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談抗生素降解研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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談抗生素降解研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞:研究型教學(xué); 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì); 抗生素

一、引言

近幾年,我國教育行業(yè)為改善和提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力,一直致力于研究型教學(xué)的推廣。研究型教學(xué)是指將科學(xué)研究與教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,將最新的科研成果及時(shí)補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,使教學(xué)內(nèi)容得到補(bǔ)充和更新。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更側(cè)重于基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),不利于對學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力的培養(yǎng)。因此,在對已有的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)有效改進(jìn)的基礎(chǔ)上,還要不斷注入新鮮的血液,尤其是將國際上的研究熱點(diǎn)、研究成果轉(zhuǎn)化成具有前沿性、新穎性和挑戰(zhàn)性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將學(xué)生置于研究工作者的地位,使學(xué)生從中得到創(chuàng)新思維的訓(xùn)練,使學(xué)生有一種置身國家科技前沿的感覺,促使他們更加關(guān)心國家高科技發(fā)展,增加他們投身科學(xué)研究的愿望。伴隨著科技的發(fā)展和人口的增多,環(huán)境污染問題變得日益突出,其中抗生素的污染與我們的生活密切相關(guān),抗生素及抗生素生產(chǎn)產(chǎn)生的廢料的存在對環(huán)境產(chǎn)生了極大的污染,抗生素廢水具有很高的COD值,生物降解能力較低,同時(shí)還具有較高的毒性,人們對抗生素生產(chǎn)廢水的處理研究不斷深入細(xì)致,其處理方法有生物法、化學(xué)氧化法等多種方法。為了讓學(xué)生對抗生素的檢測和降解有更清楚的認(rèn)識,掌握大型分析儀器的使用,我們在大量的教學(xué)和研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一個(gè)涉及抗生素(以紅霉素為例)的檢測、降解方法和條件探索的研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可以應(yīng)用于應(yīng)用化學(xué)、生物技術(shù)、化學(xué)化工和材料等專業(yè)的學(xué)生,具有廣泛性。

二、主要實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

高效液相色譜儀HPLC–紫外檢測器(海能LC7010)、ODS-C18色譜柱(5μm,4.6mm×250.0mm)、超聲振蕩儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、氮吹儀等。乙腈、甲醇(均為色譜純)、K2HPO4、NaH2PO4(均為分析純)、紅霉素標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%)、Fenton試劑、高純水等。

三、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)施

該研究型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生分組分工合作,盡可能獨(dú)立地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。指導(dǎo)教師為學(xué)生準(zhǔn)備所使用到的試劑,并針對大型儀器—高效液相色譜儀的使用進(jìn)行集中培訓(xùn)講解,從旁協(xié)助學(xué)生完成樣品的測定。學(xué)生則根據(jù)自己的時(shí)間和分工進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排,及時(shí)向指導(dǎo)教師匯報(bào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始之前要進(jìn)行文獻(xiàn)收集、知識整合,實(shí)驗(yàn)過程中要掌握實(shí)驗(yàn)技能、思考安排,實(shí)驗(yàn)完畢后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析,給出結(jié)論,從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究能力的目的。1.溶液的配制流動(dòng)相的配制:稱取K2HPO4約5.7g于200mL燒杯中,加適量高純水使之溶解后轉(zhuǎn)入1000mL容量瓶,用高純水稀釋至刻度即可得0.025mol/LK2HPO4溶液。紅霉素儲(chǔ)備液的配制:稱取K2HPO4約4.6g、NaH2PO4約2.0g于200mL燒杯中,加適量高純水使之溶解后轉(zhuǎn)入500mL容量瓶,用高純水稀釋至刻度,得紅霉素稀釋液。準(zhǔn)確稱取紅霉素標(biāo)準(zhǔn)品0.1g于25mL燒杯中,用10mL甲醇使之溶解后轉(zhuǎn)入100mL容量瓶,用上述稀釋液稀釋至刻度,即得1000mg/L紅霉素儲(chǔ)備液。紅霉素樣品的配制:分別量取紅霉素儲(chǔ)備液0、0.5、1.5、2.5、4.0、5.0mL于10mL比色管中,并用上述所配稀釋液稀釋至5mL刻度線處,配成0、100、300、500、800、1000mg/L的紅霉素樣品。2.色譜分析條件的建立紫外檢測器波長為215nm,總流速為0.8mL/min,柱溫箱溫度為35℃,檢測時(shí)間為30min,進(jìn)樣量為20μL,流動(dòng)相為60%乙腈-40%0.025mol/LK2HPO4溶液,記錄色譜圖至30min(約為保留時(shí)間的3倍)。3.紅霉素檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制在上述實(shí)驗(yàn)條件下,我們得到了紅霉素標(biāo)準(zhǔn)品的譜圖信息(見圖1、圖2)。4.光-芬頓降解紅霉素條件優(yōu)化考察芬頓試劑配比、芬頓試劑氧化pH值、光照時(shí)間以及強(qiáng)度對紅霉素降解率的影響,并分別繪制降解率曲線圖,如圖3所示。

四、實(shí)驗(yàn)安排與考核

研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)復(fù)雜,操作時(shí)間較長,因此對學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),每4人一組,學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排,分工協(xié)作,共同完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)研究,在此過程中,要求指導(dǎo)教師從旁協(xié)助。研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)具有本身的特點(diǎn),因此要改變傳統(tǒng)的成績考核體系,對于學(xué)生的考核從整體出發(fā),與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程緊密結(jié)合,建立多元化考核體系。實(shí)驗(yàn)成績應(yīng)該包括:文獻(xiàn)查閱、原理掌握、預(yù)習(xí)報(bào)告、出勤、操作、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論、團(tuán)隊(duì)合作情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及PPT匯報(bào)。通過這種考核方式,使學(xué)生能夠認(rèn)真對待每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

五、結(jié)束語

該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺浞职l(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶崆斑M(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)及資料的查閱,透徹理解實(shí)驗(yàn)原理,熟悉實(shí)驗(yàn)步驟和操作,以便能順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)測試過程。最后對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、處理后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中,教師不僅僅起到指導(dǎo)作用,還要激發(fā)學(xué)生的思考創(chuàng)新能力,引導(dǎo)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)科研方法。通過對本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和推廣,發(fā)現(xiàn)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法能設(shè)計(jì)出更多新穎的課題,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,幫助學(xué)生了解科技前沿,后期還要繼續(xù)不斷地改進(jìn),充實(shí)和完善,以便更好開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

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作者:張瑋瑋 弓愛君 邱麗娜 單位:北京科技大學(xué)自然科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心