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比较粒状大理石、碳酸钙粉末分别与0.5mol/L盐酸、1mol/L盐酸在常温下、冰水或沸水中的反应情况.通过以上三组实验,总结归纳出反应物的接触面积、反应物的浓度以及是否使用催化剂等对化学反应速率的影响,同时也让学生体验了探究过程,感悟了“规律”“原理”等知识的形成过程.
知识的学习离不开科学方法,新课程理念下的探究性化学实验,在新教材中有许多内容的呈现凸显科学方法.例如,鲁科版教材必修一在刚开始学习高中化学时,就研究金属钠和氯气的性质为载体,专门学习研究物质性质的方法和程序.又如,在《有机化学基础》选修模块中,设置“有机合成”课题.一方面是将学过的典型有机化合物知识进行梳理、整合和应用;另一方面以这些知识为载体,总结出有机合成的一般方法和原则.为此设计了如下探究性教学实验.
再如:设计以乙烯为基础原料,最终合成目标产物———乙二酸乙二酯.学生动手利用球棍模型模拟:由乙烯生成卤代烃,再转化为乙二醇、乙二酸等中间产物,最终合成目标产物乙二酸乙二酯.通过这个实践活动让学生体验了“正向合成法”.在此基础上又提出新的任务,让学生讨论:要合成乙二酸乙二酯需要经过哪些步骤?有哪些中间产物?基础原料是什么?经过知识迁移,通过演绎推理很容易得出正确答案.这个实例,又让学生体验到了“逆向合成法”.之后再引导学生结合这两个合成的实例,分析在实现有机物的转化时,主要关键是增长或缩短了分子中的碳骨架,或者是引入、转化了官能团.随后采用逆向合成法推断合成苯甲酸苯甲酯的原料和中间产物.由此再引出如何优选反应路线的问题,总结出有机合成的原则.
在上面结合实例分析和总结有机合成的方法和原则时,多次运用了比较、类比、归纳、演绎及模型法等多种探究性实验教学方法.鲁科版《有机化学基础》教材作为课程标准向教学实施转化的媒介,为了使学生更好地完成有机合成任务,对有机反应有更为深入的认识,教材在“有机合成的关键———碳骨架的建构和官能团的引入”这一部分专门设计了“交流研讨”“观察思考”“迁移应用”等活动栏目,帮助学生树立和归纳在前面所学的各种具体的有机化学反应,从而为学生能够顺利学习“有机合成设计”奠定必要的基础.
对探究性化学实验教学的建议
1.创设问题情景,激发学生的化学实验兴趣.
在上述探究性教学实验中,以实验素材为载体,将相关知识内容设计成一系列具有相互联系和逻辑关系的问题,创设多层面、多维度的问题情境,诱发学生不断思考,唤起求知欲望,引导学生主动自发进行探究性学习.
2.倡导交流与合作,深化实验探究.
为了给学生创造自主探究的契机,应该从多角度构建课堂实验教学内容,挖掘课本实验的内涵,拓展课堂实验的功能、提升实验教学的品质,充分体现“自主、探究、合作”新课程理念,只有这样才能充分利用教学资源,才能使课堂教学活动流畅有序、生动活泼,才能有效地实现新课程下的化学教学改革.
【关键词】中国旅游地理 课程教学 “任务驱动+小组合作”教学法 教学案例
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)10B-0109-02
中国旅游地理课程是中职校旅游类专业的一门理论基础课程,是旅游服务与管理专业的专业理论基础必修课。由于中职生普遍存在学习基础差、学习主动性不足等问题,对于理论课程学习兴趣不浓厚,传统的以教师讲授为主的“填鸭式”教学效果非常不理想。因此,南宁市第一职业技术学校近年来大力推行以学生为主体、教师为主导的“行动导向教学法”,激发学生的学习兴趣。在本课中笔者试以中国旅游地理课程第九章《东北旅游区》为教学内容,以南宁市第一职业技术学校2013级旅游班的学生为教学对象,在课堂中运用任务驱动、小组合作等教学方法,将东北旅游区三省12个旅游城市33个重要旅游景点的知识点简单化,方便学生进行归纳和记忆,并将课堂真正交给学生。下面对课堂中的部分重要环节进行一个简单的介绍。
一、课前准备
全班学生分为7个学习小组,在体现小组间大体均衡的前提下,让7名成绩较优秀的同学作为小组的“leader”,由小组长组队,每个小组5-6人,分工明确(资料收集者、课件制作者、记录员、导游员(成果展示者)。按照课前准备教学任务书(见表1)中的内容要求完成任务。
二、课堂活动(片断)
……
师:展示由各小组提供的一组东北旅游资源的图片,请同学们将图片和东北旅游区的7个旅游资源特征进行连线。
其一,气候旅游资源得天独厚。
图片:中国雪乡漠河。
其二,火山熔岩地貌奇特。
图片:五大连池火山。
其三,生态旅游地域广阔。
图片:扎龙自然保护区-丹顶鹤群。
其四,温带海滨风光。
图片:大连老虎滩。
其五,名胜古迹以清代遗存居多。
图片:沈阳故宫。
其六,复合型的民族风情。
图片:朝鲜族、赫哲族。
其七,受多种文化影响的建筑艺术。
图片:圣索菲亚大教堂。
生:根据所学知识进行连线,了解东北旅游区的7个旅游资源特征。
师:现在假设我们7个小组就是7家旅行社,7个旅行社将要推出7个东北特色主题旅游线路,请各旅游社抽签决定“主题”。
生:派一名代表抽签,确定“主题”。
师:请各小组根据你们抽到的“主题”选择与主题相对应的代表旅游景点或资源(卡片),并将相关主题整理成旅游线路。
生:小组讨论后找出相应主题的旅游景点或资源(卡片),并设计旅游线路,安排相应的旅游活动,选出小组“导游员”。
师:请各个旅游团开始我们的“东北主题旅游”,请小组的“导游员”上台带领我们体验“冰雪之旅”“火山之旅”“生态之旅”“温带海滨之旅”“历史之旅”“东北民族风情之旅”“建筑艺术之旅”。
生1:各位游客,欢迎到吉林松花江欣赏美丽的雾凇,雾凇是潮湿的水雾直接凝华为霜晶体,附着在堤岸边的树木上形成的雪柳现象。你看“白发三千丈”的雪柳,“玉菊怒放”的雪松”,是不是很美呢?吉林雾凇与桂林山水、路南石林和长江三峡被誉为“中国四大自然奇观”。每年1月份吉林都会举办“吉林雾凇冰雪节”,有冰灯、彩灯游园会,可以放河灯、放焰火,观看彩船大游行、东北大秧歌等活动。
欣赏了美丽的吉林雾凇冰雪节,我们去哈尔滨参加另外一个节日――哈尔滨国际冰雪节,每年1月5日开始,持续一个月左右,这里有冰球赛、冰雪节诗会、冰雪摄影展、冰雪电影艺术节、冰上婚礼活动,还可以游览冰雪迪斯尼乐园――哈尔滨冰雪大世界和太阳岛上的雪雕游园会。
接下来我们到亚布力国际滑雪场去滑雪,亚布力滑雪场是国内最大的滑雪场,我们可以为游客提供高山滑雪、雪地摩托、狗拉雪橇、湖上滑冰、堆雪人、雪地烟花篝火晚会等游艺项目。或者你也可以去吉林的北大壶滑雪场,北大壶滑雪场有着得天独厚的自然优势。山坡平缓,少陡崖峭壁,积雪日达160天左右,三面环山,冬季风小,气候较适宜,北大壶滑雪场可以满足高山滑雪、越野滑雪、跳台滑雪、自由滑雪、雪车、雪撬等雪上项目场地要求,达到国际雪上竞赛场地的水平。
你还可以到黑龙江牡丹江的“中国雪乡”,观赏银装素裹的童话世界,体会林海雪原、千里冰封、奇松树挂的北国冬季之美。
如果你到“中国的寒极”――漠河,那里位于中国版图的最北部,是中国纬度最高的县份,冬季最低气温曾达-52.3度。漠河北极村是中国境内唯一可观赏到北极光和极昼现象的地方。
生2:……
(各小组代表依次上台介绍各自的“东北主题之旅”)
师:同学们都很棒,在短短的时间掌握了东北旅游区的资源特征和主要旅游景点。
三、学习评价
对小组合作、任务驱动学习进行评价,对完成的任务进行评价可以增强学生的参与度,提高自主运用知识的能力。学习评价由小组之间、小组内部、教师三方进行(见表2)。
四、案例反思
本课是中国旅游地理课程中“旅游区”其中的一章,内容多,时间紧,如何将枯燥、死板的各大旅游区的旅游景点或资源内容让学生主动了解识记,使课堂变得有活力、有体验、有质量,实现教学目标,提升学生职业能力,是专业理论课教师面临的难题。本课例的尝试较好地解决了这个问题。主要体现在以下几方面:
第一,在专业理论课题中运用“任务驱动”教学法,一是让学生由“被动学习”变为“主动学习”,把课堂上的更多时间交给学生,体现学生的主导性;二是让学生在模拟情境中学习,有利于职业素养的形成,让学生在探索中得到提升。
第二,小组合作学习法与“任务驱动”教学法的配合相得益彰,而且小组合作学习可以培养学生学会合作、学会沟通,互相帮助、互相学习的能力,为学生在今后的工作中培养协作能力打好基础。小组当中分工明确,人人参与,提高了学生的课堂参与度。
第三,本次课中教师对教材进行合理处理,体现了活用教材的能力。本课内容是理论知识点,内容多且杂,对学生的识记能力是很大的挑战。按照传统的讲授课“读文字+看图片/视频”的方式,单纯的知识点罗列容易让学生产生审美疲劳,不能激发学生兴趣,不利于学生识记。教师将东北旅游区的主要旅游景点按照“冰雪之旅”“火山之旅”“生态之旅”“温带海滨之旅”“历史之旅”“东北民族风情之旅”“建筑艺术之旅”7个主题进行分类,将三省的旅游景点打乱重新组合,让学生进行主题旅游设计,变枯燥为生动,由繁化简,便于学生学习记忆。
第四,在实施“任务驱动”“小组合作”教学过程中,要特别注意几点:一是“任务驱动”教学法的实施要求教师必须对任务目标非常明确,要提前收集相关资料、设计好任务书,任务书设计要合理;二是在实施过程中注意课堂教学进度的把握;三是在活动过程中要注意加强课堂管理。
【参考文献】
[1]朱永杰,冯建成.任务驱动教学法中的任务设计[J].教育与职业,2010(24)
关键词:思维导图;有机化学基础;化学教学
文章编号:1005C6629(2017)2C0049C04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
思维导图是由英国心理学家、教育家托尼・巴赞(Tong Buzan)在20世纪60年代提出的一种图解形式记笔记的方法,也是表达放射性思维的有效图形思维工具。思维导图运用图文并重的技巧,把各级主题的关系图相互隶属与相关的层级图表现出来,将主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接,充分运用左右脑的机能,在思维过程中协调运作,利用记忆、阅读、思维的规律,协同人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展,从而开启人类大脑的无限潜能[1]。随着现代信息技术的迅猛发展,开发出来多种思维导图软件,并在教学中发挥越来越大的作用。思维导图软件属于现代信息辅助教学(MITAI)的一种形式。现代信息技术辅助教学是计算机辅助教学(CAI)的发展,现代信息技术辅助教学满足了学生个性发展的需要[2]。笔者经过多年使用思维导图软件的教学实践,积累了一些对思维导图的认识和在化学教学实践中的经验,下面以高中化学《有机化学基础》模块为例,对思维导图在化学教学中的应用提供有意义的参考和启示。
1 思维导图的教学实践研究
1.1 明晰有机化合物核心概念之间的关系
有机化合物种类繁多,很多有机物的结构看着比较相似,但在性质上差异较大,如果能理清各种有机物核心概念之间的归属关系,就能简化有机化学学习的容量,降低学习的难度,为《有机化学基础》模块的学习打下了坚实的基础,思维导图可以清晰地呈现出有机化学核心概念之间的关系,以烃类化合物为例(见图1)。
1.2 强化有机物结构与性质关系的认知结构
J知结构是知识结构内化在学习者头脑里所形成的观念的内容和组织[3]。《有机化学基础》模块最核心的内容是有机物的结构与性质的关系,学生利用思维导图中的“联系”功能可以很好地强化有机物的结构与性质关系的认知结构。形成从物质的微观层面理解有机物的组成、结构和性质的联系,形成“结构决定性质”的观念,发展“宏观辨识与微观探析”这一化学学科核心素养,以有机物的官能团和化学性质的关系为例(见图2)。
利用思维导图的“联系”功能,还可以在有机物的结构(官能团)与化学性质的连线上添加所需要的反应物质或反应条件(如图2中酯基、肽键和醛基等)。
1.3 直观展示有机化学实验的装置和化学原理
1.4 指导有机物合成路线的修正和信息获取
有机物的合成是《有机化学基础》模块的重要内容,体现在有机化学理论的学习研究和生产生活实际的需求两个方面,因此有机物合成路线的考查在高考的考查中是重点,也是难点。学生对有机合成路线的设计,最大的困惑是:(1)正确合理的有机合成路线的初步构想。(2)关键反应步骤的反应信息。利用思维导图可以很好地帮助学生解决有机物合成中的这两个困惑,具体做法是让学生把已知的知识、信息,利用思维导图做出部分合成路线,这样的路线虽然是残缺的或错误的,但是是直观的,缺少的或错误的片段就是问题,而且是指向性非常明确的问题,问题解决是思维活动最普遍的形式[5]。因而思维导图在有机物合成路线的推导时,对于激发学生思维活动作用显著。下面以2016年江苏化学高考第20题(5)为例。
化合物H是合成抗心律失常药物的一种中间体,可通过以下方法合成:
根据本题有机合成给出的原料[甲苯和(CH3CO)2O]和合成的最终产物,大部分学生利用思维导图得到下面的初步构想(见图4)。
通过分析构想图,发现在有机合成第二步就出现了与已知相矛盾的错误,且在后面的步骤中也出现了残缺的部分(在教材中没有学习过的有机化学反应)。错误的地方需要否定且进行修正,即苯甲酸不能在临位取代上硝基,而甲苯可以在临位取代上硝基,因此第一步应该进行修正。残缺的部分需要继续获取信息,仔细观察题目给出的化合物H的合成方法中AB,BC的反应条件,即可以解决-NO2最终到-NHCOCH3的问题。兼顾考虑已知1,利用思维导图的直观性和递进性可以轻松地得出正确的合成路线(见图5)。
2 思维导图有利于培养学生化学学习品质
(化学)学习品质指能反映学生自己以多种方式进行学习的倾向、态度、习惯、风格等。它不是学生所要获得那些技能,而是学生自己怎样使自己去获得各种各样的技能[6]。托尼・巴赞说图像才是大脑的语言,思维导图的直观性可以帮助学生更高效地提升学习化学的能力。美国教育家布鲁纳认为,教师必须本着这样的目的来帮助学习者:使学习者能够承担起矫正任务。否则,指导的结果只是产生了一种永远依赖教师知识的掌握形式[7]。学生在使用思维导图进行化学学习时,需要有不断创新的想法和有条不紊的修正、整理,这样利于学生的自主学习。思维导图的自由联想和头脑风暴,有助于丰富学生的思维方法(逆向思维法、推理思维法、反证思维法、有序思维法等)和合作学习。绘制成功的思维导图是一个人面对问题的一个全景图,它涉及该问题的各个层面,包括该问题的缘由、对自己的重要性、解决的途径和困难,可以说涉及到所能想到的一切细枝末节。面对这样一幅全景图,极大地提高了学生的观察力[8]。
3 在教学中使用思维导图的注意事项
3.1 避免与概念图、知识网络图等混淆
思维导图不是静态知识点的总结,是人依据大脑的思维活动描绘出的思维图,能呈现人思维活动的过程,可以看出人思维活动的递进性和层次性,可能包含不合理的、甚至是错误的内容。是帮助学生学习过程中不啻葱潞托拚错误的工具。
3.2 避免使用时形式单一枯燥
思维导图的结构图非常丰富,例如:平衡图、组织结构图、树状图、逻辑图、时间轴图、鱼骨图、矩阵图等形式,还可以插入标注、图标、联系、概要、外框、附件和录音等。展开丰富的思维活动并用思维导图的各种功能呈现出来,这样的思维导图是立体的、彩色的、有声的。
3.3 思维导图的使用不仅仅是教师还有学生
思维导图最大的特点是把思维活动通过图文呈现出来,学生使用思维导图对于教师了解学情有很大帮助。思维导图中的头脑风暴特别适合学生的小组合作学习,能把所有学生的所有想法都呈现出来。
化学是把物质的微观结构、宏观性质、实际应用和化学理论融合的一门自然学科,思维导图除了可以在《有机化学基础》模块教学中很好地应用,在其他化学模块中的教学同样能起到很大的作用。
参考文献:
[1]托尼・巴赞著.叶刚译.思维导图(第一版)[M].北京:北京中信出版社,2009.
[2]吴俊明.关于应用现代信息技术进行教学的几点思考[J].化学教学,2015,(9):1~5.
[3]奥苏伯尔等著.佘星南,宋钧译.教育心理学:认知观点[M].北京:人民教育出版社,1994:202.
[4]张力平.化学反应学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[D].济南:山东师范大学硕士学位论文,2012.
[5]王d.认知心理学[M].北京:北京大学出版社,1992:276.
[6] Washington State(2005). Early Learning and Development Benchmarks [R/OL]. http://K12.wa.us/Early Learning/Beechmarks.aspx,2006-6-25.
Abstract: This paper briefly introduces the teaching content, objective, task and application of the organic spectral analysis course. The teaching content reform, teaching method improvement, reading and unfolding spectrum, and teaching mode reform of the organic spectral analysis course are mainly reviewed.
关键词:有机波谱分析;教学改革;能力培养
Key words: organic spectral analysis;teaching reform;ability cultivation
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)22-0248-01
0引言
人类社会各种科学活动与生产活动的最终目的是为了改造客观世界,而要达到这个目的,首先必须认识客观世界。有机波谱分析则是人类认识有机物质世界的重要手段。而在分子生物学、天然有机化学、有机合成、药物学以及石油化工、环境科学、材料科学、生命科学、能源科学和国防科学领域中,无论从化学基础研究方面或是化工生产控制方面,有机波谱分析所起的作用是毋庸赘言的。
有机波谱分析包括紫外吸收光谱法(UV)、红外吸收光谱法(IR)、核磁共振波谱法(NMR)和质谱分析法(MS),这四种波谱法是测定有机化合物强有力的工具,其特点是准确、快速、用样少,为现代有机分析所不可缺少[1]。有机波谱分析不仅在化学领域,而且在生物、医药、环境、材料、食品、卫生等领域都有极强的实际应用背景,因而在以化学为基础的很多专业占据非常重要的地位[2]。有机波谱分析课的主要任务就是在学习有机波谱解析的基本概念、基础知识、基本理论及各类化合物波谱特征的基础上,以培养学生认识图谱、解析图谱的能力为宗旨,引导学生通过对大量有机化合物的UV、IR、NMR和MS等标准图谱(或数据)的分析、比较、归纳、总结,掌握常见同种类化合物的各种光谱(或数据)特征规律,将这些特征和规律应用于较简单未知有机化合物的结构确定中。有机波谱分析课程因其数据、谱图多而复杂,涉及的物理知识、有机物立体结构知识、仪器的构造及原理等内容繁杂,因而一直是教师难教、学生难学的一门非常重要且与时俱进的必修课。为此,我们在教学实践中进行如下改进,并收到了良好的效果。
1教学内容的改革
有机波谱分析的教学目的是 通过本课程的学习,使学生掌握红外与拉曼光谱、紫外―可见光谱、核磁共振氢谱及碳谱和质谱的基本原理、有关概念、影响波谱的因素及各种类型有机化合物的波谱特征,并具有较强的解析能力,能综合分析结构较为复杂的有机化合物的多种谱图,了解四大谱仪的构造及工作原理,具有一定的测试操作能力。根据该门课程的教学目的与要求,结合时展需要,较前增加拉曼光谱和碳谱知识,使学生及时了解该学科最新的发展动态和前沿知识,拓宽知识面,扩大教学内容和信息量。在教学中,通过列举平时收集的形象而通俗易懂的实例来帮助学生理解抽象的理论和概念,并加深和给力于学生对抽象概念、理论及仪器工作原理的了解和记忆。根据理论教学要求,调整实验教学内容,使理论教学和实验教学相辅相成。理论联系实际,将老师搞科研合成的样品让学生在教学实验测试,在老师的指导下进行图谱解析,通过设计和完成实验内容,培养学生的创新精神、求知欲、动手能力以及应用所学的理论方法解决实际问题的能力,提高学生的综合素质。
2教学方法的改进
由于该课程所涉及的概念抽象、理论繁多、图谱繁杂、仪器结构复杂、数据众多、知识面太宽,因之运用传统的教学方法使学生难以掌握其学习内容。而我们充分运用多媒体教学和板书相结合的方法,为有机波谱分析课程教学提供了丰富多彩且生动形象的教学方法,这样既增强了理论教学的活力,又取得了好的教学效果。如我们利用以计算机技术为核心的多媒体技术,集文字、图形、数据、音频、视频及三维动画于一体的展现仪器工作原理、图谱形成过程、仪器的使用与操作、图谱解析等内容,同时还用4h时间让学生观看南京大学、北京大学、中山大学、兰州大学和华东理工大学的有机波谱分析教学片,这样在很大程度上调动和激发了学生学习积极性,加速了学生的感性认识和接受能力,改被动听讲为主动求知,使学生在有限时间内顺利掌握了解了四谱知识。为克服把黑板教学改为看电影式的“电灌”教学,我们在以多媒体教学为辅的教学过程中,仍坚持传统的板书教学为主,从而起到了事半功倍的好效果。
3识谱和解谱是学生的核心
由于本课程是以培养学生识谱、解谱能力为核心,故图谱解析训练是有机波谱分析中非常重要的一环。而识谱解谱能力最终要归纳为完成图谱的“解析”。所谓图谱解析既要正确答案,又要深入剖析,故学生在此过程中所需要做的事情很多:需要挖掘很多信息、查证很多的资料和数据、完成结果、归属指认、报告等。此外很重要的是,对某一图谱解析越充分,越深入细致,学生自身的收获也越大,体会也越深刻。因之我们一方面让学生演做大量的有代表性的各类有机化合物图谱解析习题,另一方面将校内外科研工作者所测样品图谱进行集体讨论解析,从而将理论用于实践,学以致用,提高了学生分析问题和解决问题的能力及初步的科研能力。
4教学模式的改革
“厚基础、强能力、宽口径、重创新”是与时俱进培养有综合素质复合型人才的方向,在保证教学质量与效果的基础上,注重培养学生的综合素质,采用课堂上讲授为主、问答、讨论、演示为辅的多种灵活多样方式丰富教学手段,不仅有利于培养学生的创造性思维,而且利于培养创新型人才,以提高教学质量。在课堂授课中,注重向学生介绍有机波谱分析在科研和实际分析测试中的应用,并结合我们的科研实际和应用,讲四谱分析的新方法、新手段、新理论,提高学生的认知能力。将学生做毕业论文合成的样品进行检测、作图,教给他们解析方法,让学生独立解析图谱、分析结构,加深学生对有机波谱分析分析方法的理解和应用,做到“授人以鱼不如授人以渔”,从而提高学生的学习兴趣,扩大学生专业适应面,彰显教学改革成绩。
参考文献:
关键词:医学有机化学;实验教学;实践
现阶段中我国的医疗发展已上升至一个全新的发展阶段,求其根源在于高等医学院源源不断的医学专业人才的培养。当今社会和经济在不断的发展进步,我国的高等医学院在师资队伍力量以及学院的基础教学设施中都有较大的完善和健全,有助于充分实现学校的教学目标。医学检验作为一种应用现代物理化学方法进行医学诊断的学科,具有多学科交叉的应用性特点,化学实验作为理论教学的补充,其分类的有机化学实验、无机化学实验在课程的安排以及教学中存在一定的问题,不利于实现高效率的教学质量,尤其在有机化学实验教学中其缺乏创新性的问题已成为当前高等医学院重点研究和解决的课题。
一、有机化学实验教学内容的分析
(一)实验教学内容与教育培养目标充分融合
教师在开展有机化学的实验教学时应在教学内容中贯穿由浅入深、由易到难的教学原则,对有机化学实验教学根据实验内容、方式、目标等进行针对性的划分,设置研究实验、设计实验、综合实验以及基础实验四方面的实验课程。在开展教学活动根据教学内容以及院校对重点实验的类型展开针对性的教学。例如:高等医学院本科院校中在有机化学实验课程中应将基础实验和综合实验作为实验教学的重点实验教学内容,并适当的在教学环节中插入一些茶叶咖啡因的提取分离实验等类似的研究型和设计型的实验教学。有机化学实验课中强调提取分离和有机合成的知识教学,具有较强的操作性理论知识性,所以在教学活动中设置层次教学更有助于帮助学生了解实验教学的内容[1]。
(二)实验教学内容与专业培养目标结合
实验教学内容的安排上不仅充分以理论教材知识为基础,更应将医学检验专业的特点和学校人才培养目标结合起来。例如在合成药物实验中较多的涉及了中药学、药学以及制药工程有机化学实验的重点,包括制备一些无水乙醇、氨基苯甲酸、肉桂酸、阿司匹林;对茶叶中的咖啡因进行升华提纯;对菠菜中的胡萝卜素进行提取分离等。以上内容教学实验可以作为医学检验专业的有机化学实验教学的重点在教学活动中开展。
(三)实验教学内容突出其医学特色
具有特色和新意的教学方法能够充分调动学生学习的积极性和兴趣,所以教师在开展教学时应改变传统带有较强化工性质的实验,合理性的选择具有医学特点的有机化学实验教学内容,例如苯甲酸在传统实验中被用作重点结晶实验的药品,可以使用阿司匹林、丹皮酚替代,不仅利用了其他实验的产物,更凸显了医学的特点[2]。
二、有机化学实验教学模式和方法的分析
(一)任务教学模式
任务教学模式在有机实验教学中的应用可以充分提高学生对相关问题的分析以及解决能力,有助于学生在开展实验教学时能够树立较强的探索精神和合作精神。所以开展任务教学模式方法应用前期教师应针对相关教材理论开展的实验内容进行深入的分析,制定带有一定挑战性的问题设计,学生在解决任务时,可以借助计算机网络平台搜索相关理论和方法,在进行实验时与教师和同学展开沟通和交流。
(二)模拟式实验教学模式
模拟式实验教学是对传统单一化的“传授-接受”教学模式的突破,激发了学生的学习兴趣,弥补了开放式实验教学在有机化学实验教学中的不足。例如:环己烯的合成实验毒性大、污染重的特点,导致一些相关实验又由于课时的限制无法展开全面的教学,非常不利于学生对知识体系的构建和完善。通过模拟式实验教学,由师生共同完胜课件的准备,教师在其中发挥其引导性作用,学生可以充分发挥其主体地位提出个人的见解和评论。同时教师也可以将网络自学模拟实验教学引进教学中,针对实验的目的设置有效的设计,让学生根据网上相关的实验课件进行课前的讨论,进而获得理想的操作方法,非常有利于拓展学生的视野和知识体系。
(三)问题探究式启发教学模式
在开展实验教学时对于遇到的相关重难点和疑点可以此采用问题探究式启发教学方法。例如在植被乙酸乙酯的实验中,教师可以根据硫酸、酯化反应等知识点进行问题设计,对于酯化反应学生可以借助教材进行预习了解,其中硫酸的催化剂作用是在改变化学实验的温度才是加入硫酸的目的这一原理没有真正的理解,所以教师通过以上问题设计能够调动学生对问题的启发和理解,进而有效的提升教学效果[3]。
三、结语
综合上述,医学检验专业中有机化学实验教学在发展过程中存在一定的不足和问题,相关学校领导应充分重视有机化学实验教学的重要性,结合学校医学检验专业发展的现状深入分析原因,并制定切实可行的方法解决存在问题,进而实现医学检验专业教学水平的提高,推动高校医学教学的发展和进步。
参考文献:
[1]张奇龙.医学有机化学实验教学改革与实践[J].西部素质教育,2015,13:25+27.
[2]李赞,张伟.医学检验专业分析化学实验教学实践[J].内蒙古中医药,2013,19:126-127.
Abstract: Introduced the goal, task and content of setting general chemistry experiment in reform of the chemistry experiment teaching of pharmaceutical major, explored the reform of the concept of teaching, teaching content, construction of faculty member, teaching mode, teaching methods and other aspects, so as to lay the foundation of cultivating students' ability of independently analyzing and resolving problems, and the initial research.
关键词: 综合化学实验;开设;学生能力培养
Key words: general chemistry experiment; open; cultivation of student's ability
中图分类号:G42 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)13-0232-02
0 引言
科学技术迅猛发展,加速了各学科之间相互交叉和渗透,因之社会对人才的知识结构、能力结构和综合素质也提出了更新更高的要求。综合化学实验是为全面培养学生的科学思维和创新意识而开设的必修实验课,是化学、化工、制药等高年级学生在完成各基础化学实验后,向毕业论文过渡的一个重要环节。综合化学实验的要求不仅仅是简单的培养学生实验技能和巩固化学理论知识,更重要的是培养学生严谨的实验作风和科学思维方法,不断地调动学生的学习主动性和创造性,通过实验训练使学生具有独立分析问题和解决问题的能力以及初步的科研能力。近年来,我们根据新时期人才发展的要求,在教学模式、教学内容、教学方法等方面进行了一些有益的探索和尝试,在提高教学质量、培养学生综合素质等方面取得了一些成效。以下是我们在开设综合化学实验教学改革过程中一些感想和体会。
1 更新教学理念,加强课程建设
制药专业综合化学实验是培养应用型人才、创新人才的一个重要教学环节。其具体指导思想为:一是突出综合素质培养,进一步巩固和加深学生在基础化学实验中已得到训练的操作技术和技能,同时也增加了基础化学实验中学生未接触的实验操作训练,其中主要是苛刻条件下的药物合成技术;二是拓宽学生知识面,培养学生综合运用基础化学实验技能去解决实际化学问题的能力、查阅文献资料的能力、设计实验的能力以及操作使用仪器和图谱解析的能力;三是在综合化学实验中融入专业教育能力,选择药物合成、药物分析、药物制剂学、环境化学等应用领域的内容,注重化学和制药专业的多学科交叉和应用特点;四是着重培养学生运用化学的基本理论知识和技能来解决制药专业中科研、生产实际问题的能力,特别是新产品的研制、开发的能力。为把学生培养成“宽口径、厚基础、知识新、素质高、能力强”的适应时展需要的创新型人才,我们在综合化学实验教学中牢牢树立“以人为本,与时俱进,融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的现代教学理念,全面贯彻“重组基础、趋向前沿、反映时代、综合交叉”的现代课程建设方针,并为此在教学内容、教学方法等方面进行了改革和探索。
2 加强教师队伍建设,强化教学内容改革
2.1 师资队伍建设是综合化学实验教学改革的基础 在实验课教学中,学生是主体,教师为主导,努力建立一支融教学与科研为一体的适应研究式实验教学的高水平教师队伍一直是我们追求的目标。综合化学实验这些年已吸引了一批年轻有为的教授博硕士从事教学和教改研究,目前已拥有一支由教授、副教授、博硕士讲师组成的既富有教学经验,又具有科研背景的中青年教学研究队伍,其中教授、副教授、讲师(博硕士)的比例分别为2:3:1,具有博硕士学位的讲师比例高达96%,这为保证教学质量和教改实验奠定了良好的基础。由于这些教师自身素质高、能力强,长期从事科学研究,了解科学发展的前沿动态,在从事综合实验教学中,可根据学科发展的特点,结合自身的科研,适当地将文献或自身科研中较为成熟的最新成果转化为综合性实验内容。另一方面,在传授知识的同时,还可将自己做科研的思路方法、心得体会和成功经验传授给学生,做到“授人以鱼不如授人以渔”,促进学生成长。
2.2 强化教学内容改革是提高综合化学实验教学质量的前提
结合制药专业的特点,近年来我们已经更新了不少教学内容。为此我们还编著了包含30个综合化学实验内容的教材,其中包含的实验内容有:①综合性实验:a)安息香的合成及表征;b)安息香醚的合成及表征;c)二苯基乙醇酸的合成及表征;d)局部物苯佐卡因的合成及表征;e)药物阿司匹林的合成与测试;f)乙酰基二茂铁的合成与分离等。②应用型实验有:a)槐米中芦丁的提取与分离;b)芦丁的水解及其水解产物的分离和鉴定;c)黄莲中黄莲素的提取与分离;d)磺胺药物系列合成及表征;e)从女贞子中提取齐墩果酸;f)奶牛中三聚氰胺的测定等。③研究性实验有:a)药物扁桃酸的合成及表征;b)外消旋苦杏仁酸的合成及拆分;c)植物生长调节剂2,4-二氯苯氧乙酸的合成及表征;d)从小蓟中提取止血有效成分咖啡酸;e)从金银花中提取药用成分绿原酸;f)从银杏叶中提取药用成分黄酮类化合物等。此外,众所周知,生命科学、材料科学、能源科学、环境科学是当今乃至将来的研究热点,为此,我们在综合化学实验内容的选择上,适当增加了化学与这些学科相结合的内容如:①化学振荡(生命科学的内容);②纳米材料的合成(材料科学的内容);③含能材料的合成(能源科学的内容);④制药厂废液中有害成分测定(环境科学的内容)等。体现了学科间的交叉融合。学生对这些新实验很感兴趣,学习热情高涨。这样既能调动学生的学习积极性,让学生学到更多更新的知识,涉猎更多更广阔的研究领域,又能使本课程实验内容不断更新,紧随学科前沿。
3 改变传统的教学模式,注重学生创新能力的培养
在学生一、二年级完成基础实验后,于三年级开设60学时的综合实验,该类实验打破了无机、有机、分析、物化实验的界线,把四大化学实验融为一体,综合运用,即以有机合成、无机合成为主线,辅之以各种分析和测量手段,一方面使学生可学到新的合成技术,同时又可以利用在一二年级掌握的基本实验技术,对合成的产品进行分离提纯、分析检测,并测量相关反应的热力学和动力学参数等。很显然,这样一方面帮助学生复习巩固和强化了前面已过的知识,并进一步娴熟的掌握实验操作技能,另一方面也培养了学生综合运用基础知识解决实际问题的能力。在此基础上,我们还为学生开设了应用性、研究性和设计性实验,该实验内容主要源于教师的科研成果和实际应用,部分来自于我们编著的《综合化学实验》一书的第二、三部分内容。该类实验教材或材料中只给出实验目的与要求,学生必须通过查阅参考文献、设计撰写实验方案,经指导教师审查通过后方可独立进行实验,且对实验过程中发现的问题尽可能自行解决。该类实验完全摒弃了以往实验教学中常用的保姆式教学,而是放手让学生去设计、思考,独立自主地解决实际问题,使学生动手动脑能力得到显著提高。
4 实行开放式教学,培养学生初步科研能力
实验教学在高校制药专业人才培养过程中起着非常重要的作用,它不仅是培养高素质复合型人才的一个重要教学环节,而且是连接知识与实践、实践与创新并使理论知识向实践能力转化的重要桥梁,由于开设综合性、应用性、研究性实验数量大幅度提高,实验过程所涉及的设备和使用的测试仪器也不局限于某1-2个实验室,因而在客观上要求实行各实验室的全面整合与开放式教学。以综合性实验为例,学生在综合性实验完成合成后,对合成的产品进行表征需要有关基础实验室的仪器和大型精密仪器测试,如果所有不同实验室不开放,学生很难完成全部实验内容。为此,我们将大型精密仪器实验室及仿真实验室实行自由开放,不同专业不同实验的学生通过预约,在有关主管老师的指导下进行有关测试。开放项目可以是教学计划要求的课内实验,如综合实验,也可以是课外实验,如学生的设计性实验、研究性实验、探索性实验和创新性实验等,以满足不同层次学生的学习要求,同时也提高了仪器设备的利用率。通过几年来的运行实践表明,现行的实验室管理中的开放式教学模式,极大地方便了师生教学与科研工作,同时培养了学生的自主学习能力和初步的科研能力。
5 探索教学与科研相结合的方法,教学科研相得益彰
高等学校对本科学生能力的培养就是使学生综合素质得到全面发展和提高,科研能力的培养则是其重要的组成部分。十余年来,从事综合实验教学的老师们在长期从事的科研工作中,了解最新科研动态,从事了丰富多彩的科学研究,其成果斐然。我们针对这些特点,在教师参与综合化学实验教学的过程中,鼓励教师将成熟的、最新的科研成果转化为综合化学实验内容,配合教师将正在进行中的科研工作中的部分内容移植到实验教学中来,在大型仪器的使用上予以协调支持,使学生有更多的机会了解和学习先进的科学研究方法与近代实验技术,做到以开展科研带动教学,以搞好教学促进科研,使教学科研相得益彰。
综上所述,综合性实验、应用性实验、研究性实验、设计性实验是我们为制药专业开设的综合化学实验的主要内容,我们通过开放型教学模式,结合教师科研工作进行实验的教学方式,既提高了学生的综合素质,使学生成为社会必须的复合型人才,又培养了学生初步的科研能力和创新能力,促进了学生知识、能力、素质的协调发展,彰显了优良的教学效果,造就了一批具有实践能力、创新能力和竞争能力的高层次复合型人才。
参考文献:
病虫害防治总的原则是“综合防治,预防为主”。果树病虫害很多,但真正能造成危害的病虫害不多,也不难防治。只要把预防工作放在首位,各种防治技术综合应用就能达到防治目的。在预防措施不能奏效时一定要积极运用生物的、物理的和药剂措施进行防治。生物防治病虫害是有机农业病虫害防治的核心,主要是根据种群竞争、捕食、寄生等负相互作用原理,利用一种生物种群压制另一种群,使其不能达到危害农作物的种群密度。下面主要介绍生物防治技术在有机果园生产中的应用。
1 什么是生物防治?
生物防治是指利用寄生性(图1)、捕食性(图2)天敌或病原微生物,以及生物的代谢物来调控害虫密度,或抑制病原菌的传播蔓延。在自然界有许多种昆虫有发展成害虫的潜力,但实际上它们都很少爆发成灾,这就是因为有多种天敌的存在,这些天敌形成的生物控制机制使潜在的害虫不能爆发形成危害。一旦丧失这些生物控制机制,潜在的有害生物就可能爆发,从而给生产带来经济损失。所以应通过保护本地天敌提高益虫的丰度来稳定果园生态系统。益虫丰度的培育,主要采用果园生草、套种、增加植物类型,以及减少化学农药使用等措施。
利用天敌是虫害防治技术的核心,利用生物代谢的代谢产物也是防治病虫害的主要生物技术。生物防治不仅可以改变生物种群组成成分,而且可以直接消灭病虫害,对人、畜、植物也比较安全,不伤害天敌,不污染环境,不会引起害虫的再猖獗和产生抗性,对一些病虫害有长期的控制作用。但是也存在着局限性,不能完全代替其他防治方法,必须与其他防治方法有机地结合在一起。
2 保护和利用天敌
利用天敌是虫害防治技术的核心,果园里的蚜虫、红蜘蛛、潜叶蛾、卷叶蛾等都有大量的天敌(图1~3),如果减少化学农药的使用可以有效实现自我控制。必要时可进行人工干预。一是移植和引进外地天敌,要求天敌从害虫的原发地引进,且是单食性或寡食性,繁殖力强,与害虫的发生期和生活习性相吻合,适应力强,驯化的可能性大,传播速度快,搜索能力强,能突破寄主防御行为,以达到最好的控制效果。二是用人工的方法在室内大量繁殖饲养天敌昆虫,在需要时释放到田间,以补充自然界天敌数量,在害虫尚未大量发生之前就受到控制。
目前成功的人工繁育天敌有:赤眼蜂、捕食螨、食蚜蝇、周氏啮小蜂等。分别对鳞翅目害虫、螨类、蚜虫等害虫起到防治作用。美国白蛾是现在我国北方很多果树产区快速发展的害虫,而周氏啮小蜂是美国白蛾的天敌,可在蛾蛹中产卵,有效控制白蛾发展。另外,资源性昆虫、壁蜂、熊蜂、蜜蜂等虽然不是天敌,但是释放它们能大幅度提高坐果率,增加产量,减轻病虫害危害。
瓢虫也是一种非常重要的害虫天敌,澳洲瓢虫1年能繁殖8、9代,每头雌虫平均产卵约280粒。卵产在介壳虫的卵袋上或虫体下,在整个幼虫期能食1、2龄介壳虫126头,在整个成虫期可食介壳虫卵和成虫213头。1888年美国引进澳洲瓢虫防治吹绵蚧挽救该国的柑橘业。七星瓢虫的幼虫每天的食蚜量为1龄11头、2龄38头、3龄61头、4龄124头,成虫平均每天能吃100头左右蚜虫。据统计,目前全世界已有数百种天敌引种获得成功。
螳螂是陆栖捕食性昆虫,习性凶猛,以肉食著称,故可视为昆虫纲的猛虎。蝗、蝉、蝇、毛虫、甲虫等无不被侵袭而食。在南美产的某些螳螂攻击小鸟、蜥蜴、蛙类等小动物。螳螂凶猛,好斗,即使是同类也常互相残杀,可实现自我控制。全世界已知约1560种,我国到目前为止已知有约100种。在果园也有很多种类的螳螂。
3 利用性激素防治
信息物质的利用,如在田间喷天敌昆虫的行为物质招引天敌,施放性外激素诱杀或干扰害虫成虫等。我国已经研制出60多种昆虫的性信息素,并可以规模化生产,在害虫预测预报上发挥了极大的作用。特别是果树上桃小、梨小、苹大、桃蛀螟、天牛等,给果树虫害防治提供了基础。利用性激素进行防治首先要进行预测,在某种害虫大量发生前(尤其是越冬代和第1代)在果园布置诱杀。可在小盆、小桶、可乐瓶等装水,然后在水面上0.5厘米处用铁丝固定诱芯,可以固定2~3种诱芯(图4)。一般每亩地3~5个诱芯即可达到防控目的,同时注意补充水分(图5)。
4 病原微生物或其代谢产物的利用
病原微生物或其代谢产物的利用,如利用BT制剂防治多种鳞翅目害虫、利用白僵菌防治蛴螬等。害虫残体:利用害虫体内产生的一种惊恐的外激素和多种腺体激素,随体液喷洒到作物上,对同类害虫起到拒食、远迁和繁殖率降低的作用。方法是将害虫捣碎后加水过滤成虫体液,1克虫体液对水50~60千克喷施。
从生物有机体中提取的生物试剂替代农药防治病、虫、草害,利用自然界生物分泌物之间的相互作用,运用生物化学、生态学技术与方法开发新型农药将成为未来发展的新趋势。常见的是植物源和微生物源药剂。
5 常见植物源药剂介绍
此类药剂主要是杀虫剂,来源于植物中所含有的杀虫有效物质,经过提取、分离并加工成为一定的剂型,作为商品农药销售使用,所以统称为植物源杀虫剂,可用于有机果园。根据作用方式主要有以下5种:
(1)破坏昆虫口器的化学感受器。干扰了昆虫中枢神经系统,从而影响其取食行为。比如:印楝素的拒食作用;
(2)麻痹神经与肌肉。比如:烟碱、川楝素、苦参碱、苦皮藤素、闹羊花素。
(3)破坏昆虫的生理生化状态。比如:印楝素抑制昆虫雌虫卵巢发育。苦皮藤素—V破坏昆虫中肠肠壁细胞,川楝素破坏昆虫中肠,导致虫体麻痹、昏迷。
(4)扰乱昆虫内分泌激素的平衡。印楝素对保幼激素的合成与释放;影响昆虫卵成熟所需的卵黄原蛋白合成而导致绝育。
(5)产生光活化毒素。噻吩类能吸收光能,而呋喃香豆素、呋喃喹碱、呋喃色酮等,不依靠氧原子直接与脱氧核糖核酸(DNA)起化学反应,从而产生毒杀作用。
在有机合成农药成为主要农药品种之前,植物源农药曾经与矿物源农药共同担当了主要农药品类的历史性任务。过去最重要的植物源杀虫剂是烟草、鱼藤酮、除虫菊。其有效成分分别是:烟碱(即尼古丁)、鱼藤酮、除虫菊素(除虫菊素I与除虫菊素II)。分别加工成为硫酸烟碱水剂、鱼藤酮乳油、除虫菊素油剂、苦参碱。也有把鱼藤酮、除虫直接粉碎成粉剂使用的。1959年又发现了印楝。这些植物源杀虫剂对害虫具有很强的间接杀虫作用,印楝则具有比较特殊的取食行为调控作用。
这些均属于植物体内所含有的杀虫有效物质,它们的化学成分和分子结构均已查明,有些则已能进行人工合成,其中最重要的是除虫菊素(合成的拟除虫菊酯类杀虫剂农药不能用于有机果园),印楝也已能人工合成,但成本太高。
6 微生物源杀虫杀菌剂
微生物源药剂是从微生物的代谢物中分离得到的杀虫有效物质,经过加工后成为具有明确组分的商品制剂。它们的有效成分的化学分子结构和理化性质必须查明,否则无法保证药效的稳定性。并且必须通过毒性试验,因为有许多微生物对人、畜也是有毒的。比较重要的品种有阿维菌素(齐螨素)、Bt制剂(即苏云金杆菌制剂)、白僵菌、多氧霉素、农抗120等。阿维菌素是效力最强大的微生物源杀虫剂和杀螨剂(阿维菌素毒性强不能用于有机农业)。
微生物源制剂类型主要有以下几种:
(1)真菌。已知的昆虫病原真菌有530多种,在防治害虫中经常使用的真菌有白僵菌和绿僵菌等。真菌主要用于防治地老虎、斜纹夜蛾等害虫,已取得了显著成效。但在饲养桑蚕的地区不宜使用。
关键词:林业;低碳经济;地位;工程发展
引言
随着经济的发展和城市化规模的扩大,生态环境在一定程度上遭到了巨大的破坏,以牺牲环境为代价而发展经济的道路让我们清醒的认识到保护环境的重要性。高污染、高排放的行为是我们极力予以禁止的,低污染、低能耗、低排放是我们发展工业、农业以及实施其他社会行为所倡导的理念。保护环境、平衡生态需要我们从小做起,并从每一件小事做起,这是我们广泛提倡的思想。现在,我们提倡低碳经济,目的是减少二氧化碳等温室气体的排放,促进城市和农村的气候安全和全球的生态安全。在低碳经济的发展中,林业占据着重要的地位,林业的发展对于低碳经济的实现起着推波助澜的作用。因此,植树造林、扩大林业面积是我们当前发展低碳经济应该做的首要任务。
一、 林业在低碳经济中的地位
低碳经济的理念主要是针对温室效应和全球气候变暖这一问题提出的。为了最大程度地降低煤炭和石油等富含高碳元素的能源的排放,促进经济发展的同时实现保护环境的目地,而不是走“先污染,后治理”或“边污染、边治理”的路子,通过诸如技术改革、制度革新和能源开发等手段来实现经济的可持续发展,并为进一步构建资源节约型、环境友好型社会奠定基础。为了实现低碳经济,最有效的方法就是植树造林,发展林业,因为林业产业化经营在发展低碳经济中不仅能够降低投入,增加效益,而且最重要的是能够实现二氧化碳的吸收和空气的净化,促进经济发展和环境保护双赢机制的实现。首先,森林作为经济、高效且规模庞大的储碳库,能够将空气中的二氧化碳通过吸收――储存于植物和土层里――经过转化形成氧气予以释放的形式实现固碳、吸碳和汇碳的功能。而森林面积的大量减少所带来的危害更是巨大的、不容忽视的。缘于这个巨大的储碳库被大规模破坏,储存在此的大量碳元素被释放出来,使温室效应更加严重。据有关权威数据显示,以2000年为一个时间界限,全球森林面积已从70多亿hm2降低为大约40亿hm2,降低的面积约占人类文明初期的森林面积的一半,这对人类文明的前进与发展带来了严重的危害,不利于人类社会的全面健康发展。由此不难发现,森林是当前发展低碳经济中投资相对较少、后期经营管理较松、综合效益实现难度低、实际操作能力高的方法。其次,森林对气候的调解和生态的改善也起着杠杆作用。被誉为“中国的绿色长城”和“世界生态工程之最”的三北防护林的修建在西北地区的重要作用是防风固沙,长江防护林的主要作用是涵养水源、防止水土流失,沿海地区的防护林的主要作用是抵御海风、海浪的侵袭以及暴雨的袭击。对于农田修建的林带不仅降低了风沙的强度,减少了风沙发生的频率,而且改善了农田的局部气候,增加了空气的湿度,对于农田的稳产和高效产出起着积极的作用。
二、 林业工程的发展前景和趋势
林业的重要作用使林业的产业化经营成为必然趋势,林业工程的发展领域主要在林木提取物、木材热解和木材制浆等。首先,林木提取物是从林木的根茎、表皮、枝叶和果实中提取诸如香料、松脂和植物多酚等无定型有机物质,并将这些提取物进一步改革、创新,尽可能形成产供销一体化经营模式。鉴于树脂能够被广泛应用于重工业和轻工业当中,如我们日常生活中经常用到的塑料制品和涂料等,树脂的提取技术应该进一步得到提高,提取工艺应该更加完善,树脂的应用途径和范围应该进一步扩大,树脂的再加工制造技术也有发展的空间。其次,木材热解的主要原理是在无空气或有条件的限制空气进入的状态下,将木材加热分解,使木材中的天然多分子化合物通过一定的途径转化为特定的气体、液体和固体三种产物,木材热解后得到的产品可以广泛应用到生产、生活甚至国防等各个领域,如用于纺织和有机合成的间接原料稀木醋液、用于医疗和冶金等领域的木焦油等。目前,活性炭黑的开发和应用有长远的研究价值,且木质活性炭是我国当前林产化工产业中的重要产品,木质活性炭的年产量居世界之首。活性炭的生产工艺、活性炭的品种开发和设备更新和完善仍有较大的发展空间,碳化燃料作为一种新型的木炭能源,对于农副产品的二次处理和能源利用率的提高有巨大的意义。再次,木材制浆工业有待进一步发展。制浆的最大用途是造纸,制浆造纸工业已经成为促进社会主义物质文明和精神文明建设的支柱产业。鉴于我国的木材原料供应不足,使得我国的制浆造纸原料长期以非木材纤维原料为主,而此种原料存在着诸多弊端,未来的制浆造纸原料应该以木材纤维原料为主,此种原料造纸有很多优越性,如纸张白度强、杂质少、质量优,制浆后的废液处理技术有保障,环境污染程度低甚至零污染,有利于生态保护。造纸工厂应该积极进行木材造纸技术的研发,促进速生优质的林木品种的培育,改进技术和方法,提高劳动生产率。
结语:综上所述,森林在低碳经济发展中的重要地位是我们不能忽视的,而且更重要的是,作为每一个社会成员的我们应该提高自我意识――保护森林,扩大植树造林面积,禁止滥砍滥伐,将低碳理念植入我心。林业的相关企业也应该寻求更多途径,自我创新,发展林业工程,使林木的价值不仅得到有效发挥,而且将其价值发挥创造到最大,从而为保护环境、维持生态平衡贡献更多的力量。
参考文献:
关键词:科学技术;化学学科;发展趋势;化学教学;启示
文章编号:1005C6629(2016)10C0003C05 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
3 展望化学科学的发展趋势
世界很奇妙,未解之谜不少。尽管现代科学技术已经揭开了不少谜底,取得了很大成就,仍然有许多问题尚未解决,仍然会不断地发现、产生新的问题,在这些问题中有相当大的部分通常归属于化学问题,需要化学科学来解决。一般地说,化学问题可以分为3大类:第一类是关于物质组成、结构、性能、合成、检测等等的“纯粹化学”问题,例如“三氧化二碳分子具有什么样的结构?”“三氧化二碳有哪些性质?”“怎样制取三氧化二碳?”等。第二类是人类生活、生存和现代社会迫切需要化学解决的现实问题,例如“怎样制造效果更好、副作用更小的新药物?”“人类能不能实时监测自身的化学变化?”“石墨烯能直接应用于日常生活吗?”等,这类问题可以称为“应用化学问题”。第三类是跟化学有密切关系,又需要多学科联袂协同解决的科学问题,例如宇宙的构成、起源与演化问题;生命的起源与演化问题以及“意识和理智是怎样形成的?”“大脑如何思考、如何形成记忆?”“环境如何影响人类基因?”“怎样消除环境污染?”“如何捕获更多的太阳能?”“能否有选择地切断某些免疫反应?”等,这类问题既是基本的又是复杂的,可以称为“跨学科问题”。
这些问题的解决,不仅需要新的化学知识,也将促进化学科学继续发展。
根据解决未来化学问题的需要,可以进一步概括未来化学科学的发展趋势主要是[22,23]:
3.1 由研究简单化学体系向研究复杂化学体系发展
19世纪的化学是在原子的层次上认识和研究物质,主要研究原子的组合和排布,是“原子的科学”(参见恩格斯《自然辩证法》)。20世纪的化学合成了大量的分子,研究了分子中的化学键及其本质、分子的相互作用,高分子材料和生物分子的结构与功能等,主要是在分子的层次上认识和研究物质,被认为是研究分子的科学。21世纪的化学不但研究原子、分子,而且进一步研究分子片、结构单元、高分子、原子分子团簇、超分子、生物大分子、分子和原子各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态,直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应,制备、剪裁和组装,分离和分析,结构和构象,粒度和形貌,物理和化学性能,生理和生物活性及其输运和调控的作用机制,以及上述各方面的规律、相互关系和应用等,使21世纪的化学越来越成为研究泛分子的科学,由研究简单化学体系向研究复杂化学体系发展。
3.2 由研究简单反应体系向研究复杂反应体系发展
现代化学的研究对象不但由研究简单微粒向研究复杂微粒发展,而且呈现由研究简单反应向研究复杂反应,即向分子群研究深入的发展趋势。近代化学对多分子反应是无能为力的,远远不能满足实际需要。一个活细胞内往往有几十种酶同时催化许多化学反应,研究生物体内的化学反应,就要研究多个分子甚至一大群分子间的反应。生物机体的活动常常同时发生几十个甚至几百个化学反应,生物体为延续生命所发生的化学反应就更加多了。因此,研究复杂的反应体系成为化学科学发展的趋势之一是很自然的。
近代化学致力于获得物质世界的简单的基本解,总是尽可能地把复杂的化学体系简化成简单的体系、孤立的体系来探索其中的分子及其反应,用微观来解释宏观。随着认识的不断发展,人们逐步认识到必须回归复杂性,在实际情境中研究复杂系统,越来越重视对复杂化学体系的研究。所谓复杂体系,既包括组分复杂性,也包括结构复杂性、状态复杂性和过程复杂性。多组分体系、分子群反应、开放体系、耗散结构、非平衡态、亚稳态等等复杂化学体系都成为现代化学的研究对象。同时,化学家开始注重在动态背景中对物质进行研究,而不再局限于静态。例如,在生物细胞膜背景中研究类脂分子的生物化学行为,在高级结构背景中研究蛋白质的功能行为等等。生命过程中的物质代谢都是通过一系列催化反应,而且是高效率的专一的催化反应进行的。可以预期,在未来化学中催化反应将会有极大的发展。
由原子层次到分子层次再到泛分子层次,体系的复杂性正是逐步增加的。复杂系统中的化学过程是研究复杂系统的核心问题,未来化学还需研究宽时间范围的化学行为,研究化学进化和化学演化,建立跟踪分析方法,发展过程理论。
3.3 由注重结构-性质关系向注重组成-结构-性质-功能关系发展
所谓结构是事物内部各组成要素的结合方式,反映着各组成要素的相互联系。性质是事物本身所具有的属性,能反映事物与外部其他事物的联系,而且这种联系往往不是太复杂的。功能则是事物能够满足某种需求的一种属性,是系统作用于他物的能力,其机制往往是比较复杂的。功能所发挥的作用一般都是正面的、有利的;性质则无正面、负面之分,或者说既包括正面的也包括负面的。组成、结构、性质、功能之间既有密切联系又有所区别。对于简单系统,注意其结构与性质的联系就足以认识和了解对象系统了,因而通常就只关注简单系统的结构与性质的联系。对于复杂系统来说,其性质在内部不是均匀分布的,难以用来完整地说明系统的内部和外部作用,相对来说功能更显重要,而结构对于功能往往有着决定性的影响。因此,了解结构与功能的相互联系,实行结构研究与功能研究结合,成为认识和了解复杂系统的重要方法。对于未来化学来说,研究结构时研究高级结构应该更为重要,基于结构、功能关系来设计、合成新功能分子或功能材料;基于分子或合成子组装的合成、构筑高级结构的研究,包括控制大分子缠绕、折叠和多层次有序聚集研究;基于模拟生物材料形成过程的合成方法研究等将得到进一步发展。上述所谓高级结构都是由结构单元分子组合成的,是以分子间弱相互作用为基础的。
前已述及,现代化学科学的研究对象已由相对简单的化学系统逐步转变为复杂的化学系统。与此对应,在研究的侧重点上,现代化学科学呈现出由注重结构-性质关系向注重组成-结构-性质-功能关系发展的特点。
3.4 由偶然发现向自觉寻找或发明发展
19世纪化学的研究方法主要是实验方法,因而被称为实验的科学,化学的新发现也常常具有偶然性。到了20世纪下半叶,随着量子化学在化学中的应用,化学不再是纯粹的实验科学了。许多高难度的合成工作都事先根据理论设计,然后决定合成路线。稀有气体化合物的发现、维生素B12在轨道对称性守恒原理指导下的成功合成等等,都凸显了理论化学的重要性。1998年诺贝尔化学奖的颁奖公告就宣称:“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具,将化学带入一个新时代,在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”
为了满足未来社会的种种要求,需要发展新的反应(例如绿色技术要求)。随着对化学反应本质的理解,特别是分子识别概念的引入,进一步综合考虑反应分子间各种作用力所起的作用,就有可能设计新的反应,发明创造新的反应,尤其在不对称合成反应和催化反应的发明创造方面。预计在未来,理论和计算方法的应用将大大加强,理论对实验研究起指导作用,理论和实验更加密切结合,使实验探究获得较强的自觉性,未来化学将实现由发现反应到发明反应的飞跃。化学思想、化学方法学、化学哲学的讨论也会引起越来越多的人的兴趣。
3.5 由应用传统手段向应用现代科学技术和现代信息技术发展
为了解决新问题、解决越来越复杂的问题,需要新的思路、新的过程和新的方法。因此,在21世纪,化学科学的新方法、新手段会层出不穷。
例如,合成化学始终是化学的根本任务。为了适应各种新功能分子的合成需求,合成设计必须有新的发展,尤其是对各种功能性分子聚集体的制备,需要研究过去化学家较为陌生的组装问题。未来的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成,以求得到能实际应用的分子器件和组装体。有人概括新合成方法的特点是“十化”:芯片化,组合化,模板化,定向化,设计化,基因工程化,自组装化,手性化,原子经济化,绿色化。引进酶技术、仿生技术、膜技术等新的实验技术,则将有力地促进生物机体和生命秘密的研究。
再如,分析化学将进一步吸收大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学方法,发展成为分析科学,大大拓宽应用范围。分析方法的发展趋势也被概括为“十化”:微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化、信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化或单分子化。单分子光谱、单分子检测,搬运和调控的技术受到重视;以分离和分析方法连用,合成和分离方法连用,合成、分离和分析方法连用为内容的“三连用”将是很普遍的现象。
化学实验将趋向高技术化、自动化、微型化和超微型化,以节省能源、节省材料、节省时间、减少污染。
计算机技术的发展,尤其是分子结构与性能的计算机数据库的建立以及分子模建技术的发展,使得化学中的分子设计、合成设计以及进一步的反应设计有了很好的助手和工具,模型和计算机虚拟将成为化学的新方法。化学体系的组成-结构-性质-功能信息和大数据以及化学过程的各种信息和大数据将有力地促进对复杂化学系统的研究。
随着计算机性能的逐步提高,计算化学将会有进一步的大发展。未来的智能化计算机将能进行学习,帮助化学家更好地进行实验模拟、实验设计以及实验控制,应用机器来设计、合成分子将越来越多。计算机技术以及化学信息学技术、大数据技术将为化学在新世纪迅速发展插翅添翼。
此外,化学将由单科闭门独干向多学科相互渗透、交叉、协同发展,这一趋势在此不再赘述。
4 科学技术及化学科学新发展对化学教学的启示
未来化学将会在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用;推动材料科学进一步发展;在解决食物短缺问题、治理环境、提高人类生存质量和生存安全、拓展人类化学认知的广度深度等方面继续起保证作用。因此,化学应该成为高中阶段的一门重要的科学课程。
科学技术和化学学科新的发展和趋势无疑会影响化学教学的内容。例如,合成、组装复杂分子的过程包含着分子识别过程,充实、提高和普及分子识别这一观念可能是现代化学教育的重要任务之一。但是,这不是最主要的。笔者认为,最主要的是:
4.1 注重研究思路、方法和创新的感悟、体会与训练
科学技术和化学学科的新发展是科学创新的成果,它给化学教学的重要启示之一就是要注重培养学生的创新意识和创新能力。
要培养好学生的创新能力,首先要注意通过对典型创新成果的分析、讨论来影响、启发学生,培养学生具有浓厚的创新兴趣和强烈的创新意识。
其次要注意引导学生感悟、概括典型创新成果的研究思路和方法,形成体会并适当安排相应训练。所谓研究思路是认知策略的具体表现形式,实质上就是认知策略,是开展认知活动的指导思想、行动规则和组织实施的依据,是认知活动过程和方法的精髓、灵魂和本质特征,是认知活动、认知智慧的核心成分,决定着认知活动的成败。认知活动越复杂,认知策略的关键作用就越强,越是要予以注意。
有关的知识和经验是认知智慧的基础,没有它们,认知策略就不能形成。有关的操作技能等决定着认知策略能不能落实、能不能具体化、能不能转化为实践。但是,它们绝不是认知策略本身。因此,绝不能用创新成果的知识灌输和操作训练来代替创新研究思路、方法的感悟与体会。
4.2 注意学科思想(观念)的渗透、领悟和发展
根据现代化学的特点和发展趋势,高中化学课程应该注意用恰当的方法把先进的观念介绍给学生,例如关于物质微粒及其相互作用的多样性和多层次性、微粒尺度对物质性质的影响、跟自然和谐相处等等,要认真清除传统教学内容中的形而上学观念,对学生进行生动的辩证唯物主义教育。
学科思想(或学科观念)有助于学生理解、接受和掌握有关知识,十分重要,但绝不能一成不变地教条式记忆。在化学教学中注意渗透化学学科思想(观念)并适时总结、适时发展提升、注意应用,有助于学生学好化学,把握真谛。以化学微粒观为例,有人在学生刚学习分子、原子时就强调掌握微粒观,这是违反观念形成规律的,是不适宜的。另一种情况则是:在初三化学学习了分子、原子之后,就再也不提微粒观,不重视微粒观的应用,更不重视微粒观的发展,觉得已经强调过了、“无话可讲”了。其实在后续的学习中,不仅在涉及微观过程或者涉及微粒相互作用、相互影响时可以涉及微粒观,在涉及物质微粒及其相互作用多样性和多层次性时、涉及复杂化学体系的高级结构、涉及各种泛分子时都是应用微粒观、发展提升微粒观,使学生更好地掌握微粒观的好时机。
4.3 注重立德树人,促进全面发展
在科学技术不断发展、造福人类,并涌现许多用科学技术服务民族、服务国家、服务人类的楷模的同时,也存在着害人科技、犯罪科技等危害人类的负面现象,例如考场高科技作弊、高仿真犯罪、电信诈骗、伪基站、网络病毒、恶意软件、电脑犯罪、网络盗窃、计算机高频下单炒股、致幻剂、high药、新化学、瘦肉精、地沟油、三聚氰胺奶、苏丹红鸭蛋、甲醛鱿鱼、硫磺枸杞、孔雀石绿防腐鱼、染色“黄花鱼”、假鸡蛋、滥用反式脂肪酸和塑化剂,等等。“发明”这些害人科技、犯罪科技的人都是掌握了有关科学技术的人!至于明知故犯,私排有害化学品或滥用化学制品造成公害、污染环境的人就更多了。严峻的事实从反面警醒我们:科学技术教育一定要注重立德树人,注重进行道德伦理教育,一定要关注学生的全面发展,努力促进学生全面发展。
根据现代化学的特点和发展趋势,中学化学课程还应该通过生动具体的事例让学生体会化学跟其他学科的密切联系,知道化学是生命科学、材料科学、环境科学以及信息科学进一步发展的重要基础,认识到在基础教育阶段偏科是不应该的。
4.4 培养学习兴趣,切忌吓跑学生
根据现代化学的特点和发展趋势,中学化学课程应该注意引导学生大致了解现代化学的目标、任务、对象、内容、方法、手段、重要领域和成就,了解化学的视野逐步扩大,增强他们学习化学的兴趣。
复杂的学习内容往往显得比较艰深、枯燥,特别需要浓厚的学习兴趣支撑。复杂的学习内容不是注定跟学习兴趣有矛盾、有冲突的。与此相反,几乎每一个复杂研究成果都是在巨大兴趣的推动下取得的。研究活动如此,学习活动也应该如此,关键在于要对内容、形式、方法等作适当的处理加工,而不是简单、粗暴地灌输。
在化学学科新发展中有许多生动的例子。例如,固相表面催化是复杂的,通常似乎难以激发学习兴趣。如果在基于煤转化的有机合成工业的教学中,适当介绍一点微观机理过程,结合模型或示意图介绍中科院包信和院士研究团队巧妙地用部分还原的复合氧化物作催化剂,让CO分子在催化剂氧缺陷位上吸附并解离;气相氢分子选择性地与解离生成的C原子反应生成亚甲基自由基;催化剂表面CO解离生成的氧原子倾向性地与另一个CO反应形成CO2;亚甲基自由基迅速进入分子筛孔道,在孔道限域环境中进行择形偶联反应定向生成低碳烯烃而不是在催化剂表面停留或发生表面聚合反应。通过以CO替代H2来消除烃类形成中多余的氧原子,在反应不改变CO2总排放的情况下,摒弃了水煤气变换反应,从原理上开创了一条低耗水进行煤转化的新途径。同时,创造性将氧化物催化剂与分子筛复合,巧妙地实现CO活化和中间体偶联等两种催化活性中心的有效分离,把费托过程中“漫无目的”生长的自由基控制在一个“笼子”(分子筛)里,使其变成想要的目标产物(低碳烯烃);介绍美国《科学》杂志以“令人惊奇的选择性”为题发表专家评述,认为该过程未来在工业上将具有巨大的竞争力等背景知识,学习要求则不提高……这样做可以让学生体会征服困难、获得成功的喜悦,激发他们学习和探究的兴趣。
现今的中学化学教学以刷题训练为主,而且考试难度大幅度提高,导致不少学生失去学习兴趣。在实行升学选考后,选考化学的人数显著减少,在一些地方已影响到化学课的正常开设,这个教训必须吸取。
4.5 痛下决心,切实改革课程、教材、训练与考试
现代科学技术发展和社会发展的需要,使现代化学面临着一轮新的变革和发展。对此,高中化学课程需要建立一种灵活的机制,以便于及时地反映现代化学迅速发展、变化着的特点和进展,及时调整中学化学的内容,加强课程内容的现代化,把符合现代化学特点和发展趋势的基础性内容介绍给中学生,并且提供选择机会使他们能对现代化学的某些领域或者研究案例作比较深入的了解,等等。
目前我们的基础教育已经被升学应试绑架,虽然形形的改革措施不断出台,实际上应试教育愈演愈烈,学生以及教师、家长的负担很重,严重影响了学生全面发展和人才健康成长,迫切需要痛下决心,全面改革课程、教材、训练与考试。这是一个复杂、庞大、艰难的系统工程,我们期待、祝愿它早日成功。
参考文献: