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关键词: 外语的文化性 特点 文化素养与文化责任
一、外语的文化性
外语揭示了外语所在国家的人文习俗、社会心理、意识思想和价值观念等,这是由外语的内在规律所决定的,外语的这种特性,为外语的内在文化性;在民族文化背景(文化环境,文化观念,文化思维)下教学外语,民族文化和外域文化之间发生了聚合、比较、相容或排斥的过程,这一现象为外语的外在文化性。
外语的内在文化性是固有的,相对稳定的;而外语的外在文化性是在外力(外语传授)作用下产生的,是可变的,它因外语教、学者的思想基储文化阅历、思维能力等的不同而有所变化。外语教、学者经过对文化信息的分析、综合、比较、抽象、概括的心理过程,可以形成不同的文化观点。
外语的内在文化性和外在文化性是一个互相关联、互相作用的辩证统一体,两者的辩证统一过程,构成了外语文化性的主要内容。
首先,外语(外国文学)作品的混杂性。各级各类外语教材在选材上均贯彻了教学大纲的思想性要求,但不可避免地掺有反映外国资产阶级思想价值观念的东西,用于泛读的外国原著中除优秀的东西外确有良莠混杂的成分。读外国原著必须要有正确的思想、分析的态度和科学的方法。
第二,中、外文化的对比性。外语的内在文化性一旦显现出来,外域文化与外语学习者所拥有的民族文化之间便产生了对比的过程。这个对比过程的实质内容是:优秀成分的相容――相互奉献,相互推进;不同意识思想、价值观念等的对抗――相互排斥,相互斗争。教学中,应该用相容的部分培养学生的文化素质,用相对抗的部分经过认真取舍,因势利导,进行社会主义思想教育。
第三,文化因素的育人性。文化是一个难以界定的名词,但人们对它的认识不断深化。文化已不再被单纯地当作人类文明的附带品,而是维系社会形态、关系到社会历史命运的灵魂与支柱的东西。我们对科学文化素质的理解,不能总是停留在原有的认识水平上。所以,文化具有很大的育人作用。重视外语的文化育人因素,是时代的要求。
二、外语教学的文化渗透教育
社会主义的文化是面向现代化、面向世界、面向来来的文化,吸收世界上一切优秀的文化成果是社会主义文化建设的内在要求。世界现代先进文化与我国优秀传统文化的融会贯通和相互推进,是对整个人类文明的巨大贡献。因此,在弘扬优秀民族传统文化的基础上,应借鉴外国历史、文化的先进成份和时代文化的人类共性成分,在传授外语知识的同时,把优秀文化内涵纳入学生的知识结构,既教书,又育人。
渗透文化教育的总体目标是:①丰富文化知识。②增强思想文化素质。③启迪社会主义觉悟。④提高文化鉴别能力。⑤激发求知上进的爱国热情。
渗透文化教育的基本做法是,根据各级各类学校外语课本在选材上的思想性要求,针对不同素材认真备考,按照不同要求进行有机渗透。例如:英语教材中有不少介绍马克思、列宁、等伟人的文章,可用来进行、社会主义世界观教育;利用介绍伽利略(Galileo)、达尔文(Charles Darwin)、居里夫人(Madame Curie)等世界著名科学家及关于科普知识的课文,进行热爱科学教育、竞争观念和开放思想教育;利用介绍外国生活风貌、人文习俗、反映日常生活、学习、劳动、社会活动等的课文,进行劳动观点、协作友爱精神、道德审美观念等的思想品格素质教育;利用介绍世界各地历史古迹、名人轶事等的课文,进行人类文明史和积极文化思想教育,等等。
三、文化素养与文化责任
培养什么样的人,教师自身文化素养如何是至关重要的;与此同时,学生的文化素质是否提高,社会主义文化思想是否树立,外语教师有义不容辞的责任。
第一,克服埋头业务工作,忽视政治学习的错误倾向。充分意识到自己不单在传授外语知识,而且业己进行着广角度、深层次的文化渗透教育。可以认为,外语教师在很大程度上是工作在意识形态领域的人类文明传播者。对此务必保持清醒认识。
第二,克服只重专业知识学习而忽略其他文化科学知识学习的现象。曾对外事翻译人才提出过“政治基本功、知识基本功、外语基本功”的三个基本功要求,值得引起外语教师思考。古语云“工欲善其事,必先利其器”,先用丰富的知识武装自己,才能居高临下,指点迷津,才能为人师表,潜移默化。
第三,转变外语教学长期以来的重文轻道观念。一方面,外语教学相对于其他学科的教学来说,由于语言“障碍”因素,形成一定程度的封闭模式,不易进行德育渗透的管理,影响了德育渗透的力度,对此应提高认识,改进管理措施;另一方面,认为外语教学作为纯语言教学,很难有渗透德育的文章可做,对外语教材中出现的鲜活的文化教育内容视而不见,这是妨碍素质教育的顽疾,应彻底根除;再一方面,不断探索文化素质教育与思想道德素质教育的可分与不可分性,抓准要害,拓宽渗透德育的路子。
第四,深入研究,把握实质。有实质的把握,才有渗透方向的确定,才能卓有成效,事半功倍。这并不是说,外语教师总要拿出专门的时间来深钻细研,而是把这些研究贯穿于教学实践和业务学习的过程之中。
关键词:高一学生;化学学习;学习特点;问卷调查
文章编号:1008-0546(2013)04-067-03 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
2003年4月教育部颁布《普通高中化学课程标准(实验)》,标志着我国高中化学教育课程改革的开始。新课程背景下的化学教育以提高学生的科学素养为目标, 改变以知识技能为取向的目标观, 并着眼于未来社会对国民素质的要求。课标对化学教育的目标明确指出“ 以进一步提高学生的科学素养为宗旨。”在此背景下,高中化学的教学与学习都发生了急剧的变化,对老师和学生的要求都有所提高。因此,研究目前高中生化学学习的特点,一方面可以有助于教师改进自己的教学方法、教学策略、教学手段和教学技巧,另一方面也可以有助于学生认识自己的化学学习的特点,并根据化学学科的学习特点,从而改进自己的化学学习,提高自己的科学素养。
从初中化学到高中化学无论从学习容量还是知识难度上讲,都是一次巨大的飞跃。由于学习内容增多、知识难度增大、知识面广,横纵向联系多,疑难密布,许多学生从对化学学习充满好奇到渐渐失去兴趣。教育者只有在充分了解学生化学学习特点的情况下,才能对症下药,为学生后续的课程学习打下基础。本研究拟在调查的基础上, 进行分析, 为有效地培养、激发和强化高中生学习化学的兴趣、 提高学生素质,提供理论和实践的依据。为此,就高一学生化学学习的特点,我们进行了问卷调查。
一、对象与方法
1. 抽样方式与对象
本次调查采用分类整群抽样法,选取惠州市3所高中(惠州市八中、九中、惠州实验中学)高一9个班。调查问卷为开放式问卷,共发放调查问卷498份,其中男生267人,女生231人,全部收回,回收率100%。
2. 问卷调查设计
根据教育理论、学生心理特点、化学学习的过程及化学学科内容与特点,我们设计了一份问卷调查表。调查表中单项选择题的百分率表示各选项人数占调查人数的百分比,多项选择题采用的统计方法为:百分比=该选项被选择次数÷有效答卷份数,对于多选题百分比相加可能超过百分之一百。调查内容包括高一学生化学学习现状、学习兴趣、学习规划、学习方法、学习态度、学习策略、自主学习现状的调查等。结果统计采用百分比形式,对所有纳入研究的变量进行统计分析。
3. 问卷调查结构
本次问卷调查表由标题、前言、指导语、问题、选择答案、结束语五部分组成。
4. 问卷的有效性
首先,我们判断一份调查问卷所填是否符合常理;其次,观察数据是否符合实际情况;最后,与自己所查的相关资料进行对比,看大方向是否符合;最后得到有效问卷498份。
5. 问卷分析方法
本次调查全部采用纸质版的问卷调查,调查完成后,将所有的数据输入电脑软件进行统计、作图和分析。
二、结果与分析
1. 高一学生化学学习现状
本次调查通过对高一学生化学实验学习现状、学习方法、自主学习及课堂学习的调查,初步了解了高中生化学知识的学习现状。
(1)高一学生化学实验学习现状调查结果与分析
调查结果显示, 76.51%的学生认为目前的化学实验课不能满足其化学的学习需求,92.96%的同学喜欢自己动手做实验。通过此次问卷调查我们得知所调查的学生中79.92%的学生都认为化学实验题很难做或比较难做。此外,通过我们对问卷调查学校化学老师的访谈中也发现,部分化学老师对实验不重视, 怕麻烦, 不做实验或尽量少做实验, 认为做实验不如讲实验, 讲实验不如背实验。有些老师为了实验效果明显和节约时间,几乎所有的实验都是通过视频来教学,让学生记住实验现象。造成的后果是有些学生学了近两年的化学,连基本的实验操作都不会,更不要说具备基本的解决实际问题的能力了。
(2)高一学生化学学习方法现状调查结果与分析
从调查结果的统计数据可知, 31.33%的学生是先复习再独立完成作业,45.78%学生完成作业前不看书,主要通过靠自己的理解和记忆完成自己的作业,17.47%的学生喜欢和其他同学商量着完成,更有5.42%的学生经常不按时完成。统计数据显示, 每天花0-0.5小时学习化学的学生占调查总人数54.22%。我们认为主要的原因有两点:一是高中的学习任务重,每天都有五门以上的课程要学习,学生们很难有足够的时间先复习后再独立完成作业,学生完成作业,有一种单纯的完成任务的思想,没有把完成作业看作是理解、巩固、掌握、应用知识的过程;二是学生个人学习的惰性。对于课后化学辅导资料和相关化学知识内容, 90%以上的学生会做一部分典型习题,学会某种思路方法或看知识归纳,理解章节重难点,只有8.43%的学生从来没有化学参考书或是从来不看。此外,74.54%的学生会自动或在老师引导下联系实际来学习化学的抽象概念。94.4%的学生在化学学习中遇到困难时通常会与同学讨论或查书后不懂再问老师或自己查书解决。
(3)高一学生化学自主学习现状调查结果与分析
为了更全面了解学生自主学习情况,我们设计了一道矩阵多选题。
从表1可以看出,学生在化学课堂学习中主动提问较少,多数学生都是偶尔地进行预习、复习、笔记整理、按时完成作业和作业的订正。学生对化学学习的目的不太明确,受应试教育影响很大,在很大程度上削弱了学生自主学习的意识。在我国现行教育制度下,以升学、考上一所好的大学为唯一目标的应试教育影响根深蒂固,频繁的各种考试严重抹杀了学生的自主学习天性[1]。学校安排给学生过多的练习量和必修的课程较多,导致了学生自主学习的时间不多。从所统计的数据可以看出目前化学教学主要是以教师讲解为主,以老师、课堂、课本为中心,即以传统的教学方法为主。在这种教学模式的指导下,学生主要是通过老师的传授被动地接受知识,学生学习的过程就是不断积累知识的过程,而这种被动接受知识的方式,致使大多数学生逐渐养成一种不爱问、不想问“为什么”,也不知道要问“为什么”的麻木习惯,从而形成一种盲目崇拜书本和老师的思想。调查的结果显示,只有极少数的同学上课主动提问,部分同学偶尔提问,绝大多数同学从不提问。
2. 学生对化学课程的看法
统计结果显示: 有69.68%的学生表示, 他们已认识到化学的重要性, 也知道应该认真学, 但在实际教学中却有53.24% 的学生没有认真学;对化学课程不感兴趣,不愿认真学习的占24.68%;认为学了也未必能用上的占18.69%;有36.64% 的学生认为化学课程太枯燥, 容易让人失去兴趣;38.23% 的学生认为概念太多,不易掌握。
3. 影响学生学习化学的因素
为了了解学生学习化学的影响因素,我们设置了三道选择题,分别从学习兴趣、影响因素、学习目的三方面进行问卷调查。
68.47%的学生认为兴趣对化学学习非常重要,82.86%的学生认为影响化学学习成绩的最主要因素是个人的努力。从上题的统计数据可以看出,多数高中生没有明确的学习目的,认为学习化学的目的是应付考试,只有少数的同学是由于兴趣和通过化学的学习来解决自己遇到的生活问题。
问卷的最后设置了两道开放式问题:“你喜欢老师怎样上化学课?”答案统计归纳如下:71.49%(356人)的学生喜欢“重点、难点讲透,引导学生参与讨论、探究”的老师;31.53%(157人)的学生喜欢“讲解例题注意思路点拨,通过习题和例题巩固所学重点、难点”的老师;20.08%(100人)的学生喜欢“广泛联系生产生活或联系其它学科知识,引入学科前沿知识,善于归纳总结”的老师;17.07%(85人)的学生喜欢“每一知识都由老师来讲解,并讲深讲透”的老师;60.04%(299人)的学生喜欢“有激情,能调动学生学习化学的积极性”的老师;51.41%(256人)的学生喜欢“讲解条理清晰,便于掌握知识”的老师;74.29%(370人)的学生喜欢“尽可能多做实验,提醒学生观察实验现象,让实验结果解释相关理论知识”的老师;在“通过化学的学习, 你学会了哪些科学的学习和研究方法?”这个问题下,学生的答案主要集中到两个:一是知识结构化的科学学习方法,即把所学知识按照一定的线索和方式进行归纳、总结,使零散、孤立的知识变为彼此间相互联系的整体,形成系统化、结构化的知识网络结构。如元素化合物的学习,可按“结构-性质-用途、存在、制法”使之系统化;二是用宏观现象揭示微观本质。如在观察宏观事物、现象、变化的基础上推知事物的微观结构、运动规律等。
三、结论
经过本次的调查,初步得到目前惠州市高一学生学习化学的情况:
(1)化学实验教学是学校教学的薄弱环节,老师对实验教学重视不够,相当一部分实验是通过视频展示给学生。大部分高一学生喜欢自己动手做实验而无实验可做,为了应付考试,背实验现象、背操作过程的情况普遍存在。
(2)学生掌握了一定的化学学习方法,但自主学习主动性不强,学习化学的兴趣不高,学生主要是通过老师的传授被动地接受知识。
(3)超过三分之二的被调查学生认为化学学科在日常生活中的实用性很强,但也有半数以上被调查的学生认为化学难学。
(4)在课堂教学中,讲解清晰、有条理、富有激情的、直观、注重引导启发学生的老师最受学生欢迎。
四、思考与建议
针对当前惠州市高一学生学习化学的现状,我们认为要想切实提高教学质量,培养学生的综合科学素养,那就要结合高一学生具体情况和化学的学科特点制定相应的教学改革措施和学习策略。
(1)在开展中学化学实验教学研究的思路和方向上,化学教师一定要注意加强化学实验课的教学与研究,需要从基于化学教科书内容和升学应试的化学实验教学研究,走向基于学生探究能力、创新能力、实践能力、学科能力培养的化学实验教学研究。
(2)培养学生不仅是要传授知识与方法, 还要培养他们继续学习的能力和兴趣以及与他人协作的能力,发现问题、解决问题的能力和创新精神[2]。化学学习兴趣是影响化学学习的变量。因此教师在平常的课堂教学中要善于利用这种变量,注意培养、保护、激发学生乐于学习化学的心理,通过设置疑问、激发兴趣调动学生的学习动机。在化学课堂上,教师要引导学生参与讨论、探究,以师生合作方式进行教学。
(3)在化学教学中,教师应将化学知识紧密联系生活实际,这样可以有助于同学们更加形象具体地学习化学,提高学生的综合运用能力。还有,教学中应根据教材内容,结合生活中的化学现象,引导学生分析探索自然界化学变化的奥秘,从而产生强烈的求知欲。用所学知识解释身边的化学现象,也是促进知识迁移的需要。可以尝试在教学中引入一个历时一学期的解决问题学习计划, 由教师给学生创造合适的问题情景, 将学生分成小组, 以小组为单位, 让学生自己发现问题, 探讨解决问题的方法。这种目的性很强的任务可使学生的工作具有连贯性, 便于评价工作成效, 从而能够保持较长时间的兴趣。当然, 这种学习方法作为传统的课堂教学的补充, 要求教师设计的问题必须合理, 尽可能使“解决问题”的学习计划能够涵盖化学课程中的常用方法, 并且要对学生分阶段组织讨论和进行指导。
(4)教师在教学中采用灵活多样的教学方法,充分利用化学实验,激发学生的学习兴趣,使学生在愉快的环境中主动学习。在教学中渗透爱国主义教育、化学史教育、环境保护教育,并使学生了解化学与社会、化学与能源、化学与环境等内容,激发学生学习化学的义务动机,进而转化为崇高理想动机。使学生明确学习化学所要达到的认知目标以及对社会和个人发展的意义,在重商轻工,重文轻理的粤东地区,这一点尤为重要。
参考文献
Zhang等系统研究了两极空间隔离式双极电极的电化学理论和分析特性\[16,25\],成功研制了两极隔离式双极纳米、微米电极\[16\],研究了此类双极电极的电化学传感和超微空间传感特性,极大拓展了两极隔离式双极电极的发展空间和应用范围。但是有关两极隔离式双极电极的电化学发光特性尚未见文献报道。
本研究设计了一种两极隔离式双极电极电化学发光装置,并以此装置为基础,研究了两极隔离式双极电极在鲁米诺电化学发光体系中电化学发光行为和分析特性。本方法具有如下的优点:(1)与微流控双极电极电化学发光装置相比,本装置具有设计简单、便宜、易于加工的特点;(2)双极电极的阳极端和阴极端被分隔在不同的电解室,分析物的富集、分离介质和电化学发光传感反应的介质可以完全依据各自反应的要求、方便选择,彼此没有干扰,为优化体系的分析特性和拓宽应用范围奠定了基础;(3)在此体系中,两极分处不同空间,彼此隔开。因此,发生在经典微流控双电极体系中的电渗流等液体流动对双极端的“扰动效应”等可降低或消除,增强了体系分析信号的稳定性和重现性。
2实验部分
2.1仪器与试剂
MPIA型电泳电化学发光检测仪(西安瑞迈公司);两根铂丝(驱动电极);自制隔离式双极电极,1.5 mL离心管(驱动电极的电解池);内径0.5 mm的聚四氟乙烯管;25×25 称量瓶(发光池); DDS11A型数字电导率仪(上海雷磁创益仪器仪表有限公司)。
鲁米诺(美国Sigma公司);NaH2PO4Na2HPO4缓冲液(PBS, pH 7.4)。实验所用试剂均为分析纯。实验用水为超纯水。
2.2两极隔离式双极电极的制备
截取长约4 cm玻璃管,将长1 cm、直径0.5 mm的铂丝装进玻璃管(一半在玻璃管内部,一半在玻璃管外部),将其放置在酒精喷灯上灼烧,直至玻璃管与铂丝完全密封。
2.3测量方法
3结果与讨论
3.1隔离式双极电极电化学发光装置的设计
隔离式双极电极电化学发光装置的设计如图1所示。在阳极池和连接管a中注入分析物溶液,在阴极池、连接管b和发光池中装入鲁米诺溶液,将两极隔离式双极电极垂直插入发光池中。当有一定的驱动电压施加于驱动电极两端时,在双极电极附近将会产生一个电势梯度,这个电势梯度会导致阴、阳离子在双极电极的两极富集\[26\]。同时,当施加的驱动电压足够大时,还会诱导双极电极表面的法拉第电化学过程。富集于双极电极阳极端的鲁米诺就会产生电化学发光信号,从而传感阴极端富集的阳离子。基于此装置的电化学发光信号可定量分析检测水中杂质离子的总量。
3.2双极电极阳极端氧化鲁米诺的电化学发光特性研究
为验证上述装置的预设功能,以鲁米诺为电化学发光传感试剂, 以低浓度且组成较为复杂的PBS缓冲溶液为分析物。当向驱动电极施加足够高的脉冲式电压激发信号时,插入发光池中的双极电极阳极端将产生强烈的发光信号,且当脉冲电压信号的施加时间为3 s、检测电化学发光信号的时间为40 s时,可产生良好的峰型电化学发光信号,其发光动力学曲线如图2所示。更为重要的是,当连续脉冲信号施加时,相应的电化学发光信号会持续增强,而当分析物中不含电解质溶液时,体系所产生电化学发光信号弱,且增强缓慢。因此,这一电化学发光信号可用于定量分析溶液中电解质的总量。
为了使鲁米诺的电化学发光信号具有较好的重现性和稳定性,研究了各种实验条件(如电极在电解池和发光池中的位置等)对鲁米诺电化学发光行为的影响。结果表明,当阴极池和阳极池中铂电极的位置、连接管在阴极池和阳极池中位置、双极电极的位置等均需保持稳定不变时,鲁米诺的电化学发光信号具有良好的重现性(图3),相对标准偏差为1.6%。
3.5发光池中支持电解质对双极电极体系中鲁米诺的ECL的影响
在本研究中,双极电极阳极端的电化学发光强度与其富集的鲁米诺有关,当发光池中有其它电解质存在时,必然导致富集的鲁米诺减少,从而使双极电极阳极端电化学发光强度降低。在发光池中加入支持电解质KCl溶液,鲁米诺的电化学发光强度
随KCl溶液浓度增加而降低,这可能是由于随着Cl
Symbolm@@ 的加入,双极电极阳极端富集的阴离子将产生竞争效应,使富集的鲁米诺阴离子减少,电化学发光强度降低。
3.6电化学发光分析特性
在最佳实验条件下,研究了鲁米诺电化学发光信号与水溶液中杂质离子浓度(以PBS溶液为代表)的关系(图5)。
3.7两极隔离式双极电极上鲁米诺电化学发光体系可能的发光机理
当施加脉冲电压时,两极隔离式双极电极通过溶液使整个回路畅通,此时,[TS(]图6电化学发光传感电导原理
此外,双极电极的阴、阳两极富集的阳阴离子需保持电荷平衡状态\[28\],样品中阳离子浓度越大,阳极富集的鲁米诺越多,发生氧化的鲁米诺就越多,产生的电化学发光信号越强;因此,体系中鲁米诺的ECL强度与双极电极阴极端富集的阳离子总量有关,因此,可根据发光信号定量分析溶液中的阳离子总量。
4结论
设计的两极隔离式双极电极电化学发光装置可广泛应用于分离富集领域;与已知的非隔离式双极电极电化学发光装置相比,此装置具有将分离、富集与电化学传感集于一体的特点,拓宽了电化学发光检测法的应用范围。
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AbstractA new closed bipolar electrode electrochemiluminescence (ECL)based device was designed, and further used to investigate the ECL behaviors of luminol in this device. Our results showed that, while a suitable voltage was applied to the two poles of the closed bipolar electrode, both the positively charged ions and luminolbased anionic ions could be enriched on the two poles of the closed bipolar electrode, respectively. More importantly, the ECL signals, generated from the electrooxidation of luminol on anodic pole, were found to be related to the total amount of positively charged ions on the cathodic pole of the closed bipolar electrode. Under the optimum experimental conditions, the ECL response was linearly to the concentration of analyte in the range of 1.0×10
关键词:分析化学 绿色化 重要性 原理 方法
随着人类环保意识的增强,经济发展越来越追求绿色化,而分析化学的绿色化旨在化学分析过程及技术设计过程中进行绿色化学原理的应用,以最大程度地降低分析化学对周围环境所带来的污染,因而是未来分析化学发展的一个主要方向,下文分别就分析化学绿色化的重要性、原理、特点及其方法进行了探讨。
一、分析化学绿色化的重要性
作为我国的一项基本国策之一,环境保护一直都是分析化学研究人员环境科研的一个重要方向,特别是近些年来,随着人们环保意识的普遍增强,分析化学作为环境污染排放的重要来源之一本身也越来越受到关注。例如液液萃取过程中所使用的有机溶剂中,有许多诸如二氯甲烷、氯仿及四氯化碳等等都具有极强的毒性,不仅会对环境还会对人体健康造成危害。再如某些氯代烃甚至会对大气臭氧层造成破坏,这些明显都违背了环境保护的宗旨。有毒溶剂的使用不仅危害了分析化学研究工作人员的身体健康,还大大增加了样品测试的成本,有些溶剂的废液处理也是一个棘手的问题。分析化学自上世纪60年代以来已经成为环境科学的重要的中心学科之一,不少环境分析化学研究工作人员都在从事着同环境样品相关的分析化验工作内容,以便于为环境科研、管理及其治理提供有力的科学依据。如今对于许多领域而言,环保活动及进步同分析化学的发展息息相关,只有通过分析化学相关技术手段才可以有效识别环境中污染物化及其代谢物的迁移过程或者所发生的形态变化,然后才能采取相应地措施对污染源进行有效地控制。由此可见,分析化学是大气及水资源环境保护的基础学科。
正是由于这些原因,近些年来相关研究工作者都致力于研究和发展绿色分析化学技术,尽可能少用甚至不用有污染的溶剂或其他有机化学试剂。作为绿色化学的一个主要构成方面,绿色分析化学已经成为分析化学未来发展的主要方向。
二、分析化学绿色化原理及其特点
近些年来,绿色分析化学的研究多数是围绕着催化剂、化学反应、原料、溶剂及其产品绿色化等方面而开展的。因而无论是从原理上还是从方法上都为传统的分析化学行业带来了巨大的改变。例如,可通过新型化工方法或新产品的过程中运用原子经济反应、无毒性原料、催化剂以及溶剂等实现化工的绿色生产过程,并通过所获得的新型绿色产品为人们的身体健康、环境保护等方面带来有利影响。
绿色分析化学研究的主要核心问题如下:一是确保所选择的起始原料及其试剂的绿色化;二是确保所选择的溶剂、反应条件及其催化剂的绿色化;三是确保所设计产品、目标分子及其化学品的绿色化和安全化。如今,绿色分析化学已经兴起,其要求进行化学分析的整个过程中都必须始终将环境保护作为一个前提或目标,最大程度地减少甚至不产生环境污染物质,确保分析过程本身尽可能地减少或消除对环境的影响,这即为绿色分析化学的最主要特征。除此之外,绿色分析化学的另一个主要特征还表现在其过程分析中,通常来说,环境分析主要是出现了环境问题之后进行毒物的监测及其分类的过程,而分析化学则是将分析重点放在了化学过程当中,主要是通过传感器的使用实现对整个化学反应过程监测的实时性,这样可以了解环境污染物形成的全过程,进而即可实现对痕量有害环境污染物的有效控制,并从源头上实现对污染物阻止的目的。整个化学反应过程中,若因温度、压力、原料剂量、时间改变进而导致污染物的形成,传感器会及时地将整个过程的参数进行调整,这样就可通过整个过程中参数的改变而实现对污染物产生全过程的有效控制,同时还提高了产品的质量极其纯度。因此,绿色分析化学可以对污染物进行防治和即时控制。
三、分析化学绿色化的发展方法
通常而言,分析方法是通过精密度、灵敏度、准确度、分析的速度及其校准曲线线性范围等等的多项指标来进行评价。对于分析化学的绿色化而言,除去上述指标之外,还需将其对于环境的影响程度作为首要指标进行考虑。
为了实现整个分析过程中分析化学绿色化的实现,必须将重点放在如何最大程度地减少甚至取消环境污染物的使用及其产生,可考虑如下方面:1)整个分析系统的微型化,这样可以大幅度减少试剂及其载体的流耗量,实现污染的降低,还更加经济。2)对于不得不使用大量样品进行分析的系统而言,可借助于数理统计及化学计量学等理论,尽可能实现对采样点数目优化的目的,这样就可以最大程度地减少分析过程中测量的次数及其相关试剂的使用量,实现减少环境污染物使用的目的。3)通过试剂固定化等技术实现非消耗性及微消耗性等试剂的重复使用,这样即可大幅度减少有害试剂的使用量及其有害物产生。4)通过无毒无害试剂的使用,例如,超临界流体的开发,尤其可以将超临界二氧化碳流体作为溶剂,其不仅具有常规流体都具有的良好的溶解性,同时还拥有气体所具有的相当高的传质速度,因此,借助于这种无毒无害的试剂即可实现原有毒性有机化合物的替代。5)将某些无试剂新型分析化学技术,诸如超声、微波等技术等应用到分析化学的过程当中去,例如超声萃取法、微波萃取及其消解等方法;6)有些待分析样品组成相当复杂,因而测定过程中不可避免会有干扰的出现,此时可以借助于仪器掩蔽法来实现对原有化学掩蔽法的替代,例如,可通过借助于导数以及双波长分光光度法,结合零交技术及其等吸收点法,即可在完全无任何化学试剂条件下实现对干扰的消除;7)若很难完全取代有毒试剂时,应尽量采用微型化或者使用具有较小毒性的试剂对由原有的大毒性试剂进行替代,例如,将有机相的测定方法改变为水相测定方法,以最大程度减小分析过程中自身对于环境所带来的影响。事实证明,分析化学绿色化最基本的要求及其特征已经在如今的一些分析方法中体现了出来,例如固相萃取技术、高压流体萃取技术、固相微萃取技术、微型液-液萃取技术、免疫分析技术、x射线荧光金属分析技术、超临界流体萃取技术、自动索格利特萃取技术、微萃取技术、挥发性有机化合物真空蒸馏技术及其表面声波测定技术等等,此类方法都是在测量、监测及其识别过程中,对过程中所用试剂及其所产生的产物进行控制,以最大程度地减少环境污染物的释放,因而没有造成不良的环境污染问题,所以应尽可能采用此类绿色分析化学方法进行分析。如今,分析化学正朝着综合性边缘学科方向发展,随着物理学、数学、电子学及激光技术、微波技术、分子束及计算机等的不断发展,为新型仪器分析方法奠定了基础,并为进一步实现绿色分析化学的发展提供了良好的技术及其方法支撑,如激光技术已经用于了光谱分析中,并形成了多达数十种方法,有些相当快,可实现瞬态分析。
四、结论
作为可持续发展战略的一个重要方面,绿色分析化学是解决未来环境保护及其资源短缺问题其中的一个根本出路。因此,必须制定一系列鼓励政策以支持绿色分析化学的发展,在新分析方法及其技术设计手段中应用绿色分析化学原理。分析化学绿色化的发展逐渐朝着微型化和仪器化方向进行发展。但是,应当了解的是我国如今的分析化学仪器制造科研力量仍相对较弱,因此必须以战略眼光对待绿色分析化学的进一步发展及其教育,结合我国国情,注重分析化学绿色化的研究,积极探索绿色少污染甚至无污染的分析方法及其技术,并将其应用到实际的分析检测中。
参考文献
[1]杨艳杰. 分析化学实验绿色化的实践探索[J]. 中国校外教育, 2010, (6): 102.
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[3]杨本勇, 陈启石, 杨德红. 绿色化学教育理念在分析化学教学中的渗透[J]. 科技信息, 2010, (6): 115-116.
[4]张秀兰. 高师无机及分析化学实验绿色化的研究与实践[J]. 广州化工, 2011, 39(9): 179-180.
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关键词:分析化学;概念;专业教育;教育改革
分析化学以概念为细胞,通过分析策略对研究对象进行多重信息捕获,是一个不断从抽象到具体的开放体系。分析化学教学首先要求学生正确理解和掌握本门课程的基本概念、基本理论和基本规律。如同细胞是构成生命的最基本结构,承载着细胞结构、功能等诸多层面的信息,“概念”作为分析化学的细胞,是构成理论与规律的基本元素;亦折射出分析化学家的深邃思想,反映分析化学知识体系的内在联系,体现分析化学的现实意义。如何有效教授学科概念已成为分析化学专业教育的核心,亦成为提高教学质量的重要课题之一。
对于分析化学概念而言,“挖掘其思想性、思考其现实性、理解其准确性、学习其创新性”不失为全面理解、彻底掌握、灵活运用的良方。
一、思想性
1.初学者先入为主
在专业知识构建的过程中,最基本的单元往往是某个概念的建立。概念往往是初学者对本学科先入为主的感知,尤为关键。对于实现“提升学生学科素养、培养学生创新能力”这一提高专业教育教学质量的深层次要求举足轻重。分析化学往往作为专业基础课在大学低年级开设,对于广大习惯于中学教育以“灌输知识”为主的大学低年级学生而言,短时间接受相对海量的陌生专业知识、实现自主构建专业知识显得有些困难。尤其是实现对分析化学学习过程中遇到的概念的理解与运用更具挑战。
值得一提的是分析化学中仪器分析方法的校正策略,这在化学学科中极其重要,它不仅单纯地应用于分析目的,而且还广泛地应用于研究和解决各种化学理论和实际问题。在定量分析中,除重量法和库仑法外,所有的分析法都需要进行校正,即建立测定的分析信号与被分析物浓度的关系。一般来说,最常用的校正方法有三种:工作曲线法(外标法)、标准加入法以及内标法[1]。以上三种方法通常是以术语的形式教授学生的,笔者认为,倘若从“仪器分析方法的校正策略”这一角度出发引导学生,让学生了解这三种方法产生的背景、适用的范围以及三者间内在的区别与联系,在此基础上学生更容易体悟这些概念的思想性,不仅有助于深入理解,而且有利于自主挖掘其深层次内涵。如此,还可由“工作曲线法(外标法)”引出“最小二乘法”,由“标准加入法”引出“外推法”等概念,亦可将“内标法”视为外标法的改进。在此过程中,相信学生也会惊叹于分析化学家的睿智,领略其思想光芒。
2.分析化学的界定
分析化学在20世纪经历了三次重大变革,如今进入分析科学时代。分析化学的传统定义可以用解决“是什么”和“有多少”两个问题来加以概括[2],即定性分析和定量分析。如今,从某种意义上说,现代分析化学是一门独立于化学之外的多科性科学。
如上所述,欧洲化学会联合会在集思广益的基础上对分析化学提出了新定义(已被1993 年9 月5 日在爱丁堡举行的欧洲分析会议接受):“分析化学(分析学)是一门自然科学。它致力于建立和应用各种方法、仪器和战略以获得有关物质在一定时间或空间内的组成、结构和能态的信息”。这是一个高度概括的定义,它包括了任务、手段、目标和适用面。
显然,传统定义侧重技术层面,而新定义则更突出思想性,高度概括了分析化学对于解决问题的要求和意义。这就要求在教授中不能仅强调定性和定量,而要深入剖析基本概念建立的出发点,在此基础上自主构建拟解决某一问题或拟获取某些信息所需的“概念树”、“方法集”。
譬如,光、电、色是传统意义上仪器分析中的主要三部分,在逐一讲授时,往往通过强调“塔板理论”相关概念突出“色谱分析法”高选择性的优点,通过“光分析法”、“发光过程”相关概念的细致讲解突出“化学发光分析法”高灵敏度的优点。应该说,这种讲授知识的传统做法达到了传授知识的目的,但是对照人们对现代分析化学的理解和要求,似乎还有所不足。倘若对照新定义,抛出“中药现代化”这一颇具现实意义的问题,从“解决某一问题或拟获取某些信息”这一思想层面出发,学生自然会思考搜罗具有某种突出优良分析特性的“方法集”,“色谱分析法”、“化学发光分析法”等方法会逐一在学生脑中闪现。为知所以然,相信他们会格外留意这些优势的本质来源,进而自主搭建“概念树”,从“被动灌输”转变为“主动学习”[3]。这种基于某种问题的学习策略使学生的专业知识不再是孤立、模糊的离散概念,而是系统、清晰的专业体系[4]。
二、现实性
当代生命、信息、环境、资源等科学领域中一些问题的解决都十分依赖于分析化学的发展。因此,分析化学的学习具有鲜明的现实意义。从分析化学的概念中亦可见一斑。
分析化学概念类别多、内容多,且往往具有实际意义。譬如:“滴定度”这一概念就正是从应用出发,自下而上经科学归纳、提升为概念,进而适用于企业大批量生产,具有简洁、准确的现实意义。