仿真实验技术在环境监测教学中的应用

[摘 要]环境监测是一门以实践为主的高职课程，通过引入仿真实验，能够提高学生学习的主动性和积极性，丰富了教学形式和內容，是现代教育技术的重要手段。

[关键词]仿真实验　环境监测 实验教学　应用

教高[2006]16号文提出，要充分利用现代信息技术，开发虚拟工厂、虚拟车间、虚拟工艺、虚拟实验。仿真技术是一门新兴的综合性信息技术，现已应用于物理、化工、电子等应用性很强的学科的教学。环境监测作为一门以实践为主的应用性强的高职课程。以动画的形式展示实验过程，取得了良好的效果。

一、环境监测仿真技术简介

环境监测仿真技术是利用Authorware制作的一系列动画，展示仪器设备的连接和实验过程，真实体现实验项目操作全过程，同时展示不规范操作，纠正学生在操作过程中的错误行为。同时实现远程教育的作用，外出实习学生随时可学习、提高。具有准确、高效、全面体现操作过程和远程教育的优点。

1　准确

仿真实验以国家环境监测标准为依据进行内容设计，按照操作步骤对内容进行划分，如溶解氧的测定，划分为取样、氧固定、碘析出、滴定和数据处理五步。由于在滴定过程有颜色的变化，并且对加入淀粉指示剂的时机也有严格要求，因此根据颜色变化和加入指示剂时机进行细化，对每个步骤和要点分别进行展示，同时强调操作注意事项，引起学生的注意，尽量避免学生在实验过程中出现不应用的错误。

2　高效

学生在实验过程中，由于均为新实验，仅靠教师的讲解和图片、教学录像展示，学生容易忽略关键步骤，通过仿真技术的应用。能够将重点全部展现出来，加深了学生的印象，减少实验过程错误几率，提高了实验成功率。

3　体现实验操作全过程

以溶解氧的测定为例，根据操作过程划分为5个步骤16个关键点，通过16个关键点将实验全过程进行展示，使学生在操作之前将关键点全部掌握，提高了实验质量。

4　适于开展远程教育

高职学生的学习包括校内学习和校外实习两个主要阶段。对于单个实验项目而言，在校内进行两次操作，即新项目学习和校内实习，经过这两次实践操作仍然难以达到熟练应用的程度，在实习过程中仍会遗漏个别关键环节，造成应用效果不佳。在实施仿真技术以后，在实习之前和实习过程中随时可以通过网络学习，提高了学生动手能力，也得到了用人单位的认可。

二、环境监测仿真实验的应用

以溶解氧的测定为例介绍仿真实验的应用。

1　仿真实验的组成

本仿真实验有5个步骤16个关键点构成。5个步骤：取样、氧固定、碘析出、滴定和数据处理。16个关键点：取样3个，虹吸管插入溶解氧底部、水样溢出半瓶左右、盖塞子(旋转盖上兵防止产生气泡)；氧固定4个。打开塞子(旋转打开，以防产生气泡)、加试剂时移液管深入液面、盖塞子、摇匀；碘析出4个，打开塞子、加试剂时移液管深入液面以下、盖塞子、摇匀；滴定4个，快速滴定、颜色呈现淡黄色、加入淀粉变蓝色、滴定至蓝色刚好褪去；数据处理]个，正确处理数据。

2　取样操作

本操作为3个关键点，虹吸管插入溶解氧底部、水样溢出半瓶左右、盖塞子(旋转盖上兵防止产生气泡)。向溶解氧瓶加水样时，虹吸管要插入溶解氧瓶底部，防止在加样过程中空气中的进入水样。水样取样终点为水样溢出半瓶左右，目的是先加入的水样会有氧气进入，通过溢出半瓶左右能够将这部分水样尽可能的排出瓶，减少取样过程中外部氧气的影响。在盖塞子时根据塞子的形状进行选择盖塞方式，一般溶解氧瓶塞子为尖头塞，可以直接盖塞，但在盖塞时要将塞子边旋转边盖，这样能防止瓶内产生气泡，同时密闭效果好。

3　氧固定操作

氧固定操作分为4个关键点，打开塞子、加试剂时移液管深入液面、盖塞子、摇匀。在打开塞子时要旋转打开，以防产生气泡。加试剂(1mL硫酸锰，2mL碱性碘化钾)时，移液管要插入液面以下，然后松开手，使溶液自行流出，在溶液流出的同时提起移液管，当移液管移出页面的同时溶液恰好加完。加液完毕后迅速盖上瓶塞，盖瓶塞时要求轻轻旋转盖上。然后摇匀。在摇匀时，要求一只手托底，另一只手压住塞子并用手握住瓶口，上下翻转。

4　碘析出操作

碘析出分为4个关键点，打开塞子、加试剂时移液管深入液面以下、盖塞子、摇匀。轻轻旋转打开盖子，加入1.5mL(1+1)硫酸(将移液管插入液面以下)，然后轻轻旋转盖上盖子，双手握紧溶解氧瓶翻转摇匀，使沉淀完全溶解后放人暗处5分钟，如有沉淀将滴加数滴硫酸至沉淀完全溶解，但不能加入太多，以防溶液酸度过大。

5　滴定操作

滴定操作包括4个关键点，快速滴定、颜色呈现淡黄色、加入淀粉变蓝色、滴定至蓝色刚好褪去。本实验要求快速滴定，当颜色变为淡黄色时停止滴定，加入淀粉指示剂。此时溶液变为蓝色，继续滴定，直至溶液蓝色刚好褪去。在加入淀粉指示剂时控制好颜色，当颜色太深时含碘较多，加入的淀粉能够将碘单质包覆起来，致使滴定结果偏小。

6　数据处理

数据处理采用自动计算的方式，在输入硫代硫酸钠溶液浓度(moL／L)、滴定消耗硫代硫酸钠溶液体积(mL)、滴定时所取溶液体积(mL)后能够计算出溶解氧浓度(mg／L)。

三、仿真实验教学效果分析

本仿真实验实施以来，在进行环境监测教学中取得了良好的效果。主要体现在以下几个方面：

1　提高了学生的主动性和积极性

仿真实验与传统的任课教师讲授相比较，仿真实验能够直观、形象的将实验全过程展现出来，改变了传统讲授中虽然讲解清楚但学生总掌握不住关键操作的不足，学生通过看得见的“实验操作”将关键点掌握、理解。在实验过程中减少了错误，使实验顺利进行。学生提高了学习兴趣，在课前即可自己根据仿真实验学习，在实验时与任课教师进行讨论、互动，课堂气氛活跃，同时提高了学生的学习主动性和积极性。

2　抽象的问题形象化，复杂的问题简单化，保障实验教学的顺利开展

在环境监测实验中。经常根据颜色变化来判断关键点和终点，关键点和终点把握不准会对测定结果造成影响。通过仿真实验可以将颜色变化过程和需要控制的颜色变化点(范围)明确的展现出来，给学生以直观感受，使学生在实验过程中更容易把握滴定关键点和终点，进而保证了实验教学的顺利开展。

3　提高学生的综合应用能力

环境监测实验教学内容组织和企业环境监测工作都是以国家标准为依据，学生在校学习期间只能学习几个常规监测项目，有大量的监测项目在校学习期间不能涉及。在踏上工作岗位以后边学习边应用，效果难以保证，因此，通过仿真实验的学习和实践操作，逐步提高阅读国家标准的能力，提高综合应用能力，在使用其他监测项目的国家标准时能较好的应用。

四、结论

通过对仿真实验的使用看，为学生的学习提供了良好的学习平台，提高了学生学习的主动性和积极性，是高职教育与实验技术的一个进步，是现代教育的重要手段，具有良好的应用前景。

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