體COD 檢測實驗項目的特點

2.1 節(jié)水、環(huán)保及安全的特點

所謂化學需氧量（COD），是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時所消耗的氧化劑量。傳統的實驗方法是需要電加熱及冷凝水裝置，加熱及流動水時長2 個小時，同時這個實驗用的都是濃硫酸，若錐形瓶爆裂則會傷人，因此有一定危險性。水體COD 檢測虛擬仿真項目的實現可達到節(jié)水節(jié)電且安全的目的。

2.2 可自主化的實驗參數設計并無限次重復實驗

水體COD 檢測虛擬仿真實驗基于“以學生為中心”的教學理念開發(fā)設計，可體現較好的互動性。在線實驗操作過程中，學生可根據系統的提示和對實驗步驟的理解及掌握情況自行設計實驗的關鍵參數并完成實驗，通過自主設計的實驗結果與標準實驗進行對比，分析原因并找到改進措施，可提高學生在實驗中的積極性，有助于發(fā)揮潛能。同時，學生可通過系統中的交互窗口，隨時與教師就實驗中存在的問題進行交流。此外，水體COD 檢測虛擬仿真實驗項目可基于電腦端和手機移動端設計，學生不受時間和地點限制進行實驗操作，并可以無限次重復實驗，有效節(jié)約了實驗成本。

3 虛擬仿真實驗系統模塊與功能

虛擬仿真實驗通過動畫技術、3D 仿真等技術，應用Photoshop、3Dmax、Flash 及 Adobe After Effects 等開發(fā)工具，再現水體COD 檢測實驗的全過程。虛擬仿真實驗項目平臺的功能模塊框架如圖1 所示。實驗項目平臺的基本框架結構設計可根據功能和角色分成三個功能區(qū)即管理功能區(qū)、教師功能區(qū)和學生功能區(qū)。在管理功能區(qū)，管理員可以對平臺用戶的權限、數據和安全等提供基本管理服務以保證平臺有序安全運行。在教師功能區(qū)，教師可以通過學生在網絡上實驗全程的記錄，對學生水體COD 檢測實驗的掌握情況進行客觀評價，進而對學生的實驗成績進行綜合評定。在學生功能區(qū)，學生可以實現預習、操作練習完成實驗報告和課后測試等不同環(huán)節(jié)以全面掌握虛擬仿真實驗的相關知識。

圖1 實驗項目平臺功能模塊框架

4 實驗原理、方法與步驟

水體傳統COD 檢測方法是重鉻酸鹽法，該方法氧化率高，再現性好，準確可靠，成為國際社會普遍公認的經典標準方法。其測定原理為：在硫酸酸性介質中，以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀為催化劑，硫酸汞為氯離子的掩蔽劑，加熱使消解反應液沸騰，以水冷卻回流加熱反應2h，消解液自然冷卻后，加水稀釋至約140ml，以試亞鐵靈為指示劑，以硫酸亞鐵銨溶液滴定剩余的重鉻酸鉀，根據硫酸亞鐵銨溶液的消耗量計算水樣的COD 值。

在虛擬仿真實驗中，學習的主體—學生能否利用好虛擬仿真實驗平臺是完成整個虛擬仿真實驗的關鍵。學生可以按照圖2 所示，通過電腦和手機登錄實驗項目平臺，在熟悉實驗背景、目的和原理的基礎上完成課前測試并開展水體COD 檢測虛擬仿真實驗。

圖2 水體COD 檢測仿真實驗流程

5 虛擬仿真實驗項目建設的成效

5.1 虛實結合，解決水體COD 檢測中費水、費電及安全性過低的弊端

現在實驗室采用的系統是由恒溫電熱爐、錐形瓶、球形冷凝管、軟管及鐵架臺組成。軟管分進水管和出水管，整個實驗需長流水2 個小時，每組耗水約336 升，一個班4組，共4 個班，這個實驗共耗水5376 升。但若停水則對實驗造成一定影響。這個實驗用的都是濃硫酸，若錐形瓶爆裂則會傷人，電熱爐只有恒溫功能沒有定時功能，因此整個實驗耗時長，全程需要人看護且有一定危險性。通過虛擬仿真實驗平臺，學生能夠在線完成整個實驗操作，既掌握了實驗原理又安全有效地完成整個實驗。

5.2 利用虛擬仿真實驗平臺，有助于提升學生的積極性和挖掘創(chuàng)新能力

在虛擬仿真實驗平臺上，學生可配制藥品，完成滴定過程，計算相關數據，可無限次重復進行實驗，學生可發(fā)現實驗設計中存在的問題，并通過重新設計用量和反復操作，改進實驗進程，提升學生參與實驗的積極性。

5.3 利用虛擬仿真實驗平臺，有助于師生交流互動

通過虛擬仿真實驗平臺，老師可以通過平臺答疑解惑，增加師生的互動交流，既提升了學生學習的針對性和實效性，又可讓老師了解學生的疑難點，為課堂教學提供一定的參考。

6 結語

水體COD 檢測虛擬仿真平臺的建立，不僅消除了傳統檢測方法的弊端，又可以激勵學生有效參與實踐教學，取得了良好的實踐效果。