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英文名称:Chemical Research and Application
主管单位:四川省科学技术协会
出版周期:月刊
出版地址:四川省成都市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1004-1656
国内刊号:51-1378/O6
邮发代号:62-180
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1989
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
期刊荣誉:
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
关键词:高中;化学;知识;衔接;问题;探讨
【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1004-2377(2016)03-0149-02
前言
自从各个学科被分为不同深度展开不同阶段的教育时,不同教学阶段的衔接问题就成为我们不得不面对、探讨与研究的问题之一,但是,就我国现阶段教育教学工作开展中对高中化学与大学化学知识衔接问题的研究还存在一定的缺陷,例如高中化学教师不能在开展高中化学学科教学中对高中化学知识进行内容的深化,而大学中很多从事化学学科教学的教师对高中化学学科教学的内容、知识的深度不能全方位的掌握和了解。我们知道,新课程改革后化学学科已经逐步发展成为一门公共基础学科,是提升大学生综合能力的重要学科之一,不仅是化学学科专业的学生要学习化学知识,而有些像通信工程、电子汽车、食品与生物工程等专业学习中都要接触到化学知识,因此,在开展大学化学学科教学中,教师如何根据高中化学课程的知识点来开展有效的化学教学,并找出高中化学学科中与大学化学学科中知识点相连接的部分,对于学生知识能力的提高、未来更好的走向工作岗位意义都非常大。本文首先分析了高中化学与大学化学知识点存在的差异,并结合本人多年的研究经验提出了如何有效的解决高中化学与大学化学知识衔接的问题。
1高中化学知识与大学化学知识差异分析
1.1新课程改革以来,尤其是高中化学课程教学标准实施以来,我国高中化学学科教学开始步入到了新的时代,但是在具体教学环节实施过程中,还存在诸多的问题,如在高中化学学科中增加了许多实验环节,但是由于我国许多地区尤其是西部偏远地区由于教学资源的限制,很多实验课程无法得到有效的开展,教师直接将实验内容在黑板教学中完成了,而当学生走进大学以后,对必要的实验几乎一片空白,这样,高中化学知识与大学化学知识之间的衔接问题就出现了,下面,我们就来通过以下几个方面来详细探讨下。第一,高中化学与大学化学知识教学目标上存在的差异。我们知道,学生对高中化学知识的学习是为大学化学知识的学习打基础,而大学阶段学生对化学知识的学习,是为了更好的研究化学学习、更好的走上工作岗位,为经济社会的发展输送更多的化学人才,因此,在大学化学教学中,不仅要让学生掌握必备的化学知识,还要培养学生的创作能力、自主探索能力,因此,现阶段我国诸多地方高中化学教学中因高考而展开的化学教学模式已经不能适应现阶段大学化学培养高质量、高水平人才的目标。
1.2教学内容上的差异。高中化学以模块学习为主,各章节之间甚少有联系,而且理论知识相对偏少,再有就是以升学为主要目标,课程的学习比较片面。而大学基础化学中虽然也涉及了一部分实验内容,但还是以理论知识作为支撑的,理论知识的学习占了课程学习的70%多,而高中的化学课程不能为大学的化学课程学习奠定理论基础。
2如何有效解决高中化学与大学化学知识衔接的问题
2.1高中阶段。高中期间应引导学生意识到高中化学是大学基础化学学习的基础,从思想上纠正“学为考”的传统观念,可以让他们事先了解一下学习化学将为大学哪些专业的学习可以奠定基础,让他们确立目标,从而促进大学基础化学与高中化学从思想上顺利衔接。高中层面的化学教学内容要注重“启后”,但不是替代某些大学基础化学内容的教学,而是在新课改下,对于一些相关内容的教学,高中教师也应加强学生理论知识的学习,可以在教学上为学生今后学学基础化学埋下伏笔,为学生将来学学基础化学先渗透思想、抛砖引玉。
2.2大学阶段。第一,在不改变教材的基础上,对教学内容进行改革。其中,要根据不同专业学生对不同知识的需求不同,大学基础化学教学应根据化工类与医药类的区别从理论和应用两个方面着手调整无机化学与有机化学部分的内容。补充高中化学欠缺知识,删除或不讲较浅的内容。还有一些知识高中虽有提及但是涉及内容较浅,那么这些涉及较浅的内容都应补充到大学基础化学中,这样才能够避免化学知识的脱节。第二,学教师应使教材更具有“亲和力”,以贴近社会的呈现方式,激发每位学生的学习热情和兴趣;教师应在教学中增强“问题性”教学,以问题的形式引导化学教学活动,培养学生的自主思考与创新精神;教师在讲课时要具有思想性,科学性,同时应将高中时所涉及的内容串入到大学课堂教学中。教师要在教学中引导学生学会处理中学化学与大学基础化学的衔接。教师还应激发学生的学习积极性,开发实验室,向学生充分提供从事化学研究的机会,帮助学生在合作交流和自主探索的过程中真正掌握和理解化学的基本知识与技能、科学的研究方法与客观的研究态度,获得更多的化学学习与实践经验。在课堂上时,应充分发挥他们的“学习主人”的精神,把新方法、新知识纳入已有的认知中。
3结语
总之,高中化学与大学化学知识的衔接问题是我国开展教育教学改革所面临的重点问题之一,因此,我们一定要将这一问题重视起来,在教育教学中,我们作为教育工作者必须从学生的实际出发,找到一条有效的教学方法,来有效的提高高中学生、大学学生化学学科的知识水平、素质能力,为我国现代化建设输送更多的高质量、高水平人才。
参考文献
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[2]周金鸿.从中学到大学知识学习体系的断裂与衔接[D].济南:山东大学,2007
早期的教育工作者把学困生更多的称呼为“差生”或者“后进生”。近几年,因为“差生”和“后进生”贬义性很强,严重的打击学生的积极性和伤害学生的人格,没有全面长远的看待学生的发展,所以本着以人为本的原则和尊重学生人格的情况,有些教育工作者和学者提倡用“学困生”(又称“学习困难生”)来代替“差生” 或“后进生”。目前,常用的名词还有“学习障碍”、“学”、“学习失调”、“学习缺陷”、“学习成就低下”等。
由于研究学困生的视角、目的、侧重点不同,本文所定义和研究的化学学困生主要表现为以下几方面:(1)智力正常,排除了智力障碍、感官障碍和缺乏学习机会等因素造成的原因。在此说明的是:由于脑功能性或者结构性存在的障碍而导致的学困生不属于本文研究的范围。
(2)由于各种原因,不能适应学校教育条件下的学习生活,最终导致学业成绩没有达到国家化学教学大纲规定的最低的学习标准,测试成绩平时常常处于下游的,对化学学习感到困惑的一类学生。
(3)化学学困生是暂时的和可逆的或者基本可逆的,通过教师的指导和学生的努力,化学学习困难的状态可以转化。
(4)化学学困生包括化学单科学习困难的学生,即他们对语文、数学、英语、物理等学科可能适应良好;也包括在所有学科上都成绩不佳,均表现为学习困难的学生。笔者这里将“化学学困生”称为“化困生”。
二、国内外研究化学学困生的趋势
学困生的研究由单一研究向整体化研究发展,在研究定义、原因的探讨、研究方法以及干预措施上都有了较大的发展。很多教育工作者已经做了大量的有意义的探索,虽然他们各持己见,可都越来越关注学困生主体在学习中的地位和作用,都是提倡改善学生内部动力来提高学生的发展。学困生有发展的连续性,并不是一个阶段性的问题,学困生的形成是综合性的问题,研究包含医学、心理学、教育学等学科的综合理论基础。研究目的不应该只在矫正和补偿上,还要跟预防和改善相结合。最后,化学有自己的学科特点,所以,化困生的研究应该结合具体的化学学科的知识。研究者从非智力因素的各角度对学困生整体进行了研究,而对学困生个案研究较少。
三、研究化学学困生的目的
在欠发达地区的农村初中,学习困难在农村严重阻碍了学生的全面发展、学生的健康,影响着教育质量的提培养一名优等生远不如减少一个学困生的难度大,这是一件很有意义的事情,能通过自己的努力,为学生做一件非常有意义的事高。但学习困难不是学生与生俱来的,而是在后天的教育过程中逐步形成的,学习困难也不是永恒存在的,可以通过教师和学生的共同努力消除。。通过本课题的研究,笔者要达到的研究目的:
(1)调查分析本校化学学困生的形成原因。
(2)本着促进学生动手动脑能力的原则,帮助学生找到适合自己学习化学的方法,培养学生学习化学的兴趣和能力,养成良好的学习化学的习惯。对于那些特别差的学生,至少应基本具备新课标要求的化学知识,为他们初中毕业后就进入社会生活成为具有基本科学素养的现代公民奠定基础。
四、研究化学学困生的意义
(一)学生身心健康发展的需要
这几年,我国很多中小学生的身体过于肥胖、体质下降容易生病、视力严重近视,他们的心理健康更是让人担心。尤其是学困生,他们不能被家长、教师理解接受,经常受班级其他学生的排挤和冷眼,不能保持正常的人际关系,对未来没有生活目标、没有理想和追求。在这样的压抑下,学困生们如果无法释放,最后会崩溃,会走向犯罪的道路。现在初三学生大多十四五岁,他们开始用自己的方式来处理问题,但他们又处于半成熟、半幼稚的时期,他们的人生观、价值观、学习观的形成需要有健康的心理做后盾。及时而正确的转化教育,可以在相当程度上对学困生的不良心理品质进行早期干预和矫治,从而促使他们的心理得到充分而良好的发展[1]。
(二)教师做好教书育人工作的需要
教书育人是教师的本职工作,在这个压力巨大、竞争激烈的时代,能把不同水平的学生都教好、育好是对教师莫大的心灵安慰。学生学习成绩的进步,思想的转变是一个循序渐进的过程,而教育好一个学困生则需要教师付出更多的努力,更多的精力。成功转化一个学困生对教师都是极大的鼓舞,是教师职业生涯中的里程碑,是教师继续努力工作的动力。
【关键词】地锦草;化学成分;黄酮;短叶苏木酚
【中图分类号】R668 【文献标识码】B 【文章编号】1005-0515(2011)06-0298-02
地锦草为地锦Euporbia humifusa Willd或斑地锦Euporbia maculata L..的干燥全草。地锦草分布广泛,资源丰富。历版《中国药典》均收载地锦草,其味辛,性平,归肝、大肠经,具有清热解毒,凉血止血之功效。药理研究表明地锦草具有抗菌、抗病毒、止血、止泻、抗氧化、保肝、抑制肾功能损伤、抗肿瘤、抗焦虑和镇痛等作用[1]。已报道的文献中关于地锦草化学成分的研究较少,为探寻其有效成分,本文对地锦草进行了系统的化学成分研究,从乙醇提取物的正丁醇萃取部分得到了8个化合物(Ⅰ~Ⅷ),其中化合物Ⅲ,Ⅵ,Ⅶ和Ⅷ为首次从该植物中分离得到。
1 仪器与材料
Yanaco MP-S3显微熔点测定仪;HITACHI 200-20型紫外分光光度计;Bruker ARX-300型核磁共振仪(TMS为内标,DMSO-d6为溶剂);Shimadzu 2010型质谱仪。柱色谱用硅胶及薄层色谱用硅胶G(青岛海洋化工厂);柱色谱用聚酰胺及薄层色谱用聚酰胺(浙江省台州市路桥四甲生化塑料厂);Sephadex LH-20(Pharmacia公司)。
地锦草于购自河北祁新中药颗粒饮片有限公司。槲皮素对照品(中国药品生物制品检定所)。
2 提取与分离
地锦草干燥全草5.0 kg,95 %乙醇回流提取3次,趁热过滤,合并滤液,减压回收乙醇,浸膏加适量水分散,依次用石油醚(60 ~ 90 ℃)、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇萃取,得到相应萃取物。正丁醇萃取物(80 g)经硅胶柱色谱,氯仿-甲醇(100 : 0 ~ 0 : 100)梯度洗脱,共收集到363个流分,每个流分约2700 mL。Fr.109 ~ 186得到化合物Ⅰ,Ⅱ,Ⅴ的粗品,化合物Ⅰ,Ⅱ,和Ⅴ的粗品,用Sephadex LH-20柱色谱(甲醇洗脱)进行纯化,分别得到化合物Ⅰ(308 mg),Ⅱ(425 mg)和Ⅴ(186 mg)。Fr.66 ~ 89(1.9 g),Fr.153 ~ 159(1.1 g),和Fr.195 ~ 201(5.0 g)经聚酰胺和Sephadex LH-20柱色谱纯化,分别得到化合物Ⅳ(47 mg),Ⅲ(36 mg)和Ⅷ(72 mg)。Fr.171 ~ 194(6.0 g)经聚酰胺和Sephadex LH-20柱色谱纯化,得到化合物Ⅵ(27 mg)和Ⅶ(35 mg)。
3 结构鉴定
化合物Ⅰ 浅黄色粉末(甲醇),mp 226~228 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄绿色荧光。UV(MeOH)nm:270,335。ESI-MS m/z:431[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.97(1H,s,5-OH),10.42(1H,s,4′-OH),7.97(2H,d,J = 8.7 Hz,H-2′,6′),6.94(2H,d,J = 8.7 Hz,H-3′,5′),6.88(1H,s,H-3),6.84(1H,s,H-8),6.45(1H,s,H-6)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:182.7(C-4),165.0(C-7),163.6(C-2),162.0(C-5),161.8(C-4′),157.7(C-9),129.4(C-2′,6′),121.7(C-1′),116.8(C-3′,5′),106.0(C-10),103.7(C-3),100.6(C-1″)100.2(C-6),95.6(C-8),77.8(C-5″),77.0(C-3″),73.8(C-2″),70.3(C-4″),61.3(C-6″)。以上数据与文献[2]报道一致,故鉴定为芹菜素-7-O-β-D-葡萄糖苷。
化合物Ⅱ 浅黄色粉末(甲醇),mp 252~254 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄绿色荧光。UV(MeOH)nm:258,348。ESI-MS m/z:447[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.97(1H,s,5-OH),7.45(1H,dd,J = 8.3,2.3 Hz,H-6′),7.42(1H,d,J = 2.3 Hz,H-2′),6.90(1H,d,J = 8.2 Hz, H-5′),6.79(1H,d,J = 1.9 Hz,H-8),6.76(1H,s,H-3),6.45(1H,d,J=1.9 Hz,H-6),5.08(1H,d,J = 7.1 Hz,H-1″)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:182.0(C-4),164.6(C-2),163.0(C-7),161.2(C-5),157.0(C-9),150.1(C-4′),145.9(C-3′),121.4(C-1′),119.3(C-6′),116.1(C-5′),113.6(C-2′),105.4(C-10),103.7(C-3),99.9(C-1″),99.7(C-6),94.8(C-8),77.2(C-3″),76.5(C-5″),73.2(C-2″),69.6(C-4″),60.7(C-6″)。以上数据与文献[2]报道一致,故鉴定为木犀草素-7-O-β-D-葡萄糖苷。
化合物Ⅲ 浅黄色簇状结晶(甲醇),mp 171~173 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄色荧光。UV(MeOH)nm:266,350。ESI-MS m/z:447[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.62(1H,s,5-OH),10.85(1H,s,7-OH),10.20(1H,s,4 ′-OH),8.04(2H,d,J = 8.7 Hz,H-2′,6′),6.89(2H,d,J = 8.7 Hz,H-3′,5′),6.44(1H,d,J = 2.0 Hz, H-8),6.21(1H,d,J = 2.0 Hz,H-6),5.47(1H,d,J = 7.2 Hz,H-1″)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:177.6(C-4),164.2(C-7),161.3(C-5),160.0(C-4′),156.5(C-2),156.3(C-9),133.3(C-3),131.0(C-2′,6′),121.0(C-1′),115.2(C-3′,5′),104.1(C-10),100.9(C-1″)98.8(C-6),93.8(C-8),77.6(C-5″),76.5(C-3″),74.3(C-2″),70.0(C-4″),60.9(C-6″)。以上数据与文献[3]报道一致,故鉴定为山柰酚-3-O-β-D-葡萄糖苷。
化合物Ⅳ 黄色粉末(甲醇),mp 298~300 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄绿色荧光。UV(MeOH)nm:257,375。ESI-MS m/z:301[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.50(1H,s,5-OH),10.77(1H,s,7-OH),9.37(3H,brs,3-OH,3 ′-OH,4 ′-OH),7.67(1H,d,J = 1.8 Hz,H-2′),7.54(1H,dd,J = 8.7,1.8 Hz,H-6′),6.88(1H,d,J = 8.4 Hz, H-5′),6.40(1H,d,J = 1.5 Hz,H-8),6.18(1H,d,J = 1.5 Hz,H-6)。以上数据与文献[4]报道一致,且薄层色谱Rf值与槲皮素对照品一致,故鉴定为槲皮素。
化合物Ⅴ 浅黄色粉末(甲醇),mp >300 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈蓝色荧光。UV(MeOH)nm:276。ESI-MS m/z:247[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:7.26(1H,s,H-7),3.18(2H,m,H-3),2.51(2H,m,H-2)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:195.6(C-1),160.7(C-11),149.4(C-12),145.1(C-10),144.4(C-8),141.6(C-9),140.7(C-5),115.5(C-4),112.9(C-6),108.0(C-7),33.1(C-2),24.0(C-3)。以上数据与文献[5]报道一致,故鉴定为短叶苏木酚。
化合物Ⅵ 浅黄色粉末(甲醇),mp 221~223 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄绿色荧光。UV(MeOH)nm:256,373。ESI-MS m/z:463[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.53(1H,s,5-OH),7.72(1H,d,J = 2.1 Hz,H-2′),7.57(1H,dd,J = 8.7,2.1 Hz,H-6′),6.90(1H,d,J = 8.7 Hz,H-5′),6.77(1H,d,J = 1.8 Hz,H-8),6.42(1H,d,J = 2.1 Hz,H-6),5.08(1H,d,J = 7.2 Hz,H-1″)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:176.1(C-4),162.8(C-7),160.5(C-5),155.8(C-9),148.0(C-4′),147.7(C-2),145.2(C-3′),136.2(C-3),122.0(C-1′),120.1(C-6′),115.7(C-5′),115.5(C-2′),104.8(C-10),99.9(C-1″),98.8(C-6),94.3(C-8),77.3(C-5″),76.5(C-3″),73.2(C-2″),69.6(C-4″),60.7(C-6″)。以上数据与文献[6]报道一致,故鉴定为槲皮素-7-O-β-D-葡萄糖苷。
化合物Ⅶ 浅黄色粉末(甲醇),盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄色荧光。UV(MeOH)nm:267,347。ESI-MS m/z:599[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:7.94(2H,d,J = 9.0 Hz,H-2′,6′),6.91(2H,s,H-2″′,6″′),6.76(2H,d,J = 8.7 Hz,H-3′,5′),6.38(1H,d,J = 2.1 Hz,H-8),6.18(1H,d,J = 1.8 Hz,H-6),5.45(1H,d,J = 7.2 Hz,H-1″),4.26(1H,d,J = 11.4 Hz,H-6″),4.21(1H,dd,J = 11.4,3.5 Hz,H-6″),3.43(1H,m,H-5″),3.30,3.27,3.25(each 1H,t,J = 7.5 Hz,H-2″,3″,4″)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:177.3(C-4),165.7(C-7″′),164.7(C-7),161.2(C-5),160.0(C-4′),156.8(C-9),156.5(C-2),145.6(C-3″′,5″′),138.5(C-4″′),133.2(C-3),130.8(C-2′,6′),120.7(C-1′),119.4(C-1″′),115.2(C-3′,5′),108.6(C-2″′,6″′),103.9(C-10),101.6(C-1″)99.0(C-6),93.9(C-8),76.2(C-3″),74.2(C-2″,5″),69.4(C-4″),62.8(C-6″)。以上数据与文献[7]报道一致,故鉴定为紫云黄芪苷-6″-O-没食子酸酯。
化合物Ⅷ 浅黄色针晶(甲醇),mp 196~198 ℃,盐酸镁粉反应阳性,三氯化铝反应呈黄色荧光。ESI-MS m/z:609[M - H]-。1H-NMR(DMSO-d6)δ:12.60(1H,s,5-OH),7.66(1H,dd,J = 8.5,2.1 Hz,H-6′),7.52(1H,d,J = 2.1 Hz,H-2′),6.82(1H,d,J = 8.5 Hz,H-5′),6.39(1H,d,J = 2.0 Hz,H-8),6.19(1H,d,J = 2.0 Hz,H-6),5.32(1H,d,J = 7.6 Hz,H-1″),4.42(1H,s,H-1″′),3.06~3.60(m,glc-H),1.06(3H,d,J = 6.1 Hz,6″-CH3)。13C-NMR(DMSO-d6)δ:177.5(C-4),164.2(C-7),161.3(C-5),156.5(C-2),156.4(C-9),148.6(C-4′),144.9(C-3′),133.6(C-3),122.0(C-6′),121.1(C-1′),116.0(C-2′),115.2(C-5′),104.0(C-10),102.1(C-1″),100.1(C-1″′),98.8(C-6),93.6(C-8),73.6(C-3″),73.1(C-5″),72.0(C-4″′),71.2(C-2″),70.7(C-2″′),70.5(C-3″′),68.3(C-5″′),68.1(C-4″),65.2(C-6″),18.0(C-6″′)。以上数据与文献[8]报道一致,故鉴定为槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖(16)-β-D-半乳糖苷。
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关键词:化学;对话教学;设计
文章编号:1005-6629(2011)01-0019-04
中图分类号:G633.8
文献标识码:B
1 问题的提出
对话作为人类存在的一种重要方式。最早可以追溯到古希腊以及中国的春秋战国时期。苏格拉底的“产婆术”、孔子的启发式教育和百家争鸣都是以对话为基本特征。对话是人类生存的必需。是人与人交流思想和情感的主要方式。在对话教学中,通过教师、学生、文本三者之间有意义的交流,实现师生精神的相遇和经验的共享、师生双方达到认识共振、情感共鸣、思维同步,它植根于多元智能理论、教学交往理论、建构主义理论、合作学习理论和学习化社会与终身学习理论等教育理论的基础上,对话教学是体现现代教学理念的一种教学形态。
2 化学对话教学的设计策略
2.1 教师与学生的对话
2.1.1 “问答”式对话教学
问答式是在教学中运用频率最高的师生对话的策略,也是最容易普及推广于课堂的教学形式。其操作程序简单浅显,一问一答的形式贯穿始终。教师借助这种问答方式,引领求知者找寻答案。问答式对话教学实施的关键是教师能够设计出引导学生探求真知的问题,并在一定程度上做到有的放矢。
如:在“钠与水的反应”教学中,教师先演示钠与水反应的实验并通过投影仪放大,可就如下问题:钠块为什么要保存在煤油中:为什么可用小刀切割钠块:小钠块为什么会浮在水面上:小钠块为什么能熔化成一个闪亮的小球并在水面迅速滚动发出嘶嘶的响声:产生了大量的气体:预先滴有酚酞的水溶液变红了。和学生展开一问一答的对话与交流,从而得出钠的硬度小、密度小、熔点低;钠的化学性质很活泼,和水反应剧烈,有氢气产生并生成氢氧化钠。
2.1.2 “启发”式对话教学
在启发式对话教学中。教师在学生学习过程中只是扮演一个点拨者的角色。不再过多地干预学生的学习思考过程。而是提供给学生独立思考、自由探索的广阔空间和充足时间,学生在教师的启发下自主探究,并运用相关知识和经验解决疑惑。攻克难关,从而体会到成功的喜悦。而教师在此过程中也同样得到了许多启迪,实现了教学相长的目的。
案例:用多媒体在屏幕上展示一望无垠的蔚蓝色海洋,它以海纳百川的博襟蕴藏了丰富的人类所需的资源,由教师启发,引导学生之间开展对话交流,达成共识,发现和提出一些新问题:如怎样合理有序地开采海底石油和天然气?若从海水中制得食盐、烧碱、氯气、漂白粉、镁、溴、钾、铀和重水及其化工产品有何方法?怎样开发潮汐发电和波浪发电?怎样用低成本的方法制取淡水和使用海水进行循环冷却?在海洋资源的开发利用中我们在环保方面应注意些什么?
采用多媒体演示和启发等手段。让学生置身于其中进行探究和对话。它把形象思维和抽象思维有机地结合起来,使学生在研究这程中兴趣浓厚。主动探究。
2.1.3 “讨论”式对话教学
讨论式对话教学,是建立在师生关系平等的基础上,依存于和谐、民主及宽松的讨论氛围。讨论的主题通常由教师启动。向学生辐射扩散。尔后由师生共同深入探讨。在讨论过程中,学生既可以各抒已见,畅所欲言,使智慧的火花不断碰撞,又能活跃思维,借鉴思想,使具有创意的观点启迪更多的学生,因而这一教学方式可使学生扩展思路。培养多角度全方位看待问题的习惯。
如讨论:“哪一只蜡烛先熄灭”,点燃桌面上一高一低两支蜡烛,用透明玻璃罩罩住,问哪一支蜡烛先熄灭?学生热烈讨论后动手做实验,结果是长蜡烛先熄灭:教师引导学生讨论实验结果:推论的关键是看CO2气体是上升还是下降;查阅密度表,得知CO2气体密度大;推出,蜡烛燃烧时产生CO2气体的温度比周围空气温度高得多,热气体上升,因此长的蜡烛先熄灭;有学生提出另一个问题,玻璃罩的大小和蜡烛的长短是否影响问题答案?教师表扬了这位学生,布置同学们在课后作进一步的探究和讨论。
讨论式对话教学对教师的组织、监控能力要求很高,因为当讨论内容不断扩充膨胀时,讨论容易出现大相径庭、对立相斥的情况,走向避重就轻、偏离主题的误区。教师在这种情况下应能虚怀若谷、客观公正地看待学生的观点,并及时引导学生回归主题。
2.2 学生与学生的对话
生生对话教学是指学生之间围绕某一共同主题所展开的讨论与交流。由于学生在年龄、心理发展和认知水平等方面的相似性,因而在共同对话、探究过程中更容易产生心理安全感。这种安全感能使他们没有了跟教师对话时的那种紧张和拘束。学生更容易充分表达自己的看法与观点、贡献自己的智慧。在交流、对话和研讨中,学生学会了与他人对话和合作共同探讨问题。学会了跟同学分享研究的成果。学会了欣赏、理解和尊重他人。学会了与他人进行辩论,学会了交流沟通、演讲与口才的技能,学会了化学科学研究的方法。学会了客观地分析问题和辩证地思考问题。
2.2.1 “活动”对话式教学
这种教学形式是在课堂教学中以角色扮演、讲故事、化学魔术表演、主题班会、演讲会和辩论赛等形式出现。
如在“改善大气质量”一节的教学中,先运用多媒体在屏幕上展示煤的燃烧、汽车尾气的排放等。然后,学生分组开展实验(见表1),并讨论下列问题:①S02对“雨水”的酸度有什么影响?②根据模拟实验结果,推测酸雨对雕塑、建筑、森林和水稻等会产生哪些影响?
2.2.2 “问题”对话式教学
研究性学习从选题、设计方案、开发利用资源到探索研究结论。一般都由学生自己操作。通过生生问的互动对话,学生与社会、生活问的对话来完成,它充分体现了学生学习的自主性。拓宽了学生的知识面和对话空间,是课堂教学的拓展和延伸。
课题:“湘江河水的水体调查和污水处理”
首先分小组制订调查方案和研究步骤:通过查阅资料,掌握相关水质测量的项目(如水温、pH、溶解氧、微量元素种类、各种盐、悬浮颗粒、细菌含量、微生物种类等)、污水处理的方法(如混凝法、中和法、沉淀法和氧化还原法等),访问环保部门、自来水公司、科研所和高等院校的有关专家,并接受他们的指导:取来湘江河水,进行水质测量和污水的简单处理:在讨论中分析不同方案的优劣并对实验数据进行处理,然后提交改良水体水质的报告:教师依据学生在研究中的表现及报告给予评价:最后将报告寄给市环保部门,还可对校内师生、附近工厂和社区居民进行环保知识的宣传和教育。
2.3 教师与文本的对话
教师对文本领悟的深度和广度决定了教学质量。这就要求教师在备课的时候要充分地深入到文本之中,用自己的心真正独立地感受、体验和解读文本。从整体上理解化学课程内容并内化成自己的知识结构。从学生的认知特点和教材的逻辑结构的关系,分析教材的重点和难点,从而确定对话的主题。教师要很好地理解文本内容。除了扎实的化学专业知识外,还需要有丰厚的文化底蕴。现代科学技术发展迅速。各种化学知识会通过电视、网络和报刊等各种媒介传播开来。学生获得的各种化学信息也会在课堂中反映出来。使教师面临很多意想不到的问题:另外,各学科之间相互渗透和课程综合化趋势日益明显。因此,教师必须学习更多相关学科的知识,丰富自己的知识结构以便更好地理解课程内容。
如:在“纤维素的水解”中,酸的浓度增加和反应温度升高,有利于水解。但是,当硫酸达到一定浓度后,温度过高又易造成炭化现象。教师在预备实验室中通过反复的研究和试验。作出如下改进,使实验现象更明显。首先,以一定量的浓硫酸溶于少量水中(在3-5滴水中加入10滴浓硫酸)。这样既达到了水解所需的硫酸的浓度,又保证了水解所需要的温度(约为60℃,避免了炭化)。另外,在浓硫酸溶于水后再加脱脂棉还可避免脱脂棉被局部炭化,通过调节水和浓硫酸的体积比,选择最佳实验条件,得到满意的实验效果。
2.4 学生与文本的对话
生本对话指的是学生对文本的理解和批判。学生通过运用自己已有的经验、知识和情感把握文本的意义,在和文本的相互作用中建构文本意义的世界,这个过程就是通常我们所说的预习。这种对话有三方面的价值:第一,调动了学生积极的、良好的学习情感。通过与文本对话,将学科知识与认知结构尽量的融合。如果涉及到化学实验,应尽可能通过课本、教学光盘和上网浏览、思考,熟悉实验原理、仪器的安装、操作步骤、条件的控制等等,有条件的学校可适当开放化学实验室。供学生做些相关的预备实验。当课堂交流讨论的时候,如果自己的理解与教师和其他同学讨论的结果正好相吻合时。便会有独创成功的愉悦感;若自己的理解与讨论的结果不甚相合。就作比量短长思索:预习的时候绝不会没有困惑之处。对不理解的学习内容作好标记,到了课堂对话和讨论时,就集中了追求解决的注意力。这种愉悦感、思索和注意力足以鼓励学生与文本对话的兴趣。大大地增进化学对话教学的效果:第二。便于教师以学定教、重导精讲,从而提高了教学的效率。教师在学生预习的基础上,给学生以纠正、补充和阐发。唯有如此,学生在预习阶段既锻炼了自己看书、从各种途径查阅资料和独立思考的能力,在课堂对话、讨论阶段又得到了切磋琢磨的实益,渐渐养成良好的习惯;第三,能保证师生对话、生生对话化学教学高质量的展开。
例如:学生在预习“氧化还原反应”时,发现看反应前后元素的化合价是否有变化就可判断该反应是否为氧化还原反应,觉得这比初中所讲的得氧和失氧来判断方便得多,教师就接过这个话题让学生继续看书,启发从四个层次来理解氧化还原反应的定义:①得氧或失氧的化学反应分别是氧化反应和还原反应:②氧化、还原反应同时发生的反应为氧化还原反应;③元素化合价在反应前后有升降的化学反应都是氧化还原反应;④有电子转移(得失和偏移)的化学反应都是氧化还原反应,这样使学生更加全面而深刻地理解了氧化还原反应。
2.5 教师自我反思对话
怎样开展教师自我反思对话呢?首先。教师要对教学方法、学生的参与度、学生实际接受状态等方面及时反省。界定具体的教学实践中存在哪些教学问题。可采用三种方法:①自传法,包括回忆自己当学生时对化学老师教学的体会以及当教师后在化学教学工作中的一些经验教训;②叙事法(教师之间的反思),即向同事讲述自已的教学故事,在讲教学故事的过程中发现自己教学中的问题:③观察实况。观看自己的教学录像带。也可以和同事相互观课、切磋和批判性对话,从而提高化学教学水平。其次,教师应遵循“从学生中来。到学生中去”的原则。针对症结主动跟学生沟通、交流,从中寻找线索,启发思路,找到更好的解决方案。第三,教师要经常反问自己,我是否认真上好了每一堂化学课。我是否达成了预定的教学目标。我的教学行为是否符合新课程理念。我是否具有较强的课程意识。我是否尽到了一个教师既教书又育人的职责等。这样经常反省自己。便一定能在理论素养和实践水平上进步得更快。第四,教师对感觉很成功的课要找出成功的原因所在。以教学案例研究的形式来揭示其内在的规律。为自己积累宝贵的教学经验和有效的教学方法:也可以坚持写教学反思日记,它包括对自身教育理念、教学工作诸方面的总结与分析和积极寻找解决的对策:课堂教学后记反思也是总结评价的一种好的策略。教师以体会、感想、启示等形式在每节课后对自身教育教学行为进行批判性思考。
如:在讲授“影响化学反应速率的因素”时,教师先采用传统的教学方法,一问一答,课堂气氛很活跃,学生围绕教师转、被动地接受知识,没有自主参与探究。第二次上课,教师吸取经验教训改变了教学方式,为充分发挥学生的主观能动性,让学生自主探究。此时,学生都表现得非常激动:人人都争着做实验,有取试剂的、有洗试管的……,教室里乱成一团糟,在急忙中,下课的铃声就响了,结果是学生、教师都一脸无奈地抱怨时间太短,最终没有按时完成教学任务。课后通过自我教学反思,教师终于认识到:教学既要体现学生的主体性,又要发挥教师的主导作用。下次上课时,教师精心设计了教学的进程:分组设计实验组内讨论交流给每组布置项探究任务组内分工合作完成实验一全班交流探究结果教师评价。这样,在教师的引导下,学生通过自主、合作和探究的学习方式有序地完成了教学任务,且教学的效果很好。
2.6 学生自我反思对话
学生是自觉的主体。是内省自我的主体,学生通过自我反思可以使主体形态更加成熟和完善。学生在同教师、同伴和文本的对话过程中。内心会产生一些矛盾和困惑。正是这些矛盾和困惑促使学生去思考、去追问、去感悟,也就是去跟另一个自己进行对话,在对话中缓解矛盾、澄清困惑,自身也就得到了发展。在自我对话中。学生超越跟他人、文本的不和谐,积蓄维系对话平衡的力量。走向下一轮新的对话。
例如,学生进入高中后,学习了弱电解质的定义,知道弱电解质主要包括弱酸、弱碱和水。这其中弱酸的种类很多,但它们的相对强弱不很清晰。课后,教师经常发现一些爱思考的学生,在认真思考这个问题并请教教师,教师可适时引导学生参考课外书藉,启发学生用弱电解质的第一电离平衡常数的大小来判断弱酸酸性的相对强弱。学生通过自我反思和研究,总结出了弱酸酸性由强到弱依次排列的顺序为:H2C2O4、H2SO3、H3PO4、HF、HNO2、HCOOH、
C6H5COOH、CH3COOH、H2CO3、H2S、HClO、H2siO3、HCN、C6H5OH,这样培养了学生对化学知识的精加工能力。
另外,学生可以通过资料收集、家庭实验、网络对话、社会调查、完成“日记”式作业等方式获取信息,为“反思性对话”留足空间。记化学课堂笔记也是一种好的自我反思策略。这个过程可以使学生对化学学习进行自我反思,帮助学生回忆上课的过程,总结得失。从而不断鞭策自己。激励自己,逐步养成独立的思维习惯。
3 结语
在现实中。教师理论上的探讨与实践中的行为总存在一些裂痕。表现在化学课堂对话中存在以下问题:第一,有些教师深层意识中的师道尊严观念,没有真正把学生看作是自己的学习伙伴,使对话教学难于开展:第二。与传统的教学质量评价标准的矛盾,很多化学教师对教育的改革有顾虑主要是来自于考试的压力,担心影响学生的学业成绩。尽管有理论和实践证明,对话教学与传统的评价方式之间并非是绝对对立的关系,它关注的是学生的可持续发展,是一个心灵积累的过程。需要相对较长的时间里才能显现出来。第三,对教师组织教学能力和知识积累、文化底蕴要求更高,对话教学中教师要面对更多的不定因素:如性格各异的学生各种意想不到的提问、还涉及到教师没有掌握的知识积累、知识点的迁移、文化底蕴等。而这些恰恰是从传统教育走过来的教师所欠缺的。
作为一种新的教学形态。对话教学在理论和实践两方面,都处在探索的阶段。还没有一个成熟的范例可资参照。在叙述上,如何区分和兼顾作为目的的对话与作为手段的对话。也是一个十分棘手的问题。怎样结合我国的教学实际,探索出一条适合于中小学教师的将对话教学理念转化为可操作性的对话教学方式,是人们面临的又一个重要的课题。
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关键词:化学教学;化学历史;人才;培养策略
中图分类号:C96;G712 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2015)09-0051-01
在我们的化学教学中,适当地讲一些化学史是十分必要和有深刻意义的,因为它在培养人才方面有着不可估量的作用。
一、通过讲化学史,培养学生勤奋好学、不畏艰难、无私奉献的精神
化学史中涉及到许多著名化学家的事迹,在他们的成长道路上,并不是一帆风顺的,而是从崎岖的小路上攀登上化学高峰的。这是一种耐人寻味的顽强的奋斗精神。
自1768年马格夫发现了氢氟酸后,一百多年来,许多化学家都为取得单质氟而辛勤劳动。有的人因此而中剧毒,还有的化学家献出了宝贵的生命。法国化学家莫瓦桑并没有因此而畏惧,他为制得氟而四次中毒,终于在1886年首次制得了单质氟。著名的科学家居里夫人,为研究放射性物质,继她发现钋之后,她同她的丈夫从1899年~1902年连续4年日夜奋战,他们既是科学家又是专业工人,既是工程师又是苦力。在那个冬不防寒、夏不避暑的板棚里,他们连续奋战45个月,处理了2吨矿渣,终于分离出纯氯化镭,虽然仅仅得到0.12克,但它却是智慧的结晶、毅力的结晶。居里夫人也因她伟大的贡献而两次获得诺贝尔奖金,同时也是世界上第一个获此殊荣的女性。由于长期接触放射性物质,居里夫人不幸患白血病而过早谢世。
通过学习氟、镭的发现史,一管窥全豹,可以清楚地了解到化学发展到今天的水平非常之不易,它是广大群众和化学家们经过长期的艰辛努力,甚至不惜付出健康和生命的代价而取得的累累硕果,最终汇集成了一部化学史。它充分说明,作为一名化学工作者要想有所作为,缺乏这种事业精神和严谨的治学态度,是难以做出杰出贡献的。
二、通过化学史的学习,使学生正确处理理论与实践的辩证关系
纵观化学的发展史,无论是元素的发现,还是化学定律的发明等,无不是在一定理论知识的指导下,通过实践而实现的。即在掌握和探索化学知识的过程中,理论和实践二者是相辅相成、不可偏废的。对于任何一个学习化学和从事化学工作的人来说,如果只注重化学理论知识的学习而忽视了实践,那么他是不可能取得成功的。
我校是一所省属卫生学校,是为辽宁省乃至全国培养和输送中等专业技术人才的。要培养出合格的、优秀的人才,在教学过程中把握好理论与实践二者的辩证关系是至关重要的。因此,我们必须在抓好理论课的前提下,狠抓实验和实习教学,锻炼学生的动手能力和培养学生解决实际问题的能力,以缩短我校毕业生的工作适应期。
三、通过讲化学史,培养学生正确的世界观
在化学发展史上,“燃素说”统治人们的思想几乎整整一个世纪,当时有不少著名的化学家受到它的约束。瑞典著名的化学家舍勒就是一个典型的例子。1772年,舍勒正在从事软锰矿的研究,他做了煅烧泵灰(氧化汞)的实验:把汞灰放进曲颈瓶中煅烧,忽然红色的汞灰不见了,变成了亮晶晶的汞珠。他用排水法将放出的气体收集起来,通过实验证明,这种气体就是“火焰空气”。舍勒把这个实验告诉了他的好友贝格曼,他们讨论了好久,但百思不得其解。主要矛盾在:“汞灰是一种脱燃素的物质,根据我们的知识,金属灰必有收木炭里的燃素,然后才能变成金属。现在金属汞怎么会产生出来呢?”“难道金属汞中原来就有可燃空气?是它把燃素给了汞灰,自身变成了火焰空气?”燃素说把这二位大师牢牢地缠绕着,问题越来越复杂了,他们始终也没有搞清楚到底是怎么一回事。客观上他们是得到了氧气,并研究了它的性质,然而他们至死墨守陈旧的燃素学说,正是这个问题才是他们百思不解的原因。
总之,培养青年学生的辩证唯物主义观点有两个途径,一条途径是通过哲学的学习,另一条途径就是通过学生所学的专业课程来培养。我们化工学校在进行各门专业基础课及专业课的教学过程中,恰如其分地讲授一些化学史知识,能在培养学生辩证唯物主义世界方面起到积极的作用。
四、通过化学史的教学,培养学生的科研能力
通过化学史知识的学习,使学生掌握一些化学知识积累过程的各个方面,了解一些化学家如何自学成才,是如何在艰苦的条件下进行发明创造的。这样能够培养学生的自学能力、查阅化学资料的能力以及思维能力和勤奋好学的精神。更重要的是,教师在讲授化学史的过程中,如同把学生引进了科学家们进行创造性活动的实验室中,使他们了解新的思想、新的理论是怎样产生的,是怎样通过实验来论证的。如此,能够激发学生对实验的极大兴趣。而通过实验,又能提高学生的动手能力和观察能力以及撰写实验分析报告的能力。
总之,通过化学史的学习,可以直接和间接地培养学生各方面的能力,开发学生的智力,为他们成才和今后进行科研活动打下良好的基础。
本文是本人在指导研究性学习在高中化学实验应用中得出的的一点体会:
首先,弄清化学实验与研究性学习的关系:
在中学化学教学中,充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征,挖掘和开发化学实验在研究性学习中的功能,对于改变学生的学习方法,形成终身学习的能力具有重要的意义。
一、化学实验是研究性学习的一种重要途径
研究性学习是学生自主地获取知识和技能、体验和了解科学研究的过程和方法、形成和提高创新意识、树立科学的价值观和活动过程。化学实验是学生化学学习中的能动的实践活动形式。化学实验为学生创设了亲身参与实践的情境,具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。化学实验的功能和研究性学习的特征决定了化学实验必然是研究性学习的重要途径。
二、化学实验作为研究性学习途径的教学策略
在化学教学中提倡和鼓励学生通过化学实验进行研究性学习,要充分挖掘化学实验在研究性学习中的功能,发挥化学实验在研究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节中的作用,研究开发研究性实验,引导学生通过实验去发现和研究解决问题的方法,在化学实验中培养学生的科学素质,实现学生的学习方式由被动接受式学习向主动研究性学习的根本转变。
第二、化学实验与研究性学习课题的选择:
通过化学实验开展研究性学习,必须着力培养学生的化学实验能力和自主学习能力,同时也必须依据学生的知识能力来确定研究课题,特别是依据学生的化学实验能力来选择适当的研究课题。根据我们开展研究性学习的体会,在服从课题研究的原则基础上,我们主要采用以下几种方法选择课题。
一、结合化学教学选择研究课题。当今课改的重要任务就是要提高学生的实践能力和创新精神,适当增加一些探索性实验,有利于提高学生的探索欲望,培养学生的创新能力。例如Fe2+和Fe3+的转化,可以改进为探索性实验:根据现有实验条件,如何实现Fe2+和Fe3+的转化?让学生首先设计实验方案,其次交流设计思想,筛选确定最佳方案,最后实施实验并得出实验结论。这种探索过程比空洞的讲授更能调动学生利用多种感官主动参与信息加工、构建知识,使学生的潜能得到更好的开发。
二、结合日常生活选择研究课题。社会生活中的问题无处不在,我们引导学生从自己身边开始思考,提出问题,并筛选确定研究课题,然后让学生收集资料、研究实验方案,通过实验自主探讨、自主学习,极大发挥学生的创新能力。如探讨铁生锈的原因,一方面学生选择了生活中常见的各种铁件,又设计了锈蚀的不同条件开展实验,另一方面学生又到工厂、商店、居民区、农村……开展实地调查,学生对铁生锈的原因、造成的危害及预防生锈的措施有了全面深刻的认识,写出了较高质量的化学小论文。
三、结合当地生产实践选择研究课题。我们结合当地经济建设的实际情况,结合课外活动及实践活动的开展,让学生大胆探索、积极创新。譬如围绕水的问题,可以启发学生从我县水的资源、利用、水患、污染、监测、防治等方面去思考,学生积极性高,提出了许多问题,他们调查排污口,参观自来水厂,监测水的pH值及重金属离子、苯酚等含量,并请来环保局人员共同分析,取得了良好的社会效益。
四、结合化学课外活动选择研究课题。利用化学课外小实验、趣味化学实验、化学小魔术等积极探讨化学实验的设计方案,研究化学实验的现象、实验装置、实验操作、实验观察、实验记录、实验分析和实验报告。如自制汽水的原理与方法、热水瓶(锅炉)中水垢成分的分析、相片冲洗原理的探索等等。
第三、研究性学习在化学实验应用:
1.设计实验方案
教师提出实验目的 ,让学生设计实验方案 ,然后师生共同逐个讨论 ,寻找多种方案或确定最佳方案。例如 ,在学习实验室制乙烯这一内容时,先说明乙烯中会混有SO2和CO2气体。让学生设计实验 ,证明它们的存在。结果学生都知道应先将气体通过装有品红溶液的洗气瓶 ,看到品红褪色,证明有SO2气体。但在接下来的检验CO2存在的操作中 ,意见出现了分歧 ,学生提出了如下方案 :①将气体通入澄清的石灰水中 ,石灰水变浑浊;②将气体通过装有足量的NaHCO3溶液的洗气瓶后 ,再通入澄清的石灰水中 ,石灰水浑浊 ;③将气体通过装有酸性KMnO4溶液的洗气瓶中 ,溶液褪色,再通入澄清的石灰水中 ,石灰水变浑浊 ;④将气体通过装有酸性KMnO4溶液的洗气瓶中 ,溶液不褪色 ,再通入澄清的石灰水中 ,石灰水变浑浊 ;⑤将气体再一次通过装有品红溶液的洗气瓶中 ,品红不褪色 ,再通入澄清的石灰水中,石灰水变浑浊。然后师生讨论 :方案①和③没有将可能未与品红溶液反应完全的SO2带入澄清石水中 ,方案不合理 ;方案②虽完全除去了SO2气体,但SO2与NaHCO3溶液反应会产生CO2气体 ,显然也不合理 ;方案④和⑤既能完全除去SO2气体 ,也不会减少或生成CO2气体 ,且现象明显,上述两个方案都合理。
2.改进实验装置
教材上有些实验装置复杂、实验费时费药 ,有些实验现象不够明显 ,还有些实验环境污染严重等等 ,教师可带领学生对这些实验进行改进。如酚醛树脂制取实验以后,试管难以洗净 ,每次实验只得更换试管 ,改进后我们用医用废磷霉素小瓶替代试管进行实验 ,不但节省了大量的试管 ,而且药品用量比原来少了许多。
3.研究不同反应条件对实验的影响
学生做了在AlCl3溶液中滴加NaOH溶液实验后 ,让他们将上述实验操作顺序颠倒 ,观察现象 ,并进行解释。再如用较纯净的锌粒与稀硫反应速度较慢,当在反应混合物中加入少量CuSO4溶液时 ,反应速度大大加快 ,可让学生探索原理。
4.开展家庭小实验活动
根据历年《台湾科技年鉴》、《“国科会”年报》、《中研院化学研究所年报》等资料介绍,在理论化学与先进分析方法领域,台湾科学家以往取得的成果包括:以理论计算探讨取代基对环糊精结构的影响;解析单分子层在表面结构重排现象,及混合单分子层在表面重排的相分离现象;利用“质子化诱导的分子内电荷转移”的概念来设计可远端调控的氢键系统,并研究如何设计共轭架桥结构,以增强调控能力;探讨氟取代对氟化并五苯分子半导体特性的影响;利用磷桥及硫桥异核双金属错合物研究异核金属键的化学性质;以六氮巨环配基合成新的三核铜混价含氧错化物;模拟嗜甲烷菌甲烷单氧化酶的反应中心,进行三价铜错合物的合成与光谱鉴定分析以及与受质反应机制之研究;用水热法合成无机固态化合物;研究金属错合物在二氧化碳固定化学上之作用;利用Suzuki耦合反应,成功地耦合带有氰基或不带氰基的苯硼酸与带有氰基或不带氰基之溴化或碘化苯来制备多种含氰基与不含氰基的三联苯;发展能有效用于合成α-芳香基及α-烯基-N,N-二甲基乙酰胺的耦合反应;设计具有功能性的有机分子,配合动力学的测量,探讨其内部的电子及能量转移的机制,以了解分子内予体与受体轨域间的交互作用,另一方面开发电子转移和能量转移反应的基础速率的理论预测方法;研发三维离子速度成像技术,并结合与交叉分子束实验技术,探测两个反应产物彼此的关联性;发现手性分子并不是等分布性,而是随着马达的移动及转动的动态所产生的力场而有所改变,达到辨识、分离手性分子的结果;成功发展出三维离子速度成像技术,其灵敏度与解析度在全世界首屈一指,并发现了“反应动态共振”的成因与性质等。
2006年,台湾中研院化学所的研究人员发明一种新质谱游离技术――电喷洒辅助激光脱附游离法,即将适合游离大分子的电喷洒游离法与基质辅助激光脱附游离法的游离源结合起来,可在常温和常压下操作,而且不需将样品和基质混合处理,即可速探测到样品中所含的各种化学物品的质谱信号,因此可适用于极微量的气体、液体和固体样品的快速分析,一举突破了上述两种方法在样品检测上的限制。
该所纳米生医研究团队2007年成功结合磁性纳米材料及基质辅助激光吸收脱附质谱仪的优势,发展功能化磁性纳米粒子探针亲和力质谱分析平台,将此分析平台应用于微量小分子药物的高通量检测,可快速纯化小分子化合物,如农药、违禁食品添加剂及,并利用基质辅助激光吸收脱附质谱仪进行精确分子量鉴定。
2009年,台湾中研院化学所的首次由实验结果观察到激发态在共轭高分子(或称导电高分子)的共轭系统中是二维的现象。此项结果乃结合异三并苯的对邻位键结与二维梯状平面结构达成,前者使得激子可以有效从对位共轭链进入到邻位共轭链,后者则使得整个共轭骨架保持共平面,而不会因结构扭曲而使激子定域化,其具体结构为一系列含不同苯环数目的星状结构的梯状苯聚合物,结果显示激子可扩及每一个苯环,且此线性也可与链形梯状聚对苯的性关系重叠,并进一步利用荧光方向性的测量来确立其分子属单一发光团。
该所研究团队在2011年研发气哨音波感测泛用型技术,对于微量分析物进行检测时,利用气相层析分离设备内的哨型器,待测气体流经装置时,空气柱会发生振动而形成驻波产生声音,由高灵敏度麦克风并经傅立叶转换后根据分析物相对于声音信号出现的时间与频率的变化量,便可同步观测单一谱峰,可用来确认分析物的成分与含量。对于检验或监测,仅需读取频率的改变量,不需要校正曲线的辅助,即可直接估算分析物浓度。此项装置为学术界及产业界提供新的气体快速检测及定量分析方法,对现行热导探测器、火焰离子化探测器、半导体感应器及质谱仪等各类仪器不足之处进行补强。
先进材料化学
在先进材料化学领域,台湾科学家以往取得的成果包括:开发多种高效率有机发光分子,包括多种四苯硅烷或四苯甲烷分子玻璃材料及二吡咯吡啶骨架的蓝光、绿光材料及含铱金属的红光材料;利用开发的蓝光材料搭配红光材料,制成高亮度的电激发光材料及白光元件;以三芳香基胺顺丁烯亚酰胺所制备的非掺入型发红光有机发光二极管,能够发出有效率的红光;开发有高荧光量子产率的共轭三吡啶衍生物及其金属错合物发光材料;开发出具有荧光特性的长方形及笼状超分子化合物;开发得到自发性组合环形的三次非线性光学化合物、高分子型二次非线性光学化合物;合成供双光子吸收或双光子荧光的三次非线性光学材料;制备新颖特殊的有机金属化学气相蒸镀陶瓷薄膜材料;合成含甲硫醇功能基且具有17个苯环及16个碳-碳双键的纳米级有机分子;发现含有呋喃的多苯化合物是有效的空穴传递材料,及利用芴(fluorine)分子及星形化合物,创造一个形态稳定(高Tg)的空穴传导材料;研究碳纳米管的生长机制,可将碳管选区生长在各种材料表面,并达到高密度、低温成长、垂直排列等功效;开发场发射显示器;利用推拉电子基取代的制作出高效率与亮度的非掺入型红色有机发光二极管;合成各种形状、不同大小的金、银纳米量子点,研发出一种可以在硅、蓝宝石、氮化镓、磷化镓、铝、铜、玻璃等材料上制造纳米针尖的技术,并证明其在催化、场发射、抗光反射、表面共振光学上有特殊的功效;利用一氧化碳和镉制成自组装一维超分子材料,并观察到新的光学及结构现象。
2008年,台湾中研院化学所陈锦地等人通过成功的精心的分子设计,开发出一系列咔唑-共轭-双三甲基苯硼烷双极性荧光物质,制作高效率非掺入型蓝色有机发光二极管,突破目前双极性的蓝色发光物质所面临到的难题。电激发光的效率很高,最大外部量子效率达到6.9%。该研究团队正进一步探讨研究利用此处的分子设计,用在白光有机发光二极体固态照明上。
近年来,台湾大学彭旭明领导的实验室专注于分子电子学的研究,2009年采用扫描式隧道显微镜测量金属串分子(以4个多吡啶胺与金属离子错合,并在分子的两端各有轴向配基,具有良好电子传导性质,可作为分子导线)的导电性,得到电流与探针移动距离的关系,计算出镍、钴以及铬核金属串分子的键序,即金属核之间的键结程度;以导电原子力显微镜观察,发现铬核金属分子的导电能力有着强弱变化,分别代表开与关两种性质,显示其具备分子开关的特性。
台湾中研院化学所团队利用适当的有机自组装分子层修饰金的表面,成功地改变五环素(pentacene)分子与表面作用力,提高五环素分子层的结晶性,得到高效能场效应晶体管元件,再将金纳米粒子安置于其中,藉由纳米粒子用来当作储存电荷的浮置阀,使晶体管元件同时具有记忆性质,因而成为具有记忆功能的三端点存储元件。根据这一结果,该研究团队正在进一步使用其他金属纳米粒子或有机纳米颗粒,制作出更多性能可以调控的有机场场效应晶体管/存储器元件。
二硫化钼是继石墨烯之后备受关注的层状材料之一。台湾科学家2012年首先利用化学气相沉积法研发出制备大尺寸高品质二硫化钼均匀薄层的方法,为二硫化钼及相关的无机二维材料电子学研究及应用奠定了材料基础。此外,利用离子凝胶作为介电层,⒍硫化钼制作为软性晶体管,发现二硫化钼薄层并不像一般无机材料容易碎裂,反而具有惊人的高度柔软性,使其有机会取代共轭高分子,成为软性电子的主动材料。
环境化学与能源化学
在环境化学与能源化学领域,开发新型催化剂是保护环境、治理污染和发展绿色能源必不可缺的内容。台湾科学家以往取得的成果包括:利用X光光电子能谱、傅立叶转换红外光谱及程温脱附研究小分子在催化剂表面的吸附与反应,检测其反应活性并推导反应机理;研发出可大量产生高纯度甲烷单氧化酶的发酵法,除光谱分析及生化方法鉴定外,并针对此酶活性,测定基质氢与碳的同位素效应,归纳出催化中心的反应型态;研究钯催化聚烯反应,证明中性的钯-醛酰配位错合物具催化聚合烯类化合物的效果,其活性与配位基的电子组态、立体障碍有关;制备出在甲苯的对位上带有甲氧基的钯环催化剂衍生物,促使芳香烃卤化物进行同耦合反应;用二氧化钛涂布中孔洞材料的表面,制备多孔洞二氧化钛材料以研究其作为异相催化剂载体的性质,发现不错的活性;以氘丁烷测量其同位素效应,并测量其疏水性中心反应空间的大小,显示甲烷的催化需要一定的疏水作用及适当的位向方可进行,另外以密度方程式的方法计算反应的发生路径,甲烷的活化以三个铜原子协调一致的作用方式最为有利;发现纳米级催化系统常可提供其他尺度材料截然不同的催化活性,带来崭新的应用;开发纳米尺度的硅倍半氧多聚体复合材料,并探索硝化、聚合等催化反应效率,重点研究以多孔性材料为载体的金属催化剂以及纳米级二氧化钛催化剂等。
结构内部具有纳米大小孔洞的介孔物质可以作为分子筛,用作催化反应或用来储存氢气与二氧化碳,以及应用于新型无镧荧光粉材料。新竹清华大学的研究人员在2010年突破前人的瓶颈,利用不同长度直碳链的单胺作为聚集式模板,掌控纳米孔洞大小,导引出由3种相同构建单元组装而成的无机纳米孔洞骨架,进而达到系统性合成,成功开发出理性合成无机骨架的方法,设计出一系列新颖的晶型纳米孔洞结构,不仅第一次超越了自然界36R的纳米孔,更重要的是孔径超越以往晶型孔洞物质2纳米的上限,使科学家第一次认知到结晶性介孔无机物质是存在的。
台湾中研院化学所研究团队致力于选择性材料的开发,即在纳米空间中将功能基或客体嫁接或沉积在特定位置上,藉以形成多功能纳米复合材料,并在纳米生物医学、绿色催化以及气体吸附与传感测量应用中展现出优越与特殊的性质与表现。
另外,台湾科技人员还通过实验证实,碳纳米管在锂电池的应用上比石墨电极的效率高,利用碳纳米管发射脉冲电子束,其电子束强度较其他材料高出千倍以上;
目前已知的化学反应无法解释臭氧洞的形成。为此,台湾科学家决定跳脱传统光谱学的思维,2009年提出创新的解决方案,结合分子束、激光与质谱等技术,精密地测量过氧化氯分子在代表性波长下的光分解速率,以明确的证据平息全球科学界对于臭氧层被破坏方式的重大争议。该团队精确测量了过氧化氯分子光分解产物的产率,并清楚确立了其光分解动态。这些结果不但增进人类的基础知识,也为大气化学家提供了精确的参考数据,对于臭氧层中发生的化学反应能依此做更深入的研究。
染料敏化太阳能电池相较于传统硅基太阳电池,具有色彩多样化、元件效能不随温度增加而降低、可制作半透明、可挠曲元件和弱光下即可发电等优点,因此极具商业化价值,但钌系错合物染料的最佳光电转换效率在过去二十几年中一直无法突破12%。有鉴于此,台湾中研院化学所林建村等人2011年针对各类的紫质染料来进行测试,发现其中以YD2-o-C8元件性能最为优异,由此制成的高效能染敏型太阳能电池,在模拟太阳光一半强度照射下,其光电转换效率可达13.1%的世界纪录,这是以钌金属作为光敏染料的DSSC元件自2005年达到11%以来至今最大突破。
生物及医药化学
在生物及医药化学,台湾科学家以往取得的成果包括:将固相萃取及微透析膜分别整合在电泳芯片上,增加浓缩、即时取样等分析功能,应用于连接聚合链锁反应产物的临床分析及蛋白质分析;发展醣类金纳米粒子,应用到细菌的检测及分析标定;尝试用纳米粒子在老鼠身上产生新抗体;发展出不同颜色的功能化Ⅱ-Ⅵ族半导体粒子,再将其与生物检测上使用的抗体或DNA结合,用于细胞器标定和DNA序列鉴定,提供一种快速且精准的生物检测技术;由核磁共振频谱及圆二色偏光光谱分析,得到牛痘病毒蛋白质分子模型,可推断造成此病毒蛋白质分子集结原因及负责的氨基酸;开发新合成方法,制备一系列与细胞表面醣体硫酸乙酰肝素有关的寡醣,找出结合最强的寡醣,作为复合体结构分析及电脑分子模拟设计抑制物;完成核酸突状结构的探测及其反应机制的推导;利用光谱法定出艾滋病毒过膜蛋白核心结构形成的氨基酸残基,并发展出引发多株抗体的抗原;研究感冒病毒与胞膜作用对pH 的变异性;发现回纹式核酸三螺旋在水溶液中有前所未有的新结构,其功用可能有助于核酸链在染色体紧密排列,证明核酸在水溶液中是一种机动平衡;完成人类抗体蛋白质工程研究,以大肠菌培养法大量生抗体并使之活化;研发具有抗肿瘤潜力的药物胞核-单磷酸N-乙酰神经胺糖酸直链状类似物;证明以醣类分子包裹的金纳米粒子为良好的多重价载体;开发新方法用于合成海藻醣脂醇;以肽形成淀粉状蛋白纤维的现象为研究对象,了解其纤维化的过程藉由动力学的控制效应;率先报导一锅化保护-醣链结反应,有效合成α12链结的双醣体;利用光不稳定化合物,合成一系列包覆后的肽,根据其包覆前及包覆后的光谱资料,建立其确实的结构信息;成功合成出半乳醣脂质及其衍生物,并发现其免疫调节活性;成功开发出以三氟甲磺酸铜盐催化六碳醣与醋酸酐的无溶剂且高产率的全乙酰化反应;成功开发出以自然界存量最多的D式葡萄糖为起始物,合成多种具潜在生物活性的L式六碳醣衍生物的合成途径等。
2006年,台湾中研院化学所研究人员利用金属纳米材料进行蛋白质、DNA与重金属离子的探测,并进行纳米药物的开发以调控凝血作用。所开发的高感度纳米光学传感器可用于乳癌标志物的定测量试,也可进行单一碱基对基因突变的检测。另外开发的分子适合体纳米药物除具有快速和极佳调控凝血效果外,其高稳定性和低副作用适合于抗凝血药剂应用,不仅可提高与凝血酶结合能力,也可调控凝血时间。
近几年,该研究团队还将纳米薄膜应用在光学、电化学与质谱探测器,通过制备金属纳米粒子、微纳米粒子、纳米团簇,并进行小分子、DNA、蛋白质和酶等功能化修饰与薄膜化,所形成的功能性复合纳米薄膜可应用于汞、铅、铜等重金属、肿瘤蛋白、酶、DNA和癌细胞探测器的_发与控制药物释放。相关纳米薄膜材料也可应用于表面辅助激光脱附游离化质谱仪,用以探测环境污染物,如重金属铅离子、大肠杆菌等。
荧光共振能量转移方法因可以测量纳米尺度的生物分子构型改变,因此近年来成为了解各种生物现象中分子层面的动态变化的一大利器。在利用荧光共振能量转移方法于观察蛋白质时,研究人员需将欲研究的蛋白作多色的荧光定点标定。然而,此步骤常异常繁琐困难。2009年,中研院生化所杨维元等人开发出运用天然的酵素intein来大幅简化蛋白多色荧光定点标定之步骤,使荧光共振能量转移方法在蛋白质研究能更简易地被运用。
传统药物动力学的区室分析方法是将生物体组织分为一至多个区室,每一个区室内部的特定物质均视为均匀分布,探讨生物体内不同区室里,特定物质动态吸收、分布、代谢和排泄的定量变化趋势,并藉以达成其药物试验的剂量设计、解释造成药效的研究。然而,对于特定区室的物质动态变化而言,常常会因缺乏适当的实验数据而无法进行。为克服此难题,台湾研究人员在2010年陆续成功开发出多种可用以进行细胞外液区室内各种原生性(如脑内金属)及外源性物质(如金属离子、纳米粒子)动态浓度变化趋势监测的活体动物体内自动化连线分析技术。
大蛋白质复合体往往有容易裂解的问题,因此提高了用X光结晶学作为解析结构方法的困难度。为了了解相位显微镜在提高衬度(即图像的信号噪音比)后所带来的具体影响,中研院化学所研究人员定量比较了相位片电子显微镜和传统电子显微镜在单粒子重建程序中每一步的效能,结果发现相位片电子显微镜能够帮助分离相似构形的蛋白质图像;而对于分子量介于10万和50万道尔顿的蛋白质,重建三维结构所需的图像数目大约减为传统电子显微镜所需图像数目的1%至10%,因此许多不易获得的蛋白质也有机会纳入结构解析的行列。
2011年,台湾中研院生化所吴世雄领导的研究团队历经4年时间,自台湾出产的释迦及番荔枝科植物的种子中纯化出8种不同呋喃键结型态的番荔枝科乙酰生合成物,藉由核磁共振光谱与恒温滴定测焓仪,证实乙酰生合成物与钙离子螯合,结合成不同形式的钙离子类冠状醚错合物。在生物细胞的实验中,他们进一步证实乙酰生合成物――钙错合物能协助钙离子穿透细胞膜,增加细胞体内的钙离子浓度,扰乱细胞体内钙离子的均一性,进而引起粒线体的去极化,启动细胞死亡,而提供此类天然产物之所以具有强烈的细胞毒杀能力的原因。此研究成果结合化学及生物学的实验方法,厘清乙酰生合成物对细胞内离子均一性的影响,为活性天然物应用于新药开发上提供更直接、可能的作用机制。
肌萎缩性脊髓侧索硬化症(也称运动神经元病或“渐冻人病”)是常见的神经退化性疾病之一。藉由分析TDP-43C端片段的基因序列,可进一步了解其在该病患中所扮演的作用。2012年,中研院化学所研究人员利用生物信息软件PONDR,对TDP-43蛋白的序列进行结构分析,结果显示约80%的C端序列天生没有结构。为了更详尽了解C端片段的特征和物理性质,该团队分别合成4条胜肽片段(D1-D4),结果显示只有D1呈现出纤维的结构,宽度约11纳米且有互相缠绕的现象,同时发现该病患者中可以找到由TDP-43所形成纤维结构的聚集物,因此推测D1具有促进纤维结构形成的能力,帮助了解此疾病所产生的聚集体结构上的特性,有助于找到治疗该疾病的方法。
p53诱导癌细胞凋亡的抗药性是医学界上一直悬而未解的难题。2012年,台湾中研院化学所李文山及王朝谚所等人成功地发展出新型的含钯、金及银金属抗癌剂。此类金属抗癌剂不仅稳定存在似生理状态的缓冲溶液中达3天,且有效的抑制乳癌及脑瘤细胞的生长,尤其对脑瘤细胞具较好的毒杀疗效,并避开p53诱导癌细胞凋亡的抗药性。更进一步的研究发现,这类金属抗癌剂可导致p53-诱发的细胞凋亡(p53蛋白、磷酸化蛋白及bak表现增加)而p21蛋白表现减少。此发现可应用于解决p53诱导癌细胞凋亡的抗药性问题,是治疗脑瘤的一个重要突破。
一、綠色化学应用的概念
绿色化学是以绿色思想为基础,通过化学分析理论和研究原则,分析绿色化学研究的相关内容,明确绿色未来的发展趋势和方向。加强绿色化学产业技术人才的培养,配置良好的技术研发团队,不断提升绿色化学应用发展效果,尽可能的提升绿色化学的应用,改善化学技术的研发过程,提升绿色化学应用效果,完善资源的循环理论标准,提升污染物的排放和绿色处理,加强与国外技术的相互交流水平,向优秀的绿色化学研究技术方式学习,引进优秀的绿色化学研究技术方法,实现本国中绿色化学生产工业水平的快速提升。[2]
绿色化学是以化学反应、溶剂、催化剂等反应技术,通过绿色方式,提升新合成技术的研究效果。特别是催化过程。新化学研究中包含生物资源的转化、新反应条件的利用,无公害介质资源的研究等等。根据绿色化学产品的设计,逐步提高研制技术水平。
二、绿色化学的研究趋势对象
1.原材料的绿色化研究
绿色化工研究生产是降低产品中的毒性问题,改善安全环保效果,完善人类的安全生活环境,提升化工产品的无公害生产水平。
2.化学反应绿色化应用
化学绿色反应的管理需要服务绿色需求标准,根据经济原子性标准,即最大限度的提升废物的排放效果,改善周围环境水平,以良好的选择标准价值,提升选择规范性效果,实现在绿色化学选择上的立体规范性。[3]
3.生产产品的绿化发展
生产产品需要绿化发展模式,逐步提升人身基本安全建设,完善化工产品的安全水平。例如,采用降解剂、除垢剂、杀虫剂等,使用可以降解的塑料制品,绿色燃料、绿色涂料等。随着现代科技的快速发展水平,越来越多的存在污染性化工产品被取代,绿色产品受到现代绿色环保化工发展的需求。目前,化工生产中,常常使用具有腐蚀性的化学材料作为催化剂,催化效果较好,但会对环境产生严重的腐蚀性问题。而采用仿酶催化剂、水溶催化剂可以有效地达到催化的目标,减少催化后造成的各种腐蚀问题。
4.溶剂的绿化作用
溶剂的绿化发展是以有效分离为技术标准,通过介质作为分离,提高溶剂的有机合成效果。但在反应过程中会产生有机化合物,引发臭氧的形成,造成水资源污染环境的产生。需要对溶剂进行研究,加强绿化溶剂的研究分析。
5.化学绿化的设计
利用计算机应用完成化学绿化的辅助设计,首先需要建立良好的化学反应资料库标准,利用计算机化学反应组合方式,确定实际原材料使用方式和标准,搜寻产物的目标反应结果,利用计算机模拟分析化学绿色反应结果,确定适合的化学绿色反应效果。根据目标产品的基本原则,准确的分析产物实际的化合原料,确定预定的原料标准内容,对相关反应路线和实际环境效应进行准确的分析,从中选取最佳途径进行分析。
6.绿化技术的合成
根据实际绿色化学合成技术,准确的分析有毒害物质的有效使用效果。采取合理的非物质化学方式,利用多环境效应,逐步改善化学产品的实际选择效果,降低产品的整体能耗。按照实际常温水平,常压标准,分析电化学实际洁净中的各种优势,确定绿化技术合成效果。
三、绿化技术的新技术和新工艺方式
1.催化技术
催化技术是不断加强实际有效反应效果,大力加强化学反应的高效应用选择性,对实际的转化率水平进行合理的分析,逐步提升产品的整体质量,降低成本的同时消除产品的副作用,减少可能出现的各种污染,最大限度的完善各种资源的保护水平,实现对生态有效环境的保护作用,这是绿色化学整体研究的重要方向。
2.生物化学技术
生物化学技术利用现代生物科学技术应用,逐步提升高新技术水平,大力开展生物技术的食品、药品、能源、化工技术的整体应用效果。按照最大有效特征性水平进行综合生物资源的快速利用,实现生物化学的有效节能,改善清洁生产水平,实现化工技术的整体生物化工过程。生物化工过程中包含基因化工技术、细胞化工技术、酶化工技术和微生物加工技术。
3.超声化工技术的研究
超声化工是利用现有的化学试剂,准确的分析声学、化工学的相互融合效果。通过分析声学技术的变化原理,准确的分析实际有效提升整体反应的选择过程,增加化学整体反应速度,加强化学反应速率和生产率,实现能好的有效降低,实现整体废物的快速排放,改善化工绿色的多元化技术分析,实现化学超声技术的广泛性应用。
4.膜工程化工技术
膜工程化工是利用膜分离技术、膜催化技术,通过分离的方式,实现成本低的化工工程,工程能耗较低,效率较高,污染小,有良好的回收效果。膜催化反应往往是超出整体平衡的反应,可以有效地提升整体反应的选择效果,提升原材料的实际转化作用,节约了资源成本,降低了污染。磨技术的快速应用是具有广泛应用价值的。在化工产业、石油产业、环保产业、电子产业、医药技术产业等多种行业中进行发展和分析,提升高新化工绿色产业的快速发展。
结语