东莞运河水域水污染情况分析综合课程设计

1、综合课程设计 东莞运河水域水污染情况分析（一）课程背景：1984年颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染”下了明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。当肮脏、有害的物质进入洁净的水中,水污染就发生了。水的污染源主要有:未经处理而排放的工业废水;未经处理的生活污水;大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水;堆放在河边的工业废弃物和生物垃圾;矿山污水等,水土流失也可造成水污染。水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根

2、据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。人类生产活动中产生和排放的废弃物进入自然界水体所造成的水体污染对人体健康、工业生产、渔业、农业和陆游业都造成了巨大的损伤和经济损失。以旅游业为例，80年代无锡开发出“古运河之旅”的水体旅游项目，1988年接待海外游客7万余人。进入90年代以来，因水污染使古运河游览人数大幅度下降，每年接待海外游客2万人，接待人数为80年代的28.6。80年代无锡市年均接待海外游客10万人，古运河项目占该市同期指标的70。到90年代，全市年均接待15.6万人，古运河占12.8，下降了57.2。20世纪50年代，由于工业化的全球性发展，污染总量急剧

3、增加，伦敦泰晤士河、巴黎塞纳河气味四溢，鱼迹不见。西方发达国家认识到水环境的重要性并开始着手水污染的防治，投入了不小的力量。如今，伦敦泰晤士河已经重见清澈。但我国的水污染情况依然令人担忧。我国污水的排放量已从80年代的310亿t增加到1998年的606亿t，占我国近年用水总量的10以上。受污染河段已超过总河长的13，水生态系统蜕变严重。这种严重态势不仅见于统计数字，甚至于每个居民都能接触感觉到。北方水资源短缺，有限的水资源遭污染使得供需平衡更加雪上加霜；南方严重的水污染已经使相当多的地区出现水质型缺水，使毗邻滚滚长江的太湖流域缺水喝；西部大开发，伴随着资金的投入，工矿业的发展，使得该地区水污染

4、加剧已见端倪，如此下去，将使那里十分缺乏的水资源难以为继。广东珠江领域发生过严重的水污染案例，而东莞的运河也曾经一度水面出现许多死鱼，气味难闻，水质极差。调查研究结果表明，这些水域的水质已经严重富营养化，甚至有些地方发生水华现象（城市河湖由于大量污染物的进入或水体长时间存蓄，没有清水补充，就会产生富营养化。富营养化的水体促使微囊藻、蓝藻等浮游生物的迅速增殖，从而使水体变色、水质恶化、在水面上形成生物的现象，在淡水中叫“水华”，在海水中叫“赤潮”）。东江、运河是存在于我们身边的水体，对身边的现象进行研究更加能提高学生的兴趣和提高科学探索的主动性。另外，我们理解的综合课程是不以学科为中心组织教学内

5、容，而以学生解决问题和学科间关系的两个维度来组织；在综合课程上学生着眼于身边的事物、问题，学习解决问题的方法；并且强调对现实生活中最常用的内容在课程中的地位。为了帮助学生能够利用科学知识，进行个人决策和参与社会事务的讨论，我们设计的这个综合课程活动兼顾了实用性科学教育的四个层面：概念水平、事实水平、实用水平和日常生活水平。（二）课程目的1. 学习原生动物门生物的特征、识别及其经济意义2. 掌握化学滴定的原理和应用，及PH试纸的使用3. 了解有关水污染的知识4. 学习抽样方法和数据处理方法，通过对数据的分析为问题的解决提供依据5. 初步了解科学研究的步骤和方法，把科学教育提高到应用水平和日常生活

6、水平6. 提高学生的环保意识，科学研究的严谨性和培养爱国情感（三）课时安排总共5-7课时，分六部分课程划分阶段活动内容活动地点课时安排第一部分前期活动自主完成作业第二部分知识的准备教室1课时第三部分具体活动安排教室第四部分采集水样（包括现场测量水样的物理性质及化学性质）采样地点1-2课时第五部分固体悬浮物的测定实验室1课时第六部分生物观测实验室1-2课时第七部分班级讨论教室1课时（四）课程内容第一步 报告活动：水污染知多少提前三周布置学生完成以下作业：就自己对水污染问题的认识，练习收集资料，做一份相对详细的报告，可以参考下列提示点来进行，也可以就自己所知道或收集到的相关资料来完成：1. 水污染

7、的来源、水污染的种类有哪些？ 2. 试着就你从报纸杂志、网站或其他地方找到的资料作一个污染源的分类。3. 你知道积水潭、什刹海中的水从哪里来，到哪里去吗？在水体流动过程中有哪些污染源向其排放污水？4. 你知道如何判断水体污染程度吗？第二步 基础知识的学习1. 生物学知识眼虫和草履虫的结构、分布特点显微镜的使用生物计数的方法2. 化学知识酸碱度的测定滴定法测阳离子浓度3. 数学知识基本的统计知识：随机抽样，分层抽样线性回归的基本方法，用样本估计总体及特征的思想有关的数据分析知识曲线图的绘制 第三步 水样采集工具的设计向学生说明设计要求，让他们根据要求设计合适的采水器。设计要点：1.  

8、采样器具要求：化学性质稳定；不吸附待测组分；易清洗并可反复使用；大小和形状适宜。2. 仪器根据采水的深度有不同要求，表层和浅层采样等可以直接汲水的场合，用容量适当的容器即可；采集一定深度的水时，可用直立式或有机玻璃采水器，这类装置在下沉过程中，水就从采集器中流过，当达到预定的深度时，容器能够闭合而汲取水样。一般，测定有机及生物项目应选用硬质（硼硅）玻璃容器；测定金属、放射性及其他无机项目可选用高密度聚乙烯和硬质（硼硅）玻璃容器。第四步 采集水样水样采集点要有代表性，将全班分成四个小组（A，B，C，D），然后四个小组可分别选择重度污染、中度污染、轻度污染和无污染带采集水样。每个小组在确定的地点分

9、别采集表层，20厘米、50厘米和1米深处的水样，对应重度污染编号为：，其他类推。在分析数据时，每个小组水样可构成深度比较，不同小组的同样深度水样可以平行比较。水样采取的数量取决于分析项目的多少及其精度要求。水样瓶必须洗净，取样时，必须用所取水样冲洗瓶和塞子三次以上。取样后必须封好瓶口，注明水样编号、地点、取样日期。第五步 水样观察与测定1.水样的物理性质：1.1温度、颜色和气味水的物理化学性质与水温有密切关系。水中溶解性气体（如氧、二氧 化碳等）的溶解度、水生生物和微生物活动、化学和生物化学反应速度及盐度、pH值等都受水温变化的影响。水温测量应在现场进行，常用的测量仪器有水温计（用于表层水温度

10、的测量），深水温度计、颠倒温度计（用于测量深层水温度）。天然水中存在腐殖质、泥土、浮游生物和无机矿物质，使其呈现一定的颜色。工业废水含有染料、生物色素、有色悬浮物等，是环境水体着色的主要来源。有颜色的水可减弱水体的透光性，影响水生生物生长。生活中可使用目测法比较水的颜色。水中臭主要来源于生活污水和工业废水中的污染物、天然物质的分解或有关的微生物活动。检验臭味是评价水处理效果和追踪污染源的一种手段。测定臭的方法有定性描述法和臭强度近似定量法（臭阈试验）,本活动只要求学生学会用词语来形容不同水样的臭味特征。让学生在现场测量水样的温度和观察颜色，气味并做记录：温度颜色气味A组B组C组D组对比我们事先

11、关于污染程度的假设，比较它们在物理性质方面有什么差别。 1.2 浊度即废水悬浮固体的测定：教学步骤：向学生讲授测定的原理 指导学生设计合理可行的实验过程为学生提供实验仪器和试剂，指导学生自己动手操作实验，并对所得数据进行计算，完成下列表格:A组B组C组D组悬浮物含量实验原理：水质中悬浮物是指水样通过孔径为0.45m的滤膜，截留在滤膜上并于103烘干至恒重的固体物质。按重量分析要求，对通过水样前后的滤膜进行称量，算出一定量水样中颗粒物的质量，从而求出悬浮物的含量。仪器和试剂仪器：常用实验室仪器和以下仪器：a全玻璃微孔滤膜过滤器或玻璃漏斗；bCN-CA滤膜(孔径0.45m、直径60mm)或中速定量

12、滤纸；c吸滤瓶、真空泵；d电子天平；e 干燥器。试剂：蒸馏水或同等纯度的水。结果的表示:悬浮物含量C(mg/L)按下式计算：                 式中：C水中悬浮物浓度，mg/L；      A悬浮物+滤膜+称量瓶重量，g；      B滤膜+称量瓶重量，g；      V试样体积，mL

13、。2.水样的化学性质：酸碱性的测定：可用PH试纸直接测定，指导学生学会PH试纸的使用注意事项：测定水样的PH值最好在现场进行，否则，应在采样后把样品保持在04， 并在采样后6h之内进行测定；测定PH时，为减少空气和水样中二氧化碳的溶入或挥发，在测水样之前，不应提前打开水样瓶。3.原生动物识别和计数3.1 实验材料和用具采集到的水样、显微镜、载玻片、盖玻片、吸管和滴头、吸水纸、5%冰醋酸3.2 知识讲解对比实物向学生讲授显微镜的结构，指导学生操作。讲解污水中生活的原生生物的种类，及主要种类（眼虫和草履虫）的结构特点和分布特点：眼虫体呈绿色，梭形，前端钝圆，后端尖。在虫体中部稍后有一个大而圆的核，

14、生活时是透明的；体表覆以具弹性的、带斜纹的表膜；体前端伸出一条长于身体1/2的鞭毛。眼虫大量繁殖时，水呈绿色。在不流动的、腐殖质较多或排有生活污水的小河沟、池塘或临时积有污水的水坑中，尤其是带有臭味发绿色的水中常可采到。近年有研究机构把眼虫作为有机污染环境的生物指标，用以确定有机污染的程度，如发现绿眼虫就作为水体重度污染的指标。在有机质丰富且不大流动的污水河沟或池塘里一般有草履虫生活，特别是细菌丰富的水中，草履虫更多，密度大时水呈灰白色。显微镜下观察到的草履虫形状很像草鞋，全身长满了纵行排列的纤毛，游泳时，全身的纤毛有节奏地摆动。其主要结构可见插图。3.3 显微镜观察用滴管吸取少量样品，滴一滴

15、在载玻片上，盖上盖玻片，在低倍镜下观察。如果视野中生物运动过快，可以在载玻片上放一小片剪成方形的擦镜纸，再在擦镜纸上滴水样，盖上盖玻片观察。通过低倍镜观察，结合所学的原生动物门生物的特征，判断水样中主要生物品种。重点让学生注意观察草履虫的结构。3.4 计数在盖玻片的一侧滴加5%冰醋酸，另一侧用吸水纸吸水带动冰醋酸进入样品。等待十分钟至显微镜视野中的原生生物不再移动。数三个单独视野原生生物的数量，把数据填入第五步的试验表中。第六步 污染程度的生物判断和化学判断1生物判断污染程度根据上步试验结果，判断原生动物的种类和数量，下表只考虑草履虫的数量：表1 各水样中草履虫的数量水深视野1视野2视野3平均

16、值深度污染处水样表层20厘米50厘米100厘米中度污染表层20厘米50厘米100厘米轻度污染表层20厘米50厘米100厘米无污染表层20厘米50厘米100厘米由于草履虫在污染水质中生活，我们可以大致根据草履虫的数量来验证刚开始的假设（也就是选择样点时假设的污染程度）。草履虫数量最多的样品应该是污染程度最严重的，数量与程度相应依次递减。2化学污染的分析与判断向学生介绍金属性和非金属性污染的有关知识，及简单介绍一下目前工业废水处理所采用的方法。有条件的话向学生演示一下操作流程，或者联系研究机构，在有专业人员介绍的前提下，带领学生观看正规的科学研究过程。汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内蓄积，水体中

17、的无机汞可转变为有机汞，有机汞的毒性更大。有机汞通过食物链进入人体，引起全身中度。天然水中含汞极少，一般不超过0.1g/L，我国饮用水标准限值为0.001mg/L。总汞的测定采用冷原子吸收分光光度法和高锰酸钾-过硫 酸钾消解双硫腙分光光度法。铜是人体所必须的微量元素，缺铜会发生贫血、腹泻等病症，但过量摄入铜亦会产生危害。金属铜毒性较小，易溶性铜化合物对水生生物的危害较大，有人认为铜对鱼类的毒性浓度始于0.002ug/L，但一般认为水体含铜0.01mg/L对鱼类是安全的。测定水中铜的方法主要有原子吸收分光光度法、二乙氨基二硫代甲酸钠萃取分光光度法和新亚铜灵萃取分光光度法，还可以用阳极溶出伏安法。

18、镉的毒性很强，可在人体的肝、肾、骨骼等组织中积蓄，造成各内脏器官组织的损害，尤以对肾脏的损害最大。还可以导致骨质疏松和软化。如日本富山事件（骨痛病事件）。绝大多数淡水的含镉量低于1ug/L，海水中镉的平均浓度为0.15g/L。测定镉的方法有：1.原子吸收分光光度法（AAs）2. 双硫腙分光光度法第七步 关于水资源污染的讨论学生讨论一下问题：1. 你知道如何防止制造水污染物吗？2. 水体被污染后，怎样才能有效治理？3. 一般家庭废水到哪里去了？排放前对家庭废水须作何处理呢？ 写写看你家里一天会产生多少种废水，并估计看大概有多少吨，怎样做才能将废水减量？ 4. 你们自己能够为当地水资源的改善作些什

19、么吗？5. 还有哪些你们认为可行的措施，是你们不能力所能及的？需要哪些社会机构的支持？你们怎样才能把意见反映上去？第八步 最后让学生每人写一份关于这次活动课的学习心得。 （五）课程评价档案袋评价方法贯穿该综合课程的始终，可以由教师进行，也可以指导学生利用来进行自我评价，把学生作品或者其他能作为科学技能证据的物品，包括“水污染知多少”活动中收集到的所有资料，学习日志，小组学习作品，活动计划，模型，绘画作品及其他任何创作性作品放入档案袋中。档案袋评价可以帮助学生发展更好的自学意识和自我评价意识，增强学生的责任感。放入其中的作品可以给科学知识内容的增长、概念建构、过程方法、技能和态度等提供证据。使用

20、考核清单（Checklist）评价学生对显微镜和其他仪器使用方法的学习效果。评价小组活动和学生的参与积极性，可以使用层级计分评价方法。（六）课程设计分析随着科学、技术和社会经济的发展，传统的单一的分科教育，已不能适应这种发展，也不利于全面提高学生的科学素养。因此，从60年代起，英、美、日等国纷纷开始综合理科的实验研究，并取得了很大进展。60年代后，联合国教科文组织在发展中国家推广使用综合理科教学。80年代后出现了新的课程理念，40多个国家开展综合课程尝试，推动了综合课程的发展。我国第八次课程改革，就把综合课程放在重要的位置。综合课程的目标通常指向学生知识的增长与统整、能力的培养和提高、知情意行的协调发展等。从活动探究体系方面分析，综合课程更侧重培养学生的探究能力。综合课程所设置的教学内容，具体