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本科畢業論文是本科生教育的一個綜合性科學實踐教學環節,也是學生在校學習期間學習成果的綜合性總結,是整個教學活動中不可缺少的重要環節。對理工科尤其是化學化工學科而言,畢業論文實驗又是畢業論文工作的一個重要內容,它是培養學生綜合運用所學知識和技能,理論聯系實際,獨立分析,解決實際問題的能力,以及訓練專業科學研究思維與方法的重要環節[1]。
化學化工類畢業論文實驗是一種綜合性的設計實驗,不同于單學科實驗。在整個實驗過程中,理論知識和實驗內容、方法往往涉及多個學科,需要學生把所學知識有機地結合起來,才能很好地理解、掌握,這樣就對論文指導提出了更高的要求[2]。然而,隨著高校辦學規模的擴大,招生人數的增加,畢業論文指導老師本來就有比較繁重的本科生、研究生教學與科研任務,有限的精力使得他們對畢業生實驗的指導和管理經常不能到位,“帶而不管、管而不力”的現象時有發生[3]。而且,學生還有可能因為實驗室條件以及儀器、藥品、耗材等不能到位,對實驗過程拖拖拉拉,學生的僥幸心理、畏難情緒等也會影響學生畢業論文的質量。此外,當前畢業論文指導工作量的分配問題,勢必會影響實驗員的工作積極性,不利于畢業論文實驗的順利開展。因此,在畢業論文完成過程中,如何定位實驗員的角色,發揮他們在實驗室工作的優勢,更好地服務本科畢業論文,提高畢業論文和人才培養質量,也將成為畢業論文教學改革研究的話題。以下就本科畢業論文指導中實驗員所扮演的角色進行探討。
1.做好實驗資源規劃師,實現實驗資源合理利用和資源共享
近年來隨著招生規模的擴大,畢業論文完成期間,進入實驗室開展實驗的學生人數相應增加,勢必會造成實驗室用房和儀器設備以及藥品耗材等的緊張。因此,實驗室管理人員,必須統籌規劃,做好一名規劃師,使實驗室資源利用最大化,優勢資源有效共享,保障學生畢業論文實驗的正常開展。
(1)實驗室用房。
我院學生畢業論文實驗,一般安排在專業實驗室。根據每個指導老師所帶學生人數,合理分配實驗室用房,有研究生用房的指導老師,會根據要求,少提供用房面積或者不提供。我院應用化學系每年拿出4個120m2的專業實驗室供學生開展畢業論文實驗,有效地保障了每個進入實驗室開展論文實驗的學生都有自己的“一畝三分地”,這樣就能很好地解決實驗室用房問題。
(2)實驗室儀器設備、藥品及耗材。
①實驗室公用設備:例如電子天平、氣流干燥器、超聲波清洗器等,每個實驗室提供一套;而干燥箱、冰箱等則放在專門的干燥實驗室和冷凍實驗室供學生使用。
②實驗所需器材、藥品等:學生在進入實驗室前選題,查閱文獻,統計實驗所需的儀器設備、藥品、耗材等,先由指導老師認真審閱簽字確認,再交實驗室管理人員最終審核,以指導老師為小組登記、領取。對于化學反應中常用的小型儀器,如調壓器、加熱套、磁力攪拌器、水浴鍋,根據指導老師所帶學生人數,統籌安排,保障每三個學生有兩套儀器。對于藥品、耗材,如高分子反應所用的引發劑,以及一些催化劑等,用量較少,而且不易保存,一般一屆畢業生,共用一瓶已經足夠;而耗材,如標簽紙、試紙之類,一般交由指導老師小組統一領取。這樣可有效避免學生“只借不用”,造成資源浪費的現象。
③大型儀器設備:如氣質聯用儀、流變儀、紅外光譜儀等,一般由專門實驗技術人員負責管理,為全校開放,保障優勢資源有效共享。
2.做好實驗全程的“綠化師”,加強和培養學生的環保意識
畢業論文期間,化學專業類學生,大多數都要進入實驗室開展為期3個月左右的實驗。實驗過程中使用的有毒、有害,甚至“三致”物質等,如果進入環境,必定對環境造成污染,對人類造成危害。隨著現代經濟的發展和高校培養人才方式的轉變,化學實驗實現綠色化是化學實驗教學發展的必然趨勢,化學教師更應該具有綠色化學的思想,提倡綠色教育[4]。所以,實驗員在畢業論文全程中,應該做好一名“綠化師”,加強和培養學生的綠色意識,嚴禁把廢氣、廢液、廢渣和廢棄化學品等污染物直接向外界排放[5]。
在畢業論文完成過程中,要實現綠色化學,實驗員首先要從源頭上降低化學污染物的生成。為此,可以采取以下幾方面的措施。
(1)提供微型實驗裝置,開展微量化學實驗。如在有機合成研究課題中,實驗室統一提供成套半微量玻璃儀器實驗裝置。這樣既可以減少化學試劑的用量,降低“三廢”的排放,又可以節約水電以及一些輔助耗材的消耗,降低了實驗成本,并且能使爆炸、燃燒、中毒等事故相應減少,極大地改善實驗環境條件,減少對環境的污染[6]。(2)提供無毒或低毒試劑和溶劑。當學生領用有毒有害試劑開展實驗時,需要指導老師及學生研究討論,考慮更換試劑,實在無法更換的,必須做好防護措施,小心操作,并且對實驗過程中的所有廢棄物回收處理。其次是對“三廢”的有效處理。“三廢”處理,必須分類集中收集,分別處理。盡可能采用廢物回收、以廢治廢的方式,降低成本,提高實驗室污染治理率[7]。如對廢液中有機溶劑尤其是重結晶后的溶劑,可通過蒸餾回收,重復利用;對酸液、堿液可通過實驗室提供的廢液回收裝置,分類集中收集,統一處理。對實驗過程中產生的有毒或有異味的氣體,必須采用密閉式操作或在通風櫥中進行,能吸收的,進行吸收處理。對廢渣,能回收利用的,回收利用,不能回收利用的,必須進行無毒化處理。最后,實驗員還應該經常進入實驗室,督促學生清潔實驗,保持實驗室衛生,培養他們的綠色意識、環保觀念。
3.做好學生實驗的安檢員,保證畢業論文實驗正常安全開展
完成畢業論文是學生自己查閱文獻,確定研究思路和方案,自己搭建實驗裝置,分析和處理實驗結果的過程。在這個過程中,實驗員應該做好一名安檢員,對學生實驗過程中出現的不合理操作,進行適當的引導,對有危險操作步驟的學生多巡視指導,防止事故的發生,保證畢業論文實驗正常安全開展。
作為一名安檢員,實驗員應該對以下兩方面進行監督檢查。第一,在實驗室安全方面。首先應該給學生灌輸安全思想。這方面我們采取在學生進入實驗室前,全體學生集中學習實驗室各種規章制度,開展安全教育,增強學生安全意識。其次是實驗員還應該經常巡查有易燃易爆易腐蝕物以及有污染源的學生。例如,學生在研究混凝土高效減水劑時,用水泥凈漿做性能測試,雖然學生對大量廢渣已經妥善處理,如不加以提醒,忽略了燒杯壁上少量的水泥殘渣,而直接沖洗進入下水道,由于積少成多,也會造成水管堵塞,影響實驗室的正常運轉。最后,實驗員還應對精密貴重儀器以及實驗室的水電、消防器材等加強監管,確保論文實驗正常安全開展。學生在用氣相色譜開展檢測分析時,應從載氣鋼瓶、減壓閥、注射器以及檢測器等多方面給予指導,強調注意事項,并且觀察學生實驗過程,保證操作無誤后,方能離開。第二,檢查學生實驗操作是否規范。論文實驗過程中,由于學生素質有高有低,動手能力有強有弱,難免有操作不規范,而且只追求結果、不注重過程的人,這樣就會給實驗室安全帶來不小隱患。學生在開展有機合成研究時,最容易造成實驗裝置搭建不規范。如在研究有HCl、H2S等有毒有害氣體生成的實驗中,沒有搭接尾氣吸收裝置,這樣既會給環境帶來污染,又會給師生健康帶來危害。第三,在安檢方面,還應該密切關注為學生開放的精密貴重儀器室,重點檢查學生操作情況與水電等,確保儀器安全。
4.做好學生問題的咨詢師,服務引導畢業論文全過程
畢業論文實驗期間,學生總會遇到這樣那樣的問題,而且學生問題覆蓋畢業論文完成的全過程。實驗員是學生進入實驗室后離得最近的人,最有可能成為學生咨詢問題的第一人。因此,實驗員應該做好一名咨詢師,服務引導,幫助解決論文中遇到的問題。例如,學生需要查找實驗過程中的一個小步驟、藥品性質;儀器不會使用,出了問題;實驗過程中缺東少西,等等,這些情況學生一般都會找到實驗員,要求幫助解決。在解決問題期間,實驗員辦公室成為服務學生的場所,實驗室的辦公電腦成為公用電腦,實驗員成為全體學生的輔導老師。在為學生服務的過程中,實驗員應充分體現優良的“敬業、獻身、奉獻、負責”的教育精神。
要成為一名優秀的咨詢師,實驗員必須加強學習,自我提高。實驗員除了具備基本的人文社科素質之外[8],還應該具備文獻資料查閱、儀器設備維修、結果分析處理、計算機運用以及實驗操作技能等方面的能力,真正成為一名綜合型、多能力的“通才”。例如,學生在用TU-1901紫外可見分光光度計對實驗結果進行分析測試時,儀器初始化失敗,并且出現氘燈、鎢燈能量低等情形,這時,學生就會第一時間找到實驗員,并且表現出束手無策的樣子。其實,實驗員只需打開機箱底座,松開光柵驅動輪,用手轉動進行調整,再重新開機,儀器就能恢復正常。幫助學生解決問題的過程,其實就是實驗員自我提高的過程,同時也是學生進入社會前進一步學習的過程。
總之,實驗員在學生完成畢業論文的過程中,扮演的角色是多方面的。實驗員必須正確認識自己,不斷加強學習,提高自己各方面的素質,勇于承擔起多重角色,發揮在實驗室工作的優勢,積極工作,樂于奉獻,更好地服務于學生,才能真正為提高本科畢業論文和人才培養質量貢獻出自己的力量。
參考文獻:
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[6]徐常龍,曹小華,陶春元,等.通過綠色化學實驗培養學生創新能力[J].化工高等教育,2009,(3):42-44.
2.化學論文中表格設計存在的問題及解決方法
3.合成類化學論文前言的審改原則及實例分析
4.合成類化學論文摘要的基本標準及其審改實例
5.合成類化學論文題名的審改原則及實例分析
6.科技文獻檢索與化學論文撰寫
7.如何撰寫分析化學論文
8.提高化學類本科畢業論文質量的思考
9.課程論文在公安基礎化學教學中的實踐
10.化學論文中幾組易混字辨析
11.基于合著論文的學科知識流動網絡的特征分析——以“藥物化學”學科為例
12.2002~2012年我國化學類高被引論文分析
13.廣西高校大學生化學論文設計競賽的實踐與研究
14.醫用化學論文寫作的實踐教學
15.30種化學類核心期刊高被引論文研究
16.千名醫學家推薦最新七大生物化學論文
17.課程論文與化學專業實驗一體化教學探索與實踐
18.淺談化學專業英語論文寫作
19.化學化工本科畢業論文產學研教學模式的實踐
20.分析化學實驗教學改革論文的統計分析
21.PTA量表在物理化學課程論文評價中的應用
22.縮短科技期刊周期的思考及實踐——以《化學學報》為例
23.指導教師在化學本科畢業論文中的指導作用
24.物理學、化學論文的特點及寫作要求
25.促進化學類本科畢業論文質量提高的幾點思考
26.美國化學鍍鎳年會論文綜述
27.高被引論文的參考文獻特征研究——以化學領域為例的實證分析
28.物理學、化學論文的寫作特點和要求
29.廣東省舉行分析化學論文報告會
30.基于創新型人才培養的畢業論文化學實驗的綠色化
31.1983年分析化學論文報告會概況
32.分析化學論文報告會在陜西臨潼召開
33.化學化工本科畢業論文存在問題和改革措施
34.電子期刊庫對于高校化學學科科研的文獻保障狀況研究——以上海師范大學化學學科用戶近五年SCI收錄論文為例
35.應用化學專業本科畢業設計(論文)質量控制的探討
36.試析化學類論文英文摘要特點
37.化學類論文圖形摘要的主要類型及設計技巧
38.諾貝爾獎與科學家論文數量、被引頻次的相關性——基于2000-2010年諾貝爾化學、物理學獲獎者的實證研究
39.化學基礎研究論文的引文統計與評價
40.我國化學論文產出的科學計量分析
41.農科院校提高化學類專業畢業論文質量的探索與實踐
42.2000~2004年SCI-E收錄《生物化學與生物物理進展》論文分析
43.中美科技期刊論文英文標題詞匯特征對比分析——以化學類為例
44.國外新發表的皮革化學論文
45.綜述論文在化學期刊中的作用及編輯組稿策略——以《高等學校化學學報》的辦刊實踐為例
46.應用化學畢業論文教學中指導教師和實驗員角色的探討
47.小論文在分析化學教學改革中的應用
48.自然科學基金資助項目(有機化學)論文統計分析
49.地方本科院校化學化工類畢業論文教學改革
50.轉型目標下如何提高化學類專業畢業論文質量
51.課程論文在食品化學理論教學中的實踐與探索
52.論文式實驗報告在生物化學實驗教學中的應用
53.中美高影響因子化學類科技期刊研究性論文標題用詞對比分析
54.如何提高化學、化工類畢業論文質量
55.化學專業科研論文的撰寫技巧探究
56.論化學類本科畢業論文的撰寫
57.高師院校化學專業本科畢業論文中的問題及其撰寫要求
58.論文寫作在專科臨床醫學專業生物化學教學中的應用
59.一九八年中國化學會分析化學論文報告會論文目錄
60.生物化學實驗教學改革探討——論文式實驗報告
61.地方高校應用化學本科畢業論文改革探索
62.化學專業畢業論文教學改革與應用型科研人才培養的實踐
63.中國化學研究論文總數已名列世界第三
64.普通本科院校化學化工類畢業論文(設計)質量改進探索與實踐
65.第四次中日煤化學、碳——化學論文報告會介紹(Ⅱ)
66.指導化學工藝專業碩士研究生論文開題報告的一些體會
67.化學文摘(CA)對我國化學期刊論文的處理
68.提高獨立院校化學專業本科畢業論文質量的探討
69.應用化學專業畢業論文(設計)實施方案的探索及實踐
70.保障應用化學本科畢業論文質量的探索
71.Elsevier收錄我國分析化學類期刊論文的特點及對題名和關鍵詞的修改
72.碩士學位論文質量過程控制及管理探索——以廣西大學化學化工類碩士學位論文為例
73.應用化學專業畢業論文教學中存在的問題與指導策略
74.提高化學專業本科畢業論文質量的實踐與思考
75.中國化學研究論文總數名列世界第三
76.化學論文關鍵詞的選定與排序
77.理工科本科畢業論文改革創新模式研究與實踐——以化學類專業為例
78.化學化工常用軟件在相關科技論文中的應用
79.化學專業本科畢業論文中創新性問題的思考
80.提高化學專業本科畢業論文質量的探討
81.淺談《科技論文寫作》在化學化工專業本科教學中的作用—以“合肥學院能源化學工程”專業為例
82.提高化學本科畢業論文質量的建議
83.科技創新導向的化學化工類本科畢業論文模式思考與實踐
84.化學化工類畢業論文(設計)質量的影響因素與對策研究
85.“《化學學報》2014年度最具影響力論文獎”揭曉
86.提高應用化學專業畢業論文(設計)質量的探索與實踐——以安徽工程大學應用化學專業為例
87.“《化學學報》2014年度最有影響力論文獎”揭曉
88.“《化學學報》2013年度最有影響力論文獎”揭曉
89.理工科本科畢業論文現狀及分析—以化學類專業為例
90.應用為導向的《化學文獻檢索及論文寫作》教改探索
91.《結構化學》教學中設置課程論文的思考與嘗試
92.有機化學專業本科生畢業論文改革的探索
93.我國成為化學論文大國
94.28屆地質大會有關礦物巖石地球化學論文摘要選
95.強化化學本科畢業論文實驗教學環節的幾點探討
96.化學十年:世界與中國——基于2001-2010年WoS論文的文獻計量分析
97.校企合作指導應用化學專業畢業論文(設計)的新模式的探討
綠色化學又稱環境無害化學。它的核心內涵是在反應過程和化工生產中,盡量減少或徹底消除使用和產生對人類健康、社區安全、生態環境有害的物質。
化學教育尤其大學化學教育是為經濟建設服務的。醫學類職業是與人類生死、健康休戚相關的事業,保障人類健康離不開藥物,藥物合成又離不開化學,而化學工業的發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,培養出具有綠色化學意識的一代新人[2]。綠色化學成為醫用基礎化學教育的一個重要組成部分,給改革課堂教學、培養學生的創新精神和創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合的產物,是化學科學的發展與進步。因此教學人員不但需要具備化學基礎知識、理論和技能,還要系統地學習關于綠色化學的理論知識,了解有關綠色化學技術的最新研究成果和發展方向,掌握相關學科的知識。
2.改革實驗方式,避免實驗污染物產生。
化學實驗中總有氣體、液體或固體產物的生成,或多或少地會產生有害或有毒的實驗廢棄物。筆者所在的安徽三聯學院醫用基礎化學課程針對的是文理兼收的醫藥營銷專業學生,他們畢業后從事藥物開發、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節。對于個別必要的實驗,借助網絡,利用錄像、多媒體課件、Flas、計算機虛擬實驗等現代教育技術手段進行演示,避免了化學污染物的產生。
3.針對職業需要,整合醫用基礎化學知識結構,添加綠色化學教學內容,激發學生的學習興趣。
筆者選用了張法浩主編的《醫用基礎化學》,該教材包含了無機、分析及有機化學的內容。隨著教學改革的深入,根據專業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,比過去減少了二分之一,這就要求教師在教學思想、教學內容以及教學方法等方面做出調整,以適應新世紀人才培養目標的需要[3]。要更多地將醫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,使醫用基礎化學真正成為理論的基石。現行教材內容與職業缺乏緊密聯系,忽視了與實際的聯系,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內容。將壓縮的理論和實驗課時用以補充綠色化學內容[4][5],多元化、多層次、多角度地向學生揭示、展現綠色化學與基礎化學的緊密聯系。對晦澀難懂的內容以教師精講為主;常識性的內容由學生講解;與生活息息相關相關的內容設計題目,讓學生發表見解、分組討論或辯論,然后由教師進行總結。這樣既突出了重點、難點,又培養了學生自學的能力,提高了學習興趣。
4.學生應用化學知識、原理,結合綠色化學,撰寫科技小論文。
作業是課程教學的一個重要環節,是課堂教學的繼續和延伸。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化學學習中,在課程結束前,筆者布置學生選擇與“可持續發展”有關的選題,通過探究和調查,查找相關文獻、資料,并對其進行分析、解釋、評價、調查、討論、研究,寫出科技小論文。從對連續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。學生從可持續發展的高度去關心環境及環境問題,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系,認識到他們的態度、行為和決定將對現在和未來的全球環境、整個社會產生影響,激發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。
隨著現代教育技術的普及,多媒體教學也得到了越來越廣泛的應用。五年的教學中,筆者經歷了傳統教學――傳統教學+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,考試方法的創新是教學改革不可缺少的環節。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。前兩項是基本體現學生綜合素質的考核,占總分60%,比重超過了理論知識的考核,既有利于調動學生提高自身素質的積極性,又促進了教改的不斷推進和完善。
筆者經過幾年嘗試性地將綠色化學融入到醫用基礎化學的教學探索,逐漸實現了“教師為主導,學生為主體”的教學理念,激發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,適當地加深和思維拓展,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,是素質教育的要求。
參考文獻:
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我國在化學領域發表的文章總數和被引用文章數以及論文的引用次數逐年上升,已經躍居世界前列。在2000—2010年期間,中國在化學研究領域發表的SCI論文總量列世界第2位;2007、2008年成為SCI論文增長速度最快的國家見圖1、圖2),在此期間論文被引用次數名列世界第四位;2005—2008年,中國在化學領域被引論文的數量超過曰本,成為重要研究成果的主要產出國家之一。論文的數量與質量同步提高,質量提高更快(見圖4)。中國化學在國際化學界頂尖1的論文比例從1998年的0.3%增加到2008年的8.1%中國人在化學領域發表的文章從19W—2!丨n3年的9%上升到2丨104—2丨IIm年的17%(有中國作者在內的所有文章)(源于基本科學指標.湯姆森-路透影響力的提高,我國化學家在包括IUPAC重要學術機構的擔任重要職務的人數越來越多,越來越多的中國化學家擔任包括Acc.Chem.Res.,Chem.Soc.Rev.,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.等重要學術期刊的編輯、副主編、編委、顧問編委。
我國化學領域越來越重視對知識產權的保護,專利申請數量穩步增力口。2009年中國化學科學領域在中國申請的專利件數已經超過曰本和美國(見圖5)。
我國生產的化工產品的銷售額占全球的比例有了大幅度提升,2009年已經超過美國,成為繼歐盟之后的第二大化工產品大國(圖6)。
中國化學發展存在的問題
近年來在化學領域頂尖刊物上發表的論文已經有了較大幅度的增長,專利申請有了較快增長,在國際化學界有了一定的影響。但是,我們必須清楚地看到,我國化學的發展與具有傳統研究優勢的歐美和曰本相比,仍然存在著較大的差距,這主要體現在:高質量、原創性和系統性的研究成果仍然較少;國際頂尖科學家還很少;研究隊伍在化學的各個分支研究方向結構不甚合理;缺乏與其他學科的深度交叉融合,缺乏化工產業的核心技術以及對相關產業的發展缺乏引領作用等。因此,充分的認識目前我國化學發展的制約因素和存在的問題,在“十二五”期間進行正確的引導,對維護我國化學的健康和可持續發展具有重要的意義。
中國化學學科發展的戰略
一是要保持已有優勢,發展新的特色領域。在已有的研究基礎上,繼續深入開展以化學合成及理論為核心,以材料科學、能源科學、生命科學、農業科學、環境科學和信息科學等領域的重大需求為導向,發展定向、高效、低耗、綠色的化學合成、能量和物質轉換體系及相關技術,加強基礎研究思想和方法向原理器件設計和制備技術的轉化,強化探索和創新意識,注重基礎研究和應用研究的結合與協調發展,加快化學科學的全面發展。
二是要鼓勵具有原創性的新思想、新概念、新理論、新方法的提出,鼓勵變革性研究項目,對重大基礎問題科學研究應給予持續性的支持,使我國在一些重要的研究領域取得突破,形成一些由我國科學家提出的、在國際上具有重要影響的學術思想和理論,使我國在化學科學的若干領域的研究水平跨入世界先進行列,且在一些領域形成優勢和特色。
三是要在化學科學的前沿和新興領域取得重要突破,趕超國際先進水平。在化學科學的前沿及其新興領域,選擇具有一定基礎和優勢、關系國計民生和國家安全的關鍵科學問題,集中力量,重點突破。爭取在揭示分子及其組裝體的可控合成、設計規律、性質與微觀結構的本質關系,在高性能、不同凝聚態結構化學材料體系的制備、表征、理論模擬和計算方法,在高效能源和物質轉化催化劑的設計和機理,在關乎人類生存和健康的藥物設計和合成等領域取得重要研究成果。
四是要加強學科交叉,形成新的生長點,有重點地發展一些新的國際前沿研究領域。瞄準化學科學前沿和國家戰略需求,完善學科布局與結構,注重和加強化學科學各分支學科及其與材料科學、生命科學、信息科學、納米科學等學科的交叉、滲透和融合,推動學科建設,形成新的學科生長點,賦予化學科學新的內涵和生命力。前瞻性地重點部署和發展一些新的具有戰略意義的國際前沿研究領域(例如:能源、環保、生物、催化等),組織學科交叉研究和多學科綜合研究。
主管單位:沈陽市醫藥和化工行業聯合會
主辦單位:中國石油撫順石化分公司;中石化撫順石油化工研究院;沈陽化學化工學會
出版周期:月刊
出版地址:遼寧省沈陽市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1671-0460
國內刊號:21-1457/TQ
郵發代號:8-24
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1972
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
核心期刊:
期刊榮譽:
(2)內容提要與關鍵詞內容提要是論文內容的概括性描述,應忠實于原文,字數控制在300字以內。關鍵詞是從論文標題、內容提要或正文中提取的、能表現論文主題的、具有實質意義的詞語,通常不超過7個。
(3)目錄列出論文正文的一二級標題名稱及對應頁碼,附錄、參考文獻、后記等對應的頁碼。
(4)正文正文是論文的主體部分,通常由緒論(引論)、本論、結論三個部分組成。這三部分在行文上可以不明確標示。
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高中化學教育課程中綠色化學的實施
摘要:高中化學的課程目標之一就是培養學生的科學素養。隨著環境問題的凸顯,作為科學素養的一部分,綠色化學理念應該為學生所接受并內化。這就要求教師在高中化學教學中涵蓋綠色化學理念,主動創設情境,立足實驗,在課堂中滲透綠色化學理念,并對學生的綠色化學理念進行評價。
關鍵詞:高中;教育;綠色化學
一、高中綠色化學教育目標
綠色化學是用現代化學和化工生產技術,消除或減少對人類健康、生態環境有毒的原料、催化劑、試劑和溶劑的使用,不生產有毒有害產物、副產物和廢物的一門新興學科,其宗旨是實現有害物質零排放,從源頭上防止污染、保護環境。對于高中化學教育而言,綠色化學教育已經成為了不可或缺的組成部分,其教育目標具體包括以下方面:
1、知識與技能。理解綠色化學概念、原則,了解綠色化學誕生與發展,認識生產生活中的綠色化學現象;學習綠色化學的研究方法,掌握化學實驗基礎知識與技能,能夠完成簡單的綠色化學實驗;理解綠色化學與其他科學之間的聯系,能夠運用有關知識和方法解決綠色化學問題。
2、過程與方法。在探究綠色化學問題的過程中,理解綠色化學意義,學習科學研究方法,培養團隊合作精神,增強科學探究能力;掌握獲取、加工綠色化學信息的方法,能夠提出具有探究價值的綠色化學問題,提高自主學習、自主思考、自主探究綠色化學知識的能力。
3、情感態度與價值觀。培養學習綠色化學的興趣,激發參與綠色化學宣傳與科技活動的熱情,感受綠色化學與自然、社會之間的和諧發展關系;增強將綠色化學知識應用于實踐中的意識,能夠合理判斷與綠色化學有關的社會和生活問題;關注與綠色化學密切相關的熱點問題,樹立綠色意識和可持續發展觀念,主動承擔起學習綠色化學的責任,強化保護環境和造福后代的使命感。
二、綠色化學在中學化學教學中的實施途徑
1、主動創設情境,善于利用教材素材。教師在教學時,應以主動創設的或者教材中的生活化情境或問題為中心,通過主動探究式教學,鼓勵、引導學生主動建構綠色化學理念,比如可以把綠色化學的理念滲透在元素化合物教學中。如在鹵素教學中,教師可組織學生討論氯氣用于自來水消毒的利弊;在高分子材料的教學中,教師可以以廢舊塑料的再生利用為例,讓學生認識到化學對廢舊物資的綜合利用的作用,討論其可能的途徑。通過這些活動滲透綠色化學思想,學生經常了解及關注身邊的環境問題的熱點,從而提高其深入了解的興趣,培養學生的危機感和緊迫感,并將其所學知識運用到生活中,培養學生防止污染、關注人類生存發展的責任感。
2、立足實驗,滲透綠色觀念。化學是一門以實驗為基礎的自然學科,實驗是化學教學的關鍵所在,所以實驗教學是培養學生綠色化思想的重要手段。中學化學實驗中存在一些問題:一是大部分實驗的藥品用量在教材中都未明確量化,都是用“適量”、“幾滴”等籠統的詞語限定,而中學生做實驗時好奇心比較重,無法準確地把握實驗藥品的實際用量,所以造成藥品的損失,甚至可能造成污染。二是實驗的產物有毒。所以要對化學實驗進行調整,要定量,實驗室明確告訴學生藥品的用量情況,這樣既可提高實驗的科學性,又可為實驗操作規范化奠定基礎,更是減少環境污染的重要保證。三是讓學生根據有毒物質的性質,探究針對該種物質如何進行回收與處理。對于實驗可以進行細節上的優化和處理,使得實驗更綠色化。例如在萃取操作的演示實驗中,由于溴的揮發性強,毒性大,而碘的毒性較小,可以將四氯化碳萃取溴水改為萃取碘水。在銅和濃硝酸反應的實驗中,將銅片改為可調節高度的銅絲,這樣就可以控制反應的進行,當實驗結束時可以及時將銅絲取出,減少空氣污染。演示白磷和紅磷著火點對比實驗時,該實驗反應發生時燃燒物易爆濺并且燃燒時有大量白煙產生且有毒等,實驗時在鐵片上方罩個玻璃罩,取用的藥品也要盡可能少。由此可見,在實驗時,要確保實驗的安全及環保問題。另外,教師要引導學生從不污染環境、不吸入有毒煙霧及安全和便于觀察等角度出發討論、分析,共同改進完成實驗,培養學生的安全意識、環境意識及綠色化理念。
三、循環使用化學試劑、充分利用反應產物
綠色化學是一門從源頭上阻止污染的化學,所以,我們應該應用化學的處理方法,充分利用現有資源及反應產物。這不僅從源頭上防止了污染,而且增加了經濟效益。例如:在中學化學實驗用CO還原Fe2O3的實驗中,如果將反應后的混合集體(含未反應的CO)直接釋放到空氣中,既浪費了資源,又污染了空氣,產生了新的隱患。如果進行循環利用,就能達到節約化學資源和保護自然環境的目的。在實驗工作中,用綠色化學的思想來指導,更能有效地防止污染。
四、妥善處理化學實驗中的廢棄物
在中學化學實驗中,大部分實驗的藥品用量在教材中都未明確給出限量以致學生很難把握藥品的實際用量,這樣既影響實驗的科學性和實驗效果,又會造成藥品的浪費,還會對環境造成一定程度的污染,也不利于培養學生的規范化操作。若將藥品規定了用量和濃度,既方便施教,又方便操作,更易讓學生接受、觀察和記憶,從而培養學生嚴謹的實驗態度和科學的實驗方法,同時節約藥品,減少環境污染。教師實驗教學過程中,限定用量,把好的經驗傳播給學生,妥善處理化學實驗的廢棄物(回收、無害化處理),加上正確引導,既提高了實驗的科學性、為實驗操作的規范化奠定了基礎,又培養了學生良好的實驗習慣、使學生學到實際應用技術,同時也增強了學生的環境保護意識,作為減少環境污染的重要保證。
參考文獻
[1]董量耀.中學綠色化學教育實施策略探討.化學教育[J].2002,11.
[2]吳光才.中學化學實驗綠色化的探索[J].南平師專報.2001,02.
近年來,隨著科技的進步、社會的發展,資源與能源消耗逐漸加大,大量生活垃圾和工業污染物的排放,以及化學品的濫用,使人類的生存環境日益惡化,這不僅嚴重威脅到人類的健康、生存與發展,更危及子孫后代的前途和命運。然而,幾乎所有的環境問題都與化學有著直接或間接的關系。就化學化工本身來說,傳統上,一方面化學家在開發化學物質合成方法時,主要考慮效率,另一方面合成化學家在開發與設計如何合成所需化學品的方法時,只重視化學工程的始端,往往忽略處于過程末端的廢物處理問題。所以,許多已存在的化學過程,在獲得滿意經濟效益的同時,卻對環境和人類健康造成了極大的負面影響。為了保護環境,走可持續發展的道路,培養具有社會責任感的年輕一代,在大學化學教學中滲透綠色環保理念是非常必要的。化學教師不但應是科學文化知識的傳播者,更應成為綠色環保理念的創導者和踐行人。為了有針對性地對化學化工專業學生進行綠色化學教育,筆者就化學化工專業學生對綠色化學的認識進行了調研。
1.調查方案的設計
以綠色化學的概念、作用及原則為主要調查內容,通過查閱相關文獻資料,進行問卷設計;采用問卷調查及訪談方法對山西晉中學院化學化工學院2—4年級化學(含師范)及應用化學專業學生進行調查。對獲得的第一手資料進行統計,并對有關問題進行綜合分析,在此基礎上參閱相關文獻給出相應對策與建議。本次調查采用以班發放問卷、現場答卷與收卷方法。實發問卷400份,收回有效問卷364份。
2.調查結果統計
化學化工專業學生對綠色化學認識的調查統計見表1。
3.調查結果分析
表1顯示,多數學生對綠色化學的屬性有較好的理解與認識;不少學生對綠色化學的作用理解與認識不足,甚至是錯誤的。如約74.2%的學生誤認為“綠色化學使化工過程含有廢物處理環節,因而會使整個費用增加”。這些學生不懂得,先污染后治理,不僅難度大,費用不菲,而且多數需要停產整頓,隨之而來的是更大的經濟損失。如果化工過程實現了綠色化,即做到五個“R”:第一Reduction——“減量”,即減少“三廢”排放;第二Reuse——“重復使用”,即重復使用催化劑、載體等;第三Recycling——“回收”;第四Regeneration——“再生”;第五Rejection——“拒用”,指對一些無法替代、無法回收、無法再生和重復使用的,有毒副作用及污染作用明顯的原料,拒絕在化學過程中使用,這就能有效實現節省資源、能源,減少污染,變廢為寶,降低成本的目標,避免出現先污染后治理的惡劣情況。僅約54.2%的學生能夠認識到“綠色化學追求高選擇性化學反應,極少副產品,甚至達到原子經濟性”。原因是不少學生缺少對原子經濟性的認識。原子經濟性是綠色化學的核心內容,指原料分子中究竟有百分之幾的原子轉化成了產物。理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉變成產物,不產生副產物或廢物,實現廢物“零排放”。可見,綠色化學的原子經濟性反應,首先是最大限度地利用原料,其次是最大限度地減少廢物的排放。
表1中選項8-19是綠色化學的12條原則。學生對其中9條原則有較好的理解與認識。但僅約52.7%的學生能夠認識到綠色化學要求“能量使用應最小,并應考慮其對環境和經濟的影響”。以前化學家在設計化學過程時,往往考慮的是如何提高產率,而忽略了能量問題,認為該問題是工程師的事情,使得化學工業成為了耗能大戶。生產和使用能量的工程,往往也會造成污染,如以煤為燃料所提供的熱能,多用一份能量,就多一份污染。因此,設計化工過程的化學家需要對化工各階段進行調節與優化,從根本上改變其對能量的需求,從而使能量最低,減小對環境和經濟的影響,減輕對能源危機帶來的壓迫。僅約42.3%的學生能夠認識到,化工過程應盡量避免不必要的衍生步驟。衍生步驟會帶來更多的副產物,消耗更多的資源與能量。更多的產物意味著可能會對環境產生更多的污染和破壞,必然產生需要處理更多廢物的費用;更多能量的使用會使成本變高,造成不必要的能源浪費。因此,在化工過程中應最大限度地避免衍生步驟,以降低原料的消耗及對人類健康與環境的影響。僅約32.4%的學生能夠認識到化工過程中催化試劑優于化學計量試劑。化學化工專業學生應該明確,催化反應不僅具有提高原料利用率與降低廢物產生的益處,而且催化劑可以降低反應活化能,既利于控制,也可以降低反應發生所需要的溫度。選擇性催化劑是綠色化學的重要工具和重點研究方向。
4.思考與建議
不少學生對綠色化學的作用、原則缺少認識,其主要原因:一是學校對學生進行綠色化學教育重視不夠,缺少要求;二是化學類專業課的課堂教學缺少綠色化學思想與原則的滲透;三是沒有開設“綠色化學”課程,學生缺少了對綠色化學系統學習的機會。樹立綠色化學思想,不僅是化學家與化工專家的事,而且是所有從事與化學有關的人們關注的事。作為專門培養化學化工專業高級人才的高校,應把綠色化學理念滲透到化學教育的全過程中,并作為課改與教改的指導思想。
4.1在化學類的基礎課教學中滲透綠色化學思想
化學教材中蘊涵有大量綠色化學的素材,因此,在課堂教學中要時時體現綠色化學的原則和思想。通過環境污染及其危害的具體事例,讓學生了解我國乃至全球環境日益惡化的現狀,并探討相應的解決措施,使學生認識到石油、天然氣、煤炭等能源與資源作為現代工業的基礎都是不可再生的,新能源和可再生能源是重要的戰略選擇,從而對環境保護、資源與能源的重要性、必要性和緊迫性有清醒的認識,明確發展經濟不能走先污染再治理的老路。把“原子經濟性理論”、現代化學技術與方法滲透到理論課與實驗課中,就如何優化定量與定性實驗、物質合成及當前資源利用、環境污染、化學品亂用等重大問題與學生進行討論,培養學生的綠色化學思想及可持續發展戰略,為學生在校學習與以后的工作中能夠充分發揮化學的正面作用,更好地造福于人類社會奠基。
4.2在化學實驗課中培養綠色化學理念
化學化工專業,各類實驗課所占的比重很大,實驗過程中往往會產生、排放大量的污染環境的有毒有害物質,這就需要實驗教師盡量改進傳統實驗,應用先進的實驗研究新成果,以綠色化學思想與原則指導實驗儀器和試劑的選擇,指導實驗設計、實驗方法與實驗“三廢”的處理,在每一個實驗中力求減少或避免有毒有害廢物的產生,為師生和工作人員提供安全的工作環境。為此,首先,在實驗中盡量采用無毒無害的反應原料。在進行無機、有機、分析、物化等實驗時,在滿足教學需要的情況下,為避開毒害品的使用,可考慮尋找替代品,變更反應路線,設計綠色實驗方案,如用維生素B1替代劇毒的KCN做催化劑進行安息香縮合反應;以葡萄糖替代有致癌作用的苯為起始原料,用遺傳工程獲得的微生物為催化劑合成已二酸;用新型的固體溴化劑四丁基三溴化銨替代Brz與苯酚、苯胺反應制備對位的一溴代物,不僅反應產物更易于控制,避免了使用Br2帶來的有毒、易揮發、不便準確量取等弊端,而且還具有可回收利用等優點。其次,使用封閉實驗裝置,回收實驗廢料。注意化學實驗內容的選擇、設計和呈現體現綠色化。一方面盡量減少污染很嚴重的實驗,另一方面對一些實驗過程中產生有毒有害氣體、且污染環境的實驗,進行改進與創新,想方設法將其設計成為封閉的實驗裝置。包括:氣體發生與收集裝置、氣體性質反應容器、尾氣收集與處理、導氣裝置等。在無法封閉的情況下,要注意回收、通風或采取其他防護措施。對實驗過程中產生的廢料,設法予以回收或適當處理。第三,采用微型實驗。在微型化的條件下對實驗進行重新設計與探索,以達到用盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學信息。
4.3開設專門的綠色化學課程
二、化學工程與技術專業學科集群的創新及競爭優勢
本文選擇山西省高校做研究,分析其師資力量情況,以分析化學工程與技術專業集群的創新及競爭優勢。山西省作為我國化工3大生產基地,化學化工產業是山西省的支柱產業,化學化工專業是山西省高校、特別是工科院校的學科優勢之一。選擇山西大學、中北大學、太原理工大學的化學化工學院為樣本(見表2),按照前文對學科集群的認識,這些學院都有9個以上相關專業和研究方向,已經形成了一定的學科集群規模。其中論文指該學院教師被SCI、EI、ISTP3大檢索刊物收錄的論文數。中北大學的數據包含了CA論文。山西大學的數據不包括ISTP論文。專著指該學院教師出版的學術專著數,不包括教材。項目及獎項指該學院教師申請的省部級以上項目、經費及省部級以上獎項。發明專利指:該學院教師申請并且授權的發明專利。3所高校的化學化工學院擁有一定數量的教授和博士生導師,博士學位的教師也占到了較大比例。3所學院教師的科研成果也較為可觀,被3大檢索刊物收錄的論文數量較多,出版了一定數量的專著,申請了一定數量的國家自然科學基金項目。山西大學化學化工學院承擔了國家自然科學基金的重大攻關項目,以及“863”項目,甚至獲得了國家科技進步獎和國家技術發明獎二等獎各1項。中北大學化學與環境學院承擔過“973”項目,獲得過國家技術發明二等獎1項,三等獎2項,國防科學技術一等獎2項。中北大學和山西大學還擁有發明專利十幾項。從師資力量來看,應該說學科集群讓山西省高校化學化工領域的創新取得了一定的成就,使得山西省高校化學化工專業在全國具有了一定的競爭優勢和影響力。
三、化學工程與技術專業學科集群的協同創新模式
山西大學至今已與國內20余所高校、科研院所建立了學術交流與合作關系;與日本巖手大學、香港浸會大學等國家和地區的高校及科研單位簽訂協議,開展交流。在校企合作方面,與山西三維集團股份有限公司、太原鋼鐵(集團)公司、天脊集團等大型企業,在產品研發、崗位培訓等多方面進行了良好的合作。太原理工大學與山西化工研究所建立了山西省化學工程技術中心,還與山西焦化集團公司等6個企業建立了長期穩定的產學研合作關系。中北大學安全工程系與航天一院、航天三院、北京理工大學、南京理工大學、第二炮兵工程學院、西安近代化學研究所等科研機構和相關生產企業進行了卓有成效的科研項目合作。從產學研合作角度來看,三所高校都與國內外相關院校、科研院所和企業建立了良好的產學研合作關系。從企業合作的視角來看,在研發方面,與山西省的產業集群密切相關,合作領域主要為新能源技術、環境化工、生物工程與技術。3所高校的化學工程與技術學科集群與山西省的產業集群具有一定的協同關系,構建了學科集群與產業集群協同創新的模式,圍繞著山西省的產業特色,為山西省地方經濟服務。
四、我國化學工程與技術專業集群的路徑
這次獲獎的閔恩澤院士1924年2月出生,主要從事石油煉制催化劑制造技術領域研究,是中國煉油催化應用科學的奠基者,石油化工技術自主創新的先行者,綠色化學的開拓者,在國內外石油化工界享有崇高的聲譽。
同是中科院院士的夫人陸婉珍這樣評價,他能取得一些成績,并不是他比別人聰明,只不過是他一輩子都在不停地鉆研這件事。女兒說:“他的腦子比較單純,一天到晚就在想他那個催化劑的事。”
53年前,他留美學成歸國。從此,他的人生和祖國煉油催化事業的發展緊密相連。
作為2007年度國家最高科學技術獎得主,1月8日,他從總書記手中接過殷紅的獎勵證書。
站在人民大會堂大禮堂主席臺中央,他看起來依然平靜又謙遜。他用一生未改的四川鄉音說:“這成績是屬于大家的。”
少年英姿,如今白首。這位83歲的老人,就是中國科學院院士、中國工程院院士、第三世界科學院院士、中國石化石油化工科學研究院高級顧問──閔恩澤。
創新啟示:中國科技人員有能力自主創新
有一種神奇的物質,在它的作用下,能更快更多地生產所需要的產品,1835年,一位瑞典化學家將這種神奇的物質命名為“催化劑”。
在過去的半個多世紀,中國石油煉制和石油化工領域,催化技術不斷發生巨大變化。20世紀50年代,我國石油煉制催化劑領域還是一片空白,如今,國產催化劑早已躋身國際先進行列。
這其中的一些重大創新和變化,幾乎都無法繞過閔恩澤的名字。
“非晶態合金催化劑和磁穩定床反應工藝的創新與集成”,這是2005年國家技術發明獎唯一的一等獎。此前,該獎曾連續6年空缺。這23個字,記者每次重復都覺得有些拗口,幸好對面這位總設計師始終和藹慈祥。
自1925年以來,晶態型的雷尼鎳催化劑一直在有機合成中廣泛使用,技術趨于成熟,進步十分緩慢。將雷尼鎳的科學知識基礎由晶態轉為非晶態,由攪拌釜改為磁場控制的磁穩定床,這是原始創新和繼承創新。
這項創新帶給閔恩澤很多啟示,“最重要的是,我對自己增強了信心。這項創新的思路和概念完全是我們自己的,是經過我們20年的努力。它證明,中國科技人員有能力自主創新。”
在他的簡歷上,記者看到一條清晰的創新軌跡:1960年,他捧出質量優于國外產品的小球硅鋁裂化催化劑;1981年,他研究開發成功半合成分子篩裂化催化劑;1995年起,他擔任“環境友好石油化工催化化學和反應工程”項目主持人……
問及創新的感受,他毫不猶豫地告訴記者:“思考催化劑的問題是快樂的;當想出一個好的解決方法時,也是快樂的;當課題最終取得成功時,那更是快樂的。”
如今,這位80多歲的長者,其關注點早已放到綠色化學領域。采訪中,他和記者提及最多的是“如何把綠色化學擴展到開發生物柴油和生物質化學品新領域”。他指出:“生物柴油是替代石油柴油的清潔燃料之一。而要使其能在市場競爭中立足,還要配套開發高附加值的生物化學品。目前,世界各國生物柴油的發展步伐快得不得了,我們必須抓緊。”
創新比喻:“創新好似吃‘麻辣燙’”
每當北京有一家新的川菜館開張,閔恩澤都忍不住要立刻趕去。他喜歡吃川菜,尤其喜愛“麻辣燙”。他還詼諧地用“麻辣燙”來比喻創新的體會:“創新好似吃‘麻辣燙’,又辣又愛。堅持下去,終獲成果!”
“又辣又愛”道盡創新苦與樂,“堅持下去”折射人生盡執著。就在老人的講述中,記者的思維又一次在時空中穿梭,由近及遠,由遠及近。
邊學習、邊實踐、邊革新,1960年,閔恩澤等開發成功獨特的混捏―浸漬法制備磷酸硅藻土催化劑,生產出合格的磷酸硅藻土疊合催化劑,其耐水性超過進口催化劑,且價格便宜。這背后是他們近5年的努力。
1964年5月,小球硅鋁裂化催化劑正式投產。投產期間,他也親自到現場主持制定試生產方案和操作規程,甚至食宿都在現場。這背后,是他們4年的堅持。
“非晶態合金催化劑和磁穩定床反應工藝的創新與集成”,這更是一個集體為之探索20年的成果,既沒有現成的模式,也沒有可以借鑒的經驗,閔恩澤感慨:“中間的曲折坎坷實在太多了。但堅持到底,所有問題都解決了。”
創新動力:最大的驅動力是“責任”
當記者問他:“您一生都在不斷追求創新,其中最大的驅動力是什么?”他回答:“責任。”在他看來,一個人做的事,能夠和國家強盛、民族命運聯系在一起,這是一件值得高興的事情。
1948年,他在美國第一次看到催化裂化裝置,看到那黑褐色的原油神奇地變成清亮透明的汽油,當時他除了驚奇,只有感慨:中國何時能建成這樣的裝置?
但讓他未料到的是,12年后他卻在研究這套裝置的微球硅鋁裂化催化劑,而當時,國外對這種催化劑的制造技術嚴密封鎖。
1964年,他研制出小球硅鋁裂化催化劑。當時我國面臨的情況是,國外不再向我們提供小球硅鋁裂化催化劑,沒有小球硅鋁裂化催化劑,就不能生產航空汽油,我們的戰鷹面臨飛不上藍天的危急局面。
他不僅把一生的興趣都和國家需求緊密結合。“責任”也體現在他工作生活的一點一滴。時至今日,學生宗保寧仍記得做博士論文時的一件事。當他的論文一遍遍地被退回,他忍不住賭氣地說:“不寫了,我和您的寫作風格不一樣。”閔恩澤說:“不是風格不一樣,是水平不一樣。”嚴師出高徒。如今,宗保寧已是中國石油化工科學院副總工程師。
在組織指導本科生學習基礎理論知識的前提下,再進行相關實驗課程的教學,這是化學及化學相關學科教學的特點。但是一般實驗教材中的實驗項目也均為經典的實驗項目,從實驗方法、內容、步驟到問題思考與討論,基本上是預先設定的,學生沒有太多選擇和發揮的機會,難以調動學生學習的主動性和積極性。面向21世紀化學化工各學科的實驗教學改革研究,現已形成了以“實驗原理與技術”為主線和以“制備—分離分析—結構性能測試”為主線的2種主流的實驗課程新體系,這對我國化學化工實驗教學將產生深遠影響。但在實驗教學中如何加強實驗教學改革,充分體現學生技能的訓練和創新能力的培養仍是高校面對的新課題。
在實驗室建設與實驗教學改革方面,我院于2003年申報了山東省化學基礎實驗教學示范中心建設項目,從實驗室建設到實驗教學改革進行了較大的實踐創新。
1化學實驗中心的實驗室設置與管理
曲阜師范大學化學科學學院原有無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、化學工程與工藝等實驗室,1999年重新組建為基礎化學實驗室、物理化學實驗室、化學工程實驗室和儀器分析實驗室(測試中心)。化學實驗中心建成后,經過優化調整,重新設置了9個實驗室,其中應用化學實驗室、綠色化學實驗室、綜合化學實驗室、材料化學實驗室和環境化學實驗室為新設實驗室(見圖1)。
2實驗課程體系和實驗內容體系的改革
2. 1實驗課程體系的改革
在實驗課程體系改革方面,分析了高等師范院校化學實驗教學現狀,吸取綜合大學的實驗教學改革經驗,從改革實驗課程體系、優化實驗教學內容、更新實驗教學手段、實施新實驗成績考核辦法等方面,探討了高等師范院校如何培養學生的實驗技能和創新能力,全面推進實驗教學新體系建設。
打破原有課程設置體系,統籌安排實驗內容,將無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗、物理化學實驗和儀器分析實驗、化工基礎實驗等綜合起來,重新設置為:基礎化學實驗I、基礎化學實驗n、物理化學實驗、儀器分析實驗、化工基礎實驗、綜合與設計實驗、現代分析測試技術、研究性實驗(畢業論文)等(見圖2)。
2. 2實驗教學內容體系的改革創新
實驗教學內容改革是本次改革的一個重點。在實驗開設內容方面,按實驗由簡單操作到綜合訓練,從對基礎理論的理解到理論的綜合、應用的漸進過程,將大學本科化學實驗教學的內容依次安排成4個層次的實驗內容,即:化學基礎實驗技能、綜合性實驗、設計性實驗和研究性實驗,構建了“四模塊、分層段”的實驗教學模式(見圖3)。化學基礎實驗技能訓練內容包括基本化學實驗操作等內容,在這一方面重點強調操作的規范性和實用性,使學生能夠熟練、正確地使用各種常規儀器設備,充分體現教師教育特色。綜合性實驗提倡學科交叉,通過增加綜合性實驗的數量,提高學生綜合運用知識、解決問題的能力。如“制備+性質測定”、“分離+分析+性質”等類型的綜合性實驗。設計型實驗由學生根據實驗課題,自己通過查閱資料完成實驗內容的設計,經指導教師批準后實施,能夠培養學生綜合運用知識、自主研究創新的能力。研究型實驗主要是以學生畢業論文或畢業設計形式體現,在這一環節中,強調學生的實驗內容與教師和科研課題相關聯,與應用開發相關聯,通過研究性實驗加強學生創新能力和實踐能力的培養。
另外,學生除了在教學計劃安排的時間內進行實驗技能學習以外,還可利用開放實驗室獨立自主地進行強化和創新。所有實驗室對學生開放,學生在教師指導下可以自由選擇實驗內容,利用實驗室的開放進行實踐創新活動,給學生更多的發展空間,提高自主創新的能力。
從實驗時間安排上(見圖4),基本實驗技能方面的實驗在一年級進行,綜合性與設計性實驗主要在二、三年級進行,設計性實驗則是在進行了一定綜合性實驗的基礎上安排,研究性實驗與畢業論文環節相融合,一般安排在四年級,學生在指導教師指導下進行科研訓練,并完成畢業論文。
3實驗教學改革實踐與人才培養成效
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 我校是一所以石油化工為特色的省屬綜合性大學,有機化學實驗是我校化學化工類專業的必修專業基礎實踐課之一,每學年全校有14個專業40多個班級開設此課程。有機化合物的合成是有機化學實驗教學內容的重點,屬于綜合性實驗,目的是使學生掌握并熟悉基本操作與典型的實驗制備方法,學會一些難度較大的新的合成方法與實驗技術,培養學生獨立工作的能力,實事求是的科學態度,以及認真、細致、敏捷的工作作風,養成保護環境等意識。設計性實驗,只給出實驗目的與要求,學生必須通過查閱參考文獻,撰寫實驗方案,經指導老師審查通過后獨立開展實驗,對于實驗過程中發現的問題盡可能自行解決。該類實驗完全摒棄了在以往實驗教學中常用的保姆式教育,放手讓學生去設計、思考,獨立自主地解決實際問題,動手能力得到顯著提高。我校學生開設的綜合性與設計性實驗的課時數占總有機化學實驗課時數之比達到80%以上。教師和學生普遍反應該課程體系設計科學,學生在基礎理論和實踐技能培訓方面得到全面、系統地訓練。
一、課程的目的及要求
綜合與設計性實驗目的是訓練學生對基本操作和理論知識靈活的綜合運用,掌握有機化合物的合成、分離、提純及鑒定方法;培養學生嚴謹的科學態度和良好的實驗習慣。以有機合成為主,教師給定目標產物,學生按照老師給定的實驗要求,運用所學知識,通過查閱資料,獨立(或在教師指導下)撰寫實驗方案,擬定實驗步驟,準備實驗所需物品,完成實驗并寫出完整的實驗報告。
二、實驗內容的選擇
1.實驗的類型。在選擇實驗內容時,實驗的類型基本分為兩類:(1)有機化合物的制備及表征。(2)植物中提取與分離天然有機物。有機化合物的制備,在課時數不多的情況下盡可能做到兩個兼顧。首先是兼顧有代表性的有機化學反應類型,例如:(1)酰基化反應(乙酰苯胺的制備,阿司匹林的制備)。(2)酯化反應(乙酸正丁酯的制備,苯甲酸乙酯的制備)。(3)親核取代反應(1-溴丁烷的制備)。(4)氧化反應(苯甲酸的制備)。(5)康尼查羅反應(苯甲醇和苯甲酸的制備)。其次是兼顧各種重要的合成裝置及操作,涵蓋了分別帶分餾柱、帶氣體吸收、帶電動攪拌、帶分水器的回流裝置;水蒸氣蒸餾裝置(從肉桂皮中提取肉桂油及其主要成分的鑒定),索氏提取裝置(茶葉中咖啡因的提取),蒸餾裝置,薄層色譜(薄層色譜法分離綠色植物天然色素)。有機物的鑒定既有物理常數測定(熔點、沸點,折光率),也有采用化學方法鑒定,有機波譜分析(紅外光譜,質譜)。大部分實驗都將合成、分離、提純、物性的測定和波譜鑒定等環節串聯成一體。
2.實驗微量化。改變了部分實驗的投料量,進行微量或半微量實驗,降低實驗成本,節約實驗時間,大大減少實驗污染,潛移默化地培養學生利用資源、綠色環保的科學發展觀。
3.根據低毒的原則選擇原料及溶劑。鑒于實驗室的條件不太完善及實驗班數及人數多的特點,在不影響實驗效果的前提下,盡量選擇低毒性的原料及低毒易回收再用的溶劑。如苯甲酸的制備我們采用苯甲醇替代甲苯;苯甲醇和苯甲酸的制備萃取劑我們采用石油醚替代乙醚;酯化反應的帶水劑、茶葉中咖啡因的溶劑的種類也是基于這個原則去選擇。
三、改進合成實驗教學
合成實驗教學安排在基本操作的教學之后,學生已具備了一定的技能,但不能熟練掌握,動手能力和獨立解決問題的能力較差。以往的教學是教師先講實驗目的要求,分析實驗原理和可能出現的問題,學生進行操作實驗,教師巡視指導。此方法雖然使學生的基本操作得到訓練,但僅僅是完成實驗內容,缺乏良好的思維訓練。學生在實驗中遇到問題不會分析思考,動手解決,創造性得不到發揮,這在以后的畢業論文實踐中充分暴露出來。針對教學實際,我們逐漸摸索出解決問題的方法。把科學的思維方法貫穿于教學中,形成“以學為主,以教為輔,思維訓練為主線”的教學原則。
1.建立有機合成反應研究的基本思路。在合成與制備實驗中,應培養他們樹立以實驗為基礎的科學研究思想及設計實驗的能力,逐步學會化學研究的實驗方法。例如:由乙酸和正丁醇制備乙酸正丁酯的實驗,通過分析可知為平衡反應歷程,根據平衡反應的知識,采用過量的醇,或除去反應生成的水的方法提高產率。
2.加強對學生實驗預習的指導,提高預習效果。對學生預習要求認真閱讀教材,獨立思考,發現問題,提出問題,能夠預知實驗成敗的關鍵。教師根據學生的講解給學生判定預習成績。一個有機反應能否進行反應條件(外因)的選擇與應用十分重要,例如:由正丁醇、溴化鈉和硫酸制備1-溴丁烷的實驗。濃硫酸用量的大小。學生通過思考得出反應速度取決于兩物質的濃度,這就要求有更高濃度的氫溴酸,因此需要過量的硫酸;硫酸的濃度和用量是否越多越好?引導學生進一步討論,最后小結對硫酸量的要求:適當過量,濃度適中。
3.提高學生實驗技能。我們把基本操作技能的訓練擺在提高學生實驗能力的首要位置,實驗中耐心指導,嚴格要求,細心觀察每一個學生的操作,發現不規范的及時糾正并給予示范。通過一些相關聯(理論、裝置、操作)但又有差別的實驗進行反復練習,強化訓練,達到規范化的要求。如制備實驗做到裝置合理,操作規范,臺面整潔有序,實驗習慣好,知道廢物回收處理,防止有機物的揮發和毒性,認真操作,及時記錄。積極互動、合作的實驗也培養了學生的協作能力。實驗過程中學生實驗時間有時會相差到一個小時,教師應幫助他們分析原因,鼓勵他們“膽大心細”,在做好預習工作的前提下,大膽實驗,提高實驗技能的目的。
四、教學效果
上述教學方法的實施極大地調動了學生做好實驗的積極性和主動性,有效地培養和提高了學生獨立分析問題和解決問題的能力,鍛煉了動手能力,訓練了思維能力。在實驗的過程中,學生積極主動地動手操作,對出現的問題認真思考,分析原因想辦法動手解決。一些實驗結果不理想的同學,能在教師的指導下分析失敗的原因。從實驗報告來看,思路清晰較為嚴謹,個別同學還有獨到之處,已初步學會了有機合成反應研究的基本方法,并使自身的科學素養得到一次系統的訓練,這在以后學生課外科技創新及畢業論文設計中表現出良好的教學效果。
參考文獻:
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