新工科背景下项目驱动教学模式研究——以“便携式金属离子与农药残留智检系统”研发为例

doi:10.12461/PKU.DXHX202510037

大学化学 >> 2026, Vol. 41 >> Issue (1): 204-212.doi: 10.12461/PKU.DXHX202510037

所属专题：化学实验数字化设计竞赛获奖作品

新工科背景下项目驱动教学模式研究——以“便携式金属离子与农药残留智检系统”研发为例

李小红, 王环江, 谭芳, 蔡小华, 罗迎春, 冷艳丽, 周国永, 文竹

贵州民族大学化学工程学院, 贵州 550025

收稿日期:2025-10-15 录用日期:2025-11-25 发布日期:2025-12-30
通讯作者: 李小红 E-mail:lixiaohong668@163.com Xiaohong Li
基金资助:
贵州省级“金课”《物理化学》(2024JKHH0074)；贵州省级“金课”《物理化学实验》(2024JKHH0052)；贵州省级“金课”《绿色磷化工》(2022JKXS0045)；贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目(GZJG20230095)

Research on the Project-Driven Teaching Model in the Context of New Engineering: A Case Study of the Development of a “Portable Metal ions and Pesticide Residues Intelligent Detection System”

Xiaohong Li, Huanjiang Wang, Fang Tan, Xiaohua Cai, Yingchun Luo, Yanli Leng, Guoyong Zhou, Zhu Wen

School of Chemical Engineering, Guizhou Minzu University, Guizhou 550025, China

Received:2025-10-15 Accepted:2025-11-25 Published:2025-12-30
Contact: Xiaohong Li E-mail:lixiaohong668@163.com

摘要/Abstract

摘要： 本研究以物理化学原理为核心，融合有机化学、分析化学及计算机科学技术，开发了“金属离子与农药残留智检系统”项目——一种基于高精淀粉基碳量子点芯片的智能检测系统。该系统以廉价安全的水凝胶为基质，以玉米淀粉为原料制备传感芯片，结合自主开发的Android/鸿蒙平台APP (基于Java语言，在Android Studio环境下实现)，实现了对金属离子与农药残留的高效、低成本智能分析与监测。该方案操作简便，兼具创新性与实用性，在提升实验教学趣味性与综合教育价值的同时，也为跨学科融合的教学改革提供了可借鉴的实践案例。

关键词: 重金属离子, 农药残留, 荧光探针, 芯片，智能检测系统

Abstract: Based on the principles of physical chemistry, this study integrates knowledge from organic chemistry, analytical chemistry, and computer science to develop an “Intelligent detection system for metal ions and pesticide residues” using a high-precision starch-based carbon dot sensor chip. The system employs a low-cost and safe hydrogel matrix, with corn starch serving as the raw material for chip fabrication. Combined with a self-developed Android/HarmonyOS application—written in Java within the Android Studio environment—the system enables efficient and economical intelligent analysis and monitoring of metal ions and pesticide residues. This approach is user-friendly, innovative, and practical, enhancing both student engagement and the educational value of experimental teaching, while offering a valuable case study for interdisciplinary teaching reform.

Key words: Heavy metal ion, Pesticide residue, Fluorescence probe, Chip, Intelligent detection system

李小红, 王环江, 谭芳, 蔡小华, 罗迎春, 冷艳丽, 周国永, 文竹. 新工科背景下项目驱动教学模式研究——以“便携式金属离子与农药残留智检系统”研发为例[J]. 大学化学, 2026, 41(1): 204-212.

Xiaohong Li, Huanjiang Wang, Fang Tan, Xiaohua Cai, Yingchun Luo, Yanli Leng, Guoyong Zhou, Zhu Wen. Research on the Project-Driven Teaching Model in the Context of New Engineering: A Case Study of the Development of a “Portable Metal ions and Pesticide Residues Intelligent Detection System”[J]. University Chemistry, 2026, 41(1): 204-212.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202510037

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2026/V41/I1/204

参考文献

[1] 余胜泉. 中国电化教育, 2023, No. 2, 55.
[2] 袁振国. 华东师范大学学报(教育科学版), 2023, 41 (3), 1.
[3] 钟克利, 陈东雪, 陈召年, 邹迎晖, 王道林, 汤立军. 化学研究与应用, 2017, 29 (2), 211.
[4] Yilmaz, B.; Li, H. Pharmaceuticals 2018, 11 (4), 98.
[5] Anh, N. T. N.; Chowdhury, A. D.; Doong, R. A. Sens. Actuators B 2017, 252, 1169.
[6] Frentiu, T.; Mihaltan, A. I.; Senila, M.; Darvasi, E.; Ponta, M.; Frentiu M.; Pintican, B. P. Microchem. J. 2013, 110, 545.
[7] Bernaus, A.; Gaona, X.; Esbr, J. M.; Higueras, P.; Falkenberg G.; Valiente, M. Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 4090.
[8] Qiu, J.; Zhong, C.; Liu, M. New J. Chem. 2021, 45 (11), 5184.
[9] Hesham, R.; El-Aziz, H. A.; El-Shaheny, R. Microchem. J. 2025, 208, 112322.
[10] Lee, E.; Zimmerman, L.; Bhullar, B. Anal. Chem. 2002, 74 (19), 4937.
[11] Zhao, L.; Bai, Y.; Wen, Y. Anal. Methods 2022, 14 (42), 4230.
[12] Qiu, J.; Zhong, C.; Liu, M.; Yuan, Y.; Zhu, H.; Gao, Y. New J. Chem. 2021, 45, 5184.
[13] Leng, J.; Lan, X.; Liu, S.; Jia, W.; Cheng, W.; Cheng, J.; Liu, Z. RSC Adv. 2022, 12, 21332.
[14] Tohora, N.; Mahato, M.; Sultana, T.; Ahamed, S.; Ghanta, S.; Das, S. K. J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2023, 442, 114807.
[15] Wu, L. L.; Li, X. H.; Liu, Y.; Leng, Y. L.; Lia, Y.; Cai, X. H. New J. Chem. 2022, 46, 22213.
[16] Plácidoa, J.; Bustamante-Lópezb, S.; Meissnerb, K. E. Sci. Total Environ. 2019, 656, 531.
[17] Liang, L.; Liu, Y.; Huang, C.; Han, M.; Yao, B.; Leng, Y.; Li, X.; Zhang, Y.; Cai, X. Microchem. J. 2024, 204, 111084.
[18] Lee, K.; Park, E.; Lee, H. A. Anal. Chem. 2017, 9 (43), 16596.
[19] Zhang, Y.; Zhang, L.; Liang, X.; Wang, Q.; Yin, X.; Pierce, E. M. Gu, B. J. Hazard. Mater. 2022, 424, 127388.
[20] Zan, M.; Li, C.; Zhu, D.; Rao, L.; Meng, Q. F.; Chen, B.; Xie, W.; Qie, X.; Li, L.; Zeng, X.; et al. J. Mater. Chem. B 2020, 8, 919.
[21] Fang, L. Y.; Zheng, J. T. New Carbon Mater. 2021, 36, 625.
[22] Li, X.; Fu, Y.; Zhao, S.; Xiao, J.; Lan, M.; Wang, B.; Zhang, K.; Song, X.; Zeng, L. Chem. Eng. J. 2022, 430, 133101.
[23] Aniagor, C. O.; Hashem, A.; Badawy, N. M. Hybrid Adv. 2023, 3, 100047.

新工科背景下项目驱动教学模式研究——以“便携式金属离子与农药残留智检系统”研发为例

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[12]	温莹, 景宁, 阴彩霞. 酯酶荧光探针的研究现状与进展[J]. 大学化学, 2022, 37(3): 2110036 - .
[13]	李婉, 陈林, 陈迪, 卞真伟, 朱平平. 重金属离子化学性质教学App的开发与使用[J]. 大学化学, 2020, 35(8): 115 -121 .
[14]	那行, 王一涵, 彭华煜, 赵浩博, 刘嘉鑫, 闫丽洁, 陈诗懿, 黎朝. 关于蔬果农药残留现象的实践调研[J]. 大学化学, 2020, 35(6): 39 -53 .
[15]	孙长艳,李文军,陆慧丽. 席夫碱型有机小分子荧光探针的制备与表征——推荐一个综合化学实验[J]. 大学化学, 2020, 35(2): 70 -74 .