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绿色化学又被称之为环境无害化学、清洁化学以及环境友好化学,即利用化学中的技术和方法去减少或清除对人类健康和生态环境造成影响的有害原料、副产品、催化剂、产物、溶剂与试剂等,其最主要的目标还是在以后的生产、生活中不再使用那些有毒、有害物质,不再产生废物和处理废物。绿色化学是一门从源头上阻止污染的学科,同时也是更深次意义上的科学化学。从“绿色化学”的含义中不难发现,它的诞生秉承了人类可持续发展战略思量的重大责任。
2绿色化学坚持的发展思路和基本模式
2.1绿色化学追求的是高校的目标
高校的核心就是尽可能的采用最少原料,制造出更多的产成品;在最大程度上减少废物排放量,不断提高转换率。我国在对污染物制定排放标准时,主要是通过假设的形式,假设是每个工业行业都以生产高效操作为前提。
2.2开放“原子经济性”的反应
“原子经济性”反应是一种近似理想的反应,是利用原子经济性反应将原子分子中的原子完全转换为产物,从而达到污染物“零排放”的目标。从现在各个大型化工工业来看,尤其是在制造生产有机原料的过程中,有很大一部分已经开始使用原子经济性反应,比如丙烯、乙烯的聚合等。还有一部分有机原料的生产制造所使用的是一步原子经济性反应,比如生产制造环氧乙烷。
2.3积极使用无害、五毒溶剂
所有在化学生产制造过程中产生的污染问题,其污染源不但是通过原材料和产品所引起的,并且还源于在生产制造过程中所使用的物质,在反应制造过程中所使用的溶剂和介质是最常见的。当前在工业生产制造过程中使用最为广泛的就是溶剂,可是很多的溶剂都是具有挥发性的有机化合物,在使用过程中会形成地面臭氧、污染水源。因此,要积极使用无害、无毒的溶剂替代有毒、有害的溶剂,这些都是实现绿色化学所要研究的重点内容。目前在化学中重点要研究开发的主题就是超临界流体,其别值得关注的是超临界流体内的CO2,其优点是成本低、无毒、无害,还没有可燃性。
2.4加强回收和重复使用材料
回收所遵循的理念基础是节约降低资源,而重复利用材料则是体现降低成本。这两者都是以实现资源节约型为目的的,进而能够在最大程度上降低工业企业的实际经营成本。针对自然环境在短时间内难以回收或无法回收的各种材料,应采取重复利用材料的方式;而对于高度污染的化学制品,比如众所周知的电池材料,应尽可能的加以利用回收。提倡回收和重复利用材料的意识也是实现绿色化学的关键途径。
3高校化学教学中绿色化学教育的探索与应用
3.1使用绿色化学改革教材
我国应在目前的化学教材中增添多个国家在绿色化学领域的应用和探究成果,以及关于绿色化学的理论知识。从学生的角度出发,教师应和学生之间关于绿色化学知识进行讨论和交流,加强这类学科知识的理解是非常有必要的;从教师的角度出发,应积极引导学生关注与绿色化学有关的理论知识。
3.2在课堂中融入“绿色化学”教育
在实际的教学过程中,教师要帮助学生树立绿色环保节能意识,在教学过程中教师要起到带头作用,以自身为楷模,树立绿色环保和节能的意识。应尽可能的翻阅关于绿色环保类的文章和书籍等,将“绿色化学”融入到课堂教学中,改革传统的教学方式和教学思维,重点强调部分化学物质排放所造成的危害,而不只是单纯的教导学生认识其功能和具体效用。与此同时,在平时教师还应当多多关注关于“绿色化学”方面的研究和发展,尽可能的在教学课堂中将“绿色化学”的发展过程及动向传递给学生。
3.3灵活补充教材知识
教学教材在一段时期内是固定不變的,可是科学技术的发展确实日新月异的,在科学技术的发展过程中,面对日益变动的“绿色化学”知识,相对那些固定不变的教材,在教学过程中教师应灵活的补充教材知识,促使学生对“绿色化学”知识有个完整的形成过程。而不是简单的掌握过时和滞后的信息。特别值得注意的是在有机化学知识方面,很多有机物质在一定程度上都对环境造成了污染和破坏,这些都需要在教学过程中做重点强调,对这些有机物质能够利用生物科学技术,利用微生物做成催化剂将其合成需要的化学制剂,从而降低废物排放等。
参考文献:
[1]谷春秀,王子君,李颖,张童,柳成,马艾琦.微型实验与绿色化学教育——在化学类实验教学中实施环境教育的途径和方法[J].中国现代教育装备,2014(03):27-29.
[2]实验技术与管理(月刊)2014年(第31卷,总第208—219期)总目次[J].实验技术与管理,2014(12):1-18.
[3]孙国峰,熊俊如.地方本科院校化学专业人才培养方案现状与改革探索——以乐山师范学院为例[J].乐山师范学院学报,2014(12):14-19.
[4]卢永仲,张振,黄名正,吴琴,王涛,邹树良.基于CDIO工程教育理念的制药工程专业《有机化学》翻转课堂教学实践研究[J].广东化工,2015(10):221-222.
[5]帅琪,李红娟,李晓舟,黄森.绿色实验—科研两点式教学新模式在“无机及分析化学”中的构建及实践[J].广东化工,2015(15):240+249.
关键词:新课程;实验教学;绿色化学;策略研究
一、新课程标准中的绿色化学现代内涵
1.绿色化学和绿色化学教育
绿色化学诞生于上世纪90年代,概念从一提出来,就明确了它的目标,即研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大程度地节约能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的最大特点在于它是从始端就采用实现预防污染的科学手段,因而过程和终端为零排放和零污染,具体体现在“5R”上──减少用量(Reduction),重复使用(Reuse),可回收(Recycling),能再生(Regeneration),排斥有毒物(Rejection)。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子,具有“原子经济性”。因此,它即能充分利用资源,又能实现防止污染。绿色化学要求尽可能小的负作用,它是一种理念,一种追求人与自然的和谐共处和可持续发展的理念。
绿色化学教育,是以可持续发展战略为根本原则和目标,将化学科学的真理性与人文需要的合理性融为一体的教育。实施绿色化学教育的首要任务在于确立可持续发展为化学教育的道德规范和价值准则,促成一种新的统一的绿色教育观念体系,强调人类对环境与发展的责任感,培养学生以“科技与社会”之间和谐发展为基础的道德、伦理和科学价值观念。使它既植根于科学的客观规律,又植根于人类普遍信仰与认同的价值需要,并以此观念体系为指导,来认识化学科学,营造绿色氛围,规范人们行为,最终达到以化学教育为先导带动社会各个领域的可持续发展。
2.新课程标准中的绿色化学内涵
新课程标准要求学生应形成科学的自然观和严谨求实的科学态度,更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系,培养学生的科学素养和科学精神。绿色化学教育改变了传统化学教学中唯科学、唯技术的教学,注重培养学生的科学精神和价值观。
新课程标准要求教师能帮助学生获得未来发展所必需的化学知识技能和方法提高学生的科学探究能力,在实践中增强学生的社会责任感,提高学生的实践能力。绿色化学教育是在化学教育中实施可持续发展教育的必要途径,并且通过以绿色化学的标准对现有的化学技术进行筛选,对不符合的技术进行改造和探索,是提高学生科学探究和实践能力的过程。
新课程标准要求学生不但要获得化学知识,更要获得社会责任感和科学素养,要具备科学的价值观和实事求是的科学态度,正确理解科学、技术与社会的相互作用。绿色化学不仅是一门学科,它更是一种战略方针,一种指导思想,一种研究政策。通过绿色化学教育,增强绿色意识,认识绿色化学对于人类及其赖以生存的环境可持续发展的重要性,从而理解整个社会可持续发展的重要性,这就是新课程标准中的绿色化学现代内涵。
二、新课程实验教学中实施绿色化学教育的策略研究
1.深入研究和科学改进教材实验,消除实验污染源,为学生渗透绿色化学意识
所谓科学改进实验就是指根据教材中提供的原有实验的基础上,进一步对实验操作、实验装置进行改造,在保证实验方法更科学合理,更安全简便的同时,从保护环境入手,使实验目标更加清晰,力求在源头上消除污染源。化学实验过程中常常会伴随有气体、液体或固体产物的生成,而这些产物中许多是属于有害或有毒的物质,特别是有毒气体不仅会直接影响到师生的健康,而且逸散到空气中还会对大气造成污染。因此,在一些有毒气体性质和制备的实验中,就必须增加尾气处理装置或及时烧掉,把有毒气体转化成无毒或毒性降解物.
2.精心组装和整合教材实验,减少污染次数,为学生弘扬绿色化学思想
组装整合实验是指通过调整实验的操作,把几个分散的实验组合成一个整体,连续做一个系列实验,同时使一个实验的产物成为下一个实验的原料。这种教学方法不仅能渗透绿色化学教育的思想,而且还能较好的检查学生的操作技能和实验教学效果,增强学生的经济和环境保护意识。譬如,在无机化学学习中,有关元素及其化合物的知识,大多是通过实验来给学生提供感性认识的。笔者通过调查发现,在实际教学中,多数教师和学生所做的实验,均为“一个实验只用来说明物质的某一个性质”,要想完整地学习某一物质的整体知识,就必须通过若干个这样的单一实验来进行。这样做不仅多损耗了药品,浪费了时间,而且还增加了有毒物质扩散到环境中的机会。组装整合实验后,就可以较好地解决上述问题。
3.积极推行微型化学实验,有效控制环境污染,为学生增强绿色化学观念
微型化学实验与常规实验相比具有节省药品、实验现象明显、污染程度低或没有、安全等优点,开展微型实验充分体现了现代绿色化学教育观念,具体体现在于:微型化学实验在提高学生智力和创新能力的同时,有利于增强学生的资源意识和环保意识;由于试剂用量的尽量减少,也就尽可能地减少了实验“三废”;将预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中。
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。
1.1趣味实验类化学教育游戏的特点
1946-1980年的趣味实验可以称为化学魔术,此时的实验注重实验现象的趣味性,而不是化学知识的学习。如心君的“水玻璃花园”趣味实验,通过各种晶体生长速度、形状和颜色的不同从而呈现出有趣的实验现象。1981-1990年是趣味实验的起步期,涉及的化学知识比较简单,实验器材和药品大多来源于生活用品,属于家庭小实验范畴。如“会游泳的鸡蛋”实验,利用盐酸和鸡蛋壳(主要成分碳酸钙)反应会产生二氧化碳气体而使蛋壳表面产生气泡的原理,使鸡蛋表现出上下沉浮的有趣现象。1991-2000年是化学趣味实验发展的转折期。这一阶段趣味实验涉及的化学知识不断增多,并与初高中化学课本内容逐渐联系起来。例如苹果“流血”、“喷水成字”和“水果电池”实验分别涉及了3价铁离子的检验、指示剂和原电池的知识。这些趣味实验加深了学生对所学知识的印象,并且激发起学习者学习化学的求知欲。2001-2013年是化学趣味实验发展的上升期。一方面,实验数量迅速增加;另一方面,实验内容进一步拓展到焰色反应、酸碱盐溶解性大小、物质检验等中学内容。研究者不仅对原有实验进行了理论与方法的改进,如“水中花园实验的新改进”,在此期间,实验设备也更新换代,钱扬义教授基于手持技术进行了一系列实验研究,并在核心期刊发表多篇论文。
1.2趣味实验类化学教育游戏的设计理念与内容
化学趣味实验将抽象的知识转化成可视化的奇妙的实验现象,以吸引学习者的注意力。儿童对周围世界有着强烈的好奇心和探究欲望,因此小学阶段的趣味实验以培养儿童的好奇心为主,激发他们对科学本质的探究欲望,实验内容主要是生活中的化学小常识。中学阶段是学生系统学习基础化学知识的重要阶段,趣味实验旨在帮助学生提高化学学习兴趣,深刻理解重要化学反应的现象和原理,内容主要包括化学反应原理、实验现象及有关化学反应的规律性知识。大学阶段的趣味实验意在指导学生巩固原有知识点,并恰当地应用新知识,以无机内容为主。
1.3趣味实验类化学教育游戏体现的核心素养
(1)学会学习。
化学趣味实验游戏,能激发起学生自主学习化学的兴趣,促使学生利用多样化的学习资源与学习途径,采用有效的策略与方法完成实验。如进行“自制叶脉书签”实验时,学生必须掌握一定的操作技能和技巧,用氢氧化钠和碳酸钠对叶片进行处理操作。
(2)批判性思维与创新。
学生对于有趣的实验现象拥有着强烈的好奇心,而它又能激发起学生对实验现象的反思和对实验的创新。在“果蔬原电池”实验中,豆浆机、废旧电池、水果等都可以作为实验的材料,实验不再局限于课本,实验材料也更生活化。
(3)审美与人文素养。
丰富学生对美的感受,通过颜色变化、物质形态变化等使学生感受和欣赏化学的美,如利用植物制作指示剂等实验。
2文字类化学教育游戏的设计概况
2.1文字类化学教育游戏的特点
文字类化学教育游戏主要包括化学谜语和化学口诀,主要以文字的形式呈现,通过面对面问答或竞赛的方式进行游戏,兼具教育游戏和化学学习工具的双重功能。1981-1990年,我国出现化学谜语,但数量较少,主要考查元素名称,类似于脑筋急转弯。例如用元素名称“铒、钽、钡、钨、镭、砷、锰、锂、锶、铌、铟、镨、铽、砹、锔、锘、镥、锕、镱、钷”组成9位著名科学家的名字;猜化学元素:钱包丢了(铥)。1991-2000年,化学口诀倍受重视,数量急速增长,内容迅速增加。中学内容主要包括元素符号、原子结构、分子式、化合价、物质溶解性、金属活动性顺序等中学化学中的重要无机内容,如金属活动性顺序口诀:“钾钙钠镁铝,锌铁锡铅氢,与酸相反应;铜汞银铂金,氢后难进行;位置越靠前,与盐相反应;活动性越强,前金换后金”。大学内容主要是有机物命名,R、S构型判断,取代规则等有机内容。2001-2013年,随着网络的发展与普及,大量的化学谜语及口诀在网络中传播开来,在百度中以“化学谜语”、“化学口诀”等为关键词进行搜索,结果数量已难以准确统计。
2.2文字类化学教育游戏的设计理念与内容
化学谜语巧妙地将中学无机中的化学元素名称、物质名称等基础内容作为本体巧妙地隐藏起来作谜底,用与之相关的喻体作谜面。通过生动的文字和独特的逻辑使学生对化学知识的印象更加深刻,教师还可以用此游戏来创设轻松活泼的教学情境。化学口诀是根据化学知识点“编织”而成的便于记诵的语句,把化合价、金属活动性顺序、物质溶解性、烷烃命名规则等编成押韵的口诀便于记忆。口诀内容几乎涵盖了中学化学的所有知识点类型及大学化学的有机内容。教师若能及时恰当地运用口诀,不仅有助于自身叙述和概括知识,而且有利于学生对知识的记忆、理解和巩固,从而提高教学质量。
2.3文字类化学教育游戏体现的核心素养
(1)审美与人文素养。
口诀、谜语等通常含有一定的韵律、整齐的形式、朗朗上口,可以增强学习者对中国语言的理解、表达和鉴赏,感受语言的魅力。
(2)学会学习。
化学谜语等言简意赅,却又含义丰富,如“左侧月儿弯,右侧月儿圆,弯月能取暖,圆月能助燃,有毒无色味”,简洁明了地涵盖了碳、氧气和一氧化碳的分子式,以及3种物质的性质,有助于学生形成对知识归纳总结的习惯。
(3)语言素养。
游戏时对谜语的阅读、口诀的记忆,都为学习者提供了更多机会,锻炼口头表达能力和语言组织能力,有利于提高学习者的语言素养。
3卡片类化学教育游戏的设计概况
3.1卡片类化学教育游戏的特点
我国化学扑克牌游戏开发起步较晚,始于20世纪80年代后期,比国外门捷列夫创立的元素牌晚将近100年的时间。经统计,中国大陆化学教育游戏中运用的具体实物主要包括化学卡片、化学扑克和化学棋。1956-1980年,郑威熙首先设计出元素卡片,每1张卡片上写有1种元素名称及其主要性质,教师将元素卡片视为化学教具,主要用于学生学习元素周期表的相关知识,娱乐性不强。1981-1990年,化学扑克诞生,并且增添了游戏功能。内容主要涉及元素符号、分子式和简单化学反应,有接龙、各顾各、喊分、拱猪等多种玩法,趣味性较强。1991-2000年,未出现有关设计化学扑克的文献,但出现了4项化学扑克专利,人们对化学扑克的开发还在继续。2001-2013年,化学扑克的内容和玩法不断完善,具有普通娱乐、资料卡片和化学游戏三大功能。它们内容丰富:几乎包含初中所有主要物质、高中所有主要无机物;有些扑克还包含有机牌、化学常识牌和实验装置牌;娱乐性增强:有学习物质间反应规律的“化学反应接龙游戏”、培养学生团结协作精神的“分组对抗赛游戏”等,学生还可自行设计不同的游戏规则进行游戏。
3.2卡片类化学教育游戏的设计理念与内容
化学扑克游戏相比于卡片类游戏通常更为复杂,它是利用专门设计的化学扑克牌进行化学知识的学习。目前,卡片类化学教育游戏的内容还集中在中学无机及实验的相关知识。
3.3典型案例———“520中学化学桌游”
国内应用最广的是“520化学扑克”以及“520中学化学桌游”(www.520hx.com.cn/yx),“520中学化学桌游”是由华南师范大学钱扬义教授工作室经过9年研制而成的一套化学桌游,是“520化学扑克”的升级。该款游戏设置了不同难度4种玩法,适合八年级及八年级以上的学生游戏。下面对其中的一种玩法“化学桌游”进行简单介绍。游戏对象:已经系统学习初三化学知识的学生。游戏设计:“化学桌游”由7类牌组成。在一类牌中,牌面的正面结构相似,如物质牌:每张扑克牌代表1种物质,正面涵盖物质的化学式、名称、物质参与反应的主要化学方程式、宏观及微观图片、物理性质、化学性质及其用途;每张牌的正面左上角有一个物质分类标志,不同花色代表不同物质类型,分别为绿色双锥表示单质、黑桃代表氧化物、红桃代表酸、蓝色梅花代表碱、黄色方片代表盐。游戏规则:按回合制出牌,依据出牌情况增减IQ值,包括7种基本出牌法:“有效碰撞”、“连锁反应”、“整出”、“补牌”、“对出”、“吃牌和投毒”。例如“有效碰撞”的玩法是某玩家打出一张物质牌,其他玩家依次打出可与之反应的牌;“投毒”的玩法是将“S”“P”等牌视为“毒药”向别人打出。
3.4卡片类化学教育游戏体现的核心素养
(1)科技与信息素养。
在卡片牌面、游戏规则中往往包含了关键信息,游戏者必须从中删选,获取对自己有用的信息。
(2)问题解决与实践。
如通过运用出牌技巧,调整出牌顺序,打出各种玩法,从而最终赢得游戏,同时又增强了游戏者的逻辑思维能力。
(3)交往与合作。
游戏的过程即是和他人交往的过程,游戏者必须保持基本的礼仪,尊重他人,积极沟通,才能与他人建立和维持良好的人际关系,使游戏得以顺利进行。
4信息技术类化学教育游戏的设计和特点
概况(2006-2013)2006-2010年,主要以用Flash制作软件开发的角色扮演类单机版化学教育游戏为主,2009年,出现了首款网络在线扑克游戏“520化学动漫扑克”,它也是“520化学扑克”的配套资源。西华师范大学教育技术学院王琳、刁永锋,以《哈利•波特》为题材,改编了一段《哈利•波特与宝藏》的游戏情节,讲述了哈利为了不让宝藏落入妖魔之手,历经坎坷,成功获取宝藏的故事。此游戏情境性较强,知识点也较为丰富。2011-2013年,用C#(C#编程语言是由微软公司开发小组专门为.NET平台设计的语言,它可以使程序员移植到.NET上)等更高级的编程语言设计出的化学教育游戏软件相继出现。韩山师范学院化学系的郑楚萍、许越、吴锦伟等为了培养初三学生对化学的兴趣,运用C#设计了记忆游戏软件“沉淀连连看”和同一系列游戏“化合物命名连连看”。信息技术类化学教育游戏利用网络的虚拟特征,创设多样的情境,将化学知识通过电脑游戏的形式呈现出来。游戏内容集中在中学化学的重要知识点,游戏专题性强:如“生活化学大本营”的设计是围绕“化学与健康”、“化学与环境”、“化学与材料”三大主题;“逃离化学王国”是针对高一卤素的知识点而专门设计的。
5中国大陆化学教育游戏趋势分析
目前,中国大陆传统化学教育游戏稳步发展,基于信息技术的新游戏不断兴起,并成为当前研究的热门与前沿。整体来说,中国大陆化学教育游戏呈现出以下特点。
(1)游戏类型不断增多。
游戏类型由化学趣味实验和化学卡片拓展到化学口诀、化学谜语、化学扑克、单机版和网络版化学教育游戏等,每种游戏又包含多种玩法。
(2)游戏道具更加精致。
最早的化学卡片用纸片制作,较简陋。“520化学扑克”牌面涵盖内容丰富,“520中学化学桌游”更是在原有扑克的基础上重新设计,牌面更加精致美观。
(3)游戏形式不断丰富。
“520化学动漫扑克”发挥了在线网络游戏的特点,让不同地域的人们通过网络,方便地进行化学扑克牌游戏比赛,玩家还可通过聊天功能交流心得体会,丰富了以往单一的游戏形式。
(4)游戏内容逐渐扩展。
关键词:膜分离技术 废水资源化 高效处理
中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2012)010-106-02
膜分离技术是基于膜材料形成的分离边界的分离技术,最初应用于军事、航空航天、原子能等高端领域,随着其在民用领域应用日趋广泛,被公认为是20世纪末到21世纪最有发展前途的高新科技之一。
1 膜分离技术在废水资源化处理领域主要的应用
膜是具有选择性分离功能的材料。膜分离技术是指利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。基于膜分离技术的这些特点和优势,可实现废水资源化处理,将废水中的污染物提取出来资源化,取得可观的经济和环保效益。
如图1所示,膜分离技术在废水资源化处理领域的应用主要涉及电镀废水资源化处理、印染废水资源化处理、垃圾渗透液资源化处理、造纸废水资源化处理以及生活污水中水回用等方面,对传统重污染行业的绿色化、环保化、零排放转型提供了技术保障。
2 电镀废水资源化处理技术
电镀工业是金属表面涂装行业的重要分支,是工业体系中不可或缺的重要组成部分,对各行业的影响重大。电镀产品涉及机械制造、轻工产品、汽车产品、电子产品、生活用品、航空航天领域、国防领域、塑料产品等多个领域,对国民经济的支撑作用举足轻重。电镀废水是在电镀生产过程中产生的特种废水,其主要成份为电镀工艺中镀层金属离子、电镀助剂、金属表面清洗剂、表面活性剂、金属表面保护油脂等,铬、锌、铅、铜、银、金等贵重金属以及氰化物、氟化物、络合物等剧毒成分均会在电镀废水中出现,针对不同的电镀工艺和电镀产品其中的成份会出现显著的差异。电镀废水资源化处理技术是针对不同的电镀工艺的具体需求提供解决方案,目的是将电镀废水中的重金属成分回收,浓缩处理后作为电镀液从新应用到电镀工艺中去;同时如氰化物等剧毒电镀助剂也可以转化成为氰化钠等有效成份回收最终从新投入电镀工艺使用;成分份额最大的水经过净化后也直接回用于电镀生产工艺。这样以来电镀废水被分解为重金属、电镀助剂、水三个资源成份而相继回用于电镀工艺中,从而实现电镀废水真正的对于环境的零排放资源化回用。
此技术与传统电镀废水处理技术区别在于传统电镀废水处理技术是通过化学、物理、生物的方法将电镀废水中的各种成份分步骤去除,最终达到环境排放标准排放到环境中,纯粹为了环保而进行处理,纯粹投入而没有任何经济效益。电镀废水资源化处理技术是通过膜分离、膜反应、物理化学、电化学的方法将电镀废水中的成份转化为三种资源回收利用,包括重金属电镀液、电镀助剂、水,不向环境中排放任何污染成份,具有巨大的经济效益和环保效益。膜分离技术的出现为电镀废水资源化的技术实现成为可能,对环境友好型绿色电镀行业的兴起起到巨大推进作用。
3 印染废水资源化处理技术
印染工业是纺织工业的重要组成部分,与人民群众的生活起居密不可分。人们的生活用品中一大部分属于纺织产品,而这些纺织产品的在不同的印染工艺作用下呈现出不同的颜色和图案,构成人类社会五彩斑斓的生活图景。印染工艺主要是借助高温定型、化学反应染色、化学定型等方法将指定的颜色和图案在白色的胚布上染色、定型,保证印色和染制的牢固性和耐久性不褪色。印染废水是印染工艺中水洗、印色、定型、缸染、轧染所产生的生产废水,其主要成份包括染料、分散剂、定型剂、柔化剂、光亮剂、水等,由于印染工艺的产量和特点所决定,印染废水的产生量非常大,中等规模的印染企业每日的用水量在1万吨左右,印染废水的处理是环境保护领域的传统难题,太湖水域的污染和富营养化是印染废水污染的典型例证。印染废水资源化处理技术是基于膜分离技术基础,结合物、化学、电化学的方法,将印染废水中的染料、印染助剂、水进行分步回收,从新投入印染工艺中进行使用,从而大大节约的印染行业的用水需求,为印染行业的绿色生态行业转变铺平了道路。
4 垃圾渗滤液零排放回用
垃圾渗滤液是垃圾在填埋和堆放过程中由于垃圾中有机物质分解产生的水和垃圾中的游离水、降水以及入渗的地下水,通过淋溶作用而形成的废水。
垃圾渗滤液产生量约为垃圾产量的10%,污染物成份复杂、浓度高、水质波动大、氨氮和硫化物含量高、不利于生化降解,如果深入地下水系统会产生强烈的污染效应,严重威胁水环境安全。
迄今为止,垃圾渗滤液处理仍是污染控制领域公认的难题,垃圾渗滤液的处理已经成为我国当前及今后相当长时期内环境污染控制的一项重大课题。
垃圾渗滤液资源化处理技术是针对不同的垃圾填埋场和垃圾堆场的渗滤液具体水质和水量情况,将渗滤液中的重金属、氨氮、水进行分步提取回收,作为有效利用的资源循环利用,实现变毒为宝、转废物为资源的功效。
垃圾渗滤液资源化处理技术与传统渗滤液处理技术的区别在于传统技术是将垃圾渗滤液中的重金属、氨氮、有机物等成分利用物理、化学、生物的方法进行去除,达到最终出水达标排放的目的;而垃圾渗滤液资源化处理技术则是基于膜分离技术基础结合物理、化学的方法将垃圾渗滤液中的重金属、氨氮、水等有效成份进行回收利用,将纯投入的环保项目转化成为资源回收再利用的清洁生产项目,成为固体废物资源化领域的延伸和拓展。
5 造纸废水资源化处理技术
造纸行业是一种传统工业,历史十分悠久工艺也非常成熟,由于电子行业和电子产品日新月异取代了部分纸制品的市场份额,加之新材料的诞生也对造纸行业产生了不小的冲击,并且造纸工艺本身产生造纸废水对于环境的污染也是这个行业的重要积弊,基于这些原因造纸行业被人们称为夕阳行业之一。