中山大学地学实验教学中心实验教学大纲及实验项目

中山大学地学实验教学中心实验教学大纲及实验项目 （第一部分：地理实验教学系列）I编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第192页 共192页序 言地理学是研究地球表面地理环境的结构、分布及其发展变化的规律性及人地关系的学科。它涉及地质地貌学、气候学、水文学、土壤地理学、生物地理学、化学地理学、工业地理学、交通运输地理学、城市地理学、旅游地理学、城市规划与建筑设计、测量学、地图学、遥感数字图象处理、地理信息系统软件工程等课程，是一门综合性和实践性很强的基础学科，实验教学在地理学及相关专业人才培养中起着极其重要的作用，在本科教育中占有十分重要的地位。实验教学旨在培养学生掌握基本的实验操作能力和动手能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。在教学实践中，我们提出的实验教学理念是：以人为本，把培养创新人才作为核心，知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教学理念，实施开放式实验教学，促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展，切实解决好人才培养的科学发展问题。在创新人才培养方面遵循坚持全面发展、专业教育与学科通式教育有机结合、知识与技能协调发展和着力培养创新思维与创新能力的原则，强调“厚基础、多实践、强创新”的实验教学，大力培养国家现代化建设需要的、适应地理学发展的高素质、多样化、创新型的人才，即地理学复合型创新型人才。培养能力强、素质高的地理科学创新人才，我们提出实验教学改革的总体思路：以教育思想和教育观念革新为先导，改革单向系统传授实验知识和技术的实验教学体系，建立系统传授与探索研究相结合的实验教学新体系，促进科研全面渗入本科实验教学，全面推行开放式实验教学，激发学生对地理学科实验的兴趣，实施个性化实验教学。以实验教学改革带动实验室建设，构建一套科学的地理科学实验教学体系、创新人才培养模式和教学管理机制，全面推动地理各专业本科教育创新。同时广泛开展科研带动实验教学的活动，即把科研项目融合到实验教学里面，使学生较快地接触相关的内容在实际中的应用。实验教学大纲作为本科教学的基本文件，不仅要有科学性，还要具有前瞻性并能反映教学改革理念。我们根据教育部根据国家对理科人才基地培养的进一步要求，以及二十一世纪地理学发展的方向和地理学人才的需求，并结合我校地理学的传统特色和学科优势，特别是地理学实验教学的发展趋势，不断完善地理学实验教学体系。我们从培养地理学创新型人才的角度，对地理学实验课程进行了一体化设计，将传统的分散在各门课程中的实验课程进行整合，全面优化实验教学内容，独立设置实验课程，形成了“一体化、多层次”的实验课程新体系。目前，地理科学与规划学院设有地理科学、经济地理、地理信息系统、城市规划、水资源科学、水文与水资源工程、测绘工程等7个本科专业，其中，城市规划、水文与水资源工程、测绘工程专业三个专业为工科专业。基于各学科专业特点和教学的层次性，考虑地理学教学、研究的特点，设置了专业地理综合实验方向、遥感与地理信息系统方向、数字测绘方向和规划设计方向四个实验教学方向。实验内容是教学大纲的核心，全面整合和优化实验教学内容，删减部分验证性实验，精选基本操作训练实验，新增一批综合性、研究性和创新性实验。在各门实验课程中，综合性、设计型和研究创新性实验内容占全部实验内容的50%左右，其中部分内容来自教师的科研成果或横向课题，部分内容则来自生产实际和日常生活。此外，我们每学年还将面向院内外学生开设一批具有创新性、探索性、实用性和趣味性的开放式创新性实验，由学生自愿参加，并于课余时间完成。通过“开放式、综合性、创新性、研究性”实验等多种教学形式的实践训练，学生在熟练掌握地理学野外观测、环境分析、城市规划、建筑设计、遥感数字图象处理、遥感地学应用、地理环境的计算机模拟、现代测绘技术、常用计算机绘图软件和GIS软件等方面的技能和实验技术，从而培养学生独立解决实际问题的能力、提高学生对科学研究的兴趣、科研素质与创新意识，增强其发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，同时锻炼其与社会和谐相处的团队精神和沟通交流能力。地理实验教学基本内容与要求地理学实验教学不仅传授自然地理、人文地理、城市规划与建筑设计、地理信息系统、测绘技术等专业知识和培养学生的实验操作能力和动手能力，还培养学生的创新意识、创新精神和创新能力及科学方法、科学精神和品德。地理学实验独立设课，须达到如下要求：（1）培养学生掌握基本野外实地观测、调查的方法和自然环境要素分析技术和操作方法，正确使用仪器；认真观察、准确记录并科学处理实验现象和实验数据的能力。（2）培养学生掌握绘画的基本表现手法和常用绘图工具、绘图软件的应用以及建筑模型制作工具的使用，掌握城市总体规划设计的任务、编制内容、特点与要求及掌握城市总体规划的基础资料调查内容与方法、正确绘制城市总体规划各项图纸，编制城市总体规划说明书和文本的能力。（3）培养学生掌握常用普通测量仪器的构造、原理及其实际使用能力；掌握地理信息系统的构成原理和常用处理技术、GIS数据工程与软件工程的结合方法，具备一定的GIS二次开发能力；掌握GIS数据模型、数据存取、空间索引、空间查询等基本知识；掌握遥感数据的特点及常用的遥感数字图象处理方法，和地理环境模拟的基本方法。（4）培养学生正确的独立野外观测和设计实验能力以及解决实际问题的能力和创新能力。（5）培养学生通过查阅文献、工具书、上网及其它信息源获取信息的能力。（6）培养学生实事求是的科学态度、求真求实的科学品德、勤俭节约的优良作风、相互协作的团队精神、勇于开拓的创新意识。一、操作及技术罗盘、放大镜、地质锤、测距仪、手持式GPS的使用；通风干湿表、毛发湿度表、湿度计、手持式温湿度表、水银气压表、气压计、虹吸雨量计、翻斗雨量计、雨量筒等气象观测仪器操作和使用；显微镜的正确使用和植物细胞的观察；植物检索表的使用；野外植物分类方法；分析样品的采集及处理方法；玻璃仪器的洗涤及干燥；滴定管、移液管、容量瓶的使用；台式天平、电子天平的使用；溶液的制备；滤纸和滤器的使用；加热方法（直接加热、水浴加热、油浴回执等）；固液分离；溶液萃取；试样的干燥；分析样品的消解处理；测压管的使用；局部水头损失的局部阻力系数的测量；毕托管测量技术和使用；圆管内稳定流动液体的上下临界雷诺数的测量；绘画训练；建筑抄绘；建筑测绘；计算机辅助制图；建筑设计；控制性详细规划场地分析；居住小区规划设计；城市规划设计；C语言程序设计；VB标准界面设计；地物波谱反射率的野外测定；遥感影像的观测、判读与处理；遥感图像计算机处理；地物波谱的测量和计算；遥感图像解译；GIS数据的采集；GIS软件的使用；水准仪使用；光学经纬仪使用；全站仪使用使用；求积仪的使用；数字测量与成图技术；建筑施工测量；道路施工测量；隧道施工测量；水准测量控制网的建立与测量；坐标测量控制网的建立与测量；单频GPS单点定位测量；双频GPS单点定位测量；坐标差分GPS野外测量；双频载波相位差分（RTKGPS）野外测量；后处理差分GPS野外测量；信标机GPS野外测量；地籍控制测量；土木工程控制测量；测深仪野外测量；海底地形测量。二、仪器设备和软件的使用 (1)常用仪器与设备专业地理综合方向:罗盘、放大镜、地质锤、测距仪、手持式GPS、简易气象站、百叶箱干湿球、最高最低温度表、温湿度传感器、铂电阻干湿球温度传感器、通风干湿表、水银气压表、温度计、湿度计、气压计、风向风速计、虹吸雨量计、翻斗雨量计、蒸发皿、日照计、电子分析天平、水浴锅、烘箱、培养箱，光学显微镜，能量方程仪器、雷诺仪、文丘里流量计、局部阻力试验台、沿程阻力试验台、马弗炉、搅拌器、压力灭菌器、电子显微镜、超净工作台、生化反应器、沉降设备。遥感与地理信息工程方向:计算机、立体镜、原子吸收分光光度计、可见分光光度仪、紫外可见分光光度仪、酸度计、电导率仪、测汞仪、火焰光度计、化学需氧量分析仪、氨氮测定仪、可见近红外光谱辐射计、光谱仪、太阳光度计、叶面积指数分析仪。测绘方向：光学水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪、光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪、导航GPS、求积仪、垂线仪、3D扫描仪、测深仪、超站仪、坐标差分GPS、伪距差分GPS（RTD）、双频载波差分RTKGPS、信标机GPS、后处理差分GPS（静态）。规划设计方向:绘图桌、绘图板、绘图纸，切割垫、丁字尺、比例尺、三角板、裁纸刀、硫酸纸、各种彩色绘图笔、高性能大容量的计算机和绘图软件；绘图仪、拷贝纸、模型台，电热切割器，工具箱，大小钢尺，大小角尺，什锦锉，大小螺丝刀，大小台钳，大小钢锯，刨子，大小凿子，锤子，砂纸，手电钻，台式曲线锯，曲线锯，砂轮机，磨光机，刨机，钻头，切割垫板，剪刀，小气泵，大小喷枪，大小喷笔。(2)、常用软件及数据:计算机数据库软件、地理信息数据、遥感数字图象（TM、SPOT）、遥感图像处理软件（PCI Geomatica V8.2和ERDAS IMAGINE 8.6）、绘图软件、控制测量平差软件、测量导航软件和地理信息系统软件（ArcGIS系列和Supermap系列）。(3)、选用仪器、数据库与软件:气相色谱仪、液相色谱仪、元素分析仪、最新的地理信息数据库、遥感数字图象（TM、SPOT）和正版遥感图像处理软件和绘图软件。选用仪器、数据库与软件希望学校能够创造条件给予配备。专业地理综合实验教学大纲自然地理与环境分析课程实验教学大纲课程名称(中文) 自然地理与环境分析 课程名称(英文) The analysis of Physical geography and Environment 课程编号 课程性质 独立设课课程属性 基础课+专业基础课 教材及实验指导书名称 普通地质学地貌学生物地理学实验土壤学实验和气象学与气候学观测实验。学时学分: 总学时 108 总学分6 实验学时 108实验学分 6 开出时间： 一 年级 至 四 年级适用专业 地理科学 、环境学、水文与水资源工程专业、资源环境与城乡规划管理专业先修课程 与各讲授课程同步进行一、课程简介及基本要求本课程是涉及地球表面各种从宏观到微观的地理现象与景观岩石圈、生物圈、水圈、大气圈关于物理过程、化学过程、生物过程的实验课程，包含普通地质学、地貌学、生物地理学实验、土壤学实验和气象学与气候学观测实验等。该实验课程作为一门实践很强的专业基础学科，在本科教育中占有十分重要的地位，在地理学、环境学、水资源、国土与城乡规划以及相关专业人才培养中起着基础性的关键作用。实验教学旨在培养学生掌握基本的与岩石圈、水圈、大气圈有关的物理、化学、微生物、工程等方面的实验技能、现代实验技术和研究方法，通过实验教学提高学生的科学素养，培养学生的创新意识、创新精神、创新思维和创新能力。实验教学大纲作为本科教学的基本文件，不仅要有科学性，而且应具有前瞻性，并且能反映教学改革理念。我们从培养创新人才整体考虑，对实验课程进行了一体化设计，将传统的基础实验课程进行了整合，全面优化实验教学内容，独立设置实验课程，形成了“一体化、多层次”的实验课程新体系。实验内容是教学大纲的核心，在本次教学大纲的修订中，我们全面整合和优化了实验教学内容，减少部分验证性实验，精选基本操作训练实验，新增一批综合性、设计型和研究创新性实验。在各门实验课程中，综合性、设计型和研究创新性实验内容占全部实验内容的50%左右，其中的部分内容来自教师的科研成果，部分内容来自生产与工程实际和日常生活。这类强调资源环境问题、人地关系问题与可持续发展问题，与生态学、环境科学、社会学、化学与生命科学交叉融合的实验每学年都会有所更新和调整。我们通过实验教学实践提出的教学理念是：全面贯彻落实科学发展现，以人为本，把培养创新人才作为核心，实施开放式实验教学，促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展，切实解决好人才培养的科学发展问题。为了适应21世纪知识经济发展需要，培养能力强、素质高的地理科学创新人才，我们提出实验教学改革的总体思路：以教育思想和教育观念革新为先导，改革单向系统传授实验知识和技术的实验教学体系，建立系统传授与探索研究相结合的实验教学新体系，促进科研全面渗入本科实验教学，全面推行开放式实验教学，激发学生对科学实验的兴趣，实施个性化实验教学。以实验教学改革带动实验室建设，构建一套科学的自然地理科学实验教学体系、创新人才培养模式和教学管理机制，全面推动本科教育创新。二、课程实验目的要求自然地理与环境分析实验课程是作为地理、水资源、环境、城乡规划等专业学生的基础课程，包括大量的土壤、岩矿、水质、植物、气象等分析测定实验。在课程内容安排上除验证性实验内容外，还增加综合与设计性实验，努力培养学生的创新意识与创新能力。并将基本操作融入综合实验中，在实验内容方面注重于大气、土壤样品等的监测分析及野外实地观测、调查，籍此培养学生的实验操作能力和动手能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，为学生今后在环境地学方面的后续学习研究或在相关政府部门、企事业单位的实际工作打下扎实的专业基础。通过本课程的学习，学生应达到下列要求：1、加深对自然地理理论课程的基本原理和概念的理解，使学生规范地掌握自然地理与环境分析的基本原理、基本分析技术和基本操作方法，同时提高学生对各种常用环境监测和分析方法的感性认识，培养学生勤奋学习，求真求实的科学品德，培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献能力、思维能力、想象能力、表达能力。2、学会对分析仪器的性能进行测试并对部分参数进行校正，熟悉对实验现象的观察和记录，实验数据的测量和处理，最佳实验条件的判断和选择，实验结果的分析和讨论等一套严谨的实验方法。3、通过完成综合研究性实验，培养学生独立解决实际问题的能力，提高学生的科研素质与创新意识。4、要求课前进行预习，弄懂实验目的与原理，熟悉实验内容与步骤，写出预习报告。三、适用专业地理科学、水资源管理、环境、国土与城乡规划、地理信息系统等专业。四、主要仪器设备简易气象站、百叶箱干湿球、最高最低温度表、温湿度传感器、铂电阻干湿球温度传感器、通风干湿表、水银气压表、温度计、湿度计、气压计、风向风速计、虹吸雨量计、翻斗雨量计、蒸发皿、日照计，原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度仪、酸度计、电导率仪、测汞仪、火焰光度计、化学需氧量分析仪、氨氮测定仪、电子分析天平、水浴锅、烘箱、培养箱、光学显微镜、马弗炉、搅拌器、压力灭菌器、电子显微镜、超净工作台、沉降设备等。五、实验方式与基本要求1、本课程以实验为主，单独设课。开课后，课程负责教师首先需向学生介绍课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方式、实验守则及实验室安全制度等。2、学生在实验前必须进行预习，预习报告或设计实验方案经老师批阅后，方可进入实验室进行实验。3、学生根据各个实验的目的和要求，大部分实验2-3人1组，部分综合研究性实验可34人/组，个别1人1组，每组1套实验装置，在规定时间内，独立完成实验测定、数据处理，并撰写实验报告。实验过程中, 要求学生勤于动手, 敏锐观察, 细心操作, 开动脑筋, 分析钻研问题, 准确记录原始数据, 经教师检查并签名，实验及其原始数据记录才有效。4、实验过程中，老师应在实验室进行巡视，及时纠正学生的错误操作，检查学生的实验记录和报告。学生若实验失败，应找出原因，经老师同意后才可重做实验。5、任课教师要认真备课，并能提前预做实验，上好每一堂课。实验前教师要亲自检查仪器设备情况，清点学生人数；实验过程中，要向学生提问，引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力，使学生学会分析和研究问题的方法。实验结束后认真填写实验开出记录。六、考核与报告本课程采用平时考核、期末考试来综合评定学生的成绩，着重考查学生基本操作的掌握程度、实验结果的准确度和精密度、灵活运用所学知识分析、解决问题的能力及运用所学知识完成研究型实验的能力。平时实验占80%，操作理论考试占20%。考试与自然地理理论课程一起考试，有关实验试题着重考查学生综合运用分析化学知识解决实际测定问题的能力，和对特殊问题的分析解决问题的能力。每个实验的成绩包括：预习报告20%，实际操作40%，实验结果20%，总结报告20%。七、实验项目设置与内容序 号实 验名 称内容提要实验学时每组人数实验属性实验类别开出要求1常见矿物的肉眼鉴定Identify the general minerals using eyes常见矿物的形态和物理性质31 人综合本科必做2常见岩石的肉眼鉴定Identify the general rocks using eyes常见岩石的形态和沉积学特征31 人综合本科必做3肇庆、乐昌、丹霞山野外实习Field trip in Zhaoqing,Lechang,Danxiashan观察岩石矿物组成、结构、构造等，分析判断地层分界的接触关系，认识中山峡谷地貌、岩溶地貌、河流地貌、丹霞地貌的成因、结构特征；学会野外采集矿石标本，掌握罗盘、放大镜、地质锤、测距仪、手持式GPS使用。4天1人综合本科必做4气象观测及仪器基础Meteorology observation and apparatus use了解气象观测的特点，包括观测项目、观测程序，时制和日界，地面气象观测场建立及场内仪器安置。掌握温度、湿度、气压、风及降水等气象观测仪器操作要领。31 人综合本科必做5云和天气现象的观测Observation of clouds and meteorological phenomena熟悉云的分类，了解云的主要特征，学会掌握云状、云量和云高的观测和记录。结合实践提高判断高、中、低云的观测识别能力。通过实验，要求学生掌握天气现象的分类、观测和记录方法。31 人综合本科必做6温度和湿度测量Determination of temperature and humidity掌握现行观测工作中主要的测温、测湿方法和工作流程。掌握各种温度表、温度计的结构、性能和工作原理，熟悉温度表的观测方法和调整，学会各种温度表读数的记录、订正及数据分析。掌握通风干湿表、毛发湿度表、湿度计、手持式温湿度表操作，熟悉空气湿度的数据处理、最小相对湿度的挑选。学习相对湿度计算方法，分析提高湿度测量精度的途径。31 人综合本科必做7气压和辐射测量Determination of press and radiation了解测定气压仪器的构造原理，掌握水银气压表、气压计的操作，掌握水银气压表进行温度订正、纬度重力订正、高度重力订正的物理意义，使用电子表格对本站气压、海平面气压数据的订正、换算和处理。熟悉辐射、日照观测仪器和使用。31 人综合本科必做8风和降水量测量Determination of winds and precipitation掌握电接风向风速计、自动风向风速表的构造原理和操作，熟悉风力等级目测判别。了解测定降水和水面蒸发仪器的构造原理和安置要求，掌握降水量和蒸发量观测方法，正确使用虹吸雨量计、翻斗雨量计、雨量筒测量雨量，熟悉雨量记录规定，学会自记雨量数据的整理和分析，熟悉蒸发计算。设计模拟降雨实验，观察室内模拟降雨系统实验流程。31 人综合本科必做9气象观测综合实验Surface meteorological surveying通过综合实验，加深对气象学基本理论知识的理解，训练学生正确了解气象台站日常观测工作程序。相应增加测报技术训练，分组进行气象观测和气象数据处理。31 人综合本科必做10植物细胞和根的内部构造Interior structure of cell and root显微镜的正确使用和植物细胞的观察 1. 叶绿体形态和运动 2.根尖构造21 人综合本科必做11植物茎形态与解剖Configuration anddissection of stem了解茎次生构造和茎的类型1. 形成层活动 2. 茎次生构造21 人综合本科必做12植物叶的形态与内部构造Configuration andinterior structure of leaf了解双子叶和单子叶植物叶的构造和区别；双、单子叶的叶的气孔形态与解剖；掌握单子叶的维管结构和运动细胞21 人综合本科必做13花与果实Flower and fruit掌握植物花的形态与解剖和果实分类 识别子房与心皮 1.花公式和花图式2.果实构造21 人综合本科必做14蕨类植物Ferns了解蕨类的分类特征和方法，掌握环带结构与机理 1. 蕨的孢子囊群排列、囊盖、环带特征。2.蕨的分类21人综合本科必做15植物检索(一)Index of plant()植物检索表的使用（二叉法） 蕨, 离瓣花, 合瓣花类的检索过程21人综合本科必做16植物检索(二) (植物的野外实习)Index of plant（） (field trip of plant)豆科、樟科、桃金娘科、茜草科、棕榈科等的检索和群落特征 (校园3学时/植物园6学时) 校园植物分析（群落种类成分）自制植物标本2-3份92人综合本科必做17昆虫形态与分类Configuration and classify of insect观察标本（17-20目）。基本掌握昆虫的结构和分类的基本知识。了解昆虫的口器,翅, 足和触角分类特征，编写11目的分类检索表31人综合本科必做18动物分类 (无脊椎/脊椎动物)Classify of animal(invertebrate andvertebrate)鱼类和鸟主要门类特征和代表（参观生命科学院动物标本室）1.无脊椎动物主要类群（各举2-3例）2.脊椎动物各纲特征（各举2-3例）31人综合本科必做19植物园实习Field trip in arboretum认种；野外植物分类方法；主要是热带与亚热带植物种类的野外特征1天1人综合本科必做20衡山实习Field trip in Hengshan Mont种类区系成分与群落野外调查：中亚热带植被类群；南亚热带与中亚热带地区中山地貌的植物、土壤垂直分布规律、常绿林的特征6天2人综合本科必做21土壤样品的处理Method of disposing soil sample土样处理方法：研磨过筛得各粒级土样41 人综合本科必做22土壤水分的测定Mensuration of the content of soil moisture土壤吸湿水的因素，以烘干土和风干土计算比较41 人综合本科必做23土壤有机质的测定Mensuration of the content of organic substance in soil土壤有机质的测定方法、注意事项。41 人综合本科必做24土壤腐殖质的提取Extraction of humus in soil土壤腐殖质的提取、分离、比较41 人验证本科必做25土壤氮的测定Mensuration of the content of nitrogen in soil全氮测定方法比较、试样制备、测定注意事项41 人综合本科必做26土壤磷的测定Mensuration of the content of phosphorus in soil全磷、有效磷试样制备，比色分析比较，结果比较81 人综合本科必做27土壤钾的测定Mensuration of the content of Potassium in soil全钾、速效钾试样制备，火焰光度法结果比较81人综合本科选做28土壤pH值的测定Mensuration of the pH value of soil测定液的浸提，测定注意事项41 人验证本科必做29土壤阳离子交换量测定Mensuration of cation exchange capacity of soil土壤阳离子交换量测定方法比较、离心分离技术41 人综合本科必做30土壤颗粒分析The Mensuration of soil texture样品分散、比重计操作、颗粒分级，确定土壤质地81 人综合本科必做31土壤As、Hg测定Mensuration of the content of As and Hg in soil试液制备、荧光分光光度计分析81 人综合本科必做32土壤Cu、Pb、Zn、Cd的测定Mensuration of the content of Cu、Pb、Zn、Cd in soil试样制备，原子吸收分光光度计分析83人综合本科必做33土壤容重测定Mensuration of soil volume weight土壤样品采样、环刀使用、样品烘干、计算81 人综合本科选做34土壤钙镁的测定Mensuration of the content of Ca and Mg in soilCa、Mg测定方法，注意事项81 人验证本科选做35土壤S、Cl测定Mensuration of the content of S and Cl in soilS、Cl测定方法，注意事项81 人综合本科选做36土壤矿质全量测定Mensuration of the content of Si、Fe、Al、Mnand Tiin soil土壤Si、Fe、Al、Mn、Ti等的测定4天3人综合研究本科选做八、说明地理学院自然地理与环境分析实验课程每学年面向院内外学生开设一批具有新颖性、探索性、实用性、趣味性等特色的开放式创新性实验，这些颇具挑战性的实验均由学生自愿参加并于课余时间完成。 通过课内实验、“开放式研究性”实验等多种教学形式的实践训练，学生在熟练掌握实验技能和实验技术的同时也体验到科学研究的过程，从而提高学生对科学研究的兴趣，培养他们科学的思维方式和科学精神，增强其发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，锻炼其与社会和谐相处的团队精神和沟通交流能力。本次修订的自然地理实验教学大纲在未来的几年里也将面临新的挑战，我们将为培养地理学科创新型人才不断总结实验教学经验，进一步完善实验教学体系和实验内容。水资源与环境课程实验教学大纲课程名称(中文) 水资源与环境 课程名称(英文) Water Resource and Environment 课程编号 课程性质 独立设课课程属性 基础课+专业基础课 教材及实验指导书名称 水力学实验、水化学与水质分析实验、水处理微生物学、废水处理工程 学时学分: 总学时 198 总学分11 实验学时 198实验学分 11 开出时间： 一 年级 至 四 年级适用专业 水文与水资源工程专业、资源环境与城乡规划管理专业、环境科学先修课程 与各讲授课程同步进行一、课程简介及基本要求本课程是有关水科学的实验课程，包含水力学实验、水化学与水质分析实验、水处理微生物学、废水处理工程等。该实验课程作为一门实践很强的专业基础学科，在本科教育中占有十分重要的地位，在地理、水文、水资源、水环境及相关专业人才培养中起着基础性的关键作用。实验教学旨在培养学生掌握基本的与水有关的物理、化学、微生物、工程等方面的实验技能、现代实验技术和研究方法，通过实验教学提高学生的科学素养，培养学生的创新意识、创新精神、创新思维和创新能力。实验教学大纲作为本科教学的基本文件，不仅要有科学性，而且应具有前瞻性，并且能反映教学改革理念。我们从培养创新人才整体考虑，对实验课程进行了一体化设计，将传统的基础实验课程进行了整合，全面优化实验教学内容，独立设置实验课程，形成了“一体化、多层次”的实验课程新体系。实验内容是教学大纲的核心，在本次教学大纲的修订中，我们全面整合和优化了实验教学内容，减少部分验证性实验，精选基本操作训练实验，新增一批综合性、设计型和研究创新性实验。在各门实验课程中，综合性、设计型和研究创新性实验内容占全部实验内容的50%左右，其中的部分内容来自教师的科研成果，部分内容来自生产与工程实际和日常生活。这类强调资源环境问题、人地关系问题与可持续发展问题，与生态学、环境科学、社会学、化学与生命科学交叉融合的实验每学年都会有所更新和调整。我们通过实验教学实践提出的教学理念是：全面贯彻落实科学发展现，以人为本，把培养创新人才作为核心，实施开放式实验教学，促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展，切实解决好人才培养的科学发展问题。为了适应21世纪知识经济发展需要，培养能力强、素质高的地理科学创新人才，我们提出实验教学改革的总体思路：以教育思想和教育观念革新为先导，改革单向系统传授实验知识和技术的实验教学体系，建立系统传授与探索研究相结合的实验教学新体系，促进科研全面渗入本科实验教学，全面推行开放式实验教学，激发学生对科学实验的兴趣，实施个性化实验教学。以实验教学改革带动实验室建设，构建一套科学的自然地理科学实验教学体系、创新人才培养模式和教学管理机制，全面推动本科教育创新。二、课程实验目的要求水资源与环境实验课程是作为地理、水资源、环境、城乡规划等专业学生的基础课程，包括水利、水文、水处理、微生物处理等分析测定实验。在课程内容安排上除验证性实验内容外，还增加综合与设计性实验、开放性试验等，努力培养学生的创新意识与创新能力。并将基本操作融入综合实验中，在实验内容方面注重于实际生活中水样品监测分析。籍此培养学生的实验操作能力和动手能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，为学生今后在水科学方面的后续学习研究或在相关政府部门、企事业单位的实际工作打下扎实的专业基础。通过本课程的学习，学生应达到下列要求：1、加深对水科学有关的理论课程的基本原理和概念的理解，使学生规范地掌握水资源与环境实验课程的基本原理、基本分析技术和基本操作方法，同时提高学生对各种常用环境监测和分析方法的感性认识，培养学生勤奋学习，求真求实的科学品德，培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献能力、思维能力、想象能力、表达能力。2、学会对分析仪器的性能进行测试并对部分参数进行校正，熟悉对实验现象的观察和记录，实验数据的测量和处理，最佳实验条件的判断和选择，实验结果的分析和讨论等一套严谨的实验方法。3、通过完成综合研究性实验，培养学生独立解决实际问题的能力，提高学生的科研素质与创新意识。4、要求课前进行预习，弄懂实验目的与原理，熟悉实验内容与步骤，写出预习报告。三、适用专业地理科学、水资源管理、水文与水资源工程、环境、国土与城乡规划、地理信息工程等专业。四、主要仪器设备原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度仪、酸度计、电导率仪、测汞仪、火焰光度计、化学需氧量分析仪、氨氮测定仪、电子分析天平、水浴锅、烘箱、培养箱，光学显微镜，能量方程仪器、雷诺仪、局部阻力试验台、沿程阻力试验台、马弗炉、搅拌器、压力灭菌器、电子显微镜、超净工作台、生化反应器、沉降设备等。五、实验方式与基本要求1、本课程以实验为主，单独设课。开课后，课程负责教师首先需向学生介绍课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试方式、实验守则及实验室安全制度等。2、学生在实验前必须进行预习，预习报告或设计实验方案经老师批阅后，方可进入实验室进行实验。3、学生根据各个实验的目的和要求，大部分实验2-3人1组，部分综合研究性实验可34人/组，个别1人1组，每组1套实验装置，在规定时间内，独立完成实验测定、数据处理，并撰写实验报告。实验过程中, 要求学生勤于动手, 敏锐观察, 细心操作, 开动脑筋, 分析钻研问题, 准确记录原始数据, 经教师检查并签名，实验及其原始数据记录才有效。4、实验过程中，老师应在实验室进行巡视，及时纠正学生的错误操作，检查学生的实验记录和报告。学生若实验失败，应找出原因，经老师同意后才可重做实验。5、任课教师要认真备课，并能提前预做实验，上好每一堂课。实验前教师要亲自检查仪器设备情况，清点学生人数；实验过程中，要向学生提问，引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力，使学生学会分析和研究问题的方法。实验结束后认真填写实验开出记录。六、考核与报告本课程采用平时考核、期末考试来综合评定学生的成绩，着重考查学生基本操作的掌握程度、实验结果的准确度和精密度、灵活运用所学知识分析、解决问题的能力及运用所学知识完成研究型实验的能力。平时实验占80%，操作理论考试占20%。考试与自然地理理论课程一起考试，有关实验试题着重考查学生综合运用分析化学知识解决实际测定问题的能力，和对特殊问题的分析解决问题的能力。每个实验的评分包括：预习报告20%，实际操作40%，实验结果20%，总结报告20%。七、实验项目设置与内容序 号实 验名 称内容提要实验学时每组人数实验属性实验类别开出要求1水中酸度和碱度的测定Mensuration of water acidity and alkalinity掌握酸碱指示剂滴定法测定酸度和碱度的原理和方法。41验证本科必做2水中总硬度的测定Mensuration of water-rigidity掌握EDTA络合滴定法测定水的总硬度的原理和方法。41综合本科必做3水中pH值的测定Mensuration of the pH value of water掌握玻璃电极法测定水样pH值的原理和方法。41 综合本科必做4100-1050C烘干总可滤残渣的测定Mensuration of filterable residue in water by drying at 100-105C掌握重量法测定总可滤残渣的原理和方法。41验证本科选做5水中电导率的测定Mensuration of water conductance掌握电导率仪测定水中电导率的测定方法。31验证本科必做6水中高锰酸盐指数的测定Mensuration of the content of permanganic acid index掌握氧化还原滴定法测定水中高锰酸盐指数和水中有机物的的原理和方法。41综合本科必做7水中化学需氧量（COD）的测定Mensuration of the content of chemical oxygen demand in water掌握重铬酸钾法测定水中有机污染物的原理和方法43综合本科选做8水中溶解氧（DO）的测定Mensuration of the content of deliquescent oxygen in water掌握碘量法测定水中溶解氧的原理和方法。41验证本科必做9五日生化需氧量的测定Mensuration of the content of biochemical oxygen demand (five days) in water掌握生活污水或工业废水的五日生化需氧量的测定。42综合本科必做10水中氨氮的测定Mensuration of the content of ammonia nitrogen in water1.学会使用分光光度计测定水中氨氮浓度的方法2.掌握纳氏试剂光度法测定水样中低浓度氨氮以及紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的原理和方法3.掌握工作曲线的制作方法和实验数据的处理方法。81综合本科必做11水中氟化物的测定Mensuration of the content of fluorid in water掌握离子选择电极法测定氟化物的原理和方法。41验证本科必做12水中氯化物的测定Mensuration of the content of chloride in water掌握用硝酸银滴定法测定水中氯化物的原理和方法。31综合本科必做13硫酸盐的测定Mensuration of the sulfate content in water掌握铬酸钡光度法测定硫酸盐的原理和方法。41综合本科选做14水中挥发酚类的测定Mensuration of the content of hydroxybenzene in water掌握4氨基替比林萃取光度法测定水中挥发酚的原理和方法。41验证本科选做15水中汞的测定Mensuration of the content of Hg in water掌握冷原子吸收法测定汞的操作技术和原理。41综合本科必做16水中砷的测定Mensuration of the content of As in water掌握二乙氨基二硫代甲酸银光度法测定水中砷的原理和方法。42综合本科选做17水中重金属元素的测定Mensuration of the content of heavy metals in water掌握原子吸收光谱法的测定原理和方法，熟悉仪器的操作。此实验可结合科研项目、研究课题的内容进行分析测定43-4综合研究本科必做18亚硝酸盐氮的测定Mensuration of the nitrogen nitrite掌握用分光光度计测定水中亚硝酸盐氮的方法。41验证本科选做19硝酸盐氮的测定Mensuration of the nitrogen nitrate掌握用分光光度计测定水中硝酸盐氮的测定方法。41验证本科选做20磷的测定Mensuration of the phosphor1.通过对水中正磷酸盐的测定，掌握分光光度计的操作方法。2.掌握工作曲线的制作方法和实验数据的处理方法。41验证本科选做21底质中有机物的测定Mensuration of the organism in the bottom mater1.底质样品的处理的实验技术。2.样品的消解处理的实验操作。3.通过对底质中有机物的测定，掌握综合实验方法。41综合本科必做22水静力学实验(Experiment of Hydrostatics)（1）掌握测压管测量液体压强的基本方法。（2）观察真空现象。（3）测量未知液体容重。23综合本科选做23能量方程实验(Experiment of Bernoulli Equation)（1）握流速、流量、动水压强等水力学要素的实验测量技术。（2）验证液体恒定总流的能量方程（3）掌握管流中动水力学的能量转换。23验证本科必做24管路的局部水头损失实验(Experiment of Local Head Loss in tube)（1）掌握三点法、四点法测量管路中局部水头损失的局部阻力系数的方法。（2）熟悉理论分析法和经验法建立函数式的途径。（3）加深局部水头损失机理的了解23验证本科必做25毕托管测流速实验(Experiment of Pitot tube)（1）通过对管嘴淹没出流点流速及测点流速系数的测量，掌握用毕托管测量点流速的技术和使用方法。（2）通过对毕托管的构造和适用性的了解及其测量精度的检验，进一步明确水力学量测仪器的现实作用。23综合本科选做26雷诺实验(Experiment of Reynolds)（1）观测层流、紊流两种流态，掌握圆管流态转化的规律。（2）测量圆管内稳定流动液体的上下临界雷诺数。23综合本科必做27管流的沿程阻力实验(Experiment of Frictional Head Loss in tube)（1）深入了解圆管在恒定流状态下水头损失的变化规律，验证不同流区中水头损失与断面平均流速的关系，以及沿程水头损失系数随雷诺数及相对粗糙度的变化规律。（2）学会管路沿程水头损失系数的测量方法，并找出它的变化规律，学会整理经验公式的方法。23验证本科必做28文丘里流量计实验(Experiment of Venturi Meter )（1）了解文丘里流量计的简单构造及其量测流量的原理和方法。（2）找出压差与流量的关系，率定文丘里流量计，从而确定文丘里流量计的系数。23验证本科选做29微生物形态的观察The observation of the microorganism appearance1.显微镜的构造，低倍镜、高倍镜、油镜的使用。2.细菌示范片的观察。3.水处理设施中的微生物观察。31验证本科必做30微型动物的计数Counting of miniature animal显微计数。31验证本科必做31细菌、霉菌、酵母菌、放线菌形态的观察The observation of bacteria, mildew, microzyme and actinomycete appearance细菌、霉菌、酵母菌、放线菌形态的观察31验证本科选做32微生物的染色Dyeing of microorganism1.普通染色。2.革兰氏染色。31验证本科必做33培养基的制备及灭菌Preparation and extermination bacteria of substrate1.培养基和无菌水的制备。2.高压蒸汽灭菌。 34验证本科必做34微生物纯种分离、培养及接种Separation, inoculation and educate of microorganism1.稀释平板法。2.平板划线法。31验证本科必做35纯培养菌种的菌体、菌落形态观察The observation of thalli and colony configuration了解活性污泥中的微生物。31验证本科必做36水中细菌总数的测定Counting of the bacteriain water1.细菌总数的测定。2.大肠菌群的测定。44综合本科选做37饮用水质分析Drinking water quality analyse各种水质指标测定141开放性本科选做38自由沉淀实验Experiment of free sedimentation1.掌握自由沉淀的实验方法。2.观察自由沉淀现象。3.加深对自由沉淀规律的理解。34验证本科必做39絮凝沉淀实验Experiment of flocculating sedimentation1.掌握絮凝沉淀实验方法。2.观察絮凝沉淀现象。3.加深对絮凝沉淀规律的理解。34验证本科必做40成层沉淀实验Experiment of stratifying sedimentation1.掌握成层沉淀和压缩沉淀的实验方法。2.观察成层沉淀和压缩沉淀的现象。3.加深对四种沉淀规律的理解。44验证本科必做41曝气实验Aeration experiment1.通过对水中微生物的活性的测定，了解废水处理过程中氧转移的规律。2.加深理解曝气充氧的机理及影响因素。3.掌握实验数据的处理方法。44验证本科选做42消毒实验Experiment of disinfection1.通过对水中细菌进行加氯消毒的实验，掌握折点加氯的消毒方法。2.掌握实验数据的处理方法。44验证本科选做43混凝实验Experiment of mixed flocculating1.通过在水中加入不同浓度的混凝剂的实验，掌握最佳沉淀效果的实验操作方法。2.掌握实验数据的处理方法。44验证本科必做44活性污泥混合速率的测定Mensuration of mixed velocity for active sludge1.学习测定活性污泥曝气池混合液耗氧速率的方法。2.掌握实验数据的处理方法。44验证本科必做45废水处理Wastewater Treating某工业废水中主要污染物含量及除去污染物的方法选择，效果分析332-5开放、研究性本科选做八、说明地理学院水资源与环境实验课程学年面向院内外学生开设一批具有新颖性、探索性、实用性、趣味性等特色的开放式创新性实验，这些颇具挑战性的实验均由学生自愿参加并于课余时间完成。 通过课内实验、“开放式研究性”实验等多种