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关键词:无机及分析化学 理论教学 教学方法
无机及分析化学是化学工程、生物工程、医药、食品工程等非化学专业的学生在大学一年级时必修的一门专业基础课,也是学生从中学进入到大学后所学的第一门专业课程,学生对于该门课程的学习和掌握程度,对后续相关专业课程的学习起着尤为关键的作用。如何圆满的完成教学任务,获得良好的教学效果,让学生在初始阶段就打下坚实的专业基础,值得我们深思和探索。
无机及分析化学有机融合了无机化学和分析化学两门基础化学课程,主要内容包括四大平衡、物质结构、元素化学、物质分离等基础知识[1],具有教学内容多,教学时数少的教育教学特点。每位教师都很关心如何在有效的教学时间内取得良好的教学效果,下面结合个人的教学实践谈几点心得体会。
一、做好课前准备工作
备课是课堂教学的首要环节[2],备好课是上好课的前提。作为教学活动的主体,教师应在课前对上课内容做好精心的准备。备课首先需要钻研教学大纲和教材,弄清楚该门课程的教学目的和具体章节的具体要求,了解基本内容、结构、重点章节及各章节的重点、难点。同时要精读教材,大量参阅同类参考书,大量搜集与授课内容相关的资料,做好充分的知识储备。因为无机及分析化学的内容包括了无机化学,分析化学的内容,还有部分物质结构和物理化学的知识,备课前我一般都会把无机化学,物质结构,物理化学,分析化学等各参考书的相关内容弄明白。在此基础上精心设计授课内容,这需要花费很多时间和精力,尤其是对新教师来讲,更需要在这一环节下大功夫。另外,还需要考虑学生的年龄特征,了解他们的知识基础,从现实情况出发,设计教学内容和教学方法。
二、抓住第一堂绪论课
第一堂绪论课是整个课程的序幕,“良好的开始时成功的一半”,教师必须抓住该堂课的时机,激发学生的学习兴趣。“兴趣是最好的老师”,激发学生的学习兴趣是提高学生求知欲和提高教学质量的最有效途径之一。为了一开始就能够让学生对本课程产生学习兴趣,在绪论课上要结合实例强调无机及分析化学在社会发展中的重要性。例如可给学生介绍无机化学中最活跃的领域之一——无机材料化学,通过图文并茂的方式,给学生介绍一些重要的无机材料,如纳米材料、超导材料、电池材料等。在强调分析化学的重要性时,可列举与我们现实生活中学生比较熟悉的实例,如奥运会时兴奋剂的检测、牛奶中三聚氰胺的检测、食品的安全检测等,这样既可以开拓学生的视野,又可以激发学生对知识的渴求。对第一堂绪论课进行精心的设计和处理,往往会在第一节课就能成功激发学生的学习热情,为后续教学的顺利开展奠定良好的基础。
三、凝练教学内容 突出教学重点[3]
无机及分析化学的教学时数一般在80学时左右,有限的教学时数和日益严格的教学要求是授课教师面临的挑战。教师在授课过程中应凝练教学内容,找出教学内容的精髓,把精髓部分给学生讲透彻、明白,然后再讲相关内容的时候就会达到事半功倍的效果。例如化学平衡的相关内容(化学平衡的定义、化学平衡的移动,化学平衡的相关计算等)是后面四大平衡内容的基础,因为解离常数、溶度积常熟、稳定常数等都是特殊的平衡常数,所以化学平衡部分内容和后面四大平衡部分内容的关系类似于辩证法中普遍与具体的关系,教师应该在化学平衡这部分内容上多花时间给学生讲透,学生掌握好这部分内容,再学习后面的四大平衡就会容易理解。
四、 恰当利用多媒体辅助教学
多媒体教学的优点是:节省板书的时间,提高课堂教学容量;增强教学内容的生动性、形象性和趣味性,活跃课程气氛,提高学生的学习兴趣;还可以在很大程度上减轻教师在课堂上的劳动强度。但是板书比多媒体更具灵活性,所以在教学过程中应该将二者有机结合起来,充分发挥二者的优越性。例如在介绍原子结构、分子结构等内容时,可充分利用多媒体技术,让学生对原子轨道和电子云的角度分布图,分子的结构等有更加直观和形象的理解。而在讲授习题时,可将题干利用多媒体显示,以节省板书时间,而解答推导过程则可用板书的形式呈现,这样就可以更好的分析解题思路,使学生更容易理解解题思路和过程。
五、 培养学生的自学能力
学生也是教学活动过程主体,要充分发挥学生的自学能力。他们刚从中学进入到大学生活,中学阶段他们是在老师和家长的监督下学习,这使得他们普遍习惯于被动学习,而在大学生活中,学习环境相对宽松,学生很容易缺乏学习主动性。而无机及分析化学课程的内容多,教学时数少,课堂容量较大,需要学生(尤其是化学知识比较薄弱的学生)做好课前预习。因此可以再在每次课结束前给学生留下几个关于下节课内容的问题,让学生带着问题对新课进行预习,这比学生盲目看书的预习效果要好的多。新课开始之前,对预习问题进行提问,一方面可以了解学生通过预习对学习内容的掌握程度,以便在新课授课过程中把握侧重点,另一方面,可以对学生的自主学习起到有效的督促作用,有利于培养他们的自学能力。此外,应注重在教学过程中积极引导学生独立思考,培养学生的学习能力。在某些章节的教学中采用讨论式教学方法,可以提出问题,先由学生讨论,然后由教师补充、归纳、总结, 这样即提高了学生学习的兴趣和效果, 又提高了学生独立思考的能力。
总之,根据无机及分析化学课程的特点,采取合理的教学方法, 做好引导工作,不仅能调动学生的学习积极性和兴趣,提高学习效果, 而且有利于学生学习能力的培养。随着教育教学的改革及全面素质教育的推进[4] , 对无机及分析化学的教学必然会提出更高要求, 需要我们在教学工作实践中不断探索和总结。
【参考文献】
[1] 南京大学无机及分析化学编写组,《无机及分析化学》(第四版),高等教育出版社
[2] 教育部人事司组编,高等教育学,高等教育出版社
关键词:工科专业;无机及分析化学;教学改革;教学实践;网络教学
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)18-0191-02
无机及分析化学是如化工工艺、食品科学与工程、环境工程等工科相关专业的必修基础课,对学生科学素质、专业素质和综合素质的培养起着重要作用。长期以来,我国高等院校对大学化学基础课程的教学,一直按照无机化学、分析化学、有机化学及物理化学这一顺序进行教学,这种传统的课程体系过于强调教学内容完整性,且自成体系,但使得各课程间内容重复度大,不利于目前学生的学习。因此,更新教学内容、优化课程体系、打破学科间的壁垒、建立新课程体系势在必行。无机及分析化学是将原来的无机化学(或普通化学)和分析化学进行改革整合而来,目前已有多种版本教材可供选择。各校在教学过程中积累了许多宝贵的改革经验,取得了一定的成果。现结合多年理论课教学经历,谈谈这方面体会。
一、目前存在的问题与发展概况
目前存在的问题有:(1)课时与教学内容的矛盾;(2)教材编写纯理论化;(3)大班教学忽视学生的主体性;(4)生源高中化学基础参差不齐。
无机化学与分析化学整合的课程改革始于20世纪80年代,首先在国家一些重点院校中进行,经过近30年的探索和实践已逐渐得到教育界的广泛认可,取得了一定成果,相继出版了多本教材。如1978年人民教育出版社出版的陈荣三教授主编的《无机及分析化学》一书是我国最早正式出版的《无机及分析化学》教材,是在1975年南京大学自编讲义基础上编写而成的。它首次将四大滴定融入四大平衡中讲授。再如华东理工大学1992年出版的《无机及分析化学》教材,随后,在1995年,由华东理工大学组织的“面向21世纪理科应用化学专业教学内容和课程体系改革研究”项目被国家教委高教司批准为首批教学立项课题。在教育部有关部门和高等教育出版社的大力支持下,北京大学、南开大学等数十所高校教师成立了“全国高校‘无机及分析化学’课程建设与教学研讨会”,历次研讨会对无机及分析化学教材建设和教学中存在的问题都进行了广泛深入的讨论,实现了课程结构和教学内容整合、优化和教学体系改革,《无机及分析化学》 (第四版)于2002年初被列为普通高等教育“十五”国家级规划教材。
针对无机及分析化学的教学现状,我校对《无机及分析化学》课程进行了调整,并将实验单列为一门课程,建立了相应的考核方式和办法。同时,随着全校新专业的增加,开设《无机及分析化学》课程的专业增多,课程建设力度加大,为了提高《无机及分析化学》课程组的整体素质,满足课程建设的需要,加强相关人才的引入力度,逐步建立了一个完整的《无机及分析化学》课程组,《无机及分析化学》课程在2005年获得了学院首批精品课程建设的立项资助,在2008年成为兰州理工大学的校级重点课程,建立了精品课程网站。经过几年的教学改革,已建立了科学、系统的无机及分析化学课程体系,并于2008年在华中科技大学出版社的大力协助下,与五校合作正式出版了《无机及分析化学》。
二、无机及分析化学理论课教学改革探索
(一)潜心研究,整合内容,构建教学新体系
原无机化学教学中包括四大化学平衡,即酸碱、沉淀、配位及氧化还原平衡,而在分析化学中也涉及相应的四大平衡体系,这样的教学安排,既浪费时间,又让学生感到枯燥。在无机及分析化学课程的教学中,将原理和应用知识有机地结合起来。将原无机化学和分析化学两门课程中内容联系最紧密和重叠最多的“四大平衡和四大滴定分析方法”两个部分有机结合起来。浓缩精简后的课程安排,体现少而精的原则,使得必须掌握的理论重点突出。
由于无机及分析化学内容广泛,涉及现代物质结构理论基础、化学反应原理、溶液平衡、化学分析、元素化学和仪器分析6大部分,这教师必须熟悉教学要求,认真钻研教材,潜心研究教学内容,在吃透教材的基础上,合理安排教学内容。同时,课程内容还引入了无机与分析化学学科近年来所取得的最新成果,注意了知识面的补充和延伸,以满足现代无机及分析化学对各专业人才的基本要求。
(二)多平台教学层次满足不同专业要求
对于不同专业,教学大纲、教学内容和教学计划的安排要有所区别,为了保证基本的教学要求和整体教学水平,不同专业开设无机及分析课程要统一界定基本教学内容和教学环节(约占整体的75%)。以多平台教学层次编写教学大纲,提出各专业教学内容的基本点与侧重点,以及相应的教学方式与教学环节的要求。
(三)结合实际,改革教学方法
根据讲授与自学相结合的原则,采取了灵活多样的教学方法,抓好课堂教学,确保教学质量;采用多媒体教学,在课件中配以大量图片,一些较难的公式推导通过课件可以一目了然,使学生更易理解和掌握;培养学生自学能力,在部分适合自学的教学内容学习中引入自学模式,课前给出自学提纲,并将提纲中的相关部分以提问的方式予以检查,了解学生完成的情况,通过辅导答疑方式,及时了解自学的效果,使学生由被动向主动学习方式逐步过渡。为进一步调动学习积极性,在教学中课开展“部分双语教学”,对章节标题及专业术语标注英文并配以中英文讲解,收到良好的教学效果。
(四)介绍学科发展的前沿知识和发展动向,激发学生的学习热情
我们的新教材中编写了部分前沿知识内容,例如稀土元素化学简论、生物无机化学简论、无机高分子物质简论和化学分离方法,这有助于教师在教学中,结合该领域的前沿研究动态,将新方法、新成果融入教学相关部分,激发学生获取新知识、新成果的热情,也有助于改变以教师为中心,学生上课记笔记、考前背笔记的“授业传道”定式,充分调动了学生的学习积极性。
经过近7年的理论课内容和教学方法的改革实践,已初步建立了一套适合我校实际情况的无机及分析化学理论课教学体系,实践证明该体系能激发学生学习兴趣,提高教学质量。 今后,还需进一步使之完善,使课程教学质量有更大提高。
参考文献
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[2]薛德平.无机及分析化学(第四版)教材的编写体会[J].中国大学教学,2007,(3).
[3]李英杰,张文治,陈国梁,等.浅谈无机及分析化学课程的改革与建设[J].高师理科学刊,2002,22,(4).
[4]李艳辉,许兴友,马卫兴,等.无机及分析化学课程教学改革与实践[J].考试周刊,2008,(35).
[5]王运,董元彦,张方钰,等.面向新世纪无机及分析化学课程体系的构建[J].高等农业教育,2005,(4).
[6]钟国清.无机及分析化学课程改革的实践与思考[J].化工高等教育,2007,(5).
《无机及分析化学》主要有化学反应的基本原理、物质结构基础理论、溶液化学平衡、滴定分析等。本课程在我校作为生物制药及园艺专业基础科目,在大一开设:理论课48学时,实验课20学时。无机化学部分的学习既是对高中化学知识的提高,又为后续的相关专业课程准备必须的知识基础,起着承前启后的重要作用:而分析化学的内容与无机化学密不可分,四大滴定完全建立在四大平衡的基础之上。针对不同的专业,该课程的教学重点、难点以及教学方法都因专业而异。本文就该课程的教学过程中的讲授体会作简单介绍,为同行提供相关参考。
一、理论课教学应结合专业方向讲解
本校开设《无机及分析化学》课程的为生物制药及园艺专业,生物制药主要运用微生物学、医学、生物化学等的研究成果,从生物体、生物组织、细胞、体液等,综合利用上述科学的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。本专业培养适应社会主义现代化建设和医药卫生事业发展需要,具备药学和生物学的基本理论、基本知识和基本技能,掌握生物制药的基本原理和技术,熟悉生物医药分析和药品检验技术,能在生物制药研究、开发、生产以及医学检验、卫生防疫等领域从事相关工作的应用型人才。本专业的学生应掌握生化分离技术及工业药剂学等方面的基本理论知识和专业技能。因此,在教学中应重点讲授化学反应热力学基本知识以及化学反应动力学的内容,为今后学生从事新药研发做准备。同时,本课程的分析化学部分应作为重点讲授内容,解离平衡、滴定分析等章节内容在讲授过程中应结合药物分析相关内容,使学生能够理论结合实际,便于知识点的理解和吸收。
例如,在讲解氧化还原反应时,可结合园艺中常见的土壤腐殖质测定的问题,让学生将课本上的理论知识用于实际的操作中,加深强课程在专业中的应用。
二、讲授前沿知识
除了讲解课本上的理论知识外,教师必须查找相关内容的前沿进展,结合学生的专业特点介绍相关背景知识。针对生物制药专业跟医学材料相关的特点,我们在教学内容上,重点讲授高分子医学材料、储氢合金材料以及记忆合金材料。讲解这部分理论知识时,我们以高分子有机无机杂化材料为例子,在课堂上演示超滤膜的成膜过程,课前准备好高分子铸膜液和凝固液。用玻棒在玻璃板上涂一层薄薄的铸膜液,然后浸入纯水中,由于有机溶剂和非有机溶剂(纯水)的交换,铸膜液凝固成膜,整个成膜过程只需一分钟。初步成膜之后,让其在水中浸泡15分钟,充分去除掉有机溶剂。此实验让学生对高分子分离膜获得形象认识,然后再将超滤膜的表面和断面的微观结构以ppt的形式向学生展示,介绍膜分离原理。这种由浅入深的讲解,既兼顾了不同层次学生由“未知”向“已知”的过渡,同时又涵盖了大学化学的理论深度。这个过程,结合专业介绍相关前沿知识并提高学生听课兴趣,让学生带着问题听课,有所思考,从而达到好的教学效果。
三、注重实验教学
在新药研发过程中,需对药物的反应动力学进行测试,因此,对于生物制药专业的学生,该实验课程侧重化学动力学和化学分析方法等内容。在教学时,提前做实验部分,这样在理论讲解时,学生能很好的联系实验过程,有利于理论知识的理解。有的实验则先弄清楚理论部分,然后进行实验操作,从而达到理论和实践结合的目的。
化学实验教学是培养大学生化学基本实验技能、创新能力、理论联系实际能力的关键环节之一,在实验教学过程中存在如下问题:1.态度不够端正,缺乏严谨的科学态度。实验预习不够认真,很多同学只是简单的将实验课本上相关内容抄写至实验报告纸上,没有真正地对实验原理和实验过程进行理解吸收。在实验过程中,操作不够规范,例如在滴定分析实验中,很多同学在配置溶液中,存在药品随意洒出的现象,有的同学在取药品时不用药勺直接倒取,大量药品洒出,造成药品浪费和试验台的污染。2.实验数据的记录不真实。在实验过程中,很少同学能够做到对每一步的实验数据进行认真详细的记录,实验现象记录不仔细。有的甚至随意捏造数据,在实验结果分析部分,所得到的结果与理论值相差太大。
因此,在实验教学过程中必须强调科学严谨的实验态度,规范实验操作步骤,遵守实验室仪器实用的相关规定。在实验药品和仪器实用完毕后应该及时归位,并做好相关清洁卫生工作。在实验过程中必须实事求是的记录相关实验数据,对实验的实验现象应认真记录并查找相关理论原因。
四、灵活应用多重教学手段
关键词:现代仪器分析;环境无机分析;化学分析
1前言
随着科学技术的进一步发展,如今在很多方面上现代仪器分析要优于传统的分析方法及仪器,因而能够更好地应用于更加复杂的环境无机分析中。相关人员应该要对现代仪器作用及意义进行充分认识,并在其中投入更多的关注,积极地探索环境无机分析化学中的应用效果,以促进现代仪器分析作用。
2环境分析
(1)样品组分复杂。人类在生产生活的过程中会对环境造成一定程度的污染,具有种类繁多且排放量大的污染物,从而使得在环境中多大十几种甚至上百种的污染化合物,进而也在一定程度上增加了环境介质组成成分的复杂性。比如水,由于一些因素的影响也会导致其出现固态、液态、气态三种完全不同的形态。
(2)样品组分缺乏稳定性。一般来说,物理、生物以及化学性质等多个方面因素均会在一定程度上影响并作用于环境污染物所具有的稳定性。但能够对环境污染物造成直接且最大的影响因素在于样本的本身,主要原因在于样本本身所具备的复杂特点与污染物之间会发生一系列的反应。并且,其他因素也会在一定程度上影响或改变污染物的性质,如环境介质便会对污染物造成影响及变化,甚至还会导致迁移变化的发生。除此之外,勿污染物在收集、贮存及分离的过程中,试剂或者其他因素均会对样品组分构成造成一定程度上影响及作用。因此,实验者在对环境分析的过程中难以保障样品的稳定性。
(3)种类繁多。在实际分析的过程中会遇到复杂多样的样品种类,其种类的复杂与繁多性使得难以归纳污染物的来源。在分析检验的过程汇总具有形形的样品,且这些样品大多是紧密联系着与人们生活及日常有着极其密切关系的空气、水以及土壤等。根据相关的研究资料表明,如今空气污染源已经被检测出的类型高达三百多种,且多氯联苯也对环境问题造成很大的影响。
(4)含量较低。一般来说,在对污染物样品进行检测的过程中普遍存在较低的组分含量,在这个情况下,由于这个特点的存在从而便导致检测组的样品含量不高,进而影响检测组分的找到,也难以发现出检测组分,最终为了提高检测水平就不得不进一步提高检测方法以及检测相关仪器的要求。只有这样,才能够显著地提高仪器的精准性,才从而保证得到一个科学合理的化学检测结果。
3现代仪器分析方法
(1)色谱分析法。色谱分析方法在现代仪器各种分析方法中属于一种非常常见的检测方式,此种检测方法在实际应用的过程中主要是借助将样品展开分离工作的前提下,再进一步开展更加细致的分析工作。色谱分析法在实际应用的过程中其主要的作用原理在于借助污染物中的不同成分所具有的不相容特点,然后在此基础上利用不同成分所具备的不同吸附效果及分配系数等,对混合物进行分离工作后再对其进行准确地测量及分析。此种检测方法能够在一定时间内,针对所要检测的样品开展定性及定量分析工作。鉴于此,色谱分析检测方法在环境无机化学分析中得到了被较为广泛的利用以及推广。
(2)原子荧光法。一般来说,现代仪器分析方法中最为常用的方法主要包括原子荧光法,而源自荧光法主要由三种类型构成,包括石墨炉原子吸收、氢化物原子吸收以及火焰原子吸收三种类型。在化学分析的过程中利用源自荧光法能够较为精准且科学的对检测与分析水里的金属元素。原子荧光法目前已经被广泛地应用于环境分析中,对于水中的八种元素,通过原子荧光仪器也能实现对其的有效检测,此种检测方法在对容易转变为氯化物元素时,具有干扰机体程度低。灵敏且准确的特点。除此之外,相关研究资料表明,对光绪皇帝的死因分析的过程中,借助中子活化分析技术以及X-射线荧光光谱等技术方式对其遗体的相关部分的分析检测工作,得出其死因是由于As中毒而导致。
(3)质谱法及联用技术。目前在实际检测的过程中所采用的质谱法,其主要的作用原理便是将获取到的样本放置在离子源里,然后再通过电离的方式来获得带电离子,在此基础上再通过使离子高速运转的方式来穿过磁场,离子便会根据不同的质荷比而相应地产生出分离现象。质谱便由此构成,在实际分析与研究的过程中再结合最终形成的质谱线所处的位置及强度开展相关工作。根据相关的研究资料与实际工作状况来看,质谱法在分析与检测的过程中能够针对自然环境中的土壤、空气以及有机生物等各种物质,来开展相关的分析及测量工作,从而便能够获得科学可靠的检测结果。因此,在环境无机化学分析过程中,质谱法及联用技术得到了广泛地应用及推广。
4结束语
综上所述,随着技术的发展以及环境的恶化,传统的检测仪器及方法从目前环境坚持标准角度而言已经不能满足当前要求,大部分检测分析工作为了能够得到更好的开展还是需要依靠现代仪器的辅助。结合现今的发展水平来看,传统分析方法已经很难满足现代环境无机化学分析的需求,而现代仪器分析的方法应用已经成为了必然的趋势,且连续自动化的方式也逐渐的取代过去的手动方式。除此之外,自动化现代仪器设备在现阶段的环境分析过程中得到非常广泛的应用,并且还处于不断的推广中。
参考文献:
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[2]李赞忠,乔子荣.现代仪器分析及其发展趋势[J].内蒙古石油化工,2011,37(21):1-4.
[3]马晓丽,勉强辉,孟磊等.现代仪器分析实验课程的教学改革与探索[J].科教文汇,2012(01):64-64,84.
Applied undergraduate food major "inorganic and analytical chemistry"
Curriculum Teaching and Experience
ZHANG Wen-li1,2 ZHANG Jian-ping1,2* CHEN Shang-long1,2 WU Yong-hua1,2 YU Nan-nan1,2
(1. School of Food Science and Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018, Jiangsu Province, China;2. Key Laboratory of Food Resources Development and Quality Safety, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou, Jiangsu 221018, China)
【Abstract】The article mainly introduces the teaching process and experience of the subject basic course "inorganic and analytical chemistry" in the subject of Application-oriented Undergraduate food specialty. The author puts forward the measures and methods to improve many problems in the new students' weakness in the course, content of courses and limited courses hours.
【Key words】Application-oriented Undergraduate; Food specialty; Inorganic and Analytical Chemistry; Subject Basis Courses; Teaching
“?o机及分析化学”是将无机化学和分析化学两门课程整合为一的课程[1-3],这门课程不仅是化学专业的必修课,同时也是近化学专业如食品、环境、生物、医药、材料等专业的学科基础课[4]。因此,学好这门课程至关重要。对应用型本科食品专业[5-9]来说,这门课程的教学要做到重视基础内容,敢于摒弃、整合旧内容,及时补充新理论知识,让学生所学知识能应用到后续专业课的学习和实际生活中。随着近年应用型本科食品专业基础课程教学的改革,“无机及分析化学”的课程[10-12]教学现状如下。首先,该课程的课时数相比以往有所减少,目前我校食品专业无机及分析化学有64学时(不包括实验)。课时数减少的同时食品专业所需的相关化学学科基础知识并没有减少,这在一定程度上加重了教学难度。其次,我校食品专业学生来自全国各地,除了高中时期专门参加过化学竞赛的同学基础稍好,其他同学的化学基础知识相对薄弱。这对于教师讲课的内容和教学设计有一定的挑战。再者,该课程是食品专业的学科基础课,开设在大学的第一学期,该课程与“生物化学”、“食品化学”等课程联系比较紧密,该课程的学习效果直接影响后续专业基础课的学习。最后,应用型本科食品专业的学生需要掌握好无机及分析化学理论知识的同时也要有熟练的实验操作技能。因此,教好和学好无机及分析化学对食品专业新生的学习兴趣、知识积累和科研素质培养非常重要。
本课程的教学要完成教学任务,更要为食品专业的学生打下扎实的化学基础。结合自身的实际教学来说,该课程总体教学的时间紧,内容多,任务重。这就要求我们能根据学生的具体情况和专业的要求,提出教学目标,以此来安排合理的教学。下面我将结合自身的教学过程,从几个方面谈谈应用型本科食品专业无机及分析化学课程的教学目标、教学内容、教学方法及课程教学的体会[13-18]。
1 教学目标
“无机及分析化学”是食品专业本科生的重要学科基础课。该课程的教学以教师课堂讲授为主,课堂提问、课后练习和实验课为辅。该课程安排在第一学期,是学生进入大学后的第一门学科基础课,现总学时 64学时,每周 4 学时。课程教学开始前,需要了解学生的相关化学知识学习状况: 该门课程所教授的知识点,学生在高中阶段接触过,但不够系统和深入,除非参加过竞赛的同学。所以说,学生整体化学知识薄弱。鉴于现状,整个课程中无机化学部分比例稍大,占36个学时,分析化学占28个学时。具体目标有以下几个方面:首先,该课程能培养学生具有分析、处理一般无机与分析化学问题的初步能力,同时培养学生严谨细致、实事求是的科学作风。其次,该课程要求学生对课程中知识的重难点明确掌握,课后作业题独立完成。再者,涉及该课程的具体内容有:让学生重点掌握平衡的原理、溶液中的各种化学平衡及其在分析化学中的应用,让学生建立准确的“量”的概念和掌握各种化学分析方法;让学生掌握化学热力学、化学动力学、原子和分子结构、分散体系和溶液等方面的基本理论和基本知识;让学生掌握分析化学中的滴定分析、重量分析和吸光光度分析的基本理论和方法。
2 教学内容
为了实现上述的教学目标,我们是以 “加强理论基础知识,重视实验操作,联系实际问题,反应科学前沿” 作为该课程教学的指导思想。食品专业本科生所学习的 “无机及分析化学” 课程中涉及到的大多数知识点,在后续的“物理化学”“生物化学”“有机化学”等课程中又会在更深的层次上重复。那么如何选择该课程的教学内容,避免不必要的重复,这也是一个难题。首先,在教学内容的选择上,注重知识结构的整体性教学,突出知识体系的主干,不讲或少讲与食品专业后续学习无关的部分,重点讲授基本的、容易混淆的和难以理解的概念。使学生的知识体系更加清晰和系统。其次,在教学内容的选择上注意理论与实验和实际的结合。该课程分为两个部分,一是,无机化学侧重于元素化学的学习,二是,分析化学侧重于分析科学思维模式的培养。两者都需要联系日常生活中的实验现象和实际生产。通过增加“应用实例”,比如:测定三聚氰胺中蛋白质的含量或麦芽糊精中总糖含量的测定,来提高学生们学习该课程的积极性和热情。再次,在强调基础理论知识的过程中要反应科学前沿,具有先进性。满足一些学生的好奇心,同时也能拓宽他们的知识面。
3 教学方法
在课程开课之前,通过对食品专业学生的新生调查可知,不同地区中学化学课开课情况以及掌握情况各不相同,有些新生甚至没有接触到化学实验。鉴于上述情况,我们需要从教学方法上提高教学效果,调动学生的积极性,让学生打下扎实的基础,培养学生的创新思维和能力。从以下几个方面着手:
(1)开阔学生视野,让学生充分了解“无机及分析化学”这门课程的地位和用途。该课程是化学两大基础学科分支的结合。通过学习无机化学,我们可以不断认识和改造物质世界,还能创造新的物质世界。通过学习分析化学,将有助于我们对原料的筛选,对工艺流程的控制以及对食品质量的检测。该课程作为应用型本科食品专业的学科基础课,对后续“食品分析”“微生物学”“食品化学”等专业课的学习起了至关重要的作用。同时,也让学生了解学习该课程在将 来从事食品的教学、科研、管理、生产等各领域、各部门工作时都颇有益处。
(2)加强基础知识学习,突破重难点。结合该课程的特点和专业的需求,对教材的内容有所增?p。但是,基本知识、反应、公式和实验都是需要系统的学习。在实际教学中,促进学生学习知识与提高素质相结合。将教学中的重难点布置成思考题,以此来启发学生的思维。课堂上不能自导自演,要做到与学生互动。可以提出问题让学生交流讨论,及时的进行反馈点评。增加课堂提问和练习的力度。根据课堂学生反应情况布置课后习题,巩固课堂所学知识。布置课后练习时要做到有针对性,有层次性,从而使每位学生都能够较好地掌握。
(3)认真的备课,做到有备而去。讲授时要做到主次分明,层次清晰。更新自己的教学手段,做到理论与实际相结合。采用多种教学方式:启发式、讨论式和参与式。根据学生的反应及时调整教学策略。讲课时要做到深入浅出,化繁为简,有快有慢,循序渐进。根据教学进度计划表,运用好教材,有条不紊的进行教学。同时也要注意培养学生自主学习、独立思考的能力,有些知识没必要讲的太细太繁。
(4)理论课的学习一定要与实验课相结合。通过具体的实验操作,增加学生学习理论课的兴趣,也能起到巩固理论知识的效果。鼓励学生参加各类开放性实验和创新实验,结合实验也可以对理论知识进行查漏补缺。比如,通过分光光度法测定待测铁样中总铁的含量,来巩固分光光度法的原理。此外,通过实验也能够训练学生正确的掌握化学实验的基本操作技能。综合性实验也可以锻炼学生的动手能力,提高分析问题和解决问题的独立工作能力。
(5)利用课外时间对学生进行辅导答疑。大学新生第一学期的课程相对不多,学生有充分的时间学习和巩固该课程。针对作业中出现的问题,要对学生进行分类辅导,如概念类、原理类、反应类、方法类、浓度类和计算类等。辅导结束后,学生要继续做题进行巩固,达到真正理解和应用的过程。
摘要:以“配位化合物与配位平衡”一章的教学为例,以环境科学专业学生(30人)为实施对象,探索了Sandwich教学法在无机及分析化学课堂教学中的应用。结合教学内容,将重点、难点、新成果及其应用设置成问题,组织学生进行讨论和交流,引导学生自己解决问题,改变了传统的“满堂灌”模式,学生由被动学习转化为主动学习,培养了学生学习的兴趣,充分调动学生的学习主动性,提高学生自我学习、自我思考的能力。
关键词:Sandwich教学法;无机及分析化学;配位化合物
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)26-0179-03
无机及分析化学是将“无机化学”和“分析化学”的基本内容进行优化整合,是一门重要的基础理论课程。对于环境相关专业的学生而言,学习“无机及分析化学”课程对他们学习基础知识和专业知识都是不可或缺的。课程内容多、知识点较分散,有些内容又很抽象,理解较难。学生普遍反映课程内容繁杂、枯燥难学,学习目的较不明确等。传统的教学方法存在以教定学、以本为本、教法单一、学法单一、评价单一等缺点,难以调动学生的积极性,教学效果不理想。为此,我们将Sandwich教学法应用于无机及分析化学课堂教学中,以提高教学效果。
Sandwich教学法最早起源于英国的桑德兰技术学院,后由德国海德堡大学医学院将该教学法应用于医学教学,建立了Sandwich医学教学法,并应用于医学教学的大部分学科[1,2]。华中科技大学同济医学院2006年开始将该教学方法引入医学教学中,教学效果良好,得到了学生的普遍认可。近几年,Sandwich教学法在国内的医学教育领域,如医学微生物学[3]、系统解剖学[4]、临床麻醉学[5]、药剂学[6]、生理学[7]等学科中进行了实践应用,获得了良好的教学效果。但是,仅有少量化学相关课程进行过该教学方法的改革实例[2,8-9],我们希望将其应用于《无机及分析化学》课程教学中,尝试课程教学改革,从而提高该课程的教学效果,培养学生自主学习、语言表达、解决实际问题以及沟通的能力等。本文以配位化合物与配位平衡的教学为例,具体详谈Sandwich教学法在课程设计、教学实施过程以及教学效果。
一、课前准备
(一)教师课前准备
1.教学材料准备。选择“第七章配位化合物与配位平衡”实施Sandwich教学,课程组的教师根据教学大纲要求,结合教材内容进行集体备课,查阅文献资料,共同商讨和设计讨论的问题及案例、制作课件、讲稿内容设计、测试题、考核细表等教学材料。将Sandwich教学法介绍、思考题、课件、分组情况、参考资料、参考书目等及时至天空网络教室(学校课程网站),供学生熟悉教学内容、教学过程等。
2.编写Sandwich教案。根据教学目标和内容,分析授课内容的重点和难点,设计开场白,提出6个可供讨论的问题,设计教学以及讨论实施过程进展计划。问题的设计是关键,既要符合教学目标和大纲内容要求,又要具有探索性以引起学生兴趣,便于展开讨论。
3.分组与编号。将学生30人分为6组(A、B、C、D、E、F),每组5人(A-1~A-5,B-1~B-5…)。每组确定一名组长和秘书,每组成员采取随机抽签,确定名单后到微信群。
4.反馈问卷以及成绩评定。设计反馈调查问卷和成绩评定表,反馈问卷中包括:教学目标是否明确,组织方式是否恰当,教学效果是否良好,是否有助于启发思维、提高分析和解决实际问题的能力,时间分配是否恰当……,同时设计了建议事项或意见:你对本次Sandwich教学是否满意?是否愿意在接下去的课程中继续开展;与传统的讲授法比较,Sandwich教学法的主要优缺点有哪些?你认为哪些地方还需改进?成绩评定表中涉及对于学生的学习能力、学习态度、问题回答、综合表现、相互评价以及随堂测试等。
(二)学生课前准备
熟悉Sandwich教学流程,预习教材相关内容,阅读有关专业书籍及资料。学生在天空网络教室中自行下载教学方法介绍、任务布置、注意事等,使所有学生明确其在教学实施过程中的任务、具体步骤等。召集组长会议,强调实施过程、教学环节、组长职责等,指导其在教学过程中的组织、带动和管理。
二、教学实施
教学实施过程包括9个步骤:课程导入及问题提出、学生分组讨论、学生交叉讨论、学生汇报、学生小组PK、教师总结、金鱼缸小组讨论、随堂测试、学生反馈等。
(一)课程导入及问题提出
教师提供本次课程内容的基本背景信息,同时提出本次课的学习目的、要求和内容。教师以小故事引出学习内容,激发学生的学习兴趣,调动学生的主动性和积极性。
1.课程导入。1799年Tassaert往CoCl2溶液中加入氨水,先有粉红色沉淀生成,继续加入氨水则沉淀消失,放置一天后析出橙色晶体。经分析沉淀为Co(OH)2,橙色晶体是CoCl3・6NH3,Co(OH)2在过量的氨水的存在下被氧化成3份。起初,人们把这种橙色的晶体看成是稳定性较差的CoCl3和6个NH3加成物。但将这种橙色晶体加热至150℃时,却无法释放出氨;稀释溶解后回流数小时也不生成硫酸铵。由于该化合物的成键作用的本质不详,故将其称之为“复杂化合物”。那么这种橙色晶体到底是什么类型的化合物,化合物结构式是什么?直到1893年Werner对这类化合物提出了天才见解,被后人称为维也纳配位学说,Werner也因此获得1913年诺贝尔化学奖。那么,这一类化合物如何命名、如何分类、几何构型特点、稳定性如何判断?通过教师导入课程,学生明确了学习内容,引起学生学习兴趣,引发学生学习的主动性和积极性,同时突出学习的重点内容。
2.讨论问题的提出。教师导入课程后根据教学大纲提出需要讨论的具体问题:A、如何定义外轨型配合物和内轨型配合物,何种情况/条件易形成外轨型或内轨型配合物?B、配合物的命名原则;C、影响配位平衡的条件有哪些?如何影响?(总结影响配合物稳定性的因素);D、配合物的分类(类型);E、影响配位数的因素?一般配位数大小的规律?F、杂化轨道类型与配合物的几何构型的关系?
(二)分组讨论
根据事先分组进行讨论,1个问题/组,全班分成6组(见表1)。讨论时,秘书负责记录讨论、发言情况,组长负责组织和协调。
(三)交叉讨论学习
小组讨论结束后,重新组成新的小组进行讨论,数字相同的为一组(如A-1、B-1、C-1、D-1、E-1、F-1为1组,共5组),再次讨论。交换各自的意见,以便完善自己的答案。
(四)学生汇报
每组派一位代表发言(组长或秘书),汇报各组讨论的结果,其他小组也可积极参与,进行点评,可提出不同观点,进一步展开讨论。
(五)组间PK(交叉提问)
由一个组提出1个问题后(事先准备或课堂讨论过程中的疑问),另一组准备5min,汇报2~3min(组长)。如若回答正确,回答者及所在组加分;如果回答错误或无法作答,则提出问题组加分;累计未回答问题由其他组回答,回答正确则相应组加分。
(六)教师总结
教师根据学生对知识和问题的理解程度以及存在的问题进行总结,围绕本次课堂的学习目标解析每个问题,针对问题答案不足之处给予补充,并且纠正错误回答。与此同时,教师简要介绍一些与授课内容相关的综合知识,用以拓展知识点,例如:一种古老的蓝色染料即为配位化合物(普鲁士蓝);金属配合物和疾病的关系以及重金属中毒时常用的解毒剂;植物中的叶绿素是镁的螯合物(配合物的一种),维生素B12是钴的螯合物。
(七)教师结合实际应用提出新问题(金鱼缸)
教师总结后提出新的实H问题,检验学生学习效果及利用所学知识解决实际问题的能力。随机抽取5人组成新的讨论组,讨论小组展开新一轮讨论并汇报,其他同学倾听讨论小组的讨论和发言,如有新观点也可以参与讨论。提出综合性的问题:体内酸碱性的变化对一些配合物类酶的活性影响?配合物在工业、医药、环境污染、生活、生物体等方面的应用?
(八)课堂测试
结合教学大纲以及课堂授课以及讨论内容,设计10个客观题,考察学生对课程内容的学习和掌握的情况,测试分数计入考试成绩。
(九)学生反馈及教学反思
每个学生以不记名方式用文字表达学习体会及建议。教师设计《无机化学与分析化学》Sandwich学习调查表,让学生对该教学模式与效果进行评价。教师收集反馈意见,然后统计和整理,对教学内容、讨论问题、教学流程等进行改进和修订。
统计和整理学生的反馈意见发现:学生课前主动预习,查阅资料,课堂上学生之间相互影响和督促,课堂气氛活跃,大部分同学积极参与讨论。学生普遍反映对于Sandwich教学法表示出极大的兴趣,愿意在后续的课程教学过程中继续开展。少数同学表示,在交叉讨论环节,多数时间学生上网查找资料或闲聊,未参与讨论。另外,其他组成员的意见有时干扰正确答案,并无参考价值。基于此类情况,我们将在后续的教学中减少或取消交叉讨论环节。课堂讨论以及汇报过程中,我们发现部分学生由于预习不充分,准备资料不足,导致讨论过程中忙于上网查找资料,并且汇报时一些内容为网络资源,易造成讨论不积极,缺乏自我学习、独立思考能力的培养。因此,在今后的教学实施开始前应当进一步加强思想引导,加强学生主动预习的意识,做好充分准备;课堂上加强管理,督促学生独立思考,活跃课堂气氛,促进学生讨论氛围,提高教学效果。
三、成绩评定
教学过程中学生成绩将作为课程总成绩的一部分,评定细则包括:平时成绩(登陆记录:教学方法学习、自学测试等);课堂讨论(自评、组内互评、组长和秘书评分、小组互评、教师评分等,教师根据组长和秘书的组织协调能力适当加分);汇报;课堂测试成绩。
四、结束语
通过Sandwich教学法在无机及分析化学课程教学中的应用,学生由被动学习转化为主动学习,该教学方式更容易发挥同学们的主动积极性,通过互助讨论学习,学生对于知识点的理解更加深入,有助于启发思维,提高分析、解决实际问题的能力,锻炼了学生的语言表达能力,有效提高团队合作能力,增强了师生间以及同学间的交流,教学上也取得了良好的效果。然而,Sandwich教学法也存在一些不足:不适合大班教学,教学内容适用范围有限(不适用于自学以及难以开展讨论的内容),短时记忆好而长期记忆差。为提高无机及分析化学教学质量和教学效果,教师应根据教学内容和教学目标合理选用教学方法,将Sandwich教学法、案例教学法(CBL)、以问题为基础的教学法(PBL)和传统的讲授教学法(LBL)联合应用于无机及分析化学的教学过程中,取长补短,百花齐放,才能有效培养学生的创新思维和实践能力,达到提高无机及分析化学教学质量的目的。
参考文献:
[1]黄亚玲,马建辉,彭义香,蔡馥丞.Sandwich教学法在医学教育中的应用[J].医学与社会,2008,21(3):55-56.
论文摘要:本文主要叙述了生物无机化学的研究进展。主要从对含有微量元素的蛋白的突变、结构及性质的研究;酶的模拟;无机药物化学;金属元素中毒的研究等四个方面来介绍现在生物无机化学的进展。
论文关键词:生物无机化学;蛋白质;螯合剂;酶;无机药物化学
生物无机化学是无机化学和生物化学交叉的领域。它的任务是研究金属与生物配体之间的相互作用,它有赖于无机化学和生物化学两门学科水平的发展。由于研究方法的进展,使得揭示生命过程中的生物无机化学成为可能。生物无机化学主要分为两部分:一是研究生物体本身微量元素的作用,二是研究外界微量元素对机体的影响。
一、研究生物体本身微量元素的作用
(一)含有微量元素的蛋白的研究
含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象,做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物,与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性,但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白,确定其结构、性质。
现在热门的蛋白有硒蛋白,因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用,主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面,但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。
另外,也有对细胞色素进行研究。如官墨蓝等对细胞色素b5的突变体做了研究。为了深入了解细胞色素b5的64位氨基酸对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响,对细胞色素b5第64位氨基酸残基进行保守性和非保守性突变。研究表明,细胞色素b5第64位氨基酸残基对稳定血红素辅基和维持蛋白的结构有重要的作用,在64位引入其他氨基酸残基使蛋白结构不太稳定。
(二)酶的模拟
酶的模拟就是从酶中挑选出起主导作用的因素来设计合成一些能表现生物功能的、比天然酶简单得多的非蛋白分子,通过研究它们来模拟酶的催化过程,找到控制生化过程的因素,从而得到更好的催化剂。
如硒酶的研究。通过对硒酶结构与功能的模拟,人们不仅可以了解硒酶结构与功能的关系,还可以进一步开发与硒酶相关的药物。对于硒酶的合成主要有三种方法,一是对硒酶进行化学模拟,二是对硒酶进行化学修饰,三是用基因工程方法生产含硒酶。对硒酶化学模拟主要集中在硒酶活性中心催化三联体Se-N的相互作用的模拟中。在这个方面主要有合成含有Se-N键的硒酶模拟物和在硒原子的附近引入氮原子,用分子内的螯合作用间接形成分子内螯合物,达到Se-N键的作用。对硒酶化学修饰主要方面有:1、将天然酶改造为含硒酶;2、设计含硒生物印迹酶;3、设计含硒抗体酶。硒蛋白模拟物在理解硒酶的生化作用中起着非常重要的作用。硒蛋白模拟物在抗氧化、抗癌及抗滤过性病原体等范围具有治疗潜能。
又如刘海洋等对核酸酶的化学模拟。核酸酶的化学模拟对于生物技术和分子生物学研究具有重要意义,Corrole是具有共轭电子结构的大环化合物,其结构上导致其配位化学行为易与金属形成配合物,其形成的配合物在许多反应中均有催化活性。该科研组研究了单羟基Corrole锰配合物对DNA的催化氧化断裂作用。结果表明,锰Corrole配合物可催化DNA的氧化断裂,而且断裂程度随着反应时间的增加而增加。宋玉民等研究了全反式维甲酸合钇配合物对DNA的切割和键合作用。实验表明,该配合物在生理条件下比配体和金属离子能更有效地切割质粒DNA。岳蕾等研究了铬配合物切割DNA的活性。研究表明,在H2O2存在条件下,Cr的配合物[Cr(bzimpy)2]+具有氧化切割DNA的活性,但被切割的DNA可被大肠杆菌修复。
对于固氮酶模拟的报道比较多。模拟固氮酶的目的主要是在温和的条件下将空气中的氮分子转化成有机化合物,从而加以利用。对固氮酶的活性中心模拟主要是钼铁硫原子簇,另外还有钼-硫醇等等的研究报道。
二、研究外界微量元素对机体的影响
(一)无机药物化学
无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中,顺铂药物目前仍在临床上使用,主要有四种铂配合物:顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来,人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物,与卡铂结构类似的有机锡化合物,以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面,从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来,人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手,所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大的发展前景。除了合成新的药物外,在原有的药物基础上对原有的药物进行改良也是未来的科研方向,因为原有的药物具有较高的毒副作用,且抗癌范围较小。所以在无机抗癌药物这一方面,合成具有广谱高效抗癌活性且有较低的毒副作用和较长的持续时候的抗癌药物是主要发展方向;另外,对于无机金属药物的抗癌机理尚没有统一的理论,因此研究无机抗癌药物的作用机理也是主要研究方向。
无机药物在其他方面也有重要的应用。如金配合物在抗类风湿方面的应用,应用治疗类风湿关节炎有金Au的硫醇盐。在治疗胃病的过程中,铝盐也是主要依赖的药物,含铋的化合物是治疗胃溃疡的的主要药物。在无机药物的研究中,尚不清楚各种药物对机体疾病的治疗机理,所以研究无机药物的作用机理具有较大的前景。
放射照影药物的发展也是无机药物的发展方向。由于放射示踪、核磁共振在医学上的应用,使得各种造影剂的成为医生临床应用不可或缺的一个方面,如钡的造影剂。
(二)金属元素中毒的治疗
在外界的金属元素超过机体所需的浓度后,该元素就会对机体产生负面效应,引起疾病。元素的毒性主要因为它与机体基团的强配合性。对金属元素中毒的治疗主要是研究具有更强螯合能力的的螯合剂,使其跟有毒的金属离子结合形成更加稳定配合物,然后排出体外。理想的螯合剂须满足以下的条件:1、水溶性,且在生理的pH条件下有足够的螯合能力;2、分子大小和结构必须合适;3、必须专一迅速结合金属元素;4、很容易从体内排出;5、没有明显的毒性。如用EDTA来排出多余的离子,EDTA螯合性虽然很强,却选择性不强,在排出有害的金属离子的同时,同时也会损失一些有益的离子。如用去铁草胺B去除多余的铁,但是它不能去除血红素或运铁蛋白中的铁。现在的医用螯合物的研究方向主要是研究新的药剂,因为现在的螯合剂无论是在种类还是排出金属中毒的效率都不能满足医学的需要。
三、生物无机化学的发展趋势
生物无机化学以后的发展趋势是生命科学与技术进行有机紧密的融合。
【关键词】化学物质 生物降解 技术
随着科学技术不断的发展,新的化学物质不断的出现,据资料显示我国每一年都有一百多种新的化学物质注册。新化学物质的出现并在生活中使用,一定条件下满足了人们日益增长的物质文化需求,也丰富了人们生活,而已经使用的化学物质和待使用的化学物质中可能有潜在的有害物质,威胁人们的生命健康和危害自然环境。在这种情况下,必须高度重视化学物质安全评价工作。生物降解作为有机污染物降解重要降解过程之一,其生物降解性不是化合物的难易分解程度判断标准,也是生态环境中滞留时间长短的重要指标,对化合物在生态环境中的转化和风险评价有重要作用,能更好满足现实需求。文中从生物降解技术实际出发,做出如下分析。
一、生物降解技术概况
(一)生物降解概念
生物降解是微生物的分解作用,其可能是微生物的有氧呼吸,也可能是微生物的无氧呼吸。生物降解过程难易程度不仅与其本身特征有关系,与有机物的结构特征也有关系,其中简单的有机物先降解,复杂的有机物后降解。生物降解不一定是生物自身引起的化学物质结构变化,也可能是化合物被矿化或完全矿化化合物转化成c、h、o、n等稳定的无机化合物。有机物降解过程也是化学物质在环境中转化的重要过程之一,且是大部分化学物质在环境中转化的归趋。
(二)生物降解技术分类
目前来看,对生物降解技术有多种分类,主要有初级生物降解、最终生物降解、快速生物降解和固有生物降解等。初级生物降解就是化学物质在生物作用下化学结构发生了变化,而使化学物质本身丧失的过程;最终生物降解也可以称为好氧降解,是化学物质被微生物完全分解为二氧化碳、水、矿物盐和新的微生物细胞成分的过程;快速生物降解是化学物质固定的时间内和接种物接触而表现出来的生物降解能力;固有生物降解就是在良好的试验条件下,化学物质和接种物长时间接触而表现出来的生物降解潜力。
二、基于有机污染物模拟实验分析生物降解技术
目前来看,国内外对化学物质生物降解技术研究的试验比较多,多数试验是用污泥作为接种体对污水处理厂中的生物降解进行分析。这种生物降解技术试验方法虽然经济,但是却不能对高浓度物质、母体化合物进行分析,从而使生物降解技术的结果得不到保证。加之试验过程中未充分考虑沉积物对降解的影响和不对受试物进行测定,其降解率相对较低。再加上污染物可能受微生物物质的影响而产生其他物理过程,不能更好的实现有机物生物降解实验。因此,有必要采用新的试验方法对有机化合物的生物降解技术进行分析。
(一)实验准备
鉴于之前的化学物质生物降解技术试验,多为在未受污染区和污染较轻的天然水体中进行,其劳动强度大、用时长、资金量大。本文采用室内模拟试验方法对化合物的生物降解技术进行研究。研究以甲基对硫磷为对比物,这种化合物质是一种高效有机磷杀虫剂,难溶于水和石油;试验中选用的材料是经过两次蒸馏两次的纯水和乙腈;选用的仪器是液相色谱仪、恒温振荡培养器、离心分离机、微电脑酸度计、固相萃取小柱、玻璃瓶和标准检验筛等;接种物为天然地表水;试验装置采用的反应器是2l玻璃瓶,将其设置在可以调温的大型振荡器中,并对其进行旋转使其与自然水体流动相似,从而使颗粒物漂浮在水面;试验过程中需要采集水面60mm处的水为水样和沉积物上层约6mm左右的样品,并对样本的水温和ph值进行测定,再经过标准筛筛过之后,将其放置在密闭容器中进行试验。
(二)试验过程及分析处理结果
试验中要对水样和沉积物连续24小时搅拌,用重量差法来计算用泥量,再利用母液的形式增加4个玻璃瓶,用清洁的空气将丙酮吹散,并在两个反应瓶中各增加1l左右的地表水样,另外两个瓶中加入标准浓度的沉积物,对地表水进行定容。之后在适当的时间段
内从瓶中取出适量的样品,进行离心除去悬浮颗粒,再经过小柱收集淋洗液。在此基础上用液相色谱仪等仪器对样品进行分析,依据生物降解半衰期公式进行计算。结果甲基对硫磷在地表水和沉积物中的降解过程与一级动力学规律相符,与实际水体中有机物降解过程也相同。当甲基对硫磷有沉积物存在时,其降解速度相对较快,而在地表水中,降解速度相对较慢。
出现这种现象的主要原因是悬浮物反应时,可能对水体中的有机物进行浓缩或成为微生物菌落的载体。这与甲基对硫磷前三天和前四天的实验不同,之前测得浓度低于实验开始的添加的浓度,出现这种原因可能是物质自身特性或加入母液而引起的。经过甲基对硫磷在地表水和沉积物中应用分析,其结果与许多专家测得的结果一致。
三、结束语
综上所述,在化学物质生物降解技术基本理论分析的基础上,通过试验证明化学物质生物降解技术的良好效果,可以有效减少环境污染和保证人们身体健康。而随着时代的发展,与化学物质研究相关的工作可能还会有新的问题,对生物降解技术的要求将会更高,这就需要对化学物质的生物降解技术做进一步研究。
参考文献:
[1]邱孟德,陈杏娟,邓代永,孙国萍,郭俊,许玫.溴代阻燃剂微生物降解的研究进展[j].微生物学通报.2010(07).
[2]张敏,安莎莎,宋洁,杨松,邱建辉.pbs/天然黄芩色素复合材料的制备与性能研究[j].工程塑料应用.2012(01).
[3]李仲.硝基苯化合物生物毒性的定量构效关系研究[j].河南师范大学学报(自然科学版).2010(05).
一、选择题(40分,每小题2分)
1.物质的量浓度相同的下列稀溶液中,蒸气压最高的是(
)
A:
HAc溶液
B:CaCl2溶液
C:蔗糖溶液
D:NaCl溶液
2.
在500g水中含22.5g某非电解质的溶液,其凝固点为-0.465℃。
已知水的
则溶质的摩尔质量为
(
)
A:172.4
B:
90
C:
180
D:135
3.
在下列反应中,与产物相同的是(
)
A:
B:
C:
D:
4.
反应,=
-144KJ·mol-1,=
-146J·mol-1·K-1。
反应达平衡时各物质的分压均为,则反应的温度为(
)
A:
780℃
B:
508℃
C:713℃
D:
1053℃
5.
下列气相反应平衡不受压力影响的是(
)
A:
B:
C:
D:
6.
下列几种条件变化中,能引起反应速率常数k值改变的是(
)
A:
反应温度改变
B:反应容器体积改变
C:
反应压力改变
D:反应物浓度改变
7.
对某一均为气相物质参加的吸热可逆化学反应,下列说法正确的是
(
)
A:温度升高,正反应速率常数增加,逆反应的速率常数减小,从而导致反应速率加快。
B:温度降低,活化分子的百分数下降,从而导致反应速率减慢。
C:温度升高,正反应活化能降低,逆反应活化能增加,从而导致反应速率加快。
D:温度降低,正反应速率常数降低,逆反应的速率常数增加,从而导致反应速率减慢。
8.
量子数(n,
l,m)取值不合理的是(
)
A:(2,1,0)
B:(2,2,-1)
C:(2,1,-1)
D:(3,1,1)
9.
H2O分子中氧的成键轨道是(
)
A:2px,2py
轨道
B:sp杂化轨道
C:sp2杂化轨道
D:不等性sp3杂化轨道
10.
下面论述正确的是(
)
A:精密度高,准确度就高
B:精密度高,系统误差一定小
C:准确度高,不一定要求精密度高
D:精密度是保证准确度的先决条件
11.算式结果的有效数字表达为(
)
A:五位
B:三位
C:两位
D:一位
12.
浓度为c
mol·L-1的和H2C2O4的质子条件式是(
)
A:
B:
C:
D:
13.
在pH
=12时用EDTA可单独检出Ca2+和Mg2+混合离子中Ca2+浓度,用的是下列哪一种掩蔽法
(
)。
A:配位
B:沉淀
C:控制酸度
D:氧化还原
14.
0.10
mol·L-1的下列酸中能用0.10
mol·L-1的NaOH作直接滴定分析的是
(
)
A:HCOOH(=3.45)
B:H3BO3(=9.22)
C:NH4Cl
(=4.74)
D:HCN
(=9.31)
15.
已标定好的NaOH溶液往往易吸收空气中的CO2,这样的NaOH溶液滴定酸时,用酚酞作指示剂
结果会(
)
A:不变
B:偏小
C:偏大
D:无效
16.
Mg(OH)2的溶度积是1.2×10-11(291K),在该温度下,下列pH值中,哪一个是Mg(OH)2饱和溶液的pH
值(
)
A:10.16
B:10.36
C:10.46
D:10.56
17.
用EDTA直接滴定有色金属离子,终点所呈现的颜色是(
)
A:游离指示剂的颜色
B:EDTA与金属离子所形成的配合物的颜色
C:指示剂与金属离子所形成的颜色
D:上述A和B的混合色
18.
在酸性介质中,过量的K2Cr2O7与Fe3+的反应达平衡,此时反应体系中正确的是
(
)
A:反应中消耗K2Cr2O7的物质的量与产物Fe3+的物质的量相等。
B:反应产物Fe3+和Cr3+物质的量相等。
C:电对的电位和电对的电位相等。
D:电对的电位大于电对的电位。
19.
下列物质中的中心离子磁矩最小的是(
)
A:
B:
C:
D:
20.
某电池-)A│A2+(0.1mol
·L-1)║B2+(0.1mol
·L-1)│B(+
的电动势E
=
0.27V,则该电池的标准电动势
为(
)
A:0.24V
B:0.27V
C:0.30V
D:0.33V
二、填空题(20分,每空2分)
1.已知某二元弱酸的解离常数分别为=
4.3×10-7,=
5.6×10-11。则其酸根作为二元离子碱的第二级
解离常数为
______________________。
2.用稀AgNO3和KI溶液制备AgI溶胶,分别测得所加电解质的聚沉值为NaCl
7500
mmol·L-1,MgCl2
50
mmol·L-1,AlCl3
0.70
mmol·L-1,则AgI溶胶的胶团结构式为_________________。
3.某元素基态原子,有量子数n
=4,l=0,m=0的一个电子,有n=3,l=2的10个电子,该原子的价层电子
构型为_________________,位于周期表中(指出周期和族)________________。
4.配合物[Co(en)(NH3)2Cl2]Cl的命名为__________________;配位数是___________________。
5.He+离子的3s与3d轨道的能量关系为__________________(填)。
6.反渗透是指________________________________________________________________________。
7.原电池中,发生氧化反应的电极为______________极
8.等浓度的强酸滴定等浓度的不同弱碱时,滴定曲线中相同的部分是______________________________。
三、简答题(10分,每题5分)
1.请用稀溶液的“依数性”原理说明施肥过多会将农作物“烧死”。
2.影响配位滴定曲线的因素有哪些?并说明如何影响滴定曲线。
四、计算题
(30分,普通版做1-4题,基地班做1-3和5题)
1.
1946年,George
Scatchard
用溶液的渗透压测定了牛血清蛋白的分子量,他将9.63g蛋白质配成1.00L
水溶液,测得该溶液在25℃时的渗透压为0.353kPa,计算牛血清蛋白的分子量。如果该溶液的密度近
似为1.00g·ml-1,能否用凝固点下降的方法测定蛋白质的分子量?为什么?((H2O)=1.86K·kg·mol-1)
2.在c(H2SO4)=1.0mol·L-1H2SO4介质中,用c(Ce4+)=0.05000mol·L-1Ce4+溶液滴定c(Fe2+)=0.05000mol·L-1Fe2+
溶液,计算化学计量点时溶液的电位值和误差为±0.1%之内的滴定曲线的突跃范围。若c(Ce4+)和c(Fe2+)
的初始浓度均增加一倍,突跃范围又为多少?
已知:Ce4+
+
e
=
Ce3+
=
1.44V
Fe2+
=
Fe3+
+
e
=
0.68V
3.
将铜片插入1.0
mol·L-1的CuSO4溶液的烧杯中,银片插入0.1
mol·L-1的AgNO3溶液的烧杯中,
组成原电池(已知=
0.34V,=
0.80V)。请:
(1)写出该原电池的电池反应和电池符号;
(2)计算该反应的平衡常数和原电池的电动势。
4.
向一含有0.20
mol·L-1氨水和0.20
mol·L-1
NH4Cl的缓冲溶液中加入等体积的0.030mol·L-1
[Cu(NH3)4]Cl2溶液,问混合溶液中有无Cu(OH)2沉淀生成?
已知:(Cu(OH)2)
=
5.6×10-20
,([Cu(NH3)4]2+)
=
1.38×1014
,(NH3)
=
1.77×10-5.
5.
CaCO3能溶解于HAc中,设沉淀溶解平衡时HAc的浓度为1.0
mol·L-1
。室温下,反应产物H2CO3
饱和浓度为0.04