單樹楠， 李 嫻， 張 雷， 張 昉

（1.上海師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海200234；2.東華大學(xué)紡織學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，上海201618）

0 引 言

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出：要優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合［1-2］，當(dāng)下國(guó)家正在進(jìn)行“雙一流”建設(shè)，其中一流學(xué)科建設(shè)是基礎(chǔ)和核心，而學(xué)科交叉是非常重要的途徑，為了更好地推動(dòng)世界一流學(xué)科的建設(shè)，2020年8月，全國(guó)研究生教育會(huì)議決定新增“交叉學(xué)科”作為新的學(xué)科門類，2020年10月，國(guó)家自然科學(xué)基金委新成立交叉科學(xué)部，為學(xué)科交叉創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境，鼓勵(lì)和推動(dòng)交叉學(xué)科研究的開展，建設(shè)多元的學(xué)科文化，培育多學(xué)科復(fù)合背景的人才。學(xué)科交叉不僅能鍛煉學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，而且能激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和跨學(xué)科綜合思維能力，更有助于促進(jìn)多學(xué)科的協(xié)同發(fā)展，完善具有跨學(xué)科視野和協(xié)同創(chuàng)新意識(shí)的復(fù)合型人才培養(yǎng)機(jī)制［3-5］。

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程之后為化學(xué)類高年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。該課程以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能為目的，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。以往開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多來源于中心教師多年的教學(xué)和科研成果，涵蓋了多個(gè)化學(xué)相關(guān)的二級(jí)學(xué)科的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已具有成熟的知識(shí)體系。近年來，在國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的驅(qū)動(dòng)下，多學(xué)科交叉匯聚與多技術(shù)跨界融合成為常態(tài)，中心也逐漸探索以學(xué)科交叉為特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究，對(duì)基于學(xué)科交叉的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，鼓勵(lì)教師把正在開展的學(xué)科交叉的科研課題，轉(zhuǎn)化為研究型的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)植入教學(xué)活動(dòng)，旨在培養(yǎng)具有多學(xué)科背景的應(yīng)用型、復(fù)合型和技能型人才［6］。本文介紹了一個(gè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)——吸附光催化耦合生物法降解苯并三唑廢水，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較好地體現(xiàn)了多學(xué)科的交叉和融合，并在實(shí)施過程中取得了良好的教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

黨的十八大以來，習(xí)近平總書記就生態(tài)文明建設(shè)中的系統(tǒng)治水做出一系列重要論述和重大部署，特別指出要保障水安全，統(tǒng)籌做好水環(huán)境治理?；诖吮尘?，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)提出了如下理論依據(jù)。

苯并三唑是一種含氮雜環(huán)化合物，作為一種新興污染物，廣泛應(yīng)用于冷卻液、防凍液和家用洗滌劑中，因其結(jié)構(gòu)上的雙環(huán)閉合共軛結(jié)構(gòu)，具有難降解性，污水處理廠傳統(tǒng)的生物技術(shù)難以將其完全去除，故苯并三唑通過生活污水和工業(yè)廢水的間接排放自然水體中，因其具有毒性、致癌和致畸作用，會(huì)對(duì)人類健康和和生態(tài)環(huán)境帶來威脅。

半導(dǎo)體多相光催化法能有效地降解水中有機(jī)污染物，其中二氧化鈦（TiO2）因具有較高的光催化活性、抗光腐蝕，且便宜易得，已成為一種重要的、有應(yīng)用前景的污水處理光催化劑。而在傳統(tǒng)的吸附法中，硅膠以其穩(wěn)定性和孔徑可調(diào)性，是一種常用的多孔吸附材料。近年來開發(fā)的一種吸附與光催化技術(shù)凈化技術(shù)，其兼具了吸附和光催化法的優(yōu)勢(shì)，這類技術(shù)將TiO2等光催化劑負(fù)載到硅膠上，制成復(fù)合光催化材料用于降解污染物。

雖然吸附與光催化聯(lián)用技術(shù)對(duì)苯并三唑具有良好的處理效果，但存在耗能大、處理成本高和反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，且在處理過程中苯并三唑難以被完全礦化，有的副產(chǎn)物甚至比苯并三唑更有危害。而污水處理廠在利用生物法處理時(shí)，雖然具有處理量大和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但苯并三唑?qū)ι锝到饩泻軓?qiáng)的抑制性或毒性，可生化性不強(qiáng)，使生物降解菌死亡。于是科研工作者采用將吸附與光催化聯(lián)用技術(shù)和生物法耦合，利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)來促進(jìn)苯并三唑的完全降解［7-9］。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)而言，即先利用吸附光催化復(fù)合材料預(yù)處理提高苯并三唑的可生化性，再結(jié)合生物處理工藝來降解苯并三唑，從而達(dá)到苯并三唑的完全去除。

該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能較好地體現(xiàn)化學(xué)、材料、微生物、環(huán)境和工程等學(xué)科的交叉與融合，鍛煉學(xué)生的文獻(xiàn)查閱以及動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決和總結(jié)問題的綜合能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，符合培養(yǎng)多學(xué)科背景的創(chuàng)新型人才的要求。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）學(xué)習(xí)溶膠凝膠法制備納米TiO2；

（2）學(xué)習(xí)負(fù)載型納米TiO2-SiO2光催化劑的表征技術(shù)，了解掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線粉末衍射儀（XRD）等大型儀器的數(shù)據(jù)表征及分析方法，掌握高效液相色譜儀、離子色譜儀、紅外光譜儀、比表面積孔徑孔容分析儀和總有機(jī)碳/總氮分析儀的工作原理及操作分析方法；

（3）掌握光催化劑的光催化活性評(píng)價(jià)方法、微生物降解菌的馴化及反應(yīng)器掛膜方法、生物膜反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和構(gòu)建；

（4）了解該實(shí)驗(yàn)涉及多學(xué)科相互滲透和交叉，可培養(yǎng)具有跨學(xué)科視野和協(xié)同創(chuàng)新意識(shí)的復(fù)合型人才。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：硅膠、鈦酸四丁酯、無水乙醇、濃硝酸、葡萄糖、苯并三唑、氯化銨、十二水合磷酸氫二鈉、活性污泥。

實(shí)驗(yàn)儀器：毛玻璃、磁力攪拌器、烘箱、馬弗爐、254 nm紫外燈、pH計(jì)、COD消解儀、SEM、TEM、XRD、高效液相色譜儀、離子色譜儀、紅外光譜儀、紫外分光光度計(jì)、比表面積孔徑孔容分析儀、總有機(jī)碳/總氮分析儀。

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）負(fù)載型納米TiO2-SiO2光催化劑薄膜的制備。采用溶膠凝膠法制備納米TiO2。先在燒杯中倒入適量無水乙醇和濃硝酸，在恒溫下磁力攪拌；接著逐滴加入鈦酸四丁酯，得到TiO2溶膠，控制體系pH值為酸性。再把一定量硅膠加入其中，繼續(xù)攪拌1 h，即可得到硅膠負(fù)載型TiO2-SiO2懸濁液，懸浮液采用離心加水洗法直至上層清液接近中性，置于暗處保存。

然后進(jìn)行光催化劑薄膜的制備。把毛玻璃洗凈，烘干，通過浸漬提拉法把毛玻璃置于上述懸濁液中進(jìn)行超聲涂膜、提拉，先于70℃烘箱內(nèi)烘干得到干凝膠，再放置于馬弗爐中煅燒，升溫至指定溫度并保溫1 h，冷卻后，即制得光催化膜。如此反復(fù)提拉鍍膜數(shù)次，即得到不同層數(shù)的光催化膜。

（2）光催化劑薄膜性能的表征。利用SEM和TEM對(duì)光催化劑納米顆粒的形貌、大小和均一性進(jìn)行表征，并對(duì)表面元素進(jìn)行定性和半定量的分析；利用XRD來解析TiO2的晶體結(jié)構(gòu)；利用紅外光譜儀分析Ti-O鍵的官能團(tuán)形成和變化；利用比表面積孔徑孔容分析儀分析該材料的比表面積、孔容和孔徑特征。

（3）光催化劑薄膜光催化活性的評(píng)價(jià)。采用光催化降解一種常見的染料亞甲基藍(lán)溶液來考察所得光催化劑薄膜的光催化活性。將一定量濃度為20 mg/L的亞甲基藍(lán)水溶液注入套層反應(yīng)器中，放入光催化劑薄膜，夾層通循環(huán)水，在反應(yīng)器底部放入小磁子用于磁力攪拌，使染料溶液濃度分布均勻，待薄膜暗吸附20 min后將其均置于的高壓汞燈下光照反應(yīng)，每隔一定的時(shí)間間隔取樣，經(jīng)離心分離后取上層清液用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定亞甲基藍(lán)溶液的吸光度變化，以此來計(jì)算該催化劑薄膜的光催化活性。

（4）苯并三唑生物降解菌的馴化。取水質(zhì)凈化廠的原始活性污泥倒入燒杯中，經(jīng)多次靜置分層清洗后，開始進(jìn)行馴化。第1階段為7天，取約300 mL洗好的活性污泥放入容積為1 L的量筒中，加入適量氮磷、微量元素和葡萄糖營(yíng)養(yǎng)液，用自來水將污泥混合液定容至1 L，并充分曝氣，控制量筒內(nèi)的水溫為30℃，每天進(jìn)行污泥的靜置分離和加入新營(yíng)養(yǎng)液的重復(fù)步驟。在第2階段，把加入的葡萄糖的濃度由300 mg/L逐漸降到200 mg/L，同時(shí)加入碳源替代物苯并三唑，其濃度由0逐漸提升至60 mg/L，使體系內(nèi)總COD濃度保持為300 mg/L，其余步驟和第一階段相同。經(jīng)過一段時(shí)間，苯并三唑在24 h內(nèi)的去除率達(dá)到95%以上，則說明苯并三唑生物降解菌已基本馴化完畢。

（5）生物膜反應(yīng)器的構(gòu)建及生物降解菌掛膜。本實(shí)驗(yàn)采用的是內(nèi)循環(huán)折流式生物膜反應(yīng)器［8］，如圖1所示，該反應(yīng)器的主體材質(zhì)為有機(jī)玻璃，其被一個(gè)擋板（segregated board）分為上下兩個(gè)部分，光催化劑薄膜置于擋板上方，光催化反應(yīng)在擋板上部區(qū)域進(jìn)行，微生物降解發(fā)生在下部區(qū)域，13塊多孔陶瓷板（baffled plate）交錯(cuò)安裝在反應(yīng)器底部，可以使溶液進(jìn)行折流式流動(dòng)，反應(yīng)器底部一側(cè)的泵可使溶液在上部光催化區(qū)和下部生物降解區(qū)連續(xù)地循環(huán)起來，從而完成耦合作用對(duì)污染物進(jìn)行降解。

圖1 光催化耦合生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖

把已馴化的含苯并三唑生物降解菌的活性污泥倒入該反應(yīng)器中，浸沒陶瓷板，使液面高度不超過擋板，在泵的作用下運(yùn)行反應(yīng)器一段時(shí)間，通過吸附作用在陶瓷板上形成生物膜，即完成生物膜掛膜。通過每天加入適量的苯并三唑、葡萄糖和營(yíng)養(yǎng)液，經(jīng)過一周時(shí)間的進(jìn)一步馴化，得到穩(wěn)定且均勻的生物膜，此生物膜在8 h內(nèi)可以將20 mg/L的苯并三唑完全去除。掛膜后實(shí)際效果圖如圖2所示。

（6）苯并三唑廢水的降解處理。分別采取吸附法、光催化法、生物法，以及不同方法之間的耦合作用，對(duì)20 mg/L的苯并三唑溶液進(jìn)行處理。利用高效液相色譜儀測(cè)定苯并三唑降解過程中苯并三唑和其中間產(chǎn)物的濃度變化；利用總有機(jī)碳/總氮分析儀測(cè)定苯并三唑降解過程中總有機(jī)碳和總氮的濃度變化；利用離子色譜儀測(cè)定苯并三唑降解過程中氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的離子濃度變化，從而判斷其苯并三唑的降解情況和其礦化程度。

2.4 數(shù)據(jù)處理和思考討論

實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行相關(guān)問題的思考討論：

（1）學(xué)會(huì)常用科研軟件的使用和數(shù)據(jù)的處理。用Origin或Excel軟件對(duì)所制備TiO2的XRD數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求學(xué)生了解不同煅燒溫度下TiO2晶體結(jié)構(gòu)的改變，以及其對(duì)應(yīng)的光催化性能的變化；用Gatan Digital Micrograph軟件對(duì)所得TEM圖像中的納米顆粒大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，畫出粒徑分布圖；用Novawin孔分析軟件對(duì)光催化劑的比表面積、孔容和孔徑分布圖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并掌握其中的計(jì)算方法和含義。

（2）在光催化活性評(píng)價(jià)和苯并三唑的耦合降解過程中，根據(jù)所得測(cè)試數(shù)據(jù)，針對(duì)目標(biāo)物和中間產(chǎn)物，如何進(jìn)行定性和定量分析，如何描述其濃度變化情況及計(jì)算各自的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

（3）溶膠凝膠法制備納米TiO2的注意事項(xiàng)有哪些？還有哪些常用方法可以制備納米TiO2？

（4）反應(yīng)器中光催化區(qū)和生物膜區(qū)兩部分為什么設(shè)計(jì)時(shí)要用擋板分開？

（5）通過文獻(xiàn)查閱，確定光催化和生物法分別降解苯并三唑的降解路徑，并解釋為何經(jīng)光催化預(yù)處理可提高苯并三唑的可生化性，即光催化耦合生物技術(shù)降解苯并三唑的機(jī)理是什么？

（6）用活性污泥進(jìn)行苯并三唑微生物菌的馴化和反應(yīng)器掛膜時(shí)，如何判斷活性污泥的狀態(tài)、掛膜效果以及維持反應(yīng)器的正常運(yùn)行，若出現(xiàn)問題采取何種方法去補(bǔ)救或調(diào)整；讓學(xué)生查文獻(xiàn)了解后續(xù)工作如何利用分子生物學(xué)技術(shù)，比如通過生物膜的高通量基因測(cè)序，來確定微生物降解菌的種類，進(jìn)而培養(yǎng)相關(guān)菌種對(duì)苯并三唑進(jìn)行精準(zhǔn)處理，以提高降解效率。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和過程簡(jiǎn)單直接，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可按既定方案達(dá)到預(yù)期效果，學(xué)生只需照本宣科地進(jìn)行機(jī)械性重復(fù)即可，缺少獨(dú)立思考和探索；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的建設(shè)主要以化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程為主，較少涉及學(xué)科交叉類的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果欠缺深入分析，對(duì)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)能力的訓(xùn)練較少；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法中，大型分析儀器的充分利用度不夠，缺少學(xué)生對(duì)科學(xué)問題探究意識(shí)的培養(yǎng)。所以，為了克服前述問題，在本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，把培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、能力和思維的創(chuàng)新型人才放在首位［10-11］，結(jié)合學(xué)科交叉融合的理念開展教學(xué)設(shè)計(jì)，多維度地訓(xùn)練學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力。

3.1 溶膠凝膠法的條件摸索——根據(jù)研究目的掌握材料的制備方法

本實(shí)驗(yàn)第一個(gè)研究目的是學(xué)習(xí)溶膠凝膠法制備TiO2。溶膠凝膠法其主要原理是利用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，經(jīng)過水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，先得到溶膠體系，再經(jīng)過干燥變成凝膠，最后經(jīng)高溫處理，即得到所需納米材料。

鈦酸四丁酯和無水乙醇、濃硝酸的比例，鈦酸四丁酯的滴加速度，反應(yīng)體系的溫度和pH值的控制，煅燒溫度、時(shí)間和升溫速率等因素［12］，都會(huì)影響凝膠或晶粒的粒徑和比表面積，進(jìn)而會(huì)對(duì)產(chǎn)物的光催化性能產(chǎn)生影響，在這個(gè)部分，要求學(xué)生通過文獻(xiàn)查閱，結(jié)合產(chǎn)物的表征結(jié)果對(duì)這些制備條件因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，摸索出制備溶膠凝膠法納米TiO2的最佳條件。在實(shí)際溶膠凝膠法實(shí)驗(yàn)的開展過程中，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷多次失敗，要鼓勵(lì)學(xué)生大膽試錯(cuò)，積累經(jīng)驗(yàn)，在失敗的過程中尋找適合的解決方案，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的探究與創(chuàng)新精神，在課堂中真正發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

3.2 降解方案的對(duì)比選擇——掌握不同降解方案的優(yōu)缺點(diǎn)以確定適宜路線

本實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)是建立不同方案對(duì)苯并三唑廢水進(jìn)行降解。這部分的教學(xué)設(shè)計(jì)可分為3個(gè)階段。①讓學(xué)生學(xué)習(xí)3種不同類型的單一處理方案，包括物理吸附法、化學(xué)光催化法和生物法，通過直觀地了解降解效果，掌握各自的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。②把不同單一處理方案進(jìn)行組合，包括吸附/光催化、吸附/生物法、光催化/生物法和吸附/光催化/生物法，通過這些組合嘗試，讓學(xué)生學(xué)習(xí)利用不同方案間的協(xié)同作用，可以加快目標(biāo)物的降解。③針對(duì)光催化和生物法的耦合作用進(jìn)行重點(diǎn)展開，分別進(jìn)行先光催化后生物處理分步耦合法，光催化和生物技術(shù)同步耦合法這兩種策略，特別是在分步耦合法中，通過控制光催化時(shí)間來嘗試分步耦合帶來的不同降解效果，進(jìn)一步從側(cè)面體現(xiàn)出同步耦合法的優(yōu)越性。

3.3 大型分析儀器的綜合使用——培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)問題的探究能力

傳統(tǒng)的涉及大型分析儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，由于儀器數(shù)量的限制，通常只用來做演示實(shí)驗(yàn)，很難保證每個(gè)學(xué)生能獨(dú)立操作。即便學(xué)生可上機(jī)操作，也僅是按部就班地進(jìn)行儀器使用和簡(jiǎn)單的結(jié)果驗(yàn)證，缺少對(duì)包括樣品預(yù)處理、測(cè)試方法建立和數(shù)據(jù)分析在內(nèi)的整個(gè)測(cè)試過程技巧的培養(yǎng)［13-14］。在本實(shí)驗(yàn)中，我們強(qiáng)調(diào)對(duì)大型分析儀器的綜合使用，利用儀器開展創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)性的工作，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中所遇到科學(xué)問題的探究意識(shí)。

本實(shí)驗(yàn)中所用的大型分析儀器包括兩個(gè)部分，第1部分主要涉及材料的結(jié)構(gòu)表征，第2部分用于降解過程中目標(biāo)物、中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物的分析。這里要求學(xué)生掌握每一個(gè)大型分析儀器表征樣品的目的，以及它們體現(xiàn)出材料哪些方面的性質(zhì)，比如SEM、TEM、

XRD、紅外光譜儀、比表面積孔徑孔容分析等；能闡明材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀性能的影響，基于表征得到的微觀結(jié)構(gòu)推測(cè)材料的功能性，使學(xué)生真正理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的關(guān)系［15］，如比表面積測(cè)試中，由于多孔SiO2的存在，樣品呈現(xiàn)出大比表面積，可以吸附更多的目標(biāo)物質(zhì)，但由于TiO2的引入，比表面積值會(huì)下降，這是因?yàn)镾iO2的部分孔道會(huì)被TiO堵塞。在第2部分，通過對(duì)高效液相色譜儀、離子色譜儀和總有機(jī)碳/總氮分析儀等儀器的使用，要求學(xué)生熟練掌握每臺(tái)儀器的工作原理、樣品預(yù)處理方法、操作方法及分析方法的建立，科學(xué)準(zhǔn)確地分析出苯并三唑廢水降解過程中的各種成分的變化情況。

4 實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織安排

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，考慮到大型儀器的數(shù)量和使用時(shí)間的限制，為了能夠更好地達(dá)到教學(xué)設(shè)計(jì)的目的，使學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)真正學(xué)到更多的知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和相關(guān)操作步驟進(jìn)行了優(yōu)化，整個(gè)實(shí)驗(yàn)采用“分組分階段”完成，具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度及安排參見表1。

表1 課程進(jìn)度及安排表

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及面廣，考慮到常規(guī)課堂的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，為了使學(xué)生更好地從感性認(rèn)識(shí)角度了解實(shí)驗(yàn)原理和過程，本課程制作了微視頻可供學(xué)生預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)。同時(shí)采取了PBL［16］和翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式，教師只需對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性講解，這樣可發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高了學(xué)生的參與度和自主學(xué)習(xí)能力，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展可更好地進(jìn)行把控。

另外，考慮本實(shí)驗(yàn)面對(duì)的是化學(xué)類的學(xué)生，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間安排上，側(cè)重點(diǎn)更偏向于化學(xué)及材料類知識(shí)，而涉及到其他學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容會(huì)做相應(yīng)的簡(jiǎn)化調(diào)整。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生整理所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析，歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后按照科研論文的格式進(jìn)行撰寫研究型實(shí)驗(yàn)報(bào)告，讓學(xué)生了解并掌握科研論文的框架結(jié)構(gòu)——摘要、前言、實(shí)驗(yàn)部分、結(jié)果與討論和結(jié)論，鍛煉學(xué)生科研論文的寫作能力。

5 結(jié) 語

本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)典型的學(xué)科交叉型的研究型綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了化學(xué)、材料、微生物、環(huán)境和工程等多門學(xué)科，涉及多種大型分析儀器的操作和使用，充分體現(xiàn)出多學(xué)科的相互交叉與融合。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生的寬基礎(chǔ)和綜合科學(xué)思維能力得到了鍛煉，符合新時(shí)代背景下培養(yǎng)多學(xué)科交叉的創(chuàng)新型人才的教學(xué)理念。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可進(jìn)一步補(bǔ)充和拓展，作為大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或畢業(yè)論文課題繼續(xù)完善。作為試點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)安排在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程最后一次課進(jìn)行，目前已有化學(xué)師范和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)各兩屆學(xué)生完成了本實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容獲得了學(xué)生的歡迎和認(rèn)同，教學(xué)效果反饋良好。此外，學(xué)科交叉式的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式仍處于探索階段，需要各學(xué)科教師之間進(jìn)一步地溝通和合作，完善培養(yǎng)方案，從而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。