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关键词:区域一体化;蒲河经济带;核心城市;沈北新区;优化策略
中图分类号:N945文献标识码: A
1引言
随着时代的变迁与发展,当今社会的进步已然从单一性发展向区域性发展方向转变,区域一体化是实现区域性资源整合,推动区域相互作用关系,实现区域共赢态势的重要抓手[1]。而构建经济圈或经济带是实现区域一体化建设的阶段产物。顺应当前流域开放发展的新形势,沈阳北部蒲河流域经济带的开发建设无疑成为辽宁地区率先实践新四化,突破各地差异化发展、实现区域协调统筹的最佳实践区。然而要实现蒲河经济带良好的开放开发,实践沈阳大都市区北部的快速崛起,选准具有龙头带动作用的核心城市是重中之重。纵观蒲河流域各区县发展情况,沈北新区无疑是从地理区位还是经济总量、城市建设等方面看,都具备核心城市的能级评价标准,因此其蓬勃崛起对整个蒲河流域经济发展以及城镇化建设水平都有着重要的现实与借鉴意义。
2区域一体化与核心增长极的互动发展研究
2.1核心增长极相关理论研究
区域发展点轴理论认为生产力各要素在空间中相互吸引而集聚,同时又向周边辐射作用力,形成扩散效应[2]。因此确定有利发展条件的轴线空间,并对轴线地带的若干节点予以重点培育[3],从而带动区域联动发展。
2.2区域一体化发展与核心增长极的相互作用关系
区域联动发展即为以中心城市为核心的区域经济发展,在其吸引和辐射的地域范围内建立起一种稳定的空间网络体系。实践证实,在长三角、京津冀地区正是由于中心城市先行,来推动区域整体发展,因此核心城市始终位于核心地位。
3蒲河经济带的一体化联动发展
3.1现阶段蒲河经济带新型城镇化建设的新动向
蒲河流域是沈阳城镇发展最为密集和生态保护十分重要的区域,串联起沈阳北部各区县城镇,它以蒲河沿线生态景观化建设为引擎,呈现出跃跃欲试的发展态势,自2012年,为优化城市空间,编制《蒲河生态经济带城镇化发展规划》,旨在促进城乡统筹、优化全域空间。
3.2实施蒲河生态经济带新型城镇化发展的战略意义
蒲河经济带是沈阳市乃至辽宁省率先响应十提出“新四化”号召的新举措,具有极强的时代顺应性特征,是战略性的新思路。在此战略性转变的新时期,必然会为沈阳北部区域城镇群的建设搭建优质的空间平台和提升核心城市的能级。
4沈北新区核心地位的确立
4.1高首位度决定了沈北新区是蒲河经济带的核心增长极
在经济带概念中,首位度是衡量经济带发展潜力的重要指标。现将流域经济指标类比,表明沈北新区首位度为5,由此证明高首位度的沈北新区是蒲河经济带的最为重要的核心增长极。
4.2产业结构在调整中升级,带动作用逐步增强
在“沈北大开发”战略背景下,沈北新区一方面对原有产业基础的调整和转型,从落后的农业区一跃成为全省工业强区;另一方面发展以新型工业化为方向,以推进信息化和工业化深度融合为重点,延伸产业链条,大力发展战略性新兴产业;再者着力发展现代服务业,全面推进招商选资,加快推进产业转型升级。
4.3现代城市服务功能逐步提升
鉴于沈北新区道义核心区作为金廊的重要组成部分以及有利的地理优势,吸引了如华强、盛京医院等大型公服类项目,公服设施建设标准已向大中城市水平逼近,核心区形象已暂露头角,沈阳城市北部新中心的雏形已初步形成。
4.4能级分析综述
蒲河流域在区域一体化进程中,作为其核心城市的沈北新区面临千载难逢的发展机遇。其在区位、交通、产业门类、服务功能等多方面优势明显,但同时也面临着问题与条件制约。通过新区与蒲河经济带的协调发展,组织内外资源,寻找新的增长点和空间平台,促进流域经济全面腾飞。
5区域一体化视角下的沈北新区优化研究
基于上述对沈北新区在蒲河经济带中的能级分析结果,在蒲河流域一体化发展中重点依托其在流域经济中的龙头带动作用,从战略发展、新四化建设等两个方面进行具体阐述。
5.1区域一体化发展战略
5.1.1依托沈北新区,借助上下游经济带,实现流域联动发展
从现阶段新区产业发展情况来看,已处于工业化中后期,二三产共同主导经济发展,因此在联动发展中,其它区域应依托沈北新区的综合实力和辐射能力,积极把握新区产业转型期“退二进三”的有力机遇,依靠市场化的资源配置,形成产业链完善的经济增长体系。
5.1.2充分发挥沈北新区的龙头作用与地位
在蒲河经济带新一轮开发建设中,明确沈北新区在区域中的作用与地位,突出对新区的支持,强化新区的城市功能。另外基于流域内新型城镇化水平不高、支柱产业不鲜明等特性,加快主导产业的形成,将有效带动区域发展。
5.2新四化建设
5.2.1新型工业化建设
沈北新区的产业基础是其发展的重大优势,同时也是流域城镇协同发展的重大机遇。不断延伸食品加工产业链条,积极向精深加工和高端技术、高附加值产品转型,依托上下游于洪、新民、辽中的有机稻米、果蔬水产等经济区为生产基地,建成产值超千亿的食品加工及生物产业集群等。
5.2.2新型信息化建设
新区紧抓综合配套改革先行先试重大机遇,充分利用优越的产业科教资源,构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系,增强沈北核心竞争力,并与带内其他区县的协调合作与对接中实现全方位的开发与合作。
5.2.3新型城镇化建设
新型工业化是新型城镇化的基础,重视培育中心城区的主导产业,加强城市间产业协作,强力推进城市新型工业化发展。新区近年来集中全区资源力量,高标准、大力度推进核心区建设,一大批重点现代服务项目竣工并投入使用,核心区形象极为凸显。
5.2.4新型农业现代化建设
依托新区自然资源和区位优势,大力发展都市高效农业,全力推动农业加速发展。依托生态观光旅游产业,重点发展以观赏、采摘为主的观光农园,以体验农耕、餐饮娱乐为主要内容的休闲农场,打造现代都市农业产业聚集区。
6结语
伴随蒲河生态经济带建设的开启,在沈阳都市区总体发展格局的框架下,已迈向蒲河发展的新时代,开启了创新型城镇化发展的新篇章,实现沈阳的第三次跨越式新发展,成为沈阳市新时期实践新四化的重要抓手。沈北新区作为蒲河流域最为重要的中心城市,以区域一体化发展为出发点,着重从工业化、信息化、城镇化、农业现代化四个方面,探讨沈北新区作为中心城市的龙头带动作用,成为流域沿线重要的增长极和辐射级,以期实现流域各区县的联动发展,为辽宁省乃至东三省地区沿河流域的开放开发提供具有实践性的示范意义。
参考文献:
[1]李历,构建昆仑大道经济带促进城乡区域一体化,小城镇建设,62-65
【关键词】成渝经济区;优势产业;创新;市场需求
一、优势产业
优势产业(也称主导产业)其具体含义是指在区域内有较高的专业化水平和关联度,并且在区域内占据较大份额的产值,能够代表区域内产业发展方向的产业。一个地区的优势产业存在还需要很多先决条件,比如丰富的资源、便捷的交通、优惠的产业政策、充足的发展资金等等,只有满足了这些条件才有可能使优势产业的优势得到最大的充分利用,优势产业的的不仅能够给区域经济的发展带来活力,还会带来一系列的联动效应,例如带动区域内广大的剩余劳动力的就业;促进产业结构优化升级;降低区域内经济模式转变带来的风险性成本和机会成本;加速农村城镇化和城市现代化;增强区域之间的经济力等等。
二、成渝经济区的发展现状
成渝经济区面积约20万平方公里,包括重庆市的31个区县和四川省的15个市。该区域目前总人口已经超过1亿,在2012年该区域内的GDP总量超过3万亿元,分别排在全国各省GDP名次的第8名和第23名。根据《规划(初稿)》,成渝经济区战略定位被初定为:西部大开发的增长极或经济高地;国家重要的先进装备制造业、现代服务业、高新技术产业和农产品加工基地;全国统筹城乡综合配套改革试验区;国家内陆开放示范区;国家生态安全保障区。改革开放以来,尤其是西部大开发战略实施以来,成渝经济区抓住历史机遇,推进跨越式发展,综合实力不断增强,经济运行质量明显提高。总体上,该区域自然资源较为丰富,农业人口众多,但产业基础较为薄弱,处于工业化初、中期阶段,城乡二元和内陆型经济特征明显。就其独特的区位优势和中心辐射优势来看,成渝经济区很有可能成为继珠江三角洲、长江三角洲、环渤海经济圈三大经济增长区之后的重要增长极。
三、区域内的优势产业的劣势分析
1、缺乏资金支持。成渝经济区的经济发展需要的资金量规模巨大,尤其是优势产业的需求更大,由于成渝大部分地区的经济前身比较落后,基础设施不够完善,在进行经济建设的时候就需要大量资金来进行前期投入建设。但是政府财政支持有限,而且众多的金融机构往往只是对具有强大实力的企业提供融资服务,导致其余具有优势产业的企业难以获得资金支持。
2、产业结构升级缓慢。在本区域内,成渝经济区产业结构仍呈现工业化中前期阶段的典型特征,偏重资源开发,高耗能产业比重大,有的部分产业的环境污染相当严重,初级加工产品多,高附加值的终端产品少。二三产业的比重相对偏低,第一产业虽然从业人员较多,但是产值极低,大部分只作为家庭基础性消费,无法在市场上进行交易。
3、产业定位与市场需求出现偏差。在成渝经济区内,一些二三线地区的优势产业定位不明确,无法留住本地劳动力和吸引投资。尤其是该区域内的中小县城,出现了大量劳动力流失,他们的迁移成本低并且迁移收益高,导致外出务工潮不减的状况。更为严重的产业同质化普遍存在,往往存在供过于求,存在地方性和区域外的恶性竞争。
4、基础设施不够完善。由于成渝地区特殊的地形地貌特征,导致本区域内的基础设施相较于其他三大经济区来说比较落后。而且基建成本相当高昂,区域内的协调发展不够,区域内部的地方性差距巨大。就拿交通来说,在成渝经济区内高速公路的覆盖率达不到其他三大经济区的平均水平。而一个优势产业的发展,对交通区位的要求相当高,他们的布局往往都是在交通网络的结点上。
5、区域内产业关联度不高。产业关联度的高低直接影响到优势产业的生存问题。20世纪90年代以来,重庆摩托车行业发展迅速,与之形成的摩配行业布及几乎整个重庆,而且整个产业关联度极高。人民生活水平提高,市场需求发生了巨大变化,之前许多从事摩配行业的企业纷纷转行,在重庆地区甚至出现了需要摩配零部件须从外省市进口的状况。而在成都市及其周边地区,大部分地区都是以各式各样的中小型产业为主,可以说是五花八门,彼此之间的产业协作度相当低。
6、对外开放度不高。相对于其他三大经济区,成渝经济区的对外开放水平显得比较低,一个重要的原因就是区位因素不利,成渝经济区深居我国内陆,而且交通设施相对不够完善。一个地区的对外开放度的高低直接或间接地会影响到其优势产业的对外扩张能力,当一个地区的需求趋于饱和的时候,就需要去开发海外市场以满足生产能力的客观需求。
四、促进优势产业的协调发展的建议和对策
1、增强银行资金支持,加大政府资金投入。由于区域内的证券融资率较低,大部分企业达不到发行股票和债券的条件,只有通过银行贷款和政府资金来谋求发展。首先,应该大力支持成渝经济区内的城市银行发展,让他们为众多的中小型企业提供融资服务;其次,商业银行应该扩大区域内有从事优势产业的企业的贷款额度和降低他们的信贷门槛,并且开发一些适合本区域经济发展的创新性金融产品;最后,政府作为市场经济的调节者,应大力扶持具有优势产业发展潜力的企业,要充分利用资金来支持他们的发展。
2、加快产业结构升级,提高产业创新度。产业结构的升级和调整,需要的是科技技术的投入,本区域内高校众多,应该加强与众多高校的技术合作,寻求技术突破。还应引进高科技人才,大力培训高技术高素质的人才。同时也要开发一些创新性产品,满足新的市场需求。
3、明确产业定位,与市场需求相一致。一个地区的产业定位需要考虑的区位因素有很多,例如资源、劳动力及人口分布、技术、市场、集聚状况等。成渝经济区的劳动力资源丰富,而一些矿物资源较少,区内众多县域的区位条件相似。这是就要充分发展第三产业,吸纳众多的劳动力,在县域之间需求差异化发展,避免重复建设和恶性竞争。
4、完善以交通为主的基础设施建设,提高投资环境的吸引度。基础设施的建设需要大量资金的投入,这就需要政府和企业之间进行适当的成本分担,降低某一方的资金压力。基建的发展,不仅在交通方面,还有电力通信,水资源供给等等。
5、增强两城之间的产业关联,密切经贸往来。产业关联度的提升要得益于成渝经济区政府间的协调和沟通,因为市场的自发往往是盲目的,政府的引导是相当重要的。政府要在市场信号的和企业间协商方面扮演中介的作用,引导企业进行关联度生产,增强产业集群能力和市场竞争力。
6、扩大对外开放度,拓展海外市场。自从改革开放以来,加快对外开放力度就一直未停过,所以政府还应继续对出口型企业进行支持,并且对此类型企业在海外市场上予以保护,避免遭到别国的非法打压和贸易壁垒。
小 结
成渝经济区的健康发展将有助于形成我国新的经济增长点,为整个西南地区带来辐射效应,使西南地区能够尽快摆脱区域发展不平衡的困境。作为经济发展领头羊的优势产业,应该大力扶持和创新,只有这样才能更快地适应现代市场经济发展的需求和经济发展走向。
关键词 建筑工程;后浇带;施工技术;经验
中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)103-0176-02
建筑工程的施工过程中,钢筋混凝土比较容易受温度的影响而产生裂缝的现象,在收缩和膨胀的程度上也是不同的,产生这种现象是在建筑工程施工过程中不可避免的,在施工结构的设计以及施工规范上进行约束,在底板、横梁、墙体要提前留出施工的裂缝,把施工的结构暂时分成几个施工部分,通过两者之间的物理性质以及连接收缩和膨胀的原理对裂缝进行处理,运用相应的原料进行填充,让它们形成一个统一整体。
1 后浇带主要的功能
在施工过程中,后浇带可以对由于温度的差异而引起的构建收缩裂缝进行克服,并且对于已经建成的混凝土的结构在施工过程中产生的原理和裂缝的模式统一起来。在混凝土的控制过程中如果温度比较低,跟着季节变动就会比较容易出现失水收缩现象。如果混凝土工程已经建成的话,在建造的过程中温度过低,温度升高之后就会对构建产生一定影响,出现收缩裂缝。在对混凝土进行控制和施工的时候应该通过温度的变化进行合理处置。产生这种裂缝的主要原因就是在混凝土结构的内部,构建的外层受到温度应力的挤压,当超出限定范围的时候就会产生开裂现象,混凝土结构在构建之前就应该考虑到温度的应力,提前预留裂缝,在完成施工之后的时间之内采取后浇带浇筑的措施,这样就可以对建筑物整体性起到一定的保护作用。
后浇带的施工技术在具体应用中可以对裙房结构以及基础设计存在的整体性的缺陷问题进行有效解决。高层建筑中的基础设计是一个有机整体,然而在设计和施工时候会受到地基重力的影响产生沉降和缺陷,应该用后浇带进行严格处理,施工的过程中,这两个部分被后浇带分开,控制和探究沉降计量计算措施,为整体性的结构计算措施提供相应的依据。在建筑工程的施工过程中,管理的方式主要是主楼结构的方法和方式,对施工的技术要求进行完善,管理的范围也要进一步拓宽,对控制内部的应力值进行合理计算。
2 后浇带的有效设置
2.1位置选择
后胶带的位置应该选择在混凝土的构件中,受到的压力最小的部位,剪力墙在应用的过程中,后浇带浇筑可以有效控制领班反弯点,对由于自身的剪力大形成的压力值有效避免。
2.2在断面形式上的选择
混凝土的结构断面应该和后浇带断面一致,这样就可以避免由于集中受力而使结构发生变形,也有效避免了后浇带在浇筑之后出现的裂缝现象。
2.3保持合理宽度
在施工过程中,要保证结构的整体性要求,并不是将结构在整体上分成没有联系的板块,对于基础和楼板来说,在施工时应该对受理层进行合理处理,钢筋起到的主要作用就是受力作用,不能将其切割形成间距,这样既可以保障结构的整体性,也保证了施工的质量和安全性。在施工过程中如果设置的跨度比较大,需要对钢筋进行切割来分析受力的情况,主要就是防止由于楼板的两端受力太大导致的下垂和变形。
3 施工技术的具体分析
3.1材料选择
在对后浇带进行浇筑之前应该对裂缝进行全面清理,将积水排除,使后浇带两边构建的表面能够保持24小时以上的湿润时间,所选择材料一定是无收缩的混凝土,膨胀水泥或者添加膨胀外加剂普通的水泥配置混凝土,在施工之前要加入早强减水剂,这样就可以使浇带的强度高于它所连接的构建,还要对混凝土进行认真配置及振捣。
3.2时间选择
在正常的情况下,混凝土的构建收缩应该在两个月之内完毕,但是对于高层建筑以及裙楼的基础和结构来说,需要等到沉降完成之后才能对后浇带进行浇筑,建筑主体部分一般是与裙楼同时进行施工的,但是建筑主体的工程量是比较大的,裙楼的工程量较小,因此,裙楼施工完成之后,主楼施工还没有完成,因此,裙楼产生的沉降应该在前面,主楼的沉降在后面,由于主楼荷载所造成的沉降比裙楼的荷载多,应该等主楼完全沉降完之后才能进行后浇带施工。在不同的季节,施工材料的不同,或者需要将浇筑的时间延后的工程都要体现在设计的图纸上。
3.3预设模板
这一步骤应该完全按照施工的图纸来进行,在施工之前应该将钢丝网的模板预设上,要保证粗细统一,网格的均匀度也要统一。模板的刚度、强度以及稳定性都要保证质量,这是为了避免主楼的裙楼连接的阔度太大的话,地下的大梁所支撑的荷载太大,超过了钢支撑构建承受的能力,造成构件的螺栓被破坏。
3.4浇筑混凝土
要严格按照施工的方案进行,水平后浇带的浇筑应该将钢丝网的模板侧压力在正常的范围内进行控制;垂直后浇带的控制就应该对混凝土进行充分振捣,在进行振捣的时候应该避免动作过大破坏掉钢丝网。在振捣的时候应该控制好模板和振捣器的距离,有效防止混凝土水泥浆流失。
4 结论
后浇带施工作为建筑的基础施工应该与建筑的基础同时进行,要最先进行施工,出现沉降以及后浇带缝接的情况应该进行观测,重要的是应该按照图纸要求进行,对创造的时间进行观测,后浇带的施工是比较仔细的,要保证后浇带结构的部件质量过关且严丝合缝,在施工的过程中,现场施工的监督员应该加大检查和督促的力度,有效防止工人们为了麻烦省略施工的步骤以及头功减料的现象发生。
参考文献
[1]郭访华.关于后浇带施工技术与设计在建筑施工中的应用[J].中国房地产业(理论版),2012(11).
[2]张伟.试论房建工程中后浇带施工技术[J].建材与装饰(下旬),2013(1).
[3]周欣建,李宁.房建工程后浇带施工技术及控制策略分析[J].大科技,2012(24).
[4]薛祥发.关于建筑中超长结构后浇带施工技术的分析[J].建材发展导向,2012(15).
【关键词】有机合成 路线设计 美学原则
在有机合成化学发展过程中,我们可清楚地看到人类的社会生产和生活的需求,以及有机化学理论发展的要求,都不断地推动着有机合成的发展。人类为了战胜疾病,保护农业生产,丰富人们生活的各个方面,就要药物、农药、染料、香料以及具有各种各样性能的新材料的合成生产。同时又为了有机化学、生物化学理论等学科的研究发展,也不断提出许多新奇分子的合成问题。二十世纪以来,许多天然有机物的发现,元素有机化合物的制备成功和变化多样的有机合成反应和技术的出现与完善,使有机合成化学已发展到系统逻辑的推理的阶段,而不是一味地类比于无机合成化学。现代有机合成,无论采用由原料定合成路线,或者以有机合成反应定有机合成方案以及应用逆合成分析等合成策略,有机合成路线设计已成为有机合成中的重要环节。有机合成艺术之美也正集中表现在有机合成路线设计中。人类的实践活动,无论是社会实践活动或是科学研究,都是按照美学规律进行的。在有机合成设计中,也遵守诸方面的美学原则,比如创新性原则,简洁美原则,和谐美原则,对称美原则以及科学美原则。在我们的实际工作中,无论是否注意到上述美学原则,但这是客观存在的,不容否认的。
一、有机合成设计中创新性认识的实现
伟大的发明家爱迪生说:"凡是新的不平常的东西都能在想象中引起一种乐趣,因为这种东西使心灵感到愉快的惊奇,满足他的好奇心,使他得到原来不曾有过的一种观念。"有机合成研究出发点之一就是寻找新的有机合成反应、合成试剂、合成方法和技术,以及在实验室内合成出自然界不存在的新化合物。在有机路线的合成设计过程中,前人宝贵的成功经验,是我们学习借鉴的源泉,他们的精巧构思和设计技巧给我们以心灵的启迪。学习、消化和适当模仿前人的经验,用之于我们的合成设计中是不无脾益的。可使我们少走弯路,甚至还可以从中觅得一条实现理想合成设计的捷径。但是一味地墨守成规,则可能在设计中铸成大错。具有代表性的例子是1856年十九岁的美国化学家W・H・Perkin从奎宁的实验式出发,按照无机化学中的氧化反应模式企图合成奎宁。当时确定的奎宁实验式为C20H21N2O2(正确的奎宁实验式为C20H24N2O2)。Perkin注意到从煤焦油得到一种化合物C10H18N(2-丙烯基-对甲苯胺),于是他设计了奎宁的合成路线:2C10H18N+30C20H21N2O2+H2O.时至今日,我们当然清楚,2一丙烯基一对甲苯胺与奎宁是结构完全不同的两种物质。不可能从前者通过氧化反应再到后者。但是Perkin还是认真地作了实验,虽然他没有得到奎宁,但他却得到了一种紫色结晶物质,这也是人类的第一个合成染料,从此开创了煤焦油的化学工业。
从上面例子中,我们可以看出,科学研究即需要认真的科学态度,也需要积极的进取精神。有创造,才有进步。我们若既能吸取前人的经验教训,在实际工作中又能充分发挥个人的聪明才智和创造才能,也许会发现新的有机合成天地。一个复杂结构的有机化合物合成与设计要经过许多已知的方法和步骤,经过大量的工作完成目标分子的合成。从有机合成角度来说,是有实际意义,但从有机合成方法上看,这项工作则显得平谈无奇。因此我们衡量一个合成与设计巧与拙,美与不美的一个重要标准是:在整个合成设计工作中是否创造性地应用了一些反应,创造性地解决了前人尚未解决的问题。
二、简洁美原则
在有机合成设计中,要遵守的一个重要原则,就是有机合成方案的简洁性。在实验室里实现一个复杂有机化合物的合成,往往要经过许多步骤的反应。若是合成方案繁杂,合成路线冗长,必然要增加原料或试剂的数量,延长合成周期,给我们的合成研究工作带来不必要的操作过程。简洁而实用的合成设计,不仅可使实验室的合成工作省时省料,最后还可获得较高收率的目际化合物。1902年Wi11statte设计了下列托品的合成路线,应用20余步合成反应在实验室中实现了托品的全合成。当时在没有出现Mannich反应之前。Willstatte的工作可算有机合成史上一个辉煌成就。但是从他的合成方法上看,20余步的合成反应却是令人生畏的。而在1917年Robinson创造性地应用Mannich反应,他认为在生物体内不可能存在如此复杂的托品合成法。在认真分析托品骨架结构分基础上,利用一步合成反应中同时进行两个Mannich反应,巧妙地构思了托品合成方法,从此托品合成方法就大大简化了。Robinson的托品合成方法是有机合成中最简单的、最精妙的,使人感叹不已。简化倾向是人知觉本身固有的倾向。在人类的活动中,无论是身体活动、生理话动、还是思维活动和实践活动,都是从繁到简、从粗到精,最终达到完美程度的过程。
三、对称美原则
对称性和潜在的对称性是一些有机化合物分子固有的特性。在有机合成设计中注重寻找目标分子的对称性具有重要的实际意义。若恰当的利用这一分子特性,往往可使合成工作大大简化,并且使合成设计路线具有收敛性。在Robinson托品合成法中,Robinson就是依据生源学说,利用托品分子骨架具有面对称性质,巧妙地将托品骨架分切成相同的两部分:他又认为这两部分可同时由Mannich反应来实现合成,因为在托品分子中只有一个氮原子,他认为两个Mannich反应必须发生在同一个有机胺上,如此首先选定了甲胺为托品合成的第一个原料。托品分子本身为环状结构,那么Mannich反应中的两个醛基处在同一分子内,带活泼性氢的亚甲基也在同一分子内,那么在一步反应中可发生对称的两个Mannich反应,随之而构成托品骨架(图1)。
在许多有机合成设计中,复杂的有机化合物分子结构不存在对称性。若在目标分子结构剖析中巧妙地利用对称美原则,也可使众多的合成步骤终途归一,大大简化合成方案。地衣酸具有两个苯并呋喃结构(图2)。
我们从地衣酸的结构可以看出,它不存在对称性,事实上我们知道有这样一种情况,环己酮和环己烯醇是两个共振结构式(图3)。
而地衣酸的分子结构以呋喃环中间划线切断,可得到类似前面情况的一对共振异构体:
B化合物和c化合物是共振结构式,而c则和A是相同的化合物,这样复杂的地衣酸则是由相同的两个化合物拼合而成,所以地衣酸的合成设计则极为简单。
四、和谐美原则
完成一个目标分子的合成设计,设计者所拥有的素材:原料、试剂、合成反应、合成方法以及实验条件都是零碎的、无序的。合成设计工作本身就要求对这些素材进行分析、加工、筛选和提炼,全面考虑各素材的特性,化学性质和它们相互之间的关系,使它们得到优化组合。这样既可以充分发挥它们的作用与功能,又可避免设计中各个合成之间的相互影响,避免有机合成副反应的发生。例如在实际的合成设计过程中,由原料通过有机合成反应构筑目标分子的碳胳是利用原料分子的官能团的化学反应,这是一方面的问题。而目标分子结构中官能团的建立又是另一方面的问题。很显然若能将上面合成设计中的两种需要结合起来,统筹考虑,使构筑目标分子时所需要的原料化合物分子的官能团既能满足合成反应中的需要,最终也可成为目标分子结构上的官能团,那么这将是最经济的,也是非常协调的,可大大减少实际的合成工作的范围。这就是合成设计中所特别遵守的和谐美原则。
五、科学美原则
合成设计所遵守的科学美原则要求,任何巧妙完美的有机合成设计,都必须依照有机化学理论的客观要求,并在现实科学技术条件下能在实验室里得以实现。合成设计不同于绘画者的艺术构思,对素材的提炼加工构思和布局的安排,虽然也符合一定的客观现实,但是其中都融合了绘画者个人的精神意识和超现实的艺术加工处理。而有机合成设计则是紧紧围绕目标分子,有机合成反应和方法,有机合成实验等方面,运用设计者高度的创造思维和才能,将有机合成设计中的素材和谐地完美地并且要符合有机化学理论地组合在一起,完成理想的有机合成设计的工作。综上所述,有机合成设计,作为一种高级的创造性思维,也离不开 美的本体,遵循美的规律,它是设计者有机化学知识和审美鉴赏力不断相互交融的统一过程。作为一个有机合成化学家,既具有高度的科学创造才能,又具审美的鉴赏能力,将会如虎添翼。对科学高峰的探索和对美的追求,可以获得全身心的解放和至美的乐趣。因此作者认为在自然科学研究领域中,也不要无视美的存在和作用,而以高度的审美鉴赏融会于我们的科学研究中,以创造出至善至真的科学成就,为人类的文明进步献身奉心。最后作者引用马克思的名言结束本文:社会的进步就是人类对美的追求的结晶。
参考文献:
[1]C.Schor lemmer,The Rise and Development of Organic Chemistry.Macmillan &Co.Ed.,1984:15
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关键词:有机合成 逆合成分析 切断 官能团
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)05(a)-0112-02
1824年,德国化学家魏勒(Wohler)在蒸发氰酸铵的水溶液时,意外地得到了一种白色晶体―尿素。这是第一个人工合成的有机化合物,开创了有机化合物人工合成的新纪元。有机合成是一个富有创造性的领域,它不仅要合成自然界含量稀少的有用化合物,也要合成自然界不存在的、新的有意义的化合物。有机合成的基石是各种类型的有机反应以及组合这些有机反应以获得目标化合物的合成设计及策略。
有机合成是有机化学的中心,有机合成的教学贯穿于整个有机化学课程的教学过程中,也是有机化学课程的教学目的所在。在讲解各类有机化合物的制备时,其实就是进行有机合成,只不过这类合成比较简单,通常一眼就可以看出由什么原料来制备,由原料到产物所经反应步骤也不会太长。但对于复杂有机化合物分子的合成,特别是那些具有特殊结构的新物质的合成,就很难看出由哪些原料,经过什么反应来制备。这就必须从所要合成产物的分子结构着手,通过逆推得到简单的起始原料,即“逆合成分析”[1]。逆合成分析于20世纪60年代由哈佛大学教授科瑞(E.J.Corey)提出的[2],该法是针对目标分子(target molecule,简写为TM),通过化学键切断(disconnection,简写为dis,在反应式中,切断用波纹线表示)的方法得到目标分子的前体,这些前体用已知的反应可重新生成目标分子。上述过程反复进行,直至前体为简单的起始原料(start molecule,简写为SM)。逆合成分析用双线箭头“”表示。将逆合成分析逆转,加上试剂、条件并作适当修改,即得合成设计方案(图1)。
由此可见,逆合成分析的关键是如何进行化学键的切断。因为任何有机化合物分子,特别是复杂的有机化合物分子中都含有很多化学键,切断时,确定如何把它分割成更小的部分以及应当打破哪一个化学键是极其重要的。一个好的切断应同时满足三点:(1)有合适的反应机理,即切断后所得的分子碎片(正、负离子或自由基)有对应的合成等价物。(2)最大可能的简化。(3)给出认可的原料。除烷烃外,一般有机化合物都含有官能团,目标分子中的官能团是确定切断位置的最好方法。在逆合成分析的过程中,有时需要进行官能团的转换(functional group interconversion,简写为FGI,由一种官能团转换成另一种或几种官能团,包括官能团的引入和官能团的消除)来达到实现好的切断的目的[3]。笔者根据多年的教学经验,总结了含不同官能团化合物的逆合成策略,并运用实例加以阐明,以期学生能运用逆合成分析的方法去进行合成设计,在进行合成设计的过程中增强运用各种有机化学反应的能力和技巧。
1 含一个官能团化合物的切断
对于单官能团化合物通常在官能团旁或附近切断。这里需要强调的是:醇是有机合成的重要中间体,醇可通过简单的反应转变成含其他官能团的各簇化合物(图2),而各种结构的醇本身很容易通过格利雅(Grignard)试剂或烷基锂试剂与含羰基化合物的亲核加成或与环氧化合物的开环反应来合成。因此,对于只含一个官能团化合物的合成,在可能的情况下我们可以先把它通过FGI,转变为醇的合成(例1)。
例1 如何用苯和不超过两个碳的化合物合成(TM 1)
逆合成分析如图3。
分析:(1)官能团转换,把酯基转变为相应的醇,使合成大为简化。(2)该步的切断是利用对称的二级醇可以通过Grignard试剂与甲酸酯反应来制备。(3)卤代烃与金属镁反应可制备Grignard试剂。(4)又是官能团转换,卤代烃的合成转变成醇的合成。(5)环氧乙烷与Grignard试剂反应可以制备多两个碳的伯醇。(6)苯通过溴代,再与镁反应,很容易制备苯基溴化镁。因此,制备TM 1所使用的原料有:苯,环氧乙烷,甲酸甲酯,乙酸。(无机试剂略去)
2 含两个官能团化合物的切断
由于篇幅所限,这里我们只考虑含碳的官能团。根据两个官能团的位置关系,又可分为以下几种。
2.1 1,2-双官能团化合物的切断
1,2-双官能团化合物常见的有α-氰醇、α-羟基酸、α-羰基酸、α-羟基酮、1,2-二醇、1,2-二酮等。在进行逆合成分析时,通常将接有官能团的两个碳原子之间的键切断。该类切断运用的反应有醛酮和HCN的亲核加成、苯偶姻(Benzoin)缩合反应、酮或酯的双分子还原、烯烃的部分氧化、环氧化合物的开环等。
2.2 1,3-双官能团化合物的切断
1,3-双官能团化合物常见的有β-羟基醛(酮、酸、酯)、β-羰基酯、1,3-二酮以及α,β-不饱和羰基化合物等。这些化合物可以通过α,β-之间的碳碳键的切断得到合理的合成等价物。它们的正向合成反应主要包括羟醛(Aldol)缩合、克莱森(Claisen)酯缩合、迪克曼(Deckmann)酯缩合、酮酯缩合、瑞弗马斯基(Reformatsky)反应、烯胺的酰化、活性亚甲基化合物的酰化等。
2.3 1,4-双官能团化合物的切断
1,4-双官能团化合物有γ-羰基酸(酯)、1,4-二酮等,逆合成分析主要在中间键断开。乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯等含活性亚甲基的化合物以及酰胺与α-卤代羰基化合物的反应是制备1,4-双官能团化合物的重要方法。
2.4 1,5-双官能团化合物的切断
典型的1,5-双官能团化合物有1,5-二酮、1,5-酮酸、1,5-酮酯以及1,5-二酸,这类化合物可以对两个中间键之一进行逆向切断。含有活泼氢的化合物(如乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯等)与α,β-不饱和羰基化合物进行的迈克尔(Michael)加成反应是构建该类分子骨架的重要反应。
2.5 1,6-双官能团化合物的切断
1,6-双官能团化合物的变换常使1,6位逆向连接得到环己烯或其衍生物,因此环己烯及其衍生物的氧化是制备1,6-双官能团化合物,尤其是1,6-二羰基化合物的常用反应,而环己烯及其衍生物可以由狄尔斯-阿德尔(Diels-Alder)反应得到。
综上所述,对于双官能团化合物的合成,根据两个官能团的位置关系,我们有不同的合成策略。若所要合成的目标分子含有两个以上的官能团,此时不同的官能团之间将有不同的位置关系,那么在进行逆合成切断时,总是本着最大程度简化目标分子的原则进行分析(例2)。
例2:合成目标分子
(TM 2)
逆合成分析如图4。
分析:在目标分子TM 2里,共有四个官能团:三个酯基,一个羰基,它们的位置关系有1,3-位,1,4-位和1,5-位。经过分析,首先考虑1,3-双官能团的切断,对应的正向反应是迪克曼酯缩合;得到的前体A再经过1,5-双官能团切断进一步简化得前体B,此步利用的反应是迈克尔加成;前体B经1,4-双官能团切断得最终的简单的原料,利用的反应是丙二酸二乙酯的活性亚甲基与α-溴代酯的反应。
有机分子骨架构建、官能团的引入和转换以及反应的立体化学控制是有机合成中的三个方面的任务,其中有机分子骨架的构建,通常是碳碳键的构建是最基础的有机合成工作。本文主要介绍利用目标分子中官能团及官能团之间的位置关系对有机化合物进行碳碳键的构建的逆合成策略,并总结了实现这些策略所需运用的基本有机反应。当然,学生要想熟练运用这些逆合成策略,除了需要熟练掌握基本有机反应外,还需要加强练习,在不断练习的基础上总结经验,最终做到“胸有成竹”。
参考文献
[1] 巨勇,赵国辉,席婵娟.有机合成化学与路线设计[M].清华大学出版社,2002.
单元教学设计是指在认真解读课标、深刻理解教材并考虑到考试评价的基础上,依据学生的知能实际和心理需求对一个完整的教学主题进行的多课时整合性一体化的教学设计,其关注的焦点在于通过对同一主题多角度、多层次、不同方式的学习,将“点”状态知识结构化组合,将碎片式能力贯通性培养,将散落的科学观念统摄型建构,其目标指向为促进学生多元整体性认知结构的形成。
“有机合成”作为单独的教学内容安排在选修教材《有机化学基础》(人教版)的第三章“烃的含氧衍生物”第四节,以有机物的合成为目标,复习各种官能团之间的相互转化,在基本有机反应的应用过程中,学习有机合成的方法和途径,理解有机化学的价值,促进结构观、联系观、转化观的形成,而在后续“合成有机高分子化合物”的教学内容中,教材又从合成方法和合成原理的角度作了进一步拓展和系统化,知识应用的深广度和问题解决过程中的思维要求进一步提高。学生面对的有机合成问题,通常包括基于分析性思维能力的合成方案的解析和基于创造性思维能力的合成方案的设计,从对化学科学的理解、信息素养、问题的探究与解决能力等学习和评价要素看,“有机合成”是有机化学知识的制高点和生长点,更是学生学习的难点和思维能力培养的绝佳素材,因此,将“有机合成”作为一个教学单元的主题是合理的,更是必要的。
1单元教学目标的设计
本单元的教学内容包括有机合成方案的解析与设计。从知识的精髓看,两者是一致的,都是有机物官能团的结构、性质、转化及其应用;从面临的问题看,合成方案的解析侧重于通过对已知方案中未知物质的分析、线路的评价和探究结果的表达,在方案的理解和体会过程中达成逆合成分析法的形成,而合成方案的设计,则是通过新合成方案的构造和反思优化,在逆合成分析法的应用过程中,促进学生综合思维能力的提升,两者对素养与能力的要求具有明显的递进性;再从问题解决的策略与过程看(见图1所示),两者具有较强的关联性和融合性。
依据以上分析,“有机合成”单元教学目标的设计为:以有机合成为主线,将有机化合物的结构、性质、转化等知识点串联起来,使之系统化;以合成方法原理和特点的分析为重点,在问题解决的过程中,感受有机合成的本质、价值,培养问题解决策略,提升问题解决的思维能力,形成正确的科学观念和价值观念。
本单元的设计教学时段为三课时,课时教学目标的预设为:第一课时,整理回顾各类官能团的结构特征,引导学生从化学键的断裂与形成的角度理解有机化学反应及有机物之间相互转化的本质;关注有机物碳架的构建和官能团引入方法;在简单问题的解决过程中,穿插问题解决基本策略的培养。第二课时,在熟练掌握各类有机物转化关系的基础上,通过对实际生产实验中的合成方案的分析评价,体会有机合成的含义,学会多种问题解决策略的应用。第二课时是将第一课时中掌握的系统化知识应用于实际问题的解决,由此形成的问题解决能力还将对综合性更强、开放度更大的有机合成方案的设计起到先行组织者的作用。第三课时,综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,完成对新物质或功能高分子化合物的合成方案设计;体验有机合成在生产、生活及高新技术领域的重要作用。
2 单元教学活动的设计
单元教学活动的设计包括单元学习主线的设计和课时学习活动的设计。
基于单元教学总体目标,本单元学习活动主线设计为:官能团与有机物的转化,在分析各种有机物官能团结构的基础上,理解有机物转化的本质,进而形成官能团转化的系统知识和基本策略合成方案解析,应用有机化学知识和问题解决策略,分析、评价真实背景下的实际合成方案合成方案设计,综合考虑各种因素,构造科学合理的合成方案。
基于课时教学目标服务于单元教学总体目标的原则,课时学习活动的设计既要保持单课时的独立性又要关注前后各课时之间教学目标的一体化达成、知识和能力的递进性和螺旋式上升,鉴于此,本单元课时学习活动设计如下:
第一课时,(1)回顾各类有机物的官能团,从化学键和基团之间的相互影响分析官能团对有机物化学特性的决定性作用,从旧键的断裂与新键的形成理解有机反应的本质。(2)以有机代表物间的相互转化将各类官能团的联系系统化。如要求学生以有机代表物为例,用方程式说明“醇醛酸酯一条线,乙烯联系一大片”的含义。(3)设计恰当“问题串”,在问题解决的过程中形成问题解决的基本策略。
[教学片断1]问题1:①环氧氯丙烷是制备树脂的主要原料,工业上有不同的合成路线,以下是其中的两条合成践线(有些反应未注明条件)。
(问题转化策略、正逆向递归策略)
2. ①当一取代苯继续发生取代反应时,新引进的取代基受到原取代基的影响而取代邻位、对位或间位。使新的取代基进入它的邻位、对位的取代基:-CH3、-NH2、-X;使新的取代基进入它的间位的取代基有:-COOH、-NO2等。
若将②、③两步反应顺序颠倒,也可以得到C,但实际上是不妥的。请你指出不妥之处_____。
②反应步骤BC的目的是什么?
(新信息介入策略、反思评价策略)
3.①多沙唑嗪盐酸盐是一种用于治疗高血压的药物。多沙唑嗪的合成路线如下:
EF的反应中还可能生成一种有机副产物,该副产物的结构简式为_____。由F制备多沙唑嗪的反应中要加入试剂X(C10H10N3O2Cl),X的结构简式为_______。
②合成有机高分子化合物的途径有哪些?
[师生交流]见图2所示。
(式型匹配策略、模型建构策略)
(4)学习反思,由官能团间的转化反应到新物质的获取策略进而引发对合成方案的关注。第一课时作为对已学知识的回顾整理,学生的学习活动更多地以内省式的独立思考、生生间的讨论交流为主要形式展开,教师主导问题的提出并作为问题讨论的首席参与者,融入学生的学习活动。
第二课时:提出核心任务,应用逆合成方法的原理解析有机合成方案。把第一课时获得的学习成果置于真实的问题情境中检验反馈、拓展应用。选取经残缺设置后的实际生产或实验中真实的合成方案作为课堂教学素材,引导学生解决问题、掌握方法:物质分析原料的正向推衍、产物的片断解析、新信息的合理插入、官能团的正逆向对接,直至全部合成线路的贯通并将分析结果运行检验。线路分析合成顺序的科学性、合成路径的简约性、目标产品的产率、环境保护等。准确表达按要求正确书写有机物结构简式、有机反应方程式、同分异构体、识别反应类型等。
[教学片断2]问题1:尼龙-66被广泛用于制造机械、汽车、化学与电气装置的零件,亦可制成薄膜用作包装材料,其合成路线如下图所示(中间产物E给出两条合成路线)。
完成下列填空:
(1)写出反应类型:反应②_________反应③_________。
(2)写出化合物D的结构简式:_________ 。
(3)写出一种与C互为同分异构体,且能发生银镜反应的化合物的结构简式:_________。
(4)写出反应①的化学方程式:_________。
(5)试评价中间产物E的两条合成路线___________________________。
(6)用化学方程式表示化合物B的另一种制备方法(原料任选):_________。
(知识应用,在分析、判断、比较和评价等过程中提高分析性思维能力)
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[交流]略
2. 以苯乙酮为原料的苯氧布洛芬钙合成路线如下,试回答下列问题:
信息一:氯化亚砜(SOCl2)可与醇发生反应,醇的羟基被氯原子取代而生成氯代烃。
信息二:已知:
(1)写出A_____,B_____,C_____,D_____,E_____,F_____的结构简式;
(2)写出苯乙酮的其他同分异构体(必须含有苯环和羰基)
(应用多种问题解决策略解析有机合成方案)
[交流](1)物质分析的策略与过程:见图3所示。
(2)同分异构体书写(见图4所示):
合成方案的解析是对第一课时知识和方法的拓展、组合型应用,而合成方案本身又是第三课时方案设计的范例,方案解析过程中形成的问题解决策略对第三课时学习活动具有内在的支撑价值,因此,本课时在全单元学习中具有承上启下的作用。本课时的学习活动形式主要为问题解决驱动下的小组合作、师生交流。
第三课时,教师发挥主导作用,根据学生实际设定问题的综合度,提出若干目标产物的合成方案设计任务,引导学生通过小组内交流合作、小组间比较优化、个体体验内化等学习活动,在问题解决的过程中提升思维品质。本课时以具有实际应用价值的目标产物的合成为问题背景,要求学生综合应用有机化学知识和各种问题解决策略,依据逆合成方法的原理,在联想创新中设计方案,在比较评价中优化方案。本课时的学习活动有利于学生进一步构建完善自己的知识网络和方法体系。
[教学片断3]问题1:香豆素( )
是一种用途广泛的香料,可用于配制香精及制造日用化妆品和香皂等。请用合成反应流程图表示出以
乙醇和邻羟基苯甲醛()合成香豆素的合成方案。
提示:①合成过程中无机试剂任选
本单元教学设计始终定位于以有机物之间官能团转化的知识为载体,通过合成方案的解析与设计,在问题解决过程中,培养问题解决策略,提升问题解决能力,所以,本单元设计了两类反馈检测题,一是对给定合成线路的解析,以考察学生对逆合成方法的理解水平;二是合成方案的构造,如“有机玻璃、涤纶的合成方案设计”,以考察学生对逆合成方法的应用水平。
3 单元教学设计的思考
单元教学主题的确定要突出“生本性”。课堂学习过程是师生和谐共创的心理能动过程,特别需要注重师生间的内在心理共鸣与外显教学共振的和谐统一。因此,一定要重视 “学情调研”,从学生实际出发,切实考虑学生当前已有的经验、思维方法和态度及心理需求(包括应对考试的需求), 把有利于学生基础知识的有效加强、认知结构的有效改良、分析问题解决问题等思维能力的有效培养,直至化学科学观念的有效形成,作为我们单元教学设计的出发点和追求目标。这就需要教师真正走近学生,通过作业与考试分析、学习过程观察、交流与访谈等,了解学生对学习内容的看法和自己对学习内容的想法,师生共同确定单元教学主题。
单元教学设计要落实整体性、发展性。一方面单元教学应服务于学科整体知识系统的理解、科学观念的形成和科学思维方法的培养;另一方面“单元”又是一个相对独立的教学单位,有一个相对完整的教学主题,其教学目标的确定、教学内容的整合和教学活动的安排自然具有整体性特征。单元内课时教学活动服务于单元教学目标的达成,各课时教学活动中知识学习与能力培养具有内在的联系性和发展性。如“有机合成”单元教学设计的整体性应落实在理解有机反应本质,将有机化学知识系统化,形成结构观、转化观、应用观,培养问题解决策略与问题解决的思维能力等教学目标的设定上;发展性则应落实在官能团转化知识、应用知识分析合成方案、应用知识设计合成方案的学习活动预设中。
参考文献:
1.1课程内容枯燥,无法激发学生的学习兴趣
精细合成课程的内容包括精细合成的基本理论及工艺学基础,精细有机合成单元反应的分类、主要反应机理,各单元反应的典型品种的合成工艺及基本精细有机物的合成方法,其中有大量的反应机理、合成方法的内容已经在有机化学课程中讲授过,在本课程中重新讲解无法激发学生的学习兴趣,容易引起学生的抵触情绪。
1.2传统的教学方法以教师传授知识为主,忽略了学生的主动性
在精细合成课程传统的教学过程中,以灌输式教学方法为主,教师传授知识,学生被动接受,不能够很好地发挥学生主动学习的积极性,同时对学生在解决实际问题能力的培养方面也有诸多不足。
1.3课程考核方式单一,不利于评价学生的综合素质
精细合成课程的考核还是采用一份试卷定成绩的传统模式,缺乏准确性和全面性。学生对于课程中讲授的有机合成反应机理和单元反应,虽然能在考试过程中给出正确答案,但是这并不意味着学生可以解决任何一个精细合成事例从研发到生产过程中出现的问题,因此采用一份试卷来评价学生对本课程的掌握程度是不合适的。
2CDIO工程教育模式在“精细合成”教学中的应用
为了解决传统教育模式下精细合成教学的不足,我们在借鉴其他高校教学经验的前提下,对精细合成课程教学进行改革,尝试在本课程的教学过程中引入CDIO工程教育模式,将企业产品生产全过程映射至高校人才培养的全过程,使学生在“构思-设计-实现-运作”有机结合的教学过程中开阔思维,激发创新能力,培养学生自学能力、发现和解决问题能力,从而完成整个教学过程。
2.1CDIO工程教育模式下精细合成课程的教学目标的改革
在CDIO教育模式下,精细合成课程教学目标由两部分组成,一个是技术目标,一个是CDIO能力培养目标。技术目标主要是学生在课程学习中需要掌握技术的具体要求,由以下5个方面组成:精细合成反应机理,精细合成单元反应,各单元反应的典型品种的合成工艺,基本的精细化合物合成方法,精细合成工艺学基础。CDIO能力培养目标包括培养学生的工程基础能力、个人能力、人际团队能力和工程系统能力,培养学生自学和解决问题以及产品研发的能力。改革后的教学目标可以更好的培养学生的综合素质和创新精神。
2.2CDIO工程教育模式下精细合成课程的教学过程改革
为了在整个教学过程中贯彻CDIO工程教育理念,首先由任课教师在课堂上讲授精细合成中的合成路线与反应机理,然后选择合适的精细化工产品做为生产目标,设计了五个CDIO项目,分别为十二烷基苯磺酸钠的合成项目、己二酸的制备项目、甲醇液相氧化羰基合成碳酸二甲酯项目、邻氯苯甲醚的合成项目、脂肪醇硫酸钠的合成项目,然后让学生分组实施,学生对目标进行分析研究,并设计实施方案,按照CDIO工程模式完成构思、设计、实现和运作的步骤,从而在实践中掌握教师在课堂上讲授的合成路线与反应机理,从而完成由实际化工产品反推学习理论知识、合成机理的过程。在教学中有一个综合练习项目,把环己醇氧化制己二酸做为CDIO项目载体,让学生分组设计合成路线,通过这个项目设计学生不仅可掌握包括氧化、还原、硝化、磺化、烷基化、酰基化、重氮化和偶合等常见单元反应的基本原理和影响因素,而且通过真实的实践操作任务掌握了单元反应的基本操作及尝试工艺的改进方法,最后以小组为单位进行PPT汇报,教师评定成绩。
2.3CDIO工程教育模式下精细合成课程考核方式改革
在教学过程中应用了CDIO工程教育模式后,我们同时也改变了仅凭一张试卷定成绩的考核模式,在课程教学的不同阶段,将不同的精细化工产品设计成目标产品,让学生按照CDIO工程模式完成从产品研发到生产的整个过程,然后由教师对学生设计的合成过程进行打分。总的说来,决定一个合成的质量好坏的主要是四个指标:(一)途径越简捷越好;(二)原料越便宜越好;(三)产率越高越好;(四)环境污染越小越好[5]。通过这四个指标的衡量就可以判断学生对合成反应机理、有机合成路线设计与技巧、经验的掌握程度和熟练程度,进而对学生成绩进行合理的评价。
3CDIO工程教育模式在“精细合成”教学中的教学效果
CDIO工程教育模式是一种注重能力培养的教育模式,改变了以往以知识传授为主的教学理念,突出了精细合成理论学习与工程实践的结合,对教学效果的促进作用体现在以下几个方面:1、培养了学生的个人能力与协同能力,尤其是项目组织、设计、开发和实施能力;2、培养了学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风。3、在课程中设计的丰富实践项目,改变了以往枯燥乏味的学习方法,开阔了学生思维,激发学生创新能力。4、提高了学生的工程意识与工程素养,适应当前社会对工程技术人才的需求。
4结束语
关键词:高二选修化学 区域性校际教研团队 创建 实施
文章编号:1008-0546(2013)05-073-02 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
一、高二选修化学区域性校际教研团队的创建
江苏省自2008年实行3+学业水平测试的高考方案以来,因为种种原因,南京市选修化学的考生锐减。以我区为例,全区共有高中校5所,自2008年以来,连续四年,高一分班后选修化学的学生全区只有5个班,到2012年甚至只有3个班。这种现象给我区高中化学教研带来的最大困难是,各校每个年级一般只有1名化学教师进行选修教学,不成其为备课组,也就无法开展备课组活动以及相关校本教研。现状虽如此,但我区每位化学教师心里都明白,在当今的教育情势下,不开展教学研究,不发挥集体智慧,单兵独斗的教学一定是有局限性的,也一定是缺乏生命力的。
从2008年9月起,在全区各高中校化学教研组长的一致要求下,我区化学学科就由教研员牵头,创建了高二选修化学区域性校际教研团队,至今已持续五届。之所以选择年级是高二而不是高三,是因为高考迫在眉睫,高三选修化学的市级教研活动已较多,而真正缺乏关注的是高二选修化学。
二、高二选修化学区域性校际教研团队的实施
1. 基本情况
2. 联合备课案例
2011~2012学年度第一学期开学初,本届高二选修化学区域性校际教研团队成立,并开展了第一次联合备课活动。活动内容摘要如下:
(1)各校基本情况交流
全区共5个化学班,来自4所高中;除1个班只有20人,其余4个班每班49~50人;除1个班一周4课时,其余4个班每周3.5课时。
(2)本学期教研安排
定期联合备课;定期互相观摩学习;开设区内研究课;资料共享。
(3)本学期考试安排
各校学进度,本学期期中、期末联合命题考试。
通过本次联合备课,教师们了解了各校的基本情况,确定了本学期高二选修化学区域性校际教研团队的具体活动安排,这也为各校高二选修化学教学计划的制定提供了参考。
3. 研究课案例
有机合成是江苏高考的必考题型,合成路线的设计尤其是难点,考生往往觉得无从下手。人教版教材选修5《有机化学基础》中,在学习各类有机物的性质、反应类型、相互转化的基础上,第三章第四节专门设置了《有机合成》内容。如何上好这一节,对于更好地掌握各类有机物的基础知识并使其网络化,对于初步学会设计合理的有机合成路线,都是至关重要的。2011年11月1日上午,1位青年教师面向全区高二选修化学教师开设了研究课《有机合成》。这节课以学生讨论和活动为主,教师予以适当点拨,师生、生生充分互动,教学思路清晰,教学效果很好。虽然听课教师仅有5人(含本区教研员),但每位教师都认真地参与课堂观摩,并于课后进行了一个小时左右的交流,重点研讨本节课的优点和改进建议。教师们一致认为这样的教研形式有效且高效,对自己的教学很有启发。
4. 联合命题考试案例
2009年7月初,我区高二选修化学首次进行了区内联合命题考试。先由1位教师负责命制试卷初稿,再利用教研活动时间,来自区内5所高中的5位教师对试卷初稿进行了研讨并最后修改定稿。因为此次区内联合命题考试是由教师自发组织的,所以每位教师负责和本校教务处协调统一考试时间。考试结束后,又由某高中牵头进行了区内联合阅卷并划分等级,使教师与学生对自己的教与学心中有数,及时补偿矫正,为高三复习打下坚实基础。
三、思考
在实施新课程的过程中,为了提升教师的专业水平,提高区域性各级各类学校的教学质量,校本教研作为学校常规的教研方式在稳步推进,我区也不例外。但是随着新课程的深入推进,目前由于学校管理水平,教师队伍的差异以及中高考升学压力等诸多因素的影响,基层学校开展校本教研实效性并不高。
区域性校际教研团队是指在在区域性教研、科研机构的指导和帮助下,为了解决学科教学问题与教师专业发展的需要,区域内不同学校之间有共同研究兴趣的教师,围绕共同关心的教学问题与主题,根据同质促进、异质互补的原则,构建起来的一种学科教研联合团体。区域性校际教研团队的创建与实施是对校本教研新模式的一种尝试与拓展,弥补了校本教研中专业引领不足的问题,使校际之间优势能够互补,校际之间的教研可以增强监督,校际教研合作形式更加多样化,激发了学校教研的积极性。
由于江苏高考政策的变动,近几年我区选修化学的学生大幅度减少,导致承担选修化学教学任务的教师人数锐减,相关校本教研无法正常、有效开展,因此区域性校际教研团队的指导、引领、研究、交流等积极作用凸显。高二选修化学区域性校际教研团队的创建与实施在我区已持续五届,教研形式高效,教研氛围热烈,既促进了高二选修化学的教学,又促进了高中化学教师的专业成长。随着教师们教研积极性的增长,我区某专家(特级教师、教授级高级教师)于2012年1月还建立了qq群,来满足教师们日常教学的研讨和交流需要。
而且,近几年我区大部分高中化学教师没有选修化学教学的机会,尤其是青年教师,可能工作以来从没有过选修化学教学的经验,对选修二~六的教材以及高考题等都很不熟悉。学校和教研部门如果不加强对高中化学青年教师专业成长的关注、指导和督促,青年教师个人如果没有主动学习、研究和储备的意识,几年下来,业务能力不进则退,将来即使有机会,也很难再胜任选修化学教学。基于这种现状和需要,也可由教研部门牵头,尝试创建高中化学青年教师区域性校际教研团队,提供学习研究平台,促进教师间交流互动,加强对青年教师业务成长的引领和督促。
许多院校在应用化学专业课程编排上往往重视“精细化学品”的学习,如表面活性剂、涂料、农药、助剂等,而忽视了众多精细化学品实际生产的工业技术是具有普遍规律性的。“精细化学品合成与技术”是一门综合性很强的专业课程,内容包含了精细化学品生产过程中应用的几个关键技术知识,即精细化学品生产的原料基础、化学合成(包括有机与高分子合成)、复配技术、剂型加工方法、商业化等方面的知识。该课程的主要目的让学生了解到一种精细化学品从原料到产品,甚至成为商品,这个过程中所要掌握的关键技术,更重要的是要学会如何将所学知识运用到实际的生产实践中。如果仅是教师讲授“灌输”式的传统教学方法,往往就会有“炒冷饭”之嫌,学生对于专业课学习的积极性及好奇心就无法激发出来,同时也违背了“精细化学品合成与技术”这门课程开设的初衷。近年来根据课程特点,采用新型的以“项目”驱动,利用多种互动式教学手段的教学方法,大大改善了教学效果,达到了课程的教学目标。
1 “项目”驱动的互动式教学模式的构建及实施
现代高等教育教学中,互动教学的方法有多种,但其核心就是在教学过程中积极营造教学双方多向互动的教学条件和坏境,通过教学双方围绕某一观点或问题进行平等交流、研究和探讨,激发学生的学习主动性和积极性,达到增强教学效果的目的[1]。近几年来,互动教学在专业课程上的运用也越来越多[2-5],方法种类很多,灵活多样,有问题探讨式、案例式、讨论式、自学指导式互动教学等方法,教师要根据自身的教学内容、教学目标、教学要求以及教学的对象的特点灵活运用。
“精细化学品合成与技术”的教学内容针对的是精细化学品生产制造过程中涉及的重要专业技术的传授,所以,针对课程教学内容的特点,采用分组讨论式互动教学方法,通过查阅资料,让学生选择一种自己感兴趣的精细化学品,并对这种精细化学产品生产制造方案做一个初具规模的设计项目,项目任务贯穿整个教学内容。
1)分组。以每组4~5人分成若干小组,推选一名组长,并在设计任务过程中每个环节各推选出一名主要负责人,组长负责组织讨论,负责人承担任务汇报工作。
2)教师的引导。根据各个章节教学重点和难点,首先对课程内容作概括论述,使学生对该部分有一个整体的了解,然后部署设计作业。由于设计作业需要一定的时间才能完成,在这段时间中,教师通过讲座的形式对该章节中涉及的设计技术的基础理论以及关键技术进行讲授,组织课堂讨论时间集体讨论小组实践过程中遇到的问题,找到解决方案,同时增加课后答疑时间,引导学生完成设计项目任务。
3)小组设计。学生在规定时间内查阅有关资料,并进行分析论证,将归纳好的设计最佳方案以报告的形式汇报完成情况,教师根据学生的实际状况进行提问、评价。
4)总结。在汇报活动结束后,教师对每个小组按汇报情况进行评分,然后就设计生产中的重点、难点做概括总结,对学生未涉及的部分进行补充。
2 “项目”驱动互动式教学模式在课程学习中的作用
近3年,将这种“项目”驱动的互动式教学模式运用在精细化学品合成与技术课程上,不仅在教学方法的运用和理解上有了新的认识,对于学生来说,更是受益匪浅。
教学主体更加明确,主体能动性进一步提高 在整个课程实施过程中,任课教师通过课堂讲授、实例解析等方法,使学生学会研究问题、解决问题的思路和方法,主要起引导作用。而对于学生来说,由于各个小组项目内容不同,小组成员承担的任务各有侧重,因此,以小组为核心的互动讨论,学生的自主学习更为重要,学生的主体性质突出。与此同时,项目任务以“兴趣”为前提,全面培养了学生的专业热情,进一步提高了学生探究问题的自主能动性。
教学任务针对性更强,注重实践与知识运用的能力培养 突破了传统的“教授”型教学模式,以任务驱动,教学目标明确,各个章节的教学要点针对性更强,注重理论知识运用于实践的作用。比如,在精细化学品“有机合成基础”的章节中,教学的目标不仅仅局限在有机合成的机理及合成方法,而是强调有机合成路线及工艺的匹配和选择。学生在产品设计中,对其主成分进行合成时,通过查找资料,注重合成工艺路线的论证,强调了有机合成理论与实际生产之间的联系与区别,既做到了知识运用能力的培养,同时又对实际生产的工艺设计有了更深的体会。可见,“项目”驱动的教学模式符合应用型人才的培养目标,有利于提高学生的专业技能和创新能力。
综合互动性强,培养学生团结合作精神 虽说课程内容以章节划分,但各章内容又相互联系,正是教学内容的相互依存特性,使得学生在项目设计中,虽各司其职,又需互相协助,只有配合得当,项目完成质量才有保障。所以,采用这种互动形式的锻炼,在注重师生交流的同时,学生之间的交流更主动,充分体现团队的作用力量。
主题报告模式提高学生的综述能力和科学论证能力 通过大量资料的查找,学生需根据项目的“任务”要求制作成电子幻灯片并进行课堂汇报。在执行过程中,学生需将查找的资料进行有效的整理和归纳,不仅如此,学生还需具有一定的判定和决策能力,在“海量”的数据和资料中找出符合国情、适合市场发展需求的设计方案。在汇报过程中要做到理论清晰,重点突出。经过多次阶段性锻炼,学生的胆量、表达的能力、总结归纳的能力和对实际问题科学论证的能力都有了显著的提高。
3 任务驱动的互动教学模式在工科专业课运用的意义
对于以“一条线”形式贯穿整个教学内容的一些工科专业课程来说,以“项目”形式驱动整个教学内容,并采用多种互动的教学方法,不仅摆脱了传统工科专业课程繁冗枯燥的教学模式,使教学内容和形式更为生动,而且这种“项目”任务模式也使课程的教学目标更明确,更好地体现了教学内容的整体性。同时,采用多种互动教学方式,使学生成为课堂的主体,利用“兴趣”调动学生的专业课学习兴趣,通过“实践”理解理论知识在实际生产中的重要作用与差异,有利于培养学生获取信息、归纳整理信息、科学判别的能力,有利于培养学生创新、竞争和团队合作意识。互动式教学对于教师也提出更高的要求,不仅要求掌握相关课程的专业理论知识和技术,而且需要更广阔的专业知识面才能帮助学生解决“实践”中遇到的问题。所以,这种任务驱动整个教学内容的互动式教学方法,可以将教、学相长,大大改善专业课的教学效果,全面提高教学质量。
参考文献
[1]王开华,唐景山,蔡跃明,等.院校课堂教学互动问题分析及对策[J].理工大学学报,2010(4):
67-70.
[2]谭金华,龚晓燕.工程类专业课互动式教学模式的研究与实践[J].科教导刊,2012(9):27-28.