绿色化学的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇绿色化学的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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本书由4部分组成，共23章：第一部分概念，含1-4章：1. 绿色分析化学的概念；2. 有关绿色分析化学的教育：3. 绿色分析实验室的实验；4. 有关绿色分析化学的出版物。第二部分分析过程，含5-14章：5. 绿色取样技术：6. 样品的直接分析；7. 绿色分析的样品处理途径；8. 用非色谱分离技术制备绿色样品；9. 毛细管电泳；10. 绿谱学；11. 绿色分析原子光谱分析；12. 固相分子光谱学；13. 绿色分析化学的衍生技术：分子吸收、荧光和液相色谱；14. 绿色电分析方法。第三部分战略，含第15-19章：15. 分析化学中的能量降耗；16. 绿色分析化学和流动注射法；17. 微型化；18. 微材料或纳米材料的实验室芯片检测系统；19. 含有害有机化合物的实验室废料的光催化处理。第四部分应用的领域，含第20-23章：20. 绿色生物分析化学；21. 生物诊断中的红外光谱学：一种绿色分析途径；22. 环境分析；23. 绿色工业分析。本书目录的后面有各章作者的简介。每章的结尾有参考书目，书的最后是主题索引。

本书第一编著M. 瓜迪亚博士是西班牙巴伦西亚大学化学系教授兼主任，在分析化学领域曾发表过大量论文和专著，荣获很多奖项。他曾应邀在法国、德国、中国等很多国家讲学，并且是一些国际学术刊物的编委会成员。

本书系统地阐述了绿色分析化学的基本原理，并对样品分析的各个基本环节提出了“绿化”处理的途径。本书可作为化学系大学生、研究生的参考书；也是分析化学领域工作者有益的工具书。

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关键词： 《无机及分析化学》 实验教学 教学效果

《无机及分析化学》是我院石油化工生产技术专业、应用化学专业和煤化工专业大一新生所学的第一门专业必修课，是一门理论性强、应用范围广的学科基础课。要学好这门课，实验教学起着举足轻重的作用。实验教学，不仅可以使学生掌握相关的理论知识和基本操作技能，还可以培养学生严谨的思维方式、认真求实的学习态度和环境保护意识。

1.实验教学现状

通过亲身的实验教学工作，我发现实验教学过程中学生普遍存在以下问题：实验态度不端正，不能严格按实验要求进行实验；实验基本操作不规范，操作技能水平比较低；实验过程学生的主动性差，“照方抓药”，不认真思考；药品浪费严重，缺乏环保意识；高职学生认为自己是高考的失败者，缺乏应有的自信心。针对上述现状，我对《无机及分析化学》实验教学内容和方法进行了一些改革与探索，想以此培养学生的操作动手能力和运用所学知识解决问题的能力，达到强化实验教学效果的目的。

2.教学内容的选取

《无机及分析化学》这门课的实验内容主要是分析化学部分的四大滴定和吸光光度法。我在实验原理讲授过程中将原理的实际应用案例结合进来，激发学生的学习兴趣和参与实验的热情。如重量法的基本原理讲解之后，告诉学生化工厂区空气质量的检测，其中一项就是空气中总悬浮颗粒物的测定，测定原理就是基于重量法：抽取一定体积的空气，将其通过已恒重的滤膜，使悬浮微粒阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采气体积，计算出总悬浮颗粒物的质量浓度。在四大滴定原理讲完之后，我列出化工厂用水及排水需检测的指标有酸、碱度，硬度，氯离子含量，化学需氧量等都可用滴定方法解决。许多化工生产过程中，对水中氯离子含量要求特别严格，氯离子含量过高，对催化剂的活性有毒害作用，氯离子含量的测定常用莫尔法：在中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4为指示剂，用AgNO3标准溶液进行滴定。在讲解了分光光度法的基本原理之后，介绍了室内污染的“刽子手”――甲醛的检测主要采用分光光度法，另一类污染物酚类化合物，人类长期接触低浓度的酚，会引起头昏、出疹、瘙痒、贫血及多种神经系统疾病，而水中酚含量高于5mg/L时会使鱼类死亡。工业废水中酚含量的测定，也是用分光光度法。通过以上实际应用介绍，消除学生的枯燥感，使学生不再感觉学到的只是一些空洞的理论，而是和现实生活及自己将来的职业息息相关的，从而大大激发学生的学习热情。

3.树立环保意识，建立绿色化学的思维方式

利用课余时间组织学生观看工业“三废”造成环境污染的短片，使学生意识到环境污染对人类生存的威胁，树立环保意识，并在课堂上及时引入绿色化学。所谓绿色化学，又称为环境友好化学，是指在制造和应用化学品时，应有效利用原料，消除废物和避免使用有毒、危险的化学试剂，并建立环境友好的生产工艺，使化学工业可持续发展。其中美国Stanford大学Trost教授提出的原子经济性指标是量化绿色化学中的“绿色度”指标之一。通过引导学习，学生意识到化学工业在促进社会发展的同时，也是造成环境污染的“罪魁祸首”。作为准化工人，我们要意识到人类生活环境要改善，就要从自身做起。故在每次实验前都要认真预习，熟悉原理和实验步骤，在实验过程中做到用尽可能少的化学药品，达到该实验操作的目的，养成节约药品、减少浪费的好习惯，也使学生牢固树立起绿色化学的思维模式。

4.强化具体实验操作过程

高职院校育人目标是培养高素质、高技能型的技术人才。这就要求高职院校在教学实施过程中注重培养学生的动手能力，而动手能力的培养和提高是通过具体的实验、实训获得的。故在基本操作训练阶段，我将分析天平、酸碱滴定管、锥形瓶、移液管和容量瓶的操作方法给学生演示一遍，然后要求学生用自来水和其他学生粗盐提纯的产品反复练习以上仪器的基本操作直至熟练。我对学生操作中存在的问题及时纠正，并要求学生在练习以上仪器的使用方法时，正确记录实验数据，树立量的概念。分析实验的结果是否准确，既取决于实验操作的熟练程度，又取决于数据的记录是否符合仪器的实际精度，故树立正确的量的概念非常重要。每一个学生的基本操作技能达标后，方可开始酸碱标准溶液的配制和标定。严格的基本操作训练，为学生的后续实验打下良好的基础。

具体的实验过程中，每个实验前都给学生几道思考题，如自来水总硬度测定实验的思考题：（1）铬黑T指示剂是怎样指示滴定终点的？（2）配位滴定中为什么要加入缓冲溶液？（3）用EDTA法测定水的硬度时，哪些离子存在干扰？如何消除？让学生带着问题去预习。明白这些问题之后，学生在实验时就更有针对性。如果实验过程中出现问题，学生就会自己检查，小组内部讨论来自行解决，而不是马上去问老师为什么。在完成了实验教学之后，我让学生写出本学期实验教学的心得体会，学生普遍写道：通过实验操作增强了他们的自信心，他们不再害怕化学，不再恐惧实验，不再觉着自己高考失利，没有什么前途。学生相信通过三年的学习，一定能成为一名合格的化工人。

5.教学效果

通过实验教学，学生的动手能力、分析问题的能力明显提高。我系08级、09级学生参加“化工分析工”技能鉴定，学生娴熟的操作技能、积极向上的精神风貌获得了在场领导的好评，通过率达90%以上。

职业教育的舞台很大，职业院校教师发展的空间也很大，我将继续探索，为职业教育的明天更美好而努力。

参考文献：

［1］沈玉龙，魏利滨，曹文华等.绿色化学［M］.北京：中国环境科学出版社，2004.

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关键词:知识;内容;化学

中图分类号:G633文献标识码:A文章编号:1003-2851(2009)10-0165-01

一、中学阶段绿色教育的重要性

中学化学课程标准指出:中学阶段的化学课程主要是帮助学生理解化学对社会发展的作用,能从化学的视角去认识科学、技术、社会和生活方面的有关问题,了解化学制品对人类健康的影响,懂得运用化学知识和方法治理环境污染,合理地开发和利用化学资源:增强学生对自然和社会的责任感;使学生在面临与化学有关的社会问题的挑战时,能做出更理智、更科学的决策。而贯穿这些知识和内容一条重要的线索就是绿色教育。绿色化学、绿色食品、绿色环保、绿色能源等无不渗透到材料科学、生命科学、环境科学和能源科学之中。绿色教育有助于学生对化学与社会、化学与生活、化学与环境、化学与材料、化学与能源等知识更理性的认识,能使学生更好的理解化学与发展的辩证关系,促使学生创造性思维和创新精神的发展。中学阶段的化学课程具有启蒙性、基础性,而可持续发展观的预见性和全民参与性也要求:绿色意识要从小培养起,培养要向全人类。所以在中学阶段加强绿色化学思想教育显得尤为重要,使学生毕业后无论奔赴何种工作岗位,都能具备节能降耗、防止污染等绿色意识,象绿色的种子一样播撒在全国各地,为改善中国的环境和可持续发展战略打下基础。

二、绿色教育的内容

应以绿色化学为树干,以绿色食品、绿色能源、绿色建材等绿色意识为枝叶。

首先,要理解绿色化学的含义及其作用:绿色化学又称环境无害化学,是指从污染预防的基本思想出发,在化学品生产的始端就采用预防的科学手段。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。绿色化学的目标是不使用有毒、有害的物质,不生产废物,不处理废物。它和“末端治理”不同,是一门“从源头上阻止污染”的化学。防止污染总比治理污染更显主动,所以实施绿色化学才能从根本上保护环境。可见,绿色化学是对环境更友善的化学,是人类追求与自然和谐相处更完美的一种高级表现。其次,要理解绿色食品、绿色能源、绿色建材等绿色概念的含义,以充实和丰富绿色教育的内容。

当然绿色教育远不能局限于以上内容,只要是对环境友好,无公害,能使人类和自然和谐相处和谐发展的都属于绿色教育范畴,包括其做法和思维等。

三、实施绿色教育的几点做法

(一)在教材中渗透绿色意识,中学化学教材的内容中本身就包涵着许多绿色化学的知识。对这些知识进行挖掘并结合教材、生产、生活实际地讲解,能激发学生学习化学的兴趣,更好的理解和运用知识。如在讲化学反应中指出化合反应(A+BAB)最符合绿色化学理念,在讲生命必须元素时引入绿色食品,在讲能源时引入绿色能源,讲材料时引入绿色建材等等。

(二)运用多种教学方法

授课时可以采用作专题讲座、专题讨论、网上查询、课外活动、参观调查、亲身体验等灵活多样的方式进行。如开展《化肥、农药污染与人体健康》讲座,讨论“生活污染点滴及其危害有哪些?”,收集绿色奥运相关资料,调查当地的污染状况和取得的成果,入住绿色生态园等。实践证明,实施绿色化学教育更贴近生产和生活实际,激发学生学习化学的兴趣,培养学生的创新思维。但要注意,中学阶段绿色教育在知识上不能过高追求深度,主要是灌输绿色思想、培养学生节约资源、保护环境等绿色意识。

(三)以绿色化学实验促使学生绿色意识具体化发展

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[关键词]中学化学教学　绿色化学

[中图分类号]G421　[文献标识码]A　[文章编号]1006-5962(2012)03(a)-0052-01

绿色化学是21世纪化学发展的方向，当前，世界各国都在进行绿色化学的研究，并注重绿色化学的发展与教育。我国也对绿色化学教育及其研究问题非常重视，在新课程中强调：“要培养适应21世纪科学技术和社会可持续发展需要的高素质人才，让学生在中学阶段就能深刻地认识到科学、技术和社会之间的相互关系，树立可持续发展的思想。”而这也恰恰成为人们生活中的一种理念。绿色化学(Green Chemistry)又被称为“对环境更友善的化学”。是人类与自然界生物和谐相处的化学，而这也成为21世纪化学教育与化学方展的主题与方向。

1 教材内容中所涉及的绿色化学知识内容

中学化学中涉及到以下三个方面的绿色化学知识：(1)节省资源，提高原料转化率和利用率。例如在合成氨工业、硝酸工业、接触法制硫酸、联合制碱法等工艺流程中采取循环操作，体现了绿色化学中节省资源的基本原理。(2)化工生产中尾气回收及转化方法和处理装置以防止或减少环境污染。例如，氨氧化法制硝酸、接触法制硫酸、炼钢、炼铁等均介绍了尾气处理或尾气吸收装置。这些体现了绿色化学中强调的对环境更良性的生产方式的要求。(3)新教材中涉及的化工生产设计新的化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。例如，教材中介绍了无氰电镀，由乙炔制乙醛工业生产中使用非汞催化剂的原因等均体现了绿色化学内涵。

2 中学化学教学中绿色化学教育的体现

如何将绿色化学的新观点、新思想深入浅出地向中学生传播，如何在中学化学教学过程中体现绿色化学思想，在潜移默化中对学生进行绿色化学观点的教育，下面的一些做法可以作参考。

2.1 在实验教学中贯彻绿色化学理念

实验教学与绿色化学联系最为紧密、最为直接，在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要。为了适应绿色化学的要求，中学化学实验必须进行改革。(1)减量，大力推行微型实验应对常见实验仪器进行微缩，对常用试剂应给出限量，实验中除了使用已研制成功的井穴板等微型仪器，还可以把容量瓶、烧瓶、启普发生器等仪器微型化。在微型化带来实验现象不明显时，可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。(2)努力减少实验对玻璃仪器的依赖性应努力改革实验方式，减少实验对玻璃仪器的依赖性。有些颜色变化明显的定性实验可放在点滴板上进行，如指示剂与酸或碱作用实验、Fe3+的显色实验等。有些定性实验可放在滤纸上完成，如电解饱和食盐水、检验醛基存在等。(3)现行化学课本中有些实验操作时依然存在危险，需要进行删改。例如考虑到硝基苯及苯的毒性，可以删去硝基苯、溴苯制备实验；(4)妥善处理化学实验的废弃物每次实验完成后，教师应要求学生将实验的废弃物分类回收，集中处理。通常实验室的废弃物由实验室的老师来处理，这种做法的弊端在于不利于培养学生的环保意识，如果将一些学生能够处理的废弃物交由学生自己处理，将实验教学与培养学生的环保意识有机结合起来，则可收到良好的绿色化学教育效果。(5)利用计算机多媒体系统进行模拟实验对于有些需要使用昂贵试剂、容易引起爆炸，或必须采用有毒、有害的试剂(如苯、苯酚、重金属等)，并在整个实验中排放较多有毒气体、有毒废水，且对环境造成较大破坏的实验，可采用计算机多媒体系统进行仿真实验或播放实验录像，避免环境污染以及对师生身体健康的影响。

2.2 深入挖掘教材中的绿色化学知识

中学教科书中有许多与绿色化学相关的内容，如闻气体的方法、氯气的毒性、氯气用于自来水消毒的利弊、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染、能源的合理开发与利用、废电池对环境的污染等，它们都包含绿色化学的知识。教师只要在备课时充分挖掘和思考教材内容所体现出来的绿色思想，在课堂上就能够适宜地体现绿色化学原则，并与学生共同探讨，一定会激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，让学生感受到绿色化学就在自己身边。

2.3 宣传和使用环境友好产品

教师在化学课堂上可以利用合适的时机，向学生宣传不使用难降解的一次性饭盒，少使用塑料袋，不乱扔废旧电池等，向学生介绍重大的绿色化学研究成果，如醇化汽油、环境友好柴油以及绿色环保筷子；要求学生留意生活中具有绿色环保标志的产品，如绿色电冰箱、无磷洗衣粉、绿色空调器、太阳能热水器等。还可以鼓励大家多骑自行车、乘坐公共汽车或地铁，少用机动车。这样，久而久之，在学生心里就会留下绿色化学的烙印，形成自觉保护环境，使用环保产品的习惯和品德。

2.4 考试与作业习题中渗透绿色化学思想

考试与作业习题是化学教学中一个重要的组成部分，而这其中也蕴含着丰富的绿色化学内容，考试与作业习题不仅可以开发学生的智力与思维，还能使学生在考试与作业习题中了解科技动态，学以致用，培养良好的科学态度。例如在讲“金属的化学性质”时，插入铝对人体的危害与应用、金属矿物的合理开发利用等内容的考试与作业习题，是学生在学习之余了解化学与生态的关系，融合“绿色化学”于考试与作业习题中，使学生更深入了解绿色化学的重要性。

参考文献

[1]魏美薇.寓绿色化学于中学化学教育[J].才智，2011，08，23.

[2]鱼维浩.论中学化学教育中的绿色化学教育[J].成功(教育)，2011.06：08.

[3]汪朝阳主编.绿色化学通用教程[M].中国纺织出版社，2007，4.

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关键词：中学生 化学 发展 发展趋势

21世纪的社会主角是当代的中学生，21世纪的化学发展还要靠当代中学生的努力。要想在化学方面有所建树，中学生就应该了解化学的发展历程及未来的发展趋势。

自人类出现后，化学便与人类结下了不解之缘。远古时代的钻木取火，用火烧煮食物，制陶，冶铜和铁器等等，这些化学技术的应用极大地促进了当时社会生产力的发展，标志着人类社会的进步。今天，化学作为一门基础学科，在科学技术和社会生活的各个方面起着越来越大的作用。那么，从古至今，伴随着人类社会的进步，化学历史的发展经历了哪些时期呢？

一、化学学科发展历程的回顾

1、远古的工艺化学时期

在远古的工艺化学时期，人类的制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，主要是凭借几千万年的实践经验摸索出来的，当时化学虽然知识还没有形成，但已经有了萌芽，这便是化学发展的萌芽时期。

2、炼丹术和炼金术时期

大约到了公元前1500年，人们开始对长生不死向往，战国时期的方士认为只有金石之类的不朽之物方能成就人们的不死之身。于是，炼丹术便由此开始。由于丝绸之路的开通，中国的炼丹术逆向传入欧洲的波斯和阿拉伯地区。这时的波斯已经伊斯兰化，伊斯兰教徒没有得道成仙、长生不老的观念，他们只有对金的崇拜，于是人们想把其他金属皆变作黄金，因此炼丹术在该地区演化成炼金术。这便是最早的化学实验，化学方法转而在医药和冶金方面得到了正当的应用。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy（炼金术）。

3、燃素化学时期

从1650年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有燃素，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。

4、定量化学时期

气体化学的定量方法的应用，从化学科学内部不断地冲击着陈旧的燃素学说。而在十八世纪后期的工业革命和资产阶级民主革命，推动整个自然科学进入了一个空前的发展时期。这就又在化学科学外部提供了燃素学说，建立科学燃烧理论的条件。综合这些因素，就使得化学家能够把从气体性质中推导出来的物理概念应用到传统的化学中去，建立了新的氧化学说。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期，实现了一场深刻的化学革命。这样，化学也就从传统的经验技术性的学科，转变为可以用数学进行定量计算的学科了。

二、化学学科发展的现状

20世纪初化学已深入到原子、分子层次，化学成为在原子、分子层次上研究物质结构和性能的科学，建立了一套物质分子的研究方法(包括理论研究和计算，分子层次上的测量，微观结构和宏观性质的研究)。这些科研成果如约里奥-居里夫妇用人工方法创造出放射性元素、在费米领导下成功地建造了第一座原子反应堆、化学键和现代量子化学理论的建立、合成化学、高分子科学的建立和发展等等使化学发生了深刻地变化。

在进入21世纪的今天，人们在谈论科学的发展时指出，“这将是一个生命科学和信息科学的世纪。”那么化学还有什么用呢？如诺贝尔获得者H.W.Kroto在回答这个问题时所述，“正是因为是生命科学和信息科学的世纪，所以化学才更为重要。”因为这是一门承上启下、渗透于各种新兴交叉学科的中心科学。化学的原理和这些研究方法广泛使用于其他学科，使化学渗透到其他学科形成许多新的交叉前沿学科，从而使化学处于中心学科的地位。

材料化学、生命化学、环境化学、绿色化学等均属于新的交叉前沿学科。

1、材料化学

材料科学的发展十分迅速，它是物理、化学、数学、生物、工程等一级学科交叉而产生的新学科领域。材料化学处于核心地位，它的应用目的性很强。它是人类衣、住、行、用的原料，也是社会生产的最根本的物质基础。比如新型高分子薄膜材料及其多层膜形成技术的研发成功，才使得举世称誉的“水立方”游泳馆的设计得以实现，为2008年北京奥运会增添了色彩。

功能材料是新材料领域的核心，是社会发展、国民经济及国防建设的基础和先导。它不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造、实现跨越式的发展起着重要的促进作用。

当前国际功能材料及其应用技术正面临着新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

目前已发现上千种超导材料，但是实际上只有铌基超导体[1]真正投入使用。以NbTi[2]、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化。以铌为基础的导体做成线材、电缆和复杂结构的导体已经成为高磁场领域必不可少的工具。

铌基超导体最突出的用途是医疗诊断上的磁性共振成像技术(MRI)。 在医疗器械领域，超导体已经开辟出约2.5 B$ 的市场。MRI的一个典型的功能例子是脑成像，因血液中氧的含量不同，因而其磁特性不同，从而可探测大脑的活动。

第二个重要用途是核磁共振(NMR)的光谱技术，NMR 光谱在化学，生物学，医学和材料研究领域已成为有力的分析工具。在NMR光谱方面，被研究的某一同位素共振线的光谱被记录下来和分析，可以得到试样中分子结构的信息。商业用NMR光谱的范围现在300 MHz(7T)和900 MHz (18.8T)之间。磁场达到400 MHz(9.4T)以上时，只能采用NbTi导体。对于500 MHz (11.8T) 和更高磁场的磁体, 其内部高磁场部分采用的是Nb3Sn导体制成, 因此是NbTi/Nb3Sn的复合体。

另一个应用领域是核熔融技术。电能不仅可以由重核分裂产生， 而且可以用氢同位素核融解来生产。熔融反应只能发生在非常高的温度下，此时必须采用加入粒子的等离子体。该等离子体必须包容在高磁场内，该高磁场必须用超导磁体产生，应用Nb3Sn材料的熔融装置具有很高的磁场。核熔融为今后电力生产提供了另一种选择。

2、生命化学

生命化学是运用化学原理及方法研究生命现象及其运动规律的学科。它是从分子水平来研究生物体的：研究其成分及它们如何按严密特定的方式组合而成；研究其各部分为什么具有其特殊的生理功能；研究生物体是如何进行物质与能量新陈代谢的；研究生物体如何繁殖，遗传的原因等等。生命化学对于改良和创造新生物品种，充分利用资源，丰衣足食，提高生活质量和健康水平以及改善环境均具有极其重要意义。

3、环境化学

环境化学是环境科学的一个分支，就其基础来看更多的属于化学范畴，它使用化学的基本原理和方法来研究环境问题。环境化学是研究环境中物质相互作用的学科。环境化学的研究任务主要指分析检测环境介质中存在的有害物质，追踪它们的来源以及在环境介质中化学物质的行为，了解有害物质对生物和人体产生不良影响的规律，由此会推动环境分析化学、大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学等三级学科的发展。

4、绿色化学

绿色化学是指化学反应过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的原料的每个原子，实现零排放。这样不仅充分利用了资源，而且不会产生污染，并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，生产出有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。化学家不仅要考虑化学品生产的可行性及其用途，还要设计出不产生或减少污染的化学过程。绿色化学将会改变化学工业的面貌。

三、化学学科发展的趋势

1、化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障

不断提高生存质量和生存安全是人类进步的标志。化学研究至少可以从三方面对保证生存质量的提高做出贡献：

① 通过研究各种物质和能量的生物效应的化学基础，特别是搞清楚两面性的本质，找出最佳利用条件；

② 研究开发对环境无害的化学品和生活用品，研究对环境无害的生产方式。提供安全有防病作用的食物和食物添加剂(特别是抗氧化剂)，改进食品储存加工方法，以减少不安全因素，有效防止“三聚氰胺”、“瘦肉精”、“有色馒头”、“奶茶塑胶”、“有毒黄瓜”等类似事件发生。

③ 研究大环境与小环境中不利因素的产生、转化与人体的相互作用，提出优化环境建立洁净生活空间的途径。

健康是重要的生存质量的标志，预防疾病将是21世纪医学发展的中心任务。化学可以从分子水平了解病理过程，提出预警生物标志物的检测方法，建议预防途径。

2、化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用

21世纪初期，我国重点能源仍然为煤碳、石油、天然气等能源。这就要求研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应，使之既能保护环境又能降低成本。此外还要开发新能源，新能源必须满足高效、经济、洁净、安全的要求。太阳能、新型的高效洁净电源与燃料电池都将成为21世纪的重要能源。

3、化学将继续推动材料科学发展

2l世纪电子信息技术将向更快、更小、功能更强的方向发展。目前正在致力于量子计算机、生物计算机、分子电路、生物蕊片等高新技术，进入分子信息技术阶段要求化学家设计、合成所需的物质和材料。

化学家还应该研究各种与电子信息有关的材料的性质和功能以及与各个层次结构的关系，特别是物质与能量的相互作用的化学特征，创造具有特殊功能的新物质和新材料。

最后希望学生们努力学习化学，将来为化学的发展作出贡献，加快社会发展，提高人们的生活质量，让化学改变整个世界!

参考文献：

[1] Helmut Krauth. FABRICATION AND APPLICATION OF NbTi AND Nb3Sn SUPERCONDUCTORS.

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2012年浙江省高考理综卷化学试题严格遵循《考试大纲》、《普通高中化学课程标准》、《浙江省普通高中新课程学科教学指导意见》和《2012年浙江省普通高考考试说明》。在继承的基础上有所创新，在创新中立足基础，注重能力。试题不仅有利于为高校选拔人才，更重要的是为中学全面推进素质教育、全面深化新课程改革起到良好的导向作用。在注重对化学学科中的基础知识、基本能力和重要方法考查的同时，突出了对信息整合能力、问题解决能力、实验探究能力的考查。试题稳定中求变化，变化中求创新，试题主要有以下几方面的特点：

1.时代性——关注社会实际

化学作为一门基础自然科学已经广泛渗透到科学的各个领域当中，人类的生产和生活与化学密切相关。 2012 年浙江高考理综化学试题的命制充分运用了新的问题素材、紧密联系生产、生活、社会、能源、环境、医药、技术等方面的热点问题，特别关注了与现代化学研究技术和社会可持续发展等内容，突出化学学科的社会价值、地位与责任。如第7题中关于太阳能的利用，蔗糖、淀粉、油脂等食品中的有机化合物，红外光谱仪分析仪器，石油的炼制等；第29题中的环境激素，1h—nmr有机分子结构测定技术，隐形眼镜高聚物等等。通过这类试题的考查，能引导教师和学生对stse的关注，充分体现了化学学科的发展性、时代性以及化学的实际应用价值，昭示着科学探究的重要性。这和新课改要求提高学生学科能力和素养的精神是相符的。与考试大纲中的考核目标“重视理论联系实际，关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展，以促进同学们在知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观等方面的全面发展”无疑是相一致的。

2.基础性——彰显学科特色

化学科学有着较为成熟的主干知识体系和深刻的学科特色。2012化学试题十分注重考查化学学科的基础知识和基本技能。试题涉及了物质的量、氧化还原反应、离子反应与离子共存、离子浓度大小的比较、物质结构与元素周期律、热化学、电化学、化学反应速率和化学平衡、常见金属元素及化合物、常见非金属元素及化合物的重要性质、化学基本实验原理及操作、有机化学基础知识等相关内容，基本涵盖了高中化学的主干知识。如第7题考查了化学基本概念及化学知识在实际中的应用，涉及到太阳能、光能、化学能、绿色化学、糖类、油脂、电解质和非电解质、红外光谱、石油的裂解和裂化等许多化学基本概念和知识，第8题考查了化学实验的基本原理和基本操作方法的知识，第9题考查了物质结构和元素周期律的相关知识，涉及到元素的推断、原子半径大小的比较、化合物沸点高低的比较、氧化还原反应、阴阳离子个数比等知识，第10考查了电化学的相关知识，涉及电极反应式和总反应式正误判断、化学平衡的移动和转化率的计算，第11题考查了有机化学的知识，涉及到烷烃的命名、氨基酸的成肽反应、同系物有机物分子式的的正误判断，12题考查电解质溶液的知识，涉及到溶液的ph及与酸碱性的关系，离子浓度大小的比较、酸碱中和滴定等， 13题考查了元素及其化合物、离子反应和离子共存的有关知识，涉及到了中学阶段学到的10多种金属元素和非金属元素组成的微粒间的相互反应及其转化关系。四道主观大题除有机题仍比较经典外，其它三题“起点高”——考素质、考能力，“落点低”——解题时运用的知识没超过大纲，体现了命题源于课本而高于课本的原则；第26题着重测试了化学发现思维能力，试题以cucl2晶体及无水cucl2的制备为背景材料，考查沉淀溶解平衡、过滤、蒸发、结晶、氧化还原滴定、离子方程式的书写、质量分数的计算等相关知识。第26、27、28题都考查了学生通过对数据、图表和实验现象的观察，提取相关信息，进行加工、整合信息的能力，将图表中所获取的信息抽象归纳、逻辑地统摄成规律，并能运用此规律进行推理（收敛和发散）的创造能力，分析问题和解决问题的能力。同时，三个大题各自承担了考查了化学主干知识的重要功能，第26、27题侧重考查化学理论知识，第28题以有机为载体侧重考查化学实验能力，第29题侧重考查有机分析推理能力。

3.实践性——体现化学之本

化学是一门以实验为基础的学科，离开实验，化学就成了无本之木。实验是化学科学不断完善和发展的动力，化学实验与探究能力是从事化学研究人才的基本能力要求，也是考试大纲对理科考生的重要能力要求。2012浙江高考化学试题特别重视对实验的考查，试题充分体现化学新课程理念，注重对探究能力的考查，主要表现在化学实验题的问题设置和探究上，问题的设置涉及实验现象的观察、实验仪器名称的书写、实验操作步骤判断以及实验方案的设计等，形式多样，考查全面。如第8题和第28题着重考查了化学实验的基本原理和实验基本操作的知识，第8题的的前三个选项分别来自《实验化学》专题三《物质的检验与鉴别》、专题六《物质的定量分析》和专题七《物质的制备与合成》，第四个选项则考查实验室一般事故的处理方法，突出实验安全意识；第28题以苯乙酮的制备为背景，考查了混合物的分离和提纯的有关知识，包括蒸馏、洗涤、萃取、分液等实验基本操作；26题考查了过滤、蒸发浓缩、结晶、滴定等实验基本操作。可以说2012年浙江高考化学试题对实验考查的重视，达到了一个前所未有的程度，涉及化学实验的试题所占分值接近卷面的1/2。

4.创新性——注重课程理念

新课程标准的理念是：以培养学生创新精神和实践能力为主线，注重学生

转贴于

的身心发展规律，精选学生终身发展必备的基础知识和基本技能。新课程标准的主要特点是：突出基础性、突出时代性、突出科学性、突出实用性、突出实践性、突出灵活性。而20112年浙江高考化学试题在很大程度上体现新课程标准的理念，整卷以高中化学基础知识和基本技能为依据，以生产、生活、环保、医药、能源、技术等化学知识的应用为载体，将化学研究的基本方法、基本概念和基本理论、常见无机物及其应用、常见有机物及其应用等融为一体。ⅰ卷客观题主要以基础知识、基本技能为考点，ⅱ卷重在考查考生对基本原理的理解、运用所学知识分析生产生活中实际问题和解决（解答）化学问题的能力、实验与探究能力。同往年的试题相比，今年浙江高考理综化学试题更加注重理解和应用，对实验技能和实验探究能力的考查进一步加强，题目设置与生产和生活密切相关；试题充分体现探究与开放，增大了考生思维空间，更加注重“过程与方法”的考查。

5.方向性——引领课改导向

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【关键词】绿色化学；制药；西药；应用

绿色化学是基于传统化学的基础上形成的，它的出现是以创新为基础而非遵章守旧，是利用可持续发展策略为指导形成的一种综合性技术理念。这一技术在当今社会发展中无论是工业还是商业上，都有着举足轻重的地位，也发挥出重大的经济价值。但是在应用的过程中，我们必须要认识到它的重要性，从可持续发展的角度入手，以其基本设计策略实现功能的最大发挥，从而为西药研发工作的开展提供技术指导。

1.绿色化学概述

1.1绿色化学背景

绿色化学的研究是基于化学理论和研究实践的基础上形成的，它使得我们的衣食住行各个方面都发生了翻天覆地的变化，同时在医药治疗方面更是取得了突飞猛进的突破。它在给我们带来重大的社会经济效益的同时，也使得整个生态环境造成严重的威胁和污染，严重影响着人类的生存健康。自从上个世纪八十年代至今，人们对于自身健康问题的逐渐重视和对环保、节能生活理念的提出，以各种新技术、新方法为主的生产模式逐渐受到人们重视，也使得整个制药生产技术发生了深刻的变革。

1.2绿色化学分析

1.2.1绿色化学含义

所谓的绿色化学主要指的是在化学生产的过程中以无毒、无害的原材料为主，以催化剂、融合剂为核心选择出具备高选择性、高转化率且不产生或者少产生副产品且不对环境造成污染的一种工作新技术，它的应用是通过采用新的合成和反应方式，从合成反应入手、以优化改进反应流程为目的来减少能量损耗的一种现代化技术手段，从根本上消除环境污染问题。

1.2.2绿色化学研究内容

绿色化学在应用的过程中注重安全这一概念，因为这一概念不仅是针对人类的健康，还包含了人体生命周期、生态环境、动植物生长的具体影响，但是就整个工作的开展进行分析，其在工作中所需要研究的问题包含了以下三个方面：

（1）原子经济性。

原子经济性概念是最早由美国人提出的一种新概念，它的应用最为关键的内容在于如何引导人们有机的去完成各项事件，同时以原子经济性为主的应用流程主要是概念中如何确定上合计成分，是利用原理转化产物为基础，以有效的选择性为核心进行工作的，但是这一选择并非是单纯的选择要求，更多的是注重高度和经济性的选择，尽可能的在工作中利用各种原子材料。因而，我们可以看出在整个管理工作中，绿色化学是否能够得到有效的落实其关键在于原子经济性能否得到有效的控制。

（2）手性合成。

当今世界本身是一个手性世界，其中构成生命体生物分子绝大部分都是以单纯的一种形态存在的。而生物活性作为手性化合物中的重要组成，无论是药物还是其他的受体部分，都是以手性的方式相互促进和推动的。因此，药物的两个相对应的体系在参与认识作用方面也发挥着至关重要的意义。近年来，现代化药物化学的应用已经越来越广泛，它也成为了人们身体健康和生态平衡的指导性理念。

1.3绿色化学的发展前景

1.3.1呼吁绿色经济

在生活方面，人们在目前的生活和生产中已经离不开绿色消费、使用绿色产品，处于近年来各种食品安全和医药安全问题的出现，以节能、健康、高质、安全为主的生产体系越来越受到人们的重视。绿色经济便是基于这种社会背景下提出的发展新流程，它的出现为我国经济发展指明了新方向，也为社会现代化建设提供了技术参考。

1.3.2绿色科技观是根本

在当今社会发展中，以新技术、新理念的发展历程越来越受到人们的关注，它在应用的过程中越来越多的呼吁协调发展，使得其中存在的各种问题都得到了有效的解决，也使得整个工作流程发生了翻天覆地的变化。

2.应用

2.1原子经济性

“原子经济性”的概念是1991年美国著名化学家Tr0st提出的。他提出在合成设计中经济地利用原子，避免使用保护基团及离去基团，这样就不会产生废物而对环境友好。Tr0st认为，合成效率包括两个方面：一是选择性，一是原子经济性，即原料分子中转化成产物的原子可占的白分比。一个有效的合成反应不但有高度的选择性，而且必须具备较高的原子经济性，尽可能地利用原料分子中的原子。原子经济性“是绿色化学的基本原理之一。

2.2手性合成

人类周围的世界是手性的，构成生命体系的生物大分子的大多数重要的构件仅以一种对映形态存在。生物活性的手性化合物，例如药物，与它的受体部分以手性的方式相互作用。因此，药物的两个对映体以不同的方式参与作用并导致不同的效果。因此开发单一对映异构体的手性药物已经成为国际上制药工业的发展趋势。现在越来越多的药物、食品添加剂和香料由全合成制备。通常，这些化合物是通过在合成过程的最后一步对其相应的外消旋混合物进行拆分而获得。这样很可能对环境造成污染。从绿色化学的角度讲，就是原子经济性较差。因此，催化的不对称合成，即手性成成为有机化学研究的热点和前沿。未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的以及节省能源和资源的，即要达到100%的选择性和100%的收率，只产生目标产物而不产生废物。实现催化剂的高效率和高选择性是实现不对称催化反应的实用性和工业化的关键。通过不对称催化不但可以提供医药、农药和精细化工所需的关键中间体，而且可以提供环境友好的绿色合成方法。

2.2.1不对称催化氢化

不对称催化氢化是第一个在工业上使用的不对称催化反应。早在20世纪70年代，美国孟山都（M0nsant0）公司就成功地应用不对称催化氢化合成了用于治疗帕金森病的L一多巴。Pai等设计合成了手性配合物。

2.2.2不对称催化氧化

1980年Sharptess报道了用手性钦酸醋及过氧叔丁醇对烯丙醇进行氧化，成功地实现了不对称环氧化的过程，这一方法的出现促进了实验有机合成和工业有机合成的发展。

2.2.3酶催化拆分异构体

心血管病药物心得安的药效主要在于（s）一异构体（R）一异构体则可以用作一种避孕药物。为了分别得到单一异构体，Lag0s等发展了酶催化的方法。最近，丛方地将脂肪酶PSL器赔固定化生物反应来代替酶粉应用于该中间体的拆分。结果发现其催化活性是同质量酶粉活性的l0倍，得到了95%的（R）-1一氯一3-（1一萘氧）一2一丙醇，并进一步合成、结晶得到99%.的手性（S）一心得安盐酸盐。

3.结束语

随着绿色化学成为化工生产可持续发展的方向.无毒无污染的合成技术。包括环境友好的“洁净反应介质的研究和发展成为绿色化学的重要研究内容。 [科]

【参考文献】

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[关键词]网络课程；无机及分析化学；立体课程建设；实践

[中图分类号]G642.0　[文献标识码]A　[文章编号]1005－4634(2012)02－0100－03

山东科技大学的《无机及分析化学》不仅是应用化学和化学工程与工艺专业最核心的专业基础课，也是矿物加工、生物工程、环境科学与环境工程、无机非金属材料工程和高分子材料与工程等近化学专业的核心基础课程，主要为学生进一步学习《有机化学》、《环境监测》、《食品理化检验》、《高分子化学》、《生物化学》、《生化实验技术》、《仪器分析》等核心专业基础课打以及做毕业论文打基础。

《无机及分析化学》课程是一门理论与实验相结合的课程，针对不同专业的需要，山东科技大学有两种方式进行教学：一种是将无机化学与分析化学整合成一门课程的短学时教学(近化学专业)，一种是将无机化学与分析化学分开授课的长学时教学(化学专业)。

《无机及分析化学》网络立体课程主要包括理论教学和实验教学两部分，经过十多年的教学改革和课程建设，形成了一套以培养应用型人才为特色的教学内容体系：在理论教学方面，本着应用为目的，够用为度、适量超前的原则，以定量分析为主线，设置化学基础原理和化学分析原理与技术两大块教学内容，准确、简明的阐述最基本的无机及分析化学原理和规律，并使“分析与应用”贯穿于整个课程教学内容之中，体了重基础、强应用、为专业服务的特色。在实验教学方面，按照“基础一综合一应用”的思路设计的实验教学内容，突出基础技能为专业技能服务的特点，强化综合技能的训练。

1　《无机及分析化学》课程系列教材的建设实践

教材的建设体了教学思想、培养目标、教学内容和课程体系的改革，是网络立体课程建设的重要组成部分，是有效解决教学内容和教学方法存在问题的关键。

根据山东科技大学近化学、化工类专业本科生对化学基础知识的要求，以少而精、精而新的原则，将传统教学内容与代新知识相结合，对无机化学、分析化学、普通化学内容进行整合、革新和优化，注重对学生进行素质教育，编写出版了21世纪高等院校教材《无机及分析化学》、《无机及分析化学实验》和《分析化学实验》。这些教材注重处理传统学科与新兴交叉学科知识的关系，在阐述基本原理和知识的基础上注重内容的更新，体了材料、环境及生物类学科与化学学科的交叉与融合。将化学热力学知识融入全书有关章节，并将四大平衡和四大滴定分析法有机结合。理论教学以化学热力学基础、物质结构、四大平衡为重点，适当简化四大滴定分析法，而使其在实验教学中加强简化分子轨道理论、晶体场理论等难度较大的内容。编写了绿色化学概论、材料与化学、生命与化学、环境与化学等作为培养学生兴趣和扩大知识面的阅读材料。通过阅读材料部分的学习，既可使学生了解本专业的发展动态，扩大知识面，又能使学生了解化学基础理论在相关学科中的重要地位，激发他们学习化学知识的兴趣和热情。编写中力求使教材简明扼要、概念准确、重点鲜明、深入浅出、通俗易懂、理论联系实际，适用于矿物加工、材料、环境、生物工程等主要专业大类。

2　《无机及分析化学》课程立体化网站的建设实践

按照国家、学校新修改的教学大纲的要求，对《无机及分析化学》课程进行了网络立体化的全面建设，建立了《无机及分析化学》课程网络平台。将课程简介、师资队伍、理论教学、实验教学、教学互动、教学视频和化学资源等栏目的内容公布在山东科技大学的网站上。目前无机及分析化学理论教材、实验教材、学习指导书、电子教案、课程网站等学习资源已经形成了全方位、立体化的课程教学体系。学生可不受时间和空间的限制，掌控自己的学习过程。

在教学理念方面，把培养学生的科学素质和创新精神放在第一位，把无机及分析化学课建设成为既是学生学习科技知识的基础课，又是培养学生科学素质的基础课。理论课教学以无机化学基本原理为主，以物质结构基础为依据，以四大平衡原理为重点，以重要元素及其化合物的结构、组成、性质、变化规律及其含量测定为目标，以指导学生自我学习为方法。实验教学以化学分析技术和技能训练为核心和重点，强化基本技能训练，强调系统分析问题和解决问题，重视系统性、综合性、设计性实验。矿物加工、材料科学、生命科学、环境科学等诸学科的研究和发展都离不开无机化学、分析化学原理和技术的进步与发展，要不断建立矿物加工类、材料类、环境类、生物类几个模块相关专业的课程体系和教学内容。

3　在教学实践中改革教学方法，增强师生互动

网络立体化教学的多样性，给不同层次的学生提供了适合自己的教学平台。学分制的改革，作为基础课的《无机及分析化学》的学时数也在减少，这对教学内容和教师的教学水平提出了更高的要求，必须不断进行教学内容更新，教学方法、教学手段及考试方法的改革。无机及分析化学内容广泛，涉及物质结构理论基础、化学反应基本原理、溶液平衡、化学分析、元素化学、部分仪器分析等内容。课程讲授不可能面面俱到，要在吃透教材的基础上分层次合理安排讲课内容，注重难点和重点引导，精讲与对比分析讨论，如四大平衡与四大滴定，同时注意引入学科前沿知识。在教学方法上，主要是讲重点、讲难点、讲思路、讲方法、讲应用，形成了“课内讲授一课外讲座一辅导答疑一考核评估”教与学一体化的互动教学模式，既注重培养学生的逻辑思维能力，又注重培养学生的创新精神和自主学习的能力。

《无机及分析化学》的教学课程在大学一年级进行，该课程的学习不仅使学生在知识上有所积累，而且在学习能力上也应得到较大提高，要求学生做到课前预习、课中互动、课后小结，学会学习的方法。在教学中针对部分内容，要求学生自学，有些延伸内容，要求学生查阅有关学术期刊，并撰写小论文、课堂讨论，最后教师总结。同时充分运用代教育技术，将传统的教学方式与代化教学手段相结合，大大提高课堂效率。此外，也在网络课程中制作了大量的图片、图表、动画、录像等素材和资料，用以表课程教学内容。

不断进行考试方法的改革。鼓励学生撰写读书报告和科技“小论文”，培养学生科学研究的意识、习惯和能力，有助于学生对化学知识的深入理解及综合运用。期末成绩由考勤、平时作业、课堂提问、单元测验、期末考试等成绩综合评定，撰写的读书报告和科技小论文实行额外加分，根据撰写的质量在总成绩中加0～10分，若能达到公开

发表的水平最多可加10分，但课程总成绩最多为100分。

4　《无机及分析化学》实验课的改革实践

实验改革的目标是通过系统的实验教学，加强基本训练，着重能力培养，强化创新意识。创造性教育要求对学生既要有基础知识和新的专业知识的传授，又要有自学能力、独立思考能力、动手能力的培养，尤其是代意识、竞争意识的培养。自2004年起，根据山东科技大学实际情况和学生不同层次、不同专业的培养要求，对原实验课程体系、教学内容和方法进行改革，建立和完善了无机及分析化学实验课的教学内容，按照基础实验一综合实验一设计实验3个层次推进教学进程。建立了以实验技术要素为主线的实验教学体系，设计了适合山东科技大学不同学科学生的多层次实验教学内容，为学生个性发展、潜能开发以及优秀学生脱颖而出创造条件。开放实验室，使一些不能在课堂上完成的实验得到补充，同时学生也可以自己设计一些感兴趣的实验，在教师的指导下进行，从而使学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力得到进一步提高。无机及分析化学实验形成了多层次的实验教学体系，多模块的实验教学内容，预约开放式教学模式。为此，无机及分析化学实验课程教学采取了以下改革措施。

1)对无机及分析化学实验教学内容进行了重组，并进行绿色化改造。本实验课注重在继承传统内容的基础上创新，增加设计性实验，加强综合性实验，减少验证性实验。根据无机及分析化学实验的特点，用绿色化学的观念对传统化学实验进行了改造，实了“性质实验点滴化、制备实验小量化、分析实验减量化”，这样在常规仪器中完成无机及分析化学的实验教学，不仅大量减少了化学试剂和药品的消耗，节约了实验消耗费用，而且也加强了学生的环保意识，收到了良好的效果。

2)正确认识理论课教学与实验课教学的关系。在无机及分析化学实验教学中，学生应始终处于主置，教师则处于为实验教学服务的主导位置。作为实验教学主体的学生，在继承传统知识和技术的基础上，重点进行知识和技术的应用和创新；作为主导教师，在搞好实验教学引导工作的同时，加强自身知识和技能的扩展和更新，达到知识丰富、技术熟练和教学方法科学而实用的要求。

3)多媒体辅助教学和开放实验室缓解实验课时少、内容多的矛盾。随着单一、验证性实验向综合性、设计性实验的转化，实验教学内容不断丰富，往往一个连续的系统的试验中涉及好几个相关的实验技术，由学生自己动手设计并完成整个实验，由此开设综合实验面临着如何在有限时间内让学生掌握更多实验技术的难题。对于无机及分析化学实验课，使用多媒体技术辅助教学，利用录像演示实验技术的操作要点，再实验进程和结果，增强学习效果。建立了仿真实验室，学生可以在计算机上进行无机及分析化学实验等课程的仿真实验，同时可进行相应的预习。

4)形成了基础－提高－突优－参与科研4层次的开放实验教学模式和管理方法，完善了对不同层次学生因材施教的实验教学方法。在生产实践中发、研究、分析和解决问题，这对于培养学生分析问题和解决问题的能力，培养创新意识和实践能力有着不可替代的作用。无机及分析化学实验室成为大学生科技创新创业的基地，几年来山东科技大学启动“挑战者杯”、“大学生实验技能大赛”、“大学生创新基金项目”等多项大学生科技创新资助计划，开放无机及分析化学实验室，为其高质量完成项目提供条件保证。

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关键词 科学教育；化学实验；在线实验；多媒体教学

中图分类号：G424.省略是IBM、纽约科学馆和科技中心协会（ASTC）协力打造的一项基于信息技术开展科学教育的成果，它采取动手试验、虚拟实地旅行、交互式展览和其他形式提供丰富的科技资源，引领学生通过与全球科学和技术中心的在线和离线交互活动，体验激动人心的当代科学和技术。

该网站以青少年科学教育为特色，提供大量网络实验案例，囊括了地球科学、生物学、数学、物理学、航天学、工程技术、化学、社会科学、医疗保健等主题板块。每个实验案例均提供详细的实验信息，包括实验目的、实验材料、步骤和现象、“怎么回事”、“给家长/老师的提示”。有的案例以Flas提供在线实验体验，搭配生动的音效以及体现操作的彩图，符合学生的喜好，激发学生的好奇心和探索欲；大部分案例所需实验素材简单易得，可操作性强，便于大多数的实验在家完成；每个实验均以有趣的动画和图片呈现实验步骤，生动地引导学生从中获取详尽的在线指导，也以直观的形式激发学生的兴趣；“怎么回事”为该实验案例提供了生活情境和原理规律，这样的安排有利于学生明白实验的意义；“给家长/老师的提示”是为指导学生操作实验的教师或者父母提供的文字资料，比如获取实验素材的途径、实验中的安全问题等，也在一定程度上拓宽学生自身的视野。

1 化学主题的实验案例概述

TryScience网站提供的12个化学主题实验活动，以其原料简单易得、实验操作简单和趣味性强而深受科学教育工作者的关注。实验案例不只限于化学学科，具有鲜明生命科学、物理学特色的小实验充分体现了化学科学的“中心性”，进一步体现科学教育中化学的独特价值。

1）DNA检测。利用盐与一滴清洁剂的混合水溶液作为提取液，获取两颊之间的细胞并使之破裂释放出DNA；再注入冰乙醇（或甲醇、外用酒精），进而可以观察到DNA链。（DNA在不同浓度盐溶液中的溶解度不同。）适用于生命科学相关的课外教学活动，其中“DNA的粗提取与鉴定”可以借鉴这个实验。

2）会呼吸的酵母。把酵母消耗糖这一生命活动作为微生物和碳循环的相互作用的具体实例，了解有机体是如何依赖于食物链中的水和能量的。这里主要根据“酵母对不同量的糖经过呼吸作用产生二氧化碳的量不同”的问题进行探索研究。可作为阐述碳循环的补充实验；生物学学生的探究实验“酵母的呼吸作用”的课外探索实验；在化学中化学反应定量分析应用。

3）胡椒粉扩散。通过观察胡椒粉在水中和肥皂水中的不同变化，了解物质的扩散和水的表面张力。帮助学生了解水的表面张力和物质的扩散。

4）想吃冰淇淋。利用盐水在结冰之前必须低于0 ℃这一特性，准备牛奶、糖、调味剂、冰块和食盐就可以制作冰淇淋，从而了解制冷剂的具体用途。适用于初中化学中制冷剂的课外实验。

5）粘住它！该实验利用酸可以使蛋白质变性的原理来获取白胶，让学生了解蛋白质的结构特性。这里用醋（乙酸）来使牛奶中的酪蛋白发生性质的改变，来获取固状凝结物。可用于“有机化学基础”中的蛋白质的性质探索实验。

6）浮油。由阿拉斯加州的普拉德鲁湾的“艾克森瓦尔迪兹”漏油事件来引发学生对浮油的清除的探索实验，比较网眼布、粗棉布或纱布、棉球、聚丙烯布清除油污的效果。可用于小学的课外活动，培养正确的洗涤知识；也可以配套“高分子材料”的实验探究教学。

7）防晒油。设计对比实验，比较涂和没涂防晒油的苹果的干瘪程度，让学生从生活中了解防晒油或保湿霜的功效。可作为小学科学实验的一个趣味实验。

8）木乃伊魔术。就古埃及人做木乃伊过程中使用脱水技术为背景，探究泡碱混合剂如何使苹果变干就像它把人的尸体吸干变成“木乃伊”一样。可以作为初中“常见的碱”的拓展知识，帮助学生拓宽视野。

9）电解。网站中包含了在线实验，同时可以方便学生在线动手进行实验，探索电解的奥秘，整个过程包括连接导线、导体、电极、电解质溶液的选择及氢气和氧气的释放。可作为九年级化学“水的组成”或高中“化学反应原理”模块的电解中的网络媒体辅助教学。

10）镀铜实验。简单地利用铁能置换铜的原理，巧妙地利用回形针从硬币中置换铜离子，给回形针镀铜，该实验包含许多探索性问题。可作为初中“置换反应”的具体实例。

11）谈谈奶酪。用醋来制作奶酪，相对于利用细菌产的酸与牛奶进行反应，过程很快，之后经过处理即可获得奶酪。可用于中小学的课外科学实验活动，融合了生物和化学的知识。

12）绚丽的颜色。用Kool-Aid™和醋混合制成染料即可以给布料染自己喜欢的花样，这不仅仅是一个化学实验，还是能让学生发挥自己的想象的一个桥梁。可作为小学科学实验的一个趣味实验案例。

2 化学实验典型案例

为了让大家更好地了解TryScience网站科学实验案例的特性，以电解实验为案例，为大家详细阐述。

2.1 在线实验

以Flash呈现的在线实验动画可以模拟实验操作，弥补一般实验教学网站只呈现实验步骤文本资料的缺陷，给予使用者、学习者更为真实的感性体验。

点击“化学”“电解”，可进入图1的界面。左侧呈现出的实验步骤给予学生详细的指导：1）用一节电视、一块纸板、两个导体、一杯水和两根电线组成一个电路；2）杯子上的纸板用来固定导体；3）选择良好的导体，将它们插入纸板的洞中；4）连接电线，形成电路。

点击“开始”即可进入图2所示的操作界面。右侧是实验主界面，包含一只锥形瓶和一只电池；左侧提供了备用素材，由网友点击拖拉到主界面中连接、搭配。如果选用素材有误或实验仪器连接错误，系统会作出提示，以便改正。如把左侧的塑料吸管拖到右侧作为导线与电池连接，动画立刻提示：“这是用来喝饮料的！塑料管不导电！塑料、橡胶、黏土类材料是绝缘体，电子这种细微粒子无法通过这些材料。”即时的提示有利于学生纠正错误概念，也有利于指导学生掌握正确的化学观念。如果操作和填加素材正确，则会给出正确提示和如雷掌声。

当全套仪器搭建完成，动画里作为电极的铅笔芯周围就会释放出大量气泡，随即提示：“电流可以产生足够多的能量来分解水分子中的氢和氧。”

动画提示的下一步操作是通过改变变量进一步探究水的电解。如增加电压后，两极产生气泡更多，让学生了解到不同强度的电压是影响产生气体速率的重要因素之一；“交换电线”更换电极连接后，产生气体的现象与原来实验相反；还可以通过“放大镜”清晰观察某个电极产生气体，排开集气装置中的水。

“在线实验”不只限于具体操作，还拓展到实验意义，关注情感态度与价值观的教学目标。“电解实验”进一步指出产生的氢气和氧气作为燃料电池来发电驱动汽车的行驶（图3）。

TryScience提供的在线实验体验，充分体现网络多媒体对化学教学的辅助功能。学生不再是一味地听教师讲、看教师做，而是在足够的时间和空间范围内，由自己分配时间，进行方案设计，并进行虚拟实验操作，最后通过对实验事实的分析、归纳得出结论。就是在这样的学习氛围中，学生能真正感觉到自己是学习的主人，由此激发其主动参与的热情。

其中具有特色的是它的在线实验，虚拟提供给学生电线、纸板、不同的导体以供选择组合成电路，通过自己动手来尝试搭制实验装置。总之，这个实验还是很值得让学生去实践探索的。

2.2 家庭实验

动画实验不能完全替代化学实验操作，网站提供的“家庭实验”设计具有一定的开放性，不局限于教材，从知识、能力等多方面向外延伸或扩展，创设开放性问题情境，督促学生自己在家利用方便易得的素材开展实验操作，提高对科学实验的浓厚兴趣。

1）实验目的：水（H2O）分离出氧气和氢气；了解电能转化为化学能的原理。

2）实验仪器和材料：两支铅笔（HB或者2B），两根电线（每根长约30 cm），一个广口玻璃瓶（500 mL），一张足够盖住广口瓶的纸板，带子，手电筒电池或电灯电池，水，盐。

3）实验步骤和现象。①削尖每支铅笔的两头，削铅笔前，拿掉铅笔的橡皮和金属部分。②将广口瓶装满水，往装满水的广口瓶加入一些盐。③在广口瓶的瓶口盖上一张纸板。慢慢地将一支铅笔穿过纸板，使铅笔芯完全浸在水下。与这支铅笔隔大约3厘米处，插入另一支铅笔。要使每支铅笔芯都近似地处于同一水位。用电线将第一支铅笔的另一头连接到电池的阴极。也就是用电线的一端缠在铅笔芯上，另一端缠在电池阴极端。将第二支铅笔的另一头连接到电池的阳极。④通电，观察实验现象。

4）讨论与研究。①水中必须放少许盐。如果水中盐浓度太高，则有可能会产生氯气。②在溶液中加入酚酞（某些泻药的成分之一），它可以检测阴极附近pH值的升高。如果pH值升高，溶液会变成粉红色。红球甘蓝汁也可以看到这一现象。红球甘蓝汁在阴极变成蓝色，在阳极变成红色。如果使用紫色的甘蓝汁，颜色的变化就很难看出来。试着多加几节电池，就可以产生更明显的气泡效应。

3 网站实验特点及点评

3.1 生活化，趣味化

TryScience实验选题广泛，内容新颖，大多来源于学生的学习和社会生活，实验设计注重引导学生运用所学的知识研究和解决学生关注的一些社会问题，很多题目设计贴近生活、独具匠心，足以引起学生的好奇心和学习心向。例如，“谈谈奶酪”“吃冰淇淋”这两个基本就从学生热衷的食品取材，让学生从生活中能够体会到化学的存在，进而走进化学，喜欢化学。这样的实验新颖而又熟悉，直观生动，易于吸引学生，引起学生的认知冲突和学习心向，使学生认识到化学知识就在身边，增强化学知识的实用性，并且生活化的实验提供学生某种生活经验，使学生能够找到自己的“先行组织者”。

学生学习科学知识的动机很大程度上来源于兴趣，实验趣味性越强就越能调动学生学习的积极性，即化学实验具有激发动机的功能。但近年来应试压力下的实验选题单调，使学生对化学实验的兴趣逐渐降低。各种调查显示，很多中小学生对化学学习的兴趣正在明显降低，导致这一状况的原因是多方面的，如何通过化学实验，激发和保持学生的化学学习兴趣引起人们的思考。而TryScience的“木乃伊魔术”实验，联系传说中的木乃伊，激发学生学习碱的兴趣。当然，卡通的界面、孩子气的动画设计也是TryScience网站体现趣味性的一个重要方面。

3.2 探究化，绿色化

在化学实验的设计上，化学教科书中过于强调实验对所认识的化学基本概念、基本规律和基本原理的验证，即使是“探索性实验”或“启发性实验”，也是照方抓药式的设计。这样的实验设计学生几乎不需要进行什么“探索”，只要按照实验步骤做下去，就可以得出结论，别说发挥实验的功能、促进科学素养的发展，就连学生最初的实验操作兴趣，也可能因为这样的设计而丧失殆尽。而TryScience网站的实验设计，利用在线实验的互动多媒体效果，实验研究方法的运用和实验结果的表达有较大的灵活性。这些特点有利于发挥学生的个性特长和才能，形成开放的学习过程，更好地发挥化学实验的探究功能，对促进学生科学素养主动、全面发展，有一定的引导作用。例如，“电解”的在线实验，给出所需的实验器材和提示，让学生自己进行探索，自主学习，搭制正确的实验装置。过程中的提示和警醒也让学生深刻了解实验原理。

TryScience网站涉及的实验也充分体现绿色化学观念，遵循绿色化学中避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂的要求。例如，“绚丽的色彩”就是从绿色化学角度着手，试剂选用绿色材料，建议家长或教师带领学生尝试用水果和蔬菜制成的天然染料（冰冻蓝莓、黑莓和甜菜汁的效果都很好。使用食物加工机混合水果或蔬菜并滤掉果肉来准备染料，得到的液体就是染料）来给自己的衣服染色，体会染色趣味的同时，还能树立一定的环保意识。

3.3 综合化，现代化

TryScience网站案例突出现实性、多学科性、动态性等整体化知识的特点。实验设计内容在加强化学与现实生活密切联系的基础上注重多种学科、多种技能的整合，注意与现实背景和历史背景相结合，有助于培养和发展学生的创造性思维。化学栏目的实验与生物学、数学、生物技术、物理等学科均有不同程度的渗透和综合，其中DNA检测涉及化学、生物学、工程技术；会呼吸的酵母涉及生物学、数学、化学、社会科学；防晒油涉及生物学、化学和医疗保健；木乃伊魔术涉及生物学、化学、社会科学；电解涉及物理学和化学。这些实验涉及的知识都可以看出化学是一门比较“中心”的学科，对化学的研究必须要建立在其他一些基础学科上，当然利用化学的一些实验技术知识也可以帮助对其他领域的探索研究。

网站功能设计具备现代教学设计特色。譬如，对于某些实验的实验步骤设置，通过连环问题的设置来串联教学思路，由浅入深，由简单到复杂，创设出真实、新异的教学情景，为学生创造性思维发展营造良好的环境，引导学生循序渐进地由被动思维转变到积极主动的思维，不仅促进学生积极思考、主动探索，锻炼学生的思维能力，而且培养了学生的探究精神。学生利用多媒体实验可以有目的地去注意观察整个实验的一个动态过程，并不是按部就班、毫无思考地进行化学实验。运用动画也恰到好处，不仅体现信息技术的辅助功能，还培养了学生利用技术去学习的主动性和积极性。

总之，这个网站的实验不仅可以作为教师的在校演示实验和学生探究实验素材，还可以作为家长早期引导孩子认识化学的家庭实验，既可以锻炼他们的动手能力，也能拓展他们的科学视野，更科学全面地认识这个绚丽多姿的世界。

参考文献

[1]张凤,陈凯.《科学探索者・化学反应》中的活动与实验[J].教学仪器与实验,2009(9):25.

[2]王炜祺,张凤,陈凯.趣味化学实验与儿童科学启蒙教育[J].教学仪器与实验,2007(12):50-52.

[3]王炜祺,陈凯,张凤.儿童科学教育的典范:德国巴斯夫“小小化学家”实验案例介绍[J].教学仪器与实验,2007(8):56-57.

篇10

从人类文明的早期开始，人们就懂得利用铁矿石、铜矿石和木炭一起加热制得铁和铜，用来制造各式的铁器和铜器。这些单质状态的金属在自然界是极少存在的，通常都需要化学反应进行制备，这大概便是合成化学的开端。

人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国科学家贝克兰用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。1920年，德国化学家施陶丁格提出由简单的结构单元以重复链接的方式形成高分子化合物的概念，这一创新性的研究为高分子合成材料的出现奠定了理论基础，他也因此获得了1953年的诺贝尔化学奖。1935年，以茧丝结构为基础，美国化学家卡罗瑟斯首次成功地合成了尼龙66，这一发明促进了有机高分子合成化学的发展。20世纪40年代乙烯类单体的自由基的发现引发聚合合成反应迅速发展，实现了包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等的工业化生产，这是合成高分子蓬勃发展的时期。

在第一次世界大战期间，迫于橡胶缺乏，德国人采用二甲基丁二烯聚合合成了甲基橡胶。1930年德国和前苏联以丁二烯作为单体，金属钠作为催化剂，合成了丁钠橡胶。而丁二烯与苯乙烯共聚则可以得到丁苯橡胶，它的性质与天然橡胶相似。事实上，在第二次世界大战期间，德国军队就是因为有丁苯橡胶，橡胶供应才没有出现严重短缺。美国在战后大力研究合成橡胶，首先合成了氯丁橡胶，氯原子使氯丁橡胶具有天然橡胶所不具备的一些抗腐蚀性能。

进入20世纪50年代，利用从石油裂解而得到的烯烃（主要包括乙烯与丙烯），德国人齐格勒与意大利人纳塔分别发明用金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法，两者分别于1952年和1957年实现工业化，这是高分子合成化学的历史性突破，他们因此获得1963年度诺贝尔化学奖。

20世纪60年代，由于登月工程的需求驱动，导致了可作为太空服原材料、航天飞机高温黏合剂以及超音速飞机的复合材料等耐高温合成材料的诞生。杜邦公司20世纪40年明的特氟龙PTFE（聚四氟乙烯）是另一类性能优异的合成材料，具有耐酸碱、耐高温、极低的摩擦系数、良好的耐磨性以及极好的化学稳定性，是原子能、国防、航天、电子、化工、纺织等领域不可取代的关键产品。科学家还合成了很多其他有机高分子材料，如涂料、黏合剂、离子交换树脂等等，并制成了很多新的产品。在离子交换树脂基础上发展起来的离子交换膜，在淡化海水、人造肾、药物的定时释放等方面都起着很重要的作用。

无机合成化学为广泛应用的新型无机材料，如耐高温、耐高压、耐低温、光学、电学、磁性、超导、储能与能量转换以及纳米材料的发展开辟了广阔的天地，一些无机材料的发展还推动了催化领域（如石油炼制、精细化工等）的进步。近几十年来，一系列重量轻、强度高、耐热性能好的无机纤维，如硼纤维、碳纤维等，以及氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等耐高温材料的成功合成，为航空、航天技术的发展起到了重要推动作用。例如在波音787梦幻飞机上，由于大面积使用了碳纤维复合材料而大大减轻了飞机重量。据统计，机身制造使用的碳纤维重量占波音787重量的61％，占全机80％体积的构件均为碳纤维复合材料；同样，在空客A380的制造中，也大量使用了合成材料，飞机约25％由高级减重材料制造，其中22％为碳纤维复合材料，使得A380每乘客百公里油耗不到3升，相当于一辆经济型家用汽车的油耗。

当今最主要的三大合成材料―合成塑料、合成纤维和合成橡胶，它们均主要以石油、天然气或煤等为原料，全球年产量已达数亿吨。当然，今天倡导的可再生原料的应用也离不开合成化学。这些材料在工农业、国防以及人民生活等方面正发挥着巨大的作用。设想如果没有这些材料，我们今天的生活显然是无法想像的。事实上，这些合成材料的发明彻底改变了人类的生活方式。

合成化学面临的挑战与机遇

合成化学的主要任务是实现从小分子到大分子、从单分子基元到超分子体系的构筑，通过选择性的控制，创造出具有理想性质和功能的新物质。进入21世纪以来，10年中已有4次诺贝尔化学奖授予合成化学领域的科学家，反映了这一领域的巨大创造力和活力以及对科学和人类社会的贡献。尽管合成化学已经达到了空前的成熟水平，但基于当今人类面临的诸如健康、粮食、资源、能源、材料、环境和气候等重大问题的情况下，合成化学的发展前景将更为广阔，并将继续在诸多领域发挥不可替代的作用。

2001年度诺贝尔化学奖得主野依良治教授指出：未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的以及节省资源和能源的化学，化学家需要为实现“完美的反应化学”而努力，即以100％的选择性和100％的收率只生成需要的产物而没有废物产生。因此，如何通过对化学键的选择性活化、断裂与可控性重组，通过弱相互作用的调节精确组装功能超分子体系，实现以100％产率和100％选择性对特定功能物质和结构体系低耗、安全、经济与绿色合成，是合成化学领域的主要挑战。

无论现在还是未来，合成化学的另一明确方向是不断与其他领域交叉与融合，以产生更多的跨学科新领域，从这个角度而言，合成化学需要极高水平的科学创造力和洞察力，以探索其无限的可能性。2001年度另一位诺贝尔化学奖得主、美国人夏普莱斯提出了“点击化学”（Click Chemistry）的概念，强调合成反应必须具有高产率、高选择性以及对各种官能团和反应条件优异的耐受性，这一概念的提出为生命科学、材料科学领域提供了全新的理念、方法和物质基础，已经被广泛应用于药物、新材料开发和分子生物学、化学生物学等诸多研究领域，成为目前最实用和引人注目的合成理念之一。

未来的合成化学将针对合成对象和合成过程的可控、高效、低能耗、低排放、高选择性等要求，面向生命科学、材料科学、信息科学、能源科学和环境科学等领域对新物质、新材料和新器件的需求，研究功能导向新物质的设计理论、反应过程、合成与组装方法学；探讨合成反应和物质转化过程的机理与本质规律；借鉴生命体系的生物合成和演化过程，结合物理、材料科学等学科的研究手段和技术，发展新的合成策略，以满足在分子设计指导下定向合成各种特定结构和特定功能化合物及其组装体的需求。

合成化学：让未来更美好

在过去的100多年里，合成化学为人类社会的进步做出了巨大贡献：合成化学为现代农业的发展、解决70亿人生存问题发挥了不可替代的作用；合成化学制造的药物使人类的健康水平得到空前提高；合成化学创造的各种新材料彻底改变了人类的生活方式；合成化学还为探索生命科学的奥秘提供了重要方法和物质基础。合成化学家不断创造出的合成新方法、对于化学机理的不断明晰使人类可以“驰骋”在整个元素周期系中，不断创造出新的物质，这一过程大大增加了人类在认识自然和改造自然中的能动性，并创造出了新的生产、生活方式。我们现在已经可以很好地利用自然界诸如石油和煤这样简单、丰富的天然资源，创造出一系列复杂的、更具价值的物质。在不久的将来，我们将能设计、制造出更多具备各种性能、满足人类需求的物质。