时间:2023-03-13 11:10:36
绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇绿色化学与生活论文,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
关键词:化学复习;立足生活;生本课堂
化学让学生从生活走进化学、接触化学、学习化学。十多年的化学教学经验告诉我,要学好化学,必须从生活出发,上面两点仅是代表性的,除此之外,还应从以下几方面狠下工夫。
一、捕捉生活现象,引入化学问题
因为许多化学反应和化学原理在生产和生活中都可以找到它们的影子。因此,在设计教学内容时,教师要有意识地将教材中的相关知识与学生的生活实际紧密联系起来,捕捉适宜的生活现象,引入新知,进而提炼出化学问题。
例如,新买的铝壶烧过自来水后有黑色斑点。这些奇妙的现象激起学生的好奇心后,就能促使他们去学习掌握铝和氧气容易发生化学反应的性质。由于有了跟学生的生活实际紧密联系的导入,学生对于新知的学习就有了积极性和强烈的求知欲,兴趣自然而生。
二、创设生活情境,感受化学问题
化学是人类在长期的社会生产生活实践中发展起来的,它与人类的生产生活疾病预防和社会的发展息息相关。
在教学时,我们要注意从学生熟悉的生活情境中,选择学生身边常出现的、生动有趣的、有利于学生探究的问题,创设鲜明的问题情境作为素材,以激发学生的兴趣和动机。比如,家中敞开的食盐为什么会变潮?在城市的街道和高速路上撒的物质为什么会使雪融化?等等,通过大量具体的、真实的生活事件,引导学生感受、体会和了解化学问题。
三、参与生活实践,认识化学问题
“实践出真知。”实践是学生学习化学的重要环节,是知识理解的延伸与升华。任何束缚学生手脚、只允许他们苦思冥想的教学方法都是不科学的。只有让学生充分进行生活实践,才能使学生真正明白所学知识的价值。例如,结合空气、水、酸、碱、盐及氧化物等内容的学习,组织学生对本地区的环境状况(饮用水、空气、土壤等)、空气的污染状况、污水处理厂的流程和原理、周边农村地区施用化肥和农药的具体情况等进行调查,组织学生关注以上与化学相关的焦点新闻并从网上查询分析原因。通过这些实验和调查活动,运用化学原理积极展开思维,不仅能使学生树立绿色食品、绿色环保、绿色化学的意识,而且可逐步提高分析问题、探究问题和解决问题的能力。学生去亲身体验,在实践活动中就能理解知识,进而掌握知识。
四、运用化学知识,解决生活问题
《义务教育化学课程标准》指出,使学生“正确认识科学、技术与社会的相互关系,能运用所学知识解释生产、生活中的化学现象,解决与化学有关的一些实际问题,初步树立社会可持续发展的思想”。
新教材努力从化学的视角去展示社会的可持续发展,培养学生对自然和社会的意识感、责任感,用科学、技术、社会相联系的观点引导学生认识材料、能源、健康、环境保护与化学的关系,逐步培养学生形成综合的科学观和对有关的社会问题做出判断决策的能力。
所以,化学教学不仅要从学生的生活中提出具体的化学问题,还必须结合现实生活中的实际问题,让学生运用化学知识和化学的思维方式方法去看待、分析与解决,从而使学生体验到学习化学的价值,进一步感受到化学与现实生活的紧密联系,提高学生的实践能力,从而培养学生观察自然和社会的能力,树立正确的化学观。当前,我们正在全面推进生本课堂,通过这样的方式,不仅能提高学生学习化学的热情,还能教会从多个角度去思考、探究化学问题。这种开放型的教学方式正是新教材所倡导和要求的,这样使学生受益匪浅,从而感知化学学科的重要性,特别是化学与生活之间的紧密关系。
参考文献:
[1]吴俊明.新课程理念与初中化学课程改革[M].东北师大出版社,2002-06.
2008年上海高考第12题取材于笔者在《化学教学》发表的论文“试纸上的微型电解实验”[1], 该题依据实验中的现象,由于采用简单易行的微型化学实验操作,实验真实性得以显现,在知识与能力的考查基础上更加培养学生科学求实的态度。
自从29届国际奥林匹克化学竞赛实验试题采用微型化以来,国内各类化学试卷中都不同程度地出现以微型化学实验为背景的题目。试题中的信息在学生中快捷、广泛地传播;从以微型实验为情境的化学习题入手,另辟蹊径,可以展现微型化学实验仪器的应用,表达绿色化学的设计理念。
从期刊的影响力出发,笔者从目前化学教育研究领域比较权威的三刊(《化学教学》、《中学化学教学参考》、《化学教育》)以及以实验仪器研究为特色的期刊《教学仪器与实验》中的微型化学实验论文中取材,从不同角度出发编拟化学习题。
1以微型反应装置创设情境
如同常规实验装置的组装目的一样,微型实验仪器同样可以完成气体的制备、物质的合成、气体的干燥和净化、尾气的吸收等基本操作。以此创设化学试题情境,考查基础知识、基本技能。表面上看,只是提供给学生化学常规实验装置的缩微化,但仪器的微型化给解题带来了陌生感,尤其是仪器体积小带来的特殊操作细节,例如试剂的取量、反应程度的控制、尾气处理等――这些都是实验论文作者阐述的实验注意点,也恰是学生在实验操作中容易忽略的因素。
例1、硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体,采用常规仪器进行制备和性质检验,常因气密性不佳而对环境产生污染。周老师采用六孔井穴板和注射器组装出以下微型反应装置(如图1所示),向各井穴加入指定的试剂与物料,然后用生料带缠绕井穴塞1-2圈后插入6 孔井穴板的井穴中并旋紧塞子,使井穴塞紧密地盖住井穴,以细乳胶管把前一单元出气管与相邻单元的进气管逐一连接起来,保证没有硫化氢泄漏。该实验无需通风橱即可进行,对反应废物摸索了实验后处理方法,体现了绿色化学实验的要求[2]。
(1)1号井穴里装有少量FeS固体,实验装置按图搭建完毕后,把吸有稀硫酸的注射器缓缓下推,就可以有连续平缓的气流产生。请问1号井穴孔发生反应应为_______________________________。
(2)2号井穴内只放入一张湿润的白色醋酸铅试纸,且“短管进、长管出”。其作用是(填写两点):____________________________________。
(3)3号井穴孔盛放少量溴水,其主要作用是证明H2S的____________________(能呈现出该性质的),还可以用____________________溶液代替。
(4)4、5、6井穴孔分别盛放了0. 1 mol・L-1 ZnSO4、0.1 mol・L-1 CdSO4、0. 1 mol・L-1 CuSO4溶液,在实验中分别产生了白色、黄色和黑色沉淀,说明了这些金属硫化物的________(性质)。
(5)7号井穴孔盛有________(填写药品),其目的在于____________________。
评点:该题主要考查硫化氢气体的制备、气体检验、性质验证、尾气处理等。一切都基于基础知识、基本技能,只是通过微型化学实验装置呈现情境。
答案:(1)FeS+2HCl=FeCl2+H2S; (2)缓冲作用(安全瓶), 检验硫化氢气体; (3)还原性, 酸性高锰酸钾; (4)难溶性; (5)NaOH溶液,吸收尾气
例2、“电凝聚气浮法”是一种工业上处理废水的常用方法,我们用塑料多用滴管作为载体,以微型实验的形式呈现了该方法的原理。先在100 mL烧杯中加约50 mL蒸馏水,再添加3滴CrCl3溶液作为无机污染物,另加少许泥沙和硫酸钠,用玻璃棒搅拌使之浑浊,得模拟废水,标记为A。用塑料多用滴管吸取废水A,从液泡两侧分别插入两根大头针(两针不相互接触), 用鳄鱼夹、 导线将两根大头针与电池(9V)相连,即可对废水进行电解[3]。
(1)电解开始,阴极释放出大量气体,请写出电极反应式________________________________;
(2)阳极现象不明显;片刻后,溶液中生成大量绿色沉淀,随着阴极气泡大量逸出,绿色沉淀随之上浮至液面。已知大头针主要成分为铁,请推测阳极可能发生的两个反应式为:____________;
(3)绿色沉淀中不仅包括由阳极产生物与溶液酸碱性变化而生成的不溶物,还包括沉淀_______(填写化学式),这就表现出对污水中的金属离子进行清除。
(4)本实验中在电解液中添加硫酸钠的目的是____________________。
(5)另取一份相同废水,滴加3滴苯酚溶液作为有机污染物,再加3滴亚甲基蓝使其显示颜色,添加食盐至饱和,标记为B;用塑料多用滴管吸取废水B,采用如上图的装置,只不过将阳极大头针更换成全活动铅笔专用笔芯,在电解后的溶液中滴加FeCl3溶液不发生显色反应,说明____________。更换阳极材料原因是__________________________(用电极反应式说明);
评点:化工生产是化学教学的重要内容,但一直是实际教学中欠缺的,通过微型化学实验模拟实际问题可以帮助中学生了解化学与技术、体会时代性增强学生学习的使命感和责任感。该类试题适用于《化学反应原理》模块的“电解池”、《化学与技术》模块中的“水处理技术”、《化学与生活》模块中的“化学与环境保护”,以及《实验化学》模块中提出的“能发现学习和生产、生活中有意义的化学问题,并进行实验探究”。
答案:(1)2H++2e-H2; (2)Fe-2e-Fe2+,Fe2++2OH-Fe(OH)2; (3)Cr(OH)3;(4)增强导电性; (5)苯酚在阳极释放的强氧化性气体作用下已发生了转化,避免阳极材料本身被氧化。
2以微型实验引导实验改进思维
在各大期刊发表的微型化学实验论文多为一线化学教师或高校实验研究者发表,如果只是简单地在学生面前重现这些素材,对他们自身的实验素养提高有限;而通过试题的巧妙设置,将学生也引入到对实验的设计思路中去,有利于提高他们对微型化学实验的深刻认识,也有利于他们创新思维的发展。
微型化学实验不是常规实验的简单缩微或减量,而是要在微型化的条件下对实验进行重新设计和探索,达到以尽可能少的试剂获取尽可能多的化学信息的目标。
例3、用一个小注射器和小塑料反应管做反应仪器,两者中各有一种化学物质,反应后将注射器针头扎入一根带火星的香烟里推动活塞,发现窜起一大串火苗[4]。请问,塑料试管中盛放药品为________,注射器中盛放____________药品。该实验可以代替常规实验中的实验是_______________。
评点:注射器是化学实验改进中常用的替代品,在微型化学实验中常常需要挖掘其功能进行设计,在命题中应用中能帮助学生体会到。图3中的注射器代替分液漏斗,图4中的注射器起到氧气收集的作用。
答案:MnO2,双氧水,氧气的制备和氧气的助燃性质
3以微型实验题干提供探究和评价的平台
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近年来科学探究实验在化学新课程考试中广被重视,这些实验题不再象以往的实验题平铺直叙――单纯的“课本知识加实验加填空”,也不象大学知识“下放”的新信息实验题,而是促使考生多想实验的整个过程:“做什么”、“怎么做”、“为什么这样做”、“选取哪些因素作为实验变量”、“可能什么原因”、“还有没有更好的改进方法”、“这样的实验有什么实际用途”等等,更加促使考生像科学家一样进行探索,达到真正考查科学思维的目的。微型化学实验与常规化学实验相比,一样能提供符合教学需要的实验内容,更能提供多个相关实验的优化设计过程和满足使用者自主探究的基本条件[5]。以微型化学实验论文素材命题,为训练学生探究思维和评价能力提供了一个适宜的平台,也为一线化学教师提供了巧妙的探究思路,有助于教师拓宽视野。
例4、紫甘蓝,又名紫卷心菜,所含花色苷色素的颜色会随pH改变,一般遇酸变红,遇碱变绿。向点滴板上一凹槽滴加一滴紫甘蓝汁,再滴加一滴硫酸钠溶液,用连接导线的鳄鱼夹各夹住一根铅笔芯,将电极一端浸入紫甘蓝汁液面以下[7]。
(1)当导线分别与电池两极相连,发生现象是:
阳极_______________________________;
阴极_______________________________。
用铅笔芯将两极所在位置的溶液搅拌均匀,发现整个液滴呈现紫色,(用离子方程式)说明发生反应为_________________________________;
(2)若采用大头针作为______极电极,则对以上实验现象有极大干扰,这是因为_____________;
(3)以各类典型的酸碱盐溶液作为辅助试剂加入紫甘蓝汁中,以铅笔芯作为电极进行电解。请预测实验现象并完成下表1:
(4)将添加NaCl溶液的甘蓝汁电解后溶液搅匀,最终竟然消褪为无色。这是因为__________;
(5)以上实验是以_______、_______作为变量开展的探究活动,如果你是实验设计者,从该实验的特点出发,你还会挑选_______作为变量。(开放性问题,答案合理即可);
(6)如果你是实验竞赛的评委,你将该实验与你们常见的电解实验对比,请提出一些评价意见(至少写出两点,开放性问题,答案合理即可)。
评点:微型化学实验试题取材于实验探究论文,突出真实性;注重实验条件,突出思考性。本题不仅以紫甘蓝汁作为创新情境考查电解规律、中和反应等基本原理,还从异常现象原因探究、变量控制等角度促使学生对实验原理进行深层思考,并且通过开放性的问答培养学生评价和鉴别能力。
答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+; 2H2O+2e- H2+2OH-; H++OH-=H2O; (2)阳极;作为阳极的金属电极比水更容易被氧化,产生有色离子如亚铁离子、铁离子对甘蓝汁颜色有干扰; (3)电极附近溶液变紫,有气泡产生;电极附近有大量气泡产生;紫色;迅速冒出刺激性气味的气泡,电极附近溶液变红;迅速冒出气泡,电极附近溶液变红; (4)电解NaCl溶液阳极产生的Cl2将电解对象漂白; (5)电极,电解质溶液;载体、电解体系等; (6)参考评价意见:评价之一:紫甘蓝汁不仅充当电解对象,还兼作实验中的酸碱指示剂,一举两得;评价之二:该微型实验只采用了一滴紫甘蓝汁液作为电解对象,降低成本,操作方便,大大减少了实验时间,适合学生自己动手操作观察探究;评价之三:紫甘蓝汁取材于纯天然,整个实验用量又是微量,所以充分体现绿色环保的理念;评价之四:实验现象明显,有利于学生加深对电解本质的理解。
4 反思
在科学教育中引入习题的初衷是巩固和加深对知识的理解,考查学生掌握知识的水平,培养学生应用知识解决问题的能力。每一道习题都是从原始问题抽象而来,然而有相当一部分已经把其中的一些次要细节、非本质的联系舍去,也没有将科学现象与事实作为背景,甚至完全脱离科学现象,学生思维的一部分已经被习题编制人员“越俎代疱”地完成了。同时,习题教学还存在着模式化倾向,缺乏科学思想的分析,太重视程序与计算、熟练与技巧。因此,在一定意义上说,我国学生创造能力的匾乏是习题教学的直接后果。事实上,科学最重要的基础是源自实验现象的,首都师范大学专家曾提出通过引进原始问题来逐步使习题教学与原始问题教学相结合,从而达到提高科学教育效能的目的。而发表在各种期刊上的实验论文能表现论文作者所作出的技术性和认知性研究的原始工作,是教学科研过程中的一种生成资源[8],也是原始问题的一种表现形式。笔者近年来以微型化学实验为主要研究方向,并尝试将所设计的原创实验素材融合入课堂教学、探究活动中,发现对提高学生解决问题能力、实验分析评价能力有较明显的促进作用;于是进而取材命题,抛砖引玉,目的之一是及时推广课程改革中来自教学一线和高校专家的实验研究经验,从而使研究成果迅速转化为“生产力”,不断推动实验教学研究工作向纵深发展;更希望这些原汁原味的实验素材呈现出反映科学概念、规律本质的原始问题和未被加工的典型实验现象和事实,使学生大脑充分开放、思维触角充分发展,体会到与原论文作者研究过程中类似的思路和体验,甚至在条件允许前提下,用微型化学实验这种耗材少成本小的实验手段完成符合绿色化学理念的验证、改进和探究,达到知识升华的目的。
建议化学命题者可以认真研究各种期刊登载的微型化学实验专题文章,将其素材开发为创新试题:具有提问多样化、知识探究化、信息情境化以及形式开放化等多方面特点,为促进化学习题教学提供优质的题材[9],同时也促进微型化学实验能在中学得到普遍重视和合理应用。
参考文献:
[1]陈凯,张丽娜,龙琪.试纸上的微型电解实验[J].化学教学,2008,(4):10.
[2]周宁怀,屠小燕.一类气体制备与系列反应的微型装置[J].化学教学.2000(12):8~10.
[3]陈凯,刘少贤,张丽娜.电化学法处理废水的微型模拟实验[J].教学仪器与实验,2008,(10):39~40.
[4]陈博,陈凯,胡益民.有关烟草的化学实验集锦[J].中学化学教学参考.2008.(7):46~47.
[5]宋心琦.关于发展和推广微型化学实验的一点看法[J].化学教学,2008,(2):1~2.
[6]陈凯,龙琪,张丽娜.一滴紫甘蓝汁的微型电解实验[J].化学教育,2008,(8):65~67.
[7]邢,陈清梅.从习题到原始问题:科学教育方式的重要变革 [J].课程.教材.教法.2006.(261):56~60.
[8]易章和.充分利用生成资源命题推进化学课改评价研究[J].化学教学,2005,(10):41~43.
1 以人为本,注重拓展实验的趣味性
人的创新能力的形成和发展,在一定程度上取决于他的心理动因,即以需要为核心,以兴趣、情感等为内容的心理动因。兴趣是一个人力求认识、研究、获得某种事物或进行某种活动的倾向,它能推动人去寻求知识或从事某种活动,开阔眼界,使人的积极性和主动性得到充分的发挥。由于兴趣不是与生俱来而是后天学来的,因此,增强化学实验的趣味性就显得尤为重要。例如在“蜡烛燃烧的探究”过程中,引导同学们进行下列拓展性探究:
1.1 问题情境。点燃蜡烛,将短玻璃导管插入焰心,发现另一端也可以点燃,说明导管中一定有可燃性气体,气体的成分可能是什么呢?
1.2 作出大胆猜想与假设。学生们经过讨论,认为这种气体:①可能是蜡烛不完全燃烧时产生的一氧化碳;②可能是蜡烛受热后产生的蒸气;③可能上述两种情况都有。
1.3 设计实验方案。学生们设计出各种实验方案,经讨论后,认为下列这个方案既巧妙,又简单:换一根较长的玻璃管,用湿毛巾包住导管,然后一端插入焰心,在另一端点燃。若导管口有火焰,拿掉湿毛巾,导管内无冷凝固体,则证明它是一氧化碳;若导管口不能点燃,拿掉湿毛巾,有冷凝的固体,则证明它是石蜡蒸气;若气管口有火焰,火焰较小,拿掉毛巾,导管内有冷凝的固体,则证明气体中既有一氧化碳,又有石蜡蒸气。
1.4 观察与思考相结合,完成实验,给出合理的解释与结论。通过实验,学生得出第二种可能性成立,玻璃管中的可燃性气体是石蜡蒸气。而另两种可能性被排除了。
1.5 反思与评价,交流与分享。通过探究活动,部分学生发现自己设计的实验方案与上述实验方案相比,设计得不够合理、简单,存在着差距,认识到在今后的学习中,要不断培养自身的自主探究的能力。学生以各种方式将自己的收获、体会、感想表达出来,如写成小论文、写成实验报告、制作出PowerPoint、上传到网页上等等。
2 源于生活,注重拓展实验的生活性
化学与实际生活的联系非常密切,化学知识渗透在实际生活的各个方面。在中学阶段,接触社会的机会有限,通过实验来了解化学在实际生活中的应用,可以说是一条很好的途径。
2.1 实验内容的生活化。结合生活情境,鼓励学生发现化学问题,提出自己的观点和猜想,并设计探究实验来验证猜想,对实验进行反思和评价。例如,在生活中,对真假红葡萄酒的鉴别,有一个巧妙、简单的方法:在两杯酒中分别加入适量食用的纯碱,如果酒的颜色加深,变成深蓝色了,则是真的葡萄酒,如果酒的颜色没有明显变化,就说明是假酒。这个实验,直观明了地体现出了指示剂在生活中的灵活运用。
2.2 实验用品的生活化。实验的生活化还体现在,在实验用品上使用一些生活中的物品。如家里厨房中的食醋、食盐、纯碱、鸡蛋壳等等都是实用的化学试剂,塑料吸管可代替胶头滴管、导管,家中的玻璃杯,可作为反应容器等。例如用蛋壳和白醋反应制取二氧化碳,用干电池中的金属与稀硫酸反应制取氢气等。通过这些实验的开发、设计,能使学生利用现有的材料开展实验学习,也能启发学生随时利用生活中的物品进行一些简单的实验探索。学生体会到生活离不开化学,了解了化学对个人生活和对社会的重要作用,同时提高了他们学习化学的兴趣。
3 尊重自然,注重拓展实验的绿色性
近年来,人们提出了“绿色化学”这一新的概念。简单的说,绿色化学就是环境友好化学,它的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。绿色化学的着眼点是使污染消灭在生产的源头,使整个生产过程对环境友好,这是从根本上消除污染的对策。
【关键词】基础化学 教学改革 化学教学
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2011)10-0106-02
高等军事院校是为部队培养高素质人才和培训有实战作战能力的高等教育机构。它在承担一般高等教育任务和遵循其一般性原则的同时,还必须依据部队实际需求和发展不断调整其发展的方向和策略。面向21世纪,西方国家重新强调理科教学要“贴近生活,贴近社会”。一个普通家庭里可以找到化学品在百种以上。这种规模已超过百年前的一个标准化学实验室所拥有的化学品。在部队中,我们所使用的各种各样高科技的武器、装备都离不开化学的身影,可以说化学与我们的生活密不可分,为了安全地使用我们身边的化学品,每个人都应具备基本的化学知识。让化学教学走向社会和生活,使学生对化学在现代科技文明所扮演的角色有正确认知,不畏惧化学、不排斥化学,增进学生对化学的正确认知。而如何使化学教育能更好的为人的生存和发展服务,使化学课程更贴近学生的实际和需要,这是每个化学工作者需要研究的重点。
一、课堂内外联系教学
化学是一门与人类生产生活联系最密切的科学理论,化学课堂教学应该是轻松愉快的、生动活泼的、妙趣横生的。课堂教学是学校教学活动的主体,课堂教学应摒弃传统的教学模式,在课内渗透社会生活中的化学,并使其紧密结合教学内容和进度来进行,只有这样才能巩固课内知识,同时也能及时拓展课外知识,使课内、外知识有机地结合起来,使学生在学习的过程中觉得所学知识更丰富,实用性更强。新的教学改革越来越强调学科知识在生活中的运用与培养学生的科学探究精神与能力。因此,我们以化学在现实生活中的突出地位为中心“活化”课堂教学内容,力求使教育教学活动与当代人类生活现实贴得更近。在本科生及研究生的课程中,坚持引导学生,从生活、生产实践中感受化学,用化学知识重新认识与体味生活,在科学知识学习与科学素质建构中,塑造科学世界观。例如:介绍世界各国共同研究的臭氧层的问题以及保护措施,使学生认识到科学技术的两面性,是化学教学中不可缺少的内容。新型材料如钛系化合物作为精细化工产品,前景诱人。四氯化钛TiCl4在军事上,尤其是在海洋战争中作为人造烟雾剂;在农业上,用TiCl4形成的浓雾复盖地面,减少夜间地面热量的散失,保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。如通常用氯气作自来水消毒剂,而国外已从氯消毒的自来水中鉴定出微量的多种致癌或对人体有严重危害的物质,世界环保联盟即将全面禁止在自来水中加氯,取而代之的将是一种更理想的广谱性安全、稳定性强、高效杀菌消毒剂ClO。有关磷酸盐,被作为减少环境污染而推广使用的无磷洗涤品;过多的食用蔗糖会给人体带来一系列副作用,国外正流行的无糖食品等。通过这些信息,使学生深刻地体验到社会的发展、时代的进步与自己息息相关,从而积极投入到化学学习中。
二、开展生活化学实验,培养学生用化学科学来实践生活。
化学是以实验为基础的学科,是一门实践性很强的科学。在社会生活中,化学物质、化学现象、化学变化无时不在、无处不在。从学生已有的经验出发,让他们在熟悉的生活情境中感悟化学的魅力,逐步学会用化学知识解决与化学有关的生活与生命问题,培养学生的化学思维能力。开展化学与社会生活实验,让学生通过亲身实践,增强环境保护、食品安全等意识,并对科学与生活的关系进行思考。例如:①食盐或食品中碘的简易检测:碘是人体内的一种必需微量元素,不过人体摄入过多的碘也是有害的,不可盲目“补碘”;②香烟中部分有害物质的检测,几乎所有的医生都向人们发出警告:吸烟对健康有害,它会使你患上癌症、冠心病、慢性支气管炎、肺气肿以及其它疾病;③检验司机酒后驾车的化学方法;④真假白酒的鉴别;⑤传统电池、油漆中铅的测定:现代社会中,铅对身体的危害已经被越来越多的人认识到,在发达国家,废旧电池被列为危险有毒废物,必须单独投放和回收处理。
化学实验是进行科学研究的重要手段,是培养学生动手操作能力的有效途径,在化学实验的基础上,学生从具体的形象思维转入抽象的逻辑思维,从而提高理性认识。化学实验还可以培养学生谨慎的科学态度,以贴近生活和发生在身边的化学现象为素材,组织探究实验活动,既培养学生学习化学兴趣,又使学生感受到化学在国民经济及生活中的实际运用。通过化学实验来解释和解决日常生活和社会实际问题,对于拓展化学实验的功能,提高学生的科学素养,具有十分重要的意义和价值。
三、进行与生活有关的论文写作教学
布置学生撰写小论文或课题报告,探讨实验中的问题或写出自己的体会。教师向学生介绍撰写小论文的基本要求和方法,从学生实际出发,对文字能力不做高要求,只要论据能说明论题,条理清楚,说得明白就达到了要求。例如,将“糖类”设计成主题为“糖类与生活”的拓展课,课前充分发动学生积极参与,提出他们感兴趣的课题,引导他们提炼成“糖在生活中的分布”、“血液中的葡萄糖”、“糖与糖尿病”、“糖与减肥”、“糖与健康”等小课题。然后把全班学生组合成几个组进行专题研究,同学们查找资料、走访调查、统计数据、进行实验,在组内充分交流讨论的基础上,形成课题报告。
此外,遵循自愿的原则,鼓励学生将课外新闻记者材料用自己的语言加以组织,写出科技小论文。再将阅读材料整理成文章,并发表在自己的见解的过程中,培养学生科学研究问题的学风,促进学生独立思考,提高自学能力的组织语言的能力。
四、展望未来,激励学生对自然与社会的责任感。
化学研究的是生命的基础、生活的质量和如何不断改善生活。专业化学知识意味着广阔的前途,可以籍此进入广阔的天地;化学已成为人类认识物质世界、改造世界的一种极为重要的武器,成为一个国家经济的重要支柱。展望未来,我们有责任和义务让学生关注现代社会与化学有关的问题,增强对自然与社会的责任感。如在世界面临能源危机的今天,开发利用乙醇为动力燃料,并用纤维素作为一种新的原料正受到人们越来越多的关注。利用微生物的生命活动产生的“电极活性物质”作为电池燃料,成为微生物电池,展示出美好的前景。又如,在密闭的宇宙飞船里,宇航员排出的尿用微生物中的芽孢杆菌来处理,生产出氨气,以氨作电极活性物质,就得到了微生物电池,这样既处理了尿,又得到了电能。另外称为水合甲烷的物质大量沉积在大陆架的边缘,未来洁净能源的最大一部分也许藏在海底。2005年12月15日俄罗斯独立电视台报道,俄罗斯科学家从天然金刚石(钻石的初级品)的成分――碳元素,和头发的组成中碳元素也占很大比重这一共同点出发,将人的头发经过物理化学处理后合成出美丽的人工钻石。这些都是化学创造的奇迹,化学使人们的生活丰富多彩。从生活和社会中选取素材,使学生学会学习、学会思考、学会创新;使学生感悟化学、探究化学,用化学创造生活,用化学改变世界。
参考文献
1 李琴.将社会生活中的裕学渗透在化学教学中[D].华中师范大学,2008:3~27
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:
[关键词] 植物保护 问题 对策
[中图分类号] S4 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 (2014)03-0079-01
一、前言
随着人们生活水平的不断提高,对园林实施植物保护是非常必要的。同时,随着社会的发展,我国乃至世界的自然环境也受到严重破坏,威胁到了人类生存,绿色植物的大范围推广能够不仅能够减缓环境的恶化,还能从根本上治理环境污染。
二、植物保护的必要性
植物具有保持水土的作用,树冠的截流、地被植物的截流以及死地被植物的吸收和土壤的渗透作用,减少或减缓了地表径流量和流速。还有防风固沙的作用,树林的迎风面和背风面均可降低风速,以背风面降低的效果最为显著。随着社会的不断发展,人们对生活环境质量的要求也越来越高。植物以其美化、绿化、净化环境等功能受到人们的重视,植物在具有遮阳、降热、防尘、净化空气等功能,而植物常因病虫害、日灼、冻害等损伤致使其无法发挥其功能,如果没有得到适当的保护,不仅会丧失植物应有的功能,还会给人们的正常生产和生活带来一定的影响。因此,我们应深入调查植物保护现状,并根据具体问题制定相应的策略,确保植物充分发挥其功能。
三、目前我国植物保护工作的面临的新问题
1. 耕地资源减少给粮食增产带来了压力
随着我国人口的不断增长,为了解决住房问题,加之我国城市化进程不断加快,从而使得我国房地产行业得到快速发展,这导致我国耕地面积大量减少。尽管大量推广选用优质品种、先进的种植技术等,确保粮食产量,但是,却增加了农作物发生病虫害的频率,加大农作物的防控难度。
2. 植物保护专业人才培养中存在问题
目前,植物保护专业的实习有三种,分别是生产实习、课程实习和毕业论文。这些都是学生理论联系实际的桥梁,创新性和创造性能力培养的平台。可是现在内容越来越过于形式化和任务化,包括:形式单一,看和听是主流,缺少动手的机会;二是教师实践技能缺乏,不能全方面对学生进行实践指导;三是学生实习时间不能与整个农业生产季节相匹配;四是经费过少,学生往往只能在生产一线参观而不能长时间去参与生产实践;五是毕业论文的指导教师常把自己的科研项目与学生毕业论文结合起来,造成理论研究内容过多,与实际农业生产脱节。
3. 农产品质量安全隐患
随着我国经济水平的不断提高,我国人民的生活水有了大幅度提高,特别是对食品质量安全问题引起高度重视。在“豇豆问题”出现之后,得到社会各界的高度关注,与此同时,也为人类敲响了食品安全警钟。除此之外,世界各个国家提高对进口农产品指标的要求,所以,当前世界农产品进出口市场竞争十分激烈。由此看来,我们必须要大大提高农产品的质量,才可以在国际市场中站稳脚步。
4. 农业生产与农民就业形式要求彻底改变植保服务的方式
近年来,我国加大了对农村经济发展结构与产业结构的调整,从而使得农业生产方式发生了巨大的变化,由最初的分散方式变为规模化经营方式,这样一来,使得我国农业生产趋于规范化生产。现如今,我国农村存在一个非常普遍的现象,大多数年轻人都进城打工,然而,剩下的主要为生产能力非常弱的成员来管理农业生产,但是,这些人接受新事物能力偏差,再加上对植保防控技术认识存在不足,从而严重阻碍了植物保护工作的有效实施。
四、植物保护的对策
1. 培养植物保护专业人才的必要性
随着现代农业发展的需要,新型农业体系的形成对传统的农业生产方式特别是植物保护提出了更新更高的要求;可持续农业发展的需要:植物保护的目的在于通过有效地控制病虫草鼠等有害生物的危害以保证农业的增产增收,几十年的实践证明我国传统的植物保护体系在农业生产中的确起到了非常重要的作用。但是同时也受到化学用品的毒害,现象严重。解决以上问题,就必须提出培养人才的方案来培养人才解决问题;我国基层农技队伍发展的需要:目前,我国基层植物保护人才严重匮乏,知识老化,断层严重。在我国的广大农村存在植物保护人才需求与供给的巨大矛盾,只有从根本上解决这一矛盾,才能增加为农民提供科学技术服务的机会,以提高他们的整体素质。
2. 绿色植保技术
绿色植保技术指的是对生态环境一作物没有任何副作用,并且满足绿色食品生产需求的一种防治病虫害的新技术。但是,在实践过程,必须要做到以下两点:第一,禁止使用那些含有高剧毒的农药,而是要积极推广使用不破坏环境、高效、低毒的农药;第二,应该回归到大自然中,建设多样性的农田,换言之要建造一个品种、种植与景观多样性的农田。
3. 有害生物的生态治理
在病虫害防控过程中,我国传统防治对策主要以化学农药为核心,这样一来,能够有效控制某个单一有害生物,但是,此种防治对策,又会杀死有害生物体的天敌,污染环境,此外,还会使病虫害抗药性增强,进而招引更多有害生物的繁殖,这直接会影响到农业生产安全、质量安全、环境安全等工作。
4. 强植物保护方面的科研工作
首先,进行测报防治。在植物保护工作中,应该结合病虫害发作的规律,另外,还要结合天气、土壤、植物生长情况等来预测病虫害的发生,只有结合具体的实际情况,才可以更好的掌握植物保护趋势,进而对其进行科学的预测;第二,实行档案管理。构建植物保护方面的技术以及信息档案,总结归纳常见病虫害病例,以便在后续工作中节约时间,提高工作效率;第三,加强实验室建设。对常见病害虫进行实验研究,以便提出更加科学有效的治理方法;第四,实行市县乡病虫草害的预测预报的网络构建。
五、结束语
植物保护工作是一个相对复杂并且长期性的工作,我们要着实做好这一项基础而艰巨的工作。提高植保成果的利用率,并树立起公共植保、绿色植保的理念,加大力度发展绿色植保技术,切实加快由粗放型农业向精细化农业的转变,实现现代农业的可持续发展。
参考文献
[1]余雁华.城市园林植保的现状与防治对策及新技术展望[J].曲靖师范学院学报.2012(6):27-30.
[2]陈恩祥,甘国福.发展“绿色植保”的障碍因素与应对措施[J].甘肃科技,2011(11):19-21.
[3]梁萍.植物保护教学中应用病虫害新鲜标本的探讨[J].安徽农学通报,2012(14).
[4]安长富.园林绿色植物保护的相关问题研究[J].现代园艺,2012,(20):148.
论文摘要:化学是以实验为基础的学科,化学中的很多理论与定律都是通过实验归纳、验证的。高中化学新课改强调化学实验的重要性,但新课改下高中化学实验教学中还存在一些亟待改进的问题。文章主要从自身教学实践出发,分析现阶段高中化学实验教学中存在的问题,并针对此问题,深入探讨高中化学实验教学改革策略。
“化学是以实验为基础的学科”、“实验是培养全面化学人才的好方法”等这些说法早已得到大家的共识。化学中的很多理论与定律都是通过实验归纳、验证的,因此,可以说实验是化学学科的基础与灵魂。新课标指出高中化学要构建“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三个方面的和谐统一。在高中化学实验教学中,教师要引导学生通过实验探究理解化学概念、理论,掌握化学知识与技能,探讨知识形成的过程,养成科学的态度和价值观,从而培养学生的化学素养,促进其全面发展。在高中化学教学中,实验因其形象性、操作性、探究性强,有助于培养学生的动手操作能力、分析问题和解决问题的能力,同时也是落实新课改的有效途径。但目前高中化学实验教学中还存在一些问题亟待改进。本文主要从自身教学实践出发,分析高中化学实验教学中存在的问题,并针对此问题,深入探讨高中化学实验教学改革策略。
一、高中化学实验教学存在的问题
1.化学实验资源不足。现阶段,高中化学实验教学中大都存在资源不足的现状。比如,相对于教学需求来说,配备的实验室数量存在严重不足;实验教师队伍不稳定,人才短缺,工作量大;由于教学时间的限制,使得实验准备时间不充分;实验制度管理不科学、不配套;实验仪器落后且缺乏补充维护;实验药品浪费现象严重等问题,这些问题与新课标对化学实验资源的要求存在较大差距,不利于新课程的实施。新课标要求高中化学要增设大量的实验,需要大量的实验设备和仪器,原有的实验仪器配备标准已不能适应新课标的需求。
2.教师对化学实验教学的认识存在偏差。在传统高中化学实验教学中,教师看重的是结果,忽视了教学过程;讲授的内容较深,学生听起来有一定的难度,削弱了学生学习的积极性,更有甚者产生厌学情绪;教师的知识更新慢,很多教师平时不注重提升自己,也缺乏培训和接受再教育的机会,上课时还是沿用的旧知识体系,对新教材中的实践活动、科学探究活动、思考与交流活动等内容的认识存在偏差,认为这些内容不重要,有时甚至忽略不讲;淡化了化学实验教学,有些教师进行演示实验也用多媒体来做,看起来像做了实验,其实实验教学成为一种可有可无的、相当于流水作业式的形式。比如做演示实验前,教师先写出了实验的化学方程式,实验探究活动转变为验证活动。有些教师虽做了实验,但是没有正确地引导学生观察、分析实验现象,只追求一种答案,忽视培养学生的想象力与创造性思维。
3.学生不重视化学实验。传统化学实验教学中,一般都是教师演示实验学生看,动手操作的机会比较少,学生的主体地位得不到重视,只能被动地接受知识。并且化学实验教学功能比较窄,很多人没有深入了解化学的机会。新课标纠正了这一不足,但是一些教师还没有认识到实验教学的重要性,在教学过程中没有增加化学实验,这让学生误认为化学实验不重要。并且,由于很多学校都存在着实验资源严重短缺的现象,增加了实验的难度,激不起学生的兴趣。另外,个别化学实验存在着腐蚀、污染、爆炸等安全问题,要对学生进行安全教育,但有些教师过分强调化学实验的危险性,导致一些学生惧怕实验,忽略实验。
4.滥用多媒体课件。多媒体课件具有生动、直观、形象、动静结合、操作性强等特点,给化学教师教学带来了诸多便利,深受广大师生的喜爱。但是,多媒体课件只是一种教学辅助手段,有的教师在教学中滥用多媒体课件,来代替化学实验具体操作过程。如有教师在讲氨气的喷泉实验时,利用电脑做成了动画,演示的效果比较好,学生也很感兴趣,观看的积极性比较高,但是多媒体课件点击的速度比较快,如同放电影一样一闪即过,学生通过看演示不能获取相关的化学实验知识。
二、高中化学实验教学改革策略
1.注重探究式实验教学,培养学生的动手能力。在高中化学实验教学中,教师常常采用的是演示实验教学法。通俗的说,演示实验是教师演示实验操作,学生观看实验过程,然后再用实验结果来验证新知识。演示实验教学强调了知识的传授,但是忽视了学生动手操作能力的培养。新课标要求高中化学实验教学实行探究性教学,让学生在自主探究的过程中获取知识,培养学生的动手操作能力和分析解决问题的能力,教师在此过程中起引导、点拨作用。所以,新课标下,教师要转变教学观念,认清化学实验的探究性,多给学生提供动手操作的机会,引导学生进行探究性实验。比如,讲授“硝酸”时,为了让学生深入了解硝酸的化学性质,教师可以用稀硝酸钠与铜的反应引导学生进行探究性实验。在常温下,稀硝酸钠与铜反应后生成难溶于水的无色气体一氧化氮,此气体具有污染性,性质不稳定,很容易就被氧化成红棕色的二氧化氮气体。但是,通过教材中的实验不足以观察到一氧化氮的生成与氧化物,也很容易造成环境的污染。所以,教师可以让学生自主探究该实验,研究怎么样能观察到一氧化氮的生产及氧化过程,并能避免污染环境。这有助于激发学生探究的兴趣,提高学生的探究能力。
2.注重发挥家庭小实验的光彩与魅力,激发学生的参与热情。现行教材比较注重学生自身的经验,花大量笔墨描写出现实生活中的化学,反映了化学学科的思想。化学与现实生活有着密切的联系,可以说生活中处处皆化学,因此,在化学实验教学中教师要注重实验与现实生活的联系,激发学生的兴趣。家庭小实验充分体现了化学的应用性与实践性,是联系化学与现实生活的有效途径。比如:在现实生活中,用什么方法可以除去水壶中的水垢;用什么方法测定雨水的PH;用什么方法可以漂白发黄的报纸;用熟苹果能催熟青香蕉吗等。家庭小实验能引导学生将所学知识应用于实践,有利于拓宽学生的视野,提高学生对化学与生活的密切联系的认识,激发学生的参与热情,达到学以致用的目的。
3.普及绿色化学实验,引导学生树立绿色化学意识。普及绿色化学实验的目的,是要引导学生树立绿色化学意识,从而起到保护环境的目的。随着社会经济的发展,人们的环保意识增强,保护环境的呼声越来越高,对化学学科提出了新要求。新课标下高中化学实验教学中,要注重渗透环保意识,倡导绿色实验。在化学实验中,使用的药品量大或者操作过程不熟练,都会产生不同程度的污染物。而且有的实验比如做铜与硝酸、浓硫酸的反应实验时,排出的气体会影响到学生的身体健康。因此,在实验时尽可能处理好有害气体,减少其排放。另外,也可以让学生思考现实生活与生产中产生的二氧化氮、二氧化硫等废气,可以采取什么样的方法阻止这些废气扩散到空气中等。这样不仅能让学生在实验过程中注重环保,而且能促使学生在生活中自觉保护环境。
4.合理使用多媒体课件,激发学生的兴趣。在具体的化学实验教学中,一些实验耗时长、污染大,很难在教室内完成,借助多媒体课件可以轻松地解决这些问题,并且,多媒体课件具有生动、形象的特点,能激发学生的学习兴趣,从而提高教学效率。如教学“压强对化学平衡的影响”时,可以用“改变压强对二氧化氮与四氧化二氮之间转化的影响”实验课件,让学生看到具体的气体颜色变化,加深学生的认识。
总之,高中化学教师要转变观念,积极钻研新课标,探索化学实验教学的新途径、新策略,激发学生学习化学的动机和参与欲,培养学生的创新能力,从而提高教学效果。
参考文献
自从三次科技革命以来,能源成为了国家经济的命脉,资源危机的乌云多次在世界的上空弥漫。生物质因其资源丰富、可再生被认为是21世纪可被人类利用的最丰富的绿色资源。
生物质可以转化为能源和各种化工产品与生物质基材料。目前我国生物质材料工业采用直接转化的模式,生产过程存在效率低、能耗高、产物类型少等问题,因此如何将生物质进行高附加值的综合开发利用是生物质产业面临的主要瓶颈之一。
绽放梦想
任俊莉在攻读博士期间,师从于华南理工大学孙润仓教授(杰青、长江学者特聘教授)。在良师的教导下,她主要针对蔗渣和麦草秸秆中半纤维素的分离、结构表征及定向转化为造纸助剂进行了系统研究,完成了博士论文。怀揣着对校园的热爱,对科研的执著,她选择了毕业留校,继续从事于农林生物质半纤维素的分离及其转化为高附加值的多元化产品的基础和应用研究。
2008年2月,任俊莉受单位资助赴瑞典隆德大学化学工程系做访问学者,在此期间,她针对农业秸秆转化生物乙醇过程中的关键技术问题进行了深入研究,考察了碱预浸渍和蒸汽爆破相结合的技术对麦草秸秆转化乙醇产率的影响。
东西方文化的碰撞,学术氛围的交融在任俊莉身上起了奇妙的化学反应,对于科研的激情更甚。
在生物质能源的科研道路上,她不高大,但执著。
半纤维素在自然界中的含量十分丰富,在植物中的含量占1/4-1/3,仅次于纤维素的含量。因半纤维素独特的化学结构,较高的环保价值,使其在造纸、食品包装、生物医药、污水处理等领域有着潜在的商业价值。半纤维素被公认为是制备环保材料的理想材料。因此,以半纤维素为基质制备功能材料的研究为农林生物质资源的高值化利用提供了新的资源化道路。
为此,任俊莉将研究方向定为农林生物质高值化利用的基础和应用研究,尤其在半纤维素转化为多元化高附加值产品方面有着丰富的研究经验。
放飞梦想
每个人都有梦想,难得的是将梦想坚持下去。
恩格斯曾说过,社会一旦有技术上的需要,则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。在任俊莉负责的诸多有影响力的项目中,主要以基础研究为主,其中,她带领的课题组在研的广州市科信局应用基础研究计划项目“新型环保半纤维素基重金属离子吸附材料的制备及应用研究”凝结了团队成员的心血和智慧。制备的半纤维素吸附材料具有较好的吸附性能,尤其对重金属离子具有较好的吸附性能,同时还对尿素具有一定的缓释效应,将在农业、污水处理等行业有着潜在的商业应用前景。
其中,该项目体现了两大创新:首先提出一种新型环保生物质基吸附剂的方法。该方法工艺简单易行,该方法的提出基于“过程绿色,产物与环境友好”,具有科学性与先进性。该吸附剂具有生物可降解性,能够多次循环利用,可应用于污水处理中的重金属离子富集和回收,将为半纤维素在新材料研究应用领域开辟一条资源化道路。
其次提出一种温和条件下均相体系制备带有碳碳双键的半纤维素衍生物新方法。该方法在较温和的条件下合成出均一性好、分子量高的GMA修饰的半纤维素。该聚合物可以进一步通过接枝共聚等技术制备功能材料。该研究将为半纤维素工业化均相改性以及大规模应用于污水处理、造纸、医药等工业领域奠定理论依据。
谈到实实在在的成果,任俊莉告诉记者,该项目以农林废弃物半纤维素转化为可生物降解的功能材料为目标,研发了一种吸附重金属离子的新型环保材料,属于污水处理、高分子材料、高分子化学、林产化学等多学科交叉研究领域,涵及可降解高分子材料技术及污水处理技术,具体为一种新型环保重金属离子吸附剂的制备及其对重金属离子吸附和脱吸行为以及再生性能的研究。
这个项目主要以农林生物质蔗渣和竹材加工下脚料分离和纯化得到的木聚糖类型的半纤维素为原料,从分子学角度设计了半纤维素基新型吸附材料的组成和结构;通过调控反应参数,制备了系列阴离子型的木聚糖基水凝胶,其吸水率在80-900范围内,表现出对pH、有机溶剂极好的智能响应行为和反复的开-关特性。该水凝胶对铅、铬、锌重金属离子的最大吸附量达859、495、274mg/g,重复使用8次之后仍保留原来90%的吸附容量。制备的系列木聚糖基水凝胶可以作为吸附材料、吸水/保水材料、智能开关等可以应用于污水处理、医药等行业。该功能材料具有生物可降解性、可再生能力,能够循环使用,富集的重金属离子能够被分离和回收,在污水处理工业具有潜在的应用前景。
我们可以预见到,利用生物质制备生物能源、生物质基材料和化学品,以补充或逐步替代不可再生石化资源是目前资源转化的一种重要发展趋势,将推动现有的庞大的化石基工业体系向生物质工业体系的良性转变。
实现梦想
科技人才最重要的价值体现在他们的创造价值上。科技人才能够利用他们掌握的专业知识进行创造性的劳动,提出新的理论和新的解决方法,并转化为新的生产力。
目前,任俊莉的具体研究方向是构建半纤维素功能材料理论体系和方法,制备高性能的复合膜材料、具有良好选择性的吸附材料以及对药物具良好控释性能的药物载体等功能材料,并考察了它们在食品、污水、农业及医药行业的应用。
另外,她将“绿色催化化学”理念应用于半纤维素高选择性合成化工中间体的研究中,主要利用纳米催化技术在水相和绿色溶剂体系催化转化半纤维素及单糖合成糠醛及糠醛衍生物等高附加值化学品,实现了原料天然、过程绿色、产物环保的目的,符合当前绿色经济的发展。
为此,从工作至今,任俊莉主持了大大小小多个项目,如国家自然科学基金面上项目、教育部新世纪人才支持计划项目、教育部高等学校全国优博论文作者专项基金项目、广东省自然科学杰出青年基金(首届)、广东市科技计划项目、广东省教育厅育苗工程、华南理工大学第一批优秀青年学者培养对象、华南理工大学中央业务费重点项目和面上项目、中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室、重点实验室人才基金、新教师基金及开放基金等多项项目。
目前,她主持的国家自然科学基金面上项目、教育部新世纪人才支持计划项目、教育部高等学校全国优博论文作者专项基金项目、广东省自然科学杰出青年基金(首届)等项目主要是针对农林生物质半纤维素的清洁高效分离及高值化利用进行基础研究,建立了半纤维素高效分离技术体系,提出均相改性新方法,创立半纤维素均相化学修饰体系,揭示半纤维素在离子液体体系的溶解机理,依据半纤维素的化学结构,设计合成了系列不同功能的半纤维素基材料,阐明了半纤维素结构与材料性能之间的关系,这些研究为半纤维素的工业应用提供了重要的理论依据。
除了在半纤维素领域取得了一定成果,任俊莉同时还担负着传道授业的师者责任。她协助孙润仓教授指导了博士研究生3名,其中两名研究生分别获得华南理工大学优博创新基金的特等资助。指导5名硕士研究生。在指导研究生时,任俊莉在生活上给予他们物质和精神的双重支持;在科研方面,她细心指导,时刻跟踪学生科研工作动态,及时发现问题,及时解决。并且,还积极参与和协助学科带头人对学科的建设,帮助团队青年教师在项目申报、等方面快速成长,完善学术梯队建设。
收获梦想
6月22日,由《科学中国人》杂志主办的“科学中国人(2012)年度人物颁奖典礼”在北京万寿宾馆举行。此次,共评选出百余位科学中国人(2012)年度人物及年度人物特别奖。
荣誉的殿堂上,任俊莉如莲花般夺目。当杰出青年科学家获奖者登台领奖,所有人都关注到了那万花丛中一点红,她是获奖者中唯一的女性。组委会给她的提名理由这样描述:多年来以造纸植物资源半纤维素的高值化利用为研究核心,针对制浆造纸过程中半纤维素资源化利用效率低、成本高及转化产品类型少等瓶颈问题开展工作,在解译蔗渣、麦草和黄竹半纤维素化学结构的基础上,依据半纤维素的构效关系构建了多元化半纤维素基产品合成新理论和新方法,建立了具有自主创新的半纤维素转化技术体系,研究成果受到国内外学术界的广泛关注和跟进。研究成果获高等学校科学技术奖自然科学奖一等奖2项(2012年,2008年,排名第五)。申请人2010年获“全国百篇优秀博士论文”奖,2012年入选广东省高等学校“千百十工程”第七批校级培养对象,同年获得教育部新世纪人才支持计划项目、广东省自然科学杰出青年基金项目、华南理工大学首批杰出人才培养计划培养对象―优秀青年学者等人才项目资助。
年轻如她,坚持如她,勤奋如她。也许她的专业你根本不懂,也许她从事的科研无法理解,但作为中国人,你应该知道造纸术是中国四大发明之一,人类文明史上的一项杰出的发明创造。在任俊莉的工作中,主要致力于以制浆造纸产业为平台的生物质炼制新模式的研究,重点对造纸过程中半纤维素资源综合利用进行系统研究。针对制浆造纸过程中半纤维素资源未得到充分利用的现状,提出了造纸原料制浆前预处理提取半纤维素及纯化半纤维的技术体系,并对其结构及定向转化进行了详细的研究。这不仅是科研的进步,更是中华文明的传承。