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谈抗生素降解研究型教学实验设计

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谈抗生素降解研究型教学实验设计

关键词:研究型教学; 实验设计; 抗生素

一、引言

近几年,我国教育行业为改善和提高大学生的创新能力,一直致力于研究型教学的推广。研究型教学是指将科学研究与教学实验相结合,将最新的科研成果及时补充到实验教学中,使教学内容得到补充和更新。而传统实验教学更侧重于基础性、验证性实验,不利于对学生的创新思维和综合能力的培养。因此,在对已有的经典实验有效改进的基础上,还要不断注入新鲜的血液,尤其是将国际上的研究热点、研究成果转化成具有前沿性、新颖性和挑战性的教学实验内容,将学生置于研究工作者的地位,使学生从中得到创新思维的训练,使学生有一种置身国家科技前沿的感觉,促使他们更加关心国家高科技发展,增加他们投身科学研究的愿望。伴随着科技的发展和人口的增多,环境污染问题变得日益突出,其中抗生素的污染与我们的生活密切相关,抗生素及抗生素生产产生的废料的存在对环境产生了极大的污染,抗生素废水具有很高的COD值,生物降解能力较低,同时还具有较高的毒性,人们对抗生素生产废水的处理研究不断深入细致,其处理方法有生物法、化学氧化法等多种方法。为了让学生对抗生素的检测和降解有更清楚的认识,掌握大型分析仪器的使用,我们在大量的教学和研究的基础上,设计一个涉及抗生素(以红霉素为例)的检测、降解方法和条件探索的研究型教学实验。该实验可以应用于应用化学、生物技术、化学化工和材料等专业的学生,具有广泛性。

二、主要实验仪器和试剂

高效液相色谱仪HPLC–紫外检测器(海能LC7010)、ODS-C18色谱柱(5μm,4.6mm×250.0mm)、超声振荡仪、旋转蒸发器、氮吹仪等。乙腈、甲醇(均为色谱纯)、K2HPO4、NaH2PO4(均为分析纯)、红霉素标准品(纯度≥99%)、Fenton试剂、高纯水等。

三、综合性实验内容的实施

该研究型实验要求学生分组分工合作,尽可能独立地完成实验设计和实验准备工作。指导教师为学生准备所使用到的试剂,并针对大型仪器—高效液相色谱仪的使用进行集中培训讲解,从旁协助学生完成样品的测定。学生则根据自己的时间和分工进行实验安排,及时向指导教师汇报实验进展。这样学生在实验开始之前要进行文献收集、知识整合,实验过程中要掌握实验技能、思考安排,实验完毕后对数据进行处理、分析,给出结论,从而达到了培养学生独立进行科学研究能力的目的。1.溶液的配制流动相的配制:称取K2HPO4约5.7g于200mL烧杯中,加适量高纯水使之溶解后转入1000mL容量瓶,用高纯水稀释至刻度即可得0.025mol/LK2HPO4溶液。红霉素储备液的配制:称取K2HPO4约4.6g、NaH2PO4约2.0g于200mL烧杯中,加适量高纯水使之溶解后转入500mL容量瓶,用高纯水稀释至刻度,得红霉素稀释液。准确称取红霉素标准品0.1g于25mL烧杯中,用10mL甲醇使之溶解后转入100mL容量瓶,用上述稀释液稀释至刻度,即得1000mg/L红霉素储备液。红霉素样品的配制:分别量取红霉素储备液0、0.5、1.5、2.5、4.0、5.0mL于10mL比色管中,并用上述所配稀释液稀释至5mL刻度线处,配成0、100、300、500、800、1000mg/L的红霉素样品。2.色谱分析条件的建立紫外检测器波长为215nm,总流速为0.8mL/min,柱温箱温度为35℃,检测时间为30min,进样量为20μL,流动相为60%乙腈-40%0.025mol/LK2HPO4溶液,记录色谱图至30min(约为保留时间的3倍)。3.红霉素检测标准曲线的绘制在上述实验条件下,我们得到了红霉素标准品的谱图信息(见图1、图2)。4.光-芬顿降解红霉素条件优化考察芬顿试剂配比、芬顿试剂氧化pH值、光照时间以及强度对红霉素降解率的影响,并分别绘制降解率曲线图,如图3所示。

四、实验安排与考核

研究型教学实验设计复杂,操作时间较长,因此对学生进行分组实验,每4人一组,学生根据自己的时间进行实验安排,分工协作,共同完成整个实验研究,在此过程中,要求指导教师从旁协助。研究型教学实验具有本身的特点,因此要改变传统的成绩考核体系,对于学生的考核从整体出发,与整个实验过程紧密结合,建立多元化考核体系。实验成绩应该包括:文献查阅、原理掌握、预习报告、出勤、操作、数据分析、结论、团队合作情况、实验报告及PPT汇报。通过这种考核方式,使学生能够认真对待每一个实验环节。

五、结束语

该实验能够充分发挥学生的主观能动性,学生根据实验目的提前进行相关文献及资料的查阅,透彻理解实验原理,熟悉实验步骤和操作,以便能顺利完成整个实验测试过程。最后对实验数据进行整理、分析、处理后撰写实验报告。在实验实施过程中,教师不仅仅起到指导作用,还要激发学生的思考创新能力,引导学生更深入地学习科研方法。通过对本实验的设计和推广,发现研究性实验教学的方法能设计出更多新颖的课题,提高学生学习兴趣,培养学生创新思维,帮助学生了解科技前沿,后期还要继续不断地改进,充实和完善,以便更好开展实验教学工作。

参考文献:

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作者:张玮玮 弓爱君 邱丽娜 单位:北京科技大学自然科学基础实验中心

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