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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有机转化范文,愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂,助力您的创作。
摘 要:为探索高中生初学有机化学困难的原因,笔者对进行了有关学习情况的调查,了解到学生初学有机化学的困难根本在于有机知识结构的变化和不当的学习方法,并建议教师改进教学方法帮助学生尽快克服学习有机的心理障碍,提高高一有机化学教学质量。
关键词:有机化学;高一学生;学习困难
一、问题的提出
新课改实施后,原本高二学习的全部化学内容中的一些简单的内容被提到高一下学期来学习,这一部分内容包括甲烷和烷烃、乙烯和苯、乙醇和乙酸,糖类油脂和蛋白质。教材的编排十分合理,充分考虑到高一学生的化学知识并不是特别扎实,所选择的内容都是与生活息息相关,学生易于入手学习的,并且避开了一些复杂的化学反应方程式,只要求知道现象,因此其认知能力已经足以完成这一部分简单有机化合物内容的学习。
虽然有机化合物知识教材编排合理,充分考虑学生的认知特点,但在教学中发现,高中学生初学有机时,都不同程度的感到学习困难,个别学生甚至持续整个有机化学学习阶段一直难以适应,以至于对自己的学习能力产生怀疑,失去学习化学的兴趣,影响他们继续学习化学的信心。在与教师探讨时发现,这一现象非常普遍,而且历届如此。
笔者于某校的调研过程中发现学生在学习高一化学必修2第三章《有机化合物》时出现了从未有过的困难表现。学生在学习了前两节课后很难继续下去,经过几堂课的复习和练习后,才进行了后两节课的学习。好不容易学完了新课,学生基本完成了新课标的要求,但在进行单元检测时,成绩却不尽如人意。
为了深入了解其中缘由,笔者进行了有关学生学习情况和教师教学情况的调查,分析、探讨了如何帮助学生尽快克服学习有机化学的困难,为其高二具体学习有机化学打下坚实的基础和提供有力的方法,希望能够对初学有机化学的高一学生提供一些学法上的指导,更加希望能给高一有机化学的教学提供一些新鲜元素供老师参考。
二、 调查结果分析
调查对象选取在校高一年级的理科学生,调查时间安排在学生学习完人教版化学必修2第三章《有机化学基础》并完成章节考试之后。调查完毕后与几位任课老师交换看法,分析学生的作业、试卷,并与参加调查的部分学生座谈。经过调查研究和讨论,造成高中生初学有机化学困难的主要原因有以下几个方面:
(1)有机化学内容的新特点是造成学习困难的客观因素
有机化学与无机化学相比,除了物质种类繁多、有机反应复杂等新特点外,还要求利用分子的空间结构思考问题,对形象思维能力提出了更高要求。能否对分子的空间结构有明确的认识,直接影响到对结构式、同系物、同分异构现象、有机物种类、有机物之间的转化等一系列基础知识的理解和运用。此前的无机化学学习中对形象思维不作过高的要求,因此学生认知方式、思维模式停留在无机化学的学习上。缺乏对分子三维结构的想象力是初学有机化学最大的思维障碍[1]。
(2)不良的学习习惯和学习方法
学生在各学习环节上方法不当,偏重机械记忆而缺乏深入思考,学习主动性不强,自我调控能力差,对老师的依赖性很强,很少主动采取改进措施,甚至听之任之,知难而退。尤其在学习有坡度、有难度的内容时,不良的学习习惯和学习方法的消极影响,表现得更为突出。在调查中发现,有些学生因为听不懂、记忆的东西多而拒绝听课,这种消极的心理及影响都是极不乐观的,应该及时加以控制,让积极的学习方法盛行起来。
(3)习题偏多、难度偏大
与老师的交流中发现,为了应付考试,几乎每个学生都有几种课外学习参考书和一至二套章节练习题来加强对知识的理解和训练,这些资料来源,质量参差不齐。这些教辅资料不但题量大,而且常掺入难度偏大的习题,超出了初学者当时的能力水平,无疑加大了学习难度,转移了师生教与学的注意力,易使学生脱离课本,没时间深入思考搞清知识的本质和内在联系,把大部分的时间和精力放在对付习题的纠缠上,没有时间认真研究教材,学习基础知识。
(4)教师重视不够,教学过于程式化
教师一般都会发现学生初学有机普遍困难的现象,历届学生都是如此,司空见惯,反倒认为这是一种正常现象。在教学过程中,没有好好地利用有机化学与生活的紧密联系进行教学,复杂的反应和零散的知识点让理科学生有些头大。老师没有针对这些给予学生记忆的规律和技巧,对学生的指导也没有具体的针对某些具体的知识点或习题,未将尽快克服学习困难作为一个明确的教学目标,而采取具体、有效、系统的措施。
三、 解决策略和建议
第一,充分发挥教师的主导作用,帮助学生克服心理障碍。
教材的内容是造成困难的客观因素,学生是学习活动的主体,教师是学习活动的直接组控者,对学习活动提供引导、指导、调整、编排、选择、设计等帮助。初学有机,学生学习兴趣和热情很高,教师就要抓住这个有利契机,未雨绸缪,一开始就要把克服学习困难作为一个整体教学目标,铺设台阶,降低知识难度,优化教学方法,突破思维障碍,使学生尽快适应有机化学学习的新特点、新要求,掌握学习有机化学的方法。
第二,加强学习方法指导,培养学生良好的学习习惯。
在有机化学的教学中,除了掌握好各类有机化合物的结构、性质、用途外,更重要的是要理清有机物之间的相互转化关系,形成结构化的知识网络,从而对有机化学知识有一个整体的认识,有助于知识的融会贯通[2]。教师应该充分利用和发挥有机化学的自身魅力,强调有机化学与生活的紧密联系,激发学习兴趣,充分调动学生的主动性。巩固并强化自觉性、坚持性、自我调控能力的培养。分散知识目标、能力目标,使学生不断获得成功感而树立信心。学习有机,需要记忆的东西很多,也很杂,教师需要引导学生找出学习有机化合物的规律和方法,从规律出发去学习去记忆,会收获好的效果。
第三,精选练习题。
布置作业时,应适当控制习题的数量和难度,以新课标的要求为基准,精心摘选,大胆删除,以符合学生的认知规律,适合当前学生的能力水平,跳出题海,使学生的认知能力顺利发展[3]。
第四,采用先进的教学媒体和教学理念,激发学生学习有机化学的兴趣。
有机化学与生活息息相关,而且高一所学习的内容更是与生活密不可分。在教学时,可以以生活中的应用来建构情境,让学生融入情境,探究式的,解决问题式的学习新内容。可以展示课本插图、球棍模型、投影幻灯、三维动画软件等,充分提供和利用上述多方面的感性材料,与某些实际问题相结合,使学生获得形象的感知、储存、识别,直至建立模型等形象思维活动。笔者发现,在动手制作模型的同时,进行观察、联想、想象,建立起烷烃结构的模型,改变了许多模糊认识。条件允许时,把有机分子及其化学反应制成三维动画,应用于教学中,直观形象,信息量大,效果会更好。
四、结语
笔者旨在通过此次调查研究找出该校高一理科学生在初学有机化学时的困难,并且找出困难原因并一一做了讨论和分析,最后给出了一些解决建议和方法,希望对该届学生及以后的学生学习及教师的教学有一定的帮助。
参考文献
[1] 李忠杰.高中生有机化学学习的思维障碍及其解决策略研究[D];辽宁师范大学:2001.
关键词:有机化学;学习方法
中图分类号:G718文献标识码:B文章编号:1672-1578(2015)03-0225-01
本校三校生在本期进入了有机化学的学习,有机化学是中专化学的一个重要组成部分,也是三校生高考必考的知识。由于有机物的结构比较复杂,同分异构的现象普遍存在,大多数的反应需要记住条件,而且还需要掌握反应的实质,因此,有机化学就成了中职院校化学的难点内容之一,很多同学望而生畏,常常在平时的模拟考试及高考中严重失分,甚至留白板,让人非常遗憾。为此,我们有必要在这里向同学们聊聊有机化学的学习方法。
1.要对自己有信心、有决心
要对自己有信心,也要有决心。这些虽然与我们说的学习方法没有什么必然的关系,但良好的学习心态也是非常重要的。因为有机化学与以前我们所学的无机化学、分析化学知识联系非常少,也就是说任何同学都不可能有良好基础,所以能否学好,关键是自己是否想学好,想学好又能不能吃苦的问题。既然人人都没有基础,因此,以前成绩好的同学,不能骄傲,要保持清醒的头脑,不能在以前的成绩上睡大觉,否则,就要栽跟头;而以前成绩不太好的同学,只要多付出,方法正确,是肯定能学好的。我想,只要愿意学好的同学,都要争取把有机化学学好,为自己树立信心,这样才能在高考中考出好的成绩。
2.对构建有机分子的模型要有空间想像力
在有机化学中,有机物的结构是很重要的。如甲烷是空间正四面体结构,而不是平面的正方形结构,只有搞懂了这个一点后,才能真正理解甲烷的二氯代物只有一种而不是两种,又如,了解了碳碳单键可以任意旋转,而碳碳双键和碳碳三键不能旋转,才能真正理解烯烃的顺反异构问题。在初学有机物的时候,若没有弄清各类典型代表物的结构,可以到实验室摆弄模型,培养良好的空间想像力。
3.要掌握典型代表物的化学性质
在无机化学的元素化合物的学习中,我们的学习方法是先重点学习一种元素的单质和它的化合物的性质,然后根据通过元素周期表学习同一主族元素的性质的相似性和递变性去学习同族的其它元素及化合物的性质,达到举一反三,事半功倍的效果。学习有机化学也要注意使用这一方法,如在"不饱和烃"一节的学习中,我们先重点学习乙烯、乙炔的性质,然后根据烯烃、炔烃之间的性质相似,去类推其它烯烃、炔烃的性质,当然,还要注意乙烯、乙炔和其它烯烃、炔烃不同的地方,特别是不对称烯烃与水、卤化氢等的加成反应、聚合反应的区别。
此外,课后还要抽时间想一想所学的这几类物质的典型反应有那些,反应方程式应如何书写等。如在学习"卤代烃"一节之后,就要回头想一想卤代烃的两个典型反应"水取醇消"是否掌握好了,若记不住,则说明还应及时复习巩固。
4.在讲解过程中启发学生积极思考
教师在讲授中,可运用提问题的形式启发学生对实验原理、实验步骤进行质疑,以挖掘问题,引发思路,达到对实验内容的透彻理解。如在《乙烯的制备与性质》中启发学生思考如下问题:实验室使用或蒸馏乙烯要注意哪些问题?在制备乙烯时的装置及如何检查气密性?乙烯制备时加入浓硫酸的作用是什么?在制备时温度控制在多少?为什么?以培养学生的逆向思维和思维的广阔性、深刻性、灵活性,培养学生的创新意识和能力。
5.加强基本操作技能训练,培养解决实际问题能力和动手能力
基本操作训练是有机化学实验的基础,它对于培养学生的实验技能,使学生掌握有机合成与分离的方法起到重要的作用。在教学的过程中首先要培养良好的实验习惯,例如掌握实验和安全知识注意事项,了解仪器设备的性能、使用、维护等;其次对有机化合物的分离提纯方法进行规范化的训练,让学生熟练掌握该装置的特点及注意事项,培养学生解决实际问题的能力。为了培养学生的动手能力,能鉴别官能团的试剂与仪器,我组织学生一起配置、准备,让学生掌握一些特殊试剂的配制方法及要领,实验结束后要求学生对各类官能团的性质、鉴别方法和现象进行总结,从而加深其实验印象,提高其动手能力。在实验过程中要求学生将实验现象完整记录下来,分析实验现象,对合成的产物进行现场检测,对实验结果进行讨论,最后还要进行实验考试。通过有机化学实验课的教学,学生不但巩固了课堂上所学的知识,而且培养了动手能力。
6.要牢记反应的条件
在中专院校三校生考试里,有机化学的考试题型主要是有机推断题。在这种题型中,很多时候是已知最初的反应物和最终的生成物,并且给出中间几步反应条件,要求我们同学推断出中间产物是什么。因此,记住重要的有机反应条件是必需的。如:有机物与卤素单质反应时,若光的条件下反应,一般是烷烃发生取代反应,而在催化剂(如Fe)作用下,则一般是在苯环上发生取代反应。与溴水或溴的四氯化碳溶液反应则一般是和烯烃或炔烃发生加成反应,NaOH的水溶液主要是发生卤代烃的水解反应或酯的水解反应,NaOH的醇溶液则必是发生卤代烃的消去反应,与Ag(NH3)2OH反应则必定是醛基被氧化为羧基等等。
7.要熟悉有机物之间的转化关系
关键词:药学有机化合物波谱解析;教学改革;药学
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)42-0106-03
人类社会的发展过程是一个人类征服世界和改造世界的过程,而要达到这个目的,人类必须客观的认识世界。有机化合物波谱解析则是人类认识有机物质世界的重要手段。它在药学、石油化工、环境科学、材料科学、食品科学等科学领域中发挥着毋庸置疑的作用,故成为药学类、中药学类、制药类、化学类、化工类等专业及相关专业本科生及研究生的专业基础课[1]。
药学有机化合物波谱解析主要讲述紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)、核磁共振光谱(NMR)和质谱(MS)的基本原理、特征、规律以及图谱解析技术,以及这四大光谱技术的综合应用[2-3]。通过本课程的学习,培养学生掌握解析简单有机化合物的能力,为药学各专业课程,特别是对天然药物化学、中药化学的学习打下良好的基础。我校有机化合物波谱解析课程起步较早,是国内药学类院校开设最早的院校之一,2008年该课程被评为省级精品课程。而且,我校一直是卫生部规划教材、全国高等医药院校教材《有机化合物波谱解析》的主编单位,所编写的教材是迄今全国出版发行数最多、应用最广和影响最大的同类教材,并且也得到了专家和学生的好评。但我们在多年的教学过程中,发现一个普遍的问题,即药学有机化合物波谱解析的理论过于抽象且系统性差,使学生对有机化合物波谱解析这门课程的兴趣不大,更难说让学生运用所学的知识解析谱图、推断未知化合物的结构等。同时,药学有机化合物波谱解析与天然药物化学课程一脉相连,如果有机化合物波谱解析课程所学的知识欠缺,将导致在学习天然药物化学课程时,各类型化合物波谱学知识没办法开展,而各类型化合物的波谱学特征是天然药物化学课程讲授的重点内容之一。如何更有效的教授这门课,在有限的时间内培养学生的兴趣,让学生运用所学的技术解决科研中的技术问题,是值得我们深思和探究的。我们在总结以往教学经验的基础上,进行了教学改革实践,并取得了一些成效。
一、精选教学内容,合理安排课时
有机化合物波谱解析课程的基础理论知识较多,但是部分知识在物理学、有机化学、分析化学等学科中已经涉猎到,如果上述基础学科的知识没有掌握清楚或者有机化合物波谱解析与上述基础学科开课时间间隔的太长,对学生学习有机化合物波谱解析都会造成很大的困难。因此在讲授该课程内容前,可以提醒学生课下复习哪些相关知识,这样避免学生在课堂学习中一知半解,前因后果解释不清,并能够利用少量的课时,对基础理论知识进行深入浅出地讲解,而利用大量的课时,结合大量的化合物谱图进行化合物综合解析方面的讲授,使学生在结构解析应用中逐渐理解生涩、枯燥、抽象的基本原理,掌握化合物结构与谱图之间的规律。此外,针对部分学生选择研究生深造的实际情况,在运用四大光谱解析化合物平面结构为主要教学内容的基础上,可以适当增加利用单晶X射线衍射、旋光谱以及圆二色谱等技术确定化合物立体结构的知识,例如,讲授如何利用旋光谱和圆二色谱的八区律测定含有酮羰基、共轭双键、不饱和酮、内酯、硝基,以及通过简单地化学转化能够转换成含有上述基团的化合物的立体结构;讲授利用单晶X射线衍射法测定具有结晶性化合物的立体结构的方法,从而增加课程的信息量,扩宽学生的知识面,使学生及时了解该学科的发展动态和前沿,增加学生学习兴趣,并为研究生学习打下坚实的基础。
二、随堂阶段测试,量化学习效果
随堂阶段测试作为教学中最常用的一种测试方式,在学生学习过程中无疑起着很大的反拨作用[4],它对提高教师的教学效果和学生的学习积极性尤为重要。对于有机化合物波谱解析这门课程,可以考虑进行三次随堂阶段测试,主要安排在紫外光谱、红外光谱和核磁共振光谱三章内容结束后进行即时考试。紫外光谱以计算共轭烯烃,α,β不饱和醛、酮、酸、酯及某些芳香化合物的最大吸收波长为测试重点;红外光谱以区段及主要官能团特征吸收频率,芳香化合物与脂肪族化合物红外光谱的区别为测试重点;核磁共振光谱仪利用谱图中的信息对简单化合物进行结构推断为测试重点。测试结束交卷后,任课老师对测试题进行讲解,并根据学生的答题情况进行量化,最终以40%的比例记入到最终成绩中。随堂阶段测试不仅可以督促学生进行主动的学习,从而增强学生的学习动机,而且可以使任课教师判断自己的教学效果,发现存在的问题与不足,最终教学相长。
三、小组讨论方式,激发学习动力
有机化合物波谱解析是一门谱图多、涉及知识面广、且实践性非常强的课程,解析一个化合物谱图的过程,实质上就是一个解决具体问题的过程,完全采取以教师讲授、学生听讲、做作业的传统教学法进行有机化合物波谱解析课堂教学,会导致学生被动地接受知识,自主地、创造性地研究问题的动力不足。以小组讨论为基础的教学方法(Problem-discussion Based Learning,PBL)是启发学生思考,让学生参与教学,提高学生分析问题能力,提高学习积极性的一种有效途径。在综合解析的授课环节,可以采取小组讨论的学习方式,任课老师首先将学生分成3~5人的小组,并提供给学生某个化合物的高分辨质谱、紫外光谱、红外光谱、氢谱、质谱以及二维谱,然后要求学生利用工具书、数据库(例如SciFinder网络检索数据库、微谱数据库等)以及网络资源等信息获取手段进行化合物的结构解析,并且允许组内的学生分享、交流获取的信息,最后每个小组分配一名代表对谱图的解析过程进行讲解,讨论时,各组成员各抒己见、相互评价,促进研讨的深化,最后根据学生对谱图的解析过程进行总结和提炼。通过这种方式,学生将学会如何获取知识,能够独立自主地学习,能够积极有效地参与团体的活动,并从中学到分析问题和解决问题方法,提高学生的综合素质和能力。
四、计算机辅助教学,调动学生积极性
有机化合物波谱解析课堂讲授教学方法最大的不足就是学生在被动的接受知识,很难调动学生思考问题的积极性,很难引发学生的兴趣。计算机辅助教学(Computer Aided Instruction,简称CAI)作为一种新的教育技术和教学方式,具有交互性、多样性、个别性、灵活性等特点[5],在有机化合物波谱解析的教学中发挥着重要作用。比如使用Flas形象生动地解释红外光谱中吸收频率与化学键常数成正比,与折合质量成反比这个规律,解释磁共振的进动过程,势必会提高学生的理解能力,从而促使其更好的掌握波谱知识。又比如在教学过程中引入Chemdraw、Chem 3D等化学专用教学软件,将一个已知化合物的氢谱和碳谱信号模拟出来,结合数据讲解不同类型氢核和碳核化学位移的大致范围,并且将分子的平面结构转化为立体结构,这样可以加深学生对典型化合物波谱特征的记忆。再比如,为了适应解谱工作日益自动化的趋势,改变传统的单一完全人工解谱的教学模式,在教学中可以融入先进的波谱预测软件,例如ACD Labs v10.0软件,培养学生与软件通过人机对话的反馈模式进行实践解谱的能力,进而培养学生在将来的从业中(波谱学学习后延过程)具备自我完善和提升的能力。此外,使用多媒体计算机教学将大量的经典化合物图谱在短时间内提供出来,增加学生思考和讨论的时间,让学生在解决问题的同时提高思考问题的能力,最后加上详细的讲解使学生完全明了所学习的波谱在结构解析中的应用,增加学生和老师间的互动。
五、采用双语教学,提高自主学习能力
在化合物的解析过程中,学生需要利用外文工具书或SCI期刊查找相关化合物的波谱数据,这就需要学生具备一定的外文文献阅读能力,双语教学方式可以很好的解决这个问题。首先,任课教师可以向学生推荐几本关于有机化合物波谱解析的经典外文教材,例如Robert M. Silverstein主编的《Spectrometric Identification of Organic Compounds(7th Revised edition)》,拓展学生的知识面,并且两种教材中不同作者的不同思维方式,可以培养学生的发散思维;其次任课教师在教学过程中可以将部分课件制作成英文课件,并在讲课过程中有意识地讲解波谱学相关的英语词汇和术语;此外,还可以根据学生的需求,教授如何利用外文数据库进行文献检索的方法,并给学生分发高水平的英文原始文献,提高学生阅读外文文献的能力。如此,学生能够利用学到的专业术语,自主地学习与有机化合物波谱解析相关的英文文献以及书籍,主动找到解析结构的技巧和方法。当然,双语教学不同于一般的教学,对教师也有较高的要求,这就需要对教师进行培训,并组织教师听讲双语示范课,在双语教学上课之前进行试讲,选拔出专业基础知识扎实,英语口语流利的双语教师。双语教学过程是教师和学生的双边互动过程,也是一个教学相长的过程,双语教学不仅可以让药学工作者适应药学研究、生产和流通过程中日新月异的变化,也能够在药学领域的国际交流、合作与竞争中立于不败之地。
笔者认为,要教好有机化合物波谱解析这门课程,不仅需要教师具有良好的科研背景和素质,具有坚实的分析化学、有机化学等基础学科的理论功底,还需要教师在教学过程中不断完善教学内容,采取随堂阶段测试、小组讨论、计算机辅助教学、双语教学等方式提高教学质量,激发学生主动学习有机化合物波谱解析的兴趣与主动性,提高学生分析问题、解决问题的综合能力。于此同时,教师在课堂教授中,应当尽可能以SCI文献资料(例如Organic Letters、Phytochemistry、Journal of Natural Product、Planta Medica等)中的新颖化合物结构和课题组正在研究的活性先导化合物为实例,提高学生对波谱解析的兴趣,拉近繁琐的波谱数据和学生思维的距离,快速提高学生分析波谱特别是分析NMR数据的能力。总之,只有不断优化教学内容和方法,增强学生学习该课程的自信心和强化他们的合作意识,才能提高学生学习的积极性和分析与解决问题的能力,实现教学事半功倍的效果,达到培养学生创新精神和创新思维的目的。
参考文献:
[1]李娜,刘炜炜.浅议制药工程专业的《波谱解析》教学改革[J].边疆经济与文化,2007,41(5):154-155.
[2]吴立军.有机化合物波谱解析(第三版)[M].北京:中国医药科技出版社,2009.
[3]谢彩侠,崔永霞,胡亚楠.有机化合物波谱解析教学模式的改革与探讨[J].中国医药导报,2009,6(22):157-158.
[4]崔红花,梁生旺,王峰,陈超,王淑美.基于小组讨论式教学法对现代仪器分析课程中波谱解析教学改革探析[C].中华中医药学会中药分析分会第五届学术交流会论文集,200-203.
[5]董桂茹,王立华.计算机辅助化学教学的研究[J].齐齐哈尔师范学院学报(自然科学版),1993,13(4):57-59.
关键词:有机化学教学有机化学实验环保意识环保教育
现代科技的发展使人类的力量在不断的壮大,推动了社会的进步。然而,随着工业、农业生产的发展需要,化学已经成为人类生活和生产中必不可少的元素,化学的利用就意味着化学污染物的产生,这些污染物对自然环境有着极大的破坏作用。要从根本上培养学生拥有环境保护的意识,注意治理环境污染的问题,这是实现社会经济的可持续发展的要求,而且已成为全世界人民的共识。
1.有机化学实验的危害
1.1 有机化学的定义
有机化合物是指含碳的化合物,因此有机化学又被称为碳化合物的化学,是化学学科中非常重要的一个分支。1806年第一次提到“有机化学”这个词语,是当时的化学家根据“无机化学”的对立名词而命名的。有机化学时研究有机化合物的结构和性质,以及制备等方面的学科。含碳化合物被叫做有机化合物是因为含碳的物质需要由有机体(生物体)才能制造出来。
1.2 有机化学的危害
有机化学实验教学已经形成了单独的教学体系,化学实验的目的也不仅仅是验证和加深学生们在课堂中的理论知识,同时也要培养学生的实验操作能力和解决问题的能力。在有机化学的实验中经常会用到不同的有机物,有些有机物毒性较大,容易发挥,并会对环境产生持久的影响。有机化学的污染物具有种类繁多,污染持续时间长久及毒性极大等特点,其污染物对人体健康产生了极大危害。
2.教师应在教学过程中逐步渗透环保意识
2.1 在课堂上渗透环保意识
环境是化学涉及到的重要内容之一,在教学进程中,教师要利用多样化的教学手段,深层级挖掘教材中涉及环保知识的内容,查找相关信息并作一些适当的补充,从而帮助学生树立环境保护的意识,把化学课堂与环境保护教育有效地结合起来。例如在学习过程中加入“空气质量报告”、“温室效应”、“臭氧层空洞”等与化学有关的内容,让学生们认识到空气的质量影响着人类的生存,还可以列举一些时事的例子如海湾战争、伦敦烟雾等事件,以提高学生的学习热情。
2.2 在课外活动中提倡环保行动
除了课堂上的积极渗透,课外也可以组织学生参加环保活动,让学生们在环保学习和环保实践中了解相关的常识,以提高学生在文化层次和行动上的环保意识。可以把环保实验安排在课外活动中进行,让学生设计环保实验。这样即能激发学生学习化学的兴趣,又能加深学生学习的印象,从而使学生认识到保护环境的意义,树立学生对于环境保护的意识。同时为了引起学生对自身生存环境的关注,也要鼓励学生积极地开发和利用无污染的新能源等问题。
3.在有机化学实验中避免环境污染及相关的措施
实验教学是化学教学中必不可少的一部分。在实验教学中更要重视学生的环保意识的培养,规范化学实验的方法,减少化学品的用量,有效处理实验结束后产生的废弃物,以达到尽量避免污染环境的目的。
3.1 规范有机化学实验的方法
教师应在实验教学中规范学生的实验行为,这样才能达到环保教育的目的。在化学实验中,教师必须教授正确的实验方法,指导学生严格按照实验操作的程序来进行实验,在进入实验室前,首先要明确有机化学实验的目的,提前检查实验用品是否齐全。要求学生在实验中严格遵守实验操作规程,掌握原理和方法,不进行无关的化学实验,以免出现其他问题。利用正确方法来闻气体,用适当的容器来取化学用品等等。对于有毒性、腐蚀性或易燃易爆的化学品,不能直接用手去接触,也不可用鼻子直接闻,更不能品尝化学品的味道。例如在进行有机物气体的实验中,教师要强调学生进行气体装置的气密性检查等。此外也要防止试剂之间的交叉污染,注意用胶头滴管不能交叉使用等等原则性的问题。
3.2 减少实验中有机化学品的用量
在有机化学实验中,要尽量遵循少利用资源,少产生废物的原则,尽量利用新方法和新技术,来预防和减少化学的污染。在有机化学实验中,利用小型的实验仪器,以减少化学试剂的用量来进行实验,达到实验的目的就可以。这样既可以减少实验中产生的废物,也可以节约化学品的用量。化学实验即会达到教会学生知识的目的,同时也节约了实验的材料和实验的时间,更重要的是减少了污染物的排放,起到了环保的作用。实验中药从保护环境人手, 尽量做到化学品投放量最少、反应时间最短、实验效果最好的原则来进行实验。
3.3 正确处理有机化学实验中产生的污染物
有机化学实验会产生的废弃物,这些废弃品如果处理的方法不正确或者不及时而随意的排放,则会对环境造成极大的污染。要培养学生的环保意识,养成良好的实验习惯,就要正确来处理有机化学实验后产生的废液、废渣、废气等。可以统一回收实验产生的废液和废渣,把有利用价值的化学物进行保留并再次利用,也可以通过进一步的化学反应把实验后的有毒物质转化为无毒物质,实验始终要贯彻和加强环境保护的意识,努力做到零排放和零污染,即节约了资源,又可以变害为利。
3.4以身作则,培养学生的良好习惯
有机化学教学在中学化学教学别重要,其分值约占高考化学总分25%左右,特别是有机合成和推断题这类综合性的大题,其信息容量大,综合性强并且这些试题主要涉及新材料、高分子化合物、药物、香料等的合成。是一类既考查学生双基又考查学生学科素养的题型。了解这一类型高考试题的出题特点和规律,掌握这一类型题的解题方法与技巧,以期为提高课堂教学的有效性和备考的针对性提供有益的借鉴。
二、有机合成题备考策略
1.有机合成试题常考知识点
近几年的高考有机合成题大都以信息题的形式出现,考查的内容以高中所学的主干知识为主体,稍加一些大学知识的改进。涵盖的知识点有重要官能团,比如卤素原子、碳碳双键(三键)、羟基、醛基、羧基、酯基以及结构简式、分子式、同分异构体的书写、化学方程式的书写、核磁共振氢谱确定结构等,这些知识点常以官能团的引入、官能团的消去、官能团的转换为载体,考查学生对机化学基本概念、基本理论、学科主干知识和综合能力考查。
2.有机合成试题常考反应类型
主要包括烯烃、炔烃的加成反应、芳香烃的取代反应、卤代烃的消去与取代反应、醇的催化氧化反应、羧酸的取代反应、酯的水解反应、加聚与缩聚反应。特别是近几年的有机合成题常会呈现新的反应类型,包括有机人名反应(Wittig反应、Cannizzaro反应、),大学有机反应(羟醛缩合),特殊的有机试剂(格氏试剂)。这类高考有机合成题的新视角其特点是起点高落点低,虽然形式新颖但还是注重考查学生的双基和综合能力。
三、有机合成题解题策略和技巧
根据高中化学《考试大纲》和对相关的高考化学试题分析,笔者认为,要想提升学生的有机化学试题解题效率,需要掌握充分的基础知识,然后再灵活运用,采取正确的解题思路。
1.正、逆思维相结合,突破解题瓶颈
所谓正向思维,就是人们在创造性思维活动中,沿袭某些常规去分析问题,按事物发展的进程进行思考、推测,是一种从已知到未知,通过已知来揭示事物本质的思维方法。而对于有机推断题来说,就是按照有机物的性质和已知的反应条件,顺着有机合成或有机一系列反应的步骤依次推出未知有机物的过程。这种思维方式避免了只凭经验或盲目无序地解题。例如2013年四川高考有机推断题:
重点考查学生思维的敏捷性和灵活性,对学生的信息获取和加工能力提出较高要求。反应1~3可以利用正向思维进行解题,反应物为不对称烯烃与HBr发生加成反应时产物有两种,分别是,反应2的条件为NaOH水溶液,可推知该反应为卤代烃的水解产物为醇。根据前一问A可能的结构可知B也有两种结构伯醇或者仲醇,根据的结构特点可知B属于饱和一元伯醇,其结构简式为。但是反应4~6正向思维很难推知C的结构,利用逆向思维推理会降低解题难度。由G的结构为五元环状内酯逆推可知F既含羟基又含羧基,F中的羟基是通过与H2加成得到的,可推知E中含有醛基。逆合成分析可知E的结构为β-羟基醛,可推知反应4为羟醛缩合。再根据反应5的特点为酯的水解逆推C的结构中含有酯基,这样物质C的结构根据逆向分析顺利得出,降低解题难度。
2.多向思维,打破解题闭塞、单一的处境
所谓多向思维是求异思维最重要的形式,表现为思维不受点、线、面的限制,不局限于一种模式,既可以是从尽可能多的方面去思考同一个问题,也可以从同一思维起点出发,让思路呈辐射状,形成诸多系列。而对于有机推断题来说,就是学生在做有机推断题时,从多个方面去思考,进而能找出解决有机推断题的两种或几种突破口。
四、有机推断题复习备考的启示
1.构建知识网络,理解反应机理
有机化学的特点是内容繁杂,知识点琐碎,若不加以整理归纳,学生学起来比较吃力,且难以掌握。因此在平时的复习备考中应紧紧围绕《考试大纲》说明,紧扣教材,对各章节知识点引导学生进行归纳总结,以烃和烃的衍生物为主线,根据各类物质的性质,总结归纳出各类物质间的相互转化的关系,构建知识网络图。而有机化学研究的核心是“构性相依”,对有机物参与化学反应时的断键方式的研究是有机化学的本质。所以在复习备考时要指导学生对考纲要求的重点反应进行机理分析,理解有机化学变化的基本规律。
2.注重思维能力的培养,提升学生的信息素养
高考《考试大纲》明确提出:“化学科试题旨在测试考生对中学化学基础知识、基本技能的掌握情况和所应具有的观察能力、实验能力、思维能力和自学能力……”其中思维能力的培养是核心。近几年高考有机合成推断题信息量大,要求学生具有很高的应变思维能力。因此,要从思维过程的各个环节培养学生对信息加工处理的策略,包括观察、梳理、筛选、存储、迁移、类比,提升学生的信息素养;从思维方式来看,要从多角度训练思维的“互通”性,包横向思维和纵向思维、正向思维和逆向思维;优化学生的解题思维,提升学生分析问题、解决问题的能力。
3.注重试题的应用性,强化学生的化学素养
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2013.03.035
化学是一门以实验为基础的自然学科。通过实验不仅可以激发学生学习化学的兴趣,而且还可以加深学生对所学化学理论知识的认识。
化学教学中除了可以通过实验激发学生学习化学的兴趣,还可以通过生活中的化学激发学生学习化学的兴趣,使学生不但能善于用化学理论和知识解释、解决日常生活和生产实践中的化学现象和化学问题,而且能使学生学会探究性学习,养成探究的意识,提高探究的能力。通过课堂化学教学和生活中化学知识的结合,可进一步提高学生学习化学的兴趣,使化学理论知识从无行到有形,从微观到宏观,从而揭开化学神秘的面纱。本文主要介绍如何通过生活中的化学激发学生学习化学的兴趣。
一、化学与诗词
化学老师若在教学中恰当引用一两句诗词,把化学与诗词巧妙结合,有画龙点睛之功效,不仅便于设置悬念、创设情境、开阔视野、活跃气氛、集中学生注意力,在诗情画意中激起学生强烈的求知欲望,并进而使其学习化学的兴趣不断高涨,激发他们学习化学的热情,而且对提高学生的综合素质也大有裨益。如晚唐私人李商隐的诗句“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干”中的“蜡炬成灰泪始干”描述的是蜡烛(有机物)由固态融化成液态,然后液态的有机物挥发变成气体进而燃烧,通过这句可以给学生讲述化学变化和物理变化的区别。明朝于谦的《石灰吟》中“粉身碎骨浑不怕,要留清白在人间”讲述的是石灰石煅烧变成生石灰,以及生石灰变成熟石灰的化学变化。西汉刘向《淮南万毕术》记载的“曾青得铁则化为铜”描述的是铁能从某些含铜化合物的溶液中置换出铜,通过此古句可以给学生讲述置换反应。
二、化学与历史
化学老师若是在讲述内容之前,先描述一些与化学有关的历史画面,可以大大调动整堂化学课的气氛。如老师在讲述高中化学人教版选修5(有机化学基础)第四章第三节蛋白质和核酸中的蛋白质的变性化学性质时可以引用《三国演义》第六十六回绝路问津里面涉及到的哑泉和安乐泉。又如老师在讲述乙酸时引课可以采用“醋字的来历:廿一日+酉=醋”的历史来激发学生学习乙酸的兴趣。
三、化学与歌曲
学生都很喜欢唱流行歌曲,如果化学老师能将化学中一些需要记忆的知识点串成一首流行歌曲来唱,我相信学生一定不会忘记这些知识点。如2009年网络上广为流传的《化学版青花瓷 化学性质篇》和《化学版青花瓷 注意事项篇》均由《青花瓷》改编,很好的帮助学生记住了许多物质的化学性质和实验当中应该注意的事项。
四、化学与生活中的故事
【关键词】煤热解;脱硫效果;污染物控制;反应条件;预处理工艺;经济合理;技术先进
0 引言
煤的热解是煤气化、液化和燃烧等煤热转化过程的基础。煤热解化学研究与煤的热加工技术关系密切,取得的研究结果对煤的热加工有直接的指导作用。另外,煤的热解作为单独的燃前预处理工艺在提高煤的利用效率和污染物控制方面的功能受到越来越多的重视。
1 影响煤热解脱硫效果的因素
1.1 煤的性质
煤中的矿物质对煤的热解脱硫有重要的影响。根据在脱硫过程中的作用,煤中的矿物质可以分为三类:
1)惰性矿物质,如石英、金红石等。
2)有催化活性的矿物质,如高岭土、蒙脱土等。
3)有固硫作用的矿物质,如方解石、石膏、白云石等。
有催化作用的矿物质一般都是煤中的酸性粘土类矿物质。这些矿物质能促进C-S键的断裂,曾被用于石油产品的脱硫。此外,黄铁矿分解生成的Fel-xS对加氢脱硫也有催化作用。
有固硫作用的矿物质一般是煤中的碱性矿物质。H2S同这类矿物质反应生成相应硫化物的反应很快,这些硫化物滞留在半焦中,成为半焦中硫的重要组成部分。主要的反应类型为:
MO+H2SMS+H2O
MCO3+H2SMS+H2O+CO2
式中:M代表Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子。
其中:MgO与H2S的反应在1200℃以下都是热力学不利的;MgCO3与H2S的反应在高于575℃是热力学有利的;CaO与H2S的反应在高于420℃是热力学有利的。
虽然CaO与H2S的反应进行的很快,但由于CaCO3在高于700℃才开始分,所以反应到800℃才发生。FeO和FeCO3与H2S的反应在200℃-1200℃的范围内都较易进行。
上述的反应都是在气、固之间的反应,发生在气、固接触面上,因此反应的速率依赖于固体的表面积和表面性质。
1.2 反应条件
反应条件对煤热解脱硫的影响是复杂的,而且反应条件之间有时是相互影响的。在诸多影响因素中,热解气氛是影响脱硫效果的外在可控因素之一,这些气氛包括惰性气氛,还原气氛和氧化气氛。和惰性气氛下相比,加氢热解更易受反应条件的影响。
煤样粒度:过大的粒度显然阻碍氢气与煤粒的充分接触导致脱硫率的降低;而煤样粒度的减小一方面促进了氢与硫的充分结合,另一方面又由于内部升温过快使挥发物逸出相对缓慢而增加了二次反应导致硫在半焦中的滞留。
温度:一般在800℃以下,脱硫率随温度的升高而增大,高于此温度,由于煤中的孔结构塌陷,进一步的加氢脱硫己不可能,只能靠半焦中残余硫化物的高温热分解少量脱除。
氢压:氢压促进H2与硫的反应。氢气压力的增加有利于黄铁矿、难分解噻吩硫类有机硫的加氢脱除,焦油中硫含量也随着氢压的升高而降低气;而过高的氢压又会阻碍作为脱硫主要产物H2S的逸出,增加H2S与煤二次反应的机会而降低脱硫率。
升温速率:升温速率的增加没有改变硫转化的本质,但影响到转化的程度;由于向复杂有机硫的转化,较快的加热速率并不能脱除更多的硫。
氢气流速:氢气流速的增加可有效抑制不稳定含硫分子的再聚合及与焦的二次反应,从而显著降低半焦中的硫含量,提高脱硫率和硫在气相中的分布。
停留时间:随着反应的进行,加氢热解脱硫由气膜扩散或化学反应控制转变为灰层扩散控制,故在一定温度下适当延长反应时间,有利于氢与含硫化合物的扩散和接触,提高脱硫率。
有前面讨论的硫的反应性可知,氢气不但能促进黄铁矿硫的分解,而且可以促进有机硫特别是噻吩硫的分解,因而脱硫效率大大提高。研究表明:煤加氢热解过程中硫脱除率可达90%以上。其中无机硫脱硫率几乎100%,有机硫的脱硫率视煤种不同可高达70-80%以上,并主要以H2S的形式脱除、释放出来。
氧化气氛下的煤热解脱硫研究较少,应用于煤热解脱硫的氧化性气氛主要是空气和水蒸气。氧化性气氛下煤中的FeS2部分转化成Fe3O4;主要气态含硫产物为COS,SO2,SO3,CS2;液体产品中,硫主要以噻吩类硫化物、芳基硫化物和高级硫醇盐的形式存在。煤中硫的氧化脱除率取决于颗粒的大小、有机质的性质、处理条件、扩散因素和化学反应特征。在氧化气氛下,热解脱硫效率介于惰性气氛和还原气氛,脱除的硫主要是黄铁矿硫。
2 提高煤热解脱硫效率的新思路
几十年来,人们对硫在各种气氛下的转化规律进行了大量研究。从脱硫的角度看,在惰性气氛下的煤热解脱硫,效果不理想;加氢热解由于需要昂贵的氢源,在经济上还有很大阻力,而且,氢气在提高脱硫效率的同时,也促进了煤中挥发分的大量逸出,由此导致所得半焦硫含量不一定低,有时甚至还高于原煤中的硫含量;氧化气氛的煤热解脱硫能量损失严重。如何在尽量保持煤的有机质的情况下,通过热解的方法经济有效的脱除煤中的硫成为新的研究热点。
结合焦炭工业和化肥工业的实际,采用廉价易得而又富含氢气的焦炉煤气和合成气替代纯氢气进行加氢热解可降低成本和投资费用,很多学者研究和证明了焦炉煤气替代纯氢作为热解反应气的可行性。以焦炉煤气为气氛的热解可以取得相当氢分压下的脱硫效果,焦炉煤气中的甲烷等组分的对脱硫帮助不大。齐永琴等发现当向惰性载气中添加0.6%的氧气时,在650℃时,义马煤的热解脱硫率可达72.9%,且半焦收率变化不大,表明在惰性气氛中配入少量氧,可大大提高全硫脱除率。徐龙等在载气中添加了某些含氧有机物(如乙醇、丙酮等),发现这些有机物能不同程度地提高脱硫率而不降低半焦收率,作者认为很可能是由于有机物中的氧选择性地弱化了C-S键,或选择性地减少了已分解的硫与焦的反应机会。
热解前对煤适当的预处理能有效地提高煤的脱硫率。Palmer等的预处理方法是热解前对煤进行过氧乙酸选择性氧化。考察了预处理条件和热解条件对某煤种热解脱硫效果的影响,发现脱硫率与未处理的煤相比有大大提高,在合适的情况下,脱硫率可达95%。等从煤中不同形态硫在热解过程中转化特性和煤的热解机理出发,研究了气体预处理对煤热解脱硫的影响,结果发现,同直接在650℃下加氢热解相比,充州煤在300℃下氢气预处理后,脱硫率增加3.4%,达到65.7%;而大同煤在350℃下氢气预处理后脱硫率增加了25.1%,达到78.5%。在300℃二氧化碳预处理后,大同煤的脱硫率较直接加氢热解提高了1.52%,达到68.6%。
3 结束语
总之,从资源的可持续发展和环境保护的角度考虑,开展洁净煤技术研究,实现煤的清洁高效利用,对我国具有十分重要的现实意义。
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