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有機(jī)化合物是指含碳的化合物,有機(jī)化學(xué)又稱為含碳化合物的化學(xué),是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和制備的學(xué)科,是化學(xué)的一個重要分支。有機(jī)化學(xué)學(xué)科涉及到多方面的知識內(nèi)容,例如:人口和健康問題、材料應(yīng)用、能源、信息技術(shù)等,作為一種新型高科技術(shù)為社會的發(fā)展和科技的創(chuàng)新提供了動力,利用有機(jī)化學(xué)方法可以有效的解決國際性核心問題。
2有機(jī)化學(xué)與環(huán)境的關(guān)系
2.1有機(jī)化合物對環(huán)境的污染
有機(jī)化合物與人類生活的衣食住行息息相關(guān),也是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住kS著合成技術(shù)的成熟發(fā)展,有機(jī)化合物的種類越來越多,他們每天以驚人的速度排放在人們生活的環(huán)境當(dāng)中。目前環(huán)境中主要的有機(jī)污染物有金屬有機(jī)污染物,;烴污染物;含氮、磷有機(jī)污染物;含氧、硫有機(jī)污染物;含鹵素有機(jī)污染物、天然產(chǎn)物污染物。
2.2有機(jī)化學(xué)的應(yīng)用是治理環(huán)境污染的重要手段
有機(jī)化學(xué)在農(nóng)作物改良、醫(yī)藥研究、食品工程方面發(fā)揮著主要的作用,而且隨著日益突出的環(huán)境問題,在治理污染、環(huán)境生物監(jiān)測等方面發(fā)揮著重要的作用。雖然目前環(huán)境問題與化工行業(yè)有關(guān),但是有機(jī)化學(xué)的合理應(yīng)用對環(huán)境的保護(hù)作用也是顯而易見的。例如將煤中的元素原子100%轉(zhuǎn)化成對人類有益的有機(jī)產(chǎn)物,減少了煤燃燒過程中產(chǎn)生的廢氣,也在環(huán)保的基礎(chǔ)上提高了利用率;有機(jī)化學(xué)研究出殘留時間段、藥效更專一的農(nóng)藥可以減輕對土地的污染等等。自20世紀(jì)90年代初,科學(xué)家們就提出了“綠色有機(jī)化學(xué)”的概念,旨在建設(shè)綠色的合成工藝環(huán)境,在增強經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時有效的保護(hù)了環(huán)境。
3在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生的環(huán)保意識
在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中提高學(xué)生環(huán)保意識的措施具體包括以下幾個方面:
3.1在有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)中提升學(xué)生的環(huán)保意識
我們可以利用多媒體技術(shù)具有圖、文、聲并茂的特點,直觀、生動、活潑的表達(dá)教學(xué)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2],提高思想意識。例如在學(xué)習(xí)烴類化合物時,融入石油煉制有關(guān)能源危機(jī)的知識,介紹汽車尾氣是城市污染的主要污染源;講解烯烴時,介紹由塑料袋、一次性餐盒造成的白色污染;鹵代烴學(xué)習(xí)中,介紹臭氧層破壞的主要原因是冰箱和空調(diào)的使用的大量制冷劑氟利昂;教學(xué)芳香烴類時介紹目前多環(huán)芳烴類的苯并芘是一種強致癌物;酮類化合物的教學(xué)中,介紹室內(nèi)空氣污染的主要污染物甲醛等。這樣的講解有利于學(xué)生加強對環(huán)境污染的認(rèn)識并且可以增強環(huán)保的意識以及對化合物結(jié)構(gòu)的掌握。
3.2在有機(jī)化合物實驗教學(xué)中培養(yǎng)環(huán)保意識和方法
實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中必不可少的一部分。在實驗教學(xué)中更要重視學(xué)生的環(huán)保意識的培養(yǎng),規(guī)范化學(xué)實驗的方法,減少化學(xué)品的用量,有效處理實驗結(jié)束后產(chǎn)生的廢棄物,以達(dá)到盡量避免污染環(huán)境的目的[3]。教師應(yīng)在實驗教學(xué)中規(guī)范學(xué)生的實驗行為,這樣才能達(dá)到環(huán)保教育的目的。在化學(xué)實驗中,教師必須教授正確的實驗方法,指導(dǎo)減少實驗中有機(jī)化學(xué)品的用量。要盡量遵循少利用資源,少產(chǎn)生廢物的原則,盡量利用新方法和新技術(shù),來預(yù)防和減少化學(xué)的污染。
3.2.1設(shè)計綠色化實驗
所謂綠色化實驗,就是指在實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗試劑的選用上進(jìn)行最優(yōu)選。可以選擇毒性小、污染低、現(xiàn)象明顯的項目,對于部分必須要進(jìn)行的實驗進(jìn)行試驗路線的改革,采用污染小的原料進(jìn)行[4]。開展有機(jī)化學(xué)教學(xué)的教師應(yīng)不斷學(xué)習(xí)有關(guān)環(huán)境保護(hù)的多方面化學(xué)知識,掌握新的化學(xué)工藝和當(dāng)前社會發(fā)展的動態(tài),將這些新鮮的化學(xué)環(huán)保知識與課程結(jié)合起來,設(shè)置一些創(chuàng)新性的綠色實驗,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣同時,增強學(xué)生的環(huán)保意識。如甲醇羰基合成法是制備醋酸的最佳合成路線,具有反應(yīng)的高選擇性和對環(huán)境的友好性,現(xiàn)已代替了傳統(tǒng)的乙烯氧化合成法路線。
3.2.2有機(jī)化學(xué)實驗的微型化
有機(jī)化學(xué)實驗的微型化是綠色化學(xué)的一個重要方面,微型化實驗具有反應(yīng)時間段、現(xiàn)象明顯、節(jié)省實驗用品和對環(huán)境污染小的特點。在實驗的過程中,使用微型儀器,既減少了藥品量也縮短了時間更減少了三廢的排放。一氧化碳催化偶聯(lián)合成草酸是一氧化碳在催化劑的作用下與亞硝酸酯偶聯(lián)反應(yīng)生成草酸二酯和氧化氮,草酸二酯水解得草酸和醇。反應(yīng)生成的氯化氮部分氧化為二氧化氮。氧化氮和二氧化氮生成三氧化二氮,三氧化二氨與醇酯化反應(yīng)生成亞硝酸酯,亞硝酸酯能夠循環(huán)使用,這種微型化的實驗具有極好的環(huán)保效果。
3.2.3設(shè)置連續(xù)化的實驗內(nèi)容
可以設(shè)計有關(guān)聯(lián)的綜合性的實驗項目,將部分實驗的產(chǎn)物或者廢棄物應(yīng)用到另一個實驗當(dāng)中,減少實驗室廢棄物的排放量[5]。這樣既能避免各個實驗孤立起來,也可以增強實驗過程的連續(xù)性和綜合性,使學(xué)生在掌握實驗過程的同時增強了環(huán)保的意識,減少了環(huán)境的污染。苯胺的生產(chǎn)以前主要采用鐵粉還原硝基苯的工藝路線,這種路線的主要缺點是設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、操作維護(hù)費用高、生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量鐵泥、廢渣和廢水,其中含有對人體危害極大的硝基苯和苯胺,現(xiàn)在主要采用硝基苯經(jīng)活性銅催化氫化制備,可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)污染小,彌補了傳統(tǒng)實驗的不足,避免了實驗資源的浪費,兩種合成方法介紹如圖所示。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞:有機(jī)化學(xué)及實驗;精品資源共享課;建設(shè);共享;協(xié)同創(chuàng)新
“有機(jī)化學(xué)及實驗”課程從2003年國家精品課程建設(shè)開始[1],經(jīng)過有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊近十年的建設(shè),順利實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級[2],入選國家級精品資源共享課立項項目,上線接受社會的評價??偨Y(jié)近十年的建設(shè)體會主要包括下面三方面。
一、深化精品資源建設(shè)是關(guān)鍵
建設(shè)精品資源共享課的關(guān)鍵是結(jié)合課程的特點建設(shè)精品資源。包括深化教學(xué)內(nèi)容和改革課程體系,研究教學(xué)方法,探索考核方式和考核內(nèi)容,研制課程教學(xué)的新資源。
1.深化教學(xué)內(nèi)容建設(shè)
(1)引入學(xué)科發(fā)展的新內(nèi)容?!坝袡C(jī)化學(xué)及實驗”是技術(shù)基礎(chǔ)課,在引進(jìn)學(xué)科發(fā)展新內(nèi)容時要有選擇,既要保證課程的基礎(chǔ)性,又不能增加課程的教學(xué)學(xué)時數(shù)。
有機(jī)化學(xué)課程引進(jìn)了下述新內(nèi)容:①有機(jī)化合物旋光性的螺旋理論――結(jié)構(gòu)與旋光性的關(guān)系。國內(nèi)外的有機(jī)化學(xué)教材中都沒有解決有機(jī)化合物產(chǎn)生旋光性的原因,我國化學(xué)工作者提出有機(jī)化合物分子的螺旋結(jié)構(gòu)使分子產(chǎn)生旋光性[3]。將這一觀點引入教學(xué),填補了有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與旋光性的空白。②鄰基參與反應(yīng)――某些反應(yīng)分子構(gòu)型保持。鄰基參與反應(yīng)是1942年提出[4]、近年被有機(jī)化學(xué)工作者所共識,把這個反應(yīng)引入教學(xué),糾正了對某些反應(yīng)的構(gòu)型、構(gòu)型保持的錯誤解釋。③LDA低溫反應(yīng)――實現(xiàn)羰基化合物交叉縮合反應(yīng)。一直認(rèn)為兩種羰基化合物交叉縮合是沒有合成意義的,近年發(fā)現(xiàn)強堿LDA在低溫下先與一種羰基化合物反應(yīng),然后加入第二種羰基化合物,實現(xiàn)了兩種羰基化合物選擇性地交叉縮合[5],變成了一種重要的合成方法。④科研新成果――酚羥基快速醚化。筆者科研專利成果,酚羥基在適當(dāng)?shù)娜軇┲?,可以在室溫下,高轉(zhuǎn)化率、高選擇性、快速地被醚化[6],增添了教學(xué)新案例。⑤室溫離子液體――多用途的新化合物。室溫離子液體的概念很早就被提出來,一直沒有引起化學(xué)工作者的注意,近年來其合成、反應(yīng)、應(yīng)用都發(fā)展很快,是有機(jī)化學(xué)教學(xué)的新案例。⑥有機(jī)氟化合物――有特殊性能的鹵化物。有機(jī)氟化合物是近年有機(jī)化學(xué)研究的熱點領(lǐng)域[7],其性能特殊,有特殊用途,引進(jìn)教學(xué)拓展了鹵烴的性質(zhì)。⑦雙氧水――綠色氧化劑。隨著綠色化學(xué)的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)雙氧水能氧化多種官能團(tuán)化合物,有的已實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。因此引入用雙氧水替代污染嚴(yán)重的重鉻酸鉀作為氧化劑的教學(xué)案例。諸如這些內(nèi)容的引入保持了教學(xué)內(nèi)容鮮活性,又沒有增加學(xué)時數(shù)。
(2)全面介紹有機(jī)化合物的內(nèi)容。有機(jī)化學(xué)一直重視石油加工及其化學(xué),而忽視煤、生物質(zhì)加工及其化學(xué)。我國煤儲量多于石油,近年來,煤加工生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品發(fā)展很快;生物質(zhì)是綠色化學(xué)品來源,生物質(zhì)煉制工程包括生物柴油、天然有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化等。增加這兩方面的內(nèi)容,體現(xiàn)了《21世紀(jì)有機(jī)化學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略》所提出的有機(jī)化學(xué)的定義[8],也體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)發(fā)展方向。
(3)引入反應(yīng)控制的基本概念。動力學(xué)控制/熱力學(xué)控制是高等有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容,將這一概念引入有機(jī)化學(xué),既提升了教學(xué)內(nèi)容,又簡化了一些繁瑣的解釋,如共軛二烯的1,2-加成與1,4-加成、芳烴的定位規(guī)律、邁克爾加成反應(yīng)規(guī)律等的解釋。
(4)數(shù)字化模擬分子模型的使用。過去用鮑林提出的抽象的共振雜化體表示離域體系,如烯醇負(fù)離子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),學(xué)生很難理解;現(xiàn)在使用可視化的數(shù)字化模擬分子模型表示,很容易理解離域體系的穩(wěn)定性和反應(yīng)性。
(5)簡化一些敘述性的內(nèi)容。如各類官能團(tuán)化合物的物理性質(zhì)不再講解,而是讓學(xué)生自己去查找資料,不僅加深了對物理性質(zhì)的理解,還培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)的能力。
2.研究課程新體系
新體系把有機(jī)化學(xué)課程分成三部分,基礎(chǔ)知識(或稱概論)篇,主干內(nèi)容篇,前沿交叉知識運用篇。
將分散在整個課程的各章節(jié)的化合物的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)、命名、同分異構(gòu)體、結(jié)構(gòu)表征(四大譜)等內(nèi)容集中,構(gòu)成課程的基礎(chǔ)知識篇。好處是提高了課程的基礎(chǔ),為后續(xù)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)做鋪墊,節(jié)省學(xué)時,集成了知識模塊。飽和烴、不飽和烴、芳香烴、鹵代烴、含氧化合物、含氮化合物構(gòu)成有機(jī)化學(xué)的主干篇,主要介紹各類官能團(tuán)化合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)。其中通過(2n+2)個π電子規(guī)律將具有芳香性的芳烴和雜環(huán)化合物組合成一章,由加成-消除反應(yīng)機(jī)理將羧酸及羧酸衍生物融合成一章,鹵烴/金屬有機(jī)、含氧/含硫化合物、含氮/含磷化合物分別組合成一章,天然化合物分散到相應(yīng)的章節(jié)中。組合結(jié)果強化了課程內(nèi)涵聯(lián)系,縮減了篇幅,節(jié)省了學(xué)時。糖、氨基酸蛋白質(zhì)、類脂核酸、有機(jī)合成基礎(chǔ)為前沿交叉知識應(yīng)用篇,改用反應(yīng)原理為主線組織課程,知識連貫順暢,內(nèi)容容易理解,前兩篇的基本理論和基本反應(yīng)得到了鞏固、應(yīng)用和深化。
改革后的課程體系,體現(xiàn)有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用及有關(guān)理論和方法的科學(xué)。課程的起點提高,內(nèi)容深化,學(xué)時減少,體現(xiàn)課程的基礎(chǔ)性,符合認(rèn)知規(guī)律,為自主學(xué)習(xí)留有空間。
3.研究式教學(xué)方法的探索與實踐
研究式教學(xué)方法起源于問題式教學(xué)的方法(PBL),是以學(xué)生為本的教學(xué)方法。筆者認(rèn)為只要是實現(xiàn)以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變,以課堂單一教學(xué)形式向以圖書館、實驗室、科學(xué)實踐多種教學(xué)形式轉(zhuǎn)變,以灌輸?shù)姆椒ㄏ蛞詥l(fā)、引導(dǎo)、研究等多種方法轉(zhuǎn)變,以“一次成才”為目標(biāo)向培養(yǎng)“終身學(xué)習(xí)能力”為目標(biāo)轉(zhuǎn)變的教學(xué)都屬于研究式教學(xué)方法范疇。不同的課程會衍生出多種形式,有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊探索實踐了多種教學(xué)模式,其中包括:
(1)研究式討論課?;咀龇ǚ至鶄€步驟:教學(xué)設(shè)計、提煉問題、公布問題、集中討論、教師總結(jié)和提煉新問題等。多數(shù)學(xué)生對研究式教學(xué)模式是積極參與和支持的,學(xué)生由知識的被動接受者變?yōu)橹R的主動構(gòu)建者,教師由知識的傳授者變?yōu)橹R構(gòu)建的引導(dǎo)者。不僅訓(xùn)練學(xué)生解決技術(shù)問題的能力,還要培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)環(huán)境、與人溝通合作及協(xié)調(diào)各方面關(guān)系的綜合能力。
(2)對比遷移式教學(xué)方法。對比遷移式教學(xué)方法是引導(dǎo)學(xué)生將已學(xué)的知識在變化的情景中對比分析并加以運用,以實現(xiàn)掌握新知識的教學(xué)方法。這一方法特別適合有機(jī)化學(xué)課程,例如:以反應(yīng)規(guī)律為主線將烯烴的知識遷移到二烯、炔、小環(huán)烷烴,芳烴的知識遷移到雜環(huán)化合物、酚、芳胺、芳酸等,鹵烴的知識遷移到醇、醚、環(huán)氧化合物,醛酮的知識遷移到羧酸及其衍生物,醇醛酮的知識遷移到糖等。每組前面的內(nèi)容精講、細(xì)學(xué)、討論深透,后面的內(nèi)容粗講、引導(dǎo)討論,給學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)空間。探索出“重點講解-對比討論-提高終身學(xué)習(xí)、知識應(yīng)用能力”的有機(jī)化學(xué)教學(xué)新路子。
4.探索與教學(xué)模式相適應(yīng)的考核方式和考核內(nèi)容
依據(jù)課程體系的特點和當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的特點,本課程實施大課化小課的考核方式,采用閉卷和開卷兩種考核形式。大課化小課考核也可以期中考核50分,期末考核50分,考過的內(nèi)容不再特意考核,促使學(xué)生把精力放在平時知識積累上,減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)。閉卷考核增加主觀題目,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)主動思考,展示知識運用能力,幫助學(xué)生弄清概念,從課程整體高度掌握知識體系。開卷式考核是一個包含所學(xué)過大部分內(nèi)容的合成題目,給學(xué)生較長的時間,查閱資料,相互討論,寫出報告,完成考核。組織集中交流典型的試卷,相互借鑒,是一次復(fù)習(xí)深化過程。
5.研制課程教學(xué)新資源
配合研究式教學(xué),有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊研制出版了一批體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)和教學(xué)手段的教材和教學(xué)輔助資料。
(1)在高等教育出版社出版四套立體化教材:“十一五”國家規(guī)劃有機(jī)化學(xué)立體化教材(《有機(jī)化學(xué)》第2版、《有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》、《有機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)軟件》2.0版和《有機(jī)化學(xué)電子講義》,共四部),其中《有機(jī)化學(xué)》第2版被評為2008年精品教材、“十二五”規(guī)劃教材;“十一五”國家規(guī)劃有機(jī)化學(xué)實驗立體化教材(《有機(jī)化學(xué)實驗》第4版、《有機(jī)化學(xué)實驗助教性課件》2.0版、《有機(jī)化學(xué)實驗助學(xué)性課件》附在書后,共三部),其中《有機(jī)化學(xué)實驗》第4版獲得大連市優(yōu)秀科技著作一等獎;雙語教學(xué)示范課用書立體化教材(Organic Chemistry、Organic Chemistry Experiments,共二部);校際聯(lián)合編寫工科基礎(chǔ)化學(xué)系列課教材中有機(jī)化學(xué)立體化教材(《有機(jī)化學(xué)簡明教程》、《有機(jī)化學(xué)簡明教程學(xué)習(xí)指南》、《有機(jī)化學(xué)簡明教程電子教案》,共三部)。
(2)研制新世紀(jì)“有機(jī)化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程”,獲國家優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程榮譽稱號。這是精品課程之前的工作,“有機(jī)化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程”是一種新的教學(xué)模式,又是一種新的教學(xué)手段,也是精品課程順利轉(zhuǎn)型升級為精品資源共享課的基礎(chǔ)。
二、共享是精品資源共享課的特點
1.建設(shè)精品資源共享課,教學(xué)隊伍是關(guān)鍵
有機(jī)化學(xué)及實驗現(xiàn)有教學(xué)師資隊伍包括六名教授、四名副教授、兩名講師和實驗室工作人員。其中一人為高等學(xué)校教學(xué)名師獎獲獎?wù)?,兩人為遼寧省教學(xué)名師;一人在國外教學(xué)進(jìn)修過一年,負(fù)責(zé)電子資源建設(shè)和網(wǎng)上傳輸技術(shù)處理;一人負(fù)責(zé)國家雙語示范課教學(xué);五人在教育部高等學(xué)校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心授過課,直接學(xué)習(xí)的有機(jī)化學(xué)教師上千人,錄制了一批授課實況。優(yōu)秀的教學(xué)隊伍保證了課程能夠?qū)崿F(xiàn)共享。
2.基本資源系統(tǒng)豐富,適合網(wǎng)絡(luò)傳播
課程介紹、教學(xué)日歷、教學(xué)大綱、課程結(jié)構(gòu)、重點難點解析、習(xí)題作業(yè)、課程總結(jié)、試卷、重要參考資料(網(wǎng)絡(luò)鏈接,紙質(zhì)資料目錄)、講課錄像等資料齊全,網(wǎng)上傳輸流暢。除此之外,還提供了有機(jī)化學(xué)及實驗課程特有的基本資源:實驗教學(xué)錄像,實驗整體安排要求講課錄像(在高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心授課錄像),數(shù)字化模擬分子模型的制備與應(yīng)用授課錄像(在高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心授課錄像),有機(jī)化學(xué)雙語教學(xué)部分錄像(在高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心授課錄像),2005年、2008年二次出版的電子講義(高教出版社免費贈送)和開放實驗教學(xué)等資源介紹。
三、協(xié)同創(chuàng)新建設(shè)教學(xué)資源
協(xié)同創(chuàng)新是指按照精品資源共享課的要求,研制拓展資源。有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊研制了下述新資源。
1.研制數(shù)字化模擬分子模型庫
研制了有機(jī)化學(xué)教學(xué)常用的近500個化合物的數(shù)字化模擬分子模型,每個化合物有8種分子模型,并用于教學(xué),既是教學(xué)新內(nèi)容又是教學(xué)新手段。在國外,數(shù)字化模擬分子模型用于教材編寫僅限于近十年幾本流行的優(yōu)秀教科書,用于教學(xué)也僅是幾所名校。將靜電勢能圖模型的彩色標(biāo)改成黑白色標(biāo),用于紙質(zhì)教材可降低印刷成本。
2.研制模擬計算實驗
隨著教育教學(xué)信息化技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化學(xué)教育發(fā)展趨勢是從單純動手實驗轉(zhuǎn)向動手實驗和模擬計算實驗兩方面培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和創(chuàng)新研究能力。為此,有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊研制了一批模擬計算實驗,經(jīng)少數(shù)學(xué)生試用效果較好。
3.校際聯(lián)合編寫工科基礎(chǔ)化學(xué)系列教材
參考“化工類工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”(試用)和“化學(xué)工程與工藝專業(yè)指導(dǎo)性培養(yǎng)規(guī)范”(草案)的要求,大連理工大學(xué)(有機(jī)化學(xué))、天津大學(xué)(無機(jī)化學(xué))、浙江大學(xué)(分析化學(xué))和北京化工大學(xué)(物理化學(xué))聯(lián)合研究編寫了工科基礎(chǔ)化學(xué)系列教材。高等教育出版社出版后,經(jīng)過2年使用,反映很好。有機(jī)化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊負(fù)責(zé)編寫有機(jī)化學(xué)立體化教材(共三部)。其中《有機(jī)化學(xué)簡明教程》是按精品課程研究的新課程體系編寫(學(xué)時數(shù)為60左右),數(shù)字化模擬分子模型貫穿全書。
參考資料:
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有機(jī)化學(xué)課程是工科院校一些專業(yè)的基礎(chǔ)課,學(xué)習(xí)此門課程很重要。但隨著教學(xué)調(diào)整,學(xué)時數(shù)在減少,針對少學(xué)時有機(jī)化學(xué)課程,我們在課程內(nèi)容整合、教學(xué)手段多樣化、實驗內(nèi)容選擇等方面進(jìn)行改革初探,使學(xué)生擁有會學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)、學(xué)好有機(jī)化學(xué)的能力,也可以提高少學(xué)時有機(jī)化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞
少學(xué)時;有機(jī)化學(xué);教學(xué)改革
有機(jī)化學(xué)課程是化學(xué)類相關(guān)專業(yè)非常重要的一門基礎(chǔ)課程。有機(jī)化學(xué)課程主要研究有機(jī)化合物來源、組成、結(jié)構(gòu)、制法、性質(zhì)、用途及其相關(guān)理論等問題,是許多有關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)或技術(shù)基礎(chǔ)。因此,學(xué)好有機(jī)化學(xué)對學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)知識非常重要。
一、課程內(nèi)容的革新
1.注意與高中所學(xué)相銜接
有機(jī)化學(xué)是螺旋式上升的課程,在新的課程標(biāo)準(zhǔn)中高中有機(jī)化學(xué)主要是讓學(xué)習(xí)者初步掌握有機(jī)化學(xué)的基本知識,了解有機(jī)化學(xué)研究的基本方法,認(rèn)識有機(jī)化學(xué)知識在日常生活和社會發(fā)展中的重要作用和意義。然而,本科有機(jī)化學(xué)則是在高中有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行一定的升華,學(xué)生得到一個完整的認(rèn)識過程,使知識系統(tǒng)化。理論部分是在中學(xué)的基礎(chǔ)上加以提高,在理論教學(xué)過程中,充分引用生活中常見的與有機(jī)化學(xué)相關(guān)的現(xiàn)象與實例,擴(kuò)展和改變學(xué)生的思維,將理論與實踐聯(lián)系起來并應(yīng)用于實踐。
2.注意課程內(nèi)容的取舍
有機(jī)化學(xué)發(fā)展到今天,其內(nèi)容面廣點深,絕不是短時間內(nèi)可以掌握的和了解的,更不可能在如此少的學(xué)時內(nèi)完成這一任務(wù),這也要求我們在教學(xué)內(nèi)容上采取少而精的原則,突出重點、難點,對于簡單而必須了解和掌握的學(xué)生必須學(xué)會自學(xué)。從內(nèi)容上分為基本理論和知識、主干內(nèi)容(飽和烴、不飽和烴、鹵代烴、醇酚醚、醛酮,羧酸等)?;纠碚摪ňw論里的內(nèi)容(共價鍵的知識、雜化理論),還有命名,異構(gòu)現(xiàn)象,電子效應(yīng)、結(jié)構(gòu)和表征,基本性質(zhì)等。主干內(nèi)容包括各類有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)。每一類化合物中必有一個特征反應(yīng),或是親電取代、或是親電加成,或是親核取代,或是親核加成,這個和官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系,也是這一類化合物首先要掌握的反應(yīng)。其次有的一類化合物還有氧化還原反應(yīng)、α-H的反應(yīng),氧化、還原等等也是必須要學(xué)會的反應(yīng)。還有的一類化合物獨有的反應(yīng)必須要著重講明,如鹵代烴和金屬鎂的反應(yīng)。有的還要結(jié)合所講專業(yè)的特點將某個章節(jié)重點突出講解,以達(dá)到學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的目的。有些知識可以略講或留給學(xué)生自學(xué),如物理性質(zhì)、聚合反應(yīng),等等。
3.注重教材選擇
教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源,課堂學(xué)習(xí)的參照,教材的重要性不言而喻。目前,工科類有機(jī)化學(xué)教材很多,我們選用的是天津大學(xué)高鴻賓主編的《有機(jī)化學(xué)簡明教程》第二版,這本書增加了一些與有機(jī)化學(xué)相關(guān)的在生產(chǎn)和生活方面有實用價值的內(nèi)容,與專業(yè)相關(guān)性連接緊密。我們學(xué)院還自己編寫了習(xí)題集《有機(jī)化學(xué)導(dǎo)學(xué)》,這些習(xí)題結(jié)合上課內(nèi)容,對學(xué)生針對性的聯(lián)系很有幫助,實際效果良好。
二、實驗教學(xué)的改進(jìn)
工科的有機(jī)化學(xué)實驗課時也較少,所以所做實驗一定要突出有機(jī)實驗基本操作、有機(jī)化合物合成的基本步驟、提純的方法,為了更好的達(dá)到實驗效果,就需要在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中滲透創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)。我們將實驗教材中提到的知識點逐一加以分析,選擇能夠包含這些知識點的連續(xù)合成實驗代替原有化合物的性質(zhì)操作練習(xí),以合成產(chǎn)物作為下一步合成的原料,此實驗方案解決了長期以來學(xué)生對有機(jī)化學(xué)實驗興趣不高的現(xiàn)實,學(xué)生每步的實驗過程都是最終產(chǎn)品的一個重要組成部分,強化了有機(jī)實驗過程的邏輯性,使學(xué)生主動了解實驗過程,分析實驗成敗與得失,在過程中不僅學(xué)習(xí)了實驗基本操作,更以系統(tǒng)的觀點掌握有機(jī)化學(xué)實驗的要點。任課教師要不斷提高自身的教學(xué)能力,加強實驗教學(xué)的研究,提高實驗教學(xué)質(zhì)量。理論課老師兼帶實驗的模式可以跟好地將理論與實踐相結(jié)合,在理論課上講授基本原理,在實驗過程中教師可以引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計更優(yōu)的實驗方法,使學(xué)生的創(chuàng)新性思維得以發(fā)展。
三、授課方法的改革
蘇霍姆林斯基說過:“不能使學(xué)生參與是教師的最大過失。”這就是說,只有教學(xué)過程中多與學(xué)生互動,才能引起學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的高度關(guān)注,才能有興趣去關(guān)心現(xiàn)實問題。在課堂教學(xué)中,可以適時向?qū)W生提問,或提出問題與學(xué)生共同討論,用啟發(fā)性的語言誘導(dǎo)學(xué)生的思維活動,使學(xué)生根據(jù)教師講授的線索進(jìn)行獨立思考,開展積極思維活動,真正成為主體。啟發(fā)式教學(xué)是以充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性為教學(xué)指導(dǎo)思想的教學(xué)活動,啟發(fā)式教學(xué)方法是現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)方法的主要特征。啟發(fā)式教學(xué)強調(diào)教師在教學(xué)中最大限度地調(diào)動學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)的自覺性,引導(dǎo)學(xué)生融會貫通地掌握知識、培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
第一,在每章開始前把該章的教學(xué)目的、重點、難點明確告訴學(xué)生。在講授時,對重難點講深講透,根據(jù)有機(jī)化學(xué)的特點辯證施教。學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)需要抓住以下幾點并聯(lián)系起來看問題。一是結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)。所以知道化合物的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要,也要深入并用自己的語言來理解價鍵理論、雜化軌道理論等重要理論。二是官能團(tuán)的定義。官能團(tuán)是活潑的容易發(fā)生反應(yīng)的原子或基團(tuán)。有機(jī)化學(xué)課本都是根據(jù)官能團(tuán)分類的結(jié)果來分配成相關(guān)章節(jié)講解的,所以每一章中官能團(tuán)首當(dāng)其沖會發(fā)生反應(yīng)。三是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)就是舊鍵的斷裂和新鍵的生成。一定要看反應(yīng)的部位和有機(jī)化合物中主要的碳原子的去向。四是電子效應(yīng)(誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和場效應(yīng))、立體效應(yīng)。這兩個效應(yīng)是以影響有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的重要因素,考慮問題時需要時刻考慮的。五是有機(jī)化學(xué)穩(wěn)定性原理,從反應(yīng)物到中間體再到生成物,越穩(wěn)定越容易反應(yīng)。
第二,短學(xué)時的課程注重知識間的銜接、對比和總結(jié)。烷烴、烯烴和炔烴是鋪墊章節(jié),重點讓學(xué)生掌握sp、sp2、sp3雜化:有機(jī)化合物中主要的原子是碳原子,它都是雜化了以后去形成化合物的。不飽和烴、芳烴和鹵代烴要深深理解官能團(tuán)的特征反應(yīng)(親電取代、親核取代、親電加成和親核加成)的意思。芳烴由于共軛效應(yīng)形成了芳香大π鍵,所以雖有雙鍵不容易加成而是取代的特殊一章,此章總結(jié)性講解,五個化反應(yīng),一取代到二取代,二取代到三取代。鹵代烴和醇,醇和酚,酚和芳烴,醛酮和羧酸及其衍生物中有相似的化學(xué)性質(zhì),可以對比著講解。
第三,課堂中滲透學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的方法,學(xué)習(xí)起來就會變得容易很多。抓住官能團(tuán)及其附近是容易發(fā)生反應(yīng)的部位,再看舊鍵新鍵的變化、碳原子的去向以及一些規(guī)則就可以很好的記住化學(xué)反應(yīng)方程式。第四,遇到上節(jié)課有重要的化學(xué)性質(zhì)或理論時,都會回憶上節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容,形式可以多樣化,比如讓學(xué)生回答上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容或者針對上節(jié)課的重點做幾道相關(guān)的習(xí)題,并給學(xué)生進(jìn)行打分制,記錄到平時成績里,這樣可以使得學(xué)生關(guān)注每節(jié)課所講的知識,使學(xué)生的知識由感性上升到理性,由分散到系統(tǒng)化、完整化,完成教學(xué)上的又一次升華。
總之,通過幾年的有機(jī)化學(xué)教學(xué),我們逐步探索出了一套少學(xué)時有機(jī)化學(xué)課程的教學(xué)規(guī)律和方法,優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容,改善了課堂教學(xué)效果,提高了有機(jī)化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量,取得了較好的效果。當(dāng)然,有機(jī)化學(xué)的教學(xué)建設(shè)與改革仍在不斷地向前發(fā)展,需要我們不斷地提高教學(xué)水平,研究和分析少學(xué)時課程教學(xué)規(guī)律仍將是我們提高教學(xué)質(zhì)量的一項重要工作。
作者:楊卉 李松波 郝燕 王延銘 單位:內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院
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關(guān)鍵詞:VOC;排污收費;制度
前言
揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC(或VOCs)這個術(shù)語正為越來越多的人們所熟悉,但人們對VOC的真正含義了解并不多,實際上各國及國際組織所給出的VOC定義也不盡相同。例如美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)定義VOC為任何可以參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物;世衛(wèi)組織(WHO)定義TVOC(總揮發(fā)性有機(jī)化合物)為熔點低于室溫、沸點在50~260℃之間的所有揮發(fā)性有機(jī)化合物;國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)如《室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》(GB 18582-2008)定義VOC為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3kPa下、初沸點≤250℃的任何有機(jī)化合物。VOC種類繁多,成分復(fù)雜,其中大部分為無毒或毒性很低,只有少部分有毒,并且可以致癌[1],因此大可不必聞“VOC”而“色變”。但是對于這少部分有毒甚至可致癌的VOC仍應(yīng)引起足夠重視。環(huán)境中的VOC存在天然排放源和人為排放源兩個途徑,一般來說有危害的VOC主要來自人為排放源,它們是由化工生產(chǎn)、燃料燃燒、礦物冶煉、工業(yè)加工、垃圾焚燒、香煙煙霧等以及VOC儲藏、運輸、使用環(huán)節(jié)的泄露所致。不同VOC對人體的危害特點并不相同,以室內(nèi)裝修釋放出的甲醛為例,可引起急、慢性中毒,導(dǎo)致流淚、結(jié)膜發(fā)炎、視力減退、支氣管炎等癥狀,還被國際癌癥機(jī)構(gòu)列為可疑致癌物。
目前,VOC已被視為僅次于顆粒物的第二類大氣污染物,發(fā)達(dá)國家早已將其列入特別控制范圍。我國在這方面也有所行動,除了不斷完善VOC排放標(biāo)準(zhǔn)體系以外,VOC排污收費制度也在加緊醞釀之中,相信不會太久就會頒布并實施,這對于全面構(gòu)建VOC污染防治體系將是重大突破和轉(zhuǎn)折。本文基于VOC監(jiān)測體系架構(gòu)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)配套、法律支撐等方面,對VOC排污收費制度進(jìn)行了分析和探討,希望能為從事環(huán)保基層工作的廣大讀者提供一些參考和借鑒。
1 VOC監(jiān)測體系架構(gòu)與排污收費制度
1.1 排污收費制度概述
排污收費制度通俗地說就是“污染者付費”制度,通過對排放污染物的組織和個人征收排污費以實現(xiàn)污染控制的目的。我國從20世紀(jì)70年代開始實施排污收費制度,經(jīng)歷幾十年的發(fā)展實踐,現(xiàn)已成為我國的一項重要環(huán)境政策,對于減少排污以及推廣應(yīng)用污染防治新技術(shù)、新工藝起到一定積極作用。
1.2 VOC監(jiān)測體系架構(gòu)問題及對排污收費制度的影響
目前,我國環(huán)境監(jiān)測體系已形成“國家-省、直轄市-地級市-縣”的四級架構(gòu)?;鶎颖O(jiān)測能力與國家、省市相比,存在較大差距,其監(jiān)測隊伍、測試技術(shù)、儀器裝備和監(jiān)測投入方面離滿足VOC監(jiān)測工作需要仍存在較大差距。VOC監(jiān)測涉及行業(yè)多、門類復(fù)雜,即使國家層面也遠(yuǎn)未完善,VOC監(jiān)測更多以科學(xué)研究為主,全國和區(qū)域VOC污染特征、排放狀況仍然未知,VOC排放量還采用歐美的排放系數(shù)進(jìn)行測算[2]。在這種情況下基層監(jiān)測機(jī)構(gòu)要實現(xiàn)面向全行業(yè)的監(jiān)測難度極大。另外,環(huán)境監(jiān)測主要由環(huán)境主管部門下屬監(jiān)測站完成,如果監(jiān)測能力不足肯定會影響VOC監(jiān)測質(zhì)量。監(jiān)測數(shù)據(jù)是VOC排污收費的主要依據(jù),其質(zhì)量必會影響排污收費制度的落實效果。
1.3 完善VOC監(jiān)測體系對策與建議
要完善VOC監(jiān)測體系,必須打破現(xiàn)有監(jiān)測體系中的桎梏,將環(huán)境管理與環(huán)境監(jiān)測分開,建立多元化的監(jiān)測體系。目前,環(huán)境監(jiān)測站與環(huán)境管理部門存在隸屬關(guān)系,環(huán)保部門為避免“肥水外流”,一般不允許外地監(jiān)測機(jī)構(gòu)染指自己管轄范圍內(nèi)的監(jiān)測業(yè)務(wù)。多元化的VOC監(jiān)測體系可從根本上解決VOC排污收費制度對VOC監(jiān)測的需求。美國、日本等國政府只負(fù)責(zé)環(huán)境政策的實施和監(jiān)管,而將監(jiān)測工作推向市場,通過招投標(biāo)等方式選擇監(jiān)測機(jī)構(gòu),而第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)的存在更利于保證監(jiān)測結(jié)果的公正,這種做法值得推行VOC排污收費制度借鑒。
2 VOC排放標(biāo)準(zhǔn)配套與排污收費制度
2.1 VOC排放標(biāo)準(zhǔn)配套問題及對排污收費制度的影響
VOC污染物種類非常多,按照官能團(tuán)的差別,可以分為烷烴、烯烴、炔烴、醇、醛、酮、酯、醚、酚、羧酸等十來個大類,每一類又可再細(xì)分若干小類,如烷烴就可再分為直鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、鹵代烴等,同時VOC來源又極其廣泛。目前,國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)還沒將VOC包括在內(nèi),雖然一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已包含VOC排放限值,但覆蓋范圍還不夠?qū)挘⑶襐OC監(jiān)測分析方法主要參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在線監(jiān)測技術(shù)是VOC排放監(jiān)測的關(guān)鍵,因為不少行業(yè)間歇性排放VOC,如果沒有完善的在線監(jiān)測技術(shù)必將影響VOC排放監(jiān)測的準(zhǔn)確性,這方面的標(biāo)準(zhǔn)也是缺乏的。由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)不配套,不同監(jiān)測結(jié)果之間缺乏可比性,這對VOC排污收費制度的實施肯定會帶來不少困難。
2.2 加強VOC排放標(biāo)準(zhǔn)配套的對策與建議
目前,《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》(環(huán)保部2013年第31號公告)已于2013年5月實施,其制定的發(fā)展目標(biāo)包括:2015年基本建立重點區(qū)域污染防治體系,2020年基本實現(xiàn)從原料到產(chǎn)品、從生產(chǎn)到消費全過程減排,但是排放標(biāo)準(zhǔn)體系、檢測標(biāo)準(zhǔn)體系等工作進(jìn)度仍然比較緩慢。VOC排放行業(yè)接近100個,全面完善行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)艱巨。廣東在VOC污染控制方面走在前列,已頒布實施了一些地方標(biāo)準(zhǔn),如家具制造、印刷行業(yè)、表面涂裝、制鞋行業(yè)等VOC排放標(biāo)準(zhǔn),但行業(yè)覆蓋也還是不夠的。建議首先完善VOC監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn),在環(huán)境空氣與固定源廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)中加入典型VOC的限值,還要制定并完善VOC采樣與分析方法標(biāo)準(zhǔn),特別是在線VOC監(jiān)測分析標(biāo)準(zhǔn)。
3 VOC法律支撐與排污收費制度
3.1 VOC法律法規(guī)方面的問題及對排污收費制度的影響
我國開展VOC控制時間不長,系統(tǒng)性不夠,行業(yè)針對性也不強?!洞髿馕廴痉乐畏ā分猩踔翛]有VOC具體描述?,F(xiàn)行法律法規(guī)中尤其缺乏VOC污染源環(huán)保準(zhǔn)入、日常監(jiān)管方面的具體要求,而且《環(huán)境保護(hù)法》等法律相關(guān)規(guī)定對超標(biāo)排放的懲治力度也不夠,造成“違法成本低守法成本高”的怪現(xiàn)象,不利于VOC排污收費制度踐行“污染者付費”原則,同時地方截留、占用、擠占排污費行為更會嚴(yán)重影響VOC污染防治。
3.2 健全 VOC法律法規(guī)支撐的建議和對策
在修訂《大氣污染防治法》時應(yīng)增加VOC概念,加入排污收費管理等內(nèi)容。制定VOC優(yōu)先控制名錄,實施VOC污染物環(huán)境管理登記制度,嚴(yán)格限制甚至禁止VOC污染物生產(chǎn)、使用,明確VOC控制與消減計劃,建立針對VOC污染消費品環(huán)境稅收制度等。
4 結(jié)語
VOC排污收費制度正在制定之中,樂觀估計在2015年可能頒布實施。該制度實施后將會極大促進(jìn)VOC污染的防治,然而現(xiàn)行VOC監(jiān)測體系、排放標(biāo)準(zhǔn)和法律支撐方面仍存不足,本文對此進(jìn)行探討,希望發(fā)揮拋磚引玉之功效,能夠見到更多真知灼見文章參與爭鳴討論,以便這項制度可以更好地發(fā)揮作用。
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虛擬技術(shù)是使相關(guān)工作在計算機(jī)上實現(xiàn)或通過計算機(jī)模擬實現(xiàn)的技術(shù)[1],早在20世紀(jì)70年代便開始將其應(yīng)用于宇航員培訓(xùn)。由于這是一種消耗低、安全有效的培訓(xùn)方法,現(xiàn)今已被推廣到各行各業(yè)的培訓(xùn)中,并已在科研、教育、商業(yè)、醫(yī)療、生物制藥、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、娛樂等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在此,只簡單介紹它們在教育、生物制藥和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。
1.1教育領(lǐng)域
隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)要求的不斷提高,虛擬技術(shù)已進(jìn)入教育領(lǐng)域,并且已成為完成教育工作的一種有效方式。例如利用化學(xué)教育軟件,展示化學(xué)實驗的流程和結(jié)果。學(xué)生可以通過使用該軟件,了解和掌握整個實驗過程,然后再進(jìn)行實踐操作。這樣,既可以減少實驗的危險性,又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率,減少不必要的浪費。再如利用物理教學(xué)軟件,開展“歐姆定律”的講解,其效果生動,且學(xué)生便于理解。
1.2生物制藥領(lǐng)域
虛擬技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用主要是在藥物的設(shè)計階段:采用相關(guān)的分子設(shè)計軟件,設(shè)計藥物小分子,模擬小分子與受體的相互作用,預(yù)測小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代謝途徑、代謝物及其各類性質(zhì)。目前,這種藥物設(shè)計模式已被國際專業(yè)制藥公司在研發(fā)新藥時采用,并與實驗相結(jié)合,以達(dá)到減少研發(fā)消耗,提高研發(fā)成功率的目標(biāo)。1.3醫(yī)療領(lǐng)域虛擬技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要有:手術(shù)培訓(xùn)、手術(shù)模擬、醫(yī)學(xué)影像檢查和臨床診斷。已經(jīng)報道的“上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院骨科專家成功完成真正意義上的3D打印骨盆重建手術(shù)”,是虛擬技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域成功應(yīng)用的又一案例。
2、化學(xué)信息學(xué)
化學(xué)信息學(xué)的研究領(lǐng)域并未經(jīng)過刻意界定,很多化學(xué)家在各自不同的研究領(lǐng)域中力爭發(fā)展和采用計算機(jī)的方法來處理大量涌現(xiàn)的化學(xué)信息,建立化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。在20世紀(jì)60年代,化學(xué)信息學(xué)的發(fā)展已初見端倪,到了70年代開始出現(xiàn)了颶風(fēng)式的發(fā)展。因此,相關(guān)的化學(xué)信息學(xué)的定義有多種。
比較典型的有以下一些論述。
(1)采用分子模擬和數(shù)據(jù)分析技術(shù)與高分辨圖形顯示組合,得到了令人驚訝的結(jié)果。因此,化學(xué)信息學(xué)是通過應(yīng)用信息技術(shù)幫助化學(xué)家研究新問題、組織并分析科學(xué)數(shù)據(jù),以研發(fā)新化合物、新材料的過程。
(2)很多人認(rèn)為化學(xué)信息學(xué)是化學(xué)信息的擴(kuò)展,它涵蓋了與化學(xué)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲和計算方法相關(guān)的領(lǐng)域,如化合物登記系統(tǒng)、在線化學(xué)文獻(xiàn)、結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系分析和分子性質(zhì)計算[3]?;瘜W(xué)信息學(xué)作為一個學(xué)科名稱來說是很新的,但我們可以體會到,它存在于我們周圍已經(jīng)有了一段時間。不同的階段常會給出不同的化學(xué)信息學(xué)的定義。
所以,在討論這些不同觀點的時候,我們認(rèn)為“化學(xué)信息學(xué)是一門應(yīng)用信息學(xué)方法和計算機(jī)技術(shù)來輔助解決化學(xué)問題的學(xué)科”[4]這個論述更具有普適性。
化學(xué)信息學(xué)方法主要有三種,即基于數(shù)據(jù)、基于邏輯和基于原理。
(1)基于數(shù)據(jù)的方法建立和利用多種化學(xué)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和化學(xué)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。該方法主要的作用是在數(shù)據(jù)庫中獲得已記錄的相關(guān)信息。
(2)基于邏輯的方法利用已有的化學(xué)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),并在此基礎(chǔ)上,利用歸納、推理和分類等方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識,并對知識實施有效的管理,以便于知識得到廣泛的應(yīng)用。最終,能用于解決實際的化學(xué)問題。該方法適用于大量數(shù)據(jù)的處理,對象具有比較強的規(guī)律性。同時,它能解決數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不能解決的問題。
(3)基于原理的方法利用已有的量子化學(xué)的理論,對化學(xué)對象作相關(guān)的量化計算,并根據(jù)計算結(jié)果,研究對應(yīng)的化學(xué)問題。該方法能從原理上解釋化學(xué)問題,但不適用于大批數(shù)據(jù)和大的體系的處理。在化學(xué)研究中,這三種方法相輔相成。對于不同的研究對象或不同的研究階段,采用對應(yīng)的方法組合。
3、化學(xué)研究
化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)。有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途和有關(guān)理論的一門學(xué)科,由于有機(jī)化合物都含有碳,同時以碳、氫化合物為母體,因此這門學(xué)科又可稱為“碳化合物的化學(xué)”或“碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)”,隨著這門學(xué)科的發(fā)展,誕生出了高分子化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)等新學(xué)科,為合成染料、橡膠、纖維、藥物、塑料等有機(jī)化學(xué)工業(yè)建立了理論基礎(chǔ)?;瘜W(xué)的研究內(nèi)容主要可歸納為三部分:分子設(shè)計、合成設(shè)計和結(jié)構(gòu)確定。利用相關(guān)技術(shù)設(shè)計具有特定功能的化合物即為分子設(shè)計[5];利用相關(guān)技術(shù)設(shè)計特定化合物的合成路線即是合成設(shè)計;結(jié)構(gòu)確定包括兩部分:結(jié)構(gòu)解析和譜圖模擬。結(jié)構(gòu)解析是根據(jù)已有的化學(xué)譜圖,推測對應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。譜圖模擬是基于化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu),預(yù)測其化學(xué)譜圖?;瘜W(xué)是重要的基礎(chǔ)科學(xué)之一,它也是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)。在化學(xué)研究中實驗和理論這兩方面一直是相互依賴、彼此促進(jìn)的?;瘜W(xué)是一門古老而歷史悠久的科學(xué),它的研究模式為靈感、經(jīng)驗和實驗(見圖1)。長期實驗數(shù)據(jù)的積累,為現(xiàn)在和今后的化學(xué)研究提供了寶貴的財富。截至2013年12月,已有記載的小分子化合物達(dá)7600多萬個,化學(xué)反應(yīng)約5580萬個。要有效應(yīng)用如此大量的研究和實驗數(shù)據(jù),只有采用信息技術(shù)才能實現(xiàn)。在此,我們提出了化學(xué)研究的現(xiàn)代模式,即在化學(xué)研究的傳統(tǒng)模式中融入虛擬技術(shù)(見圖2)。分子設(shè)計是化學(xué)研究的內(nèi)容之一。傳統(tǒng)模式的分子設(shè)計流程如圖3所示,某種化合物的性質(zhì),通常是在得到化合物之后,經(jīng)過實驗測試才可獲得對應(yīng)的性質(zhì)。現(xiàn)代模式的分子設(shè)計流程如圖4所示,化合物的性質(zhì),可以用相關(guān)軟件預(yù)測獲得。根據(jù)獲得的預(yù)測結(jié)果和經(jīng)驗,決定是否要合成該化合物。圖3和圖4中的分子設(shè)計流程顯示,兩者的差異主要在合成之前。傳統(tǒng)模式在合成之前的分析工作僅以文獻(xiàn)信息作為判斷依據(jù)。而現(xiàn)代模式,既以文獻(xiàn)信息作為判斷依據(jù),又以軟件預(yù)測結(jié)果作為分析判斷依據(jù)。從原理上講,采用現(xiàn)代模式合成的化合物,其符合需求的成功率要高于傳統(tǒng)模式,研究過程中產(chǎn)生污染的幾率要比傳統(tǒng)模式的低。
4、結(jié)論
梳理基礎(chǔ)知識的同時更要注重知識的綜合運用
重溫教材是臨考必須做好的一個重要環(huán)節(jié)。對照《考試說明》,對教材各類知識內(nèi)容作全面梳理,對重要化學(xué)概念、化學(xué)原理、化學(xué)定律、化學(xué)觀念作一一歸類總結(jié),對易被忽略、難以記憶、容易混淆、易出錯的知識內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)剖析。
最基礎(chǔ)內(nèi)容,像元素周期律、元素周期表、物質(zhì)溶解性表、化學(xué)平衡移動原理、電離平衡常數(shù)、溶度積常數(shù)等,要熟記于心?;瘜W(xué)方程式、離子方程式、電極反應(yīng)式、熱化學(xué)方程式、電子式、有機(jī)物名稱等書寫規(guī)則要印在腦中。課本實驗的研究目的、關(guān)鍵操作步驟、重要實驗現(xiàn)象等都要有清晰印象。
從某種角度看,高考主要是測試知識的綜合運用能力,要特別重視不同模塊知識的綜合運用。如,元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素化合物間的綜合題,化學(xué)實驗、元素化合物、化學(xué)化學(xué)原理間的綜合題,跟有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化相關(guān)的綜合推斷題,跟主干知識有緊密聯(lián)系的社會熱點話題等。
高考題常會以氧化還原反應(yīng)原理為中心,與其它知識綜合出一道題,后階段復(fù)習(xí)要重視從氧化還原反應(yīng)原理角度研究新問題。如,從氧化還原反應(yīng)原理角度可理解鈉熔法檢驗有機(jī)化合物時,有機(jī)物中氯、硫、氮等元素最終轉(zhuǎn)化為NaCl、NaCN、NaSCN等產(chǎn)物。
提高解題能力的同時更要關(guān)注解題技巧
高考是通過筆試來測試考生的,《考試說明》中提出的三項高考能力要求都會體現(xiàn)在解題能力中,所以復(fù)習(xí)要主要圍繞提高解題能力展開。臨考前,更要關(guān)注實用性強的解題技巧,掌握高考常見題型的解題技巧。
要特別重視選擇題解題技巧。多個省市選擇題是單選題,抓住“單選”特征,利用“邏輯篩選”“極值估算”等技巧快速確定答案。
另外,還應(yīng)重視研究有機(jī)框圖推斷題、元素化合物推斷題、化學(xué)實驗大題、化學(xué)計算題等的解題技巧。如,解答計算題關(guān)鍵是剖析相關(guān)化學(xué)原理,最實用的技巧是根據(jù)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理尋找隱含在其中的“守恒關(guān)系”。
做好定時模擬練習(xí)的同時更要重視精細(xì)審題、規(guī)范表述
限時模擬練習(xí)類似“實彈”演習(xí),臨考階段必需做好。定時模擬練習(xí)要特別注意強化精細(xì)審題、規(guī)范表述答案等習(xí)慣。
遇到“熟題”勿大意、遇到“生題”要冷靜。審題時,一定要有“蟬要捕”“黃雀也要防”的意識,不要因一時大意而顧此失彼;要看“樹木”,也要見“森林”,不要因一念之差鑄成大錯。
有機(jī)化學(xué)又稱為碳化合物的化學(xué),是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備的學(xué)科,是化學(xué)中極重要的一個分支,也是高等院校化學(xué)體系的四大基礎(chǔ)課程之一。有機(jī)化學(xué)又可分為有機(jī)合成化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)和金屬有機(jī)化學(xué)等分支。眾所周知,任何生命體的結(jié)構(gòu)都是有機(jī)元素構(gòu)成的,我們生活的環(huán)境和能源物質(zhì)也都是有機(jī)物,所以有機(jī)化學(xué)發(fā)展迅速,內(nèi)容豐富且社會應(yīng)用性強,在生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源科學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域中均有所體現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容雖然在持續(xù)增加,然而教學(xué)課時卻有逐漸壓縮的趨勢,所以教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時少也就隨之成為教學(xué)工作中的矛盾主體。因此,作為一名化學(xué)學(xué)科的教師要傳授給學(xué)生的不應(yīng)該僅僅是定義、公式和實驗方法,而是要盡可能提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時,讓學(xué)生更多地了解各種化學(xué)現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中的作用以及如何準(zhǔn)確快速尋求到解決今后所遇到的化學(xué)問題的方法和思路。高校有機(jī)化學(xué)教學(xué)要適應(yīng)新世紀(jì)對新人才的需求,迫切需要由理論公式型向現(xiàn)實應(yīng)用型模式轉(zhuǎn)變,以培養(yǎng)真正適應(yīng)科技發(fā)展需要的復(fù)合型人才。
二、教學(xué)目的轉(zhuǎn)變催生教學(xué)方法變革
著名教育學(xué)家陶行知先生曾經(jīng)提出“生活即教育”的理論。學(xué)生不管接受何種形式的高等教育,最終都要學(xué)以致用、需要面向生活,融入社會為導(dǎo)向。教學(xué)的目的就是教給學(xué)生一技之長,讓他們學(xué)會做人、學(xué)會做事,順利過渡。在知識經(jīng)濟(jì)與信息更新飛速發(fā)展時代,很多畢業(yè)生面臨著“剛畢業(yè)就失業(yè)”的現(xiàn)狀,就業(yè)崗位更新快、技術(shù)淘汰快,再長年限、再寬泛的專業(yè)高等教育也無法把學(xué)生培養(yǎng)成一勞永逸、無須“更新升級”的人才,所以這就急需我們的高等教育從教育的根本目的開始轉(zhuǎn)變,讓學(xué)生把課堂上學(xué)到的東西真正的做到學(xué)以致用,才能少走彎路,更快的適應(yīng)社會,融入新的工作中。
有機(jī)化學(xué)學(xué)科的特點是化學(xué)知識來源于生活,又走向生活解決問題,與日常生活息息相關(guān)。而我們的教學(xué)過程就是將有機(jī)化學(xué)知識蘊藏在生活問題中,使化學(xué)教學(xué)成為還原生活的過程。盡量從學(xué)生的衣食住行出發(fā),幫助學(xué)生認(rèn)識有機(jī)化學(xué)與人類生活的關(guān)系,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣,感受化學(xué)的魅力,促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。摒棄傳統(tǒng)教育填鴨式機(jī)械化的教學(xué)方式,寓教學(xué)于生活,以掌握解決現(xiàn)實問題的方法能力而不是掌握知識的數(shù)量多少為教學(xué)目的;無論是理論還是實驗教學(xué)都要以了解生活本質(zhì),解決生活的實際問題為目的。例如,對我們最為重要的水與有機(jī)化學(xué)有什么關(guān)系?普通的自來水,純凈水,礦泉水,地下水等諸多種類水的界定標(biāo)準(zhǔn)是什么?其中揮發(fā)性(VOC)和半揮發(fā)性(SVOC)有機(jī)污染物分別會對人體產(chǎn)生怎樣的危害,怎樣避免這種危害?我們應(yīng)該怎樣健康的飲水?水源的污染對整個人類生存環(huán)境帶來怎樣的影響?如何有效的保護(hù)水源等都是學(xué)生感興趣的教學(xué)點,雖然從表面看所涉及的知識似乎很淺顯,但就像樹的根系一樣有著許多深層的有機(jī)化學(xué)知識點,從化學(xué)反應(yīng)的方程式到最新的精密檢測儀器的應(yīng)用都可以包含在內(nèi),非常值得師生一起探討研究。
三、教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)變是教學(xué)改革的精髓
教學(xué)內(nèi)容和課程體系直接反映了教學(xué)目的和人才培養(yǎng)目標(biāo),是教育創(chuàng)新的核心。因此,要搞好有機(jī)化學(xué)的教學(xué)工作,提高教學(xué)效果,使學(xué)生輕松掌握教學(xué)大綱的知識,就必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面改革。這也是教學(xué)改革中的靈魂與精髓。
(一)教學(xué)內(nèi)容改革以教材改革為起點
教材是開展教學(xué)的依據(jù)。實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容改革,先要選定恰當(dāng)?shù)慕滩摹8鶕?jù)自身院校以及專業(yè)的特點重新選定教材,根據(jù)不同專業(yè)特色合理安排教學(xué)內(nèi)容,有所側(cè)重的變化授課內(nèi)容。有機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容豐富、理論深刻、實踐性強、與其他各學(xué)科交叉滲透性強等諸多特點,但目前各高等院校所選用的有機(jī)化學(xué)教材可謂是紛繁蕪雜,教材質(zhì)量也是魚龍混雜。這就需要教師用心甄別,充分考慮本專業(yè)實際和學(xué)生的接受能力,選擇最為適合的教材,事半功倍。比如曾有環(huán)境專業(yè)的教師將“氨基酸”“蛋白質(zhì)”“碳水化合物”“周環(huán)反應(yīng)”等與本專業(yè)關(guān)系不強的內(nèi)容和分析化學(xué)里邊講過的“四大譜”內(nèi)容刪去,把有限的教學(xué)學(xué)時充分分配給與本專業(yè)關(guān)系密切的必學(xué)內(nèi)容。這樣做的優(yōu)點是有的放矢,既學(xué)到了學(xué)生認(rèn)為有用的精華內(nèi)容,同時也減輕了學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)。
(二)將前沿問題引入課堂是教學(xué)改革的點睛之筆
教學(xué)內(nèi)容要站在學(xué)科前沿,緊跟時代步伐。將最新專業(yè)動態(tài)融入日常課程,是教育教學(xué)向前發(fā)展、培養(yǎng)高科技人才的必由之路以及有效途徑。
科學(xué)技術(shù)日新月異的年代,隨著國內(nèi)外有機(jī)合成技術(shù)的迅速發(fā)展,新的有機(jī)化合物不斷涌現(xiàn),其種類和數(shù)量甚至正在以幾何數(shù)列增長,其應(yīng)用也是深入到了人類生活的方方面面,有機(jī)化學(xué)正在向全世界展現(xiàn)它無可替代的地位和旺盛的生命力。時代的發(fā)展呼喚創(chuàng)新,教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的更新迫在眉睫。有機(jī)化學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科,廣泛滲透在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、日常生活的各個方面,業(yè)已取得翻天覆地的變化。將國內(nèi)外學(xué)科發(fā)展的前沿問題引入課堂教學(xué),不僅能夠豐富課堂教學(xué),還能夠促進(jìn)教師能力發(fā)展提高。也將極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,取得更好的教學(xué)效果。
在教學(xué)中,向?qū)W生推介諾貝爾化學(xué)獎中的前沿問題,尤其是與有機(jī)化學(xué)緊密相關(guān)的內(nèi)容;或是在教材相關(guān)章節(jié)中,把自己的科研項目和研究成果的最新進(jìn)展,向?qū)W生予以講述介紹,既豐富了課堂內(nèi)容,又對學(xué)生生動展現(xiàn)了從理論到實踐的飛躍。教而不研則淺,研而不教則空,這充分說明了教學(xué)與科研亟需密切合而為一。教學(xué)中應(yīng)該密切注意培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力和科研創(chuàng)新能力。
網(wǎng)絡(luò)如此發(fā)達(dá)的今天,信息檢索已不再是難題,全球范圍內(nèi)的有機(jī)化學(xué)前沿成果,最新的科技文章只需一臺連接了互聯(lián)網(wǎng)的電腦便盡收眼底,在講授基礎(chǔ)知識的同時向?qū)W生滲透一些最新的國際動態(tài),不僅啟發(fā)其創(chuàng)新思維并同時提高學(xué)習(xí)熱情。教師自身的超前意識往往會潛移默化地給學(xué)生最為深刻的影響,例如,在講授緒論部分時對航天材料中有機(jī)部分的介紹,結(jié)合我國最新的航天成果,將納米塑料等概念引入課程中?;?qū)⒆罱贝笤谥貕A土金屬有機(jī)化學(xué)研究中取得新進(jìn)展――首次實現(xiàn)了多氟戊搭烯衍生物的合成,以動態(tài)方程式的方式展示給大家,從而鼓勵激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情,以課程為紐帶帶動師生的互動,使學(xué)生深切感受到科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給社會發(fā)展帶來的巨大變革。
(三)注重交叉學(xué)科的課堂教育是教學(xué)改革的重要組成
諸多化學(xué)學(xué)科中,有機(jī)化學(xué)這門課涉獵其他學(xué)科最為廣泛,集歷史性、趣味性、實用性為一體。為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣,可以在學(xué)期初緒論部分重點介紹有化學(xué)的發(fā)展史、著名科學(xué)家所作出的貢獻(xiàn)、有機(jī)化學(xué)研究的新領(lǐng)域、各種國際化學(xué)獎項中最新的有機(jī)化學(xué)研究成等以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展簡史。教師在備課過程中,除要保持知識的準(zhǔn)確性外更要力求每堂課都注入新的知識動態(tài),結(jié)合專業(yè)特點豐富課堂教學(xué)內(nèi)容,聯(lián)系日常社會生活,有意識的將食品學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)甚至藝術(shù)等其他專業(yè)融入有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中,從多角度、多層次詮釋每一個知識點,讓學(xué)生不再覺得化學(xué)是枯燥乏味的,而是一門令人充滿探索熱情的、魅力四射的學(xué)科。多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)不但能解釋大部分生活中的化學(xué)現(xiàn)象,還能提高學(xué)生整體素質(zhì),是行之有效的提高教學(xué)質(zhì)量的方法。
四、教學(xué)改革呼喚教學(xué)形式的轉(zhuǎn)變
(一)授課形式多樣化是現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)教育的基本要求
有機(jī)化學(xué)知識點繁雜,公式變化多樣,如果教師仍然拘泥傳統(tǒng)的以信息傳遞為主的教學(xué)方法(講授法,談話法,討論法,讀書指導(dǎo)法等)必定會使學(xué)生感到枯燥乏味,但是若將以直接經(jīng)驗為主的教學(xué)方法(參觀法,演示法,實習(xí)法,練習(xí)法等)引入課堂必將收效顯著,中國的學(xué)生普遍動手能力差,大學(xué)中的實驗科目又大部分是教師在準(zhǔn)備和教授,如何有效地增強學(xué)生的創(chuàng)造能力和分析解決問題能力是當(dāng)今高校教育亟需改善的通病。教學(xué)的組織形式也可以由以往普遍的班級授課適當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸M教學(xué)、個別教學(xué),道爾頓制或特朗普制的形式,相信多樣化的授課形式一定會令學(xué)生每次課程都有所期待,激發(fā)了好奇心從而鍛煉了思維能力,同時帶動了課程知識點的學(xué)習(xí)。
(二)多媒體技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代化學(xué)教育的內(nèi)在要求
有機(jī)化合物以分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)條件嚴(yán)格、副反應(yīng)多、反應(yīng)機(jī)理難掌握而著稱,多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展為有機(jī)化學(xué)教學(xué)注入了活力,有望改變有機(jī)化學(xué)難學(xué)、難懂的觀念,極大地改善傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊病。
多媒體課件作為輔助教學(xué)手段,具有很多優(yōu)點。首先,它使現(xiàn)代化學(xué)教育更形象更生動。它具有高信息涵蓋量、色彩豐富、呈像生動、動感形象等長處,作為高科技教學(xué)手段,其引入與應(yīng)用,積極促進(jìn)了現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展。Flash對化學(xué)實驗的圖像解構(gòu),將微觀世界里的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)形象而又生動地呈現(xiàn)出來,使對各種反應(yīng)機(jī)理的描述不再晦澀抽象難懂。
其次,多媒體教學(xué)可以使有機(jī)化合物空間立體結(jié)構(gòu)更加形象直觀,其動畫功能可以利用不同顏色、不同大小、不同形狀代表各化合物上的原子或基團(tuán),把有機(jī)反應(yīng)過程直觀地表現(xiàn)出來,變靜態(tài)為動態(tài)過程。多媒體演示可用于代替昂貴但高效靈敏的儀器的操作,如氣象色譜-質(zhì)聯(lián)聯(lián)用儀(GC-MS),液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(HPLC-MS)等。
價格昂貴一般學(xué)校難以引入課堂教學(xué)實驗之中,但利用CAI課件即可向?qū)W生模擬這些儀器的操作,讓學(xué)生對有機(jī)測試先進(jìn)手段有更加直觀的理解,任何教學(xué)手段都是為教學(xué)內(nèi)容服務(wù)的。
再次,多媒體教學(xué)手段為師生之間溝通提供了便捷途徑。通過開拓網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,可實現(xiàn)教師在線答疑,學(xué)生可根據(jù)自己在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題在網(wǎng)上與教師交流討論,也可以與其他同學(xué)進(jìn)行討論。這種教學(xué)平臺的應(yīng)用彌補了大學(xué)教師科研任務(wù)重、不坐班,學(xué)生在課余時間找不到教師答疑的缺點,在空間上和時間上相對自由。目前網(wǎng)絡(luò)平臺輔助教學(xué)在我們的教學(xué)工作中得到了良好的運用,用于答疑、公布教學(xué)信息和教學(xué)資源共享等方面。今后將進(jìn)一步研究完善教學(xué)平臺的應(yīng)用,以實現(xiàn)無紙化提交、批改作業(yè),提高工作效率。
【關(guān)鍵詞】:揮發(fā)性有機(jī)污染物;監(jiān)測技術(shù);研究;進(jìn)展
化工原料的大規(guī)模使用,燃料的不完全燃燒等多種因素所產(chǎn)生的大量揮發(fā)性有機(jī)物,造成大氣污染日益嚴(yán)重,對生態(tài)環(huán)境帶來難以估量的破壞,對居民的身心健康帶來長久負(fù)面影響。同時,揮發(fā)性有機(jī)化合物通常都會伴隨著光化學(xué)反應(yīng),其產(chǎn)生的二次污染物殺傷力仍不能小覷。如何采用大饣肪吃諳嘸嗖?、读窟b感監(jiān)測等多種手段,對大氣污染進(jìn)行有效跟蹤,并反饋相關(guān)部門及時做好預(yù)案,從而降低污染指數(shù),保障居民的正常的生產(chǎn)生活,成為防治大氣污染的重要措施。
1、揮發(fā)性有機(jī)污染物的來源及危害簡介
1.1揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)的來源
揮發(fā)性有機(jī)污染物,是由于揮發(fā)性有機(jī)物對人們的健康會產(chǎn)生危害,因而把這些揮發(fā)性有機(jī)物稱作“揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)”。本文所提到的揮發(fā)性有機(jī)污染物,亦即揮發(fā)性有機(jī)物。關(guān)于對揮發(fā)性有機(jī)物的定義,最為權(quán)威的當(dāng)屬1989年世界衛(wèi)生組織下的定義。該組織指出,揮發(fā)性有機(jī)物的兩個基本特征:一是熔點低于室溫;二是沸點在50~260℃。VOCs的化合物主要有脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、萜烯、含氧有機(jī)物等其他類,大致有9類。產(chǎn)生這些化合物的行業(yè)涉及制藥工業(yè)、印刷工業(yè)、石油化工、涂料裝飾業(yè)和交通運輸以及表面防腐等。其中:脂肪烴這一化合物主要由木制家具和家庭日常用品“貢獻(xiàn)”;芳香烴是由室內(nèi)烹飪、吸煙、燃油燃料和涂料“貢獻(xiàn)”;鹵代烴是由粘合劑“貢獻(xiàn)”;萜烯是由木制家具和膠粘劑“貢獻(xiàn)”;含氧有機(jī)物是由建筑裝飾材料和粘合劑“貢獻(xiàn)”。
1.2揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的危害
根據(jù)目前行業(yè)界和學(xué)術(shù)界對揮發(fā)性有機(jī)物危害的研究可知,VOCs的危害主要是表現(xiàn)在有毒、惡臭和破壞大氣臭氧層等兩個方面。揮發(fā)性有機(jī)污染物帶有毒性,味惡臭,濃度超過標(biāo)準(zhǔn)后能對人的身心健康造成危害。比如:對人的心、肺、肝等內(nèi)臟有害,會造成人的記憶力衰退,出現(xiàn)急性和慢性中毒,嚴(yán)重的會致癌。另外,揮發(fā)性有機(jī)污染物對臭氧層造成破壞后,會加大太陽紫外線輻射對人體的危害,同時引起光化學(xué)煙霧,從而導(dǎo)致大氣呈酸性化,助長酸雨的發(fā)生。VOCs的危害,必須引起全人類的警惕和防范。
2、揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測方法分析
目前,揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測方法主要有檢測管法、袖珍式有毒害氣體檢測器法、便攜式傅里葉變換(FT)紅外光譜儀法、便攜式氣相色譜儀法和氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析法等幾種主要監(jiān)測技術(shù)。前面4種是最基本的監(jiān)測方法,但隨著空氣環(huán)境的惡化,這4種監(jiān)測方法通常不能滿足監(jiān)測需要,主要是運用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析法。
2.1檢測管法
對揮發(fā)性有機(jī)污染物進(jìn)行監(jiān)測的最原始的監(jiān)測技術(shù)是檢測管法。所謂檢測管法,是指通過判定被監(jiān)測氣體通過某一檢測管時,檢測管上填充的顏色變化情況來對被監(jiān)測氣體進(jìn)行分析。使用檢測管法時,檢測管通常會被涂滿顏色,并標(biāo)有長度或刻度標(biāo)尺,以用來測定某一有害氣體在空氣中的含量。
該方法的優(yōu)勢是操作簡單、快捷,能夠用來對揮發(fā)性有機(jī)污染物定性和半定量測試。其劣勢是在不能確定污染物及其種類未知的情況下,比如有機(jī)污染事故,使用這種方法難以滿足現(xiàn)場定性和定量分析的要求。
2.2袖珍式有毒害氣體檢測器法
袖珍式有毒害氣體檢測器法所采用的儀器性能高,其靈敏度也是非常高,并且檢測范圍廣泛,易于攜帶,能夠用來測定VOCs的總量和單項氣體,這是一種快速用來處理有機(jī)污染事故的有效方法。然而,該監(jiān)測技術(shù)對那些較復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)污染物則“束手無策”,對這些污染物難以進(jìn)行定性,只能進(jìn)行簡單的初期防護(hù)、后期處理和去除污染確認(rèn)和恢復(fù)過程的污染確定等較淺層次的分析工作。
2.3便攜式傅里葉變換(FT)紅外光譜儀法
便攜式傅里葉變換(FT)紅外光譜儀法,也是曾經(jīng)對VOCs進(jìn)行監(jiān)測的一種監(jiān)測技術(shù)。其基本原理是通過借助化合物能夠吸收紅外光的特性,并且這種紅外光的吸收量能夠被測定,加上每種化合物都是以固定的頻率吸收紅外光,這種頻率呈現(xiàn)一定的特征和規(guī)律,從而通過使用紅外光譜就可以“認(rèn)出”揮發(fā)性有機(jī)污染物。當(dāng)需要進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測時,通過使用該技術(shù)能夠?qū)τ卸竞Φ奈粗獨怏w進(jìn)行定性和半定量分析。
其優(yōu)點體現(xiàn)在性能強大、處理速度快、便于攜帶和簡易等方面。其不足是對于某些頻率相同或相近的多種化合物復(fù)雜氣體,由于存在相互干擾的現(xiàn)象,使用這種技術(shù)會使監(jiān)測儀器出現(xiàn)誤差,監(jiān)測人員也難以進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.4便攜式氣相色譜儀法
處理和防范頻繁發(fā)生的環(huán)境污染事件的問題,催生和推動了環(huán)境科學(xué)的發(fā)展,而環(huán)境科學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展,則是環(huán)境分析監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新的動力。由于人們生活水平的不斷發(fā)展和對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的要求提高,比如被監(jiān)測氣體的濃度應(yīng)以更低為宜,加上被監(jiān)測氣體其結(jié)構(gòu)類似的化合物對環(huán)境有著不同的影響和監(jiān)測氣體存在的時間性和空間性問題,研究出一種能夠更加適應(yīng)人們環(huán)境監(jiān)測需要的監(jiān)測方法,成為對揮發(fā)性有機(jī)污染物進(jìn)行監(jiān)測的客觀要求。
在這種背景下,隨著新型靈敏的廣譜型檢測器的出現(xiàn)和高效毛細(xì)管柱的廣泛使用,人們通過借助電子技術(shù)研究出了一種全新的便攜式氣相色譜儀監(jiān)測技術(shù)。使用便攜式氣相色譜儀法進(jìn)行監(jiān)測,優(yōu)點是高性能、靈敏度高、重量輕、體積小、便于攜帶;缺點是僅限于對已知保留時間的化合物進(jìn)行分析,不能夠用來定性判斷揮發(fā)性有機(jī)污染物質(zhì),不是最佳的污染物定性手段。
2.5氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析法
隨著社會生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展,人們在原有的監(jiān)測方法基礎(chǔ)上研究出了一種全新的VOCs監(jiān)測技術(shù)―――氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析法。該方法能夠用于污染事故的應(yīng)急監(jiān)測(快速監(jiān)測),對快速分離和鑒別復(fù)雜的混合揮發(fā)性有機(jī)物提供了有效的途徑,能夠進(jìn)行定性監(jiān)測,同時完成對多組份物質(zhì)的定量分析。
結(jié)語
隨著全球?qū)]發(fā)性有機(jī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和要求的日益提高,對VOCs的監(jiān)測工作也將帶來更多的挑戰(zhàn)。監(jiān)測技術(shù)的確定既要能滿足對監(jiān)測區(qū)域污染排放和變化特征的識別,又要兼顧監(jiān)測地區(qū)的實際情況,選擇有針對性和具有可操作性的監(jiān)測方法,亦可選擇多種方法相結(jié)合。
【參考文獻(xiàn)】:
課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要場所,在實施新課程的今天,化學(xué)課上老師講、學(xué)生聽,老師說,學(xué)生做的模式已不能適應(yīng)時代的要求。我們必須努力構(gòu)建一種既能發(fā)揮教師教學(xué)主導(dǎo)作用,又能充分發(fā)揮學(xué)生主體地位的教學(xué)模式。鑒于此,教師在授課時應(yīng)以探究的方式突出學(xué)生主體地位,以誘發(fā)、培養(yǎng)和維持學(xué)生興趣和積極性。
2教材分析
醇和酚是自然界中廣泛存在的兩種含有羥基的有機(jī)化合物,在生產(chǎn)、生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。本節(jié)是在學(xué)生學(xué)習(xí)《化學(xué)2(必修)》的基礎(chǔ)上,將醇的知識的學(xué)習(xí)從乙醇上升并擴(kuò)展到對醇類物質(zhì)的學(xué)習(xí),實現(xiàn)由必修到選修、由點到面的擴(kuò)展。必修中的乙醇是針對所有學(xué)生開設(shè)的,要求所有學(xué)生對其性質(zhì)有感性認(rèn)識,了解結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的基本關(guān)系。選修中的醇是針對在理科方面又進(jìn)一步發(fā)展要求的學(xué)生開設(shè)的,通過選修學(xué)習(xí),能進(jìn)一步形成系統(tǒng)的化學(xué)知識,理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),并能從乙醇類推到其他醇類的性質(zhì),從而形成有機(jī)物官能團(tuán)決定性質(zhì),醇類知識由點到線到面的知識體系。再加上本節(jié)是在反應(yīng)類型及反應(yīng)規(guī)律的學(xué)習(xí)之后,學(xué)生已經(jīng)具備了預(yù)測一定結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物可能與什么樣的試劑發(fā)生什么類型的反應(yīng)、生成什么樣的物質(zhì)的思路和意識的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的,因此探究的側(cè)重點在于結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),以增強學(xué)生對醇類的理性認(rèn)識。
3教學(xué)目標(biāo)
3.1知識與技能。
認(rèn)識醇的組成和結(jié)構(gòu)特點;掌握醇的重要化學(xué)性質(zhì),進(jìn)一步理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),官能團(tuán)對有機(jī)物性質(zhì)的決定作用。
3.2過程與方法。
理解并掌握通過分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的方法;學(xué)會運用已有知識的遷移和應(yīng)用。
3.3情感態(tài)度與價值觀。
讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的規(guī)律性及系統(tǒng)性;培養(yǎng)學(xué)生分析問題、歸納問題、演移推理的能力。
4教學(xué)過程
圖片引課:名酒―假酒成分及危害,南方雪災(zāi)――乙二醇汽油抗凍劑,化妝品―甘油。給出結(jié)構(gòu)式,要求學(xué)生觀察并找出其共性――為何把他們都稱為醇?
給出醇的定義,并要求學(xué)生運用定義判斷芳香醇與酚類。
探究1、給出甲烷、乙烷、辛烷的相對分子質(zhì)量與沸點的具體數(shù)據(jù),能得出什么結(jié)論?
探究 2、給出甲醇、乙二醇、丙三醇的相對分子質(zhì)量與沸點的具體數(shù)據(jù),探究其中規(guī)律,歸納出結(jié)論。(從碳原子個數(shù)、羥基數(shù)及相對分子質(zhì)量形成氫鍵的幾率角度分析)
探究3、給出第一組甲醇、乙烷、乙烯,第二組乙醇、丙烷、丙烯的相對分子質(zhì)量與沸點的具體數(shù)據(jù),能得出什么結(jié)論?
生:烴的相對分子質(zhì)量越大沸點越高;醇的相對分子質(zhì)量越大,羥基數(shù)越多沸點越高;相對分子質(zhì)量接近時,醇的沸點比烴的沸點高得多。
師:同類分子晶體,相對分子質(zhì)量越大分子間作用力越強,沸點越高。而醇的分子有跟水相似的羥基,分子間存在著氫鍵,因此,其沸點要高得多。另外,乙醇能跟水混溶也是因為兩者有氫鍵,相似相溶。請大家猜想:乙二醇、丙三醇能否于水混溶?高級脂肪醇也能與水混溶嗎?
探究4、乙醇能跟鈉反應(yīng),水也能與鈉反應(yīng),請大家回顧兩者活潑性比較,你能從結(jié)構(gòu)上分析水比乙醇反應(yīng)更激烈的原因嗎?結(jié)合交流、研討分析1-丙醇結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的類型,分析哪些化學(xué)鍵容易斷裂,以1-丙醇為例預(yù)測醇能發(fā)生哪些類型的化學(xué)反應(yīng),生成何種產(chǎn)物。
生:小組討論,完成探究。醇發(fā)生的反應(yīng)主要涉及分子中的碳氧鍵和氫氧鍵。斷裂碳氧鍵脫掉羥基,發(fā)生取代反應(yīng)或消去反應(yīng);斷裂氫氧鍵脫掉氫原子,發(fā)生取代反應(yīng)或氧化反應(yīng)。寫出相應(yīng)的方程式。
探究5、醇的消去反應(yīng):寫出乙醇、丙醇消去反應(yīng)的方程式。分析結(jié)構(gòu),引入 氫,預(yù)測下列醇能否發(fā)生消去反應(yīng)?若能,寫出方程式。甲醇、2-甲基-2-丙醇、2,2-二甲基-1-丙醇。歸納小結(jié):醇消去反應(yīng)的斷鍵位置及規(guī)律。
探究6、醇的催化氧化:寫出乙醇、丙醇催化氧化反應(yīng)方程式。分析結(jié)構(gòu),引入 氫,預(yù)測下列醇能否發(fā)生催化氧化反應(yīng)?若能,寫出方程式。甲醇、2-甲基-2-丙醇、2,2-二甲基-1-丙醇。歸納小結(jié):醇催化氧化反應(yīng)的斷鍵位置及規(guī)律。
師:本節(jié)課以乙醇的性質(zhì)為基礎(chǔ),探究了醇類的性質(zhì),那么其他醇也能發(fā)生相應(yīng)的斷鍵嗎?又會有什么性質(zhì)?
5課后反思