自制智能水污染测量仪在小学...践课《水污染调查》中的应用_石慧.pdf

342023.07技术装备与实验教学 自制智能水污染测量仪在小学综合实践课水污染调查中的应用石 慧摘 要：中小学综合实践活动课程指导纲要的提出给小学综合实践教学观念与教学方式带来了变革，也对教师提出了新的要求。自制智能水污染测量仪，从其主要构成、功能出发，针对其在综合实践课堂上的实际应用案例等方面进行阐述，以期为教师的教学提供参考。关键词：综合实践；水污染；智能水污染测量仪；应用中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1672-1438(2023)14-0034-02作者简介：石慧，本科，一级教师。安徽省合肥市六安路小学中铁国际城校区，230001基金项目：合肥市教育信息技术研究项目“基于信息环境下项目化学习培养学生综合实践能力的研究”(编号：HDJ22062)。中小学综合实践活动课程指导纲要指出：从学生的真实生活和发展需要出发，从生活情境中发现问题，转化为活动主题，通过探究、服务、制作、体验等方式，培养学生综合素质1。综合性的实践活动能够促进学生的动手能力及逻辑思维能力均衡发展，大脑与手的同步使用，能够将学生的思绪理清，这对于提升学生的自信心以及学习的兴趣有很大的促进作用2。在“关于生活中的水”话题讨论中，学生经常会发出这样的疑问：为什么日常饮用纯净水或者白开水，不能直接饮用河水、湖水？为什么有的水看起来无色，闻起来也没有味道，却是被污染了的？水污染又该怎么样测量呢？通过查阅相关资料，学生发现，根据国家环保总局等2002年发布的地表水环境质量标准(GB 38382002)(简称国家标准)，常见的水资源即地表水，按功能和保护目标从高到低依次分为五类，其中只有第一、第二类水资源适于饮用3。在这个水质划分标准中，磷是关键指标之一，磷的浓度决定了水资源富营养化的程度及水体分类，测试磷的含量对于判断水资源污染程度具有重要意义。国家标准测试采用“钼酸铵分光光度法”测量4。但是测量仪器成本高且不易携带，所以一般只用于专业实验室分析。随着科技的发展，基于数码设备的数码成像比色法操作简单、方便，且不需要专业设备5，只需利用摄影中的分光原理，根据水样在影像中呈现的显色强度标准之HSV值就可进行判断。基于此，笔者设计了一种便捷、快速、适用于生活中观察水污染状况的教具智能水污染测量仪，应用于综合实践教学中，取得了较好的效果。一、智能水污染测量仪的设计与制作作为学校综合实践活动课堂建设的重要组成部分，智能水污染测量仪能将常规教学和智能设备(手机)进行有机融合，弥补以往课堂教学环境短板，为教学创造更多的可能性，其主要结构及特点介绍如下。1.智能水污染测量仪的主要构成主要采用亚克力材料制作(见图1)，仪器前端附加亚克力小挡板一块(约一个手机的宽度)并加装标尺；后端添加亚克力挡板一块，内夹硫酸纸一张，挡板前侧及右侧各安装一个玻璃比色管架。智能水污染测量仪整体长600 mm，宽450 mm，高350 mm，包括四个区域：样品区，用于放置水溶液样品；试剂区，用于放置不同的显色剂；测量区，用于放置手机，调整距离，进行拍照；挡板区，可利用不同材质和颜色的纸张作为挡板背景，呈现出逼真、鲜明的效果。DOI:10.13492/ki.cmee.2023.14.022352023.07技术装备与实验教学 图1 智能水污染测量仪(左为俯视，右为平视)使用时，将智能手机置于拍摄区并根据标尺确定位置，可用于测定水样中主要污染指标之磷的检测，与国家标准的“钼酸铵分光光度法”相比，该方法简单快捷，成本低，可用于现场演示及结果分析。2.智能水污染测量仪的教学支持功能在我校开展的综合实践课水污染调查中，对于“如何直观、科学地判断水污染的程度”这个问题，学生一直在不断思索和探究。单纯用肉眼来观察，可能无法真实准确地辨别水污染的情况。有些地方的水看起来很清澈，那么它一定污染度很低吗？智能水污染测量仪简单便携，可通过现场操作将水中磷的含量直观地用颜色呈现出来，还可将水中磷的含量与可饮用水的标准进行对比，让学生获得更直观、更科学的判断依据。二、智能水污染测量仪在综合实践教学中的应用以综合实践课水污染调查为实例，介绍智能水污染测量仪在教学过程中的应用，研究其在创建自主、合作、探究的课堂教学中发挥的巨大作用。1.教学准备工作首先让学生初步了解水污染产生的原因，如洗衣洗菜造成的生活污水，工厂排放的工业废水等；接下来让学生学会使用App并拍照。2.教学过程第一，课上介绍水对人类活动的重要性，引导学生提出相关问题，让学生从学校汲取自来水、白开水，到附近超市买纯净水，并在学校附近的四里河中取水样。第二，回到教室，教师现场展示不同来源的水，并分别将不同来源的水样放置于测量仪样品区的玻璃比色管内，请几位学生上来通过颜色气味进行鉴别。第三，教师在比色管内依次加入一定量配好的显色剂(抗坏血酸和钼酸铵按比例混合的试剂)，摇匀，放置20分钟，挡板区竖立一张崭新的A4纸，调整纸的位置，尽量避免器皿阴影投射在纸上。第四，教师演示在测量区用手机拍照，将样品区的比色管置于画面中央，对焦后拍摄图片。第五，将图片导入手机上的Adobe color软件中，选择HSV模式，分别得到水样测量值H1H4，并与环境监测部门给出的自来水、白开水、纯净水、四里河水的测量数据进行比较。第六，得出结论：很多污水，尤其是含磷污水颜色气味与饮用水一致，无法简单通过肉眼辨别；借助智能污水测量仪可知，水样的HSV值越高，表明其含磷量越高，水污染程度越深。水的蓝色深度与水中磷含量成线性增加的关系。三、结语应用智能水污染测量仪辅助教学，有助于在课堂上创设形象生动的教学情境，丰富教学内容，帮助教师实现信息技术、综合实践能力与课程教学的有机融合。通过环保实践教学，学生能自主接受环保教育，增强环境保护意识，初步形成对习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念以及国家生态文明建设理念的认识。参考文献1 柳夕浪.综合实践活动课程呼唤新型课程形态:中小学综合实践活动课程指导纲要政策要点 J.人民教育,2017(22):4.2 蔡静怡.小学综合实践活动课程实施中的问题及其消解 J.智力,2020(17):41-42.3 易 雯.地 表 水 环 境 质 量 标 准 中 氮、磷 指标体系及运用中有关问题的探讨 J.环境保护,2004(8):10-11.4 国家环境保护总局,水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法(第四版)M.北京:中国环境科学出版社,2002.5 孙丹,熊晓丹,吴雪亭,等.数码成像比色法测定补铁剂中铁元素含量的实验研究 J.化学教育,2017(5):76-78.