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赵广宇,成都石室中学教学处副主任,四川省中学生物特级老师,四川省学术和技术带头人,四川师范大学硕士生导师,西华师范大学硕士生导师。
实验题型是各地高考中的必考题型,它考查了学生的实验设计能力、实验操作能力、科学探究能力,还考查了学生的逻辑思维能力、理解能力、分析综合能力、知识的应用能力和表达能力,这体现出高考对学生实验能力和探究能力的要求,是对学生综合能力的考查。同时,生物学科作为一门实验学科,其研究思想、研究方法、研究原则也往往体现在实验研究之中,对生物实验的考查也就包含对生物学研究、生物学实验的思想、方法、原则的考查。
一、实验考题的类型
实验类的题型比较多,从不同的角度可以分成不同的类型。下面着重从考查内容和要素分析考查操作技能类和探究能力类的试题特点。
1.操作技能类
操作技能类试题主要是考查教材实验的实验原理、操作方法、注意事项、实验结果、实验结论等,或者是考查学生运用教材实验的操作方法完成新的实验。操作技能类试题是选择题的主要命题内容,同时,也是考查新课程选修一相关实验的重要形式。
【例1】(2012年安徽卷第1题)某同学以新鲜洋葱鳞片叶内表皮为材料,经不同处理和染色体剂染色,用高倍显微镜观察。下列描述正确的是
A.经吡罗红甲基绿染色,可观察到红色的细胞核
B.经吡罗红甲基绿染色,可观察到绿色的细胞质
C.经健那绿染色,可观察到蓝绿色颗粒状的线粒体
D.经苏丹Ⅲ染色,可观察到橘黄色颗粒状的蛋白质
【解析】典型的选择题考查实验操作技能。考查的知识内容是必修一中的教材实验,知识属于识记水平,技能属于操作水平。第一是考查染色方法,第二是考查染色结果及能否观察到,且二者的因果关系是否正确。
2.探究能力类
这是高考实验类型试题的主要考查方式,包括原理分析类、实验设计类、实验评价类、实验结果分析与处理类等。当然,许多高考题往往是上述类型的组合类,综合考查学生的实验探究能力。
(1)原理解析类
实验原理通常包括实验的生物学原理和操作原理,实验的生物学原理是指该实验所依据的相关生物学知识与规律、原理等;而操作原理则是指实验过程中,其涉及的具体操作方法、步骤依据的生物学、化学等相关原理。以及实验研究的基本原则和方法等。
此类试题通常是以某一生物学实验为题材,题目给出实验步骤、实验现象或实验结果,要求学生对实验原理进行解析,并在此基础上解决有关问题,以考查学生的观察能力、逻辑思维能力及分析、解决问题能力。
【例2】(2012年江苏卷第15题)下列关于“观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂”的叙述,错误的是
A.解离和压片都有利于根尖分生区细胞分散
B.先用低倍镜找到分生区细胞,再换用高倍镜观察
C.显微镜下绝大多数细胞中能观察到染色体
D.探究有丝分裂日周期性可为实验取材时机提供依据
【解析】该题考查的是教材实验的操作方法与操作原理,以及实验研究过程中运用到的生物学基本原理。其中,A选项考查操作方法的目的,B选项直接考查操作方法:C、D选项则考查有丝分裂过程中的规律性变化。
【例2】(2012年福建卷第26题)回答下列问题:大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中的蛋白酶的活性进行研究。
(1)查询资料得知,18℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是_____。
(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15~18℃之间,学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在15~18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。
①.探究试验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是______,可用_______试剂鉴定。
②.胃蛋白酶实验组合、幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在______。
③.为了控制试验温度,装有酶和底物的试管应置于______中以保持恒温。单位时间内_______可以表示蛋白酶催化效率高低。
④实验结果如图2,据此能否确认该假设成立?_____。理由是:______。
【解析】此题是综合类考题,重点是应用教材实验的基本原理,解决新问题,属于考查教材实验拓展类的操作原理。从知识角度,本题主要考查酶的本质、检测和影响酶活性的因素等相关的基础知识。从能力考查角度看,主要考查探究性实验设计的基本原理、基本原则、基本程序,对实验结果的分析和实验结论的获得,包括探究实验中无关变量的处理、因变量的观测、曲线的分析等。重在考查学生分析问题的能力,这对学生分析问题的能力和生物学实验探究能力有较高的要求。
(2)实验设计类
要求学生根据实验的目的和原理,选择实验器材,安排实验步骤,设计数据处理的方法及分析实验现象,最后得出实验结论。重在考查学生的综合知识和创新能力,考生需要运用多种理论知识,结合实验操作的实践经验,做出科学、合理的实验设计方案。这种试题包括完全设计类和补充设计类,现在高考试题中大多是补充设计类。
【例3】(2012年北京卷第29题)为研究细胞分裂素的生理作用,研究者将菜豆幼苗制成的插条插入蒸馏水中(图1),对插条的处理方法及结果见图2。
(1)细胞分裂素是一种植物激素。它是由植物体的特定部位______,再被运输到作用部位,对生长发育起______作用的______有机物。
(2)制备插条时除去根系和幼芽的主要目的是______。插条插在蒸馏水中而不是营养液中培养的原因是______。
(3)从图2中可知,对插条进行的实验处理包括______。
(4)在实验I中,对A叶进行实验处理,导致B叶_____。该实验的对照处理是_____。
(5)实验Ⅲ、Ⅳ的结果表明,B叶的生长与A叶的关系是:____。
(6)研究者推测“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”。为证明此推测,用图1所示插条去除B叶后进行实验,实验组应选择的操作最少包括______(填选项前的符号)。
a.用细胞分裂素溶液涂抹A1叶
b.用细胞分裂素溶液涂抹A2叶
c.用14C-淀粉溶液涂抹A1叶
d.用14C-淀粉溶液涂抹A2叶
e.用14C-氨基酸溶液涂抹A2叶
f.用14C-细胞分裂素溶液涂抹A2叶
g.检测A1叶的放射性强度
【解析】该题是综合性实验试题,涉及到对基础知识、实验原理、实验研究的基本原则、实验结果分析、实验补充设计等多个方面。从知识角度看,考查植物激素的概念等识记层次的知识。从探究能力角度看,分别考查了实验设计的基本原理和基本原则(包括设计对照实验的目的,遵循单一变量原则,控制无关变量的等);实验设计的能力,主要是实验的具体操作方法:实验结果的分析能力,及得出实验结论。
(3)实验评价类
对已有实验方案的评价,是要求学生在掌握实验研究的基本思想、实验设计的基本原则和方法的基础上,依据实验的基本原理以及相关操作的基本原理,对相关设计或操作方法的正确性做出判断,并在此基础上,寻找解决问题的最佳方法。这是在考查学生对实验设计严密性和科学性等方面理解的基础上,重点考查学生的实验探究能力、综合运用能力。
解答此类题型,首先要了解实验目的,其次要根据实验原理、实验方法和实际操作去判断题干给出的实验设计正确与否,最后对实验设计做出评价,并设计周期的实验方法和步骤。
【例4】(2012年全国大纲卷第33题)某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响,设计了如下实验步骤:
①在A、B、C、D、E5支使观众分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5ml,再分别加入质量分数为1%的淀粉液1ml。
②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1ml,摇匀。
③将5支试管放入70℃恒温水浴中,保温时间相同且合适。
④取出各试管,分别加入斐林试剂2ml,摇匀。
⑤观察各试管溶液的颜色,通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。
上述实验步骤中有2处错误,请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数),以便实验能得到正确的预期结果。
(1)____________________________________。
(2)____________________________________。
【解析】这是一道简单的实验评价题,运用基本的生物学原理,以及实验操作中涉及的化学原理,进行分析,找出设计中的错误并加以改正。唾液淀粉酶的最适温度为37℃,70℃的高温使酶失去活性,干扰了pH对人唾液淀粉酶活性的影响,而斐林试剂应在沸水浴中参与反应。
(4)结果分析类
要求考生根据题目所设条件,整理实验数据、分析实验结果、验证预期性假设、得出实验结论等。可以考查学生掌握和运用各种科学方法的程度;考查学生运用文字、图表、数学等表达方式描述生物学内容的能力;考查学生运用所学知识与观点,通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理,做出合理的判断或得出正确结论的能力。这是目前实验题型的重点考查方式,大多数试题都会包含对实验结果的分析,尤其是与数学模型的分析结合在一起。
【例5】(2012年全国课标卷第29题)将玉米种子置于25℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发,每天定时取相同数量的萌发种子,一半直接烘干称重,另一半切取胚乳烘干称重,计算每粒的平均干重,结果如图所示,若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳,据图回答下列问题。
(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成_____,通过_______作用为种子萌发提供能量。
(2)萌发过程中在_______小时之间种子的呼吸速率最大,在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为_______mg。
(3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质,其最大转化速率为______mg・粒-1・d-1。
(4)若保持实验条件不变,120小时后萌发种子的干重变化趋势是__________,原因是_____。
【解析】本题是典型的实验结果分析类试题。题目以种子萌发为载体,从知识角度看,考查学生对植物细胞呼吸速率及测定、多糖的水解、有机物之间相互转化等基础知识的理解。从能力角度看,重点考查了学生分析数据坐标曲线,得出实验结论的能力。
二、实验:类试题的特点
1.分散与集中相结合
在全国各地的高考试题中,对实验与探究能力的考查,不再是仅仅局限在单纯的实验题中了,在其他类型的试题都会涉及对实验方法、实验原则、实验分析等问题的考查。实际上就是在生物试题中,充分考查学生对生物学研究的思想与方法。因此,整套生物高考试题,除了有一道特定的实验试题外,其他试题也会从不同的角度,考查实验与探究能力。
2.覆盖面广、题量增大
在多数省份新课标理综试卷的高考试题中,生物学科所占分值有所增加。因此,试题量往往增大,或是一个选择题和一个非选择题,亦或是两个非选择题中都涉及实验考查。同时,知识载体多样化,几乎全部高中生物学中涉及到的知识版块都可以成为实验考查的内容。
3.形式多样化、能力考查全面化
由于考查内容的多样化,导致考查形式复杂化,对实验与探究能力要求的全面化。其中,考查实验操作技能的试题及分值,比重加大,尤其是在考查选修一有关内容时,几乎都会考查相关实验的操作技能,这实际上是起着导向的作用。
三、实验专题复习策略
实验内容的复习,可以分成单元系统复习阶段和专题复习阶段,也可以将二者有机结合起来,但专题复习阶段应该成为实验复习的重点。
1.对教材实验进行重组和拓展,培养和提高发散思维能力和创新能力
教材实验应该是实验复习的基础,是单元复习的主要目标。教材中所包含的实验原理、思想和方法是学生在新情景下设计实验的基础。通过教材中常规实验的复习,可以使学生掌握生物学实验的基本设计思想及分析方法,为学生的实验设计提供依据和模仿的基本框架,将已有的知识、方法进行合理的迁移,做到举一反三和创新设计。
因此,在单元复习阶段,学生要初步掌握教材实验的基本原理、操作方法、操作步骤、注意事项、以及相关的实验结果和实验现象,理解和领会教材中相关生物学史中蕴涵的生物学思想、生物学研究的方法和原则等。
而在实验专题复习阶段,学生要在单元复习的基础上,展开对实验研究的思想、实验探究的一般原理和原则等理论知识的系统理解。可以通过教材中有关生物学史内容中的经典实验、教材中学生实验(考纲要求的内容)、高考题以及练习题涉及的实验等等,通过加强科学方法的培养和训练,提高实验操作能力和实验设计能力。
这样,学生会掌握科学实验的基本方法:根据实验目的做出预期性假设、选择实验材料、控制实验条件、设计实验过程、设置对照、完成实验操作和观察、整理实验数据、分析实验结果、验证预期性假设、得出实验结论等。学生在加深对知识理解的同时,还要培养观察能力、思维能力、实验能力以及初步的研究能力和创造能力。
2.进行实验设计理论的学习和专题训练,培养实验研究的思想方法,提高对实验题型的解题能力
实验设计的理论知识是贯穿在教材的科学史、演示实验和学生实验之中的,由于没有系统地归纳、总结和升华,导致学生在完成创新类型的实验题目时显得较为困难。因此,在实验专题中,学生要对实验设计理论知识进行系统的掌握,包括课题选择的原则、如何作出假设、实验的一般原理、实验材料和实验仪器选用的原则和方法、实验方法设计的原则和规律(包括应遵循的生物和化学原理的一些注意事项)、获得实验现象的手段和方法、实验数据的收集与处理的方法与原则、实验结果的分析等。这样,学生便能掌握实验设计的一般原则和方法,为完成实验类型题目奠定了基础。
学生要通过老师精选的典型实验个案,引导自己学习生物学实验理论,掌握一些基本的生物学实验原理知识,例如关于变量的控制、实验设计应遵循的原则、对照实验的作用与类型、实验设计的基本方法与步骤、科学探究的一般步骤等等,帮助自己形成科学的实验思维,从而提高高考中的实验解题能力。
1.基本框架。
通过对滁州市及周边地区化工行业的深入探索和市场广泛调研,以区域产业发展对人才的需求为依据,我院应用化工技术专业分设为化学检验、化工生产技术、化工仪表自动化和精细化工生产技术等多个方向,其专业核心课程的选择与设置即与此相衔接。其中,《工业分析技术》课程旨在加强专业基础,配套的分析检验专业实验旨在强调实验技能的提高;《流体输送与传热》和《传质与分离技术》课程(原《化工原理》)强调化工基本原理的分析和化工单元操作技能的培养;《化工仪表及自动化》课程突出化工仪表及化工自动控制系统在化工生产中的主导地位;《化工工艺》课程旨在拓展专业适应面,重在工艺过程的分析与工艺参数的整定;《精细化工生产技术》课程以典型精细化学品的生产过程为重点,保留鲜明的化工行业特色。
2.基本关系。
《工业分析技术》是基础,《流体输送与传热》是强化,《传质与分离技术》是提高,《化工仪表及自动化》是主导,《化工工艺》是细化,《精细化工生产技术》是深入。以此为前提,在制定2013级应用化工技术专业人才培养方案的过程中,结合人才培养目标,突显了核心课程的专业地位;综合课程之间的衔接关系,优化与整合了课程体系;考虑课程之间的先后排序,新构了配套的实践教学条件。
二、核心课程建设与改革
1.工业分析技术。
《工业分析技术》是分析化学在工业生产上的具体应用,与新时期“双证书”教育这一新的“双证融通”的高职教育模式相对接,[4]与“化学检验工”职业资格证书考试相衔接,其对化学综合知识(包括无机化学、分析化学和有机化学)的整体应用能力有一定的要求。在第一、二学期已开设过《基础化学》和《基础化学实验》(包含《无机化学》、《无机化学》和《分析化学》)的前提下,适当加大了实践学时所占的比例,使得实践与理论学时的比例达到2∶1,不断强化学生分析检验技能的训练与提高;同时,在学生熟练掌握相关操作技能的基础上,还加强了学生专业基础知识的积累,培养学生从实验现象和教学过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力,亦即让学生不仅“知其然”,更要“知其所以然”。
2.流体输送与传热。
《流体输送与传热》与《传质与分离技术》本身就是原《化工原理》课程的优化与整合,原《化工原理》课程教学推导过程繁琐,理论性过强,工程实例不足,经过核心课程建设与改革之后,整合后的这两门课程均采用了“项目化”的教学模式。通过教学模式、教学内容和教学体系的优化,将原《化工原理》中课堂授课部分和实验部分整合为理实一体化的项目化教学,同时,增加了化工仿真实训,并将原课程设计部分有机地融入其中,用以模拟实际工业生产过程,实现低成本、高效率地引领学生进入生产性实习的环节。《流体输送与传热》在《物理化学》、《化工制图》和《化工机械基础》等前续课程的基础上,开设在第三学期,按照项目化教学的需要,其理论与实践学时的比例控制在1∶1左右,理论学时稍多,以便学生在接触本课程之初,充分掌握必要的化工基本原理和主要单元操作典型设备的构造与操作原理等知识。
3.传质与分离技术。
《传质与分离技术》作为原《化工原理》的下半部分,紧随《流体输送与传热》课程之后,开设在第四学期,以“简单化”(讲清基本原理、避开繁琐的数学推导,简化教学过程)和“具体化”(通过具体工程实例,将基本原理与实际应用有效关联,并与其他核心课程有机融合)为根本宗旨,理论知识以“必需、够用”为原则,[5]强调技能的训练,因此,其理论与实践学时的比例控制在1∶2左右,实践学时稍多,充分体现“工学结合”、“教、学、做”一体化的项目化教学原则。通过理实一体化的项目化教学,强调理论与实践的有机结合,培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力。
4.化工仪表及自动化。
《化工仪表及自动化》是应用化工技术专业一门应用性、实践性很强的核心课程,也是核心课程群中教学内容整合最大的一门课程。过去以纯理论教学为主的教学方式,与职业院校技能大赛严重脱节,理论讲解抽象,学生学习被动,动手能力较差。通过基于“工作过程系统化”的课程体系改革后,实施“任务驱动、项目导向”的教学做一体的项目化教学模式,以工作任务为中心,以实践行为为导向,根据职业岗位和职业能力培养的需要,改革课程教学内容,组织实施教学,施行以过程性考核为主的综合考评方法。通过与全国职业院校技能大赛“化工仪表自动化”赛项对接的CS2000型过程控制系统设备的全面投入使用,对典型化工生产过程自动控制系统进行选择与整合,通过对过程控制系统的操作与参数整定,培养学生的专业能力、职业核心能力和社会能力。
5.化工工艺。
《化工工艺》作为应用化工技术专业课程群中的一门核心课程,与其他多门核心课程存在明显的交叉和互通之处,亟须进一步互相优化与整合。其理论知识部分优化的方向在于:通过与《化工仪表及自动化》等专业核心课程的知识对接,精简理论知识点,针对典型化工生产过程,重点分析其工艺流程,培养学生分析问题的能力。在此基础之上,结合化工工艺仿真软件,细化与整合实践内容,通过对典型工艺过程的分析与工艺参数的整定,加深学生对“工艺流程”的充分认识和理解,拓展学生的专业适应面,培养学生的工程实践能力、创新能力及全面分析工程实际问题的能力。
6.精细化工生产技术。
《精细化工生产技术》作为高职应用化工技术专业的一门核心课程,其行业特色鲜明,内容繁杂,知识面宽,要求学生掌握典型精细化学品生产必备的基本知识和操作技能;同时,对化工生产设备、化工单元操作、化工工艺流程等知识点又有较高的要求。为此,本课程在实施的过程中,还需要《基础化学》、《化工机械基础》和《化学反应过程与设备》等相关课程的配套与支撑。通过这些课程之间的优化与整合,以市场需求为导向,以专业技术应用能力培养为主线,与全国职业院校技能大赛“化工生产技术”赛项对接,在教学过程中通过以典型精细化学品的生产过程为任务引导学生,通过项目引导、任务驱动、工作过程系统化的课程设计和教学模式,充分发挥学生的主动性,培养学生的创新意识,激发学生对专业学习的兴趣,同时通过开放精细化工实训室,充分调动学生的学习积极性,进一步培养学生的动手能力和创造能力,教学效果显著提高。
三、配套措施
为了更好地实践与推行核心课程建设与改革,依托中央财政特色专业建设项目,在省级示范实验实训中心的基础上,本着贴近生产、淡化理论重实践、绿色环保低碳的建设理念,配套新建了化工仿真实训室和精馏实训室。
1.配套的实践教学条件。
通过化工仿真实训室的建设,满足了大型分析仪器仿真实训、化工单元操作仿真实训、化工工艺仿真实训、化工自动化基本控制单元仿真实训,以及化学检验工、化工总控工、化工仪表自动化等技能大赛仿真操作的要求,极大地丰富了本专业的实训项目和实训内容。
2.对接职业资格和职业技能大赛。
通过与“化工总控工”职业资格证书考试和全国职业院校技能大赛“化工生产技术”赛项的对接,新建了精馏实训室,引进了全套新型精馏操作实训装置。该装置是化工单元操作实训最接近化工生产的理想设备,不仅满足了学生技能训练的需要,即可实现流体流动、流体输送和精馏单元操作的实训任务,同时也可用于化工总控工职业资格考试(实践部分),服务于职业技能大赛,亦可对企业员工进行岗前培训之用。
四、改革成效
1.加强课程整合,优化课程体系。
在专业核心课程群构建的基本原则和基本框架下,通过核心课程,以及相互之间的优化与整合,突显了核心课程的专业地位,衔接了课程之间的关系,优化了课程体系。
2.创新课程内容,改革教学模式。
在教学内容体系设计上,秉承“简单化”、“具体化”的宗旨,淡化理论重实践,以国家职业技能标准要求为依据,创新与完善课程内容,构建以“项目引导、任务驱动”为一体的项目化教学模式,体现工学结合的工作过程系统化和工学交替的教学做一体,形成“实训环境职场化,教师学生角色化,实训内容工作过程化,专业技能培养递进化,实现教学做一体化”的“五化”教学模式,提高了教学质量。
3.改进教学组织方式,强化工程意识。
在教学组织方式上,采取“三个相结合”,即理论与实际相结合、课堂教学与实验实训教学相结合、常规课堂教学与现代教育技术相结合的方式。同时,还采用了包括参观企业、企业调研、工厂见习、案例教学、策划方案、开展实训、开放实验室、小组讨论、专业讲座等多种形式作为补充,强化了学生的工程意识。
4.培养职业素质,拓宽就业面。
1.绿色化学的涵义
绿色化学,顾名思义,就是对环境无害的化学,也通常被称为无公害化学.从环境保护的角度说,绿色化学可以定义为利用化学相关知识,减少或者消除对人体、环境有害的物质,达到化学无公害化.有关学者提出了原子利用率理论,本质含义就是尽量做到把每一个原子都充分利用,做到真正的百分百利用.随着科技的发展,绿色化学成为了一门交叉学科,不仅涉及化学工艺学,而且还可能涉及机械、化工、电子、自控等多个学科门类.随着世界各国积极倡导绿色化学,大力扶持相关产业,也使绿色化学成为一门朝阳产业.
2.绿色化学的核心内容
通过对上文中绿色化学的多角度定义可以得知,绿色化学的核心是绿色,绿色当然是一个替代词.绿色化学的理念基础就是我们通常所说的5R原则,所谓5R原则来源就是五个绿色化学关键词的英文首字母,具体为减量(含义为尽量减少相关污染物的排放)、循环使用(对涉及的原材料循环使用,达到高利用率)、回收(对相应的污染物进行回收处理,做到不浪费一点资源)、再生(再生的含义就是尽量使用可以再生的资源,在原料的选择上下功夫,以利于环境保护)、拒用(拒用的含义就是拒绝使用有害物质,积极研发替代品).通过对5R原则的介绍,我们知道,绿色化学的核心理念就是节约资源,保护环境.
二、化学教学中引入绿色化学的必要性
1.绿色化学与中学化学教育
化学教育是中学生必修的一门科学基础课,也是我国实施科教兴国战略的重要组成部分,对于培养高素质人才至关重要.在中学阶段,化学课程的主要任务就是普及化学知识,激发学生的兴趣.中学阶段的化学课程处于启蒙阶段,所以在学生启蒙阶段积极培养学生的绿色化学观念十分重要,对于实现可持续发展也有一定的教育作用.
2.在中学化学中如何引入绿色化学
熟悉中学化学教材的人都知道,在教材的相关章节中提到了绿色化学的重要性,为了从感官上培养学生的绿色化学观念.如在制备有毒气体时,我们一般的常识是在通风橱中进行,现在结合现有的实验设备,为了提高反应效率,可以在完全密封的环境下进行反应,这样既可以获得较高的反应效率,又可以做到有毒气体零排放,通过有毒气体的制取实验,也可以引入绿色化学概念,提高学生的绿色化学修养.
三、实验教学中渗透绿色化学理念
1.培养学生绿色化学意识
查阅相关资料得知,我国中学生在绿色化学素养培养方面普遍较差,为了改变这一现状,积极倡导绿色化学观念,必须在化学教学与实验中培养学生的绿色化学素养.我国化学教育现状是重视学生的理论成绩,不重视学生的综合素质培养,特别是绿色化学理念的培养,在这种背景下,教师要承担起绿色化学理念传播者的重任,以身作则,在化学实验中积极倡导并身体力行绿色化学理念,积极响应国家可持续发展号召,以5R原则为指导原则(5R原则即减量、循环、回收、再生、拒用)来培养学生的绿色化学理念.也可以作为实验准则,解决教学实验中容易出现的浪费和污染环境的系列问题,相关教学单位,可以考虑把5R原则作为实验室守则予以公布,真正发挥5R原则的作用,切实让学生知道绿色化学的重要性.
2.应用绿色化学原理,改进化学实验设计
在5R原则的指导下,以绿色化学理念的培养为契机,积极应用绿色化学原理,改进中学化学实验设计,真正做到绿色化学在理念上深入人心,在实际行动上做到实处,结合当今中学实验室实际,本文详细介绍如何利用绿色化学原理,对现在的中学化学实验进行彻底改造,为了脉络清晰,本文从以下几个方面介绍:
(1)积极探索新方法
化学是一门奇妙的学科,方法多样性是其主要特点,化学反应不是固定的,其反应效率和反应速度可能因为环境温度、反应物浓度或者催化剂的不同而有天壤之别,有的反应自然反应极慢,但是加入相应催化剂后可以上百倍的增加反应速度,基于这个原理,我们在设计化学实验时,一定多探索,积极开发新的催化剂,尽量使反应发生的快而彻底,减少废弃物的产生,从源头上践行绿色化学理念.
(2)实验的器具多样性
随着科技发展,化学器具更新很快,在这种背景下,我们要把绿色化学理念融入到化学仪器的设计生产中,结合中学化学实验室实际,我们在进行相关实验时,既可以利用常规仪器,也可以利用高科技的微型器具,也可以我们自制实验器具,在实验过程中要充分考虑绿色化学理念,积极探索适合绿色化学的新器具,比如,在浓硫酸与金属铜反应制备硫酸铜的反应中,中学实验室提供的常规仪器太大,容易造成浪费,在这种背景下,我们可以利用微型实验仪器,这样既满足了实验要求,又大大节省了反应原料,充分体现了绿色化学的相关理念,可以对学生达到良好的教育作用.
(3)实验场地和环境多样性
通过查阅相关资料得知,中学化学实验一般不具有很大的危险性,所以有时候试验场地不仅仅只局限于实验室,比如在做pH测试实验时,一般实验室会提供多种酸或者碱性物质以备检测,但是这样会浪费大量的实验原料,为了积极践行绿色化学理念,教师可以把学生实验室放在野外,学生采集相关标本,研磨成汁,再用相关试剂测试物质的酸碱性或者具体的pH,这样既可以节省实验材料,又可以给学生主动性.因为,实验室的物质已经知道酸碱性,所以学生做的只是验证实验,而上述新方法,由于不知道所采集标本的酸碱性,所以这就成了探索性实验,大大唤起了学生的积极性,也十分符合绿色化学的理念.
3.药品利用绿色化
药品利用绿色化也是绿色化学理念的重要方面,药品利用绿色化就是在化学实验时,要节约药品,合理使用药品,对于价格昂贵的药品,还要积极探索替代品,以节约珍贵的资源,从药品利用层面上践行绿色化学理念.
四、化学教学中渗透绿色化学教育理念的行动研究
1.充分挖掘教材中的绿色化学资源
现在的中学化学教材都十分重视绿色化学理念,在课本中都随处可见绿色化学理念,通过实际阅读中学化学课本,教材中的绿色化学理念主要体现在以下几点:
(1)节省资源作为主体.在中学化学课本中,以节约资源作为整本书的理念支撑,例如在氯碱工业中采取了循环操作,体现了绿色化学中节省资源能源的基本原理.
(2)在设计中学生化学实验时,把绿色化学理念贯穿其中,在设计实验结构图时,尾气处理必不可少.
“绿色化学”是以绿色意识(生态环境意识)为指导,研究和设计没有(或尽可能少)环境副作用,在技术上和经济上可行的化学过程,又叫环境友好化学。“化学实验绿色化”即化学实验洁净化。化学实验绿色化就是将绿色化学的基本原理和理念应用于化学实验中去的一项技术,是一个在传统化学实验基础上的创新过程。
二、中学化学实验绿色设计理念的意义
(一)中学化学实验绿色设计理念有利于保护自然环境
在中学化学实验教学中所使用的化学试剂中有不少是有毒有害的,很多学校在实验后将这些废弃物直接排放到下水道或空气中,没有做任何处理,势必会对环境造成很大的污染。而我国目前也没有化学实验废弃物处理和排放标准,不利于治理和监督。中学化学实验绿色设计理念的将从源头上降低化学试剂的使用率和污染物的排放量,对废弃物进行有效的处理,保护生态环境。
(二)中学化学实验绿色设计理念能够保障学生的生命安全
长期的化学实验,化学事故是很难避免,时有发生,严重威胁着学生的生命安全。很多时候学生由于对化学试剂不了解,操作不当,发生事故。而在实验后教师没有及时的回收化学试剂,学生将其带出,恶作剧或者由于好奇心将其与其他东西进行混合,发生悲剧。想从源头上化学实验的危害性,还需要采取绿色化学理念,在化学设计过程中充分考虑到它的危害性,采取有效的措施进行预防。
(三)中学化学实验绿色设计理念符合素质教育的要求
实验是人们认识世界的重要活动之一,是进行科学研究的先决条件。素质教育提倡培养学生的实践操作能力和创新精神,而实验正是培养学生创新能力和实践能力的重要环节。随着高考制度的改革和教育观念的改变,人们的对中学化学实验的要求更注重全面的开发学生的潜能,培养他们的科学素养。中学化学实验绿色理念不仅能够加强学生的环境保护意识,还能教给学生防治污染和处理污染物的有效方式。
三、中学化学实验绿色理念建设的具体措施
(一)教师先要树立中学化学实验绿色理念
教师作为教学过程中的主导者,首先要树立中学化学实验绿色理念,给学生树立榜样,以身作则,在实践过程中帮助学生建立中学化学实验绿色理念,增强他们保护环境的意识。在进行之前将所有的注意事项提前和学生沟通,避免学生受到伤害,而且要教育学生学会保护环境。将废弃物的危害性告诉学生,也可以举身边实验废弃物排放不当而造成的事故讲给学生,让他们切身体会环境污染的危害性,培养他们爱护环境的意识,增强他们保护环境的责任感。
(二)中学化学实验绿色化设计
在化学教学中,有些时候一些实验是可以被代替的,这时候就需要教师发挥创造性,通过改进教学设计来减少或避免污染。比如毒性大的、危险性大的和化学试剂价格较高、试剂不易储存的实验我们可以利用多媒体进行实验仿真;对于那些一般的实验,为了从源头上控制污染物,实现中学化学实验的绿色化,可以控制化学试剂的用量,无论是教师的演示还是学生的自作都应遵守“节省资源,降低污染”的原则,在化学试剂的包装外应该明确标明用量达到限制用量的目的。这种方法不仅可以减少化学试剂的用量,缩短实验时间,降低环境污染,还有利于学生中学化学实验绿色理念的建立,强化学生的环保意识。
(三)进行有效的实验废弃物处理
关键词:西药制药;新工艺;新技术;应用
随着人类社会的进步和人们对医疗日益需求,粗俗西药制药工业不断发展,西药已经成为世界科研发展最快的行业之一,医药工业的迅速发展与制药技术的不断创新与科技的发展离不开。尤其是最近二十年,高科技技术的蓬勃发展,促使制药工业大道新的水平。
1、当今西药制药技术工艺的介绍
当今的西药制取正朝着绿色化学领域迈进,绿色化学的昨天与今天化学科学的研究成果和化学知识的应用,使我们衣食住行各个方面都受益匪浅,更不用说化学药物对人们防病祛疾、延年益寿、更高质量地享活等方面起到的作用。但是另一方面,化学品的大量生产和广泛应用,给生态环境带来了各种严重的环境问题,威胁着人类的生存健康。
20世纪80年代中后期人们对污染预防和清洁生产的认识逐步提高,污染的全过程控制模式逐步代替终端污染控制模式。
2、新技术新工艺的发展方向
随着科学技术的不断发展,各种先进科学理论不断涌现。微生物技术和基因工程技术早已成为当前生物科学发展的主导方向。随着这种趋势的督导之下,制药技术也在不断的向着这种趋势靠拢。在当前制药新工艺的发展方向是采用无毒、无害的原料、催化剂和溶剂,选择具有高选择性、高转化率,不生产或少生产副产品的对环境友好的反应进行合成,其目的是通过新的合成反应和方法,开发制备单位产污系数最低,资源和能源消耗最少的先进合成方法和技术,从合成反应人手,从根本上消除或减少环境污染。
新技术新工艺的发展不仅注重人类的健康,还包括考虑对整个生命周期中对生态环境、动物、水生生物和植物的影响,具体地来说,这些绿色化学的原理和概念包括以下三个方面的内容:原子经济性“原子经济性”的概念是美国StandfB名化学家TrostM在1991年提出的.这一念引导人们如何去设计有机合成.原子经济性(atomeconomy),即原料分子中有子转化成了产物。一个有效的合成反应不但有高度的选择性,而且必须具备较高的原子经济性,尽可能地利用原料分子中的原子。显然,“子经济陛”的概念是绿色化学的基本原理之一。
3、手性合成
我们周围的世界是手性的,构成生命体系的生物大分子的大多数重要的构件仅以一种对映形态存在.生物活性的手性化合物,例如药物,与它的受体部分以手性的方式相互作用。因此,药物的两个对映体以不同的方式参与作用并导致不同的效果就不足为奇了。现代药物化学已经使人们越来越认识到手性的重要性,手性合成的研究正逐步从实验室的科学探索走向工业技术,人们电越来越认识到手性技术对人类的健康和生态环境的重要意义。
4、新技术新工艺的发展前景
在生活方面,人们开始追求绿色消费、使用绿色产品。目前人们最熟悉的绿色产品可能是绿色食品。据报道,国际组织对于绿色食品尚无统一的定义,一般指尽量避免化学肥料和农药栽培、且加工过程尽可能少用食品添加剂的食品,尽管它们的价格比普通食品高出O.5―1.5倍。基于对“科技异化”的认识,绿色科技观的主要观点是:人类应该以协调人与自然之间的关系为最高准则,以不断解决人类发展与自然界发展之间的矛盾为宗旨,、利用科技与自然和平相处、和谐发展,努力避免负效应。
5、新技术新工艺的应用
“原子经济性”的概念是1991年美国著化学家Trost提出的。他提出在合成设计中地利用原子,避免使用保护基团及离去基团,这样就不会产生废物而对环境友好。'Frost合成效率包括两个方面:一是选择性,一是原子经济性,即原料分子中转化成产物的原子可占的白分比。一个有效的合成反应不但有高度的选择性,而且必须具备较高的原子经济性,尽可能地利用原料分子中的原子。原子经济性“是绿色化学的基本原理之一。人类周围的世界是手性的,构成生命体系的生物大分子的大多数重要的构件仅以一种对映形态存在。生物活性的手性化合物,例如药物,与它的受体部分以手性的方式相互作用。百分之几的原此,药物的两个对映体以不同的方式参与作用并导致不同的效果。因此开发单一对映异构体的手性药物已经成为国际上制药工业的发展趋势。
在当前科学技术发展的过程中,人们对环境破坏的逐步增大,各种病菌的变化也日益增多,细菌对药物的抗病性也在不断的增大。使得当前制药过程中药品研发的力度不断的加大。现在越来越多的药物、食品添加剂和香料全合成制备。通常,这些化合物是通过在合成程的最后一步对其相应的外消旋混合物进行拆分而获得。这样很可能对环境造成污染。从绿化学的角度讲,就是原子经济性较差。因此,化的不对称合成,即手性成成为有机化学研究的热点和前沿。未来的合成化学必须是经济的绿色的、环境友好的以及节省能源和资源的,要达到100%的选择性和100%的收率,只目标产物而不产生废物。实现催化剂的高效率和高选择性是实现不对动:催化反应的实用性工业化的关键。通过不对称催化不但可以提供医药、农药和精细化工所需的关键中间体,而可以提供环境友好的绿色合成方法。手性合成的研究正逐步从实验室的科学探索走向工业技术,人们也越来越认识到手性技术对人类的健康和生态环境的重要意义。
5.1不对称催化氢化
有不对称催化氢化是第一个在工业上使用的不对称催化反应。早在20世纪70年代,美国山都(Monsant0)公司就成功地应用不氢化合成了用于治疗帕金森病的L一多巴。Pf等设计合成了手性双毗陡麟配体的钉配合物,对2一(6’一甲氧基一2一萘基)丙烯酸和酮醋的不对称催化氢化具有极高的对映选择性,可用于制备非+
5.2不对称催化氧化
1980年Sharpless报道了用手名过氧叔丁醇对烯丙醇进行氧化,成功地实现了经济不对称环氧化的过程,这一方法的出现促进了实验有机合成和工业有机合成的发展。比如用认为,来合成尽受体阻断剂治疗心脏病药物s一心得安。
5.3酶催化拆分异构体
心血管病药物心得安的药效主要在于(鲁)异构体;(R)一异构体则可以用作一种避孕药为了分别得到单一异构体,Lagos等发展了化的方法。最近,丛方地将脂肪酶PSL器赔固定化生物反应来代替酶粉应用于该中间体的拆分。结果发现其催化活性是同质量酶粉活性的10倍,得到了95%e.e.的(R)一1一氧)一2一丙醇,并进一步合成、结晶得到99的手性(s)一心得安盐酸盐。
【关键词】燃煤锅炉 SCR法 烟气脱硝
大气中的氮氧化物和挥发性有机物VOC达到一定浓度后,在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应,就会产生以高浓度臭氧和细颗粒物为特征的光化学烟雾,形成夏季城市天空经常出现的蓝色烟雾。由于我国大气中VOC浓度较高,光化学烟雾的产生主要受氮氧化物制约,大气氮氧化物的微小增加都会加重光化学烟雾的污染。光化学烟雾是一种二次污染,污染区主要位于污染源下风向30-50km。由于臭氧和细颗粒可以长距离传输,造成区域性的氧化剂污染和细颗粒污染,使区域空气质量退化,太阳辐射减少,气候发生变化,对生态系统造成损害,使农作物减产。由于大气的氧化性,氮氧化物在大气中形成硝酸和硝酸盐细颗粒物,同硫酸和硫酸盐细颗粒物一起,发生远距离传输,从而加速了区域性酸雨的恶化。我国在近些年来一直倡导绿色无污染的生产方式,并且国家颁布了很多相关条例来限制各类工厂的排放废气中有害物质含量。因此我国的电力供应企业都纷纷开始地实行烟气脱硝技术应用,但是由于我国的烟气脱硝技术应用时间相对较短,和其他国家相比还有较大的差距,要向国际其他技术比较成熟的国家进行学习和借鉴。
1 SCR法的基本原理及工艺流程
锅炉烟气脱硝,在降低环境污染、改善大气气候等方面起着非常重要的作用。SCR技术对锅炉烟气氮氧化物控制效果十分显著,占地面积小,技术成熟,易于操作,氨逃逸率低,脱硝效率高达90%以上,对煤种适应性强,并能适应燃煤含氮量在一定范围内的变化,吸收剂氨来源可靠,几乎无二次污染,可作为我国烟煤电厂控制氮氧化物污染的主要手段之一。对于SCR法烟气脱硝工艺,如电厂地处城市远郊或远离城区,且液氨产地距电厂较近,在能保证安全、正常供应情况下,宜选择液氨作为还原剂;处于大中城市及其郊区的电厂,宜选择尿素作为还原剂,基于此,下面对其工作的基本原理和工艺流程进行深入分析和研究,以便能够使相关工作人员对其有着更为详细的认识和了解。
1.1 基本原理
SCR法以氨气为还原物,以氨储罐、盛放催化剂的容器以及还原剂为主要的反应装置。烟气中氮氧化物是重要的大气污染物之一,其主要组成成分是一氧化氮和二氧化氮,其中一氧化氮的比例最大,可达93%,因此脱硝反应通常都是以一氧化氮、氨气还有氧气为反应物,生成氮气和水。除了以上主要反应以外,还会产生一些有害物质,烟气中的二氧化硫、氨和氧气反应生成硫酸铵等有害物质。催化剂在这些反应中可以起到提高活性、加快反应速度的作用,尤其是对于一氧化氮的还原反应有着非常明显的作用;来自烟气的氧气在这些反应中起到很大的作用,整个反应都需要有氧气源源不断地供应才能维持反应持续进行。SCR技术中想要保证反映的顺利进行,就必须要将SCR区域温度控制在290~430 ℃,温度过高过低都不可以,过低会导致反应物硫酸铵产生结晶现象,进而覆盖在催化剂表面,降低催化剂的活性,而温度过高则会造成催化剂高温烧结进而失活,降低脱硝效率。
1.2 工艺流程
SCR工艺系统流程主要由贮氨、混氨、喷氨、反应塔(催化剂)系统、烟道及控制系统等组成。液氨由汽车运至液氨储罐储藏,无水液氨的储存压力取决于储罐的温度(例如20℃时压力为1MPa),液氨经过蒸发器加热为氨气,再通过减压阀进入氨气缓冲罐,稀释风机通过氨气混合器与氨气成一定比例混合,其作用一是稀释氨气,二是增加反应器处氧含量。经稀释的氨气通过喷氨系统中喷嘴进入到烟道格栅中,与原烟气混合,在催化剂作用下,烟气中的氮氧化物与氨气发生化学反应。
2 SCR法脱硝反应塔布置方案
2.1 高温高飞尘烟气段布置
由于反应塔布置在空气预热器和省煤器之间,这样就可以轻松地将烟气反应温度控制在300~400℃,有利于大部分反应的顺利进行,这样安置还有利于节省燃料,因为烟气的温度早已经达到反应温度,不需要进行二次加热,就可获得好的氮氧化物净化效果。因此,这种烟气布置方法具有初期投资低、技术成熟、能够获得较为理想的反应效果的优点,在新建电力供应企业中得到很广泛的应用;这种反应塔的布置方法除了有上述优点之外,还具有一些不可忽视的缺点:高温烟气由尘含量相较于其他种类烟气较高,这就加大了烟气和催化剂之间的摩擦力,使得催化剂颗粒表面更容易受到破坏和磨损,还会加大催化剂被飞尘以及反应物颗粒覆盖的可能,引起催化剂表面透气孔的阻塞,除此之外,飞尘中含有的有害物质如K、Na、Ca、Si、As等,易造成催化剂失去活力,丧失其原有的功能及作用。通过催化剂的硬化、吹灰器的安装、催化剂的及时清理等可以降低上述情况发生的可能。
2.2 高温低飞尘烟气段布置
对于这种温度较高但飞尘含量较低的烟气适宜布置在反应塔中除尘器和空气预热器之间,这样的烟气布置方法能够保证烟气的高温度,并且烟气粉尘含量大大减少,可以降低飞尘对于催化剂的磨损及消耗,还会大大减少飞尘中有害物质对于催化剂的毒害作用,这些都是相较于高温高飞尘烟气比较优势的地方,但是高温低飞尘的烟气中飞尘含量虽然降低了,但是包含了更多的硫氧化物,并且飞尘直径及数量的减少使其更容易造成催化剂表面孔径的堵塞,从而使催化剂表面的粉尘更难清理,换热效率大大降低,影响脱硝反应的顺利进行。因此,对于相关工作人员在进行SCR法脱硝反应塔布置时,必须做好高温低飞尘烟气段布置,大大提高换热效率,进而能够有效确保脱硝反应的顺利进行。
2.3 低温低飞尘烟气段布置
和上述高温高飞尘烟气以及高温低飞尘烟气的布置不同,低温低飞尘烟气段的布置的反应塔要安装在脱硫系统以及空气加热器之后,由于这种烟气的温度较低且飞尘含量不高,硫氧化物的含量处在一个极低的数值,催化剂不易遭到大量的磨损和破坏,表面的孔径也不会轻易堵塞,保证了催化剂作用的正常发挥,使其的活性及寿命都得到很好的延续,因此可以选择表面孔径较小的催化剂作为反应的催化物质,但要注意的是一定要选择比表面积相对较大的催化剂,另外,这样还可以保证烟气运输更加流畅,加快了烟气运输的速度,提高了烟气运输效率,因此,使用较少的催化剂就会达到一个比较好的催化效果,从一定程度上降低了电力供应企业对于催化剂的资金投入,从而降低了企业的运营成本,为获取更多的利益奠定了一定的基础;除了上述优点之外,这种反应塔的布置方法还有如下缺点:由于烟气温度不是很高,在烟气进入反应塔之后温度一般都是在45~65 ℃之间,离烟气脱硝反应需要的温度还差很远,需要使用价格高昂的气体加热器对低温烟气进行二次加热,气体加热器的运行需要大量的燃料维持,对于那些新建或者是整修的火电厂来说是一笔不小的投资,想要维持设备的运行还需要很多后续资金的投入,另外,还需要专业的维修人员对该设备进行日常维修,雇佣这些专业人才又需要很多的费用,这都是新兴的火电厂难以支付的庞大支出,即便能够付出这些费用,对于火电厂未来的发展也是极为不利的。
3结语
SCR技术作为适用于我国大多数电厂的重要脱硝技术,对于烟气脱硝有着十分重要的意义。只有合理采用SCR脱硝技术才可以将燃煤锅炉产生的烟气中的硝含量降低到国家标准之下,电厂氮氧化物的排放才可以得到有效制约,才会减缓周围生态环境及大气质量的继续恶化,进而减少恶劣天气给居民生活带来的不良影响,为企业的可持续发展奠定良好的技术基础和社会基础。综上所述,SCR技术在我国得到较为广泛的应用,国家有关部门也倡导相关企业采用此种技术进行脱硝处理,还要求企业大力研发脱硝技术,提高脱硝效率,促进电厂的可持续发展,和我国的经济发展齐头并进,获得更多的经济效益和社会效益,并为我国生态环境的保护贡献一份力量。
参考文献:
[1]马忠云.燃煤锅炉烟气脱硝(SCR法)工艺及特性[J].节能与环保,2015(2).
关键词:科学性;安全性;可行性;简约性;经济性;绿色化学
一、化学实验方案的设计
(一)化学实验方案设计的基本要求
1.科学性:在设计实验前一定要有足够充分的理论依据,每一个装置、每一个步骤都要有足够的理论支持,使我们的实验设计具有科学性。
2.安全性:实验设计要避免危险性实验,设计时要考虑到实验的安全系数,避免使用危险性较大的装置和有毒的药品。如不可避免涉及到有毒药品时,要提前考虑到保护人身安全的方案。
3.可行性:设计实验时,要从现有设备、药品的基础上着手设计,保证实验的可行性。
4.简约性:实验方案应遵循简约的原则,装置尽量简单。同时,实验中使用的药品要尽量使用经济实用的药品。在使用过程中要提前做好精确的药量计算,保证药品不浪费。同时也保证实验效果。
5.经济性:设计实验时,要充分考虑器材、药品的价格,在保证实验效果的前提下,尽量选用经济实惠的药品和器材。
(二)化学实验方案设计的基本内容
化学实验设计前一定要充分了解与实验相关的基本内容,提高设计实验的准确性及设计效率。实验方案设计主要包括以下几方面内容。
1.实验名称,保证别人看到名称能够大概了解实验内容。
2.实验现象,即实验过程中要验证的内容,也就是我们的实验目的。
3.在实验过程中涉及到的基本原理,包括反应原理、装置原理等。
4.实验中运用到的具体器材、药品等。
5.实验过程中,实验装置的具体安排,药品的添加以及其他具体的操作步骤。
6.对实验中容易出现错误或安全隐患的地方加以标注警示。
7.详细记录实验过程中现象出现时间以及实验的最终结果。
8.实验完成后对实验的总结反思。
(三)化学实验方案设计的注意事项
1.药品和仪器是需要补充还是在限定范围内选择。若药品和仪器只部分给出,则应作出必要的补充,若限制范围,则应进行筛选和淘汰。
2.条件有无特殊要求。如采用最简单或最合理的实验步骤,这些要求对我们考虑反应原理、选择药品和装置、确定操作步骤都作了限定,必须高度重视。
3.实验过程中的隐蔽性操作。如某些必要的干燥、除杂、冷凝等,这些都是实验中必不可少的,但容易被忽略。
4.仪器、药品的描述。有些题目要求指出药品的名称,一定要指出试剂的全称,如:硫酸铜粉末、澄清石灰水、酸性高锰酸钾溶液、浓硫酸、饱和NaHCO3溶液、NaOH溶液等。此外也应该注意某些仪器的规格。
5.会画简单的实验装置图。考纲要求能够绘制和识别典型的实验仪器装置图,有时要求绘制实物图,有时则按要求画出简笔画。
6.其他注意事项。如冷凝回流的问题;冷却问题;防止倒吸问题;具有特殊作用的实验改进装置,如为使分液漏斗中的液体能顺利流出,用橡皮管连通装置;为防止气体从长颈漏斗中逸出,可在发生装置中的漏斗末端套一支小试管等。
二、化学实验方案的评价
化学实验设计中非常重要的一步就是方案的自我评价。我们要从实验的实际操作情况入手,评价实验的严密性、科学性、环保性、安全性等几个方面。
(一)全面分析实验设计的可行性
实验设计的可行性是实验能否正常开展的前提也是对实验设计评价的开始。对于实验的可行性评价,应注重从以下几点着手。
1.实验设计是否有足够的理论支持,是否遵循实验要求,能否有效得到实验结果。
2.实验设计的操作过程是否安全可控,是否合理。
3.实验步骤是否简洁方便,是否可以用最少的步骤得到明显的实验效果。
4.实验设计是否涉及安全问题,如有涉及,有没有合理有效的防范措施。
(二)从“绿色化学”视角对实验方案做出评价
“绿色化学”要求设计安全的、对环境友好的合成路线,降低化学工业生产过程中对人类健康和环境的危害,减少废弃物的产生和排放。据此,对化学实验过程或方案从以下4个方面进行综合评价。
1.反应原料是否易得、安全、无毒。
2.反应速率是否较快。
3.原料利用率以及合成物质的产率是否较高。
4.合成过程中是否造成环境污染。
(三)化学实验的评价要符合高考理综考试的要求
理综实验试题的设计无论是客观题还是主观题,都把问题编制在特定的材料之中,如何提高得分率是每个考生必须高度重视的问题。在做好实验知识复习准备之后,还需要有针对性地做一些练习题,练习要以学科内综合为主,适度进行跨学科综合训练,有利于我们形成解题新思路、新角度、新视点和新方法。具体要做到以下。
1.认真读题审题,读懂材料在说什么,从中提取有效信息;读清设问在问什么,搞清设问的特殊指向性,即从什么角度,运用什么知识,切忌没读清题意就盲目作答,那只会离题太远,影响得分。
2.联系教材,回扣教材,针对问题,反馈教材、发散思维,找准切入知识的角度,一般会涉及多个角度,把这些知识点罗列出来,然后,联系材料概括作答。
3.精心组织答案,一目了然,答案要序号化、步骤化、要点化,并且字迹要整洁,语言要流畅,这些都是影响得分的因素,都值得注意和参考。
理综中对实验的要求是必须紧紧抓住课本,突出重点和主干,又不放过任何一处细小的知识点,还要掌握每一个实验知识点,每一节与其他章节的联系,从而构建自己的知识体系网络,提升自己宏观驾驭实验的能力。
三、结语
高中化学实验教学,是化学教学中的重中之重。我们每一名化学教师都应做好实验设计以保证实验教学的有效开展,提高学生的学习效率和学习兴趣。同时,教师引导学生学会自己设计实验。实验方案设计应注意以下几点。
1.从教学内容出发,充分分析教学涉及到的知识点,保证实验的切题性,并选用最能体现教学内容的实验原理。
2.确定好实验原理后,选用经济实惠的药品和能够使实验效果最明显的显示出来的实验装置。
3.实验设计好后,要反复验证实验的有效性,现象是否能够呈现,原理运用是否正确,进一步完善实验。要针对实验中的装置、药品与实验中涉及到的实验原理反复验证,保证实验能够顺利进行。对实验中容易出现错误的地方,要反复思考。
参考文献:
1.张芳贤,《新课标下中学化学课堂教学如何引导学生进行实验》,2008.1
Science and Technolgy
The Proceedings of the 5th
Asia-Pacific Drying
Conference vol.1 & Vol.2
2007, 662pp;699pp
Paperback
ISBN:9789812779984; 9789812779991
陈国华编
ADC是亚太干燥会议(Asia-Pacific Drying Conference)的简称,是每两年一届的国际会议。它为干燥学术界和工业界人士提供了一个交流思想和介绍最新成果的机会。语言为英文。
本书是该系列会议的第五届会议论文集。该会议于2007年8月13-15日在香港科技大学举行。会议荣誉主席是新加坡国立大学工程科学系和机械工程系Mujumdar教授,主席是香港科技大学化学工程系陈国华教授。会议收到了来自33个国家和地区的论文摘要245篇,全文218篇,195篇论文在会议上发表。会议论文集分为两卷,精选论文在《Drying Technology Journal》,《 Journal of Applied Thermal Engineering,》 and 《International Journal of Food Engineering》 和《中国化学工程学报》(英文版)等专业刊物上发表。
来自29个国家和地区的166名代表参加了本次会议,会议期间,与会代表就干燥技术理论与实验研究的现状与发展展开了热烈讨论。
本次会议除了与各种干燥会议相类似的一般专题之外,还涉及以下专题的文章:干燥过程的能耗;绿色干燥技术;干燥过程的生态状况;干燥产品的质量特征;新型干燥器结构;新型替代干燥技术;干燥在生物技术领域的作用;干燥在纳米技术领域的作用。
会议一共有12个主题报告,分别为:1.Arun S. Mujumdar 和 Wu Zhonghua,热干燥技术的新发展与研发前景;2. Xiao Dong Chen和 Kamlesh Patel,使用喷雾干燥及后处理生产优质食品颗粒;3.Yuan Yuejin和Liu Xiangdong等,多孔介质干燥中的不规则毛孔网状结构数值与实验研究;4. Hidefumi Yoshii等,运用喷雾干燥技术的蛋白质封装及晶体转化方法;5.Andrieu Julien,药用蛋白质小瓶冷冻干燥过程中冰晶形态结构的特性、实验数据及控制;6.Natalia Menshutina,制作纳米多孔固体材料的基本原理;7.Hosahalli Ramaswamy,渗透干燥技术的原理、技术及建模;8.T Tao, XF Peng和 DJ Lee 等,泥块的对流干燥模型;9.Wei Wang 和Guohua Chen,含水溶液冷冻干燥中的几个难点;10.Bhaskar N. Thorat等,工业干燥中处理技术的发展;11.Dixit和 W.J.Murray Douglas等,干燥对铜版纸结构、表面及应力特性方面的影响;12.Ingvald Strθmmen等,一种用于干燥生物材料的新的可能技术――使用热泵的常压冷冻干燥技术。
最佳论文3篇:1. Kamlesh C. Patel 和 Xiao Dong Chen:使用反应工程方法对浓缩乳清蛋白喷雾干燥进行建模的灵敏度分析;2.G.R. Askari, Z. Emam-Djomeh 和 S.M. Mousavi:涂层与微波辅助热空气干燥对苹果片颜色动力学变化的综合影响;3.J. Kowalski 和Andrzej Rybicki:干燥后应力体的复水。
本书汇集了近两年在干燥技术领域最新的实验与理论研究进展,对于干燥技术将来的发展方向也进行了分析与展望,对于从事干燥技术及相关专业的科研人员具有重要的参考价值。
论立勇,博士生
(中国科学院理化技术研究所)
有机化学是一门实践性很强的学科,掌握有机化学实验的基本操作技能是学生以后进行有机化学实验的重要基础。针对药学学科特点设计技能实验项目,如有机物物理常数的测定、有机物分离提纯等,加强学生的基本操作训练,使学生掌握规范的实验技能。药学实验中安排了21学时的基本操作实验,占总实验学时的38.9%,几乎涵盖了所有有机化学实验的基本操作。同时,将药学专业的基本操作实验分为独立实验和综合实验两部分,如将有机物熔点的测定与咖啡因提取实验结合、将有机物折光率的测定与柠檬烯提取实验结合等,既培养了学生的基本实验技能,又提高了学生对有机化学实验的认识,让学生认识到基本技能在实际工作中的重要性,为学生今后独立工作打下了坚实的基础。
2整合实验教学内容,注重新技术的应用,培养学生的科研意识和创新能力
我们通过在教学实践中不断分析和探索,整合了药学专业有机化学实验教学内容,避免了一些实验的重复设置。如有机物折光率的测定实验学生已经在物理实验中学习过,有机化学实验中不再单独设置,而是把折光率的测定与有机物的提取、合成实验整合在一起,不仅节省了时间,而且使学生对基本操作的运用范围有了全面的认识。同样,考虑到学生在中学阶段已经接触过诸如醛、酮、醇、羧酸等化合物性质的验证性实验,继续保留这些实验不仅重复,而且对学生技能的提高及能力的培养没有大的帮助,在实际应用中也存在一定的局限性,因而在教学安排中调整了验证性实验,并将验证性实验学时压缩为有机化学实验总学时的16.6%。事实证明,压缩上述实验为药学专业学生节约了时间,有利于学生将有限的学时用于强化操作技能、培养科研能力和拓展创新思维上。综合性实验和设计性实验在考查学生对基础理论知识的掌握及实验技术的应用上具有重要作用。所以,我们针对药学专业的特点,突破实验内容的限制,在教学实践中增加了综合性实验及设计性实验的比例,使此两类实验占到有机化学实验总学时的44.5%。如将阿司匹林的合成、熔点的测定和高效液相色谱技术3个不同类型的实验整合成一个综合性实验,要求学生在合成阿司匹林后,对阿司匹林进行熔点测定,在获得阿司匹林基本物理常数后,利用高效液相色谱仪对阿司匹林进行色谱分析。通过上述实验的整合,不仅加强了学生基本技能的训练,而且培养了学生综合运用知识分析问题和解决问题的能力。同时,积极引导学生对实验中出现的问题进行研究探索,激发学生参与实验的热情,提高学生对有机化学理论知识的掌握与应用。设计性实验针对药学专业学生未来的工作实践及继续深造的需要,结合本学科教师的科研内容,让学生直接参与教师的科研课题,培养学生的科研意识和创新能力。如我们在教师科研的基础上为药学专业学生设置了大黄中蒽醌苷元的提取、分离和检验识别实验,学生在完成该实验的过程中,在教师的指导下进行文献资料的检索及分析,并运用专业知识进行实验方案的设计及实验结果的分析等。通过类似的设计性实验,培养了学生查阅文献的能力,使他们及时掌握了国内外相关专业的研究现状及发展趋势,大大开阔了学生的视野,拓展了学生的思维,培养了学生的创新精神,使学生主动参与实验的意识明显增强,同时使学生对科学研究有了一个较完整的认识,培养了学生的科研意识及科研能力,为其今后工作及继续深造打下了一个良好的基础。
3实现有机化学实验的微型化、绿色化,加强学生的环保意识
x做到实验的绝对绿色化,但我们积极探索对部分实验的改进,实现绿色化设计,尽量选择低毒或无毒试剂,删除对环境危害大的实验,选择对环境污染小、用药少的实验,尽可能将实验对环境的损害降至最低。如在教学中将原来水蒸气蒸馏实验“从烟丝中提取烟碱”改为“从橙皮中提取柠檬烯”,降低了实验对环境的污染和对学生造成的伤害。同时,增加以天然无毒物质为原料的实验,如实验中设置了从茶叶中提取咖啡因、绿色叶子中色素的分离等实验,做到从原料到产物都对环境无污染,达到了保护环境的目的。积极改进实验方法,尝试开展微型化实验。微型化实验起源于埃及学者E.C.Grey的《化学实验的微型方法》一书,1982年,美国Mayo和Pike等人在有机化学实验中采取主要试剂为mmol量级的微型制备实验,取得了成功,从而掀起了研究与应用微型化学实验的热潮,并受到环保界的大力赞扬。在教学实践中,我们在保证实验成功的前提下,积极探索实施微型化实验,不仅降低了实验中药品用量过多造成的资源浪费和环境污染,而且帮助学生树立了药品定量的意识。此外,相对于常量实验,微型化实验对实验者基本操作、实验技巧及实验的准确性都提出了更高的要求,这就促使学生提高实验技能并在实验过程中形成认真细致的作风,同时培养了其缜密严谨的科学态度。在教学中将绿色化学的理念融于实践中,让学生树立起绿色环保意识。在有机化学实验中常常不可避免地产生一些废弃物,如不及时处理则会对环境造成极大污染,而且会淡化学生的环保意识,使其养成不良的实验习惯。因此,在有机化学实验教学中,应把废弃物的回收处理作为一项重要的教学和科研任务来完成。如柱层析中的洗脱剂、合成实验中的副产品等都要进行回收或进行无害化处理后再进一步利用。应将实验中废弃物的处理作为考核项目,要求学生在预习时设计实验产生的废弃物的相关处理方法,并在实验中付诸实施。通过训练,使学生灵活应用了所学的理论知识及实验技能,并养成了废弃物及时回收处理、循环使用的良好习惯,具备了从事绿色化学研究与开发的基本素质与能力。
4改进实验考核机制,培养学生良好的实验素质和综合能力