引论:我们为您整理了13篇化学反应工程发展史范文,供您借鉴以丰富您的创作。它们是您写作时的宝贵资源,期望它们能够激发您的创作灵感,让您的文章更具深度。
篇1
在化学史上,化学知识的发现过程中有着丰富的问题情境素材。这些化学知识是随着人类对世界认识的深入而不断发展变化的。在这一过程中,化学知识被补充、完善、发展或更新,成为后人探索、发现真理的阶梯和借鉴。
案例1:选修3《物质性质与结构》第一章第一节“原子结构”教学
原子结构理论发展史:德谟克利特等原子论道尔顿原子论汤姆生原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型电子云模型能量最低原理、Pauling不相容原理。
以科学家对原子结构的探索过程和原子结构理论的发展史为背景切入课题。追寻科学发展的轨迹,让学生感悟到人们对科学本质的认识,是一个由“实验事实”到“理论模型”,再经历新的“实验事实”到新的“理论模型”,不断发现、不断修正,逐渐深入接近真理的过程。化学史真实地记录了科学家发现科学事实、形成化学概念、建立化学原理和理论的艰辛过程。其中蕴含的科学思想和科学方法。是难能可贵的课程资源,对学生科学世界观和方法论的形成具有深刻的启发价值,具有潜移默化的教育功能。
2 巧用化学史,将重要的原理工业化
发展科学探索和创新精神。必须培养学生的怀疑精神、求变的态度和综合选择的能力。整个化学发展史就是一部化学先驱们不断探索、创造和发明的历史,科学探索和创新推动了化学知识进步完善的进程。
案例2:选修4《化学反应原理》第四章第三节“氯碱工业”教学
氯碱工业发展史:氯碱工业是由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的生产工业,是重要的基础化学工业之一。中国的氯碱工业历史上主要采用隔膜法、水银法和离子膜交换法等三种生产工艺。三种方法都离不开最基本的电解原理。在氯碱工业历史的轨迹中,沿着化工工程师辛苦的足迹一步一步探究着氯碱工业的最佳制法。最早使用的隔膜就是用水泥多微孔材料制成的,因此其透过性差,不能连续操作,而后改用一种由石棉纤维制成的多孔渗透性的隔膜,其性能优于前者。用隔膜法电解食盐水法生产的碱液比较稀,其中含有较多未电解的NaCl,需要经过分离、浓缩,才能得到较高浓度的NaOH溶液。而且细微石棉纤维吸入人的肺内有损健康。离子膜交换法则是利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性,以达到浓缩、脱盐、净化,提纯等目的。离子膜交换法具有传统方法不可比拟的优势。
3 巧用化学史,将重要的方法应用化
化学史有着丰富的实验情境素材,可以利用其中的资源创设良好的教学情境。
案例3:选修5《有机化学基础》第四章第二节“糖类”教学
传统李比希法测定了葡萄糖的组成:称量18.0g葡萄糖晶体,在燃烧炉中加热,其完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气,使生成的气体依次通过盛有CaCl2和盛有碱石灰的干燥管,气体全部被吸收。测得两瓶分别增重10.8g和26.4g。又测得该晶体的相对分子质量为180,由此可推断该化合物的组成。随着人们对葡萄糖的深入研究,E.H.费歇尔确定了糖的异构现象和化学性质,并合成出葡萄糖,获得了1902年诺贝尔化学奖。而现代分析方法可通过红外图谱、核磁共振图谱来研究葡萄糖的结构和物质。
教材中葡萄糖一节的篇幅较小。在教学中沿着分析葡萄糖的组成、结构、性质的历史轨迹,将有机化合物的分析方法、官能团的性质、科学探究进行有效的整合。激发学生从历史文化和科学的角度认识葡萄糖的兴趣。这种结合化学史创设的情境有利于学生知识与技能的掌握,有利于学生体会探究的方法。更重要的是学生能将所学的知识与方法应用于实际问题的解决之中。
综上所述。我们不难看出。化学史料是优质的教学资源。在中学化学教学中要开发利用好这一珍贵的资源。将教学内容进行适当的合理的有效整合,在把握教材内涵的前提下实现对教材的“二次开发”。体现“能创造性地使用教材”的新观念。使学生通过对教材内容的学习。在获得知识和技能的同时,在过程与方法、情感态度与价值观方面出得到全面和谐的发展。
篇2
摘要:针对面向非化学化工专业学生开设的普通化学教学中存在的问题,通过重点利用学生所学专业与普通化学的结合点,配合
一定的其他的课堂教学方式来激发学生学习普通化学的积极性。
关键词:普通化学;专业;交叉性
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号
一、普通化学教学中存在的最大问题的分析
目前许多大学里的普通化学基本上都是面向非化学化工专
业的学生开设的,大部分学生认为化学与自己将来的专业和就业
没有什么关系,在某种程度上致使很多学生是在被动的学习普通
化学,主要就是为了考试能够通过或者取得高分为自己的奖学金
的获得做个准备而已,而这种被动就造成了学生的学习积极性大
大降低。那么如何提高非化学化工专业学生学习普通化学的学习
兴趣就成了许多普通化学教师面临的最大问题。
二、针对学生专业与普通化学的交叉性方面采取的措施
1.了解学生所学专业
每位普通化学教师在接到教学任务后都需要首先整体了解
一下授课对象是那个系的?学哪个专业的?这样才能有的放矢,
为下一步工作做好准备。
2.深入调查收集整理学生所学专业的特点和培养目标及往年
就业去向
在了解了授课对象的所在院系和所学专业后就需要针对其
专业等信息开始进行下一步的调查工作,以我校学生所学专业为
例,比如船舶与海洋工程专业,其专业培养目标是培养船舶与海
洋工程结构物研发、设计、建造、检验、管理、教育等高层次专
门人才。该专业毕业生主要就业去向是到与船舶和海洋工程有关
的公司及国家各部委机关,以及沿海、沿江各船舶设计院、研究
所和造船骨干企业工作。再比如:核工程与核技术专业的专业培
养目标是培养能在相关领域从事核工程与核技术研究、设计、生
产、运行和管理的专门人才。就业去向主要是一些国内的核电站
和核工业的研究院。还比如:环境专业的专业培养目标是培养能
从事废水、废气、固体废弃物等污染物的防治技术研究、设计、
应用和开发工作的高级工程技术人才。本专业毕业生就业面较
广,对于我校毕业生相对集中的就业单位有各大船厂,沿海各大
型企业的水处理公司,建筑设计院等。
3.针对收集的信息寻找与普通化学授课内容相关的交叉点,
并灵活应用于课堂教学中
针对船舶与海洋工程专业的学生我们在讲电化学基础这一
章节的内容时首先就提出一个问题:大家的专业都与船舶有关,
而我们知道船体相当一部分与海水接触,海水对船体的钢铁具有
较强的腐蚀性。那么这种腐蚀在化学上属于哪种腐蚀呢?如何在
实际中采用什么样的方法来防止或降低这种腐蚀呢?这个问题
直接与他们的专业相关了,学生自然兴趣就提上来了。然后在讲
金属的腐蚀时,让学生们知道这种腐蚀是电化学腐蚀,而针对这
种腐蚀常采用的方法有:阴极保护法(又包括牺牲阳极保护法和
外加电流阴极保护法),阳极保护法,缓蚀剂法,金属表面覆盖
层等方法。有时大家去船厂会发现在船下面挂着一个铝块或者锌
块之类的东西,这是应用了哪种方法呢?还有时会看到许多工人
在船体表面进行涂装,这又是应用了哪种方法?在这些学生感兴
趣的问题的引导下让学生由被动学习变为主动学习。
针对核工程与核技术专业的学生在第一堂绪论课中就可以
给他们举一个和他们专业密切相关也是他们这个专业非常在意
的一件事:切尔诺贝利核事故。他们可能在选择这个专业时已有
耳闻这个核泄漏事故,但是对于这起事故的真正起因未必知道。
而这起事故的真正原因不是核爆炸,而是一种化学反应酿成了重
大的损失。然后给学生介绍这次事故的前因后果:在进行4 号反
应堆电能功率安全测试的过程中,操作人员有意切断了通向核心
区域的冷却水流,当然这个操作是测试的一部分,而且操作人员
在反应堆中留下的控制棒数目不够,蒸汽压很低又难以提供冷却
剂。这一系列的操作致使整个反应堆功率剧增,产生巨大的热量,
烧塌了燃料芯堆,而释放出的灼热的放射性核燃料颗粒与用作冷
却剂的水接触发生爆炸。这个过程中反应堆中用来使中子减速的
石墨起火燃烧,流到着火的石墨上的水又与石墨发生化学反应产
生氢气,氢气和空气中的氧气发生化学反应而爆炸。这个化学反
应的爆炸却掀翻了覆盖在反应堆上的钢板。可见对于核工程与核
技术人员掌握化学知识是必须的。
针对环境专业的学生而言,同样在绪论课中就可以让他们知
道化学与他们的专业是密不可分的,比如为了将普通化学主要内
容串接起来,可以给他们举个环境问题的例子:汽车因大部分使
用汽油内燃机,会产生一氧化碳和一氧化氮等有害物质污染环
境。如果我们能够让NO 和CO 在排放到大气前就反应生成N2 和
CO2,就可以大大降低对环境的污染。那么:①这个反应能够发
生吗?(即化学反应方向问题)②如果该反应能发生,那么会有
多少的NO 和CO 转化为N2 和CO2 呢?(即化学反应限度问题)
③同时我们知道对于每一个反应化学反应发生时都会伴随着吸
收和放出热量的现象,那么该反应过程中能量是如何变化的呢?
(即化学反应能量变化问题)④这个反应若能发生,这个反应是
进行的快呢还是慢呢?(即化学反应速率问题)⑤这个反应的反
应机理如何?而对于机理的分析比较复杂,首先我们需要了解物
质的微观结构的问题。(即物质的微观结构问题)。这样既可以
将普通化学的整体内容安排与实际问题的解决联系起来,更让学
生了解要解决这样的一个环境问题必须要应用化学的知识。同时
针对环境专业的学生授课时更应该增加一些绿色化学知识的介
绍。
三、其他课堂教学措施的配合
除了抓住学生所学专业与普通化学的结合点外,还要注意其
他的一些课堂教学方式,如:将化学与学生日常生活中遇到的一
些具体事例联系起来,即用普通化学学过的知识来解释一些实例
和现象;在课堂上引入一些著名化学家的人物介绍和相关一些理
论的发展史,像故事一样介绍给学生,既吸引了学生的注意力,
又加深了对基本理论知识的理解;课堂上适当设有部分课堂演示
实验和演示实验录像的环节,让学生从实验中总结出化学的基本
理论和规律,同时也让学生深刻了解化学这门学科的特点;注意
利用问题的引入来启发学生的思维空间,并且加强训练学生的归
纳总结能力,进一步强化教学效果等。
参考文献:
[1]段连运译.化学与社会(原著第五版)[M].北京:化学工业
出版社,2008:285-288.
[2]李梅,景晓燕,韩伟,朱春玲,王君.普通化学教学中绿色
篇3
1在有机反应中引入电子理论进行教学
在讲解有机反应过程和反应活性等知识内容时,引入电子理论教学,引入较为合理的逻辑概念,有利于学生对有机反应本质的理解和反应活性之间的差别。有机电子理论是用正负电荷吸引的性质,来说明化学反应的发生方式,即发生的位置和顺序,发生的难易程度。因此,它把分子中电子携带的电荷分布情况,也就是以电子密度作为基础概念来思考化学反应。电子密度的大小、增量已被量子中的理论计算和物理测定所证实,并获得化学界的承认。化学家中把这种电子密度当做类推的基本概念,广泛用于说明和理解各种化学现象。电子理论认为,分子中,电子(携带负电荷聚集的位置,即电子密度大的位置),容易与携带正电荷的试剂(亲电试剂具有吸引电子的性质)发生化学反应。反之,电子密度小的位置容易与携带负电荷的试剂(亲核试剂,具有排斥电子性质的一方)发生化学反应。利用电子理论能够轻而易举的解释有机反应中的离子型反应,而我们大学有机化学的教学当中,大部分反应是离子型反应,如亲电加成反应、亲核取代反应、亲电取代反应、亲核加成反应等。当然电子理论的理解有一个过程,学生在刚开始接触的时候很难理解电子密度的概念。在教学过程中需要逐步为学生打下一定的物理基础,如电子-电子云-电子密度等概念,使学生能够从微观的角度、物理的角度去理解有机分子、有机原子,同时强化电负性、诱导效应、立体效应、共轭效应等概念,让学生从高中学习化学的思维中转变过来,使用一种全新的有机化学微观思维方式来理解反应为什么发生、为什么在这个位点最容易发生、反应活性变化等现象。从而从本质上理解反应,在以后的学习和工作中能够举一反山,真正达到学习有机化学的目的。
2在课堂中引入化学史教学
在有机化学中有大量的人名反应,每个重要反应的发现过程都是一个传奇,里面闪耀着人性的光辉,科学家对真理的孜孜不倦的追求。比如第一堂绪论课中讲解有机化学的发展史,介绍维勒伟大的工作-尿素的人工合成,以及维勒和伯者里之间的故事,他们的书信往来-关于尿素人工合成的探讨,展现了维勒治学严谨、坚持科学真理的品质。在讲解卤代烃这一章时,一定会介绍格式试剂,介绍法国化学家格利雅的生平,向学生介绍他突然发奋图强,并在几年后在科学界做出了巨大的贡献,因此一个人无论什么时候努力都不晚。鼓励学生,特别是高考发挥失常的学生,一定要振作,调整心态,大学不是人生的结束,而是人生的开始,只要在大学期间认真为了自己的理想,不断努力,一定会取得很好的成绩。在学习芳烃这一章节中,讲解F-K反应时,引入法国化学家傅里德里和美国化学家克拉夫次之间国际合作研究以及科研工作无穷的魅力,激发学生对科学的热爱,对真理的崇敬和追求。在讲解硝基化合物这一章节时,可介绍诺贝尔的事迹,他那种无畏的追求真理的精神和崇高的人格。总之,在有机化学各个章节中,传插介绍有机化学史的内容有助于提高学生的综合素质,鼓励、激发学生对科学知识的学习热情,对真理的追求,学习化学家们各方面的优秀品质。
3在课堂中引入安全概念
很多有机化合物性质活泼,在处理它们的时候需要特别注意。安全在有机化学课堂中非常重要。很多学生听说有机化学具有一定的危险性,但是理解的不深刻。对于学完一门有机化学课程的学生来说,他必须建立一定的安全意识,知道它们的危险性并能够正确的处理,这是有机化学素质的一个重要表现。因此,笔者认为有机化学教师在有机化学课程上,要不失时机地介绍化合物安全性方面的知识,使学生能够建立安全意识,也有助于他们以后走上工作岗位之后能够正确合理的处理一些突况。比如,在讲解正丁基和叔丁基的性质不同时,可介绍两种化合物,正丁基锂(n-BuLi)和叔丁基锂(t-BuLi),介绍它们的性质差别,正丁基锂很活泼,不能接触空气,需要惰性气体保存,在使用的时候也有特殊的要求;但是叔丁基锂更加活泼,它遇到空气直接燃烧,处理时要非常小心。在讲解醇时,醇能够与金属钠发生反应生成氢气,反应温和,但金属钠与水的反应非常剧烈,因此可以提问,如果实验室当中有过量的金属钠需要处理,我们该怎么办?可以用水处理吗?可以倒入垃圾桶吗?该怎么办呢?最后给出合理的方案,可以在空旷的水泥地上,让金属钠与过量乙醇发生反应,反应温和。大多数有机化合物容易燃烧,易燃易爆,因此要避免火源,在学生的头脑中不断的灌输这样的理念。
4板书与计算机教学相结合
使用计算机(ppt)进行教学的时候,信息量大,对教师来说比较方便,但是也存在一定弊端。比如反应方程式放的太快,并不适合有机反应方程的学习,以及有机化学机理的讲解,反应过程的讲解。在我们有机化学教学实践中发现对反应过程、反应机理的讲解还是使用传统的板书教学较为合适,板书教学灵活,细致,可以把教师需要讲解给学生的每一个细节步骤都表现出来,板书的过程就是教师教学的思路过程,速度相对缓慢,学生通过看教师板书,记笔记等方式跟上老师的思路和教师步骤,相对而言更容易掌握复杂的化学过程和反应机理,教学效果较好。
5结束语
在有机化学课程上,通过这样的课程设计和教学方法改革,学生通过理解而不是死记硬背掌握众多的有机反应,从本质上理解反应,从而在以后的学习工作中能够举一反三,达到真正学习的目的。同时化学史有助于提高学生的学习兴趣,并从化学家们的身上学到更多宝贵的品质,引导他们去阅读更多化学家的传记,拓展学习内容,提高综合素质。安全意识教育在有机化学中非常重要,在有机化学课程中不可忽视。
参考文献
[1]黄冠,郭勇安,周红,等.有机化学教学与实践改革的思考[J].化工高等教育,2007,5:14-17.
[2]袁霖,张敏,袁先友,等.制药工程专业有机化学教学改革探索[J].广州化工,2011,39(6):163-166.
[3]方方,吴培云,朱业宝,等.药用有机化学本科教学实践与教学体会[J].广州化工,2010,38(4):230-232.
[4]郝文博,景德生,车文实.制药专业有机化学教学的研究与实践[J].大学化学,2012,7(6):21-33.
[5]王峰.食品专业有机化学教学中案例运用[J].广东化工,2013,40(21):168-169.
篇4
二、根据教材内容的特点,进行辩证唯物主义教育。
化学知识中蕴藏着丰富的唯物辩证法。结合化学教学的具体内容向学生进行辩证唯物主义教育,有利于学生形成科学世界观,有助于学生能力、特别是认识能力和学习质量的提高。在化学教材中许多物质的组成、结构、性能、变化、关系、量变与质变、吸引与排斥、宏观与微观、动态与静态等等充分反映了唯物辩证法的基本规律,通过教学对学生进行辩证唯物主义思想观点的教育,增强学生对客观世界的物质性这些唯物主义观点的认识而自觉地把握物质的特性。例讲元素分类时,指出元素有金属和非金属之分,它们的氧化物又分为碱性氧化物和酸性氧化物等,它们的氧化物水化物又分别是碱和酸,从而形成无机物中相对立的两大体系,这两大体系之间相互作用(也就是矛盾斗争)结果形成盐,而盐则是在新的形态下的对立统一体。辩证唯物主义的许多原理在化学教学中得到体现。利用化学常识对学生进行世界物质性的教育。如:人们往往在坟地看到忽明忽暗的火光,就认为那是什么“鬼火”,通过化学课的学习使学生认识到那是人的骨骼中的一种成分一一磷,所引起的自燃现象。通过对元素族物质性质递变性的教学,对学生进行量变到质变规律的教育。如:卤族元素,随着核电荷数的增大,卤族元素音质的状态从气态到液态再到固态;颜色从淡黄绿色到黄绿色再到深红棕色及紫黑色;从化学性质上,也表现出随着核电荷数的增大,与氢气、水等反应的条件既越来越苛刻,生成物的稳定性又越来越弱等。通过这些知识的学习,使学生认识到质变是量变的必然结果。最后,通过化学教学对学生进行物质是相互联系的和物质是运动的观点教育。如:质量守恒定律告诉学生,物质既不能创造,也不能消灭,只能从一种形态转变成另一种形态。在一个化学反应中,反应前后物质的种类不同,但各物质的质量和相等,即不发生变化。又如:氮在自然界的循环变化,也说明了物质的相互联系和运动。氮以自然界中的单质状态被植物所吸收,转化成铰一一化合态的氮,又被分解,重新变成单质,返回到大自然。
篇5
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.016
STEM教育是当前国际上颇具影响的教育思想之一。STEM是科学( Science)、技术( Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的简称,强调多学科的交叉融合,将四门学科内容组合形成有机整体,削弱了这四门学科中传统的学习障碍,促使学生综合运用多种学科知识,以更好地培养学生的创新精神与实践能力[1]。将STEM理念融入中学化学教学中,使学生不仅获得与科学、技术、工程和数学等相关的知识;还能与真实世界建立联系,将科学教育和当前的社会生产生活等紧密结合,充分理解科学、技术、工程与数学之间的交互关系,为提高学生综合素养及全面发展打下良好基础。[2]
一、教学目标分析
“人工固氮技术――合成氨”选自人教版高中化学选修2《化学与技术》第一单元中的内容,该课题涉及了“合成氨的反应原理”“合成氨的基本生产过程”“合成氨工业的发展”三部分内容,在此基础上,本节教学设计又增加了“探索合成氨的最佳条件”。合成氨工业是重要的化学工业之一,对生产和生活有着重要意义,同时氮气、氢气合成氨的反应也是在必修教材中学习到的一个重要的、典型的平衡体系。在本课学习中,学生既可以联系原有知识和生活实际来学习合成氨的工业制取,又可以从STEM的角度进一步探讨工业合成氨生产中涉及的STEM要素。因此本课题是一节将学科知识和生产实际相结合的重要内容,是充分渗透STEM理念的一节内容。围绕“人工固氮技术――合成氨”的内容,从STEM四个维度出发,制订教学目标如下:
二、教学设计思路
本节教学设计以“任务为主线,教师为主导、学生为主体”的教学方式呈现,教师在某一种教学情境下提出问题,将STEM学科知识整合到某一化学核心任务中,学生以小组合作的方式运用STEM四方面的知识思考、讨论与交流,从而解决化学问题,并最终获得相应的科学知识。学生在解决问题的过程中,教师发挥指导、检查、监督、和评价作用。[3]
在本节教学中,教师以氮气和氢气在一定条件下合成氨的反应为指导,引导学生应用化学平衡理论与化学反应速率理论尝试考虑化工生产合成氨的适宜条件,同时从材料、设备、成本、环境等方面考虑实际生产中的最佳条件;从制备合成氨的原料气、原料气的净化、氨的合成与分离等过程中熟悉工业生产过程中常用的操作与技术;从合成氨的工业发展中了解最新的工业改进技术,提高环境保护的意识。在此过程中,将STEM理念渗透到整个课堂教学中,充分调动学生积极性,使学生意识到化学总是与科学、技术、工程及数学紧密联系的。具体的教学设计思路如图1所示:
三、教学过程
任务一:合成氨的反应原理
[投影]PPT展示氮在自然界的循环图。
[教师]从氮在自然界的循环图可以看出,含氮化合物对人类生活有着十分重要的意义。含氮化合物除了用于制造染料、油漆、炸药、人造纤维等,最主要的一大用途就是用于农业化肥的生产。氮是植物生长不可缺少的元素之一,农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物,为了补偿土壤中减少的氮,必须施加氮肥。而农业上使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及各种含氮混合肥料和复合肥料,都是以氨为原料制成的。
[提问]请结合《化学1》“氮及其化合物”知识想想合成氨的原理是什么?哪个小组的同学愿意上黑板写一下合成氨的化学方程式?
[学生]回忆并思考,写出化学方程式:
N2+ 3H2[?][高温・高压][催化剂]2NH3。
[投影]合成氨反应是一个可逆反应:3H2(g)+N2(g)[?]2NH3(g)。已知298K时,ΔH= -92.2kJ/mol,ΔS= -198.2J/K・mol,请根据自发反应进行的判断依据考虑,298K时合成氨反应能否自发进行?
[学生]计算得出ΔH-TΔS
设计意图:以氮在自然界的循环图引入,一方面使学生认识到氮及其化合物对人类生产生活的重要意义,一方面使学生认识到农业、工业上所用含氮化合物大部分是以氨为原料制成的,突出合成氨工业的重要地位,自然而然引出本节课学习内容。学生通过回顾《化学1》涉及的氮及其化合物的相关知识,对合成氨工业的基本原理能够熟练掌握,并学会利用数学思维对可逆反应是否自发进行判断,从而突出化学作为自然科学中的一员,其基本知识及原理对解决工程问题的重要指导作用。
任务二:探索合成氨的最佳条件
[讲解]分析得很不错,看来同学们学以致用的能力很强。接下来请同学们以小组为单位,结合这个表格中的相关数据,根据影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析讨论合成氨工业适宜的反应条件,每个小组派一名学生给出你们小组的讨论结果。
[投影]合成氨平衡混合气中氨的体积分数(原料气中氮氢体积比为1∶3)随温度(T)、压强(p)的变化情况。
[小组学生]积极投入到小组讨论中。根据表格中的数据可以看出,反应达到平衡时平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而降低,随着压强的增大而升高。这是一个放热、气体分子总数减小的反应,因此增大压强,降低温度将有利于氨的合成。
[投影]根据这个小组回答选择合成氨的条件时,是不是压强越高、温度越低越好?在实际生产中怎样选择合成氨的最佳条件?
[学生]不是。压强太高,对设备要求越高,会增加建设投资和生产成本,温度过低,反应速率太低,耗时间,不利于生产。
[教师]不错,这个小组同学分析得很到位。在实际生产过程中,压强越大,对设备的材料质量和制造水平的要求越高,能量消耗也增加,从而增加建设投资和生产成本;如果采用较低温度,虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量,但温度过低,反应速率太低,需要很长时间才能使反应达到平衡状态。因此需要根据实际情况选择适宜的压强跟温度。此外为提高反应速率还需要加入催化剂,而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性,目前,合成氨工业普遍使用以活性铁为主的多组分催化剂,又称铁触媒。铁触煤在500℃左右活性最大。综合考虑以上因素,实际生产中合成氨的适宜条件是温度在500℃左右,压强在20~50 MPa之间,并以铁触媒为催化剂。
设计意图:学生通过观察氨含量随着温度、压强数据的变化而变化的图表,利用化学反应速率及平衡思想分析合成氨工业所需适宜条件,培养学生利用数学思维分析化学、工程问题。同时以学生的答案为出发点,设问“是不是温度越低、压强越高越好?”从而引导学生从生产实际出发,考虑产率、设备、投资、成本等一系列工程问题,体会到光靠化学基本原理解决实际工业生产问题远远不够,还应具备与工程、技术等相关知识,明确理论联系实际的重要性。
任务三:合成氨的基本生产过程
[投影]PPT播放“合成氨――从实验室到工业化生产”的科学史话及相关装置图。
[提问] 通过刚才播放的科学史话可以看出任何一项简单的过程都经过科学家们的不断探索与实践,请同学们结合刚才的科学史话并阅读教材内容,概括合成氨都需要经历哪些生产过程。
[学生]合成氨的基本生产过程主要有三个步骤:一、制备合成氨的原料气;二、原料气的净化;三、氨的合成与分离。
[教师]概括很正确。要实现合成氨的工业化生产,首先要获得合成氨的原料气,空气中有充足的氮气,可以通过液化空气再蒸发分离出氧气获取氮气,那么要通过什么工艺和技术来获取氢气呢?老师有以下几种方案,你认为哪种方案是最佳选择?请从资源、能耗、成本、设备、环境等方面综合考虑。
[投影]氢气的制取方案:
方案一:电解水制取氢气。
方案二:由煤或焦炭制取氢气,原理为C+H2O[=]CO+H2。
方案三:由天然气制取氢气:CH4+H2O[=]CO+3H2;由煤或焦炭、天然气制氢气过程中产生的一氧化碳与水蒸气反应:CO+H2O[=]CO2+H2。
[学生]我认为第三种方案是最佳选择。电解水制氢气消耗大量电能,成本高,不适用于制取大量的氢气;利用煤制取氢气投资高、能耗高,且副产物污染环境;天然气易获取,成本低、能耗也低,且便于管道输送。因此选择天然气制取氢气相对来说比较好。
[教师]很好,考虑得很全面。不错,从20世纪50年代起,天然气已成为世界上合成氨的主要原料。但由于我国煤资源储量大,分布地区广,目前还有许多工厂仍然以煤作为合成氨生产的主要原料。制备好原料气后,还需将原料气进行净化处理,以除去制备原料气过程中产生的CO、CO2、O2、H2S等杂质气体,一是为了得到纯净的原料气,二是为了减少对空气的污染。
[投影]合成氨生产简易流程图和合成塔内部构造示意图。
[教师]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压,进入氨合成塔,氮气与氢气在高温、高压和催化剂的作用下合成氨。请同学们根据这张图思考如何从合成塔出来的混合气体中获得我们需要的氨气呢?剩余的氢气与氨气去哪了?
[学生]认真观看图片,思考并交流。为得到氨气,需将混合气体中的氨冷却使其液化,然后分离出来,剩余的氢气与氨气重新送到合成塔继续反应。
[教师]很好,观察、分析得很到位。老师再补充一点,液化氨时要经过冷凝器,分离出来的其他气体需经过循环压缩机,再送到合成塔,同时不断向合成塔补充新鲜的原料气,这样氨的合成就形成了一个循环流程,使氮气和氢气得到充分利用。
设计意图:学生认真观看播放合成氨的科学史话,在学习知识的同时感受合成氨工业的发展历史,知道每项工业生产过程都需经历漫长的探索与实践,从而体会科学家们持之以恒,严谨求实的科学精神。通过获取氢气的方案筛选,一方面学生了解了几种制取氢气的基本技术手段,一方面学生也学会从能源、能耗、成本、设备、环境等多方面综合考虑获取氢气的途径,从而选出最佳方案。获取氨气利用液化分离技术,剩余原料气循环利用等都是化学工业上重要的科学技术手段,有助于学生理解化学知识在改进技术、促进社会发展的重要作用,促进学生科学素养、技术素养的提高。
任务四:合成氨工业的发展
[教师]目前为止,我们学习了合成氨的反应原理、适宜条件的选择以及合成氨的生产过程,自1913年世界上第一座合成氨厂投产以来,合成氨工业不断发展,我们学习的只是合成氨知识库中的冰山一角。假如你是一名合成氨工厂的厂长,为了更好地发展合成氨工厂,你还具备合成氨的哪些知识?
[学生]合成氨的发展史、原料气的净化工艺和技术、催化剂的改进、合成氨工艺所带来的环境问题……
[教师]看来同学们对合成氨的知识很感兴趣,现在老师请一位同学上讲台利用多媒体网络搜索关于合成氨的相关知识,然后与大家一起分享。
[学生]输入关键字“合成氨”,有图2链接,输入“合成氨原料气净化”有图3链接。
[教师]这位同学演示得非常好,请同学们课后就工业合成氨这部分内容,挑自己感兴趣的模块进行网络搜索,每个小组同学挑选一个模块进行搜索整理,然后小组与小组同学之间交流分享。
[教师]现在请大家回忆一下合成氨的生产过程,实际上我们忽略了在生产实际中最重要的一个环节,大家猜猜是哪个环节?大家可以联想我们在实验室制取对环境有污染、有毒物质时所进行的最后一步操作。
[学生]尾气处理与回收。
[教师]不错,这位同学反应很快。随着环境保护意识的增强,合成氨生产过程中产生的废渣、废气、废液的处理越来越成为技术改造的重要问题。
[投影]尾气处理与回收是工业生产的最后一个环节,也是本节课最后的学习内容,请同学们结合教材相关内容填写以下表格。
[学生]认真翻阅教材,与小组同学交流讨论得出答案。
设计意图:学生扮演合成氨工厂的厂长,考虑还需具备哪些关于合成氨的知识,积极踊跃发言,通过角色扮演,使学生认识到知识是无穷无尽的,需要不断努力充实和丰富自己的知识库。课堂上学生亲自上讲台进行网络搜索有关合成氨的知识,给了学生展示自己的机会,鼓励学生学会熟练运用现代信息技术,培养了学生获取信息、筛选信息的能力,为进一步提高学生科学素养、技术素养打下基础。尾气处理与回收使学生意识到工业生产中不仅要关注经济效益,还应关注环境的保护,资源的合理使用,将可持续发展理念渗透到每一步。
四、结语
本节教学设计以任务为中心,将工业合成氨分为四项任务,每项任务以问题为情境线,将STEM理念渗透其中。任务一以化学基本知识与原理为科学依据,利用数学表达式,通过计算判断某一特定条件下合成氨反应是否自发进行;任务二通过表格数据分析合成氨的适宜条件,在此基础上又结合工业生产实际,从设备、成本、经济效益等方面探索合成氨的最佳条件;任务三从能源、能耗、环境、成本等方面考虑选择获取原料气的最佳方案,从合成氨的生产过程中理解所包含的技术要素,了解合成氨生产过程中的基本装置和流程;任务四通过角色转换,让学生自己思考需要掌握的合成氨的知识,利用计算机技术收集信息并与同学分享,最后通过尾气处理与回收使学生意识到环境的保护、资源的合理使用等也是工业生产所考虑的重要因素。从整个教学活动中不难看出,科学、技术、工程、数学四个领域并不是孤立存在的,而是相互支撑、相互促进的。学生通过小组合作交流的方式,在教师的指导监督下对四项任务一一解决,极大地调动了学生学习化学的兴趣,增强了学生的团队协作意识,提高了学生的综合素养。STEM是科学教育的重要趋势,将STEM理念融入中学化学教学中,可以更好地为中学化学课堂教学服务。
参考文献
[1] 余胜全,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究,2015(4):13-14
[2] 丁杰,蔡苏江,丰光.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究[J].开放教育研究,2013(2):41-43
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二、虚拟仪器的技术支撑和特点
硬件是虚拟仪器的基础,软件是虚拟仪器的核心。计算机主要完成数据处理和结果显示。硬件接口电路主要完成被测输入信号的采集、放大、模/ 数转换。根据构成虚拟仪器的接口总线不同,主要分为基于通用接口总线gpib 的仪器系统、基于数据采集卡的虚拟仪器系统、基于vxi 总线仪器实现虚拟仪器系统、基于pxi 总线仪器实现虚拟仪器系统、基于串行口仪器的虚拟仪器系统和基于现场总线设备的虚拟仪器系统等类型。软件可定义仪器的功能图。虚拟仪器系统的软件结构从底到顶层分为仪器i/o 接口软件、驱动程序和应用软件3 个层次。
虚拟仪器作为新型的仪器种类,主要具有以下几个特点:首先,技术和接口技术,具有方便、灵活的互联性,可方便地同外设、网络及其它应用连接。其次,开放式体系结构,缩短系统开发周期。虚拟仪器开放性构成方式,使其具有灵活性和功能的可重构性,可使用户提高重复利用率,缩短系统组建时间,降低开发费用。最后,“软件就是仪器”,仪器功能由用户定义。虚拟仪器系统中,软件是整个仪器的关键,用户可以根据自己需要定义仪器的功能,通过修改软件,很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模,打破了传统仪器有厂家定义、用户无法改变的模式。
三、虚拟仪器在化学工程领域中的应用
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助客户创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是ni近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。它在化学工程领域的应用有以下几方面:
虚拟仪器可以应用在化工过程控制领域中、是由化工领域中以及化学工程模拟领域中。虚拟仪器可以对化学反映系统中的各个参数进行实时的检测,还能通过参数的检测来调整和控制各项参数,以更好地确保化学反应的正常进行。在化工过程控制领域中的应用有很多,例如,东南大学的王晓等人通过基于labview开发平台的虚拟仪器开发了换热器试验装置测控系统,这个系统有很多功能,包括对各项参数的检测、记录,同时还能对这些参数进行分析和调节,基于此,应该加强对该系统的研究和推广,使其在更多的领域得到应用。石油化工领域中也经常需要运用到虚拟仪器,通常是将计算机技术和虚拟仪器结合在一起进行应用。在这方面的应用实例有:通过虚拟仪器,对石油管道的压力进行监测,来判断石油管道在运行过程中会否出现泄漏现象。化学工程模拟,实际上是通过建立化工过程的一系列数学模型,然后根据标准的条件要求以及各项参数,利用计算机,对这些模型进行计算,并根据计算的结构模拟出整个化工过程中所发生的行为。在化工领域中,如果要使用一种新的仪器或者是使用一项新的工艺,需要先依靠计算机对这些仪器或者工艺进行模拟,得到一系列数据,并鉴定其可靠性。虚拟仪器在化学工程领域中的应用,使得整个过程的各项参数判断更加具体和直观,有利于判断其对于工程的影响。这方面的应用实例也有很多,例如,新疆大学的付志新等人开发出了一套基于全混流反应器的模拟系统,并且模拟计算了其中的不可逆的放热反应。
五、虚拟仪器的发展趋势和光明前景
虚拟仪器还可广泛应用于航天航空、军事工程、汽车、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗等很多需要高性能测控设备进行科学分析的场合。例如,利用虚拟仪器系统可以开发复杂的汽车驾驶室模拟仿真系统,汽车abs 传感器功能测试系统;可以测试飞机飞行过程中的噪音,进行飞机发动机测试,飞行控制系统测试;可以用于电力参数的测试,构建电力测量控制系统;可以用于开发内燃机测试系统,等等。
自从虚拟仪器出现以来,其技术也不断发展和成熟,逐渐向着图形化这一开发平台中的更强适应性、更高级别的硬件模块以及更符合标准的驱动程序等方向发展,而该平台自身的不断完善和发展也是促进虚拟仪器技术不断发展和提高的重要保证。同时,怎样缩短用户的学习时间和学习量,就能确保其进行具有强大功能虚拟仪器的使用,怎样让用户轻易地对该模拟系统中得到的结果进行判断,或者如何确保用户采用一些系统构成比较简洁的虚拟仪器来对复杂的内容进行测试,都是虚拟仪器在未来的发展中需要解决的问题。
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一、注重医学发展史教育,培养医学道德
医学史多是医学类院校的第一课,俗语说:良好的开端是成功的一半,因此,医学史的教学是必然。医学史,是又称医疗史或医药史,是历史学的一个分支,以疾病经验及其对应手段为研究对象。二十世纪初期的医学史,大多由医生所撰写,强调医学技术的进步与突破。近期的医学史,则强调病人的经验,以及不同时代或文化对身体和疾病认知的差异。期间共经历过三次卫生革命:第一次卫生革命以传染病、寄生虫病和地方病为主要防治对象,社会卫生策略主要是国家制定卫生措施,研究有效疫苗,推广广泛免疫接种计划,推行消、杀、灭等综合性卫生措施,使急、慢性传染病的发病率和死亡率大幅下降,平均期望寿命得以延长;第二次卫生革命则是以慢性非传染性疾病为主要防治对象,主要是心脑血管系统性疾病、恶性肿瘤、意外伤害、精神病等。社会卫生策略主要是发展早期诊断技术、增强治疗效果,并不断强化疾病的监测,提倡广大市民建立健康的生活行为方式,即不抽烟、不酗酒、不吸毒等,随之也提出了合理营养与体育锻炼等综合性的卫生措施,降低慢性非传染性疾病的发病率和死亡率。第三次卫生革命以提高生活质量,促进人类健康长寿为目标,社会卫生策略更加注重健康促进策略,且涵盖了决策指挥系统,新型公共卫生体系建设,预防控制系统,执法监督系统,应急预警系统,医疗救治系统和后勤保障补给系统等,以合力保障社会群众的生命健康。
后医学时代(WHO言论)认为:“未来死亡率的下降是大部分靠非卫生部门的努力来实现的,防治心血管病、癌症等需要依靠社会行为措施,并树立医师是改变人类行为的工程师的概念,从而实现人人享有卫生保健(HFA),保障人人健康。”
二、重视基础性课程教育
医学教学与工作中常使用到分析化学、生物化学、有机化学等基础性学科,学习效果直接影响到学生日后工作的效果。医用化学作为面向非化学专业医学类学生的公共基础课,对于提高学生的综合素质有着重要的作用。这就需要教师首先要备好课,刻苦钻研教材,精心设计教学过程,使抽象、难懂的知识变得浅显易懂、生动有趣。教师在备课时应多参考些相关教材,并进行分析比较、归纳总结,避免片面偏颇。在解释问题时,注重对知识的条理化、将文字转化为生动的语言,便于学生理解和记忆。如:物质的结构与其化学性质有着必然的联系,从其化学键的性质及其官能团的性质推测其可能发生的化学反应。又如:能发生水解反应的物质有:氯代烃、酯(油脂)、二糖、蛋白质(肽)、盐等;能被氧化的物质多为含有碳碳双键或碳碳三键的不饱和化合物、苯的同系物、醇、醛、酚等,大多数有机物都可以燃烧,燃烧都是被氧气氧化;能使蛋白质变性的物质有强酸、强碱、重金属盐、甲醛、苯酚、双氧水、碘酒和三氯乙酸等物质。
教师在讲课过程中,应采取精讲与粗讲互搭的方式,突出重点。精讲部分要求学生必须掌握,讲课时教师的思路一定要清晰,如较难理解的共轭效应,应采取由浅入深的方式,从回顾1,3-共轭二烯开始,并讲述共轭双键的电子云分布及轨道重叠情况,由于形成共轭二电子离域,键长、电子云密度分布平均化,电子效应导致其能发生1,4-加成,由1,3-共轭二烯再引申到含较多共轭键的卤代烯分子,讲共轭效应对其的影响,之后讲含有羰基的共轭体系,电子云密度的改变按交替方式传递至共轭链的另一端。最后讲苯环上共轭效应的传递情况,而不是简单地只讲述卤代烃的共轭。
三、培养关注医学化学新动态的热情
治学大师朱熹说:“无一事而不学,无一时而不学,无一处而不学,成功之路也。”罗曼·罗兰说:“成年人慢慢被时代淘汰了,最大原因不是年龄的增长,而是学习热忱的减退。”同志也曾语重心长地说:“情况是在不断地变化,要使自己的思想适应新的情况,就得学习。”学习是人们建功立业,实现远大理想的有效途径,也是一个人获得成功的公开秘诀。郑板桥作画“四十年来画竹枝,日间挥写夜间思;冗繁削尽留青瘦,画到生时是熟时”。正是这种日复一日、年复一年的勤学苦练,才使他的画艺达到炉火纯青的地步。对医学化学发展动态的关注是保持学习热情的重要方式之一,例如生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究,进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前,正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜,以及其他物理学、化学技术,对重要的生物大分子(如蛋白质、核酸等)进行分析,以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。近年来,酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容是生物化学的热点研究问题。再例如对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究,有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面,磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域,如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代,再加上各种疫苗的普遍应用,使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合,产生了医学生化的许多领域,如:研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学,以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学,与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。
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1、可激发爱国热情我国古代的“四大发明”曾被马克思称为“科学复兴的手段”。在商代甲骨文中就有世界上最早的日食、月食和新星的记载。周代已用圭表来确定季节,用漏刻来记时。东汉的张衡设计制造了浑天仪、地动仪等,钱三强、何泽慧发现了原子核三分裂,我国原子弹、人造卫星、超导研究、正负电子对撞机等伟大成就,都可激发我们的自尊心、自豪感和爱国热情。
2、可启人心智把物理学发展过程的史实与物理学内容结合成有机整体,阐明科学家间的质疑及争论,进而引出重大发现,并突出他们所用的科学思维方法及解决问题的关键,可给人以启发和精神享受,从而使缺乏物理知识的学生,从中学到一些基本物理概念,并激发进一步学习的兴趣;对已掌握物理教学内容的学生,也能从中了解物理学的发展过程,进而使已掌握的知识得到深化,融会贯通。
3、启迪领会方法论物理学史说到底是一部人类对自然的认识史。通过人类认识物理世界真实而令人兴奋的探索历程,可以感受到物理大师们用有效的方法一步一步地揭示出物理奥秘时,那种科学创造的与激动,并受到研究方法的熏陶。那些在物理学发展的关键时刻处在前沿和十字路口的物理学家们,都有自己独特的思路和研究方法。“近代科学之父”―伽利略创立的科学实验方法,改变了以直观感觉或臆想为基础的思辨方法,他将数学作为描述自然的语言,使自然科学迈进定量表示的阶段。麦克斯韦通过对稳定理想流体场、热流场和静电场的类比,找到了对法拉第力线图景的数学描述……这些举不胜举的创造性工作中所显示出来的种种绝妙的方法,都会给我们以极其深刻的启示,有助于我们正确设计自己和科学对待自己,从而有利于提高创造性思维能力。
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化学发展史是对学生进行爱国主义教育的好素材。教学时,应确定好知识传授与德育的最佳结合点,潜移默化地自然渗透,达到“润物细无声”的境界。需要指出的是,为使爱国主义教育做得更有成效,要注意收集有关化学的新成果、新进展,以不断充实爱国主义教育的内容;爱国主义教育除了在课内进行外,还可以通过参观、讲座等多种形式进行;在化学教学中,还要加强化学与社会、化学与人的关系的教学,使学生了解化学与现代社会的关系,培养学生的社会责任感和科技意识。
教学中,结合教学内容适时穿插和渗透一些现代社会面临的、急需解决的重大问题,如淡水资源的危机、主要能源(煤和石油)的危机、环境污染(臭氧层破坏、温室效应、酸雨等)等。在教学“NO和NO2是污染大气的重要污染物”时,可介绍这些氮氧化合物受日光紫外线的照射后,发生一系列光化学反应,形成烟雾污染事件。培养学生形成爱护淡水资源节约用水的观念、防止污染保护良好生态环境的观念、节约能源合理利用现有能源的观念。
二、养成良好的思维习惯,学会科学的思维方法
“学习本身最根本的任务是学会怎样学习,学会怎样思维。”化学教学中能力的培养主要包括观察能力、实验能力、思维能力、自学能力等的培养,而发展思维能力是能力培养的核心。
在教学中,应使学生养成良好的思维习惯,学会科学的思维方法,诸如求同思维、求异思维、逆向思维和联想思维等。求同思维是教学中常用的思维方式,求异思维是一种创造性思维,要求学生对同一材料从不同角度、不同形式、不同耦联关系去探索结论。因此,在化学教学中应注重加强这方面的训练。培养学生的求异思维,应做到对一式或一题要多思、多变、多解,才能使学生的思维不局限于某一固定思维模式之中,受思维定势的束缚,表现出思维的灵活性、变通性和发展性。
三、增强应用化学知识解决实际问题的能力
知识的积累、智力的发展、能力的提高,重要的是在于应用。学生的化学素质不仅在于其掌握化学知识的多少,也不仅仅在于其能解多少化学难题,更重要的是看他能否运用化学知识去理解、解决生活中的化学问题,以及能否学习新知识以适应社会发展的需要。因此,在化学教学中应紧密联系生活、生产、科技等方面的知识,训练学生应用化学知识解决实际问题的能力。
首先,让学生从解释身边化学现象、处理身边化学问题做起,引导学生用所学知识去观察生活、解释生活中的化学现象,处理一些生活实际中的问题。
其次,尽可能多地让学生了解化学对现代社会的影响,了解化学在现代科学技术、生活中占有的重要地位。从电子计算机、生物工程、新材料、新能源、空间技术、海洋工程等领域,撷取富有知识性、趣味性的材料,扩大学生的科学视野,激发他们的求知欲,增强他们应用化学知识了解自然、了解社会、促进社会发展的自觉性。
四、培养学生的创新意识和创造精神
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1、引言
切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一, 它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。然而随着现代制造技术的发展,各种新型难加工材料在产品中的大量应用,传统的硬质合金刀具已难以满足生产需要,而作为新型切削材料的陶瓷刀具由于具有高耐热性、耐磨性、化学稳定性等特点,因此陶瓷刀具在切削加工中扮演者越来越重要的角色。
另外,从资源方面考虑,陶瓷刀具的原材料也远远丰富于传统合金刀具。总所周知,硬质合金刀具含有大量的W、Co 等战略性贵重金属, 并且这些贵重金属在地球上市有限的,而且是不可再生资源。而陶瓷刀具的主要原料是Al2O3和SiO2,这些化合物在地壳中的含量非常丰富。因此其发展及应用前景十分广阔[1-3]。目前刀具的主要原材料是高速钢和硬质合金,但从发展趋势来看,金属陶瓷刀具材料在制造刀具方面的用量逐年增加,同时也是近几年来新型刀具研究方面的重点和热点。本文将简述陶瓷刀具的发展史,同时综述陶瓷刀具材料的种类及其性能,以及其制备方法。
2、陶瓷刀具的发展简况
陶瓷作为切削加工材料, 有着源远流长的历史。早在1905 年德国人就开始了用Al2O3陶瓷作为切削刀具材料的研究。但是由于Al2O3陶瓷比较脆, 而且当时的陶瓷工艺技术也比较落后, 所以它的广泛应用在当时受到限制。
1968 ~1970 年间人们研制成功了Al2O3+TiC复合陶瓷刀具,。这促使Al2O3基陶瓷刀具逐渐地走出了缓慢发展的低谷, 成为解决超硬材料加工的一种新型刀具[4-6]。
20世纪70年代中期美国用Sialon陶瓷刀具(Si3N4+Al2O3的固熔体) 加工灰铸铁, 取得良好效果[7]。同期, 中国用热压Si3N4陶瓷刀具实现了对多种难加工材料进行多种工序的加工和生产应用[7,8]。当时出现的新一代Si3N4陶瓷刀具,以另一支新军的姿态受到人们的重视。
20世纪80年代初,日本日立金属株式会社研制成功Al2O3+TiB2复合陶瓷刀具。这种复合陶瓷刀具主要是运用了TiB2硬度比TiC高,热膨胀系数却比TiC小的特点, 从而使制成的复合陶瓷刀具具有更好的耐磨性和耐热冲击性。
20世纪80年代初, 美国、瑞典还研制成功SiC晶须增韧Al2O3陶瓷刀具(Al2O3+ SiCw, w指晶须)。晶须的加入使Al2O3基陶瓷的断裂韧性提高两倍多, 同时保留了高硬度的特质。
3、陶瓷刀具材料的种类及其主要性能
3. 1 氧化铝( A12O3 ) 基陶瓷
(1) 纯氧化铝陶瓷。这种陶瓷中Al2O3的成分含量在99. 9 % 以上,大部分呈白色,俗称白陶瓷。白陶瓷耐磨性好,用于切削灰铸铁有较好效果,也可切削普通碳钢,但因其强度低,抗热振性及断裂韧性较差,切削时易崩刃,因此现在已经逐渐被Al2O3复合陶瓷所取代。
(2) 氧化铝-碳化物系复合陶瓷。它是在Al2O3基体中加入TiC、WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2等成分经热压烧结而成,其中使用最多的是Al2O3-TiC复合陶瓷。随着TiC含量(30 %~50 %) 的不同,其切削性能也有差异,主要用于切削淬硬钢和各种耐磨铸铁[9]。
(3) 氧化铝-碳化钛-金属系复合陶瓷。该陶瓷因在Al2O3-TiC陶瓷中加入了少量的粘结金属如Ni和Mo 等,从而提高了Al2O3与TiC的连结强度和使用性能,故可用于粗加工。这类陶瓷又称金属陶瓷。这类陶瓷用于切削调质合金钢时的切削速度是一般合金刀具的1~3 倍,刀具寿命是合金刀具的6~10倍,由于其含有金属成分,所以能用电加工切割成任意形状。同时,用金刚石砂轮刃磨时,能获得较好的表面质量。
(4) Al2O3-SiC晶须增韧陶瓷。它是在Al2O3陶瓷基体中添加20 %~30 %的SiC晶须而成。SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋,它能成为阻挡或改变裂纹发展方向的障碍物,使陶瓷的韧性大幅度提高,适用于断续切削及粗车、铣削和钻孔等加工及镍基合金、高硬度铸铁和淬硬钢等材料的加工。
(5)Fe3Al/ A12O3陶瓷基复合材料
Fe3Al金属间化合物具有特殊的物理、化学和力学性能及独特的形变特征和室温脆性,被称为半陶瓷材料,是一种介于高温合金与陶瓷之间的新型高温材料。Fe3A1与Al2O3具有较好的适配性能,其复合材料界面不产生化学反应,没有界面相生成,具有较好的界面结合力。此刀具材料在切削铸铁和中碳钢时显示出优良的特性,且成本低、功效高,具有广阔的应用前景[10]。
3. 2 氮化硅( Si3N4)基陶瓷
Si3N4陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷,其硬度可达HV1800~2000,且热硬性好,能承受1300~1400℃的高温,与碳和金属元素化学反应较小,摩擦因数也较低。这类刀具适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料,尤其适用于断续切削。由于纯Si3N4陶瓷刀具在切削长切屑金属(如软钢)时,极易产生月牙洼磨损,所以新一代Si3N4陶瓷均为复合型。Si3N4基陶瓷目前主要有Si3N4-TiC-Co复合陶瓷、Si3N4晶须增韧陶瓷和Si3N4-Al2O3-Y2O3复合陶瓷等几种类型[11]。
3. 3 Ti( CN) 基金属陶瓷刀具材料
Ti (CN) 基金属陶瓷具有非常独特的性能组合。与硬质合金刀具材料相比,金属陶瓷可有效地用于高速切削加工,最佳切削速度可比硬质合金刀具高3~10 倍,并具有更高的耐磨性能,切削寿命是硬质合金的5~10倍,不仅已用于钢材的车削,而且也已用于钢和铸铁的铣削加工。
通过优化成分,改进制备技术,及纳米改性、纳米复合、超细晶粒材料的研究开发,使得Ti (CN)基金属陶瓷的综合性能有了很大提高。例如其硬度和抗弯强度与普通金属陶瓷相比均有明显提高,其抗崩刃性、耐磨性和使用寿命较普通金属陶瓷亦有较大幅度提高[12]。金属陶瓷作为刀具材料使用,具有非常大的发展潜力,完全可以在某些领域作为钨钴硬质合金的替代材料。
3.4 TiB2基复合陶瓷刀具材料
TiB2具有高硬度、较高的强度和断裂韧性,极好的化学稳定性以及优良的导热、导电、耐磨等性能,较强的抗月牙洼磨损和抗粘着能力。具有单相Fe-Cr-Ni 粘结剂或两相Fe-B-Fe-Cr-Ni粘结剂的TiB2基复合陶瓷刀具材料具有较好的硬度与断裂韧性组合,甚至比超细硬质合金的硬度更高,是一类极具发展前途的刀具材料。
其他新型陶瓷刀具材料如ZrO2基陶瓷,因具有较高的断裂韧性和较好的耐磨性能而受到人们的关注[13];有研究认为Y2O3陶瓷可作为一类新型的陶瓷刀具材料使用[14];我国生产的陶瓷-硬质合金刀具材料则具备了陶瓷和硬质合金的综合优势。
4、金属陶瓷刀具材料的制备方法
4.1 真空液相烧结法(常规制备方法)
真空液相烧结法是指粉料在真空条件下,在烧结过程中生成液相的一种烧结方法。简单流程如下:
称量粉料――球磨(酒精湿磨)―― 干燥――造粒――压制――真空烧结
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4.2 机械合金化方法
机械合金化是在一个常温下利用高效球磨过程完成的非平衡固态反应过程。主要经过称量粉料――高能球磨――固化几个过程。目前机械合金化方法在用于制备金属陶瓷刀具方面还不是很成熟,但是由于它是一种新的复相金属陶瓷制备方法,已经引起了广大材料工作者的关注。
4.3 放电等离子烧结(SPS)
放电等离子烧结是利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温实现烧结的一种方法。流程如下:称量粉料――高温烧结[15]
4.4 热压烧结
热压烧结是一种压制成形和烧结同时进行的粉体材料成形工艺方法。流程如下:称量粉料――加热熔融――高温施压――烧结[16]
除上述方法之外,还有高温自蔓延合成法、微波烧结、等离子喷涂法等其它的制备方法。
5 结论
陶瓷刀具不仅具有高硬度、高耐磨性, 同时在高温下仍保持优良的力学性能, 是制造切削刀具的理想材料。同时陶瓷刀具能实现以车代磨、以铣代抛的高效“硬加工技术”及“干切削技术”,提高零件加工表面质量。实现干式切削,对控制环境污染和降低制造成本有广阔的应用前景。通过对陶瓷刀具材料组分、制备工艺与材料设计的研究,可在保持高硬度、高耐磨性和红硬性的基础上,极大提高刀具材料的韧性和抗冲击性能,制备符合现代切削技术使用要求的适宜材料。随着各种新型陶瓷刀具材料的使用, 必将促进高效机床及高速切削技术的发展,而高效机床及高速切削技术的推广与应用, 又将进一步推动新型陶瓷刀具材料的使用。
参考文献
[1]赵永生. 陶瓷刀具材料及应用技术[J ]. 佛山陶瓷,2004,86(3):38-39.
[2]张慧. 新型陶瓷刀具材料及其发展前景[J]. 机械研究与应用,2006,19(2):1-3.
[3]苗赫濯. 新型陶瓷刀具的发展与应用[J]. 中国有色金属学报,2004,14(5):237-242.
[4]Li X S, Low I M. Ceramic cutting tools-An introduction [J]. Key Engineering Materials, 1994, 96: 1-18.
Dawihl W, Dorre E, Dworak U. Application of ceramic tools in machining steel and cast iron[J] . Powder Meta-Lurgy International, 1971, 3(4): 189-192.
[5]Whitney E D. Modern ceramic cutting tool Materials[J]. Powder Metallurgy International, 1983, 15 (4): 201-205.
[6]Katz R N. An assessment of the present status and future prospects of advanced ceramics in high temperature structural applications[A]. [7]Proceedings of the World Congress on High Tech Ceramics, the 6th International Meeting on Modern Ceramics Technologies [C]. Milan, Italy, 1987,145-161.
[8]Wu T K, Miao H Z, Jiang Z Z, et al. Studies on silicon nitrides and silicon carbides[A]. Proceedings of International Symposium on Factors in Densification and Sintering of Oxide and Non-oxide Ceramics [C]. Tokyo, Japan, 1978,443-457.
[9]胥锴,刘徽平,杨天雪.陶瓷刀具材料及其发展前景[J].稀有金属与硬质合金[J]. 2009, 37(1): 56-60.
[10]张玉军. FeAl/A12O3陶瓷基复合材料―一种新型的刀具材料[J]. 机械工程材料,2000,24 (2) :30-31.
[11]叶毅,叶伟昌. 陶瓷刀具材料的种类与应用[J]. 硬质合金,2003,20 (3) :182-186.
[12]田春艳. 纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具切削性能的研究[J]. 工具技术,2003,37 (2) :8-10.
[13]Huang C Z. A study on the development of a composite ceramic tool ZrO2 / (W, Ti)C and its cutting performance [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2002,129 (1) :349-353.
[14]Senthil Kumar A,Raja Durai A,Sornakumar T. Yttria ceramics:cutting tool application[J] . Materials Letters, 2004,58 (11) :1808-1810.
[15]梁在国,熊惟皓等.放电等离子烧结纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷[J].机械工程材料,2006,30(3):64-67.
篇11
一、现代信息技术与创造学习环境的整合
利用现代信息技术创设情境,导入新课。虽然导课的方法很多,但在化学教学过程中运用多媒体创设情境以激发学生的学习兴趣却是一种行之有效的教学方法。例如,我在讲甲烷时,课前收集了大量关于甲烷在生活中的应用图片,如沼气在农村用来取暖、照明、做饭,城市汽车改烧天然气,海底可燃冰的开发,我国的西气东输工程等,让学生了解甲烷是一种重要的能源,激发学生学习甲烷的兴趣。在乙醇一节中,我给学生展示了各种含有酒精的饮品和化妆品,使学生了解乙醇是一种重要的有机溶剂;动画模拟乙醇在人体内转化成乙醛乙酸的过程,使学生了解饮酒过多对肝脏的损害;图片展示乙醇汽油的高效性和清洁性,让学生了解乙醇是一种清洁的新能源。在元素周期表一节中,制作flas展示周期表的发现和演变过程,使学生感受科学研究的严谨性。展示中国化学家在世界上首次合成蛋白质的图片等,让学生感受化学家的研究成果。这样的导课使学生感受到自己生活在化学世界中,感觉化学是“有血有肉”的,不觉得枯燥抽象,从而激发学习化学的兴趣。
二、现代信息技术与学生自主学习、创新思维的整合
传统的化学教学中,教师是传授知识的主体,学生接受知识的客体。我尝试通过现代信息技术变学生的被动学习为主动学习。我校创建了对学生开放的校园网,我把一些与课堂知识相关的资料信息、网址、相关链接、课件、课后练习题等事先收集好,放在校园网上,这样学生可以在电教室的电脑上自主学习。例如在学习“基本营养物质”一节时,我是这样设计的:
教学环节:
问题的提出――为什么糖类、油脂、蛋白质被称为人类的基本营养物质?
知识的深入――糖类、油脂、蛋白质分子组成及在人体内的转化。
知识的扩展――糖类、油脂、蛋白质在生产生活中的应用。
学生活动:
学生利用搜索引擎、网站、资源库媒介查询信息,获取知识―同学之间交流讨论―对自己感兴趣的知识进一步查阅―总结交流。
虽然同样是获得信息,获得途径却由教师直接提供信息变成指导学生由已知途径自主查询信息,进行学习探索。这一简单的教学方式的改变,让学生获得自己获取信息的能力,使教育从目的到内容和形式都发生了重大变化。
又如在讲乙醇一节时,我将乙醇的分子结构制作成电子球棍模型,让学生自己动手将模型中的原子和共价键通过鼠标拖动拼装起来。通过交流,学生组装出了几种不同的结构,最后根据乙醇的化学性质确定了正确的结构。这一学习过程使学生主动性、创造性地思考,从而达到启迪创新思维的目的。
三、现代信息技术与学生学习过程的整合
信息技术的飞速发展要求学生具有主动利用信息工具和信息资源,有效地对信息进行处理和创新的基本能力,这种能力是学生终身学习的必备能力。现代信息技术条件下的学习有以下几点好处:
1.帮助学生理解并掌握抽象的化学概念和原理。例如“化学平衡”一课,我将反应的过程进行分解,将看不见的反应物、生成物制作成动画,直观形象地展示平衡建立的过程,帮助学生理解概念。
2.帮助学生观察和理解化学现象。例如在“影响化学反应速率的因素”一课,将氢分子和碘分子生成碘化氢的过程制作成动画,展示分子间通过碰撞发生反应的过程,使学生明白什么是有效碰撞。
3.帮助学生了解化学发展史。通过现代信息技术,结合相关的化学内容,有利于学生在较短时间里了解化学发展史。从而培养学生辩证唯物主义世界观,树立严谨的科学态度。
4.有助于学生联系生产和生活实际。如金属的冶炼、石油工业的生产流程、合成氨、炼铁、炼钢等,通过录像、flas等展示流程,学生既容易理解,又能提高学习效率。
四、现代信息技术与化学实验教学的整合
教师理论说教的效率远不及一个五分钟的演示实验,但是课堂的实验教学存在许多困难,化学实验课件可以运用多媒体克服这些困难。其优点主要体现在以下几个方面:
1.展现实验过程中的微观变化。如金属的导电性、导热性、延展性的教学,利用动画将金属晶体内电子的运动状态模拟展示,使学生对金属为什么具有导电性、导热性、延展性的理解更加透彻。
2.进行复杂实验或具有一定危险性(危害性)实验的先期教学。例如甲烷和氯气的取代反应,反应所需时间较长,无法在课堂上完成,我在实验室将实验过程录制下来,在课堂上剪辑播放,提高了课堂教学效率。又如乙烯与溴水的反应,由于溴挥发性大,有毒,我下载网上的实验录像,在课堂上播放,避免了课堂实验的危险性。
3.提高高三化学实验复习效率。
五、现代信息技术应用的注意点
1.避免在教学过程中片面追求信息技术应用而忽视师生互动的作用。
2.避免信息罗列过多而忽视教学重点。
六、信息技术与教学整合对教师提出的要求
现代信息技术与化学教学的整合有利于教师角色的多元化发展,但对教师提出了更高的要求。教学前,教师需要科学合理地组织教材,将相关知识联系起来,形成完整的体系,备课量增加;实践教学时,知识要连贯,思维性要强,既要合理使用多媒体教学,又要引导学生观察现象、发现问题、解决问题、归纳总结规律,还要控制课堂的有序性和高效性。这些能力的提高需要平时的学习与努力。尽管我在多媒体辅助教学方面进行了积极的尝试,也取得了一定的成果,但我也清醒地认识到课程整合是长期而艰巨的任务,将现代信息技术和课堂教学完美整合是我的不懈追求。
参考文献:
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一、精心创设问题情境,导入教学
最佳问题情境的创设,是促使和引导学生积极置身于自主探究学习的有效途径和手段。要紧扣教学目标。情境创设要紧扣所要教学的物理知识和技能,离开了这一点就不是物理课了”。所以,教师在创设问题情境时,一定要紧扣当堂课的教学目标,使创设的情境为实现教学目标服务。不能为情境创设而创设,不管教学目标是否需要也在课堂上搞一些花絮,使情境创设成为一种摆设。创设情境要符合学生的认知水平和年龄特征。教师在围绕某一知识点创设情境时,要蹲下身子看学生,深入关注他们对该知识点的兴奋程度和知识储备情况、生活经历以及所关心的话题,深入琢磨学生的真实感受,努力把握学生心理的真实起点,有机结合教材进行创设。千万不能将问题情境创设发散了,或者脱离了本节课的教学内容。手段要多元化。问题情境的创设除了应用多媒体现代教育技术外,直观形象的实物、实物图、实际操作、引人入胜的故事、富有挑战性的语言等也能促使学生达到预期的教学目标。
爱因斯坦说得好,“教育应当使所提供的东西,让学生作为一种宝贵的礼物来领受,而不是作为一种艰苦的任务去负担”。让我们教师精心创设每一个问题情境,送给学生更多的、他们乐于接受又能促进其发展的“宝贵礼物”吧!教师们通过精心的教学设计,做到了新课引入趣味化、揭示概念深入化、点拨规律条理化、练习形式多样化、选题难度层次化、教学方法灵活化、教学技巧艺术化。真正体现出我们教师的角色是“导演”、是学生自主学习的“引路人”。
二、教师在自主学习的教学中创造多种机会让学生进行科学探究
在探究物理或化学反应前后质量是否发生变化这一问题中,通过学生猜想与假设、设计实验方案、分组实验、小组讨论、交流汇报最后得出物理反应前后质量不变,并得出质量守恒定律的内容。通过碳酸钠与稀盐酸反应在敞口容器内进行天平不平衡,而在密闭容器内进行反应则平衡。进而来让学生得出若有气体生成或有气体参加反应时,应在密闭容器中反应验证质量守恒定律。整个教学过程一气呵成,收到较好的效果。学生在亲身参与科学活动的过程中,发现问题,感受科学过程,获取事实证据,检验自己的想法和科学理论,逐步形成科学的态度、情感与价值观。同时教师根据不同的教学内容,创造各种条件和形式,开展学生之间的交流。培养学生大胆提出问题的能力,鼓励学生进行开放性的讨论,鼓励学生合作学习,利用协作性的小组形式开展探究活动,使每一个人都能参与小组工作,使学生认识到小组的成员在探究尝试中各有所长,其知识和技能可以互补,通过这种活动培养学生的协作精神。在思想教育方面,自然真挚的情感流露也会感染学生。
三、在动手实践中获得物理知识与经验
“实践出真知”。研究表明:人们在学习时,如果仅靠听和看,最多只能吸收30%;如果动手做的话,可以达到90%以上。《高中物理课程标准》强调:动手实践是有效学习化学的重要方式。因此,物理教学应该让学生充分动手实践。让学生在生活实践中经历物理。生活是一个巨大的课堂,学习应是学生自己的生活实践活动,回归到学生的生活中让学生感到亲切。教师要善于结合课堂教学的内容捕捉生活现象,采撷生活实例。引导学生利用生活原型,结合自己的实践与反思上升到物理知识,让学生获得充满生命力的物理知识,体验物理的无穷乐趣。让学生在综合实践中应用所学。物理源于生活,而又服务于生活。物理的生命力就在于能有效地解决现实世界向我们提出的各种问题。所以,我们教师要引导学生开展多姿多彩的综合实践活动。让学生在动手实践中丰富对物理的认识,体验物理与生活的联系,感受物理的价值与作用,形成运用物理的意识,增强学好物理的信心,提高解决实际问题的能力和创造力。
四、在高中物理课堂教学中贯穿心理健康教育
挖掘教学素材对学生进行情绪情感教育。物理课堂上充分利用物理教材相关内容陶冶学生的情感,引起情感共鸣,把内隐在学生心灵深处的愉快、乐观、同情等良好的情感激发出来。如:介绍我国物理发展史上有过的冶金、陶瓷、火药、造纸、酿造等辉煌业绩,抨击个别小企业、小工厂偷排“三废”给生态环境造成严重破坏,激发学生对这种缺乏社会公德、缺少公众意识行径的憎恶情感,走向社会后做一个正直的人,做一个有大局观和公德意识的人。
五、利用物理史教学,培养学生坚强的意志
介绍历史上一些著名物理家在从事科研研究活动中,不畏实验过程的危险、条件的恶劣、多次实验失败后的打击,不畏“权威”“智者”的嘲笑,坚信自己的能力及所从事工作的价值,不懈努力最终取得对人类社会造成巨大影响的成就。在元素一节的教学中,介绍著名物理学家、化学家居里夫人对铀的发现,要对约有400吨铀沥青、200吨物理药品和800吨水一次一次地分离、一点一点地测量,才最终提取出一克铀。如此繁重的工程是在简陋的棚房里完成的,没有顽强的意志力和坚定的目标是不可能实现的。通过以上介绍可让学生从中体会到研究过程中必定会面临众多困难,必须要有坚强的意志及不懈的努力才有可能取得成功。这样有助于学生在进行实验时克服畏怯、退缩、盲从等不良品质。
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环境化学是利用化学知识分析、研究不同介质中污染物的存在形态、化学特性、迁移转化规律和效应及其控制原理的科学,其中有很多描述性及原理性的内容,如果单纯课堂讲解枯燥无味,很多学生认为只需死记硬背即可,故不认真听讲,也不愿意深入思考,更缺乏主动联系实际的积极性。爱因斯坦曾说过“兴趣是最好的老师”,如何激发学生的学习兴趣、活跃课堂气氛,成为提高教学质量的关键。为此,笔者在上课过程中由一贯的只由老师讲解的“填鸭式”教学,引入了研讨型的教学方法[2]。讲课的基本思路是:以身边发生的环境热点问题为切入点,首先提出研讨的主题(拟定小论文或者汇报题目);然后学生自由选题、分组,安排学生自己去查阅资料,分析问题形成的原因、涉及到的污染物的危害、迁移转化规律以及有效控制手段等;最后课堂讨论及讲解[3-5]。下面分别依大气环境化学和水环境化学章节的讲解为例,如何具体的开展教学工作。
2.1大气环境化学章节的讲解
本章主要介绍大气结构,大气中的主要污染物及其迁移,光化学反应基础,重要的大气污染化学问题及其形成机制。按照教学大纲要求,本章需要12个学时,笔者在本章内容讲解过程中分成两个模块:前6个学时侧重理论讲解,主要采用传统的教学方式;后6个学时侧重环境具体问题,在讲具体问题时再结合前面讲的理论内容,加深学生对理论内容的理解,主要采用研讨的教学方式。理论讲解主要介绍大气的层结结构、大气中的主要污染物、大气运动规律及光化学反应基础。采用教师在讲台上讲解为主,并辅以板书和多媒体,学生听课与做练习的传统教学方式,这样有利于学生快速把握课程的基础内容和重点难点,有利于学生快速建立系统的知识结构。为了便于后续研讨课的进行,在本章第二次上课时要安排研讨题目,本章的主要研讨题目有:雾霾与PM2.5、温室气体与温室效应、臭氧空洞、酸雨、光化学烟雾、碳排放、全球气候变化等。然后让学生去选题、分组(大概5人一组),要求每组学生针对研讨题目查阅相关主题涉及的还击给你问题的产生原因、危害、防治措施及启示,并形成汇报材料,要求每组汇报时间不超过5min,大家讨论时间不低于15min,老师点评5min,这样每个题目讨论时间大概25min。从第四次课开始进行讨论,完全互动讨论5个学时,剩下最后1个学时主要是对本章内容进行归纳总结。在研讨过程中不能浮于表面,要理论联系实际,既要体现课程的基础知识和基本原理,又要结合当前的学科的研究热点及发展趋势,同时也要结合学生自己的知识水平,切记好高骛远。如“雾霾与PM2.5”这个专题。研讨过程中既要涉及大气颗粒物的来源与消除途径、粒径分布规律、化学组成,又要包涵PM2.5的来源、危害、产生机制及防治措施等等。
2.2水环境化学章节的讲解
本章主要介绍天然水的基本特征,水中重要污染物存在形态及分布,污染物在水环境中的迁移转化的基本原理以及水质模型。按照教学大纲要求,本章需要12个学时,同样采用理论讲解和研讨型教学结合的方式。理论讲解需要6个学时,主要介绍天然水的基本特征及污染物存在的形态、水中的主要污染物的迁移转化过程,如溶解-沉淀、氧化还原、配合、分配、光解等。研讨课时6个学时,本章的主要研讨题目有:饮用水安全、水体富营养化、咔斯特溶洞、重金属污染与水俣病、海上溢油、节水型校园建设等。本章第二次课就安排题目,从第四次课开始进行讨论,安排方式和时间安排基本同“大气环境化学部分”,完全互动讨论5个学时,剩下最后1个学时主要是对本章内容进行归纳总结。上面依大气环境化学和水环境化学两章的内容为例,讨论了如何将结合具体环境问题和基本理论内容开展研讨型教学。除去通过上面具体的主题讨论之外,还引导学生积极参与多项与环境化学相关的科技创新活动,主要包括国家大学生创新实验计划、南风窗杂志举办的“调研中国”、节能减排科技大赛等活动,把研讨型教学引入到课堂外,进一步锻炼学生学以致用的能力。
3结语
通过引入研讨型教学方法,课堂教学气氛十分活跃,学生感觉不到有枯燥感,有效地调动了学生的主观能动性。不但完全掌握了环境化学的知识内容,而且锻炼了学生分析问题及解决问题的能力,上台演讲的能力也得到了很大的提升。有些同学还通过组队的过程,通过组队、分工等方式,锻炼了团队协作能力。当然任何教学方式也有他一定的局限性,在材料准备过程中还存在组中个别队员不积极准备,消极参与工作的现象,讨论过程中也不积极参与进来。今后在积极推进研讨型教学的同时,避免上述问题的发生,是进一步提高教学效果的关键。今后希望各位同仁,共同探讨和完善环境化学教学改革,以进一步提高环境化学教学质量,培养合格的环境高等人才才是我们的最终目的。
作者:王永强王 婧 刘 芳 卢 磊 刘其友 孙 娟 单位:中国石油大学( 华东) 化学工程学院 中国石油工程建设有限公司华东设计分公司
参考文献
[1]戴树桂.环境化学.2版[M].北京:高等教育出版社,2006:1-475.
[2]刘伟.研讨式教学模式构建[J].高等教育研究,2008,29(10):65-67.