时间:2023-03-17 18:05:43
序论:写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隐藏在内心深处的真相,好投稿为您带来了七篇化学反应论文范文,愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂,助力您的创作。
1.1采样时间与地点
2012年3月—2013年2月连续1a监测青岛市大气中的VOCs,采样地点位于崂山区金家岭。该点临近崂山区主干道,周围主要是高、中层建筑,属于商业和居民混合区,东北侧距离约800m有山体环绕,西侧约150m是1个小型加油站。
1.2监测仪器
利用在线气相色谱仪观测大气中VOCs,仪器为法国CHROMATE-SUD公司提供的AirmoVOC分析系统,包括A11000型AirmoVOCC2-C6和A21022型AirmoVOCC6-C122台分析仪,由2组采样系统和2组分离色谱柱系统组成。其中C2-C6分析仪用于监测含碳个数在2~6之间的低沸点组分;C6-C12分析仪用于监测含碳个数在6~12之间的高沸点组分。检测器均采用火焰离子化检测器(FID),能确保分析的高灵敏度和高选择性。仪器校准采取内部校准与外部校准相结合的原则,内部校准物质为正丁烷(体积分数60×10-9)、正己烷(体积分数20.5×10-9)、苯(体积分数32.5×10-9),系统每天自动启动1次内部校准程序。外部校准采用56种VOCs的标准气体,每种物质的体积分数在110×10-9~120×10-9之间,至少每月校准1次。
2结果与讨论
2.1VOCs浓度水平及组成
对青岛市大气中50种VOCs组分进行定量分析,其中包括烷烃29种、烯烃7种、芳香烃14种。观测期间,该市大气总VOCs体积分数(小时值)变化范围为0.5×10-9~230.4×10-9,全年均值为9.2×10-9,其中烷烃所占比例最高,为66.7%,芳香烃和烯烃所占比例为21.0%和12.3%。表1为青岛市VOCs部分优势物种的体积分数与国内外城市的比较结果。由表1可见,青岛市大气中的VOCs浓度较其他城市低,其中丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、丙烯、甲苯等组分的浓度均低于其他城市,而苯的浓度高于北京、中国香港、里尔。顺-2-丁烯、反-2-丁烯和异戊二烯的浓度水平与其他城市相当,乙苯的浓度水平与北京、达拉斯近似。
2.2VOCs不同组分的变化特征
2.2.1季节变化特征
图1为不同季节VOCs各组分比较。由图1可见,总VOCs浓度夏、秋季高于春、冬季,与天津市规律相似[1],与宁波市[4]相反。各月VOCs浓度水平相差较大,9月最高,4、5月最低。夏、秋季植物生长茂盛,释放出大量萜烯类化合物,是大气中VOCs的重要天然源。人为源方面,夏、秋季气温高,低沸点的VOCs挥发加剧,增加了来自加油站、汽车油箱直接挥发的有机物[14]。此外,夏、秋季正值青岛旅游高峰,《2012年青岛市统计公报》表明,当年共接待游客5717.5万人次,若按45座的旅游巴士计算,则至少有127万辆机动车出入该市,尾气排放大幅升高,户外烧烤兴起也有较大贡献。烷烃在各季节占总VOCs的比例均为最高,其次为芳香烃和烯烃,3者比例范围分别为56.8%~71.2%、16.4%~31.9%和10.1%~15.0%。烷烃和烯烃在夏、秋季的浓度明显高于春、冬季,可能与夏、秋季溶剂挥发加剧、机动车尾气排放增多、植被释放增多等因素有关;芳香烃秋、冬季浓度较春、夏季高,可能受工业源、机动车源的综合影响。
2.2.2日变化特征
图2(a)(b)(c)(d)为夏季与冬季不同VOCs组分的日变化趋势。由图2可见,烷烃、烯烃在夏季与冬季的日变化均呈现“两峰一谷”特征,与交通早、晚高峰对应。早晨7:00前后出现峰值,之后随着大气边界层抬升和太阳辐射加强,污染物被稀释且部分经光化学反应被转化,浓度迅速降低,至14:00前后降到最低值,傍晚随着大气边界层降低和交通晚高峰到来,浓度又迅速升高并在18:00前后达到峰值。与北京市的研究结论[3,14]类似,烷烃、烯烃的日变化规律与交通早、晚高峰有明显对应关系,主要与机动车尾气排放增加有关。芳香烃的日变化规律与烷烃、烯烃不同,夏季日变化趋势较平缓,且白天高夜间低,可能受化工企业排放和溶剂挥发等影响;冬季日变化在上午和夜间有较明显的峰值,除人为源排放外,气象条件也是重要影响因素,夜间大气边界层降低,污染物聚集,易形成浓度峰值。
2.2.3周末效应
由于不同时期交通活动、工业生产存在差异,大气污染物在工作日(周一—周五)和非工作日(周六—周日)通常表现出不同污染特征。选取2012年8月—9月间的6个星期对VOCs各组分、氮氧化物进行周末效应分析,见图3。可以看出,总VOCs在工作日的平均浓度高于非工作日17.2%,其中烷烃、烯烃、芳香烃在工作日的平均浓度分别高于非工作日11.9%、30.7%、17.4%,各组分均表现出不同程度的周末效应,可能与工作日机动车源、工业源等活动增加有关。氮氧化物在工作日的平均浓度较非工作日高60.0%,表现出显著的周末效应,由于氮氧化物主要来源于机动车尾气,进一步证实了机动车源对工作日的重要贡献。
2.3VOCs物种间的相关性及来源分析
将大气寿命近似的VOCs物种作相关性分析,由于相同的物理混合、光化学去除过程会引起相同的浓度变化,则两者在大气中的浓度比值等于其在排放源中的比例,由此可以大致判断其主要来源[8]。表2为青岛市VOCs优势物种相关性分析。由表2可知,反-2-丁烯与顺-2-丁烯的相关性较高,且比值为1.23,与北京隧道实验的结果[15]接近,可推断这2种烯烃主要来自机动车尾气。苯、甲苯、乙苯相关系数在0.6~0.9之间,说明其排放源类似。甲苯/苯的比值(T/B值)可用来评价机动车尾气对苯系物的贡献,一般认为T/B值接近2.0表示机动车尾气贡献显著[3],T/B值偏离2.0越远说明受机动车影响越小,而受溶剂挥发、工业源等影响越大。研究表明中国香港机动车贡献显著(T/B值为2.27)[16],而珠三角工业区则主要受工业源影响(T/B值为4.8)[17]。青岛市T/B值为0.56,远小于2.0,说明溶剂挥发、工业源影响较大。烷烃物种与苯系物的相关性较低、污染来源不同,一般认为烷烃来自机动车排放、汽油挥发或燃料泄漏等过程。表2中丙烷和正丁烷、异丁烷的相关系数均在0.60以上,且与乙烯(燃烧过程产物)、异戊烷(汽油主要组分)相关性较低,由于丙烷是液化石油气(LPG)主要成分[15],可判定这3个物种主要来自以LPG为燃料的车辆排放。
2.4化学反应活性
臭氧为二次污染物,是复杂光化学反应的产物,并且受气象因素的影响。通常用OH自由基消耗速率(LOH)估算初始过氧自由基(RO2)的生成速率,该反应是臭氧形成过程的决定步骤[18],因此可通过LOH值大致比较不同组分对臭氧生成的贡献。研究得出,夏、冬季青岛市VOCs组分中烯烃浓度虽然只占10.1%~15.0%,但其臭氧生成贡献最高,占总VOCs的68.1%~77.7%;烷烃虽占VOCs总浓度的大部分比例,但由于其化学反应活性较低,夏季的臭氧生成贡献为15.1%,冬季仅为11.6%;芳香烃对臭氧生成贡献在夏季为7.2%,冬季增加至20.3%。青岛市大气VOCs组分中烯烃的臭氧生成贡献远高于烷烃和芳香烃,这与广州地区的研究结果相似[6],而上海和深圳地区则主要以芳香烃最高[5,8]。分析夏、冬季臭氧生成贡献较高的VOCs物种可得,夏季前5位贡献较高的物种(按照LOH从大到小排列)依次为反-2-丁烯(0.50s-1)、顺-2-丁烯(0.44s-1)、1,3-丁二烯(0.38s-1)、异戊二烯(0.38s-1)、异丁烯(0.30s-1),均为烯烃化合物,且LOH值均在0.30s-1以上;冬季前5位贡献较高的物种依次为1,3-丁二烯(0.52s-1)、异戊二烯(0.41s-1)、顺-2-丁烯(0.23s-1)、乙烯(0.15s-1)、乙苯(0.15s-1),除1,3-丁二烯、异戊二烯的LOH值超出0.30s-1外,其余物种LOH值均较低。
3结论
关键词:教学模型;化学反应速率;教学设计;教学转化
中图分类号:G633.8文献标识码:B文章编号:1672-1578(2013)03-0288-01
化学反应速率是化学动力学的重要内容。化学反应速率内容隶属于对化学反应的认识。高中阶段自主学习方法的运用、抽象思维能力的形成都需要一定的锻炼机会。通过本节课的学习、实践,探究,学生已经初步涉及物质的本身性质,浓度,温度、催化剂以及反应物的颗粒大小等因素对反应速率的影响,并已经掌握了一些实验基本能力(操作技能、观察能力、分析能力、简单运用实验解决问题能力、评价简单实验能力等)。可见,这样的编排符合学生的能力发展水平。从而为学习本内容奠定了基础。
1."化学反应速率"模型的教学设计
图1化学反应速率的学生认识发展层级
数学模型是对所研究问题进行一种数学上的抽象,即把问题用科学的符号语言表述为一种数学结构。通过数学模型的逻辑推理、求解和运算,就能够获得客观事物的有关结论。化学反应速率方程是在大量实验经验的基础上得出的数学模型,是浓度与化学反应速率之间的数学关系。不同的化学反应,其反应浓度与化学反应速率的定量关系是不同的,速率方程实际上是一个经验公式。因此这一数学模型的建立过程有助于扩展学生对规律研究的认识。
2.建立从具体知识的教学向为以观念构建为核心的教学转化
观念建构为本教学在内容上也选择和讲授事实性知识,但事实性知识的作用更多的是观念建构的工具和载体,最终目的是要在这些事实性知识基础上通过不断的概括提炼而形成的深层的、可迁移的观念或观念性知识。由于观念的整合作用,能很好的把本来孤立和零散的知识联系起来,形成一个有意义的整体。与此同时,观念建构为本教学强调要把学生置于真实有意义的学习环境里,通过问题解决和活动探究去建构观念而不是仅仅记忆事实。观念建构为本教学强调学习要在具体性知识的基础,通过不断的概括提炼而形成深层的观点和思想。要达到这一目的,就需要学生对具体性知识进行深入理解,找出知识之间的内在联系,并通过不断应用知识把知识功能化,挖掘知识的认识价值和方法价值,从而把具体性知识转化成观念性知识。
由于本部分内容的教学中涉及到的碰撞理论、活化能理论、速率方程等都是针对基元反应的,在应用于复杂反应时,可能会出现某些矛盾或错误,因此在教学中如果不涉及反应历程和基元反应的内容,就会影响学生对反应速率的本质的理解,但是在本部分内容的教学中加入反应历程和基元反应,又会给学生增加学习的难度。因此,在化学反应速率的教学中是否要涉及这些相关内容有待于进一步讨论。
参考文献
[1]高瑛,马宏伟,颜桂琴,化学教学,2005,(5):8-9
[2]陈瑞芝,化学教育,2007,28(8):48-50
[3]龚国祥,马春生,刘江田,化学教育,2012,,33(3):12-24
关键词:建筑施工,混凝土裂缝,控制措施
0.引言
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土巾仔在着较多的微孔隙、气穴和微裂缝.裂缝的仃任和发展通常会使混凝土结构内部的钢筋等材料产生掰蚀,降低钢筋混凝土的承载能力、耐久性及抗渗透能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会成胁到人身安全。
1.建筑混凝土工程中常见裂缝及其产生原因
建筑混凝土施工过程中,由于结构构件设计结构荷载不当、结构地基的不同以及混凝土浇灌、凝结过程中混凝土表面温度差、失水速度的快慢,产生了干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉陷裂缝、温度裂缝及化学反应引起的裂缝等等。
⑴结构构件设计和荷戴不当以及构件内应力的作用下,产生的徐变裂缝。
设计不当引起裂缝构造处理不当,主次梁交合处丰梁未设加强箍筋或附加吊筋;火截面梁未设腰筋;构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中等素,均可导致构件裂缝的出现。结构荷载不当引起裂缝、结构因承受荷载而产生裂缝的原因很多,存施工中或使用中都可能出现。结构构件在内应力的作用下,除瞬时弹性变形外,其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。
⑵ 结构地基的不同,产生的沉陷裂缝结构地基土质不匀、松软,回填土不实浸水、模板刚度不足,模板支撑间距过大都会导致混凝上结构产生裂缝。
此类裂缝多为深进或贯穿裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈300 -450方向发展。论文参考。较人的沉陷裂缝,往往会有一定的错位,其裂缝宽度·般与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
⑶混凝土浇灌、凝结过程中,由于混凝土表面温度差、失水速度的快慢及化学反应影响有可能产生干缩裂缝、塑性收缩裂缝、温度裂缝及化学反应引起的裂缝碱等等。如表1所示,
表1 裂缝类型
裂缝类型 产生时间 产生原因 特征 产生的相关因素
干缩裂缝
混凝土养护结束持的一段时期或浇筑被劫持的一周左右 混凝土受外部条件和内部条件的不同影响.产生内外拉而产生干缩裂缝 裂缝不可逆,表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度0.05-0.2mm 混凝土的水灰比,水泥成分,水泥用量等
塑性收缩裂缝
凝结之前,干热或大风时期
受高温或较大风力的影响, 混凝土强度无法抵抗混凝土体积的急剧收缩而产生龟裂
中间宽、两端细且长短不一
水灰比,、凝结时间温度、风速及相对湿度等 温度裂缝 混凝土施工中后期 混凝土内外温差较大.表面应力超过其抗拉极限 混凝土表面较浅的范围
化学反应引起的裂缝 混凝土结构使用过程中 碱骨料反应和钢筋的腐蚀
关键词:促进学生认识发展;中和反应;常见的酸和碱;教学案例;教学设计
文章编号:1008-0546(2014)04-0055-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
本案例涉及的教学内容为“义务教育教科书 人教版 下册 第十单元 课题2酸和碱的中和反应”。在前面的学习中,了解酸和碱的性质和用途,同时也认识酸和碱的概念及其具有相似性质的原因。本课题的主要内容:中和反应的原理及其应用,溶液酸碱度含义及其测定。本教学设计对本课题教材内容顺序重新调整:第一课时先完成“溶液酸碱度含义及其测定”内容的教学;第二课时也就是本课的教学内容:完成“酸与碱的中和反应及其应用”等内容的教学。本案例教学设计通过引导学生实验探究证明盐酸溶液和氢氧化钠溶液混合过程中是否会发生反应;同时,借助手持技术获取两溶液混合过程中pH的变化,更深入认识中和反应原理;最后让学生理论联系实际,了解中和反应在生产生活的应用。
一、教学目标
认识酸和碱之间发生的中和反应、盐的组成,会书写中和反应化学方程式。
通过分析酸碱中和反应的微观变化图及中和反应过程中pH变化的曲线图,学会用分析、归纳的方法对信息加工处理得出结论;通过探究酸碱之间发生中和反应,学会证明没有明显现象的变化是否发生化学反应。通过了解中和反应在实际中的应用,学生体会到化学与生产、生活密切联系。
二、教学过程
教学活动主题一:从生活走进化学
[设计说明]以学生身边的生活事例导入本课题内容,吸引学生的注意力,激发学生对本课题内容的学习兴趣,让学生认识到化学的学习价值。“从生活走进化学”是化学科“生活教育”的认知思路,让学生养成关注身边的化学,让学生养成应用化学知识去理解生活生产现象或问题。
教学活动主题二:酸碱混合时是否会化学反应?
[设计说明]通过一组学生实验产生认知冲突,引入本环节的主题:酸碱混合时是否会化学反应?学生通过讨论、设计、实验等过程,更深入理解酸碱混合时会发生反应,进一步达成探究“没有现象的混合过程是否发生化学反应”的方法。最后,通过手持技术这一新型教学手段呈观反应过程的曲线表征,为教学提供了丰富的信息。师生双方在共同处理信息过程中,实现了信息的交换。这种促成课堂中信息的多向交流,进一步培养学生收集、处理、评价、应用信息的能力。通过“酸碱混合时是否会化学反应?”这一问题的深入探究,初步掌握了化学学科的认知方法,增强了认知的深度,提升了认知水平。
教学活动主题三:酸碱反应发生什么反应?
[设计说明]本环节经历科学抽象的过程,学生认知过程发生了质的飞跃。从质量守恒定律的角度引导学生从实验现象分析该类反应,抽象出中和反应的反应规律和盐等概念。应用相关的动画或示意图等手段,化抽象为具体,有助于学生更深入理解它们的含义。学生对这类反应的认识产生了理性的飞跃。
教学活动主题四:从化学走向社会
[设计说明]经过科学抽象所获得的一般规律,应用于指导实践,才能体现其价值。同时,学生通过把这些理论知识应用实际中,培养了学生迁移所学知识解释、解决相关的实际问题的能力,同时,也及时检测中和反应知识等教学目标的达成程度。
教学活动五:学生交流学习体会、小结本课题内容
[设计说明]梳理本课内容,让知识系统化、条理化。
迁移拓展
查阅相关资料(有条件可以完成相关的家庭小实验)后,回答以下问题:
(1)厨房清洁剂和厕所清洁剂混合时,会降低它们的功效。为什么?
(2)皮蛋味涩,请你设计一实验检验它呈酸性还是碱性?在食用之前如何用简单的方法除去涩味?
三、案例点评
(1)创设有意义的认知背景,经历认知的过程。教学“从生活走进化学” 开始,抽取有价值的问题,并深入进行探究,抽象出化学概念,最后由“化学走进社会”。体现了生活教育理念和STSE(科学技术社会环境)教育理念。学生经历了认知的完整过程,明确认识的起点在哪里?终点在哪里?深入体会化学在保护环境、促进人体健康的应用价值。
(2)突破认知的难点,初步掌握一类的认知方法。本教学中的难点:部分酸和碱混合过程没有明显的现象变化,如何判断这一混合过程是否发生反应?发生什么反应?如何把“中和反应”应用于解释或解决生产生活中问题?本案例围绕这些认知的难点,让学生深度参与探究的过程,并收集、处理实验现象、曲线、微观动画过程、化学符号等多重表征信息,让学生经历深刻的认知过程,获得探究一类物质变化问题的方法(没有明显现象的溶液混合是否发生化学反应),从理性的高度提升对中和反应的认识。
参考文献
关键词:化学反应速率 影响因素 阅读探究 实验探究 设计与反思
化学反应的快慢和限度时认识化学反应的一个必不可少的维度,是解决“如何更加有效地利用化学反应”这一问题的重要依据。本节教材将引领学生从化学反应快慢和限度这一全新的视角,继续认识化学反应。
本节课以第一课时为教学内容,从日常生活中学生熟悉问题和趣味实验入手展开教学,让学生体会化学反应有快慢之分,引出化学反应速率的概念,在此基础上通过实验探究,总结影响化学反应速率的因素。
细化解读课标:以问句使教师与学生之间展开关于本节内容的对话,把学习目标公开化。1.如何说出化学反应速率的概念,根据概念正确写出表达式?2.怎样通过自主探究实验,体会控制变量、对照试验等科学方法的运用,培养观察、分析能力及严谨细致的科学态度、团结合作的精神?3.怎样举例说明日常生活、生产中各种因素对化学反应速率的影响,体会催化剂在现代工业生产中的用途?
本节课以培养学生自主获取新知识的能力为目的来设计教学,采用阅读探究、实验探究相结合的教学模式,其设计的教学指导思想是由浅入深,层层深入,从学生日常生活中的化学现象和实验中抽象出有关的概念和原理,形成一个由宏观到微观、由感性到理性、由简单到复杂的科学探究过程。其主要教学过程设计为:
创设情景、引导发现、阅读探究提出新概念提出探究问题组织学生实验探究学习实验信息收集概括完善体系迁移应用
围绕学习目标,考虑学生感兴趣的问题(如爱好,衣食住行,新闻热点等)展开教学,调动学生的积极性。本节课的引课设计了趣味实验自制饮料、图片展示,新的场景激发了学生的好奇心、兴趣和学习动力。为一节课的展开起到思维定向的作用。
阅读探究,对本节较容易的概念化学反应速率设计了自主学习方法,将学习目标整合为三个由易到难的问题,学生阅读后思考完成,小组讨论对改,发现问题后,让先理解掌握的同学给其他同学展示讲解,帮助其他同学加深理解。
演示实验,实验目的:探究接触面积对化学反应速率的影响实验原则:对照原则、单一变量原则实验步骤:1、在两支试管中分别加入3mL等浓度的盐酸2、取等质量的块状、粉末状碳酸钙于两只气球中3、将两只气球分别套于上述试管上,并同时将碳酸钙与盐酸反应,观察现象,得出结论。
设计演示实验,给学生方法引导,规范操作,为进一步的分组探究实验做铺垫。教师要创设一些合适的情景,让学生尽可能地“亲自”参与知识的发现过程。学生参与演示,讲解,使学生加深对知识的理解。
分组实验合作探究,让学生之间进行交流、合作,在同伴间的认知“碰撞”中加深对事物的理解。由学生展示汇报探究过程和所得结论。通过运用、操作、解释促进理解,学会用知识去分析、解决实际问题,学会学习的方法。
课堂检测,结合学习目标,设计不同层次的检测题,巩固所学知识,检测目标达成情况。
课堂小结,引导学生从知识角度,生产生活角度,学习方法角度总结本节所获,收效很好。
作业设计,设计更加丰富的形式,如书面作业、上网查阅资料,撰写小论文等,使作业更具趣味性。通过学生互评,老师批改讲评,使学生不仅看到了自己的不足,也学习到了别人的长处。在别人帮助自己的同时,自己也给与了别人建议。这种互动互助的模式,在不经意间同时增长和提高了学生的知识与能力。
及时多角度给与评价,学生清楚评价的标准,既有学习过程的评价,又有测试的评价,在学习过程中和及时和学生交流,倾听他们的想法,学生明白自己与目标的差距并有努力方向。
阅读探究展示活动中老师评价角度:学习目标达成情况,思路清晰,表述是否完整准确。
演示实验展示活动中老师评价角度:理解程度,操作规范,现象分析是否到位。
分组实验探究展示活动中学生互评评价角度:学习目标达成情况,理解程度,积极参与情况,分工合作情况。
检测题展示活动中学生互评,自评,评价角度:理解程度,思维严密,讲解是否透彻,展示风采。
评价形式多样及时,老师给学生评价,学生之间评价,学生自我评价。师生互动,生生互动,使课堂具有吸引性。评价者看的是学习活动,即学生用来表现其理解水平的语言、行为。根据评价给学生提供反馈意见,纠正错误,让这些用来评价的标准帮助学生完成作业,学生利用在评价中获得的反馈信息来,反思并改进学习,提高学生综合能力。
本节课活动设计形式多样,环环相扣,由浅入深。充分体现学生为主体,教师为主导。师生配合默契,学生积极参与,加深理解,很好的达成了三维目标。课后设计问卷调查,与学生交流,不断提高教学质量。
公开课结束后,得到了备课组成员和领导的客观点评,指出了存在的问题与不足。
1、以学生为主体的活动,对于学生语言表述及实验操作的错误未及时纠正。如演示实验由学生完成的过程中滴加HCl操作的不规范,未及时指出,在表扬学生积极参与的同时应委婉指出不足与改进的方向。
2、对于知识内容方面,学生讲解评价总结方面不到位的未及时补充,重难点知识未做进一步的强调。如化学反应速率的概念的三点说明(1)取正值,只有大小,没有方向(2)反应速率必须指明具体的物质(3)指平均速率,而非瞬时速率为进一步强调指出。
五大特点是
(1)化学家对物质的认识和研究,从宏观向微观深入。20世纪以来,化学家已用实验打开原子大门,深入地了解原子内部的情况,并且用量子理论探讨原子内的电子排布、能量变化等。就是对复杂的化学反应来说,也可以测量反应机理,了解反应过渡态的情况以及分子、原子间能量的交换。
(2)从定性和半定量化向高度定量化深入。虽然近代化学也曾广泛地使用各种定量化工具,但是还只能说停留在定性和半定量化水平。本世纪60年代后,电子计算机大规模地引进化学领域,用它来计算分子结构已取得巨大的成功。如今任何化学论文如无详尽的定量数据就难以发表,发表了也难取得公认。而且如今化学实验的精密度愈来愈高,几乎所有仪器都是定量化的,有的还用电子计算机来控制。
(3)对物质的研究从静态向动态伸展。近代化学对物质的研究基本上停留在静态的水平或从静态出发,推出一些动态情况。例如,从热力学定律出发,通过状态函数的变化,从始态及终态情况推断反应变化中一些可能情况。现代化学已摆脱这种间接研究推理,而采用直接的方法去了解或描述动态情况,特别是激光技术、同位素技术、微微秒技术、分子束技术在现代化学里的大规模应用。化学家目前已能了解皮秒内微粒运动的情况,反应中化学键的断裂以及能量交换等情况。特别值得一提的是有关动态薛定谔方程的研究,一旦成功它将会为动态研究开辟光辉前景。
(4)由描述向推理或设计深化。近代化学几乎全凭经验,主要通过实验来了解和阐述物质。虽然也有一些理论如溶液理论、结构理论等可以指示研究方向,但总体来说近代化学基本上是描述性的。原来化学中四大学科(无机化学、有机化学、分析化学、物理化学)彼此存在很大独立性。然而现代化学已打破传统的界限,化学不仅自身各学科相互渗透,而且跟物理、生物、数学、医学等学科相互交融和渗透。特别是近年量子化学的发展,已渗透到各学科,使化学摆脱历史传统,可以预先预测和推理,然后用实验来验证或合成。例如,当今许多高难度的合成工作都事先根据理论设计,然后决定合成路线。著名的维生素B12的合成工作就是一个典范,它标志着化学已从描述向设计飞跃。
(5)向研究分子群深入。近代化学对化学的研究通常只停留在一个或几个分子间的作用。即所谓0级、1级、2级、3级反应,对多分子的反应是无能为力的。但是近代化学远远不能满足实际需要了,特别是研究生物体内的化学反应,就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应了。例如,一个活细胞内往往需要几十种酶作催化剂,同时催化许多化学反应。因此研究分子群关系,已成为现代化学的一个特点。
现代化学的发展方向,一是化学向分子设计方向前进。分子设计就是说化学家像建筑师造房子那样设计好再建造。由于电子计算机、各种能谱技术、微微秒技术、激光技术、同位素技术等在化学上的应用,使分子设计逐渐趋向现实。上面说过的著名有机合成大师伍德沃德合成难度极大的维生素B12,就是按他创立的前沿轨道理论出发,计算后设计出最佳合成路线和原料配比,一举成功并传为佳话。目前全世界每年合成几千种抗癌药,大都是先设计好合成路线,而后进入生产的。
关键词:制药工程专业;有机化学;教学改革;探索
制药工程专业是为企事业单位、科研院所培养具有较好专业知识、较强的动手能力和一定管理能力的德、智、体等方面全面发展的复合型人才,特别是要注重核心知识和核心能力的培养。在制药工程专业学生培养过程中,理论教学和实践教学同等重要。理论课程为学生构建合理的、扎实的知识框架,使学生在学习过程中,核心知识不断增加,知识面不断得到扩展,学习能力不断加强。实践教学着重培养学生的动手能力,在具有较好核心知识的基础上培养学生的核心能力。邵阳学院制药工程专业是2015年开始单独招生的,之前设置为制药工程方向,所以在课程设置上也有了明显的变化。我校制药工程专业强调的应用型人才的培养,服务地方经济[1]。制药工程专业理论课程分为专业基础课和专业核心课,有机化学是制药工程的一门重要的专业基础课程,是为药物合成反应和制药工艺学等专业核心课程服务的。因此,有机化学教学效果的好坏直接关系到核心知识结构的搭建。有机化合物种类繁多,有机化学反应类型多样,有机化学反应机理抽象,而且随着科学不断发展,新试剂和新的化学反应不断涌现,进一步丰富了有机化学知识,学生在学习有机化学时总是感觉力不从心,不知道采用什么样的学习方法才能把这门课程学习好[2]。学生觉得有机化学难学的一个重要原因是没有很好的发现有机化学是一门系统性很强的课程,如何引导学生认识有机化学知识的系统性,传授高效的学习方法,提高学生的学习积极性是有机化学教学改革的重点。本文拟从有机化学教学内容、教学方法、教学手段、教学效果等方面对制药工程专业有机化学教学改革进行探讨。
1围绕核心课程,整合教学内容
有机化学是制药工程的专业基础课,是为药物合成反应、制药工程等专业核心课程服务,所以必须强调有机化学的基础地位。有机化学是研究物质性质、转化、分离等方面的内容。根据有机化学课程特点和地位,在教学过程中首先必须使学生分类掌握有机化合物的命名基本原则和方法,这是学习药物化学和制药工艺学的基础,是对药物分子结构进行命名的理论依据。其次,要使学生掌握不同有机化合物物理性质的变化规律,如熔点、沸点、溶解性等,这是学习药物分离和制药工艺学的基础。在掌握了命名和物理性质之后,重点是有机化合物的化学性质,在这部分内容的讲解过程中,必须使学生明白有机化合物的分类标准,每一类有机化合物官能团的特征,不同官能团能够发生反应的类型和反应位点,为什么能够发生反应,反应的活性中间体或过渡状态是什么,归纳出反应的共性,以方框图的形式将不同官能团的有机化合物所能发生的化学反应进行归纳总结,便于课后复习,一眼就能把具有相同官能团的化合物所能发生的化学反应类型看明白,简单明了。在讲解化学反应的过程中,辅以一些有特点习题来巩固加深对所学知识的理解,达到学以致用的目的。学好了这部分内容,为学习药物合成反应打下坚实的基础。最后讲解每一类化合物合成方法,而实际上有机化合物的合成是建立在有机化学反应的基础上的,所以讲解有机化合物的合成方法实际上也是对有机化学反应内容的复习,进一步加深学生对有机化学反应知识的印象,这样有利于制药工艺学的学习。
2改进教学方法,提高学习兴趣
由于有机化学内容多,反应机理枯燥、难以理解,所以学生刚开始接触有机化学就很容易产生厌学的情绪。如何调动学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,直接关系到有机化学教学效果。在讲解有机化学反应时,特别是一些经典的有机化学可以引入一些相关的历史资料来提高学生的兴趣,也可以引入一些实例来提高学生的热情。如讲解格氏试剂能够和卤代烃偶联的时候,就可以引入对溴甲苯的格氏试剂与邻氯苯腈反应合成沙坦类药物的关键中间体--氰基联苯;在讲解醇无机酸的酯化时,可以引入硝酸甘油可以做炸药;在讲解韩奇吡啶环合成的时候,可以引入苯磺酸氨氯地平的合成。这样可以使学生认识到所学知识的价值和意义。
3改革教学手段,拓宽教学渠道
随着科学的发展,多媒体在各种教学过程中得到普及,应用多媒体教学明显提高了教学效率和教学效果[3]。对于一些结构复杂的有机化合物的命名,在多媒体上展示出来直观明了,相对于传统的黑白板书,明显节约了时间。在讲解反应类型的时候,有利于开展对比教学法。在讲解反应历程的时候,可以根据反应过程逐步展示电子转移方向,更有利于对反应历程的理解。在讲解构型和构象时可以辅以动画,提高学生学习兴趣,提高学习效果,如纽曼投影为什么交叉式构象稳定而重叠式构象不稳定,环己烷椅式构象的翻转等都可以采用动画教学,在讲解反应过程能量变化图时也可以引入动画,使教学效果达到最佳。互联网技术的飞速发展,为教学渠道的拓展创造了良好的条件,因此除了在课堂上采用多媒体、动画来提高教学效果外,为了进一步提高教学质量可以采用QQ和微信平台为学生解疑答惑。本人在上第一堂课的时候就向学生公布了QQ和微信,并强调如果在课堂上有什么还没理解的,或者课后作业有问题的都可以通过这两种方式交流,事实证明效果很好,很多学生在学习过程碰到了问题都通过这两种方式得到了解决。网络课程是学生可以开展自主学习的另一种途径[4],邵阳学院有机化学是校级精品网络课程,本人是负责人,我会定期将更新过的教学课件挂在网上,同时对有机化学中的重点知识和难点知识录制了视频,以微课的形式展示在精品课程网站上,供学生自主学习用,以加深对重点知识和难点知识的理解。为了自我评价学习效果,在精品课程网站上有典型题型练习。
4注重培养目标,改革评价体系
我校对制药工程人才的培养目标是具有核心知识和核心能力,强调实践动手能力培养。有机化学是为药物合成反应、制药工艺学两门专业核心课程及专业实验、各种实习服务的,所以在评价体系上应该进行必要的改革,打破期末考试为评价教学效果的唯一方式。采取课堂占综合成绩的10%,课外占综合成绩的20%,期末考试占70%的评价体系。课堂主要随机提问,考察学生对所学知识的实际掌握程度。课外主要包括作业,与学生通过QQ及微信平台交流,考察学生对所学知识的理解及应用,特别是在和学生交流过程中要强调有机化学反应的实际应用,如卤代烃在氢氧钾的醇溶液里发生消除反应,而在氢氧化钠的水溶液中发生亲核取代反应;不对称烯烃与溴化氢的马氏加成和过氧化物效应等。同时引入一些工业上实际应用到的有机化学反应和学生进行交流,以提高学生学习兴趣。在期末考试试卷的选题过程中,也要强调对所学有机化学基本知识和基本理论的实际应用。譬如分离鉴别题可以引入一些药物生产过程中的实际分离问题,合成题可以引入一些简单具有特色药物分子的合成。
5参加科研活动,锻炼动手能力
学生可以通过申请科研立项来提高自己的综合素质,如申请大学生研究性学习和创新性实验项目,该项目分为校级、省级、国家级。学生要写好申请书必须查阅相关的文献资料,再根据所学的理论知识,提出项目预期可以达到什么目标,取得什么结果,在此过程进一步加深学生对所学基本理论知识的理解和认识。若项目获批,必须开展相应的试验工作,这样使学生有将理论知识应用于实践机会,如果理论知识在具体实践中得到了验证,将进一步提高学生的学习积极性。学生也可以通过参加挑战杯,大学生化学化工课外作品竞赛,大学生化学实验竞赛等活动来提高自己的动手能力。参加大学生化学化工课外作品竞赛不仅可以提高学生动手能力,还可以提高学生的科学研究能力和论文写作能力。这样一来,学生可以变被动学习为主动学习,提高各方面综合素质,为更好地适应社会需求奠定坚实的基础。
6结语
为了提高有机化学教学效果,应该适应社会发展,不断改进教学方法。必须以学生为本,着重提高学生学习主动性,强调学以致用,培养学生学习兴趣,使综合素质得到全面锻炼。
参考文献
[1]刘进兵.地方本科院校制药工程专业转型发展探索[J].山东化工,2016,45(10):112-114.
[2]吴爱斌,周五,李俊文,等.大类培养模式下化学化工专业有机化学课程教学改革[J].化工高等教育,2017(1):41-45.
[3]吴建一.有机化学多媒体教学开发研究[J].嘉兴学院学报,2002,14(6):99-101.