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無機化學是我校化工類專業的本科生進入大學后面臨的第一門專業基礎課,總授課時為72學時。本課程既是銜接大學與中學化學知識的橋梁,又是貫穿物理化學、分析化學、有機化學等后續專業課的紐帶。因此,無機化學課程學習效果的好壞會直接影響其他相關課程的學習和學生化學能力的培養。本文將從無機化學教學特點及方法上分析,得出教學方法改革的幾點淺見。
一、無機化學教學特點
1.內容龐雜,學習難度大。無機化學的知識覆蓋無機化學、物理化學、分析化學、結構化學和有機化學等方面,既有基本的化學反應原理,又有抽象的物質結構知識,還有知識點分散、內容繁雜的元素化學。對于不熟悉大學高信息量教學方式的大一新生,如何保證在較短的教學時間內,讓學生能理清無機化學的知識脈絡,掌握重點知識內容,這無疑是無機化學教學的一個難題。
2.知識更新較慢。無機化學課程的教材種類較多,內容編排也具多樣性。雖然幾乎每年都有新出或修訂版的教材出版,但總體來說知識點更新不多,內容較為陳舊,其中還包括高中化學的知識。所以學習初期有的學生容易產生輕視的情緒,聽課和練習的投入較少。而中后期課程知識量顯著增大,學生心理準備不足,對于新的學習模式適應不佳,導致不能達到很好的學習效果。
3.與后續相關課程知識存在交叉。物理化學的動力學與熱力學知識是無機化學相關內容的進一步深入和擴展,無機化學的平衡原理和氧化還原反應是分析化學的理論基礎,而物質結構的基礎知識對后續學習有機化學及結構化學也進行了扎實的準備。此外,很多化工類專業的專業課程也涉及無機化學知識。所以,無機化學知識學習效果的好壞直接影響后續課程以及相關專業課的學習,同時,也對學生的學習心態和興趣有著重要的影響。
二、無機化學教學方法的改革
1.優化課程內容,突出重點。無機化學課程的授課學時較為緊張,在課堂上通常無法詳細講解教材的全部內容,這就需要授課教師有計劃的刪減知識點,優化課程內容。比如,氧族元素和鹵素的相關知識在高中接觸較多,知識理解起來也比較容易,其中和高中知識銜接比較緊密的部分就可以通過自學的形式讓學生學習。另外,無機化學教材中一般也穿插該章節相關背景知識及實際應用的內容。如大連理工大學版無機化學分別在化學反應動力學和氧化還原章節補充介紹了化學動力學在考古中的應用、化學電源實例等知識,通常此類知識也應歸為自學內容。這樣既能使學生將理論知識應用在實際、提高學生學習興趣,又能節約出更多時間用于重點難點知識的講解和實踐教學。
2.采取互動式教學,引發興趣。課堂教學中學生是主體,無機化學課程也不例外。因此,教師在教學中要充分發揮學生的主觀能動性,產生良性互動。其中,在課堂上向學生設置問題就是很好的一種方式。比如,講到電化學電池這一節時,先向學生提出一個問題:電池為什么能發電?電池發出的電能是由什么能量轉化而來的?這時,學生便會思考電池發電的原理是什么?就是由化學能轉化為電能。從而,便可自然的引出原電池的概念。再如,涉及到高中知識,教師可以先請學生回答高中時所學內容是什么?再詳細講解大學將要學習的新知識以及它們之間的異同點。總之,教師在課堂教學中應采用多種教學方法,充分發揮互動式教學的優勢,提高學生的學習興趣。
3.理論聯系實際,提高能力。無機化學是進入大學的第一門化學基礎課,也是一門實驗科學。因此,在教學中就需要教師緊密結合實驗實踐來講述相關知識點。比如,講述某一具體化學反應時,應講解其反應現象及反應機理等,便于深入理解反應事實;反過來說,對于一些簡單的驗證性實驗就可以以視頻的方式給學生直接演示,以加深印象。當然,實驗實踐教學環節也是十分重要的。在學生掌握一定理論知識的基礎上,要求他們要自己動手正確進行實驗操作。這既更利于學生理解理論知識,也能掌握化學基本實驗技術,提高實際解決問題的能力。除此之外,教學中也可聯系生活中的實例進行講解。比如,講到“緩沖溶液”,可以探討人體自身血液中緩沖溶液的作用機理以及土壤中緩沖物質的重要作用,提高學生學習興趣的同時,也擴大了知識面。
摘要:本文主要針對不同專業如何結合專業實際需求開展無機化學課程教學進行了探討,從不同專業的教學內容、學時、案例、生源背景的差異性等方面進行了綜合分析。
關鍵詞:無機化學課程;化學專業;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)50-0206-02
無機化學課程是高等院校化學、化學工程與工藝、應用化學、藥學、環境科學、臨床醫學等化學和近化學專業本科生的第一門專業基礎課程,同時也是理工科專業如物理專業的必修課程。該課程講授的內容是立足于學生在已掌握的高中化學知識基礎上,使學生了解或掌握化學熱力學、化學平衡、化學動力學、近代物質結構理論、原子結構、元素周期律、分子結構和四大化學反應及平衡、元素化學等基本原理和基礎知識,具備對一般無機化學問題進行理論分析和計算的能力,使學生在科學思維能力上得到良好訓練和培養,為他們今后各門后繼課程的學習準備必要的基礎理論。近年來隨著我國高等教育的迅速發展,無機化學課程群除了傳統的無機化學[1,2]外,還包括基礎化學[3]、無機及分析化學[4]、普通化學[5]、大學化學[6]等不同名稱的課程和相應的教材。盡管課程名稱不同,但核心內容都為傳統的無機化學課程基本內容。與此同時,課程名稱的變化和教學內容的差異也體現了課程教學過程中具體專業具體對待的必要性,只有這樣才能更好地踐行人才培養分作。本文以紹興文理學院無機化學課程群授課情況為例,對不同專業無機化學課程授課的差異化教學模式進行了分析和探討,希望通過本研究,對老師在授課過程中如何切合專業特點、因材施教提供一些經驗和建議。
一、結果與思考
1.不同專業無機化學課程教學內容和學時的差異性分析。隨著高校教學改革的不斷深化,培養社會需求的應用型人才是地方普通高校人才培養的主要目標。在不斷優化和修訂人才培養方案以及教學大綱過程中,許多老師不可避免地會遇到教學內容與學時的矛盾,如何看待不同課程對所授課專業的支撐作用,按照有限的學時精心選擇授課內容,是每個老師需要認真思考的問題。表1概括了紹興文理學院本科教學中涉及無機化學課程的專業、學時和主要教學內容。由表1可知不同專業的無機化學課程設置在學時和教學內容上都具有很大差異,例如化學專業無機化學課程設置的學時數是臨床醫學專業學時數的4倍,其教學內容不論從光度上還是深度上都要遠遠高于臨床醫學專業。從不同專業的教學內容來看,在差異性存在的同時也有共同性,即所有專業的無機化學(包括基礎化學、普通化學、無機及分析化學等)課程教學內容都包含酸堿、氧化還原、沉淀與溶解和配位四大化學反應理論、化學熱力學、化學動力學這些核心的基本知識。上述這些差異性也正是客觀反映了不同專業對化學知識結構的不同需求,是人才培養的客觀需要。
2.教學案例的差異性分析。本科教學是基礎教學,著重培養知識面寬、適應性強、素質好的后備人才。但這種基礎教學不同于中學的基礎教學,它帶有專業性和研究性的特點[7]。在對不同專業學生授課過程中,老師不僅要熟悉自己的教材,更要了解不同專業對同一授課知識點的不同需求,結合專業實際,開展生動活潑的案例教學。例如對于溶液依數性教學內容的講解,在滲透壓這一知識點,除了共同的基本理論原理外,針對不同專業可以開展不同的理論與實際相結合的案例探討,如表2所示列出了針對化學、化工、醫學、藥學以及生物科學等不同專業滲透壓知識點的不同例題。通過上述講解,不僅讓學生學到了基本原理,而且將基礎理論與自己的專業知識有機地聯系在一起,使得學生能夠感覺到學有所用,提升學生學習的興趣。
3.高中化學基礎的差異性問題。在大多數高校中,無機化學課程是面向大一新生授課。我國地域遼闊,經濟發達地區與邊遠地區間的教育水平有一定差異,同時不同地區高考模式不同,導致高中課程教學體系也存在一定差異,甚至有的學生在高中階段沒有學過化學。因此老師在授課時應該及時了解和掌握大一新生的高中化學知識背景,使大學化學知識與高中知識既不脫節,又不大量重復。在教學中根據不同學生的認知水平、學習能力以及自身素質,教師選擇適合每個學生特點的學習方法來有針對性地教學,發揮學生的長處,彌補學生的不足,激發學生學習的興趣,樹立學生學習的信心,使每個學生都能揚長避短,獲得最佳發展。
二、思考
從以上對不同專業無機化學課程教材差異性的分析比較,不難看出課堂教學中學生之間專業背景、個人能力等方面存在的差異是一種合理性存在。我們不可能也不應該讓所有的學生用同樣的方式,在相同的時間內學習相同的內容。美國學者湯姆林森曾經說過差異教學的核心思想是將學生個別差異視為教學的組成要素,教學要從學生不同的準備水平、興趣和風格出發來設計差異化的教學內容、過程與結果,最終促進所有學生在原有水平上得到應有的發展。我國21世紀的高等教育已經從精英教育發展到大眾教育,更加著重于培養學生的科學素質與創新意識。如何在課堂教學中真正做到以學生為主體、以教師為主導,在傳授基本理論、基本知識和基本技能的同時,努力培養學生的科學素質和創新能力,促進每個學生在原有基礎上得到充分發展的“差異教學”必然成為課程改革的新增長點。
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1.了解課程特點,提高專業素養
要把一門課程教好,需要花很大的氣力和心思。作為任課教師,最基本的要求就是熟悉課程的教學大綱,清楚教材里面的知識點哪些是僅需了解和識記的,哪些是需要重點掌握和應用的,哪些是學生可以自學的內容,這樣才能把教學之前的準備工作做好。無機化學包含的知識內容分析化學、有機化學和物理化學都有涉及。對于化學專業的學生來講,后面三門化學課程都要進行專門的學習,對于教無機化學的老師需把握自己的“度”,有些知識點不能牽涉過多,有一些不能一帶而過,所以大綱和教材必須非常熟悉,甚至分析化學、有機化學和物理化學的教材都要認真看一看,不要給學生留下一些知識空白點,也不要講得過多。
如教材中的一章內容――物質的狀態,內容絕大部分是了解和識記內容,很多的知識在學生上大學之前就基本了解掌握,雖在后面的物理化學學習中要深化,但是畢竟著重點不一樣,課堂教學可少花時間。教材里原子結構和分子結構的內容,對有機化學的學習比較重要,但由于內容比較抽象,學生學習一直比較吃力,所以講授時需要多花點時間,盡量多查查資料,設計模型,引導學生去想象和討論;另如化學熱力學、化學反應的速率、化學平衡、氧化還原反應等內容,在物理化學課程的學習中都會重點學習,所以作為無機化學的授課者不可將簡單問題復雜化,只需把教材中的基本內容講解清楚就夠了;無機化學中的元素化學部分內容的講授,可以學生自學討論和教師教學和啟發的形式進行。
2.正確有效地處理好教與學的關系
一門課程光是靠教師的講解,學生不可能學好,尤其無機化學這門課程,學生普遍反映它內容零散,知識點多,不容易系統掌握。面對習慣了被動灌輸來獲取知識的學生在學習上的畏難情緒,如何調動他們學習的主動性和能動性?首先讓學生了解這門課的重要性:無機化學是基礎課,且是后面要學習的化學課程――分析化學、有機化學和物理化學的基礎課。然后告訴學生這門課的特點:知識點較多,包含的內容面較廣。最后應該給學生以信心:內容以基礎為主,學習難度不大(很多的內容高中也已經學過)。
興趣是學習最好的老師,如何激發學生對無機化學的興趣是授課老師的重要課題。傳統的老師講、學生聽的教學模式會使學生失去學習的興趣,要激發學生的學習熱情,必須處理好教與學的關系。教應該是老師有意識地引導學生,給學生一片思考問題的空間;學生積極主動地學習、消化、吸收老師講授的內容,培養自己解決問題的能力。學生能主動地參與到課堂的學習中去,才能真正產生學習興趣,更好地掌握知識。
3.培養學生的科研興趣
要把一門課教好,仔細認真地按照教材備課是必須的,但在大學里僅僅這樣仍然不夠。大學生不再是簡單地為了獲得新的知識,更重要的是他們能用獲得的知識來做更多有意義的事情。我們國家科研能力比較薄弱,尤其是創新能力不足,所以作為大學教師,引導和培養學生的科研興趣,提高科研創新的能力是一件意義非凡的事情。所以,大學教師在平時應該多多關注自己的學科領域的最新的科研動態和進展,尤其是我們國家的科學家的一些優秀的科研成果,把這些介紹給學生,不但讓他們學到了最新的知識,同時也能激發他們的科研熱情。
例如,講解分子結構的時候可以介紹中國科技大學錢逸泰研究小組在700℃下將CCl4和金屬Na反應制成金剛石,該工作在《Science》上發表,被評價為“稻草變黃金”;介紹晶體知識的時候,讓學生查資料去了解“晶體缺陷”的概念;介紹膠體知識的時候,可以引入納米材料,讓他們了解納米材料及其特點,對當今科研領域的影響等。這些內容的了解和認識也許會對他們今后的道路產生很大的影響,也將會對我們的國家和社會帶來影響。
教學工作對于教師來講,不是僅僅一味地教,也應該包含不斷地學習過程。學然后才能知不足,教和學相輔相成,保持一顆謙虛好學的心,才能使自己教學的水平不斷提高,真正成為學生的良師益友。
參考文獻:
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關鍵詞:納米銀;修飾銀電極;納米復合材料
中圖分類號:TB383文獻標識碼:A
[WT]文章編號:1672-1098(2011)02-0021-05
收稿日期:2011-02-23
基金項目:安徽省自然科學基金資助項目(090414183);安徽省高校科技基金資助項目(KJ2009A46)
作者簡介:徐國財(1963-),男,安徽五河人,教授,博士,主要從事聚合物基納米復合材料研究。
[JZ(〗[WT3BZ]Electrochemistry Property of Electrode ModifiedbyNano- silver/Poly(AMPS-MMA) Composites
XU Guo-cai, CAO Zhen, XING Hong-long, ZHANG Xiao-mei, JI Xiao-li
(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)
Abstract:The silver electrode was modified by nano-silver/Poly(AMPS-MMA) composites by electrochemical growth, and SEM of the modified silver electrode suggested that the granule membrane with dense microstructure was formed by nano-silver/Poly(AMPS-MMA) composites. the modified silver electrode was shown that its activity was higher than that of silver electrode by cyclic voltammetry. That electrochemical response of halide ions in aqueouson solutionfor themodified silver electrode was studied by differential pulse voltammetry (DPV) and the results generally showed that the logarithm of halide ions concentrations is linear with the peak current of reduction in halide ions within wide concentration range with10-9~2×10-5 mol/L.
Key words:nano-silver; modified silver electrode; nanocomposites
銀納米粒子具有優異的導電性能和電催化性能,制備銀納米粒子修飾電極可用作有機記憶存儲器、生物傳感器、電容器、催化劑和有機物或無機物濃度的測量[1-6]等方面,因此銀納米粒子修飾電極有廣泛的應用價值和前景。納米銀修飾電極在離子濃度測量方面的研究也有報道,文獻[7]用納米銀修飾絲網印刷電極測量Sb3+的濃度,文獻[8]研究了納米銀修飾玻碳電極對SCN-濃度的測定,文獻[9]制備了一種新型納米銀碳電極,研究了該電極對Cl-的電化學響應,文獻[10]利用電化學生長法制備了納米銀DNA修飾電極,建立了利用修飾電極催化作用快速測定抗壞血酸的方法。而關于聚合物基納米金屬復合物修飾電極的研究工作尚未見報道。本文報道了利用電化學生長法制備納米銀/P(AMPS-MMA)復合物修飾的銀電極,修飾層均勻地涂飾到銀電極的表面;用循環伏安法和脈沖伏安法研究納米銀修飾銀電極對鹵素離子的電化學響應性質。
1 實驗部分
11 儀器與試劑
LK2006電化學工作站(天津市蘭力科化學電子高技術有限公司),采用三電極系統:銀電極或修飾銀電極為工作電極,鉑絲電極為輔助電極,飽和甘汞電極為參比電極。KQ218型超聲波儀(昆山市超聲儀器有限公司),Sirion200型場掃描電鏡(FEI),JEOL-2010型高分辨透射電子顯微鏡(日本電子株式會社)。
納米銀/P(AMPS-MMA)復合物及P(AMPS-MMA)共聚物,自制11;其他無機試劑,分析純,市售使用。
12 修飾銀電極的制備
將銀電極用Al2O3懸糊拋光至鏡面, 在超聲波清洗器中依次用丙酮、無水乙醇和水清洗數次。利用電化學生長法修飾銀電極,具體方法如下:在質量濃度為5%納米銀/P(AMPS-MMA)復合物的水溶液,電位在-010~050 V范圍內以掃速100 mV/s循環掃描25周,修飾上一層納米銀/P(AMPS-MMA)復合物,即制成納米銀/P(AMPS-MMA)復合物修飾銀電極。隨后進一步活化修飾銀電極:把修飾銀電極放到01 mol/L的KNO3的水溶液的電解池中,在10~-05 V范圍內用循環伏安法,在電極上施加一個以極小的步階逐漸增加或減少的電位,當到達希望的最大或最小電位時為止,循環數次。
13 電極測試方法
在電解池中加入50 mL 01 mol/L的KNO3的水溶液作為支持電解質,然后加入一定量的待測離子溶液,插入活化的修飾電極和輔助電極以及參比電極。采用循環伏安法,記錄伏安(CV)曲線;或采用差分脈沖伏安法,在電極上施加一個以極小的步階逐漸增加或減少的電位,在每個步階的末尾施加一個電壓脈沖,脈沖振幅50 mV。記錄電壓脈沖發生之前和發生期間的電流,然后繪制這兩種電流的差值對電位曲線。
2 結果與討論
21 修飾銀電極的微觀表征
納米銀/P(AMPS-MMA)復合物,其透射電鏡照片如圖1所示,納米銀粒徑在5~15 nm。納米顆粒分散均勻,這為修飾電極涂覆均勻顆粒膜提供了先決基礎。銀電極表面有一層復合物顆粒(見圖2a), 粒徑大小為150~200 nm,復合物顆粒膜表面光滑,而工作后的修飾銀電極吸附的復合物顆粒膜表面較為粗糙(見圖2b),顆粒聚集,表層聚合物有重新組裝現象。 這是因為在工作電場作用下,復合物粒子中的納米銀對其表面聚合物誘導組裝,聚合物重新分布,體積長大蓬松,表現出乳突結構。似乎顆粒膜上的每一個乳突部位都是電子隧道, 增強了電極對外界的敏感性。 這是修飾電極增敏性的物質基礎。
圖1 納米銀/P(AMPS-MMA)復合物的透射電鏡照片
圖2 修飾銀電極的掃描電鏡照片
2.2 修飾銀電極的電化學特征
以Ag、(AMPS-MMA)/Ag、nano-Ag/(AMPS-MMA)/Ag為工作電極,在01 mol/L的KNO3溶液進行循環伏安法掃描(掃描速度:100 mV/s)。
P(AMPS-MMA)共聚物修飾的銀電極相對裸銀電極,其還原峰峰位幾乎沒變(見圖3),但峰高降低,說明單純的聚合物修飾對銀電極具有鈍化作用;納米銀/P(AMPS-MMA)復合物修飾的銀電極比裸銀電極的還原峰峰高明顯增大且峰位負移,表明納米銀/P(AMPS-MMA)復合物修飾的銀電極比裸銀電極的活性明顯增大。可能是電極表面組裝形成陣列,表現出顯著的電子隧道效應和表面效應。當然,也可能與銀納米粒子與銀電極本身的氧化-還原電流疊加效應有關[12]。
E/V
――Ag;…… P(AMPS-MMA)/Ag;―•― nano-Ag/P(AMPS-MMA)/Ag
圖3 在KNO3溶液中的電極循環伏安圖
23 鹵素離子的電化學響應
用差分脈沖伏安法測定鹵素離子的結果如圖4~圖11所示。隨著鹵素離子濃度的增加,峰電位幾乎不移動,還原峰電流增大。納米銀復合物修飾的銀電極對每一種鹵素離子濃度的檢測,基本都呈線性關系(見圖5,圖7,圖9,圖11)。
鹵素離子濃度的對數與還原峰電流具有很好的線性關系,且適用濃度范圍較寬,可以對微量鹵素離子濃度進行定量測量,除氟離子適用范圍在10-7~2×10-4 mol/L之外,其余三種鹵素離子濃度都在10-9~2×10-5 mol/L。說明修飾銀電極比銀電極對鹵素離子具有更靈敏的電化學響應性能。修飾銀電極對濃度為2×10-5 mol/L的KBr溶液用差分脈沖伏安法平行測定50次,還原峰電流值的相對標準偏差(RSD)僅為17%,表明修飾電極的壽命長重現性很好。
3 結論
運用電化學生長法制備了納米銀復合物修飾銀電極;SEM表明,制備的修飾銀電極表面吸附一層致密的復合物顆粒膜,其粒徑在150~200 nm;通過循環伏安法研究表明,修飾銀電極比純銀電極的活性明顯地增大;用差分脈沖法研究了修飾銀電極對鹵素離子的電化學響應,結果表明,鹵素離子在較寬的濃度范圍內,鹵素離子濃度的對數與還原峰電流具有很好的線性關系。實驗表明修飾電極的壽命長重現性很好。
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關鍵詞:農業院校;無機化學;創新;綠色化學
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2016)03-04-117-03
Research of Inorganic Chemistry Teaching in Agricultural University Based on the Green Chemistry and Innovation Training
Ke Fei et al.
(Department of Chemistry,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)
Abstract:The idea of green chemistry and innovation training has attracted increasing attention by the international higher education. This paper analyzed the disadvantages existed in the teaching process of inorganic chemistry in agricultural university. Further the significance to infiltrate the idea of green chemistry and innovation training in inorganic chemistry teaching was introduced,and some constructive opinions and suggestions were also put forward.Sequentially,the students desire for knowledge can be inflamed and the effective teaching can also be raised.
Key words:Agricultural university;Inorganic chemistry;Innovation;Green chemistry
無機化學是一門內容既豐富又抽象的課程,其不僅是化學專業學生的4大基礎化學(無機化學、有機化學、分析化學、物理化學)之首,也是高等農業院校一些非化學專業學生的基礎課程,甚至是必修的入門課程之一[1-2]。該課程內容體系龐雜,理論性較強,尤其該課程面臨的授課對象是大學一年級新生。因此,無機化學課程的教學成功與否對學生們今后的學習思維模式的培養起著一定的指導作用。然而,對于農業院校的無機化學課程的教學過程,大部分的傳授者只重視課本上化學知識的傳授,而忽略了相關知識點國際最新的研究進展的介紹,忽視了對學生綠色思維能力和創新能力的培養,從而造成學生上課沒有積極主動的心態,缺少朝氣蓬勃的求知欲望,進而造成這種模式下培養的學生整體素質偏下,沒有綠色創新的概念,更沒有保護世界和改造世界的科學精神[3]。
化合物的綠色合成以及清潔能源的使用將是無機化學發展必然趨勢,同時各學科之間的互相滲透,形成了眾多的新興特色研究領域,所以無機化學是一門活躍有趣的特色學科。本文中作者結合自己的教學經歷,對如何在高等農業院校無機化學教學中注入綠色創新思維的培養,進而激發大學生的學習熱情進行了初步探討。
1 綠色創新思維理念
綠色化學理念最早產生于美國,其頒布的《Pollution Prevention Act of 1990》法令中第一次明確提出了綠色化學概念[4]。這一概念的提出,迅速得到了國際各國的支持。英國皇家化學會在1999年創辦了國際第一個綠色化學綜合期刊《Green Chemistry》,隨后,該雜志在國際影響力逐年增加,2015年其影響因子已達到了8.02。由此可見,綠色化學理念深受科學工作者們的推崇。所謂綠色化學就是在實際生產中使用清潔的能源和使用環境友好的試劑和溶劑,最大程度的利用原材料,盡可能的避免污染。然而隨著科學技術的快速發展,工業化程度的飛快推進,當今教育理念僅僅有綠色化學還不夠,還得注重學生創新能力的培養,這就要求學生具備綠色創新思維理念,這樣培養的人才在未來的國際競爭中才具有優勢。
2 無機化學教學中綠色創新理念的重要性
化學一方面創造了一個美麗的人造世界,另一方面也改變了這個美麗世界。甚至一些非化學專業的人們,一聽到化學這個詞,就聯想到危險、污染、有毒等等。因此,如果要徹底改變這一現狀,改變人們對化學的認識,這就需要發展綠色創新化學理念。
目前,隨著工農業的不斷發展,新的化合物也不斷的被發現和合成出來。與此同時,人類所面臨的環境危機也越來越重,而這些發展和危機在一定程度上都與化學關聯,化學在創造物質文明的同時,也帶來了大量的有害物質,危害到人們的健康,所以環境問題已成為國際關注的熱點問題之一。我們現在所面臨的環境問題主要有:霧霾、酸雨等大氣污染,水體富營養化、生活工業廢水等污染,農藥殘留、固體廢棄物等土壤污染等[5-6]。因此,發展綠色創新思想,推廣綠色創新教學是教育發展的大趨勢。
大學生是未來社會發展的希望,是創造物質文明主力軍,所以教師要盡自己最大努力向學生們傳授綠色創新方面的知識,然后通過大學生群體去影響周圍的人群,逐漸使大家都能有這個意識,促進整個社會的和諧健康發展。無機化學是新生入學第一門開設的大學化學課程,這是他們對大學化學認識的開始,同時也是他們學習生活習慣養成以及社會責任意識形成的關鍵階段。因此,大學老師要充分利用課堂這個重要教學陣地,認真挖掘無機化學教材中的知識點與最新研究報道成果的聯系,向學生們傳授最新的綠色創新知識,培養學生們綠色創新意識,進而按照綠色化學的原則來處理生活中的問題。因此,在高等農業院校無機化學教學中培養學生們綠色創新思維,以適應當前國際科技的高速發展非常重要。
3 無機化學教學中綠色創新理念融入的策略
目前,國內部分綜合高校化學專業已經開設了綠色化學這門新興課程,但仍然處于開始階段,對綠色創新思想的傳授相對較少,而對于農業院校來說,綠色創新研究的就更少。農業院校無機化學由過去56學時調到現在為48學時,這就要根據農業院校自身的特點和培養目標,對無機化學授課內容進行調整,那么在這有限的課時中,如何將綠色創新理念融入到課堂之中就格外重要。筆者認為,可以從以下幾個方面著手實施綠色創新教育:
3.1 加強師生的綠色創新理念的培養 隨著科技的發展,創新應用型人才對農業的發展越來越重要,高等農業院校無機化學必須把綠色創新理念作為重要的指導思想滲透到教學中。綠色創新理念的培養是對傳統的無機化學教育模式的發展,該培養理念不僅能為社會培養出高層次專業素質人才,而且還注重培養學生們可持續發展意識。這就要求傳授者自己要有綠色可持續的發展觀念,在教學工作中將綠色創新思想滲透到課堂之中。化學教育者要不斷的更新自己的知識框架,及時了解國際最新的相關領域研究進展,將課本上知識點與最新的相關綠色創新研究結合起來,課堂上以生動形象的圖片或動畫方式給學生們呈現,讓學生們在大學一年級就養成好習慣,讓綠色創新理念真正的樹立在他們的腦海中,為培養具有可持續發展理念的未來化學工作者奠定基礎。
3.2 無機化學理論課中綠色創新理念的滲透 課堂教學是學生們的接受知識的重要途徑,教師要緊跟國內外最新的綠色化學研究成果,充分挖掘課本中的理論知識,將二者結合起來,在理論教學中將最新的綠色創新思想進行滲透,并修正與該思想不相符的課本內容。引導學生們重新設計新的路線、工藝等,使整個合成綠色化,能源綠色化,避免傳統的反應方法給環境帶來的負面影響。
無機化學理論課中很多基礎知識都與創新的綠色化學有關。例如,(1)在化學動力學基礎章節中,除了介紹動力學常數的定義外,還可以介紹目前國際研究最熱的新型多孔材料對水體中有機污染物(如,有機染料、苯、農藥等)的吸附率隨時間的變化關系,進而計算其吸附動力學常數,這樣學生既了解動力學常數概念又清楚的知道怎么通過實驗得到這個動力學常數;(2)在介紹化學熱力學部分的時候,除了介紹熵、焓、吉布斯自由能的概念外,還可以介紹吸附劑吸附有害物質的吸附量隨溫度的變化關系實驗,通過該實驗可以讓學生了解吸附劑在該條件下的熵、焓、吉布斯自由能是怎么得到的,加深吉布斯自由能與化學反應自發進行方向的關系,進而知道怎么學以致用。為了方便吸附劑的回收循環使用,還可以介紹新型磁性多孔材料,既可以達到去除水體中的污染物,又可以通過簡單的外界磁場,方便的將吸附劑從水體中分離出來,達到循環使用效果;(3)介紹碳族元素的時候,除了介紹溫室效應導致全球變暖之外,還可以介紹目前利用CO2制甲烷等最新研究成果;(4)在介紹硫化合物的時候,介紹硫化鎘等等量子點光催化劑,可以利用該光催化劑在取之不竭、用之不盡的太陽光條件下進行光催化反應。此外,教師還要根據高等農業院校自身發展的特點和優勢,課堂教學中將無機化學基礎知識與農業院校的茶與食品科學、環境與能源、生物工程以及農藥等優勢學科結合起來,達到學科間的優勢互補。例如,無機化學教學中可以補充最新的制氫和儲氫材料、可見光催化材料、高催化性能或吸附性能的多孔材料、農藥降解材料、重金屬去除材料等等。總之,教師可以根據當前國際研究的熱點,有目的、有計劃的將無機化學基礎知識與這些最新的綠色創新研究有機地串聯起來,既提高了教學質量,又使學生們知道農業科技人員的研究動態,潛移默化中增強學生們的綠色創新意識。
3.3 無機化學實驗課綠色創新化 化學是以實驗為基礎的科學,實驗課是運用理論知識和驗證理論知識的渠道,也是最容易產生污染的主要場所之一。因此,實現實驗課的綠色創新是非常必要的,這是培養學生發現問題、分析問題以及解決問題能力的重要途徑,也為培養他們良好的科研素養打下基礎。
(1)加強安全教育,樹立綠色創新理念。無機化學實驗課是大學一年級開設的第一門化學實驗課程,學生沒有自己動手實驗的經驗。因此,老師在這個過程中作用至關重要。第一節實驗課,授課老師講解實驗內容之前應該對學生們進行安全教育,宣傳綠色創新理念,給學生們講解《化學實驗室安全手冊》,進行實驗室安全培訓,培訓合格的同學方可進入實驗室進行后續的實驗操作。同時在實驗室醒目位置張貼安全標志,強化學生們安全意識、綠色創新意識以及環保意識。
(2)優化實驗內容,提高綠色創新程度。使用無毒無污染的綠色原料和溶劑代替傳統的有害試劑。盡量使用蒸餾水、乙醇等綠色無毒試劑,避免使用氯仿、苯胺等毒性較大試劑。合成條件避免時間長、高溫高壓等條件,可以采用快速的超聲或微波輔助合成新方法,節約時間,增加轉化率、減少污染,實現實驗的綠色化創新。另外可以開設一些學生自主性比較大的實驗,開展一些利用可見光為能源的催化或降解實驗,讓學生們自主設計實驗原料、條件、方法等,充分開發學生們創新能力。
(3)重視實驗室廢棄物的回收,開發循環實驗。實驗室廢棄物的妥善處理這個過程非常重要,目前大部分高校實驗課都存在這種普遍的現象,實驗結束后學生們就直接將反應后的試劑和藥品直接倒入水池中,甚至包括一些毒性較大的試劑。這不僅危害自己也會危害到他人,增加后續無害化處理的負擔。實驗老師一定要指導學生將實驗廢棄物進行分類回收處理,嚴禁亂扔亂倒,這樣像乙醇這類常用溶劑我們就可以回收起來,進行重新集中蒸餾制得干凈的無水乙醇,從而可以循環使用。教師可以把實驗的后處理作為成績考核的一部分,督促學生養成好的習慣,為自己、為社會負責。
4 結語
無機化學是一門實踐性較強的課程,授課教師不僅要傳授學生們基礎的理論知識,更重要的是培養學生們具有在改造世界的同時更要保護好世界的能力。通過上述改革措施,本人自己課堂上取得了很好的教學效果,改變了以往無機化學課堂上沉悶的現象,大家積極思考、課堂氣氛活躍、年終評教獲得優秀。當然,結合最新的研究熱點,宣傳綠色創新理念是一項系統的工程,也是社會發展的趨勢,這項工作現在還是處于起點階段,每位化學教師都要不斷的探索,提升綠色創新的教學方法,為社會培養合格的化學科技者而不懈努力。
參考文獻
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