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传统化学工程使用处理工艺对有毒污染物的处理滞后性较强,通常是在污染物产生之后再另外做针对性处理,不仅增加了处理成本,且治标不治本。比如传统工艺烟气除尘,虽然净化了气体,但是污染物直接转化为废渣废水,还需要另一道工序做清洁处理,无疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。绿色化学工艺的介入,可以直接在生产或排放阶段就完成清洁使命,通过化学反应达到预防、控制和消毒污染的目的。
化学原料是化学工程的源头,原料决定了生产流程和工艺的选择,绿色工艺的介入可以从源头上改变原料生产带来的各类化学污染,同时绿色工艺与化学工程的结合还可高效利用各类自然资源,实现深度开发利用,兼顾无污染、节能、环保的生产方式必然会掀起一轮新的工业革命。绿色原料的典型开发应用比如甘蔗渣、稻草、麦秆以及木屑、树枝、芦苇等可加工成为酮类、酸类与醇类化学品。
在化学反应中使用选择性高的试剂也是绿色工艺应用的一个途径。以石油化工为例,生产过程中烃类选择性氧化反应较为普遍,作为一种强方热性反应,具有生成物不稳定、易进一步氧化等特征,所以,催化反应中此反应并非最佳选择,生成物的不稳定也不利于提取最终产物,所以,为改善这种情况,使用选择性高的试剂是最佳途径。如此一来,不仅可以降低成本,节约资源,还能够降低分离产品的难度提升纯度,无疑实现了提升效益和减少污染的双赢,所以,绿色化学工程在这方面的研究实践也非常热门。随着越来越多的化学反应被应用到工业生产中,催化剂对提升反应速率效果显着,所以目前化学工艺领域积极研究无毒无害的高效催化剂成为主流发展方向不一,不仅有利于工业的发展,对于推动化学分子深入研究也有助益,分子筛催化剂和烷基化固相催化剂就是其中较为典型的代表。
2。绿色化学工程工艺应用
分析绿色化学工艺是实现节能减排的重要途径,对绿色工艺的重视与开发也彰显了当前世界范围内节能减排的重要性。长达两百余年的工业化路程,使得人类活动对自然资源环境的危害越来越大,尤其中国作为当前世界最大的工业国,“三废”问题十分突出,PM2。5问题也成为了悬在人们头上的一把利剑,将资源枯竭、环境污染、生态失衡、人口问题等推到了台前更加显着的位置。大型化工企业作为与人们生存发展息息相关的企业,石油化工与煤炭除去提供能源之外,还提供多种衍生化工产品为人们衣食住行服务,生产过程中产生的废水废渣废气、消耗的大量原材料都警示着当前必须积极发展绿色化工工艺,以达到节能减排、实现可持续发展的目的。就目前而言,节能减排的实现途径主要以下几种:研发新科技、新工艺全过程控制污染;利用先进清洁工艺从源头控制污染;利用技术和工艺创新打造可循环绿色生态产业链;发展循环经济等。绿色化学工程与工艺作为节能减排目标得以实现的重要保障,广泛应用于多个领域,就目前来说,主要以三种表现为主,分别是清洁生产技术、生物技术的应用及生产环境友好型产品。
绿色化学工程与工艺使用生物技术服务可再生能源的合成,像有机化合物原料的应用经历了从动植物到石油煤炭的发展过程,现如今已经开始广泛应用各类再合成的有机化合物。在绿色化工中,所使用的催化剂多以工业酶和自然界中存在的酶,酶与其他化学催化剂相比,具有反应条件温和、生成物优良、污染少等优势,对于当前化工领域而言,生物酶的利用和研发就成为了绿色化工的重要发展方向。像丙烯酰胺的制备,最早使用丙烯晴,在环城生物酶催化后,不仅能耗与成本大幅度减低,且反应完全无副产物,对工业生产而言有多重积极意义。
除此之外,绿色化工工艺还广泛应用于生产环境友好型产品领域,生活中有众多具体应用实例。比如空调制冷多使用氟利昂,会造成臭氧层空洞、紫外线增多、温度升高,目前正积极寻求替代品且朝着低能耗方向发展,无磷洗衣粉减少对河流水域污染和人体健康的危害,可降解塑造制品对土地、水源危害都将进一步减轻,清洁汽油的使用可对大气污染降低,以上种种尝试都说明了在生产环境友好型产品领域,绿色化工工艺所发挥的积极作用。尤其是近年来无污染汽油的研发与应用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不仅经济环保,发展前景好,且制备生产对自然资源的消耗、对环境的危害都不断降低,证实了绿色工程化工应用的优越性。
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关键词: 本科毕业论文指导 实验员 化工化学类毕业论文实验 角色转变
本科毕业论文是本科生教育的一个综合性科学实践教学环节,也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结,是整个教学活动中不可缺少的重要环节。对理工科尤其是化学化工学科而言,毕业论文实验又是毕业论文工作的一个重要内容,它是培养学生综合运用所学知识和技能,理论联系实际,独立分析,解决实际问题的能力,以及训练专业科学研究思维与方法的重要环节[1]。
化学化工类毕业论文实验是一种综合性的设计实验,不同于单学科实验。在整个实验过程中,理论知识和实验内容、方法往往涉及多个学科,需要学生把所学知识有机地结合起来,才能很好地理解、掌握,这样就对论文指导提出了更高的要求[2]。然而,随着高校办学规模的扩大,招生人数的增加,毕业论文指导老师本来就有比较繁重的本科生、研究生教学与科研任务,有限的精力使得他们对毕业生实验的指导和管理经常不能到位,“带而不管、管而不力”的现象时有发生[3]。而且,学生还有可能因为实验室条件以及仪器、药品、耗材等不能到位,对实验过程拖拖拉拉,学生的侥幸心理、畏难情绪等也会影响学生毕业论文的质量。此外,当前毕业论文指导工作量的分配问题,势必会影响实验员的工作积极性,不利于毕业论文实验的顺利开展。因此,在毕业论文完成过程中,如何定位实验员的角色,发挥他们在实验室工作的优势,更好地服务本科毕业论文,提高毕业论文和人才培养质量,也将成为毕业论文教学改革研究的话题。以下就本科毕业论文指导中实验员所扮演的角色进行探讨。
1.做好实验资源规划师,实现实验资源合理利用和资源共享
近年来随着招生规模的扩大,毕业论文完成期间,进入实验室开展实验的学生人数相应增加,势必会造成实验室用房和仪器设备以及药品耗材等的紧张。因此,实验室管理人员,必须统筹规划,做好一名规划师,使实验室资源利用最大化,优势资源有效共享,保障学生毕业论文实验的正常开展。
(1)实验室用房。
我院学生毕业论文实验,一般安排在专业实验室。根据每个指导老师所带学生人数,合理分配实验室用房,有研究生用房的指导老师,会根据要求,少提供用房面积或者不提供。我院应用化学系每年拿出4个120m2的专业实验室供学生开展毕业论文实验,有效地保障了每个进入实验室开展论文实验的学生都有自己的“一亩三分地”,这样就能很好地解决实验室用房问题。
(2)实验室仪器设备、药品及耗材。
①实验室公用设备:例如电子天平、气流干燥器、超声波清洗器等,每个实验室提供一套;而干燥箱、冰箱等则放在专门的干燥实验室和冷冻实验室供学生使用。
②实验所需器材、药品等:学生在进入实验室前选题,查阅文献,统计实验所需的仪器设备、药品、耗材等,先由指导老师认真审阅签字确认,再交实验室管理人员最终审核,以指导老师为小组登记、领取。对于化学反应中常用的小型仪器,如调压器、加热套、磁力搅拌器、水浴锅,根据指导老师所带学生人数,统筹安排,保障每三个学生有两套仪器。对于药品、耗材,如高分子反应所用的引发剂,以及一些催化剂等,用量较少,而且不易保存,一般一届毕业生,共用一瓶已经足够;而耗材,如标签纸、试纸之类,一般交由指导老师小组统一领取。这样可有效避免学生“只借不用”,造成资源浪费的现象。
③大型仪器设备:如气质联用仪、流变仪、红外光谱仪等,一般由专门实验技术人员负责管理,为全校开放,保障优势资源有效共享。
2.做好实验全程的“绿化师”,加强和培养学生的环保意识
毕业论文期间,化学专业类学生,大多数都要进入实验室开展为期3个月左右的实验。实验过程中使用的有毒、有害,甚至“三致”物质等,如果进入环境,必定对环境造成污染,对人类造成危害。随着现代经济的发展和高校培养人才方式的转变,化学实验实现绿色化是化学实验教学发展的必然趋势,化学教师更应该具有绿色化学的思想,提倡绿色教育[4]。所以,实验员在毕业论文全程中,应该做好一名“绿化师”,加强和培养学生的绿色意识,严禁把废气、废液、废渣和废弃化学品等污染物直接向外界排放[5]。
在毕业论文完成过程中,要实现绿色化学,实验员首先要从源头上降低化学污染物的生成。为此,可以采取以下几方面的措施。
(1)提供微型实验装置,开展微量化学实验。如在有机合成研究课题中,实验室统一提供成套半微量玻璃仪器实验装置。这样既可以减少化学试剂的用量,降低“三废”的排放,又可以节约水电以及一些辅助耗材的消耗,降低了实验成本,并且能使爆炸、燃烧、中毒等事故相应减少,极大地改善实验环境条件,减少对环境的污染[6]。(2)提供无毒或低毒试剂和溶剂。当学生领用有毒有害试剂开展实验时,需要指导老师及学生研究讨论,考虑更换试剂,实在无法更换的,必须做好防护措施,小心操作,并且对实验过程中的所有废弃物回收处理。其次是对“三废”的有效处理。“三废”处理,必须分类集中收集,分别处理。尽可能采用废物回收、以废治废的方式,降低成本,提高实验室污染治理率[7]。如对废液中有机溶剂尤其是重结晶后的溶剂,可通过蒸馏回收,重复利用;对酸液、碱液可通过实验室提供的废液回收装置,分类集中收集,统一处理。对实验过程中产生的有毒或有异味的气体,必须采用密闭式操作或在通风橱中进行,能吸收的,进行吸收处理。对废渣,能回收利用的,回收利用,不能回收利用的,必须进行无毒化处理。最后,实验员还应该经常进入实验室,督促学生清洁实验,保持实验室卫生,培养他们的绿色意识、环保观念。
3.做好学生实验的安检员,保证毕业论文实验正常安全开展
完成毕业论文是学生自己查阅文献,确定研究思路和方案,自己搭建实验装置,分析和处理实验结果的过程。在这个过程中,实验员应该做好一名安检员,对学生实验过程中出现的不合理操作,进行适当的引导,对有危险操作步骤的学生多巡视指导,防止事故的发生,保证毕业论文实验正常安全开展。
作为一名安检员,实验员应该对以下两方面进行监督检查。第一,在实验室安全方面。首先应该给学生灌输安全思想。这方面我们采取在学生进入实验室前,全体学生集中学习实验室各种规章制度,开展安全教育,增强学生安全意识。其次是实验员还应该经常巡查有易燃易爆易腐蚀物以及有污染源的学生。例如,学生在研究混凝土高效减水剂时,用水泥净浆做性能测试,虽然学生对大量废渣已经妥善处理,如不加以提醒,忽略了烧杯壁上少量的水泥残渣,而直接冲洗进入下水道,由于积少成多,也会造成水管堵塞,影响实验室的正常运转。最后,实验员还应对精密贵重仪器以及实验室的水电、消防器材等加强监管,确保论文实验正常安全开展。学生在用气相色谱开展检测分析时,应从载气钢瓶、减压阀、注射器以及检测器等多方面给予指导,强调注意事项,并且观察学生实验过程,保证操作无误后,方能离开。第二,检查学生实验操作是否规范。论文实验过程中,由于学生素质有高有低,动手能力有强有弱,难免有操作不规范,而且只追求结果、不注重过程的人,这样就会给实验室安全带来不小隐患。学生在开展有机合成研究时,最容易造成实验装置搭建不规范。如在研究有HCl、H2S等有毒有害气体生成的实验中,没有搭接尾气吸收装置,这样既会给环境带来污染,又会给师生健康带来危害。第三,在安检方面,还应该密切关注为学生开放的精密贵重仪器室,重点检查学生操作情况与水电等,确保仪器安全。
4.做好学生问题的咨询师,服务引导毕业论文全过程
毕业论文实验期间,学生总会遇到这样那样的问题,而且学生问题覆盖毕业论文完成的全过程。实验员是学生进入实验室后离得最近的人,最有可能成为学生咨询问题的第一人。因此,实验员应该做好一名咨询师,服务引导,帮助解决论文中遇到的问题。例如,学生需要查找实验过程中的一个小步骤、药品性质;仪器不会使用,出了问题;实验过程中缺东少西,等等,这些情况学生一般都会找到实验员,要求帮助解决。在解决问题期间,实验员办公室成为服务学生的场所,实验室的办公电脑成为公用电脑,实验员成为全体学生的辅导老师。在为学生服务的过程中,实验员应充分体现优良的“敬业、献身、奉献、负责”的教育精神。
要成为一名优秀的咨询师,实验员必须加强学习,自我提高。实验员除了具备基本的人文社科素质之外[8],还应该具备文献资料查阅、仪器设备维修、结果分析处理、计算机运用以及实验操作技能等方面的能力,真正成为一名综合型、多能力的“通才”。例如,学生在用TU-1901紫外可见分光光度计对实验结果进行分析测试时,仪器初始化失败,并且出现氘灯、钨灯能量低等情形,这时,学生就会第一时间找到实验员,并且表现出束手无策的样子。其实,实验员只需打开机箱底座,松开光栅驱动轮,用手转动进行调整,再重新开机,仪器就能恢复正常。帮助学生解决问题的过程,其实就是实验员自我提高的过程,同时也是学生进入社会前进一步学习的过程。
总之,实验员在学生完成毕业论文的过程中,扮演的角色是多方面的。实验员必须正确认识自己,不断加强学习,提高自己各方面的素质,勇于承担起多重角色,发挥在实验室工作的优势,积极工作,乐于奉献,更好地服务于学生,才能真正为提高本科毕业论文和人才培养质量贡献出自己的力量。
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中国科学院成都有机化学研究所成立于1958年11月,是以应用及应用基础研究和高技术创新为主的综合性化学、化工研究开发机构。2001年按照中国科学院战略布局调整,成都有机化学研究所转制为成都有机化学有限公司,但研究生招生、培养、学位授予、毕业派遣等均以中国科学院成都有机化学研究所的名义在科学院研究生院统一管理下进行。
本所拥有不对称合成和手性技术四川省重点实验室、催化与环境工程研究发展中心、高分子化学研究发展中心、中国科学院皮革化工材料工程研究中心、中国科学院成都分院分析测试中心5个研究开发机构。拥有手性药物国家工程研究中心、国家“863”计划成果产业化基地,在不对称合成及手性技术、生物医学材料、皮革化工材料及环境友好材料等功能高分子材料、催化技术及新型催化剂、绿色化工、新型储能材料等领域开展研究工作。
本所承担了大量的国家科技攻关项目、国家科技重大专项、“863”计划、“973”计划、国家自然科学基金、中国科学院和省、部、委级重大科研项目以及与地方和企业的合作项目,取得了一大批国内和达到国际先进水平的科研成果,获及省、部级科技成果奖100多项,申请专利452 件(其中发明专利433件),获授权专利189件(其中发明专利171件)。
现有研究人员300余人,其中研究员44人,博士生导师21人,兼职博导3人。中国科学院“百人计划”人才5名,“国家杰出青年基金”获得者1名。目前在读博士生90人,硕士生68人。
近年来,本所导师带领研究生相继在“PNAS”、“Angew. Chem.”、 “JACS”等国际知名刊物发表了系列文章,其中的两篇论文荣获2007年度中国首届“汤姆森路透卓越研究奖”(该年度全国共7篇化学论文荣获该奖)。据中国科学技术信息研究所2008年 5月出版的《2006年度中国科技论文统计与分析年度研究报告》报道,在“SCI 2001—2005光盘版收录中国科技论文在2006年被引用篇数研究机构前50名”表中,我所发表的论文被引用127篇,引用次数555次,位列全国研究机构第33名及我国西南地区研究机构中第二名。
中科院研究生院在我所研究生中设有“科学院院长奖”、 “朱李月华奖学金”等多项奖学金。迄今为止,我所研究生中先后有2名同学的论文分别在2008年、2010年被评为“全国百篇优秀博士论文”,3名同学获中科院“50篇优秀博士论文”奖,2人获得“中国科学院院长特别奖”,18人获优秀奖,还有若干名同学获得“朱李月华奖学金”。2005年1名在读博士研究生应邀参加在德国举办的第55届诺贝尔获奖者大会。
博士生毕业后出国深造的约占30%,从事教学与科研工作的约30%,就业率。
博士生招生专业:有机化学、应用化学、高分子化学与物理
绿色化工就是要在对环境污染严重的地区,进行技术上的加工,使得与环境相协调的可持续发展的化学化工。重视“科学是第一生产力”,要坚持发展可再生资源的使用,以多种多样的高超技术加以研究。绿色化学前景的探索对于我们还任重道远。
【关键词】绿色化学化工;绿色概念;绿色化工产品;绿色环境;友好化学
引言
政府只有深入研究和发现各种绿色产品,探讨绿色化学化工,才能使出现的问题得到很好的解决,对每一个问题的发生我们都要追根溯源,从根本上根除问题。绿色化学化工技术的应用,正在不断增多,我们要设计研究低公害,经济效益高的绿色产品,这就要求我们在一定程度上选择适当的材料,例如新型的催化剂,溶剂,油漆等。利用自然界中存在的可持续发展条件,以废弃物作为原始原料,生产一些绿色化学化工产品。国家要想改变传统的生产模式,就不要有自给自足的传统思想,否则将可能出现很严重的结果。在宣传方面要倡导绿色化学化工产品,这些产品的新生将会给化学史上增加一笔新的光彩。
环境与绿色这两个词是分不开的,绿色环境就是要把环境好好经营,建设社会主义和谐社会。改革开放以来各种污染物大量出现,同时还有一部分人为了暴利不惜破坏环境,所以要研究出符合经济条件的绿色化学化工产品,取得一定的经济效率。
一、绿色化学化工的重要性
(1)世界各国在发展建设过程中不断造成对环境的影响,例如泥石流,地震的频频发生,以致于对绿色化工越来越重视。
(2)绿色化学化工基本的问题是技术与人才问题,绿色化工可以很好的保护环境和带动一系列的化工产业的飞速发展,在工业上起到经济效益好,实用性强的理念,还可以消除化工工业对社会和环境的各种影响。
(3)绿色化学化工具有一定的循环利用性,工业的加速发展,使得一些资源的利用率得到百分百的提高,绿色化学在国际上被称为是解决污染物的科学杀手。从目前看来,绿色化学化工前景广阔。
(4)化工上要解决一些技术上的难题,从观念上强化,在制造绿色产品方面,要有好的建设,制度要明确。
二、政府重视绿色化工技术和人才的教育培养
政府要主导绿色化工的技术发展,优化政策对于绿色环境的要求,要树立“以人为本的原则”,观念上要高效,经济实惠,简洁,建立一系列的新形势下政企的合作关系,国家政府要落实和扶持这一方面的有关条例。其中还要结合对高新技术产业发展的绿色化学化工产品,优化环境等有利条件。
加快建设对于绿色化学化工方面的人才,在国家的扶持下开发绿色化工的发展和服务。
国内先前在冶金、钢铁、矿类上的开发导致了很多问题的发生,现在需要绿色化学化工产品的加入为这一类企业注入新的血液。在绿色化学化工产品的设计和建设中加入高技术的含量。
化学与化学工业有着本质上的差别,以前的原料,不可再生资源的危害,相信大家有目共睹,这些问题制约了国家化学工业和环境的协调发展,充分利用可再生资源,是绿色化学化工的首要解决的问题之一。对于这一方面,人才上要遵循科学发展的道路,要有着对未来前景的预测,人才具备这些才能很好的为国家和人民服务。学校培养人才研究,绿色化工的规划,研究论文,环保意识上,要深入到骨髓里。绿色化学代表了化学和化工学科的共同发展趋势和目标之一,即无论是化学还是化工,不仅要面对社会发展对环境、健康和能源等方面日益严格的要求。
三、绿色化工的前景预测
(1)我国企业主要是以工业化为主,所以绿色化学工业在国民经济中占有主导作用,对推动我国加速发展社会主义和谐社会做出了巨大贡献。
(2)化学工业在教育方面,虽然有很多不完善的地方,但还是可以培育一代代优秀工业人才,这些人才使得绿色化学化工业的发展加速。
(3)绿色化学观念上实施科学主义发展观,贯彻落实以人为本的原则。
(4)绿色化学含义的这种变化不仅得到各国政府的高度关注,而且也使它所涉及的内容也越来越广,越来越丰富。从它现在代表的意义来看,还可用环境友好化学、可持续发展、清洁生产等词汇来描述,在当今社会,环保,政治,国际上多方面的推动下,我们绿色工业发展前景相信会越来越广阔,也将会越来越好。
四、我国对于绿色化学化工上采用的战略
1、国家研究院建立了专门的机构,目前我国有很好的合成、催化绿色化学技术。如研究院的基础研究绿色化学合成,有机化学产品的检测和研究。
2、在战略实施上重视可再生资源,自然界中含有最多的木质素和纤维素的植物,有着一定的可再生资源,总结方案,在绿色化学化工的问题上采用更好的方案。
3、战略上要重视解决资源浪费的问题的发生,迅速推动国内的科学化工业的发展等,国际上对于绿色化工工业产品的溶剂,反应条件,催化剂等化学使用方法,对于高原子的组合,目标分子的研究,使绿色化学工业上保持了有效的功能外,同时让有害影响降到最低,体现了经济效益、环境效益和社会效益的统一。
结束语
从绿色化学化工的定义,原理研究的方向下,我国慢慢的展现了完整的绿色化学化工体系,以及国家人民对于绿色化学化工意识上的加强,但是目前还有很多方面不够健全,如发展速度很快,导致一些内部问题的发生,还有对于绿色化学化工的产品定位,望日后有更多推进绿色化学化工的方案。
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我国化学的基础研究逐渐开始与|世界前沿化学研究接轨,正处于新的历史发展时期。化学科研队伍有了较大发展,已经形成了一支规模较大、素质良好、年龄分布合理、学科门类齐全的化学研究队伍,优秀人才队伍不断扩大,形成多学科前沿创新研究团队。研究水平快速提升,国际影响力曰益增强,在国际组织和期刊中任职的中国学者越来越多,凸显我国化学学科的国际地位明显提高。专利申请和授权大幅度增加,自主创新的理念深入人心,自主知识产权的核心技术初具规模,为我国石油、化工产业和国民经济的快速发展正在和必将作出重要贡献。国家财政投入大幅增加,创新研究环境达到较大改善,具备了从事重大科学问题研究的条件和基础。
我国在化学领域发表的文章总数和被引用文章数以及论文的引用次数逐年上升,已经跃居世界前列。在2000—2010年期间,中国在化学研究领域发表的SCI论文总量列世界第2位;2007、2008年成为SCI论文增长速度最快的国家见图1、图2),在此期间论文被引用次数名列世界第四位;2005—2008年,中国在化学领域被引论文的数量超过曰本,成为重要研究成果的主要产出国家之一。论文的数量与质量同步提高,质量提高更快(见图4)。中国化学在国际化学界顶尖1的论文比例从1998年的0.3%增加到2008年的8.1%中国人在化学领域发表的文章从19W—2!丨n3年的9%上升到2丨104—2丨IIm年的17%(有中国作者在内的所有文章)(源于基本科学指标.汤姆森-路透影响力的提高,我国化学家在包括IUPAC重要学术机构的担任重要职务的人数越来越多,越来越多的中国化学家担任包括Acc.Chem.Res.,Chem.Soc.Rev.,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.等重要学术期刊的编辑、副主编、编委、顾问编委。
我国化学领域越来越重视对知识产权的保护,专利申请数量稳步增力口。2009年中国化学科学领域在中国申请的专利件数已经超过曰本和美国(见图5)。
我国生产的化工产品的销售额占全球的比例有了大幅度提升,2009年已经超过美国,成为继欧盟之后的第二大化工产品大国(图6)。
中国化学发展存在的问题
近年来在化学领域顶尖刊物上发表的论文已经有了较大幅度的增长,专利申请有了较快增长,在国际化学界有了一定的影响。但是,我们必须清楚地看到,我国化学的发展与具有传统研究优势的欧美和曰本相比,仍然存在着较大的差距,这主要体现在:高质量、原创性和系统性的研究成果仍然较少;国际顶尖科学家还很少;研究队伍在化学的各个分支研究方向结构不甚合理;缺乏与其他学科的深度交叉融合,缺乏化工产业的核心技术以及对相关产业的发展缺乏引领作用等。因此,充分的认识目前我国化学发展的制约因素和存在的问题,在“十二五”期间进行正确的引导,对维护我国化学的健康和可持续发展具有重要的意义。
中国化学学科发展的战略
一是要保持已有优势,发展新的特色领域。在已有的研究基础上,继续深入开展以化学合成及理论为核心,以材料科学、能源科学、生命科学、农业科学、环境科学和信息科学等领域的重大需求为导向,发展定向、高效、低耗、绿色的化学合成、能量和物质转换体系及相关技术,加强基础研究思想和方法向原理器件设计和制备技术的转化,强化探索和创新意识,注重基础研究和应用研究的结合与协调发展,加快化学科学的全面发展。
二是要鼓励具有原创性的新思想、新概念、新理论、新方法的提出,鼓励变革性研究项目,对重大基础问题科学研究应给予持续性的支持,使我国在一些重要的研究领域取得突破,形成一些由我国科学家提出的、在国际上具有重要影响的学术思想和理论,使我国在化学科学的若干领域的研究水平跨入世界先进行列,且在一些领域形成优势和特色。
三是要在化学科学的前沿和新兴领域取得重要突破,赶超国际先进水平。在化学科学的前沿及其新兴领域,选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键科学问题,集中力量,重点突破。争取在揭示分子及其组装体的可控合成、设计规律、性质与微观结构的本质关系,在高性能、不同凝聚态结构化学材料体系的制备、表征、理论模拟和计算方法,在高效能源和物质转化催化剂的设计和机理,在关乎人类生存和健康的药物设计和合成等领域取得重要研究成果。
四是要加强学科交叉,形成新的生长点,有重点地发展一些新的国际前沿研究领域。瞄准化学科学前沿和国家战略需求,完善学科布局与结构,注重和加强化学科学各分支学科及其与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学等学科的交叉、渗透和融合,推动学科建设,形成新的学科生长点,赋予化学科学新的内涵和生命力。前瞻性地重点部署和发展一些新的具有战略意义的国际前沿研究领域(例如:能源、环保、生物、催化等),组织学科交叉研究和多学科综合研究。
五是要面向国民经济与国防建设的重大需求,取得一批具有自主知识产权的应用性成果。深入开展与化石能源高效绿色转化、太阳能和核能利用相关的能源科学和材料研究,深入开展与光、电、磁等的发生、转换、存储、输运、显示和掩蔽相关的信息和防护科学和技术研究,深入开展与人体健康相关的检测、诊断和治疗药物和技术研究,深入开展与动植物生长、发育和抗逆性相关的农业科学和技术研究,深入开展以水资源、土壤和空气等相关的分离净化科学和技术研究,坚持不懈地推动关键领域技术的群体突破。
本文提出的工程实践教学新模式以工程设计和实践创新能力培养为核心,旨在通过课程体系的建设以强化知识创新能力;通过实习基地和教育内容的拓展以培养专业兴趣;通过化工专业实验室的建设以培养基本技能;通过特色班的强化训练以培养专业特长;通过学科竞赛和毕业论文/设计环节的训练以培养创新能力和科研能力,从而全面提高本专业学生的工程实践能力、创新能力与就业能力。
(一)以课程体系建设为根本,培养学生的知识创新能力
浙江大学化学工程与工艺专业十分重视学生的实践能力训练和培养,建有完备的实践课程教学体系,主要包括化工实验(7.5学分,含大学化学实验、过程工程原理实验、化工专业实验)、化工设计(4学分)、认识和生产实习(3学分)、SRTP等科技创新与社会实践活动的第二课堂(4学分以上),共计18.5学分,达到了《工程教育专业认证标准》中化学工程与工艺专业的要求。本专业十分重视化工设计课程的建设和教学,定位为学科工程设计技能训练课程,已在2010年成功获批国家级精品课程。课堂教学与实践教学的学时分配为1∶2,学生通过面向应用能力培养和面向设计项目的实践学习过程,学习现代(化工专业)设计方法与设计工具的使用方法,了解计算机辅助化工过程设计的基本步骤,实践从单元过程到完整流程设计的全过程,初步掌握运用Aspen Engineering Suit软件进行化工过程设计的技能,使用AutoCAD绘制化工流程图、塔设备图、车间布置图、工厂总平面图的方法,了解化工设计工作程序、工作内容、设计文档编制方法,从整体上实践学习化工设计的全过程,培育综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化机与设备、仪表与自控等化工专业基础理论解决具体工程问题的能力,强化工程设计能力和创新思维的培养。
(二)以实习基地和教育内容拓展为助力,培养学生的专业兴趣
实习是高等工科院校实践教学中的重要环节,其中认识实习主要起专业启蒙教育的作用。通过认识实习,学生了解了本专业的基本生产工艺及专业的前景与发展方向,对所学专业有了一定的感性认识,并为后继课程的学习打下良好的基础。但目前的认识实多存在基地单一、时间很短的缺陷,难以保证实习的质量和效果。结合特色专业建设,本专业提出建立民营、国有、跨国企业及化工园区的三位一体认识实习基地,使学生通过民营企业的实习,深入理解化工企业的创业、发展与壮大过程,接受创业教育;通过传统的国有大企业实习,系统了解大型化工企业的流程、规模,各化工单元设备与装置的特点等,接受就业教育;通过世界化工巨头在中国公司基地的实习,认识跨国企业的规模、设计、布局及管理理念,培养国际视野,接受创新教育;通过化工园区的实习,切身感受科学规划化工园区重要性、环境保护和循环经济中化工知识的重要性,接受生态教育。因此,三位一体实践基地的认识实习将有效提高学生学习专业知识的兴趣,增强学生专业知识实际应用的感观认识,培养学生的创新创业精神与国际视野。
(三)以化工专业实验室建设为阵地,培养学生的基本技能
专业实验室是高等学校实验室的一个重要组成部分,对人才培养和学科建设有着直接的影响。专业实验教学作为培养学生动手能力、科研能力、创新能力的有效手段和必要途径,是理论教学无法替代的。为了提高教学质量,实行实验室和教学过程的统一管理,本专业于2008年对原先分属不同研究所的专业实验教学模式进行了改革,建成了集中的化工专业实验室。建设过程中,更新了所有的老旧实验设备,对原开设的实验进行了梳理,停开了部分质量有待提高的实验,保留了八个基础实验,并增加了四个综合创新实验和两个远程实验。其中综合创新实验是专业实验的升华,要求学生将基础课、技术基础理论和专业课的理论知识以及实验理论、实验技能融会贯通并应用到实验中去检验。这样既总结和巩固了前期实验教学的成果,又锻炼了学生的综合实验能力和运用实验解决工程实际问题的能力。远程实验则帮助学生实现了异地实验,实验时间不受限制,实验效率大为提高,并丰富了实验手段和创新能力的培养。
(四)以特色学科竞赛为载体,培养学生的创新能力
学科竞赛是培养创新人才、促进高校教育教学改革行之有效的途径。学生可以通过参加学科竞赛,进一步提高专业学习的兴趣和理论联系实际的能力,激发实践创新的活力。为了更好地培养学生的创新能力,我们已连续多年组织开展“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”和“过程工程实验技能创新竞赛”两大学科竞赛活动。其中前者主要是化工设计课程的教学拓展,迄今浙江省大学生化工设计竞赛、“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”已举办了四届。大学生化工设计竞赛活动有力地推动了化工设计课程的全国普及性,提升了其影响力,促进了国内高校化工设计课程的改革和发展,对高等化学工程教育的深化改革起到了实质性的推动作用。同时,本专业还针对“过程工程原理”课程的特点,创办了“过程工程实验技能创新竞赛”,创建了过程工程实验技能创新实践基地。该竞赛为浙江大学校内唯一一个以实验为主的校级竞赛,每年本专业有30%的学生参加该竞赛活动,学生的实践动手能力和创新意识得到了有效的训练。
(五)以特色班强化培训为手段,培养学生的专业特长
为了加深学生对专业知识的理解和运用,培养学生的专业特长,提升学生的就业和深造能力,本专业在大三后依据学生兴趣,提供了不同类型特色班的强化培训:1.工程实践班,主要目的是强化工程设计能力的训练;2.能源化工班,目的是强化化工知识在能源领域的应用;3.产品工程班,重点突出高分子工程、精细化工;4.安全与工业生态班,主要强化化工过程安全、环境友好及化工园区规划;5.国际交流班,目的是强化外语授课与国际交流能力,拓展学生的国际视野。
研究课题
年产3000吨磷酸三苯酯的工艺设计
研究意义及现状
塑料在建筑、交通、航空、电器、日用家具等领域中应用越开越广,但由于塑料的可燃性而造成的火灾事故也日益成为一个重大的问题,因而阻燃剂的研究与生产发展速度突飞猛进。有机磷系阻燃剂的阻燃性能优良,对环境较友好,在阻燃剂领域备受关注并极具发展前景,在我国具有较大的发展潜力和空间。但是由于有机磷系阻燃剂自身的一些缺陷,热:多为液体、挥发性大、发烟量大、热稳定性较差等,促使其应用受到了限制。因此,对有机磷系阻燃剂的研究还有待继续加强。磷酸三苯酯是用途广泛,应用效果良好的阻燃剂之一,可作为纤维素树脂、乙烯基树脂、天然橡胶和合成橡胶的阻燃性增塑剂,其阻燃率高,阻燃产品具有良好的力学性能保持率、透明性、柔软性和韧性。随着我国对塑料应用领域的不断扩大和深入,磷酸三苯酯的需求量将会越来越大。因此,磷酸三苯酯的生产具有极其广阔的市场前景。
目前国内只有少量工业用磷酸三苯酯的生产、使用厂家,而且,在进出口贸易也很少。因此,磷酸三苯酯的市场完全需要开拓。
研究方案
本课题遵循的设计原则和指导思想:
(1)大力推进技术进步,积极采用新工艺、新技术,解决以往陈旧工艺的缺点和弊端。
(2) 设计中尽一切努力节能降耗,节约用水,提高水的重复利用率,减少一次水的用量。
(3) 设计中选用环保生产工艺路线,生产过程中尽量减少三废排放,同时三废治理要做到同时设计、同时施工、同时投产、并考虑环保的综合治理
生产方法
苯酚﹑氢氧化钠﹑三氯氧磷摩尔配比为0.90:0.99:0.33在二氯甲烷作为有机溶剂的有机相中进行酯化反应,生成磷酸三苯酯。采用间歇操作,反应方程式:
3c6h5oh + 3naoh +pocl3h2o +3nacl +po(c6h5o)3
预期目标
生产工艺具有反应温度低、反应速度快﹑合成工艺绿色环保﹑工艺简单﹑能耗低﹑产品收率高成本低廉且易工业化等优点,合成的磷酸三苯酯达到规格,收益良好。
进度安排
2.26~3.22:分析课题,收集相关资料,查阅中英文文献,确定初步的生产工艺,并完成开题报告;
3.23~4.23:由确定的生产工艺初步开始物料衡算,能量衡算,从而确定设备的的型号。最后进行投资估算。
4.24~5.25:撰写毕业设计论文,提交初稿,同时不断修改、完善论文;
5.25~5.30:准备ppt及毕业论文答辩。
参考文献
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[4] hg20519-92,化工工艺设计施工图内容和深度统一规定[s] .
[5]宋启煌主编. 精细化学工艺学. 第二版. 化学工业出版社,XX.
[6] 王延吉.化工产品手册.第四版.有机化工原料.化学工业出版社.54.
关键词 化学化工专业学生 绿色化学意识 绿色化学原则 绿色化学素养建构
近年来,随着科技的进步、社会的发展,资源与能源消耗逐渐加大,大量生活垃圾和工业污染物的排放,以及化学品的滥用,使人类的生存环境日益恶化,这不仅严重威胁到人类的健康、生存与发展,更危及子孙后代的前途和命运。然而,几乎所有的环境问题都与化学有着直接或间接的关系。就化学化工本身来说,传统上,一方面化学家在开发化学物质合成方法时,主要考虑效率,另一方面合成化学家在开发与设计如何合成所需化学品的方法时,只重视化学工程的始端,往往忽略处于过程末端的废物处理问题。所以,许多已存在的化学过程,在获得满意经济效益的同时,却对环境和人类健康造成了极大的负面影响。为了保护环境,走可持续发展的道路,培养具有社会责任感的年轻一代,在大学化学教学中渗透绿色环保理念是非常必要的。化学教师不但应是科学文化知识的传播者,更应成为绿色环保理念的创导者和践行人。为了有针对性地对化学化工专业学生进行绿色化学教育,笔者就化学化工专业学生对绿色化学的认识进行了调研。
1.调查方案的设计
以绿色化学的概念、作用及原则为主要调查内容,通过查阅相关文献资料,进行问卷设计;采用问卷调查及访谈方法对山西晋中学院化学化工学院2—4年级化学(含师范)及应用化学专业学生进行调查。对获得的第一手资料进行统计,并对有关问题进行综合分析,在此基础上参阅相关文献给出相应对策与建议。本次调查采用以班发放问卷、现场答卷与收卷方法。实发问卷400份,收回有效问卷364份。
2.调查结果统计
化学化工专业学生对绿色化学认识的调查统计见表1。
3.调查结果分析
表1显示,多数学生对绿色化学的属性有较好的理解与认识;不少学生对绿色化学的作用理解与认识不足,甚至是错误的。如约74.2%的学生误认为“绿色化学使化工过程含有废物处理环节,因而会使整个费用增加”。这些学生不懂得,先污染后治理,不仅难度大,费用不菲,而且多数需要停产整顿,随之而来的是更大的经济损失。如果化工过程实现了绿色化,即做到五个“R”:第一Reduction——“减量”,即减少“三废”排放;第二Reuse——“重复使用”,即重复使用催化剂、载体等;第三Recycling——“回收”;第四Regeneration——“再生”;第五Rejection——“拒用”,指对一些无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的,有毒副作用及污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用,这就能有效实现节省资源、能源,减少污染,变废为宝,降低成本的目标,避免出现先污染后治理的恶劣情况。仅约54.2%的学生能够认识到“绿色化学追求高选择性化学反应,极少副产品,甚至达到原子经济性”。原因是不少学生缺少对原子经济性的认识。原子经济性是绿色化学的核心内容,指原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物“零排放”。可见,绿色化学的原子经济性反应,首先是最大限度地利用原料,其次是最大限度地减少废物的排放。
表1中选项8-19是绿色化学的12条原则。学生对其中9条原则有较好的理解与认识。但仅约52.7%的学生能够认识到绿色化学要求“能量使用应最小,并应考虑其对环境和经济的影响”。以前化学家在设计化学过程时,往往考虑的是如何提高产率,而忽略了能量问题,认为该问题是工程师的事情,使得化学工业成为了耗能大户。生产和使用能量的工程,往往也会造成污染,如以煤为燃料所提供的热能,多用一份能量,就多一份污染。因此,设计化工过程的化学家需要对化工各阶段进行调节与优化,从根本上改变其对能量的需求,从而使能量最低,减小对环境和经济的影响,减轻对能源危机带来的压迫。仅约42.3%的学生能够认识到,化工过程应尽量避免不必要的衍生步骤。衍生步骤会带来更多的副产物,消耗更多的资源与能量。更多的产物意味着可能会对环境产生更多的污染和破坏,必然产生需要处理更多废物的费用;更多能量的使用会使成本变高,造成不必要的能源浪费。因此,在化工过程中应最大限度地避免衍生步骤,以降低原料的消耗及对人类健康与环境的影响。仅约32.4%的学生能够认识到化工过程中催化试剂优于化学计量试剂。化学化工专业学生应该明确,催化反应不仅具有提高原料利用率与降低废物产生的益处,而且催化剂可以降低反应活化能,既利于控制,也可以降低反应发生所需要的温度。选择性催化剂是绿色化学的重要工具和重点研究方向。
4.思考与建议
不少学生对绿色化学的作用、原则缺少认识,其主要原因:一是学校对学生进行绿色化学教育重视不够,缺少要求;二是化学类专业课的课堂教学缺少绿色化学思想与原则的渗透;三是没有开设“绿色化学”课程,学生缺少了对绿色化学系统学习的机会。树立绿色化学思想,不仅是化学家与化工专家的事,而且是所有从事与化学有关的人们关注的事。作为专门培养化学化工专业高级人才的高校,应把绿色化学理念渗透到化学教育的全过程中,并作为课改与教改的指导思想。
4.1在化学类的基础课教学中渗透绿色化学思想
化学教材中蕴涵有大量绿色化学的素材,因此,在课堂教学中要时时体现绿色化学的原则和思想。通过环境污染及其危害的具体事例,让学生了解我国乃至全球环境日益恶化的现状,并探讨相应的解决措施,使学生认识到石油、天然气、煤炭等能源与资源作为现代工业的基础都是不可再生的,新能源和可再生能源是重要的战略选择,从而对环境保护、资源与能源的重要性、必要性和紧迫性有清醒的认识,明确发展经济不能走先污染再治理的老路。把“原子经济性理论”、现代化学技术与方法渗透到理论课与实验课中,就如何优化定量与定性实验、物质合成及当前资源利用、环境污染、化学品乱用等重大问题与学生进行讨论,培养学生的绿色化学思想及可持续发展战略,为学生在校学习与以后的工作中能够充分发挥化学的正面作用,更好地造福于人类社会奠基。
4.2在化学实验课中培养绿色化学理念
化学化工专业,各类实验课所占的比重很大,实验过程中往往会产生、排放大量的污染环境的有毒有害物质,这就需要实验教师尽量改进传统实验,应用先进的实验研究新成果,以绿色化学思想与原则指导实验仪器和试剂的选择,指导实验设计、实验方法与实验“三废”的处理,在每一个实验中力求减少或避免有毒有害废物的产生,为师生和工作人员提供安全的工作环境。为此,首先,在实验中尽量采用无毒无害的反应原料。在进行无机、有机、分析、物化等实验时,在满足教学需要的情况下,为避开毒害品的使用,可考虑寻找替代品,变更反应路线,设计绿色实验方案,如用维生素B1替代剧毒的KCN做催化剂进行安息香缩合反应;以葡萄糖替代有致癌作用的苯为起始原料,用遗传工程获得的微生物为催化剂合成已二酸;用新型的固体溴化剂四丁基三溴化铵替代Brz与苯酚、苯胺反应制备对位的一溴代物,不仅反应产物更易于控制,避免了使用Br2带来的有毒、易挥发、不便准确量取等弊端,而且还具有可回收利用等优点。其次,使用封闭实验装置,回收实验废料。注意化学实验内容的选择、设计和呈现体现绿色化。一方面尽量减少污染很严重的实验,另一方面对一些实验过程中产生有毒有害气体、且污染环境的实验,进行改进与创新,想方设法将其设计成为封闭的实验装置。包括:气体发生与收集装置、气体性质反应容器、尾气收集与处理、导气装置等。在无法封闭的情况下,要注意回收、通风或采取其他防护措施。对实验过程中产生的废料,设法予以回收或适当处理。第三,采用微型实验。在微型化的条件下对实验进行重新设计与探索,以达到用尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息。
4.3开设专门的绿色化学课程
首先,从课程设置上满足培养具有绿色环境意识的新一代化学工作者和公民的需要出发,借鉴国内外大学的经验,开设“环境生态化学”、“零排放有机化学”、“环境友好催化”、“绿色生态材料”、“生物技术”、“绿色能源”、“绿色化学导论”等绿色化学选修课程。其次,使绿色化学课程内容体现基础性、系统性与时代性。教学内容以绿色化学的12条原则为主线,围绕绿色化学的基本问题展开讨论,介绍绿色化学的产生与发展,绿色化学的概念、原理、应用、主要研究成果及动向。第三,依据绿色化学课程内容的特点,采用讲授、讨论、研究、参观、调查和文献研究等适当的教法,提高教学质量,把学生的心留在课堂上。
论文关键词:绿色化学 化学教育 绿色化学教育
论文摘要:文章从多个角度阐释了绿色化学这一理念在化学教学中如何渗透,怎样渗透的各个方面,旨在培养具有绿色意识和环保能力的高素质人才,从而达到对环境的保护,并由此得出:在中学阶段进行绿色化学理念教育,是解决环境问题的主要途径。
“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中,理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物,即原子利用率为100%(原子经济性)。原子的利用率越高,意味着生产过程中废物的排放量越少,对环境的影响也越小。“绿色化学”是指从技术、经济上设计出可行的化学反应,尽可能减少对环境的负作用。20世纪90年代初,国际上提出了“预防污染”这一新概念。绿色化学是“预防污染”的根本手段,它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约能源,在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。绿色化学是“预防污染”的根本手段,而对污染物的处理,最根本的方法就是杜绝污染源。
把绿色化学融合于中学课程教材改革和课堂教学改革之中,便绿色化学成为中学化学教育的一个重要的组成部分,这是中学化学教育的崭新课题。如何去渗透这种绿色观,便成了化学教学中的重中之重。既然如此,我们不妨去尝试以下几点:
1、立足课堂,渗透绿色知识
化学课堂是教学的主阵地,也是向学生传授环保知识的好场所。绿色化学要求与环境教育宗旨是高度一致的。在实施环境教育过程中,要向学生阐明绿色化学的观点、要求使他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感。化学教师要充分挖掘和利用教材中的环保知识内容,采取渗透的方式,在介绍某种物质或操作方法时自然地引入相关的环保知识,让学生增长环保知识。如讲二氧化硫时,我就向学生说明它是一种主要的大气污染物,它和氮氧化合物都是形成酸雨的主要物质,空气中二氧化硫70%来源于工业燃料,12%来源于工业燃油,其余则来源于生活燃煤等。它既直接危害人的身体健康,又可以导致水质酸化,水生动物减少或绝迹,树木、庄稼枯死,还能腐蚀建筑物和文物。通过介绍使学生充分认识到二氧化硫是污染大气的有害气体之一。最后让学生讨论:如何防止和减少SO2的污染。这样既增强了学生的环保意识,又调动了学生学习的积极性。
2、立足实验,培养绿色习惯
化学实验教学不仅可以使学生观察到用语言难以表达清楚的清晰的实验现象,增强直观的感性认识,而且能培养学生观察、描述、分析问题和解决问题的能力。但实验必定会涉及到有害、有毒的物质,从某种意义上讲学校中环境污染主要来源于化学实验。实验教学与绿色化学联系最为紧密,最为直接,在实验教学贯彻绿色化学思想是非常必要的。
(1)药品的贮存的规范化。如易挥发的液溴、浓硝酸、浓盐酸等用钟罩封闭贮存;对大多数有机物如苯、甲苯、丙酮、甲醛等用专柜避光保存;对剧如汞、白磷等用专柜上锁保存,定期检查贮存情况。
(2)演示实验中尾气的吸收处理。如在制取硫化氢、二氧化硫、氯气、氯化氢、一氧化氮、二氧化氮、氨气、一氧化碳等气体时一定要通过演示实验讲情吸收的原因(有害气体不允许直接排放到大气中),强调尾气吸收的重要性,使学生深深认识到只要涉及气体的制备问题就应考虑尾气处理。
(3)规范实验操作。化学实验中,师生都要接触有害物质和无害物质,在实验中也会闻到有害和无害气体。因此,必须指导学生要严格按照实验操作的程序,有条不紊地进行各种实验。正确地闻气体、取药品、取有毒性原料,甚至如何盖瓶盖、放置试剂、取药品的各种工具的选用、取用药品量的多少都要向学生交代清楚;改进实验方法,设计合理的实验装置。尽量采用封闭措施,减少师生被动接受有毒有害气体的污染。实验结束后,处理化学废物和实验中产生的废气。把仪器洗涤干净放回原处,擦洗干净实验桌面,这些都要认真细致指导,使实验活动从始至终成为对学生进行环境教育的课堂。 (4)实验微型化。目前在常规实验中,药品用量较多不仅造成浪费,还污染环境。因此,在实验中用玻璃管制成各种可加热仪器的替代实验仪器、用点滴板等进行微型系列实验。这种方法药品用量少、反应产物少、操作安全,实验不会造成危险,对环境的污染程度较轻。同时也达到了实验的目的。如硝酸银溶液和稀盐酸的反应,要求学生不用试管做实验,而是改用点滴板,实验时只需取一滴稀盐酸在孔穴处,在取一滴硝酸银溶液滴在孔穴处,立即可见白色沉淀生成,然后取一滴稀硝酸滴入沉淀中,沉淀不溶解。通过实验学生很容易得出结论:稀盐酸与硝酸银反应生成不溶于稀硝酸得白色沉淀。操作中不仅收到良好的实验效果,而且把化学实验与环境教育有机结合、渗透,进一步增强学生的绿色习惯。
3、立足课外,提高绿色素质
课堂教学是对学生进行绿色教育的主阵地,但课外活动形式多种多样,内容丰富多彩,是课堂教育的很好补充。为了全面提高每个学生的绿色素质,组织学生积极参与课外社会实践活动。
(1)专题讲座。对教材中讲的少而对环保具有重大意义的内容,可以专题讲座的形式向学生介绍,如针对有的学生认为环境污染主要是由于工业生产造成的,与自身没有太大的关系。可举办家庭生活与环境污染讲座,时期了解环境保护不只是国家、环保部门的事,每个人都应从家庭污染出发保护环境,使学生感到自身在制造污染破坏环境,是多么可怕又多么可悲,要从自身做起,节约用水、少使用一次性餐具、少用化学用品,以减少污染,为保护环境而改变生活习惯。
(2)课外实验。积极利用课外实验配合课堂教学,开展环保教育。“河水、雨水酸碱性的检测”、“模拟水体受硝酸汞、硫酸铜等污染的检测及危害”、“干电池的收回河利用”等,让学生在实验过程中既锻炼动手能力又强化了绿色意识。
(3)实地参观社会调查。组织学生参观本地邻近的自来水厂、污水处理站、化工厂并进行实地调查。如空气污染调查、水污染及对策调查等调查报告,并进行交流。这样不仅能培养学生理论联系实际、实事求是的科学态度,而且能使他们感知环境污染的危害性及环境保护的迫切性。
随着世界经济的发展,一场绿色变革浪潮正席卷全球。绿色化教育有利于保护人类赖以生存的环境,实现人类社会可持续发展,中学化学必须体现绿色化学教育,要让绿色化学的思想和内容贯穿于整个教育活动之中,真正做到绿色无所不在,只有这样我们的教育才能够充满生机,绿意盎然。
参考文献
关键词:考试改革 无机化学 农林院校 N级考核方式
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)08(a)-0032-02
无机化学课程是高等农林院校化工各专业一门重要的必修课,它是培养化工类本科各专业技术人才的整体知识结构及能力结构的主要组成部分,同时也是后续课程的基础课。是一门实践性、综合性很强的课程,也是一门实验科学。本课程是研究无机化学基本原理以及以无机化学基本原理为指导研究元素的学科。因此,有其自身的规律与特点。同时,本课程是化工类各专业的第一门主要基础课程,起着衔接中学化学教学内容与为后继大学化学课程打基础的“承上启下”的重要作用。其教学方法和考试手段的改革是多年来努力的目标和方向。
学以致用是学习的最终目标,考试是现代高等教育中最基本、最重要的教学质量测定和检查方式,是整个教学工作过程中不可缺少的一项重要环节[1],是对教师教学质量和学生学习效果的最直接的评价和检测方式。然而传统的期末一次性考试模式在对学生进行综合素质评价的过程中存在着诸多问题。第一,由于平时考核次数少,平时学习没有压力,很多学生不能主动学习,临到期末考试前,为了考试及格,临时“抱佛脚”,加班加点“开夜车”,如此被动的学习,只能是囫囵吞枣,一知半解,不能将知识点融会贯通,学习效果必然很差;第二,期末考试所占比重过大,因而导致“一考定音”的现象;再者是考试形式比较单一,一般采用卷面成绩(一般占总成绩的80%)加平时作业(一般占总成绩的20%)的考核方式,这种单一的考核方式使学生知识面得不到较好的扩展,不能对学生的语言组织和表达能力以及个性发展进行有效的锻炼,因此,就无法全面地评价学生对所学知识的掌握程度和综合运用知识的能力,达不到以考促学的效果。
中国高等教育学会会长周远清在东北林业大学做报告时提出知识、能力和素质是人才培养的三要素。为了全面提高高校的人才培养质量,针对无机化学课程的特点,为此,我们准备对高等农林院校化工各专业无机化学这门课程的考试方式进行改革探索,即进行N级考核方式。进行N级考核方式,也就是把传统的让学生学一学期考两小时变成天天考、周周考、月月考,这样“考”出来的学生,就认为“考”其实就是学,就学得最扎实,也就不会怕考,那么获取知识的能力、分析问题的能力、创新能力以及组织能力等都会在平时的“考”中逐步显现出来[2]。但考试方式的改革需要各高等农林院校的教务部门的大力支持。
N级考核方法,包括课程学术论文或学术报告、随堂小节测验、课后作业、每章专题讨论和课堂质疑五部分,具体实施如下。
1 课程学术论文或学术报告
无机化学这门课程,大一的学生在高中的时候都有所接触,很多学生自认为学好无机化学应该没有问题,再加上一开始无机化学是高中和大学的一个衔接,知识点比较简单,调查显示很多的学生不会把很多精力放到这门课程上来,只是在上课的时候来听一下,课外时间也不进行预习和复习,最后的结果就可想而知了。为了激发学生的学习热情,培养学生自主学习的习惯和主动获取知识的方法,改变学生高中固有的学习方式。在上课的初期,可给学生拟定多个有关化学发展前沿和研究热点的论文题目,如“无机纳米功能材料、绿色无机化学、纳米无机材料、无机化学合成新技术”以及“无机材料在生活中的应用”等。学生可以从中选取一个题目,也可以自己选择更感兴趣的与无机化学有关的其他题目,在老师的指导下上网或去图书馆查阅相关文献资料,撰写课程学术论文。开课之初给出题目,在学习无机化学课程的过程中任课教师可有计划地介绍些有关前沿话题,在课程结束时收这个报告。教师根据论文综合质量给出相应的分值,其项在考核总成绩里占10%。
完成论文重要的前提是学生必须阅读大量的相关书籍,特别是老师推荐的文章。这种让学生撰写课程学术论文的形式可以促使学生主动阅读大量课外读物,让学生在掌握基础知识的基础上,及时了解无机化学的发展动态和前沿热门话题,培养学生独立思考和善于总结的能力,同时,也为进入大二的创新实验以及高年级设计实验阶段的文献调研及论文撰写打下良好的基础。也可鼓励学生将小论文制作成PPT进行学术报告,这样可锻炼学生的自我展示能力,更好的激发学生的学习兴趣,知识面更好地得到扩展和延伸。
2 随堂小节测验
教学是一个双边互动的教学过程,而随堂小节测验正是体现和适应这一要求的最好措施之一。如果任课教师按照教学进程,大约每上完一节内容后设置一个随堂小测验,测验内容大都与课堂讲解内容有关,其题型任课教师可灵活掌握,同时结合一些典型的习题,内容可涉及到基本概念、基本理论和基本计算等方面,随时拿出一张纸利用最后几分钟即可,不能占用太多课堂时间。随堂小节测验短小灵活,它不同于单元检测,也不同于期中、期末检测。它是针对教学中的某一知识点或其一问题的内容而进行,它既省时又能有效地达到教学目的。
论文摘要:结合我校化学实验中心的建设,探讨了大学本科化学实验教学的创新教学模式的构建,提出了“四模块、分层段”的实验教学新模式,总结分析了新教学模式的实施效果。
在组织指导本科生学习基础理论知识的前提下,再进行相关实验课程的教学,这是化学及化学相关学科教学的特点。但是一般实验教材中的实验项目也均为经典的实验项目,从实验方法、内容、步骤到问题思考与讨论,基本上是预先设定的,学生没有太多选择和发挥的机会,难以调动学生学习的主动性和积极性。面向21世纪化学化工各学科的实验教学改革研究,现已形成了以“实验原理与技术”为主线和以“制备—分离分析—结构性能测试”为主线的2种主流的实验课程新体系,这对我国化学化工实验教学将产生深远影响。但在实验教学中如何加强实验教学改革,充分体现学生技能的训练和创新能力的培养仍是高校面对的新课题。
在实验室建设与实验教学改革方面,我院于2003年申报了山东省化学基础实验教学示范中心建设项目,从实验室建设到实验教学改革进行了较大的实践创新。
1化学实验中心的实验室设置与管理
曲阜师范大学化学科学学院原有无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、化学工程与工艺等实验室,1999年重新组建为基础化学实验室、物理化学实验室、化学工程实验室和仪器分析实验室(测试中心)。化学实验中心建成后,经过优化调整,重新设置了9个实验室,其中应用化学实验室、绿色化学实验室、综合化学实验室、材料化学实验室和环境化学实验室为新设实验室(见图1)。
2实验课程体系和实验内容体系的改革
2. 1实验课程体系的改革
在实验课程体系改革方面,分析了高等师范院校化学实验教学现状,吸取综合大学的实验教学改革经验,从改革实验课程体系、优化实验教学内容、更新实验教学手段、实施新实验成绩考核办法等方面,探讨了高等师范院校如何培养学生的实验技能和创新能力,全面推进实验教学新体系建设。
打破原有课程设置体系,统筹安排实验内容,将无机化学实验、有机化学实验、分析化学实验、物理化学实验和仪器分析实验、化工基础实验等综合起来,重新设置为:基础化学实验I、基础化学实验n、物理化学实验、仪器分析实验、化工基础实验、综合与设计实验、现代分析测试技术、研究性实验(毕业论文)等(见图2)。
2. 2实验教学内容体系的改革创新
实验教学内容改革是本次改革的一个重点。在实验开设内容方面,按实验由简单操作到综合训练,从对基础理论的理解到理论的综合、应用的渐进过程,将大学本科化学实验教学的内容依次安排成4个层次的实验内容,即:化学基础实验技能、综合性实验、设计性实验和研究性实验,构建了“四模块、分层段”的实验教学模式(见图3)。化学基础实验技能训练内容包括基本化学实验操作等内容,在这一方面重点强调操作的规范性和实用性,使学生能够熟练、正确地使用各种常规仪器设备,充分体现教师教育特色。综合性实验提倡学科交叉,通过增加综合性实验的数量,提高学生综合运用知识、解决问题的能力。如“制备+性质测定”、“分离+分析+性质”等类型的综合性实验。设计型实验由学生根据实验课题,自己通过查阅资料完成实验内容的设计,经指导教师批准后实施,能够培养学生综合运用知识、自主研究创新的能力。研究型实验主要是以学生毕业论文或毕业设计形式体现,在这一环节中,强调学生的实验内容与教师和科研课题相关联,与应用开发相关联,通过研究性实验加强学生创新能力和实践能力的培养。
另外,学生除了在教学计划安排的时间内进行实验技能学习以外,还可利用开放实验室独立自主地进行强化和创新。所有实验室对学生开放,学生在教师指导下可以自由选择实验内容,利用实验室的开放进行实践创新活动,给学生更多的发展空间,提高自主创新的能力。
从实验时间安排上(见图4),基本实验技能方面的实验在一年级进行,综合性与设计性实验主要在二、三年级进行,设计性实验则是在进行了一定综合性实验的基础上安排,研究性实验与毕业论文环节相融合,一般安排在四年级,学生在指导教师指导下进行科研训练,并完成毕业论文。
3实验教学改革实践与人才培养成效
化学专业毕业生的去向主要有2个方面,一是直接就业,到中学担任化学教师;二是报考硕士研究生。根据这一现状,我院积极进行因材施教与分流培养,对准备直接就业的学生加大进行教育职业技能训练,增强社会竟争力,提高就业素质;对报考研究生的学生,加强化学专业知识和研究能力的培养,提高考研录取率。通过一系列措施,使本科毕业生的就业率和考研录取率一直保持在很高的水平。 2001至2005年化学专业共毕业本科生1164人,其中有761人考取硕士研究生,平均考取研究生的比率为65. 38,毕业生一次就业率5年平均达到90%以上。
“十五”期间,北京化工大学以第一单位(个人)获国家技术发明奖3项,国家科技进步奖7项,获省部级奖励36项。申报发明专利280项,授权101项。被SCI收录论文1050篇,被EI收录论文706篇,被ISTP收录论文187篇。据教育部科技发展中心统计,2004年学校被SCI收录论文244篇,居全国高校第35位,比2000年前进了50位,2005年SCI收录论文413篇;特别是在SCI被引次数由2000年的18篇次、名列63名,上升到了2004年的288篇次、名列全国高校第36名。这对于一个只有800多名专任教师队伍的学校来说是殊为不易的。
以基础、应用基础为先导 构建知识、技术创新的平台
近年来,插入化学这一概念已逐渐被国际学术界认可并成为研究热点,十年间发表的SCI论文数目几乎增加了一倍,2004年达到2029篇。以长江学者段雪教授领衔的科研团队通过这一前沿领域的研究,在国内外著名学术刊物上发表被SCI收录研究论文100余篇,为完善和丰富超分子插层组装理论做出了贡献,奠定了在国际、国内相关研究领域的学术地位;近5年以来,共申报国际发明专利17项(已公开5项,并有2项进入国家阶段),申报国家发明专利99项,授权国家发明专利32项、公开国家发明专利29项,针对结构与技术创新构筑了较为完整的自主知识产权体系。基于应用基础研究和工程化及产业化的科技成果,2004年获国家技术发明二等奖1项,2001年获国家科技进步二等奖1项,还先后获得省部级成果奖励5项,形成了稳定的、有特色的、具有国际影响力的优势研究方向。
开发共性、关键技术 为行业科技进步服务
作为一家具有行业特色的高校,学校针对行业中一些关键、共性技术,组织研究、攻关,并将成果及时在企业中推广应用,这些成果在解决经济建设、社会发展和国防建设中的重大问题方面做出了突出贡献,产生了显著的经济效益和社会效益。
如,“丁基橡胶生产技术“于2002年8月用于工业生产中,生产结果表明,该技术已处于国际先进水平。这一关键技术的攻克为企业创造了5亿多元的经济效益。“大型高效搅拌槽/反应器的成套技术及装置”这一共性技术的开发,结束了我国关键的大型搅拌槽/反应器设备长期依赖进口的历史,与国内外技术相比,具有适应性强、单台设备生产能力高、操作弹性大、性能价格比高等特点,有明显的竞争优势。“特殊物料分离技术”已应用在高粘度、易自聚、含固体颗粒物料等270多套装置中。2003年对应用该技术的10家企业近三年的情况作了调查,他们开具的证明表明,三年内取得经济效益13亿元,节省蒸汽一百多万吨,减少化学污染物料排放约4万多吨。这一共性技术的开发应用,对推动行业的科技进步,大幅度提高生产能力、产品质量和经济效益,减少能耗物耗和污染物排放等方面做出了重要贡献。
上述案例说明,关键技术、共性技术对推动行业的科技进步,提高行业的国际竞争力有着十分重要的作用。与企业不同,学校开发的这类技术不求自身独占,而总是力求让更多企业使用,以充分发挥它在推动经济和社会发展中的作用。
扶植、培育新的生长点 加强对高新技术的研究开发
近几年,学校生物化工技术的研究开发得到了长足的发展,环境领域项目明显增加,计算机应用技术研究持续发展,农业工程有关的研究工作开始显现成效。在生物技术加工过程,特别是微生物发酵平台技术和脂肪酶催化,在国内有一定的优势。在生物资源和生物能源领域,开发了从青霉素菌丝体中提取麦角固醇、壳聚糖和氨基葡萄糖的新工艺,先后获得2001年中国石油化工科技进步二等奖,2002年国家发明二等奖。酶法合成生物柴油的小试已于2004年1月通过了技术鉴定。在分离工程和中药现代化方面,开发了中药连续多级逆流多级萃取设备及工艺,获中国商业联合会科学技术进步一等奖、2005年国家科技进步二等奖。
依靠现代化工技术 改造和建立新型化工产业
现代化工技术主要特点是“绿色化,资源高效、集约化,进而改善产品结构,降低资源消耗并从根本上减少环境污染。”利用现代化工技术改造传统化工基地,建立新型化工产业,提高其竞争力具有举足轻重的作用。如:具有国际领先或先进水平的研究成果超重力技术,在长江学者陈建峰教授的带领下,在较宽领域中进行了大量有关超重力高新技术的研究。学校首创超重力法制备纳米材料技术,成功合成出纳米碳酸钙、纳米阻燃剂、纳米电子化学品、纳米白碳黑、复合纳米材料等产品,并成功实现纳米碳酸钙的大规模工业化生产;在世界上首先实现了超重力法油田注水脱氧的商业运行;协助美国Dow Chemical公司建成了世界上最大的超重力反应分离装置,取得了巨大的经济效益;多项超重力反应与分离示范技术已出口美国、新加坡和台湾地区。中心在超重力反应与分离、制备纳米材料技术以及高技术产业化方面走在世界的前列,取得了一批具有国际影响的成果:2001年获北京市科技进步一等奖、2002年获中国高校科学技术(发明)二等奖、2003年获国家技术发明二等奖,近200篇,申请国际发明专利9项(已授权2项),申请国家发明专利35项(已授权10项)。
积极开展科研组织的创新
结合当前国家经济社会发展的重大需求,在基地、团队建设基础上,学校组建安全科学与监控工程中心、国防新材料研究中心、资源与环境研究中心、能源工程研究中心。在这四个中心建设的指导思想中,首先改变了学科建设以学科点申报为导向和目标的习惯做法,其所涉及研究领域大多数尚未完整体现于现有学科专业分类体系中,而是紧密结合了经济社会发展面临的重大问题。学科专业是知识划分和知识生产制度化的产物,学科制度通过规范有效地推动了学科新知识的增长,但同时形成了学科之间相对封闭甚至冲突,不利于学科之间的交流,从而在一定程度上抑制了学科内部的知识创新活力。其次,打破现行人员行政隶属关系的壁垒,包括绩效考核体系、利益分配管理办法等方面对学科交叉与融合形成的人为阻滞因素。第三,通过人事聘任制度的深化改革,加强学科建设中个体责任意识,大力扶植各层次科技创新团队。
加强统筹、协调 实现集成科学和技术、工程的重点突破
由于历史原因,学校在科研基地建设方面相对薄弱。通过努力,学校近年新增2个北京市重点实验室、2个教育部重点实验室和1个教育部工程中心。
全球性资源匮乏和行业资源消耗高,已成为制约化学工业发展乃至国民经济发展的首要矛盾。学校以“可控化学反应科学与技术基础可控化学反应科学与技术基础”教育部重点实验室为基础,瞄准化工与资源的学科交叉点――化工资源有效利用,积极组织协调,按照以化工手段解决资源问题为主导思想,充分利用学校化工、材料和化学3个一级学科布局紧凑、专业方向完整的优势,通过化学、化工及材料等学科间的交叉、渗透和整合,形成以化工资源有效利用为特色方向,“化工资源有效利用”国家重点实验室已经纳入建设计划。
他是分管科研工作的校领导,同时又是浙江省应用化学“重中之重”学科带头人、化学工程与技术一级学科博士点及应用化学博士点负责人、绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地主任、浙江省国家大学科技园发展有限公司董事长。他还是一个科技事业活动家,不仅兼任着中国化学会理事、中国有机电化学和工业协会副理事长、中国石油和化工理事会常务理事、浙江省化学会副理事长、浙江省化工学会副理事长和浙江省纳米材料协会副理事长等近20个职务,还兼任着《化学学报》、《化工学报》等10余种杂志的编委、主任等职。
为了事业呕心沥血
毕业于北京大学化学系物理化学专业的马淳安,在学校从事教学、科研和管理工作已28年。2000年12月,原担任科技处处长的他被任命为副校长,分管学校科研工作。马淳安觉得压力更大,时间更紧了。他不断地感慨自己的时间不够用,要做的事情实在太多太多。他说:“虽然科学研究是我这辈子的爱好和追求。也是我的本行,但学校把这么重大的担子交给我,我不能不担负起这个责任,更不能辜负大家对我的期望。”
这位在常人眼里“执着”得有些“痴”的校领导,28年来,一共只回东阳老家过了3次年。每年的年三十、年初一,他几乎都在学校的实验室或办公室度过:不分昼夜、不分节假日,平均每天十四、五个小时,他都是在学校里工作。
为了更好地调动广大教师和科研人员从事科研和学术探讨的积极性,多出高水平的科研成果。促进学校科研水平的快速发展,马淳安协助学校主要领导开展了创新性的工作――学校及时调整了纵、横项科研分配政策。有效地设立了专利基金、论文奖励基金、获奖成果奖励基金、学术交流基金、重大项目配套基金以及研究生教材和专著基金。几年来,学校的科研经费、研究论文、发明专利等各项工作取得了令人瞩目的成绩。如,科研经费从几千万突破到2005年的2.43亿元、SCIE论文数量在全国高校中排名第55位、专利申请和授权数排名全国高校第10位。此外,一些具有突破性和标志性的大项目、大成果、大奖项不断出现,从而凸显了浙工大在省属高校以及国内高校中的地位。
多年来,在校党委的正确领导下。马淳安还致力于国家重点实验室、一级学科博士点、国家级大学科技园等具有标志性的学科平台建设项目的建设工作。
2002年,为了申报成功绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地.马淳安多次往返于北京和学校之间。答辩期间,为了确保成功,马淳安全神贯注地整理申报材料、准备答辩演习,连续十多天忙至凌晨2、3点钟,然后又奔赴北京参加紧张的答辩。由于长时间睡眠不足,精神高度紧张,回学校后的马淳安渐渐感觉到身体的不适,他却未当一回事,继续忙着学校的工作,直至累倒住院。
此后,由学校牵头组织建起的浙江省国家大学科技园,申报过程中遭遇“非典”和国家对园区严格整顿的干扰,这时。马淳安教授和其他校领导采取了积极措施。如今,浙江省国家大学科技园已获国家科技部和教育部批准,成为全国50家国家级大学科技园之一。
为了社会无私奉献
作为国内知名的电化学工程专家,马淳安的追求就是如何利用自己的电化学工程技术,为国家和社会多作贡献。因此,马淳安非常强调在国际前沿领域开展自主创新工作,他认为,原始创新是科学,过程创新是技术,集成创新是产品,科学研究的最终目标是在自然界中获取更多的物质利益。为人类所用。要想让一个新产品走向市场,转化为经济效益,就必须走学科交叉、集成创新的道路。只有这样,才能让国家富强、人民受益。
几十年来。马淳安从未因各种事务繁忙而停止过教学和科研工作。至今他已培养和指导本科生100余人、硕士生和博士生40余人。他先后主持和完成了纳米碳化钨的微结构及催化性能研究等30余项国家873前期专项、国家自然科学基金、浙江省重大攻关等国家计划项目,其中15项已通过技术鉴定,均处于国内领先或国际先进水平。
近年,马淳安又带头先后完成了“1500T/Y丁二酸电解合成生产技术”等10多项技术合同项目,其中有5项已投AT业化生产,取得了良好的经济和社会效益。
在这些工业化生产项目中,有的是厂家慕名找上门来要求合作研究的。 “二氯吡啶甲酸绿色电合成生产技术”就是这样的一个例子。2004年,浙江某化工有限公司在国际上了解到一种利用有机电化学方法生产的高效、无毒的新农药在国内尚无人研究开发,就到处寻求合作单位。他们跑遍了长春、北京、上海等一些高校和中国科学院的电化学研究机构,然而,令他们感到惊讶的是,他们每跑一处找到该领域的专家,该领域的专家就以该项目难度大、承担不了为由,一致推荐马淳安教授。
已在有机电化学领域研究了近20年的马淳安,接到该项目后,仅花了1年多的时间。就突破了许多关键技术,顺利完成了小试和中试的研究工作,并于2005年11月建成了我国第一条二氯吡啶甲酸绿色电化学合成生产线。由于该产品高效、无毒,国外定单源源不断,经济效益十分显著。
电化学的应用领域十分广泛,加之马淳安非常强调多学科交叉,所以,他研制和开发的产品种类也较多。2005年,马淳安研究了20多年的碳化钨电催化材料又有了重大突破。马淳安等人不但在国际上首次成功制备了具有介孔结构空心球状的纳米碳化钨粉体,而且利用该材料通过表面激光熔覆方法,使基体合金材料表面的硬度、韧性大幅度增强,远优于未经熔覆的合金材料。“这一新技术和新材料在国际上属首创。可能会在表面材料领域掀起一场小小的革命。”建成了我国第一条二氯吡啶甲马淳安自信地表示。
一分耕耘,一分收获。几十年如一日默默耕耘的马淳安先后获国家教育部科技进步二等奖2项,浙江省科技进步一、二等奖4项,浙江省高校科技进步一、二等奖5项,联合国TIPS中国国家分部颁发的“发明创新科技之星奖”1项。“国家级新产品”1项等数十项奖项。他研制的产品有5项被授权为中国发明专利,另外还有4项发明专利已被国家知识产权局受理。
关键词: 参与式教学法 绿色化学 实践能力 创新能力
近年来,不容乐观的应届本科生的就业情况,已成为一个全社会共同关注的热点问题。反观现在的大学生,在应试教育模式下,大多存在理论和实践脱节、动手能力弱等不足,因此,各大高校的教学改革,大多以培养大学生实践能力和创新能力为核心,以提高学生的综合素质为最终目标。随之,各种新型教学方法和教学手段不断浮出水面,参与式教学作为一种新型教学理念在我国逐渐兴起,并得到广泛的认可和深入的探讨。
参与式教学也被称为是合作式或协作式教学,它是以学生为主体,通过教师―学生互动、学生―学生互动的方式,使学生积极主动地参与到教学过程中,有利于调动学生学习的积极性,并能在潜移默化中培养学生的团队合作意识、实践能力和创新能力。与传统填鸭式教学模式相比,参与式教学模式强调的是学生积极、主动的参与,学生解决实际问题的能力的锻炼及创新意识的提高。
一、“绿色化学”课程培养学生实践和创新能力的优势
“绿色化学”课程在培养学生实践和创新能力中有以下方面的优势:(1)“绿色化学”是化工类专业的一门专业课程,学生群体大,涉及多个专业,如化学、应用化学、化学工程与工业、高分子材料工程等;(2)“绿色化学”课程内容知识覆盖面广,包括材料、纺织、农业、食品、化工产品和药物等,这些内容相互关联,相互补充,有利于扩大学生知识面;(3)“绿色化学”虽然是一门专业选修课,但其研究对象具有普遍性,研究内容具有延展性,并涉及当前最新的技术和理论的实际应用,极具启发性;(4)“绿色化学”课程与日常生活联系紧密,案例资料众多,学生不仅可以从课程中获取案例,而且可以自己收集实例对课程内容进行补充,有利于激发学生的学习兴趣。
二、基于“Class Presentation”的参与式教学法在“绿色化学”教学实践中的实施
中国科学院院士、清华大学教授过增元提出参与式教学方法主要包括开放的教学内容、提问式的讲课方式、没有标准答案的习题和论文形式考试[1]。有研究者指出,这四项内容连贯起来可以用“Presentation”一词概括。由老师给定或学生提出研究课题,学生单独进行资料的收集、分析和总结,最后在课堂表达自己的观点,即“Class Presentation”[2]。这种方法不仅能够给学生自由思考的时间和空间,更重要的是,通过对资料的收集,可以激发学生关注社会问题的热情,增强学生的问题意识;通过对资料的分析,可以培养学生利用已有知识解决实际问题的能力,提高实践能力;通过对资料的总结,可以锻炼学生的表达能力,挖掘学生潜能。“绿色化学”课程理论知识和实践应用结合紧密,在课程内容的基础上,合理地设计和实施教学方法是培养学生实践能力和创造能力的关键。基于“Class Presentation”的参与式教学法在“绿色化学”教学实践中的实施分以下两个层次(以应用化学专业为例,学生总数92人,学生自由组合,总共分成15组,每组6-7人)。
(一)课程内容的讲授
对于课本上相对简单、容易理解及新兴技术手段的应用等非重点内容,交由学生讲授,这一部分,共5个小组参与。例如“绿色化学”第二章,绿色产品评价体系LCA的具体应用实例及其局限性与困难,属于学科前沿,并非重点内容,交由一组学生负责。要做好“Presentation”,学生需要课后对LCA具体应用进行详细资料收集、制作课件、准备演讲。教师指导的内容有:讲解LCA的定义、目的、特点、实施步骤,小组成员对LCA的理解和疑问。当然,小组成员的疑问,也可以直接在Presentation过程中提出,由其他同学或教师解答。Presentation完成之后,其他小组的同学可以进行自由提问,并综合演讲内容、PPT和演讲者的现场发挥给以评论,教师要对此进行点评,并给出成绩。
(二)生活实例的探讨
“化学”是一门自然科学,它渗透到了材料、纺织、农业、食品、药物等多个方面,与我们的日常生活联系密切。身边的化学,是学生非常感兴趣的部分,有10个小组的学生,选择这部分内容进行Presentation。这一部分较前一部分更能激起学生的表现欲和创造欲。许多学生由目前的环境污染出发,探究其形成原因,结合绿色化工技术,发出呼吁,抑或是,展现处于研究阶段的新方法、新工艺。例如,针对雾霾,学生通过调查给出雾霾产生的原因,列举了清洁的可再生能源的开发利用现状,并针对现在以三大化石能源为主的能源结构,讲述了煤清洁化的方法。又例如白色污染、辐射污染、赤潮等等话题,都引起了学生的强烈反响。这一层次的Presentation,教师需要针对具体的事例,归纳总结其中关键的知识点,例如煤清洁化的方法设计的基本原理和技术手段等。这就要求教师不仅要有宽广的知识面和较好的语言表达能力,还要能够灵活处理课堂突况,掌控教学过程。
三、参与式教学在“绿色化学”教学实践中应用效果的反思
参与式教学打破了传统教师“一言堂”的上课模式,教师由讲授转变为引导,学生由被动接受转变为主动参与,师生互动效果得到显著增强,学生运用理论知识分析实际问题的实践能力和口语表达能力都得到了锻炼。此外,参与式教学使得教学过程得以外延,教学过程包括课前的准备、课上的Presentation及课后的讨论和评论,实现了学生的兴趣学习和协作学习,学生的团队合作意识和创新意识得以提高。但是,如何保证学生的“主动参与”是“有效参与”?如何协调课堂控制和学生自主之间的关系?这是两个值得深思的问题。换句话说,参与式教学的顺利实施对教师提出了更高的要求,第一,教师必须加强自我学习,提高自身水平,以便很好地掌控课堂,不偏离教学目标;第二,教师必须注重与学生的沟通和分享,帮助学生建立正确的思考途径,培养学生独立解决问题的实践能力;第三,教师必须注重班级整体的效果,能够运用机理机制,进行差异化引导,创造机会,确保学生能够整体参与。
参考文献: