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众所周知,混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料,广泛用于工业与民用建筑、水利、交通、城市建设等工程。但是混凝土最大的缺点就是容易出现裂缝,混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌,也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。特别是现在预拌混凝土和高性能混凝土的大量应用,使混凝土的各类裂缝显得更为突出。多年来,国内外科技工作者已经研制了大量的混凝土裂缝修补材料,提出了聚合物类修补材料等多种混凝土修补材料,对混凝土工程进行维护和修补,对提高混凝土工程的安全性和延长使用寿命具有十分重要的意义。
一、混凝土裂缝修补材料的要求
混凝土建筑不同于其他混凝土结构物,它是在大自然中的带状结构,表面要经受大气温度周期性变化的影响。因此,嵌入建筑裂缝的材料应具备良好的物理性质化学性质、力学性质及耐久性。
(一)收缩性能
裂缝修补材料的收缩性能直接影响到修补界面的黏结性能。在进行裂缝修补时,表面混凝土已完成了收缩,而新注入的裂缝修补材料的收缩刚刚开始,必将在界面上造成剪切和拉应力,在荷载及环境因素作用下,可能使界面出现二次开裂。因此,应尽量降低修补材料的收缩,使其具有较原建筑混凝土更低的收缩,甚至产生微膨胀性能,在界面上产生压应力,以获得理想的界面黏结,从而使界面的过渡层的密实性能得到改善,以提高裂缝修补质量。
(二)变形能力
作为建筑裂缝修补材料,同样要经受大气温度周期性变化的作用。因此,要求修补材料应具有一定的变形能力,以松弛瞬时荷载,防止修补材料中或界面上重新产生并发生新的裂纹。描述材料变形能力的参数通常可用材料的弹性模量,因此要求裂缝修补材料的弹性模量应小于基准材料的弹性模量。
(三)界面黏结性
建筑混凝土裂缝修补后,能否与旧混凝土协调一致地工作,其中一个重要的因素是混凝土裂缝修补界面的黏结性能,它关系到修补的成败以及能否避免二次破坏。一般情况下,界面黏结性能可从抗折黏结强度、拉伸黏结强度和剪切拉伸黏结强度三个方面进行评价。
(四)耐久性
同混凝土路面一样,裂缝修补材料灌入建筑缝隙后,仍在大气中,经受雨水的渗入、阳光的照射、污水的腐蚀。因此,要求建筑修补材料应具有抵抗这些介质侵入和损害的性能。修补材料本身也应该具有良好的耐腐蚀性和耐磨损性能,至少应该与原混凝土建筑材料的耐久性相近。
(五)经济性
在满足力学性能、性能优越、价格便宜、提倡使用“绿色材料”,将“以人为本”的理念贯穿在施工性能、耐久性的前提下,尽量降低材料单价,研制出便于推广的混凝土建筑修补材料。
二、甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的特点与灌浆机理
灌浆是把适当的可以凝结的浆液灌入裂隙含水岩层、混凝土或松散土层中,从而降低被灌体的渗透性并提高其强度,延长其使用寿命的方法,又称注浆。甲基丙烯酸甲醋材料在土木建筑工程、水利工程等多个领域中被广泛应用于防渗堵漏、补强加固等实际工程中。
(一)化学灌浆机理
化学灌浆就是将化学材料配制成的浆液用压送设备将其灌入地层或缝隙内,使其扩散、胶凝或固化,可以产生加固或防渗堵漏的良好效果,保证工程顺利进行或提高工程质量的目的。化学灌浆材料为一种真溶液,无悬浮粒子,所以比水泥灌浆材料具有更好的可灌性,它能对某些细微裂缝、孔隙进行灌注,能按工程的需要调节浆液的胶凝时间,并具有较高的黏结强度。从灌浆流变学理论角度看,任何灌浆载体或浆液基质均可用流变模型来描述。水泥浆液或化学浆液,一般用黏性及塑性―粘性来界定。于是,灌浆载体在弹性与塑性之间变化;浆液基质在黏性与黏―塑性之间变化。灌浆的实施就是这两者变化的组合与调节。一般来说水泥浆液是符合宾汉姆型流体的浆液,化学浆液符合牛顿型流体的浆液。我们知道,浆液具有黏滞性毋庸置疑。当它沿着灌浆载体裂缝缝壁流动,或浆液在地下水流体中运动时,由于“附着力”的作用,与缝壁或与水紧接的一层浆液会附着其上,邻层浆液则相对于该层滑动。“附着力”指两种不同介质接触部分的相互吸引力,它只有在其分子小于10-6cm时才呈现出来,浆液与被灌浆固体的接触部位同样呈现附着力,而固体缝隙,哪怕是密闭紧合的缝隙也不可能呈现附着力。这就是为什么采用液态的浆材来防渗、加固与补强灌浆载体的缘由。
(二)甲基丙烯酸甲醋类化学灌浆材料的特点
甲基丙烯酸甲醋类浆材具有黏度低,可灌性好,聚合体黏结强度大的特点,特别是其聚合固化后有很好的物理性能。适用于混凝土裂缝补强,特别是细裂缝的补强灌浆,能灌入0.05mm的细微裂缝。但甲基丙烯酸甲醋浆液在聚合过程中,由于单体分子逐步组成聚合链,缩短了分子间的距离。因此,20%的体积收缩,这将造成聚合体与缝面的局部脱空,使平均强度降低。同时它的官能度高,固化产物具有三向交联结构,所以耐热性、耐水性、耐介质以及耐大气老化性能都比较好。甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂还具有强度高的优点。因此,他比较适合于水泥混凝土建筑的裂缝修补。由于甲基丙烯酸酷树脂胶黏剂的黏度较其他有机高分子材料低,所以特别适合细微裂缝的修补,也可将其混入建筑混凝土中进行宽裂缝修补和板面边角修补效果都较好。
(三)优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺的措施
甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的可行与否主要取决于以下几个方面:(1)较低的初始黏度:黏度决定了浆液的可灌性,浆液的初始黏度越低,其可灌性也就越好,对于0.1~0.2mm的细微裂缝,浆液的初始黏度最好不要超过15MPa・s;(2)适当的胶凝时间:一般情况下浆液的胶凝时间不宜过短,如果胶凝时间过短浆液可能在未被灌注完之前就凝固。胶凝时间也不能过长,否则可能会影响修补工程的后续工作,根据工程的需要,浆液适合的胶凝时间一般在1小时之内;(3)良好的力学性能指标:主要考虑浆液固结体与混凝土的黏结强度以及浆液固结体本体的抗压强度。黏结强度过低,修补的裂缝有可能再次被拉开,达不到预期的目的。浆液固结体本体的抗压强度最好比混凝土的设计强度高出一个等级。那么以上几个指标考虑,优化甲基丙烯酸甲醋灌浆工艺措施首先要选定适合的主剂、增塑剂、引发剂和促进剂的品种后,通过变引发剂和促进剂的掺量比例,并根据上述的几个指标确定甲基丙烯酸甲醋灌浆材料的优化配方组成,使之达到灌浆与修补的目的。
参考文献
[1]胡高平.金属用胶粘剂及粘接技术[M].北京:化学工业出版社.
[2]魏涛,李珍,董建军,等.化灌法[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
[3]蒋硕忠.化学灌浆的发展与近期展望[J].湖南大学学报,2004,31(1).
篇2
从知识面和知识层次而言,大学化学课程内容覆盖面广、知识层次较深,科技的发展和各学科间的日益交叉和渗透融合,已使化学的研究范围己扩大到众多的交叉及边缘学科,例如能源化学、材料化学、环境化学、生物化学等,在这种背景下,对应大学化学教材的编写只有做到面面俱到,乃至包容万象,才能被称之为合格的教材。虽然对于这些非化学专业的学生来说。学好大学化学。具有与专业相关的化学素质十分必要,但过分求多求全的教材内容,不仅不能拓宽这些学生的化学视野,反而会挫伤学生的学习积极性和成就感。同时,在这种求大求全的背景下,大学化学教材的编写往往不具备专业针对性。对于这些非化学专业的学生,其专业方向也各不相同,包括材料、化工、采矿、地质、生物、环境等各个方面。各个专业都有其特点,因此不同专业的大学化学教材的编著也应有所侧重。但现实是,大学化学教利的编写往往忽略掉不同专业的独特需求。与求多求全的教材编著相悖的是,完成课程讲授的理论学时不仅得不到扩展,反而被逐年的压缩。于是大学化学的教学就出现了一种“教材越编越厚,课时越讲越少”的奇怪现象。
2授课内容脱离实际,授课方式简单枯燥
笔者在我校对100名学学化学的不同专业的学生进行过问卷调查,结果80%的学生认为授课内容和授课方式在大学化学的教学中最为重要。化学知识的发展非常快速的,也就是短短几十年的时间,化学知识渗透到我们生活的各个领域,而且新成果的转化也非常及时,学生很希望了解目前国内外化学最前沿的知识,包括理论和实践。而目前,我们的大学化学教学的内容过于陈旧,不能有效结合实际,无法在化学世界日益更新的先进成果和和其所依据的基础化学理论之间搭起桥梁,往往使同学们知其然,不知其所以然,加之授课缺乏交流与互动,激发不了学生学习的积极性和主动性。同时,授课方式的呆板单一,也严重影响了大学化学的授课效果。目前,大学化学授课多采用板书与多媒体相结合。不可否认,采用多媒体教学改变了板书讲授的单一性,而且图文并茂,色彩鲜艳,清晰生动,有助于激发学生的兴趣,提高学习效果。然而,正是多媒体具有传统教学方法(黑板、挂图、模型等)无法比拟的优点,使之愈来愈受到大学教师尤其是年轻教师们的青睐。加之教学内容与授课学时的双重压力,使得教师对多媒体的依赖和对传统教学方式的摈弃现象越来越严重。但由此带来的负面影响却不可回避。多媒体教学虽然扩大了教学信息传输量,缓解了课时少和内容多的矛盾,但是无形中增大了学生学习的强度,使学生陷入强制接受的模式而无暇思考,抑制了学生的发现问题提出问题的能力,无法在脑海中留下深刻的印象。以至于学生戏称多媒体教学“上课花花绿绿,下课一片空白”。
3实验课程设计僵化,实验教学方式单一
化学是一门实践性很强的科学,化学离不开实验。它是化学理论产生的基础,可以说所有的化学规律和成果都建筑在实验成果之上。因此,实验课程设计和实验教学在大学化学教学中起着至关重要的作用。并且,大学化学实验可能是非化学专业学生在大学期间接触最早的一门实验课了。它不仅可以激发学生学习化学的兴趣、提高操作动手能力,还可以培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。同时,在促进学生创造性思维发展、树立科学思维方式等方面具有独特作用。然而在现实教学中,化学实验的开设都是沿用实验教材上所设置的内容,且基本都属于不具备创新性的验证性实验,有限的实验学时长期以来被这固定的几个实验所填充;实验内容毫无新意,以至于学生在实验开始之前就已经预知到会发生的现象和出现的结果:实验教学中大多采取“教师讲授一学生实验一报告书写”三段式模式,这种模式不利于提高学生实验设计和操作能力。尤其是对学生实验和报告书写这两个环节无法开展合理有效的监管,易滋生学生的惰性心理,不利于培养学生分析问题的能力。总之,僵化的课程设计和单一的教学方式严重限制了大学化学实验的教学质量和教学效果。
针对非化学专业大学化学教学中存在的种种问题,如何在教学过程中提高教学质量,如何使讲授的内容为学生所接受,使学生对化学产生浓厚的兴趣,在对多年大学化学授课心得的总结之后,笔者有以下几个方面的思考。
3.1结合专业特点。优化知识结构
学学化学的学生,其专业分布包括材料、化工、采矿、地质、生物、环境等各个方面。由于各个专业的知识内容和研究重点各不相同,不可能要求他们象化学系学生那样,面面俱到,学习较深的化学理论知识。这样就会永远陷入“教材越编越厚,课时越讲越少”的泥潭中不可自拔,教师精疲力竭,学生也不买账。而应主要结合听课学生的专业特点,合理取舍教材的内容,详其该详,略其该略,优化知识结构。这也符合工科大学化学体系新颖,内容精炼,联系工程实际的特点。例如:对于化工和材料专业的学生,可以就陶瓷材料、液晶材料、纳米材料和功能金属材料作重点讲解:而对于生物专业的学生,可以就基因计划和基因工程等方向作重点阐述。有时甚至同一内容在对不同专业学生讲授时,侧重点也有所不同。
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1.内容庞杂,学习难度大。无机化学的知识覆盖无机化学、物理化学、分析化学、结构化学和有机化学等方面,既有基本的化学反应原理,又有抽象的物质结构知识,还有知识点分散、内容繁杂的元素化学。对于不熟悉大学高信息量教学方式的大一新生,如何保证在较短的教学时间内,让学生能理清无机化学的知识脉络,掌握重点知识内容,这无疑是无机化学教学的一个难题。
2.知识更新较慢。无机化学课程的教材种类较多,内容编排也具多样性。虽然几乎每年都有新出或修订版的教材出版,但总体来说知识点更新不多,内容较为陈旧,其中还包括高中化学的知识。所以学习初期有的学生容易产生轻视的情绪,听课和练习的投入较少。而中后期课程知识量显著增大,学生心理准备不足,对于新的学习模式适应不佳,导致不能达到很好的学习效果。
3.与后续相关课程知识存在交叉。物理化学的动力学与热力学知识是无机化学相关内容的进一步深入和扩展,无机化学的平衡原理和氧化还原反应是分析化学的理论基础,而物质结构的基础知识对后续学习有机化学及结构化学也进行了扎实的准备。此外,很多化工类专业的专业课程也涉及无机化学知识。所以,无机化学知识学习效果的好坏直接影响后续课程以及相关专业课的学习,同时,也对学生的学习心态和兴趣有着重要的影响。
二、无机化学教学方法的改革
1.优化课程内容,突出重点。无机化学课程的授课学时较为紧张,在课堂上通常无法详细讲解教材的全部内容,这就需要授课教师有计划的删减知识点,优化课程内容。比如,氧族元素和卤素的相关知识在高中接触较多,知识理解起来也比较容易,其中和高中知识衔接比较紧密的部分就可以通过自学的形式让学生学习。另外,无机化学教材中一般也穿插该章节相关背景知识及实际应用的内容。如大连理工大学版无机化学分别在化学反应动力学和氧化还原章节补充介绍了化学动力学在考古中的应用、化学电源实例等知识,通常此类知识也应归为自学内容。这样既能使学生将理论知识应用在实际、提高学生学习兴趣,又能节约出更多时间用于重点难点知识的讲解和实践教学。
2.采取互动式教学,引发兴趣。课堂教学中学生是主体,无机化学课程也不例外。因此,教师在教学中要充分发挥学生的主观能动性,产生良性互动。其中,在课堂上向学生设置问题就是很好的一种方式。比如,讲到电化学电池这一节时,先向学生提出一个问题:电池为什么能发电?电池发出的电能是由什么能量转化而来的?这时,学生便会思考电池发电的原理是什么?就是由化学能转化为电能。从而,便可自然的引出原电池的概念。再如,涉及到高中知识,教师可以先请学生回答高中时所学内容是什么?再详细讲解大学将要学习的新知识以及它们之间的异同点。总之,教师在课堂教学中应采用多种教学方法,充分发挥互动式教学的优势,提高学生的学习兴趣。
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一.绿色化学
(一)含义
绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学即是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用,同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物,不再处理废物。从科学观点看,绿色化学是化学科学基础内容的更新;从环境观点看,它是从源头上消除污染;从经济观点看,它合理利用资源和能源,降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。
按照美国《绿色化学》杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
(二)主要特点
绿色化学又称环境友好化学,它的主要特点是:
1.充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;
2.在无毒、无害的条件下进行反应,以减少废物向环境排放;
3.提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”;
4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
二、绿色化学的现代内涵
绿色化学(Green Chemistry)概念从一提出来,就明确了它的目标,是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大程度地节约能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的过程为零排放和零污染,具体内涵体现在五个方面上。
(1)重复使用
重复使用不仅是降低成本的需要,也是减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
(2)回收利用
回收利用可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求,回收包括:回收未反应的原料,回收副产物(含“三废”),回收助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。化学工业产生中的循环操作程序就是一种常见的回收方式。
(3)再生
再生是变废为宝、节省资源能源、减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在它设计的开始,就应考虑到有关原材料的再生利用,特别高分子材料的再生显得尤为重要。
(4)拒绝使用
拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的药品原料,拒绝在化学反应过程中使用。特别是中学化学教育教学,面对的是接受启蒙化学教育的中学生,贯彻绿色化学内涵,推广绿色化学成果显得尤为重要。
三.绿色化学观点在教育中的应用
学生是否了解绿色化学知识,掌握绿色化学的基本原则,是否可以运用绿色化学的思维方式指导生产实践,解决生产中产生的环境污染或者将要产生的环境污染。化学教育工作者在教育过程中将绿色化学观念灌输给学生,成为化学教学新的方向起着至关重要的作用。
在素质教育中体现绿色化学思想素质教育是全面的教育,中学化学教育也应是围绕全民族素质的提高进行的教育。在素质教育中体现绿色化学思想,既是传播绿色化学观点的需要,也是培养学生对社会、对将来的责任感的需要,更是培养创新精神的需要。
在实施环境教育过程中,一方面要向学生阐明绿色化学的观点、要求,使他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感;另一方面,结合绿色化学要求,教给学生防治污染的重要方法――减量、减废、回收、再生和拒用等。
绿色化学与创造性教育培养学生创新精神是素质教育的灵魂,绿色化学对化工生产,化学实验提出的新要求,无疑对学生进行创造性教育将起到积极的作用,培养学生创造性思维。
参考文献:
[1] 王佛松等编《展望21世纪的化学》化学工业出版社2000年版;90-93,158-160
[2] 顾国维主编《绿色技术及其应用》同济大学出版社1999-5;80-81
[3] 刘静玲主编《绿色生活与未来》化学工业出版社2001-5;36-37
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二、教学过程
1.新课导入
都市的夜幕下,霓虹闪烁;化了的节日里,烟火缤纷;宽阔的街道上,车辆奔驰;绿色的田野中,化肥润苗……这一切都和我们即将要学到的一门学课――化学密切相关。化学究竟是一门什么样的学科呢?今天,然我们一起来走近它,认识它(板书课题)。首先请同学们观察几个有趣的下试验(板书:化学―有趣)。
2.活动1:感受化学的有趣
(1)演示1:“清水”变“牛奶”――将二氧化碳气体中通入澄清石灰水(边演示边讲述:事关里盛装的液体,看上去像清水,将一种气体通入其中后,我们发现,原来澄清的液体变浑浊了,从外观上看,这浑浊的液体很像――牛奶)。
(2)演示2:“葡萄汁”变“红酒”――向紫色石蕊中滴入稀盐酸(边演示边讲述:这紫色的液体很像用葡萄里榨出来的汁,向其中滴加一种无色液体,我们发现,“葡萄汁”变成――“红酒”了)。
(3)演示3:“魔棒”点灯――将占有浓硫酸和高锰酸钾粉末的玻璃棒靠近酒精的火焰(边演示边讲述:点燃酒精灯通常是火柴今天老是想把玻璃棒当火柴使,能成功吗?请同学们观察)。
过度:刚才这三个趣味小实验都是和化学变化相关的。感受了化学的有趣,再来领略一番化学的神奇(板书―神奇)。
3.活动2:领略化学的神奇
(1)播放录像:神奇的液态氮。
(2)老师讲述:液态氮是神奇的,不过液态氮距离我们并不远,空气里还有大量的氮气,通过液化就可以转变成液态氮。化学的神奇,不仅仅体现在他能研究已经存在的物质,还体现在他能通过变化的手段,制造出自然界里不存在的物质,请看录像。
(3)播放录像:神奇的合金
(4)教师讲述:形状记忆合金很了不得,在航天航空事业上有着广泛的应用。如,在一定的温度下用形状记忆合金支撑卫星天线,然后在低温下将天线揉成一团保存在卫星舱里,卫星进入轨道后,将天线送出舱外,由于阳光照射温度什高,天线又能恢复到原来形状。领略了金属材料的神奇,我们再来一睹金属材料的风采。
(5)投影图片:神奇的非金属材料。
①神奇的斧柄(教师讲述、设问:每位登山运动员手里都拿着破冰斧,这破冰斧的斧柄就是用玻璃纤维制成的。斧柄不用金属而用玻璃纤维,由此可见,这种玻璃纤维有什么特点――轻,强度大)。
②神奇的绳索(教师讲述、设问:画面上的尼龙绳直径只有6mm却能吊起2t重的汽车,可见这种尼龙绳的独特性能――很结实、强度大、不易断)。
③神奇的隔板(教师讲述、设问:这是由人工的方法合成的隔板,版下烈焰喷射,板上小猫悠然,显然这种隔板的独特性能是――隔热)。
④神奇的鸟笼(教师讲述、设问:在鸟笼外面蒙上一层透明的薄膜,然后将鸟笼置于水中,鸟儿不仅安然无恙,还在向鸟笼外的小鱼发问,新邻居,你从哪里来?同学们想想看,蒙在鸟笼外面的膜具有什么特性?――隔水透气)。
过度:需要注意的是,化学之所以成为一门重要的科学,不仅仅适应为他的有趣和神奇,更重要的是,化学院人们的日常生活合共农业生产都有着密切的关系。请同学们带着一下两个问题去阅读教材的第三段(投影活动3标题,板书:作用)。
4.活动3:了解化学的作用
(1)投影思考题:
化学的重要作用体现在哪些方面?化学学科研究的具体内容是什么?
(2)学生阅读、思考、交流。
(3)师生互动:同学们说的很好,不过老是觉得,在化学与日常生活联系方面大家谈的还不是很多。其实,只要同学们把眼光放近一点,我们还会有好多发现。大家看看自己身上的衣服是什么面料做成的?(棉、化纤、混纺)化纤是什么?化纤就是用化学方法合成的纤维。你能说出厨房里常用的调味品吗?(醋、盐、味精。)醋中的醋酸、盐中的氯化钠、味精中的谷氨酸钠都属于化学物质。家中装修用到的油漆,PVC管等装饰材料也都是化学物质。此外,常见的交通工具自行车、汽车的轮胎,是用什么材料制成的?(橡胶)对,这些橡胶大多使用化学方法合成的?通过刚才的讨论,我们可以得出这样一个结论:化学与人类的衣、食、住、行以及工农业生产都有联系。
(4)教师讲述:化学研究的对象是物质,具体说是物质的组成、结构、性质、以及变化规律(板书:组成、结构、性质、变化规律)。
过度:化学是如此的重要、如此的奇妙,但是化学成为一门独立的科学,却经历了漫长的历程,让我们一起做一个简单的回顾(投影活动4标题,板书:历史)。
5.活动4:回顾化学历史
(1)投影:
(2)教师讲述:古时候,人类发现并利用了火,在此之后,又陆续发现并利用物质变化制造出了对人类生存具有实用价值的许多产品(投影陕西半坡遗址出土的古代彩陶盆图片),这是陕西半坡遗址出土的古代彩陶盆;(投影东汉酿酒图片)这是东汉时代酿酒的情景;(投影越王勾践青铜剑图片)这是卧薪尝胆故事主人公越王勾践的青铜剑;(投影唐代蜡染屏风图片)这是唐代蜡染屏风。虽然古时候人类已经开始接触化学、运用化学了,但对化学的认识还是肤浅的、粗糙的。
(3)投影:
(4)教师讲述:到了近代,人们对化学的认识有了长足的进步(投影道尔顿、阿伏伽德罗的画像),英国科学家道尔顿、意大利科学家阿伏伽德罗先后提出了原子、分子的学说,并用原子、分子学说的学说揭示了一系列化学变化现象,至此化学才真正成了一门独立学科。尽管道尔顿提出的原子是不可分割的实心球体的观点是错误的,但是人们依然把原子之父的美誉送给了他,因为他为化学学科的建立做出了杰出贡献。之后,人们又提出了物质是由元素这一基本成分组成的观点,俄国化学家门捷列夫还把组成物质的元素按照一定的顺序排成了一张表(投影门捷列夫画像),经后人的加工完善,形成了今天的元素周期表,(让学生看课本后的元素周期表)。
(5)投影:
现代:利用先进仪器和分析技术进行微观的探究。
(6)教师讲述:随着时间的推移,随着科学技术的发展,人们对化学学科的认识已经越来越深入,现代科学家已经具备了借助先进仪器设备探究物质内部奥秘的本领。扫描隧道显微镜是一种能将观察物放大几十万倍的先进仪器(投影苯分子、硅原子图片照片),这是用扫描隧道显微镜拍摄到的构成笨的粒子――苯分子照片,这是用扫描隧道显微镜拍摄到的构成硅的粒子――硅原子的照片。目前,化学家们正在那米的研制上进行着大单的探索(投影纳米铜的照片)。
(7)学生思考(投影)
通过上述化学史的简要回顾,你有了哪些想法?
(8)学生表达:①人们认识事物,有一个由表及里、由浅入深的过程;②化学是一门古老而年轻的学科;③真理是在错误的基础上创立起来的;④随着研究的不断深入,化学必将在改造自然,造福人类方面发挥更大的作用……
过度:不过,也有人认为,化学式破坏环境的祸首,对此你怎么看?(投影活动5标题,板书:前景)
6.活动5:展望化学的前景
(1)说说化学的功与过(投影)
①引导学生讨论或辩论,然后总结的出环境恶化――不是化学惹的祸;人为因素是关键。
②教师讲述:其实,人类的环境意识已在逐渐增强,例如,含磷洗衣粉对水质的影响很大,现在已经开始推广无磷洗衣粉了;以前冰箱里用的制冷剂是氟利昂,佛里昂会破坏大气中的臭氧层,因此,想在已经开始推广无佛冰箱了。
(2)展望化学的未来(投影)。
教师讲述:为了让化学更好地造福人类,科学家已经着手在化学工艺的改造上下功夫,他们正在想方设法使化学生产变得无污染,这种对环境没有破坏作用的化学被称为绿色化学,可以肯定未来化学的前景是――绿色化学在开路,造福人类美名扬。
过度:有人说方法比知识更重要,同学们赞同这个观点吗?(赞同)为什么赞同呢?(好的方法能使我们更好的去学习知识。)化学学习的方法比较多,今天着重向同学们介绍三种方法。(投影活动6标题,板书:学法)
(1)仔细观察、认真分析(投影)
师生活动:化学式建立在实验基础上的一门科学,因此,对待化学实验,我们要予以高度重视。观察实验现象不是看热闹,而是要看门道。例如,一开始我给同学们做的“清水”变“牛奶”的试验,仔细观察之后,我们就有必要思考,清水真的是水吗?向其中通入的气体是什么气体?为什么会出现变浑浊的现象?对于实验现象的观察如此,对于某些图片的观察也是如此,我想利用刚才看到的一幅图片来检测一下同学们的观察习惯和分析能力。笨是一种物质,该物质有苯分子构成,这是经扫描隧道显微镜放大几十万倍以后拍摄出的苯分子的照片,观察这幅照片,你能的出什么结论?(苯分子有点像棉花、云朵;本分字很小;苯分子之间有间隔等。)
(2)注意理解、善于记忆(投影)
教师讲述:化学学科有理科的推理性,也有文科的描述性,因此,学习的过程中要注意理解和记忆的有机结合。对于某一化学知识能理解则理解,暂不能理解的我们可以用记忆的方法把知识储存起来。例如,氧气、水、二氧化碳的化学符号分别是O2、H2O、CO2(投影),现阶段我们还无法理解这些符号的含义,但是我们可以先把它们记住,等学到第四单元的课题4时,我们就能理解其具体含义了。
(3)及时巩固、加深认识(投影)。
教师讲述:化学有易懂、易忘、易错三个特点,也就是说听时容易懂,过后容易忘,考时容易错。应对易懂、易忘、易错的法宝是什么呢?就是及时巩固、加深认识。每一节化学课后,同学们都要用几分钟时间把当天所学的内容梳理一下,该理解的理解,该记忆的记忆,该追问的追问,良好的习惯一旦形成,你将会取得事半功倍的学习效果。最后,请同学们自我盘点一下这节课的收获。
8.课堂小结
学生自由表达所学所感所悟。
9.结束语
同学们,今天这节课是化学入门课。俗话说,师傅领进门,修行靠个人。现在你们已经被师傅领进门了,接下来要做的事就是潜心修炼。祝同学们在化学这位新朋友的陪伴下,健康、快乐成长!
10.作业布置
(1)回顾整理本节课所学内容。
(2)预习第一单元课题1。
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绿色化学是一种环保式的化学,是指在化学实验研究过程中,尽可能的减少环境污染,保护环境的做法。化学实验课程中的绿色化学理念主要是指秉承“绿色化学观”,尽量选择环保的化学物品,以保证低有害物质的排放,低资源的消耗。在绿色化学理念下的化学实验,不仅能够成功的完成化学实验任务,同时也能保护环境。在高中化学实验课程中,教师应该充分利用其主导作用,引导学生树立绿色化学的价值观和科学发展观,将学生引入绿色化学实验中来,学习化学知识,保护生活环境。
2.绿色化学理念在高中化学实验中的应用
2.1绿色化学理念融入高中化学学习和教学中
在高中化学教学中融入绿色化学理念,在进行化学实验时绿色环保的处理废气和废物,做到不随意丢弃,不浪费资源,不破坏环境。例如,教师通过讲解温室效应和酸雨等环境问题形成的原因,分析其带来的危害,共同讨论解决这些污染的措施。在这个过程中,学生能够以绿色化学的理念主动地投入到绿色化学研究中去,学生主动地关注环境问题和绿色化学。进行化学实验时,在保证实验能够成功的情况下,主动想办法将废气、废物的排放量降到最低。
2.2元素化合物知识体现绿色化学理念
在高中化学教材中,充分考虑到了绿色化学因素,将有关的化学元素和化合物等内容编排在一起,系统的介绍了有毒物质的性质、保存和使用。例如,教材从绿色化学的角度归纳了氯气、一氧化碳、一氧化氮及笨等有毒物质的特性、使用方法、尾气处理办法和保存办法。在课文中出现的有害气体也会着重强调,甚至是用黑色加粗来突出。在选读的部分安排有环保的知识补充,例如介绍酸雨形成的原因和如何预防酸雨发生的措施等。
2.3介绍物质工业生产制造时渗透了绿色化学理念
在高中化学课程中,教师通常会介绍一些化学在工业制造中的运用,在这个过程中渗入绿色化学的理念,体现化学工业制造的可循环性。在化学工业制造过程中,采用可循环的操作程序,可循环利用的生产原料。在充分利用资源,提高原料利用率的同时较低了废气、废物的排放量,真正做到绿色化学、绿色工业。
3.高中化学实验中应用绿色化学理念的相关策略
3.1增加教师绿色化学的教育理念
在高中化学中应用绿色化学理念,这首先要求教师树立绿色化学的理念。教师应该充分理解绿色化学的含义,在充分认同的基础上才能引导学生进行绿色化学实验。在课堂中,教师应该鼓励学生多考虑污染处理的问题。在进行化学实验前,引导学生对实验排放物的思考,鼓励学生对污染物的处理进行讨论,对实验过程进行调整,使学生在无形中接受绿色化学的理念。另外,教师可以将绿色化学理念运用到日常生活中,鼓励学生观察、发现日常生活中存在的不环保现象,在课堂中设计相关化学实验时,鼓励学生想出措施处理不环保物质,将不环保或较环保转化为环保。
3.2进行微型化实验,善用多媒体资源
微型化实验是指遵循不改变原先实验步骤和实验目的原则,使用小容量的仪器,通过减少药剂的用量来完成的化学实验。通过减少药剂进行实验的方法,可以减短实验的反应时间,节约实验材料,同时又可以提高实验效率。对于一些有污染气体排放的实验,可以减少污染气体的排放;对于一些具有危险性的实验,可以降低实验的危险性。对于一些难以操作的实验或者是会产生有毒物质的实验,教师可以通过多媒体的方式个学生播放相关实验视频,在视频中实验材料、实验过程、实验现象都能清楚的观看到,不仅能够使学生清晰的把握整个实验过程,掌握知识重点,而且整个过程没有任何危险性,同时也节省了实验材料并节省了课堂时间。
3.3革新实验装置,规范实验操作
一些传统的化学实验装置过于简单,缺乏相应的废气处理装置,在实验过程中很容易导致废气随意排放的现象。因此,要想做到绿色化学实验,就必须革新化学实验装置,在传统的装置上进行调整和增补,做到实验过程中零排放。对于实验过程中产生的有毒气体,可以利用化学反应的方法,根据有毒气体的特性,将有毒气体与相应的化学物质再进行反应的转变为无害物质。在改进化学实验装置的过程中,充分的调动起学生的思维能力,将以前学的知识进行调取和利用,不断探索,创造更加合理的实验。另外,在教材中,很多实验描述的很笼统,对于一些实验材料的用量用“少量、适量”等词进行限定,由于学生不知道适量是多少,极易造成材料的浪费。因此,在进行实验时,教师和学生都做到规范性的实验,合理的进行材料投放,避免材料的浪费,避免环境的污染。
4.结语
综上所述,绿色化学作为现在高中化学教学中的一项重要内容,也是当代社会所追求的重要内容,对学生学习化学知识,深化知识运用的方面起到了非常重要的作用。教师作为高中化学课程的指导者,应该加强对绿色化学的理解,做到言传身教,在教学过程中潜移默化的传授绿色化学的理念;另外,也要善于根据化学实验的特点,合理的选择实验的展示方式;同时,要鼓励学生对化学装置进行探究和创新,充分调动学生已学的知识内容,创造出更加环保的实验装置。知识水平所限,文中如有不当之处还望相关专业人士批评指正。
【参考文献】
[1]刘怀康.高中化学实验中绿色化学理念的应用浅探[J].实验教学与研究,2016
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一、绿色化学
1.绿色化学的定义
绿色化学又称“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”等。绿色化学是人类和自然界动植物和谐相处的化学。它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约能源,在化学工业中的各环节都实现净化和无污染的反应途径。绿色化学是指使化学反应效率更高,反应物最大限度地变成有用的产物,而且产生的无用副产物和其他废物越少的化学,它涉及的学科有有机合成、催化、生物化学、分析化学等,内容广泛。绿色化学的最大特点就是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。
绿色化学与通常意义上的环境保护是属于两个不同的层次。绿色化学强调的是对环境的友善相处,是人类追求自然完美的一种高级阶段,它更注重人和自然的尊重及人与自然的和谐关系。而环境保护实际是带有一种被动色彩,是在已经对环境造成破坏的前提下,迫使人们去反思,是一种不得已而为之的被动行为。因此,绿色化学更注重于控制化学污染源、减少或消除有害物质,提高原料的使用率和副产品的再利用,实现污染的预防。它所提出的观点实际体现了古朴的哲学思想——即防患于未然,从生产一开始就不产生有毒物质和有毒产品。
2.绿色化学所遵循的原则
使用化学品的的原则体现在五个“R”上:
(1)拒用(Reject),严禁生产和使用对环境有严重危害或长期危害的产品。
(2)减量(Reduce),在实验、生产与生活中,凡用到化学品时,都应在不影响效果的情况下,尽量减少其用量。
(3)再生(Regenerate),要求在设计化工产品时,就应考虑到原材料、产品的再生利用,特别是高分子材料。
(4)循环利用(Recycle),化学反应或化工生产中产生的副产物、排放物甚至是冷却水等,都应该回收循环使用,决不能不经处理就排放到环境中去。
(5)再生利用(Reuse),对化学家而言,世界上没有废物,只有未被利用的物质,本着这个原则,要尽可能地利用各种化学过程的“废物”。
二、化学教学中渗透绿色化学理念的必要性
1.21世纪的科学—绿色化学
绿色化学是一种面向21世纪的高层次化学。它与传统化学的最大区别就在于绿色化学考虑了环境负作用。而传统化学追求化合物的功能、有效性和化学反应的速率,较少去研究不利的、有害的因素,因为化学家欠缺这方面的知识和训练。绿色化学就是针对传统化学的这方面的不足提出来的。新任美国化学会会长P.Anderson在就职文章中指出,化学家在21世纪要学习研究的首要领域是更安全的化学,从而也说明了绿色化学的发展前景。
2.绿色化学—可持续发展的必由之路
迄今为止,化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的,当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。近年来,由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物,因此加工费用又增加了废物控制、处理和埋放,环保监测、达标,事故责任赔偿等费用。关闭造成严重污染的一些工厂,可暂时缓解环境问题,但工人下岗会造成社会不稳定,况且国外资本家可能乘机低价倾销,使我国的民族工业面临危机。因此解决我国环境问题的根本出路是依靠科学技术的进步。我们必须找到一条不破坏环境和可持续发展的路。
3.绿色化学理念的教育是素质教育的一部分
绿色化学教育与当今世界广泛推崇的STS(科学Scienee、技术Technology、社会Society)教育思想是不谋而合的,应该成为中学素质教育的一部分。它有利于培养学生利用所学的化学知识,关心和参与社会热点问题,认清社会上目前存在的一些对化学的误解,更加坚信化学的未来,增强学习化学的兴趣。它有利于引导学生热爱自然、尊重自然、与自然和谐发展,牢固树立绿色意识,自觉地成为未来的绿色人才。
三、绿色化学理念在化学实验教学中的主要应用
在碘的升华化学实验教学中,所用到的化学药品主要是固体碘,使用要的仪器主要包括酒精灯、试管夹以及玻璃管。实验步骤也比较简单,只需要在玻璃管中放入碘,并按照以下实验说明加热即可。
实验说明: 取一支玻璃管,在玻璃管中放置碘晶体并密封好,将玻璃管中装碘晶体的一端放在酒精灯上进行微热,在这一过程中学生们就会看见玻璃管中生成的紫色碘蒸气。蒸汽最终沿着试管上升到顶部,试管上端的低温度会使其变成单质碘,这就是碘的升华实验。虽然在实验中碘是有毒的,但按照这样的实验方法是没有任何弊端的,学生们都可以放心对其操作。这些,都是对绿色化学的体现和应用。
四、结语
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绿色化学又称环境无害化学或环境友好化学,是指用化学的技术、原理和方法来降低或消除对人体健康、安全和生态环境有毒有害的化学品的使用和生产[1]。绿色化学是以开发原子经济反应为核心理念,在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在反应过程中和化工生产中,尽量减少或彻底消除有害物质的生成,实现了从根源上就采用实现污染预防的科学手段,实现每个环节均为零排放和零污染。绿色化学文件倡导主动地根本上切断化学污染,而不是被动地治理环境污染,它合理利用资源和能源、降低生产成本,符合经济可持续发展的要求,符合世界的环保要求。随着绿色化学的发展,人们逐渐认识到绿色化学的科研成果对解决环境问题所具有的重大意义,同时也认识到对社会大众,尤其是在校学生进行绿色化学教育,教学中溶入绿色化学理念,对绿色化学的发展至关重要。
二、印刷工程专业进行绿色化学教育的必要性和紧迫性
当今社会,工业生产高度发展的同时也带来了一系列的环境问题,它制约了经济的可持续发展,危害了人类的长远利益。印刷行业也毫无例外地面临着环境、资源等问题。印刷与人类的生活密不可分,同时印刷行业也是我国的支柱产业,印刷业日新月异地不断发展,绚丽多彩的印刷品在给人类带来文明的同时,也造成了环境污染,印刷行业的污染来源众多,从印前、印刷到印后加工,每个环节都存在污染源,如图1所示。长期以来,印刷业为了在微利中求取高利润,忽视了环保绿色的因素,传统印刷过程对自然资源和能耗的过度消耗,印刷过程中产生的废气、废水、噪音、粉尘、固体废弃物等,对环境产生了严重污染,对人类健康产生了极大的危害,致使长期以来印刷行业都顶着“高污染”的帽子,已严重阻碍行业的持续发展。随着全球对绿色环保的重视,人类的环保意识也在不断提高,各行各业都在积极采取绿色环保行动。印刷行业为了适应可持续性发展的需要,就必须积极利用绿色化学的知识和技术把印刷工业的“先污染,后治理”改变为“从源头上节约能源、根除污染”,如更新原材料,进行绿色印前设计,改进工艺标准和新的管理理念,引进高新设备,淘汰落后工艺、技术和产能,减少生产环节对环境的污染等,使印刷变为绿色环保印刷,已成为印刷业面临的历史责任,也是全世界印刷业发展的趋势,是消费者未来的必然需求,这也将成为今后一代甚至几代印刷人的历史使命。化学家提出的绿色化学正是从化学角度对环境治理提出的新概念,其根本就是从节约资源和防治污染的角度重新审视和改革传统化学,从而使人类对环境的治理由治标转向治本[2]。印刷专业的学生是未来印刷科技革命的主力军,印刷科学技术的掌握者、创造者、应用者及传播者,对印刷专业学生的教学中渗透“绿色化学”理念,进行绿色化学教育,使其树立绿色化学观,增强环境责任感,具有极其重要的意义。
三、印刷工程专业实施绿色化学教育的措施
1.在印刷化学课程教学中引入绿色化学。绿色化学教育早在1997年已经开始引起高校的注意,目前,已有越来越多的高校开展了形式多样的绿色化学教育,但是也有一些高校并没有意识到将此重要的新信息、新知识传授给学生的重要性,这一迟缓行动必将阻滞教育的快速发展。在高等院校与化学相关的专业和课程中,进行绿色化学教育,存在着紧迫性和必要性。印刷工程专业虽然与化学关系密切,但由于教学总课时紧张,不可能对绿色化学课程独立设课,可以采取在学生的基础化学课——《印刷化学》的教学中进行绿色化学教育的渗透。教师在教学中,不仅要传授学生学习印刷所必要掌握的基本化学知识和技能,且要在平时的教学中深入研究教材,及时挖掘、适时渗透绿色化学思想。比如,在无机化学的卤化银内容的教学中,除了介绍卤化银制备生成、特点及常规应用,还可以特别讲解卤化银在印刷胶片(菲林)中的应用,卤化银颗粒作为菲林的感光材料,胶片经曝光会产生潜影——一种看不见的影像。当菲林显影的同时,卤化银晶体(结构已发生变化)便转化为黑色金属银颗粒的聚结,不可避免地大量的银离子和一些化学物质被留在了废显影液和定影液中。这些物质若不经处理直接排入环境中,重金属银离子能污染水资源和土壤而造成对环境的危害。让学生明白在印刷工艺流程中,出菲林环节的去除,不仅节省人力、财力和时间,更是从源头上减轻了环境污染治理的负担。在有机化学中,可以专门介绍作为溶剂型油墨分散介质的溶剂,说明为避免环境污染和按照绿色化学的要求应加以回收利用。油墨中的有机挥发物,可以形成比二氧化碳更严重的温室效应,而且在阳光的照射下会形成氧化物和光化学烟雾,严重污染大气环境[3]。对于酒精润湿,润版溶液中所含有的异丙醇,遇高温挥发后的蒸汽具有难闻的气味,且有毒,遇明火会引起火灾,被光线照射易生成臭氧,刺激眼睛及上呼吸道,危害人体健康,不利于环境保护,影响植物生长。因此,减少或替换异丙醇在胶印润版液中的用量是一种必然的趋势。再如讲解油墨中的溶剂、有机颜料、染料在包装上的迁移对食品、药品的污染,印刷纸张中过度添加的荧光增白剂对人体的伤害。配合触目惊心的图片、惊心动魄的数据、纪实的新闻报道等对学生进行绿色教育。在教授高分子酶时,可以介绍高分子酶在生物油墨制备及废纸脱墨中的应用,如酶法脱墨不仅脱墨效果显著,且能降低化学药品用量,减轻废水处理负荷。
通过这些教学,不仅可以使教学过程更加生动有趣,更能使学生视野开阔,在潜移默化中受到绿色化学教育,增强绿色化学观念和意识,加深对印刷专业的了解,提起学习兴趣和积极性,启发他们自己去思考人类生活中的绿色化学的重要性。
2.印刷专业理论课教学中绿色化学的渗透。在印刷专业理论课教学中绿色化学的渗透,具体地说,就是针对印刷工业的发展前沿和学生未来的职业需要,整合印刷工程专业知识结构,每节课花费几分钟的教学时间,将涉及有关绿色化学方面的知识及时地、适当地穿插在教学中,这样在课堂教学中占时不多,而学生又能收获颇多。印刷工程专业课程涉及了印前设计、印刷工艺、印后加工等印刷各个环节及印刷材料、印刷设备的内容,在这些课程教学中,可以充分利用教材中的绿色化学相关知识,结合具体的教学大纲及任务,将绿色化学知识“适时、适度、适量”地渗透于课堂教学中。
在印前设计环节,教授学生合理拼版技巧,满足印刷机的最大印刷面积和合理纸开的同时,还能提高工效,减少时间、机械损耗以及纸张开切损耗的浪费。合理选择印刷用纸、油墨等印刷耗材,如选用环保、印刷质量好、可反复清洗、经久耐用的可清洗纸质,常用的有合成纸和石头纸。也可使用本色纸,本色纸以秸秆为原料抄造而成,不消耗林木资源,更可避免由于秸秆焚烧、堆放造成的环境污染,不经漂白,安全健康,且所印刷刊物长时间阅读不易造成视觉疲劳[4]。
在印刷环节,教学中渗透能源节约、环境保护的思想,如讲授计算机直接制版系统(CTP)、数字化工作流程软件、中央集中供墨系统、油墨预置技术等对节能的贡献以及采取单张纸印刷机的喷粉收集装置、印刷设备废气收集装置对环保的影响[5]。普及正确的印刷设备操作及维修方法,把环保理念细化到每一个印刷操作细节上。
印后加工环节,教学生分析不同的材料特性,正确选择后加工材料,如胶装、覆合使用的胶水需不含有苯、酮、醛等对人体有害物质,在使用过程中不产生氧化、分解沉淀物及挥发性烟雾,且能在短时间内快速熔解具备胶粘特性,节省电能。新型材料水性上光油和UV上光油不含溶剂,不会危害人体,目前已在标签、食品、药品包装袋等产品的包装上得到广泛应用。另外,合理选择低碳、节能、减排的印后加工方式,如印后上光和覆膜一样,也可以保护印刷品表面,提高印品表面光泽度,但是选择上光,从工艺上来讲比覆膜要简单,从成本上来讲也更合算。
3.用绿色化学思想设计、改进印刷实践教学。印刷工程专业作为我校的国家级特色专业,加强课堂基础理论教学的同时,非常重视实践教学环节,注重培养学生的实践训练,开设的课程中《印刷化学》、《印刷材料与适性》、《印刷信息记录材料》及《印刷原理与工艺》等都有涉及到了实验课的教学。实验教学和绿色化学的联系最紧密、最直接,可以直观地体现节约资源和防止污染这一绿色化学的根本目的,是培养学生绿色化学观的一条非常重要的途径。为了更好地对学生进行绿色化学教育,有必要对相关实践课程教学进行创新性的改革。
首先,在保证教学效果的前提下,教师要强化绿色化学教育意识,大力推广微型实验。微型化学实验是以尽可能少的试剂来获取所需化学信息的实验原理和技术,使用无毒或毒性小的试剂替代毒性大的试剂,节约水、能源、纸张、油墨及其他实验耗材。微型实验既可节约原料的消耗又可减少实验时间,减少污染,是推广绿色化学的重要实践,且体现了绿色化学的理念[7]。如在油墨的适性和油墨配色等实验中,采用幅面小的微型印刷适性仪,实验纸张、油墨、洗版溶剂的取用量都可以减小,同时又可减少实验废水的产生,减少对实验环境的污染。
其次,要结合印刷专业特点,增设与专业内容及环境保护密切相关的实验内容,在实验原理、实验过程设计中渗入绿色化学的基本观念,达到激发学生创新思维、引导学生树立绿色化学思想观念、增强学生对环保的感性认识,如在印刷材料与适性实验中产生的油墨废液和废纸等可以积攒下来,用于带领学生做一些课题实验研究,如“印刷油墨废水的处理”、“印刷废纸脱墨”以及“再生纸的制备”等。在本科毕业设计中,带领学生做一些课题,如“环保大豆油墨的制备及适性研究”、“天然色素可食性油墨的制备”等。
再次,可通过采用多媒体技术仿真实验,对印刷实验原理、印刷设备结构、故障产生及解决进行仿真。印刷工程专业大多是上机操作实验,随着印刷机的飞速运转,不可避免地存在着大量纸张、油墨、润版液、印版等实验材料的消耗,废液、废气的排放,噪声的污染及人身安全问题,不仅给师生身体健康带来极大的危害,且对环境造成较大的破坏。同时难闻的气味、轰鸣的噪音可能会导致学生反感,失去实验兴趣,不能达到有效的实验教学目的。利用印刷模拟系统进行印刷实验课教学将是一个不错的多媒体仿真实验的选择,它是一种印刷故障学习系统,它不仅呈现在学习者面前一台虚拟的印刷机,印刷机的细部及操作面板与印刷机几乎一致,学习者可以了解印刷机的各部位结构。同时印刷故障的影响因素繁多,也造就了印刷故障具有多样性和复杂性的特点,学生难以在短时间内掌握对众多印刷故障的识别、诊断和解决能力,而印刷模拟系统能够模拟不同机型和印刷材料(包括薄膜、箔、纸张、印版以及水性或溶剂油墨)存在的数百种多样而复杂的印刷问题,印刷模拟系统的应用使得学生在脱离真实印刷机的情况下,可以根据虚拟印刷品学习快速判断印刷故障的类型、产生的原因和有效的解决方法。在模拟系统操作过程中,学生可以身临其境,犹如操作真正的印刷机,且不存在印刷材料的损耗、废气废液的产生及噪声的污染[8]。模拟实验虽然在操作上不能代替实际的上机操作而存在缺点,但其成功率高,无污染、安全可靠,趣味性强,不失为常规上机实验的有益的补充,不仅能够弥补理论教学中的疏漏,还可以增强学生对非常见问题的认识,从而提高教学质量,增进学习兴趣,同时又使那些耗材昂贵、污染环境、危害人身安全的实验变成了绿色化实验,从而实现了“零污染”和“零排放”。
4.开展形式多样的绿色化学课外活动。全面实施绿色化学教育,树立学生的环保观念,可以在学生中开展形式多样的绿色化学课外教育活动。如组织学生学习环境保护法规、参加绿色化学及环境保护治理方面的讲座。组织学生制作环保网站、环保微电影、环保海报等,通过社会调查写调查报告或环保论文,并进行比赛评优。还可利用节假日组织学生参观一些造纸、油墨、印刷厂等印刷相关企业,让学生发现问题、分析问题,在潜移默化中增强环保的意识和责任感,形成低碳生活的理念,提高自身的基本素质。
四、结语
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要想在高中化学中贯彻好绿色化学的思想,就要在教学的各个方面都要着重体现出绿色环保的意义。如教师的备课内容要与绿色化学相结合;实验教学课程的过程中要全程注意做到无害和环保;学生对化学原理的理解也都要引导其从绿色化学的角度去思考;将绿色化学与生活实践充分结合起来等。
高中绿色化学的教学模式摆脱了传统的应试教育思想禁锢。使学生不仅从中学到了化学的理论知识更提高了注重环保的思想素质。真正实现了利用化学知识为生活服务的最终目的。生活中要如何利用化工原料进行生产操作以及要如何处理产出的废物等工作都离不开绿色化学的指导。
高中绿色化学的教学目的除了使学生能够树立环保意识和在生活中学以致用外,另一个重要的方面就是使环保思想渗透于人们的日常生活中。绿色化学与传统教学的区别就在于传统教学只需要学生掌握课堂上所学的理论知识,而绿色化学则是需要学生既要掌握理论知识又要注重环境保护。
1.2绿色化学的重要影响
从高中开始就在化学教学中给学生贯彻绿色化学的思想理念,其目的旨在使人们在学生时代就知道当今的社会环境急需要快速有效的降低化学生产所带来的污染,消除化学生产中排出的有害污染物质。而这一目的可以通过对可再生资源的循环利用来逐步实现。在高中化学教学中,绿色化学思想的贯彻具有十分重要的指导作用。
通过绿色化学主要理论观点与内容和传统化学理论与方法的融合,在高中教学过程中不仅可以保证化学教学的有效进行,而且还可以使学生们充分了解绿色化学的思想理念从而做到有效的环境保护。
2、高中绿色化学的教学内容
2.1高中化学理论教学
要想在理论教学中贯彻绿色化学的思想,需要从教材中的事例入手。比如教师在讲到氮与硫的氧化物这一段时,可以举例从酸雨是如何形成的、酸雨的危害性以及如何防治酸雨这三个方面进行详细的讲解。在讲到金属知识这一段时,可以举例从金属会对人体造成哪些伤害以及如何有效开采利用矿产资源两方面进行详细讲解。使学生在事例中能够更加轻松的掌握充分的理论知识,在以后的学习和生活中也能够继续贯彻绿色化学的思想理念,从保护身边的环境、防止身边的污染做起。
2.2高中化学实验教学
要想在高中化学中贯彻绿色化学的思想理念,就要保证在实验教学的过程中原料的(可再生)选择、全过程的(绿色化)监控、实验产物的(环保化)处理这三个环节的绿色无污染。使环保理念与实验环节在课堂上紧密相连。只有实现化学实验教学的无害化,才能真正使学生们将所学到的化学理论与环保理念完美的相融合。
3.高中绿色化学教学实践
3.1充分利用多媒体进行授课
现阶段,多媒体教学随着计算机的飞速发展,已经普及到了各个学科的教学中去。通过多媒体进行教学不仅可以实现传统书本授课所达不到的教学效果,激发学生们对化学学习的浓厚兴趣,而且还可以在节约实验成本(在高中化学教学中有很多的教学实验条件比较复杂而且污染比较严重,有时无法一次性成功完成,不仅浪费原料还造成重复污染)的同时保证教学授课效果达到预期的目标。
3.2重点推行微型实验
在进行微型实验的过程中,不仅可以节约实验试剂,而且还能减少实验有害物的产生。从绿色化学的角度出发,微型实验不仅仅只是传统大型实验的浓缩版本,而且还是有效节约实验成本、保护实验环节和学生身体健康的得力教学方法。值得各个中学在高中化学实验教学中进行推广。
3.3整个实验过程的绿色化
篇10
文章编号:1005-913X(2013)01-0127-01
普通化学主要内容是以包括化学热力学和化学动力学的化学反应基本规律和物质的微观结构理论为主线,其理论性强、概念抽象,也使得学生缺乏学习兴趣以及学习的自觉性和主动性,这也增大了普通化学教学的难度。
一、增加体现化学与不同专业间的交叉性内容
在了解学生专业背景的基础上,针对具体专业特点,授课过程中在教学内容基本相同的前提下,应该对不同的专业区分对待。教学过程中既要注重对化学基础知识的讲解,又要不断引进一些与学生所学专业相关且与化学相关的科学技术发展成果,关注交叉学科的前沿、热点知识,让学生们感觉到化学实际上在他们未来从事的行业中有着重要地位和强大生命力。这样不但开阔了学生的眼界,同时提高了学生学习化学的积极性,也提高了学生的创新能力。比如给材料专业学生授课时,在沉淀—溶解平衡一章中,可以介绍用沉淀法制备纳米粉体的知识,使学生感觉到纳米材料的制备并不是遥不可及的。
二、增加与日常生活相联系的具体实例
将化学与日常生活联系起来,引入一些典型生动的具体实例;增加一些图片性、视频性的现实、热点、典型的内容。通过形象、生动、直观的日常生活中的实例和图片、短片等形式,调动学生的积极性和学习兴趣,活跃课堂气氛, 使学生在思想上产生共鸣,有利于拓宽学生的知识面,便于学生对知识的理解和掌握。比如讲解沉淀-溶解平衡时讲一下三聚氰胺毒奶粉事件:三聚氰胺促进沉淀形成,即增加肾结石的危险,尤其对于婴幼儿,每天饮食基本就以奶粉为主,含有三聚氰胺的奶粉加剧了肾结石的形成。
三、增加与中学化学衔接内容
目前中学课程进行了改革,为了拓展学生的知识面,中学化学增加了许多内容,有部分内容与大学的普通化学有重复的部分,但是又不完全相同,但是在授课的过程中,有些学生听到这部分内容时,觉得自己中学阶段已经学习过了,不重视,也不能认真听讲,这样即使是不同部分也没有引起学生的重视。因此增加中学化学与大学化学衔接的内容,便于学生能够很快的进入大学普通化学的学习系统中来,同时也能区别好大学化学与中学化学的不同点,不会产生大学化学是对中学化学简单重复性学习的观点。要特别注意化学基本概念的层层递进和铺垫过程。而对于教材中为体现知识体系的完整性而与中学教材重复的内容,教师只需交待概念, 让学生通过一定的练习或自学来进一步了解,这就首先要求普通化学授课教师了解中学化学的教学现状。比如在讲反应速率时,高中阶段用单位时间内物质的量变化表示反应速率,又进一步引申为单位时间内物质的量浓度变化,但都是用平均速率来定义的;而大学的普通化学中则主要是以瞬时速率来表示,考虑了反应进度的概念。
四、引入化学史料、化学前沿知识
借助化学史、化学重要发现、化学家故事内容,化学前沿的生动实例来说明化学在现实世界中的广泛应用,避免枯燥地讲授化学的理论知识,以减轻知识记忆方面的教与学的负担。一是让学生学起来有趣,二是让学生觉得学过之后有用,这样才能更好地调动学生的学习积极性和主动性,也有利于科学态度、辩证唯物主义世界观和良好习惯的培养。同时也可以讲一些关于我国的化学成就,使学生在求知中升华爱国主义情操。在普通化学的内容中,适当地延伸出一些现代化学的前沿领域、重大发现或目前的科研难题,让学生开阔眼界、启迪思维、激发兴趣。比如在化学动力学的教学中,可以介绍华裔科学家李远哲的分子束(离子束)碰撞器和埃及科学家泽维尔创立的飞秒化学,飞秒化学对过渡态理论有推进的作用。
五、引入绿色化学内容
绿色化学是更高层次的化学,体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用,是化学科学高度发展及社会对化学科学发展的作用产物。它的主要特点是原子经济性,即在获取新物质的化学过程中充分利用每个原料原子,实现零排放,既充分利用资源,又不产生污染。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学,从而使对环境的治理从治标转向治本。绿色化学教育是化学教育的前沿,又是化学教育发展的必然,如果要成为全面发展并具备高综合素质的大学生,就必须接受绿色化学的教育,培养绿色化学意识。在进行基础课教学时,对教学内容涉及有关绿色化学知识的方面,进行及时的、适当的知识加深与更新及思维的拓展。比如说在原电池的教学过程中,可以向学生介绍一节纽扣电池弃入大自然可以污染六十万升水,相当于一个人一生的用水,而中国每年要消耗这样的电池四十二亿只;一节5 号电池可以使一万立方米的土壤遭到污染。让学生知道绿色化学的重要性。
以上这几点内容可以融入到每一章节的理论知识的学习过程中,将理论知识与实际有机结合起来,也可以单独进行1~2节专题讲座课,使学生较为详细的了解一些先进的科学知识,还可以增加课堂讨论环节,先让学生自己去查阅相关资料然后自己来做一个简短的报告,大家再共同讨论。通过这些内容改革可以大大提高学生学习普通化学的兴趣和积极性。
参考文献:
[1] 翟林峰,杭国培,王华林. “无机化学”课程教学内容与方法改革研究[J].合肥工业大学学报( 社会科学版),2008 22(1): 94-96.
篇11
确定高中化学课程的任务,应该综合考虑社会对高中毕业生的需求,学科的发展和学生自身的发展。从社会对高中毕业生的需求来看,要求高中学生能有较广泛的适应面,既能为各行各业输送合格的就业人员,又能为高一级学校输送优秀的人才。也就是说,社会对高中毕业生的需求具有多重性。
但近几十年来,化学的发展非常快,以致有不少化学家认为,化学将是21世纪的中心学科。化学与人类、社会、科学、技术等的联系越来越紧密,与相关学科如环境科学、材料科学、能源科学、生命科学等的相互渗透也越来越强烈,化学应用于现代科学技术的研究正越来越深入,信息和资料也越来越多,每天都有大量的物质被发现或从实验室里研制出来。化学在社会生活中的重要性正日益显示出来,很难想象,一个对化学缺乏起码认识的人,能适应现代社会的生活。再从学生自身的发展来看,高中生的年龄一般为16-18岁,他们已初步形成了自己的兴趣、爱好和特长,已具有一定的概括能力,能开始辩证地思考一些化学问题,并能在一定程度上以理论作指导来分类学习一些化学知识。但对于这一年龄段刚升入高中学习的学生来讲,大部分人抽象思维困难,学得较死,常常局限于就事论事,不大会灵活应用所学的知识。在学习方法上,则往往更多地习惯于死记硬背,缺少对知识的理解记忆和独立思考。在动手能力方面则更差些。
上述诸种因素决定了高中化学课程的任务已不再是单纯地传授知识或培养少数未来的化学家,而主要是提高学生的化学素养和发展学生的个性特长,为学生将来参加社会主义建设和进一步学习打好基矗具体地讲,有以下几个方面:
(一)传授知识。在义务教育初中化学的基础上,使学生进一步学习一些化学基本概念和原理以及元素化合物的基础知识,学习一些化学实验和化学计算的基本技能,初步认识化学与人类、社会、科学、技术等的密切联系以及化学的重要应用。
(二)发展能力。培养和发展学生的能力,尤其是独立获取知识的能力、分析和解决问题的能力以及创新精神,使学生能较自觉地关心与现代社会生活有关的化学问题,如环境、能源、材料、卫生、健康等,并能运用化学知识解释或解决一些简单的化学问题。
(三)激发学生学习化学的兴趣,培养他们的科学态度和科学方法。
篇12
没有一成不变的课程任务,高中化学课程的任务也不例外。随着社会的进步、科学技术的发展,一些教育观念和价值观念会相应地发生改变,这就需要我们不失时机地调整高中化学课程的任务,以体现时代的特点和适应时代的需要。
确定高中化学课程的任务,应该综合考虑社会对高中毕业生的需求、学科的发展和学生自身的发展。从社会对高中毕业生的需求来看,要求高中学生能有较广泛的适应面,既能为各行各业输送合格的就业人员,又能为高一级学校输送优秀的人才。也就是说,社会对高中毕业生的需求具有多重性。
但近几十年来,化学的发展非常快,以致有不少化学家认为,化学将是21世纪的中心学科。化学与人类、社会、科学、技术等的联系越来越紧密,与相关学科如环境科学、材料科学、能源科学、生命科学等的相互渗透也越来越强烈,化学应用于现代科学技术的研究正越来越深入,信息和资料也越来越多,每天都有大量的物质被发现或从实验室里研制出来。化学在社会生活中的重要性正日益显示出来,很难想象,一个对化学缺乏起码认识的人能适应现代社会的生活。再从学生自身的发展来看,高中生的年龄一般为16-18岁,他们已初步形成了自己的兴趣、爱好和特长,已具有一定的概括能力,能开始辩证地思考一些化学问题,并能在一定程度上以理论为指导来分类学习一些化学知识。但对于这一年龄段刚升入高中学习的学生来讲,大部分人抽象思维困难,学得较死,常常局限于就事论事,不大会灵活应用所学的知识。
在学习方法上,则往往更多地习惯于死记硬背,缺少对知识的理解记忆和独立思考。在动手能力方面则更差些。
上述诸种因素决定了高中化学课程的任务已不再是单纯地传授知识或培养少数未来的化学家,而主要是提高学生的化学素养和发展学生的个性特长,为学生将来参加社会主义建设和进一步学习打好基础。具体地讲,有以下几个方面:
1、传授知识。在义务教育初中化学的基础上,要使学生进一步学习一些化学基本概念和原理以及元素化合物的基础知识,学习一些化学实验和化学计算的基本技能,初步认识化学与人类、社会、科学、技术等的密切联系以及化学的重要应用。
2、发展能力。要培养和发展学生的能力,尤其是独立获取知识的能力、分析和解决问题的能力以及创新精神,使学生能较自觉地关心与现代社会生活有关的化学问题,如环境、能源、材料、卫生、健康等,并能运用化学知识解释或解决一些简单的化学问题。
3、激发学生学习化学的兴趣,培养他们的科学态度和科学方法。
4、结合化学学科的特点,对学生进行辩证唯物主义和爱国主义教育,培养学生的社会责任感以及刻苦、顽强、团结合作等优良品德。
篇13
没有一成不变的课程任务,高中化学课程的任务也不例外。随着社会的进步,科学技术的发展,一些教育观念和价值观念会相应地发生改变,这就需要我们不失时机地调整高中化学课程的任务,以体现时代的特点和适应时代的需要。
确定高中化学课程的任务,应该综合考虑社会对高中毕业生的需求,学科的发展和学生自身的发展。从社会对高中毕业生的需求来看,要求高中学生能有较广泛的适应面,既能为各行各业输送合格的就业人员,又能为高一级学校输送优秀的人才。也就是说,社会对高中毕业生的需求具有多重性。
但近几十年来,化学的发展非常快,以致有不少化学家认为,化学将是21世纪的中心学科。化学与人类、社会、科学、技术等的联系越来越紧密,与相关学科如环境科学、材料科学、能源科学、生命科学等的相互渗透也越来越强烈,化学应用于现代科学技术的研究正越来越深入,信息和资料也越来越多,每天都有大量的物质被发现或从实验室里研制出来。化学在社会生活中的重要性正日益显示出来,很难想象,一个对化学缺乏起码认识的人,能适应现代社会的生活。再从学生自身的发展来看,高中生的年龄一般为16-18岁,他们已初步形成了自己的兴趣、爱好和特长,已具有一定的概括能力,能开始辩证地思考一些化学问题,并能在一定程度上以理论作指导来分类学习一些化学知识。但对于这一年龄段刚升入高中学习的学生来讲,大部分人抽象思维困难,学得较死,常常局限于就事论事,不大会灵活应用所学的知识。在学习方法上,则往往更多地习惯于死记硬背,缺少对知识的理解记忆和独立思考。在动手能力方面则更差些。
上述诸种因素决定了高中化学课程的任务已不再是单纯地传授知识或培养少数未来的化学家,而主要是提高学生的化学素养和发展学生的个性特长,为学生将来参加社会主义建设和进一步学习打好基矗具体地讲,有以下几个方面:
(一)传授知识。在义务教育初中化学的基础上,使学生进一步学习一些化学基本概念和原理以及元素化合物的基础知识,学习一些化学实验和化学计算的基本技能,初步认识化学与人类、社会、科学、技术等的密切联系以及化学的重要应用。
(二)发展能力。培养和发展学生的能力,尤其是独立获取知识的能力、分析和解决问题的能力以及创新精神,使学生能较自觉地关心与现代社会生活有关的化学问题,如环境、能源、材料、卫生、健康等,并能运用化学知识解释或解决一些简单的化学问题。
(三)激发学生学习化学的兴趣,培养他们的科学态度和科学方法。
(四)结合化学学科的特点,对学生进行辩证唯物主义和爱国主义教育,培养学生的社会责任感以及刻苦、顽强、团结合作等优良品德。