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綠色化工行業(yè)早在上個世紀就已經(jīng)出現(xiàn)了,最開始綠色化工行業(yè)出現(xiàn)在工業(yè)比較發(fā)達的國家,主要集中在歐美地區(qū)。經(jīng)濟的發(fā)展帶來環(huán)境污染的嚴重,這就使得人們開始重視綠色化工行業(yè)的發(fā)展,投入較多的人力物力和財力研究綠色化工行業(yè)的發(fā)展。隨著經(jīng)濟全球趨勢的加強,國與國之間的聯(lián)系日益密切,綠色化工行業(yè)開始受到國際社會的共同關(guān)注,由于我國是發(fā)展中國家,因此對于綠色化工行業(yè)的認識較晚,導致了我國綠色化工行業(yè)的起步也較晚。但是,我國對于綠色化工行業(yè)的認識較為透徹,這就導致我們在處理如何發(fā)展綠色化工行業(yè)中投入的力度,并且受到了國家科技部門的重視。綠色化工行業(yè)的突出優(yōu)點是:第一,最大限度地利用環(huán)保能源。較以往傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法不同的是,綠色化學化工可以最大限度地利用所使用的生產(chǎn)能源,并且一般綠色化學化工所使用的能源都是綠色環(huán)保可回收利用的能源,在生產(chǎn)使用時都會最大限度地利用原材料,防止浪費,減少污染排放,從而節(jié)省能源,綠色環(huán)保。第二,反應物無毒、無害,不會對環(huán)境產(chǎn)生污染,減少對外界的廢物排放。一般情況下,傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)都會產(chǎn)生一些有毒有害的排放物質(zhì),這些排放物會對環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的危害,但是綠色化學化工在生產(chǎn)之前都會將反應物生成的有害物質(zhì)整體的化學結(jié)構(gòu)進行重新排列,從而將有害成分運用科學的方法去除,這樣既可以保留生產(chǎn)所需要的有效成分,又保證了在反應的過程中不會對環(huán)境產(chǎn)生污染和負擔。綠色化學化工從產(chǎn)品的根本上避免了化學化工生產(chǎn)可能會對環(huán)境產(chǎn)生的危害源頭,綠色化學化工是名副其實的環(huán)境友好型產(chǎn)品。第三,最大限度地利用了原子能源,有效節(jié)約能源。傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)一般只注重生產(chǎn)效率,在生產(chǎn)過程中原材料沒有能夠被完全充分利用,一些有效成分被浪費了,但是綠色化學化工會運用科學的方法重組材料內(nèi)部結(jié)構(gòu),最大限度地利用材料有效成分,在材料被利用的同時就減少了其生產(chǎn)過程中對環(huán)境的排放。第四,確保了產(chǎn)品的綠色環(huán)保性。在過去那些傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)中,生產(chǎn)方式比較粗放,也沒有能力將生產(chǎn)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行重組設計,生產(chǎn)的過程當中釋放出大量的有害物質(zhì)污染環(huán)境,但是如今的綠色化學化工注重科學環(huán)保,在生產(chǎn)之前會重新組合產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu),保證了生產(chǎn)出的所有產(chǎn)品都是綠色環(huán)保,無毒無害的。
2綠色化學化工產(chǎn)品的發(fā)展研究
即使人們都十分清楚綠色化工化學的優(yōu)點與好處,但是在實際的生產(chǎn)過程中很少有人對其高度重視,所以綠色化學化工在我國發(fā)展過程中有著諸多的問題,例如社會關(guān)注程度不夠、發(fā)展模式單一、人才匱乏等?,F(xiàn)階段我們能做的就是利用一切可利用的方法,最大限度地將綠色化工化學進行全面推廣與宣傳,從根本上減少環(huán)境污染,實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
2.1加大宣傳力度,轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式
雖然綠色化學化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)興起多年,但在全社會范圍內(nèi),它還未能被深刻的認知與了解,這在很大程度上,阻礙了其良性發(fā)展。因此,我們要從全社會范圍內(nèi),通過各大平面媒體和網(wǎng)絡、電視、廣播對綠色化學化工加大宣傳力度,使人們對綠色化學化工有深刻的認知與了解。
2.2在學科教育上加大投入與合作,力求創(chuàng)新
綠色化學化工的發(fā)展不僅僅是依靠微觀的分子水平的化學,還要依賴宏觀的大規(guī)模的化工技術(shù),因此,要在一定層次上促進兩者的結(jié)合與協(xié)作。國家應加大對綠色化學化工的資金投入,建立與綠色化學化工有關(guān)的國家實驗室以及教學基地,作為發(fā)展綠色化學化工的創(chuàng)新性平臺,設置激勵機制,鼓勵創(chuàng)新,并持續(xù)不斷地為實驗室和教學基地的發(fā)展提供資金保障。
2.3重視人才培養(yǎng)
在我國,綠色化學化工屬于新興產(chǎn)業(yè),因此,相關(guān)部門必須建立起完備的人才培養(yǎng)體系,為了長遠發(fā)展儲備人才力量。具體來說,高校應該開設有關(guān)綠色化>文秘站:
綠色化學,又叫清潔化學、環(huán)境友好化學,其實質(zhì)是讓反應過程保持原子經(jīng)濟性,使整個反應過程無污染,反應物充分利用,達到提高反應轉(zhuǎn)化率和經(jīng)濟效益的目的。這對于預防污染,治理污染,保護環(huán)境,節(jié)約能源有著極其重要的作用。我國提出建設環(huán)境友好型社會,走可持續(xù)發(fā)展的道路,這與綠色化學的本質(zhì)不謀而合。大學生作為未來社會的接班人,就應該具有建設環(huán)境友好型社會,實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展道路的意識。因此,他們應該深刻理解綠色化學的理念,豐富綠色化學的知識,滿足社會發(fā)展的需求,為服務于社會做準備。總而言之,在高職教育中普及綠色化學,融入綠色化學十分重要。
2在高職化學教育中融入綠色化學的方法探討
隨著綠色化學概念的深入人心,各大高校紛紛對推行綠色化學教育做出舉措。但是由于綠色化學概念較為新穎,教學方式提出較晚,還有很多不足之處,下面就如何加強高職化學教育中綠色化學部分提出幾點建議。
2.1提高教師重視程度
由于教師質(zhì)量參差不齊,部分教師還未意識到綠色化學理念在化學教育中的重要性,更未關(guān)注綠色化學所獨有的教學方式的變化。作為高校教師,面對化學教育上的重大改革,首先應端正態(tài)度,充分認識綠色化學對社會和環(huán)境的重要作用,積極的學習和了解有關(guān)綠色化學的相關(guān)知識,做到讀書破萬卷,講課如有神的境界;其次,應宣傳和推廣綠色化學理念,提高自身專業(yè)技能,更新知識體系,將講課內(nèi)容向綠色化學方面過渡,及時向?qū)W生傳達先進知識;第三,要培養(yǎng)學生的綠色化學意識,在此基礎上才能強化授課效果,并使學生對綠色化學有了清晰的認識,從而再日后的學習中發(fā)揮主動性,積極拓展知識范圍。
2.2編寫綠色化學專用教材
教材是教學的基礎,在教材中貫徹綠色化學理念,才能真正使其深入學生之心。教材的編寫,首先應對傳統(tǒng)化學的反應式進行優(yōu)化,使其達到綠色化學的標準。例如接觸法制硫酸一節(jié)中,硫鐵礦燃燒后的殘渣富含鐵元素,可回收用于煉鐵工業(yè),廢氣中含有一定量的SO2,若直接排放會污染空氣,此時將其通過石灰乳或氨水,便可得到生石膏或亞硫酸銨,成功消除了污染并生產(chǎn)了副產(chǎn)品。再比如,CuCl2制備中,涉及到消除溶液中鐵和亞鐵離子的問題,若是使用教材所述的NaClO去除,則會產(chǎn)生新的雜質(zhì),增加了CuCl2制備的難度。若是從綠色化學角度思考,可采用H2O2做氧化劑,還原產(chǎn)物為H2O,不會造成污染,而且其分解產(chǎn)物為O2和H2O,亦沒有造成污染,因此是良好的氧化劑。再者,教材應對綠色化學有一個系統(tǒng)的講解,以幫助學生了解該行業(yè)的作用,重要性及發(fā)展前景等。講解除了基礎的概念性質(zhì)外,還應包括研究成果,作用原理,應用方面等。尤其是其保護環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展道路的作用。
2.3優(yōu)化實驗教學方式
化學實驗是化學教學中的重要組成部分,在試驗中貫穿綠色化學理念,也是化學教育中融入綠色的有效途徑。
2.3.1微型實驗的開展
綠色化學倡導下,一種新的實驗方式應運而生,這就是微型化學實驗。這種實驗可以通過改良實驗方式,用更少反應原料、更小實驗儀器、更短實驗時間得到同樣的實驗結(jié)果,這樣便能有效降低污染,減少能耗,節(jié)約資源。高職化學實驗中不乏操作具有一定危險性,試劑具有一定污染性,藥品具有一定毒性的實驗,這時采用微型實驗便是綠色化學的集中體現(xiàn)。例如2,4-二硝基苯肼與醛,酮進行反應時,可在井穴板上,用滴管取一至二滴進行反應,即可觀察到明顯現(xiàn)象;再比如做氯氣取用實驗時,用針管取用可有效防止氯氣外泄,并很好地控制了用量,避免了對人體的損害和對環(huán)境的污染。
2.3.2利用多媒體開展實驗
對于一些危險性強,安全性要求高,原料消耗巨大,對環(huán)境影響惡劣的實驗,在實驗室內(nèi)進行污染大,浪費大,操作難,并且效果可能并不理想。這時,可以采用多媒體的方式來教學。使用教學軟件可以準確模擬出實驗現(xiàn)象,學生觀察多媒體設備也更直觀,更清晰,可以準確快速的得出結(jié)論,有效避免了浪費和污染,滿足綠色化學的教學理念。
3結(jié)語
化學試劑是化學課堂的基本元素,是學生認識自然的小縮影.有些化學藥品或試劑會帶了一定的污染,教師可以組織學生展開討論,利用化學知識分析藥品的性質(zhì),結(jié)合“綠色實驗”的原則,來選擇污染小、可循環(huán)使用的化學試劑,使學生處處見了綠色.例如在學習“氧氣的制備”時,教師就可以組織學生對“氧氣的制法”進行討論,讓學生認真的分析高錳酸鉀、氯酸鉀和二氧化錳、雙氧水和二氧化錳這三種制取氧氣的方法,從中選擇簡單合理的方法來,這個問題有效的激發(fā)了學生的主動性.學生很快的進入了討論的環(huán)節(jié),紛紛的說出自己方法的優(yōu)點,教師鼓勵學生之間的相互比較、自評和互評,使得學生在相互的討論中,認識到自己思考上的不足,借用其他學生的優(yōu)勢來突破自己的思維,討論進行的非常激烈.最終,學生利用列表的方式,將這三種方法的有缺點進行對比,得到這樣的結(jié)論:使用高錳酸鉀和氯酸鉀這樣兩種方法制取氧氣,都最后都得到了混合物,且較難做分離處理;而使用雙氧水來制取氧氣,不僅操作簡單,而且二氧化錳很容易的就可以回收.通過學生的積極討論對比,學生深入的理解了制取氧氣的三種方法,在選擇的基礎上滲透了;綠色化學的理念,從小小的試劑選擇上建立了學生的節(jié)儉意識,同時也激發(fā)了學生有沒有更好的制取氧氣方法的探索,誘導了學生向更好、更科學的高峰邁進.
二、改進實驗裝置創(chuàng)新綠色化學
演示實驗或?qū)W生實驗用到的試劑量都比較少,有時會忽略污染物質(zhì)對空氣的排放和污染.教師就要抓住實驗當中的這一點,和學生一起探索更好的實驗器具、步驟,來改進實驗的裝置,從而使學生的綠色化學落在實處、落在具體的實驗中,感覺綠色環(huán)保就在我們身邊.例如在學習“一氧化碳還原氧化銅”的實驗時,由于一氧化碳的排放有毒,而且操作時間也比較長、現(xiàn)象不是很明顯,教師就可以組織學生積極思考,設置環(huán)保、快捷的實驗,在教師的引導和提示下,學生設計了如下實驗:在一個底部有少量澄清石灰水的燒瓶中,充滿一氧化碳,并用橡皮塞蓋住,橡皮塞的上面插入一根較粗的呈螺旋狀的銅絲.首先將銅絲拿出在酒精燈上將紅色的銅絲表面灼燒成黑色的氧化銅,然后迅速的將生成黑色氧化銅的一端順著橡皮塞插入燒瓶中,大家會很明顯的看到黑色的氧化銅變?yōu)榱思t色的單質(zhì)銅.最后輕輕的振動燒瓶,底部澄清的石灰水變渾濁.實驗進行的非常順利,現(xiàn)象明顯、所用的時間短,學生興奮的鼓起掌來.通過實驗的改進,激發(fā)了學生的興趣,避免了有毒氣體對環(huán)境的危害,也給學生上了一堂生動的綠色環(huán)保的課,使學生充分的意識到只要我們肯思考、勤動腦,就一定能夠找出更好、更高效的方法來保護我們的環(huán)境,提高了學生的動腦意識,整個課堂取得了非常滿意的效果.
三、結(jié)合實際問題應用綠色化學
一、化學所面臨的挑戰(zhàn)
1.1化學的形象正在被與其交叉的學科的巨大成功所埋沒
化學是一門中心科學,化學與生命、材料等朝陽科學有非常密切的聯(lián)系,產(chǎn)生了許多重要的交叉學科,但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒?;瘜W這門重要的中心科學(centralscience)反而被社會看作是伴娘科學(bridesmaidscience)而不受重視。
1.2化學正被各種各樣的環(huán)境污染問題所困擾
化學的發(fā)展在不斷促進人類進步的同時,在客觀上使環(huán)境污染成為可能,但是起決定性的是人的因素,最終要靠人們的認識不斷提升來解決這個問題。一些著名的環(huán)境事件多數(shù)與化學有關(guān),諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營養(yǎng)化等;另一方面把所有的環(huán)境問題都歸結(jié)為化學的原因,顯然是不公平的,比如森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。這當然與化學沒有樹立好自己的品牌有關(guān)系,在最早的化學工藝流程里面,根本沒有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍,因此很多化學工藝都是會帶來環(huán)境污染的?,F(xiàn)在,有些人把化學和化工當成了污染源。人們開始厭惡化學,進而對化學產(chǎn)生了莫名其妙的恐懼心理,結(jié)果造成凡是有“人工添加劑”的食品都不受歡迎,有些化妝品廠家也反復強調(diào)本產(chǎn)品不含有任何“化學物質(zhì)”。事實上,這些是對化學的偏見,監(jiān)測、分析和治理環(huán)境的卻恰恰是化學家。
二、綠色化學是應對挑戰(zhàn)的必然
科學不但要認識世界和改造世界,還要保護世界?;瘜W也如此,為了應對化學所面臨的挑戰(zhàn),提倡綠色化學是刻不容緩。
2.1綠色化學的概念
綠色化學又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學或清潔化學,是指化學反應和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子,在始端就采用實現(xiàn)污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放和零污染,是一門從源頭阻止污染的化學。綠色化學不同于環(huán)境保護,綠色化學不是被動地治理環(huán)境污染,而是主動的防止化學污染,從而在根本上切斷污染源,所以綠色化學是更高層次的環(huán)境友好化學。
2.2綠色化學的產(chǎn)生及其背景
當今,可持續(xù)發(fā)展觀是世人普遍認同的發(fā)展觀。它強調(diào)人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的協(xié)調(diào)發(fā)展,既要發(fā)展經(jīng)濟,又要保護自然資源和環(huán)境,使子孫后代能永續(xù)發(fā)展。綠色化學正是基于人與自然和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展理論。在1984年,美國環(huán)保局(EPA)提出“廢物最小化”,這是綠色化學的最初思想。1989年,美國環(huán)保局又提出了“污染預防”的概念。1990年,美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學”一詞。1992年,美國環(huán)保局又了“污染預防戰(zhàn)略”。1995年,美國政府設立了“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”。1999年英國皇家化學會創(chuàng)辦了第一份國際性《綠色化學》雜志,標志著綠色化學的正式產(chǎn)生。我國也緊跟世界化學發(fā)展的前沿,在1995年,中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術(shù)》的院士咨詢課題。
2.3綠色化學的核心內(nèi)容
原子經(jīng)濟性是綠色化學的核心內(nèi)容,這一概念最早是1991年美國Stanford大學的著名有機化學家Trost(為此他曾獲得了1998年度的“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”的學術(shù)獎)提出的,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物,實現(xiàn)廢物的“零排放”。他用原子利用率衡量反應的原子經(jīng)濟性,認為高效的有機合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子,使之結(jié)合到目標分子中。綠色化學的原子經(jīng)濟性的反應有兩個顯著優(yōu)點:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達式是:
原子利用率=(預期產(chǎn)物的式量/反應物質(zhì)的式量之和)×100%
如無公害氧化劑過氧化氫的制備可采用乙基蒽醌法,即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成,2-乙基蒽醌復出并可循環(huán)使用。此反應原子利用率為100%,體現(xiàn)了原子經(jīng)濟性,減少廢物的生成和排放,是典型的零排放例子。
2.4綠色化學的12項原則和5R原則
為了簡述了綠色化學的主要觀點,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出綠色化學的12項原則,這12項原則對我們今后從事綠色化學的研究具有一定的指導作用。
Ⅰ.防止——防止產(chǎn)生廢棄物要比產(chǎn)生后再去處理和凈化好得多。
Ⅱ.講原子經(jīng)濟——應該設計這樣的合成程序,使反應過程中所用的物料能最大限度地進到終極產(chǎn)物中。
Ⅲ.較少有危害性的合成反應出現(xiàn)——無論如何要使用可以行得通的方法,使得設計合成程序只選用或產(chǎn)出對人體或環(huán)境毒性很小最好無毒的物質(zhì)。
Ⅳ.設計要使所生成的化學產(chǎn)品是安全的——設計化學反應的生成物不僅具有所需的性能,還應具有最小的毒性。
Ⅴ.溶劑和輔料是較安全的——盡量不同輔料(如溶劑或析出劑)當不得已使用時,盡可能應是無害的。
Ⅵ.設計中能量的使用要講效率——盡可能降低化學過程所需能量,還應考慮對環(huán)境和經(jīng)濟的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強下進行。
Ⅶ.用可以回收的原料——只要技術(shù)上、經(jīng)濟上是可行的,原料應能回收而不是使之變壞。
Ⅷ.盡量減少派生物——應盡可能避免或減少多余的衍生反應(用于保護基團或取消保護和短暫改變物理、化學過程),因為進行這些步驟需添加一些反應物同時也會產(chǎn)生廢棄物。
Ⅸ.催化作用——催化劑(盡可能是具選擇性的)比符合化學計量數(shù)的反應物更占優(yōu)勢。
Ⅹ.要設計降解——按設計生產(chǎn)的生成物,當其有效作用完成后,可以分解為無害的降解產(chǎn)物,在環(huán)境中不繼續(xù)存在。
Ⅺ.防止污染進程能進行實時分析——需要不斷發(fā)展分析方法,在實時分析、進程中監(jiān)測,特別是對形成危害物質(zhì)的控制上。
Ⅻ.特別是從化學反應的安全上防止事故發(fā)生——在化學過程中,反應物(包括其特定形態(tài))的選擇應著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學事故的可能性降至最低。
為了更明確的表述綠色化學在資源使用上的要求,人們又提出了5R理論:
Ⅰ.減量——Reduction減量是從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護產(chǎn)量的情況下如何減少用量,有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。②減少“三廢”排放量。主要是減少廢氣、廢水及廢棄物(副產(chǎn)物)排放量,必須排放標準以下。
Ⅱ.重復使用——Reuse重復使用這是降低成本和減廢的需要。諸如化學工業(yè)過程中的催化劑、載體等,從一開始就應考慮有重復使用的設計。
Ⅲ.回收——Recycling回收主要包括:回收未反應的原料、副產(chǎn)物、助溶劑、催化劑、穩(wěn)定劑等非反應試劑。
Ⅵ.再生——Regeneration再生是變廢為寶,節(jié)省資源、能源,減少污染的有效途徑。它要求化工產(chǎn)品生產(chǎn)在工藝設計中應考慮到有關(guān)原材料的再生利用。
Ⅴ.拒用——Rejection拒絕使用是杜絕污染的最根本辦法,它是指對一些無法替代,又無法回收、再生和重復使用的毒副作用、污染作用明顯的原料,拒絕在化學過程中使用。
三、綠色化學的發(fā)展前景
3.1反應原料的綠色化即反應原料符合5R原則。
3.2原子經(jīng)濟性反應在基本有機原料的生產(chǎn)中,已有一些原子經(jīng)濟性反應的典范,如丙烯氫甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和從丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。
3.3高效合成法不涉及分離高效的的多步合成無疑是潔凈技術(shù)的重要組成部分。
3.4.提高反應的選擇性———定向合成如不對稱合成。
3.5.環(huán)境友好催化劑例如在正己烷的裂解反應中,固體酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的選擇性,更小的腐蝕性。
3.6.物理方法促進化學反應如微波引發(fā)和促進DielsAlder反應、Claisen重排、縮合等許多重要的有機反應。
3.7.酶促有機化學反應酶促有機化學反應有高效性、選擇性、反應條件溫和和自身對環(huán)境友好等特點。
3.8溶劑化學污染不僅來源于原料和產(chǎn)品,而且與反應介質(zhì)、分離和配方中使用的溶劑有關(guān),有毒揮發(fā)性溶劑替代品的研究是綠色化學的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機合成和室溫熔鹽溶劑等。
3.9.計算機輔助綠色化學設計和模擬在化學化工領(lǐng)域,計算機已廣泛用于構(gòu)效分析、結(jié)構(gòu)解析、反應性預測、故障診斷及控制等許多方面。無疑,計算機在尋找符合綠色化學原則的最佳反應路線、化工過程最優(yōu)化、產(chǎn)品設計等方面推動了綠色化學的更快發(fā)展。
3.10環(huán)境友好產(chǎn)品如可降解塑料、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料和CFCs替代物等。綠色化學為化學的發(fā)展注入了新的活力,在21世紀化學必將大有可為。
參考文獻
[1]王恩舉.漫談綠色化學.大學化學,2002,(4)
關(guān)鍵詞:綠色化學 醫(yī)用基礎化學 多媒體教學 教學改革
綠色化學又稱環(huán)境無害化學。它的核心內(nèi)涵是在反應過程和化工生產(chǎn)中,盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的物質(zhì)。
化學教育尤其大學化學教育是為經(jīng)濟建設服務的。醫(yī)學類職業(yè)是與人類生死、健康休戚相關(guān)的事業(yè),保障人類健康離不開藥物,藥物合成又離不開化學,而化學工業(yè)的發(fā)展又在很大程度上直接影響了人類的健康。如何在這三者之間構(gòu)建和諧,綠色化學是唯一出路。綠色化學不應是一門獨立學科,而應是一種指導思想,是人們應該傾力追求的目標[1]。作為大學化學教師,我們首先應該結(jié)合實際情況,將綠色化學教育滲透到教學工作中去,通過廣泛的宣傳教育,讓學生樹立起綠色化學意識,培養(yǎng)出具有綠色化學意識的一代新人[2]。綠色化學成為醫(yī)用基礎化學教育的一個重要組成部分,給改革課堂教學、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力提供了良好的契機。
1.提高自身實施綠色化學教育的能力和專業(yè)水平。
綠色化學是化學科學與物理、生物、材料及信息等科學結(jié)合的產(chǎn)物,是化學科學的發(fā)展與進步。因此教學人員不但需要具備化學基礎知識、理論和技能,還要系統(tǒng)地學習關(guān)于綠色化學的理論知識,了解有關(guān)綠色化學技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展方向,掌握相關(guān)學科的知識。
2.改革實驗方式,避免實驗污染物產(chǎn)生。
化學實驗中總有氣體、液體或固體產(chǎn)物的生成,或多或少地會產(chǎn)生有害或有毒的實驗廢棄物。筆者所在的安徽三聯(lián)學院醫(yī)用基礎化學課程針對的是文理兼收的醫(yī)藥營銷專業(yè)學生,他們畢業(yè)后從事藥物開發(fā)、合成的可能性很小,進行化學實驗實際意義不大,因此在實際教學中取消了實驗操作環(huán)節(jié)。對于個別必要的實驗,借助網(wǎng)絡,利用錄像、多媒體課件、Flas、計算機虛擬實驗等現(xiàn)代教育技術(shù)手段進行演示,避免了化學污染物的產(chǎn)生。
3.針對職業(yè)需要,整合醫(yī)用基礎化學知識結(jié)構(gòu),添加綠色化學教學內(nèi)容,激發(fā)學生的學習興趣。
筆者選用了張法浩主編的《醫(yī)用基礎化學》,該教材包含了無機、分析及有機化學的內(nèi)容。隨著教學改革的深入,根據(jù)專業(yè)的特點及教育部對高職學生理論知識“夠用為度”的原則,我院該課程總學時只有72節(jié),比過去減少了二分之一,這就要求教師在教學思想、教學內(nèi)容以及教學方法等方面做出調(diào)整,以適應新世紀人才培養(yǎng)目標的需要[3]。要更多地將醫(yī)藥營銷工作中實際需要的知識融入教學過程,摒棄那些不重要又晦澀難懂的知識,使醫(yī)用基礎化學真正成為理論的基石?,F(xiàn)行教材內(nèi)容與職業(yè)缺乏緊密聯(lián)系,忽視了與實際的聯(lián)系,學生學習缺乏主動性和積極性。因此,筆者對課程進行了重新整合,刪減和壓縮了教材中電解質(zhì)溶液、酸堿滴定法、配位化合物、分光光度分析法、分子軌道理論等章節(jié)內(nèi)容。將壓縮的理論和實驗課時用以補充綠色化學內(nèi)容[4][5],多元化、多層次、多角度地向?qū)W生揭示、展現(xiàn)綠色化學與基礎化學的緊密聯(lián)系。對晦澀難懂的內(nèi)容以教師精講為主;常識性的內(nèi)容由學生講解;與生活息息相關(guān)相關(guān)的內(nèi)容設計題目,讓學生發(fā)表見解、分組討論或辯論,然后由教師進行總結(jié)。這樣既突出了重點、難點,又培養(yǎng)了學生自學的能力,提高了學習興趣。
4.學生應用化學知識、原理,結(jié)合綠色化學,撰寫科技小論文。
作業(yè)是課程教學的一個重要環(huán)節(jié),是課堂教學的繼續(xù)和延伸。除了布置教材習題外,為讓學生更深入更主動地將綠色化學的理念滲透到傳統(tǒng)化學學習中,在課程結(jié)束前,筆者布置學生選擇與“可持續(xù)發(fā)展”有關(guān)的選題,通過探究和調(diào)查,查找相關(guān)文獻、資料,并對其進行分析、解釋、評價、調(diào)查、討論、研究,寫出科技小論文。從對連續(xù)三屆學生提交的論文情況看,由于平時的教學中始終貫穿了“綠色”這個與人類健康密切相關(guān)的主題,學生興趣濃厚、選題廣泛、立意明確,從問題的提出到問題的解決,學生始終是決策者、行動者。學生從可持續(xù)發(fā)展的高度去關(guān)心環(huán)境及環(huán)境問題,更深刻地理解了人與自然、人與社會、人與人之間的相互依存關(guān)系,認識到他們的態(tài)度、行為和決定將對現(xiàn)在和未來的全球環(huán)境、整個社會產(chǎn)生影響,激發(fā)了學生的憂患意識和社會責任感。
5.改革教學方式及成績評定方式。
隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的普及,多媒體教學也得到了越來越廣泛的應用。五年的教學中,筆者經(jīng)歷了傳統(tǒng)教學――傳統(tǒng)教學+多媒體教學――多媒體教學這一教學手段改革過程。實踐證明,利用多媒體教學,無論信息量還是教學效果都得到了極大的提升。
完整的教學過程應該包括成績的評定,考試方法的創(chuàng)新是教學改革不可缺少的環(huán)節(jié)。從2005級開始,課程成績的評定項目包括:平時成績20分,科技論文40分,理論考試40分。前兩項是基本體現(xiàn)學生綜合素質(zhì)的考核,占總分60%,比重超過了理論知識的考核,既有利于調(diào)動學生提高自身素質(zhì)的積極性,又促進了教改的不斷推進和完善。
筆者經(jīng)過幾年嘗試性地將綠色化學融入到醫(yī)用基礎化學的教學探索,逐漸實現(xiàn)了“教師為主導,學生為主體”的教學理念,激發(fā)了學生學習的主動性。教學中及時滲透綠色化學方面的知識,適當?shù)丶由詈退季S拓展,使學生在潛移默化中受到綠色化學教育,成為有綠色化學理念的新一代高職大學生,是時代的要求,是素質(zhì)教育的要求。
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2008年上海高考第12題取材于筆者在《化學教學》發(fā)表的論文“試紙上的微型電解實驗”[1], 該題依據(jù)實驗中的現(xiàn)象,由于采用簡單易行的微型化學實驗操作,實驗真實性得以顯現(xiàn),在知識與能力的考查基礎上更加培養(yǎng)學生科學求實的態(tài)度。
自從29屆國際奧林匹克化學競賽實驗試題采用微型化以來,國內(nèi)各類化學試卷中都不同程度地出現(xiàn)以微型化學實驗為背景的題目。試題中的信息在學生中快捷、廣泛地傳播;從以微型實驗為情境的化學習題入手,另辟蹊徑,可以展現(xiàn)微型化學實驗儀器的應用,表達綠色化學的設計理念。
從期刊的影響力出發(fā),筆者從目前化學教育研究領(lǐng)域比較權(quán)威的三刊(《化學教學》、《中學化學教學參考》、《化學教育》)以及以實驗儀器研究為特色的期刊《教學儀器與實驗》中的微型化學實驗論文中取材,從不同角度出發(fā)編擬化學習題。
1以微型反應裝置創(chuàng)設情境
如同常規(guī)實驗裝置的組裝目的一樣,微型實驗儀器同樣可以完成氣體的制備、物質(zhì)的合成、氣體的干燥和凈化、尾氣的吸收等基本操作。以此創(chuàng)設化學試題情境,考查基礎知識、基本技能。表面上看,只是提供給學生化學常規(guī)實驗裝置的縮微化,但儀器的微型化給解題帶來了陌生感,尤其是儀器體積小帶來的特殊操作細節(jié),例如試劑的取量、反應程度的控制、尾氣處理等――這些都是實驗論文作者闡述的實驗注意點,也恰是學生在實驗操作中容易忽略的因素。
例1、硫化氫是一種有臭雞蛋氣味的有毒氣體,采用常規(guī)儀器進行制備和性質(zhì)檢驗,常因氣密性不佳而對環(huán)境產(chǎn)生污染。周老師采用六孔井穴板和注射器組裝出以下微型反應裝置(如圖1所示),向各井穴加入指定的試劑與物料,然后用生料帶纏繞井穴塞1-2圈后插入6 孔井穴板的井穴中并旋緊塞子,使井穴塞緊密地蓋住井穴,以細乳膠管把前一單元出氣管與相鄰單元的進氣管逐一連接起來,保證沒有硫化氫泄漏。該實驗無需通風櫥即可進行,對反應廢物摸索了實驗后處理方法,體現(xiàn)了綠色化學實驗的要求[2]。
(1)1號井穴里裝有少量FeS固體,實驗裝置按圖搭建完畢后,把吸有稀硫酸的注射器緩緩下推,就可以有連續(xù)平緩的氣流產(chǎn)生。請問1號井穴孔發(fā)生反應應為_______________________________。
(2)2號井穴內(nèi)只放入一張濕潤的白色醋酸鉛試紙,且“短管進、長管出”。其作用是(填寫兩點):____________________________________。
(3)3號井穴孔盛放少量溴水,其主要作用是證明H2S的____________________(能呈現(xiàn)出該性質(zhì)的),還可以用____________________溶液代替。
(4)4、5、6井穴孔分別盛放了0. 1 mol?L-1 ZnSO4、0.1 mol?L-1 CdSO4、0. 1 mol?L-1 CuSO4溶液,在實驗中分別產(chǎn)生了白色、黃色和黑色沉淀,說明了這些金屬硫化物的________(性質(zhì))。
(5)7號井穴孔盛有________(填寫藥品),其目的在于____________________。
評點:該題主要考查硫化氫氣體的制備、氣體檢驗、性質(zhì)驗證、尾氣處理等。一切都基于基礎知識、基本技能,只是通過微型化學實驗裝置呈現(xiàn)情境。
答案:(1)FeS+2HCl=FeCl2+H2S; (2)緩沖作用(安全瓶), 檢驗硫化氫氣體; (3)還原性, 酸性高錳酸鉀; (4)難溶性; (5)NaOH溶液,吸收尾氣
例2、“電凝聚氣浮法”是一種工業(yè)上處理廢水的常用方法,我們用塑料多用滴管作為載體,以微型實驗的形式呈現(xiàn)了該方法的原理。先在100 mL燒杯中加約50 mL蒸餾水,再添加3滴CrCl3溶液作為無機污染物,另加少許泥沙和硫酸鈉,用玻璃棒攪拌使之渾濁,得模擬廢水,標記為A。用塑料多用滴管吸取廢水A,從液泡兩側(cè)分別插入兩根大頭針(兩針不相互接觸), 用鱷魚夾、 導線將兩根大頭針與電池(9V)相連,即可對廢水進行電解[3]。
(1)電解開始,陰極釋放出大量氣體,請寫出電極反應式________________________________;
(2)陽極現(xiàn)象不明顯;片刻后,溶液中生成大量綠色沉淀,隨著陰極氣泡大量逸出,綠色沉淀隨之上浮至液面。已知大頭針主要成分為鐵,請推測陽極可能發(fā)生的兩個反應式為:____________;
(3)綠色沉淀中不僅包括由陽極產(chǎn)生物與溶液酸堿性變化而生成的不溶物,還包括沉淀_______(填寫化學式),這就表現(xiàn)出對污水中的金屬離子進行清除。
(4)本實驗中在電解液中添加硫酸鈉的目的是____________________。
(5)另取一份相同廢水,滴加3滴苯酚溶液作為有機污染物,再加3滴亞甲基藍使其顯示顏色,添加食鹽至飽和,標記為B;用塑料多用滴管吸取廢水B,采用如上圖的裝置,只不過將陽極大頭針更換成全活動鉛筆專用筆芯,在電解后的溶液中滴加FeCl3溶液不發(fā)生顯色反應,說明____________。更換陽極材料原因是__________________________(用電極反應式說明);
評點:化工生產(chǎn)是化學教學的重要內(nèi)容,但一直是實際教學中欠缺的,通過微型化學實驗模擬實際問題可以幫助中學生了解化學與技術(shù)、體會時代性增強學生學習的使命感和責任感。該類試題適用于《化學反應原理》模塊的“電解池”、《化學與技術(shù)》模塊中的“水處理技術(shù)”、《化學與生活》模塊中的“化學與環(huán)境保護”,以及《實驗化學》模塊中提出的“能發(fā)現(xiàn)學習和生產(chǎn)、生活中有意義的化學問題,并進行實驗探究”。
答案:(1)2H++2e-H2; (2)Fe-2e-Fe2+,Fe2++2OH-Fe(OH)2; (3)Cr(OH)3;(4)增強導電性; (5)苯酚在陽極釋放的強氧化性氣體作用下已發(fā)生了轉(zhuǎn)化,避免陽極材料本身被氧化。
2以微型實驗引導實驗改進思維
在各大期刊發(fā)表的微型化學實驗論文多為一線化學教師或高校實驗研究者發(fā)表,如果只是簡單地在學生面前重現(xiàn)這些素材,對他們自身的實驗素養(yǎng)提高有限;而通過試題的巧妙設置,將學生也引入到對實驗的設計思路中去,有利于提高他們對微型化學實驗的深刻認識,也有利于他們創(chuàng)新思維的發(fā)展。
微型化學實驗不是常規(guī)實驗的簡單縮微或減量,而是要在微型化的條件下對實驗進行重新設計和探索,達到以盡可能少的試劑獲取盡可能多的化學信息的目標。
例3、用一個小注射器和小塑料反應管做反應儀器,兩者中各有一種化學物質(zhì),反應后將注射器針頭扎入一根帶火星的香煙里推動活塞,發(fā)現(xiàn)竄起一大串火苗[4]。請問,塑料試管中盛放藥品為________,注射器中盛放____________藥品。該實驗可以代替常規(guī)實驗中的實驗是_______________。
評點:注射器是化學實驗改進中常用的替代品,在微型化學實驗中常常需要挖掘其功能進行設計,在命題中應用中能幫助學生體會到。圖3中的注射器代替分液漏斗,圖4中的注射器起到氧氣收集的作用。
答案:MnO2,雙氧水,氧氣的制備和氧氣的助燃性質(zhì)
3以微型實驗題干提供探究和評價的平臺
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近年來科學探究實驗在化學新課程考試中廣被重視,這些實驗題不再象以往的實驗題平鋪直敘――單純的“課本知識加實驗加填空”,也不象大學知識“下放”的新信息實驗題,而是促使考生多想實驗的整個過程:“做什么”、“怎么做”、“為什么這樣做”、“選取哪些因素作為實驗變量”、“可能什么原因”、“還有沒有更好的改進方法”、“這樣的實驗有什么實際用途”等等,更加促使考生像科學家一樣進行探索,達到真正考查科學思維的目的。微型化學實驗與常規(guī)化學實驗相比,一樣能提供符合教學需要的實驗內(nèi)容,更能提供多個相關(guān)實驗的優(yōu)化設計過程和滿足使用者自主探究的基本條件[5]。以微型化學實驗論文素材命題,為訓練學生探究思維和評價能力提供了一個適宜的平臺,也為一線化學教師提供了巧妙的探究思路,有助于教師拓寬視野。
例4、紫甘藍,又名紫卷心菜,所含花色苷色素的顏色會隨pH改變,一般遇酸變紅,遇堿變綠。向點滴板上一凹槽滴加一滴紫甘藍汁,再滴加一滴硫酸鈉溶液,用連接導線的鱷魚夾各夾住一根鉛筆芯,將電極一端浸入紫甘藍汁液面以下[7]。
(1)當導線分別與電池兩極相連,發(fā)生現(xiàn)象是:
陽極_______________________________;
陰極_______________________________。
用鉛筆芯將兩極所在位置的溶液攪拌均勻,發(fā)現(xiàn)整個液滴呈現(xiàn)紫色,(用離子方程式)說明發(fā)生反應為_________________________________;
(2)若采用大頭針作為______極電極,則對以上實驗現(xiàn)象有極大干擾,這是因為_____________;
(3)以各類典型的酸堿鹽溶液作為輔助試劑加入紫甘藍汁中,以鉛筆芯作為電極進行電解。請預測實驗現(xiàn)象并完成下表1:
(4)將添加NaCl溶液的甘藍汁電解后溶液攪勻,最終竟然消褪為無色。這是因為__________;
(5)以上實驗是以_______、_______作為變量開展的探究活動,如果你是實驗設計者,從該實驗的特點出發(fā),你還會挑選_______作為變量。(開放性問題,答案合理即可);
(6)如果你是實驗競賽的評委,你將該實驗與你們常見的電解實驗對比,請?zhí)岢鲆恍┰u價意見(至少寫出兩點,開放性問題,答案合理即可)。
評點:微型化學實驗試題取材于實驗探究論文,突出真實性;注重實驗條件,突出思考性。本題不僅以紫甘藍汁作為創(chuàng)新情境考查電解規(guī)律、中和反應等基本原理,還從異?,F(xiàn)象原因探究、變量控制等角度促使學生對實驗原理進行深層思考,并且通過開放性的問答培養(yǎng)學生評價和鑒別能力。
答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+; 2H2O+2e- H2+2OH-; H++OH-=H2O; (2)陽極;作為陽極的金屬電極比水更容易被氧化,產(chǎn)生有色離子如亞鐵離子、鐵離子對甘藍汁顏色有干擾; (3)電極附近溶液變紫,有氣泡產(chǎn)生;電極附近有大量氣泡產(chǎn)生;紫色;迅速冒出刺激性氣味的氣泡,電極附近溶液變紅;迅速冒出氣泡,電極附近溶液變紅; (4)電解NaCl溶液陽極產(chǎn)生的Cl2將電解對象漂白; (5)電極,電解質(zhì)溶液;載體、電解體系等; (6)參考評價意見:評價之一:紫甘藍汁不僅充當電解對象,還兼作實驗中的酸堿指示劑,一舉兩得;評價之二:該微型實驗只采用了一滴紫甘藍汁液作為電解對象,降低成本,操作方便,大大減少了實驗時間,適合學生自己動手操作觀察探究;評價之三:紫甘藍汁取材于純天然,整個實驗用量又是微量,所以充分體現(xiàn)綠色環(huán)保的理念;評價之四:實驗現(xiàn)象明顯,有利于學生加深對電解本質(zhì)的理解。
4 反思
在科學教育中引入習題的初衷是鞏固和加深對知識的理解,考查學生掌握知識的水平,培養(yǎng)學生應用知識解決問題的能力。每一道習題都是從原始問題抽象而來,然而有相當一部分已經(jīng)把其中的一些次要細節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去,也沒有將科學現(xiàn)象與事實作為背景,甚至完全脫離科學現(xiàn)象,學生思維的一部分已經(jīng)被習題編制人員“越俎代皰”地完成了。同時,習題教學還存在著模式化傾向,缺乏科學思想的分析,太重視程序與計算、熟練與技巧。因此,在一定意義上說,我國學生創(chuàng)造能力的匾乏是習題教學的直接后果。事實上,科學最重要的基礎是源自實驗現(xiàn)象的,首都師范大學專家曾提出通過引進原始問題來逐步使習題教學與原始問題教學相結(jié)合,從而達到提高科學教育效能的目的。而發(fā)表在各種期刊上的實驗論文能表現(xiàn)論文作者所作出的技術(shù)性和認知性研究的原始工作,是教學科研過程中的一種生成資源[8],也是原始問題的一種表現(xiàn)形式。筆者近年來以微型化學實驗為主要研究方向,并嘗試將所設計的原創(chuàng)實驗素材融合入課堂教學、探究活動中,發(fā)現(xiàn)對提高學生解決問題能力、實驗分析評價能力有較明顯的促進作用;于是進而取材命題,拋磚引玉,目的之一是及時推廣課程改革中來自教學一線和高校專家的實驗研究經(jīng)驗,從而使研究成果迅速轉(zhuǎn)化為“生產(chǎn)力”,不斷推動實驗教學研究工作向縱深發(fā)展;更希望這些原汁原味的實驗素材呈現(xiàn)出反映科學概念、規(guī)律本質(zhì)的原始問題和未被加工的典型實驗現(xiàn)象和事實,使學生大腦充分開放、思維觸角充分發(fā)展,體會到與原論文作者研究過程中類似的思路和體驗,甚至在條件允許前提下,用微型化學實驗這種耗材少成本小的實驗手段完成符合綠色化學理念的驗證、改進和探究,達到知識升華的目的。
建議化學命題者可以認真研究各種期刊登載的微型化學實驗專題文章,將其素材開發(fā)為創(chuàng)新試題:具有提問多樣化、知識探究化、信息情境化以及形式開放化等多方面特點,為促進化學習題教學提供優(yōu)質(zhì)的題材[9],同時也促進微型化學實驗能在中學得到普遍重視和合理應用。
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關(guān)鍵詞:無機及分析化學;科學研究;本科教學
高等學校教學與科研是相互依賴、相互促進、不可分離的整體。如何擺正高校教學與科研的恰當位置,探索教學與科研相結(jié)合的內(nèi)在規(guī)律,從而促進學生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展,是大學教師必須深入思考和研究的問題。普通本科教育是高等教育的主體和基礎,抓好本科教學是提高整個高等教育質(zhì)量的重點和關(guān)鍵,以科研促進本科教學是提高教學質(zhì)量的重要途徑。人才培養(yǎng)與科學研究是高等學校的重要職能,教學與科研共為一體,兩者之間的互動構(gòu)建了高等學校的育人環(huán)境,其根本目的是培養(yǎng)高質(zhì)量的人才。[1]多年的科研和教學工作實踐經(jīng)驗告訴我們,將科學研究與教學工作緊密聯(lián)系在一起,是培養(yǎng)和教育學生不可分割的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié),兩者之間相互促進,相互提高。堅持教學與科研相統(tǒng)一,是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的主要途徑。[2]那種為了“科研而科研”,或以損害教學質(zhì)量為代價而去搞科研的做法是不可取的。[3]教師既從事教學又進行科研,把科研與教學有機地結(jié)合起來,以科研促進教學,深化教學改革,可實現(xiàn)教學和科研之間的良性互動、協(xié)調(diào)發(fā)展。
一、促進教師教學水平和課堂教學質(zhì)量的提高
1.科研提高教師的綜合素質(zhì),促進教師教學水平的提高
高校教師必須廢棄以教師、課本為中心,重知識傳授、輕能力培養(yǎng)的教學觀念,而樹立以學生、學習為中心,既重視知識的傳授、又重視能力的培養(yǎng)、更注重素質(zhì)提高的現(xiàn)代教學觀念。教師學術(shù)水平的高低是決定教學效果的關(guān)鍵,而科研是教師提高自身學術(shù)水平的重要途徑??蒲惺墙虒W改革和教學創(chuàng)新的推進器,是促進學科發(fā)展、改革課程體系的原動力。[4]以科研促進教學,以教學帶動科研,是高等學校的主要工作和永恒主題。[5]要使教師的教學水平不斷提高,除了依靠書本知識和教學經(jīng)驗的積累外,教師從事科學研究顯得更為重要??蒲胁粌H可增強教學的深度、拓展教學的廣度,而且可更新教師的知識結(jié)構(gòu)、完善教師的知識體系,提高教師的綜合素質(zhì)??茖W研究有助于教師對教材的深入理解,更準確地把握課程教學內(nèi)容,及時了解本學科的國內(nèi)外發(fā)展動態(tài),把握本學科的特點、研究熱點領(lǐng)域及與其他學科之間的關(guān)系,并向?qū)W生傳播最新的科學知識,同時促進自身教學水平的提高。教師完善知識結(jié)構(gòu),更新知識體系,提高學術(shù)水平,可以為提高教育教學質(zhì)量奠定堅實的基礎。我校無機及分析化學課程組由近20位中青年教師組成,90%以上具有碩士或博士學位,他們都從事著相應的科研工作和主持各級科研課題,多位教師是碩士研究生導師,并且都取得過良好的科研成果。教師在指導研究生、本科生以及自己親自參加科研實驗活動的每一環(huán)節(jié)都是鍛煉自己、提高教學科研水平的極好機會。在課堂教學中,教師結(jié)合“無機及分析化學”課程的講授內(nèi)容,將最新的研究成果特別是自己的科研成果在第一時間內(nèi)傳授給學生,讓學生能及時、全面地了解某個領(lǐng)域的理論與實踐知識。通過國內(nèi)外知名學者來校講學、“博士論壇”等系列學術(shù)交流活動,營造學術(shù)氛圍,拓寬學生視野,增加其學科知識的深度和廣度,使學生接受到潛移默化的科學思維方法和研究方法的教育,為學生將來從事科學研究打下基礎,使學生養(yǎng)成良好的提出問題、分析問題、解決問題的習慣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
2.科研促進教學內(nèi)容與教學方法的改革
課堂教學不僅是知識傳授的過程,也是科學素質(zhì)培養(yǎng)的過程。在學校的資助下開展了“科學思維方法在基礎化學教學中的應用與實踐”課題研究。課堂教學應教會學生掌握學習方法和科學研究技能,引導學生進行科學思維,培養(yǎng)其應用掌握的科學知識、方法與技術(shù),創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)新知識、開創(chuàng)新技術(shù)的實踐能力。課程講授不可能面面俱到,應重點把教師理解課堂教學內(nèi)容的思路教給學生,把科學家解決問題的思路教給學生,使學生領(lǐng)悟科學家發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的思維軌跡,從中學到科學的思維方法。教學為科研提供良好支持,科研能促進教學改革的深入開展,從而不斷提高教育教學質(zhì)量。吸收學術(shù)領(lǐng)域的科研成果,充實和改革教學內(nèi)容,是提高大學教學質(zhì)量的重要途徑。[6]課堂教學是培養(yǎng)大學生從理論上掌握科學本領(lǐng)的重要和必要環(huán)節(jié)??蒲心苁菇處熣驹趯W術(shù)前沿,教師通過科研能跟蹤本學科領(lǐng)域的進展,把科研成果帶入課堂教學,優(yōu)化課程體系和擴充教學內(nèi)容,將科研中獲得的新知識和新成果“固化”到教學內(nèi)容中,把最新的知識和信息傳遞給學生,將科研思想和創(chuàng)新思維融入教學中來,不僅豐富了教學內(nèi)容,而且使教學內(nèi)容更貼近學科發(fā)展前沿,提高教學效果。針對“無機及分析化學”課堂教學較為枯燥的特點,教師以自己科研工作中的切身體會為內(nèi)容,把這些新知識貫穿到課堂教學中,廣泛開展討論,強調(diào)探究式學習方法的運用,變被動學習為主動探索,調(diào)動學生的學習積極性。開展研討式教學,其過程是:教師給定題目學生收集資料撰寫論文報告大家提問討論總結(jié)評定成績。
3.科研成果編入教材,實現(xiàn)教材建設的創(chuàng)新
在深化教學改革中,實現(xiàn)教材建設的創(chuàng)新是有效解決教學內(nèi)容和教學方法存在問題的關(guān)鍵。[7]將科研項目的內(nèi)容引入教材,并積極吸收學科領(lǐng)域研究的新成果,不斷豐富和更新教學內(nèi)容,使教材內(nèi)容具有先進性、科學性??茖W研究在教材的體系設計、內(nèi)容安排等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用,將本學科新的內(nèi)容和觀點及時編進教材,將教師自己的科研成果固化為教材內(nèi)容,加快教材建設的更新,不斷提高教材質(zhì)量。通過科學研究和長期的教學實踐,不斷豐富和完善了《無機及分析化學》教材理論體系和內(nèi)容。例如,沉淀滴定法中一般教材介紹莫爾法、福爾哈德法、法揚斯法,編寫了碘-淀粉指示劑法,將科研成果“碘-淀粉指示劑法測定碘化鉀”編入了《無機及分析化學》教材,[8]實現(xiàn)科研為教學服務,促進教學質(zhì)量的提高。通過教師把科研成果編入教材、引入課堂教學的“言傳身教”,激發(fā)了學生學習的熱情和從事研究工作的興趣,教會學生如何去提出問題、分析問題和解決問題,如何去搜尋知識和提煉知識,也就是研究性、創(chuàng)新性和自主性學習。
二、科研促進實驗教學內(nèi)容的改革和學生綜合能力的提高
1.實驗教學是加強學生科學思維方法培養(yǎng)的重要途徑
化學實驗是理論聯(lián)系實踐的一種方式,是科學研究的基礎,是培養(yǎng)學生的動手能力、分析歸納能力和獨立工作能力的主要手段。高質(zhì)量的實驗教學是激發(fā)學生創(chuàng)造性、敏銳力和競爭力的重要途徑。將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容,有助于靈活應用所學理論知識,激發(fā)學生的思考興趣,培養(yǎng)學生的動手能力,提高學生解決問題和分析問題的能力,不斷提高實驗教學質(zhì)量。教師不僅應該教會學生獲取知識的方法,提高學生獲取知識的能力,更應該培養(yǎng)學生科學思維的習慣和創(chuàng)造性的思維方式??蒲心芰Φ呐囵B(yǎng)需要一定實踐環(huán)節(jié),通過化學實驗培養(yǎng)科研能力是一種便捷方法。在化學實驗教學中加強綠色化學教育,對傳統(tǒng)的化學實驗內(nèi)容進行綠色化改革,并推行綠色化學實驗是大勢所趨,也是科學思維方法在實驗教學改革中的具體應用。如何把綠色化學的理念融合于大學化學教學,在化學實驗中減少環(huán)境污染,增強廣大師生環(huán)保意識,使綠色化學成為化學教育的重要組成部分,也是化學實驗課程改革的新課題。綠色無機及分析化學實驗新體系的建立和完善,有利于與化學相關(guān)專業(yè)的大一學生牢固地樹立起綠色化學的觀念和環(huán)保意識,為將來自覺地運用這些方法打下堅實的基礎。從有關(guān)院校實驗教學改革經(jīng)驗看,尋找替代品、推行微型實驗、發(fā)展封閉式實驗和串聯(lián)實驗、開發(fā)模擬實驗、回收利用實驗產(chǎn)物是實現(xiàn)無機及分析化學實驗綠色化的重要途徑。因此,放棄污染嚴重的傳統(tǒng)化學實驗,探索化學實驗的“綠色化”改造,是化學實驗教育工作者的奮斗方向。在無機及分析化學實驗課教學中,注重在繼承傳統(tǒng)內(nèi)容的基礎上創(chuàng)新,增加設計性實驗,加強綜合性實驗,減少驗證性質(zhì)實驗。通過對原有實驗項目的整合,實現(xiàn)了實驗教學內(nèi)容體系的整體優(yōu)化。教學中注重對學生環(huán)境保護意識的培養(yǎng),為學生灌輸綠色化學思想,課題組積極開展綠色化學實驗研究,并推進化學實驗教學內(nèi)容的綠色化。
2.無機及分析化學實驗教學內(nèi)容的綠色化改造
用綠色化學的觀念改造傳統(tǒng)的無機及分析化學實驗教學內(nèi)容,建立“制備實驗小量化、分析實驗減量化、實驗內(nèi)容綠色化”新體系。[9,10]改造后的綠色化學實驗項目可在常規(guī)儀器中完成無機及分析化學實驗教學,不僅可大量減少化學試劑和藥品的消耗,大幅度節(jié)省實驗經(jīng)費,而且可加強學生的環(huán)保意識、降低環(huán)境污染,從而提高教學質(zhì)量和效益。對傳統(tǒng)的滴定分析實驗進行減量化改造,標準溶液濃度由0.1~0.2mol?L-1降至0.01~0.02mol?L-1,滴定管由50mL改用25mL,錐形瓶由250mL改用100 mL。試劑用量大大減少,提高了實驗的安全性;產(chǎn)生的“三廢”量很少,改善了實驗環(huán)境條件,極大地減少了對環(huán)境的污染。例如,碘量法測定膽礬或銅礦中銅的含量,傳統(tǒng)教材采用的是0.1mol?L-1Na2S2O3溶液,每個學生完成標定和樣品測定實驗要消耗碘化鉀6g以上;在小容量儀器基礎上進行減量化實驗,把Na2S2O3標準溶液濃度降至0.02mol?L-1,完成實驗消耗碘化鉀總量不到1g,比傳統(tǒng)的實驗可節(jié)約經(jīng)費80%以上。我校一年有約1300人學習“無機及分析化學”課程,僅該實驗的開設,就可節(jié)約至少12瓶(500g/瓶)KI,單價約240元/瓶,節(jié)省經(jīng)費3000元以上。再如,硫酸亞鐵銨的制備實驗,該實驗原來雖然要求在通風櫥中進行,但整個實驗室還是能聞到臭味,與綠色化學要求相比,硫酸亞鐵銨制備實驗存在著以下兩個缺點:廢氣有待治理和未達到原料的最大限度的合理利用。學生帶著這些問題,經(jīng)過動手、動腦,不僅提高了學習興趣,鞏固了所學知識,同時培養(yǎng)了獨立思維能力。通過改進把整個實驗裝置封閉起來,因鐵屑不純而產(chǎn)生的H2S、SO2等有毒氣體用堿液瓶回收,改進裝置后雖不在通風櫥內(nèi)進行實驗也聞不到臭味了。因此,改進硫酸亞鐵銨制備實驗是對綠色化學指導思想的貫徹執(zhí)行,有助于學生的環(huán)保意識培養(yǎng)和樹立充分利用資源、實施綠色化學技術(shù)的思想,為學生以后的實驗、畢業(yè)論文設計及走上工作崗位后成為綠色化學的實踐者打下基礎。
3.將科研成果引入綜合設計性實驗,提高學生的創(chuàng)新能力和實驗教學質(zhì)量
在無機及分析化學實驗教學中適當?shù)匾肟茖W研究項目,并固化為教材內(nèi)容,保證實驗內(nèi)容的新穎性,引導學生從事科研工作,也是提高實驗教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生綜合能力的重要途徑。將科研成果內(nèi)容充實到實驗教學中,為本科生開設新的實驗項目,提高學生分析與動手能力。把一些科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容,并編入了《無機及分析化學實驗》教材,如“過氧化鈣的制備及含量測定”、“乙酰水楊酸銅配合物的制備與表征”、“用硫鐵礦燒渣制備硫酸亞鐵”、“從含碘廢液中回收碘”、“甘氨酸鋅螯合物的制備與表征”、“室溫固相法制備納米氧化鉍”、“固相法制備非晶態(tài)金屬硼化物納米材料”、“硫酸鋅樣品中鋅和鎂含量的測定”等內(nèi)容。在科研過程中探索化學規(guī)律或解決問題、設計實驗方案,有利于學生提出新問題和新設想,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。因此,在授課過程中堅持開設綜合性設計性實驗,使學生在教師的指導下,結(jié)合教學科研課題,分析實驗目的、查閱相關(guān)文獻資料、設計詳細實驗方案、選擇合適的儀器設備,在征得教師的同意后,自主進行實驗,并對實驗結(jié)果進行正確分析與討論。綜合性設計性實驗推進了素質(zhì)教育,加強了對學生的能力特別是自學、思維、實踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗報告要求按科技小論文的基本格式撰寫,包括實驗的目的意義、實驗原理、裝置及內(nèi)容、實驗結(jié)果與討論、參考文獻等,學生根據(jù)自己的實驗情況,分析、歸納、整理實驗數(shù)據(jù),評價與討論實驗結(jié)果,從而達到培養(yǎng)學生文獻查閱能力及科研寫作能力。
三、結(jié)語
高校教師既從事教學又進行科研,將兩者有機結(jié)合,才能不斷提高教學質(zhì)量和科研水平。圍繞教育教學改革和培養(yǎng)創(chuàng)新人才,學校教務處每年對教學改革與研究項目進行經(jīng)費支持,鼓勵教師積極研究探索新的教學內(nèi)容、新的教學方法,鼓勵教師指導學生參加各種學術(shù)及創(chuàng)新活動,對教育教學改革成果和高水平的教研論文進行物質(zhì)獎勵,同時學院還對發(fā)表教研論文的教師給予資助。
近5年來,我校“無機及分析化學”課程組在教學研究和教學改革方面取得了顯著的成績,在有一定影響的教學刊物上發(fā)表了教學研究論文約20篇,體現(xiàn)了科研與教學相結(jié)合的成果?!盁o機及分析化學”課程被評為2008年四川省精品課程和2011年四川省精品開放課程。21世紀高等學校教材《無機及分析化學》被科學出版社推薦參加了2009年普通高等教育國家級精品教材的評選,2012年評為四川省“十二五”普通高等教育本科規(guī)劃教材,并被四川省推薦參加“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材評選?!盎A化學課程建設的研究與實踐”2007年獲西南科技大學第二屆優(yōu)秀教學成果三等獎,“大學基礎化學系列教材建設與改革”2010年獲西南科技大學第三屆優(yōu)秀教學成果獎二等獎,“多科性普通本科高?;瘜W實驗課程體系的建設與實踐”和“無機及分析化學課程建設與實踐”2011年分別獲西南科技大學第四屆優(yōu)秀教學成果特等獎和三等獎,《無機及分析化學》系列教材2010年獲西南科技大學第二屆優(yōu)秀教材二等獎。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:綠色化,混凝土,資源,環(huán)境
0.引言
隨著社會生產(chǎn)力和經(jīng)濟高速發(fā)展,材料生產(chǎn)和使用過程中資源過度開發(fā)和廢棄及其造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞,與地球資源、地球環(huán)境容量的有限性以及地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的安全性之間出現(xiàn)尖銳的矛盾,對社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和人類自身的生存構(gòu)成嚴重的障礙和威脅。因此,認識資源、環(huán)境與材料的關(guān)系,開展綠色材料及其相關(guān)理論的研究,從而實現(xiàn)材料科學與技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展,是歷史發(fā)展的必然,也是材料科學的進步。在這樣的背景條件下,具有環(huán)境協(xié)調(diào)性和自適應性的綠色混凝土應運而生。
1.綠色混凝土的定義
吳中偉院士較早提出綠色高性能混凝土(GHPC)的概念。GHPC具有的特征主要包括:①更多的節(jié)約孰料水泥,減少環(huán)境污染;②更多地摻加以工業(yè)廢渣為主的活性細摻料;③更大地發(fā)揮高性能優(yōu)勢,減少水泥和混凝土的用量。
對綠色混凝土的概念目前學術(shù)界還沒有統(tǒng)一的定義,一般說來,綠色混凝土應具有比傳統(tǒng)混凝土更高的強度和耐久性,可以實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用和有害物質(zhì)的從低排放,既能減少環(huán)境污染,又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生。“綠色”的涵義可理解為:節(jié)約資源、能源;不破壞環(huán)境,更有利于環(huán)境;可持續(xù)發(fā)展,既滿足當代人的衡求,又不危害子孫后代,且能滿足其需要。
2.如何實現(xiàn)混凝土的綠色化
實現(xiàn)混凝土的綠色化總的來說應該從以下5個方面入手。
2.1大量利用工業(yè)廢料,降低水泥用量
在長期的研究和實踐中,人們發(fā)現(xiàn)許多工業(yè)廢渣,如粉煤灰、?;郀t礦渣、煤矸石、硅灰等具有潛在的化學活性,可以部分替代水泥,并且可以制備性能更優(yōu)越的混凝土。這樣不僅節(jié)約了礦山資源,降低了水泥生產(chǎn)總能耗,而且也有利于改善和保護自然環(huán)境。利用工業(yè)廢渣作混凝土中的活性礦物摻合料是實現(xiàn)混凝土綠色化的一個重要途徑。我國工業(yè)廢渣數(shù)量龐大,僅粉煤灰每年將產(chǎn)出近2億噸,而煤矸石目前堆放總量已超過30億噸,活性礦物摻合料作為廉價的輔助膠凝材料卻賦予混凝土許多優(yōu)良的性能,如提高強度、密實度和工作性,改善混凝土微觀結(jié)構(gòu),降低孔隙率,增強對腐蝕介質(zhì)的抵抗力,延長混凝土的耐久性等。大量使用以工業(yè)廢渣為原料的活性摻合料,可以在保持水泥孰料總量不變的前提下滿足經(jīng)濟快速增長對混凝土的需求,節(jié)約資源能源,保護環(huán)境,發(fā)揮重大的經(jīng)濟效益和社會效益。
2.2提高混凝土綜合性能
提高混凝土強度、工作性和耐久性也是混凝土綠色化的途徑之一。論文參考網(wǎng)?;炷翉姸鹊奶岣?,可以減小建筑結(jié)構(gòu)的截面積或結(jié)構(gòu)體積,減少混凝土用量,從而節(jié)約水泥、砂、石等混凝土原材料的用量。工作性能的提高,一方面有助于提高混凝土的密實性,另一方面可以減少振搗器的使用,降低環(huán)境噪聲。提高混凝土的耐久性,可以延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命,進一步節(jié)約維修和重建費用,減少對自然資源無節(jié)制的消耗。
2.3使用再生骨料和人造骨料
混凝土制備過程還將消耗大量砂石。若以每噸水泥生產(chǎn)混凝土時消耗6~10t砂石材料計,我國每年將生產(chǎn)砂石材料48~80億噸。全球已面臨優(yōu)質(zhì)砂石材料短缺的問題,我國不少城市亦將遠距離運送砂石材料。同時,我國每年拆除的建筑垃圾生產(chǎn)的廢棄混凝土約為1360萬噸,新建房屋產(chǎn)生的廢棄混凝土約為4000萬噸,大部分是送到廢料堆積場堆埋。因此實現(xiàn)再生骨料的循環(huán)利用對保護環(huán)境,節(jié)約能源、資源意義是十分顯著的。
廢棄混凝土加工的骨料取決其潔凈度和堅實度,這與其來源和加工技術(shù)有關(guān)。利用預制場和預拌混凝土攪拌站剩余混凝土加工的骨料通常比較干凈;來源于拆除的路面或水工結(jié)構(gòu)的廢棄混凝土,需篩分去除粉粒。許多實驗室和現(xiàn)場研究表明:廢棄混凝土相當于粗骨料的顆??梢杂脕硖娲烊还橇希M行比較試驗的結(jié)果是前者作為骨料配制的混凝土抗壓強度和彈性模量至少是后者的2/3。論文參考網(wǎng)。拆除建筑物是的廢棄混凝土比較難處理,因為?;煊衅渌s物。論文參考網(wǎng)。與拆除時的分選相結(jié)合,這類廢棄物可以分門別類地回收和再生,效果較好。
2.4 與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)
為了使混凝土與自然環(huán)境相協(xié)調(diào),通過混凝土材料的性能、形狀或構(gòu)造等的設計,使其具有降低環(huán)境負荷的能力。例如通過控制混凝土的空隙特征和空隙率,可使混凝土具有不同的性能,如良好的透水性、吸音性能、蓄熱性能、吸附氣體性能等。通過對混凝土性能和色彩的設計,使混凝土能與植物和諧共生,這類混凝土包括植物適應型生態(tài)混凝土、海洋生物適應型生態(tài)混凝土和淡水生物適應型混凝土,以及凈化水質(zhì)生態(tài)混凝土等。
2.5提高混凝土的機敏性,使居住環(huán)境更安全
隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)和材料科學的迅猛發(fā)展,促使社會及其各個組成部分,如交通系統(tǒng)、辦公場所、居住社區(qū)等向智能化方向發(fā)展?;炷敛牧献鳛楦黜椊ㄖ幕A,其智能化的研究和開發(fā)自然成為人們關(guān)注的熱點。自診斷混凝土、自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機敏混凝土的相繼出現(xiàn),為智能混凝土的研究和發(fā)展打下了堅實的基礎。
機敏混凝土的特點是具有自適應性,能夠感知外界環(huán)境變化,并根據(jù)外界環(huán)境變化實現(xiàn)自適應控制、調(diào)整和修復材料。機敏混凝土材料與智能建筑相結(jié)合無疑將為人們提供一個安全、舒適的生活、學習與工作環(huán)境。
3.結(jié)語
綠色混凝土材料在資源和能源的有效利用、減少環(huán)境負荷上具有很大的優(yōu)勢,是實現(xiàn)材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。與普通混凝土相比,綠色混凝土顯示了強大的生命力和顯著的優(yōu)越性。不過,現(xiàn)在我們離綠色混凝土的實現(xiàn)還有一定距離,需要我們從以上介紹的五個方面努力,爭取早日實現(xiàn)混凝土的綠色化。
參考文獻:
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葛國文等[1]在對醫(yī)學專業(yè)畢業(yè)質(zhì)量追蹤調(diào)查中發(fā)現(xiàn),畢業(yè)生有明顯的科研后勁不足的跡象,其中動手操作能力、綜合分析能力最為欠缺,這與醫(yī)學院校的實驗教學有著直接的關(guān)系,其中實驗教材的內(nèi)容絕大多數(shù)為驗證性的內(nèi)容,從根本上限制了學生潛能的發(fā)揮。潘慧娟等[2]及我們多年的實驗教學中的調(diào)查中得到如下結(jié)論:有較多的學生希望教師能作一些實驗教學改革,增加一些綜合性、設計性和開創(chuàng)性的實驗,給學生一個探索實踐的空間,以充分培養(yǎng)和發(fā)掘他們探索創(chuàng)新的興趣和科研能力。乙酰水楊酸對從事化學的人來說是一個較為熟悉的有機產(chǎn)品,在有機實驗教材中是經(jīng)典的有機合成實驗[3,4]。本實驗的改進是,將其合成微量化和成組實驗,用離心沉淀代替了抽濾分離,使實驗時間大為縮短;乙酸酐和水楊酸的用量比例較教科書中大大減少;催化劑用碳酸氫鈉等對環(huán)境友好的試劑代替了濃硫酸,實現(xiàn)了安全化、經(jīng)濟化、綠色環(huán)保化,并在操作手續(xù)和裝置上作了簡化,使實驗能快速完成,全部實驗內(nèi)容在3~4h內(nèi)很容易完成,為學生開展探索性實驗創(chuàng)造條件。由于微型化學實驗可以大量節(jié)約化學原料,減少環(huán)境污染,并能適當減少實驗時間,還有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,因此受到人們的廣泛重視。
1 主要實驗儀器和試劑
1.1 主要儀器
10ml的小試管;15ml的離心管;2.5ml的注射器;恒溫水箱(±1℃);離心機; XT-4顯微熔點測定儀。
1.2 實驗試劑
水楊酸(C.P);乙酸酐(C.P,新蒸);無水碳酸鈉(C.P);無水碳酸氫鈉(C.P);無水硫酸氫鈉(C.P);無水硫酸鈉(C.P);磷酸氫二鈉(C.P);磷酸二氫鈉(C.P);磷酸三鈉(C.P);濃硫酸(C.P);95%乙醇(C.P);FeCl3水溶液(1%);HCl(1∶3) (C.P)。
2 實驗操作部分
2.1 乙酰水楊酸的合成方法及探索性實驗方案
2.1.1 合成方法
向10ml干燥的小試管中加入約0.20g干燥的水楊酸和20mg無水碳酸氫鈉作催化劑,用干燥的注射器加入0.3ml的乙酸酐。輕輕搖動后,放70℃的水浴中反應10min后取出,趁熱加入5ml的冷蒸餾水和1滴HCl(1∶3)溶液并不斷攪拌,然后置于冰水浴中冷卻30min,小心用玻棒壓碎結(jié)晶倒入15ml的離心管中,在離心機中離心分離,棄去上清液,并用冷水洗滌產(chǎn)品(3次,每次約0.5ml)后在離心機中離心分離,棄去上清液,得白色產(chǎn)品粗乙酰水楊酸0.22g,產(chǎn)率84%。
2.2 粗產(chǎn)品的精制
在2.1步驟中制得的上述各種粗產(chǎn)品加入約1.0ml乙醇(65%)水溶液,在熱水浴加熱至產(chǎn)品溶解完全,得到無色透明溶液,停止加熱后趁熱加入4.0ml溫熱的蒸餾水,如有結(jié)晶析出則在水浴中加熱至結(jié)晶完全溶解后移出水浴,讓溶液冷卻至室溫后,放入冰水浴中冷卻30min。冷卻結(jié)晶后,小心用玻棒壓碎結(jié)晶,使析出的結(jié)晶沉于離心管底部,在離心機中離心分離,棄去上清液,滴入10滴蒸餾水洗滌結(jié)晶,再離心分離出水分,取出晶體并在濾紙上擠壓、烘干。得白色結(jié)晶即乙酰水楊酸產(chǎn)品。產(chǎn)品在電子天平上稱量約得0.16g。
2.3 產(chǎn)品的檢驗
取少許乙酰水楊酸產(chǎn)品,用約1ml 95%乙醇溶解,加FeCl3(1%)溶液1滴,溶液不顯紫紅色,說明產(chǎn)品中已無水楊酸。
在XT-4顯微熔點測定儀中測定產(chǎn)品的熔點為136℃,達熔點時分解。
2.4 探索性實驗方案的設計
讓學生在其它反應條件不變的情況下分別使用不同的催化劑(如無水碳酸鈉、無水碳酸氫鈉、無水硫酸鈉、無水硫酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸三鈉、濃硫酸和磷酸等)、不同的乙酸酐的用量、不同的反應溫度及反應時間等,這些反應條件由學生通過實驗結(jié)果分析來確定最佳的反應條件。
3 討論
3.1 本實驗的優(yōu)點
一是用離心分離的方法代替了抽濾分離,比文獻[3,4]中的正常實驗減少了反應步驟,縮短了實驗時間,達到快速完成的目的;避免了產(chǎn)品在多個步驟中的損失,如粘在濾紙等,使產(chǎn)率大為提高,為實現(xiàn)微型化實驗提供有利條件;可進行成組實驗,為實現(xiàn)學生進行探索性研究的目標創(chuàng)造了條件。二是實驗采用微型化,藥品、試劑的使用量比正常的實驗減少10余倍,能養(yǎng)成學生勤儉節(jié)約的良好習慣。三是用碳酸氫鈉、碳酸鈉等作催化劑對環(huán)境友好的化學試劑代替濃硫酸等試劑,對操作的學生而言安全性大為提高,同時對環(huán)境保護起到積極作用,使綠色化學的觀念深入學生的心中;四是用注射器量取乙酸酐可提高準確性,也使實驗的速度大大加快,保證整個實驗能在預定時間里完成。
3.2 精減課時,提高學生動手能力
隨著醫(yī)學教育改革的不斷深入,減少醫(yī)學基礎課程的教學課時數(shù)是大勢所趨,如何利用有限的教學時間讓學生完成更多的實驗,掌握更多的知識,提高他們的實驗技能和科研素質(zhì)是我們亟待解決的問題。改革實驗教材增加綜合性、設計性和探索性的實驗內(nèi)容是提高醫(yī)學生的實驗動手能力和培養(yǎng)他們的科研素質(zhì)的最有效的途徑。本實驗由于使用快速微型化的實驗方法,使乙酰水楊酸的合成的時間大大縮短,為實現(xiàn)探索性實驗創(chuàng)造了條件,以往最少要兩次實驗課如今僅一次實驗課就可完成,達到了減少教學時數(shù)而教學內(nèi)容不減少的目標。
3.3 指導學生將實驗報告寫成小論文
大學生在做醫(yī)學實驗時均應書寫實驗報告,這是因為實驗報告既是實驗課的重要內(nèi)容,又是科學研究的一個重要部分,同時還是科研論文的第一手資料。小論文是一種新的模式,它介于實驗報告和畢業(yè)論文專題之間,其新穎、簡化、便于保存的特點更能激發(fā)學生的實驗熱情,有助于提高學生的興趣、自信和寫作能力。
乙酰水楊酸的制備是有機化學合成實驗中重要的內(nèi)容,其合成方法也有多種。在實驗教學中以教材提供的合成路線為主進行合成,學生在實驗前查閱其他教材、相關(guān)文獻或數(shù)據(jù)手冊,在對反應物、目標產(chǎn)物、中間物質(zhì)的物理性質(zhì)充分了解的基礎上,選擇合理的實驗條件、設計實驗細節(jié),以提高產(chǎn)率、減少副反應為目的,也可嘗試新的合成方法如微波合成等,也可就如何減少實驗誤差、及實驗室污染方面進行討論,形式多樣。在合成實驗中可以找到很多論文的題目。
參考文獻
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