時(shí)間:2023-03-21 17:17:27
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殺菌劑,通常包括非氧化型和氧化型兩種,其相關(guān)差異性在使用的功能和組成上表現(xiàn)得最為突出。在這當(dāng)中氧化性殺菌劑具有較強(qiáng)的殺菌力,在眾多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。如次氯酸鈉、氯氣、溴類、過氧化氫、臭氧等,但是其藥效難以長時(shí)間得以維持,缺乏穩(wěn)定性、具有很大的需求量,十分容易對環(huán)境帶來污染,所以較少應(yīng)用于油田污水處理方面。在油田污水處理中,非氧化性殺菌劑獲得了廣泛的應(yīng)用,非氧化性殺菌包括非離子型、離子型兩種類型。非離子型殺菌劑要實(shí)現(xiàn)殺滅細(xì)菌或抑制細(xì)菌的目的,主要通過向細(xì)菌體內(nèi)滲透或者在水中完成水解后,和細(xì)菌的某些組分產(chǎn)生絡(luò)合物沉淀來完成,主要有醛類,如戊二醛、甲醛、氯代酚類還有相關(guān)衍生物。離子型殺菌劑主要包括兩性離子殺菌劑、陽離子型殺菌劑、陰離子型殺菌劑,季銨鹽精確類屬于陽離子殺菌劑之一,是最廣譜有效的,另外還有有機(jī)胺類、1227防藻類。兩性殺菌具有十分廣泛的使用范圍,很少使用陰離子類。緩蝕劑,以主要化學(xué)成分為參照進(jìn)行分類,主要包括有機(jī)和無機(jī)兩類,緩蝕劑具有很強(qiáng)的適用性,能夠有效控制金屬的腐蝕性。同有機(jī)緩蝕劑比較,無機(jī)緩蝕劑在種類上較少,并且要想發(fā)揮效用,一定要在高濃度條件,在這當(dāng)中鉻酸鹽緩蝕劑具有非常顯著的緩蝕效果,在過去很長一段時(shí)間,使用非常廣泛,但在環(huán)境保護(hù)方面,我國政府的管理力度不斷加強(qiáng),鉻酸鹽緩蝕劑慢慢從市場淡出。有機(jī)緩蝕劑有很多類型,主要有銨鹽和季胺鹽類緩蝕劑、雜環(huán)型緩蝕劑、咪唑啉類緩蝕劑等。
1.2阻垢、絮凝等化學(xué)試劑的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
油田產(chǎn)生能夠產(chǎn)生大量的污水,其中不少化學(xué)添加劑、天然的機(jī)械雜質(zhì)等,會(huì)使得管線遭受腐蝕,或發(fā)生堵塞,要是對外排放勢必會(huì)對環(huán)境造成一定的污染。但是在現(xiàn)階段,處理油田污水的化學(xué)添加劑和天然雜質(zhì),已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用化學(xué)絮凝法,大多當(dāng)做預(yù)處理技術(shù)同氣浮法有效配合,發(fā)揮使用作用。絮凝劑成為了被經(jīng)常使用的油田化學(xué)劑?,F(xiàn)階段絮凝劑已經(jīng)有很多種類,具體涉及有機(jī)絮凝劑、無機(jī)絮凝劑、復(fù)合絮凝劑等三類。在這當(dāng)中,使用有機(jī)高分子絮凝劑具有很多的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)為能夠較快獲得處理,不需要太多的量,帶來的污泥量不大等,絮凝劑在油田污水處理中顯現(xiàn)出了重要的作用,其重要地位已經(jīng)獲得了認(rèn)可。結(jié)垢通常是指在管線、儲(chǔ)層、設(shè)備中形成的非常密實(shí)的,呈現(xiàn)出非正常溶解度的難溶或微溶鹽類物質(zhì)的垢。開發(fā)油氣田,到達(dá)中期階段與后期階段后,在采油工藝上回注污水成為廣泛應(yīng)用的方式。就生產(chǎn)過程來說,受溫度、壓力等各種條件不斷變化的影響,同時(shí)受水在熱力學(xué)上缺乏穩(wěn)定性,并且在化學(xué)上呈現(xiàn)出不相容性影響,通常會(huì)導(dǎo)致地面注水管線、地層、注水井筒出現(xiàn)結(jié)垢?,F(xiàn)階段,已經(jīng)形成了多種油田污水的結(jié)垢控制技術(shù):對不相容的水盡可能避免發(fā)生混合、對水的pH值加強(qiáng)控制、將成垢離子從水中清除、使用防垢劑、對物理?xiàng)l件控制好、磁防垢技術(shù)。將少量的防垢劑,加入水中實(shí)施化學(xué)防垢,這是應(yīng)用比較多的一種方法。防垢機(jī)理是利用晶體畸變、螯合、分散等多種作用把垢粒、成垢離子在水中穩(wěn)定保持,進(jìn)而對結(jié)垢產(chǎn)生有效的阻止作用。
同時(shí)有機(jī)化學(xué)是基于實(shí)驗(yàn)的一門科學(xué),有機(jī)化學(xué)的研究更是具有明顯的實(shí)驗(yàn)特征。因此,在技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)教學(xué)中開展實(shí)踐學(xué)習(xí)研究是一個(gè)契機(jī)。通過實(shí)踐學(xué)習(xí),對學(xué)生進(jìn)行探索化學(xué)知識(shí)的過程和學(xué)習(xí)方法的訓(xùn)練,既可以激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的興趣,形成求學(xué)所必需的質(zhì)疑態(tài)度和批判精神,又培養(yǎng)了學(xué)生多維思考、分析推理、歸納總結(jié)的能力。
2技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查和分析
通過對技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)教與學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查和分析,對目前技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)教學(xué)模式現(xiàn)狀進(jìn)行了摸底,以便于更有效地開展探索適應(yīng)新課程要求的教學(xué)模式的研究。根據(jù)占有的資料和實(shí)際的走訪調(diào)查,設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷。結(jié)果顯示31.5%的學(xué)生對技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)無興趣,45.2%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)化學(xué)興趣不高的主要原因是教師傳統(tǒng)的教學(xué)方法,59.6%的學(xué)生不能很好地參與課堂教學(xué),68.5%的學(xué)生喜歡實(shí)踐學(xué)習(xí)模式。由此看出,傳統(tǒng)的教學(xué)方法中存在以教師為中心,強(qiáng)調(diào)教師權(quán)威的現(xiàn)象,忽視了教師與學(xué)生的合作關(guān)系,剝奪了學(xué)生的自主性,影響了學(xué)生的自信心,導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué),使學(xué)生對教師有抵觸情緒。學(xué)生希望老師在課堂上成為他們的合作伙伴,給他們一定的學(xué)習(xí)空間,使個(gè)人的主動(dòng)性、積極性充分發(fā)揮出來。而有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的核心任務(wù)便是建立和形成旨在充分調(diào)動(dòng)、發(fā)揮學(xué)生主體性的學(xué)習(xí)方式。實(shí)踐學(xué)習(xí)就是一種行之有效的學(xué)習(xí)方式,能使學(xué)生的主體性、能動(dòng)性等在實(shí)踐學(xué)習(xí)過程中得以發(fā)展。
3技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新的措施
3.1培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并動(dòng)手實(shí)踐
假設(shè)提出后就要想方設(shè)法去檢驗(yàn)它,用實(shí)證性材料去或支持假設(shè)。這是實(shí)踐學(xué)習(xí)的重要步驟。因?yàn)閷W(xué)生要達(dá)到對所學(xué)知識(shí)所反映事物的性質(zhì)、規(guī)律以及該事物與其他事物間聯(lián)系的深刻理解,最好的辦法是讓學(xué)生到現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境中去感受,去體驗(yàn),而不是僅僅聆聽教師或其他人的介紹和講解。比如在2乙醇與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物的驗(yàn)證試驗(yàn)中。我們創(chuàng)設(shè)了以下問題情境創(chuàng)設(shè):乙醇與濃硫酸制乙烯氣體時(shí)溫度控制不當(dāng)常有副反應(yīng)發(fā)生,若溫度過高,乙醇被氧化成二氧化碳,濃硫酸被還原為二氧化硫。那么如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證反應(yīng)混合氣體中含有二氧化碳、二氧化硫和水蒸氣那?學(xué)生一般都能知道驗(yàn)證二氧化碳用澄清石灰水,驗(yàn)證二氧化硫用品紅溶液,驗(yàn)證水蒸氣用無水硫酸銅,但是具體的操作步驟是什么,為什么?大部分的學(xué)生不能正確說明原因,這時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐。
實(shí)踐實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路:
(1)水蒸氣先驗(yàn)證還是后驗(yàn)證,為什么?這時(shí)有的學(xué)生想到若先驗(yàn)證二氧化硫或二氧化碳必須通入水溶液中,帶出水蒸氣,影響產(chǎn)物水蒸氣的驗(yàn)證,所以水蒸氣必須先驗(yàn)證。即通過裝有無水硫酸銅的硬質(zhì)玻璃管。
(2)二氧化硫和二氧化碳哪個(gè)先驗(yàn)證,為什么?通過教師的引導(dǎo),學(xué)生認(rèn)識(shí)到因?yàn)槎趸蛞材苁钩吻迨宜儨啙?,所以必須在檢驗(yàn)二氧化碳之前,先將二氧化硫除去并除盡。而除去二氧化硫之前應(yīng)先驗(yàn)證二氧化硫,所以應(yīng)用三個(gè)洗氣瓶,分別是品紅溶液,溴水,品紅溶液,第一個(gè)品紅溶液為驗(yàn)證有二氧化硫,溴水為除去二氧化硫,第二個(gè)品紅溶液為檢驗(yàn)二氧化硫已除盡,這樣通入澄清石灰水變渾濁一定為二氧化碳。通過這樣的設(shè)計(jì)使同學(xué)認(rèn)識(shí)到在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須全面考慮各個(gè)因素的影響,應(yīng)注意到每個(gè)細(xì)節(jié)的設(shè)置,才能使最終的結(jié)果正確。但要使學(xué)生對設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案感興趣,并能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)方案,學(xué)生就必須有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能。在化學(xué)學(xué)習(xí)中,教師要幫助學(xué)生對已學(xué)過的知識(shí)加以回憶、深化、提高,將所有中學(xué)化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、條理化、網(wǎng)絡(luò)化。
3.2培養(yǎng)學(xué)生多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并注意學(xué)會(huì)觀察
當(dāng)前在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往會(huì)出現(xiàn)這樣的問題:實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象琳瑯滿目,學(xué)生情緒亢奮,實(shí)驗(yàn)做完后學(xué)生只記住他最感興趣的部分,而對其他現(xiàn)象說不清楚,因此,在初次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)教師必須讓學(xué)生知道觀察什么,怎么觀察。比如我們在苯與液溴的取代反應(yīng)試驗(yàn)中,在演示苯與液溴的取代反應(yīng)時(shí)由于注意點(diǎn)較多,可邊實(shí)驗(yàn)邊提出問題,指導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn):
(1)苯與液溴混合后有沒有明顯現(xiàn)象,加入鐵屑后有沒有明顯現(xiàn)象?
(2)跟反應(yīng)器連接的長導(dǎo)管起什么作用?
(3)導(dǎo)管口為什么不插入液面下?
(4)怎樣除去無色溴苯中溶解的溴?
通過以上問題的設(shè)置使學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)應(yīng)掌握的問題一目了然,所以只要明確觀察目的,仔細(xì)觀察,不管實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象多少,都能抓住本質(zhì)。同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生邊觀察,邊進(jìn)行思維性觀察。不僅要觀察實(shí)驗(yàn)儀器的選擇組裝,而且要分析為什么,不僅要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,而且要思考產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。而在實(shí)踐學(xué)習(xí)中,很多猜想與假設(shè)只有通過實(shí)驗(yàn)才能得以驗(yàn)證,在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過程中,不僅可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,而且可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,解決問題的能力,激發(fā)他們的實(shí)踐精神。
總之,技師學(xué)院有機(jī)化學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不再適應(yīng)時(shí)代的要求,但舊的教學(xué)理念往往根深蒂固,因此以實(shí)踐學(xué)習(xí)為核心的有機(jī)化學(xué)教學(xué)的實(shí)施還有很長的路要走,實(shí)踐學(xué)習(xí)的各種有效途徑還需要在實(shí)踐中不斷摸索。
參考文獻(xiàn)
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二、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特色和實(shí)施的必要性
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器具有不易破碎、小巧便攜、使用方便等特點(diǎn),使得無論是學(xué)校還是個(gè)人都有能力去創(chuàng)建自己的“微型實(shí)驗(yàn)室”,這就為化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的改革提供了方便與可能。實(shí)踐證明,微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的實(shí)施概括來說主要有以下特點(diǎn):過去的課堂實(shí)驗(yàn)基本上被演示實(shí)驗(yàn)所占據(jù),學(xué)生們處在一種“被動(dòng)接受”知識(shí)的狀態(tài)中,而微型實(shí)驗(yàn)使得大多數(shù)學(xué)生都有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手參與,使得啟發(fā)式的教學(xué)方法能夠得以實(shí)現(xiàn);微型化實(shí)驗(yàn)具有安全性和節(jié)約性的特點(diǎn),教師可以放心地讓每一個(gè)學(xué)生獨(dú)自動(dòng)手實(shí)驗(yàn),親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的方式可以促進(jìn)學(xué)生理解和形成化學(xué)概念,幫助培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察和動(dòng)手能力,同時(shí),極大地促進(jìn)了學(xué)生對于化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣的培養(yǎng);方便了實(shí)驗(yàn)室分組實(shí)驗(yàn)、家庭小實(shí)驗(yàn)尤其是隨堂實(shí)驗(yàn)的展開,培養(yǎng)了學(xué)生既動(dòng)手又動(dòng)腦、理論聯(lián)系實(shí)際和解決實(shí)際問題的能力,尤其是對于資源條件較差的農(nóng)村中學(xué),微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)施對其影響頗深;有利于減少廢氣、廢液以及固體廢品的排放,改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、降低空氣污染,減少對師生健康的損害。具體來說,微型實(shí)驗(yàn)可以:
(一)改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn),激發(fā)創(chuàng)新
演示實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)中最直接、最便捷的一種的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,是探索新知識(shí)、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作和技能的最基本途徑。因此教師在做課堂演示實(shí)驗(yàn)時(shí),對課本的中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了合理的微型化改進(jìn)。如:做“木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)時(shí),常常會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)象不明顯,反應(yīng)時(shí)間較長的現(xiàn)象,影響觀察和判斷,其中碳和氧化銅的質(zhì)量比需要控制在(9~13):1的范圍內(nèi),倘若比例過高,氧化銅不能完全反應(yīng);比例太低,碳粉的量遮蓋了銅的顏色,現(xiàn)象不易觀察。對于此實(shí)驗(yàn),可以做如下改進(jìn):為了減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間,可以在實(shí)驗(yàn)開始之前將碳粉和氧化銅粉末混合均勻,調(diào)成糊狀。取少許均勻涂抹在試管底部內(nèi)壁上,待晾干后,進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)操作。因?yàn)榉磻?yīng)物的量非常少,所以加熱較短時(shí)間就能觀察到試管內(nèi)壁紫紅色銅鏡的出現(xiàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)節(jié)約藥品、現(xiàn)象明顯,有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,培養(yǎng)其創(chuàng)新的意識(shí)。
(二)設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、合作精神
設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)不僅可以幫助學(xué)生形成概念、鞏固知識(shí)、培養(yǎng)技能,更能訓(xùn)練其團(tuán)結(jié)、合作、互助的精神。在實(shí)驗(yàn)課堂上,一個(gè)合理有效的分組實(shí)驗(yàn),能幫助大家節(jié)約資源、節(jié)約時(shí)間。如”二氧化碳?xì)怏w的制取“實(shí)驗(yàn),教師可以將實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)小組:通過上述分組實(shí)驗(yàn)探究,學(xué)生可以找出二氧化碳?xì)怏w制取的最佳方案,并且能夠舉一反三,了解到其他制取方案的優(yōu)劣性。
(三)展開家庭興趣小實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)踐能力
1.1增強(qiáng)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)的意識(shí)和勇于實(shí)踐的情感
克服學(xué)生在普通中等教育中形成并且普遍存在的重理論輕實(shí)踐的思想,轉(zhuǎn)變學(xué)生死記硬背實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)方法,使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的補(bǔ)充和延伸,是一個(gè)不可取代的重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)自身實(shí)踐動(dòng)手能力的重要方式。
1.2初步養(yǎng)成認(rèn)真、仔細(xì)、緊張有序地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣
實(shí)驗(yàn)前做好預(yù)習(xí),理解實(shí)驗(yàn)的目的要求,了解實(shí)驗(yàn)原理,理清操作步驟,查找有關(guān)數(shù)據(jù),繪制儀器、裝置簡圖,做好記錄準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)中保持安靜,多做、多想,有條不紊地進(jìn)行實(shí)驗(yàn);認(rèn)真、仔細(xì)觀察現(xiàn)象,理論聯(lián)系實(shí)際地思考其現(xiàn)象的本質(zhì),記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)象應(yīng)真實(shí)、可靠、完整。實(shí)驗(yàn)后分析現(xiàn)象,研究問題,得出結(jié)論,及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
1.3培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅—嚴(yán)謹(jǐn)、求真—認(rèn)真、務(wù)實(shí)—求是的科學(xué)態(tài)度
糾正學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目敷衍了事,對待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)隨意涂改或編造或抄襲的陋習(xí)。要求學(xué)生認(rèn)真、仔細(xì)地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,真實(shí)、準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,完整、全面地收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象,首先要求學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)獨(dú)立思考其可能性,然后再指導(dǎo)學(xué)生找出問題根源,最終指導(dǎo)教師與同學(xué)共同分析、做出結(jié)論;尤其特別鼓勵(lì)學(xué)生把問題帶到課下,通過查閱有關(guān)書籍、文獻(xiàn)、資料,結(jié)合自己的推理、判斷和分析,說明產(chǎn)生異常現(xiàn)象的基本原因和影響因素等。
1.4樹立厲行節(jié)約思想和滲透綠色化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)理念
按要求用量取藥。稱量固體藥品時(shí)不灑落在托盤上,量取液體藥品時(shí)不濺灑到實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上。儀器應(yīng)輕拿輕放,貴重儀器未經(jīng)教師允許不得擅自動(dòng)用。一旦損壞儀器應(yīng)及時(shí)報(bào)損、補(bǔ)領(lǐng),不隨意使用他人的儀器。養(yǎng)成節(jié)約水、電,節(jié)約使用一切實(shí)驗(yàn)用品和愛護(hù)儀器的習(xí)慣。
1.5培養(yǎng)學(xué)生整潔、有條理的習(xí)慣
保持自己實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的整潔。儀器、裝置擺放應(yīng)有條理、便于使用,污物、廢紙等雜物應(yīng)及時(shí)放入垃圾箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)面上的雜物缸,廢液應(yīng)及時(shí)倒入公共的廢液回收瓶,待實(shí)驗(yàn)后統(tǒng)一處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清洗所用儀器,整理所用器具,公用物品放回原處。各種化學(xué)試劑按照相應(yīng)的規(guī)律擺放整齊,擦凈實(shí)驗(yàn)臺(tái)面。認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)室的保潔值日工作。
1.6自覺遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是豐富多彩的,但同時(shí)也處處存在著一定的危險(xiǎn)?;瘜W(xué)試劑通常具有一定的毒性、腐蝕性、揮發(fā)性、可燃性、易爆性。因此,在學(xué)生實(shí)驗(yàn)課開出之前,教師要認(rèn)真組織學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度,實(shí)驗(yàn)課時(shí)教師要督促學(xué)生自覺地遵守實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度。譬如,在實(shí)驗(yàn)課時(shí),學(xué)生一定要穿著實(shí)驗(yàn)服,必要時(shí)要佩戴防護(hù)鏡和防護(hù)手套,不允許穿著裙裝、也不允許穿著拖鞋、更不允許穿著高跟鞋,還不允許散披長發(fā);嚴(yán)禁在實(shí)驗(yàn)室飲水食物,尤其是嚴(yán)禁將飲用水和食品帶入實(shí)驗(yàn)室內(nèi);嚴(yán)禁在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)高聲喧嘩、追逐嬉戲、相互打鬧。對于使用劇毒試劑或有危害氣體產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生必須按照要求由二人或二人以上操作、或在教師的監(jiān)視、指導(dǎo)下完成。
2培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范操作
科學(xué)規(guī)范的操作是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和保障實(shí)驗(yàn)安全的關(guān)鍵所在,是學(xué)生必須具備的基本功,也是藥學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此,努力提高學(xué)生無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能勢在必行。
2.1認(rèn)清新生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀和存在的問題
藥學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有承上啟下的重要作用,起著從普通中等教育學(xué)習(xí)過渡到高等專業(yè)教育學(xué)習(xí)的紐帶作用。在中學(xué)化學(xué)中,要求學(xué)生了解儀器的名稱、用途和操作原理,會(huì)使用基本儀器,并且掌握常見氣體的制備方法和一般溶液的配制,學(xué)會(huì)觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出正確的結(jié)論,如實(shí)地寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。但由于中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件所限或應(yīng)試教育影響,化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常是紙上談兵。學(xué)生入學(xué)時(shí)普遍實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)差、操作水平低,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室手忙腳亂,無所適從,這在藥學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中表現(xiàn)尤為突出。
2.2從點(diǎn)滴入手,逐項(xiàng)規(guī)范操作行為
在教學(xué)之始,就應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生正確掌握藥學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及到許多基本操作,例如試劑的量取、稱重、溶解;反應(yīng)液攪拌、振蕩、加熱、冷卻、過濾、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶;還有溶液的配制等。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是指導(dǎo)教師在講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí),做出必要的示范操作,并賦予一些問題和指出注意事項(xiàng)。這種教學(xué)方式可能會(huì)由于每一位指導(dǎo)教師對教學(xué)內(nèi)容的理解程度的不同或基本操作掌握程度的不同,也可能會(huì)由于不同的指導(dǎo)教師的耐心程度的不同,往往使教學(xué)效果產(chǎn)生比較大的差異。利用現(xiàn)代教育手段采用多媒體,例如對每一個(gè)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容制成幻燈片或者攝成音像片,在實(shí)驗(yàn)前播放給學(xué)生觀看,并配合指導(dǎo)教師必要的講解,既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又可以規(guī)范教師的教學(xué)行為。這是因?yàn)榛脽羝蛘咭粝衿羌w研討制作,具有一定指導(dǎo)性。在此基礎(chǔ)上,對于實(shí)驗(yàn)中操作不夠規(guī)范的學(xué)生,指導(dǎo)教師及時(shí)地予以糾正。這樣指導(dǎo)教師對學(xué)生既可以嚴(yán)格地要求,又會(huì)有足夠的耐心。
2.3以多種教學(xué)手段示范規(guī)范操作
制作儀器基本操作展板、展牌。展板、展牌是很直觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教具。因此,把小型儀器設(shè)備(例如:酸度計(jì)、電子天平等)的操作規(guī)程做成展牌,放置在待操作的儀器處,讓學(xué)生嚴(yán)格按照規(guī)程操作,這樣做的同時(shí)也降低儀器的損壞率;把需要熟練掌握的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作分類設(shè)計(jì)成展板,實(shí)驗(yàn)課時(shí)取出將其懸掛在實(shí)驗(yàn)室的黑板上,便于指導(dǎo)教師示范講解,也有利于學(xué)生掌握無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作流程。
出錯(cuò)點(diǎn):用手一把抓或?qū)o名指和小指伸展開;位置靠上或靠下。
正確方法:“三指握兩指拳”。即大拇指、食指、中指握住試管,無名指和小指握成拳,和拿毛筆寫字有點(diǎn)相似。手指握在試管中上部。
2.藥品的取用
出錯(cuò)點(diǎn):A。取粉末狀藥品,由于藥匙大,加藥品時(shí)不能深入容器內(nèi)致使灑落或粘附容器內(nèi)壁,而不知用V形紙槽代替藥匙送藥品入容器內(nèi)。B.傾倒液體藥品時(shí),試劑瓶口沒緊挨接受器口致使藥品外流,標(biāo)簽沒向著手心,造成標(biāo)簽被腐蝕。
正確方法:A.取用粉末狀或細(xì)粒狀固體,通常用藥匙或紙槽。操作時(shí),做到“一送、二豎、三彈”。(即藥品平送入試管底部,試管豎直起來,手指輕彈藥匙柄或紙槽。)使藥品全部落入試管底。B.取用塊狀或大顆粒狀固體常用鑷子,操作要領(lǐng)是"一橫、二放、三慢豎。"即向試管里加塊狀藥品時(shí),應(yīng)先把試管橫放,把藥品放入試管口后,再把試管慢慢地豎起來,使藥品沿著管壁緩緩滑到試管底部。C.使用細(xì)口瓶傾倒液體藥品,操作要領(lǐng)是“一放、二向、三挨、四流”。即先拿下試劑瓶塞倒放在桌面上,然后拿起瓶子,瓶上標(biāo)簽向著手心,瓶口緊挨著試管口,讓液體沿試管內(nèi)壁慢慢地流入試管底部。
3.膠頭滴管的使用
出錯(cuò)點(diǎn):中指與無名指沒夾住橡皮膠頭和玻璃管的連接處;將滴管尖嘴伸入接受器口內(nèi)。
正確方法:夾持時(shí):用無名指和中指夾持在橡皮膠頭和玻璃管的連接處,不能用拇指和食指(或中指)夾持,這樣可防止膠頭脫落。吸液時(shí):先用大拇指和食指擠壓橡皮膠頭,趕走滴管中的空氣后,再將玻璃尖嘴伸入試劑液中,放開拇指和食指,液體試劑便被吸入,然后將滴管提起。禁止在試劑內(nèi)擠壓膠頭,以免試劑被空氣污染而含雜質(zhì)。吸完液體后,膠頭必須向上,不能平放,更不能使玻璃尖嘴的開口向上,以免膠頭被腐蝕;也不能把吸完液體后的滴管放在實(shí)驗(yàn)桌上,以免沾污滴管。
4.振蕩盛有液體的試管
出錯(cuò)點(diǎn):手握試管中部或中下部抖動(dòng)。
正確方法:手指應(yīng)"三握兩拳",握持試管中上部,這樣留出試管中下部便于觀察試管內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。振蕩試管時(shí),用手腕力量擺動(dòng),手臂不搖,試管底部劃弧線運(yùn)動(dòng),使管內(nèi)溶液發(fā)生振蕩,不可上下顛,以防液體濺出。
5.使用托盤天平
出錯(cuò)點(diǎn):A.直接用手撥游碼;B.托盤上不放或少放紙片;C.藥品放錯(cuò)托盤;D.在托盤上放多了藥品取出又放回原瓶;E.稱量完畢忘記把游碼撥回零點(diǎn)。
正確方法:正確操作要領(lǐng)是“托盤天平稱量前,先把游碼撥零點(diǎn),觀察天平是否平;不平應(yīng)把螺母旋;相同紙片放兩邊,潮、腐藥品皿盛放,左放稱物右放碼,鑷子先夾質(zhì)量大;最后游碼來替補(bǔ),稱量完畢作記錄,砝碼回盒游碼零,希望大家要記住”。使用時(shí)還應(yīng)注意:A移動(dòng)游碼時(shí)要左手扶住標(biāo)尺左端,右手用鑷子輕輕撥動(dòng)游碼;B。若稱取一定質(zhì)量的固體粉末時(shí),右盤中放入一定質(zhì)量的砝碼,不足用游碼補(bǔ)充。質(zhì)量確定好后,在左盤中放入固體物質(zhì),往往在接衡時(shí)加入藥品的量難以掌握,這時(shí)應(yīng)用右手握持盛有藥品的藥匙,用左手掌輕碰右手手腕,使少量固體濺落在左盤里逐漸達(dá)到平衡。若不慎在托盤上放多了藥品,取出后不要放回原瓶,要放在指定的容器中。
6.量筒的使用
出錯(cuò)點(diǎn):A.手拿著量筒讀數(shù);B.讀數(shù)時(shí)有的俯視,有的仰視;C.有的不能依據(jù)需量取液體體積選擇合適量程的量筒。D.液體加多了,又用滴管向外吸。
正確方法:使用量筒時(shí)應(yīng)根據(jù)需量取的液體體積,選用能一次量取即可的最小規(guī)格的量筒。操作要領(lǐng)是"量液體,筒平穩(wěn);口挨口,免外流;改滴加,至刻度;讀數(shù)時(shí),視線與液面最低處保持水平"。若不慎加入液體的量超過刻度,應(yīng)手持量筒倒出少量于指定容器中,再用滴管滴至刻度處。
7.溶解食鹽時(shí)攪拌操作
出錯(cuò)點(diǎn):A.溶解食鹽使用玻璃棒攪拌過程中發(fā)出叮噹之聲;B.玻璃棒在液體中上部攪拌。
正確方法:操作時(shí)將燒杯平放在桌面上,先加入固體食鹽,然后加入適量水,拿住玻璃棒一端的1/3處,玻璃棒另一端伸至燒杯內(nèi)液體的中部或沿?zé)瓋?nèi)壁,交替按順時(shí)針和逆時(shí)針方向做園周運(yùn)動(dòng),速率不可太快,用力不可大,玻璃棒不能碰撞燒杯內(nèi)壁發(fā)出叮噹之聲。
8.過濾操作
出錯(cuò)點(diǎn):漏紙與漏斗壁之間留有氣泡,影響過濾速度;手持玻璃捧的位置太靠上或太靠下;玻璃捧下端靠在濾紙上時(shí):一是沒輕靠在濾紙的三層部位,二是用力過大致使漏斗傾斜;盛放待過濾液的燒壞的尖嘴部位靠在了玻璃捧的中部甚至中上部。
正確方法:將濾紙貼在漏斗壁上時(shí),應(yīng)用手指壓住濾紙,用水潤濕,使濾紙緊貼在漏斗壁上,趕走濾紙和漏斗壁之間的氣泡,以利于提高過濾速度。過濾操作要求做到"一貼二低三靠"。一貼:濾紙緊貼漏斗壁。二低:濾紙上沿低于漏斗口,溶液液面低于濾紙上沿。三靠:漏斗頸下端緊靠承接濾液的燒杯的內(nèi)壁,引流的玻璃棒下端輕靠濾紙三層一側(cè);盛待過濾的燒杯的嘴部靠在玻璃棒的中下部。應(yīng)手持玻璃棒中上部。
9.儀器的連接
出錯(cuò)點(diǎn):把玻璃管使勁往橡皮塞或膠皮管中按;拆的時(shí)候使勁拉;手握彎管處使勁用力將管折斷,手被刺破。
正確方法:"左手持口大,右手持插入,先潤濕,稍用力轉(zhuǎn)動(dòng)插入就可以"。即左手持口大的儀器,右手握在靠近待插入儀器的那部分,先將其潤濕,然后稍稍用力轉(zhuǎn)動(dòng),使其插入。將橡皮塞塞進(jìn)試管口時(shí),應(yīng)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)塞子使其塞緊。塞子大小以塞進(jìn)管口的部分為塞子的1/3為合適。拆時(shí)應(yīng)按與安裝時(shí)的相反方向稍用力轉(zhuǎn)動(dòng)撥出。
二、將相關(guān)實(shí)驗(yàn)整合,引導(dǎo)學(xué)生掌握橫向和縱向比較性記憶的技巧
在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,很多知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián),如果可以引導(dǎo)學(xué)生掌握橫向和縱向比較性記憶的習(xí)慣和技巧,將使學(xué)生對相關(guān)知識(shí)的掌握變得更輕松更扎實(shí)。比如通過溴乙烷、1,2-二溴乙烷、正溴丁烷和正丁基醚四個(gè)制備實(shí)驗(yàn)的比較,啟發(fā)學(xué)生對于同樣以醇為原料,在硫酸的存在下,為什么可以發(fā)生親核取代反應(yīng)和消除反應(yīng),分子內(nèi)消除和分子間消除反應(yīng)等不同反應(yīng),反應(yīng)條件、加料順序和原料結(jié)構(gòu)對反應(yīng)種類及產(chǎn)率的影響等問題進(jìn)行橫向聯(lián)系的思考。又比如通過乙酸正丁酯的制備,以反應(yīng)原理為出發(fā)點(diǎn)提出一系列問題:酯化反應(yīng)的原理及催化劑和常用的酯化試劑的種類和比較引出酯化反應(yīng)中可能出現(xiàn)的副產(chǎn)物,繼而引出反應(yīng)溫度等條件對反應(yīng)的影響,從這些副產(chǎn)物的排除方法即洗滌引出洗滌及分液漏斗的使用,再從分液后的干燥聯(lián)系到干燥劑的選擇和用量,最后從反應(yīng)平衡和干燥的效果分析為什么蒸餾時(shí)會(huì)出現(xiàn)前餾分過多和產(chǎn)物渾濁的現(xiàn)象等,進(jìn)行一系列縱向聯(lián)系性思考。
三、鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,共同探討和解決問題
雖然給學(xué)生開設(shè)的實(shí)驗(yàn)都是比較成熟和經(jīng)典的,但是由于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的特殊性,實(shí)驗(yàn)中由于操作手法、試劑純度、儀器設(shè)備的影響,可能出現(xiàn)各種各樣預(yù)想不到的問題。一旦出現(xiàn)這些問題,不要急于埋怨和批評學(xué)生,重要的是引導(dǎo)學(xué)生從問題中找出原因,收集數(shù)據(jù),歸納總結(jié),得出結(jié)論,在這個(gè)過程中學(xué)生可能有意想不到的收獲。比如在正溴丁烷的合成實(shí)驗(yàn)中,一些學(xué)生反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體過多導(dǎo)致氣體吸收裝置吸收效果不好,怎么解決呢?經(jīng)過思考學(xué)生提出可以通過控制反應(yīng)溫度降低氣體產(chǎn)生速度,或在吸收用水中加入少量堿增強(qiáng)對酸氣的吸收效果。在粗產(chǎn)品蒸出時(shí),為什么個(gè)別人本應(yīng)在下層的產(chǎn)品懸浮在水層上面?學(xué)生經(jīng)過分析,判斷可能是由于反應(yīng)不完全,剩余原料正丁醇過多所致,然后進(jìn)一步用化學(xué)方法鑒別證明正丁醇的存在,或者用水稀釋粗產(chǎn)品使產(chǎn)物沉降下來。在乙酰乙酸乙酯的制備中,打鈉砂是至關(guān)重要的一步,怎樣才能打好鈉砂,溫度、力度等的掌握,打好的鈉砂怎么才能不結(jié)塊,學(xué)生對這些因素分別進(jìn)行了探討,找到了打好鈉砂的最佳條件,大大加快了反應(yīng)速度,減少了剩余鈉塊所帶來的危險(xiǎn)和處理剩余鈉塊的麻煩。為了使反應(yīng)更好地正向進(jìn)行,提高產(chǎn)品收率,在正丁醚的制備實(shí)驗(yàn)中采用分水器中預(yù)先放出約理論量的水;而在乙酸正丁酯的制備中,主要采用邊反應(yīng)邊放出一定量水的方法,為什么同樣使用分水器分水操作方法卻不同?引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程,結(jié)合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)原料與產(chǎn)物在水中溶解度的差別找到問題答案,這樣做不但有利于學(xué)生全面熟練掌握分水器的使用方法,而且應(yīng)用理論知識(shí)指導(dǎo)與解決實(shí)際問題,有助于鞏固理論知識(shí),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)理論的熱情,進(jìn)一步促進(jìn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)。通過類似上述發(fā)現(xiàn)問題、探討問題、解決或解釋問題的過程,不但使學(xué)生對相關(guān)實(shí)驗(yàn)有了深刻的了解,加深了記憶,而且對學(xué)生綜合素質(zhì)的提高也很有益處。
四、鼓勵(lì)學(xué)生拓寬視野,大膽嘗試,勇于探索
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然有其復(fù)雜的特性,但同時(shí)也因其神秘而吸引人。有些學(xué)生對教學(xué)計(jì)劃外的一些實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了興趣,在條件允許的情況下教師應(yīng)該給予充分的支持和鼓勵(lì)。比如學(xué)生通過從茶葉中提取咖啡因?qū)嶒?yàn),對天然產(chǎn)物中的有效成分提取產(chǎn)生了濃厚興趣,考慮到哈爾濱市和校園有著豐富的丁香花資源,我們就鼓勵(lì)學(xué)生用較短的時(shí)間,自己查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,探索從丁香花中提取揮發(fā)油(丁香酚),實(shí)施過程中教師給予必要的指導(dǎo)。此外,為了幫助學(xué)生開闊視野,更加深入地領(lǐng)會(huì)課堂理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教師還可以讓有興趣的具有扎實(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生承擔(dān)學(xué)校的開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目或參加教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目,例如簡單的天然有機(jī)化合物的提取、表面活性劑的合成、農(nóng)藥或藥物中間體的合成等,通過這樣的實(shí)驗(yàn)鍛煉,學(xué)生感受到有機(jī)化學(xué)與我們的生活關(guān)系之密切,學(xué)以致用,從而極大地激發(fā)了學(xué)生對有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣,改變了他們學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的畏難情緒,增強(qiáng)了他們的自信心和成就感,也有利于他們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),為從事科研工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
乳酸發(fā)酵菌種:植物乳桿菌;發(fā)酵液500mL;電極室用水:0.3mol/L的Na2SO4溶液1000mL(陰極室和陽極室各500mL);酸室和堿室為蒸餾水。發(fā)酵培養(yǎng)基每升含:蛋白胨10g、牛肉膏10g、酵母粉5g、葡萄糖50g、乙酸鈉2g、檸檬酸二胺2g、吐溫-801g、磷酸氫二鉀2g、七水硫酸鎂0.2g、一水硫酸錳0.05g。
1.2實(shí)驗(yàn)儀器
恒溫振蕩器、高壓蒸汽滅菌鍋、發(fā)酵罐、干燥箱、電子天平、pH計(jì)、生物傳感分析儀、分光光度計(jì)、冰柜。其他常規(guī)實(shí)驗(yàn)器皿:燒杯、量筒、玻璃棒、酒精燈、接種環(huán)、培養(yǎng)皿、移液管等。直流穩(wěn)壓電源;明道式電滲析膜堆一套,外配容量為1000mL的燒杯5只,硅膠管(約0.5m)10根;小型潛水泵5個(gè)。通過發(fā)酵罐控制主機(jī)箱上的蠕動(dòng)泵,將雙極膜電滲析的堿液隔室與發(fā)酵罐進(jìn)行連接。為了降低發(fā)酵罐中染雜菌的風(fēng)險(xiǎn),必須對連接的管子進(jìn)行滅菌操作。發(fā)酵罐內(nèi)由pH計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,當(dāng)pH低于設(shè)定值時(shí),由蠕動(dòng)泵自動(dòng)將雙極膜電滲析的堿液隔室中的堿液泵入發(fā)酵罐進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于軟管內(nèi)是強(qiáng)堿環(huán)境,故堿液室與發(fā)酵罐之間的連接管不需要進(jìn)行滅菌操作。
2實(shí)驗(yàn)步驟
2.1雙極膜電滲析的準(zhǔn)備
(1)組裝膜堆:按“陽極板—隔板—雙極膜—隔板—陰膜—隔板—陽膜—隔板—雙極膜—陰極板”順序組裝膜堆,用長螺桿釘壓緊膜堆。為了確保裝置的嚴(yán)密性,應(yīng)使隔板之間的墊圈厚度不超過墊圈槽,并使雙極膜的陽膜側(cè)朝向陰極板。此外,在用螺釘壓緊裝置時(shí),應(yīng)注意均勻用力,以防止裝置變形甚至斷裂。
(2)連接設(shè)備:在隔板出口分別連接出水管和進(jìn)水管。將進(jìn)水管與外置燒杯中的潛水泵出口連接,將出水管的出口端連接到燒杯中,以確保循環(huán)通路暢通。
(3)注入料液和電極水:在鹽室中注入料液,在極室中注入電極水,在酸室和堿室中注入蒸餾水,此過程應(yīng)保證料液淹沒潛水泵。對于雙極膜電滲析,應(yīng)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將各個(gè)隔室、燒杯和潛水泵內(nèi)的料液或電解質(zhì)溶液清洗干凈。若長期不用,應(yīng)將裝置拆卸還原,并確保各組件干燥和清潔。
2.2發(fā)酵過程的準(zhǔn)備
(1)種子培養(yǎng)基的培養(yǎng):配制一定量的種子培養(yǎng)基,并在高壓蒸汽滅菌鍋中滅菌。滅菌條件為:121℃,20min。待培養(yǎng)基冷卻至室溫后,取新鮮斜面菌種,接入種子培養(yǎng)基中,在轉(zhuǎn)速為150r/min的搖床中培養(yǎng)24h,溫度恒定在37℃。
(2)發(fā)酵罐滅菌:將配制好的發(fā)酵培養(yǎng)基加入到發(fā)酵罐中,此處應(yīng)注意體積不能超過發(fā)酵罐總體積的2/3。然后將發(fā)酵罐和培養(yǎng)基一起放入滅菌鍋中進(jìn)行滅菌。
(3)火焰接種法:先用醫(yī)用酒精擦拭接種口;在火圈中加入酒精,點(diǎn)燃后套在接種口上;關(guān)小空氣進(jìn)氣閥,調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng),降低罐壓,打開接種口蓋;在火焰范圍內(nèi)打開種子培養(yǎng)基的瓶塞,在火焰上燒灼幾秒鐘后,迅速將種子液倒入發(fā)酵罐中;在火焰上燒灼接種口蓋子數(shù)秒后,迅速蓋好接種口蓋,關(guān)閉空氣進(jìn)氣閥。
(4)發(fā)酵培養(yǎng):接種結(jié)束后,對發(fā)酵培養(yǎng)過程的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,開始培養(yǎng)。發(fā)酵過程中要打開冷凝器水閥。具體操作參數(shù):轉(zhuǎn)速為150r/min;溫度為37℃;pH為6.7。
2.3發(fā)酵罐與雙極膜電滲析集成操作過程的監(jiān)測
在集成操作過程中,要對發(fā)酵罐和雙極膜電滲析同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測,防止任一方出現(xiàn)問題導(dǎo)致集成操作失敗。發(fā)酵過程:
①通過發(fā)酵罐的主機(jī)控制發(fā)酵的pH條件、溶氧濃度和實(shí)驗(yàn)溫度。每1h記錄pH、溫度和溶氧濃度,通過數(shù)據(jù)判斷發(fā)酵過程是否正常;
②每4h測量殘余葡萄糖的量、生物量和乳酸的生成量,以判斷細(xì)菌的生長情況和乳酸的生成情況。雙極膜電滲析過程:
①雙極膜電滲析過程調(diào)整穩(wěn)壓電源的電壓和電流值來控制實(shí)驗(yàn)條件,每1h記錄電壓、電流。
②每4h測量酸室中的乳酸濃度、堿室濃度和堿室堿液體積。
3分析方法
3.1葡萄糖和乳酸的測量
在發(fā)酵過程中,要間斷地取樣進(jìn)行監(jiān)測。發(fā)酵液中含有有機(jī)酸鹽、無機(jī)鹽、菌絲體、蛋白質(zhì)、脂肪和糖類等。雙極膜電滲析過程的料液是經(jīng)過超濾和脫色之后的發(fā)酵液,主要成分為有機(jī)酸鹽(主要為乳酸鹽)和無機(jī)鹽類物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中使用生物傳感分析儀獲得葡萄糖和乳酸含量。
3.2生物量的測量
在發(fā)酵過程中,要及時(shí)監(jiān)測乳酸菌的生長情況。取樣后,用0.3mol/L的稀鹽酸溶液稀釋,目的是消除一些沉淀性鹽的影響。在波長為600nm處,測量吸光度。對于產(chǎn)酸量(Na)、產(chǎn)堿量(Nb)以及它們各自的電流效率(ηa和ηb),可根據(jù)下面的公式計(jì)算
4實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
(1)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,需要完成乳酸發(fā)酵液的初步提取工作。應(yīng)及時(shí)向發(fā)酵罐中加入NaHCO3,使pH升高到10左右。同時(shí)升高溫度至90℃,使菌體和其他懸浮物下沉。發(fā)酵原液澄清后,將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純。對澄清后的沉淀物集中進(jìn)行處理。
2.實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化“教學(xué)目標(biāo)的若干措施
2.1綠色化學(xué)意識(shí)的樹立與培養(yǎng)若想樹立學(xué)生的綠色化學(xué)意識(shí)要求教師能夠率先把握環(huán)保低碳理念,并積極實(shí)施環(huán)境無害化學(xué)實(shí)驗(yàn)管理模式。為此,應(yīng)首先將綠色化學(xué)的相關(guān)概念及原則融入到課堂管理中,并進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)。例如,在課前預(yù)習(xí)階段積極引導(dǎo)學(xué)生以查找資料的方式初步了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑的毒性及其對環(huán)境產(chǎn)生的損害和影響,并鼓勵(lì)學(xué)生不拘泥于教材,通過改良步驟或運(yùn)用技術(shù)手段減少對生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑的使用,并有針對性地降低有害副產(chǎn)物的產(chǎn)生和排放。再如,應(yīng)密切關(guān)注實(shí)驗(yàn)整體的進(jìn)行情況,及時(shí)糾正一些因意識(shí)疏忽而造成的裝置安裝問題,阻止因其導(dǎo)致的儀器損害或有毒物質(zhì)泄漏現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過教學(xué)過程,潛移默化地影響學(xué)生,使之在觀念上重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化,在學(xué)習(xí)中掌握更新實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)目標(biāo)的方法途徑。另外,可在教學(xué)過程中將能否貫徹綠色化學(xué)意識(shí)、積極實(shí)施對環(huán)境友好舉措作為考核項(xiàng)目之一,杜絕學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不慎造成的藥品浪費(fèi)、隨意丟棄廢物等現(xiàn)象的發(fā)生。
2.2實(shí)驗(yàn)試劑的選用與教學(xué)內(nèi)容的革新完善在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,難免使用一些易燃易爆、有毒或有腐蝕性的原料,這些試劑不但用量大,而且存在危險(xiǎn)和污染,如果能勇于突破定性思維和教材,在保證實(shí)現(xiàn)原有教學(xué)目標(biāo)的同時(shí),有針對性地選取低碳無害試劑,也能起到推廣“綠色化學(xué)”的目的。比如在原料與催化劑的革新方向上,可用無毒高效原料代替有毒原料,用新型催化劑取代腐蝕性嚴(yán)重的催化劑。在此試舉兩例:在利用硝酸氧化環(huán)己醇和環(huán)己酮制備1.6—己二酸的實(shí)驗(yàn)中,傳統(tǒng)教科書一般選用高錳酸鉀作為氧化劑。高錳酸鉀具有放熱強(qiáng)烈、有毒等不良特性,并不符合低碳環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),但若改用過氧化氫做氧化劑,則副產(chǎn)物是水,其污染程度不會(huì)隨反應(yīng)的進(jìn)行而增加,部分實(shí)現(xiàn)了綠色化學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。又如,在乙酸正丁酯制備過程中,將具有腐蝕性、易產(chǎn)生碳化異構(gòu)化等副反應(yīng)的催化劑濃硫酸,改為固體催化劑一水合硫酸氫鈉,不但能夠降低實(shí)驗(yàn)過程中“三廢”的生成量,還能將產(chǎn)品率由70%提高到90%,起到了事半功倍的效果。另外,可選用學(xué)生熟悉的天然食品代替有機(jī)藥物完成教學(xué)任務(wù),如在利用茶葉提取咖啡因的過程中使學(xué)生掌握索氏提取器的用法;采用橘皮改良過去使用的苯甲醛完成水蒸氣蒸餾實(shí)驗(yàn),而蒸餾得到的檸檬烯又具有光學(xué)活性,可將其進(jìn)一步用作測定旋光度的原料。在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)施方式趨向低碳環(huán)保。內(nèi)容低碳化主要反映在合成路線的設(shè)計(jì)上,可用綜合性較強(qiáng)、合成路線較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)代替目的過于單一的項(xiàng)目。如僅選取溴乙烷的制備這一個(gè)實(shí)驗(yàn),就能夠?qū)W習(xí)吸收有害氣體、蒸餾、分液、萃取、干燥等重要方法,可大大降低實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無意義的重復(fù)性。另外,可適時(shí)設(shè)計(jì)一些具有連續(xù)性的實(shí)驗(yàn),使回收到的產(chǎn)物作為反應(yīng)物而被重新利用。如在甲基橙的制備實(shí)驗(yàn)中得到的產(chǎn)物可作為重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的主要試劑而被循環(huán)使用,將制備好的乙酰水楊酸用于阿司匹林原料藥的檢驗(yàn)等。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢還在于,因前一產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣將影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,可提高學(xué)生對結(jié)果真實(shí)性與可靠性的感悟,通過連續(xù)的實(shí)驗(yàn)過程,培養(yǎng)其環(huán)保節(jié)約意識(shí)。實(shí)施方式的低碳化主要在劑量的半微量或微量化過程中得以體現(xiàn)。將一些污染較嚴(yán)重實(shí)驗(yàn)的規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)的縮小處理,是運(yùn)用預(yù)防化學(xué)污染的新方法新技術(shù)對常量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革的必經(jīng)之路。例如在茶葉提取咖啡因的實(shí)驗(yàn)中,將乙醇用量從150ml降低至70ml即能提取到產(chǎn)物咖啡因,再如環(huán)己酮的制備及苯乙酮的制備實(shí)驗(yàn)中,可將有害原料環(huán)己醇和乙酸酐用量減少到原量的1/5,除提高實(shí)驗(yàn)綠色化外又能有效地提高產(chǎn)率。由此可見,微量實(shí)驗(yàn)值得推廣的原因在于節(jié)約能源減少污染,降低有機(jī)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性,同時(shí)減少了因處理“三廢”帶來的壓力。除此而外,微量及半微量實(shí)驗(yàn)的規(guī)模更接近于科研現(xiàn)狀,它的安全性和低成本大大促進(jìn)了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開出率,提升了學(xué)生的動(dòng)手能力和膽大心細(xì)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度,因此,在教學(xué)過程中采取常量和微量實(shí)驗(yàn)交替配合的模式,將更有利于化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
2.3合理進(jìn)行三廢處理在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,若不將“三廢”進(jìn)行合理有效的處理而直接排放,將會(huì)對環(huán)境和人體產(chǎn)生一定的污染和傷害。因此在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)結(jié)合以下幾點(diǎn)有效提高實(shí)驗(yàn)室中對“三廢”的處理效率:
(1)廢氣的處理:實(shí)驗(yàn)中應(yīng)合理使用通風(fēng)櫥,并在尾氣排出裝置處安裝氣體凈化裝置。對于在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中產(chǎn)生的有害氣體應(yīng)用專門的吸收裝置進(jìn)行吸收。
(2)廢液的處理:可將廢液分類為酸堿及有機(jī)試劑進(jìn)行分別處理。酸堿可混溶中和并調(diào)節(jié)pH值在6.5—8.5之間,并用水將其稀釋后排放;對于乙醇、乙酸乙酯等有機(jī)試劑,可在積攢到一定體積后進(jìn)行重蒸提純,并作為反應(yīng)物應(yīng)用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中。對于一些在學(xué)校條件內(nèi)無能力進(jìn)行處理的廢產(chǎn)品,切不可直接將其倒入下水道或排放到大氣中,應(yīng)定期送到專門地點(diǎn)進(jìn)行生化處理。
(3)廢渣的處理:有機(jī)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的廢渣一般為有毒易燃易爆的固體,應(yīng)統(tǒng)一回收并將其埋于地下固定地點(diǎn)。尤其需要注意的是特殊但常用試劑的處理方式,如在破損溫度計(jì)灑落的微小汞珠上撒上硫粉,使其合成毒性較小的硫化汞,減少環(huán)境損害等。
2.4將節(jié)約意識(shí)與綠色化學(xué)觀念相結(jié)合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是贏得國際競爭優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略之一,作為未來化工行業(yè)的主流人才,我們有必要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程中重視資源意識(shí)和節(jié)約意識(shí)的養(yǎng)成。除去精簡實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,控制原料使用量外,也要注意水電的使用,從小處做起,才能將此觀念深植于學(xué)生的頭腦之中。比如在蒸餾回流等步驟中,冷凝裝置一組組相連的搭建方法即可大大降低自來水的用量。
2.5科學(xué)技術(shù)的引入與完善科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展為實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)綠色低碳目標(biāo)提供了技術(shù)支持和保障,在教學(xué)過程中適當(dāng)引用微波技術(shù)、多媒體技術(shù)已成為實(shí)踐教學(xué)的大勢所趨。
(1)微波技術(shù)。微波作為一種新能源,可用于多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)之中,已成為一種加速有機(jī)反應(yīng)的經(jīng)典技術(shù)。它具有極大提高有機(jī)反應(yīng)時(shí)間,使受熱體系升溫均勻、控制方便、產(chǎn)率高和產(chǎn)品易于純化等特點(diǎn)。如在合成肉桂酸的實(shí)驗(yàn)中,將苯甲醛等反應(yīng)物的加熱時(shí)間由回流1.5小時(shí)縮短為微波輻射條件下的20分鐘,在此條件下可降低副產(chǎn)物產(chǎn)量,隨之而來的分離提純步驟減少,基本實(shí)現(xiàn)了“零排放”目的。據(jù)目前研究表明,利用微波技術(shù)的化學(xué)反應(yīng),可減少甚至不用溶劑,對環(huán)境污染極低。酯化反應(yīng)、重排反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)、酯交換反應(yīng)及有機(jī)金屬反應(yīng)均可利用微波技術(shù)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)速度的最大化。
(2)多媒體技術(shù)。采用多媒體技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)程是“綠色化學(xué)”理念下值得重視和使用的科學(xué)技術(shù)之一。在有機(jī)教學(xué)中,存在一些污染嚴(yán)重卻又不得不要求學(xué)生全面掌握的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,此時(shí)借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)呈現(xiàn)真實(shí)完整的反應(yīng)過程,可以彌補(bǔ)因?qū)嶒?yàn)條件不足帶來的負(fù)面影響。學(xué)生也可學(xué)會(huì)在接受傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方式外,充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,展開全方位學(xué)習(xí),有利于其自主性及創(chuàng)新意識(shí)的提高。
二、應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)補(bǔ)充傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果
在傳統(tǒng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)演示中,由于多種因素,有些實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象不顯著,從而直接影響了教學(xué)的效果。譬如,分子的擴(kuò)散、氣體的產(chǎn)生及固體的溶解等現(xiàn)象,學(xué)生觀察效果并不明顯。假如把這些實(shí)驗(yàn)的演示通過多媒體投影儀來展示,充分運(yùn)用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能,來幫助學(xué)生觀察,學(xué)生就能很清晰地看到顏色的變化、沉淀的析出和氣體的產(chǎn)生等現(xiàn)象。再譬如,金屬鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn),由于反應(yīng)過程較快,學(xué)生不易觀察,同樣可以采用多媒體投影儀來輔助此實(shí)驗(yàn)的演示,使整個(gè)反應(yīng)過程清晰起來。另外,像鋼鐵腐蝕這種現(xiàn)象,需要很長的時(shí)間,我們也可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)制作課件,來演示這種腐蝕過程。這樣不僅增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的直觀性,同時(shí)也活躍了課堂的教學(xué)氣氛,提高了演示的效果,有助于學(xué)生觀察能力的培養(yǎng)。
CAI教學(xué)的發(fā)展,在國外始于60年代行為主義學(xué)習(xí)理論所倡導(dǎo)的程序教學(xué)法,即根據(jù)刺激反應(yīng)—強(qiáng)化原則,及時(shí)獲取教學(xué)信息的反饋,有效地實(shí)行個(gè)別化教學(xué)。由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)發(fā)展剛剛起步,軟件開發(fā)價(jià)格昂貴,操作難度大,并未受到廣泛關(guān)注。80年代,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,為CAI創(chuàng)造了有利條件,尤其是認(rèn)知心理學(xué)的興起,使CAI軟件開發(fā)更側(cè)重于應(yīng)用,注重知識(shí)的條理性和結(jié)構(gòu)化,強(qiáng)調(diào)與學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)相匹配,使其在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過計(jì)算機(jī)的輔助達(dá)到同化和順應(yīng),從而形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。近幾年,由于認(rèn)知心理學(xué)理論的日益成熟及多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的開發(fā),使CAI更注重于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的形成、學(xué)習(xí)策略的掌握和提供更多的個(gè)別化教學(xué)選擇。CAI的發(fā)展趨勢,正順應(yīng)了現(xiàn)代化教學(xué)的兩個(gè)基本趨勢,即強(qiáng)調(diào)教學(xué)的主體性,強(qiáng)調(diào)充分發(fā)展學(xué)生的個(gè)性,全面提高學(xué)生的整體素質(zhì)。
目前,我國正處于“應(yīng)試教育”向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)軌時(shí)期,堅(jiān)持素質(zhì)教育的基本觀點(diǎn),就要面向全體學(xué)生,即通過個(gè)體的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)真正意義上的全面發(fā)展;同時(shí),幫助學(xué)生具備各方面的基本素質(zhì),形成合理的素質(zhì)結(jié)構(gòu),為學(xué)生未來發(fā)展奠定基礎(chǔ),使學(xué)生終身受益。而要實(shí)現(xiàn)個(gè)性的全面發(fā)展,必須立足于學(xué)生個(gè)體差異、因材施教,這不僅要有雄厚的知識(shí)基礎(chǔ),還必須掌握獲取知識(shí)技能的方法,形成自學(xué)能力,這樣才能適應(yīng)未來社會(huì)不斷變化的需要。
CAI教學(xué)的主要特點(diǎn),為我們進(jìn)行素質(zhì)教育目標(biāo)的實(shí)施,提供了有益的幫助。首先,計(jì)算機(jī)信息存貯量大,處理迅速,方便的人機(jī)交互功能,提供了良好的個(gè)別化學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力理解和發(fā)展水平,調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度和難度,真正實(shí)現(xiàn)因材施教。其次,計(jì)算機(jī)的模擬功能,可使抽象內(nèi)容形象化,靜止內(nèi)容動(dòng)感化,為學(xué)生創(chuàng)造生動(dòng)、活潑、直觀、有趣的教學(xué)條件;而教師的設(shè)問和強(qiáng)化刺激手段可極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),形成有意注意,消除學(xué)習(xí)的疲勞和緊張。這樣做既有助于學(xué)生良好的心理品質(zhì)的形成,又使學(xué)生獲取準(zhǔn)確、深刻的直觀感知,從而形成完整的理性認(rèn)識(shí),提高課堂教學(xué)質(zhì)量。第三,CAI可以提供培養(yǎng)自學(xué)能力的條件。教師可根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ),構(gòu)建問題情境,指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地上機(jī)學(xué)習(xí),并輔之以必要反饋練習(xí),及時(shí)肯定或解答,幫助學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)方法,查找學(xué)習(xí)障礙,逐步提高學(xué)生自學(xué)能力和處理實(shí)際問題的能力。此外,CAI在提高課堂效率、增大課堂容量、進(jìn)行全面即時(shí)性輔導(dǎo)、減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)等方面,還具有很好的功能。
CAI的這些功能,決定了它在化學(xué)教學(xué)中會(huì)發(fā)揮日益重要的作用。近年來,雖然很多學(xué)校在計(jì)算機(jī)硬件的配置上下了很大功夫,但在軟件的開發(fā)和利用上明顯滯后于硬件的配置。而且,相當(dāng)多的教師對CAI在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用認(rèn)識(shí)不足,參與不夠,對CAI化學(xué)教學(xué)模式的研究更鮮為人知。為此,結(jié)合我校CAI化學(xué)教學(xué)的開發(fā)和實(shí)踐,我們對CAI化學(xué)教學(xué)模式提幾點(diǎn)看法。
二、計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的幾種模式
(一)計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)模式
CAI的模擬功能,是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中較早開發(fā)和利用的一種功能。目前,很多學(xué)校的軟件應(yīng)用是這種教學(xué)模式。
模擬教學(xué)模式,主要是指利用CAI的模擬功能把一些抽象的理論內(nèi)容,或不易觀察清楚、危險(xiǎn)性較大、難于操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,通過二維或三維動(dòng)畫形式,進(jìn)行信息處理和圖像輸出,在顯示屏幕上,進(jìn)行微觀放大,宏觀縮小,瞬間變慢,短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官參與活動(dòng),使學(xué)生獲取動(dòng)態(tài)圖像信息,從而形成鮮明的感性認(rèn)識(shí),為進(jìn)一步形成概念,上升為理性認(rèn)識(shí)奠定基礎(chǔ)。
模擬教學(xué)只是教學(xué)過程中的一個(gè)環(huán)節(jié),比傳統(tǒng)的掛圖、模型或錄像都更真實(shí)地接近于事物的本來面貌,而且可反復(fù)播放,因此更有利于學(xué)生理解知識(shí)的本質(zhì),培養(yǎng)他們的形象思維能力,也有助于抽象思維能力的提高。
CAI在化學(xué)教學(xué)中的模擬教學(xué),主要適用于理論性和抽象性較強(qiáng)的內(nèi)容:如原子核組成、電子云、核外電子運(yùn)動(dòng)、化學(xué)鍵中離子鍵、共價(jià)鍵形成、溶解和結(jié)晶、原電池、電解池、離子反應(yīng)和離子方程式、NH3分子結(jié)構(gòu)、有機(jī)官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)等。另一方面適用于實(shí)驗(yàn)難以操作、危險(xiǎn)性大而觀察不明顯的內(nèi)容,例如,溴苯制備、氫氣還原氧化銅、氨氧化、乙酸乙醋水解等。此外,工業(yè)生產(chǎn)知識(shí)內(nèi)容,如硫酸、硝酸工業(yè)制法,煉鐵也可制成CAI課件進(jìn)行教學(xué)。
(二)多媒體綜合教學(xué)模式
計(jì)算機(jī)可以控制多種教學(xué)媒體,這是其優(yōu)于其它教學(xué)媒體的特殊功能。實(shí)際上,傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)中,教師上課也有聲音、形象、板書、文字、掛圖和實(shí)物等,教師也可根據(jù)教學(xué)過程中學(xué)生的反映來調(diào)整教學(xué)策略。但我們這里所說的多媒體有二層含義,其一是把微機(jī)與其它教學(xué)媒體相互連接,賦于其它媒體交互性,同時(shí)使用幻燈、投影、錄像等手段,使多種媒體有機(jī)地貫穿于教學(xué)的全過程。其二是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用,即“利用計(jì)算機(jī)交互式地綜合處理文字、圖形、圖像、聲音等多種信息,使它們建立起邏輯連接,成為一個(gè)系統(tǒng)”,使之具有綜合性,即一機(jī)多用,同時(shí)又可形成人機(jī)互動(dòng),互相交流的操作環(huán)境,形成一種身臨其境的情境。
由于多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)是90年代在法國首先提出和使用的,我國高中配置多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的學(xué)校不多。因此,主要的多媒體綜合教學(xué)模式還是指前一種,但未來的發(fā)展趨勢,應(yīng)當(dāng)是使用多媒體計(jì)算機(jī)平臺(tái),設(shè)計(jì)課件,操作使用鼠標(biāo),簡單易行,而且教師并不需要有太多的計(jì)算機(jī)知識(shí),因此具有更廣闊的發(fā)展前景。
實(shí)際上,進(jìn)行CAI教學(xué),應(yīng)當(dāng)逐漸從單純的CAI向多媒體組合的CAI發(fā)展。例如,在“原電池”一節(jié)的教學(xué)中,我們把原電池中原電池原理及形成條件作為本節(jié)課的重點(diǎn),為了突出重點(diǎn)內(nèi)容講授,讓學(xué)生從微觀本質(zhì)理解原電池的形成,不僅采用了傳統(tǒng)的分組實(shí)驗(yàn)教學(xué),利用投影給出原電池實(shí)驗(yàn)要求、觀察步驟,指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn),并利用微機(jī)模擬原電池所形成的閉合回路,通過電子轉(zhuǎn)移的流動(dòng)過程和聲響,及兩極不同顏色的Zn2+離解,H+析出標(biāo)示出內(nèi)外電路所構(gòu)成的閉合回路,使學(xué)生認(rèn)識(shí)原電池本質(zhì);最后利用錄像播放不同新型原電池的工作情況,使學(xué)生最終形成對原電池比較深刻和全面的理解。
這種多媒體組合教學(xué),可在一定程度上突破學(xué)生認(rèn)識(shí)的時(shí)空限制,拓寬學(xué)生獲取信息的渠道,使學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感覺系統(tǒng)參與信息的收集過程,形成教與學(xué)的雙向互動(dòng),更好地發(fā)揮學(xué)生思維的想象力和創(chuàng)造性,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,極大地提高學(xué)習(xí)效率。
(三)計(jì)算機(jī)個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式
我們目前采用的主要是班級(jí)授課制,很難在全班實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué),而實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué),又是化學(xué)教學(xué)由“應(yīng)試教育”向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化的重要途徑。由于CAI的課件,主要強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互功能,因此實(shí)現(xiàn)一對一的個(gè)別化教學(xué)有得天獨(dú)厚的條件。
個(gè)別輔導(dǎo)模式,主要是用計(jì)算機(jī)部分地代替教師,按照程序教學(xué)的原則,設(shè)計(jì)不同的層次遞進(jìn)的教學(xué)途徑,學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)水平,選擇不同的學(xué)習(xí)程序,提出需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容;計(jì)算機(jī)可向?qū)W生提問,并對學(xué)生的問題進(jìn)行分析,作出正確與否的判斷,給出高質(zhì)量的反饋,如遇困難,還可以適當(dāng)降低學(xué)習(xí)坡度,使學(xué)生循序漸進(jìn),得到知識(shí)的鞏固和自學(xué)能力的提高。個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式,是一種適合自學(xué)的個(gè)別化教學(xué)方式。如果程序設(shè)計(jì)的分支越多,預(yù)想情況越豐富,越能幫助反復(fù)學(xué)習(xí),克服障礙,共同達(dá)到教學(xué)目標(biāo),優(yōu)化學(xué)習(xí)過程。
這種教學(xué)模式,雖然主要是以學(xué)生為主體,但也不能忽視教師的主導(dǎo)作用;教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生尋找解決問題的方法,而且要針對學(xué)生的實(shí)際,精心設(shè)計(jì)程序,使學(xué)生能用最短的時(shí)間找到解決問題的途徑,同時(shí)也可以幫助學(xué)生總結(jié)自己的個(gè)性特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格,從而幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)和自學(xué)方法,真正實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教育的目標(biāo)。
個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式,由于受CAI課件的限制及學(xué)生計(jì)算機(jī)使用的熟練程度的影響,很難在短時(shí)間內(nèi)得到大范圍的推廣,而現(xiàn)有的軟件局限性又較多,因此可嘗試在選修課教學(xué)中,進(jìn)行小范圍的試點(diǎn),當(dāng)課件使用比較成熟時(shí)再做推廣應(yīng)用。
以上我們只對現(xiàn)有的常用教學(xué)模式進(jìn)行了歸類,除此之外,CAI的問題解決、教學(xué)游戲及查詢和問話等多種基本模式,在個(gè)別化教學(xué)的課件中都有所表現(xiàn),在此我們限于篇幅,不再贅述。
三、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的實(shí)踐和體會(huì)
我校開展計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的時(shí)間較長,不僅在化學(xué)學(xué)科,在其它各科教學(xué)中,都設(shè)計(jì)過豐富的CAI課件,這主要源于計(jì)算機(jī)硬件的配置和得力于一批對軟件開發(fā)興趣濃厚的中青年教師群體。這樣一個(gè)大的環(huán)境也在無形中推動(dòng)了CAI化學(xué)教學(xué)的開發(fā)和應(yīng)用。