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1、9、 环境科学实验教学大纲课程名称（中文） 环境科学实验课程名称（英文） Environmental Science Experiment课程编码课程性质 独立设课 课程属性 专业课学时学分：总学时 58 总学分 2.0应开实验学期 二四 年级 四七 学期适用专业 环境科学专业先修课程 无机化学、有机化学、物理化学、环境地学、环境化学（可同时开课） 、环境生物学（可同时开课） 、环境生态学及环境微生物学等（可同时开课） 。一、 课程简介及基本要求本课程是在普通化学、地学基础及环境生态学、环境化学、环境生物学、环境微生物学等学科基本原理的指导下，进行环境科学实验方法与技术的技能训练，通过观察实验
2、现象认识环境化学、生物、生态过程，并通过实验数据的分析、验证，初步掌握环境科学的研究方法与技术。本课程包括五个方向的地学基础及环境生态学、环境化学、环境生物学、环境微生物学实验内容，每个实验方向又包括若干个具体的实验内容，有基本的验证性实验，也有综合设计性实验，着重培养学生对各种环境现象及过程的分析方法与技术的掌握。通过该门实验课程的训练，学生应达到以下要求：1. 从实验获得感性认识，深入理解和应用地学基础及环境生态学、环境化学、环境生物学、环境微生物学等理论课程中的概念、理论，并能灵活运用所学理论知识指导实验过程。2. 规范地掌握环境科学学科实验的基本操作与基本技能，包括地学基础及环境生态学
3、、环境化学、环境生物学、环境微生物学等学科的基本实验技能。3. 具有仔细观察进而分析判断实验现象的能力，能正确真实的记录实验现象与结果；处理实验结果时具有逻辑性并能够做出正确的结论；在分析实验结果的基础上，能正确地运用科学的语言进行表达，能够独立撰写实验报告；具有解决实际环境科学问题的实验思维能力和动手能力。4. 根据实验需要，通过查阅资料，能独立正确的设计较简单的实验（包括实验方法、实验条件、仪器和试剂、环境现象或过程分析等） ，能够独立撰写实验方案，具有一定的创新意识与创新能力。5. 具有实事求是的科学态度、勤俭节约的优良作风、认真细致的工作作风、相互协作的团队精神、勇于开拓的创新意识和科
4、学精神。6. 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。二、 课程实验目的及要求环境科学的研究对象是一个很复杂的综合体系即人类-地球环境系统，包含地学、化学、生物及生态等各种现象和过程。 环境科学实验中各门相关的实验，相互关联又相对独立，实验目的是希望能够通过一定的实验方法、实验过程使学生更深入的理解、掌握理论课程所讲授的各种环境现象、环境学原理知识，能够通过实验的具体操作过程的训练，将各种环境科学的知识融会贯通，并能灵活的运用各种理论知识指导实验过程，同时希望学生真正能够理论联系实际，为环境实际问题的解决提出合理的方案或可行途径。目前开出环境化学、环境生物学、环
5、境微生物学的实验内容，以后逐步增加实验内容，并加以完善。（一）环境生物学（1）简介及要求环境生物学是环境科学专业的必修课程。通过本课程的教学，帮助学生了解环境污染物在生态系统中的行为和对生物的危害、生物在监测环境质量及净化环境污染中的作用，使学生充分理解环境污染和生物之间的相互作用，更深层次地认识到生物多样性的保护及生态环境保护的重要性。经过实验的训练，学生应达到以下要求：a/掌握生物与环境之间相互作用的基本原理b/掌握环境污染物对生物遗传物质及生理过程的改变c/掌握生物对环境污染物的指示作用d/掌握生物在环境修复和恢复中的作用及其基本理论（2）实验目的及要求通过综合实验“环境遗传物质污染的微
6、核指示”的实验过程，可以使学生巩固和加深“环境污染物质对生物遗传物质的深刻影响” 的基本理论和知识，掌握环境中的生物对受污染环境的指示作用，使学生在掌握基本理论知识的同时，能深刻认识环境污染物质对环境中的生物的危害，增强学习环境科学的兴趣和责任感，培养独立观察、思考的能力，为后续课程的学习及日后的工作打下基础。（3）主要仪器设备超净工作台、显微镜等（4）综合性、设计性实验简介指导思想指导学生探讨生物与环境之间相互作用的基本原理，提高学生独立观察、思考及发现问题、分析问题、解决问题的能力。学习撰写规范的科学研究报告。通过实验研究，深刻认识环境污染物质的遗传毒性。实验目的及要求通过 “环境遗传物质
7、污染的微核指示”的综合实验过程，加强学生对环境污染的遗传毒性的感性认识，掌握环境污染物对生物遗传物质及生理过程的改变及生物对环境污染物的指示作用。掌握微核试验相关操作技术。使学生在复习和巩固基本理论知识的同时，能深刻认识环境污染物质对环境中生物的危害，增强学习环境科学的兴趣和责任感。通过本综合性实验，培养学生独立观察、思考及分析、研究解决实践问题的能力。具体要求是：种子处理将蚕豆种子洗涤干净，室温下用蒸馏水浸泡发芽 24 小时，然后移入铺有干净纱布的托盘内培养。当初生根长到2cm 时，选取发育良好的，大小与根长近似的幼根。将选好的蚕豆芽放入发芽盒中，使根尖完全浸入处理水样中，室温下培养 48
8、小时后，用蒸馏水洗涤根尖 2 次，再用蒸馏水恢复 24 小时，设蒸馏水处理为空白对照。固定借助于物理方法或化学药剂的作用，迅速透入组织和细胞将之杀死，并且使其结构和内含物如蛋白质，脂肪，糖类以及核物质与细胞器等，在形态结构上尽可能保持生活时的完整和真实状态，同时更易于染色，可以更清楚的显现细胞在生活时不易看清的结构。吸取约 5ml 卡诺氏固定液于 10ml 试管中，用刀片或小剪刀切取经过处理的长约 0.5-1.0cm 的根尖 10-20 条，放入试管内，用试管塞盖紧，室温下固定 20-24h，固定液的用量为材料体积的 15 倍以上。水解分离水解分离的作用是去除细胞内未固定的蛋白质, 同时使胞间
9、层的果胶类物质解体，细胞分散而易于观察。用镊子取固定好的蚕豆根尖，放在试管内，加水解分离液 2ml，室温下处理 8-20min，倒去水解分离液，再加入固定液 2ml，软化 5min，软化对细胞壁起腐蚀作用。然后倒去固定液，用蒸馏水反复冲洗使材料呈白色微透明，以镊子柄轻压能压碎为佳。染色和压片切取蚕豆根尖分生组织放在载玻片上纵横切成几段，放在载玻片上，以十字压片法覆以载玻片，用镊子柄或铅笔头轻敲几下，再用拇指用力下压使细胞充分分散，注意不要移动玻片，然后分开两玻片，各滴上 1-2 滴染液，染色20-30min 后加上盖玻片，注意不要产生气泡，最后用吸水纸吸去多余染液。镜检在 4010 倍显微镜下
10、，凡小于主核 1/4 以下的，同主核有相同染色效果的，圆形、椭圆形或其他类似形状的染色物质都可以算作微核。每组学生根据观察实验要求，自己确定不同浓度的农药（如一个空白对照及几个不同浓度）按照相关实验步骤开展环境遗传物质污染的微核指示实验，观察实验结果，并结合实验设计进行综合分析。学生通过实验，独立完成配制溶液、种子处理、细胞固定、水解分离、染色和压片、镜检等过程，熟练使用光照培养箱、显微镜等仪器。涉及到的内容或知识点本实验涉及到环境生物学及植物生理学中的相关知识点。如生物与环境之间相互作用的基本原理；环境污染物对生物遗传物质及生理过程的改变；生物对环境污染物的指示作用等。采用的教学方法和手段学
11、生在完成环境生物学课程相关教学内容的基础上，由老师指定一个研究内容为“环境遗传物质污染的微核指示”的综合实验，学生在查阅相关资料后，写出实验设计报告，经老师修改批准。在规定的时间内（1-2 周）内，由学生独立完成实验过程，并对结果进行科学分析，按照题目、前言、实验部分、结果与讨论、结论、参考文献撰写规范的实验报告。（二）环境化学（1）课程简介及要求环境化学是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的重要分支；通过环境化学的教学，使学生了解环境化学的研究领域及发展趋势，掌握环境化学的基本知识；提高解决环境问题的能力。通过环境化学教学，使学生掌握有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；潜在有害物质的
12、来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。实验教学是重要的教学环节之一，目的以提高学生综合运用所学知识解决实际环境问题的能力。经过实验的训练，学生应达到以下要求：a/掌握有害物质在环境介质中迁移转化的基本原理；b/掌握环境化学研究中的初步实验方法与实验技能；c/掌握环境化学实验数据处理与要求；d/掌握科学研究的实验报告编写要求。（2）实验目的及要求通过实验，掌握污染物质的吸附、分配与光解等迁移转化过程，使学生在掌握基本理论知识的同时，能深刻认识污染物质的环境化学行
13、为及其影响因素，掌握初步的环境化学研究方法与技能，培养独立观察、思考的能力，为后续课程的学习及日后的工作打下基础。（3）实验方式及要求a/ 本课程实验项目有三个，综合性实验 1 项，一般性实验 2 项，并选择吸附、分配、光解等重要环境化学过程实验项目。b/ 学生需要预习，写出初步的实验方案，任课老师对学生预习进行检查。c/ 任课教师要认真上好每一堂课，按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验开出记录。d/ 综合性实验，要求学生开展讨论与交流。（4）主要仪器设备紫外-可见分光光度计、原子吸收光度计，pH 酸度计，紫外灯，离心机、恒温槽等。（5）综合性、设计性实验简介实验项目：土壤对铜
14、离子的吸附实验指导思想指导学生考察土壤环境介质对重金属离子的吸附作用及其影响因素，提高学生的发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，学习撰写规范的科学研究报告（论文） 。通过实验研究，能较深刻地认识土壤对重金属离子具有一定的吸附容量，但吸附容量是有限性。实验目的及要求考察一种土壤或沉积物对一种重金属离子（选择铜离子）的吸附作用。具体要求是：选择有机质含量不同两种土壤（如 1 号土壤、2 号土壤，采自野外，或人工配制） ，重金属离子选择常见的铜离子。每组学生（2 人）根据实验研究内容，通过测定动力学反应曲线指标确定吸附平衡时间；通过测定等温吸附曲线确定铜离子的最大吸附量及饱和吸附平衡时的铜离子溶
15、液浓度。对比分析，不同土壤、不同 pH 条件对铜离子吸附行为的影响。熟练使用电子天平、原子吸收分光光度计、离心机、pH 酸度计或精密 pH 试纸。涉及到的内容或知识点本实验涉及到环境化学中土壤吸附性，土壤有机质、土壤酸碱性对重金属离子的土壤吸附容量、重金属离子的迁移、转化及归宿的影响等知识点。实验原理土壤对铜离子的吸附，可以通过测定吸附溶液中离子浓度的前后变化确定土壤的吸附容量，溶液中铜离子的含量由原子吸收分光光谱法进行测定。掌握铜离子浓度测定的标准溶液工作曲线的绘制。土壤对铜离子的吸附量可由下式计算：q=(C0-C)V/1000Wq土壤对铜离子的吸附容量，mg/g; C0 溶液中铜离子的初始
16、浓度，mg/L, C溶液中铜离子的平衡浓度，mg/L； V溶液的体积，mL；W土样重量，g。采用的教学方法和手段学生在完成本专业基础课程实验教学内容、并掌握环境化学基本方法的基础下，由老师指定一个实验研究项目“土壤对铜离子的吸附实验” ，学生先预习实验方案，熟悉实验目的、原理以及实验步骤，并查阅相关文献资料后，之后在规定的时间（1 周）内，在老师的指导下由 2 个学生独立完成实验过程，并对结果进行科学分析，按照“题目、中文摘要、关键词、前言、材料与方法、结果与分析、讨论、参考文献”撰写规范的实验报告。（三）环境微生物学（1）简介及要求根据课程的性质、任务、要求以及学习对象，将实验内容分为基础实验和设计性实验。实验采用两种方式，第一种方式是在实验室利用仪器设备进行实验，第二种方式采用学生现场观察、采样并自行设计检测的方法。经过多层次、方式教学的全面训练后，学生应达到以下要求：a/ 进一步巩固和加深对环境微生物基本知识的理解，提高综合应用所学知识，独立观察、设计检测实验的能力。b/ 能根据需要查阅资料，
