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【关键词】幂函数;优化设计;类比研究
【中图分类号】G623.5 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)09-0277-02
幂函数是新课标教材新增的内容,而相比起人教版的旧教材,幂函数的地位和难度都有所下降,新教材将幂函数的位置放到了指数函数与对数函数之后,并且将幂函数研究的对象限定为五个具体函数,通过研究它们来了解幂函数的性质.教材从整数指数的幂函数自然引入,给出定义后,也只是推广到其他整数指数的情况,但是要指出x为其他实数时仍有意义,留待课外解决,对于函数的奇偶性,虽然给出了一般定义,但是应该知道,教材重在从图上看出图像的对称性,着重从对称的角度应用这一性质,也就是说,对奇偶性的要求较低,习题不需要过难,要循序渐进。
课外部分要求学生自己动手画函数的图像,通过它们的图像,让学生自己归纳出它们的性质。但要给学生留有充足的时间去完成。培养学生独立解决问题的能力和自信心。
在反复研究了教材对幂函数的内容知识设计意图的基础上,我又认真制定了幂函数知识的教学目标和教学重点难点 。通过对幂函数的研究,理解、掌握幂函数的图象与性质,并掌握研究幂函数的一般方法;
渗透分类讨论、数形结合的数学思想及类比、联想的学习方法,提高归纳与概括的能力;
培养积极思考,通过自主探索获取新知的学习习惯
本节课的重点内容是幂函数在第一象限的图象与性质及研究幂函数的一般方法.
对幂函数图象的共性的归纳是本节课的难点.
为了让幂函数的知识讲解有更好的完美教学效果,我设计制定了这样的教学过程。
1创设情境,建构概念
1.1定义的给出: 本节课教学任务较重,难度较大,但鉴于课前对相关知识的切入点进行充分准备,因此我采取了由指数函数直接引入幂函数定义的方法.指出对于关系式:ab=N,当底数a为常数,b作为自变量,N为b的函数时,就构成了指数函数;当指数b为常数,底数a为自变量,N为a的函数时,构成的函数就称为幂函数.
由此得到幂函数的定义:
形如y=xa(αIR)的函数称为幂函数.(目前我们只研究指数为有理数的情况)
1.2概念的辨析: 在给出了幂函数的定义后,请学生举出了大量幂函数的例子,目的在于对幂函数进行辨析,学生举的例子中含有已学过的函数y=x0,y=x,y=x2,因此通过这个环节使学生感知到幂函数并不是完全陌生的,学习幂函数是为了对幂函数进行更一般的研究.
2 联想类比,自主探究
2.1自主探究: 在这个环节中引导学生自由选择不同的幂函数,利用图形计算器通过画图,探究它们的图象与性质.并将自己的探究结果记录在表格中,在研究过程中,学生会选择幂指数不同的多个幂函数进行研究,分别记录它们的图象与性质,并在探究过程中对幂指数的作用进行了初步的探索.
2.2图象展示:在这一环节中我请学生将他们研究的幂函数从形态上看不同的图象分别画到黑板上,在学生的相互补充、我及时纠错和引导下,最终得到了十种不同形态的图象.由我补充了学生遗漏的y=x的图象,最后黑板上一共展示了十一种不同形态的幂函数的图象.
3 深入探究,归纳性质
3.1对图象的进一步探究: 在得到了十一种不同形态的图象后,我指出,幂函数的情况比指数函数和对数函数的情况复杂得多,继而提出问题:我们该如何去把握幂函数的图象呢?
学生提出根据幂指数的不同范围分α>1,0<α<1,-1<α<0,α<-1几类,进行讨论.在这个环节中针对学生出现的几个问题,我进行了适当引导,并且在这个过程中有效地突破了本节课的教学难点:
(1)学生回答当α>1时,幂函数的图象具有相同的共性.
此时我引导学生观察图象,说明α>1时的几个幂函数的图象形态并不相同.进一步引导学生发现实际上它们在第一象限图象的形态是一样的.从而提出实际上由于函数的奇偶性,我们只需考虑幂函数在第一象限内的图象规律即可,这样就大大简化了讨论的过程,这也是本节课的教学难点.
(2)在共同讨论-1<α<0和α<-1时幂函数的图象时,发现它们在第一象限图象从形态上来看没有差异,指出对幂函数图象的讨论只需分α>1,0<α<1,α<0,α=1,α=0这几种情况即可.
3.2对幂函数在第一象限图象的归纳: 在这一环节中我引导学生将幂函数在第一象限不同形态的图象画出来,并请一名学生将图象画到黑板上,通过对学生所画图象的纠错与分析和学生共同归纳出幂函数在第一象限的图象与性质:
(1)图象必过(1,1)点.
(2)α>1时,过(0,0)点,且y随x的增大,函数图象向y轴方向延伸,图象是下凸的.在第一象限是增函数.
(3)0<α<1时,随x的增大,函数图象向x轴方向延伸,函数图象是上凸的.在第一象限是增函数.
(4)α<0时,随x的增大,函数图象与x轴、y轴无限接近,但永不相交.在第一象限是减函数.
(5)α=1和α=0的情况.(略)
4练习与巩固
4.1画出y=x74的草图: 在这一环节中,我首先选择了学生在课堂初始时举出的一个幂函数:y=x74作为例子,引导学生画出函数的图象.
通过此例使学生进一步熟悉一般幂函数的研究方法与过程:先将分数指数幂化为根式,确定函数定义域,再根据解析式确定函数奇偶性,最后根据第一象限函数的图象特征确定函数图象.
4.2寻找一个幂函数使其图象类似于y=x2的图象: 学生回答y=x4,y=x10,教师引导学生寻找幂指数为分数的情形,学生给出了y=x43这个函数.通过画y=x43的图象,进一步巩固了研究幂函数的一般方法,以及幂函数图象的特征. 通过这一环节,进一步明确了研究幂函数的一般方法与过程,同时也是本节课教学效果的一个反馈.
5小结
这节课我们研究了幂函数的性质,同学们通过对一些特殊的幂函数的研究,又一次体验了研究一类函数的一般方法.掌握了幂函数在第一象限图 象的特征,在研究过程中我们应当认识到,重要的不是去记忆某个具体幂函数的图象与性质,而应当注意掌握研究幂函数的一般方法和过程.
6布置作业
这节课通过对一些具体的幂函数的研究归纳概括出了幂函数的图象随幂指数变化的情况.对于学生,这一结论应从理论上加以完善,因此布置了以下作业:
关键词:有机化学;石油化工;煤化工;职业教育;问卷调查
中图分类号:G71 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)18-0229-02
0 引言
近年来,高等职业教育迅速崛起,成为影响高等教育体制变革的一件大事。以高职院校为主体的培养技能型人才的高等职业教育发展到与普通高等教育等量齐观的地步,来势迅猛,发人深思。高职教育围绕知识的应用,注重以职业能力为本位的工作过程体系,培养的是在生产、建设、服务与管理第一线工作的高端技能型人才。 “工学结合”的高职教育人才培养模式,“基于工作过程”的课程体系设计,“必须、够用”的课程内容选取,充分体现了高职教育以培养学生职业能力、应用能力为主的特色。
《有机化学》是高职院校化工技术类专业(精细化学品生产技术、石油化工生产技术、应用化工技术等专业)必修的一门专业基础课,有机化学研究的内容包括有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及相关理论和方法学问题等。显而易见,专业方向和就业倾向不同,对于《有机化学》课程学习内容的侧重点也就不同。为了改善我院目前《有机化学》课程的教学现状,课题组拟将《有机化学》课程的教学内容分为基础模块和拓展模块,基础模块学内容,拓展模块则根据在相关化工企业调研的结果,针对专业方向、就业倾向的不同,对教学内容进行不同的选择性组合,以适应不同的工作岗位任务要求。
本调查通过走访我省部分大中型石油化工、煤化工企业、咨询企业人力资源部门和技术部门负责人、回访在企业工作的我院毕业生等形式,对企业人才结构与知识需求状况进行问卷调研,并结合教学现状,收集不同专业方向、职业倾向学生对《有机化学》课程的知识技能要求,旨在获得石油化工、煤化工企业职工日常工作“必须、够用”的《有机化学》课程知识与技能的基本要求,以便于制定出更加符合石油化工、煤化工专业学生就业需要的《有机化学》课程教学大纲,进而为企业和社会培养出更多更优秀的石油化工、煤化工行业高端技能型人才。
1 调查情况介绍
1.1 调查方式 本次调查采取重点走访和发放问卷两种主要途径进行。
重点走访对象包括省内石油化工、煤化工、天然气化工企业人事部门主管5人,企业技术人员5人,省内石油化工专业职教专家1人。
进行问卷的企业除了要求专业针对性强外,考虑到目前学生就业实习需要,我们选择了一下三类大中型企业:①接收我院毕业生就业较多的企业;②我院的长期生产实习基地单位;③学生期望能够就业的单位。共选择大中型石油化工、煤化工企业5家。问卷的五家大中型石油化工、煤化工企业分别为:延长油田集团有限责任公司、中国石油长庆石化有限责任公司、延长石油北京化工工程有限责任公司、陕西渭河煤化工有限责任公司、咸阳天然气化工有限责任公司等。
1.2 调查内容 本次问卷调查表以化学工业出版社出版,高鸿宾主编的高职高专教材《有机化学》(第二版)和周志高等主编的高职高专教材《有机化学实验》(第二版)为基础素材,并进行了充实和完善。问卷调查内容分理论和实践两部分。理论部分按照有机物类型的不同进行划分,共18个教学项目,具体包括绪论、烷烃、环烷烃、烯烃、二烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇和酚、醚和环氧化合物、醛和酮、羧酸、羧酸衍生物、含氮有机物、杂环化合物、碳水化合物、氨基酸和蛋白质、对映异构等。实践部分包括安全教育、有机基本操作、有机合成、性质与鉴定、综合实验等5个项目。要求被问卷人在其认为必须掌握的知识点对应序号上做出标记,同时,如果认为还需要增加那些内容,一并添加在相关知识点附近。
1.3 问卷对象 发放问卷120份,回收有效问卷117份。按性别统计如下,男性76.92%,女生23.08%。按学历统计如下,硕士0.85%,本科11.97%,高职72.65%,中专1.17%,未填写12.82%。按第一学历专业统计如下,化工类专业75.21%,非化工类专业5.98%,未填写18.81%。
2 理论部分调查统计与分析
2.1 项目整体调查结果与分析 统计结果显示,各个教学项目的必要性从高到低依次排列如下:烯烃、绪论、烷烃、环烷烃、醇和酚、炔烃、芳香烃、醛和酮、氨基酸和蛋白质、含氮有机物、碳水化合物、二烯烃、卤代烃、醚和环氧化合物、羧酸衍生物、羧酸、杂环化合物、对映异构等。
从问卷结果可以看出,对于石油化工、煤化工行业从业人员来说,使用频率较高的有机化学课程内容主要有:烯烃、烷烃、环烷烃、醇和酚、炔烃、芳烃等。相对来说,烃的含氮衍生物、含卤衍生物、复杂含氧衍生物、碳水化合物等知识使用的频率较低。这一问卷结果和石油化工、煤化工专业学生从业岗位密切相关。其中,传统上将一个国家乙烯产量的高低用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平,说明了乙烯在石油化工行业的重要性,反映在调查结果中,与烯烃相关的教学内容是此次问卷调查对象认为最重要的有机化学课程知识。同样,石油以及石油产品,汽油,煤油,柴油等均是不同的烃类化合物,因此石油化工行业职工日常接触最多的也就是这些有机物,反映在问卷结果中,这些相关内容也被认为相对来说比较重要。对于烃的衍生物,相对来说,醇等简单含氧衍生物比较重要,这应该与当前能源不足,大量醇类被单独或者混合作为燃料使用,导致以煤为原料生产甲醇的企业增多有关。
2.2 项目内部不同任务的调查与分析 以烯烃这一项目为例,不同任务的必要性从高到低依次排列如下:烯烃的化学性质、烯烃的来源和制法、烯烃的鉴定、烯烃的物理学性质、乙烯的结构、烯烃的异构与命名。有机化学教材对于每一种类型的化合物,都分别从分类、异构、命名,结构、物理性质、化学性质、来源等方面进行了介绍。从各种项目的统计结果来看,有机化合物的化学性质在各个项目统计中均处于前列,说明有机化学物的化学性质很重要,这一点显而易见。各种有机化合物的来源和制法、鉴定与生产密切相关,从调查结果来看也靠前。而有机化合物的结构、异构等深奥的理论知识,仅从调查结果来看,必要性不是特别强。
3 实践部分调查统计与分析
从统计结果来看,有机化学实验的基本操作、有机化学实验基础知识、有机化合物的性质与鉴定这三个项目比较重要。基本操作项目中,蒸馏、加热与冷却、萃取与洗涤等三个任务相对重要,这些都是石油化工、煤化工生产中的常见生产操作。基础知识项目中,事故的预防与处理相对重要,因为石油化工、煤化工行业是危险行业,掌握必要的事故预防与处理常识就尤为必要。有机化合物的性质与鉴定项目中,未知物的常规鉴定方法、常见有机化合物的性质与鉴定相对重要,这些是石油化工、煤化工行业常用的化学分析检验方法和操作。
4 对《有机化学》课程教学的一些建议
4.1 石油化工、煤化工专业的《有机化学》课程教学内容要有选择性 与精细化工行业调查结果不同(调查结果另文发表),石油化工、煤化工行业职工认为相对重要的教学内容是烃、烃的简单含氧衍生物,这就要求在石油化工、煤化工专业,要加强这些内容的教学,为学生毕业从事相关领域工作进行必须和够用的知识积累。
4.2 在教学中,要重视与生产实际以及科技前沿相结合 从调查可以看出,醇、醚等烃的简单含氧衍生物也相对比较重要。近年来,能源紧缺、环保要求提高,导致大量使用甲醇、甲基叔丁基醚等含氧化合物作为燃料、汽油抗爆剂,省内出现多家煤制甲醇、合成甲基叔丁基醚企业,这就要求在课程开发中要重视结合生产实际,加强开发相关教学题材。同时,随着科学技术的发展,有机化学中的一些不完善的理论不断的被更新,这也要求在教学过程中,要密切关注科技前沿。
4.3 要重视有机化合物化学性质的教学 在教学过程中,以有机化合物化学性质的教学为中心,让学生理解、掌握以至于能够应用有机化合物化学性质为生产生活服务,这是有机化学教学的最终目的。实际操作过程中,可以将这些内容设计成基于工作过程的教学项目,按照“教学做”一体化的模式进行项目化教学,让学生在实际操作中完成相应知识的构架。
4.4 在实践教学中,要重视基本操作、基础知识的教学 在《有机化学》实践课程教学中,要加强基本操作、基础知识的教学,使学生掌握必须的实验技能、必要的事故预防与处理常识。在实际教学过程中,应该强化基础操作的训练,譬如炼油工业中常用的常减压蒸馏、加热与冷却、分馏等,使学生从理论到实践的熟悉这些操作。
4.5 要重视加强石油、煤、天然气化工安全教育 无论是问卷调查企业职工,还是重点走访专家,都一致认为要重视“实验室事故的预防与处理”、“化学危险品安全常识”教育。近年来,石油化工领域不断发生的危险事故,将石油化工安全推向人们的视野,成为大家关注的焦点。在实际教学中,可以通过灭火防火模拟演练、事故危害分析、展示事故图片等手段加强化工安全教育。将厦门PX项目纷争、兰州石化公司爆炸着火事故、河南伊川煤矿爆炸事故、西安液化气爆炸事故等典型案例引入相应教学环节,增强学生的安全意识。
参考文献:
[1]高鸿宾,王庆文,高振胜.有机化学[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2]陈淑芬,汤长青.有机化学(理论篇)[M].大连:大连理工大学出版社, 2009.
[3]孙宾宾,王芳宁.高职有机化学课程教学现状和改革探讨[J].甘肃科技,2008,24(7):170-171.
【关键词】 中学 有机化学 教学 方法 能力 培养
【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-067X(2014)08-069-01
一、教学过程与学习方法的培养
中学是学生们刚接触有机化学的阶段,要抓住与利用好这个机会,最大可能地激发同学们的兴趣。一般来说,学生在新接触到某种知识时是兴趣最浓厚的阶段,也是激发学生学习兴趣的最佳时期,在有机化学教学部分也是进行学习方法与学习能力培养的最佳时期。我总结出有机化学学习的一般规律与方法:结构性质(物理性质、化学性质)用途制法(工业制法、实验室制法)一类物质。举个例子,比如“乙烯”这一节的教学,我就会先给同学们看它的分子结构,首先最大限度地吸引同学们的兴趣,然后打破书本上的顺序,以模型为例给同学们讲乙烯的分子结构。同时,先由分子组成讲到化学键类型、分子的极性、空间构型;据碳原子结合的氢原子数少于烷烃分子中碳所结合的氢原子数引出不饱和烃的概念,得出乙烯是分子中含有碳碳双键的不饱和烃。
再由其结构看其物理、化学性质,展示一瓶事先收集好的乙烯气体,让学生从颜色、状态、气味、溶解性、密度、毒性等几个方面来思考;再由乙烯的物理、化学性质来讲其用途并结合实际生活中的事例,如作有机溶剂(物理性质)、制造塑料和纤维(化学性质)等。最后对这一类含有碳碳双键的烃,介绍其物理、化学性质的相似性和递变性。在教学中,我基本上都是采用这样的一个模式与顺序,这样也能帮助学生按顺序能一步步地记住学习的有机物的性质,在复习时也就感觉到有规律可循、有方法可用。
二、教学过程中的思维能力培养
1. 自学能力的培养。有机化学不像无机部分只有有限的物质,在学生基本上都掌握了有机化学的一般学习方法的基础后,我开始着重培养学生的自学思维能力,让学生自己阅读教材,并进行总结请同学自己列提纲,然后复述,重点围绕组成、结构、物理性质、化学性质、重要用途、工业上如何制取等方面进行教学,通过这样的训练,不但可以加强学生的学习方法,更培养了能力,特别是自学能力。
2. 观察与动手能力的培养。化学是一门以实验为基础的学科,在有机实验的过程中,我时时提醒同学要细致、全面,而且要有思维。在做各项试验时,我都会反复强调实验原理,这不但可以帮助他们加深印象,更重要的是帮助他们不但知其然,还知其所以然。在强调观察、思维能力培养的同时,我还特别注重动手能力的培养。一般在演示完实验后,我会请两个同学来演示一个替代的同样反应,要求其他同学注意观察并指出其错误,这也是一个举一反三的过程。通过这些课堂实验,课堂上及时纠正错误,让他们自己做实验时能够多动脑筋,提高规范程度,加深印象,提高了他们的动手能力。
3. 用比较方法加深印象。在教学过程中,我会通过将新知识与旧知识进行比较、将新知识与新知识进行比较、将理论与事实进行比较等多种多样的形式结合起来来引导学生的思维活动,如学习同系物与同分异构体、同位素与同素异形体,将他们的基本概念进行辨析,总之,用比较的办法能够帮助学生掌握概念,引导学生科学性思维。
4. 记忆能力的培养。不可否认的是,同样的教,同样的学,有的同学就是学得好,而有的则不行,究其原因,其中一个主要的原因就是是否记得牢。这与学生的记忆力则是有很大关联的,人类没有记忆就没有智力活动可言,“不记则思不起”,没有记忆,思维、想象、创造就失去了基础,化学是半记忆性学科,因此在化学教学与复习中,我就重视记忆方法、记忆能力的培养,加强联想教育,比如学到某一个物质,让学生回答它的性质、作用,与它相似的物质、对立的物质,甚至是他们的性质,这都是提高记忆力的好方法。
5. 消除不良思维习惯。我会在教学过程中引导学生有规律的学习,善于将新知识融入到已有知识中去,扩大已有知识的范围,按照循序渐进的原则,逐步深化教育,周期性上升。比如第一阶段为掌握基本概念,第二阶段学习物理化学性质等基本问题,第三阶段就是与已学知识进行比较,将旧知识对新知识产生的干扰,及由于旧知识与新知识相近或相似而产生的地方多次反复强调,进行辨析,这样可以帮助学生们更好的掌握,同时还能教会他们自己遇到这类问题了应该从哪些方面解决。在平时的课堂中,我也会经常将学生容易混淆的部分进行提问,加强记忆,通过这些问题可以加强学生积极思考,让他们在课外也多学习思考。
其实化学是一门很好学的学科,重要的是要培养学生学习方法和思维能力,时时提醒学生要多思考、多归纳、多总结,只有这样,不管学到什么程度都是比较轻松的,当然,如果能培养好学生的这些能力,不管是什么学科,学生们都能轻松学习。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王佩华,聂春红,王广慧.有机化学教学中培养学生自主学习能
力的探索与实践[J].绥化学院学报,2009(01).
[2] 艾娟. 浅谈技工院校精细化学品化学教学――以广东省城市
建设技师学院为例[J]. 新西部(下旬.理论版),2011(07).
[3] 郭文宇,钟锐锋,杨珂,刘晓燕.有机化学教学中生物制药技术专
关键词:合成技巧 分离技巧 分析测试
中图分类号:O621.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)04(c)-0243-01
任何理想的有机合成设计方案均为纸上谈兵。如何将合成设计付诸于实验中,并获得圆满成功,则是有机合成成败的关 键。[1]能工巧匠,行家里手,均在各自的活动领域里都有自己的“绝活”。庖丁解牛,虽然他没有学习过解牛的解剖知识,也没有对解牛的过程作过种种设计方案,但他却能掌握解牛的技术与下刀工序。在解牛过程中对工具的运用得心应手,达到了“自由”境界。这说明庖丁在实践中不仅具有解牛的技能,还自由地掌握了解牛的技巧。在实验室里,有机合成化学家对有机合成实验的操作更是一个极其复杂的过程,更加需要长期实践和熟练掌握实验技巧。
有机合成实验是化学家的科学创造活动,不但遵循有机物的客观规律,进行物质间化学反应,而且这些合成化学家们还根据自己的需要,精心设计合成反应操作,运用自己的创造才能,让这些化合物在反应瓶中犹如活的灵魂,有规律地从新结合起来。所谓实验技巧就是有机合成化学家运用特定的物质原料和合成手段创造科学艺术品,表达其创造思想的技能。这些技能在多次反复的实验过程中,趋于自动化、完美化。实验技巧依照实验目的可分为:合成反应实验技巧、分离实验技巧、产物结构分析测试确证技巧。这些技巧在有机合成实验中是密切相关的。
1 有机合成试验技巧
有机合成的第一步,就是原料在特定条件下向产物转化的合成反应实验。一个目标分子能否在实验室里被合成出来,关键取决于合成反应实验的成败。[2]我们都知道,不同的化合物具有不同的化学性质和物理性质;不同的有机合成反应所需求的反应仪器设备和实验条件都是不同的。因此在有机合成实验中,原料与反应器和反应条件的协调选择是非常重要的。加料顺序,反应体系中各化合物的浓度变化,实验条件的严格控制等等都影响着有机合成反应的进程。在有机合成实验中许多人为因素也影响着有机合成反应的进行。因此这里讲有机合成反应实验技巧就是合成者对上述诸方面因素的艺术性运用和处理技能。作者在此仅举一简单例子说明有机合成实验技巧。(见图1)。
丙烯清和3-氧吡啶内翁盐的1,3-偶极环加成反应是在无水无氧的条件下热回流进行,为了排除反应体系和反应过程中氧气的存在,通常采用反应体系在氮气保护下进行。如此说来反应进行四十个小时,那么势必要消耗一定的氮气。为此作者在实验中发现,采用下面的反应装置也能达到上述条件要求。在反应开始前,体系用氮气排气,经过换气过程,然后关闭氮气保护系统,打开体系通向保护气球的活塞。这样反应体系在回流反应中压力的改变用保护球来调节。如此反应体系既能隔绝空气,保护反应物之间的正常反应,又使得体系压力保持平衡平稳,节约了大量的氮气。如此小小的一个气球即起到了保护作用又起到了压力平衡作用,这就是作者在研究工作中运用了气球的特殊功能,又综合上述反应特点,使上述反应顺利进行的实验技巧。有机合成实验是一项技术性能特别强的实验操作技巧,必须在长期的工作中,总结经验,大胆创新,反复体验,才能达到一种自由的境界。熟能生巧是每个有机实验操作者的至理名言。
2 分离试验技巧
完成了一个有机合成反应,接有就是我们所要的化合物与非所要的化合物的分离操作过程。化合物的分离纯化方法很多,不同化学性质和物理性质的化合物有不同的分离方法。随着科学技术的发展,化学分离方法也不断更新改进完善。气相色谱、高效液相色谱是近年来发展起来的有机化合物分离的有效方法。但是最经典的蒸馏、萃取、重结晶、薄层层析、柱层析也是我们常用的分离方法,要有效地从复杂体系中分离出所要的化合物,对化合物性质、数量、存在状态和各种分离方法了如指掌的熟悉,都是非常有用的,分离技巧也就体现一个操作者对上述情况掌握的尺度。
3 化合物分析鉴定确证技巧
化合物分子结构的分析是有机合成的重要组成部分。有机合成的诞生与发展也依赖于分析技术和测试手段的发展与完善。本世纪六十年代以前,化合物分子结构的化学分析法占主导地位,[3]随着磁技术、红外技术、顺磁和电镜、质谱等先进分析技术和仪器的发展,使化合物分子结构的分析确证趋于方便简单。但是化学分析法目前仍然不失为一种有效的方法。化学分析法和仪器分析法的相互补充在现代分析化学中仍然是十分有效的。因此作为合成化学工作者既要掌握基本的化学分析手段,也要求掌握仪器分析的技巧。所谓化合物分子结构分析技巧就是对化学分析法和仪器分析法掌握的熟练程度。
参考文献
[1] 叶飞,黄长干.有机合成化学[M].北京:化学工业出版社,2010:51.
围岩稳定性围岩应力场 e-p曲线塑性力学新方法
一、研究现状
在隧道支护理论蓬勃发展的今天,针对围岩稳定的分析方法也得到了长足的进步,不论是在国际上还是在国内,在隧道施工优化方面都已经做了大量的研究工作并取得了许多成果,但是依然有一些问题没有得到好的解决,难以满足工程实际的需要,这些不足之处主要表现在:(1)现行的数值分析模型缺少基础理论的支持,地下结构围岩失稳判据难以确定;(2)现在所做的研究之中还没有一种理论、方法或准则能普遍适用于隧道的施工优化;(3)支护参数难以选取或确定。
二、e-p曲线的塑性力学新方法简介
1991年,李铀教授提出了一种求解塑性力学问题的新方法。新方法的基本方程组不仅能求解塑性力学问题,而且还能求解弹性力学问题,从而使弹性力学理论与塑性力学理论的求解基本方程组融为一体形成了统一的形式。当边界条件为全应力边界条件或零位移边界条件时,可以将问题当成弹性问题求解。新方法与经典理论方法相比不仅求解较为简单,还能求解一些对于经典理论难以求解的问题。新方法的基本方程组是:
观察上式可知,前三式为求解弹性力学问题的方程组,并且前三式的求解可以独立与后两式进行。因此在求解弹塑性问题时可以先用前三式进行求解,再将得出的解求解式后两式。用新方法计算所得出的结果(塑性半径)与实际吻合较好。新方法可以运用弹性问题求解方法对式(3-12)进行求解,且得出前三式的解后,后两式的求解也没有了数学上的困难,因此,虽然新方法的方程数比经典方法的多,但求解时更有优势,而且得出了不少问题的准确解答。
由上面塑性力学新方法的统一方程组可得如下结沦:当边界条件为全应力边界条件或零位移边界条件(对应力边界条件没限制)时,塑性力学问题的应力场表达式完全等同于把所讨论问题当成弹性问题求解所获得的应力场表达式。因此对于上述的两类边界条件,求解其应力场时不需要考虑是处于弹性状态还是塑性状态,可整体按弹性状态求解,所得应力场就为弹塑性状态下的正确应力场。
三、算例
以埋深为300m的隧道为例,用ansys计算隧道开挖前的初始应力场和挖后的应力场,通过ansys后处理器输出可得出圆硐各个节点的应力计算结果,其最大主应力与最小主应力随半径r变化的关系如图所示:
图1埋深300m时最大主应力和最小主应力变化图
观察上图可知,在仅考虑自重的情况下,随圆形硐室半径r的增大,最大主应力逐渐减小,最小主应力先增大后缓慢减小。
四、塑性力学新方法应力场与经典弹塑性力学结果对比分析
经典弹塑性力学与新方法采用的数值模型一致,主要区别是选取的材料模型不同。经典选取的是D-P材料,而新方法对材料模型并没有特殊局限性。设埋深300m,分析比较运用两者方法求出的应力场之间存在的差异和不同之处如下:
图2基于两种方法的最大主应力对比
图3基于两种方法的最小主应力对比
从上述图中可以看出,经典方法和新方法的相同之处在于环向应力都为第一主应力,不同之处在于二者随洞径r的变化规律。新方法的最大主应力峰值在洞壁处,而经典弹塑性应力场求解结果显示,最大主应力值峰值不在洞壁处,而是在r=7.25m处。在达到峰值之前,最大主应力随洞径r增大而增大,最小主应力的值则较为接近。
五、硐室截面与锚杆参数优化
如何合理、经济的支护一直是隧道工程研究的重点。由于工程地质的复杂性,针对不同的工程实际需要不同的支护措施。当前,优化设计一般从下面几个方面着手:
(1)从开挖方法上进行优化。隧道开挖方式有许多,采用何种方法开挖,应联系实际工程情况综合考虑。现在常用开挖方法有全断面法、台阶法、侧壁导坑法、环形挖留核心土法、中隔壁法等。各种方法各有优缺点,比如全断面法工序少、速度快,但开挖面较大,相对稳定性较差。台阶法运用较广,施工速度和围岩稳定性上都有优势,但上下部作业时容易干扰。所以,针对不同的实际情况采取何种开挖方式,对于施工和建设有非常重要的意义。
(2)隧道尺寸截面形状的优化。不同的隧道有不同的建设要求。在满足建设要求的前提下,选择合适的尺寸和截面形状。目前常见的截面形状有圆形、三心圆形、四心圆形、马蹄形,直墙圆拱形等。
(3)支护参数和支护材料的优化。选取合理的支护参数一直是隧道工程难以解决的问题,现在一般采用工程类比法选取锚喷的支护参数。当地质条件比较简单的时候,工程类比法基本能够满足要求,但是当地质条件比较复杂的时,工程类比法就不能满足要求了。此外锚杆长度、间距、喷层厚度的选取也都难以确定,有待更深的研究。参考文献:
[1]李铀,彭意.论圆形断面井巷围岩弹塑性应力莫尔一库伦准确解答[J].土工基础,2006,200 (2): 71-72.