化学分子工程范文

导语：如何才能写好一篇化学分子工程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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前言：随着现在科学技术的发达，分子这一概念被带到了大众的面前，人们对分子的研究越来越详细，运用当今的科学技术研究分子，把分子放在显微镜下观察，化学对其结构了解的愈加深入，这样分子设计的诞生也推动了分子工程的诞生，这是时代和科学技术下的产物，他们的诞生使得化学研究进入到更深阶段——分子工程学。所以分子工程和化学工程两者是相辅相成的。

 

一、浅谈分子工程

 

在一个固定环境下对分子结构进行构造，不仅如此，还得理清分子之间的关系，这种原理就是分子工程学。分子工程不是单一的分子学科，而是由不同种类、学科构成的，但是，只要有关分子工程就会有三个基本的问题：第一，怎样按照要求对分子结构进行设计;第二，建筑分子结构时要用什么基元;第三，怎么实现分子设计预设的功能，就需要考虑怎么组装基元。这三个问题有着密不可分的联系，从而形成了三个实施分子工程的重要环节，这三个问题分别是分子工程的作用、结构、结合的理论基础。

 

与之前的化学研究方法有所不一样的是分子工程在研究时，会在研究手段、对象、内容等角度采取新的方法。传统的化学研究大多是利用自然物以及公式得到新的化合物，从这些化合物中找到比较好的化合物，1930年，磺胺药物被人发现，造就了那个年代合成药物的鼎盛时期。可是分子工程学的研究则恰恰和传统化学研究相反，它主要以功能研究为方向，通过对分子结构进行探究。这个时候它不单单对某一个化合物进行研究，而是研究化合物的功能体系。这样得到的信息要比传统化学研究得到的信息全面，不光可以得到分子结构还可以知道分子某些特定的结构层次。传统化学研究过分注意分子结构以及合成的联系。可是，分子工程学却看中功能和 物理原理。如今，化学不能独自发展了，化学的发展必须要建立在生命、材料科学这两门学科上。当然也需要注意另外一些科学技术。

 

从化学工程学得到的经验，分子工程学也从不同的分子工程研究中得出来。现在的分子工程学还在孕育，也就是在不同的领域、不同功能、对分子进行设计、构造。分子工程由不同种类的分子工程研究中得到，所以功能不同、种类不同，这就使得分子工程学需要按照功能、种类对其进行分类。分子工程学主要研究化合物的功能体系，针对体系的研究就必须在分子水平上探究之前提过的三个问题，得到规律，功能体系以及工程学原理，这几个不同方面相辅相成、互惠互利。

 

二、浅谈化学工程

 

当面对一些挑战时工程学科发挥的作用才能体现其重要性。如今，环境问题成为我们急需解决的问题，因为它与人们生产、生活、生存都有着密切的联系，这个时候化学工程就有了研究的目标，它需要解决资源可循环利用、化石资源的合理化利用等。化学工程需要解决经济的循环利用，不光肩负着科学方面的重担，还需要传递物质、能源、信息等。

 

化学工程之前从没遇到过的一些问题，却随着生物技术等一些高新技术的发展而产生，这有一个好处便是让化学工程的研究深入到更具体的领域中。一些过于具体的问题，比如纳米尺度问题，这是在传统的化学研究中都没有遇到过的微小领域，要是想加强微量产品的生产就必须扩宽化学研究领域。在当代这是化学工程打入到新领域必须要做的。发明催化剂以及工艺的源泉是新催化材料创造的。从另一个方面来说，要是将生产变得更加清洁，把不同的工艺以及流程进行合并，然后找出最好的，这也是化学工程将要研究的重要领域。现在有关生命方面的科学发展愈发成熟，生物催化在这一领域已经体现了自己价值。

 

如今人们愈加注意和自身相关的科学技术，随着科学技术的发展，健康、食品、医药等领域都对科学技术有了更深层次的要求，而且属于化学的问题占大多数。举一个例子，当我们的生命机能受到损害就得使用药物来控制，所要服用的药就会对人们的身体机能进行调节。将这些有关生命过程的问题解决就是化学过程在不属于自己领域里的重大挑战，所以肯定会得到化学工程学的注意。

 

随着不同体系科学的发展，科学技术的发展为化学工程带来的问题在一定程度上推动了化学工程学的发展。所有的科学技术都与化学工程有着密不可分的联系，当化学工程在发展的同时也推动了整个科学领域的进步。所以，化学工程学逐渐被人们注意，也更大化的注意科学在化学工程中的运用，化学工程学为整个科学领域所带来的价值就是该工程学以后要注意的方向。

 

为了让化学工程学得到更好的发展就必须提高化工人员的专业知识，加强对化工人员的教育。化工工程教育应该与时俱进，根据现代工程教育改革得到重要的成果来制定教育内容，教育内容不可以单调，需要将专业课与基础课相结合，还得根据时代的更替而及时更新教育内容，加强化学工程人员解决问题的能力;不过也得加强学生对资源环境以及另外科学领域的兴趣。

 

结束语：

 

化学工程是一门综合类较广的学科，在未来的世纪会体现出更大的价值所以我们要做的就是抓住机会，在化学工程的发展过程中找到特属于我国化学工程的优势及特点，利用化学工程实现可持续发展。在重视化学工程的同时需要注意分子工程。分子工程的发展可以推动化学工程的发展，另外分子工程与化学工程两者为科学技术提供了很多可研究的课题，这些课题的解决就是科学技术的飞跃。

篇2

关键词： 高分子化学 高分子物理 生物功能材料 教学探索

高分子化学和高分子物理是高分子科学相关专业的专业基础课。在专业课程设计中，一般两门课程独立设置，其中各占有48到72学时不等。我校的生物功能材料专业开设了高分子方面的课程，其中高分子化学与物理是该专业的专业基础课。根据该专业特点，生物功能材料涉及领域较广，从无机陶瓷材料到有机高分子材料都有涉及。该专业学生只需掌握有关高分子化学和高分子物理的基本理论知识和应用技能，因此我们开设了高分子化学与物理课程，所设学时为56学时，开设时间安排在二年级下学期，为三年级开设《高分子材料化学》等课程打下一定基础。该课程内容涉及高分子材料的合成与实施方法，高分子材料的结构、性能、成型加工及其应用，是一门多学科交叉、实用性很强的学科。根据该课程具有涵盖内容广，物理化学和有机化学知识运用较多等特点，这样有限的课时设置就给授课带来了一定困难，导致学生在理解和应用本课程知识方面具有一定难度。另外，我校该专业物理化学课程设置在二年级下学期和三年级上学期，其中物理化学反应动力学部分讲授时间较晚，这也给高分子化学与物理的授课带来了一定困难。那么如何在有限的学时内系统地讲授高分子学科基础知识，是本文需要重点探讨的问题。

1.选择教材，合理安排教学内容

受授课学时的限制，我们选用的教材是化学工业出版社出版的《高分子化学与物理基础》，由魏无际等主编。该教材系统地阐述高分子化学与物理的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法，教材内容全面，难度适中，比较适合生物功能材料专业的教学要求。针对课时较少的现状，我们对教学内容进行了合理安排。对于高分子化学部分，重点讲解高分子的基础概念、缩聚和逐步聚合、自由基聚合、聚合方法、阴离子聚合等内容，自由基共聚合、阳离子聚合、配位聚合等可较简单讲解，聚合物的化学反应章节主要由学生自学。这样既保证了学生能够掌握高分子化学的基本概念及反应，又没有因为课程过难给学生造成学习困难。对课程中的某些内容，例如聚合动力学的推导，在物理化学中化学动力学部分还没讲解的情况下，我们在教学中不要求学生记住所有推导和公式，仅提出聚合动力学基本知识，引导学生自己进行动力学推导。对于高分子物理部分，我们重点讲解高分子的结构、高分子的分子运动、力学状态及其转变，简单讲解高分子固体的基本力学性质、高分子溶液的基本性质章节，对高分子电学、热学和光学的基本性质章节主要由学生自学。这样课程的安排，重点讲解能够加强学生对高分子学科基本知识的掌握；简单讲解能够扩大学生的知识面、引导有科研需求的学生课下加强该部分内容的掌握；自学部分主要为了深化学生对高分子学科知识的理解。重点讲解、简单讲解与学生自学相结合的教学方法，突出了本课程重点、拓宽了学生知识面，克服了高分子学科教学中内容多、概念多、数学推导多等难于克服的难点。

2.理论联系实际，提高学生学习兴趣

高分子化合物广泛存在于日常生活中，如穿着用的化学纤维、自然界存在的棉、麻、丝绸等，食品行业中的蛋白质、淀粉、纤维素，建筑行业中用的涂料、各种高分子管材、胶黏剂、有机玻璃，行驶工具中应用的橡胶、工程塑料、增强纤维等。高分子科学在人们的日常衣、食、住、行中发挥着极其重要的作用，其是一门应用基础型的学科。高分子化学与物理的教学，单纯的讲解很难引起学生的学习兴趣，教学效果不显著。为提高学生学习兴趣，我们在讲解基本知识的同时，注重理论和实际相结合，列举了大量实例。例如讲解缩聚反应时，对涤纶、尼龙等一些重要的缩聚物的生产原理进行了重点讲解，对聚乳酸生物材料进行了系列概述，包括其生产方法、原理和应用等；自由基共聚合部分，讲到聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS树脂）、丁苯橡胶（SBR橡胶）等一些著名共聚物和常见聚烯烃产品及它们的制备原理、主要性能和用途。其中举例聚四氟乙烯（PTFE）用于流量泵、反应釜内衬和搅拌棒外面涂层，聚氯乙烯（PVC）用于各种集成吊顶和各种垃圾袋等。在高分子发展史中，讲授诺贝尔奖成果和获得者的发明典故，例如电高分子的发现、齐格勒-纳塔催化剂的发展，以增强课堂的趣味性；讲述了第二次世界大战期间高分子的发展典故。此外，让学生翻看塑料水杯的材质、衣服标签让学生认识各种标志上一些材质的名称，指出我们的水杯、服装由哪些合成高分子构成，并讨论目前常用的化学纤维名称和聚合原理；通过举例讲解方式，激发学生自主学习兴趣。

3.多媒体与板书教学方法相结合，提高教学质量

高分子化学与物理基础课程知识面广，其涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子加工等方面内容。该课程教学信息量大、理论性强，学生理解相对比较困难。因此，我们在教学过程中注意多种教学形式相结合，提高教学质量。课堂主要采用多媒体教学方式，同时辅以板书讲解，取得了不错的教学效果。利用多媒体教学方法既能够将理论的知识直观体现出来，又能够将难于理解的教学内容形象地展示出来，这样可以使学生更容易理解所学内容。例如，在讲解配位聚合时，利用动画演示双金属活性中心机理和单金属活性中心机理中单体分子的插入过程与链增长过程；自由基聚合实施方法中，利用制作动画模拟悬浮聚合和乳液聚合过程中单体的分散过程，高分子物理中拉伸对高分子结晶形态的影响、动态黏弹性模型，等等。通过多媒体的运用，可以使抽象的教学内容具体化，有效提高学生学习的趣味性。多媒体课件也会存在一些缺陷，比如讲课节奏过快，学生难以吸收；教师过于关注幻灯片屏幕，减少了和学生的交流互动，等等。在实际教学过程中，还应注意和板书的有效结合，对重点知识内容采用板书的形式进行讲解，取得了不错的效果。

4.网络教学方法的运用

针对多媒体教学存在讲课节奏过快，学生难以吸收等缺陷和板书教学进度缓慢等特点，对重要章节，我们采取课堂与课下网络教学相配合的方法。网络教学在原来多媒体教学基础上，对教学过程和教学内容提供了全面支持。目前学校构建了一个比较完整的网上教学支撑环境，提供多媒体录播室进行教学视频的录制，最后把课件与录制视频统一上传到网络教学平台。网络教学有许多传统学习方法无可比拟的优点，例如学生学习自主性增强，真正发挥学习的主观能动性，学生学习在时间和空间上少了许多限制，学习的探究性更加深入。另外，网络背景下学生在获取不同的资源时可以进行比较，相互之间取长补短，知识面更广。随着现在网络技术的发展，学生可以在宿舍、教室和学校多媒体教室通过网络对课堂内容进行学习。网络教学方法的运用，大大弥补了课堂多媒体课件存在一些不足，大大提高了教学效率。

5.开展互动式教学，发挥学生的学习主动性

教学是教师和学生的共同行为，学生是课堂的主体，教师是学生学习知识的引导者。目前高校教学方式偏重以教师“教”为主，忽视了学生“学习”的主动性，学生始终处于“被动学习”地位。这样的“被动学习”，导致学生具有学习压力大、心理负担重等特点。针对这一现状，我们采取课堂互动的教学方式，包括师生提问、讨论和学生上讲台相结合的方式进行教学活动，取得了一定效果。比如在下课前教师先提出下一节课的预习内容，提出一些讨论问题，例如在讲述缩聚反应时，提出不同聚合时间获得聚合物分子量是否相同、什么样的单体能够发生缩聚反应、什么样的单体能够获得支化的高分子等问题。让学生通过查阅资料，自己寻找答案，并在下次课堂上让学生进行讨论，然后教师补充。这样既提高了学生的学习思考能力，又增强了学生的学习主动性，提高了学习兴趣。另外，我校为农业院校，虽然学习《高分子化学与物理课程基础》课程的学生是非农业专业，但是部分学生毕业后或许从事涉农相关服务业。考虑到此种情况，我们在授课内容安排上，对目前农业应用的高分子材料和高分子在农业方面的潜在应用进行了讨论，给他们提供了创造性思维。比如在讲自由基聚合章节时，我们就对强吸水树脂的制备现状和发展前景，主要针对其在农业生产中的应用进行了讲述，对高分子薄膜在农业中的应用及带来的“白色污染”与应对措施进行了讨论。通过这样的讨论，我们锻炼了学生分析思考问题的能力，这为学生工作与科学研究的创新思维形成打下了基础，提高了学生的学习积极性和学习兴趣，加深了对本课程的理解。

6.结语

通过对本校生物功能材料专业《高分子化学与物理基础》课程教学中的一些课程设计特点、面临的问题及目前采取的措施进行了总结。《高分子化学与物理基础》虽然是一门专业基础课，但其理论性强、概念抽象难懂，如何让学生在掌握该课程基本理论的同时，调动学生的学习积极性，培养学生的自主学习能力和创新意识，是教学工作中需要不断探索的问题。我们将在总结已有教学经验的基础上，继续对本课程教学方法的改善与创新进行探索，以提高该课程的教学质量。

参考文献：

[1]魏无际，俞强，崔益华.高分子化学与物理基础（第二版）.北京：化学工业出版社，2011.

[2]黄海霞.应用化学专业《高分子化学与物理》课程教学探索.广州化工，2013，41（12）.

篇3

计算机变得与试管一样重要

在漫长的历史时期，对化学家而言，试管是他们最为重要的工具，另外通过小棒和小球，他们就可以搭建出一些化学反应的分子结构。但是当人类进入计算机时代以后，对化学研究人员而言计算机开始逐步变得与试管同样重要。

中科院化学研究所分子反应动力学国家重点实验室主任边文生表示，化学反应是一个微观过程，许多化学反应的发生可能只需要几微秒，传统上用实验手段描述出反应过程的每一个步骤几乎不可能实现，而此次获奖的三位科学家使计算机成了描述一些化学反应的重要工具。

诺贝尔评审委员会说，卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔研究的开创性在于，他们让经典物理学与迥然不同的量子物理学在化学研究中“并肩作战”。以前，化学家必须二选其一。依靠用塑料棒和杆创建模型的经典物理学方法的优势在于计算简单且能为大分子建模，但其无法模拟化学反应。而如果化学家选择使用量子物理学计算化学反应过程，但巨大的计算量使得其只能应付小分子。为此，在20世纪70年代，这三位科学家设计出多尺度模型，让传统的化学实验走上了信息化的快车道。在由这三位科学家研发出的多尺度模型的辅助下，化学家们就可以让计算机做“做帮手”来揭示化学过程。

诺贝尔化学奖评选委员会在当天发表的声明中说，现在，对化学家来说，计算机是同试管一样重要的工具，计算机对真实生命的模拟已为化学领域大部分研究成果的取得立下了“汗马功劳”。并且通过模拟，化学家能更快获得比传统实验更精准的预测结果。

研究成果被广泛应用

事实上，也正是三位科学家上个世纪70年代的开创性研究，让计算机模拟揭示复杂的化学反应过程成为可能。此后，经过长期努力，科学家们建立了更加准确和普遍适用的量子化学和分子力学结合的多尺度计算模型。

边文生表示，卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔所发明的多尺度模型的意义在于其具有普遍性，可用来研究各种各样的化学过程，从生命分子到工业化学过程等，都可以应用到他们研究的模型。

北京大学化学与分子工程学院长江特聘教授夏斌表示，如今无论是在化学领域，还是分子生物学领域，三位获奖者的研究成果都已被予以应用，其已经成为了很多研究人员十分重要的研究工具。

“如今，蛋白质、核酸、碳氢化合物等生物大分子的研究，最新研究与开发的药物设计等相关研究，几乎都离不开三位获奖者通过计算机模拟出的化学分子模型。”边文生说。

篇4

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。

篇5

【关键词】工业废水 电化学 处理技术 研究与分析

电化学处理需要运用多种物理技术和有机化工原料，通过物理、化学等降解、催化作用，工业废水中的合成肥料、农药、染料、废油等都可以有效解离。在高污染的工业废水中，含有大量金属粒子和大分子有机物，通过电化学处理，这些金属粒子和有机物可以被有效分割。

一、电化学处理的基本原理和技术应用特征

（一）基本原理。电化学处理是指电能转化为化学能的过程，选用适当物理原料当做电极，在电流的干扰作用下，工业废水中的阴阳极会分别发生化学反应。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。金属粒子和化学分子在化学反应的作用下，其污染物质会被进一步综合，最终转化成二氧化碳和水。转化过程公式如下：

含氯废水：

含重金属离子废水：

（二）电化学处理技术应用特征。通过直流电能催化工业废水发生电极反应，这种电化学处理方法不受环境温度和装置压力的影响，可以在常态环境下进行。同时，电解法使用的化学物质非常少，可以有效避免工业废水出现二次污染和资源浪费。整个电化学处理装置在组成上，结构简单，并没有复杂设备，因此工人在操作处理工业废水时很容易控制电极处理状态。如果工业废水中的负荷污染离子过多，装置可以自动调节电极电流和电压，可控性的电荷量可以增加工业废水的电荷稳定性，促进能量的有效转化。

二、不同种类的工业废水电化学处理方法

我国工业生产类型很多，不同生产工艺所排出的工业废水污染物质不同。因此，要想拓宽电化学处理的范围，施工人员应针对不同类型的工业废水，进行特殊处理，使之能够达到更好的电化学处理效果。

（一）含油污废水。此类工业废水中的吸附性污染物非常多，悬浮胶体会干扰电荷粒子的运动。因此，针对含油污废水，施工人员应先利用电极溶解方法，将废水中的吸附性物质去除，利用电荷的凝聚、溶解性能，将油和水进行隔离处理。净化油污后的水，仍存在诸多污染离子，这时可以运用传统的铅电极处理方法，控制电流在0.25-0.3A之间，控制电压在6.5-7.5V之间。经过三十分钟的电极降解，工业废水中的微小油污离子会被逐层分离，转化成气体或水。经过多次试验，双重隔离处理方法可以有效清除油污工业废水中的有害物质，其去污效率高达96.34%。

（二）含重金属离子废水。很多冶炼厂在运营过程中会产生大量工业废水，这些废水中的金属离子含量巨大，有氯离子、铁离子、铜离子等，如果这些重金属离子侵蚀到居民用水中，则居民的用水质量会大幅度下降，危害到公民的生命健康。由此可见，对含重金属离子的工业废水进行净化处理至关重要。一般情况下，施工人员还采用阴极吸引的方式，利用电极的电荷吸引能力吸引氧化离子，氧化离子汇集到一起会形成胶体团，由水电解而成的氢气和氧气会将胶体团隔离出工业废水之外。该电化学处理方式采用的是铁电极，电流在0.5-1A之间，电压在9.5-10V之间，去除重金属离子效率高达89.34%。

（三）染料工业废水。对于此类工业废水，常采用金属阳极溶解的方法。众所周知，在染料废水中，大量颜色分子会吸附在水中，聚集的分子形成一个个不容易降解的凝聚体，这个凝聚体的主要组成物质是氢氧化物。施工人员首先应利用电极的电解作用，破坏凝聚体中的氢氧化物，将悬浮在上层的、质量较轻的凝聚体分割开来；之后，应选用绿色脱色剂，对剩余废水进行添加剂处理；最后，利用电解气体将多余颜色分子隔离，并进行终极脱色处理。

三、电化学处理操作条件分析

（一）电解电压。不同电化学处理方法的电解电压不同，电压的大小取决于电极的距离、电阻率、废水中污染物的电荷量、粒子成分等。因此，在对工业废水进行电化学处理时，质量检验人员应抽取废水样本，分析废水中的成分和粒子形态，制度科学的电解方案，选用合适的电压。

（二）通电量。如果工业废水中的污染物浓度过大，利用传统电解方式无法有效去除废水中的污染离子，为避免数次电解工作给工厂带来巨大的经济压力。施工人员可以适当提升通电量，加大电流，让单位体积废水的电流密度瞬时提高。电流密度提高了，电荷对废水离子的吸收能力会大幅度提高。

（三）PH值。离子平衡是电化学废水处理的核心原理，所以无论是何种工业废水，在进行电解处理时，都应控制好水的PH值，始终保持其在6.5-7之间。如果工业废水中的碱性过大，则电解阳极会被工业废水钝化，金属离子等正离子则很难被负电荷溶解。如果工业废水的酸性过大，则电解阴极会被工业废水酸化，多余的负电荷会干扰电流密度，其溶解能力也会被大大削弱。

四、结论

通过上文对电化学工业废水处理方法进行系统分析可知，现阶段工业生产中，工业废水的处理技术正在不断革新和发展。电化学处理作为一种高性能、高效率的废水处理工艺，其研究和发展价值巨大。综上分析，施工人员应不懈努力，引入电子数据处理和数学模型，增强电化学处理技术的智能化、自动化、科学化性质，在优化废水处理体系的基础上，提高技术的应用效果。

参考文献：

[1]吴高明，魏松波，雷兴红，杜健敏，陆晓华.焦化废水电化学处理技术研究进展[J].工业水处理，2007，12（09）：127-130.

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法国斯特拉斯堡大学的让-彼埃尔・索维奇（Jean-Pierre Sauvage）教授、美国西北大学的詹姆斯・弗雷泽・斯图达特（James Fraser Stoddart）爵士以及荷兰格罗宁根大学的伯纳德・L・费林加（Bernard L. Feringa）教授共享2016年诺贝尔化学奖，他们因在分子机器的设计和合成上的贡献而获奖。这让许多人不禁感慨，诺贝尔化学奖终于颁给了属于纯化学范畴的“分子机器”。此前历届诺贝尔化学奖都授予了交叉学科，比如生物化学和生物物理等。

简单来说，这是一个有关在分子层面微观尺度上设计机器的故事。这几位获奖人成功地将分子连在一起，开发出了只有头发丝千分之一粗细的“分子机器”，共同设计了包括分子电梯、分子马达、分子人造肌肉在内的各种分子机器。正如诺奖委员会所言：“他们掌握了在分子层面上控制运动的技术。”

分子机器的幻想

“分子机器”又称生物纳米机器，是在1959年作为纳米技术的概念被提出的。简单来说，“分子机器”就是在分子水平上，由一个分子或几个分子，通过分子的运动，实现宏观机器的运动。它主要由蛋白质等生物分子构成，具有小尺寸、多样性、自适应，以及仅依靠化学能或者热能驱动等其他人造机器难以比拟的性能，对促进生物学以及仿生学的发展具有重要意义。

早在1959年，当时著名的物理学家理查德・费曼（Richard Feynman）就大胆预测，在纳米尺度下打造机器是可能的，分子机器未来将会在纳米机器人操作手术和定位药物在人体内的输送方面起到关键作用。他说：“虽然这个想法听起来很疯狂，但是如果人们能够吞下一个纳米外科医生，这样的手术会很有意思。”他描绘道，只要把这个外科医生放进人体的血液中，它就能够抵达心脏，并且查看哪里出了问题，然后纳米机器人会拿出小刀，把不好的地方（比如肿瘤部位）切除。

费曼的想法很快在1966年美国的一部科幻影片《神奇旅程》（Fantastic Voyage）中得到了体现。影片讲述了一名科学家因脑血管遭到间谍破坏而命在旦夕，为了救他，5名美国医生乘坐飞船，在被集体缩小后注射进他的体内进行血管手术，完成任务后经眼睛逃出，从而拯救了他的生命。

50年后的今天，人们虽然仍然未能将科幻变成现实，但是很多人还在努力去证实费曼的预言，当然这个证明过程是漫长的。

索维奇研究出分子机器的雏形

在科学研究中，灵感常常来自完全不同的领域。让-皮埃尔・索维奇一开始的研究领域是光化学，这个领域的化学家试图开发能够捕获太阳能并用它驱动化学反应的分子复合物。当索维奇建好了其中一个光化学分子模型之后，他突然发现这个模型与分子链的相似之处：一个核心离子周围缠着两个分子。这灵光一闪使得索维奇的研究方向大转，从而复兴了拓扑化学领域。

1983年，让-彼埃尔・索维奇踏出了分子机器研发的第一步。当时，他成功地将两个环形分子连接起来，形成一根链，并将其命名为“索烃”（Catenanes）。其中一个环能在接受能量后受控绕另一个环旋转，这是非生物分子机器的最初雏形。通常，分子是由共价键（原子共享电子）结合而成，但在“索烃”里它们是通过更自由的机械结合连接。机器要完成任务，必须要有相互之间能够相对移动的部件，这两个相互扣合的环形分子就能符合这个要求。

斯图达特向分子机器迈出第二步

詹姆斯・斯图达特小时候成长在苏格兰一个没有电也没有任何现代设施的农场，他用拼图游戏来打发时间。这就给了他一个化学家所需要的训练：辨认形状，发现它们可以怎样组合在一起。他还被化学中的一种可能性所吸引，就是可以成为分子艺术家――雕琢出世界上从来没有人见过的形状。

斯图达特在1991年完成了分子机器研发的第二步――利用分子间的互相吸引，研究出“轮烷”（Rotaxane）。他将一个分子环穿入一个细的分子轴，证明了环状分子能随轴运动。于是他得到了“轮烷”：一个环状分子以机械作用套在一个轴上。

接下来斯托达特利用了环能在轴上移动的特性（加热时，环会在轴之间前窜后跳――就像一个微型梭），在1994年做到了完全控制其运动，使得它不再只会自由随机移动。之后，他和他的团队以“轮烷”为研究基础，构建多种分子机器：分子电梯（2004年），它可以将自己从表面上抬高0.7纳米；还有人造肌肉（2005年），能把一块非常薄的金箔弄弯。斯托达特还和其他研究者联手开发了一种基于“轮烷”的计算机芯片，能储存20KB的数据。现今计算机芯片中的晶体管已十分微小，但是和“轮烷”芯片一比都要算是巨型了。我们相信分子计算机芯片能够像当年的硅片晶体管那样，给计算机技术带来又一次革命。

费林加是研究出分子马达的第一人

正常情况下，分子的运动是随机的，一个旋转的分子向左与向右转动的概率大体相同。对于分子机械工程来说，重要的目标是制造出一个能够在同一方向上持续旋转的马达。在20世纪90年代，该领域的研究者们作出了许多不同的尝试，但是最先取得突破的是荷兰人伯纳德・L・费林加。

1999年，费林加研究出分子转动叶片，成功地使叶片持续朝一个方向旋转，并保持此方向不变。分子由两个像旋翼叶片般的结构组成，由一对碳碳双键连接。每个叶片分别与一个甲基相连，它们和叶片一起如同棘轮般运作，迫使分子朝同一方向转动。当分子被暴露在紫外线脉冲下时，一个旋翼叶片围绕中心的双键翻跃了180度。接着，棘轮运转到位。当下一束脉冲到来时，叶片又再翻跃了180度。这个过程不断重复，分子就按照相同方向旋转，就像一个“分子马达”一样。这被视作分子机器领域的标志性事件。

虽然第一个“分子马达”的速度并不快，但费林加还是成功用“分子马达”转动了比它大一万倍的玻璃杯。在2011年，研究组还制造了一个四轮驱动的“纳米车”，一个分子底盘将四个“马达”联结在一起，当作车轮使用。当车轮旋转时，纳米车就在表面上向前行驶。后来费林加的研究组对“分子马达”进行了优化，在2014年，使旋转速度达到了每秒1200万转。

在宏观层面上，如果数以亿计的分子机器共同协作，确实能够改变材料的某些宏观性质。比如能够根据光或化学信号进行伸缩的智能凝胶就可以用来制造可调节型镜片或传感器。费林加曾说，“我敢打赌，在未来5年之内，嵌入了分子开关的新型智能材料就会问世。”

迈向全新而充满活力的化学

所有的化学系统都会力图达到平衡，这是一种低能量状态，但这更是一种僵局。这些研究之所以能获得2016年的诺贝尔化学奖，很重要的一部分原因在于研究者驱动着分子系统远离了这种僵局。他们还开创出分子机器发展的道路，使分子的运动具有可控性，因此诞生的一系列化学结构，成为全世界研究者用于进一步创作的工具箱。其中最令人震撼的例子是一个可以抓取并连接氨基酸的分子机器人，它是2013年以“轮烷”为基础建造出来的。

篇7

[关键词]材料；有机化学；分子模拟；创新；教学改革

1前言

材料有机化学作为化学学科的基础课程，其主要研究化学材料的结构与性能。相较于其它课程，材料有机化学的理论性强、知识点多、化合物结构抽象、化学反应机理复杂。在传统的教学中教师往往采用实物模型展示的方式，然而现今材料化学中的化合物种类繁多，现有的简单模型已经不能满足日常教学的需要，因此在教学过程中学生很难理解部分复杂结构的化合物及其反应机理。如何将材料化学中的结构形象化、具体化是提高该课程效率的关键。随着计算机的飞速发展，计算化学作为一门新兴学科在生物、医药、化工等领域发挥越来越重要的作用[1-2]。传统的物理、化学研究方法面临着周期长、设备复杂、资金不足等问题，而模拟计算从量子力学角度进行材料结构与性能研究，被认为是揭示微观机理与加速宏观研究的有效手段。当前，模拟计算已经大规模的应用在科学研究中。在众多模拟软件中，Materialstudio(MS)具有友好化的Wiondows操作界面，可以将微观结构立体化，使得原本抽象的结构具有可操作性，同时它能够解决很多宏观上难以触及的问题，诸如：分子轨道、偶极矩、分子间作用力、热力学性质、结构稳定性和化学反应过程机理等。将MS应用在材料有机化学的教学中，可以将课本理论与实体化的反应历程结合，提高学生的理解力，形成长效记忆。下面笔者将从材料有机化学的教学现状、模拟软件介绍以及模拟计算用于材料有机化学教学中的实例展开详述。

2材料有机化学的教学现状及存在的问题

材料有机化学课程的服务面大，基本是生物、化学、化工、医药等专业的必修课程之一，对本科生后续课程学习乃至科研工作都起着关键作用。然而对于多数学生而言，该课程通常被认为是一门可怕的、挂科率高的课程，部分原因是知识点分散且抽象化。现阶段，板书和幻灯片教学是众多高校及科研院所的主要教学模式，缺少革新。正如国际化学联盟化学教育委员会前主席所感慨的那样[3]：“我们的许多教科书和教学方法都停留在过去的30~50年里，没有太大的改变。”然而抽象的书本教学使得学生在学习、理解该课程上出现了困难。学生难从本质上理解材料化学涉及的微观结构、分子间作用力、反应机理，从而觉得有机化学是一门枯燥乏味的理论课程。在研究材料有机化学教学现状中，渥太华大学化学教授艾莉森·弗林发现学生很不擅长对长链有机物进行命名，同时多数学生在思考反应机理时，很随意的将电子从一个分子分配给另一个分子，而不考虑这些分子之间化学键的限制。弗林教授归其原因是学生不能将材料分子的空间结构绘制出来，从而无法理解成键规则。总结而言，现阶段的有机学习教学中主要存在以下问题：(1)单靠阅读书本，学生很难构思出三维立体的分子结构；(2)抽线的理论知识使得学生无法从本质上理解反应机理，从而加剧对有机化学课程的厌学情绪。值得一提的是，特别是进入冠状病毒病大流行的特殊时期，晦涩抽象的材料化学在远程教学中面对着更大的挑战。

3分子模拟及模拟软件简介

尽管如此，新挑战也预示了新契机。现今随着计算化学的飞速发展，分子模拟被认为是一种提高学生学习化学知识兴趣的有效手段。诸如：Gaussian、Vasp、CP2K、Materialstudio等，这类模拟软件均基于一系列的半经验公式，包含密度泛函以及从头算方法等，被广泛的应用于材料有机化学中的微观结构解析以及反应机理探究，其在数字教学中或将发挥巨大作用。渥太华大学弗林教授他们借助可视化的OrgChem101模拟计算程序帮助学生了解化学语言和符号，并掌握长链有机物的命名及成键规则。此外，新加坡国立大学的化学教育者最近开发了一种方法，将化学模拟软件融入实验教学，改进了当地的教学策略。在国内，安徽医科大学提出将Gaussian模拟软件用于波谱分析的教学，利用模拟光谱有效区分出手性对映异构体[4]。此外，重庆文理学院采用化学模拟软件辅助反应机理的教学也取得很好成果[5]。然而如何融合模拟计算更形象的呈现材料有机化学中的抽象模型，相关报道较少，亟需我们进行深入的研究探讨。笔者自高校工作以来一直从事材料有机化学的教学科研工作，对材料化学课程的现状以及突破点有一定的理解，因此提出以模拟软件辅助材料有机化学的教学模式。BIOVIAMS拥有一套完整的建模和模拟环境[6]，包括：量子力学、分子力学、分子动力学、介观动力学等，旨在让材料科学和化学领域的研究人员预测和理解材料的原子和分子结构性质及其表现出的宏观性能。众多科研人员正在利用MS软件设计开发各种类型材料，包括催化剂、聚合物、复合材料、金属、合金、制药、电池等。本文笔者将阐述自己在材料有机化学教学中，采用理论模拟辅助教学的一些实例，包括发展三维立体教学，通过MS这一可视化模拟软件，在线搭建三维长链分子及其空间构型，更直观的获取材料分子的结构信息；为化学反应提供可视化的动态过程，让学生对反应历程、过程机理有本质性的理解。实践证明，将模拟软件融入材料化学的教学中，充分调动了学生的学习激情，提高了学生对基础知识的深入理解。

4软件模拟在材料有机教学中的应用实例

4.1分子三维结构的在线搭建及其空间结构分析

在材料有机化学课程中，分子结构、同分异构体以及立体异构体等是一个重要概论。初次接触的学生往往会由于缺乏空间想象力，而无法在脑海中操纵、旋转复杂这些结构。利用MS中Visualize模块可以绘制分子的微观结构以提升学生对空间想象力的培养。图1可视化的有机分子及其空间结构Fig.1Visualizedorganicmoleculesandtheirspatialstructure如图1a中，我们可以看到不同杂化方式的碳原子，并且能够从三维角度观测它们的空间构型。再如，判断同分异构体的构象是教学中的一个重难点。我们知道同分异构体是由于分子中单键的旋转而产生了相同原子而不同排列形式的构象，同分异构体间的化学性质截然不同。如图在1b-c中，如何判断1,2-二氯代丁烷两种同分异构体的内内消旋性？MS模拟软件可以轻松解决该教学问题。首先通过在MS绘制出1,2-二氯代丁烷的两种空间构象，可以清楚看到图1c中的对称性是由不对称性的碳原子引起，因此具有内消旋性，即为(2R，3S)1,2-二氯代丁烷。以上仅仅是简单分子的绘制，MS的功能强大在于它特别适用于复杂分子的绘制，如碳纳米管、C60、石墨烯等，如图1d。MS可以自定义的绘制任何有机物质，该软件的工具栏提供了多种杂化方式的碳键，方便在教学中随意的切换。利用该套绘制分子空间结构的功能，学生能够从不同角度观察分子的空间结构及成键方式，从而轻松解决材料化学中涉及键长、键角、轨道、电荷分布以及原子共平面等问题。通过在线搭建不同空间构型的有机化学分子，学生甚至可以远程亲手操控、旋转、增减该结构，加深对杂化理论以及同分异构的理解，极大增强对材料有机化学学习的兴趣。

4.2模拟计算分子间作用力

分子间作用力是指作用于原子和它相邻粒子之间的引力或斥力。分子间力相对于分子内力来说是很微弱的，主要包括氢键、配位键、范德华力、共价键、色散力等。深入理解分子间作用力对于材料有机化学学习非常重要。这里笔者将以氢键为例，阐述模拟计算在识别氢键中的有效作用。氢键指的是一个氢原子与一个电负性高的元素(通常是氮、氧或氟)以共价键的形式结合，键能介于成键作用和非键作用之间，常被描述为偶极-偶极键的一种极端形式。实际中，氢键的形成需要满足一定距离和角度要求。如何判断是否有氢键形成以及氢键形成的数量是判断材料稳定性的一个关键。在模拟计算中，通常根据以下两个标准进行氢键形成的判断(图2a)：(1)施体(指与氢原子成健的原子)与受体(指与氢原子形成氢键的原子)之间的距离小于等于0.35nm；(2)氢原子-施体-受体之间的夹角小于等于30度。为进一步在课堂上使氢键可视化，我们创建了水分子(图2b)，可以看到几何优化后的水分子氢氧键长为0.96Å，键角约为104.5度。而后构建1.0kg/m3的水盒子，能量最小化后计算出氢键分布。图2b中氢键用蓝色虚线表示，可以清楚看到中间水分子形成了3个氢键，进一步计算显示，水相中每个水分子约可形成3.5个氢键，跟文献报道一致。同时该模拟计算也给出了体系内的范德华及静电作用能分别为27.5kcal/mol，-150.9kcal/mol。MS为体系分子间作用提供了可视化的分析方法，在教学过程中，通过该套算法搭建分子间微观作用力与材料宏观性能之间的匹配性关系，将材料有机化学教学提升至一个新的高度。

4.3催化反应过渡态计算

过渡态理论认为化学反应中原子排列位置的变化是连续的，从反应物到生成物中间存在一个中间体，即过渡态，该中间体与反应物的能量差为反应活化能(图3a)。催化剂的加入能有效降低该活化能，使得化学反应更易进行。为了更直观的描述催化反应过程，笔者常用MS中的量化计算辅助课程讲解，使得原本抽象的催化反应历程具有可视化效果。甘油催化裂解是笔者在教学课堂中常举得一个例子。众所周知，甘油蒸汽在没有催化剂的情况下十分稳定，解离能很大，但是在Co催化作用下，其裂解活化能得以有效降低。为了探讨甘油蒸汽在Co0和Co2+界面处的转化过程，采用量子力学模拟计算甘油催化裂解。如图3b，计算过程中，由于能量最小化的驱使下，甘油分子最终停留在Co0和Co2+界面处，此时体系最稳定。随后根据公式计算出甘油四步裂解过程中的能垒数值，并绘制过程阶梯图，如图3c。根据该阶梯图，我们能清晰的看到甘油分子在界面处的裂解催化所需的能垒最低，即表明此反应最容易发生。材料化学教学中通过该实列的操作展示，学生可以更直观的看到化学反应是如何一步一步进行的，并且了解每一步都需要克服反应能垒，加深对催化反应及过渡态理论的理解。反应步骤一：CH2OHCHOHCH2OH→CH2OHCHOHCHO*+H2反应步骤二：CH2OHCHOHCHO*→CH2OHCH2OH+CO*反应步骤三：CH2OHCH2OH→CH3CHO*+H2O反应步骤四：CH3CHO*→CH4+CO*

5结束语

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[关键词]农林；无机及分析化学；试题库

无机及分析化学课程是我国农林院校的一门公共基础课，以西北农林科技大学(西农)为例，每年有过一半的大一新生(近3000人)要学习该课程，足见其在农林院校的重要地位。一般有如此多学生的课程都会采用统考的方式考试，因此试卷的全面性、公正性、区分度和客观性就显得非常重要。然而由于某些原因，部分农林院校仍以人工命题的方式出卷。人工命题方式有其优点，但在当前信息科技越来越发达的时代，其缺点越来越突出。首先，人工命题往往易受出题人的主观影响，存在对课程内容覆盖面不全、难度把握不好、重点不够突出、题目容易跟往年类似或重复等缺点，对学生的考查不够细致，区分度可能也不好，达不到考试目的[1]。如果情况严重，甚至可能造成教学事故。其次，人工命题容易出错，如符号错误、分值错误、数据错误等。出题人的责任心不同，试卷的质量往往差别很大，责任心强的教师出的试卷质量还比较高，但责任心较弱的老师所出的试卷质量则不能保证。再次，人工命题效率低、成本高。命题一般在教师课程未结束的时候同时进行，教师在上课之余，要花很多时间命题，往往是人付出了很多精力，却没有得到相应回报，可能也没有得优良的试卷[2]。

1试题库系统结构

我们已进入一个信息科技爆炸的时代，电脑、手机和网络已是我们日常生活、教学和工作必不可少的工具，农林院校的无机及分析化学课程也应该跟上时代步伐，建立计算机试题库系统。试题库系统的优点显而易见。首先，计算机试题库系统可有效避免人工命题的诸多缺点，如实现教考分离，更好把握课程内容的覆盖、难度分布、重点突出、不易出错等等[3]。再次，机器出卷效率高，只要设置好一些基本要求，就会很快组成试卷。另外，试题库系统还有其他方面的用途，如满足学生的日常练习，课程进行过程中，可以利用试题库系统出一些较简单的练习题，供学生加深对课程内容的理解之用。最后，考试完之后，考试情况可以反馈给试题库系统，进一步改进试题库系统，那么以后的试卷会越来越好越客观。当然电脑组卷也不是万能的，如果结合电脑组卷和人工修改，即可结合二者的优点，得到一份优秀的试卷。建立一个优秀的试题库系统，工作量巨大，需要大量细致长期的工作。总的来说，试题库系统首先应该有一套优秀的试题库软件，然后问题就在于要采集大量试题，最后就是管理与参与者的长期完善。针对无机及分析化学课程，应该包含以下几个方面。所示，应该包含四个基本子系统，即题型管理、试题管理、用户管理和组题管理子系统[4]。题型管理子系统可以设置加入不同类型题目，除传统的填空、选择、判断及计算题之外，用户可以定制自己的题型；试题管理子系统对试题进行管理、设置难度、归类等，如批量输入试题，设置修改难度系数等；通过用户管理子系统可设置不同权限的用户，用户通过网络可以登录系统，根据要求使用系统，保证多用户使用，同时保证安全；组题管理子系统可以设置不同组题方式，产生试卷。另外还有试题质量评价模块，为考完试后进行评价反馈而设置。

2试题库系统软件

试题库软件一般通过两种途径获得，即商业软件和使用者自己编写。对于非计算机专业的化学工作者来说，编写一套较好的软件有一定难度，故采用成熟商业软件比较可行。不管那种方式，试题库软件系统应包括以下方面：(1)界面友好，易于操作管理，功能齐全：试题库系统不仅管理员使用，普通老师也要用，如出一些练习题、小测验等。大多数化学老师的计算机水平有限，因此简单易用的界面能为更多人使用。界面简单易用的同时，还要保证内容丰富、功能齐全。如题型的设置，普通的选择、填空、判断、计算题必不可少，还有其他题型，如概念、证明、小论文之类。另外用户管理、组题出卷等都要包含。每个题目设置相应的难度系数，组试卷时根据难度系数的分布情况组卷，这样考试时一般都会比较符合正态分布，难度系数可由管理员修改。(2)化学语言友好：由于化学试题必不可少的出现化学语言，如无机及分析化学课中热力学部分的热化学方程式、热力学函数关系式，原子分子结构部分的分子杂化轨道显示、化学分子结构式，四大平衡对应的滴定实验示意图等。因此试题库软件应该正确显示这些化学语言，兼容CHEMDRAW等化学软件绘制结构图，而且必须是WORD软件友好的软件，以正确显示化学语言和数学公式。(3)网络题库：试题库系统不仅在考试时使用，平时也要发挥作用。无机及分析化学课本中的练习题非常有限，学生可能需要做更多些练习题以加强对知识的理解，试题库系统可以提供网络练习接口，让学生可以更灵活地获取知识。另外网络题库可以发挥其交互的优势，让学生和教师更好的交互反馈。(4)安全性：无机及分析化学课程为农林院校公共基础课，因此试题库软件的安全性一定要高，如果出现试题泄露、黑客入侵等情况，将严重影响教学工作，造成教学事故。因此，软件系统一定要提供良好的安全性。

3试题采集

试题库系统的另一大关键就是试题的数量和质量，即试题采集。大量试题需要大量人员完成，是一个大工程。有经验的老教师承担试题的核验、确定难度系数、试卷的把关等工作，其他老师可搜集试题，试题翻译，试题录入及管理等工作。系统管理可由几位老师承担，每位负责某种题型。试题采集是最为繁琐且庞大的工作，必须由多人承担，按章节划分，每1至2位老师负责一章，结合科学前沿有趣的东西，收集翻译编写题目。试题采集主要通过以下几种途径获得：(1)已有资料。西农无机及分析化学课程的命题近年都由不同老师轮流命题，教师一般都有出题经历，有一定量试题资料，因此首先将每个老师的试题资料收集、归类，就是试题库的基础试题。(2)外文课本翻译。相对于国内课本，国外教科书或参考书中一般都有大量题目，可以联系版权方，获得题目的使用权，然后进行翻译。(3)自编题目。组织教师自己命题，教师根据自己的授课经验，结合自己的专业特长和学校特点，负责某一章节试题的编写。(4)另外，试题库的题型可多样化，不局限于考试，可引导学生自己动手，查资料写小论文，将小论文的题目也可加入试题库共享。

4不断实践、反馈和改进

试题库系统是不断建设、实践及完善的长期工程，每次组卷考试后，根据考试情况进行反馈，然后对有问题的部分进行修改，如难度调整等。另外，每年都应该往系统里加入一定量的试题，淘汰陈旧试题，保持更新。经过几年的改进完善，最终会建设好一个优秀的试题库系统。

综上所述，无机及分析化学课是一门农林院校非常重要的基础课，应该充分重视其考核方式的公平性和客观性，实现教考分离，淘汰陈旧的人工命题方式，有效组织起来，建设试题库系统进行组卷考试。

作者:蒲亮 张忠 王文己 杨正亮 单丽伟 单位:西北农林科技大学

参考文献

[1]袁东华．高校试题库、试卷库建设问题的思考[J]．黑龙江教育，2013，4：77-78．

[2]陈红兵，贾俊仙，武英耀，等．创建农业院校化学网上试题库的探讨[J]．高等农业教育，2002，138(12)：50-51．

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关键词：室内污染物；种类；来源；危害；防治

【分类号】：X6.3

由于室内装修引入能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳，导致室内空气中有害物质无论数量上还是种类不断增加，并引起人的一系列不适症状的现象，即为室内空气受到了污染[1]。就环境污染对人体健康的影响而言，由于人们生活、工作在室内环境的时间长，室内通风状况不良、不利于污染物稀释扩散自净等原因，室内环境质量比室外环境质量显得更为重要。

室内主要污染物来源及危害

《室内空气质量标准》和《民用建筑室内环境污染控制规定》的控制项目不仅有化学性污染，还有物理性、生物性和放射性污染。其中范围最广、影响最大的莫过于甲醛、苯、氨气、挥发性有机物、放射性氡这五类物质[2]了。

甲醛：化学分子式HCHO，也是近年来国内消费者及媒体最为关注的室内空气污染物。空气中游离甲醛是一种无色、具有刺激性且易溶于水醇、醚，其40%的水溶液称为"福尔马林"，具备防腐作用。而正是由于它的防腐（防虫）作用，甲醛被广泛应用于各种建筑装饰材料之中。甲醛的熔沸点很低，因而很容易从装修材料中挥发出来，甲醛的危害很大，居室空气中甲醛的最高容许浓度为0.08mg/m3[3]，当室内空气中的甲醛含量超过 0.06mg/m3 时就有异味和不适感，造成刺眼流泪、咽喉不适或疼痛、恶心呕吐、咳嗽胸闷、气喘甚至肺水肿；达到 30mg/m3，会立即致人死亡。而长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，引起新生儿染色体异常、白血病、青少年智力下降。

氨气： 氨的化学式为NH3，是一种无色且具有强烈刺激性臭味的气体，比空气轻 （ 比重为 0.5） 。氨是一种碱性物质，溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。部分人长期接触氨可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状；短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症，同时可能发生呼吸道刺激症状。

苯（苯系物）： 苯系物也是为人们所关注的室内空气污染物，苯（C6H6）、甲苯（C7H8）、二甲苯（C8H10）为无色透明油状液体，具有强烈芳香的气体，易挥发为蒸气、易燃有毒。苯被国际癌症研究中心确认为高毒致癌物质，对皮肤和粘膜有局部刺激作用，吸入或经皮肤吸收可引起中毒，严重者可发生再生障碍性贫血或白血病。

总挥发性有机化合物（TVOC）：TVOC是空气中三种有机污染物中影响较为严重的一种。TVOC可以分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。它们都以微量和痕量水平出现，所以容易被忽视。VOC是指室温下饱和蒸气压超过了133.32pa的有机物，其沸点在50℃至250℃，在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。TVOC可有嗅味，有刺激性，而且有些化合物具有基因毒性。世界卫生组织（WHO）、美国国家科学院/国家研究理事会（NAS/NRC）等机构一直强调TVOC是一类重要的空气污染物。

氡：氡由放射性元素镭衰变而生成，是一种放射性气体。近年来对氡的关注主要来自于媒体对石材放射性的报道。人体吸入氡后，衰变产生的氡子体呈微粒状，会吸入呼吸系统堆积在肺部，沉淀到一定程度后，这些微粒会损坏肺泡，进而导致肺癌。但并不是说生活在这种情况下的人都会得癌，一般从受到氡的照射到肺癌发病之间可能要经过几年时间。

室内空气污染的防治措施

1合理布局及分配室内外的污染源

为了减少室外大气污染对室内空气质量的影响，对城区内各污染源进行合理布局是很有必要的。居民生活区等人口密集的地方应安置在远离污染源的地区，同时应将污染源安置在远离居民区的下风口方向，避免居民住宅与工厂混杂的问题。

2 装修材料选择上要严格把关

在选择装饰材料时，要谨慎地控制污染严重有毒的材料作为装饰材料，减少污染物的产生。如选择对人体无害的天然建筑材料，或有主管部门核发合格证的绿色环保证书的化学合成材料。当材料用量大时还应进行必要的抽检和复检，重点应以控制有害气体和挥发性有机化合物、放射性物质的含量为主要内容。

3 加强室内通风换气次数

对于甲醛、室内放射性氡物质等，应加强通风换气次数，尤其是对甲醛的污染治理。室内放射性氡的浓度，在通风时其浓度会下降；而一旦不通风，浓度又继续回升。因此保持居室场所的通风换气是必须的，它可以保持室内污染物浓度低于一定的水平，保持室内空气的清洁。

4用绿色植物治理室内污染

养花爱花，是中华民族的传统。古往今来，人们精心地将花种植在阳台，或培育于花盆中，摆设在窗台、走廊等处，供作欣赏，不仅美化了环境，更可净化空气，减少污染。、吊兰、虎尾兰、绿萝、芦荟等植物均可吸收和清除不同的化学污染物。

5进行必要的室内环境检测和空气处理

室内污染， 其实是化学污染， 所以， 不能简单地凭气味感觉来判断， 必须借助于专业设备由专业人员进行分析处理。室内污染以投入使用的第1、2年危害性最大， 采取自然通风方式并不能根本和完全处理这些污染， 所以， 室内污染一定要及时进行室内污染治理。

总结

室内装修等造成的室内空气污染及其防治措施是一个常新的研究课题， 室内污染的防治应以事前控制为主，事后处理为辅， 双管并重， 双管齐下， 在事前控制中， 研究开发绿色环保建筑装饰装修材料， 实现最大限度的降低污染物的排放量， 是减少装饰装修材料产生室内空气污染，改善室内空气质量的有效措施， 也是最根本的措施； 同时也必须注重建筑装修完成后投入使用前的污染处治， 把装饰污染对人的健康危害控制到最小程度。

参考文献

[1] 朱天乐.室内空气污染控制[M].北京： 化学工业出版社，2003.

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关键词 视频公开课 建设 思考

中图分类号：G424 文献标识码：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

化学作为一门基础科学，无论是理科生还是文科生，通过中学阶段的学习都已经具备了一定的基础知识。然而在现实生活中很多大学生缺失生活中的化学常识，这种缺失在一定程度上影响了大学生科学素养和环境意识的提高。“生活与化学”选修课就是为达到提高大学生科学素质的目的而开设的。课程主要以发生在人们身边的各类现象以及化学在日常生活中的应用为线索，从化学角度给予科学的解释。具体的授课内容涉及人类的衣食住行中与化学密切相关的生活实用知识，并结合各种媒体已有的现代生活的化学信息，兼具趣味性和实用性，内容贴近生活，与时代同步。通过本课程的学习，使学生深切体会到化学就在他们的身边，提高基本科学素质，同时分析问题和解决问题的能力也得到一定程度的提高。

桂林理工大学“生活与化学”课程开设于1998年，计划学时32学时，是面对全校学生开设的选修课，授课对象为本校非化学化工类专业的学生，涉及地球科学学院、环境科学与工程学院、材料科学与工程学院、土木与建筑工程学院、测绘信息学院、机械与控制工程学院、信息科学与工程学院、人文社会科学学院、管理学院、旅游学院、艺术学院、外国语学院、理学院等十三个学院的40多个专业，每年近1000名学生选修这门课程。选用在国内有一定影响力的，由曹振宇、程顺达编《化学与现代生活》和王夔等编《化学与社会》作为教学的主要参考书。

长期以来，我们将“生活与化学”与同样为非化学化工类专业开设的国家级精品课程“普通化学”共同建设，使“生活与化学”教学质量有了极大的提升，在培养大学生科学素质方面发挥了极大的作用。2013年“生活与化学”课程入选桂林理工大学视频公开课的立项建设计划。经过一年的建设，使我们对视频公开课在拍摄内容的设计、授课特点、拍摄组织、字幕撰写和后期制作等方面有了一定的体会，下面谈谈我们对建设视频公开课的一点思考，与同行们分享。

1 视频公开课的特点和建设意义

2003年，教育部启动了高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作， 至 2010年，国家财政部和教育部评选与支持建设国家级精品课程有4000多门，经过“十一五”八年的时间建设，全国各高等学校“精品课程建设”，总体质量已达到较高的水平。“十二五”期间，教育部、财政部决定继续实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”（教高〔2011〕6号），组织建设包括精品视频公开课、精品资源共享课等建设项目在内的“本科教学工程”。①②视频公开课是在现代教育理念与新兴媒体技术促进下的公开课的一种新形式，是教育电视网络传输的新类型，是精品课程教学录像的丰富和发展。精品视频公开课的课程定位是“以大学生为服务主体，同时面向社会大众免费开放的科学、文化素质教育网络视频课程与学术讲座”， 精品视频公开课的建设理念主要体现在能“推动高等教育开放，广泛传播人类文明优秀成果和现代科学技术前沿知识，提升大学生及社会大众的科学文化素养，服务社会主义先进文化建设，增强我国文化软实力和中华文化国际影响力。”这一定位和理念与“十一五”期间的精品课程建设不同，同时精品视频公开课在主讲教师、课程内容、传播渠道、传播受众等方面具有鲜明特点。③

2 视频公开课内容设计

从各高校在高等教育出版社下属的“爱课网”已上线的精品视频公开课内容来看，课程内容的选题大多数集中在中国传统文化、科学技术和社会热点等题目上，课程内容不是太专精，而是具有普及性，这些课程的受众既有高校学生，也有社会大众的特点所决定的。选题确定后，一般根据选题（主题），设计各节课（或专题）的具体内容。首先，内容的设计要有思想性、科学性和启发性；其次，内容设计要凝聚精华、引人入胜和时间适宜；最后，内容的展现适合于网络传播。④根据以上思路，我们选定了“生活与化学”课程中的“中国古代化学科技成就”为主题，将这一选题分为“火药发明和化学成就”、“造纸术发明和化学成就”、“中国古代陶瓷工艺中的化学成就”、“中国古代金属的冶炼和铸造技术” 和“中国古代本草学中的化学成就”五个专题（五节课），这五个专题，内容相对独立，各专题之间又有一定联系。我们查阅了大量的相关文献，精心设计课内容，努力使同学通过学习这门视频公开课后，能够了解我国古代化学科技发展的历史，同时也可以汲取化学科技史中蕴涵的科学思想，树立科学的世界观。

3 视频公开课的课堂教学特点

国外名校网络公开课课堂教学最大的特点是课堂教学是一个开放探讨的过程，是一个交流思考的过程。⑤因此，我们在准备视频公开课时，加强了对视频公开课教学方法设计的研究，采用启发式、问题式、案例式、引导式、探究式多种教学方法组织教学，激发学生的学习兴趣，如以大量的中国古代化学科技成就作为案例、以火药、造纸术、陶瓷工艺的发明过程作为探究素材，设计多种富于启发式的问题，极大活跃了课堂气氛，营造了一种轻松、自由的学习氛围，提高了视频公开课的教学质量。

4 视频公开课拍摄组织，字幕撰写和后期制作

教育部高等教育司制定了《精品视频公开课拍摄制作技术标准（2013年版）》，我们在视频公开课拍摄过程中，严格按照此标准进行。首先主讲教师根据视频公开课内容，精心制作PPT，确保没有文字方面的错误，要有学校 LOGO 标题，并请多媒体课件制作专业人员对PPT进行美化修饰，以确保在拍摄时能有一个良好的效果；其次，主讲教师在拍摄前认真备课，熟悉教学内容，设计教学方法，把握好拍摄时间（30～50分钟），努力提高授课质量；第三，选择专业人士进行拍摄，采用高清数字设备，3机位以上进行多角度拍摄，选择好录制场地，特别要注意录制场地环境，不要在镜头中出现有广告嫌疑或与课程无关的标识等内容；第四，拍摄时，授课教师着装要庄重得体，同时在拍摄前，要对参加拍摄的学生进行动员，讲清拍摄的注意事项；第五，要高度重视包括字幕在内的后期制作，特别是唱词文件的制作，要认真校对唱词，每屏只有一行唱词，每行不超过20个字，唱词中的数学公式、化学分子式、物理量和单位，尽量以文本文字呈现，并与拍摄人员密切配合，制作独立的SRT格式的唱词文件。

5 结束语

视频公开课在我国刚刚处于启步阶段，与国外的视频公开课相比，还有一定的差距，但网络资源课程是中国开放教育的必然结果和新的起点，同时视频公开课也强化了大学服务社会、传播文明的基本职能。视频公开课的制作必然为中国开放教育奠定良好的基础。

基金项目：桂林理工大学视频公开课建设立项项目（桂理工教[2013]22号）

注释

① 朱志伟.精品视频公开课建设的探索与实践[J].黑龙江教育，2013（7）：42-43.

② 刘广，郑重.中国大学精品视频公开课的现状，特点与发展策略[J].现代教育技术，2012.22（10）：15-18.

③ 张凯，陈艳华.大学视频公开课示范效应分析与思考[J].中国远程教育，2013（1）：82-88.