教育部化学与社会
会的可持续性发展
21世纪是科学快速发展的时代,但社会的发展必须是可持续性的发展,而不是饮鸩止渴的发展。为了社会的需求,化学教育必须与时代需求相一致,为社会的发展作出应有的作用,必须做到以下两点。
一、化学教师的可持续性发展
要想实现化学教育的可持续性发展,就必须有好的、优秀的化学教师,如何实现化学教师的可持续性发展呢?我认为必须做到以下几点,供大家商讨:
1、掌握深层次的化学专业知识
长期以来,能钻透化学教学大纲,吃透中学化学教材,讲透化学教学内容是一个中学化学教师的理想境界。然而,随着科学技术的日新月异,知识的大爆炸,网络的沟通,随着化学高考的恢复,研究性课题的开展,我们以往的那些知识已显得不够用,有些学生的问题已触及本学科的知识的前沿,这就要求中学化学教师除具备中学教材所需的化学知识外,还必须掌握较深层次的专业知识。
2、终身学习,不断进取
知识的综合化是当代科学发展的一个重要方向,化学本身就是一门综合性的学科,内容涉及政治、经济、文化、军事及自然科学和人文科学的方方面面。同时,化学教师还要掌握哲学、文学、数学、物理、化学、教育学、心理学等等,因此,化学教师必须勤于学习,终身学习、广泛涉猎,善于积累,才能使自己掌握多元化的、综合性的知识,才能使自己的知识不断升级换代,使自己不仅有丰富的化学专业知识,更有广阔的文化视野、深厚的文化底蕴、最新的知识前沿。
3、可持续性发展的教法
要实行可持续性发展的教法,就不能把学生当成知识容器,就必须坚决废止满堂灌。要注意创造条件,培养学生的自我意识和自我教育能力,让学生主动参与、独立思考、积极探索,养成良好的学习习惯,掌握正确的学习方法,使学生真正成为学习的主人;要让学生感受、理解知识产生和发展的过程,培养学生的科学精神、自学能力和创新思维习惯,因此,化学教师要想使教法具有可持续发展性,就必须注意坚持以下几点原则:
A、“三个递进的面向”:即面向全体学生、面向全体学生的全面学习、面向全体学生全面学习的全员发展。
B、平等性的原则:要建立平等、民主、融洽的新师生关系,教师的主导作用主要体现在帮助学生成长为学习和发展的主人,进而成长为既能为社会建功立业、又有能力获得个人幸福的人。
C、多样性的原则:化学教育不能过分强调标准化,要鼓励标新立异、见解独到。要根据新教材对个性和多样化的要求,建立多样化的教学体系,如多样化的教学内容、多样化的教学组织形式、多样化的教学手段、多样化的评估标准。
D、发展性的原则:要注意教学过程中学生认知因素和非认知因素的协调发展,防止教法的僵化静止化,以促进学生主动、生动、活泼、持续健康的学习和发展。
E、探究性的原则:要培养学生的学习兴趣,激发学生主动探究的热情,要让学生感受、理解知识产生和发展的过程,培养学生的科学精神和自学能力。
F、创造性的原则:教师要树立创造意识,创造富有活力的课堂氛围,以培养学生的创造性思维和形成创新能力。
总之,现代化学教师要坚持可持续性发展的教法,多进行研究性课题的学习,多进行探究性 的学习,多进行案例和问题的分析,使学习具有交互性、可持续性和发展性。
4、善于处理现代信息的能力
长期以来,三尺讲台成了教师表演的舞台,神奇的板图板画,成了化学教师智慧飞扬的天地。然而信息技术的发展推动了现代化教育的到来,未来学校教育必然要向建立信息教育工程发展,把计算机、网络、电子高速公路作为新的教育手段,逐步推行网际学校系统,实施网上教学。那么作为一个教师,为了今后的可持续性的发展,就必须掌握现代信息技术,善于处理现代信息技术,做到既是知识的讲授者,又是技术操作员、网络辅导员。教师要能熟练地从网络的各种载体中获取信息,并有效地应用到自己的教学实践中去。
5、树立新化学教师理念
随着时代的进步,社会的变革,新化学教师也必须以变应变,顺应发展的潮流,这就要求我们的教师有大胆变革处理教材的能力,在教学中富有自身独特的艺术性的指导能力,和对教学实践不断进行反思的能力。做到“五化”,“五化”即教学内容科学化,教学语言艺术化,课堂组织规范化,教学手段现代化,师生关系融洽化。树立理性的教师权威观,建立民主平等的师生观。同时做到:“少课时、轻负担、高质量”:
首先要降低知识的难度,强化知识的发生过程,对中学生来说,让他们充分地体验化学概念和规律的形成过程,改变他们在与自然和社会的接触中形成的错误的、模糊的、片面的想法,真正理解含义,形成对自然科学、人文科学的正确观念,比让他们记住一些抽象的概念、枯燥的地名要重要的多。其次要打破化学学科中心的内容框架,因为过去的化学教材不以人类认识自然的历史发展逻辑,也不以每个人自身的认知发展逻辑,这就给学习带来了困难,也就没有持续性发展可言。然后还要设计形式多样的学习活动:如化学现象的定性观察、化学数据的定量测量、活动与小制作、角色扮演与讨论、探究性学习与游戏等等。另外要加强化学插图的作用,以图知文,图文结合,培养空间能力,从而达到事半功倍的效用。最后要树立起教材只是教学的工具,而不是教学的终结,以理性的、发展的眼光看待学生的成绩。
总而言之,惟有教师角色的全方位更新,以自身的可持续性发展进而促进学生的可持续性发展,以优异的素质、发展的眼光来适应当今社会的需要,来适应教育的需要,才能为时代的进步、人类社会的可持续性发展作出自己应有的贡献。
二、化学教育的可持续性发展
为了迎接知识经济时代的挑战,全面推进素质教育的实施,创设一个良好的化学教育的大氛围,以促进化学教育的可持续性发展,我市做了许多工作,现简述如下,供大家指正:
1、明确教改目标,抓住发展机遇
我市围绕新高中化学教材、新初中化学教材的推出,围绕高考 3+2 的推出,抓住化学高考恢复的机遇,不断对新教材组织教师教研、讨论、学习和试验,加深了对教材综合性、创新性、发展性的认识,先后开展了诸如研究性课题的学习、探究式教学的实施、交互式教学的研讨、创新教育的实践等等。努力探索新的可持续发展的化学教学模式,以利于江苏地方经济和社会发展及学生的全员可持续性发展。
2、真抓实干,稳步推进
我市化学教研室在深入调研的基础上,明确了化学教育可持续性发展的思路围绕一个中心、坚持两个结合、落实三个保证、狠抓四个环节:即以素质教育、师生的可持续性发展为中心;坚持课程改革、教研工作与教学相结合,坚持典型示范与全面推广相结合;从组织领导、教师师资力量、学校教学条件三方面提供保证,狠抓教学、教改、教研、科研四个环节,条件好的学校先推开,条件不足的学校后期展开、优先保障、加强指导。
3、精心组织,做好教师培训工作
化学教师的再教育工作,是实现化学教育可持续性发展的重要工作,如何全方位地做
好培训工作,拓展化学教师的专业知识和其它知识,实现教师自身素质的提高,我市做到了精心组织,全员安排。先后请专家介绍了新大纲及教材的编写意图,请专家作了可持续性发展的报告,请专家作了文化化学的演说等等,并请参加培训的教师以教研活动、看录像、学资料、写心得体会、写论文等等方式,加深了对可持续性发展的认识。
4、实施“三精工程”,刷新教育理念
从早期的“提高一堂课 45 分钟的效率”到近期的“实施素质教育、优化教学过程”到现今的“推行化学教育的可持续性发展”,我们不断实施“三精工程”:即精品课、精品教案、精品论文,不断刷新教育理念:教师从满堂灌转向师生合作;从强调学会转向强调会学;从被动接收知识转向主动发现,开始注重探究式学习、研究性学习、案例式学习等,让学生感受、理解知识的产生和发展的过程;从注意学习成绩转向注重学习的过程;从注意个别学生的过去转向关注全体学生全面学习,关注全员的可持续性发展。同时也促进了教师科研意识的增强和教研能力的提高,促进了教师素质的提高,促进了教师的全面可持续性的发展。
5、完善网络建设,尝试网络教育
课堂的引入是一堂课成功的重要起始环节之一, 所谓“好的开端是成功的一半”。课堂引入的形式可以多种多样、丰富多彩。例如, 讲甲烷的时候, 可以用具体情景导入:同学们, 大家有没有听说过瓦斯爆炸?产生爆炸的原因是什么, 大家想不想知道?这样, 一下子就把学生的兴趣提起来了。
一、教师在讲课时, 注意用自己的语言代替书面语
例如, 讲到生石膏和熟石膏的组成时, 根据硫酸钙分子前面的系数, 可用简单的一句常用语“一回生, 二回熟”描述, 让学生在笑声中牢固掌握这一知识点。
二、教师在讲课时, 传授给学生一些趣味记忆的方法
记忆对学生来说无疑是一种枯燥乏味的事。如何将记忆变得简单有趣, 下列方法无疑是一些有效的手段。
谐音记忆法:学生在学习地壳中含量前五位元素“氧、硅、铝、铁、钙”时, 可以谐音为“养闺女要多补铁补钙”, 补铁对皮肤好, 脸色红润;补钙长骨骼。
顺口溜记忆法:例如, 在盐的水解中, 我们可以把水解的条件规律及影响规律归纳为如下来记忆:有溶有弱才水解, 谁弱谁水解, 谁强显谁性, 都弱双水解。越弱越水解, 越稀越水解, 温度越高越水解。这样学生在理解的基础上念熟了, 再在练习中应用, 很快就能掌握这部分内容。
曾有人做过调查, 学生对学习失去兴趣的主要原因:一是教师在教学过程中对学习兴趣的培养与保持做得不够;二是随着年级的升高, 课业负担重了, 升学压力大了, 教师无暇顾及兴趣培养, 大部分学生早已在书山题海中丧失了主动学习的兴趣。
因此, 教师要做到以下几点:1.应站在学生的角度, 肯定他们的辛苦和压力, 但同时也要提醒他们, 他们的辛苦大人也经历过, 而且现在也有工作的辛苦和压力, 而且任何事情想做好都不是那么容易的, 没有付出也就没有收获。
2. 可以根据化学以实验为基础的学科特点, 培养学生的动手能力、观察能力、探究能力, 及做事的条理性等各方面的素质, 具备这些能力对他们将来可能从事的工作会有很大的帮助, 以此来说服他们好好学习。
3. 可以告诉他们化学的就业面很广, 比如制药业、化工生产、材料合成等, 而且有不少专业是很热门且待遇好, 还有很多其他的专业必须用到化学, 像科研、刑侦、环保、生物等。甚至也有人没有办法读很多书, 却因为酷爱化学坚持研究也创出了一番事业。
4. 对于化学学习过程中出现的问题, 要想办法说服学生按照老师的要求做。出现了问题, 就意味着学生不太感兴趣了, 因此, 就得想办法让他们感兴趣。
进器在水中会引起剧烈振动,航速下降,噪声增加,并发现原本光滑的螺旋桨表
面出现了大面积被腐蚀的凹点,工程师们不得其解。其后,英国海军虽几次改进
设计,但始终未能摆脱振动和腐蚀问题的困扰,于是邀请著名力学专家瑞利勋爵
来研究这个问题。瑞利经过10多年的研究发现,螺旋桨表面被腐蚀的原因不是
海水的化学腐蚀作用,而是物理机制,水力空化效应是造成这一结果的根本原因。
这种振动是由于螺旋桨的旋转产生了大气泡(空穴),而这些大气泡又在水的压
力下随即发生内爆而产生的。这是第一次对空化现象物理本质的描述。1917年,
瑞利发表了题为“液体中球形空腔崩溃时产生的压力”的著名研究论文,对空化
现象的理论研究做出了重大突破,为半个多世纪以来的一切有关空化理论研究奠
定了基础。
以上现象是声波与物质(媒质)发生物理作用,那么,声波又是如何与物质
发生化学作用呢?在固体和气体中,声波不会与媒质发生化学作用,而在液体中
(可以是常见的水,也可以是有机液体如烃类、醇类、羧酸类等),由于声音传
播的非线性效应,可以和媒质发生化学作用。这其中的科学机制就是被广泛研究
的声波在液体中的“空化效应”。
一、什么是声化学
所谓声化学,主要是指利用超声波加速化学反应、提高化学产率的一门新兴
的交叉学科。声化学反应不是来自声波与物质分子的直接相互作用,因为在液体
中常用的声波波长为10 cm~0.015 cm(对应15 kHz~10 MHz),远大于分子尺
度。声化学反应主要源于声空化——液体中空腔的形成、振荡、生长、收缩至崩
溃,及其引发的物理、化学变化。液体声空化的过程是集中声场能量并迅速释放
的过程。空化泡崩溃时,极短时间(纳秒和微秒之间)在空化泡周围的极小空间
内,产生5000 K以上的高温(如此高温足以导致液体媒质和空化泡内的物质发
生高温裂解,从而引发一系列的自由基反应。)和大约5×107Pa的高压,温度变
化率高达109K/s,并伴生强烈的冲击波和(或)时速达400 km的射流,这就为
在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应,提供了一种新的非常特殊的物
理环境,开启了新的化学通道。所以,空化效应可以直接在液体媒质中引起化学
反应。与这些化学反应相关的一门学科便被称之为声化学,有的文献上也称声化
学为超声波化学或高能化学,是化学学科目录里的最后一门独立的化学学科。
声化学的主要内容是,利用超声空化能量开启或加速化学反应,提高化学产
额。声化学中主要使用20 kHz~50 kHz的功率超声波,通常的声化学反应器尺
度在量级上接近声波波长,这样低频超声波在媒质中传播衰减很小,在容器壁上
几乎发生全反射,且足够的声强会使液体媒质表面受到激烈扰动,因此,在反应器内极易建立起混响场。
超声空化提供了能量形式,在作用时间、压力及每个分子可获取的能量等方
面完全不同于一些传统的能源,如光能、热能及离子辐射能等。
声化学反应有四种类型,它们是:常见的化学反应,水溶液中的氧化还原反
应,聚合物的降解和有机溶剂的分解反应。若从讨论声化学反应的机理出发,则
常将所有的声化学反应分成超声波可加速反应的化学反应,和只有施加超声波才
会发生的化学反应两大类型。
属于前一种类型的声化学反应例子很多,如:酯的水解、乙炔加氢和乙醛还
原,碳酸钙与酸的反应、重氮化合物的分解和使用固体催化剂的反应等。
属于后一种类型的声化学反应例子有:聚合物的降解和聚合反应,在四氯化
碳条件下从碘化物中释放碘,在以空气饱和的水中形成H2O2、HNO2和HNO3,在芳烃的水溶液中形成羟基芳烃化合物等。
二、声化学的应用
声化学已是目前化学研究的前沿之一。它的发展正在国际范围内引起化学学术界的重视。声化学技术在生产上可望首先为农药、合成药物、塑料和微电子器件等工业带来重大变革,因此正受到化工生产行业的极大关注。当前国际化学界认为,化学研究应予优先注意的尖端项目之一就是物质在高温和超高压的极端条件下的化学行为,因其有助于了解化学反应,开辟新途径,寻求新材料。可以肯定,声化学科学的发展必将有新的贡献。
实验化学家可以在一系列应用领域中发挥功率超声的作用,并可望从中获得一种或数种益处,这些益处大体上表现为:
1.加速化学反应或软化所需要的反应条件。
2.声化学反应与一般技术相比,对试剂规格的要求常常会降低。
3.反应常常由超声引发,而勿需添加试剂。
4.合成程序中通常所要求的步骤会减少。
5.在某些情况下,反应可能完全遵循另外途径进行。
以下列出功率超声在化工等方面的应用。
1.电镀。在电镀槽中施以超声辐照可以增加电镀速率和防止电镀电流下降,
而在一般情况下由于极化这种电流下降现象总是要发生的。功率超声用于电化学
过程带来的益处有如下几点:
(1)超声辐照可以随时除去电极表面出现的气泡,保证电流畅通无阻。
(2)超声空化产生的射流可以不断地净化电极表面,以保持其化学活性。
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(3)超声空化作用可连续扰动扩散层,以防止离子耗尽。
(4)超声扰动使得在整个电化学反应过程中,有更多的离子穿过电极双层传输。
2.沉淀、结晶与雾化。沉淀、结晶与雾化这三种过程的共性在于,它们都是
功率超声作用于液态媒质以产生特殊形态物质的表现形式。在若干工业生产中,
常常需要加工出特别微小而均匀的物质颗粒。大量事实证明,超声是加工这类微
粒十分有效的工具。如在制药厂,为生产口服或皮下注射悬浮液药剂,就要求加
工很细小而均匀的物质颗粒,一则可以得到稳定的悬浮液,二则又易于人体吸收。
3.分离与过滤。传统的过滤方法会常常出现过滤阻塞,因此不得不定期更换过滤膜。不言而喻,如使之避免过滤阻塞和保持连续工作,将会带来明显的经济效益。事实表明,应用功率超声可为解决这个问题提供理想途径。超声辐照用于改善过滤过程主要表现在二个方面:其一是,超声辐照会使过细的颗粒发生凝聚,从而使过滤加快;其次是,超声辐照向系统提供足够的振动能量,使部分粒子保持悬浮,为溶剂的分离提供了较多的自由通道。
三、声化学的未来
上世纪二十年代,在美国普林斯顿大学化学实验室,首次发现了超声波有加
速二甲基硫酸酯的水解和亚硫酸还原碘酸钾反应的作用,但未引起化学家的重
视。到了上世纪八十年代中期,声化学已与热化学、光化学、电化学一样,成为了一个
新的化学分支,并在国际上异军突起,迅速发展。
1986年4月8~11日,第一届国际声化学学术讨论会在英国沃里克大学召
开,标志着声化学在经历了一段很短的复兴期后就在现代科学技术领域中占有一
席之地。同年4月14日,英国《泰晤士报》写道:“一场新工业革命就在眼前,
它将使塑料、洗涤剂、制药和农业化学的传统生产技术焕然一新,它无与伦比的
优点就是安全(不要求现行生产中的高温高压条件)和价廉(只消耗最少量的能
量)。……这就是称作为声化学的新的科学分支”。
声化学的崛起不仅引起了化学界的极大关注,也激发了化工企业界的深厚兴
趣。1986年,在阿纳海姆召开的美国化学学会(ACS)全国会议上,“有机金属
化学中的高能技术”论题的主要内容就是声化学;1987年,英国皇家化学学会
专门成立了声化学学科组;同年在法国的萨瓦大学,关于“有机化学中新的合成
方法”的EUCHEM专题研究小组,则把声化学作为它的重要部分;1988年英
国有20家公司签约成立“声化学俱乐部”,从经济上支持声化学研究。
声化学在2l世纪正得到越来越多的化学家的关注,这门新兴的化学学科正
值年少,并已经向工业应用领域拓展,神奇的声化学一定会圆我们更多的梦想。
(收稿日期:2015-01-26)
从我们的衣、食、住、行来看,色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染,丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献。要装满粮袋子,丰富菜篮子,关键之一是发展化肥和农药的生产。加工制造色香味俱佳的食品,离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等等,它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品。用以代步的各种现代交通工具,不仅需要汽油、柴油作动力,还需要各种汽油添加剂、防冻剂,以及机械部分的润滑剂,这些无一不是石油化工产品。此外,人们需要的药品,洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂。可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关,人人都需要用化学制品,可以说我们生活在化学世界里。
从社会发展来看,化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用。农业要大幅度的增产,农、林、牧、副、渔各业要全面发展,在很大程度上依赖于化学科学的成就。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品,不仅可以提高产量,而且也改进了耕作方法。高效、低污染的新农药的研制,长效、复合化肥的生产,农、副业产品的综合利用和合理贮运,也都需要应用化学知识。在工业现代化和国防现代化方面,急需研制各种性能迥异的金属材料、非金属材料和高分子材料。在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识,并已形成煤化学、石油化学等专门领域。导弹的生产、人造卫星的发射,需要很多种具有特殊性能的化学产品,如高能燃料、高能电池、高敏胶片及耐高温、耐辐射的材料等。
【摘要】化学在我们的日常生活中随处可见,已经渗透到我们生活的各个方面,它在改善我们的吃穿住行等方面起着非常重要的作用。【关键词】化学知识;自然科学;人类生活
【引言】从我们学化学以来,就知道了化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。但我们是否知道化学在我们生活中具体扮演怎样的角色呢?化学给我们带来了什么呢?我们的生活与化学密切相关,我们的衣食住行都离不开我们的化学,也正因为如此,化学无处不在,它也给我们生活和生活带来诸多不便和危害。
恩格斯说:“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”没有化学的变化,就没有地球上的生命,也就更不会有人类。是化学创造了人类,创造了美丽的地球。因此自有人类以来就开始了对化学的探索,我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的,它与我们的生活息息相关,在生产和生活中发挥着不可估量的作用。我国著名滑雪前辈杨石先生说:“农、轻、重、吃、穿、用,样样都离不开化学。”
“民以食为天”,粮食可以说是我们的必需品,然而我们吃的粮食离不开化肥、农药这些化学制品。1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍,如果没有他发明的这个化学技术,那么世界上就有一半的人得不到温饱。加工制造色香味俱佳的食品和为了保存一下比较难储存的食品就更离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、味精、色素等等,多是用化学合成方法或化学分离方法制成的。
再者我们洗衣服用的洗衣粉可以说功能越来越多,有加酶漂白的,有帮助柔顺的,还有芳香四溢的,其实洗衣粉功效越强越多,表明添加的化学剂越多,这些化学剂对我们的皮肤多多少少有不利的吧。因此,购买洗衣粉要尽量选功能简单、添加成分少、气味淡的。
另外在航空领域也离不开我们的化学,火箭之所以能飞上太空,,因为它所使用的燃料是能量巨大的火箭推进剂 ,有固体和液体两大类。固体推进剂可分为双基推进剂(主要由硝化棉和硝酸酯类增塑剂如硝化甘油等组成)和复合推进剂(主要由可燃剂——粘结剂如聚氨基甲酸酯、聚硫橡胶、聚丁二烯等和氧化剂如硝酸铵、高氯酸铵等组成)。液体推进剂由可燃剂(如液氢、肼类、胺类、硼烷、石油产品等)和氧化剂(如液氧、液氟、过氧化氢、发烟硝酸、四氧化二氮、四硝基甲烷等)组成。因为化学,我们的神舟飞船飞天成功,使我们国际在航空领域取得优越性,这我们能说不是我们的化学的关键性作用吗?
总之,现代生活与化学是紧密相连不可分割的。不管是生命本身作为一个过程,还是生命得以维持所必须依赖的外在物质条件,都离不开化学。在我们身边化学无处不在,无时不在,化学影响到我们生活的方方面面。
在我们觉得化学是理所当然时,在我们享受化学带给我们的一切时,在我们看到化学给我们带来很多很多的便利和好处时,是否想到化学也给我们带来了一些麻烦。其中化学污染是一个很严重的问题。
现在越来越多的家庭拥有了私家车,当大家开始享受美好生活时,一些人开始担心,因为汽车在行驶过程中会排放大量尾气。汽车尾气对人体健康有什么样的危害呢?一氧化碳是一种无色、无臭、无味、无刺激性的有毒气体。它随着空气经肺进入血液循环,与血液中的血红蛋白结合,降低红细胞的携氧功能,引起缺氧,影响呼吸及心、脑功能。碳氢化合物对机体具有一定的刺激作用。氮氧化物的刺激作用较小,但易于侵入呼吸道深部细支气管和肺泡,长期吸入可使肺组织受到破坏;氮氧化物还能引起组织缺氧而造成全身组织损伤。
酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理现象。它可以直接使大片森林死亡,农作物枯萎;也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中,毒害鱼类;加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程;可能危及人体健康。1985年,英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞,并证实其同氟利昂(CFCs)分解产生的氯原子有直接关系。
化学除了造成大气污染外,同时还造成了食品污染。
说到我们的吃食离不开化学,是因为我们吃的粮食离不开化肥、农药这些化学制品。加工制造色香味俱佳的食品就更离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、味精、色素等等,多是用化学合成方法或化学分离方法制成的。但人为加入的添加剂,但如果超出国家有关标准规定的安全水平,就会对人体造成危害。
另外化学在工业加工时也存在着污染。食品加工企业使用的化学物质,如润滑剂、清洗剂、消毒剂、燃料、油漆等。这些物质使用和管理不当,可能污染食品。食品容器、包装材料等带来的食品污染问题也应引起重视。如PVC(聚氯乙烯)保鲜膜与食物接触一同加热可产生致癌物。
化学给我们带来了很多,我们在索取便利的同时要思量我们的行为是否危害着我们的环境,尤其在化学工业上我们切不可采用先污染后治理的处事方法,我们不能利用我们的化学来赚取自己的利益而损害人们的健康,这还需待我们的素质的提高,让我们更好地运用我们的化学。
【参考文献】
[1] 周天泽,现代生活化学,北京师范大学出版社,1993 [2] 吴旦,化学与现代社会,科学出版社,2002 [3] 江元汝,生活中的化学,中国建材工业出版社,2002
院 系:化学与化工学院
班 级:化工
学 号:
姓 名:
09-3班
材料化学与社会发展的关系
摘 要 随着社会的不断进步,材料化学科学在各个领域的地位正在逐步上升,新材料的研发以及各种材料的不断改进一直推动着社会科学的发展,而各个学科的不断进步又要求材料科学不断进取,可以说,社会的发展离不开新材料的研发,而新材料的诞生也不断推进社会的发展。
关键字 材料化学;社会;汽车;航天;环保
1汽车材料
化学材料与汽车行业的发展息息相关,汽车是“改变世界的机器”、推动社会进步的车轮。汽车是经济持续增长的发动机、产业结构升级的推进器。汽车的发动机是钢材料,轮胎是橡胶,车窗是玻璃,车身是铝合金等等,各种化学材料的和谐拼接与使用造就了汽车的高性能。我们坐汽车,最关心的就是汽车的质量安全,其次是汽车的性能,加速度、转弯的扭力、刹车等,而今天我们也关心汽车的环保,耐用程度等。而这种种的一切均离不开材料的研发,如车身变得更轻,汽车就会跑得更快,材料的强度更高,安全性能就会更高,材料的耐磨性越高,汽车的保养维护就越少。从某种意义上说,材料的品质决定了汽车的性能。以前,说到汽车,总是给人的印象是笨重的,而新型材料的诞生改变了这个想法,更轻,强度更大的材料的诞生使得汽车的速度与安全得到了两全。目前,国际上用塑料替代汽车工业中金属的应用不断扩大,用高流动性尼龙(PA)和高玻纤或无机填充料增强的尼龙,已成为十分重要的产业用纺织品材料。世界各地的科学家通过各种试验,积极寻找新的高性能热塑性塑料。
1.1高流动性尼龙
这个材料了降低尼龙的粘度,且对材料性能无负面影响。随着增强尼龙中玻纤含量增大,材料拉伸强度和弯曲模量提高,加工制品和部件收缩率和翘曲变小,但其熔体流动性差,会增加加工成型时间和成本。而高流动性尼龙适用于成型大型和复杂部件,而且由于高流动性树脂充模快,部件壁厚可设计得更薄,节省材料,降低成本,采用高流动性尼龙能提高注塑机生产速度,因而提高产量。高流动性玻纤增强尼龙部件表面外观好,因为玻纤在模具中分散比一般玻纤增强尼龙平滑和均匀,因此最终制品表面可见的砂粒或螺旋纹状缺陷少,而且由于最终表面光泽好,甚至可以免除有些产品的表面涂染工艺过程。例如德国朗盛公司新推出的含量60%玻纤的增强尼龙,采用降低材料粘度的新技术,该系列材料熔体粘度低于一般尼龙。该系列材料是替代汽车发动机金属的理想材料,也可作为结构材料,特别是用于塑料/金属复合材料制备的部件。该材料的室温弯曲模量(表示材料刚性)为20GPa,比30%玻纤增强尼龙高一倍,其170℃下的拉伸模量为6700MPa,优于长玻纤增强聚丙烯,后者在80℃下的拉伸模量为6600MPa,但超过80℃后很快软化。
1.2高玻纤增强尼龙
该尼龙的刚性大幅度的得到了提高。荷兰DSM工程塑料公司推出60%玻纤增强尼龙46(Stany1TW241F12),应用目标为汽车机罩下部件。该新牌号主要用于汽车齿轮,替代尼龙
66。据介绍,尼龙46(Stany1)已在齿轮应用中取得一定程度的进展,Stany1加工的齿轮应变小,因此设计更为方便,而且还能降低材料加工和齿轮罩成本,因此Stany1齿轮成本低于尼龙66齿轮。而且由于加工的齿轮应变小,能适用于不同发动机,发动机效率高,也能降低成本。其次,Stany1的耐用性也优于尼龙6和尼龙66,用Stany1退火效果极佳,退火提高Stany1齿轮的耐用性1倍或1倍以上。Stany1目前已用于制备电动转向和航行控制齿轮。Stany1TW241F12能耐连续使用温度上限为200℃,短期能耐峰温250℃,120℃以上仍保持高刚性,实际上比新一代Stany1产品的刚性还高30%以上。将该材料应用在汽车工业上更为有效。1.3纺织材料
汽车材料不仅仅在关键性能上有所改进,其内饰也进行了许多材料的改革。汽车制造使用材料多种多样,除金属、橡胶等主要材料外,纺织材料在汽车上的应用也日益增加。现在,车辆内饰面料中纺织品己占50%以上。一些中低档车辆虽然仍是以人造革面料为主,但也在逐步使用纺织面料,而且有增加之势。中高档车辆尤其是轿车和客车,纺织面料已经作为基本内饰面料取代了人造革,不仅用作座椅面料,而且用作车顶棚、内护板、遮阳板、门护板等的包覆面料。汽车内饰纺织品属于高技术产品,不仅在原料上有较高的要求,而且其加工工艺及后整理也十分复杂。这些纺织品不仅要满足织物的常规要求,而且还要在阻燃、拒水、防污、抗静电等特殊方面有专门的要求,现代先进材料的发展使得舒适与安全可以兼得。
2.航空航天化学材料
不仅是日常的生活中,材料不断地改善人们的生活质量,而且在高科技领域也不断发挥作用,如大型航母、核动力潜水艇等所需要的高强度的特种钢,在航天航空领域,化学材料也大展拳脚,进行不断改进。2.1机体材料
主要包括铝合金、钛合金和树脂基复合材料等,目前的研究发展重点集中在低成本、高性能的树脂基复合材料技术。如欧洲空中客车飞机,它使用的最先进的材料包括铝合金-玻璃纤维混杂复合材料GLARE,碳纤维复合材料GFRP,芳纶纤维复合材料AFRP,玻璃纤维复合材料GFRP以及韧性环氧树脂、双马来醚亚胺树脂和聚酚亚胺树脂基复合材料等。
国际上对航空先进树脂基复合材料的主要性能要求是,较高的耐温度使用性、尽可能高的抗损伤容限和尽可能低的湿热环境效应。对更高的温度要求,双马来酚亚胺、特别是可以液态成型的聚酚亚胺树脂基复合材料(如PETI系列)是重点突破的方向。为了进一步迎接先进复合材料更高性价比的挑战,欧洲空中客车公司提出的目标是更多地应用碳纤维复合材料CFRP以减重至30%,从而降低整个飞行成本40%。但是,CFRP技术在减重的同时,制造成本比金属焊接结构高。应用目前空中客车公司已储备的技术水平,可以达到减重15%、降低成本15%的目标;而采用新型金属焊接结构制作机身,减重10%却降低成本20%,可见在发展低成本、高性能复合材料方面还大有潜力。2.2发动机材料
目前最先进的军用航空发动机主要材料有钛合金、高温合金以及各类高温和超高温复合材料等。国外现役发动机叶片材料主要采用
铼易产生脆性相,近年来研究加入钌或铱,以减少脆性倾向,开发出
国家知识产权局的发明专利授权,被列为江苏省建设科技成果推广项目。该材料受古代民居在空斗墙内注入泥土与草料等方法,终于成功研制了墙体节能保温砌块等节能环保墙体复合新材料。
墙体节能复合保温砌块、专用砌筑砂浆和外墙节能保温板所采用的原料,是工农业生产领域和生活中产生的十几种固体废弃物加上少量的水泥复合配制而成,无须使用黏土,由此三种节能材料构成的墙体保温系统可使室内外温差达16.7℃,其保温系数、墙体强度、抗冻抗渗、放射性等各项指标全部合格,并且能够与相应建筑物同寿命。经反复试验测算,若按3000万平方米的建筑面积为单位与传统黏土砖对比计算,推广使用这种节能环保墙体复合新材料能节约耕地8150亩;回收废弃稻、麦秸秆38.5万亩,每亩增加农民收入300元;资源化利用多种固体废弃物5000吨,节约煤炭110.2万吨;每平方米建筑成本比黏土砖便宜29元,节约建筑成本可达8.7亿元。墙体节能复合保温砌块推广使用后,完全能取代千百年来大面积毁损耕地的黏土砖,既能够有效地保障珍贵的土地资源,又能够大量地减少固体废弃物的排放,保护资源,节能减排,体现了可持续发展的新要求。3.4 共聚型光降解塑料
目前,合成的光降解聚合物,主要是烯烃和一氧化碳或烯酮类单体的共聚物。这样,就能够得到含有羰基结构并可以发生光降解的PE、PP、PVC、PET、PA等。最近,美国和加拿大合作开发的Ecolyte是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物,据称不仅可以使PP、PVC、PS等塑料具有光降解性,并且可以通过调节乙烯基酮的含量来控制光降解的时间。羰基化聚合物的主要缺点是一旦在光的作用下就发生降解,没有诱导期,使用时必须加入适当的稳定剂,以控制光降解过程。结束语
综上所述,化学材料渗透在我们生活的各个方面,为我们的生活提供了很大的便利,材料对于化学与社会的的发展和人类的进步起着非常重要的作用,在学习化学时,不仅要学好课本上的知识,还要关注新科学、新材料的发展,获得更多的综合知识。参考文献
一、化学学科的发展促进社会的发展
人类从原始的钻木取火的发明使可以吃到熟的食物, 从而不仅告别了毛如饮血的野蛮时代, 而且人类走向了文明。钻木取火的发现过程逐渐地在日常社会生产中普遍被使用, 促进了人们开始研究反应、注重反应的实质。原先最初, 人们认为一切钻木取火或与燃烧有关的化学变化都可以归结为物质吸收或释放一种燃素物质的过程。但是18世纪后期, 人类逐渐发现氧气之后, 法国科学家实验的基础上证实了燃烧的实质是物质和空气中的氧气的化合反应。从而氧化燃烧的理论代替了燃素物质的学说。769年, 瓦特发明蒸汽机, 煤炭作为蒸汽机的动力之源而备受关注。第一产业革命期间, 冶炼工业, 机械工业, 交通运输业, 化学工业等的发展使煤炭的需求量与日俱增, 直至20世纪40年代末, 在世界能源消费中煤炭仍占首位等等此类发现不胜枚举, 保证人类的生存并不断提高了人类的生活质量。
我们都知道化学是创造自然, 改造自然的强大力量的重要支柱。目前, 化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题, 用化学的知识来分析和解决问题, 例如环境问题、健康问题、资源问题等。化学日益渗透到生活的各个方面, 特别是与人类社会发展密切相关的重大问题。人们需要的药品、洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂。可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关, 人人都需要用化学制品, 可以说我们生活在化学世界里。如果, 我们会好好利用化学学科对社会的作用, 要开发新的能源、新的材料来改善人类的生存条件的话, 人类的生活将是更加美好的。
二、社会的进步推动了化学学科的发展
人类社会发展的过程中, 不断的需求是科学技术发展的第一推动力, 化学作为科学技术的一部分, 也是随着社会的进步和生产力的进步、人们的需要而不断发展的。早在原始社会时期, 人们为了生存的需要, 开始研究火的产生及保存火的方法, 从而发明了钻木取火。在旧石器时代的末期, 人们为了生计狩猎野生动物和野生果实为食。后来提高耕作效率的需要, 发明了冶炼技术, 迎来新石器时期的曙光。我国在封建社会秦始皇的时代, 为满足统治者渴求长生不老的要求, 兴起了炼丹术, 尽管炼丹术的出发点是错误的, 其理论基础很多是牵强附会的, 但由于从事了大量的化学实验, 积累了丰富的化学知识和经验, 设计和运用了原始化学仪器和设备。随着科学技术和生产力水平的提高以及新的实验手段和电子计算机的广泛应用, 社会的发展不仅对化学科学有了突飞猛进的发展, 而且由于化学与其他学科的相互渗透, 相互交叉, 也大大促进了其他基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成。我们从社会发展的角度来看, 在煤、石油和天然气的开发、炼制和综合利用中包含着极为丰富的化学知识, 所以社会的需要促进化学的研究领域。在日常生活中有很多种具有特殊性能的化学产品, 如高能电池、高敏胶片及材料等等都是化学工作者为了人类的需要和社会的需求而创制的。
【关键词】美国高中化学教材 化学与社会 特色 启示
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)07B-0087-02
化学与人类社会生活息息相关。化学与社会发展是密不可分的一个整体,化学与社会的教学内容对教学目标的确定、课程资源的丰富以及学生科学素养的养成方面有深远的影响,并有深化的趋势。人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学选修1 化学与生活》是首次以模块的方式以化学与生活为主题编写的中学教科书。《美国高中主流理科教材·科学发现者—— 化学:概念与应用》(以下称《化学:概念与应用》)是我国王祖浩等人所译的美国高中主流理科教材(2005版)Chemistry:Concepts and Applications的译本。本文通过分析《化学:概念与应用》中“化学与社会”教学内容的特色,以期为我国新课改的高中化学选修模块1“化学与生活”教材编写提供一些有益的启示。
一、美国高中化学教材中的“化学与社会”教学内容
目前出版的《化学:概念与应用》中的“化学与社会”教学内容是融合在化学知识中,以“化学与社会”栏目呈现的,具体可分为“化学与健康”和“化学与环境”。
(一)化学与健康。化学与健康的教育内容是指应用化学知识开发治疗罕见疾病的药物以及研制人造血液,以有益于人类的生存与健康发展。《化学:概念与应用》在第一章、第四章和十五章共三章中加入了化学与健康的内容,分别为“天然与合成药物(阿司匹林、紫杉醇)、热带雨林药学、人造血液的研制”。这些化学与健康的内容分别作为元素化合物、酸碱中和反应的应用(缓冲溶液)化学知识的生活问题情境,不仅让学生了解化学科学在健康领域应用的重要作用,认识化学与人类健康息息相关,而且能激起学生对化学知识学习的兴趣和加深对所学知识的理解。
(二)化学与环境。化学与环境的教育内容是指应用化学知识和化学方法改善大气质量、污水处理和实现垃圾的资源化。《化学:概念与应用》介绍了化学科学中处理环境问题的一些方法,其内容分布在教材的第二章(物质是由原子构成的)、第十三章(水和溶液)、第十四章(酸、碱和PH)和第十八章(有机化学)中。例如,再循环塑料被安排在第十八章第三节塑料和其他聚合物后。学生通过塑料和其他聚合物的学习,了解许多人工合成的聚合物以及天然的聚合物,并知道聚合物的一些结构和性质。这时再介绍再循环塑料,让学生对人工合成的聚合物(塑料)在生活中的广泛应用有了清楚的认识,深化了学生的环保意识。
二、美国高中化学教材中“化学与社会”的特色
(一)以栏目形式呈现,学科性与生活性相结合。美国高中主流理科教材中的“化学与社会”内容是以人类健康与生活环境的栏目形式呈现的,镶嵌在化学知识主线上,位于所教知识点之后。“化学与社会”教学内容是化学知识应用于生活的问题情境,两者相互作用,让学生对化学知识更易理解,真正体会到化学科学就在身边,使得化学学科中的相关知识生活化,达到学科性与生活性的结合。
(二)以问题情境导入知识点,有益于降低学生的认知难度。教材中的7个专栏都是以生活中的问题情境来引入新知识的学习,这样设置的目的是从学生熟悉的生活情境出发,以学生原来的生活经验为基础,减少学生对学习新知识的恐惧,从学生的心理认知发展来看,有益于降低学生对新知识的认知难度。例如天然与合成药物(阿司匹林、紫杉醇)中的问题情境为:头痛时,是喝一杯柳树皮茶还是吃两片阿司匹林呢?有了这样的问题情境很容易使学生处于一种生活情境中,使学生易于进入新知识的学习,也降低了学生对学习新知识的认知难度。
(三)内容以“生活情境-化学学科-课题分析”为主线展开。教材中的“化学与技术”一共有7个专栏,其中有3个专栏的主题是化学与健康,而这3个专栏都包括药物研究背景、药物研究方法及药物研究前景3个子题目。另外4个专栏的主题是化学与环境,这4个专栏都包括介绍环境问题和改善环境方法等2个子题目。教材在学生学习了相应的化学知识之后并以学生原有的生活经验和之前接触的化学知识为基础,再引入人类健康与环境问题的背景;然后针对相应的问题提出相应的研究或处理方法以及应用;最后引导学生分析本课题。这种编排顺序能使学生认识到要解决人类健康与环境问题是以化学科学知识为基础的,化学方法是开发治疗罕见疾病药物和改善环境质量不可或缺的方法;化学与社会发展是紧密联系的。
(四)化学史贯穿知识点的陈述,易受到学生重视。不同国家的高中化学教材中的化学史具有不同的呈现方式,美国教材中的化学史是贯穿在化学知识点的陈述当中的。例如天然与合成药物(阿司匹林、紫杉醇)中,在介绍紫杉醇的相关知识时,化学史是将研究结论贯穿其内容当中的,先讲化学家安得罗和罗纳德·斯特尔发现紫杉醇,之后讲科学家对紫杉醇的研究,最后讲1994年科学家制得纯净的紫杉醇的事。这样设置使化学史穿插在知识点的讲述当中,会更容易引起学生对化学史学习的重视。
(五)科技写作有利于培养学生多种能力。美国化学教材的“化学与社会”课题分析中设有“写作”一栏,是处于正文中的科技写作,这也是特色之一。例如“再循环塑料”课题分析中第二小问就有写作,即“课题分析:(2)写作”。向一家报社投寄一封信或者一篇文章,陈述你支持减少使用食品包装袋的主张。“写作”的设置能培养学生多种能力,例如写作能力、理解能力、逻辑推理能力、问题解决和知识应用能力、实践能力、创新能力等,科技写作不仅能满足学生对多种能力的需要和促进学生多种能力的发展,而且能使学生形成应用多种能力的综合能力。
三、启示
通过对美国高中化学教材中的“化学与社会”内容进行分析,对我国编写普通高中课程标准实验教科书《化学选修1 化学与生活》教材编写的启示如下。
(一)“化学与生活”应注重学科性与生活性的结合。人教版教材重在强调化学在生活中的应用,强调用化学的知识分析解决生活中的现象,体现的学科性较强,内容的生活味不够浓。即教材强调的是化学知识在生活中的应用,而没有强调化学知识与生活情境的交互作用。美国高中化学教材《化学:概念与应用》中“化学与社会”内容是化学知识中镶嵌着生活情境,起到了化学知识与生活情境的交互作用,充分体现了学科性与生活性的结合。因此,我们不应只突出了学科性而没有生活性或只突出了生活性而没有学科性,应注重两者相结合,这样才能使学生既学到了知识又能从中体会到生活味十足,学生越学越喜欢。
(二)“化学与生活”应注重知识点与化学史的融合。美国高中化学教材《化学:概念与应用》中“化学与社会”的化学史是与知识点相融合的,能够很好地在讲解知识点的同时引入相关的史实,拓展了学生的知识面,能激发学生学习化学知识的兴趣。而我国教材“化学与生活”中的化学史料在教材中的呈现方式多以“科学史话”“科学视野”“资料卡片”等形式出现在正文旁边或正文下方,作为知识的拓展或自愿选择学习的内容,如果课堂教学中教师的重视和使用程度不够,这种方式较易被学生忽略。因此,我国化学教材不应只将化学史简单地罗列在正文的旁边以及正下方,可借鉴美国教材化学史的呈现方式,在实际教学中也要在知识点的讲解过程中穿插化学史进行讲解,使得化学史不是一个摆设,而是让化学史发挥它本应有的作用。
(三)“化学与生活”应在正文加入科技写作。我国新课改后,虽然教材中的内容呈现稍微改变,多了一些实践性的活动,但是却没有对学生进行硬性的要求。如果在我国教材的正文中加入科技写作,这样不仅能激发学生的学习兴趣,而且教师在课堂教学中还会结合科技写作进行教学,使得课堂形式更加丰富。学生在运用科技写作的过程中,不仅能养成自主学习的习惯,拓展自己的知识面,而且在自主学习的过程中建构自己的知识和激发自己的创造能力。
(四)“化学与生活”应注重由问题情境引入内容。目前人教版“化学与生活”中大部分的知识点是直接将知识点按逻辑体系罗列出来的,虽有小部分知识点前面设置有“学与问、实践活动”等栏目,但没有设置让学生身临其境的生活问题情境,从而引入将要学习的知识点。而美国高中化学教材《化学:概念与应用》中“化学与社会”内容是由生活问题情境出发进而引入化学知识点内容,在学生熟知的生活情境中建构知识,可以克服化学基础理论知识抽象、难以理解的特性,降低知识的认知难度。而且也有利于学生在现实生活的类似情境中进行化学知识的迁移应用,体验化学科学的实用性。
美国高中化学教材《化学:概念与应用》中的“化学与社会”内容,不仅为学生充实了大量的生活常识,拓宽了学生的知识面,而且让学生了解化学知识在生活中的具体应用与原理,形成环保意识,激发了学生学习化学的兴趣,培养学生获取信息、知识迁移应用的意识和创造能力,有利于学生的科学素养的养成。以上是通过分析美国高中化学教材《化学:概念与应用》中“化学与社会”内容特色得到的一些启示,以期为我国高中化学教材相关内容的编写与教学提供有益的借鉴。
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