化學分子工程范文

導語：如何才能寫好一篇化學分子工程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

 

前言：隨著現在科學技術的發達，分子這一概念被帶到了大眾的面前，人們對分子的研究越來越詳細，運用當今的科學技術研究分子，把分子放在顯微鏡下觀察，化學對其結構了解的愈加深入，這樣分子設計的誕生也推動了分子工程的誕生，這是時代和科學技術下的產物，他們的誕生使得化學研究進入到更深階段——分子工程學。所以分子工程和化學工程兩者是相輔相成的。

 

一、淺談分子工程

 

在一個固定環境下對分子結構進行構造，不僅如此，還得理清分子之間的關系，這種原理就是分子工程學。分子工程不是單一的分子學科，而是由不同種類、學科構成的，但是，只要有關分子工程就會有三個基本的問題：第一，怎樣按照要求對分子結構進行設計;第二，建筑分子結構時要用什么基元;第三，怎么實現分子設計預設的功能，就需要考慮怎么組裝基元。這三個問題有著密不可分的聯系，從而形成了三個實施分子工程的重要環節，這三個問題分別是分子工程的作用、結構、結合的理論基礎。

 

與之前的化學研究方法有所不一樣的是分子工程在研究時，會在研究手段、對象、內容等角度采取新的方法。傳統的化學研究大多是利用自然物以及公式得到新的化合物，從這些化合物中找到比較好的化合物，1930年，磺胺藥物被人發現，造就了那個年代合成藥物的鼎盛時期?？墒欠肿庸こ虒W的研究則恰恰和傳統化學研究相反，它主要以功能研究為方向，通過對分子結構進行探究。這個時候它不單單對某一個化合物進行研究，而是研究化合物的功能體系。這樣得到的信息要比傳統化學研究得到的信息全面，不光可以得到分子結構還可以知道分子某些特定的結構層次。傳統化學研究過分注意分子結構以及合成的聯系?？墒?，分子工程學卻看中功能和 物理原理。如今，化學不能獨自發展了，化學的發展必須要建立在生命、材料科學這兩門學科上。當然也需要注意另外一些科學技術。

 

從化學工程學得到的經驗，分子工程學也從不同的分子工程研究中得出來。現在的分子工程學還在孕育，也就是在不同的領域、不同功能、對分子進行設計、構造。分子工程由不同種類的分子工程研究中得到，所以功能不同、種類不同，這就使得分子工程學需要按照功能、種類對其進行分類。分子工程學主要研究化合物的功能體系，針對體系的研究就必須在分子水平上探究之前提過的三個問題，得到規律，功能體系以及工程學原理，這幾個不同方面相輔相成、互惠互利。

 

二、淺談化學工程

 

當面對一些挑戰時工程學科發揮的作用才能體現其重要性。如今，環境問題成為我們急需解決的問題，因為它與人們生產、生活、生存都有著密切的聯系，這個時候化學工程就有了研究的目標，它需要解決資源可循環利用、化石資源的合理化利用等?；瘜W工程需要解決經濟的循環利用，不光肩負著科學方面的重擔，還需要傳遞物質、能源、信息等。

 

化學工程之前從沒遇到過的一些問題，卻隨著生物技術等一些高新技術的發展而產生，這有一個好處便是讓化學工程的研究深入到更具體的領域中。一些過于具體的問題，比如納米尺度問題，這是在傳統的化學研究中都沒有遇到過的微小領域，要是想加強微量產品的生產就必須擴寬化學研究領域。在當代這是化學工程打入到新領域必須要做的。發明催化劑以及工藝的源泉是新催化材料創造的。從另一個方面來說，要是將生產變得更加清潔，把不同的工藝以及流程進行合并，然后找出最好的，這也是化學工程將要研究的重要領域?，F在有關生命方面的科學發展愈發成熟，生物催化在這一領域已經體現了自己價值。

 

如今人們愈加注意和自身相關的科學技術，隨著科學技術的發展，健康、食品、醫藥等領域都對科學技術有了更深層次的要求，而且屬于化學的問題占大多數。舉一個例子，當我們的生命機能受到損害就得使用藥物來控制，所要服用的藥就會對人們的身體機能進行調節。將這些有關生命過程的問題解決就是化學過程在不屬于自己領域里的重大挑戰，所以肯定會得到化學工程學的注意。

 

隨著不同體系科學的發展，科學技術的發展為化學工程帶來的問題在一定程度上推動了化學工程學的發展。所有的科學技術都與化學工程有著密不可分的聯系，當化學工程在發展的同時也推動了整個科學領域的進步。所以，化學工程學逐漸被人們注意，也更大化的注意科學在化學工程中的運用，化學工程學為整個科學領域所帶來的價值就是該工程學以后要注意的方向。

 

為了讓化學工程學得到更好的發展就必須提高化工人員的專業知識，加強對化工人員的教育。化工工程教育應該與時俱進，根據現代工程教育改革得到重要的成果來制定教育內容，教育內容不可以單調，需要將專業課與基礎課相結合，還得根據時代的更替而及時更新教育內容，加強化學工程人員解決問題的能力;不過也得加強學生對資源環境以及另外科學領域的興趣。

 

結束語：

 

化學工程是一門綜合類較廣的學科，在未來的世紀會體現出更大的價值所以我們要做的就是抓住機會，在化學工程的發展過程中找到特屬于我國化學工程的優勢及特點，利用化學工程實現可持續發展。在重視化學工程的同時需要注意分子工程。分子工程的發展可以推動化學工程的發展，另外分子工程與化學工程兩者為科學技術提供了很多可研究的課題，這些課題的解決就是科學技術的飛躍。

篇2

關鍵詞： 高分子化學 高分子物理 生物功能材料 教學探索

高分子化學和高分子物理是高分子科學相關專業的專業基礎課。在專業課程設計中，一般兩門課程獨立設置，其中各占有48到72學時不等。我校的生物功能材料專業開設了高分子方面的課程，其中高分子化學與物理是該專業的專業基礎課。根據該專業特點，生物功能材料涉及領域較廣，從無機陶瓷材料到有機高分子材料都有涉及。該專業學生只需掌握有關高分子化學和高分子物理的基本理論知識和應用技能，因此我們開設了高分子化學與物理課程，所設學時為56學時，開設時間安排在二年級下學期，為三年級開設《高分子材料化學》等課程打下一定基礎。該課程內容涉及高分子材料的合成與實施方法，高分子材料的結構、性能、成型加工及其應用，是一門多學科交叉、實用性很強的學科。根據該課程具有涵蓋內容廣，物理化學和有機化學知識運用較多等特點，這樣有限的課時設置就給授課帶來了一定困難，導致學生在理解和應用本課程知識方面具有一定難度。另外，我校該專業物理化學課程設置在二年級下學期和三年級上學期，其中物理化學反應動力學部分講授時間較晚，這也給高分子化學與物理的授課帶來了一定困難。那么如何在有限的學時內系統地講授高分子學科基礎知識，是本文需要重點探討的問題。

1.選擇教材，合理安排教學內容

受授課學時的限制，我們選用的教材是化學工業出版社出版的《高分子化學與物理基礎》，由魏無際等主編。該教材系統地闡述高分子化學與物理的基本概念、基本知識、基本原理和基本測試方法，教材內容全面，難度適中，比較適合生物功能材料專業的教學要求。針對課時較少的現狀，我們對教學內容進行了合理安排。對于高分子化學部分，重點講解高分子的基礎概念、縮聚和逐步聚合、自由基聚合、聚合方法、陰離子聚合等內容，自由基共聚合、陽離子聚合、配位聚合等可較簡單講解，聚合物的化學反應章節主要由學生自學。這樣既保證了學生能夠掌握高分子化學的基本概念及反應，又沒有因為課程過難給學生造成學習困難。對課程中的某些內容，例如聚合動力學的推導，在物理化學中化學動力學部分還沒講解的情況下，我們在教學中不要求學生記住所有推導和公式，僅提出聚合動力學基本知識，引導學生自己進行動力學推導。對于高分子物理部分，我們重點講解高分子的結構、高分子的分子運動、力學狀態及其轉變，簡單講解高分子固體的基本力學性質、高分子溶液的基本性質章節，對高分子電學、熱學和光學的基本性質章節主要由學生自學。這樣課程的安排，重點講解能夠加強學生對高分子學科基本知識的掌握；簡單講解能夠擴大學生的知識面、引導有科研需求的學生課下加強該部分內容的掌握；自學部分主要為了深化學生對高分子學科知識的理解。重點講解、簡單講解與學生自學相結合的教學方法，突出了本課程重點、拓寬了學生知識面，克服了高分子學科教學中內容多、概念多、數學推導多等難于克服的難點。

2.理論聯系實際，提高學生學習興趣

高分子化合物廣泛存在于日常生活中，如穿著用的化學纖維、自然界存在的棉、麻、絲綢等，食品行業中的蛋白質、淀粉、纖維素，建筑行業中用的涂料、各種高分子管材、膠黏劑、有機玻璃，行駛工具中應用的橡膠、工程塑料、增強纖維等。高分子科學在人們的日常衣、食、住、行中發揮著極其重要的作用，其是一門應用基礎型的學科。高分子化學與物理的教學，單純的講解很難引起學生的學習興趣，教學效果不顯著。為提高學生學習興趣，我們在講解基本知識的同時，注重理論和實際相結合，列舉了大量實例。例如講解縮聚反應時，對滌綸、尼龍等一些重要的縮聚物的生產原理進行了重點講解，對聚乳酸生物材料進行了系列概述，包括其生產方法、原理和應用等；自由基共聚合部分，講到聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS樹脂）、丁苯橡膠（SBR橡膠）等一些著名共聚物和常見聚烯烴產品及它們的制備原理、主要性能和用途。其中舉例聚四氟乙烯（PTFE）用于流量泵、反應釜內襯和攪拌棒外面涂層，聚氯乙烯（PVC）用于各種集成吊頂和各種垃圾袋等。在高分子發展史中，講授諾貝爾獎成果和獲得者的發明典故，例如電高分子的發現、齊格勒-納塔催化劑的發展，以增強課堂的趣味性；講述了第二次世界大戰期間高分子的發展典故。此外，讓學生翻看塑料水杯的材質、衣服標簽讓學生認識各種標志上一些材質的名稱，指出我們的水杯、服裝由哪些合成高分子構成，并討論目前常用的化學纖維名稱和聚合原理；通過舉例講解方式，激發學生自主學習興趣。

3.多媒體與板書教學方法相結合，提高教學質量

高分子化學與物理基礎課程知識面廣，其涵蓋了高分子化學、高分子物理、高分子加工等方面內容。該課程教學信息量大、理論性強，學生理解相對比較困難。因此，我們在教學過程中注意多種教學形式相結合，提高教學質量。課堂主要采用多媒體教學方式，同時輔以板書講解，取得了不錯的教學效果。利用多媒體教學方法既能夠將理論的知識直觀體現出來，又能夠將難于理解的教學內容形象地展示出來，這樣可以使學生更容易理解所學內容。例如，在講解配位聚合時，利用動畫演示雙金屬活性中心機理和單金屬活性中心機理中單體分子的插入過程與鏈增長過程；自由基聚合實施方法中，利用制作動畫模擬懸浮聚合和乳液聚合過程中單體的分散過程，高分子物理中拉伸對高分子結晶形態的影響、動態黏彈性模型，等等。通過多媒體的運用，可以使抽象的教學內容具體化，有效提高學生學習的趣味性。多媒體課件也會存在一些缺陷，比如講課節奏過快，學生難以吸收；教師過于關注幻燈片屏幕，減少了和學生的交流互動，等等。在實際教學過程中，還應注意和板書的有效結合，對重點知識內容采用板書的形式進行講解，取得了不錯的效果。

4.網絡教學方法的運用

針對多媒體教學存在講課節奏過快，學生難以吸收等缺陷和板書教學進度緩慢等特點，對重要章節，我們采取課堂與課下網絡教學相配合的方法。網絡教學在原來多媒體教學基礎上，對教學過程和教學內容提供了全面支持。目前學校構建了一個比較完整的網上教學支撐環境，提供多媒體錄播室進行教學視頻的錄制，最后把課件與錄制視頻統一上傳到網絡教學平臺。網絡教學有許多傳統學習方法無可比擬的優點，例如學生學習自主性增強，真正發揮學習的主觀能動性，學生學習在時間和空間上少了許多限制，學習的探究性更加深入。另外，網絡背景下學生在獲取不同的資源時可以進行比較，相互之間取長補短，知識面更廣。隨著現在網絡技術的發展，學生可以在宿舍、教室和學校多媒體教室通過網絡對課堂內容進行學習。網絡教學方法的運用，大大彌補了課堂多媒體課件存在一些不足，大大提高了教學效率。

5.開展互動式教學，發揮學生的學習主動性

教學是教師和學生的共同行為，學生是課堂的主體，教師是學生學習知識的引導者。目前高校教學方式偏重以教師“教”為主，忽視了學生“學習”的主動性，學生始終處于“被動學習”地位。這樣的“被動學習”，導致學生具有學習壓力大、心理負擔重等特點。針對這一現狀，我們采取課堂互動的教學方式，包括師生提問、討論和學生上講臺相結合的方式進行教學活動，取得了一定效果。比如在下課前教師先提出下一節課的預習內容，提出一些討論問題，例如在講述縮聚反應時，提出不同聚合時間獲得聚合物分子量是否相同、什么樣的單體能夠發生縮聚反應、什么樣的單體能夠獲得支化的高分子等問題。讓學生通過查閱資料，自己尋找答案，并在下次課堂上讓學生進行討論，然后教師補充。這樣既提高了學生的學習思考能力，又增強了學生的學習主動性，提高了學習興趣。另外，我校為農業院校，雖然學習《高分子化學與物理課程基礎》課程的學生是非農業專業，但是部分學生畢業后或許從事涉農相關服務業?？紤]到此種情況，我們在授課內容安排上，對目前農業應用的高分子材料和高分子在農業方面的潛在應用進行了討論，給他們提供了創造性思維。比如在講自由基聚合章節時，我們就對強吸水樹脂的制備現狀和發展前景，主要針對其在農業生產中的應用進行了講述，對高分子薄膜在農業中的應用及帶來的“白色污染”與應對措施進行了討論。通過這樣的討論，我們鍛煉了學生分析思考問題的能力，這為學生工作與科學研究的創新思維形成打下了基礎，提高了學生的學習積極性和學習興趣，加深了對本課程的理解。

6.結語

通過對本校生物功能材料專業《高分子化學與物理基礎》課程教學中的一些課程設計特點、面臨的問題及目前采取的措施進行了總結。《高分子化學與物理基礎》雖然是一門專業基礎課，但其理論性強、概念抽象難懂，如何讓學生在掌握該課程基本理論的同時，調動學生的學習積極性，培養學生的自主學習能力和創新意識，是教學工作中需要不斷探索的問題。我們將在總結已有教學經驗的基礎上，繼續對本課程教學方法的改善與創新進行探索，以提高該課程的教學質量。

參考文獻：

[1]魏無際，俞強，崔益華.高分子化學與物理基礎（第二版）.北京：化學工業出版社，2011.

[2]黃海霞.應用化學專業《高分子化學與物理》課程教學探索.廣州化工，2013，41（12）.

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計算機變得與試管一樣重要

在漫長的歷史時期，對化學家而言，試管是他們最為重要的工具，另外通過小棒和小球，他們就可以搭建出一些化學反應的分子結構。但是當人類進入計算機時代以后，對化學研究人員而言計算機開始逐步變得與試管同樣重要。

中科院化學研究所分子反應動力學國家重點實驗室主任邊文生表示，化學反應是一個微觀過程，許多化學反應的發生可能只需要幾微秒，傳統上用實驗手段描述出反應過程的每一個步驟幾乎不可能實現，而此次獲獎的三位科學家使計算機成了描述一些化學反應的重要工具。

諾貝爾評審委員會說，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾研究的開創性在于，他們讓經典物理學與迥然不同的量子物理學在化學研究中“并肩作戰”。以前，化學家必須二選其一。依靠用塑料棒和桿創建模型的經典物理學方法的優勢在于計算簡單且能為大分子建模，但其無法模擬化學反應。而如果化學家選擇使用量子物理學計算化學反應過程，但巨大的計算量使得其只能應付小分子。為此，在20世紀70年代，這三位科學家設計出多尺度模型，讓傳統的化學實驗走上了信息化的快車道。在由這三位科學家研發出的多尺度模型的輔助下，化學家們就可以讓計算機做“做幫手”來揭示化學過程。

諾貝爾化學獎評選委員會在當天發表的聲明中說，現在，對化學家來說，計算機是同試管一樣重要的工具，計算機對真實生命的模擬已為化學領域大部分研究成果的取得立下了“汗馬功勞”。并且通過模擬，化學家能更快獲得比傳統實驗更精準的預測結果。

研究成果被廣泛應用

事實上，也正是三位科學家上個世紀70年代的開創性研究，讓計算機模擬揭示復雜的化學反應過程成為可能。此后，經過長期努力，科學家們建立了更加準確和普遍適用的量子化學和分子力學結合的多尺度計算模型。

邊文生表示，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾所發明的多尺度模型的意義在于其具有普遍性，可用來研究各種各樣的化學過程，從生命分子到工業化學過程等，都可以應用到他們研究的模型。

北京大學化學與分子工程學院長江特聘教授夏斌表示，如今無論是在化學領域，還是分子生物學領域，三位獲獎者的研究成果都已被予以應用，其已經成為了很多研究人員十分重要的研究工具。

“如今，蛋白質、核酸、碳氫化合物等生物大分子的研究，最新研究與開發的藥物設計等相關研究，幾乎都離不開三位獲獎者通過計算機模擬出的化學分子模型?！边呂纳f。

篇4

傳統化學工程使用處理工藝對有毒污染物的處理滯后性較強，通常是在污染物產生之后再另外做針對性處理，不僅增加了處理成本，且治標不治本。比如傳統工藝煙氣除塵，雖然凈化了氣體，但是污染物直接轉化為廢渣廢水，還需要另一道工序做清潔處理，無疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。綠色化學工藝的介入，可以直接在生產或排放階段就完成清潔使命，通過化學反應達到預防、控制和消毒污染的目的。

化學原料是化學工程的源頭，原料決定了生產流程和工藝的選擇，綠色工藝的介入可以從源頭上改變原料生產帶來的各類化學污染，同時綠色工藝與化學工程的結合還可高效利用各類自然資源，實現深度開發利用，兼顧無污染、節能、環保的生產方式必然會掀起一輪新的工業革命。綠色原料的典型開發應用比如甘蔗渣、稻草、麥稈以及木屑、樹枝、蘆葦等可加工成為酮類、酸類與醇類化學品。

在化學反應中使用選擇性高的試劑也是綠色工藝應用的一個途徑。以石油化工為例，生產過程中烴類選擇性氧化反應較為普遍，作為一種強方熱性反應，具有生成物不穩定、易進一步氧化等特征，所以，催化反應中此反應并非最佳選擇，生成物的不穩定也不利于提取最終產物，所以，為改善這種情況，使用選擇性高的試劑是最佳途徑。如此一來，不僅可以降低成本，節約資源，還能夠降低分離產品的難度提升純度，無疑實現了提升效益和減少污染的雙贏，所以，綠色化學工程在這方面的研究實踐也非常熱門。隨著越來越多的化學反應被應用到工業生產中，催化劑對提升反應速率效果顯著，所以目前化學工藝領域積極研究無毒無害的高效催化劑成為主流發展方向不一，不僅有利于工業的發展，對于推動化學分子深入研究也有助益，分子篩催化劑和烷基化固相催化劑就是其中較為典型的代表。

2。綠色化學工程工藝應用

分析綠色化學工藝是實現節能減排的重要途徑，對綠色工藝的重視與開發也彰顯了當前世界范圍內節能減排的重要性。長達兩百余年的工業化路程，使得人類活動對自然資源環境的危害越來越大，尤其中國作為當前世界最大的工業國，“三廢”問題十分突出，PM2。5問題也成為了懸在人們頭上的一把利劍，將資源枯竭、環境污染、生態失衡、人口問題等推到了臺前更加顯著的位置。大型化工企業作為與人們生存發展息息相關的企業，石油化工與煤炭除去提供能源之外，還提供多種衍生化工產品為人們衣食住行服務，生產過程中產生的廢水廢渣廢氣、消耗的大量原材料都警示著當前必須積極發展綠色化工工藝，以達到節能減排、實現可持續發展的目的。就目前而言，節能減排的實現途徑主要以下幾種：研發新科技、新工藝全過程控制污染；利用先進清潔工藝從源頭控制污染；利用技術和工藝創新打造可循環綠色生態產業鏈；發展循環經濟等。綠色化學工程與工藝作為節能減排目標得以實現的重要保障，廣泛應用于多個領域，就目前來說，主要以三種表現為主，分別是清潔生產技術、生物技術的應用及生產環境友好型產品。

綠色化學工程與工藝使用生物技術服務可再生能源的合成，像有機化合物原料的應用經歷了從動植物到石油煤炭的發展過程，現如今已經開始廣泛應用各類再合成的有機化合物。在綠色化工中，所使用的催化劑多以工業酶和自然界中存在的酶，酶與其他化學催化劑相比，具有反應條件溫和、生成物優良、污染少等優勢，對于當前化工領域而言，生物酶的利用和研發就成為了綠色化工的重要發展方向。像丙烯酰胺的制備，最早使用丙烯晴，在環城生物酶催化后，不僅能耗與成本大幅度減低，且反應完全無副產物，對工業生產而言有多重積極意義。

除此之外，綠色化工工藝還廣泛應用于生產環境友好型產品領域，生活中有眾多具體應用實例。比如空調制冷多使用氟利昂，會造成臭氧層空洞、紫外線增多、溫度升高，目前正積極尋求替代品且朝著低能耗方向發展，無磷洗衣粉減少對河流水域污染和人體健康的危害，可降解塑造制品對土地、水源危害都將進一步減輕，清潔汽油的使用可對大氣污染降低，以上種種嘗試都說明了在生產環境友好型產品領域，綠色化工工藝所發揮的積極作用。尤其是近年來無污染汽油的研發與應用，像低硫柴油、乙醇、二甲醚等，不僅經濟環保，發展前景好，且制備生產對自然資源的消耗、對環境的危害都不斷降低，證實了綠色工程化工應用的優越性。

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【關鍵詞】工業廢水 電化學 處理技術 研究與分析

電化學處理需要運用多種物理技術和有機化工原料，通過物理、化學等降解、催化作用，工業廢水中的合成肥料、農藥、染料、廢油等都可以有效解離。在高污染的工業廢水中，含有大量金屬粒子和大分子有機物，通過電化學處理，這些金屬粒子和有機物可以被有效分割。

一、電化學處理的基本原理和技術應用特征

（一）基本原理。電化學處理是指電能轉化為化學能的過程，選用適當物理原料當做電極，在電流的干擾作用下，工業廢水中的陰陽極會分別發生化學反應。陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應。金屬粒子和化學分子在化學反應的作用下，其污染物質會被進一步綜合，最終轉化成二氧化碳和水。轉化過程公式如下：

含氯廢水：

含重金屬離子廢水：

（二）電化學處理技術應用特征。通過直流電能催化工業廢水發生電極反應，這種電化學處理方法不受環境溫度和裝置壓力的影響，可以在常態環境下進行。同時，電解法使用的化學物質非常少，可以有效避免工業廢水出現二次污染和資源浪費。整個電化學處理裝置在組成上，結構簡單，并沒有復雜設備，因此工人在操作處理工業廢水時很容易控制電極處理狀態。如果工業廢水中的負荷污染離子過多，裝置可以自動調節電極電流和電壓，可控性的電荷量可以增加工業廢水的電荷穩定性，促進能量的有效轉化。

二、不同種類的工業廢水電化學處理方法

我國工業生產類型很多，不同生產工藝所排出的工業廢水污染物質不同。因此，要想拓寬電化學處理的范圍，施工人員應針對不同類型的工業廢水，進行特殊處理，使之能夠達到更好的電化學處理效果。

（一）含油污廢水。此類工業廢水中的吸附性污染物非常多，懸浮膠體會干擾電荷粒子的運動。因此，針對含油污廢水，施工人員應先利用電極溶解方法，將廢水中的吸附性物質去除，利用電荷的凝聚、溶解性能，將油和水進行隔離處理。凈化油污后的水，仍存在諸多污染離子，這時可以運用傳統的鉛電極處理方法，控制電流在0.25-0.3A之間，控制電壓在6.5-7.5V之間。經過三十分鐘的電極降解，工業廢水中的微小油污離子會被逐層分離，轉化成氣體或水。經過多次試驗，雙重隔離處理方法可以有效清除油污工業廢水中的有害物質，其去污效率高達96.34%。

（二）含重金屬離子廢水。很多冶煉廠在運營過程中會產生大量工業廢水，這些廢水中的金屬離子含量巨大，有氯離子、鐵離子、銅離子等，如果這些重金屬離子侵蝕到居民用水中，則居民的用水質量會大幅度下降，危害到公民的生命健康。由此可見，對含重金屬離子的工業廢水進行凈化處理至關重要。一般情況下，施工人員還采用陰極吸引的方式，利用電極的電荷吸引能力吸引氧化離子，氧化離子匯集到一起會形成膠體團，由水電解而成的氫氣和氧氣會將膠體團隔離出工業廢水之外。該電化學處理方式采用的是鐵電極，電流在0.5-1A之間，電壓在9.5-10V之間，去除重金屬離子效率高達89.34%。

（三）染料工業廢水。對于此類工業廢水，常采用金屬陽極溶解的方法。眾所周知，在染料廢水中，大量顏色分子會吸附在水中，聚集的分子形成一個個不容易降解的凝聚體，這個凝聚體的主要組成物質是氫氧化物。施工人員首先應利用電極的電解作用，破壞凝聚體中的氫氧化物，將懸浮在上層的、質量較輕的凝聚體分割開來；之后，應選用綠色脫色劑，對剩余廢水進行添加劑處理；最后，利用電解氣體將多余顏色分子隔離，并進行終極脫色處理。

三、電化學處理操作條件分析

（一）電解電壓。不同電化學處理方法的電解電壓不同，電壓的大小取決于電極的距離、電阻率、廢水中污染物的電荷量、粒子成分等。因此，在對工業廢水進行電化學處理時，質量檢驗人員應抽取廢水樣本，分析廢水中的成分和粒子形態，制度科學的電解方案，選用合適的電壓。

（二）通電量。如果工業廢水中的污染物濃度過大，利用傳統電解方式無法有效去除廢水中的污染離子，為避免數次電解工作給工廠帶來巨大的經濟壓力。施工人員可以適當提升通電量，加大電流，讓單位體積廢水的電流密度瞬時提高。電流密度提高了，電荷對廢水離子的吸收能力會大幅度提高。

（三）PH值。離子平衡是電化學廢水處理的核心原理，所以無論是何種工業廢水，在進行電解處理時，都應控制好水的PH值，始終保持其在6.5-7之間。如果工業廢水中的堿性過大，則電解陽極會被工業廢水鈍化，金屬離子等正離子則很難被負電荷溶解。如果工業廢水的酸性過大，則電解陰極會被工業廢水酸化，多余的負電荷會干擾電流密度，其溶解能力也會被大大削弱。

四、結論

通過上文對電化學工業廢水處理方法進行系統分析可知，現階段工業生產中，工業廢水的處理技術正在不斷革新和發展。電化學處理作為一種高性能、高效率的廢水處理工藝，其研究和發展價值巨大。綜上分析，施工人員應不懈努力，引入電子數據處理和數學模型，增強電化學處理技術的智能化、自動化、科學化性質，在優化廢水處理體系的基礎上，提高技術的應用效果。

參考文獻：

[1]吳高明，魏松波，雷興紅，杜健敏，陸曉華.焦化廢水電化學處理技術研究進展[J].工業水處理，2007，12（09）：127-130.

篇6

法國斯特拉斯堡大學的讓-彼埃爾?索維奇（Jean-Pierre Sauvage）教授、美國西北大學的詹姆斯?弗雷澤?斯圖達特（James Fraser Stoddart）爵士以及荷蘭格羅寧根大學的伯納德?L?費林加（Bernard L. Feringa）教授共享2016年諾貝爾化學獎，他們因在分子機器的設計和合成上的貢獻而獲獎。這讓許多人不禁感慨，諾貝爾化學獎終于頒給了屬于純化學范疇的“分子機器”。此前歷屆諾貝爾化學獎都授予了交叉學科，比如生物化學和生物物理等。

簡單來說，這是一個有關在分子層面微觀尺度上設計機器的故事。這幾位獲獎人成功地將分子連在一起，開發出了只有頭發絲千分之一粗細的“分子機器”，共同設計了包括分子電梯、分子馬達、分子人造肌肉在內的各種分子機器。正如諾獎委員會所言：“他們掌握了在分子層面上控制運動的技術。”

分子機器的幻想

“分子機器”又稱生物納米機器，是在1959年作為納米技術的概念被提出的。簡單來說，“分子機器”就是在分子水平上，由一個分子或幾個分子，通過分子的運動，實現宏觀機器的運動。它主要由蛋白質等生物分子構成，具有小尺寸、多樣性、自適應，以及僅依靠化學能或者熱能驅動等其他人造機器難以比擬的性能，對促進生物學以及仿生學的發展具有重要意義。

早在1959年，當時著名的物理學家理查德?費曼（Richard Feynman）就大膽預測，在納米尺度下打造機器是可能的，分子機器未來將會在納米機器人操作手術和定位藥物在人體內的輸送方面起到關鍵作用。他說：“雖然這個想法聽起來很瘋狂，但是如果人們能夠吞下一個納米外科醫生，這樣的手術會很有意思。”他描繪道，只要把這個外科醫生放進人體的血液中，它就能夠抵達心臟，并且查看哪里出了問題，然后納米機器人會拿出小刀，把不好的地方（比如腫瘤部位）切除。

費曼的想法很快在1966年美國的一部科幻影片《神奇旅程》（Fantastic Voyage）中得到了體現。影片講述了一名科學家因腦血管遭到間諜破壞而命在旦夕，為了救他，5名美國醫生乘坐飛船，在被集體縮小后注射進他的體內進行血管手術，完成任務后經眼睛逃出，從而拯救了他的生命。

50年后的今天，人們雖然仍然未能將科幻變成現實，但是很多人還在努力去證實費曼的預言，當然這個證明過程是漫長的。

索維奇研究出分子機器的雛形

在科學研究中，靈感常常來自完全不同的領域。讓-皮埃爾?索維奇一開始的研究領域是光化學，這個領域的化學家試圖開發能夠捕獲太陽能并用它驅動化學反應的分子復合物。當索維奇建好了其中一個光化學分子模型之后，他突然發現這個模型與分子鏈的相似之處：一個核心離子周圍纏著兩個分子。這靈光一閃使得索維奇的研究方向大轉，從而復興了拓撲化學領域。

1983年，讓-彼埃爾?索維奇踏出了分子機器研發的第一步。當時，他成功地將兩個環形分子連接起來，形成一根鏈，并將其命名為“索烴”（Catenanes）。其中一個環能在接受能量后受控繞另一個環旋轉，這是非生物分子機器的最初雛形。通常，分子是由共價鍵（原子共享電子）結合而成，但在“索烴”里它們是通過更自由的機械結合連接。機器要完成任務，必須要有相互之間能夠相對移動的部件，這兩個相互扣合的環形分子就能符合這個要求。

斯圖達特向分子機器邁出第二步

詹姆斯?斯圖達特小時候成長在蘇格蘭一個沒有電也沒有任何現代設施的農場，他用拼圖游戲來打發時間。這就給了他一個化學家所需要的訓練：辨認形狀，發現它們可以怎樣組合在一起。他還被化學中的一種可能性所吸引，就是可以成為分子藝術家――雕琢出世界上從來沒有人見過的形狀。

斯圖達特在1991年完成了分子機器研發的第二步――利用分子間的互相吸引，研究出“輪烷”（Rotaxane）。他將一個分子環穿入一個細的分子軸，證明了環狀分子能隨軸運動。于是他得到了“輪烷”：一個環狀分子以機械作用套在一個軸上。

接下來斯托達特利用了環能在軸上移動的特性（加熱時，環會在軸之間前竄后跳――就像一個微型梭），在1994年做到了完全控制其運動，使得它不再只會自由隨機移動。之后，他和他的團隊以“輪烷”為研究基礎，構建多種分子機器：分子電梯（2004年），它可以將自己從表面上抬高0.7納米；還有人造肌肉（2005年），能把一塊非常薄的金箔弄彎。斯托達特還和其他研究者聯手開發了一種基于“輪烷”的計算機芯片，能儲存20KB的數據?，F今計算機芯片中的晶體管已十分微小，但是和“輪烷”芯片一比都要算是巨型了。我們相信分子計算機芯片能夠像當年的硅片晶體管那樣，給計算機技術帶來又一次革命。

費林加是研究出分子馬達的第一人

正常情況下，分子的運動是隨機的，一個旋轉的分子向左與向右轉動的概率大體相同。對于分子機械工程來說，重要的目標是制造出一個能夠在同一方向上持續旋轉的馬達。在20世紀90年代，該領域的研究者們作出了許多不同的嘗試，但是最先取得突破的是荷蘭人伯納德?L?費林加。

1999年，費林加研究出分子轉動葉片，成功地使葉片持續朝一個方向旋轉，并保持此方向不變。分子由兩個像旋翼葉片般的結構組成，由一對碳碳雙鍵連接。每個葉片分別與一個甲基相連，它們和葉片一起如同棘輪般運作，迫使分子朝同一方向轉動。當分子被暴露在紫外線脈沖下時，一個旋翼葉片圍繞中心的雙鍵翻躍了180度。接著，棘輪運轉到位。當下一束脈沖到來時，葉片又再翻躍了180度。這個過程不斷重復，分子就按照相同方向旋轉，就像一個“分子馬達”一樣。這被視作分子機器領域的標志性事件。

雖然第一個“分子馬達”的速度并不快，但費林加還是成功用“分子馬達”轉動了比它大一萬倍的玻璃杯。在2011年，研究組還制造了一個四輪驅動的“納米車”，一個分子底盤將四個“馬達”聯結在一起，當作車輪使用。當車輪旋轉時，納米車就在表面上向前行駛。后來費林加的研究組對“分子馬達”進行了優化，在2014年，使旋轉速度達到了每秒1200萬轉。

在宏觀層面上，如果數以億計的分子機器共同協作，確實能夠改變材料的某些宏觀性質。比如能夠根據光或化學信號進行伸縮的智能凝膠就可以用來制造可調節型鏡片或傳感器。費林加曾說，“我敢打賭，在未來5年之內，嵌入了分子開關的新型智能材料就會問世?！?/p>

邁向全新而充滿活力的化學

所有的化學系統都會力圖達到平衡，這是一種低能量狀態，但這更是一種僵局。這些研究之所以能獲得2016年的諾貝爾化學獎，很重要的一部分原因在于研究者驅動著分子系統遠離了這種僵局。他們還開創出分子機器發展的道路，使分子的運動具有可控性，因此誕生的一系列化學結構，成為全世界研究者用于進一步創作的工具箱。其中最令人震撼的例子是一個可以抓取并連接氨基酸的分子機器人，它是2013年以“輪烷”為基礎建造出來的。

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[關鍵詞]材料；有機化學；分子模擬；創新；教學改革

1前言

材料有機化學作為化學學科的基礎課程，其主要研究化學材料的結構與性能。相較于其它課程，材料有機化學的理論性強、知識點多、化合物結構抽象、化學反應機理復雜。在傳統的教學中教師往往采用實物模型展示的方式，然而現今材料化學中的化合物種類繁多，現有的簡單模型已經不能滿足日常教學的需要，因此在教學過程中學生很難理解部分復雜結構的化合物及其反應機理。如何將材料化學中的結構形象化、具體化是提高該課程效率的關鍵。隨著計算機的飛速發展，計算化學作為一門新興學科在生物、醫藥、化工等領域發揮越來越重要的作用[1-2]。傳統的物理、化學研究方法面臨著周期長、設備復雜、資金不足等問題，而模擬計算從量子力學角度進行材料結構與性能研究，被認為是揭示微觀機理與加速宏觀研究的有效手段。當前，模擬計算已經大規模的應用在科學研究中。在眾多模擬軟件中，Materialstudio(MS)具有友好化的Wiondows操作界面，可以將微觀結構立體化，使得原本抽象的結構具有可操作性，同時它能夠解決很多宏觀上難以觸及的問題，諸如：分子軌道、偶極矩、分子間作用力、熱力學性質、結構穩定性和化學反應過程機理等。將MS應用在材料有機化學的教學中，可以將課本理論與實體化的反應歷程結合，提高學生的理解力，形成長效記憶。下面筆者將從材料有機化學的教學現狀、模擬軟件介紹以及模擬計算用于材料有機化學教學中的實例展開詳述。

2材料有機化學的教學現狀及存在的問題

材料有機化學課程的服務面大，基本是生物、化學、化工、醫藥等專業的必修課程之一，對本科生后續課程學習乃至科研工作都起著關鍵作用。然而對于多數學生而言，該課程通常被認為是一門可怕的、掛科率高的課程，部分原因是知識點分散且抽象化。現階段，板書和幻燈片教學是眾多高校及科研院所的主要教學模式，缺少革新。正如國際化學聯盟化學教育委員會前主席所感慨的那樣[3]：“我們的許多教科書和教學方法都停留在過去的30~50年里，沒有太大的改變。”然而抽象的書本教學使得學生在學習、理解該課程上出現了困難。學生難從本質上理解材料化學涉及的微觀結構、分子間作用力、反應機理，從而覺得有機化學是一門枯燥乏味的理論課程。在研究材料有機化學教學現狀中，渥太華大學化學教授艾莉森·弗林發現學生很不擅長對長鏈有機物進行命名，同時多數學生在思考反應機理時，很隨意的將電子從一個分子分配給另一個分子，而不考慮這些分子之間化學鍵的限制。弗林教授歸其原因是學生不能將材料分子的空間結構繪制出來，從而無法理解成鍵規則。總結而言，現階段的有機學習教學中主要存在以下問題：(1)單靠閱讀書本，學生很難構思出三維立體的分子結構；(2)抽線的理論知識使得學生無法從本質上理解反應機理，從而加劇對有機化學課程的厭學情緒。值得一提的是，特別是進入冠狀病毒病大流行的特殊時期，晦澀抽象的材料化學在遠程教學中面對著更大的挑戰。

3分子模擬及模擬軟件簡介

盡管如此，新挑戰也預示了新契機?，F今隨著計算化學的飛速發展，分子模擬被認為是一種提高學生學習化學知識興趣的有效手段。諸如：Gaussian、Vasp、CP2K、Materialstudio等，這類模擬軟件均基于一系列的半經驗公式，包含密度泛函以及從頭算方法等，被廣泛的應用于材料有機化學中的微觀結構解析以及反應機理探究，其在數字教學中或將發揮巨大作用。渥太華大學弗林教授他們借助可視化的OrgChem101模擬計算程序幫助學生了解化學語言和符號，并掌握長鏈有機物的命名及成鍵規則。此外，新加坡國立大學的化學教育者最近開發了一種方法，將化學模擬軟件融入實驗教學，改進了當地的教學策略。在國內，安徽醫科大學提出將Gaussian模擬軟件用于波譜分析的教學，利用模擬光譜有效區分出手性對映異構體[4]。此外，重慶文理學院采用化學模擬軟件輔助反應機理的教學也取得很好成果[5]。然而如何融合模擬計算更形象的呈現材料有機化學中的抽象模型，相關報道較少，亟需我們進行深入的研究探討。筆者自高校工作以來一直從事材料有機化學的教學科研工作，對材料化學課程的現狀以及突破點有一定的理解，因此提出以模擬軟件輔助材料有機化學的教學模式。BIOVIAMS擁有一套完整的建模和模擬環境[6]，包括：量子力學、分子力學、分子動力學、介觀動力學等，旨在讓材料科學和化學領域的研究人員預測和理解材料的原子和分子結構性質及其表現出的宏觀性能。眾多科研人員正在利用MS軟件設計開發各種類型材料，包括催化劑、聚合物、復合材料、金屬、合金、制藥、電池等。本文筆者將闡述自己在材料有機化學教學中，采用理論模擬輔助教學的一些實例，包括發展三維立體教學，通過MS這一可視化模擬軟件，在線搭建三維長鏈分子及其空間構型，更直觀的獲取材料分子的結構信息；為化學反應提供可視化的動態過程，讓學生對反應歷程、過程機理有本質性的理解。實踐證明，將模擬軟件融入材料化學的教學中，充分調動了學生的學習激情，提高了學生對基礎知識的深入理解。

4軟件模擬在材料有機教學中的應用實例

4.1分子三維結構的在線搭建及其空間結構分析

在材料有機化學課程中，分子結構、同分異構體以及立體異構體等是一個重要概論。初次接觸的學生往往會由于缺乏空間想象力，而無法在腦海中操縱、旋轉復雜這些結構。利用MS中Visualize模塊可以繪制分子的微觀結構以提升學生對空間想象力的培養。圖1可視化的有機分子及其空間結構Fig.1Visualizedorganicmoleculesandtheirspatialstructure如圖1a中，我們可以看到不同雜化方式的碳原子，并且能夠從三維角度觀測它們的空間構型。再如，判斷同分異構體的構象是教學中的一個重難點。我們知道同分異構體是由于分子中單鍵的旋轉而產生了相同原子而不同排列形式的構象，同分異構體間的化學性質截然不同。如圖在1b-c中，如何判斷1,2-二氯代丁烷兩種同分異構體的內內消旋性？MS模擬軟件可以輕松解決該教學問題。首先通過在MS繪制出1,2-二氯代丁烷的兩種空間構象，可以清楚看到圖1c中的對稱性是由不對稱性的碳原子引起，因此具有內消旋性，即為(2R，3S)1,2-二氯代丁烷。以上僅僅是簡單分子的繪制，MS的功能強大在于它特別適用于復雜分子的繪制，如碳納米管、C60、石墨烯等，如圖1d。MS可以自定義的繪制任何有機物質，該軟件的工具欄提供了多種雜化方式的碳鍵，方便在教學中隨意的切換。利用該套繪制分子空間結構的功能，學生能夠從不同角度觀察分子的空間結構及成鍵方式，從而輕松解決材料化學中涉及鍵長、鍵角、軌道、電荷分布以及原子共平面等問題。通過在線搭建不同空間構型的有機化學分子，學生甚至可以遠程親手操控、旋轉、增減該結構，加深對雜化理論以及同分異構的理解，極大增強對材料有機化學學習的興趣。

4.2模擬計算分子間作用力

分子間作用力是指作用于原子和它相鄰粒子之間的引力或斥力。分子間力相對于分子內力來說是很微弱的，主要包括氫鍵、配位鍵、范德華力、共價鍵、色散力等。深入理解分子間作用力對于材料有機化學學習非常重要。這里筆者將以氫鍵為例，闡述模擬計算在識別氫鍵中的有效作用。氫鍵指的是一個氫原子與一個電負性高的元素(通常是氮、氧或氟)以共價鍵的形式結合，鍵能介于成鍵作用和非鍵作用之間，常被描述為偶極-偶極鍵的一種極端形式。實際中，氫鍵的形成需要滿足一定距離和角度要求。如何判斷是否有氫鍵形成以及氫鍵形成的數量是判斷材料穩定性的一個關鍵。在模擬計算中，通常根據以下兩個標準進行氫鍵形成的判斷(圖2a)：(1)施體(指與氫原子成健的原子)與受體(指與氫原子形成氫鍵的原子)之間的距離小于等于0.35nm；(2)氫原子-施體-受體之間的夾角小于等于30度。為進一步在課堂上使氫鍵可視化，我們創建了水分子(圖2b)，可以看到幾何優化后的水分子氫氧鍵長為0.96?，鍵角約為104.5度。而后構建1.0kg/m3的水盒子，能量最小化后計算出氫鍵分布。圖2b中氫鍵用藍色虛線表示，可以清楚看到中間水分子形成了3個氫鍵，進一步計算顯示，水相中每個水分子約可形成3.5個氫鍵，跟文獻報道一致。同時該模擬計算也給出了體系內的范德華及靜電作用能分別為27.5kcal/mol，-150.9kcal/mol。MS為體系分子間作用提供了可視化的分析方法，在教學過程中，通過該套算法搭建分子間微觀作用力與材料宏觀性能之間的匹配性關系，將材料有機化學教學提升至一個新的高度。

4.3催化反應過渡態計算

過渡態理論認為化學反應中原子排列位置的變化是連續的，從反應物到生成物中間存在一個中間體，即過渡態，該中間體與反應物的能量差為反應活化能(圖3a)。催化劑的加入能有效降低該活化能，使得化學反應更易進行。為了更直觀的描述催化反應過程，筆者常用MS中的量化計算輔助課程講解，使得原本抽象的催化反應歷程具有可視化效果。甘油催化裂解是筆者在教學課堂中常舉得一個例子。眾所周知，甘油蒸汽在沒有催化劑的情況下十分穩定，解離能很大，但是在Co催化作用下，其裂解活化能得以有效降低。為了探討甘油蒸汽在Co0和Co2+界面處的轉化過程，采用量子力學模擬計算甘油催化裂解。如圖3b，計算過程中，由于能量最小化的驅使下，甘油分子最終停留在Co0和Co2+界面處，此時體系最穩定。隨后根據公式計算出甘油四步裂解過程中的能壘數值，并繪制過程階梯圖，如圖3c。根據該階梯圖，我們能清晰的看到甘油分子在界面處的裂解催化所需的能壘最低，即表明此反應最容易發生。材料化學教學中通過該實列的操作展示，學生可以更直觀的看到化學反應是如何一步一步進行的，并且了解每一步都需要克服反應能壘，加深對催化反應及過渡態理論的理解。反應步驟一：CH2OHCHOHCH2OH→CH2OHCHOHCHO*+H2反應步驟二：CH2OHCHOHCHO*→CH2OHCH2OH+CO*反應步驟三：CH2OHCH2OH→CH3CHO*+H2O反應步驟四：CH3CHO*→CH4+CO*

5結束語

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[關鍵詞]農林；無機及分析化學；試題庫

無機及分析化學課程是我國農林院校的一門公共基礎課，以西北農林科技大學(西農)為例，每年有過一半的大一新生(近3000人)要學習該課程，足見其在農林院校的重要地位。一般有如此多學生的課程都會采用統考的方式考試，因此試卷的全面性、公正性、區分度和客觀性就顯得非常重要。然而由于某些原因，部分農林院校仍以人工命題的方式出卷。人工命題方式有其優點，但在當前信息科技越來越發達的時代，其缺點越來越突出。首先，人工命題往往易受出題人的主觀影響，存在對課程內容覆蓋面不全、難度把握不好、重點不夠突出、題目容易跟往年類似或重復等缺點，對學生的考查不夠細致，區分度可能也不好，達不到考試目的[1]。如果情況嚴重，甚至可能造成教學事故。其次，人工命題容易出錯，如符號錯誤、分值錯誤、數據錯誤等。出題人的責任心不同，試卷的質量往往差別很大，責任心強的教師出的試卷質量還比較高，但責任心較弱的老師所出的試卷質量則不能保證。再次，人工命題效率低、成本高。命題一般在教師課程未結束的時候同時進行，教師在上課之余，要花很多時間命題，往往是人付出了很多精力，卻沒有得到相應回報，可能也沒有得優良的試卷[2]。

1試題庫系統結構

我們已進入一個信息科技爆炸的時代，電腦、手機和網絡已是我們日常生活、教學和工作必不可少的工具，農林院校的無機及分析化學課程也應該跟上時代步伐，建立計算機試題庫系統。試題庫系統的優點顯而易見。首先，計算機試題庫系統可有效避免人工命題的諸多缺點，如實現教考分離，更好把握課程內容的覆蓋、難度分布、重點突出、不易出錯等等[3]。再次，機器出卷效率高，只要設置好一些基本要求，就會很快組成試卷。另外，試題庫系統還有其他方面的用途，如滿足學生的日常練習，課程進行過程中，可以利用試題庫系統出一些較簡單的練習題，供學生加深對課程內容的理解之用。最后，考試完之后，考試情況可以反饋給試題庫系統，進一步改進試題庫系統，那么以后的試卷會越來越好越客觀。當然電腦組卷也不是萬能的，如果結合電腦組卷和人工修改，即可結合二者的優點，得到一份優秀的試卷。建立一個優秀的試題庫系統，工作量巨大，需要大量細致長期的工作?？偟膩碚f，試題庫系統首先應該有一套優秀的試題庫軟件，然后問題就在于要采集大量試題，最后就是管理與參與者的長期完善。針對無機及分析化學課程，應該包含以下幾個方面。所示，應該包含四個基本子系統，即題型管理、試題管理、用戶管理和組題管理子系統[4]。題型管理子系統可以設置加入不同類型題目，除傳統的填空、選擇、判斷及計算題之外，用戶可以定制自己的題型；試題管理子系統對試題進行管理、設置難度、歸類等，如批量輸入試題，設置修改難度系數等；通過用戶管理子系統可設置不同權限的用戶，用戶通過網絡可以登錄系統，根據要求使用系統，保證多用戶使用，同時保證安全；組題管理子系統可以設置不同組題方式，產生試卷。另外還有試題質量評價模塊，為考完試后進行評價反饋而設置。

2試題庫系統軟件

試題庫軟件一般通過兩種途徑獲得，即商業軟件和使用者自己編寫。對于非計算機專業的化學工作者來說，編寫一套較好的軟件有一定難度，故采用成熟商業軟件比較可行。不管那種方式，試題庫軟件系統應包括以下方面：(1)界面友好，易于操作管理，功能齊全：試題庫系統不僅管理員使用，普通老師也要用，如出一些練習題、小測驗等。大多數化學老師的計算機水平有限，因此簡單易用的界面能為更多人使用。界面簡單易用的同時，還要保證內容豐富、功能齊全。如題型的設置，普通的選擇、填空、判斷、計算題必不可少，還有其他題型，如概念、證明、小論文之類。另外用戶管理、組題出卷等都要包含。每個題目設置相應的難度系數，組試卷時根據難度系數的分布情況組卷，這樣考試時一般都會比較符合正態分布，難度系數可由管理員修改。(2)化學語言友好：由于化學試題必不可少的出現化學語言，如無機及分析化學課中熱力學部分的熱化學方程式、熱力學函數關系式，原子分子結構部分的分子雜化軌道顯示、化學分子結構式，四大平衡對應的滴定實驗示意圖等。因此試題庫軟件應該正確顯示這些化學語言，兼容CHEMDRAW等化學軟件繪制結構圖，而且必須是WORD軟件友好的軟件，以正確顯示化學語言和數學公式。(3)網絡題庫：試題庫系統不僅在考試時使用，平時也要發揮作用。無機及分析化學課本中的練習題非常有限，學生可能需要做更多些練習題以加強對知識的理解，試題庫系統可以提供網絡練習接口，讓學生可以更靈活地獲取知識。另外網絡題庫可以發揮其交互的優勢，讓學生和教師更好的交互反饋。(4)安全性：無機及分析化學課程為農林院校公共基礎課，因此試題庫軟件的安全性一定要高，如果出現試題泄露、黑客入侵等情況，將嚴重影響教學工作，造成教學事故。因此，軟件系統一定要提供良好的安全性。

3試題采集

試題庫系統的另一大關鍵就是試題的數量和質量，即試題采集。大量試題需要大量人員完成，是一個大工程。有經驗的老教師承擔試題的核驗、確定難度系數、試卷的把關等工作，其他老師可搜集試題，試題翻譯，試題錄入及管理等工作。系統管理可由幾位老師承擔，每位負責某種題型。試題采集是最為繁瑣且龐大的工作，必須由多人承擔，按章節劃分，每1至2位老師負責一章，結合科學前沿有趣的東西，收集翻譯編寫題目。試題采集主要通過以下幾種途徑獲得：(1)已有資料。西農無機及分析化學課程的命題近年都由不同老師輪流命題，教師一般都有出題經歷，有一定量試題資料，因此首先將每個老師的試題資料收集、歸類，就是試題庫的基礎試題。(2)外文課本翻譯。相對于國內課本，國外教科書或參考書中一般都有大量題目，可以聯系版權方，獲得題目的使用權，然后進行翻譯。(3)自編題目。組織教師自己命題，教師根據自己的授課經驗，結合自己的專業特長和學校特點，負責某一章節試題的編寫。(4)另外，試題庫的題型可多樣化，不局限于考試，可引導學生自己動手，查資料寫小論文，將小論文的題目也可加入試題庫共享。

4不斷實踐、反饋和改進

試題庫系統是不斷建設、實踐及完善的長期工程，每次組卷考試后，根據考試情況進行反饋，然后對有問題的部分進行修改，如難度調整等。另外，每年都應該往系統里加入一定量的試題，淘汰陳舊試題，保持更新。經過幾年的改進完善，最終會建設好一個優秀的試題庫系統。

綜上所述，無機及分析化學課是一門農林院校非常重要的基礎課，應該充分重視其考核方式的公平性和客觀性，實現教考分離，淘汰陳舊的人工命題方式，有效組織起來，建設試題庫系統進行組卷考試。

作者:蒲亮 張忠 王文己 楊正亮 單麗偉 單位:西北農林科技大學

參考文獻

[1]袁東華．高校試題庫、試卷庫建設問題的思考[J]．黑龍江教育，2013，4：77-78．

[2]陳紅兵，賈俊仙，武英耀，等．創建農業院?；瘜W網上試題庫的探討[J]．高等農業教育，2002，138(12)：50-51．

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關鍵詞：室內污染物；種類；來源；危害；防治

【分類號】：X6.3

由于室內裝修引入能釋放有害物質的污染源或室內環境通風不佳，導致室內空氣中有害物質無論數量上還是種類不斷增加，并引起人的一系列不適癥狀的現象，即為室內空氣受到了污染[1]。就環境污染對人體健康的影響而言，由于人們生活、工作在室內環境的時間長，室內通風狀況不良、不利于污染物稀釋擴散自凈等原因，室內環境質量比室外環境質量顯得更為重要。

室內主要污染物來源及危害

《室內空氣質量標準》和《民用建筑室內環境污染控制規定》的控制項目不僅有化學性污染，還有物理性、生物性和放射性污染。其中范圍最廣、影響最大的莫過于甲醛、苯、氨氣、揮發性有機物、放射性氡這五類物質[2]了。

甲醛：化學分子式HCHO，也是近年來國內消費者及媒體最為關注的室內空氣污染物?？諝庵杏坞x甲醛是一種無色、具有刺激性且易溶于水醇、醚，其40%的水溶液稱為"福爾馬林"，具備防腐作用。而正是由于它的防腐（防蟲）作用，甲醛被廣泛應用于各種建筑裝飾材料之中。甲醛的熔沸點很低，因而很容易從裝修材料中揮發出來，甲醛的危害很大，居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08mg/m3[3]，當室內空氣中的甲醛含量超過 0.06mg/m3 時就有異味和不適感，造成刺眼流淚、咽喉不適或疼痛、惡心嘔吐、咳嗽胸悶、氣喘甚至肺水腫；達到 30mg/m3，會立即致人死亡。而長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、結腸癌、腦瘤、月經紊亂、細胞核的基因突變，引起新生兒染色體異常、白血病、青少年智力下降。

氨氣： 氨的化學式為NH3，是一種無色且具有強烈刺激性臭味的氣體，比空氣輕 （ 比重為 0.5） 。氨是一種堿性物質，溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力。部分人長期接觸氨可能會出現皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；短期內吸入大量氨氣后可出現流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重者可發生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時可能發生呼吸道刺激癥狀。

苯（苯系物）： 苯系物也是為人們所關注的室內空氣污染物，苯（C6H6）、甲苯（C7H8）、二甲苯（C8H10）為無色透明油狀液體，具有強烈芳香的氣體，易揮發為蒸氣、易燃有毒。苯被國際癌癥研究中心確認為高毒致癌物質，對皮膚和粘膜有局部刺激作用，吸入或經皮膚吸收可引起中毒，嚴重者可發生再生障礙性貧血或白血病。

總揮發性有機化合物（TVOC）：TVOC是空氣中三種有機污染物中影響較為嚴重的一種。TVOC可以分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。它們都以微量和痕量水平出現，所以容易被忽視。VOC是指室溫下飽和蒸氣壓超過了133.32pa的有機物，其沸點在50℃至250℃，在常溫下可以蒸發的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會影響皮膚和黏膜，對人體產生急性損害。TVOC可有嗅味，有刺激性，而且有些化合物具有基因毒性。世界衛生組織（WHO）、美國國家科學院/國家研究理事會（NAS/NRC）等機構一直強調TVOC是一類重要的空氣污染物。

氡：氡由放射性元素鐳衰變而生成，是一種放射性氣體。近年來對氡的關注主要來自于媒體對石材放射性的報道。人體吸入氡后，衰變產生的氡子體呈微粒狀，會吸入呼吸系統堆積在肺部，沉淀到一定程度后，這些微粒會損壞肺泡，進而導致肺癌。但并不是說生活在這種情況下的人都會得癌，一般從受到氡的照射到肺癌發病之間可能要經過幾年時間。

室內空氣污染的防治措施

1合理布局及分配室內外的污染源

為了減少室外大氣污染對室內空氣質量的影響，對城區內各污染源進行合理布局是很有必要的。居民生活區等人口密集的地方應安置在遠離污染源的地區，同時應將污染源安置在遠離居民區的下風口方向，避免居民住宅與工廠混雜的問題。

2 裝修材料選擇上要嚴格把關

在選擇裝飾材料時，要謹慎地控制污染嚴重有毒的材料作為裝飾材料，減少污染物的產生。如選擇對人體無害的天然建筑材料，或有主管部門核發合格證的綠色環保證書的化學合成材料。當材料用量大時還應進行必要的抽檢和復檢，重點應以控制有害氣體和揮發性有機化合物、放射性物質的含量為主要內容。

3 加強室內通風換氣次數

對于甲醛、室內放射性氡物質等，應加強通風換氣次數，尤其是對甲醛的污染治理。室內放射性氡的濃度，在通風時其濃度會下降；而一旦不通風，濃度又繼續回升。因此保持居室場所的通風換氣是必須的，它可以保持室內污染物濃度低于一定的水平，保持室內空氣的清潔。

4用綠色植物治理室內污染

養花愛花，是中華民族的傳統。古往今來，人們精心地將花種植在陽臺，或培育于花盆中，擺設在窗臺、走廊等處，供作欣賞，不僅美化了環境，更可凈化空氣，減少污染。、吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、蘆薈等植物均可吸收和清除不同的化學污染物。

5進行必要的室內環境檢測和空氣處理

室內污染， 其實是化學污染， 所以， 不能簡單地憑氣味感覺來判斷， 必須借助于專業設備由專業人員進行分析處理。室內污染以投入使用的第1、2年危害性最大， 采取自然通風方式并不能根本和完全處理這些污染， 所以， 室內污染一定要及時進行室內污染治理。

總結

室內裝修等造成的室內空氣污染及其防治措施是一個常新的研究課題， 室內污染的防治應以事前控制為主，事后處理為輔， 雙管并重， 雙管齊下， 在事前控制中， 研究開發綠色環保建筑裝飾裝修材料， 實現最大限度的降低污染物的排放量， 是減少裝飾裝修材料產生室內空氣污染，改善室內空氣質量的有效措施， 也是最根本的措施； 同時也必須注重建筑裝修完成后投入使用前的污染處治， 把裝飾污染對人的健康危害控制到最小程度。

參考文獻

[1] 朱天樂.室內空氣污染控制[M].北京： 化學工業出版社，2003.

篇10

關鍵詞 視頻公開課 建設 思考

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Construction and Thinking of "Life and Chemistry" Video Open Class

LIU Zheng， LI Heping

（College of Chemistry and Bioengineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）

Abstract In this paper， take Guilin University of Technology "life and Chemistry" video open class building for example， describes the characteristics of video open class and constructive and video open class curriculum design， classroom teaching， organizational shooting ways and means.

Key words video open class； construction； thinking

化學作為一門基礎科學，無論是理科生還是文科生，通過中學階段的學習都已經具備了一定的基礎知識。然而在現實生活中很多大學生缺失生活中的化學常識，這種缺失在一定程度上影響了大學生科學素養和環境意識的提高?！吧钆c化學”選修課就是為達到提高大學生科學素質的目的而開設的。課程主要以發生在人們身邊的各類現象以及化學在日常生活中的應用為線索，從化學角度給予科學的解釋。具體的授課內容涉及人類的衣食住行中與化學密切相關的生活實用知識，并結合各種媒體已有的現代生活的化學信息，兼具趣味性和實用性，內容貼近生活，與時代同步。通過本課程的學習，使學生深切體會到化學就在他們的身邊，提高基本科學素質，同時分析問題和解決問題的能力也得到一定程度的提高。

桂林理工大學“生活與化學”課程開設于1998年，計劃學時32學時，是面對全校學生開設的選修課，授課對象為本校非化學化工類專業的學生，涉及地球科學學院、環境科學與工程學院、材料科學與工程學院、土木與建筑工程學院、測繪信息學院、機械與控制工程學院、信息科學與工程學院、人文社會科學學院、管理學院、旅游學院、藝術學院、外國語學院、理學院等十三個學院的40多個專業，每年近1000名學生選修這門課程。選用在國內有一定影響力的，由曹振宇、程順達編《化學與現代生活》和王夔等編《化學與社會》作為教學的主要參考書。

長期以來，我們將“生活與化學”與同樣為非化學化工類專業開設的國家級精品課程“普通化學”共同建設，使“生活與化學”教學質量有了極大的提升，在培養大學生科學素質方面發揮了極大的作用。2013年“生活與化學”課程入選桂林理工大學視頻公開課的立項建設計劃。經過一年的建設，使我們對視頻公開課在拍攝內容的設計、授課特點、拍攝組織、字幕撰寫和后期制作等方面有了一定的體會，下面談談我們對建設視頻公開課的一點思考，與同行們分享。

1 視頻公開課的特點和建設意義

2003年，教育部啟動了高等學校教學質量與教學改革工程精品課程建設工作， 至 2010年，國家財政部和教育部評選與支持建設國家級精品課程有4000多門，經過“十一五”八年的時間建設，全國各高等學校“精品課程建設”，總體質量已達到較高的水平?！笆濉逼陂g，教育部、財政部決定繼續實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”（教高〔2011〕6號），組織建設包括精品視頻公開課、精品資源共享課等建設項目在內的“本科教學工程”。①②視頻公開課是在現代教育理念與新興媒體技術促進下的公開課的一種新形式，是教育電視網絡傳輸的新類型，是精品課程教學錄像的豐富和發展。精品視頻公開課的課程定位是“以大學生為服務主體，同時面向社會大眾免費開放的科學、文化素質教育網絡視頻課程與學術講座”， 精品視頻公開課的建設理念主要體現在能“推動高等教育開放，廣泛傳播人類文明優秀成果和現代科學技術前沿知識，提升大學生及社會大眾的科學文化素養，服務社會主義先進文化建設，增強我國文化軟實力和中華文化國際影響力。”這一定位和理念與“十一五”期間的精品課程建設不同，同時精品視頻公開課在主講教師、課程內容、傳播渠道、傳播受眾等方面具有鮮明特點。③

2 視頻公開課內容設計

從各高校在高等教育出版社下屬的“愛課網”已上線的精品視頻公開課內容來看，課程內容的選題大多數集中在中國傳統文化、科學技術和社會熱點等題目上，課程內容不是太專精，而是具有普及性，這些課程的受眾既有高校學生，也有社會大眾的特點所決定的。選題確定后，一般根據選題（主題），設計各節課（或專題）的具體內容。首先，內容的設計要有思想性、科學性和啟發性；其次，內容設計要凝聚精華、引人入勝和時間適宜；最后，內容的展現適合于網絡傳播。④根據以上思路，我們選定了“生活與化學”課程中的“中國古代化學科技成就”為主題，將這一選題分為“火藥發明和化學成就”、“造紙術發明和化學成就”、“中國古代陶瓷工藝中的化學成就”、“中國古代金屬的冶煉和鑄造技術” 和“中國古代本草學中的化學成就”五個專題（五節課），這五個專題，內容相對獨立，各專題之間又有一定聯系。我們查閱了大量的相關文獻，精心設計課內容，努力使同學通過學習這門視頻公開課后，能夠了解我國古代化學科技發展的歷史，同時也可以汲取化學科技史中蘊涵的科學思想，樹立科學的世界觀。

3 視頻公開課的課堂教學特點

國外名校網絡公開課課堂教學最大的特點是課堂教學是一個開放探討的過程，是一個交流思考的過程。⑤因此，我們在準備視頻公開課時，加強了對視頻公開課教學方法設計的研究，采用啟發式、問題式、案例式、引導式、探究式多種教學方法組織教學，激發學生的學習興趣，如以大量的中國古代化學科技成就作為案例、以火藥、造紙術、陶瓷工藝的發明過程作為探究素材，設計多種富于啟發式的問題，極大活躍了課堂氣氛，營造了一種輕松、自由的學習氛圍，提高了視頻公開課的教學質量。

4 視頻公開課拍攝組織，字幕撰寫和后期制作

教育部高等教育司制定了《精品視頻公開課拍攝制作技術標準（2013年版）》，我們在視頻公開課拍攝過程中，嚴格按照此標準進行。首先主講教師根據視頻公開課內容，精心制作PPT，確保沒有文字方面的錯誤，要有學校 LOGO 標題，并請多媒體課件制作專業人員對PPT進行美化修飾，以確保在拍攝時能有一個良好的效果；其次，主講教師在拍攝前認真備課，熟悉教學內容，設計教學方法，把握好拍攝時間（30～50分鐘），努力提高授課質量；第三，選擇專業人士進行拍攝，采用高清數字設備，3機位以上進行多角度拍攝，選擇好錄制場地，特別要注意錄制場地環境，不要在鏡頭中出現有廣告嫌疑或與課程無關的標識等內容；第四，拍攝時，授課教師著裝要莊重得體，同時在拍攝前，要對參加拍攝的學生進行動員，講清拍攝的注意事項；第五，要高度重視包括字幕在內的后期制作，特別是唱詞文件的制作，要認真校對唱詞，每屏只有一行唱詞，每行不超過20個字，唱詞中的數學公式、化學分子式、物理量和單位，盡量以文本文字呈現，并與拍攝人員密切配合，制作獨立的SRT格式的唱詞文件。

5 結束語

視頻公開課在我國剛剛處于啟步階段，與國外的視頻公開課相比，還有一定的差距，但網絡資源課程是中國開放教育的必然結果和新的起點，同時視頻公開課也強化了大學服務社會、傳播文明的基本職能。視頻公開課的制作必然為中國開放教育奠定良好的基礎。

基金項目：桂林理工大學視頻公開課建設立項項目（桂理工教[2013]22號）

注釋

① 朱志偉.精品視頻公開課建設的探索與實踐[J].黑龍江教育，2013（7）：42-43.

② 劉廣，鄭重.中國大學精品視頻公開課的現狀，特點與發展策略[J].現代教育技術，2012.22（10）：15-18.

③ 張凱，陳艷華.大學視頻公開課示范效應分析與思考[J].中國遠程教育，2013（1）：82-88.