时间:2023-03-17 18:09:08
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1.1缓蚀剂、杀菌剂等化学试剂在油田污水处理上的应用
杀菌剂,通常包括非氧化型和氧化型两种,其相关差异性在使用的功能和组成上表现得最为突出。在这当中氧化性杀菌剂具有较强的杀菌力,在众多领域都获得了广泛的应用。如次氯酸钠、氯气、溴类、过氧化氢、臭氧等,但是其药效难以长时间得以维持,缺乏稳定性、具有很大的需求量,十分容易对环境带来污染,所以较少应用于油田污水处理方面。在油田污水处理中,非氧化性杀菌剂获得了广泛的应用,非氧化性杀菌包括非离子型、离子型两种类型。非离子型杀菌剂要实现杀灭细菌或抑制细菌的目的,主要通过向细菌体内渗透或者在水中完成水解后,和细菌的某些组分产生络合物沉淀来完成,主要有醛类,如戊二醛、甲醛、氯代酚类还有相关衍生物。离子型杀菌剂主要包括两性离子杀菌剂、阳离子型杀菌剂、阴离子型杀菌剂,季铵盐精确类属于阳离子杀菌剂之一,是最广谱有效的,另外还有有机胺类、1227防藻类。两性杀菌具有十分广泛的使用范围,很少使用阴离子类。缓蚀剂,以主要化学成分为参照进行分类,主要包括有机和无机两类,缓蚀剂具有很强的适用性,能够有效控制金属的腐蚀性。同有机缓蚀剂比较,无机缓蚀剂在种类上较少,并且要想发挥效用,一定要在高浓度条件,在这当中铬酸盐缓蚀剂具有非常显著的缓蚀效果,在过去很长一段时间,使用非常广泛,但在环境保护方面,我国政府的管理力度不断加强,铬酸盐缓蚀剂慢慢从市场淡出。有机缓蚀剂有很多类型,主要有铵盐和季胺盐类缓蚀剂、杂环型缓蚀剂、咪唑啉类缓蚀剂等。
1.2阻垢、絮凝等化学试剂的现实应用
油田产生能够产生大量的污水,其中不少化学添加剂、天然的机械杂质等,会使得管线遭受腐蚀,或发生堵塞,要是对外排放势必会对环境造成一定的污染。但是在现阶段,处理油田污水的化学添加剂和天然杂质,已经开始广泛应用化学絮凝法,大多当做预处理技术同气浮法有效配合,发挥使用作用。絮凝剂成为了被经常使用的油田化学剂。现阶段絮凝剂已经有很多种类,具体涉及有机絮凝剂、无机絮凝剂、复合絮凝剂等三类。在这当中,使用有机高分子絮凝剂具有很多的优势,具体表现为能够较快获得处理,不需要太多的量,带来的污泥量不大等,絮凝剂在油田污水处理中显现出了重要的作用,其重要地位已经获得了认可。结垢通常是指在管线、储层、设备中形成的非常密实的,呈现出非正常溶解度的难溶或微溶盐类物质的垢。开发油气田,到达中期阶段与后期阶段后,在采油工艺上回注污水成为广泛应用的方式。就生产过程来说,受温度、压力等各种条件不断变化的影响,同时受水在热力学上缺乏稳定性,并且在化学上呈现出不相容性影响,通常会导致地面注水管线、地层、注水井筒出现结垢。现阶段,已经形成了多种油田污水的结垢控制技术:对不相容的水尽可能避免发生混合、对水的pH值加强控制、将成垢离子从水中清除、使用防垢剂、对物理条件控制好、磁防垢技术。将少量的防垢剂,加入水中实施化学防垢,这是应用比较多的一种方法。防垢机理是利用晶体畸变、螯合、分散等多种作用把垢粒、成垢离子在水中稳定保持,进而对结垢产生有效的阻止作用。
2结语
1.1生源质量参差不齐
在竞争激烈的学生市场上,大部分技师学院考虑到招生需要,降低对难度较高专业的要求,最终体现在学生化学基础水平上,形成了技师学院生源质量参差不齐的现状。对教育教学带来了一定的难度,导致学生学习吃力,积极性降低的现象。造成恶性循环
1.2教材内容存在问题
在对技师学院现用的化学教材进行详细的研究调查后,不难发现其中存在实用性较差的问题,而且课本教材内容更新速度缓慢,内容过于陈旧,不利于学生接触学习最新的化学知识,与世界接轨。教材过分依赖本科教材,没有做到实事求是,过多的理论知识并不适用于职业教育,而自编教材也缺乏新意,难以体现化学科学的实用性、趣味性。这些都无法实现技师学院化学教育的教学目的和人才培养标准,阻碍了化学教育的完善和发展。
1.3教学模式禁锢陈旧
化学作为一门趣味性很强的实验性学科,很多教育工作者忽略了这一本质。继续沿用原有传统的教学模式,照本宣科,课堂教学教师一直在讲,学生被动的记忆,这也成为技师学院化学教育课堂的通病。单一的教学方式,不仅违背了化学科学的精神,也严重影响到了学生想学习化学的兴趣。部分学校教学严格遵循教学大纲,知识过分局限在课本,未能给学生带来更好的引导,导致学生的综合能力难以得到提升。
1.4实验课程严重弱化
众所周知,实验是化学教学的非常重要的一部分,然而在实际调查中,我们发现有相当部分的技师学院化学课堂依然主要依靠黑板板书。也有部分的化学课堂实行课堂演示的方法,很显然,这种方法只能在三尺讲台上进行,不能充分考虑到全体学生的感受,教室后排的学生基本难以参与并准确观察到实验现象。在实验教学中,大部分学生做实验都是在教师课堂讲解演示之后进行的,这样达不到锻炼学生能力的目的,难以激发学生的自主思考和创新,这也失去了实验课程教学的意义。
1.5教学设备封闭落后
在技师学院化学教学中,不完善的实验室管理制度和学生使用原则,使得实验室教师以及相关工作人员不愿意开放实验设备,造成学生有积极性而得不到满足。还有学校资金问题等原因导致教学设备的落后,也限制了学生参与实验教学的积极性。
2技师学院化学教学创新举措与思考
2.1因材施教,采取分层教学
针对技师学院生源参差不齐的现状,可以采取分层教学的方法。以基础知识为基本,立足社会职业需要的技师学院化学教育,要兼顾基本的知识储备和化学科学的实用性。采取分层教学可以真正的做到因材施教,教师通过对学生进行专业知识调研,根据学生的知识储备梯度分班,这既可以对功底较差的学生进行基础知识强化教学,分散教学目标,逐渐培养学生学习化学知识的自信,对基础较好的学生可采取另一种教学方案。此外,在学科考核评价体系上,也要考虑更多的因素,实现评价的公平最大化,这样学生学习化学的积极性会大大的提高。
2.2大胆改进教材,强化职业定位
纵观国内技师学院化学教材,大部分教材设计收受到传统编排模式的影响,一直停留在重学术理论知识而轻实用性应用的阶段上。这和技师学院教学人才培养规划相违背,所以教材改进亟待进行,在教育教学突出鲜明的职业定位。教育教材编订这应当充分结合当下技师学院化学教学的实际情况,到企业中去,了解化学科学的实际需要,以及最新的行业资讯。在教材编排上要摆脱传统模式的禁锢,突出职业定位和特点重视实践应用,突出化学科学的实用性、趣味性。
2.3优化实验体系,创新实验内容
实验教学体系的完善影响着化学教学质量的持久性,实验内容更是化学教学质量的关键。在实验教学中可以进行多层次的教学方式,基础实验、提升型实验、创新型实验相互配合针对不同需求的学生。同时实验内容也应该减少验证性实验,强化探究性实验,这为技师学院化学教学带来了更好的开放性,有利于学生形成良好的科学态度,培养适应市场需要的高技能创新型人才。
2.4转换教学方式,重视实践教育
既然化学以实验为基础,职业教育也已培养实用型技术人才,那么,传统的教学方式已经不能适应新型的人才培养目标。如此,新的教学模式应该充分贴合培养目标,注重新思维能力的培养和创新思维的指导,结合当下多媒体资源,采用丰富多样的教学方法,鼓励学生的自主性。同时也要加强实验教学设备的投入,为新型的教学模式提供良好的硬件保障。
3结语
化学教学本身并不只是传授给学生一些初步的化学概念和规律,而是通过一系列有效的教育教学手段,全面提高学生的智能,使他们能够掌握和运用一些化学原理和实验手段,学会科学研究的基本方法,学会辩证而客观地认识世界.从而在将来能够独立地、有创造性地进一步深入学习和从事社会主义现代化建设。运用化学实验,通过一系列有效的方法和手段,能够较好地发展学生的智能。
一、围绕实验的“三大原理”引导学生展开思维活动
化学实验理论的主体内容,可概括为⑴实验原理;⑵装置原理;⑶操作原理。教师应当在具体的化学实验教学过程中,引导学生围绕对上述“三大原理”的探索、理解和辨析,自始至终渗透着思维训练活动。
首先,是实验原理的思维训练。“实验原理”即反应原理,指的是每个具体的化学实验,反映了或说明了或推断了什么样的物质发生何种变化的理论。可以围绕如下的角度引发学生思考:1.变化实质──什么化学物质(有时还应进一步分析为什么要选用这些物质)?2.定量关系──反应物之间采用怎样的物质的量(或质量、或体积、或微粒数目)的关系?为什么要采取此种定量或过量关系?3.反应条件──实验时应选择怎样的物质状态、变化温度、压强或催化剂条件?为何要选择这样的条件?(1).仪器选用──根据实验原理,对特定的反应物或生成物,应选用哪种量取、混合、反应、加热、除杂、干燥、检验、收集、吸收、分离、缓冲(安全)的仪器?为何选用这些仪器更适宜?(2).配套组合──根据实验需要,选用的仪器之间,大小、规格应怎样协调、搭配?如若不这样组合会出现什么弊端?能否作某种调换或代用?(3).连接顺序──为达到良好效果,选用的仪器应采取怎样连接的位置顺序和安装与拆除的先后顺序?为什么要安排这种顺序?不遵循此顺序会带来什么不良后果?
二、养成细心观察的习惯,为创造性思维夯实基础
爱因斯坦说过,他没有特别的天赋,只有强烈的好奇心。在人类认识史上,正是个别人对事物或某种现象产生了好奇感、惊奇感,从而导致了重大的发明创造。
化学与我们的生活息息相关,各种与化学有关的现象随处可见。用砖砌墙和贴瓷砖时,先要将砖和瓷砖用水湿润;新买的铝锅,烧过自来水后有黑色斑点;经常雷雨交加的地方禾苗长得很茂盛,这些奇妙的现象激起学生的好奇心后,就能促使他们去学习掌握水泥、铝和氮气的性质。
我们也会遇到一些奇特的实验现象。例如:一铝制的盛饮料的易拉罐内充满CO2气体,然后往罐内注入适量NaOH溶液,立即用胶布将罐口密封,反应一段时间后可能会出现什么现象呢?首先,易拉罐“内凹变瘪”,接着“瘪了的罐重新又鼓起来”。对于前面的现象一般很容易解释。这是因为学生很容易从固有的思维定势出发,即分析物质发生变化时,只从加入的物质来考虑,只分析NaOH溶液与CO2的反应,就能得出易拉罐“内凹变瘪”的现象。为什么会出现后面的现象呢?深入思考,不难得出这是因为容器本身“铝”与氢氧化钠溶液也会发生反应。对这些现象的好奇,能使学生的情绪亢奋、激动,从而在白热化的思维之中,迸发出创新的火花。
一般说来,学生对化学实验都颇有兴趣,但往往只是好奇心驱使所致,由于观察实验时目的性不明确,不善于集中注意力于那些关键设备的主要现象,加之演示实验时仪器小而教室范围宽、学生多,所以他们观察实验并不准确。为此,在可能条件下,教师宜改演示实验成并进实验,或借助CAI软件或VCD光盘、录相带等播放实验录像,尽可能结合并进实验或录像播放,穿插围绕“三大原理”的系列思考题,引导学生有针对性地思考,展开思维训练活动。
三、运用典型实验灌输创造性思维的方法
为了提高化学实验教学中思维训练的效能,教师应当借助典型的化学实验来诱导、激发学生的思维活动,这主要从三个方面着手:
一是教师宏观地把握大纲、教材的整体,通过哪些典型实验对学生进行哪些方面思维训练的规划,分阶段、分层次实施。例如,物质燃烧时有不同的特征。气体燃烧时产生火焰,固体燃烧时产生火星或火花。而硫在通常状况下是固体,可是,它在空气中燃烧时为什么产生火焰而不产生火星呢?我们只要引导学生仔细观察硫燃烧的特征就能把握其中的奥妙。原来燃烧时,固态硫先液化后气化,因此硫蒸气在空气中燃烧时产生淡蓝色火焰也就不足为奇了。
二是激发学习者的主观能动作用,将教材规定的某些演示实验或学生实验,改为实验设计或实验习题,让学生根据实验要求自己提出实施方案,以提高其创造性思维的能力.例如,给初三学生讲铁的性质,做铁钉生锈这个演示实验时,可先让学生自己找材料,每人在实验前10天准备三支干净的医用针剂小药瓶。按装满水、少量水、干燥三个不同条件各放入铁钉一枚。让学生每天观察一次并做好记录。等到讲这部分内容时,让学生带来“成果”。教师讲解与学生讨论结合;直到得出正确结论,效果就比较好。
三是选用一些中考”试卷的典型综合实验题,指导学生解题,乃至跟动手实验结合起来训练,中学教材和历届高、中考试题,不乏优秀的典型化学实验题型,如氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳等的制取与系列性质实验,对于培养学生的思维能力颇有作用。
综上所述,结论十分明显:化学实验教学中的思维训练不容忽视,化学实验活动中的思维训练前景广阔,大有可为。对化学实验的观察一般按下列顺序进行:(1)观察装置图,选择所用的仪器,了解它们的用途和用法;(2)观察反应物的颜色、状态;(3)注意反应发生的条件,同时注意观察发生的现象;(4)观察反应后生成物的颜色、状态等。要依次进行,不遗漏。实践证明,注重观察程序对培养学生的创造性思维确是行之有效的方法。
四、灵活运用演示实验、分组实验,为学生的创造性思维创建展示平台
演示实验是化学教学中经常运用的教学形式,它生动、简捷、有效,是培养学生的观察力、思维能力和动手操作能力最好的教学手段之一。我们在平时实施演示实验教学过程中,将教材中的演示实验分为三种形式教学:(1)对于重要实验,教师演示、学生观察分析得出结论;(2)对一些要求不高的实验,可对学生开放实验室,要求学生设计或改进后上台演示;(3)对一些难度较大,要求较高,现象又不太明显的实验,教师先进行演示,让学生在观察中提出问题,让学生讨论分析实验的缺陷在哪里,使学生始终处于探究的思维状态,进而改进实验。将分组实验改为单人实验,这样做使每个学生都能亲自动手操作而且独立进行。它有利于培养良好的学习习惯,使学生们懂得:办任何事情都要有目的、有计划,还要有坚持到底的决心。最重要的是有利于培养独立工作的能力,这也是教育本身所急需培养的一种能力。
五、开展科技活动、展现创新能力
药学无机化学实验是学生涉及药学实践的第一步,尤其需要重视良好的实验素质及习惯的培养,重视学生科学精神和品质的教育。良好的工作作风和习惯不仅为做好实验、搞好学习和工作所必需,而且也反映一个人的思想修养和素质。通过无机实验的培养和训练,要逐步养成良好的实验室工作习惯。
1.1增强学生重视实验的意识和勇于实践的情感
克服学生在普通中等教育中形成并且普遍存在的重理论轻实践的思想,转变学生死记硬背实验现象的学习方法,使学生真正认识到实验教学是理论教学的补充和延伸,是一个不可取代的重要学习环节,是培养自身实践动手能力的重要方式。
1.2初步养成认真、仔细、紧张有序地进行实验的习惯
实验前做好预习,理解实验的目的要求,了解实验原理,理清操作步骤,查找有关数据,绘制仪器、装置简图,做好记录准备。实验中保持安静,多做、多想,有条不紊地进行实验;认真、仔细观察现象,理论联系实际地思考其现象的本质,记录数据和现象应真实、可靠、完整。实验后分析现象,研究问题,得出结论,及时完成实验报告。
1.3培养学生严肃—严谨、求真—认真、务实—求是的科学态度
纠正学生对待实验项目敷衍了事,对待实验数据随意涂改或编造或抄袭的陋习。要求学生认真、仔细地观察实验现象,真实、准确地记录实验现象,完整、全面地收集实验数据。如果出现异常现象,首先要求学生应用基础知识独立思考其可能性,然后再指导学生找出问题根源,最终指导教师与同学共同分析、做出结论;尤其特别鼓励学生把问题带到课下,通过查阅有关书籍、文献、资料,结合自己的推理、判断和分析,说明产生异常现象的基本原因和影响因素等。
1.4树立厉行节约思想和渗透绿色化学、环境友好化学理念
按要求用量取药。称量固体药品时不洒落在托盘上,量取液体药品时不溅洒到实验台面上。仪器应轻拿轻放,贵重仪器未经教师允许不得擅自动用。一旦损坏仪器应及时报损、补领,不随意使用他人的仪器。养成节约水、电,节约使用一切实验用品和爱护仪器的习惯。
1.5培养学生整洁、有条理的习惯
保持自己实验台面的整洁。仪器、装置摆放应有条理、便于使用,污物、废纸等杂物应及时放入垃圾箱或实验台面上的杂物缸,废液应及时倒入公共的废液回收瓶,待实验后统一处理。实验结束后应及时清洗所用仪器,整理所用器具,公用物品放回原处。各种化学试剂按照相应的规律摆放整齐,擦净实验台面。认真做好实验室的保洁值日工作。
1.6自觉遵守实验室各项规章制度
化学实验是丰富多彩的,但同时也处处存在着一定的危险。化学试剂通常具有一定的毒性、腐蚀性、挥发性、可燃性、易爆性。因此,在学生实验课开出之前,教师要认真组织学生学习实验室的各项规章制度,实验课时教师要督促学生自觉地遵守实验室各项规章制度。譬如,在实验课时,学生一定要穿着实验服,必要时要佩戴防护镜和防护手套,不允许穿着裙装、也不允许穿着拖鞋、更不允许穿着高跟鞋,还不允许散披长发;严禁在实验室饮水食物,尤其是严禁将饮用水和食品带入实验室内;严禁在实验室内高声喧哗、追逐嬉戏、相互打闹。对于使用剧毒试剂或有危害气体产生的实验中,学生必须按照要求由二人或二人以上操作、或在教师的监视、指导下完成。
2培养学生的规范操作
科学规范的操作是学生在实验中获取准确数据和保障实验安全的关键所在,是学生必须具备的基本功,也是药学无机化学实验教学的重点和难点。因此,努力提高学生无机化学实验的基本操作技能势在必行。
2.1认清新生实验现状和存在的问题
药学无机化学实验具有承上启下的重要作用,起着从普通中等教育学习过渡到高等专业教育学习的纽带作用。在中学化学中,要求学生了解仪器的名称、用途和操作原理,会使用基本仪器,并且掌握常见气体的制备方法和一般溶液的配制,学会观察和记录实验现象,并根据实验现象得出正确的结论,如实地写出实验报告。但由于中学实验条件所限或应试教育影响,化学实验常常是纸上谈兵。学生入学时普遍实验基础差、操作水平低,学生在实验室手忙脚乱,无所适从,这在药学无机化学实验教学中表现尤为突出。
2.2从点滴入手,逐项规范操作行为
在教学之始,就应培养学生正确掌握药学无机化学实验的基本操作。无机化学实验涉及到许多基本操作,例如试剂的量取、称重、溶解;反应液搅拌、振荡、加热、冷却、过滤、蒸发、浓缩、结晶;还有溶液的配制等。传统的教学方式是指导教师在讲解实验内容的同时,做出必要的示范操作,并赋予一些问题和指出注意事项。这种教学方式可能会由于每一位指导教师对教学内容的理解程度的不同或基本操作掌握程度的不同,也可能会由于不同的指导教师的耐心程度的不同,往往使教学效果产生比较大的差异。利用现代教育手段采用多媒体,例如对每一个无机化学实验教学内容制成幻灯片或者摄成音像片,在实验前播放给学生观看,并配合指导教师必要的讲解,既可以提高学生的学习兴趣,又可以规范教师的教学行为。这是因为幻灯片或者音像片是集体研讨制作,具有一定指导性。在此基础上,对于实验中操作不够规范的学生,指导教师及时地予以纠正。这样指导教师对学生既可以严格地要求,又会有足够的耐心。
2.3以多种教学手段示范规范操作
制作仪器基本操作展板、展牌。展板、展牌是很直观的实验教学教具。因此,把小型仪器设备(例如:酸度计、电子天平等)的操作规程做成展牌,放置在待操作的仪器处,让学生严格按照规程操作,这样做的同时也降低仪器的损坏率;把需要熟练掌握的无机化学实验基本操作分类设计成展板,实验课时取出将其悬挂在实验室的黑板上,便于指导教师示范讲解,也有利于学生掌握无机化学实验基本操作流程。
3结语
1.初中化学实验设计类型依据不同的标准,可以对实验设计进行不同的划分。根据初中化学实验内容的不同,可以将初中化学实验设计分成以下类型:制备实验、性质实验、化学原理的验证、混合物成分的分析、浓度测定、定性与定量结合的实验等。
2.化学实验方案的内容实验设计的成果就是实验方案。虽然具体的实验设计的目的、内容和形式不尽相同,但就一个相对完整的实验方案来说,一般包括:实验名称(课题);实验目的;实验原理;实验用品(试剂、仪器、装置设备)及规格;实验装置图、实验步骤和操作方法;注意事项;实验现象及结果处理;问题和讨论等。
3.实验方案选择的基本标准同一个实验课题,每个人的设计和操作过程可能不一样,结果自然也不会完全相同。根据初中化学实验设计原则和教学实际,实验方案选择的基本标准是:原理正确有科学依据;装置简单,在实际中具有可操作性且操作方便;实验步骤少,需要时间短;药品用量少、无毒且廉价易得;实验现象要明显;反应条件要简单(最好在常温下进行);尽量不用也不产生污染环境的物质,即符合“绿色化学”的要求;制备实验产率高;性质实验误差小;实验安全无危险;设计要严谨等。
二、中学化学实验设计与创新的一般原则
无论哪一类中学化学实验设计与创新,一般都应遵循以下原则:
1.科学性原则科学性是指实验原理、实验程序和操作方法必须与科学理论和实验方法论相一致。科学性是化学实验设计与创新的首要原则。例如:实验室制取氢气,就不能选用硝酸与金属锌反应,因为这个反应很难制得纯净的氢气。
2.目标性原则目标性是指实验设计或创新要根据一定的教学目标有所侧重与突破。同一个实验,教学目标(如教师演示与学生操作,为了突出环保或趣味性)不同,设计所用的原理、用品、方法、装置、步骤等是有一定区别的。
3.安全性原则安全性是指化学实验设计时尽量避免使用有毒、有害的化学试剂,以及反应产生有毒害的物质,或者具有一定危险性的实验装置与操作。“如果必须使用的,应该在所设计的实验方案中详细写明注意事项,以防止造成环境污染和人身伤害。”[4]安全是中学化学实验教学的第一要务,设计时必须要特别引起重视!
4.新颖性原则新颖性是指实验设计时在思路、操作方法、器材用品、装置等方面要有新的突破,使新设计的实验对教学与研究更加适用或具有指导的意义。
5.可行性原则可行性是指设计实验时所运用的实验原理在实施时切实可行,所选用的化学试剂、实验仪器、设备和方法在现有的条件下能够得到满足。例如:实验室大量制取二氧化碳,不能为了创新而选用碳酸钠代替碳酸钙(或石灰石)与盐酸反应,或者用硫酸替代盐酸与碳酸钙(或石灰石)反应。因为前者反应太剧烈,后者反应不完全,很快就停止了。
6.简约性原则简约性是指尽量采用简单的实验装置、较少的实验步骤和试剂,在较短的时间内完成实验。复杂的装置与步骤以及时间太长的实验都会转移中学生的注意力,容易导致他们产生畏难情绪和疲劳感,影响对实验过程的观察、分析与思考。
7.绿色化原则绿色化是指从化学反应的原料、反应的条件、反应的产物和实验的操作等化学实验的全过程上进行控制,尽可能地减少甚至消除有毒、有害的化学物质对环境的影响。绿色化学是21世纪化学科学的一个重要发展方向。
8.启迪性原则启迪性是指实验设计与创新对学生的学习起开导作用,能够启发学生的思维,促进学生对化学原理及知识的探讨和认识,优化学习过程,从而提高教学效益。这是中学化学实验设计与创新的出发点和归宿。
三、实验创新设计的视角
初中化学实验创新设计是在义务教育化学课程标准的指导下,对现行教材中所涉及的实验进行改进、优化、增设或创新等,以提高化学实验在初中化学教学中的效益。在初中化学教学中进行实验创新设计是提高化学教学有效性的需要,也是义务教育化学课程标准的要求。化学实验创新设计要与时俱进,必须符合现代化学教育发展的理念,在满足探究性的条件下,可以从以下视角进行:
1.实验过程绿色化“绿色化学的理念是在化学反应过程以及化工生产中,不再使用有毒有害物质,不再产生废物,不再处理废物,它是一门从源头上阻止污染的化学。”[5]化学实验在设计上要体现绿色化,尽可能做到原料(反应物)的绿色化,化学反应的绿色化(采用原子经济性反应),生成物的绿色化以及催化剂、溶剂的绿色化。例如:在涉及氧气的制取实验时采用双氧水分解来制取,二氧化锰要回收等。
2.实验装置微型化“所谓微型化学实验,就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。”[6]虽然它的化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一,却可以达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的。例如:在“探究微粒的运动实验”中,可以用试管代替烧杯进行微型化实验。在一个单孔橡皮塞上插入一根玻璃导管接近试管底,试管内壁贴一张滴加无色酚酞试液的滤纸,从导管口滴上两滴浓氨水到试管底部,用透明胶封导管口,可以看到,试管里滴有无色酚酞试液的滤纸由下往上慢慢变红了。
3.实验设计环保化“最佳的环境保护方法是在源头上防止污染的产生,而不是污染产生后再去处理。”[7]实验设计中我们应该采取一些有效措施使化学实验对实验场所和环境的污染降低到最低限度。这些措施主要是:实验装置密闭化,避免敞口操作,防止有关物质散佚到周围环境中;采取收集办法,回收有关物质;对有毒物质进行无毒害处理;加强实验场所的通风或采取其他的防护措施等。例如:一氧化碳还原性实验,对多余的一氧化碳可以回收,也可以燃烧进行无毒害处理等。
4.实验操作安全化保证实验安全,是化学实验教学的原则要求。有一些实验,由于物质化学性质的特殊性,给实验增加了难度甚至危险性。在点燃氢气的导管和氢气发生器之间,用一个小塑料瓶装上大约四分之三的水制成一个“安全装置”连接起来,这样,即使点燃不纯净的氢气,爆炸也只是在“安全装置”中发生,氢气很少威力小,氢气发生装置不会发生爆炸,因此不会发生安全事故。
5.实验趣味化化学实验具有动机功能,增加化学实验的趣味性,可以激发学生的化学学习兴趣。例如:在研究燃烧与灭火的条件时,增加演示“烧不坏的手帕”[8]实验,可以激发学生的兴趣。在此基础上让学生继续进行实验,探讨手帕烧坏的条件,则能够使学生深化对有关知识的认识。
6.利用仪器功能转化仪器本身没有限定它只能用于什么而不能用于什么,只是主要适用于什么。“反思仪器的别样用途,可以帮助我们加深对实验仪器和实验原理的认识,进行化学实验的创新。”[9]例如:漏斗可以充当集气与尾气吸收装置,在钠与水反应气体产物的验证实验中,将漏斗置于水中,倒扣在钠块上,产生的少量气体可顺利地富集到试管中。
7.利用学科知识迁移我们往往习惯于使用教材的实验仪器和装置,很少重视仪器的笨拙和实验时的效率,这种视经典为权威的思想往往就是教师缺乏创新的症结所在。实际上,科学的实验方法就是应该不断地发现问题,传统装置的不当之处无疑给我们提供了实验创新的课题。例如:学习“质量守恒定律”内容时,在使用托盘天平称量氢氧化钠与硫酸铜溶液反应前后的质量时,在18×200的中型试管里装入大约1mL稀盐酸与酚酞的混合溶液,球形滴管吸入NaOH溶液后,将球形滴管放在试管口,把上述带有球形滴管的试管放入盛水的100mL量筒中,让学生通过观察比较反应前后试管浸在液面中的高度即可(试管作上标记)。改进后的实验操作起来方便有趣,不用天平而是利用物理上的浮力知识,体现了学科之间的联系,有利于学生知识的迁移。
8.实验装置简单化教材所选用的实验方案未必都是最好的,有时候会产生现象不明显、实验不容易成功、结果不准确等问题,影响了实验教学的效果。例如:测定“空气中氧气的体积分数”实验,由于教材提供的实验装置密封性和燃烧匙放入不易控制,加上导气管内尚留有空气导致误差因素较多,有时氧气显示超过五分之一,让教师无法自圆其说。可做如下改进:将小颗白磷放在1.5cm×2.5cm的薄铜片上,置于硬质大试管中部,塞紧橡皮塞,用酒精灯对准铜片加热使白磷充分燃烧,待试管冷却后浸入水中,在水面下拿掉橡皮塞,待液面上升稳定后再塞上橡皮塞,拿出水面观察。改进后的实验所用仪器少,误差因素少,结果比较准确。
9.仪器、药品生活化采用学生熟悉的身边物品或一些废品作为化学实验的药品,就会使学生产生一种亲切感,觉得化学并不神秘,就在自己身边,有利于调动学生的学习积极性,激发他们进行实验探究的兴趣。例如:用蛋壳代替碳酸钙制取二氧化碳;测试肥皂水、食盐水、泥水、蔗糖水、洗发水、食醋、苏打水的pH值等。许多生活用品甚至废弃物品也可以用做化学实验的仪器,这种“物尽其用”的实验活动能够充分拓展学生的思维空间,使他们更加关注身边的化学现象,增强爱护环境、节约资源的意识,更好地学以致用。例如:用小气球收集气体,矿泉水瓶做容器,废弃的医用注射器做量筒、集气瓶等。
1.1医学院校化学学科特点对化学教师提出了新要求医学
院校的化学相关课程,往往作为医学基础课在第一学期开始开设,学生刚刚步入医学殿堂,对于医学知识兴趣很高,但是却不能正确认识化学对于医学的重要性,只是对临床专业课充满了兴趣与期待,另外由于化学学科需要记忆的内容多,知识点比较零散,课程枯燥,所需理论不能马上转化为实际应用,实用性不强,只是为了应付考试,缺乏学习的兴趣,主动性较差,从而导致了化学相关课程的教学效果不佳,学生厌学。归咎其原因,就在于教师,教师要改革教学方法,激发学生的学习兴趣,培养学生自主学习、独立思考问题的能力[1]。这些关键就在于化学教师要具有丰富的医学知识,在讲授化学理论时,能够引入医学知识,深入细致的阐明医学与化学的内在联系,只有这样才能保证学生主动接受。目前,医学院校的化学教师多毕业于各师范院校化学专业,在医学院校教学工作中,面临两个最突出的问题:一是更新知识途径狭窄,医学院校化学教材更新换代周期一般较长,教师周而复始地讲授同一本教材,外出进修、学习机会又少,结果造成知识结构的萎缩、陈旧,制约了教学质量的提高[2]。二是医学知识匮乏,由于化学教师从未接受过系统的医学教育,所以在讲授化学与医学的联系时显得力不从心,一些生动的医学例子,自己不理解,只得被迫割舍。
1.2现代多媒体技术的发展对化学教师提出了新要求伴随
着现代多媒体信息技术的突飞猛进,现代医学教育模式已发生了转变。课堂教学已由单一的板书、挂图、模型,转变为了图片、影像、动画、声音、模型为一体的综合教学模式,充分激活学生的感官,教学内容更直观、更形象[3]。尤其是随着电脑虚拟技术的发展,出现了投入少、教学效果明显的虚拟实验室、仿真实验操作软件。这就要求化学教师必须掌握一定的计算机技术和现代信息技术,才能驾驭新的课堂教学模式。目前,从事化学相关课程教学的教师,计算机水平普遍不高,缺乏必要的计算机系统培训,仅仅只能满足简单的操作,较为熟练的掌握Office办公软件,但是对于制作课件的Author-ware、Director、Flash、Dreamweaver、Photoshop等多媒体应用软件知识极其欠缺,尤其是对美国剑桥公司出版的世界最优秀的化学桌面软件ChemOfficeUltra化学辅助系统知之甚少,导致了制作课件水平较低,往往只是板书或教材的搬家,没有体现出多种媒体的综合应用,教学课件缺乏趣味性和互动性[4]。
2医学院校化学教师进行继续医学教育的措施
对于医学院校的化学教师而言,应该结合所授课程的专业特点,树立终身学习的理念,加强理论基础,提高业务素养。
2.1通过自学努力提高化学教师的医学素养
医学院校不同专业的化学课程主要有《医学化学》、《基础化学》、《有机化学》、《无机化学》、《分析化学》、《物理化学》等,这些课程基本上都是化学本科专业的主干课程,对于一名合格的化学教师而言,这些课程的化学功底都比较扎实,但是在讲授过程中却无法与书中渗透的医学知识紧密联系起来,因此这就要求化学教师首先应在吃透所授教材的基础上,选择性的查阅医学相关书籍,特别是《生理学》、《生物化学》,学习掌握医学知识,做到言必有据。这样才能保证在讲授的过程中,阐述医学知识,分析化学反应在生命体内的转换,激发学生的学习兴趣[5-6]。另外,为了提高自己的计算机水平,可以查阅一些计算机书籍,系统的学习掌握一些基本的Office办公软件、化学专业软件和多媒体课件制作软件的操作。
2.2通过听课系统的学习医学知识
化学教师除了听同科老师的课,取长补短,改善教学方法,提高教学效果以外,重点是系统、全面地听医学课程。这并不是要求化学教师跟班听所有的医学课程,可以先选择有代表性的和自己讲授内容直接相关的学科,譬如《生物化学》等,每学期可以坚持跟班听取一门,以后可以听取其他学科,积少成多,逐步消化,提高自己的医学知识水平。另外,也可以充分利用网络中,自己所授课程有关的精品课程资源,或其他学校教师的授课视频,借鉴别人的经验,取长补短,充实自己的教学内容。
2.3通过继续深造努力提高知识涵养
化学相对于其他医学学科而言,知识更新速度较慢,但是化学教师不应该满足于现状,可以通过参加各类学历教育、短期培训或者外出交流学习的机会,充实自己的知识,拓展自己的视野,提高自己的学历[7]。只有树立终身学习的理念,才能不断从自身的需求出发,时时学习,处处学习,通过不断提升自己的知识涵养,创新自己的教学,改进教学方法和手段,提高教学水平和教学质量。
2.4通过实践不断反思提高教学水平
化学教师应该边自学边实践,理论联系实际。这里的实践包含两层意思:一是给医学专业教师说课,重点说化学教材中所涉及医学的内容,找问题,查漏补缺,严格杜绝讲错医学知识。二是边用边学,使用一系列辅助教学软件,制作高水平、高质量的多媒体课件[8]。只有通过不断的实践与反思,才能促进自己教学水平的提高,充分激发学生的学习积极性,改进教学效果。
3结束语
1.1实验试剂
乳酸发酵菌种:植物乳杆菌;发酵液500mL;电极室用水:0.3mol/L的Na2SO4溶液1000mL(阴极室和阳极室各500mL);酸室和碱室为蒸馏水。发酵培养基每升含:蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母粉5g、葡萄糖50g、乙酸钠2g、柠檬酸二胺2g、吐温-801g、磷酸氢二钾2g、七水硫酸镁0.2g、一水硫酸锰0.05g。
1.2实验仪器
恒温振荡器、高压蒸汽灭菌锅、发酵罐、干燥箱、电子天平、pH计、生物传感分析仪、分光光度计、冰柜。其他常规实验器皿:烧杯、量筒、玻璃棒、酒精灯、接种环、培养皿、移液管等。直流稳压电源;明道式电渗析膜堆一套,外配容量为1000mL的烧杯5只,硅胶管(约0.5m)10根;小型潜水泵5个。通过发酵罐控制主机箱上的蠕动泵,将双极膜电渗析的碱液隔室与发酵罐进行连接。为了降低发酵罐中染杂菌的风险,必须对连接的管子进行灭菌操作。发酵罐内由pH计进行实时监测,当pH低于设定值时,由蠕动泵自动将双极膜电渗析的碱液隔室中的碱液泵入发酵罐进行调节。由于软管内是强碱环境,故碱液室与发酵罐之间的连接管不需要进行灭菌操作。
2实验步骤
2.1双极膜电渗析的准备
(1)组装膜堆:按“阳极板—隔板—双极膜—隔板—阴膜—隔板—阳膜—隔板—双极膜—阴极板”顺序组装膜堆,用长螺杆钉压紧膜堆。为了确保装置的严密性,应使隔板之间的垫圈厚度不超过垫圈槽,并使双极膜的阳膜侧朝向阴极板。此外,在用螺钉压紧装置时,应注意均匀用力,以防止装置变形甚至断裂。
(2)连接设备:在隔板出口分别连接出水管和进水管。将进水管与外置烧杯中的潜水泵出口连接,将出水管的出口端连接到烧杯中,以确保循环通路畅通。
(3)注入料液和电极水:在盐室中注入料液,在极室中注入电极水,在酸室和碱室中注入蒸馏水,此过程应保证料液淹没潜水泵。对于双极膜电渗析,应在实验结束后将各个隔室、烧杯和潜水泵内的料液或电解质溶液清洗干净。若长期不用,应将装置拆卸还原,并确保各组件干燥和清洁。
2.2发酵过程的准备
(1)种子培养基的培养:配制一定量的种子培养基,并在高压蒸汽灭菌锅中灭菌。灭菌条件为:121℃,20min。待培养基冷却至室温后,取新鲜斜面菌种,接入种子培养基中,在转速为150r/min的摇床中培养24h,温度恒定在37℃。
(2)发酵罐灭菌:将配制好的发酵培养基加入到发酵罐中,此处应注意体积不能超过发酵罐总体积的2/3。然后将发酵罐和培养基一起放入灭菌锅中进行灭菌。
(3)火焰接种法:先用医用酒精擦拭接种口;在火圈中加入酒精,点燃后套在接种口上;关小空气进气阀,调节进风,降低罐压,打开接种口盖;在火焰范围内打开种子培养基的瓶塞,在火焰上烧灼几秒钟后,迅速将种子液倒入发酵罐中;在火焰上烧灼接种口盖子数秒后,迅速盖好接种口盖,关闭空气进气阀。
(4)发酵培养:接种结束后,对发酵培养过程的各项参数进行设定,开始培养。发酵过程中要打开冷凝器水阀。具体操作参数:转速为150r/min;温度为37℃;pH为6.7。
2.3发酵罐与双极膜电渗析集成操作过程的监测
在集成操作过程中,要对发酵罐和双极膜电渗析同时进行监测,防止任一方出现问题导致集成操作失败。发酵过程:
①通过发酵罐的主机控制发酵的pH条件、溶氧浓度和实验温度。每1h记录pH、温度和溶氧浓度,通过数据判断发酵过程是否正常;
②每4h测量残余葡萄糖的量、生物量和乳酸的生成量,以判断细菌的生长情况和乳酸的生成情况。双极膜电渗析过程:
①双极膜电渗析过程调整稳压电源的电压和电流值来控制实验条件,每1h记录电压、电流。
②每4h测量酸室中的乳酸浓度、碱室浓度和碱室碱液体积。
3分析方法
3.1葡萄糖和乳酸的测量
在发酵过程中,要间断地取样进行监测。发酵液中含有有机酸盐、无机盐、菌丝体、蛋白质、脂肪和糖类等。双极膜电渗析过程的料液是经过超滤和脱色之后的发酵液,主要成分为有机酸盐(主要为乳酸盐)和无机盐类物质。实验中使用生物传感分析仪获得葡萄糖和乳酸含量。
3.2生物量的测量
在发酵过程中,要及时监测乳酸菌的生长情况。取样后,用0.3mol/L的稀盐酸溶液稀释,目的是消除一些沉淀性盐的影响。在波长为600nm处,测量吸光度。对于产酸量(Na)、产碱量(Nb)以及它们各自的电流效率(ηa和ηb),可根据下面的公式计算
4实验注意事项
(1)发酵实验结束后,需要完成乳酸发酵液的初步提取工作。应及时向发酵罐中加入NaHCO3,使pH升高到10左右。同时升高温度至90℃,使菌体和其他悬浮物下沉。发酵原液澄清后,将上清液收集到塑料桶中,放入冰柜中保存并用于下一步的提纯。对澄清后的沉淀物集中进行处理。
(2)在利用发酵罐控制主机进行发酵液pH调节时,要控制碱液的添加速度,以使碱液与发酵液充分混合反应,并确保发酵液的pH不被调节得过高而影响微生物生长。
作者:郝智 伍玉娇 罗筑 黄彩娟 单位:贵州大学材料与冶金学院
教学方法与手段改革在教学过程中应注重教育观念的转变,改革授课方式。高分子化学课程我们采用以下方式进行教学:(1)改革课堂教学形式:以主讲教师为主导,按课程的教学大纲和教学日历安排授课,以课堂教学为主,精讲多练,并结合“启发式、参与式、渗透式”教学和课堂讨论;对重点、难点部分如动力学方程推导等,尽可能详尽,对重点与难点问题,找不同的学生进行课堂复原,以检查学生的理解与讲课的清晰程度;(2)提供多种答疑形式:课后收集学生的疑难问题,每周安排一次答疑,课后作业进行详细解答,并对一些习题的提问变换角度,考查学生的理解程度与知识点的掌握情况。同时,我们在网上开设论坛,进行互动式课外辅导;(3)充分利用多媒体教学:我们将教学演示工具从黑板和粉笔转换成计算机多媒体,将高分子化合物的结构和高分子化学反应过程以三维立体动画的形式,从不同的角度,不同的侧面展现给学生。克服了以往学生在高分子化学教学中感到抽象难懂、枯燥乏味的弊端,从而使学生能在比较轻松愉快的气氛中真正领会到高分子化合物的结构特点和化学反应的本质,抓住高分子化学反应的根本,达到举一反三,灵活应用的目的。为此,我们着重从以下两个方面对多媒体教学进行进一步的改进:一方面,在课件制作上下功夫,使多媒体课件的界面设计适合于课堂教学。
我们主要选择以下三个方面的内容进行多媒体演示:(1)与高分子结构有关的内容;(2)与立体化学有关的内容;(3)分子结构较复杂的化合物以及难以在黑板上准确表现的图形,如高聚物的立体结构、构象、自由基加成聚合反应与官能团反应的缩合聚合机理等;(4)开设学科专题知识与学术讲座,拓宽学生的知识面:我们在教学过程中邀请了校内外高分子专业专家学者开设学科发展前沿知识讲座,学科理论研究最新知识讲座及学术研究等系列知识讲座课,拓宽了学生的知识面和创新能力。
我们在考试形式上,为有助于学生加强记忆,但又不导致学生死记硬背,完全是为了应付考试而突击课本,我们适当的增大了平时成绩所占比例,如每章结束时做一道综合题,要求学生独立完成,限时上交,并把成绩计入总分,其比例可占总分的20%~40%。同时,期末采取闭卷考试,内容中减少了基础知识题目所占比例,即减少了套公式即可求解的题目,适当的增加了一些实际工业生产中可能遇到的问题,增加综合型题目以及一些科研性与实践性相结合的内容。这一方法不仅有效督促了学生的平时学习,而且有利于知识的积累,许多学生不再搞临时突击,更能考查学生综合能力,这样在一定程度上激发了学生在平时课堂的兴趣,有利于创新能力的培养[7]。配套实验教材的编撰根据我校的实践教学条件和教学特点,我们自主编写了实验教材。自主编写的实验教材既继承了强调理科基础的传统,又可兼顾到我校的工科特色,实验内容和课堂教学及工业应用密切相关,对于学生掌握课堂知识、了解实际应用情况具有很大帮助。实验教材中内容包含了多个层次,例如,针对大多数学生开设了验证性实验,针对高分子化学有浓厚兴趣的学生还开设了综合和设计实验,这些实验让学生在掌握理论知识的同时,对实验产生了浓厚的兴趣。学生这种自主设计实验配方及实验方案的方法,彻底地改变了以前那种照实验讲义“照方抓药”做实验,不动脑筋,敷衍了事的旧做法,达到了教与学的目的[8]。这种做法不仅使学生的知识更加完整化,理论与应用更加系统化,而且根据教材内容还可通过网络查阅相关知识,深化所学内容或拓展知识范围。教学内容、教学方法的改革是每个学校教育改革的重要组成部分。创新精神与实践能力的培养是一个长期的工作,是一个潜移默化的过程,需要在专业课教学过程中的各个环节认真研究,层层贯彻。通过我们高分子化学教学团队的不懈努力,学生的理论基础及实践能力显著加强。作为教师,应该不断探索,总结经验,为培养优秀的创新型人才作不懈的努力。
由于教学计划的改变,我校有机化学实验课存在着课时数缩减,而教学任务和教学目的却没有改变的情况,如何在有限的课时中达到应有的教学效果是摆在实验教师面前现实和首要的问题。传统的教学方法和模式是教师将实验目的、实验步骤和实验注意事项一一讲述一遍,学生按照教师的讲述根据课本的操作“照方抓药”,将实验完成。从学生的角度出发,教师的这种“满堂灌输,照本宣科”的教学方法使学生在实验过程中缺少了学习的主动性,学习兴趣下降。遵照这种模式教学的结果往往是学生被动的完成实验,没有经过自己的思考,仅仅是为了完成实验而做实验,没有达到巩固所学理论知识、锻炼动手能力的教学目的和教学效果。鉴于这种情况,做为教师,必须改变已有的教学方法和教学手段,而采用问题式教学法教学能够很好的解决以往教学中出现的一些问题。
2问题式教学法的运用
问题式教学法一般是教师根据学生需要掌握的内容提出相应的问题,学生对问题进行分析和思考,通过查资料以及其它各种方式找出解决问题的方法,教师对学生提出的方法进行总结并给出结论,最终达到学生通过思考学习知识的目的。问题式教学法最大的优势在于将学生在学习中的地位由“被动”变为“主动”,通过教师为学生设定的问题引导学生自主的进行学习思考,学生能够在思考问题并解决问题的过程中不知不觉达到学习知识的目的。问题式教学法分为“提出问题”、“分析问题”、“解决问题”、“总结深化”四个步骤,将问题式教学法运用在有机化学实验的教学中能够达到比较理想的教学效果。
2.1让学生带着问题进行实验预习
实验预习是每个学生进行实验之前必须完成的环节。预习实验一方面是为了使学生在动手实验之前做到心中有数,了解实验的目的、原理,清楚实验中使用到的仪器、装置和药品以及实验过程的操作步骤;另一方面也可以锻炼学生的自学能力同时提高了听课的效率。然而,现在的实验预习往往没有得到学生的重视,大部分学生只是将书上的内容进行了抄袭,根本没有达到实验预习应有的效果和目的,这些问题在实验过程中以各种方式被暴露出来,结果不仅会造成实验失败的后果还给实验室带来一定的安全隐患。针对这种情况,需要教师有目的的对学生的预习环节进行强化干预,事先将实验项目告知学生,并将预设问题提出,要求学生通过预习实验教材,查阅图书馆相关文献资料甚至借助互联网寻求解答。当然,预设问题的提出需要教师对教材有很强的把控力,预设的问题不仅应该具有针对性而且要切合学生实际的知识水平。例如,在进行乙酰苯胺制备实验前,可以提出以下几个问题:(1)本实验为什么要使用分馏装置?(2)反应时分馏柱柱顶温度为什么控制在105℃?过高过低有何不妥?(3)除了用水作溶剂重结晶提纯乙酸苯胺外,还可以选用其他什么溶剂?(4)本实验采取了哪些措施来提高乙酰苯胺收率?将问题提给学生后,学生将会带着这些问题运用各种方式去获知问题的答案,获知答案的过程中,学生必须了解实验的目的和原理,对实验装置和实验药品的物理性质有了清楚地认识,对实验的步骤也会进行深入地思考,使得学生对于实验有了全面、深刻的认识,达到了实验预习的目的,调动了学生学习的积极性,培养了学生的自学能力。
2.2让学生在实验过程中带着问题积极思考