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2新材料的開發
我國在新材料的開發領域取得了很多亮點,這些新材料的開發成為分離和反應過程的重要基石。一些研究所和大學正在開發一種非晶態的金催化材料,這種材料很有發展前途,因為它具有非常明顯的催化特性,而且其催化活性還具有特殊的選擇性,具有顯著的催化活性和特殊的選擇性。對這種材料進行流程綜合和技術集成,可以有助于我國新型石油化工技術的構建。石油化工科學研究院也開發出一種新型的鈦硅分子篩催化材料,這種材料具有定向氧化催化作用,可以實現“原子經濟”,使“零排放”工藝成為可能,而且也具備工業化生產的可能性。而在新材料的分離技術方面,我國也取得了很大的進步,其中南京工業大學發展了以陶瓷膜材料為原料的新單元技術,同時加強了對集成單元技術的開發,這些研究不僅使我國陶瓷技術更加趨于成熟,而且還形成了陶瓷膜新產業,為我國帶來巨大的社會和經濟效益。
3材料化學工程技術的進展
材料化學主要是對產品微結構進行調控,其主要手段是在加工材料時,將化學方法引入進去,這樣我們就可以通過宏觀條件來調控產品的微觀結構,從而為材料的加工和制備提供理論和技術指導。因此,化學工程技術的改進將直接促進材料化學工程的發展。我國在化學工程技術改進方面已經取得了非常大的進展。清華大學在碳納米粉體材料的制備過程中,引入了傳統的流化床技術,大大降低了生產成本,從而使此生產技術可以用于工業化生產,帶來巨大的經濟效益。北京化工大學則用超重力場技術來放大納米材料生產過程中的形貌控制問題,這樣就可以通過調節超重力場的強度來調節和改變產品的粒徑,。通過這種方法,我國已經成功制備出碳酸鋇、碳酸、碳酸鋰、氫氧化鋁和碳酸鍶等納米粉體,并且形成了工業化生產的技術體系,為我國帶來巨大的經濟效益。
4展望
材料化學工程作為一門交叉學科,不僅促進了材料工業的發展,而且也豐富了傳統化學工程學科的內容,因此,具有非常重大的研究意義。我國材料化學工程的研究已經取得很多可喜的成就,很多成果在世界上都位于領先水平。但是,材料化學工程中仍然有很多問題需要我們解決,因此,我們需要再接再厲,爭取使材料化學工程的研究更加深入,使其更好地為人類服務。
一些樹木的分泌物常會形成樹脂,不過琥珀卻是樹脂的化石,蟲膠雖然也被看成樹脂,但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠制成的蟲膠漆,最初只用作木材的防腐劑,但隨著電機的發明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀后,天然產物已無法滿足電氣化的需要,促使人們不得不尋找新的廉價代用品。
早在1872年德國化學家拜耳(A.Bayer)首先發現苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物,但因它們無法用經典方法純化而停止實驗。20世紀以后,苯酚已經能從煤焦油中大量獲得,甲醛也作為防腐劑大量生產,因此二者的反應產物更加引人關注,希望開發出有用的產品,盡管先后有許多人為之花費了巨大勞動,但都沒有達到預期結果。1904年,貝克蘭和他的助手也開展這項研究,最初目的只是希望能制成代替天然樹脂的絕緣漆,經過三年的艱苦努力,終于在1907年的夏天,不僅制出了絕緣漆,而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。
Bakelite一經問世,很快廠商發現,它不但可以制造多種電絕緣品,而且還能制日用品,愛迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在廣告中宣稱:已經用Bakelite制出上千種產品,于是一時間把貝克蘭的發明譽為20世紀的“煉金術”。
以煤焦油為原粒的酚醛樹脂,在1940年以前一直居各種合成樹脂產量之首,每年達20多萬噸,但此后隨著石油化工的發展,聚合型的合成樹脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產量也不斷擴大,隨著眾多年產這類產品10萬噸以上大型廠的建立,它們已成當今產量最多的四類合成樹脂。合成樹脂再加上添加劑,通過各種成型方法即得到塑料制品,到今天塑料的品種有幾十種,世界年產量在1.2億噸左右,我國也在500萬噸以上,它們已經成為生產、生活及國防建設的基礎材料。
二、從天然纖維到合成纖維
人類使用棉、毛、絲、麻等天然纖維的歷史已經有幾千年,但由于全球人口的不斷增加和對紡織品質量的更高要求,從19世紀起,人們就為尋求新的紡織品原料而努力。
1846年制成硝化纖維;1857年制成銅氨纖維;1865年制成醋酸纖維;1891年制成粘膠纖維。由于粘膠纖維的原料是來源豐富的木材漿粕、棉短絨及棉紗下腳料等,再加上制成的纖維性能好,以至它的產量到20世紀50年代已經超過羊毛。
盡管上述幾種稱為“纖維素纖維”或“人造纖維”的出現是繼紡織機械發明之后的又一次紡織革命,但它仍意味著人只是用化學方法,對天然植物纖維的再加工,而通過化學方法,制取全合成的、性能更為優異的紡織纖維階段,才迎來了第三次紡織革命。
1928年32歲的美國化學家卡羅塞斯(W.H.Carothers)博士從大學崗位上應聘到杜邦公司,負責對不久前才興起的高分子化學的基礎研究,他們研究了多種脂肪族二元酸與二醇或二元胺的縮合反應,由于保證了反應物料的嚴格配比,從而獲得分子量很高的縮聚物,但大多數產物的熔點偏低、不耐水,雖然有的可以抽絲,但不適于用做紡織纖維。反復不斷地失敗使卡羅塞斯在精神上受到很大打擊,以至身上經常攜帶著一小瓶準備自殺的氰化鉀。一直到工作6年后的1934年,終于在合成的數百種產品中,找到有希望成為優良紡織纖維的聚酰胺-66,尼龍(Nylon)是它在投產時公司使用的商品名。
杜邦公司為了使它工業化,動員了230多名各方面專家,花費2200萬美元,到1939年始正式投產。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大突破,也是高分子科學的重要進展。
尼龍投產后,杜邦公司馬上宣布他們生產了比蜘蛛絲還細,比鋼還結實的全新有機纖維。盡管當時第二次世界大戰已經開始,仍然引起各方面關注。用它織成的女絲襪,銷售第一天就賣出400萬雙,報紙上還報道了當時許多銷售店曾引起“尼龍騷動”的場面,可惜的是卡羅塞斯本人卻沒有看到這種情況。41歲的他,雖然知道尼龍的研究已經取得突破性進展,但卻總感到心力交瘁地被失敗所纏繞,終于在1937年服毒自殺,留下深深的遺憾。
1938年德國研制出聚酰胺-6,即聚己內酰胺;1941年英國制出了聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維,商品名Dacron、“的確涼”、或滌綸;1939年德國人又研制出聚丙烯腈纖維,但到1949年才在美國投產,商品名Orlon,我國稱腈綸,此又出現多種新型合成纖維,滿足了多種需要,但從應用范圍和技術成熟等方面看,仍以上述幾種為主,其產量約占總量的90%。
三、從天然橡膠到合成橡膠
自然界中雖然含有橡膠的植物很多,但能大量采膠的主要是生長在熱帶雨區的巴西橡膠樹。從樹中流出的膠乳,經過凝膠等工藝制成的生橡膠,最初只用于制造一些防水織物、手套、水壺等,但它受溫度的影響很大,熱時變粘,冷時變硬、變脆,因而用途很少。
1839年美國一家小型橡膠廠的廠主古德易(Goodyear)經過反復摸索,發現生橡膠與硫黃混合加熱后能成為一種彈性好、不發粘的彈性體,這一發現推進了橡膠工業迅速發展。在這之前,橡膠的年產量只有388噸,但到1937年已增加到100萬噸,即100年間增加了2000倍,這在天然物質利用史上是十分罕見的,尤其是1920年以后,由于汽車工業興起,進一步擴大需求,以致世界各國開始把天然橡膠作為軍用戰略物資加以控制,這就迫使美、德等汽車大國,但卻是天然橡膠的窮國開展合成橡膠的研究,這種研究是以制造與天然橡膠相同物質為目的開始的,因為人們已知它是由多個異戊二烯分子通過順式加成形成的聚合體。
1914年爆發第一次世界大戰,德國由于受到海上封鎖,開展了強制性的合成橡膠研制和生產,終于實現了以電石為原料合成甲基橡膠的工作,到終戰的1918年,共生產出2350噸。
戰后,由于暫時性天然橡膠過剩,使合成橡膠的生產也告中止,但其研究工作仍在進行。先后研制成聚硫橡膠(1931年投產)、氯丁橡膠(1932年)、丁苯橡膠(1934年)、丁腈橡膠(1937年)等。
第二次世界大戰期間,尤其是日本偷襲珍珠港、占領東南亞后,美國開始擴大合成橡膠生產,并納入國防計劃,1942年產量達84.5萬噸,其中丁苯橡膠為70.5萬噸。1950年以后,由于出現了齊格勒納塔催化劑,在這種催化劑的作用下,生產出三種新型的定向聚合橡膠,其中的順丁橡膠,由于它的優異性能,到20世紀80年代產量已上升到僅次于丁苯橡膠的第二位。此后又有熱塑性橡膠、粉末橡膠和液體橡膠等問世,進一步滿足了尖端科技發展的需要。
回顧過去,展望未來,在新世紀里新技術將更加迅猛發展,與此同時,作為技術革命物質基礎的,以合成高分子為代表的新材料的研制和開發,也將越來越起著重要作用。
2歷史上有關于綜合材料內容的課程在繪畫教學和設計教學中的運用
在前面有關于綜合材料定義的段落中敘述過綜合材料的存在,那么在歷史上繪畫教育和設計教育中關于綜合材料是怎么樣運用的也有據可查。我們從目前的歷史資料來看,即使在美術史上較早存在的美術院校中也十分重視與繪畫相關材料的專業涉及,甚至我們在目前可以看到的歐洲早期的油畫中就有關于“繪畫材料內容”畫面信息的存在,早期歐洲的油畫大師的工作室甚至有的地方就如同現代實驗室,各種材質的顏料與色粉以及各種不同屬性的油脂和研磨工具的存在不是已經很好地證明了當時的畫家們已經都很重視繪畫材料的運用和發展,從而也就證明了歐洲的繪畫藝術教育從早期開始就很注重培養畫家的材料運用能力。我們中國古代傳統的教育中雖然沒有歐洲那樣相對完整的專門的藝術學院,但是在中國古代傳統教育中是將繪畫與傳統文化完整結合的,并且是從最初的啟蒙教育開始就已經為成為畫家奠定了基礎,那就是書法教育的培養。中國傳統教育中的詩、書、畫歷來就為一體,也從另一個方面說明了中國傳統文化中關于藝術教育內容從最初就是一個涉及多方面知識結構的綜合教育。再從設計藝術教育來看,專門的設計教育相對繪畫教育來講起步是較晚的。我們現在一般是將20世紀的包豪斯教育視為現代設計教育比較完善的標本和起源,那么在包豪斯的整個有關于現代設計的教育系統中最為注重的就是設計作品的藝術感和實用性。具有藝術感和實用性的優秀設計作品的產生絕不是設計者空想的產物,而是應該來自設計者的藝術修養和藝術設計實踐而產生的。在這兩方面的培養上包豪斯是極為重視的,學校有優秀的畫家執教保證了對學生的藝術感的培養,學校有在當時來說比較完善的藝術實踐車間的設置保證了學生設計實踐的學習(特別是由于近代科學的高速發展而產生的新材料在包豪斯的設計車間的大量運用)。這種綜合化的素質培養和現代材料的實踐培養也正說明了綜合材料教育內容的設置在其中的重要性。
3現代藝術教育中綜合材料內容的課程在繪畫教學和設計教學中的運用
1.1設計粗糙,建設、監理單位工作隨意性大
由于多方面的原因,個別建設單位限于自身管理和專業技術水平的欠缺,任意變更原設計。論文參考網。少數工程由業主的內部人員組成監理機構,監理工作失去了獨立性。隨著建筑市場的規范,這些問題會逐步得到解決。
1.2施工工藝或現場操作不規范
A.混凝土生產時原材料計量誤差大,尤其外加劑的摻加隨意性大,沒有根據砂、石料的實際含水率及時調整施工用水量,造成混凝土水灰比增大。在混凝土運輸及施工過程中加水的現象也比較普遍。
B.采用整體式鋼模板施工,混凝土澆筑時不振搗或漏振,混凝土均質性差。
C.盲目追求施工進度,隨意提前脫模時間,使低強度混凝土過程承受荷載,破壞了混凝土結構。脫模后沒有進行混凝土的潮濕養護。
D.夏季施工時砂、石料露天堆放,無切實有效的降溫措施,混凝土入模溫度高。冬期施工時采取的防寒保溫措施不力。
1.3原材料質量差、配合比設計不合理
水泥品種選擇不當,安定性不良,不同批次的水泥混用。碎石、砂級配差,含泥量超標,碎石中石粉含量大,針、片狀物過多,影響了水泥與骨科的膠結。
進行配合比設計時,忽視水泥用量增多對混凝土品質的影響,錯誤認為水泥用量越多,混凝土強度越高。對摻合料和外加劑的選用缺乏專業技術人員的指導,往往達不到預期的效果。
2、常見裂縫問題的處理措施
2.1.化學反應引起的裂縫及預防
堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中常見的由于化學反應而引起的裂縫。混凝土拌和后會產生一些堿性離子,這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大,造成混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現中混凝土結構使用期間,一旦出現很難補救,因此應在施工中采取有效措施進行預防。主要的預防措施:一是選用堿活性小的砂石骨料。二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑:一是選用堿活性小的砂石骨料。二是選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑。三是選用合適的摻和料抑制堿骨料反應。由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹,導致混凝土脹裂,此種類型的裂縫多為縱向裂縫,沿鋼筋的位置出現。
3、裂縫處理
裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度,還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。因此根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理,以保證建筑物的混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法:表面修補法,灌漿、嵌縫封堵法,結構加固法,混凝土置換法,電法學防護法以及仿生自愈合法。
3.1表面修補法
表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,在防護的同時為了防止混土受各種作用的影響繼續開裂,通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。論文參考網。論文參考網。
3.2灌漿、嵌縫封堵法
灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。
3.3結構加固法
當裂縫影響到混凝土結構的性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。
3.4混凝土置換法
混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法,此方法是先將損壞的混凝土剔除,然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。
3.5電化學防護法
電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態,鈍化鋼筋,以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。
3.6仿生自愈合法
仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對受創傷部位自動分秘某種物質,而使創傷部位得到愈合的機能,在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠襄),在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統,當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。
4、結束語
第二是聞。只要塑料有異味,是絕對不能用來裝食品的,異味一般是制品中添加輔助劑、染料等其他輔料或殘余單體的味道。
第三是摸。裝食物的塑料一般摸起來光滑,如果手感不光滑,尤其是發黏的,一定不能用來裝食物。
塑料水杯不利健康
塑料杯因其多變的造型、鮮艷的顏色、不怕摔打的特性,受到許多人的喜愛。其實,塑料屬于高分子化學材料,常含有聚丙乙烯或PVC(聚氯乙烯)等有毒的化學物質,用塑料杯裝熱水或開水時,這些有毒的化學物質很容易析入水中。另外,塑料杯易生細菌,不易洗凈,因為塑料表面看似光滑,實際它的內部微觀構造有很多孔隙,易藏留污物。如選用塑料杯,應選擇符合國家標準的食用級塑料所制的水杯。
當心鄰苯二甲酸鹽和酚甲烷
據美國最新一期《環境觀察》雜志報道,一種廣泛存在于塑料玩具、奶瓶和其他塑料消費品中的人工合成化學物質――鄰苯二甲酸鹽,可能危害男嬰的生殖器官,影響孩子的性征發育,甚至引起生殖系統的癌癥。幾乎在同時,一份發表在《內分泌月刊》上的論文指出,酚甲烷也是一種在塑料制品中常用的化學物質,可能導致女性患上乳腺癌。
慎選慎用塑料食品袋
有關專家提醒:在選擇和使用塑料食品袋或一次性餐盒時要慎選慎用。
購買熟食、點心等直接入口的食物時,最好自帶餐具或標準塑料食品袋。購買標準塑料食品袋,最好到正規的商場(店)購買知名品牌的產品,產品的外包裝袋上要有中文標識,標有廠名、廠址和執行標準,并在明顯處注明“食品用”字樣。同時,冰箱里的冷藏、冷凍食品也應該用保鮮膜或保鮮袋,不要用普通的塑料袋代替。禁用彩色塑料袋直接盛裝食品。因為塑料袋染色的顏料滲透性較強,遇油和遇熱時容易使顏料中的化學成分滲出。塑料袋還會釋放有毒氣體,侵入食品當中。
如何選用微波爐專用飯盒
第二是聞,只要塑料有異味,是絕對不能裝食品的,異味一般是制品中添加助劑、染料等其他輔料或殘余單體的味道。
第三是摸,裝食物的塑料一般摸起來光滑,如果手感不光滑,尤其是發黏的,一定不能裝食物。
塑料水杯不利健康
塑料杯因其多變的造型、鮮艷的顏色、不怕摔打的特性,受到許多人的喜愛。其實,塑料屬于高分子化學材料,常含有聚丙乙烯或PVC聚氯乙烯等有毒的化學物質,用塑料杯裝熱水或開水時,這些有毒的化學物質很容易析入水中。另外,塑料杯易生細菌,不易洗凈,因為塑料表面看似光滑,實際它的內部微觀構造有很多孔隙,易藏留污物。如選用塑料杯,應選擇符合國家標準的食用級塑料所制的水杯。
當心鄰苯二甲酸鹽和酚甲烷
據美國最新一期《環境觀察》雜志報道,一種廣泛存在于塑料玩具、奶瓶和其他塑料消費品中的人工合成化學物質――鄰苯二甲酸鹽,可能危害男嬰的生殖器官,影響孩子的性征發育,甚至引起生殖系統的癌癥。幾乎在同時,一份發表在《內分泌月刊》上的論文指出,酚甲烷也是一種在塑料制品中常用的化學物質,可能導致女性患上乳腺癌。
慎選慎用塑料食品袋
如何有效降低使用塑料制品的危害,有關專家提醒廣大消費者,在選擇和使用塑料食品袋或一次性餐盒時要慎選慎用。
購買熟食、點心等直接入口的食物時,最好自帶餐具或標準塑料食品袋。購買標準塑料食品袋,最好到正規的商場(店)購買知名品牌的產品,產品的外包裝袋上要有中文標識,標有廠名、廠址和執行標準,并在明顯處注明“食品用”字樣。同時,冰箱里的冷藏、冷凍食品也應該用保鮮膜或保鮮袋,不要用普通的塑料袋代替。
禁用彩色塑料袋直接盛裝食品。因為塑料袋染色的顏料滲透性較強,遇油和遇熱時容易使顏料中的化學成分滲出。塑料袋還會釋放有毒氣體,侵入到食品當中。
如何選用微波爐專用飯盒
飯盒的材質不盡相同,有的標有微波爐專用字樣,但材質卻有PP和PP+PS之分;有的則連適用于什么、什么材質等都沒有標明。
課堂教學是學校教學活動的主體,課堂教學應摒棄傳統的教學模式,在課內滲透社會生活中的化學,并使其緊密結合教學內容和進度來進行,只有這樣才能鞏固課內知識,同時也能及時拓展課外知識,使課內、外知識有機地結合起來,使學生在學習的過程中沒有累贅感,反而覺得所學知識更豐富,實用性更強。例如,在“氮和磷”的教學中,以“我們每時每刻都在氮氣的包圍之中”的現實場景引入氮氣的物理性質,說明氮氣的化學性質不活潑,進而引出氮氣的分子結構和化學性質。也可以講述在打雷閃電時氮分子與氧分子分裂為原子,原子重新組合成一氧化氮分子的場景,介紹了后續幾個反應后,得出諺語——“雷雨發莊稼”的結論。在講到NO的毒性時,補充NO作為信使分子在生命過程中的重要功能,讓學生帶著驚訝的情緒對NO產生了新的認識。
通過緊密結合教材基礎知識或重點知識的應用性知識的補充、討論與交流,一方面可以使學生從化學的角度逐步認識與環境的關系,分析有關的社會現象,培養學生聯系生活、社會中的化學問題的意識,另一方面可以提供給學生未來發展所需要的基礎的化學知識和技能,培養學生運用化學知識和科學方法分析和解決簡單問題的能力。
二、進行熱點滲透教學
教學過程中為學生提供與學習內容相關的各種情景素材如化學史料,日常生活中生動的自然現象和化學事實等,能夠強化學生對化學與生活有關、對生活有用的意識,激發學生的學習動機。如現行高中化學教材中“人類保護臭氧層的行動”,這既是一個自然科學問題,也是一個“人文意識”問題,圍繞“從電冰箱的普及與換代到臭氧層”開展探究,指導學生查閱,訪問網站,獲得知識。在講授重金屬汞的性質時,可以結合生活實際討論其危害,講述汞蒸汽對人體的危害可以使學生們認識到用行動防止汞污染的重要性,例如怎樣清理破碎的水銀溫度計、如何處理含汞的廢舊電池、廢日光燈管等,使學生養成良好的生活習慣,這使化學教學更貼近于社會實踐,同學們在學習過程中會覺得所學知識富有時代感,具有實用價值,有助于培養學生對未來的人文關懷,將自然科學融入整個人類文化的背景中思考和分析。
三、生活與化學專題教學
高中化學專題教學能有助于激發學生的學習興趣,并可拓展學生的知識面,具體教學形式可以將生活中的化學與書本中的化學的聯系以專題講座的形式介紹給學生,介紹化學的過去、現在和未來,介紹世界高新技術發展的動態與趨勢,介紹化學在高新科技領域中的作用,介紹化學與其它學科之間的相互滲透,介紹化學與社會的關系,如健康、保健、能源、資源、環境等社會問題。例如可以向學生講解當前化學合成材料的發展概況,人類已經可以制造出可以替代人體多個部位的化學材料。
四、與生活中化學知識相關的實驗探究教學
化學實驗是進行研究的重要手段,是培養學生動手操作能力的有效途徑,在化學實驗的基礎上,學生從具體的形象思維轉入抽象的邏輯思維,從而提高理性認識?;瘜W實驗還可以培養學生謹慎的科學態度,以貼近生活和發生在身邊的化學現象為素材,組織探究實驗活動,既培養學生學習化學興趣,又使學生感受到化學在國民及生活中的實際運用。例如選取日常生活的素材可進行“鮮果中維生素C的還原性”、“自制肥皂與肥皂的洗滌作用”、“用生活中的材料制作簡易電池”、“溫度對加酶洗衣粉的洗滌效果的影響”等實驗。選取與化學有關的社會問題為實驗內容可進行“用氧化還原滴定法或電化學分析法測定污水中的化學耗氧量”、“用淀粉自制吸水材料,并進行模擬保水試驗”等實驗。通過化學實驗來解釋和解決日常生活和社會實際問題,對于拓展化學實驗的功能,提高學生的科學素養,具有十分重要的意義和價值。
五、進行與生活有關的寫作教學
隨著高分子科學的發展,高分子材料已滲透到日常生活和工業的各個部門,新的高分子聚合反應、聚合方法和新的高分子材料層出不窮。高分子化學是一門以實驗為基礎的學科,是學生深入理解高分子化學理論課程和進行高分子化學材料研究的必備課程,對加強學生的實踐動手能力與創新能力培養等方面有著重要的作用[1-3]。傳統的高分子化學實驗教學模式基本是教師講解、學生操作、學生提交實驗報告、教師評分等。這種教學模式下,學生對實驗課程缺乏足夠的重視,往往只是按部就班地操作完,最后實驗報告能夠拿到合格的成績就足夠了,在實驗過程中缺乏對過程和細節的深入思考,因此不利于學生綜合素質的培養和創新能力的提升[4-6]。高分子化學是一門與時俱進的課程,高分子化學實驗應該進一步體現這種發展趨勢。因此,為了提高學生對高分子化學實驗課程的熱情與積極性,采用科研項目與高分子化學實驗課程相結合的教學模式,不僅能夠豐富實驗教學內容,提高學生的實驗技能和科研能力,也為培養出具有創新意識和創新思維的創新人才添磚加瓦。
1傳統高分子化學實驗教學中的問題
傳統的高分子化學實驗教學模式一般是固定的,即教師講解理論知識與實驗操作示范、學生根據教材的實驗目的和老師的要求進行程序化操作、學生課后撰寫實驗報告并交給老師、教師根據實驗結果的優劣進行實驗報告評分等。學生在這種教學模式下很少會對實驗設計、實驗過程和細節等進行思考與討論。對大部分學生來說,只要最后的實驗考核是合格的就足夠了,因此學生們往往是抱著完成任務的態度做實驗。這種實驗教學模式雖然實現了對學生動手能力的鍛煉,但是難以督促學生學以致用,導致理論課和實驗課是完全分離開來的,難以結合在一起。另外,這種固定模式和程序化的實驗課程,難以鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力,更難以培養出具有創新意識和創新能力的人才。高分子化學的發展與變化日新月異,高分子化學實驗也應該進一步體現這種變化趨勢,從而使得學生們更加深入地理解高分子化學的與時俱進。然而,由于實驗室資源與資金的缺乏,傳統的高分子化學實驗課程內容經常是幾年都固定不變的,對學科的新發展、新知識、新變化沒有吸收與提升。這種內容固定、操作按部就班的實驗課程很難調動學生的積極主動性,更難以引起學生對高分子化學的熱愛與興趣。
2科研項目與高分子化學實驗相結合
高校教師一般會以自己的研究領域為基礎,進行相關科研項目的申報。這些科研項目相對于高分子化學實驗來說,都是一些具有前瞻性和創新性的研究。因此,將高校教師的科研項目融入高分子化學實驗教學,對高分子化學實驗傳統教學模式進行改革,具有重要的意義。
2.1科研項目融入高分子化學實驗課堂的意義
高分子化學是一門與時俱進的課程。傳統的高分子化學主要以傳統高分子材料如塑料、橡膠、纖維素、涂料等為主,相應的高分子化學實驗也是以合成或改性傳統高分子材料為主。隨著高分子科學的發展,高分子化學領域的新材料層出不窮,這不僅體現在生活、軍事、工業等領域的新型功能材料。在科研項目中,高分子化學材料的應用也得到了廣泛的關注與認可,高分子化學領域的科研項目在化學領域的教師中占有較大的比重。在教師的科研項目中,涉及到的高分子化學材料通常具有較好的新穎性。因此,將科研項目的內容融入高分子化學實驗課堂,不僅能夠豐富高分子化學實驗的教學內容,提高學生對實驗的興趣和積極主動性,而且能夠培養學生的科研能力和科研思維。同時,教師也可能從學生們的思考與討論中,獲得新的想法。
2.2科研項目融入高分子化學實驗課堂的方法
高分子化學實驗的時間一般比較長。在等待的過程中,學生基本是在聊天,有的學生甚至在打游戲,很少有同學利用這個時間對實驗進行思考或者討論。這不僅浪費了寶貴的學習時間,而且不利于實驗的開展。即使后面實驗出現了問題,學生也不會花費過多的時間去尋找原因。因此,老師可以利用學生在等待實驗的過程中,將科研項目中較為簡單且與實驗有聯系的部分拿出來與學生討論。首先,將教師科研項目中與實驗相關的內容拿給學生分組討論,通過與自己的實驗比較分析,并結合理論課程和實驗課程知識,讓學生提出問題。進一步,根據提出的問題,讓學生先自己進行分析,得出結論后與老師進行討論。然后,老師根據學生的討論情況,引導學生提出解決問題的方法。最后,根據以上討論的內容,鼓勵學生進行進一步的創新,并鼓勵感興趣的學生利用課后時間進入教師所在實驗室進行深入的探索與研究。例如,傳統高分子化學實驗中,有一部分實驗內容是“甲基丙烯酸甲酯的本體聚合”,如果老師的科研項目中有涉及到甲基丙烯酸甲酯或者本體聚合的內容,就可以拿出來與學生進行討論,引導學生進行實驗課堂之外的新思考。通過“提出問題-分析問題-解決問題-創新實踐”這一過程,鍛煉學生的創新思維和科研意識,為將來進入實驗室進行畢業論文課題研究或科研項目研究打下良好的基礎。
2.3將科研項目內容融入高分子化學實驗教學中
高分子化學實驗教學,一般會有多個老師負責。每位老師都有自己的研究領域或專技特長。高分子學科之所以發展如此迅速,其中很重要的一個原因是其具有比較強的應用性。因此,根據帶教老師的研究領域,可以對現有的一些高分子實驗進行改進。例如,在“雙酚A環氧樹脂的制備”實驗中,主要內容是環氧樹脂的制備和環氧值的測定,而沒有涉及到環氧樹脂的應用。如果帶教老師的研究領域和科研項目與環氧樹脂相關,可以根據自己的科研項目內容,在與其他帶教老師及實驗中心討論后,適當增加實驗內容及應用。例如,可以增加不同制備時間下環氧樹脂的制備實驗,研究不同反應時間對環氧值的影響。同時,將具有不同環氧值的環氧樹脂進行粘結實驗,研究反應時間對環氧樹脂粘結性能的影響。這種將科研項目內容與高分子實驗課程相結合的方式,不僅保留了經典高分子化學實驗的內容,同時豐富了實驗課程的內容和方式,改變了傳統高分子化學實驗內容一層不變的局面。此外,這種目的導向性的高分子化學實驗內容,容易引起學生的思考與興趣,對于培養學生的科研思維和創新意識具有重要意義。
2.4將科研項目的資源與高分子化學實驗共享
由于資金或平臺的限制,大學生的高分子化學實驗課程往往只進行最基礎的研究,學生缺少進一步深入探索的機會與平臺。而許多高校教師一般都有自己的科研資源或平臺,因此,可以利用高校教師的實驗室資源和平臺,為那些對課程實驗內容感興趣的學生提供進一步研究的機會。例如,在“線性酚醛樹脂的制備”實驗中,主要內容是線性酚醛樹脂的制備和固化,沒有涉及到酚醛樹脂的物理化學性能。眾所周知,酚醛樹脂的耐熱性、拉伸性能、耐壓性等影響了酚醛樹脂的應用。盡管這些性質屬于高分子物理領域范疇,但卻是研究酚醛樹脂必不可少的內容。因此,該實驗課程結束后,可以帶領對酚醛樹脂感興趣的同學,進入研究酚醛樹脂教師的實驗室。將學生實驗得到的產品進行進一步的分析與研究,并要求學生提交相關的實驗報告和心得體會。通過這種方式,不僅能夠豐富實驗教學內容、增強學生對實驗的理解與認識、激發學生對實驗的興趣,還能夠幫助對科研感興趣的同學提前了解和掌握一些實驗內容與技術,為將來進入實驗室開展科研項目工作打下基礎。
2.5鼓勵學生將高分子化學實驗內容拓展為大學生創新研究項目
英美研究人員首次發現,BPA可能與心臟病和糖尿病有關聯。研究結果發表于《美國醫學會雜志》上。
BPA廣泛應用于嬰兒奶瓶、光盤、食品容器等塑料制品,可謂無處不在。此前,已有動物實驗顯示,接觸到BPA的老鼠身上出現乳腺癌、前列腺癌等癌癥發病征兆,引發人們對BPA安全性的關注。
此次,英美研究人員比較分析了美國衛生部門2003年和2004年間收集到的1455名美國成年人身體健康狀況資料。研究發現,90%以上被調查者的尿液中檢出BPA。在BPA含量最高的一組成年人里,罹患心臟病和糖尿病的人數比含量最低的一組多出1倍多。美國密蘇里大學生物學教授弗雷德里克?馮扎爾說,這是迄今針對BPA人體影響的最大規模研究,首次指出BPA與心臟病和糖尿病之間可能存在關聯。
未定論結果引爭議
不過,馮扎爾同時指出,研究未能證明BPA就是導致心臟病和糖尿病的元兇。研究論文作者之一、英國??巳卮髮W研究員戴維?梅爾澤說,研究未能證明BPA是造成心臟病和糖尿病的唯一可能。雖然其他因素致病可能性不大,但研究人員未能排除。
另一方面,研究人員也無法解釋BPA與心臟病和糖尿病之間的因果關系。美國達特茅斯學院健康政策和臨床實踐研究所研究員莉薩?施瓦茨說,不能排除被調查對象原本就患上心臟病或糖尿病、導致身體對BPA抵抗力下降、BPA增多的可能。
研究人員希望通過進一步研究,找到BPA致病的直接證據。“得到更直接證據將會是件好事?!泵窢枬烧f。
這份研究報告遭到美國塑料制品生產商抨擊。他們認為,新報告并不能證明BPA存在危害。代表塑料制造商的美國化學協會說,研究過程存在漏洞,結果也只是指出某種關聯。
美國化學協會在一份聲明中說:“正如研究作者所說,他們沒有得出BPA引發健康疾病的結論,他們只是說明了統計上的聯系。”然而,美國塔夫茨大學研究員安娜?索托認為,研究足以引起注意,政府應該采取行動限制BPA使用。
“我們不能等到做完更多研究才行動起來保護人們健康?!彼魍姓f。
此前,美國國立衛生研究院下屬的國家毒理學規劃處已把BPA對胎兒、嬰兒和兒童的潛在危害警示級別定為“適度關注”,但對成人的危害分級仍為“可以忽略”。如今,美國一些州政府已開始考慮限用BPA。據美聯社的報導,加拿大政府已提案禁止嬰兒奶瓶制造商銷售含有BPA的奶瓶。
美國藥食局出面擺平
美國藥食局(FDA)針對BPA安全問題的聽證結果。FDA認為,目前人們接觸雙酚A的水平并不會對人體造成危害。FDA食品添加劑安全辦公室主任勞拉?塔蘭蒂諾說:“我們暫時得出的結論是,它是安全的。我們沒有建議人們改變使用習慣。”
FDA新聞官米切爾告訴媒體,經過多年的試驗,FDA確信少量的雙酚A并不會對人體產生危害,FDA支持食品包裝中使用含雙酚A的塑料。米切爾表示,FDA在動物身上進行了攝入不同劑量雙酚A的測試,但是并沒有產生相關論文中提到的“低劑量的這一化學物質就能模擬雌激素、阻礙激素分泌并對實驗室動物造成傷害的結果,也沒有其他副作用?!?/p>
此外,他強調多次試驗表明,如果按照產品使用說明,雙酚A就不會分離出來,不會對嬰兒健康產生危害。但對塑料容器進行持續加熱之后,確實發現雙酚A外泄的現象。塔蘭蒂諾則認為正確的使用方式是必要的,她說尤其應避免用這類容器來加熱食品,因為高溫會使容器中的雙酚A釋放出來。
米切爾同時承認,在儲存食品的罐頭中也發現極微量的雙酚A外泄的現象,但影響罐頭食品的程度極其微小,“僅有十億分之幾”。FDA的調查報告認為,人體內的雙酚A水平通常很低,不足以危害健康。
不過,即使FDA得出了最終的結果,但科學界人士對這種化學材料的看法依然各持己見。一些獨立的研究機構更多支持這種材料的確存在危害性的說法,而在政府層面上,日本和一些歐洲國家也和美國持不同的看法。
前沿鏈接
1 當前室內設計存在的突出問題
改革開放以來,我國的鋼鐵、水泥產量隨著經濟的持續高速發展逐年提升,甚至躍居世界第一?;?、塑料、陶瓷、玻璃、木材、紡織等行業也隨著室內裝飾業的發展逐步發展壯大。但是多年來室內設計逐步發展的同時也顯現出了鋪張浪費現象,居室裝修的不安全因素日益增加,以及設計方案缺乏遠景目標,造成不必要的重復投資等問題。室內設計中存在的資源和能源浪費造成的環境污染和環境破壞已經上升到了關系未來社會發展的重要問題。
1.1 鋪張浪費現象嚴重
當前室內設計普遍存在一種鋪張浪費的傾向。無論在裝修材質還是裝修風格上都在追求高貴奢華,時尚、新潮、豪奢的裝修主題正在成為裝修熱點。人們普遍追求奢華精致,殊不知奢華不一定是最好的。過度追求富貴奢華會會忽視裝飾最基本的實用性。尤其是對一些不可再生資源的過度追求會造成資源瀕臨枯竭的嚴重后果,違背了最基本的可持續發展理念。
1.2 化工材料的應用造成很大的安全隱患
由于人工合成化學材料的廣泛應用,室內裝修的安全性引起了人們的廣泛關注,“甲醛病”和“新房病”屢屢發生。據有關資料表明,建筑物中存在的一些化學物質會滋生大量細菌和病菌,而這些病毒會傳染給居住者,導致房主患障礙性貧血病等疾病。這些案例時時提醒我們要注意室內裝修的安全性。
1.3 室內設計缺少前瞻性
室內設計者應該有長遠的眼光,要有發展的眼光而不是簡單地跟隨潮流。當前很多設計者往往不具備長遠的眼光,使室內裝修要不斷進行更新,但好多材料都不可以重復利用。所以一旦重新進行裝修,不僅浪費了財力物力,更造成了大量的建筑垃圾,成為環境污染的重要源頭之一。
2 低碳經濟下室內設計應遵循的基本原則
2.1 注重室內設計的實用性
室內設計是建筑設計的深化發展和延伸。主要內容為平面設計和空間組織。室內設計首先要遵循的基本原則就是要給人們創造一個健康安全而又舒適的生活環境。房間結構的處理,自然光和照明的應用,以及室內家具和燈具的造型與設置等各項環節都要遵循經濟適用原則,同時盡可能地選擇低碳環保材料為原則。
2.2 注重室內設計的科學性
要注重氣候因素對空間布局的影響。氣候是影響家居設計的重要因素。溫度、濕度、朝向以及通風等因素制約著設計師的著眼點,要充分解決好這些關鍵因素才能提供出更為舒適科學的設計方案。
2.3 充分注重室內設計的藝術性
隨著人們生活水平的提高,人們越來越重視精神文化方面的享受,因此室內設計還要體現出它的藝術性。既要重視設計的藝術性同時也要注重低碳和環保,就必須要抓住色彩這一重要的視覺元素,在設計中利用色彩變換的物理效應形成色彩的冷暖變化來調節空間結構。形成既有色彩的藝術效果,同時還有實際的視覺空間的作用。
3 低碳經濟下室內設計環保材料的應用
我們已經說過生態設計最關鍵的是重視人的健康安全,為遵循這一原則,就要在設計過程中嚴格選擇環保材料。當前有很多家具都含有有毒物質,這正是我們所反對的。在家具裝飾和選擇中,要盡可能的選擇木質及玻璃制品的家居材料,盡量減少含有化學材料的人造革等產品。家居裝飾不要追求奢華而要追求綠色環保的健康理念。
在保溫環節上,要積極采用單位厚度熱阻值高的產品。如擠塑聚丙乙烯板、玻璃棉等無毒性、無放射性、無污染性等材料,更好地防寒保暖。在隔熱環節上,盡量采取自然通風、建筑遮陽等措施隔熱。例如目前已經研制的太陽能遮光板,在有效阻隔太陽照射的同時,又能充分利用太陽能,很好地遵循了低碳環保的設計理念。在室內設計的光設計環節上,自然充分利用自然采光,盡量減少人工采光。當然,自然光并不能完全滿足人們的日常生活需要,還需要采取一定的人工照明。
結語
本文是筆者結合多年教學生活和生活實踐經驗對在低碳經濟視角下室內設計應該怎么進行作出的思考,并就這一問題進行了探討。具體闡述了當前室內設計存在的突出問題,低碳經濟下室內設計要遵循的基本原則以及低碳經濟下室內設計的環保材料的應用等問題,并闡述了自己的觀點和看法。當然,由于各種因素的局限,筆者并不可能對這一問題作出盡善盡美的回答,只希望其中的認識和觀點有些許值得大家借鑒的價值。
參考文獻
出身于浙江海寧的鄭衛國,有厚實廣博的專業知識,他1989年赴美留學,1994年獲有機化學博士學位后定居美國,先后在麻省理工學院,哈佛醫學院和美國某大型生物儀器公司學習和工作,主要從事化學材料和生物化學方面的研究。鄭衛國設計并研發成剛果紅染料和99mtc標記的蛋白質多肽復合物,用于老年性癡呆癥的檢測,該技術的發明,使得老年性癡呆癥的定量檢測成為可能。他撰寫的學術論文,多次見諸于世界著名科學刊物。
2006年,無錫“530”計劃出臺,在陸續考察了全國許多城市,并經過多方比較和篩選后,鄭衛國最后選擇在無錫落戶。懷抱豐厚的學術成就和遠大的創業理想,鄭衛國由硅谷回國,以一顆拳拳赤子之心,響應無錫引智創舉。
創立之初,鄭衛國與27名研究生、本科生一起組成創業團隊,根據國內法醫DNA檢測試劑廣泛的市場需求,以核酸檢測平臺為核心技術支撐,開發一系列核酸檢測試劑產品,他成立的中德美聯生物技術有限公司與北京、江蘇、江西等地的公安法醫部所和親子鑒定機構建立了良好的合作關系,產品應用于法醫、臨床、農業、環保等高科技領域。公司所擁有的技術使中國的核酸檢測技術實現了歷史性的突破,并已申請發明專利三項,首先在中國法醫學DNA鑒定檢測領域實現應用,將有助于國家建立犯罪數據庫。由于中國企業的崛起。國外生物行業巨鱷瑞士羅氏(ROCHF)、美國應用生物系統公司(ABI)獨霸世界市場的格局因此發生改變。中德美聯由此一躍成為中國核酸檢測領域具有自主核心競爭優勢的領軍型生物技術企業。在當地政府足量資金和先進設備的支持下,鄭衛國與公司技術人員經過一年多夜以繼日的研制、攻關,于2007年底終于研制成功了國內第一個DNA檢測劑盒,并通過了國家鑒定進入產業化生產。